JPH09296736A - ガスタービン発電方法及び装置 - Google Patents

ガスタービン発電方法及び装置

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JPH09296736A
JPH09296736A JP8113896A JP11389696A JPH09296736A JP H09296736 A JPH09296736 A JP H09296736A JP 8113896 A JP8113896 A JP 8113896A JP 11389696 A JP11389696 A JP 11389696A JP H09296736 A JPH09296736 A JP H09296736A
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JP
Japan
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air
gas turbine
natural gas
indirect heat
liquefied natural
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Application number
JP8113896A
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English (en)
Inventor
Hideyuki Honda
秀幸 本田
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Japan Oxygen Co Ltd
Taiyo Nippon Sanso Corp
Original Assignee
Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気圧縮機で吸入する空気を効果的に冷却す
ることができ、夏場の発電能力を増大させることができ
るガスタービン発電方法及び装置を提供する。 【解決手段】 ガスタービン発電機における空気圧縮機
4の吸入空気を、液化天然ガス、特に、該ガスタービン
発電機の燃料として用いる液化天然ガスとの間接熱交換
により冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン発電
方法及び装置に関し、特に、液化天然ガスを燃料とした
ガスタービン発電方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ガスタービン発電装置は、一般に、燃焼
ガスによりガスタービンを駆動し、該ガスタービンによ
り発電機を駆動するとともに、燃焼用支燃ガスである空
気を圧縮するための空気圧縮機を駆動するようにしてい
る。
【0003】このような発電設備では、近年の冷房設備
の普及等により、夏場の昼に電力需要がピークとなるた
め、このときに発電設備の能力を最大に使用したいとい
う要求がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、空気圧縮機
で空気を圧縮する場合、その処理量は、吸入する大気の
温度や湿度により大きく影響され、大気が高温となる夏
場の昼に処理量が最も減少してしまう。すなわち、温度
上昇によるガス密度の低下によって支燃ガスである空気
の絶対量が減少することから、ガスタービンや発電機の
能力には余裕があっても、発電量を減らさざるを得ない
という不都合がある。
【0005】一方、夜間の余剰電力で冷凍機を稼働して
蓄冷剤を冷却・貯蔵し、昼間の気温が高いときに空気圧
縮機の吸入空気を前記蓄冷剤と熱交換させて冷却するこ
とにより、空気圧縮機の処理量を増大させ、吸入空気を
増加させる方法が知られている。
【0006】しかし、この方法は、設備として蓄冷剤を
冷却するための大型の冷凍機や蓄冷剤貯蔵用の大型貯
槽、さらに空気と蓄冷剤とを熱交換させる大型の熱交換
器が必要であり、夏場の昼間のみという稼働期間が短い
割りに設備比が高いという問題があった。
【0007】そこで本発明は、空気圧縮機で吸入する空
気を効果的に冷却することができ、夏場の発電能力を増
大させることができるガスタービン発電方法及び装置を
提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のガスタービン発電方法は、ガスタービン発
電機における空気圧縮機の吸入空気を液化天然ガスとの
間接熱交換により冷却することを特徴とするものであ
り、さらに、前記液化天然ガスが該ガスタービン発電機
の燃料であることを特徴としている。また、前記液化天
然ガスによる吸入空気の冷却を間接熱交換器で行い、該
間接熱交換器の伝熱面に空気中の水分が氷着したとき
は、空気の導入を継続しながら液化天然ガスの導入を停
止することにより、前記氷着した水分を空気により融解
することを特徴とし、さらに、吸入空気を冷却すること
により昇温して気化した天然ガスを更に昇温すること、
吸入空気をファン等の空気送風手段により液化天然ガス
との間接熱交換に供されることを特徴としている。
【0009】また、本発明のガスタービン発電装置は、
ガスタービン発電機における空気圧縮機の空気吸入系統
に、吸入空気を液化天然ガスとの間接熱交換により冷却
する間接熱交換器を設けたことを特徴とするものであ
り、さらに、前記間接熱交換器は、他の液化天然ガス加
温気化手段と並列に設置されていること、この間接熱交
換器は、多数のフィン付き管を外槽で覆った形式のもの
であり、フィン付き管内が液化天然ガスの流路、フィン
付き管外が空気流路であることを特徴とし、また、間接
熱交換器の液化天然ガス流路の二次側に、気化した天然
ガスを昇温する加温器を設けたこと、間接熱交換器の吸
入空気流路の一次側に、ファン等の空気送風手段を設け
たことを特徴としている。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面を参照して
さらに詳細に説明する。図1は本発明のガスタービン発
電装置の一例を示す系統図、図2は間接熱交換器に用い
るフィン付き管の一例を示す断面図、図3は間接熱交換
器の一例を示す概略図である。
【0011】まず、ガスタービン発電装置は、発電機1
と、該発電機1を駆動するガスタービン2と、該ガスタ
ービン2を駆動するための燃焼ガスを発生させる燃焼炉
3と、該燃焼炉3に支燃ガスである空気を圧縮して供給
する空気圧縮機4とを備えるもので、燃焼炉3には、燃
料供給系統5からの燃料と、空気供給系統6からの圧縮
空気とが供給されている。
【0012】燃料供給系統5には、燃料である液化天然
ガスを貯蔵する液化天然ガス貯槽7と、該液化天然ガス
貯槽7から液化天然ガスを圧送するための液化天然ガス
ポンプ8と、液化天然ガスを海水等で加温して気化させ
る蒸発器9とが設けられるとともに、該蒸発器9と並列
に、空気圧縮機4の吸入空気を冷却するための間接熱交
換器10が設けられている。
【0013】上記間接熱交換器10は、空気取入口11
から取入れた空気を液化天然ガスとの間接熱交換により
冷却するものであって、該間接熱交換器10に液化天然
ガスを供給する分岐流路12には、液化天然ガスの供給
量を制御するための弁13が設けられており、弁13を
開いて分岐流路12から間接熱交換器10に液化天然ガ
スを供給することにより、空気圧縮機4の吸入空気の冷
却が行えるように形成されている。
【0014】すなわち、夏場の昼等の大気温度が高いと
きに弁13を開き、燃焼炉3に供給する液化天然ガスの
一部を分岐流路12に流し、液化天然ガスを間接熱交換
器10に導入することにより、空気取入口11から間接
熱交換器10を介して空気圧縮機4に吸入される空気を
冷却することができる。例えば、温度30℃の空気10
0000m3 /hを15℃に冷却する場合、間接熱交換
器10の出口部の液化天然ガス(気化した天然ガス)の
温度を0℃以上とすると、約3t/hの液化天然ガスを
間接熱交換器10に供給すればよいことになる。
【0015】このようにして空気圧縮機4の吸入空気を
冷却することにより、空気圧縮機4における処理量を増
大させることができ、ガスタービン2や発電機1の能力
を十分に発揮させることができる。しかも、吸入空気の
冷却に冷凍機等の機械設備を必要としないため、動力費
が不要であり、設備費を大幅に削減することができる。
さらに、蓄冷剤や冷媒を使用しないため、これらのコス
トやこれらを貯蔵するための貯槽も不要である。
【0016】また、通常の空気予冷器では、伝熱面に空
気中の水分が付着して霜状に氷結するが、本形態例の場
合、冷熱源である液化天然ガスの温度が−160〜−1
20℃と低く、出口温度が0℃程度であることから、間
接熱交換器10の伝熱面には、一般に水滴・ドレンは付
着しないか、付着しても僅かである。また、空気中の水
分が急激に冷却されるため、ドレンとはならずに霧や霞
状の白煙状態となってそのまま空気圧縮機4に吸入され
るので、空気圧縮機4へのドレン吸入対策が不要であ
り、ドレン分離のための圧力損失もなくなる。
【0017】一方、間接熱交換器10で空気を冷却する
ことにより昇温して気化した天然ガスは、蒸発器9から
の天然ガスと合流して燃焼炉3に送られる。このとき、
間接熱交換器10の液化天然ガス流路の二次側(出口側
流路)に加温器14を設けることにより、この天然ガス
を燃料供給系統5の設定温度にまで昇温することができ
る。
【0018】また、間接熱交換器10の吸入空気流路の
一次側(入口側流路)に、ファン等の空気送風手段15
を設けることにより、間接熱交換器10での圧力損失を
補償して空気圧縮機4の吸入圧力を所定圧力に保持でき
るとともに、間接熱交換器10における負圧対応を省略
することもできる。
【0019】ここで、液化天然ガスにより低温に冷却さ
れる間接熱交換器10の空気流路側伝熱面には、空気中
の水分が僅かずつ付着・氷着し、運転時間の経過に伴っ
て伝熱が疎外され、間接熱交換器10における液化天然
ガスの出口温度が低下するとともに空気の出口温度が上
昇し、吸入空気を十分に冷却することができなくなる。
このような状態になるまでの経過時間は、間接熱交換器
10の設計条件として与えることによって任意に変更で
きるので、必要に応じて最適な条件で間接熱交換器10
を設計すればよい。
【0020】また、伝熱面に水分が氷着したときに、空
気の吸入を継続しながら間接熱交換器10への液化天然
ガスの供給を停止すると、吸入空気の顕熱で伝熱面に氷
着している水分が融解し、ドレンとして伝熱面を伝わっ
て流下するので、間接熱交換器10の下部から排出する
ことができる。これにより、伝熱を疎外する氷着を伝熱
面から除去して間接熱交換器10の伝熱面の再生を行う
ことができる。
【0021】したがって、伝熱面に氷着する空気中の水
分を除去できる状態、すなわち、吸入空気温度(大気温
度)が0℃以上で、顕熱により氷を融解できる状態なら
ば、間接熱交換器10の伝熱面の再生を行うことができ
るので、夏場に限らず空気圧縮機4の吸入空気を冷却す
ることにより、空気圧縮機4の処理効率を向上させるこ
とができ、空気圧縮機4の動力の節減が図れ、その分を
発電機1の駆動用として用いることにより、発電量の増
大も図れる。
【0022】例えば、昼間の電力需要増大時に所定の吸
入空気冷却運転を行って発電量の増大(効率向上)を図
り、夜間等の電力需要減少時や大気温度が低下したとき
に、弁13を閉じて間接熱交換器10への液化天然ガス
の導入を停止し、伝熱面に付着・氷結した水分を吸入空
気により融解して伝熱面の再生を行うように運転するこ
とができる。
【0023】なお、通常の運転状態ならば、この伝熱面
の再生は数時間、例えば4時間程度で終了する。また、
伝熱面の再生は、伝熱面への氷着状況に応じて任意に行
うことも可能であり、間接熱交換器10を複数設置して
交互に冷却運転と再生運転とを行うようにしてもよい。
【0024】図2は、前記間接熱交換器10に液化天然
ガス流路用として用いるフィン付き管21の一例を示す
ものである。このように管体22の四方に4枚のフィン
23を一体形成したフィン付き管21を用いることによ
り、伝熱面積を増大させて吸入空気を効率よく冷却する
ことができる。
【0025】また、図3に示すように、間接熱交換器1
0の構造としては、上述のフィン付き管21を垂直方向
に多数配列するとともに、該フィン付き管21の外周を
外槽24で覆った形式のものとし、フィン付き管21内
を液化天然ガスの流路、その外部側を吸入空気の流路と
することが好ましい。この場合、各フィン付き管21へ
の液化天然ガスの分配は、管板ではなく、図に示すよう
な分配配管25を用いて行うことにより、製作も容易に
なり、伝熱面再生時のドレンの排出も円滑に行うことが
できる。
【0026】なお、前記形態例では、吸入空気冷却用と
してガスタービン発電装置の燃料として用いる液化天然
ガスを用いたが、ガスタービン発電装置の燃料以外のも
の、例えば、都市ガス等の天然ガス供給設備における液
化天然ガスを用いることもでき、このときのガスタービ
ン発電装置の燃料は、重油等を用いることができる。ま
た、液化天然ガスよりも低温の液体、例えば液化空気や
液化窒素等を用いることができる。
【0027】さらに、本発明は、燃焼炉3が省略され、
ガスタービン2の入口で燃料と空気とを混合して燃焼さ
せる形式の発電設備や、タービン出口の高温ガスを利用
してスチームタービンを駆動する複合型発電設備にも適
用することができる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のガスター
ビン発電方法及び装置によれば、設備コストや運転コス
トを上昇させることなく、空気圧縮機で吸入する空気を
効果的に冷却することができ、夏場の発電能力を容易に
増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のガスタービン発電装置の一例を示す
系統図である。
【図2】 間接熱交換器に用いるフィン付き管の一例を
示す断面図である。
【図3】 間接熱交換器の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
1…発電機、2…ガスタービン、3…燃焼炉、4…空気
圧縮機、5…燃料供給系統、6…空気供給系統、7…液
化天然ガス貯槽、8…液化天然ガスポンプ、9…蒸発
器、10…間接熱交換器、11…空気取入口、12…分
岐流路、13…弁、14…加温器、15…空気送風手
段、21…フィン付き管、22…管体、23…フィン、
24…外槽、25…分配配管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F28D 15/02 104 6958−4H C10L 3/00 CSKA

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガスタービン発電機における空気圧縮機
    の吸入空気を液化天然ガスとの間接熱交換により冷却す
    ることを特徴とするガスタービン発電方法。
  2. 【請求項2】 前記液化天然ガスは、ガスタービン発電
    機の燃料であることを特徴とする請求項1記載のガスタ
    ービン発電方法。
  3. 【請求項3】 前記液化天然ガスによる吸入空気の冷却
    を間接熱交換器で行い、該間接熱交換器の伝熱面に空気
    中の水分が氷着したときは、空気の導入を継続しながら
    液化天然ガスの導入を停止することにより、前記氷着し
    た水分を空気により融解することを特徴とする請求項1
    記載のガスタービン発電方法。
  4. 【請求項4】 前記吸入空気を冷却することにより昇温
    して気化した天然ガスを使用温度まで更に昇温すること
    を特徴とする請求項1記載のガスタービン発電方法。
  5. 【請求項5】 前記吸入空気は、ファン等の空気送風手
    段により前記液化天然ガスとの間接熱交換に供されるこ
    とを特徴とする請求項1記載のガスタービン発電方法。
  6. 【請求項6】 ガスタービン発電機における空気圧縮機
    の空気吸入系統に、吸入空気を液化天然ガスとの間接熱
    交換により冷却する間接熱交換器を設けたことを特徴と
    するガスタービン発電装置。
  7. 【請求項7】 前記間接熱交換器は、他の液化天然ガス
    加温気化手段と並列に設置されていることを特徴とする
    請求項6記載のガスタービン発電装置。
  8. 【請求項8】 前記間接熱交換器は、多数のフィン付き
    管を外槽で覆った形式のものであり、フィン付き管内が
    液化天然ガスの流路、フィン付き管外が空気流路である
    ことを特徴とする請求項6記載のガスタービン発電装
    置。
  9. 【請求項9】 前記間接熱交換器の液化天然ガス流路の
    二次側に、気化した天然ガスを昇温する加温器を設けた
    ことを特徴とする請求項6記載のガスタービン発電装
    置。
  10. 【請求項10】 前記間接熱交換器の吸入空気流路の一
    次側に、ファン等の空気送風手段を設けたことを特徴と
    する請求項6記載のガスタービン発電装置。
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