JP2001193483A - ガスタービンシステム - Google Patents
ガスタービンシステムInfo
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明の目的は、液体空気製造動力を低減でき
るガスタービンシステムを提供することにある。 【解決手段】昼間に液体空気を使用する時に液体空気の
冷熱を蓄冷槽１８に貯蔵して、この冷熱を夜間の液体空
気製造に利用する。液体空気を使用する時に、貯蔵タン
ク２３出口で液体空気を高圧にして、蓄冷槽１８出口で
ほぼ室温の高圧空気とした後で、膨張タービン１９を通
すことで冷熱の回収と低温空気の確保を両立させ、さら
に膨張タービン１９で動力が回収できる。
るガスタービンシステムを提供することにある。 【解決手段】昼間に液体空気を使用する時に液体空気の
冷熱を蓄冷槽１８に貯蔵して、この冷熱を夜間の液体空
気製造に利用する。液体空気を使用する時に、貯蔵タン
ク２３出口で液体空気を高圧にして、蓄冷槽１８出口で
ほぼ室温の高圧空気とした後で、膨張タービン１９を通
すことで冷熱の回収と低温空気の確保を両立させ、さら
に膨張タービン１９で動力が回収できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液化天然ガス（Ｌ
ＮＧ）を用いたガスタービンシステムに関する。
ＮＧ）を用いたガスタービンシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】液化天然ガス(ＬＮＧ)を熱源に用いて、
ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた複合発電プ
ラントは、取り込んだ大気を圧縮機で高圧にしてから、
ＬＮＧを気化させた天然ガス（ＮＧ）と混合して燃焼さ
せて、この燃焼ガスにてガスタービンを駆動して発電す
る。ガスタービンから排出された排気ガスは高温である
ので、この熱を活用して高圧の水を加熱し、生成した高
温・高圧の蒸気で蒸気タービンを駆動して発電する。こ
の複合発電方式は天然ガスの燃焼エネルギーを高温から
低温まで幅広く発電に活用できるために、発電効率が５
０％を超え日本を始めとして幅広く火力発電所に用いら
れている。
ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた複合発電プ
ラントは、取り込んだ大気を圧縮機で高圧にしてから、
ＬＮＧを気化させた天然ガス（ＮＧ）と混合して燃焼さ
せて、この燃焼ガスにてガスタービンを駆動して発電す
る。ガスタービンから排出された排気ガスは高温である
ので、この熱を活用して高圧の水を加熱し、生成した高
温・高圧の蒸気で蒸気タービンを駆動して発電する。こ
の複合発電方式は天然ガスの燃焼エネルギーを高温から
低温まで幅広く発電に活用できるために、発電効率が５
０％を超え日本を始めとして幅広く火力発電所に用いら
れている。
【０００３】この複合発電プラントの出力は発電設備を
流れる空気重量にほぼ比例して増加するが、圧縮機で加
圧できる空気量は装置の特性から体積で決まる。したが
って、一番電力を必要とする夏場の午後などは、ガスタ
ービンに取り込む空気の気温が高いために空気密度が小
さく、加圧できる空気重量が低下してしまう。従って、
一番電気を必要とする時に複合発電プラントの出力が低
下してしまう。
流れる空気重量にほぼ比例して増加するが、圧縮機で加
圧できる空気量は装置の特性から体積で決まる。したが
って、一番電力を必要とする夏場の午後などは、ガスタ
ービンに取り込む空気の気温が高いために空気密度が小
さく、加圧できる空気重量が低下してしまう。従って、
一番電気を必要とする時に複合発電プラントの出力が低
下してしまう。
【０００４】このため、昼間の発電出力を増加させるも
のとしては、圧縮機の入口空気を冷却する必要性が広く
知られており、例えば、１）夜間電力を用いて水を冷却
して氷として貯蔵し、昼間この氷の冷熱を利用して空気
を冷却する氷蓄熱方式、２）夜間電力を用いて液体空気
を製造し、この冷たい液体空気を大気と混合して圧縮機
に供給することで、圧縮機入口の空気温度を下げる液体
空気利用方式、３）圧縮機入口の空気に細かいミストを
添加し、圧縮機の中でミストを蒸発させて、この蒸発潜
熱により空気を冷却して、圧縮できる空気流量を増加さ
せるミスト注入方式といった、３種類の方式が提案され
ている。
のとしては、圧縮機の入口空気を冷却する必要性が広く
知られており、例えば、１）夜間電力を用いて水を冷却
して氷として貯蔵し、昼間この氷の冷熱を利用して空気
を冷却する氷蓄熱方式、２）夜間電力を用いて液体空気
を製造し、この冷たい液体空気を大気と混合して圧縮機
に供給することで、圧縮機入口の空気温度を下げる液体
空気利用方式、３）圧縮機入口の空気に細かいミストを
添加し、圧縮機の中でミストを蒸発させて、この蒸発潜
熱により空気を冷却して、圧縮できる空気流量を増加さ
せるミスト注入方式といった、３種類の方式が提案され
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術の
３）液体空気利用方式においては、液体空気は単位体積
当たりの冷熱貯蔵量が多い上に、大気圧で貯蔵できるこ
と、直接ガスタービンの入口空気と混合できるので設備
が小型化できること等の利点がある。
３）液体空気利用方式においては、液体空気は単位体積
当たりの冷熱貯蔵量が多い上に、大気圧で貯蔵できるこ
と、直接ガスタービンの入口空気と混合できるので設備
が小型化できること等の利点がある。
【０００６】しかし、液体空気を夜間電力で製造する時
に大きな動力が必要となってしまう。この対策としてＬ
ＮＧ冷熱を利用することが考えられるが、メタンを主成
分とするＬＮＧの貯蔵温度は−１６２℃であり、大気圧
の液体空気温度−１９４℃に比べて３０℃以上も高いの
で、単にＬＮＧ冷熱を利用するだけでは、大幅な液体空
気製造動力の削減に結び付けることが難しい。
に大きな動力が必要となってしまう。この対策としてＬ
ＮＧ冷熱を利用することが考えられるが、メタンを主成
分とするＬＮＧの貯蔵温度は−１６２℃であり、大気圧
の液体空気温度−１９４℃に比べて３０℃以上も高いの
で、単にＬＮＧ冷熱を利用するだけでは、大幅な液体空
気製造動力の削減に結び付けることが難しい。
【０００７】本発明の目的は、液体空気製造動力を低減
できるガスタービンシステムを提供することにある。
できるガスタービンシステムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に、本発明のガスタービンシステムは、気化させた空気
をガスタービン吸気空気と混合してガスタービン入口の
空気温度を冷却するガスタービンシステムにおいて、液
体空気を該液体空気の冷熱を貯蔵する蓄冷槽との熱交換
で加温して、気化空気を膨張タービンにより冷却してか
らガスタービン吸気空気と混合するものである。
に、本発明のガスタービンシステムは、気化させた空気
をガスタービン吸気空気と混合してガスタービン入口の
空気温度を冷却するガスタービンシステムにおいて、液
体空気を該液体空気の冷熱を貯蔵する蓄冷槽との熱交換
で加温して、気化空気を膨張タービンにより冷却してか
らガスタービン吸気空気と混合するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本実施例のガスタービンシ
ステムについて、図１及び図２を用いて詳細に説明す
る。図１は、本発明の一実施例を示すガスタービンシス
テムの系統図、図２は、図１に示す熱交換器の詳細図で
ある。なお、以下の説明においては、複合発電システム
のガスタービン入口空気を冷却することに実施例を適用
した場合を説明する。
ステムについて、図１及び図２を用いて詳細に説明す
る。図１は、本発明の一実施例を示すガスタービンシス
テムの系統図、図２は、図１に示す熱交換器の詳細図で
ある。なお、以下の説明においては、複合発電システム
のガスタービン入口空気を冷却することに実施例を適用
した場合を説明する。
【００１０】図１に示す複合発電システム１の発電量は
２５万ｋＷで、内訳はガスタービン２の出力が１５万ｋ
Ｗ、蒸気タービン３の出力が１０万ｋＷである。空気流
量は１時間当たり１５００tonで、ＬＮＧの消費量は１
時間当たり約３０tonである。圧縮機９で圧縮された空
気は燃焼器３０で燃焼され、この燃焼ガスによってガス
タービン２が駆動される。ガスタービン２からの排熱で
蒸気を発生させる排熱回収ボイラーは再熱３重圧の構成
で、蒸気タービン３は高圧，中圧，低圧の３段で構成さ
れている。蒸気タービン３を出た蒸気を水に凝縮させる
復水器４は海水５で冷却されている。復水器４の出入口
における海水５の温度上昇は１０℃以下になるように、
海水流量を制御する。排熱回収ボイラー６の中にはアン
モニア添加のチタン触媒による脱硝装置７が設けられて
いて、排熱回収ボイラー６出口におけるＮＯｘ濃度を２
０ppm以下に抑制してから、高さ２００ｍの煙突８から
大気に拡散させている。なお、図１で基本となる複合発
電システム１は５０％を超える高い熱効率を示すことか
ら、近年２４ｈ連続で運転するベースロードに用いられ
るケースが増加してきている。
２５万ｋＷで、内訳はガスタービン２の出力が１５万ｋ
Ｗ、蒸気タービン３の出力が１０万ｋＷである。空気流
量は１時間当たり１５００tonで、ＬＮＧの消費量は１
時間当たり約３０tonである。圧縮機９で圧縮された空
気は燃焼器３０で燃焼され、この燃焼ガスによってガス
タービン２が駆動される。ガスタービン２からの排熱で
蒸気を発生させる排熱回収ボイラーは再熱３重圧の構成
で、蒸気タービン３は高圧，中圧，低圧の３段で構成さ
れている。蒸気タービン３を出た蒸気を水に凝縮させる
復水器４は海水５で冷却されている。復水器４の出入口
における海水５の温度上昇は１０℃以下になるように、
海水流量を制御する。排熱回収ボイラー６の中にはアン
モニア添加のチタン触媒による脱硝装置７が設けられて
いて、排熱回収ボイラー６出口におけるＮＯｘ濃度を２
０ppm以下に抑制してから、高さ２００ｍの煙突８から
大気に拡散させている。なお、図１で基本となる複合発
電システム１は５０％を超える高い熱効率を示すことか
ら、近年２４ｈ連続で運転するベースロードに用いられ
るケースが増加してきている。
【００１１】液体空気の製造は、夜間電力等の余剰電力
を用いて１日１８時間行い、この液体空気を用いて圧縮
機９の入口空気を冷却して出力増加させる運転を、昼間
の５時間実施する。液体空気の製造運転と増出力運転と
の切り替え時間が、それぞれ３０分とする。
を用いて１日１８時間行い、この液体空気を用いて圧縮
機９の入口空気を冷却して出力増加させる運転を、昼間
の５時間実施する。液体空気の製造運転と増出力運転と
の切り替え時間が、それぞれ３０分とする。
【００１２】液体空気の製造は、大気圧の空気を先ず高
圧に圧縮してから液体空気温度近くまで冷却し、次に大
気圧近くまで断熱膨張させるとジュールトムソン効果で
更に冷却されて液体空気が得られる。圧縮性の空気を高
圧にするのに大きな動力を必要とするが、同一重量の高
圧空気を得る場合、始めの空気密度が高いほど動力は少
なくて良い。
圧に圧縮してから液体空気温度近くまで冷却し、次に大
気圧近くまで断熱膨張させるとジュールトムソン効果で
更に冷却されて液体空気が得られる。圧縮性の空気を高
圧にするのに大きな動力を必要とするが、同一重量の高
圧空気を得る場合、始めの空気密度が高いほど動力は少
なくて良い。
【００１３】そこで、図１のシステムでは空気１３を圧
縮する前に、ＬＮＧ１０と熱交換を実施して温度を低下
させて、空気密度を増加させてから圧縮機１１を駆動し
て高圧空気を製造する。空気の臨界圧は３.８ＭＰａ
で、それ以上の高圧にしてから液体空気温度近くまで冷
却すると超臨界状態であるので、途中で凝縮による相変
化無しで冷却することが可能である。空気は圧縮される
と温度が上昇するので、途中で冷却して密度を増加させ
るプロセスをいれると、圧縮動力が削減できる。したが
って、図１に示す本実施例では圧縮機１１を２段設け、
中間にＬＮＧとの熱交換１２で空気１３を冷却するプロ
セスを設ける。大気圧の空気１３を熱交換器１２に供給
する入口には、ブロアー１４を設けて加圧することで、
熱交換器１２の内部の圧力損失があっても圧縮機１１の
入口で大気圧が維持できるようにする。
縮する前に、ＬＮＧ１０と熱交換を実施して温度を低下
させて、空気密度を増加させてから圧縮機１１を駆動し
て高圧空気を製造する。空気の臨界圧は３.８ＭＰａ
で、それ以上の高圧にしてから液体空気温度近くまで冷
却すると超臨界状態であるので、途中で凝縮による相変
化無しで冷却することが可能である。空気は圧縮される
と温度が上昇するので、途中で冷却して密度を増加させ
るプロセスをいれると、圧縮動力が削減できる。したが
って、図１に示す本実施例では圧縮機１１を２段設け、
中間にＬＮＧとの熱交換１２で空気１３を冷却するプロ
セスを設ける。大気圧の空気１３を熱交換器１２に供給
する入口には、ブロアー１４を設けて加圧することで、
熱交換器１２の内部の圧力損失があっても圧縮機１１の
入口で大気圧が維持できるようにする。
【００１４】ＬＮＧ１０と空気１３との熱交換器１２は
通常の伝熱管方式を用いると、万一配管に破損が入り両
者が混合すると反応して火災が発生する恐れがある。そ
こで、熱交換器１２は図２に示すように、それぞれが別
の流路を構成する伝熱管１６内を流れ、伝熱管１６の間
の熱伝達にはフィン１５で行う方式を採用する。この場
合、何れかの配管に破損が発生してガスが中間部に流出
した場合に、それを検知してそれぞれの入口配管での弁
を閉鎖すれば、火災等の発生を防止することができる。
ＬＮＧ１０と空気１３の熱交換を行う場合に、ＬＮＧの
方が単位体積当たりの比熱が大きいので、ＬＮＧ配管と
空気配管の断面積の比は、空気配管３に対してＬＮＧ配
管を１の割合で配置する。また、熱交換器１２は大気圧
の空気を冷却する場合と、圧縮機で一度加圧した高圧空
気を冷却する場合の２段階で用いる。この場合、圧力に
よって空気体積が異なるので、大気圧の空気を冷却する
場合の空気配管の直径は、高圧空気を冷却する場合より
も大きくする。
通常の伝熱管方式を用いると、万一配管に破損が入り両
者が混合すると反応して火災が発生する恐れがある。そ
こで、熱交換器１２は図２に示すように、それぞれが別
の流路を構成する伝熱管１６内を流れ、伝熱管１６の間
の熱伝達にはフィン１５で行う方式を採用する。この場
合、何れかの配管に破損が発生してガスが中間部に流出
した場合に、それを検知してそれぞれの入口配管での弁
を閉鎖すれば、火災等の発生を防止することができる。
ＬＮＧ１０と空気１３の熱交換を行う場合に、ＬＮＧの
方が単位体積当たりの比熱が大きいので、ＬＮＧ配管と
空気配管の断面積の比は、空気配管３に対してＬＮＧ配
管を１の割合で配置する。また、熱交換器１２は大気圧
の空気を冷却する場合と、圧縮機で一度加圧した高圧空
気を冷却する場合の２段階で用いる。この場合、圧力に
よって空気体積が異なるので、大気圧の空気を冷却する
場合の空気配管の直径は、高圧空気を冷却する場合より
も大きくする。
【００１５】大気圧の空気１３を冷却する場合の問題
は、空気中に含まれる湿分と二酸化炭素が凝縮して固体
として伝熱管１６の表面に付着することである。そこ
で、大気圧の空気１３をＬＮＧ１０で冷却する熱交換器
は、必要容量の２０％の熱交換器を６系統設けて、１２
０％容量とする。そして、２０分置きに流路を切り替え
て６系統の熱交換器の内で、５系統の熱交換器に空気１
３とＬＮＧ１０を流して熱交換を行わせる。系統から切
り離した１系統の熱交換器には、空気を流す伝熱管とＬ
ＮＧを流す伝熱管との中間部分に海水を流し、配管内部
表面に付着した氷を溶解させて、これを下部に集める。
この溶解水は溶解水タンクに集めて貯蔵する。配管内部
に付着する二酸化炭素は氷と比較すると、１／１００以
下であるので、容易に昇華して系統から排除できる。
は、空気中に含まれる湿分と二酸化炭素が凝縮して固体
として伝熱管１６の表面に付着することである。そこ
で、大気圧の空気１３をＬＮＧ１０で冷却する熱交換器
は、必要容量の２０％の熱交換器を６系統設けて、１２
０％容量とする。そして、２０分置きに流路を切り替え
て６系統の熱交換器の内で、５系統の熱交換器に空気１
３とＬＮＧ１０を流して熱交換を行わせる。系統から切
り離した１系統の熱交換器には、空気を流す伝熱管とＬ
ＮＧを流す伝熱管との中間部分に海水を流し、配管内部
表面に付着した氷を溶解させて、これを下部に集める。
この溶解水は溶解水タンクに集めて貯蔵する。配管内部
に付着する二酸化炭素は氷と比較すると、１／１００以
下であるので、容易に昇華して系統から排除できる。
【００１６】２段で５.０ＭＰａまで昇圧された空気１
７は、図１に示す蓄冷槽１８で−１８０℃まで冷却した
後、ジュールトムソン弁２０で断熱膨張させて、その７
５％以上を液化する。蓄冷槽１８は空気配管の間隙をコ
ンクリートで充填したもので液化運転を開始する時点で
は、ほぼ全体が液体空気温度近くまで冷却されている。
液化運転の開始とともに、空気を冷却する過程でコンク
リートと空気配管の温度が上昇し、液化運転終了時には
主要な部分は大気温度に近くまで温度が上昇する。一
方、液体空気による増出力運転をする場合には、蓄冷槽
１８を通して液体空気は膨張タービン１９に供給される
ので、時間とともに蓄冷槽１８の温度は低下する。増出
力運転が終了した時点では、蓄冷槽１８の全体が液体空
気温度に近くなる。この温度サイクルにより、増出力運
転に用いる液体空気の冷熱が蓄冷槽１８に溜められ、液
化運転に用いることが可能になる。
７は、図１に示す蓄冷槽１８で−１８０℃まで冷却した
後、ジュールトムソン弁２０で断熱膨張させて、その７
５％以上を液化する。蓄冷槽１８は空気配管の間隙をコ
ンクリートで充填したもので液化運転を開始する時点で
は、ほぼ全体が液体空気温度近くまで冷却されている。
液化運転の開始とともに、空気を冷却する過程でコンク
リートと空気配管の温度が上昇し、液化運転終了時には
主要な部分は大気温度に近くまで温度が上昇する。一
方、液体空気による増出力運転をする場合には、蓄冷槽
１８を通して液体空気は膨張タービン１９に供給される
ので、時間とともに蓄冷槽１８の温度は低下する。増出
力運転が終了した時点では、蓄冷槽１８の全体が液体空
気温度に近くなる。この温度サイクルにより、増出力運
転に用いる液体空気の冷熱が蓄冷槽１８に溜められ、液
化運転に用いることが可能になる。
【００１７】蓄冷槽１８の空気配管は外径１２mmで配管
間隔が８０mmの千鳥配置に配列されており、その間隙に
２ｗｔ％鉄繊維を添加したコンクリートで充填したもの
である。空気配管にはフィンを設けることで、空気配管
とコンクリートとの伝熱特性を良好にしている。また、
コンクリートに添加した鉄繊維はコンクリートの機械強
度を増加させるとともに、コンクリートの熱伝導率を向
上させるものである。一般に蓄熱式熱交換器は伝熱管方
式の熱交換と比較して、熱交換特性が優れていることで
知られており、図１のように同一の空気を時間遅れで、
熱交換させる場合には有効な手段になっている。
間隔が８０mmの千鳥配置に配列されており、その間隙に
２ｗｔ％鉄繊維を添加したコンクリートで充填したもの
である。空気配管にはフィンを設けることで、空気配管
とコンクリートとの伝熱特性を良好にしている。また、
コンクリートに添加した鉄繊維はコンクリートの機械強
度を増加させるとともに、コンクリートの熱伝導率を向
上させるものである。一般に蓄熱式熱交換器は伝熱管方
式の熱交換と比較して、熱交換特性が優れていることで
知られており、図１のように同一の空気を時間遅れで、
熱交換させる場合には有効な手段になっている。
【００１８】蓄熱式熱交換器の場合に、蓄冷材となる石
等の無機物は配管内部に充填することが多いが、図１の
システムのように液化運転が１８時間で、増出力運転が
５時間というように時間サイクルが長い場合には、配管
の外に蓄冷材を設けることが可能となる。この場合に耐
圧部材となる空気配管の配管径が大幅に小さくなるとと
もに、その肉厚も薄くなるので配管重量は軽くなり、経
済性が改善される。
等の無機物は配管内部に充填することが多いが、図１の
システムのように液化運転が１８時間で、増出力運転が
５時間というように時間サイクルが長い場合には、配管
の外に蓄冷材を設けることが可能となる。この場合に耐
圧部材となる空気配管の配管径が大幅に小さくなるとと
もに、その肉厚も薄くなるので配管重量は軽くなり、経
済性が改善される。
【００１９】ジュールトムソン弁２０で大部分が液化し
た大気圧の空気は気水分離器２１で液体と気体成分に分
離する。液体部分２２は液体空気貯蔵タンク２３で貯蔵
し、気体部分２４は冷熱回収器２５で高圧空気１７を冷
却した後で、室温近くまで温度上昇した後で大気に放出
される。冷熱回収器２５に供給する高圧空気１７は、２
段目の圧縮機１１の出口から一部分離した空気である。
冷熱回収器２５はアルミニウム製のプレートフィン型熱
交換器で有り、伝熱管方式と比較して圧力損失は大きい
が体積が１／２０の小型熱交換器で、空気とプレート管
の熱抵抗が小さいので、高効率の冷熱回収が可能であ
る。
た大気圧の空気は気水分離器２１で液体と気体成分に分
離する。液体部分２２は液体空気貯蔵タンク２３で貯蔵
し、気体部分２４は冷熱回収器２５で高圧空気１７を冷
却した後で、室温近くまで温度上昇した後で大気に放出
される。冷熱回収器２５に供給する高圧空気１７は、２
段目の圧縮機１１の出口から一部分離した空気である。
冷熱回収器２５はアルミニウム製のプレートフィン型熱
交換器で有り、伝熱管方式と比較して圧力損失は大きい
が体積が１／２０の小型熱交換器で、空気とプレート管
の熱抵抗が小さいので、高効率の冷熱回収が可能であ
る。
【００２０】増出力運転を開始する場合には、液体空気
貯蔵タンク２３内に設けたサブマージドポンプ２６で液
体空気を４.０ＭＰａまで加圧してから蓄冷槽１８に供
給する。液化運転する時に蓄冷槽１８に供給する空気圧
力よりも液体空気貯蔵タンク２３からの空気圧力を低下
させると、蓄冷槽１８での熱交換特性が向上する。蓄冷
槽１８を液体空気温度近くまで冷却した空気２７は、蓄
冷槽１８の出口で室温近くまで温度上昇するので、膨張
タービン１９で大気圧まで膨張させてから混合器２８で
空気２９と混合し、圧縮機９の入口に供給することで圧
縮機９への供給空気の温度を低下させる。膨張タービン
１９で回収できる動力は、入口の空気温度が高いほど大
きくなるので、蓄冷槽１８を出た空気２７を排熱回収ボ
イラー６出口の排気ガスと熱交換して、１００℃まで加
熱してから膨張タービン１９に供給することも可能であ
る。また、ガスタービン２に供給する空気の湿度が小さ
いほど、燃焼器３０でのＮＯｘ生成が大きくなるので、
必要に応じて溶解水タンクに貯蔵した水分を同時に、ガ
スタービン２入口に噴霧することも可能である。
貯蔵タンク２３内に設けたサブマージドポンプ２６で液
体空気を４.０ＭＰａまで加圧してから蓄冷槽１８に供
給する。液化運転する時に蓄冷槽１８に供給する空気圧
力よりも液体空気貯蔵タンク２３からの空気圧力を低下
させると、蓄冷槽１８での熱交換特性が向上する。蓄冷
槽１８を液体空気温度近くまで冷却した空気２７は、蓄
冷槽１８の出口で室温近くまで温度上昇するので、膨張
タービン１９で大気圧まで膨張させてから混合器２８で
空気２９と混合し、圧縮機９の入口に供給することで圧
縮機９への供給空気の温度を低下させる。膨張タービン
１９で回収できる動力は、入口の空気温度が高いほど大
きくなるので、蓄冷槽１８を出た空気２７を排熱回収ボ
イラー６出口の排気ガスと熱交換して、１００℃まで加
熱してから膨張タービン１９に供給することも可能であ
る。また、ガスタービン２に供給する空気の湿度が小さ
いほど、燃焼器３０でのＮＯｘ生成が大きくなるので、
必要に応じて溶解水タンクに貯蔵した水分を同時に、ガ
スタービン２入口に噴霧することも可能である。
【００２１】１tonのＬＮＧ冷熱を用いると１.７tonの
液体空気の製造が可能であるので、１時間３０tonのＬ
ＮＧ燃料１８時間分で、約９００tonの液体空気を製造
できる。これを５時間の増出力運転に利用した場合、１
時間１８０tonの液体空気を１３２０tonの空気と混合し
て、圧縮機入口の冷却が可能である。したがって、空気
を１００℃まで加熱して膨張タービンに供給した場合、
膨張タービン出口の空気温度は−１２０℃ほどとなるの
で、仮に大気温度が３０℃の場合に１２℃まで空気を冷
却することができる。この場合には、複合発電プラント
の発電出力は６％ほど向上させることが可能である。ま
た、膨張タービンにより約１０ＭＷの動力回収ができ
る。
液体空気の製造が可能であるので、１時間３０tonのＬ
ＮＧ燃料１８時間分で、約９００tonの液体空気を製造
できる。これを５時間の増出力運転に利用した場合、１
時間１８０tonの液体空気を１３２０tonの空気と混合し
て、圧縮機入口の冷却が可能である。したがって、空気
を１００℃まで加熱して膨張タービンに供給した場合、
膨張タービン出口の空気温度は−１２０℃ほどとなるの
で、仮に大気温度が３０℃の場合に１２℃まで空気を冷
却することができる。この場合には、複合発電プラント
の発電出力は６％ほど向上させることが可能である。ま
た、膨張タービンにより約１０ＭＷの動力回収ができ
る。
【００２２】このように、本実施例ではガスタービン入
口空気流量の増加による複合発電システムの出力増加と
膨張タービンによる動力回収の双方を同時に達成するこ
とが可能となる。
口空気流量の増加による複合発電システムの出力増加と
膨張タービンによる動力回収の双方を同時に達成するこ
とが可能となる。
【００２３】以上述べたように、本実施例のガスタービ
ンシステムは、まず液体空気を高圧にして蓄冷槽で冷熱
を回収し、膨張タービンを用いて動力を回収した後で、
極低温の空気をタービン入口空気と混合している。
ンシステムは、まず液体空気を高圧にして蓄冷槽で冷熱
を回収し、膨張タービンを用いて動力を回収した後で、
極低温の空気をタービン入口空気と混合している。
【００２４】液体空気の製造動力を大幅に削減する手段
としては、昼間に液体空気を使用する時に液体空気の冷
熱を蓄冷槽に貯蔵して、この冷熱を夜間の液体空気製造
に利用するものである。ＬＮＧ貯蔵温度以下の冷熱を貯
蔵することにより、液体空気の製造動力を約１／３に削
減することが可能になる。
としては、昼間に液体空気を使用する時に液体空気の冷
熱を蓄冷槽に貯蔵して、この冷熱を夜間の液体空気製造
に利用するものである。ＬＮＧ貯蔵温度以下の冷熱を貯
蔵することにより、液体空気の製造動力を約１／３に削
減することが可能になる。
【００２５】ただし単に液体空気の冷熱を蓄冷槽に貯槽
すると、蓄冷槽出口における空気温度は室温に近くなる
ので、ガスタービンの入口空気の冷却に役立たないこと
になる。そこで、液体空気を貯蔵しているタンク出口で
液体空気を高圧にして、蓄冷槽出口でほぼ室温の高圧空
気とした後で、膨張タービンを通すと膨張タービン出口
からは極低温の空気が得られるとともに、動力が回収で
きることになる。この空気をガスタービンの入口に添加
すれば、空気冷却を達成できる。
すると、蓄冷槽出口における空気温度は室温に近くなる
ので、ガスタービンの入口空気の冷却に役立たないこと
になる。そこで、液体空気を貯蔵しているタンク出口で
液体空気を高圧にして、蓄冷槽出口でほぼ室温の高圧空
気とした後で、膨張タービンを通すと膨張タービン出口
からは極低温の空気が得られるとともに、動力が回収で
きることになる。この空気をガスタービンの入口に添加
すれば、空気冷却を達成できる。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、液体空気製造動力を低
減したガスタービンシステムを提供することができると
いう効果を奏する。
減したガスタービンシステムを提供することができると
いう効果を奏する。
【図１】本発明の一実施例であるガスタービンシステム
の概要図。
の概要図。
【図２】熱交換器の構成例。
１…複合発電システム、２…ガスタービン、３…蒸気タ
ービン、４…復水器、５…海水、６…排熱回収ボイラ
ー、７…脱硝装置、８…煙突、９…圧縮機、１０…ＬＮ
Ｇ、１１…圧縮機、１２…熱交換器、１３，１７，２
７，２９…空気、１４…ブロアー、１５…フィン、１６
…伝熱管、１８…蓄冷槽、１９…膨張タービン、２０…
ジュールトムソン弁、２１…気水分離器、２２…液体空
気、２３…液体空気貯蔵タンク、２４…気体空気、２５
…冷熱回収器、２６…サブマージドポンプ、２８…混合
器、３０…燃焼器。
ービン、４…復水器、５…海水、６…排熱回収ボイラ
ー、７…脱硝装置、８…煙突、９…圧縮機、１０…ＬＮ
Ｇ、１１…圧縮機、１２…熱交換器、１３，１７，２
７，２９…空気、１４…ブロアー、１５…フィン、１６
…伝熱管、１８…蓄冷槽、１９…膨張タービン、２０…
ジュールトムソン弁、２１…気水分離器、２２…液体空
気、２３…液体空気貯蔵タンク、２４…気体空気、２５
…冷熱回収器、２６…サブマージドポンプ、２８…混合
器、３０…燃焼器。
Claims (5)
- 【請求項１】気化させた空気をガスタービン吸気空気と
混合してガスタービン入口の空気温度を冷却するガスタ
ービンシステムにおいて、 液体空気を該液体空気の冷熱を貯蔵する蓄冷槽との熱交
換で加温して、気化空気を膨張タービンにより冷却して
からガスタービン吸気空気と混合することを特徴とする
ガスタービンシステム。 - 【請求項２】前記ガスタービンシステムにおいて、液化
天然ガスと熱交換して冷却した高圧空気を前記蓄冷槽に
供給して液体空気を製造するすることを特徴とする請求
項１に記載のガスタービンシステム。 - 【請求項３】空気を圧縮する空気圧縮機と、空気に燃料
を混合し燃焼する燃焼器と、該燃焼器で生じた燃焼ガス
により駆動されるガスタービンと、空気を冷却するまた
は液化空気を気化する蓄冷槽と、該蓄冷槽で気化された
空気と前記空気圧縮機に導かれる空気とを混合する混合
器とを備えたことを特徴とするガスタービンシステム。 - 【請求項４】空気を圧縮する空気圧縮機と、空気に燃料
を混合し燃焼する燃焼器と、該燃焼器で生じた燃焼ガス
により駆動されるガスタービンと、空気を冷却するまた
は液化空気を気化する蓄冷槽と、液体空気を貯蔵する貯
蔵タンクと、該貯蔵タンクの液化空気を加圧して前記蓄
冷槽に導くポンプと、前記蓄冷槽で気化された空気を膨
張させる膨張タービンと、該膨張タービンを経た空気と
前記空気圧縮機に導かれる空気とを混合する混合器とを
備えたことを特徴とするガスタービンシステム。 - 【請求項５】空気を圧縮する空気圧縮機と、空気に燃料
を混合し燃焼する燃焼器と、該燃焼器で生じた燃焼ガス
により駆動されるガスタービンと、空気を冷却するまた
は液化空気を気化して該気化空気の冷熱を貯蔵する蓄冷
槽と、空気を圧縮する第１の圧縮機と、該第１の圧縮機
で圧縮された空気と液化天然ガスとを熱交換する熱交換
器と、該熱交換器で冷却された空気を圧縮して前記蓄冷
槽に導く第２の圧縮機と、液体空気を貯蔵する貯蔵タン
クと、該貯蔵タンクの液化空気を加圧して前記蓄冷槽に
導くポンプと、前記蓄冷槽で気化された空気を膨張させ
る膨張タービンと、該膨張タービンを経た空気と前記空
気圧縮機に導かれる空気とを混合する混合器とを備えた
ことを特徴とするガスタービンシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000006254A JP2001193483A (ja) | 2000-01-12 | 2000-01-12 | ガスタービンシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000006254A JP2001193483A (ja) | 2000-01-12 | 2000-01-12 | ガスタービンシステム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001193483A true JP2001193483A (ja) | 2001-07-17 |
Family
ID=18534811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000006254A Pending JP2001193483A (ja) | 2000-01-12 | 2000-01-12 | ガスタービンシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001193483A (ja) |
Cited By (18)
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-
2000
- 2000-01-12 JP JP2000006254A patent/JP2001193483A/ja active Pending
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