JP2003343278A - ガスタービン装置 - Google Patents

ガスタービン装置

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JP2003343278A
JP2003343278A JP2002155554A JP2002155554A JP2003343278A JP 2003343278 A JP2003343278 A JP 2003343278A JP 2002155554 A JP2002155554 A JP 2002155554A JP 2002155554 A JP2002155554 A JP 2002155554A JP 2003343278 A JP2003343278 A JP 2003343278A
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JP
Japan
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gas
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gas turbine
compressed air
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JP2002155554A
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English (en)
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Kimiyoshi Sato
公美 佐藤
Toshiro Fujimori
俊郎 藤森
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IHI Corp
Original Assignee
IHI 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
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14Combined heat and power generation [CHP]
    • 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
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービン燃焼器内の燃焼の安定化を図
る。 【解決手段】 蒸気エゼクタ23によって燃料ガスを吸
引して燃焼器2に送るとともに、圧縮機4で発生した圧
縮空気を再生熱交換器6により昇温して燃焼器2に送
り、これらを燃焼させてガスタービン3に送るようにな
っているガスタービン装置1において、蒸気エゼクタ2
3から燃焼器2までの配管の一部または全部を再生熱交
換器6を出た高温の圧縮空気により加熱する加熱器30
を設けたものである。蒸気ミストが燃焼器2に流入せ
ず、安定した燃焼が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は蒸気エゼクタによっ
て燃料ガスを吸引・昇圧してガスタービンに送るように
したガスタービン装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ガスタービン装置は、発電機を駆動する
とともに、排熱回収ボイラと組み合わせて電気と熱を供
給するコージェネレーション装置の一部として用いるこ
とが多い。ガスタービン装置に燃焼ガスを供給するに
は、通常、ガスコンプレッサを使用するが、出力が30
0KW程度までのマイクロガスタービンでは、燃焼ガス
の昇圧に小型のガスコンプレッサを使用すると、その寿
命が短いことやコンプレッサの動力源に発電出力の一部
を使用することによる発電効率の悪化などの問題があ
る。
【0003】このような問題を解決するため、本願出願
人は、ガスコンプレッサの代わりに排熱回収ボイラから
の蒸気で駆動される蒸気エゼクタを使用することを案出
し、特許出願(特開2002−4878)を行なった。
図2は上記公報に開示されたガスタービン発電装置の全
体構成図である。
【0004】図に示すように、ガスタービン発電装置1
は、昇圧された燃料ガスが供給されて燃焼させる燃焼器
2が設けられている。その燃焼器2での燃焼によって駆
動するガスタービン3が設けられている。
【0005】ガスタービン3には、ガスタービン3と共
に回転して圧縮空気を製造する圧縮機4と、ガスタービ
ン3の回転によって発電する発電機5とが接続されてい
る。
【0006】ガスタービン3の燃焼排ガス下流側には、
その燃焼排ガスによって圧縮機4からの圧縮空気を加熱
する再生熱交換器6が設けられている。さらに、その再
生熱交換器6の燃焼排ガス下流側には、燃焼排ガスによ
って蒸気を製造する排熱ボイラ7が設けられている。
【0007】再生熱交換器6には、燃焼排ガス流路8が
設けられており、その内部を交差するように圧縮機4か
ら延出した圧縮空気流路9が設けられている。圧縮空気
流路9は、燃焼排ガス流路内8を蛇行するように形成さ
れている。再生熱交換器6で加熱された圧縮空気は、燃
焼器2に供給されるようになっている。
【0008】排熱ボイラ7には、再生熱交換器6の燃焼
排ガス流路8の下流側に繋がる燃焼排ガス流路11が設
けられている。この燃焼排ガス流路11内には、給水管
12および蒸気製造管14が設けられている。
【0009】給水管12は、燃焼排ガス流路11を蛇行
するように形成されている。蒸気製造管14は、たとえ
ば、横向きに配置されたV字状に形成されており、その
下流端には、蒸気ドラム16が設けられている。
【0010】給水管12にて給水された水は、燃焼排ガ
スで加熱された後、水ドラム15を介して蒸気製造管1
4へと流れ、そこで燃焼排ガスから排熱を回収して加熱
され蒸気となる。
【0011】これら燃焼排ガス流路11、給水管12お
よび蒸気製造管14で、排熱回収部17が構成されてい
る。この排熱回収部17の上流側(再生熱交換器6の下
流側)には、排熱回収部17で製造された蒸気を加熱す
る追い焚き装置18が接続されている。
【0012】追い炊き装置18は、燃料ガスを燃焼させ
る加熱部19と、ガスタービン3の燃焼排ガスが流れる
燃焼排ガス流路21とを有し、燃焼排ガス流路21内に
排熱回収部17で製造された蒸気を流して、その蒸気を
過熱蒸気とする蒸気流路22が設けられている。蒸気流
路22は、燃焼排ガス流路内21を蛇行するように形成
されている。
【0013】燃焼排ガス流路8,21,11は、上流側
からその符号の並びに順に一連に形成されている。
【0014】蒸気流路22の下流側には、燃料ガスを高
圧蒸気で吸引するとともに、昇圧して燃焼器2に供給す
る蒸気エゼクタ23が設けられている。すなわち、排熱
回収ボイラ7が蒸気エゼクタ23の蒸気供給源となって
いる。また、蒸気エゼクタ23の下流側は、燃焼器2の
燃料供給口24に接続されている。
【0015】蒸気エゼクタ23は、ノズル25とデフュ
-ザ26とを有し、その軸上に蒸気流路が形成され、そ
の側面に燃料ガスの吸引口が形成されている。ノズル2
5から流入した高圧蒸気が駆動蒸気となり、吸引された
燃料ガスと混合して、燃料ガスが昇圧されて、その昇圧
された燃料ガスを燃焼器2に供給するようになってい
る。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】蒸気エゼクタ23に供
給される燃料ガスは、0.2MPa程度の中圧の都市ガ
スを使用する。蒸気エゼクタ23には燃料ガスの流量の
約3倍の流量の蒸気を供給して、燃料ガスを供給圧の2
倍程度に昇圧する。
【0017】混合気配管での熱損失による温度低下によ
り、蒸気エゼクタ23の下流で混合気が飽和温度以下に
なって結露し、混合ガス中に蒸気ミスト(水滴)が発生
する。発生した水滴が燃焼器2の中に流入すると燃焼の
安定性を悪化させる。
【0018】本発明は従来技術のかかる問題点に鑑み、
先に出願した発明の改良発明として案出したもので、再
生熱交換器6から排出される高温空気を利用して蒸気エ
ゼクタからの混合気を飽和蒸気温度以上に加熱して、水
蒸気ミストを無くして、燃焼の安定性を向上させること
のできるガスタービン装置を提供することを目的とす
る。
【0019】
【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装置は、蒸気エゼクタによっ
て燃料ガスを吸引して燃焼器に送るとともに、圧縮機で
発生した圧縮空気を再生熱交換器により昇温して燃焼器
に送り、これらを燃焼させてガスタービンに送るように
なっているガスタービン装置において、蒸気エゼクタか
ら燃焼器までの配管の一部または全部を再生熱交換器を
出た高温の圧縮空気により加熱する加熱器を設けたもの
である。
【0020】上記蒸気エゼクタ駆動用の蒸気に上記ガス
タービン装置の排気を受け入れる排熱ボイラで発生した
ものであるのが好ましい。
【0021】次に本発明の作用を説明する。配管での熱
損失により飽和温度以下に低下し、蒸気と燃料ガスの混
合気に蒸気ミストが発生しても、再生熱交換器により加
熱された高温の圧縮空気により加熱するので、蒸気ミス
トは再蒸発し、燃焼器内に蒸気ミストが流入することは
ない。なお、蒸気エゼクタにに使用する蒸気の温度が飽
和温度より十分高い場合は、混合気を加熱する必要はな
いが、起動・停止時に蒸気温度が低下した場合でも蒸気
ミストの燃焼器への流入を防止することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面を参照しつつ説明する。図1は本発明のガスター
ビン装置の系統図である。なお、本図において、従来技
術の説明に使用した図2と共通する部分は同一の符号を
付しており、重複した説明は省略する。図1において、
1はガスタービン装置、2は燃焼器、3はガスタービ
ン、4は圧縮機、5は発電機、6は再生熱交換器、7は
排熱ボイラ、23は蒸気エゼクタ、30は加熱器であ
る。
【0023】以下、出力が300KW以下のマイクロガ
スタービンの例について作用を説明する。メタンガスを
主成分とする燃料ガスは、0.2MPa程度の圧力で供
給される。なお、ここで圧力は絶対圧である。燃料ガス
は蒸気エゼクタ23により、0.3〜0.4MPaに加
圧され、蒸気と燃料ガスの混合気として、配管31を通
って燃焼器2に供給される。蒸気エゼクタにおける燃料
がスと蒸気の流量比は、1:3程度である。混合気は燃
焼器2の燃料噴射ノズル2aから燃焼器2内に吹き込ま
れ、加熱器30を通った圧縮空気と混合して燃焼する。
【0024】燃焼器2を出た高温(850〜950
℃)、高圧(0.3〜0.4MPa)の燃焼ガスはター
ビン3に送られ、タービンを回転させる。タービン3に
より圧縮機4と発電機5が駆動される。タービン3の排
気は650〜750℃で、再生熱交換器6を経て排熱ボ
イラ7に送られる。圧縮機4で発生した0.3〜0.4
MPaの圧縮空気は再生燃交換器で550〜650℃に
加熱される。排熱ボイラ7は蒸発器7aと過熱器7bと
からなり、過熱器7bを通った蒸気の温度と圧力は、そ
れぞれ180〜250℃、0.9〜1.0MPa程度で
ある。
【0025】蒸気エゼクタ23から燃焼器2の燃料噴射
ノズル2aに到る配管31の一部または全部は加熱器3
0内で加熱される。すなわち、加熱器30の内部は再生
熱交換器6内を通って加熱された高温(550〜650
℃)の圧縮空気の通路32になっており、配管31の壁
面を通して混合気を加熱する。加熱器30内の混合気の
配管31は、十分な長さをとるためジグザグ状にに配置
する。0.3〜0.4MPaの混合気の飽和温度は、1
20〜130℃であり、圧縮空気との間に十分な温度差
があるので、加熱器30内で混合気は十分に加熱され、
蒸気ミストが燃焼器2内に流入するおそれはない。な
お、ガスタービン装置の始動の時には、排熱ボイラ7か
らの蒸気はないが、タービン3の暖気運転中は圧縮機4
からの圧縮空気も低いので、燃料ガスは昇圧せずに蒸気
エゼクタを通って燃焼器2に送ればよい。その間に徐々
に排熱ボイラ7が温まって蒸気が発生する。
【0026】本発明は以上述べた実施形態に限定される
ものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変
更が可能である。たとえば、実施形態の作用の説明の中
で、圧力や温度について種々の数値を示しているが、こ
れらは単に説明の便宜のためのものであり、この数値に
限定されるものではない。また、ごみの燃焼設備などで
蒸気が余っている場合には、排熱ボイラはなくてもよ
い。さらに、本願のガスタービン装置はマイクロガスタ
ービンに限られない。
【0027】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のガスタービ
ン装置は、燃料ガスを昇圧する蒸気エゼクタから燃焼器
に到る配管を、再生熱交換器を通った圧縮空気により加
熱するようにしたので、たとえ混合気中に蒸気ミストが
発生しても再蒸発し、蒸発ミストが燃焼器に流入するこ
とがなく、燃焼器内で安定した燃焼が行なわれるという
優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガスタービン装置の系統図である。
【図2】従来のガスタービン発電装置の全体構成図であ
る。
【符号の説明】
1 ガスタービン装置 2 燃焼器 3 ガスタービン 4 圧縮機 6 再生熱交換器 7 排熱ボイラ 23 蒸気エゼクタ 30 加熱器 31 混合気の配管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤森 俊郎 神奈川県横浜市磯子区新中原町1番地 石 川島播磨重工業株式会社横浜エンジニアリ ングセンター内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 蒸気エゼクタによって燃料ガスを吸引し
    て燃焼器に送るとともに、圧縮機で発生した圧縮空気を
    再生熱交換器により昇温して燃焼器に送り、これらを燃
    焼させてガスタービンに送るようになっているガスター
    ビン装置において、蒸気エゼクタから燃焼器までの配管
    の一部または全部を再生熱交換器を出た高温の圧縮空気
    により加熱する加熱器を設けたことを特徴とするガスタ
    ービン装置。
  2. 【請求項2】 上記蒸気エゼクタ駆動用の蒸気は上記ガ
    スタービン装置の排気を受け入れる排熱ボイラで発生し
    たものである請求項1記載のガスタービン装置。
JP2002155554A 2002-05-29 2002-05-29 ガスタービン装置 Pending JP2003343278A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005116563A1 (ja) * 2004-05-31 2005-12-08 Nissan Motor Co., Ltd. マイクロチャネル型蒸発器およびそれを用いたシステム
JP2013148092A (ja) * 2012-01-23 2013-08-01 General Electric Co <Ge> 液体燃料加熱システム
JP2014202211A (ja) * 2013-04-09 2014-10-27 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 燃料調整システムを有する簡便なサイクルガスターボ機関システム
CN106499515A (zh) * 2016-12-26 2017-03-15 深圳智慧能源技术有限公司 新型变循环燃气轮机及其压气机组和启动方法

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WO2005116563A1 (ja) * 2004-05-31 2005-12-08 Nissan Motor Co., Ltd. マイクロチャネル型蒸発器およびそれを用いたシステム
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