JP2003120418A - コージェネレーション装置の運転方法 - Google Patents
コージェネレーション装置の運転方法Info
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- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱電可変範囲を広げる。
【解決手段】 ガスタービン、ガスエンジン、ディーゼ
ルエンジンに排熱回収ボイラを設けて、動力（もしくは
電気）及び熱（蒸気、温水）の両方を発生するいわゆる
コージェネレーション装置において、熱の需要が下がり
余剰蒸気・余剰温水が発生した際に、排熱回収ボイラに
水もしくは蒸気を噴射してボイラ内の排ガス温度を下げ
る。
ルエンジンに排熱回収ボイラを設けて、動力（もしくは
電気）及び熱（蒸気、温水）の両方を発生するいわゆる
コージェネレーション装置において、熱の需要が下がり
余剰蒸気・余剰温水が発生した際に、排熱回収ボイラに
水もしくは蒸気を噴射してボイラ内の排ガス温度を下げ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆるコージェ
ネレーション装置において、ボイラで発生する蒸気等が
熱需要に対して過剰なときに、ボイラに水・蒸気を噴射
してガス温度を下げ、蒸発量を減少させて熱電可変範囲
を広げたり、余剰蒸気を装置各部への水噴射のアトマイ
ズガスとして有効利用してプラント効率の向上を可能と
するコージェネレーション装置の運転方法に関するもの
である。
ネレーション装置において、ボイラで発生する蒸気等が
熱需要に対して過剰なときに、ボイラに水・蒸気を噴射
してガス温度を下げ、蒸発量を減少させて熱電可変範囲
を広げたり、余剰蒸気を装置各部への水噴射のアトマイ
ズガスとして有効利用してプラント効率の向上を可能と
するコージェネレーション装置の運転方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジン、ガスエンジン、
ディーゼルエンジンに排熱回収ボイラを設けて、動力
（もしくは電気）及び熱（蒸気、温水）の両方を発生す
るいわゆるコージェネレーション装置においては、エン
ジンの負荷によりボイラで発生する熱（蒸気、温水）の
量が決まってしまい、例えば、熱需要がないときには、
これらの蒸気・温水は捨てられることになり、熱需要が
少ない場合に余剰蒸気・余剰温水が発生することにな
る。また、熱負荷にあわせてエンジンを部分負荷運用す
ると、エンジンの熱効率が下がってしまう。
ディーゼルエンジンに排熱回収ボイラを設けて、動力
（もしくは電気）及び熱（蒸気、温水）の両方を発生す
るいわゆるコージェネレーション装置においては、エン
ジンの負荷によりボイラで発生する熱（蒸気、温水）の
量が決まってしまい、例えば、熱需要がないときには、
これらの蒸気・温水は捨てられることになり、熱需要が
少ない場合に余剰蒸気・余剰温水が発生することにな
る。また、熱負荷にあわせてエンジンを部分負荷運用す
ると、エンジンの熱効率が下がってしまう。
【０００３】例えば、図１９に示すように、排気ダクト
２６にバイパスダンパ３２等を設けて排ガスの一部を排
熱回収ボイラ１８からバイパスすることも考えられる
が、この場合、排気系統が複数になり装置が過大にな
る。また、排気の一部は常にバイパス側にリークする。
２６にバイパスダンパ３２等を設けて排ガスの一部を排
熱回収ボイラ１８からバイパスすることも考えられる
が、この場合、排気系統が複数になり装置が過大にな
る。また、排気の一部は常にバイパス側にリークする。
【０００４】また、余剰蒸気をガスタービンに導入し、
出力を増大させる蒸気噴射型ガスタービンでも、噴射で
きる蒸気の量には限界がある。図１７は蒸気噴射型ガス
タービンを利用した熱電可変コージェネレーションのシ
ステム系統図の一例であり、表１、図１８はその性能例
である。図１７（図１９も同様）について簡単に説明す
ると、取り込まれた空気は圧縮機１０で圧縮されて圧縮
空気となり、この圧縮空気が燃料とともに燃焼器１２に
供給される。燃焼器１２で生成した高温高圧の燃焼ガス
でタービン１４を駆動させ、発電機１６で発電が行われ
る。タービン１４からの燃焼排ガスは、排熱回収ボイラ
１８における過熱器２０、蒸発器２２、節炭器２４に導
入され、順次熱回収されて排出される。２８は給水ポン
プ、３０は給水タンク兼水処理設備、３４は煙突であ
る。蒸発器２２で発生した飽和蒸気（あるいは過熱器２
０で発生した過熱蒸気）は、プロセス蒸気として取り出
される。この場合、余剰蒸気をガスタービン（具体的に
は、燃焼器１２及び／又はタービン１４）に噴射して利
用することで熱電可変を実現している。
出力を増大させる蒸気噴射型ガスタービンでも、噴射で
きる蒸気の量には限界がある。図１７は蒸気噴射型ガス
タービンを利用した熱電可変コージェネレーションのシ
ステム系統図の一例であり、表１、図１８はその性能例
である。図１７（図１９も同様）について簡単に説明す
ると、取り込まれた空気は圧縮機１０で圧縮されて圧縮
空気となり、この圧縮空気が燃料とともに燃焼器１２に
供給される。燃焼器１２で生成した高温高圧の燃焼ガス
でタービン１４を駆動させ、発電機１６で発電が行われ
る。タービン１４からの燃焼排ガスは、排熱回収ボイラ
１８における過熱器２０、蒸発器２２、節炭器２４に導
入され、順次熱回収されて排出される。２８は給水ポン
プ、３０は給水タンク兼水処理設備、３４は煙突であ
る。蒸発器２２で発生した飽和蒸気（あるいは過熱器２
０で発生した過熱蒸気）は、プロセス蒸気として取り出
される。この場合、余剰蒸気をガスタービン（具体的に
は、燃焼器１２及び／又はタービン１４）に噴射して利
用することで熱電可変を実現している。
【０００５】
【表１】
【０００６】表１等からわかるように、発電出力最大時
に２t／hの余剰蒸気が発生し、熱の需要が無い場合に
は、この蒸気は大気中に無駄に放散される。仮にボイラ
の定格蒸発量を１０t／hではなく８t／hのものにする
と、余剰蒸気は発生しないが、総合効率が９％低下する
ことになる。
に２t／hの余剰蒸気が発生し、熱の需要が無い場合に
は、この蒸気は大気中に無駄に放散される。仮にボイラ
の定格蒸発量を１０t／hではなく８t／hのものにする
と、余剰蒸気は発生しないが、総合効率が９％低下する
ことになる。
【０００７】特開平９−１２５９８４号公報に記載され
た蒸気噴射型ガスタービンでは、圧縮機可変静翼によ
り、圧縮機及びタービンの効率を低下させることなくガ
スタービンへの蒸気投入量を増減できるようにしている
が、「全量蒸気噴射」は不可能で投入できる蒸気量に限
界があり、やや蒸気が余ることになる。特開平１１−２
２９８９４号公報に記載された蒸気噴射型ガスタービン
では、遠心圧縮機のディフューザやタービンノズルを可
変として、ガスタービンへの蒸気投入量を増減できるよ
うにしているが、遠心圧縮機のディフューザやタービン
ノズルを可変とすると、定格流量点以外での効率が著し
く悪くなる。また、高温ガス中のタービンノズルを可変
とすることは信頼性の点でも問題がある。
た蒸気噴射型ガスタービンでは、圧縮機可変静翼によ
り、圧縮機及びタービンの効率を低下させることなくガ
スタービンへの蒸気投入量を増減できるようにしている
が、「全量蒸気噴射」は不可能で投入できる蒸気量に限
界があり、やや蒸気が余ることになる。特開平１１−２
２９８９４号公報に記載された蒸気噴射型ガスタービン
では、遠心圧縮機のディフューザやタービンノズルを可
変として、ガスタービンへの蒸気投入量を増減できるよ
うにしているが、遠心圧縮機のディフューザやタービン
ノズルを可変とすると、定格流量点以外での効率が著し
く悪くなる。また、高温ガス中のタービンノズルを可変
とすることは信頼性の点でも問題がある。
【０００８】また、特開２０００−２８２８９４号公報
に記載されたガスタービンプラントでは、圧縮機出口に
水を噴霧しているが、蒸発せずに液相のまま残った水を
回収する必要があり、装置が過大なものとなったりす
る。また、一般にガスタービンの各部に水を噴霧すると
き、噴霧粒径が大きいと噴霧がガスタービン作動流体の
気流に乗らずに、水滴やドレンとしてガスタービン各部
に衝突し、ガスタービン各部を腐食・損傷させたり、ガ
スタービンの寿命を著しく縮めることになる。
に記載されたガスタービンプラントでは、圧縮機出口に
水を噴霧しているが、蒸発せずに液相のまま残った水を
回収する必要があり、装置が過大なものとなったりす
る。また、一般にガスタービンの各部に水を噴霧すると
き、噴霧粒径が大きいと噴霧がガスタービン作動流体の
気流に乗らずに、水滴やドレンとしてガスタービン各部
に衝突し、ガスタービン各部を腐食・損傷させたり、ガ
スタービンの寿命を著しく縮めることになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の諸点に
鑑みなされたもので、本発明の目的は、いわゆるコージ
ェネレーション装置において、熱の需要が下がり余剰蒸
気・余剰温水が発生した際に、排熱回収ボイラに水・蒸
気を噴射してガス温度を下げ、蒸発量を減少させること
により、熱電可変範囲を広げるだけでなく、ボイラ給水
の節約と、ボイラ給水の水処理に要する動力、薬剤等の
低減及び水処理設備の長寿命化等を実現することができ
るコージェネレーション装置の運転方法を提供すること
にある。
鑑みなされたもので、本発明の目的は、いわゆるコージ
ェネレーション装置において、熱の需要が下がり余剰蒸
気・余剰温水が発生した際に、排熱回収ボイラに水・蒸
気を噴射してガス温度を下げ、蒸発量を減少させること
により、熱電可変範囲を広げるだけでなく、ボイラ給水
の節約と、ボイラ給水の水処理に要する動力、薬剤等の
低減及び水処理設備の長寿命化等を実現することができ
るコージェネレーション装置の運転方法を提供すること
にある。
【００１０】また、本発明の目的は、蒸気噴射型ガスタ
ービンコージェネレーション装置において、余剰蒸気を
ガスタービン各部への水噴射のアトマイズガスとして用
いることにより、圧縮機及びタービンの効率を上昇させ
てガスタービンの効率を向上させることができ、しか
も、噴霧粒径が微小となるためガスタービン各部の損傷
を回避することができるコージェネレーション装置の運
転方法を提供することにある。
ービンコージェネレーション装置において、余剰蒸気を
ガスタービン各部への水噴射のアトマイズガスとして用
いることにより、圧縮機及びタービンの効率を上昇させ
てガスタービンの効率を向上させることができ、しか
も、噴霧粒径が微小となるためガスタービン各部の損傷
を回避することができるコージェネレーション装置の運
転方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のコージェネレーション装置の運転方法
は、ガスタービン、ガスエンジン及びディーゼルエンジ
ンのいずれかの内燃機関に排熱回収ボイラを設け、内燃
機関を駆動させて動力又は電気を発生させるとともに、
内燃機関からの燃焼排ガスを排熱回収ボイラに導入し、
燃焼排ガスを加熱源として排熱回収ボイラで蒸気及び／
又は温水を発生させて熱を取り出すようにしたコージェ
ネレーション装置において、排熱回収ボイラに水又は／
及び蒸気を噴射してボイラ内の排ガス温度を制御し、熱
電可変範囲を広げるように構成されている。例えば、熱
の需要が下がり余剰蒸気及び／又は余剰温水が発生した
ときに、排熱回収ボイラに水又は／及び蒸気を噴射して
ボイラ内の排ガス温度を下げ、蒸発量を減少させる。
めに、本発明のコージェネレーション装置の運転方法
は、ガスタービン、ガスエンジン及びディーゼルエンジ
ンのいずれかの内燃機関に排熱回収ボイラを設け、内燃
機関を駆動させて動力又は電気を発生させるとともに、
内燃機関からの燃焼排ガスを排熱回収ボイラに導入し、
燃焼排ガスを加熱源として排熱回収ボイラで蒸気及び／
又は温水を発生させて熱を取り出すようにしたコージェ
ネレーション装置において、排熱回収ボイラに水又は／
及び蒸気を噴射してボイラ内の排ガス温度を制御し、熱
電可変範囲を広げるように構成されている。例えば、熱
の需要が下がり余剰蒸気及び／又は余剰温水が発生した
ときに、排熱回収ボイラに水又は／及び蒸気を噴射して
ボイラ内の排ガス温度を下げ、蒸発量を減少させる。
【００１２】上記の方法において、排熱回収ボイラに噴
射する水又は／及び蒸気としては、排熱回収ボイラから
の余剰温水又は／及び余剰蒸気を用いることができ、ま
た、系外（他プロセス）からの水又は／及び蒸気を用い
てもよい。また、具体的な噴射箇所として、内燃機関と
排熱回収ボイラを接続する排気ダクト中、又は排熱回収
ボイラに設けた過熱器、蒸発器及び節炭器の少なくとも
いずれかの上流側の排ガス中に、水又は／及び蒸気を噴
射することができる。
射する水又は／及び蒸気としては、排熱回収ボイラから
の余剰温水又は／及び余剰蒸気を用いることができ、ま
た、系外（他プロセス）からの水又は／及び蒸気を用い
てもよい。また、具体的な噴射箇所として、内燃機関と
排熱回収ボイラを接続する排気ダクト中、又は排熱回収
ボイラに設けた過熱器、蒸発器及び節炭器の少なくとも
いずれかの上流側の排ガス中に、水又は／及び蒸気を噴
射することができる。
【００１３】本発明は、いわゆるコージェネレーション
装置において、熱の需要が下がり余剰蒸気・余剰温水が
発生した際に、排熱回収ボイラに水・蒸気を噴射してガ
ス温度を下げ、蒸発量を減少させる。排熱回収ボイラで
発生した蒸気の温度は、その蒸気を発生させるために必
要なガス温度より必ず低いので、排熱回収ボイラからの
余剰蒸気・温水を排熱回収ボイラの排ガス中に噴射して
ガス温度を下げることが可能である。また、他プロセス
からの水もしくは蒸気を噴射して排ガス温度を下げるこ
とも勿論可能である。これにより、単に放散する水が節
約できるだけでなく、ボイラ給水の水処理設備において
処理すべき水の量も減少する。ボイラ給水は脱ミネラ
ル、脱気等の処理が必要で、特にガスタービンに噴射す
る蒸気は純水にしなければならず、水処理設備の処理量
が減ることは所要動力の低減によるプラント効率の向
上、イオン交換樹脂の長寿命化、投入薬剤消費量を低減
するメリットがある。
装置において、熱の需要が下がり余剰蒸気・余剰温水が
発生した際に、排熱回収ボイラに水・蒸気を噴射してガ
ス温度を下げ、蒸発量を減少させる。排熱回収ボイラで
発生した蒸気の温度は、その蒸気を発生させるために必
要なガス温度より必ず低いので、排熱回収ボイラからの
余剰蒸気・温水を排熱回収ボイラの排ガス中に噴射して
ガス温度を下げることが可能である。また、他プロセス
からの水もしくは蒸気を噴射して排ガス温度を下げるこ
とも勿論可能である。これにより、単に放散する水が節
約できるだけでなく、ボイラ給水の水処理設備において
処理すべき水の量も減少する。ボイラ給水は脱ミネラ
ル、脱気等の処理が必要で、特にガスタービンに噴射す
る蒸気は純水にしなければならず、水処理設備の処理量
が減ることは所要動力の低減によるプラント効率の向
上、イオン交換樹脂の長寿命化、投入薬剤消費量を低減
するメリットがある。
【００１４】また、本発明のコージェネレーション装置
の運転方法は、ガスタービンに排熱回収ボイラを設け、
圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼器に供給して得られ
る高温高圧の燃焼ガスでタービンを駆動させて動力又は
電気を発生させるとともに、タービンからの燃焼排ガス
を排熱回収ボイラに導入し、燃焼排ガスを加熱源として
排熱回収ボイラで蒸気又は蒸気及び温水を発生させて熱
を取り出すようにしたコージェネレーション装置におい
て、圧縮機途中、圧縮機出口、燃焼器及びタービンの少
なくともいずれかに、排熱回収ボイラからの余剰蒸気を
アトマイズガスとして用いて微粒化した水を噴射するこ
とを特徴としている。
の運転方法は、ガスタービンに排熱回収ボイラを設け、
圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼器に供給して得られ
る高温高圧の燃焼ガスでタービンを駆動させて動力又は
電気を発生させるとともに、タービンからの燃焼排ガス
を排熱回収ボイラに導入し、燃焼排ガスを加熱源として
排熱回収ボイラで蒸気又は蒸気及び温水を発生させて熱
を取り出すようにしたコージェネレーション装置におい
て、圧縮機途中、圧縮機出口、燃焼器及びタービンの少
なくともいずれかに、排熱回収ボイラからの余剰蒸気を
アトマイズガスとして用いて微粒化した水を噴射するこ
とを特徴としている。
【００１５】本発明では、余剰蒸気をコージェネレーシ
ョン装置各部への水噴射のアトマイズガスとして用い
る。蒸気噴射型ガスタービンコージェネレーション装置
では、余剰蒸気をガスタービンに投入するための圧縮機
可変静翼もしくはタービン可変ノズルの操作量が減少
し、より定格に近い運転ができるので、圧縮機及びター
ビンの効率が上昇し、ガスタービンの効率も上昇する。
また、噴霧粒径が微小となりガスタービン各部の損傷を
避けることができる。
ョン装置各部への水噴射のアトマイズガスとして用い
る。蒸気噴射型ガスタービンコージェネレーション装置
では、余剰蒸気をガスタービンに投入するための圧縮機
可変静翼もしくはタービン可変ノズルの操作量が減少
し、より定格に近い運転ができるので、圧縮機及びター
ビンの効率が上昇し、ガスタービンの効率も上昇する。
また、噴霧粒径が微小となりガスタービン各部の損傷を
避けることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することが可能な
ものである。図１は、本発明の実施の第１形態によるコ
ージェネレーション装置の運転方法を実施する装置を示
している。なお、本実施の形態では、一例として、ガス
タービンに排熱回収ボイラを設けて構成されるコージェ
ネレーション装置について説明しているが、本実施形態
の方法は、ガスエンジン、ディーゼルエンジンに排熱回
収ボイラを設けた装置にも同様に適用できるものであ
る。
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することが可能な
ものである。図１は、本発明の実施の第１形態によるコ
ージェネレーション装置の運転方法を実施する装置を示
している。なお、本実施の形態では、一例として、ガス
タービンに排熱回収ボイラを設けて構成されるコージェ
ネレーション装置について説明しているが、本実施形態
の方法は、ガスエンジン、ディーゼルエンジンに排熱回
収ボイラを設けた装置にも同様に適用できるものであ
る。
【００１７】図１に示すように、取り込まれた空気は圧
縮機１０で圧縮されて圧縮空気となり、この圧縮空気が
燃料とともに燃焼器１２に供給される。燃焼器１２で生
成した高温高圧の燃焼ガスでタービン１４を駆動させ、
発電機１６で発電が行われる。タービン１４からの燃焼
排ガスは、排熱回収ボイラ１８における過熱器２０、蒸
発器２２、節炭器２４に導入され、順次熱回収されて排
出される。２６は排気ダクト、２８は給水ポンプ、３０
は給水タンク兼水処理設備、３４は煙突である。蒸発器
２２で発生した飽和蒸気（あるいは過熱器２０で発生し
た過熱蒸気）は、プロセス蒸気として取り出される。ま
た、余剰蒸気をガスタービン（具体的には、燃焼器１２
及び／又はタービン１４）に噴射して利用することで熱
電可変を実現しているが、噴射できる蒸気の量には限界
がある。
縮機１０で圧縮されて圧縮空気となり、この圧縮空気が
燃料とともに燃焼器１２に供給される。燃焼器１２で生
成した高温高圧の燃焼ガスでタービン１４を駆動させ、
発電機１６で発電が行われる。タービン１４からの燃焼
排ガスは、排熱回収ボイラ１８における過熱器２０、蒸
発器２２、節炭器２４に導入され、順次熱回収されて排
出される。２６は排気ダクト、２８は給水ポンプ、３０
は給水タンク兼水処理設備、３４は煙突である。蒸発器
２２で発生した飽和蒸気（あるいは過熱器２０で発生し
た過熱蒸気）は、プロセス蒸気として取り出される。ま
た、余剰蒸気をガスタービン（具体的には、燃焼器１２
及び／又はタービン１４）に噴射して利用することで熱
電可変を実現しているが、噴射できる蒸気の量には限界
がある。
【００１８】そこで、熱の需要が下がり余剰蒸気・余剰
温水が発生した際には、排熱回収ボイラ１８に水・蒸気
を噴射してボイラ内の排ガス温度を下げ、蒸発量を減少
させることで、熱電可変範囲の拡大が可能となる。この
場合、噴射する水、蒸気としては、（ａ）ボイラ余剰蒸
気・余剰温水、（ｂ）系外からの水・蒸気、のいずれを
用いてもよい。例えば、ボイラ余剰蒸気を噴射する場合
は、プロセス蒸気の一部を分岐して排熱回収ボイラ１８
の排気中に噴射する。また、具体的な噴射箇所は、排
気ダクト２６、過熱器２０上流、蒸発器２２上流、
節炭器２４上流の排気中であり、これらの箇所のうち
の１箇所又は複数箇所に噴射ノズル３６を設置して水・
蒸気を噴射する。図１では、一例として、蒸発器２２上
流に噴射ノズル３６を設置している。
温水が発生した際には、排熱回収ボイラ１８に水・蒸気
を噴射してボイラ内の排ガス温度を下げ、蒸発量を減少
させることで、熱電可変範囲の拡大が可能となる。この
場合、噴射する水、蒸気としては、（ａ）ボイラ余剰蒸
気・余剰温水、（ｂ）系外からの水・蒸気、のいずれを
用いてもよい。例えば、ボイラ余剰蒸気を噴射する場合
は、プロセス蒸気の一部を分岐して排熱回収ボイラ１８
の排気中に噴射する。また、具体的な噴射箇所は、排
気ダクト２６、過熱器２０上流、蒸発器２２上流、
節炭器２４上流の排気中であり、これらの箇所のうち
の１箇所又は複数箇所に噴射ノズル３６を設置して水・
蒸気を噴射する。図１では、一例として、蒸発器２２上
流に噴射ノズル３６を設置している。
【００１９】例えば、前述した表１に示す性能の熱電可
変コージェネレーションにおいて、プロセス蒸気２．０
t／hの蒸気のうち１．５t／hの蒸気（２１１℃）を、過
熱器２０上流（０．５t／h）及び蒸発器２２上流（１．
０t／h）の排ガス中に噴射すれば、排熱回収ボイラ１８
のガス温度が下がって蒸発量が９．５t／hとなり、プロ
セス蒸気はガスタービン噴射蒸気（燃焼器１２又は／及
びタービン１４に噴射する蒸気）８．０t／hを除いた
１．５t／hとなり、つりあいがとれることになる。この
とき、消費する水の量は０．５t／h減少したことにな
り、ボイラ給水の節約とボイラ給水処理に要する動力、
薬剤等の低減が図れる。上記の余剰蒸気１．５t／hを噴
射した場合の物質収支は図２のようになる。なお、図２
において、圧力ｐの単位はata、温度Ｔの単位は℃、流
量Ｇの単位はt／hである。また、蒸気噴射したときの排
熱回収線図は図３のようになり、熱の流れを模式的に示
すと図４のようになる。蒸気噴射、水噴射した場合の比
較例として、水・蒸気を噴射しないときの物質収支を図
８、排熱回収線図を図９、熱の流れを図１０にそれぞれ
示す。
変コージェネレーションにおいて、プロセス蒸気２．０
t／hの蒸気のうち１．５t／hの蒸気（２１１℃）を、過
熱器２０上流（０．５t／h）及び蒸発器２２上流（１．
０t／h）の排ガス中に噴射すれば、排熱回収ボイラ１８
のガス温度が下がって蒸発量が９．５t／hとなり、プロ
セス蒸気はガスタービン噴射蒸気（燃焼器１２又は／及
びタービン１４に噴射する蒸気）８．０t／hを除いた
１．５t／hとなり、つりあいがとれることになる。この
とき、消費する水の量は０．５t／h減少したことにな
り、ボイラ給水の節約とボイラ給水処理に要する動力、
薬剤等の低減が図れる。上記の余剰蒸気１．５t／hを噴
射した場合の物質収支は図２のようになる。なお、図２
において、圧力ｐの単位はata、温度Ｔの単位は℃、流
量Ｇの単位はt／hである。また、蒸気噴射したときの排
熱回収線図は図３のようになり、熱の流れを模式的に示
すと図４のようになる。蒸気噴射、水噴射した場合の比
較例として、水・蒸気を噴射しないときの物質収支を図
８、排熱回収線図を図９、熱の流れを図１０にそれぞれ
示す。
【００２０】また、前述した表１に示す性能の熱電可変
コージェネレーションにおいて、系外からの水（１５
℃）を蒸発器２２上流の排ガス中に１．０t／h噴射すれ
ば、排熱回収ボイラ１８のガス温度が下がって蒸発量が
８．０t／hとなり、全量がガスタービン噴射蒸気（燃焼
器１２又は／及びタービン１４に噴射する蒸気）として
使用できることになる。このとき、消費する水の量は
１．０t／h減少するとともに、水処理設備の所要動力が
２．０t／h分減少する（送電端で約０．１％の発電効率
上昇）。上記の系外からの水１．０t／hを噴射した場合
の物質収支は図５のようになる。また、水噴射したとき
の排熱回収線図は図６のようになり、熱の流れを模式的
に示すと図７のようになる。
コージェネレーションにおいて、系外からの水（１５
℃）を蒸発器２２上流の排ガス中に１．０t／h噴射すれ
ば、排熱回収ボイラ１８のガス温度が下がって蒸発量が
８．０t／hとなり、全量がガスタービン噴射蒸気（燃焼
器１２又は／及びタービン１４に噴射する蒸気）として
使用できることになる。このとき、消費する水の量は
１．０t／h減少するとともに、水処理設備の所要動力が
２．０t／h分減少する（送電端で約０．１％の発電効率
上昇）。上記の系外からの水１．０t／hを噴射した場合
の物質収支は図５のようになる。また、水噴射したとき
の排熱回収線図は図６のようになり、熱の流れを模式的
に示すと図７のようになる。
【００２１】図１１は、本発明の実施の第２形態による
コージェネレーション装置の運転方法を実施する装置の
一例を示している。本実施の形態では、実施の第１形態
と同じ構成については同一の符号を付している。図１１
は、ガスタービンコージェネレーションにおいて、中間
冷却等を目的として圧縮機１０途中に、余剰蒸気を利用
してアトマイズ（微粒化）した水を噴射するようにした
ものである。圧縮機１０途中への噴射水をアトマイズす
るための作動ガスとして、排熱回収ボイラ１８からの余
剰蒸気を有効利用する。噴射水をアトマイズ（微粒化）
する装置としては、一例として、二流体ノズル３８が用
いられる。二流体ノズル３８としては、公知のものが使
用できる（例えば、特開２００１−１４９８２２な
ど）。図１２で簡単に説明すると、流路４０内で旋回流
となるように側面から導入した液体をガスと衝突混合さ
せて微粒化し、噴射口４２より気液混合の微霧が噴霧さ
れる。一流体ノズルでは、図１３に示すように、水の噴
霧圧力をかなり高くしても噴霧粒径は微小とならないが
（例えば、噴霧圧力１０MPaで２００μm程度）、二流体
ノズルを用いて噴射水を余剰蒸気でアトマイズすれば、
数１０μmの微霧とすることが可能である。
コージェネレーション装置の運転方法を実施する装置の
一例を示している。本実施の形態では、実施の第１形態
と同じ構成については同一の符号を付している。図１１
は、ガスタービンコージェネレーションにおいて、中間
冷却等を目的として圧縮機１０途中に、余剰蒸気を利用
してアトマイズ（微粒化）した水を噴射するようにした
ものである。圧縮機１０途中への噴射水をアトマイズす
るための作動ガスとして、排熱回収ボイラ１８からの余
剰蒸気を有効利用する。噴射水をアトマイズ（微粒化）
する装置としては、一例として、二流体ノズル３８が用
いられる。二流体ノズル３８としては、公知のものが使
用できる（例えば、特開２００１−１４９８２２な
ど）。図１２で簡単に説明すると、流路４０内で旋回流
となるように側面から導入した液体をガスと衝突混合さ
せて微粒化し、噴射口４２より気液混合の微霧が噴霧さ
れる。一流体ノズルでは、図１３に示すように、水の噴
霧圧力をかなり高くしても噴霧粒径は微小とならないが
（例えば、噴霧圧力１０MPaで２００μm程度）、二流体
ノズルを用いて噴射水を余剰蒸気でアトマイズすれば、
数１０μmの微霧とすることが可能である。
【００２２】図１４は、本発明の実施の第２形態による
コージェネレーション装置の運転方法を実施する装置の
他の例を示している。図１４は、ガスタービンコージェ
ネレーションにおいて、出力増大、ＮＯｘ低減、効率向
上等を目的として圧縮機１０出口に、余剰蒸気を利用し
てアトマイズ（微粒化）した水を噴射するようにしたも
のである。圧縮機１０出口への噴射水をアトマイズする
ための作動ガスとして、排熱回収ボイラ１８からの余剰
蒸気を有効利用する。噴射水をアトマイズ（微粒化）す
る装置としては、一例として、二流体ノズル３８が用い
られる。他の構成及び作用等は図１１の場合と同様であ
る。
コージェネレーション装置の運転方法を実施する装置の
他の例を示している。図１４は、ガスタービンコージェ
ネレーションにおいて、出力増大、ＮＯｘ低減、効率向
上等を目的として圧縮機１０出口に、余剰蒸気を利用し
てアトマイズ（微粒化）した水を噴射するようにしたも
のである。圧縮機１０出口への噴射水をアトマイズする
ための作動ガスとして、排熱回収ボイラ１８からの余剰
蒸気を有効利用する。噴射水をアトマイズ（微粒化）す
る装置としては、一例として、二流体ノズル３８が用い
られる。他の構成及び作用等は図１１の場合と同様であ
る。
【００２３】図１５は、本発明の実施の第２形態による
コージェネレーション装置の運転方法を実施する装置の
他の例を示している。図１５は、ガスタービンコージェ
ネレーションにおいて、出力増大、ＮＯｘ低減、効率向
上等を目的として燃焼器１２に、余剰蒸気を利用してア
トマイズ（微粒化）した水を噴射するようにしたもので
ある。燃焼器１２への噴射水をアトマイズするための作
動ガスとして、排熱回収ボイラ１８からの余剰蒸気を有
効利用する。噴射水をアトマイズ（微粒化）する装置と
しては、一例として、二流体ノズル３８が用いられる。
他の構成及び作用等は図１１、図１４の場合と同様であ
る。
コージェネレーション装置の運転方法を実施する装置の
他の例を示している。図１５は、ガスタービンコージェ
ネレーションにおいて、出力増大、ＮＯｘ低減、効率向
上等を目的として燃焼器１２に、余剰蒸気を利用してア
トマイズ（微粒化）した水を噴射するようにしたもので
ある。燃焼器１２への噴射水をアトマイズするための作
動ガスとして、排熱回収ボイラ１８からの余剰蒸気を有
効利用する。噴射水をアトマイズ（微粒化）する装置と
しては、一例として、二流体ノズル３８が用いられる。
他の構成及び作用等は図１１、図１４の場合と同様であ
る。
【００２４】図１６は、本発明の実施の第２形態による
コージェネレーション装置の運転方法を実施する装置の
さらに他の例を示している。図１６は、ガスタービンコ
ージェネレーションにおいて、出力増大、効率向上等を
目的としてタービン１４に、余剰蒸気を利用してアトマ
イズ（微粒化）した水を噴射するようにしたものであ
る。タービン１４への噴射水をアトマイズするための作
動ガスとして、排熱回収ボイラ１８からの余剰蒸気を有
効利用する。噴射水をアトマイズ（微粒化）する装置と
しては、一例として、二流体ノズル３８が用いられる。
他の構成及び作用等は図１１、図１４、図１５の場合と
同様である。
コージェネレーション装置の運転方法を実施する装置の
さらに他の例を示している。図１６は、ガスタービンコ
ージェネレーションにおいて、出力増大、効率向上等を
目的としてタービン１４に、余剰蒸気を利用してアトマ
イズ（微粒化）した水を噴射するようにしたものであ
る。タービン１４への噴射水をアトマイズするための作
動ガスとして、排熱回収ボイラ１８からの余剰蒸気を有
効利用する。噴射水をアトマイズ（微粒化）する装置と
しては、一例として、二流体ノズル３８が用いられる。
他の構成及び作用等は図１１、図１４、図１５の場合と
同様である。
【００２５】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 （１） いわゆるコージェネレーション装置において、
熱の需要が下がり余剰蒸気・余剰温水が発生した際に、
排熱回収ボイラに水・蒸気を噴射してガス温度を下げ、
蒸発量を減少させることにより、熱電可変範囲が広くな
る。 （２） ボイラ給水の節約と、ボイラ給水の水処理に要
する動力、薬剤等の低減及び水処理設備の長寿命化等を
実現することができる。 （３） 排熱回収ボイラに通じる排気ダクトにバイパス
ダンパ、バイパススタック等を設ける必要がなく、簡易
な装置とすることができる。 （４） 蒸気噴射型ガスタービンコージェネレーション
装置において、余剰蒸気をガスタービン各部への水噴射
のアトマイズガスとして用いることにより、圧縮機及び
タービンの効率が上昇するので、ガスタービンの効率を
向上させることができ、しかも、噴霧粒径が微小となる
ためガスタービン各部の損傷を回避することができる。
で、つぎのような効果を奏する。 （１） いわゆるコージェネレーション装置において、
熱の需要が下がり余剰蒸気・余剰温水が発生した際に、
排熱回収ボイラに水・蒸気を噴射してガス温度を下げ、
蒸発量を減少させることにより、熱電可変範囲が広くな
る。 （２） ボイラ給水の節約と、ボイラ給水の水処理に要
する動力、薬剤等の低減及び水処理設備の長寿命化等を
実現することができる。 （３） 排熱回収ボイラに通じる排気ダクトにバイパス
ダンパ、バイパススタック等を設ける必要がなく、簡易
な装置とすることができる。 （４） 蒸気噴射型ガスタービンコージェネレーション
装置において、余剰蒸気をガスタービン各部への水噴射
のアトマイズガスとして用いることにより、圧縮機及び
タービンの効率が上昇するので、ガスタービンの効率を
向上させることができ、しかも、噴霧粒径が微小となる
ためガスタービン各部の損傷を回避することができる。
【図１】本発明の実施の第１形態によるコージェネレー
ション装置の運転方法を実施する装置を示す概略構成説
明図である。
ション装置の運転方法を実施する装置を示す概略構成説
明図である。
【図２】本発明の実施の第１形態における運転例（蒸気
噴射）の物質収支を示す説明図である。
噴射）の物質収支を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の第１形態における運転例（蒸気
噴射）の排熱回収線図である。
噴射）の排熱回収線図である。
【図４】本発明の実施の第１形態における運転例（蒸気
噴射）の熱流れを示す模式図である。
噴射）の熱流れを示す模式図である。
【図５】本発明の実施の第１形態における運転例（水噴
射）の物質収支を示す説明図である。
射）の物質収支を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の第１形態における運転例（水噴
射）の排熱回収線図である。
射）の排熱回収線図である。
【図７】本発明の実施の第１形態における運転例（水噴
射）の熱流れを示す模式図である。
射）の熱流れを示す模式図である。
【図８】コージェネレーション装置において、水・蒸気
噴射しないときの物質収支を示す説明図である。
噴射しないときの物質収支を示す説明図である。
【図９】水・蒸気噴射しないときの排熱回収線図であ
る。
る。
【図１０】水・蒸気噴射しないときの熱流れを示す模式
図である。
図である。
【図１１】本発明の実施の第２形態によるコージェネレ
ーション装置の運転方法を実施する装置の一例（圧縮機
途中）を示す概略構成説明図である。
ーション装置の運転方法を実施する装置の一例（圧縮機
途中）を示す概略構成説明図である。
【図１２】二流体ノズルの概略縦断面構成図である。
【図１３】一流体ノズルの噴霧圧力と噴霧粒径の関係を
示すグラフ（噴霧液体：水（１５℃）、噴霧角：６０
度）である。
示すグラフ（噴霧液体：水（１５℃）、噴霧角：６０
度）である。
【図１４】本発明の実施の第２形態によるコージェネレ
ーション装置の運転方法を実施する装置の他の例（圧縮
機出口）を示す概略構成説明図である。
ーション装置の運転方法を実施する装置の他の例（圧縮
機出口）を示す概略構成説明図である。
【図１５】本発明の実施の第２形態によるコージェネレ
ーション装置の運転方法を実施する装置の他の例（燃焼
器）を示す概略構成説明図である。
ーション装置の運転方法を実施する装置の他の例（燃焼
器）を示す概略構成説明図である。
【図１６】本発明の実施の第２形態によるコージェネレ
ーション装置の運転方法を実施する装置のさらに他の例
（タービン）を示す概略構成説明図である。
ーション装置の運転方法を実施する装置のさらに他の例
（タービン）を示す概略構成説明図である。
【図１７】従来の蒸気噴射型ガスタービンを利用した熱
電可変コージェネレーション装置の一例を示す概略構成
説明図である。
電可変コージェネレーション装置の一例を示す概略構成
説明図である。
【図１８】熱電可変コージェネレーションの性能例を示
す線図である。
す線図である。
【図１９】従来の熱電可変コージェネレーション装置の
他の例（バイパスダンパを設けた場合）を示す概略構成
説明図である。
他の例（バイパスダンパを設けた場合）を示す概略構成
説明図である。
１０ 圧縮機
１２ 燃焼器
１４ タービン
１６ 発電機
１８ 排熱回収ボイラ
２０ 過熱器
２２ 蒸発器
２４ 節炭器
２６ 排気ダクト
２８ 給水ポンプ
３０ 給水タンク兼水処理設備
３２ バイパスダンパ
３４ 煙突
３６ 噴射ノズル
３８ 二流体ノズル
４０ 流路
４２ 噴射口
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｆ２２Ｂ 1/18 Ｆ２２Ｂ 1/18
(72)発明者 田中 一雄
兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業
株式会社明石工場内
(72)発明者 石垣 淳
兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業
株式会社明石工場内
(72)発明者 向井 茂
兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業
株式会社明石工場内
Ｆターム(参考） 3G071 AB01 AB04 FA01 HA02 JA03
Claims (6)
- 【請求項１】 ガスタービン、ガスエンジン及びディー
ゼルエンジンのいずれかの内燃機関に排熱回収ボイラを
設け、内燃機関を駆動させて動力又は電気を発生させる
とともに、内燃機関からの燃焼排ガスを排熱回収ボイラ
に導入し、燃焼排ガスを加熱源として排熱回収ボイラで
蒸気及び／又は温水を発生させて熱を取り出すようにし
たコージェネレーション装置において、排熱回収ボイラ
に水又は／及び蒸気を噴射してボイラ内の排ガス温度を
制御し、熱電可変範囲を広げることを特徴とするコージ
ェネレーション装置の運転方法。 - 【請求項２】 熱の需要が下がり余剰蒸気及び／又は余
剰温水が発生したときに、排熱回収ボイラに水又は／及
び蒸気を噴射してボイラ内の排ガス温度を下げる請求項
１記載のコージェネレーション装置の運転方法。 - 【請求項３】 排熱回収ボイラに噴射する水又は／及び
蒸気として、排熱回収ボイラからの余剰温水又は／及び
余剰蒸気を用いる請求項１又は２記載のコージェネレー
ション装置の運転方法。 - 【請求項４】 排熱回収ボイラに噴射する水又は／及び
蒸気として、系外からの水又は／及び蒸気を用いる請求
項１又は２記載のコージェネレーション装置の運転方
法。 - 【請求項５】 内燃機関と排熱回収ボイラを接続する排
気ダクト中、又は排熱回収ボイラに設けた過熱器、蒸発
器及び節炭器の少なくともいずれかの上流側の排ガス中
に、水又は／及び蒸気を噴射する請求項１〜４のいずれ
かに記載のコージェネレーション装置の運転方法。 - 【請求項６】 ガスタービンに排熱回収ボイラを設け、
圧縮機からの圧縮空気と燃料を燃焼器に供給して得られ
る高温高圧の燃焼ガスでタービンを駆動させて動力又は
電気を発生させるとともに、タービンからの燃焼排ガス
を排熱回収ボイラに導入し、燃焼排ガスを加熱源として
排熱回収ボイラで蒸気又は蒸気及び温水を発生させて熱
を取り出すようにしたコージェネレーション装置におい
て、圧縮機途中、圧縮機出口、燃焼器及びタービンの少
なくともいずれかに、排熱回収ボイラからの余剰蒸気を
アトマイズガスとして用いて微粒化した水を噴射するこ
とを特徴とするコージェネレーション装置の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001311194A JP3683521B2 (ja) | 2001-10-09 | 2001-10-09 | コージェネレーション装置の運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001311194A JP3683521B2 (ja) | 2001-10-09 | 2001-10-09 | コージェネレーション装置の運転方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003120418A true JP2003120418A (ja) | 2003-04-23 |
| JP3683521B2 JP3683521B2 (ja) | 2005-08-17 |
Family
ID=19130057
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001311194A Expired - Fee Related JP3683521B2 (ja) | 2001-10-09 | 2001-10-09 | コージェネレーション装置の運転方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3683521B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102278205A (zh) * | 2010-06-13 | 2011-12-14 | 中国科学院工程热物理研究所 | 可用于分布式的空气及燃料湿化燃气轮机联合循环方法 |
| JP2016510098A (ja) * | 2013-02-22 | 2016-04-04 | シーメンス アクティエンゲゼルシャフト | 定格出力以下でのガスタービンの運転法 |
| JP2016528417A (ja) * | 2013-06-18 | 2016-09-15 | シーメンス アクティエンゲゼルシャフト | ガス・蒸気タービン設備の煙道ガス路の内部への水の噴入を制御するための方法及び装置 |
| JP2017015081A (ja) * | 2015-06-29 | 2017-01-19 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 発電システム排気冷却 |
| JP7433392B1 (ja) | 2022-09-08 | 2024-02-19 | 三菱重工業株式会社 | コジェネレーション設備並びにその制御方法及び改造方法 |
| JP7455918B1 (ja) | 2022-09-08 | 2024-03-26 | 三菱重工業株式会社 | コジェネレーション設備並びにその制御方法及び改造方法 |
-
2001
- 2001-10-09 JP JP2001311194A patent/JP3683521B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102278205A (zh) * | 2010-06-13 | 2011-12-14 | 中国科学院工程热物理研究所 | 可用于分布式的空气及燃料湿化燃气轮机联合循环方法 |
| JP2016510098A (ja) * | 2013-02-22 | 2016-04-04 | シーメンス アクティエンゲゼルシャフト | 定格出力以下でのガスタービンの運転法 |
| JP2016528417A (ja) * | 2013-06-18 | 2016-09-15 | シーメンス アクティエンゲゼルシャフト | ガス・蒸気タービン設備の煙道ガス路の内部への水の噴入を制御するための方法及び装置 |
| US10612424B2 (en) | 2013-06-18 | 2020-04-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and device for controlling the spraying of water into the flue gas duct of a gas and steam turbine installation |
| JP2017015081A (ja) * | 2015-06-29 | 2017-01-19 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 発電システム排気冷却 |
| JP7433392B1 (ja) | 2022-09-08 | 2024-02-19 | 三菱重工業株式会社 | コジェネレーション設備並びにその制御方法及び改造方法 |
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