JP2007170307A - ガスタービンコンバインドサイクルプラント及び発電方法。 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 外気から導入される空気を圧縮する圧縮機2と、圧縮空気と燃料とを混合燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器4と、燃焼ガスにより駆動するガスタービン7と、ガスタービン7から排気される排ガスから熱回収する排熱回収ボイラ8と、排熱回収ボイラ8の蒸気により駆動する蒸気タービン16,18と、排熱回収ボイラ8から排気される排ガスの一部を抽気して再循環排ガスとする抽気手段23と、再循環排ガスを加熱する昇温手段26と、昇温手段26で昇温した再循環排ガスを空気に混合する混合手段31と、を備えたガスタービンコンバインドサイクルプラントとした。
【選択図】 図1
Description
第1計測点では、ライン229に設けられた再循環排ガスを計測する。
第7計測点では、外部から取り入れられた空気を計測する。
第8計測点では、圧縮機2の入口付近において再循環排ガスと空気との混合流体を計測する。
すなわち、本発明にかかる第1の形態は、外気から導入される空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮空気を用いて燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動するガスタービンと、前記ガスタービンから排気される排ガスから熱回収する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラの蒸気により駆動する蒸気タービンと、前記排熱回収ボイラから排気される排ガスの一部を抽気して再循環排ガスとする抽気手段と、前記再循環排ガスを加熱する昇温手段と、前記昇温手段で昇温した再循環排ガスを前記空気に混合する混合手段と、を備えたGTCCプラントを構成とする。
冷却が必要な箇所で発生した熱を、遠くに移送することなく、加熱が必要な箇所で利用することができ、高い効率が得られる。
去することにより圧縮機の入口付近での水分の凝縮を防止することができる。
[第一実施形態]
以下、本発明の第一実施形態について、図1を用いて説明する。
図1には、本実施形態の排気再循環型GTCCプラントが示されている。
GTCCプラントは、ガスタービン部とガスタービンの排熱回収ボイラ部と蒸気タービン部とから構成されている。
節炭器は、ボイラの排出ガスの熱を使って蒸気ボイラの給水を加熱し、ボイラの効率を向上させる。蒸発器は、液体に戻っていた水を再び蒸気とする。過熱器は蒸発器から発生した蒸気を乾き蒸気にするための加熱装置である。
低圧節炭器9から低圧蒸発器10へラインは、途中より高圧節炭器12へのラインが分岐して、ポンプ15により高圧節炭器12にもボイラ給水が供給される。
第1計測点では、ライン22から引き抜かれた再循環排ガスを計測する。
第6計測点では、ライン26から引き抜かれた再循環排ガスとライン23から引き抜かれた再循環排ガスとが混合された再循環排ガスを計測する。
第7計測点では、外部から取り入れられた空気を計測する。
第8計測点では、圧縮機2の入口付近の再循環排ガスと空気との混合流体を計測する。
次に、本発明の第二実施形態について、図2を用いて説明する。
図2には、本実施形態の排気再循環型GTCCプラントの概略図が示されている。
なお、以下に説明する各実施形態について、第一実施形態と同じ構成は、同一の符号を付してその説明を省略する。
次に、本発明の第三実施形態について、図3を用いて説明する。
図3には、本実施形態の排気再循環型GTCCプラントの概略図が示されている。
第三実施形態は、圧縮機が圧縮機上流段2aおよび圧縮機下流段2bの二段構成となっている。空気は、まず圧縮機上流段2aに供給され圧縮される。圧縮された空気は、中間冷却器32aにより熱交換を行う。熱交換を行った空気は圧縮機下流段2bに供給され更に圧縮される。圧縮機下流段2bにより圧縮された空気は燃焼器4へと運ばれる。圧縮機上流段2aと圧縮機下流段2bとガスタービン7と発電機6とは同軸に構成されている。
次に、本発明の第四実施形態について、図4を用いて説明する。
図4には、本実施形態の排気再循環型GTCCプラントの概略図が示されている。
第四実施形態は、第三実施形態と熱交換手段33の構成において異なる。熱交換手段33は、圧縮機上流段2aから圧縮機下流段2bへのライン34で圧縮された空気を抽気して、ライン29から供給される再循環排ガスと熱交換する。再循環排ガスを加熱した抽気空気は、外部35に放出される。
また、既存の二段式の圧縮機を備えるGTCCプラントを簡素な装置で改修して、再循環排ガスを加熱する構成とすることができる。安価な設備投資で効率を高めることができる。
次に、本発明の第五実施形態について、図5を用いて説明する。
図5には、本実施形態の排気再循環型GTCCプラントの概略図が示されている。
排ガスは、排熱回収ボイラ8からライン22に排気され、ライン22から再循環排ガスとして一部が引き抜かれ、冷却手段36aに供給される。冷却手段36aで冷却された再循環排ガスは、ブロワ28により加熱手段37aにより加熱される。その後、再循環排ガスは、ライン31により圧縮機2に供給される空気と混合される。
加熱手段37aは、再循環排ガスの温度を上昇させることにより、圧縮機2の入口付近における水蒸気の凝縮を防止することができる。
次に、本発明の第六実施形態について、図9を用いて説明する。
図9には、本実施形態の排気再循環型GTCCプラントの概略図が示されている。
ライン23に再循環排ガスの水分を除去する冷却手段38a、冷却手段38b、冷却手段38cが設けられている。なお、冷却手段が多段に配置されていればよく、例えば、冷却手段は3段とすることができる。
本実施形態において、冷却手段38aと冷却手段38bは、冷媒として冷却手段38cで冷却された再循環排ガスを用いる構成とすることができる。冷却手段38cは、冷媒として、外部から導入される水を用いることができる。
第1計測点では、ライン22から引き抜かれた再循環排ガスを計測する。
第2計測点では、冷却手段38aで冷却された再循環排ガスを計測する。
第3計測点では、冷却手段38bで冷却された再循環排ガスを計測する。
第4計測点では、冷却手段38cで冷却された再循環排ガスを計測する。
第5計測点では、冷却手段38bで加熱された再循環排ガスを計測する。
第6計測点では、冷却手段38aで加熱された再循環排ガスを計測する。
第7計測点では、外部から取り入れられた空気を計測する。
第8計測点では、圧縮機2の入口付近で再循環排ガスと空気との混合流体を計測する。
第9計測点では、冷却手段38aで排出される水を計測する。
第10計測点では、冷却手段38bで排出される水を計測する。
第11計測点では、冷却手段38cで排出される水を計測する。
第2計測点における再循環排ガスは、温度70℃、乾燥空気比0.217、水分比0.033、合計流量比0.250である。
第1計測点と第2計測点の比較から、冷却手段38aでは、水は凝集しなかったが、再循環排ガスの温度が90℃から70℃に低下した。
第3計測点と第2計測点の比較から、冷却手段38bでは、水が凝集して、0.008だけ再循環排ガスから除去された。この水は第10計測点で計測される水分量と等しい。再循環排ガスの温度は70℃から55℃に低下した。
第4計測点と第3計測点の比較から、冷却手段38cでは、水が凝集して、0.014だけ再循環排ガスから除去された。この水は第11計測点で計測される水分量と等しい。再循環排ガスの温度は55℃から40℃に低下した。
第5計測点と第4計測点の比較から、冷却手段38bにおいて、冷却後再び昇温させる再循環排ガスは、冷却前の再循環排ガスから熱をもらい、温度は40℃から55℃に上昇した。
第6計測点と第5計測点の比較から、冷却手段38aにおいて、冷却後再び昇温させる再循環排ガスは、冷却前の再循環排ガスから熱を奪い、温度は55℃から70℃に上昇した。
第8計測点(圧縮機2の入口付近)の混合流体は、温度27℃であり、乾燥空気比0.981、水分比0.019、合計流量比1.000である。
乾燥空気と水分とから計算される重量絶対湿度は0.019/0.981=0.019kg/kgである。一方、温度27℃における飽和水蒸気量の重量絶対湿度は0.023kg/kgであるから、第8計測点を流れる流体は、水分が飽和していない。
次に、本発明の第七実施形態について、図10を用いて説明する。
図10には、本実施形態における排気再循環型GTCCプラントが示されている。
ライン23に吸湿剤散布手段40が設けられている。この吸湿剤散布手段40内部では、吸湿剤39が散布され、吸湿剤散布手段40内部を通過する再循環排ガスの水分が吸湿剤39に吸着される。除湿された再循環排ガスは、ブロワ28により、吸湿剤散布手段40から引き抜かれ、圧縮機2に空気と混合され供給される。
吸湿剤散布手段40は、使用済み吸湿剤41aを加熱して、吸湿剤に吸着されていた水分を放出させる。水分は、水蒸気として吸湿剤散布手段40から取り出される。
図12には、吸湿剤を保持したシート44、シート駆動手段45、加熱手段42cが示されている。
次に、本発明の第八実施形態について、図13を用いて説明する。
図13には、本実施形態における排気再循環型GTCCプラントが示されている。
本実施形態では、水分を吸着した吸湿剤を再生する際、排熱回収ボイラ8の熱を活用する。
ライン23中に設けられた吸湿剤散布手段40で吸湿剤39が散布される。吸湿剤39は、再循環排ガスの水分を吸着する。水分を吸着した使用済み吸湿剤41aは、加熱手段42dに送られ加熱され水分を放出する。この吸湿剤は、使用済み吸収剤41bとして、加熱手段42eに送られ更に加熱される。2段階の加熱プロセスにより吸着した水分を放出して再生され、吸湿剤39として、再び吸湿剤散布手段40で散布される。
吸湿剤の加熱ではGTCCプラント内の別の箇所からの熱を利用することが装置の単純化され、熱の有効利用の点から好ましい。
吸湿剤加熱手段を多段として、吸湿剤から見て下流側で発生した水蒸気が凝縮する際の凝縮熱を上流側の加熱手段の熱源として利用することで、少ない熱量で吸湿剤の水分を除去することが可能となる。
次に、本発明の第九実施形態について、図16、図17を用いて説明する。
図16には、圧縮機入口温度調整手段55の制御フローが示されている。本制御フローは、第一実施形態から第八実施形態のいずれにも適用することができる。
圧縮機入口湿度検出手段/算出手段50によって、圧縮機入口湿度51が得られ、最適圧縮機入口温度算出手段53に入力される。
圧縮機入口温度検出手段/算出手段56によって、圧縮機入口温度57が得られ、最適圧縮機入口湿度算出手段58に入力される。
次に、本発明の第十実施形態について、図18を用いて説明する。
2a 圧縮機上流段
2b 圧縮機下流段
4 燃焼器
6 発電機
7 ガスタービン
8 排熱回収ボイラ(HRSG)
16 高圧蒸気タービン
17 発電機
18 低圧蒸気タービン
19 発電機
20 復水器
30a 熱交換手段
30b 熱交換手段
32a 中間冷却器
32b 中間冷却器
33 熱交換手段
36a 冷却手段
36b 冷却手段
37a 加熱手段
37b 加熱手段
38a 冷却手段
38b 冷却手段
38c 冷却手段
39 吸湿剤
40 吸湿剤散布手段
41a 使用済み吸湿剤
41b 使用済み吸湿剤
42a 吸湿剤再生装置
42b 加熱手段
42c 加熱手段
42d 加熱手段
42e 加熱手段
43 吸湿剤を保持したディスク
44 吸湿剤を保持したシート
Claims (19)
- 外気から導入される空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮空気を用いて燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記燃焼ガスにより駆動するガスタービンと、
前記ガスタービンから排気される排ガスから熱回収する排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラの蒸気により駆動する蒸気タービンと、
前記排熱回収ボイラから排気される排ガスの一部を抽気して再循環排ガスとする抽気手段と、
前記再循環排ガスを加熱する昇温手段と、
前記昇温手段で昇温した再循環排ガスを前記空気に混合する混合手段と、
を備えたガスタービンコンバインドサイクルプラント。 - 前記昇温手段は、前記排熱回収ボイラの中段より抽気した排ガスを混合して昇温させる請求項1に記載のガスタービンコンバインドサイクルプラント。
- 前記昇温手段は、前記圧縮機の圧縮空気の排熱により加熱する熱交換手段である請求項1に記載のガスタービンコンバインドサイクルプラント。
- 前記昇温手段は、前記排熱回収ボイラの排ガスの排熱により加熱する加熱手段である請求項1に記載のガスタービンコンバインドサイクルプラント。
- 前記圧縮機は、圧縮機上流段と圧縮機下流段からなる二段式の圧縮機であり、
前記昇温手段は、前記圧縮機上流段の圧縮空気の排熱により加熱する熱交換手段である請求項1に記載のガスタービンコンバインドサイクルプラント。 - 前記昇温手段の前段に前記再循環排ガスを冷却する降温手段を備えた請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のガスタービンコンバインドサイクルプラント。
- 前記昇温手段は、前記降温手段の排熱を熱源とする請求項6に記載のガスタービンコンバインドサイクルプラント。
- 前記降温手段は、多段式の冷却手段を備え、最終段の冷却手段は、水冷又は空冷によって行われる請求項7に記載のガスタービンコンバインドサイクルプラント。
- 前記降温手段は、前記蒸気タービンの給水により冷却する冷却手段である請求項6に記載のガスタービンコンバインドサイクルプラント。
- 外気から導入される空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮空気を用いて燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記燃焼ガスにより駆動するガスタービンと、
前記ガスタービンから排気される排ガスから熱回収する排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラの蒸気により駆動する蒸気タービンと、
前記排熱回収ボイラから排気される排ガスの一部を抽気して再循環排ガスとする抽気手段と、
前記再循環排ガスの除湿を行う除湿手段と、
前記除湿手段によって除湿された再循環排ガスを前記空気に混合する混合手段と、
を備えたガスタービンコンバインドサイクルプラント。 - 前記除湿手段は、再循環排ガスに吸湿剤を散布する吸湿剤散布手段と、
前記吸湿剤散布手段で散布されて、水分を吸収した使用済み吸湿剤を再生する吸湿剤再生手段と、
前記吸湿剤再生手段で再生された吸湿剤を再び前記吸湿剤散布手段に移送する請求項10に記載のガスタービンコンバインドサイクルプラント。 - 前記吸湿剤再生手段は、前記排熱回収ボイラ内の排ガス又は前記圧縮機で圧縮される空気の熱を利用して吸湿剤を加熱する請求項11に記載のガスタービンコンバインドサイクルプラント。
- 前記吸湿剤再生手段は、複数段からなり、後段の吸湿剤生成手段で発生する蒸気により前段の吸湿剤を加熱する請求項11又は請求項12に記載のガスタービンコンバインドサイクルプラント。
- 前記吸湿剤は、ディスク状又はシート状に加工され、回転することにより再循環排ガスの除湿と吸湿剤の再生が順次行われる請求項11に記載のガスタービンコンバインドサイクル。
- 前記除湿手段は、中空糸膜方式である請求項10に記載のガスタービンコンバインドサイクルプラント。
- 前記混合手段は、前記ガスタービンの入口温度が所定の温度以上の場合に、再循環排ガスを前記空気と混合する請求項1乃至請求項15いずれかに記載のガスタービンコンバインドサイクルプラント。
- 外部から吸気した空気を圧縮空気とする圧縮工程と、
前記圧縮空気を用いて燃料を燃焼し排ガスとする燃焼工程と、
前記排ガスを取り入れてガスタービンを駆動して第1発電工程と、
前記第1発電工程で使われた前記排ガスの排熱を利用して給水を蒸気とする蒸気発生工程と、
前記蒸気を取り入れて蒸気タービンを駆動して第2発電工程と、
前記第2発電工程で使われた前記蒸気を給水として前記蒸気発生工程に戻す復水工程と、
前記蒸気発生工程を経た前記排ガスの一部を抽気して再循環排ガスとする抽気工程と、
前記再循環排ガスを加熱する再循環排ガス加熱工程と、
前記再循環排ガス加熱工程を経た再循環排ガスを前記空気と混合する混合工程と、
を備えた発電方法。 - 前記抽気工程で抽気された前記再循環排ガスは、冷却して飽和水蒸気量を上回る水分を除去してから前記再循環ガス加熱工程に戻される請求項17に記載の発電方法。
- 外部から吸気した空気を圧縮空気とする圧縮工程と、
前記圧縮空気を用いて燃料を燃焼し排ガスとする燃焼工程と、
前記排ガスを取り入れてガスタービンを駆動して第1発電工程と、
前記第1発電工程で使われた前記排ガスの排熱を利用して給水を蒸気とする蒸気発生工程と、
前記蒸気を取り入れて蒸気タービンを駆動して第2発電工程と、
前記第2発電工程で使われた前記蒸気を給水として前記蒸気発生工程に戻す復水工程と、
前記蒸気発生工程を経た前記排ガスの一部を抽気して再循環排ガスとする抽気工程と、
前記再循環排ガスを除湿する除湿工程と、
前記再循環排ガス加熱工程を経た再循環排ガスを前記空気と混合する混合工程と、
を備えた発電方法。
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