JP2004060471A - Power unit and power generating method - Google Patents

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JP2004060471A
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Soichiro Kato
加藤 壮一郎
Kimiyoshi Sato
佐藤 公美
Toshiro Fujimori
藤森 俊郎
Moichi Uji
宇治 茂一
Genichiro Nagahara
永原 元一郎
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IHI Corp
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IHI Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To further heighten the temperature of exhaust gas supplied to a reformer as a heat source. <P>SOLUTION: This power unit is provided with a first turbine 3A rotationally driven by first combustion gas; a second turbine 3B rotationally driven by second combustion gas; a compressor 1 compressing gas containing oxygen and outputting compressed gas containing oxygen; a steam generator 7 vaporizing water using exhaust gas from the second turbine 3B to output steam; the reformer 5 reacting hydrocarbon and steam using the exhaust gas from the second turbine 3B to output reformed gas; a first combustor 2 burning fuel gas together with the compressed gas containing oxygen and the reformed gas to output the first combustion gas to the first turbine 3A; and a second combustor 4 burning the reformed gas together with the exhaust gas from the first turbine 3A to output the second combustion gas to the second turbine 3B. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力装置及び動力発生方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
例えば、特開2000−328960には、単純サイクルガスタービンからの排熱を燃料の改質に利用するガスタービンシステム(動力装置)が開示されている。このガスタービンシステムでは、ガスタービンの排ガスを熱源として改質器に供給することにより排ガスの排熱を利用して燃料ガスを水蒸気とを反応させて改質ガスを生成し、この改質ガスを燃焼器に供給して水蒸気及び圧縮空気と共に燃焼させてガスタービンを回転駆動する。
【0003】
ところで、上記ガスタービンシステムでは、ガスタービンから排出される排ガスの温度が750K(ケルビン)程度であり、燃料ガスが十分に改質されない。すなわち、上記ガスタービンシステムは、燃料ガスの改質効率が悪いために、動力装置としての効率が悪い。また、燃料ガスの改質効率が悪いということは改質ガス中に含まれる水素ガス濃度が低いということと等価なので、動力装置としての効率を向上させるためには多量の水蒸気を燃焼器に供給する必要があり、この結果、燃焼器が失火し易いという問題点もある。
【0004】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、以下の点を目的とするものである。
(1)熱源として改質器に供給する排ガスの温度をより上昇させる。
(2)動力の発生効率を向上させる。
(3)燃焼器の失火を防止する。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、動力装置に係わる第1の手段として、第1の燃焼ガスによって回転駆動される第1タービン(3A)と、第2の燃焼ガスによって回転駆動される第2タービン(3B)と、酸素含有ガスを圧縮して圧縮酸素含有ガスを出力する圧縮機(1)と、前記第2タービン(3B)の排ガスを用いて水を気化させて水蒸気を出力する蒸気発生器(7)と、前記第2タービン(3B)の排ガスを用いて炭化水素と前記水蒸気とを反応させて改質ガスを出力する改質器(5)と、燃料ガスを前記圧縮酸素含有ガスと改質ガスと共に燃焼させて前記第1の燃焼ガスを第1タービン(3A)に出力する第1燃焼器(2)と、改質ガスを前記第1タービン(3A)の排ガスと共に燃焼させて第2の燃焼ガスを前記第2タービン(3B)に出力する第2燃焼器(4)とを具備する構成を採用する。
【0006】
動力装置に係わる第2の手段として、上記第1の手段において、改質器(5)において炭化水素に対する水蒸気の割合を所定値以上とする場合には、第2燃焼器(4)を触媒燃焼器とするという構成を採用する。
【0007】
動力装置に係わる第3の手段として、上記第1または第2の手段において、蒸気発生器(7)から出力される水蒸気と圧縮酸素含有ガスとを混合させた混合ガスを第2タービン(3B)の排ガスを用いて加熱して第1燃焼器(2)に供給する熱交換器(6)をさらに備えるという構成を採用する。
【0008】
動力装置に係わる第4の手段として、上記第1〜第3いずれかの手段において、水を第2タービン(3B)の排ガスを用いて予熱して蒸気発生器(7)に供給する予熱器(8)をさらに備えるという構成を採用する。
【0009】
動力装置に係わる第5の手段として、上記第1〜第4いずれかの手段において、炭化水素はメタン(CH)を主成分とするという構成を採用する。
【0010】
一方、本発明では、動力発生方法に係わる第1の手段として、ガスタービンを回転駆動させて動力を発生させるに際して、前記ガスタービンの排ガス中の熱エネルギーを利用して炭化水素と水蒸気とを反応させて改質ガスを発生させ、この改質ガスを燃料ガスと共に燃焼させて前記ガスタービンを回転駆動させる動力発生方法であって、前記ガスタービンとして再熱サイクルガスタービン(T)を用いるという構成を採用する。
【0011】
動力発生方法に係わる第2の手段として、上記第1の手段において、炭化水素に対する水蒸気の割合を所定値以上に設定して改質ガスを発生させる場合には、改質ガスを触媒を作用させて燃料ガスと共に燃焼させるという構成を採用する。
【0012】
動力発生方法に係わる第3の手段として、上記第1または第2の手段において、水蒸気と圧縮酸素含有ガスとを混合させた混合ガスをガスタービンの排ガスを用いて加熱し、この加熱したガスを改質ガスと燃料ガスと共に燃焼させるという構成を採用する。
【0013】
動力発生方法に係わる第4の手段として、上記第1〜第3いずれかの手段において、水をガスタービンの排ガスを用いて水を予熱した後にさらに加熱して水蒸気を発生させるという構成を採用する。
【0014】
動力発生方法に係わる第5の手段として、上記第1〜第4いずれかの手段において、炭化水素はメタン(CH)を主成分とするという構成を採用する。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係わる動力装置及び動力発生方法の一実施形態について説明する。
【0016】
図1は、本実施形態に係わる動力装置のシステム構成図である。この図において、符号Tは、再熱サイクルガスタービン(ガスタービン)であり、圧縮機1、第1燃焼器2、第1タービン3A、第2タービン3B、第2燃焼器4とから構成されている。また、符号5は改質器、6は熱交換器、7は蒸気発生器、8は予熱器である。圧縮機1は、第1タービン3Aと同軸回転するものであり、外部から供給される空気(酸素含有ガス)を圧縮し、圧縮空気(圧縮酸素含有ガス)として第1燃焼器2及び熱交換器6に出力する。第1燃焼器2は、外部から供給される燃料を上記圧縮空気、改質器5から供給される改質ガス及び熱交換器6から供給される混合ガスと共に燃焼させることにより高圧の燃焼ガス(第1の燃焼ガス)を発生させ、この第1の燃焼ガスを第1タービン3Aに出力する。
【0017】
第1タービン3Aは、上記第1の燃焼ガスによって回転駆動されるものであり、当該駆動に寄与した後の排ガスを第2燃焼器4に出力する。第2タービン3Bは、第2燃焼器4から供給される燃焼ガス(第2の燃焼ガス)によって回転駆動されるものであり、当該駆動に寄与した後の排ガスを改質器5、熱交換器6、蒸気発生器7及び予熱器8に熱源として出力する。この第2タービン3Bは、上記第1タービン3Aと同軸回転するものであるが、同軸回転しない構造のものであっても良い。
【0018】
第2燃焼器4は、改質器5から供給される改質ガスを上記第1タービン3Aから入力される排ガスと共に燃焼させることにより高圧の燃焼ガス(第2の燃焼ガス)を発生させ、この第2の燃焼ガスを上記第2タービン3Bに出力する。改質器5は、第2タービン3Bから供給された排ガスを熱源として外部から供給される炭化水素と蒸気発生器7から供給される水蒸気とを反応させて改質ガスを生成し、この改質ガスを第1燃焼器2及び第2燃焼器4に出力する。
【0019】
熱交換器6は、圧縮機1から出力される圧縮空気と蒸気発生器7から出力される水蒸気との混合ガスを第2タービン3Bから供給された排ガスと熱交換させることにより加熱し、高温状態の混合ガスを上記第1燃焼器2に出力する。蒸気発生器7は、予熱器8から供給された加熱状態の水を第2タービン3Bから供給された排ガスの熱(排熱)を用いて気化させて水蒸気を発生させ、この水蒸気を改質器5及び熱交換器6に出力する。予熱器8は、外部から供給された水(水道水)を第2タービン3Bから供給された排ガスを用いて加熱(予熱)して蒸気発生器7に出力する。
【0020】
次に、このように構成された動力装置の動作及び性能について、図2をも参照して詳しく説明する。
【0021】
このような動力装置では、第1燃焼器2から供給される高圧の第1の燃焼ガスによって第1タービン3Aが回転駆動されることにより動力が発生する。そして、この動力発生に寄与することによってエネルギー損失を受けた第1の燃焼ガスは、排ガスとして第1タービン3Aから第2燃焼器4に供給され改質ガスと共に燃焼して高圧の第2の燃焼ガスとされる。第2タービン3Bは、この第2の燃焼ガスの供給を受けて動力を発生し、その排ガスを改質器5、熱交換器6、蒸気発生器7及び予熱器8に熱源として出力する。
【0022】
ここで、第2タービン3Bから出力される第2の燃焼ガスのケルビン温度は約1000Kである。改質器5、熱交換器6、蒸気発生器7及び予熱器8は、約1000Kの排ガスを熱源として利用することにより、上述した所望の機能を実現している。
【0023】
すなわち、改質器5は、約1000Kという高温の排ガスの熱(排熱)を用いて炭化水素と水蒸気とを反応させて改質ガスを生成する。例えば炭化水素にメタン(CH)を使用した場合、このメタン(CH)は、水蒸気(HO)と反応し、一炭化酸素ガス(CO)と水素ガス(H)とを成分とする改質ガスが生成される。したがって、第1燃焼器2では、燃料ガスと空気とに改質ガスの成分である一炭化酸素ガス(CO)及び水素ガス(H)並びに混合ガスの成分である加熱された水蒸気(HO)及び空気が混合された状態で燃焼が行われる。この第1燃焼器2における燃焼反応によって生成された高圧の第1の燃焼ガスは、第1タービン3aに供給されて回転動力を発生する。
【0024】
そして、第1タービン3Aの排ガスは、第2燃焼器4に供給され、上記一炭化酸素ガス(CO)と水素ガス(H)とを成分とする改質ガスと混合した状態で燃焼し、高圧の第2の燃焼ガスとして第2タービン3Bに供給されて回転動力を発生する。そして、この回転動力の発生に寄与した第2タービン3Bの排ガス(約1000K)は、改質器5、熱交換器6、蒸気発生器7及び予熱器8に供給されて熱源として作用する。
【0025】
図2は、上記改質器5における炭化水素の温度変化に対する改質効率を説明する特性図である。この図において、温度領域T1は、単純サイクルガスタービンの排ガスの温度範囲を示し、温度領域T2は、本動力装置における再熱サイクルガスタービンTの排ガスの温度範囲を示している。ここで、改質効率とは、改質器5に投入した炭化水素の量と改質器5から排出される改質された炭化水素の量の比率である。
【0026】
すなわち、温度領域T1が約750K〜850Kであるのに対して、温度領域T2は、約1000Kであり、温度領域T1よりも約200K程度高い温度である。そして、4つの特性曲線R1〜R4は、改質効率の温度に対する変化を改質時の水蒸気量をパラメータとして示している。なお、水蒸気量は、R1>R2>R3>R4の関係になっている。この特性図から、再熱サイクルガスタービンTの排ガスの温度範囲では、単純サイクルガスタービンの排ガスの温度範囲よりも改質効率が高く、しかも同一温度で比較した場合には水蒸気量が多い方が改質効率が高いことが解る。
【0027】
したがって、本動力装置のように再熱サイクルガスタービンTを用いることにより、単純サイクルガスタービンを用いた場合によりも炭化水素の改質効率を向上させることができる。そして、本動力装置によれば、このように改質効率が向上することによって、動力の発生効率を向上させることが可能である。
【0028】
また、このように改質効率が向上するということは、水蒸気を用いた炭化水素の改質反応が吸熱反応であることから、再熱サイクルガスタービンTから改質器5に供給される排ガスの熱エネルギーを改質反応においてより多く利用することになるので、排ガスの熱エネルギーの利用効率が上昇し、本動力装置としての全体的なエネルギー効率を向上させることができる。
【0029】
さらに、再熱サイクルガスタービンTを用いた場合であっても、改質器5に送り込む水蒸気量が多い方が改質効率が高い(すなわち動力の発生効率が高い)ので、改質器5における水蒸気量を極力大きく設定すべきである。しかしながら、改質器5に供給する水蒸気量を増大させた場合、改質ガス中に含まれる未反応の水蒸気が増加するので、このような改質ガスを第1燃焼器2及び第2燃焼器4に供給した場合に、失火の可能性が高まるという弊害が発生する。このような弊害に対して、本実施形態では、第2燃焼器4に触媒を燃焼反応に介在させる触媒燃焼器を用いることにより、水蒸気量の増大による第2燃焼器4の失火を防止することができる。
【0030】
このように大量の水蒸気を用いて改質を行う場合には、空気温度が低い第1燃焼器2で改質ガスを燃焼させることはできない。すなわち、第1燃焼器2に触媒燃焼器を用いても、空気温度が低いために触媒が活性化されなので、燃焼が困難である。したがって、大量の水蒸気を用いて改質を行う場合には、第2燃焼器4を触媒燃焼器とし、第2燃焼器4のみに改質ガスを供給して燃焼させる。第2燃焼器4は、第1燃焼器2に比べて低圧なので、改質を低圧で行うことが可能であり、この結果、改質効率が向上する。
【0031】
なお、熱交換器6では圧縮空気と水蒸気との混合ガスが第2タービン3Bの排ガスを熱源として加熱され、第1燃焼器2に供給される。蒸気発生器7では、同様に第2タービン3Bの排ガスを熱源として予熱器8によって予熱された水が気化して水蒸気に状態変換されて、改質器5及び熱交換器6の入口配管に供給される。
【0032】
また、炭化水素としては、メタンに限定されることなく、灯油、ナフサあるいはLPG等を用いることができる。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第1の燃焼ガスによって回転駆動される第1タービンと、第2の燃焼ガスによって回転駆動される第2タービンと、酸素含有ガスを圧縮して圧縮酸素含有ガスを出力する圧縮機と、第2タービンの排ガスを用いて水を気化させて水蒸気を出力する蒸気発生器と、第2タービンの排ガスを用いて炭化水素と水蒸気とを反応させて改質ガスを出力する改質器と、燃料ガスを圧縮酸素含有ガスと改質ガスと共に燃焼させて前記第1の燃焼ガスを第1タービンに出力する第1燃焼器と、改質ガスを第1タービンの排ガスと共に燃焼させて第2の燃焼ガスを第2タービンに出力する第2燃焼器とを具備する。
すなわち、従来の単純サイクルガスタービンに代えて再熱サイクルガスタービンの排ガスを熱源として改質器で改質ガスを生成するようにしたので、従来よりも高温環境下で改質ガスを生成することが可能であり、したがって改質器における改質効率を向上させることが可能である。この結果、動力の発生効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係わる動力装置のシステム構成図である。
【図2】本発明の一実施形態における炭化水素の改質効率を説明する特性図である。
【符号の説明】
T……再熱サイクルガスタービン(ガスタービン)
1……圧縮機
2……第1燃焼器
3A……第1タービン
3B……第2タービン
4……第2燃焼器
5……改質器
6……熱交換器
7……蒸気発生器
8……予熱器
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power plant and a power generation method.
[0002]
Problems to be solved by the prior art and the invention
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-328960 discloses a gas turbine system (power unit) that uses exhaust heat from a simple cycle gas turbine for reforming fuel. In this gas turbine system, the exhaust gas of the gas turbine is supplied to the reformer as a heat source, so that the exhaust gas of the exhaust gas is used to react the fuel gas with steam to generate a reformed gas. The gas turbine is supplied to a combustor and burned together with steam and compressed air to rotationally drive the gas turbine.
[0003]
By the way, in the above gas turbine system, the temperature of the exhaust gas discharged from the gas turbine is about 750 K (Kelvin), and the fuel gas is not sufficiently reformed. That is, the gas turbine system has poor efficiency as a power unit because of poor fuel gas reforming efficiency. Also, poor fuel gas reforming efficiency is equivalent to low hydrogen gas concentration in the reformed gas, so a large amount of steam is supplied to the combustor to improve the efficiency of the power plant. As a result, there is also a problem that the combustor is easily misfired.
[0004]
The present invention has been made in view of the above problems, and has the following objects.
(1) The temperature of the exhaust gas supplied to the reformer as a heat source is further increased.
(2) Improve power generation efficiency.
(3) Prevent misfire of the combustor.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, as a first means relating to a power plant, a first turbine (3A) rotationally driven by a first combustion gas, and a rotationally driven by a second combustion gas. A second turbine (3B), a compressor (1) for compressing the oxygen-containing gas and outputting a compressed oxygen-containing gas, and vaporizing water by using the exhaust gas of the second turbine (3B) to output steam. A steam generator (7), a reformer (5) for reacting a hydrocarbon with the steam using the exhaust gas of the second turbine (3B) to output a reformed gas, A first combustor (2) for burning the first combustion gas to the first turbine (3A) by burning with the contained gas and the reformed gas, and burning the reformed gas together with the exhaust gas of the first turbine (3A) Then, the second combustion gas is To adopt a configuration comprising a second combustor output to down (3B) and (4).
[0006]
As a second means relating to the power plant, in the first means, when the ratio of steam to hydrocarbon in the reformer (5) is set to a predetermined value or more, the second combustor (4) is subjected to catalytic combustion. It adopts the configuration of a container.
[0007]
As a third means relating to the power plant, the first or second means may be a second turbine (3B) in which the mixed gas obtained by mixing the steam output from the steam generator (7) and the compressed oxygen-containing gas is mixed. The structure is further provided with a heat exchanger (6) that heats the exhaust gas and supplies it to the first combustor (2).
[0008]
As a fourth means relating to the power unit, in any one of the first to third means described above, a preheater for preheating water using exhaust gas from the second turbine (3B) and supplying the preheated water to a steam generator (7). 8) is adopted.
[0009]
As a fifth means related to the power unit, in any of the first through fourth means, hydrocarbons employs a configuration that mainly methane (CH 4).
[0010]
On the other hand, in the present invention, as a first means related to a power generation method, when a gas turbine is rotationally driven to generate power, a reaction between hydrocarbons and steam is performed by utilizing heat energy in exhaust gas of the gas turbine. A power generation method for generating a reformed gas, burning the reformed gas together with a fuel gas, and rotatingly driving the gas turbine, wherein a reheat cycle gas turbine (T) is used as the gas turbine. Is adopted.
[0011]
As a second means relating to the power generation method, in the first means, when the reformed gas is generated by setting the ratio of steam to hydrocarbon to a predetermined value or more, the reformed gas is caused to act on the catalyst. In this case, the fuel gas is burned together with the fuel gas.
[0012]
As a third means relating to a power generation method, in the above first or second means, a mixed gas obtained by mixing steam and a compressed oxygen-containing gas is heated using exhaust gas of a gas turbine, and the heated gas is heated. A configuration in which combustion is performed together with the reformed gas and the fuel gas is employed.
[0013]
As a fourth means relating to the power generation method, in any one of the first to third means, a configuration is adopted in which water is preheated by using exhaust gas from a gas turbine and then further heated to generate steam. .
[0014]
As a fifth means relating to the power generation method, in any one of the first to fourth means, a configuration is employed in which the hydrocarbon is mainly methane (CH 4 ).
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a power plant and a power generation method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
FIG. 1 is a system configuration diagram of a power unit according to the present embodiment. In this figure, reference symbol T denotes a reheat cycle gas turbine (gas turbine), which includes a compressor 1, a first combustor 2, a first turbine 3A, a second turbine 3B, and a second combustor 4. I have. Reference numeral 5 denotes a reformer, 6 denotes a heat exchanger, 7 denotes a steam generator, and 8 denotes a preheater. The compressor 1 rotates coaxially with the first turbine 3A, compresses air (oxygen-containing gas) supplied from the outside, and converts the compressed air (compressed oxygen-containing gas) into the first combustor 2 and the heat exchanger. 6 is output. The first combustor 2 burns fuel supplied from the outside together with the compressed air, the reformed gas supplied from the reformer 5, and the mixed gas supplied from the heat exchanger 6 to generate a high-pressure combustion gas ( The first combustion gas is generated, and the first combustion gas is output to the first turbine 3A.
[0017]
The first turbine 3 </ b> A is driven to rotate by the first combustion gas, and outputs exhaust gas that has contributed to the driving to the second combustor 4. The second turbine 3B is driven to rotate by the combustion gas (second combustion gas) supplied from the second combustor 4, and the exhaust gas that has contributed to the driving is subjected to the reformer 5, the heat exchanger, and the like. 6. Output to the steam generator 7 and the preheater 8 as a heat source. The second turbine 3B rotates coaxially with the first turbine 3A, but may have a structure that does not rotate coaxially.
[0018]
The second combustor 4 generates a high-pressure combustion gas (second combustion gas) by burning the reformed gas supplied from the reformer 5 together with the exhaust gas input from the first turbine 3A. The second combustion gas is output to the second turbine 3B. The reformer 5 uses the exhaust gas supplied from the second turbine 3B as a heat source to react hydrocarbons supplied from the outside with steam supplied from the steam generator 7 to generate a reformed gas. The gas is output to the first combustor 2 and the second combustor 4.
[0019]
The heat exchanger 6 heats a mixed gas of the compressed air output from the compressor 1 and the steam output from the steam generator 7 by exchanging heat with the exhaust gas supplied from the second turbine 3B, and heats the mixed gas. Is output to the first combustor 2. The steam generator 7 vaporizes the heated water supplied from the preheater 8 by using heat (exhaust heat) of the exhaust gas supplied from the second turbine 3B to generate steam, and converts the steam into a reformer. 5 and the heat exchanger 6. The preheater 8 heats (preheats) water (tap water) supplied from the outside using exhaust gas supplied from the second turbine 3 </ b> B, and outputs the water to the steam generator 7.
[0020]
Next, the operation and performance of the power unit thus configured will be described in detail with reference to FIG.
[0021]
In such a power plant, motive power is generated when the first turbine 3A is rotationally driven by the high-pressure first combustion gas supplied from the first combustor 2. The first combustion gas, which has lost energy by contributing to the power generation, is supplied as exhaust gas from the first turbine 3A to the second combustor 4 and burns together with the reformed gas to perform high-pressure second combustion. Gas. The second turbine 3B receives the supply of the second combustion gas to generate power, and outputs the exhaust gas to the reformer 5, the heat exchanger 6, the steam generator 7, and the preheater 8 as a heat source.
[0022]
Here, the Kelvin temperature of the second combustion gas output from the second turbine 3B is about 1000K. The reformer 5, the heat exchanger 6, the steam generator 7, and the preheater 8 realize the above-described desired functions by using exhaust gas of about 1000K as a heat source.
[0023]
That is, the reformer 5 generates a reformed gas by reacting the hydrocarbon with the steam using the heat (exhaust heat) of the exhaust gas having a high temperature of about 1000K. For example, when using methane (CH 4) in the hydrocarbon, the methane (CH 4) is reacted with water vapor (H 2 O), one carbide oxygen gas (CO) and hydrogen gas (H 2) and the component Is generated. Therefore, in the first combustor 2, one carbide oxygen gas and the fuel gas and air which is a component of the reformed gas (CO) and hydrogen gas (H 2) as well as mixtures is a component of a gas heated steam (H 2 Combustion is performed in a state where O) and air are mixed. The high-pressure first combustion gas generated by the combustion reaction in the first combustor 2 is supplied to the first turbine 3a to generate rotational power.
[0024]
The exhaust gas of the first turbine 3A is supplied to the second combustor 4 and burns in a state where the exhaust gas is mixed with the reformed gas containing the above-mentioned monocarboxy gas (CO) and hydrogen gas (H 2 ) as components. The high-pressure second combustion gas is supplied to the second turbine 3B to generate rotational power. Then, the exhaust gas (about 1000K) of the second turbine 3B that has contributed to the generation of the rotational power is supplied to the reformer 5, the heat exchanger 6, the steam generator 7, and the preheater 8, and acts as a heat source.
[0025]
FIG. 2 is a characteristic diagram illustrating the reforming efficiency of the reformer 5 with respect to a change in hydrocarbon temperature. In this figure, the temperature range T1 indicates the temperature range of the exhaust gas of the simple cycle gas turbine, and the temperature range T2 indicates the temperature range of the exhaust gas of the reheat cycle gas turbine T in the power plant. Here, the reforming efficiency is the ratio of the amount of hydrocarbons fed into the reformer 5 to the amount of reformed hydrocarbons discharged from the reformer 5.
[0026]
That is, while the temperature region T1 is approximately 750K to 850K, the temperature region T2 is approximately 1000K, which is approximately 200K higher than the temperature region T1. The four characteristic curves R1 to R4 show the change of the reforming efficiency with respect to the temperature using the amount of steam at the time of reforming as a parameter. Note that the amount of water vapor has a relationship of R1>R2>R3> R4. From this characteristic diagram, it is found that the reforming efficiency is higher in the exhaust gas temperature range of the reheat cycle gas turbine T than in the exhaust gas temperature range of the simple cycle gas turbine, and that the amount of steam is larger when compared at the same temperature. It can be seen that the reforming efficiency is high.
[0027]
Therefore, by using the reheat cycle gas turbine T as in the present power plant, the reforming efficiency of hydrocarbons can be improved even when a simple cycle gas turbine is used. According to the present power plant, the efficiency of power generation can be improved by improving the reforming efficiency in this way.
[0028]
In addition, the improvement of the reforming efficiency means that the reforming reaction of hydrocarbons using steam is an endothermic reaction, and thus the exhaust gas supplied to the reformer 5 from the reheat cycle gas turbine T is improved. Since the thermal energy is used more in the reforming reaction, the utilization efficiency of the thermal energy of the exhaust gas is increased, and the overall energy efficiency of the power plant can be improved.
[0029]
Furthermore, even when the reheat cycle gas turbine T is used, the larger the amount of steam fed to the reformer 5, the higher the reforming efficiency (ie, the higher the power generation efficiency). The amount of water vapor should be set as high as possible. However, if the amount of steam supplied to the reformer 5 is increased, the amount of unreacted steam contained in the reformed gas increases, and thus such reformed gas is supplied to the first combustor 2 and the second combustor. In the case where the fuel is supplied to 4, the possibility of a misfire increases. In order to prevent such an adverse effect, in the present embodiment, a misfire of the second combustor 4 due to an increase in the amount of water vapor is prevented by using a catalytic combustor in which the catalyst is interposed in the combustion reaction in the second combustor 4. Can be.
[0030]
When reforming is performed using such a large amount of steam, the reformed gas cannot be burned in the first combustor 2 having a low air temperature. That is, even if a catalytic combustor is used for the first combustor 2, combustion is difficult because the catalyst is activated due to the low air temperature. Therefore, when reforming is performed using a large amount of steam, the second combustor 4 is used as a catalytic combustor, and the reformed gas is supplied to only the second combustor 4 and burned. Since the second combustor 4 has a lower pressure than the first combustor 2, the reforming can be performed at a lower pressure, and as a result, the reforming efficiency is improved.
[0031]
In the heat exchanger 6, the mixed gas of the compressed air and the steam is heated by using the exhaust gas of the second turbine 3 </ b> B as a heat source and supplied to the first combustor 2. Similarly, in the steam generator 7, the water preheated by the preheater 8 is vaporized by using the exhaust gas of the second turbine 3 </ b> B as a heat source, converted into steam, and supplied to the inlet pipes of the reformer 5 and the heat exchanger 6. Is done.
[0032]
The hydrocarbon is not limited to methane, but may be kerosene, naphtha or LPG.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the first turbine rotationally driven by the first combustion gas, the second turbine rotationally driven by the second combustion gas, and the oxygen-containing gas are compressed and compressed. A compressor that outputs an oxygen-containing gas, a steam generator that vaporizes water using the exhaust gas of the second turbine and outputs steam, and a reformer that reacts hydrocarbons and steam using the exhaust gas of the second turbine. A first combustor for burning the fuel gas together with the compressed oxygen-containing gas and the reformed gas to output the first combustion gas to the first turbine; A second combustor that burns together with the exhaust gas of the turbine and outputs a second combustion gas to the second turbine.
That is, since the reformed gas is generated by the reformer using the exhaust gas of the reheat cycle gas turbine as a heat source instead of the conventional simple cycle gas turbine, it is necessary to generate the reformed gas in a higher temperature environment than before. Therefore, it is possible to improve the reforming efficiency in the reformer. As a result, the power generation efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram of a power unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram illustrating a hydrocarbon reforming efficiency in one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
T: Reheat cycle gas turbine (gas turbine)
1 Compressor 2 First combustor 3A First turbine 3B Second turbine 4 Second combustor 5 Reformer 6 Heat exchanger 7 Steam generator 8 …… Preheater

Claims (10)

第1の燃焼ガスによって回転駆動される第1タービン(3A)と、
第2の燃焼ガスによって回転駆動される第2タービン(3B)と、
酸素含有ガスを圧縮して圧縮酸素含有ガスを出力する圧縮機(1)と、
前記第2タービン(3B)の排ガスを用いて水を気化させて水蒸気を出力する蒸気発生器(7)と、
前記第2タービン(3B)の排ガスを用いて炭化水素と前記水蒸気とを反応させて改質ガスを出力する改質器(5)と、
燃料ガスを前記圧縮酸素含有ガスと改質ガスと共に燃焼させて前記第1の燃焼ガスを第1タービン(3A)に出力する第1燃焼器(2)と、
改質ガスを前記第1タービン(3A)の排ガスと共に燃焼させて第2の燃焼ガスを前記第2タービン(3B)に出力する第2燃焼器(4)と
を具備することを特徴とする動力装置。
A first turbine (3A) rotationally driven by a first combustion gas;
A second turbine (3B) rotationally driven by the second combustion gas;
A compressor (1) for compressing an oxygen-containing gas and outputting a compressed oxygen-containing gas;
A steam generator (7) for evaporating water using the exhaust gas of the second turbine (3B) and outputting steam.
A reformer (5) that outputs a reformed gas by reacting a hydrocarbon with the steam using exhaust gas of the second turbine (3B);
A first combustor (2) that burns a fuel gas together with the compressed oxygen-containing gas and the reformed gas and outputs the first combustion gas to a first turbine (3A);
A second combustor (4) for burning the reformed gas together with the exhaust gas of the first turbine (3A) and outputting a second combustion gas to the second turbine (3B). apparatus.
改質器(5)において炭化水素に対する水蒸気の割合を所定値以上とする場合には、第2燃焼器(4)を触媒燃焼器とすることを特徴とする請求項1記載の動力装置。The power plant according to claim 1, wherein the second combustor (4) is a catalytic combustor when the ratio of steam to hydrocarbons is equal to or more than a predetermined value in the reformer (5). 蒸気発生器(7)から出力される水蒸気と圧縮酸素含有ガスとを混合させた混合ガスを第2タービン(3B)の排ガスを用いて加熱して第1燃焼器(2)に供給する熱交換器(6)をさらに備えることを特徴とする請求項1または2記載の動力装置。Heat exchange in which a mixed gas obtained by mixing steam and a compressed oxygen-containing gas output from the steam generator (7) is heated using exhaust gas of the second turbine (3B) and supplied to the first combustor (2) Power plant according to claim 1 or 2, further comprising a vessel (6). 水を第2タービン(3B)の排ガスを用いて予熱して蒸気発生器(7)に供給する予熱器(8)をさらに備えることを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載の動力装置。The power plant according to any one of claims 1 to 3, further comprising a preheater (8) for preheating water using exhaust gas of the second turbine (3B) and supplying the preheated water to the steam generator (7). . 炭化水素はメタン(CH)を主成分とすることを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載の動力装置。Power plant according to any one claims 1 to 4 hydrocarbons, characterized in that the main component of methane (CH 4). ガスタービンを回転駆動させて動力を発生させるに際して、前記ガスタービンの排ガス中の熱エネルギーを利用して炭化水素と水蒸気とを反応させて改質ガスを発生させ、この改質ガスを燃料ガスと共に燃焼させて前記ガスタービンを回転駆動させる動力発生方法であって、
前記ガスタービンとして再熱サイクルガスタービン(T)を用いることを特徴とする動力発生方法。
When power is generated by driving the gas turbine to rotate, hydrocarbons and steam are reacted with each other using thermal energy in the exhaust gas of the gas turbine to generate a reformed gas, and the reformed gas is used together with the fuel gas. A method for generating power for rotating and driving the gas turbine by burning,
A power generation method using a reheat cycle gas turbine (T) as the gas turbine.
炭化水素に対する水蒸気の割合を所定値以上に設定して改質ガスを発生させる場合には、改質ガスを触媒を作用させて燃料ガスと共に燃焼させることを特徴とする請求項7記載の動力発生方法。8. The power generation system according to claim 7, wherein when the ratio of steam to hydrocarbon is set to a predetermined value or more and the reformed gas is generated, the reformed gas is caused to act on a catalyst and burned together with the fuel gas. Method. 水蒸気と圧縮酸素含有ガスとを混合させた混合ガスをガスタービンの排ガスを用いて加熱し、この加熱したガスを改質ガスと燃料ガスと共に燃焼させることを特徴とする請求項7または8記載の動力発生方法。The mixed gas obtained by mixing steam and a compressed oxygen-containing gas is heated by using exhaust gas of a gas turbine, and the heated gas is burned together with a reformed gas and a fuel gas. Power generation method. 水をガスタービンの排ガスを用いて水を予熱した後にさらに加熱して水蒸気を発生させることを特徴とする請求項7〜9いずれかに記載の動力発生方法。The power generation method according to any one of claims 7 to 9, wherein the water is further heated after preheating the water using exhaust gas of the gas turbine to generate steam. 炭化水素はメタン(CH)を主成分とすることを特徴とする請求項7〜10いずれかに記載の動力発生方法。The power generation method according to claim 7-10 hydrocarbons, characterized in that the main component of methane (CH 4).
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