JPH0472048B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0472048B2 JPH0472048B2 JP58202270A JP20227083A JPH0472048B2 JP H0472048 B2 JPH0472048 B2 JP H0472048B2 JP 58202270 A JP58202270 A JP 58202270A JP 20227083 A JP20227083 A JP 20227083A JP H0472048 B2 JPH0472048 B2 JP H0472048B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- air
- compressed air
- heat recovery
- gas
- liquid phase
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/12—Cooling of plants
- F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
- F02C7/141—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
- F02C7/143—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、水注入ガスタービンサイクルに関
し、空気もしくは空気を主体とするガスを圧縮機
で圧縮してなる圧縮空気の一部もしくは全部に予
め熱回収媒体として用い加熱された液相水を接触
させて得た空気／水蒸気の混合物でタービン排気
の熱回収を行なうとともに、該接触操作にて得ら
れる冷却された液相水を熱回収媒体として圧縮機
の中間冷却と前記接触操作に用いる圧縮空気の冷
却にのみ用いることを特徴とするもので、好まし
い態様においてはタービン入力温度1000℃で48％
（燃料天然ガス、LHV基準）以上の熱効率を達成
できるガスタービンサイクルである。
し、空気もしくは空気を主体とするガスを圧縮機
で圧縮してなる圧縮空気の一部もしくは全部に予
め熱回収媒体として用い加熱された液相水を接触
させて得た空気／水蒸気の混合物でタービン排気
の熱回収を行なうとともに、該接触操作にて得ら
れる冷却された液相水を熱回収媒体として圧縮機
の中間冷却と前記接触操作に用いる圧縮空気の冷
却にのみ用いることを特徴とするもので、好まし
い態様においてはタービン入力温度1000℃で48％
（燃料天然ガス、LHV基準）以上の熱効率を達成
できるガスタービンサイクルである。
本発明者は、圧縮空気の一部もしくは全部に液
相水に接触させて得た空気／水蒸気の混合物でダ
ービン排気の熱回収を行なうガスタービンサイク
ルにおいて、圧縮空気と熱回収媒体として用い加
熱された液相水とを接触させて空気／水蒸気の混
合物を得るとともに、該接触操作で得られる冷却
された液相水を熱回収媒体として該接触操作に用
いる圧縮空気の冷却とタービン排気の熱回収およ
び必要に応じて圧縮機の中間冷却とに用いること
により大きな熱効率を達成できることを見出し、
先に特許出願した（特願昭56−199364号）。この
特許による熱効率は、同等な操作条件時に得られ
るガスタービン−蒸気タービン複合サイクルに比
して３〜４％高い。
相水に接触させて得た空気／水蒸気の混合物でダ
ービン排気の熱回収を行なうガスタービンサイク
ルにおいて、圧縮空気と熱回収媒体として用い加
熱された液相水とを接触させて空気／水蒸気の混
合物を得るとともに、該接触操作で得られる冷却
された液相水を熱回収媒体として該接触操作に用
いる圧縮空気の冷却とタービン排気の熱回収およ
び必要に応じて圧縮機の中間冷却とに用いること
により大きな熱効率を達成できることを見出し、
先に特許出願した（特願昭56−199364号）。この
特許による熱効率は、同等な操作条件時に得られ
るガスタービン−蒸気タービン複合サイクルに比
して３〜４％高い。
前記特許では燃料として硫黄含有量が全く含ま
れていないかまたは極めて少ないクリーンな天然
ガス、液化天然ガス、易揮発性液体燃料等を考え
てきた。
れていないかまたは極めて少ないクリーンな天然
ガス、液化天然ガス、易揮発性液体燃料等を考え
てきた。
従つてガスタービン排ガスによる硫酸腐食等の
低温腐食は考慮する必要はなく廃ガス温度80℃前
後と極めて低い値となつていた。
低温腐食は考慮する必要はなく廃ガス温度80℃前
後と極めて低い値となつていた。
その後、燃料の種類、性状等を考慮したガスタ
ービンサイクルの構成について検討を続けた結
果、ガスタービンブレード・ノズルが高温腐食を
起こさないおよびガスタービン廃ガス中の硫黄酸
化物が規制値を越えないとの制約から、燃料中の
含有硫黄量が0.8wt％程度以下であれば実用に供
し得ることが判明した。この時の廃ガスの酸露点
は廃ガス中の水蒸気分、酸素分にもよるが約130
℃である。
ービンサイクルの構成について検討を続けた結
果、ガスタービンブレード・ノズルが高温腐食を
起こさないおよびガスタービン廃ガス中の硫黄酸
化物が規制値を越えないとの制約から、燃料中の
含有硫黄量が0.8wt％程度以下であれば実用に供
し得ることが判明した。この時の廃ガスの酸露点
は廃ガス中の水蒸気分、酸素分にもよるが約130
℃である。
従つて前記特許のガスタービンサイクルに示さ
れているガスタービン排ガスの低温側熱回収器お
よび煙突は硫酸腐食に代表される酸腐食に対して
特別の配慮をする必要がでてくる。熱交換器の現
状技術では管材料として高価な耐食性金属・ガラ
ス等の非金属材料あるいは安価な鋼管に耐食性の
ある材料をライニングする等が考えられている
が、いずれにしても設備費の負担は避けられな
い。
れているガスタービン排ガスの低温側熱回収器お
よび煙突は硫酸腐食に代表される酸腐食に対して
特別の配慮をする必要がでてくる。熱交換器の現
状技術では管材料として高価な耐食性金属・ガラ
ス等の非金属材料あるいは安価な鋼管に耐食性の
ある材料をライニングする等が考えられている
が、いずれにしても設備費の負担は避けられな
い。
そこで本発明の如くガスタービン排ガスの低温
側熱回収器を付加せず酸露点以上の廃ガスとする
サイクルでも前記特許に比して熱効率の低下は
1.5％前後に抑えることができる。このサイクル
の熱効率は前記複合サイクルよりなお1.5％以上
高く、燃料として硫黄分を含み本発明の如く酸露
点以上の廃ガスとする場合の複合サイクルより
2.5％以上高い。
側熱回収器を付加せず酸露点以上の廃ガスとする
サイクルでも前記特許に比して熱効率の低下は
1.5％前後に抑えることができる。このサイクル
の熱効率は前記複合サイクルよりなお1.5％以上
高く、燃料として硫黄分を含み本発明の如く酸露
点以上の廃ガスとする場合の複合サイクルより
2.5％以上高い。
すなわち、本発明は、燃料として硫黄分を含む
燃料を用い、かつ支燃剤ガス・作動媒体ガス等と
して用いる空気もしくは空気を主体とするガスを
圧縮機で圧縮してなる圧縮空気の一部もしくは全
部に液相水を接触させて得た空気／水蒸気の混合
物でタービン排気の熱回収を行なうガスタービン
サイクルにおいて、圧縮空気と熱回収媒体として
用い加熱された液相水とを接触させて空気／水蒸
気の混合物を得るとともに、該接触操作で得られ
る冷却された液相水を熱回収媒体として該接触操
作に用いる圧縮空気の冷却と圧縮機の中間冷却に
のみ用い前記圧縮空気との接触操作に供し、かつ
該接触操作で蒸発し空気との混合物として圧縮空
気中に移行した量に当る液相水を必要に応じ熱回
収媒体として使用して該接触操作および該熱回収
操作に供せられる液相水中に補給するごとくして
なるガスタービンサイクルである。
燃料を用い、かつ支燃剤ガス・作動媒体ガス等と
して用いる空気もしくは空気を主体とするガスを
圧縮機で圧縮してなる圧縮空気の一部もしくは全
部に液相水を接触させて得た空気／水蒸気の混合
物でタービン排気の熱回収を行なうガスタービン
サイクルにおいて、圧縮空気と熱回収媒体として
用い加熱された液相水とを接触させて空気／水蒸
気の混合物を得るとともに、該接触操作で得られ
る冷却された液相水を熱回収媒体として該接触操
作に用いる圧縮空気の冷却と圧縮機の中間冷却に
のみ用い前記圧縮空気との接触操作に供し、かつ
該接触操作で蒸発し空気との混合物として圧縮空
気中に移行した量に当る液相水を必要に応じ熱回
収媒体として使用して該接触操作および該熱回収
操作に供せられる液相水中に補給するごとくして
なるガスタービンサイクルである。
以下、添付図面により本発明のフローシートの
一例を説明する。
一例を説明する。
図面は、圧縮空気と液相水とを接触させる接触
交換塔（以下、交換塔と記す）１、熱回収記、接
触操作に用いる圧縮空気の冷却に用いる熱交換器
（以下、自己熱交換器と記す）１、中間冷却器１、
空気圧縮機２、タービン１の場合である。
交換塔（以下、交換塔と記す）１、熱回収記、接
触操作に用いる圧縮空気の冷却に用いる熱交換器
（以下、自己熱交換器と記す）１、中間冷却器１、
空気圧縮機２、タービン１の場合である。
図面において、空気圧縮機AC1に吸入された大
気空気３は断熱圧縮され管４より中間冷却器IC
に入り、ここで交換塔EXTよりの管２４内液相
水と加圧水導入管２からの補給液相水とからなる
液相水１７により冷却され管５より空気圧縮機
AC2で再び断熱圧縮され圧縮空気６とされる。圧
縮空気６の一部は必要に応じて管８より高温側熱
回収器R1に導かれ、残部は管７より自己熱交換
器SRに入り冷却され管９より交換塔EXTに導入
される。交換塔EXTには自己熱交換器SRおよび
中間冷却器ICにてそれぞれ熱回収媒体として用
い加熱された液相水が管１９，１８より導入され
ており、ここで圧縮空気と該液相水とが向流形の
直接接触を行ない、管１０より水蒸気分圧を高め
られた圧縮空気／水蒸気の混合物として高温側熱
回収器R1に導入される。また、該接触操作で冷
却された液相水は管２０からそれぞれ自己熱交換
器SR、中間冷却器ICへ管２３，２４を経て送ら
れ熱回収され加熱された液相水となつて交換塔
EXTへ還流される。高温側熱回収器R1に導入さ
れた圧縮空気／水蒸気の混合物は必要に応じて空
気圧縮機AC2より直接８から導入される圧縮空気
とともに熱回収を行なつた後、管１１より燃焼器
CCに導入される。燃焼器CCには熱回収器R2にて
熱回収を行なつた燃料１が管２１より導入されて
おり、所定温度の燃焼ガスとなり管１２よりター
ビンETに導入される。燃焼ガスはタービンETに
て断熱膨張し、空気圧縮機AC1，AC2、および負
荷Ｌの駆動力を発生した管１３より排出され、一
部は管２２より燃料の熱回収器R2に、残部は１
４より高温側熱回収器R1で回収されて、管１５
を介し廃ガス１６としてサイクル外に排出され
る。尚、空気圧縮機AC1，AC2およびタービン
ETに導入されるシール空気およびタービンETに
導入される冷却空気は当然機械の設計上別途必要
とされる。但し、本発明の操作の過程において
は、低温の圧縮空気が得られるため、タービン冷
却用圧縮空気の必要量は従来のガスタービンサイ
クルより少なくすることが可能であり、本効果は
一層の熱効率の向上に寄与するものである。
気空気３は断熱圧縮され管４より中間冷却器IC
に入り、ここで交換塔EXTよりの管２４内液相
水と加圧水導入管２からの補給液相水とからなる
液相水１７により冷却され管５より空気圧縮機
AC2で再び断熱圧縮され圧縮空気６とされる。圧
縮空気６の一部は必要に応じて管８より高温側熱
回収器R1に導かれ、残部は管７より自己熱交換
器SRに入り冷却され管９より交換塔EXTに導入
される。交換塔EXTには自己熱交換器SRおよび
中間冷却器ICにてそれぞれ熱回収媒体として用
い加熱された液相水が管１９，１８より導入され
ており、ここで圧縮空気と該液相水とが向流形の
直接接触を行ない、管１０より水蒸気分圧を高め
られた圧縮空気／水蒸気の混合物として高温側熱
回収器R1に導入される。また、該接触操作で冷
却された液相水は管２０からそれぞれ自己熱交換
器SR、中間冷却器ICへ管２３，２４を経て送ら
れ熱回収され加熱された液相水となつて交換塔
EXTへ還流される。高温側熱回収器R1に導入さ
れた圧縮空気／水蒸気の混合物は必要に応じて空
気圧縮機AC2より直接８から導入される圧縮空気
とともに熱回収を行なつた後、管１１より燃焼器
CCに導入される。燃焼器CCには熱回収器R2にて
熱回収を行なつた燃料１が管２１より導入されて
おり、所定温度の燃焼ガスとなり管１２よりター
ビンETに導入される。燃焼ガスはタービンETに
て断熱膨張し、空気圧縮機AC1，AC2、および負
荷Ｌの駆動力を発生した管１３より排出され、一
部は管２２より燃料の熱回収器R2に、残部は１
４より高温側熱回収器R1で回収されて、管１５
を介し廃ガス１６としてサイクル外に排出され
る。尚、空気圧縮機AC1，AC2およびタービン
ETに導入されるシール空気およびタービンETに
導入される冷却空気は当然機械の設計上別途必要
とされる。但し、本発明の操作の過程において
は、低温の圧縮空気が得られるため、タービン冷
却用圧縮空気の必要量は従来のガスタービンサイ
クルより少なくすることが可能であり、本効果は
一層の熱効率の向上に寄与するものである。
以上、図面によつて本発明のフローの一例を示
したが、本発明は圧縮空気の一部もしくは全部に
液相水を接触させて得られる液相水で該接触操作
に用いる圧縮空気の冷却と圧縮機の中間冷却のみ
を行うものであつて、この操作を用いるかぎりに
おいて種々の変更を加えうるものである。例え
ば、中間冷却に更に燃料を併用すること、再熱サ
イクル化などがあり、圧縮比と熱効率との関係か
らは高圧縮比においても熱効率の低下率が従来の
ガスタービンサイクルに比べてより小さいという
特徴のあるものであり、高比出力化あるいは再熱
サイクル化したときのメリツトが大きい。
したが、本発明は圧縮空気の一部もしくは全部に
液相水を接触させて得られる液相水で該接触操作
に用いる圧縮空気の冷却と圧縮機の中間冷却のみ
を行うものであつて、この操作を用いるかぎりに
おいて種々の変更を加えうるものである。例え
ば、中間冷却に更に燃料を併用すること、再熱サ
イクル化などがあり、圧縮比と熱効率との関係か
らは高圧縮比においても熱効率の低下率が従来の
ガスタービンサイクルに比べてより小さいという
特徴のあるものであり、高比出力化あるいは再熱
サイクル化したときのメリツトが大きい。
本発明のガスタービンサイクルの基本的なフロ
ーとその適用の一例を上記に示したが、操作条件
の点からは、圧縮空気と液相水との直接接触によ
る熱および物質（水）移動がより有利に利用でき
る範囲としてまず、該接触操作に用いる圧縮空気
量は熱回収率の面からは通常全量用いることが好
ましいが、自己熱交換器、中間冷却などで使用さ
れる前記接触操作で得られる冷却された液相水を
得るための所望量および接触操作の実用的条件か
ら用いる機器の大きさなどから適宜高温側熱回収
器に分流させるものである。また圧縮空気との接
触操作で蒸発し圧縮空気／水蒸気の混合物として
圧縮空気中に移行させる水量についても実施に当
り好適な量を選定する。
ーとその適用の一例を上記に示したが、操作条件
の点からは、圧縮空気と液相水との直接接触によ
る熱および物質（水）移動がより有利に利用でき
る範囲としてまず、該接触操作に用いる圧縮空気
量は熱回収率の面からは通常全量用いることが好
ましいが、自己熱交換器、中間冷却などで使用さ
れる前記接触操作で得られる冷却された液相水を
得るための所望量および接触操作の実用的条件か
ら用いる機器の大きさなどから適宜高温側熱回収
器に分流させるものである。また圧縮空気との接
触操作で蒸発し圧縮空気／水蒸気の混合物として
圧縮空気中に移行させる水量についても実施に当
り好適な量を選定する。
この好適操作範囲は、中間冷却に更に燃料を併
用すること、再熱サイクル化など、あるいはター
ビン入口条件などによつて当然変わるものであ
る。たとえば、第１図のフローシートにおいて、
タービン入口条件として圧力6at、温度1000℃で
は圧縮空気／水蒸気の混合物として圧縮空気中に
移行させる水量は、全吸入空気１Kgmolあたり
0.06〜0.12Kgmol、好ましくは0.07〜0.11Kgmolの
範囲である。また、圧縮機において、中間冷却を
施す場合の段前後の圧力配分は、中間冷却による
圧縮動力の低減効果をより大きくするとの点より
判断されるべきものである。
用すること、再熱サイクル化など、あるいはター
ビン入口条件などによつて当然変わるものであ
る。たとえば、第１図のフローシートにおいて、
タービン入口条件として圧力6at、温度1000℃で
は圧縮空気／水蒸気の混合物として圧縮空気中に
移行させる水量は、全吸入空気１Kgmolあたり
0.06〜0.12Kgmol、好ましくは0.07〜0.11Kgmolの
範囲である。また、圧縮機において、中間冷却を
施す場合の段前後の圧力配分は、中間冷却による
圧縮動力の低減効果をより大きくするとの点より
判断されるべきものである。
以下に本発明の効果をより具体的に説明するた
めに検討例を示す。
めに検討例を示す。
検討例
() 条件
(a) 効率
圧縮機断熱効率 ηC＝0.89
タービン断熱効率 ηT＝0.91
機械効率 ηn＝0.99
発電機効率 ηG＝0.985
燃焼効率 ηB＝0.999
(b) 大気吸入条件
温 度 15℃
圧 力 1.033at
湿 度 60％
流 量Dry Air １Kgmol／ｓ
H2O 0.0101Kgmol／ｓ
(c) 燃料
種 類 天然ガス
温 度 15℃
高位発熱量（０℃） 245200Kcal／Kgmol
低位発熱量（０℃） 221600Kcal／Kgmol
(d) 総圧力損失率
0.149
(e) 補給水
温 度 15℃
流 量 0.091Kgmol／ｓ
(f) タービン入口条件
圧 力 6at
温 度 1000℃
(g) 熱交換器最小温度差
高温側熱回収器R1 30℃
燃料予熱器R2 30℃
中間冷却器IC 20℃
自己熱交換器SR 20℃
(h) その他
燃料、補給水および交換塔底部水の圧縮動
力は無視したが、所内動力として発電端出力
の0.3％を考慮した。また、タービン冷却空
気の必要量は本サイクルにては低温の圧縮空
気が得られることを考慮して設定した。
力は無視したが、所内動力として発電端出力
の0.3％を考慮した。また、タービン冷却空
気の必要量は本サイクルにては低温の圧縮空
気が得られることを考慮して設定した。
() 結果
(a) 廃ガス
温 度 138.5℃
流 量 1.11Kgmol／ｓ
(b) 圧縮機AC2出口温度 150℃
(c) 送電端出力 8090KW
(d) 送電端熱効率 48.6％
図面は本発明の一例を示すフローシートであ
る。 ２は加圧水導入管、３は大気空気、６は圧縮空
気、７，８，９，１０，１８，１９，２０，２
３，２４は管、R1は高温側熱回収器、R2は熱回
収器、ICは中間冷却器、SRは自己熱交換器、
EXTは交換塔、AC1，AC2は空気圧縮機、CCは
燃焼器、ETはタービン、Ｌは負荷を示す。
る。 ２は加圧水導入管、３は大気空気、６は圧縮空
気、７，８，９，１０，１８，１９，２０，２
３，２４は管、R1は高温側熱回収器、R2は熱回
収器、ICは中間冷却器、SRは自己熱交換器、
EXTは交換塔、AC1，AC2は空気圧縮機、CCは
燃焼器、ETはタービン、Ｌは負荷を示す。
Claims (1)
- １ 燃料として硫黄分を含む燃料を用い、かつ支
燃剤ガス・作動媒体ガス等として用いる空気もし
くは空気を主体とするガスを圧縮機で圧縮してな
る圧縮空気の一部もしくは全部に液相水を接触さ
せて得た空気／水蒸気の混合物でタービン排気の
熱回収を行なうガスタービンサイクルにおいて、
圧縮空気と熱回収媒体として用い加熱された液相
水とを接触させて空気／水蒸気の混合物を得ると
ともに、該接触操作で得られる冷却された液相水
を熱回収媒体として該接触操作に用いる圧縮空気
の冷却と圧縮機の中間冷却にのみ用い前記圧縮空
気との接触操作に供し、かつ該接触操作で蒸発し
空気との混合物として圧縮空気中に移行した量に
当たる液相水を必要に応じ熱回収媒体として使用
して該接触操作および該熱回収操作に供せられる
液相水中に補給するごとくしてなるガスタービン
サイクル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20227083A JPS6093133A (ja) | 1983-10-28 | 1983-10-28 | ガスタ−ビンサイクル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20227083A JPS6093133A (ja) | 1983-10-28 | 1983-10-28 | ガスタ−ビンサイクル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6093133A JPS6093133A (ja) | 1985-05-24 |
| JPH0472048B2 true JPH0472048B2 (ja) | 1992-11-17 |
Family
ID=16454757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20227083A Granted JPS6093133A (ja) | 1983-10-28 | 1983-10-28 | ガスタ−ビンサイクル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6093133A (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58101228A (ja) * | 1981-12-10 | 1983-06-16 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | ガスタ−ビンサイクル |
-
1983
- 1983-10-28 JP JP20227083A patent/JPS6093133A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6093133A (ja) | 1985-05-24 |
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