JP2011202515A - ガスタービンシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガスタービンシステム1は、空気を圧縮する空気圧縮機10と、圧縮された高圧空気に燃料ガスを噴射して高温高圧の燃焼ガスを発生させるための燃焼器12と、燃焼ガスによって駆動され動力を発生するガスタービンと、燃料ガス供給源20からの燃料ガスを昇圧し、燃焼器12に供給するための燃料ガス圧縮機18と、を有し、ガスタービンはそれぞれ異なる回転数で回転可能な高圧タービン14と低圧タービン16とからなり、空気圧縮機10と燃料ガス圧縮機18と高圧タービン14は動力伝達可能に連結されており、部分負荷運転時は前記空気圧縮機と前記燃料ガス圧縮機の回転数を定格運転時よりも低下させる。
【選択図】 図1
Description
ガスタービン114にて得られた動力は、図4に示すように発電機126などの機器を駆動する用途に使用される。発電機を駆動する用途に用いられる場合、軸回転数は一般的に供給電力周波数によって決まるため、ガスタービンシステム100の作動条件によらずに一定回転数(同期回転数)で運転される。また、図4に示される例のようにガスタービン114で得られる動力は、燃料ガス圧縮機118の駆動に使用される場合もある。
軸流圧縮機では、吸込流量の低下に伴い、サージによる運転限界圧力比が低下する。このため、ガスタービン114の圧力比が高い状態、すなわち燃料ガス圧縮機118の圧力比が高い状態で燃料ガス圧縮機118の吸込流量を低下させた場合、ガス圧縮機118のサージ運用限界を超えるため、運転を継続することができなくなる。
一方、サージ圧力比を増加させるために、圧縮機の段数を増加させることも可能であるが、定格負荷運転条件では本来不要な翼列を追加することになるため、燃料ガス圧縮機118の効率が低下し、全体性能も低下することになる。
あるいは、燃料ガス圧縮機や空気圧縮機をガスタービンの軸系とは独立させ、モータや蒸気タービンなどで駆動し、回転数可変とすることが考えられる。
本発明に係るガスタービンシステムは、空気を圧縮する空気圧縮機と、圧縮された高圧空気に燃料ガスを噴射して高温高圧の燃焼ガスを発生させるための燃焼器と、前記燃焼ガスによって駆動され動力を発生するガスタービンと、燃料ガス供給源からの燃料ガスを昇圧し、前記燃焼器に供給するための燃料ガス圧縮機と、を有し、前記ガスタービンはそれぞれ異なる回転数で回転可能な高圧タービンと低圧タービンとからなり、前記空気圧縮機と前記燃料ガス圧縮機と前記高圧タービンは動力伝達可能に連結されており、部分負荷運転時は前記空気圧縮機と前記燃料ガス圧縮機の回転数を定格運転時よりも低下させることを特徴とする。
以下、図1を参照して、本発明の第1実施形態に係るガスタービンシステムについて説明する。
図1のガスタービンシステム1は、空気圧縮機10と、燃焼器12と、高圧タービン14と、低圧タービン16と、燃料ガス圧縮機18と、発電機26とからなる。空気圧縮機10と、高圧タービン14と、燃料ガス圧縮機18とは同一回転軸に結合されており、ガスジェネレータ部40を構成している。また、低圧タービン16と発電機26とは同一回転軸に結合されており、パワータービン部42を構成している。ここで、高圧タービン14と低圧タービン16とは軸系としては結合されておらず、異なる回転数で回転可能となるように構成されている。すなわち、ガスジェネレータ部40とパワータービン部42とは、それぞれ異なる回転数で回転可能となるように構成されている。
なお、ここでは排熱回収ボイラや蒸気タービンの構成(ボトミング系統)については記載と説明を省略する。
ガスタービンシステム1を図示しない起動装置を用いて起動する。燃料ガス圧縮機18は空気圧縮機10と共に高圧タービン14によって回転駆動され、燃料ガス供給源20から供給された燃料ガスを圧縮して燃焼器12に供給する。次に、空気圧縮機10で圧縮された空気と燃料ガスとを混合し、燃焼器12で燃焼させることによって高温高圧の燃焼ガスを発生させる。発生した高温高圧の燃焼ガスのエネルギーによって高圧タービン14と、その後流側の低圧タービン16とが回転駆動される。そして低圧タービン16は発電機26を駆動し、発電を行う。なお、バイパス経路36が設けられている場合、燃料ガス圧縮機18の出口燃料ガスの余剰分はバイパス経路36を通って燃料ガス供給源20に還流させることができる。
一方、電力需要が少なく、ガスタービンシステム1を定格出力よりも低い出力(部分負荷)で運転する場合、必要な燃料ガス流量と燃焼用空気流量、すなわち燃料ガス圧縮機18と空気圧縮機10の吸込流量は定格出力の場合よりも少なくなる。そこで、部分負荷では、ガスジェネレータ部40の回転数を定格回転数から低下させて運転する。これに対し、パワータービン部42は同期回転数に維持される。なお、ここでガスジェネレータ部40の定格回転数とは、ガスタービンシステム1が定格出力を発生する時の回転数を意味するが、この回転数は前記同期回転数と必ずしも同一に設定する必要はなく、適宜設計条件によって選択することが可能である。
図2aにおいて、横軸は圧縮機の吸込流量、縦軸は圧縮機の断熱効率を示す。一方、図2bにおいて、横軸は同じく圧縮機の吸込流量、縦軸は圧縮機の吸込圧力と吐出圧力との比(圧力比)を示す。
次に、図3を参照して、本発明の第2実施形態に係るガスタービンシステムについて説明する。ただし、第1の実施形態と同一の構成については同一の符号を用い、その説明は省略する。
図3に示す第2の実施形態のガスタービンシステム3において、第1の実施形態のガスタービンシステム1と異なる点は、燃料ガス圧縮機18が増速機22を介して空気圧縮機10と結合されている点である。なお、増速機22は公知のものを用いることができ、特に限定されるものではない。
10 空気圧縮機
12 燃焼器
14 高圧タービン
16 低圧タービン
18 燃料ガス圧縮機
20 燃料ガス供給源
22 増速機
26 発電機
34 燃料ガス供給経路
36 バイパス経路
40 ガスジェネレータ部
42 パワータービン部
Claims (5)
- 空気を圧縮する空気圧縮機と
圧縮された高圧空気に燃料ガスを噴射して高温高圧の燃焼ガスを発生させるための燃焼器と、
前記燃焼ガスによって駆動され動力を発生するガスタービンと、
燃料ガス供給源からの燃料ガスを昇圧し、前記燃焼器に供給するための燃料ガス圧縮機と、を有し、
前記ガスタービンはそれぞれ異なる回転数で回転可能な高圧タービンと低圧タービンとからなり、
前記空気圧縮機と前記燃料ガス圧縮機と前記高圧タービンは動力伝達可能に連結されており、
部分負荷運転時は前記空気圧縮機と前記燃料ガス圧縮機の回転数を定格運転時よりも低下させること
を特徴とするガスタービンシステム。 - 請求項1記載のガスタービンシステムにおいて、
前記燃料ガス圧縮機は増速機または減速機を介して前記空気圧縮機に結合されていること
を特徴とするガスタービンシステム。 - 請求項1または2に記載のガスタービンシステムにおいて、
前記燃料ガス圧縮機の出口ガスを前記燃料ガス供給源に分岐させるバイパス経路を有することを
を特徴とするガスタービンシステム。 - 請求項1ないし3記載のガスタービンシステムにおいて、
燃料ガスは製鉄所や製油所の副生ガス、石炭ガス化ガス、残渣油ガス化ガスまたはこれらのうち少なくとも2種以上の混合ガスであること
を特徴とするガスタービンシステム。 - ガスタービンシステムを運転する方法であって、
空気を圧縮する空気圧縮機と、
圧縮された高圧空気に燃料ガスを噴射して高温高圧の燃焼ガスを発生させるための燃焼器と、
前記燃焼ガスによって駆動され動力を発生するガスタービンと、
燃料ガス供給源からの燃料ガスを昇圧し、前記燃焼器に供給するための燃料ガス圧縮機と、を有し、
前記ガスタービンはそれぞれ異なる回転数で回転可能な高圧タービンと低圧タービンとからなり、
前記低圧タービンに動力伝達可能に結合される発電機と、を有し、
前記空気圧縮機と前記燃料ガス圧縮機と前記高圧タービンは動力伝達可能に連結され、前記空気圧縮機と燃料ガス圧縮機は前記高圧タービンによって回転駆動されるガスジェネレータ部を構成し、
前記高圧タービンの後流側に前記低圧タービンが配置されており、前記高圧タービンと前記低圧タービンは軸系としては結合されておらず、それぞれ異なる回転数で回転可能であり、前記低圧タービンは動力伝達可能に発電機に結合されてパワータービン部を構成しているガスタービンシステムにおいて、
ガスタービンシステムの部分負荷運転時は定格運転時の回転数よりも低い回転数でガスジェネレータ部を運転し、前記空気圧縮機と燃料ガス圧縮機出口の流量ないし圧力を定格運転時よりも低下させること、
を特徴とするガスタービンシステムの運転方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010067884A JP2011202515A (ja) | 2010-03-24 | 2010-03-24 | ガスタービンシステム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010067884A JP2011202515A (ja) | 2010-03-24 | 2010-03-24 | ガスタービンシステム |
Publications (1)
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JP2011202515A true JP2011202515A (ja) | 2011-10-13 |
Family
ID=44879420
Family Applications (1)
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JP2010067884A Pending JP2011202515A (ja) | 2010-03-24 | 2010-03-24 | ガスタービンシステム |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2011202515A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014231745A (ja) * | 2013-05-28 | 2014-12-11 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 2軸式ガスタービン |
JP2015052278A (ja) * | 2013-09-06 | 2015-03-19 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 2軸ガスタービン |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60222531A (ja) * | 1984-04-20 | 1985-11-07 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 燃料ガス圧縮機を持つガスタ−ビン駆動システム |
JP2005188411A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Hitachi Ltd | 2軸式ガスタービンの運転制御方法と2軸式ガスタービン、及び2軸式ガスタービンの運転制御装置 |
JP2010019165A (ja) * | 2008-07-10 | 2010-01-28 | Hitachi Ltd | 2軸式ガスタービン |
-
2010
- 2010-03-24 JP JP2010067884A patent/JP2011202515A/ja active Pending
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