JP2751837B2 - 二流体サイクルガスタービン - Google Patents
二流体サイクルガスタービンInfo
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- JP2751837B2 JP2751837B2 JP20118794A JP20118794A JP2751837B2 JP 2751837 B2 JP2751837 B2 JP 2751837B2 JP 20118794 A JP20118794 A JP 20118794A JP 20118794 A JP20118794 A JP 20118794A JP 2751837 B2 JP2751837 B2 JP 2751837B2
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- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
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- Y—GENERAL 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
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電力（又は動力）及び
水蒸気を生成するガスタービンコージェネレーションの
分野において使用され、省エネルギーを実現する二流体
サイクルガスタービンに関する。
水蒸気を生成するガスタービンコージェネレーションの
分野において使用され、省エネルギーを実現する二流体
サイクルガスタービンに関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンへ水蒸気を注入する二流体
サイクルガスタービンとしては、例えば特公昭５４−３
４８６５号の「二作動流体ヒートエンジン」が知られて
いる。この二流体サイクルガスタービン（以下、発明者
の名前からチエン・サイクルと呼ぶ）は、図３に例示す
るように、絞り弁５１、コンプレッサー５２、燃焼室５
３、水処理装置５４、ポンプ５５、熱交換器５６、ター
ビン５７、５８、コンデンサー５９、等から構成され、
大気中から吸入した空気をコンプレッサー５２で圧縮し
て燃焼室５３に供給し、この圧縮空気で燃料を燃焼させ
て高温の燃焼ガスを発生し、この燃焼ガスによりタービ
ン５７、５８を駆動してコンプレッサー５４及び負荷を
駆動し、更にタービンを出た燃焼ガスにより熱交換器５
６で水蒸気を発生させ、コンデンサー５９で水分を回収
して大気中に放出するようになっている。かかるチエン
・サイクルは、燃焼室５３に熱交換器５６で発生した水
蒸気Ｓを噴射するためタービンに流入する燃焼ガスの流
量が増大し、かつ燃焼ガスの比熱が増大することからタ
ービンの出力と熱効率を高めることができる特徴を有し
ている。
サイクルガスタービンとしては、例えば特公昭５４−３
４８６５号の「二作動流体ヒートエンジン」が知られて
いる。この二流体サイクルガスタービン（以下、発明者
の名前からチエン・サイクルと呼ぶ）は、図３に例示す
るように、絞り弁５１、コンプレッサー５２、燃焼室５
３、水処理装置５４、ポンプ５５、熱交換器５６、ター
ビン５７、５８、コンデンサー５９、等から構成され、
大気中から吸入した空気をコンプレッサー５２で圧縮し
て燃焼室５３に供給し、この圧縮空気で燃料を燃焼させ
て高温の燃焼ガスを発生し、この燃焼ガスによりタービ
ン５７、５８を駆動してコンプレッサー５４及び負荷を
駆動し、更にタービンを出た燃焼ガスにより熱交換器５
６で水蒸気を発生させ、コンデンサー５９で水分を回収
して大気中に放出するようになっている。かかるチエン
・サイクルは、燃焼室５３に熱交換器５６で発生した水
蒸気Ｓを噴射するためタービンに流入する燃焼ガスの流
量が増大し、かつ燃焼ガスの比熱が増大することからタ
ービンの出力と熱効率を高めることができる特徴を有し
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した二流
体サイクルガスタービン（チエン・サイクル）では、燃
焼室５３に供給（噴射）する水蒸気Ｓを過熱蒸気とする
必要がある問題点があった。すなわち、チエン・サイク
ルにおいて、過熱蒸気ではなく飽和蒸気を燃焼室に供給
すると、わずかな放熱で蒸気ドレンが発生して配管や燃
焼室等にエロージョンが発生する問題点があり、逆に過
熱蒸気を供給するには、例えばガスタービンの排ガス出
口と熱交換器５６（排熱ボイラ）の間、或いは熱交換器
５６の内部に過熱器を設ける必要があり、二流体サイク
ルガスタービンのコンパクト性を損ない、システムが複
雑化し、製造費が過大となる問題点があった。
体サイクルガスタービン（チエン・サイクル）では、燃
焼室５３に供給（噴射）する水蒸気Ｓを過熱蒸気とする
必要がある問題点があった。すなわち、チエン・サイク
ルにおいて、過熱蒸気ではなく飽和蒸気を燃焼室に供給
すると、わずかな放熱で蒸気ドレンが発生して配管や燃
焼室等にエロージョンが発生する問題点があり、逆に過
熱蒸気を供給するには、例えばガスタービンの排ガス出
口と熱交換器５６（排熱ボイラ）の間、或いは熱交換器
５６の内部に過熱器を設ける必要があり、二流体サイク
ルガスタービンのコンパクト性を損ない、システムが複
雑化し、製造費が過大となる問題点があった。
【０００４】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、過熱
器を用いずに飽和蒸気を直接使用し、かつ蒸気ドレンを
発生させることなくタービン出力と熱効率を同時に高め
ることができる二流体サイクルガスタービンを提供する
ことを目的とする。
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、過熱
器を用いずに飽和蒸気を直接使用し、かつ蒸気ドレンを
発生させることなくタービン出力と熱効率を同時に高め
ることができる二流体サイクルガスタービンを提供する
ことを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、空気を
圧縮する圧縮機と、燃料を燃焼させる燃焼器と、燃焼ガ
スにより駆動され前記圧縮機を駆動するタービンと、か
らなるガスタービンと、前記タービンの下流に設けられ
燃焼排ガスから飽和蒸気を発生させる熱交換器と、前記
熱交換器で発生した飽和蒸気と該飽和蒸気の飽和温度よ
りも高い温度まで前記圧縮機で圧縮された圧縮空気とを
混合する混合器と、前記混合器で混合された混合ガスを
前記燃焼器へ導く混合ガスラインと、を備えたことを特
徴とする二流体サイクルガスタービンが提供される。
圧縮する圧縮機と、燃料を燃焼させる燃焼器と、燃焼ガ
スにより駆動され前記圧縮機を駆動するタービンと、か
らなるガスタービンと、前記タービンの下流に設けられ
燃焼排ガスから飽和蒸気を発生させる熱交換器と、前記
熱交換器で発生した飽和蒸気と該飽和蒸気の飽和温度よ
りも高い温度まで前記圧縮機で圧縮された圧縮空気とを
混合する混合器と、前記混合器で混合された混合ガスを
前記燃焼器へ導く混合ガスラインと、を備えたことを特
徴とする二流体サイクルガスタービンが提供される。
【０００６】本発明の好ましい実施例によれば、前記飽
和蒸気の圧力は前記圧縮空気の圧力よりも高く、前記混
合器は飽和蒸気を駆動源とするエゼクタである。
和蒸気の圧力は前記圧縮空気の圧力よりも高く、前記混
合器は飽和蒸気を駆動源とするエゼクタである。
【０００７】
【作用】上記本発明の構成によれば、混合器（好ましく
はエゼクタ）により、熱交換器で発生した飽和蒸気とそ
の飽和温度よりも高温まで圧縮機で圧縮された圧縮空気
とを混合するので、高温の圧縮空気で飽和蒸気を加熱
して過熱蒸気とすることができ、かつ混合により蒸気
分圧が下がることから過熱蒸気の過熱度を更に高めるこ
とができる。従って、この混合ガスを混合ガスラインを
介してガスタービンの燃焼器へ導くことにより、過熱器
を用いずに飽和蒸気を直接使用し、かつ蒸気ドレンを発
生させることなくタービンの出力と熱効率を高めること
ができる。
はエゼクタ）により、熱交換器で発生した飽和蒸気とそ
の飽和温度よりも高温まで圧縮機で圧縮された圧縮空気
とを混合するので、高温の圧縮空気で飽和蒸気を加熱
して過熱蒸気とすることができ、かつ混合により蒸気
分圧が下がることから過熱蒸気の過熱度を更に高めるこ
とができる。従って、この混合ガスを混合ガスラインを
介してガスタービンの燃焼器へ導くことにより、過熱器
を用いずに飽和蒸気を直接使用し、かつ蒸気ドレンを発
生させることなくタービンの出力と熱効率を高めること
ができる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。なお、各図において共通する部分には同
一の符号を使用する。図１は、本発明による二流体サイ
クルガスタービンの全体構成図である。この図におい
て、本発明の二流体サイクルガスタービン１０は、ター
ビン出力が４８００ｋｗであり、ガスタービン１４、熱
交換器１５、混合器１６、及び混合ガスライン１７から
構成されている。
して説明する。なお、各図において共通する部分には同
一の符号を使用する。図１は、本発明による二流体サイ
クルガスタービンの全体構成図である。この図におい
て、本発明の二流体サイクルガスタービン１０は、ター
ビン出力が４８００ｋｗであり、ガスタービン１４、熱
交換器１５、混合器１６、及び混合ガスライン１７から
構成されている。
【０００９】ガスタービン１４は、空気１を圧縮する圧
縮機１１と、燃料３を燃焼させる燃焼器１２と、燃焼ガ
ス４により駆動され圧縮機１１を駆動するタービン１３
と、からなり、タービン１３により圧縮機１１と共に減
速機２１を介して発電機２２を駆動し、必要な電力８
（４８００ｋｗ）を発電するようになっている。タービ
ン１３から排出される燃焼排ガス５の温度は空気１の温
度が約１５℃の場合に例えば約５３４℃程度となる。
縮機１１と、燃料３を燃焼させる燃焼器１２と、燃焼ガ
ス４により駆動され圧縮機１１を駆動するタービン１３
と、からなり、タービン１３により圧縮機１１と共に減
速機２１を介して発電機２２を駆動し、必要な電力８
（４８００ｋｗ）を発電するようになっている。タービ
ン１３から排出される燃焼排ガス５の温度は空気１の温
度が約１５℃の場合に例えば約５３４℃程度となる。
【００１０】熱交換器１５は、タービン１３の下流に設
けられたボイラ本体２３、エコノマイザ２４、及び蒸気
ドラム２５からなり、燃焼排ガス５の排熱を回収して飽
和蒸気６を発生させるようになっている。飽和蒸気６は
例えば２２ａｔａ、２１８℃となる。飽和蒸気６の大部
分は送出蒸気６ａとして二流体サイクルガスタービンの
外部に取り出され、残りの飽和蒸気６ｂは、図１の実施
例において、混合器１６に供給される。
けられたボイラ本体２３、エコノマイザ２４、及び蒸気
ドラム２５からなり、燃焼排ガス５の排熱を回収して飽
和蒸気６を発生させるようになっている。飽和蒸気６は
例えば２２ａｔａ、２１８℃となる。飽和蒸気６の大部
分は送出蒸気６ａとして二流体サイクルガスタービンの
外部に取り出され、残りの飽和蒸気６ｂは、図１の実施
例において、混合器１６に供給される。
【００１１】混合器１６は、この図において飽和蒸気６
ｂ（例えば２２ａｔａ、２１８℃）を駆動源とするエゼ
クタであり、熱交換器１５で発生した飽和蒸気６の一部
６ｂと圧縮機１１で圧縮された圧縮空気２の一部２ａ
（例えば温度３６５℃）とを混合するようになってい
る。また、混合器１６で混合される圧縮空気２は、少な
くとも飽和蒸気６の飽和温度（例えば２１８℃）よりも
高温（例えば３６５℃）にまで圧縮されている。更に、
圧縮機１１で圧縮された圧縮空気２の残部２ｂは、図に
示すように燃焼器１２に直接導入されるようになってい
る。
ｂ（例えば２２ａｔａ、２１８℃）を駆動源とするエゼ
クタであり、熱交換器１５で発生した飽和蒸気６の一部
６ｂと圧縮機１１で圧縮された圧縮空気２の一部２ａ
（例えば温度３６５℃）とを混合するようになってい
る。また、混合器１６で混合される圧縮空気２は、少な
くとも飽和蒸気６の飽和温度（例えば２１８℃）よりも
高温（例えば３６５℃）にまで圧縮されている。更に、
圧縮機１１で圧縮された圧縮空気２の残部２ｂは、図に
示すように燃焼器１２に直接導入されるようになってい
る。
【００１２】かかる構成により、混合器１６（エゼク
タ）により、熱交換器１５で発生した飽和蒸気６とその
飽和温度（例えば２１８℃）よりも高温（例えば３６５
℃）まで圧縮機１１で圧縮された圧縮空気２とを混合す
るので、高温の圧縮空気２で飽和蒸気６を加熱して過
熱蒸気とすることができ、かつ混合により蒸気分圧が
下がることから過熱蒸気の過熱度を更に高めることがで
きる。
タ）により、熱交換器１５で発生した飽和蒸気６とその
飽和温度（例えば２１８℃）よりも高温（例えば３６５
℃）まで圧縮機１１で圧縮された圧縮空気２とを混合す
るので、高温の圧縮空気２で飽和蒸気６を加熱して過
熱蒸気とすることができ、かつ混合により蒸気分圧が
下がることから過熱蒸気の過熱度を更に高めることがで
きる。
【００１３】混合ガスライン１７は、混合器１６で混合
された混合ガス７を燃焼器１２へ導く配管ラインであ
り、混合器１６で混合された混合ガスの温度が低下しな
いように十分保温されている。従って、混合器１６で混
合した混合ガス７を混合ガスライン１７を介してガスタ
ービン１４の燃焼器１２へ導くことにより、従来のよう
に過熱器を用いることなく、飽和蒸気を直接使用し、か
つ蒸気ドレンを発生させることなくタービンの出力と熱
効率を高めることができる。上述した実施例における発
電機端熱効率は約３０．７％となる。
された混合ガス７を燃焼器１２へ導く配管ラインであ
り、混合器１６で混合された混合ガスの温度が低下しな
いように十分保温されている。従って、混合器１６で混
合した混合ガス７を混合ガスライン１７を介してガスタ
ービン１４の燃焼器１２へ導くことにより、従来のよう
に過熱器を用いることなく、飽和蒸気を直接使用し、か
つ蒸気ドレンを発生させることなくタービンの出力と熱
効率を高めることができる。上述した実施例における発
電機端熱効率は約３０．７％となる。
【００１４】図２は、図１に示した二流体サイクルガス
タービン１０の大気温度が１５℃の場合の運転性能を示
す図であり、（Ａ）は発電機端出力を（Ｂ）は発電機端
効率（熱効率）を示している。なお、図２（Ａ）（Ｂ）
で送出蒸気量が最大（８８６０ｋｇ／ｈ）の場合は、本
発明における混合器１６が使用されない状態であり、水
蒸気噴射のない従来の単純サイクルガスタービンに相当
する。
タービン１０の大気温度が１５℃の場合の運転性能を示
す図であり、（Ａ）は発電機端出力を（Ｂ）は発電機端
効率（熱効率）を示している。なお、図２（Ａ）（Ｂ）
で送出蒸気量が最大（８８６０ｋｇ／ｈ）の場合は、本
発明における混合器１６が使用されない状態であり、水
蒸気噴射のない従来の単純サイクルガスタービンに相当
する。
【００１５】図２（Ａ）では、従来技術の約４３００ｋ
ｗに対して本発明では計画出力５８００ｋｗを約５００
０ｋｇ／ｈの送出蒸気量まで維持しており（必要によっ
ては更に大出力の発電もできる）、図２（Ｂ）では、従
来技術の約２８％に対して最大約３２％の熱効率を得て
おり、従来の単純サイクルガスタービンに比較して本発
明の二流体サイクルガスタービンではタービン出力と熱
効率を同時に高めることができることがわかる。また、
チエン・サイクルと比べると過熱器による熱交換が不要
となる分、蒸気発生量を増加させることができるためチ
エン・サイクルより大きな出力増加効果を得ることがで
きる。
ｗに対して本発明では計画出力５８００ｋｗを約５００
０ｋｇ／ｈの送出蒸気量まで維持しており（必要によっ
ては更に大出力の発電もできる）、図２（Ｂ）では、従
来技術の約２８％に対して最大約３２％の熱効率を得て
おり、従来の単純サイクルガスタービンに比較して本発
明の二流体サイクルガスタービンではタービン出力と熱
効率を同時に高めることができることがわかる。また、
チエン・サイクルと比べると過熱器による熱交換が不要
となる分、蒸気発生量を増加させることができるためチ
エン・サイクルより大きな出力増加効果を得ることがで
きる。
【００１６】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々変更できることは勿論である。
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々変更できることは勿論である。
【００１７】
【発明の効果】上述したように、本発明の二流体サイク
ルガスタービンは、過熱器を用いずに飽和蒸気を直接使
用し、かつ蒸気ドレンを発生させることなくタービンの
出力と熱効率を高めることができる、等の優れた効果を
有する。
ルガスタービンは、過熱器を用いずに飽和蒸気を直接使
用し、かつ蒸気ドレンを発生させることなくタービンの
出力と熱効率を高めることができる、等の優れた効果を
有する。
【図１】本発明による二流体サイクルガスタービンの全
体構成図である。
体構成図である。
【図２】図１の二流体サイクルガスタービン１０の大気
温度が１５℃の場合の運転性能図である。
温度が１５℃の場合の運転性能図である。
【図３】従来の二流体サイクルガスタービンの全体構成
図である。
図である。
Ｓ 水蒸気 １ 空気 ２ 圧縮空気 ３ 燃料 ４ 燃焼ガス ５ 燃焼排ガス ６ 飽和蒸気 ７ 混合ガス ８ 電力 １０ 二流体サイクルガスタービン １１ 圧縮機 １２ 燃焼器 １３ タービン １５ 熱交換器 １６ 混合器（エゼクタ） １７ 混合ガスライン ２１ 減速機 ２２ 発電機 ２３ ボイラ本体 ２４ エコノマイザ ２５ 蒸気ドラム ５１ 絞り弁 ５２ コンプレッサー ５３ 燃焼室 ５４ 水処理装置 ５５ ポンプ ５６ 熱交換器 ５７、５８ タービン ５９ コンデンサー
Claims (2)
- 【請求項１】 空気を圧縮する圧縮機と、燃料を燃焼さ
せる燃焼器と、燃焼ガスにより駆動され前記圧縮機を駆
動するタービンと、からなるガスタービンと、 前記タービンの下流に設けられ燃焼排ガスから飽和蒸気
を発生させる熱交換器と、 前記熱交換器で発生した飽和蒸気と該飽和蒸気の飽和温
度よりも高い温度まで前記圧縮機で圧縮された圧縮空気
とを混合する混合器と、 前記混合器で混合された混合ガスを前記燃焼器へ導く混
合ガスラインと、を備えたことを特徴とする二流体サイ
クルガスタービン。 - 【請求項２】 前記飽和蒸気の圧力は前記圧縮空気の圧
力よりも高く、前記混合器は飽和蒸気を駆動源とするエ
ゼクタである、ことを特徴とする請求項１に記載の二流
体サイクルガスタービン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20118794A JP2751837B2 (ja) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | 二流体サイクルガスタービン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20118794A JP2751837B2 (ja) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | 二流体サイクルガスタービン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0861014A JPH0861014A (ja) | 1996-03-05 |
| JP2751837B2 true JP2751837B2 (ja) | 1998-05-18 |
Family
ID=16436797
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20118794A Expired - Lifetime JP2751837B2 (ja) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | 二流体サイクルガスタービン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2751837B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100432395C (zh) * | 1998-10-23 | 2008-11-12 | 株式会社日立制作所 | 燃气轮机发电设备及空气加湿器 |
| DE69833500T2 (de) * | 1998-10-23 | 2006-10-26 | Hitachi, Ltd. | Zubehör für die energiegewinnung mittels gasturbine und luftbefeuchter |
| US7096659B1 (en) | 2000-01-21 | 2006-08-29 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine electric power generation equipment and air humidifier |
-
1994
- 1994-08-26 JP JP20118794A patent/JP2751837B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0861014A (ja) | 1996-03-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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