JP2007056817A - Gas turbine system including water purifying apparatus and method for operating same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、海水から水を製造する水製造装置を有するガスタービンシステムに係わり、特にガスタービンの排熱を利用して生成した蒸気を熱源として海水から水を製造する水製造装置を有するガスタービンシステムに関する。 The present invention relates to a gas turbine system having a water production apparatus for producing water from seawater, and in particular, a gas turbine having a water production apparatus for producing water from seawater using steam generated by utilizing exhaust heat of the gas turbine as a heat source. About the system.
ガスタービンの燃焼排ガスを利用した排熱回収ボイラの蒸気発生器で発生した蒸気をガスタービンの燃焼器に供給すると共に、この排熱回収ボイラの加熱器で過熱された温水或いは蒸気を海水から水を製造する水製造装置の熱源として供給する技術は特許文献1に開示されている。
The steam generated by the steam generator of the exhaust heat recovery boiler using the combustion exhaust gas of the gas turbine is supplied to the combustor of the gas turbine, and the hot water or steam heated by the heater of the exhaust heat recovery boiler is supplied from seawater. A technique for supplying a water source as a heat source for a water production apparatus is disclosed in
特許文献1に開示された水製造装置にはガスタービンの燃焼排ガスを利用して蒸気等を発生させる排熱回収ボイラから、海水を蒸発させる熱源として温水或いは蒸気を供給するが、必要な蒸気条件は、温度が海水を蒸発する100℃以上で約200℃未満、圧力が
0.5MPa から1MPa程度が好適である。一方、通常のガスタービンでは、燃焼用空気となる圧縮機出口の空気温度は約300℃程度である。よって、水製造装置に供給する蒸気と同じ約200℃未満の蒸気を排熱回収ボイラからガスタービンの燃焼器に供給した場合は燃焼用空気温度を低下させてしまい、燃焼ガスの温度を一定に保つために燃料量を増加させざるを得ないのでガスタービンの効率が低下するという問題がある。
The water production apparatus disclosed in
本発明の目的は、ガスタービンの効率向上と、排熱回収ボイラの構造のシンプル化を実現する水製造装置を有するガスタービンシステム並びにその運転方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a gas turbine system having a water production apparatus that realizes improvement in efficiency of a gas turbine and simplification of the structure of an exhaust heat recovery boiler, and an operation method thereof.
本発明の水製造装置を有するガスタービンシステムは、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮した空気と燃料を燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼器で生成した燃焼ガスによって駆動され動力を得るタービンとを有するガスタービン装置と、前記タービンの燃焼排ガスを熱源として蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気を熱源として海水から水を生成する水製造装置と、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気とガスタービン装置の圧縮機から供給された空気とを混合した混合気を、タービンの燃焼排ガスを熱源として加熱する再生器とを備え、前記再生器で加熱された混合気をガスタービン装置の燃焼器に供給するように構成したものである。 A gas turbine system having a water production apparatus of the present invention includes a compressor that compresses air, a combustor that burns air and fuel compressed by the compressor to generate combustion gas, and a combustion gas that is generated by the combustor. A gas turbine device having a turbine that is driven to obtain power, a heat recovery steam generator that generates steam using the combustion exhaust gas of the turbine as a heat source, and water from seawater using the steam generated in the exhaust heat recovery boiler as a heat source A water production apparatus, and a regenerator that heats an air-fuel mixture obtained by mixing steam generated in the exhaust heat recovery boiler and air supplied from a compressor of the gas turbine apparatus using the combustion exhaust gas of the turbine as a heat source, The air-fuel mixture heated by the regenerator is configured to be supplied to the combustor of the gas turbine device.
また、本発明の水製造装置を有するガスタービンシステムの運転方法は、ガスタービン装置の圧縮機で圧縮した空気と燃料を燃焼器で燃焼して燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスによりタービンを駆動して動力を得るようにし、排熱回収ボイラによって前記タービンの燃焼排ガスを熱源として利用して蒸気を発生させ、水製造装置によって前記排熱回収ボイラで発生した蒸気を熱源として利用して海水から水を生成し、この生成した水の一部を前記排熱回収ボイラの給水として供給し、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気とガスタービン装置の圧縮機から供給された空気とを混合した混合気を前記タービンの燃焼排ガスを熱源として加熱し、この加熱された混合気をガスタービン装置の燃焼器に供給するように構成したものである。 Further, the operation method of the gas turbine system having the water production apparatus of the present invention generates combustion gas by combusting air and fuel compressed by the compressor of the gas turbine apparatus in the combustor, and the turbine is driven by this combustion gas. The steam is generated by using the exhaust gas from the turbine as a heat source by the exhaust heat recovery boiler, and the steam generated in the exhaust heat recovery boiler by the water production apparatus is used as the heat source from the seawater. Mixing the water generated, supplying a part of the generated water as feed water for the exhaust heat recovery boiler, and mixing the steam generated in the exhaust heat recovery boiler with the air supplied from the compressor of the gas turbine device The air is heated using the combustion exhaust gas of the turbine as a heat source, and the heated air-fuel mixture is supplied to the combustor of the gas turbine device.
本発明によれば、ガスタービンの効率向上と、排熱回収ボイラの構造のシンプル化が可能な水製造装置を有するガスタービンシステムを実現できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the gas turbine system which has the water production apparatus which can improve the efficiency of a gas turbine and can simplify the structure of an exhaust heat recovery boiler is realizable.
ガスタービンの効率向上と、排熱回収ボイラの構造のシンプル化を実現するという目的を、海水から水を製造する水製造装置を有するガスタービンシステムで実現した。 The purpose of improving the efficiency of the gas turbine and simplifying the structure of the exhaust heat recovery boiler has been realized with a gas turbine system having a water production device for producing water from seawater.
以下、図面を用いて本発明の一実施例である水製造装置を有するガスタービンシステムについて詳細に説明する。 Hereinafter, a gas turbine system having a water production apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に示す本発明を適用した実施例である水製造装置を有するガスタービンシステムは、ガスタービン装置1と、排熱回収ボイラ100と、水製造装置200で構成される。
A gas turbine system having a water production apparatus to which the present invention shown in FIG. 1 is applied includes a
ガスタービン装置1は、大気6を圧縮して加圧する圧縮機2と、圧縮機2で加圧されて空気流路7を通じて供給、或いは抽気された加圧空気7aと、燃料系統12を通じて供給された燃料12aとを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器3と、燃焼器3で生成した燃焼ガスによって駆動されて圧縮機2及び負荷となる発電機13の駆動源となるタービン4と、タービン4から排出される燃焼排ガス8aを熱源として排ガス流路8を通じて導いて高湿分蒸気を加熱し、前記燃焼器3に高湿分空気供給流路11を通じて加熱した高湿分空気11aを供給する再生器5で構成されている。
The
前記再生器5は、入口側に設置した混合器10にて排熱回収ボイラ100で生成された過熱蒸気21aと、圧縮機2から供給、或いは抽気された加圧空気7aとを混合する。この加圧空気7aと混合された蒸気と空気の混合気15aは再生器5でタービン4から排出される燃焼排ガス8aと熱交換して高温の高湿分空気11aとなり、高湿分空気供給流路11を通じて燃焼器3に供給されて燃料12aと共に燃焼して高温の燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスがタービン4を駆動して動力を発生させる。タービン4で発生した動力は圧縮機2を駆動すると共に、発電機13を駆動して電気出力を得るようになっている。また、再生器5を経た燃焼排ガス9aは排ガス流路9を通じて排熱回収ボイラ100に流下する。
The
前記排熱回収ボイラ100は、燃焼排ガス9aの流れ方向に上流の高温側から下流の低温側に沿って、節炭器103,蒸発器102,過熱器101を順次配置して構成されている。そして、水製造装置200によって海水203aから生成された水201aは、ポンプ206で加圧されて排熱回収ボイラ100の節炭器103に給水として供給される。この節炭器103で燃焼排ガス9aとの熱交換により温度上昇した給水104aは蒸発器
102に供給され、同様に燃焼排ガス9aとの熱交換により蒸発器102で発生した飽和蒸気105aは過熱器101に供給される。この過熱器101では燃焼排ガス9aとの熱交換によって過熱蒸気が発生するが、この過熱蒸気の一部である過熱蒸気21aが蒸気供給配管21を通じて混合器10に供給されて圧縮機2から供給された加圧空気7aと混合して過湿空気となる。また、過熱器101で発生した過熱蒸気の一部である加熱蒸気202aは供給配管202を通じて水製造装置200に熱源として供給される。
The exhaust
水製造装置200では外部から海水供給配管203を通じて供給された海水203aを、排熱回収ボイラ100の過熱器101から熱源として供給した加熱蒸気202aの熱により蒸発させて水201aを生成し、残りの塩分を含む海水204aは配管系204を通じて外部に排出する。水製造装置200で生成された水201aの一部は、排熱回収ボイラ100の節炭器103にポンプ206で加圧して給水配管201を通じて給水として供給される。また、水製造装置200で生成した水201aの一部は飲料水,生活用水205aとして配管系205を通じて外部に取り出され使用される。
In the
ここで、水製造装置200に必要とされる熱源の加熱蒸気202aの温度は、海水203aを蒸発させることができる約200℃程度の温度であれば十分で、圧力も約1MPa程度でよい。
Here, the temperature of the
一方、再生器5を有するガスタービン装置1では、ガスタービンの燃焼排ガス8aの熱を回収して燃焼用空気の温度を高めて、燃焼器3で燃焼させる燃料量を節約することによりガスタービンの高効率化を図っている。よって燃焼排ガス8aの温度はできるだけ高い方がよい。また、圧力を高くすると燃焼排ガス8aの温度は低下してしまうことから、再生器5に流下するガスタービンの燃焼排ガス8aの圧力は約1MPa程度でよい。即ち、再生式ガスタービンでは、水製造装置に必要な加熱源としての蒸気とガスタービンの燃焼器に供給する蒸気を共用することが可能となる。再生器を持たないガスタービンでは、水製造装置200に必要な熱源の蒸気を生成する熱交換器系統と別に、ガスタービンの燃焼器3に供給する蒸気を発生する独立した熱交換器系統を排熱回収ボイラ100内に持たせる必要がある。しかしながら、再生器を有するガスタービンでは、ガスタービン1の燃焼器3と水製造装置200で使用する蒸気の蒸気条件を同じにしても利用可能であることから、前記蒸気の共用が可能となり、排熱回収ボイラ100には発生した蒸気を共用する共通の熱交換器系統を持てば良い。よって、排熱回収ボイラ100は構成がシンプル化できるので低コストで製作可能となる。
On the other hand, in the
排熱回収ボイラ100から蒸気供給配管21を通じて再生器5に供給される過熱蒸気
21aの温度は約200℃程度であり、ガスタービン装置1のタービン4に流入する燃焼ガスの圧力を約1MPaとすると、圧縮機2で加圧された加圧空気7aの温度は約300℃程度である。再生器5の入口側に設置した混合器10で圧縮機2から供給される加圧空気7aと前記過熱蒸気21aとを混合させることにより、再生器5に流入する空気と蒸気の混合気15aの温度は300℃より低くなり、過熱蒸気を混合しない場合に比べて再生器5によって燃焼排ガス8aから回収できる熱量は増加するのでガスタービンの高効率化が図れる。また、この過熱蒸気21aを混合して生成した高湿分空気11aは、高湿分空気供給流路11を通じて燃焼器3に供給されて燃料12aと共に燃焼することになるので、混入した蒸気の量に相当したガスタービンの作動ガス量が増加し、ガスタービン出力も増加させることができる。更に、燃焼用空気7aだけでなく高湿分空気11aも燃料12aと共に燃焼器3で燃焼するため、燃焼ガスの低NOx化を図ることができる。
The temperature of the
また、本実施例では、排熱回収ボイラ100の過熱器101で発生した過熱蒸気21aをガスタービン1の再生器5の入口に設置した混合器10に供給する系統である蒸気供給配管21、及び加熱蒸気202aを水製造装置200に供給する系統である供給配管202に、弁301、及び弁302を夫々設置している。そして、これらの弁301,弁302の開度を操作することにより蒸気の供給量を制御できるので、ガスタービンの発電量、及び水の製造量を調節することができる。例えば、水を最優先して製造する場合は、弁301を全閉、弁302を全開にすることにより蒸気の全量を水製造装置200に供給して水を最大能力で製造することができる。また、電気を最優先して製造する場合は、弁301を全開、弁302を全閉にすることにより蒸気の全量をガスタービン装置1の再生器5に混合気として供給するので、電気を最大能力で発電することができる。また、排熱回収ボイラ100からガスタービンに供給する蒸気量と、水製造装置に供給する蒸気量とを夫々変化させることによりガスタービンの発電量,水の製造量を調節することができ、日々、季節の電力需要,水需要に応じたプラントの最適な運転が可能となり、運用性が向上する。
In the present embodiment, the
また、本実施例ではガスタービン装置で発電機を駆動する構成を用いたが、ガスタービンでポンプ等の機械を駆動する場合や舶用の推進力に用いる場合にも適用可能である。 Moreover, although the structure which drives a generator with a gas turbine apparatus was used in the present Example, it is applicable also when driving machines, such as a pump, with a gas turbine, or when using for the propulsion force for ships.
水製造装置を有するガスタービンシステムに適用可能である。 The present invention can be applied to a gas turbine system having a water production apparatus.
1…ガスタービン装置、2…圧縮機、3…燃焼器、4…タービン、5…再生器、7…空気流路、7a…加圧空気、8,9…排ガス流路、8a,9a…燃焼排ガス、11…高湿分空気供給流路、11a…高湿分空気、21…蒸気供給配管、21a…過熱蒸気、13…発電機、100…排熱回収ボイラ、101…過熱器、104a…給水、105a…飽和蒸気、200…水製造装置、201…給水配管、201a…水、202…供給配管、202a…加熱蒸気、203a…海水、206…ポンプ、301,302…弁。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
The amount of steam supplied as an air-fuel mixture from the exhaust heat recovery boiler to the combustor of the gas turbine device and the amount of steam supplied as a heat source of the water production device from the exhaust heat recovery boiler were controlled respectively. A method for operating a gas turbine system having the water production apparatus according to claim 4.
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