JP3529409B2 - ターボ形圧縮機を運転する方法 - Google Patents
ターボ形圧縮機を運転する方法Info
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、請求項１の上位概念に
よるターボ形圧縮機を運転する方法並びにこの方法を実
施するための装置に関する。
よるターボ形圧縮機を運転する方法並びにこの方法を実
施するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】高い圧力比を持つガスタービンは最近で
は定置用にも使用されている。これらは有利には圧縮時
に中間冷却を備えており、このようにして性能および効
率の付加的な向上を達成している。これは公知の形式
で、圧縮作業から得られる圧縮された燃焼空気の出口温
度が冷却器内で低下せしめられることによって達成され
る。高すぎる圧縮出口温度は即ガスタービンの冷却に際
して並びに環境に有害なＮＯx放出に関して問題をもた
らす。
は定置用にも使用されている。これらは有利には圧縮時
に中間冷却を備えており、このようにして性能および効
率の付加的な向上を達成している。これは公知の形式
で、圧縮作業から得られる圧縮された燃焼空気の出口温
度が冷却器内で低下せしめられることによって達成され
る。高すぎる圧縮出口温度は即ガスタービンの冷却に際
して並びに環境に有害なＮＯx放出に関して問題をもた
らす。
【０００３】他方設けられた冷却器の効率は、これに供
給された燃焼空気をどのような温度レベルへ冷却し得る
かに左右される。この温度レベルは第１に使用し得る冷
却媒体による。冷却媒体としては一般に水もしくは凝縮
液であり、これは通常冷却器とともに閉じられた冷却循
環を形成する。
給された燃焼空気をどのような温度レベルへ冷却し得る
かに左右される。この温度レベルは第１に使用し得る冷
却媒体による。冷却媒体としては一般に水もしくは凝縮
液であり、これは通常冷却器とともに閉じられた冷却循
環を形成する。
【０００４】燃焼空気の十分な温度降下を達成するため
には人工的なヒートシンクの創出がしばしば必要であ
る。このような人工的なヒートシンクは冷却塔または対
流空気冷却器であってよい。周知のように十分な量と質
を持つ冷却水が得られるのは極めて稀な場合にすぎな
い。
には人工的なヒートシンクの創出がしばしば必要であ
る。このような人工的なヒートシンクは冷却塔または対
流空気冷却器であってよい。周知のように十分な量と質
を持つ冷却水が得られるのは極めて稀な場合にすぎな
い。
【０００５】しかしまた蒸発原理によって働く冷却塔ま
たは対流熱伝達が行われる空気冷却器では不活発な周囲
への熱伝達しか行われないので、相応して大きな構造物
が必要である。このような大きな構造物では通常ガスタ
ービンの設置に必要なスペースに欠ける。その上に対流
冷却器並びにコンパクトな、強制換気される蒸発冷却器
には必要なベンチレータを駆動するために電気エネルギ
ーの供給が必要である。
たは対流熱伝達が行われる空気冷却器では不活発な周囲
への熱伝達しか行われないので、相応して大きな構造物
が必要である。このような大きな構造物では通常ガスタ
ービンの設置に必要なスペースに欠ける。その上に対流
冷却器並びにコンパクトな、強制換気される蒸発冷却器
には必要なベンチレータを駆動するために電気エネルギ
ーの供給が必要である。
【０００６】この基本的な問題を解決するために周囲へ
極めてコンパクトに熱伝達を行うための手段が見つけら
れた。この手段では不活発な蒸発の代わりに、すなわち
分圧下での蒸発の代わりに熱い加圧水の自然蒸発が例え
ばフラッシュ方法で行われる。
極めてコンパクトに熱伝達を行うための手段が見つけら
れた。この手段では不活発な蒸発の代わりに、すなわち
分圧下での蒸発の代わりに熱い加圧水の自然蒸発が例え
ばフラッシュ方法で行われる。
【０００７】したがって例えばガスタービンもしくは圧
縮機の中間冷却器内で例えば２００℃の熱水がその都度
の飽和圧力、ここでは例えば１６バールを上回る圧力で
生ぜしめられる。
縮機の中間冷却器内で例えば２００℃の熱水がその都度
の飽和圧力、ここでは例えば１６バールを上回る圧力で
生ぜしめられる。
【０００８】この形式で加熱された水が周囲圧力へ放圧
され、その際に部分量の水の自然蒸発が起こる。この時
に熱い加圧水はその熱含量が温度１００℃の水のそれを
上回るような熱エネルギーを失う。もちろん蒸発した量
の水は相当量の水の添加によって補充されなければなら
ない。
され、その際に部分量の水の自然蒸発が起こる。この時
に熱い加圧水はその熱含量が温度１００℃の水のそれを
上回るような熱エネルギーを失う。もちろん蒸発した量
の水は相当量の水の添加によって補充されなければなら
ない。
【０００９】このような冷却装置では約１バールの周囲
圧力のために水が約１００℃までしか冷却され得ないこ
とが欠点である。
圧力のために水が約１００℃までしか冷却され得ないこ
とが欠点である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、加熱
された冷却水の温度をさらに低下させる、すなわち１０
０℃を下回る温度に低下させるための冒頭に記載の形式
の方法とこの方法を実施するための装置を提供すること
である。
された冷却水の温度をさらに低下させる、すなわち１０
０℃を下回る温度に低下させるための冒頭に記載の形式
の方法とこの方法を実施するための装置を提供すること
である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの方法の手段は請求項１の特徴によって、かつ装置の
手段は請求項５の特徴によって解決される。
めの方法の手段は請求項１の特徴によって、かつ装置の
手段は請求項５の特徴によって解決される。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば著しい温度低下、すなわ
ち１００℃を下回る温度への低下が達成される。
ち１００℃を下回る温度への低下が達成される。
【００１３】本発明による方法の優れた構成によれば加
熱された水が第１の段で周囲圧力よりも高い圧力に放圧
される。蒸発された水はエゼクタの駆動ノズルへの供給
に利用され、エゼクタはそのために設けられた容器内に
周囲圧力を下回る圧力を発生させる。第１段からの加熱
された水の残量は上記の容器内でここで支配的な負圧に
放圧される。
熱された水が第１の段で周囲圧力よりも高い圧力に放圧
される。蒸発された水はエゼクタの駆動ノズルへの供給
に利用され、エゼクタはそのために設けられた容器内に
周囲圧力を下回る圧力を発生させる。第１段からの加熱
された水の残量は上記の容器内でここで支配的な負圧に
放圧される。
【００１４】このようにして明らかに著しい温度低下、
すなわち１００℃を下回る温度への低下を達成すること
ができる、それというのも蒸発容器内で支配的な負圧は
明らかに周囲圧力を下回るからである。
すなわち１００℃を下回る温度への低下を達成すること
ができる、それというのも蒸発容器内で支配的な負圧は
明らかに周囲圧力を下回るからである。
【００１５】
【００１６】
【００１７】本発明の有利な構成によればエゼクタから
流出した蒸気はガスタービンの廃ガスに添加混合され
る。
流出した蒸気はガスタービンの廃ガスに添加混合され
る。
【００１８】最後に本発明の有利な構成によれば、冷却
媒体の放圧の際に生じる蒸気量をガスタービプロセスへ
供給することを許すような圧力レベルへの熱い冷却水の
放圧が行われる。
媒体の放圧の際に生じる蒸気量をガスタービプロセスへ
供給することを許すような圧力レベルへの熱い冷却水の
放圧が行われる。
【００１９】この方法を実施するための公知の装置は、
少なくとも２つの圧力段を持つターボ形圧縮機と、冷却
媒体である水で負荷される冷却器と、冷却に利用された
水の最初の放圧のための第１の蒸発容器少なくとも１つ
とを備えている。
少なくとも２つの圧力段を持つターボ形圧縮機と、冷却
媒体である水で負荷される冷却器と、冷却に利用された
水の最初の放圧のための第１の蒸発容器少なくとも１つ
とを備えている。
【００２０】本発明の基礎を成す課題を解決するため
に、第１の蒸発容器の蒸発側に接続されかつ該第１の蒸
発容器からの蒸気量の少なくとも一部分で作動可能なエ
ゼクタを設けてあり、該エゼクタが第２の蒸発容器に作
用接続されていて、該第２の蒸発容器を排気するように
なっている。
に、第１の蒸発容器の蒸発側に接続されかつ該第１の蒸
発容器からの蒸気量の少なくとも一部分で作動可能なエ
ゼクタを設けてあり、該エゼクタが第２の蒸発容器に作
用接続されていて、該第２の蒸発容器を排気するように
なっている。
【００２１】本発明の装置の有利な構成によれば放圧蒸
発が冷却塔の内部で行われ、残量水は蒸発または対流に
より常用の形式でさらに冷却される。
発が冷却塔の内部で行われ、残量水は蒸発または対流に
より常用の形式でさらに冷却される。
【００２２】これらの本発明の有利な構成は請求項に挙
げられている。
げられている。
【００２３】
【実施例】図１には、２段の圧縮機１２、冷却器１４、
燃焼室１６、ガスタービン１８、発電機２０を備えたガ
スターボグループ１０の回路図が示されている。２段の
圧縮機１２のための冷却器１４は中間冷却器として第１
圧縮段１２，１と第２圧縮段１２，２との間に接続され
ており、かつ管路２２を介して冷却媒体である水で負荷
される。蒸発によって失われる水は管路２４を介して水
源（詳しく示されていない）から連続的に補充される。
冷却水の連続供給に送出ポンプ２６が使われる。
燃焼室１６、ガスタービン１８、発電機２０を備えたガ
スターボグループ１０の回路図が示されている。２段の
圧縮機１２のための冷却器１４は中間冷却器として第１
圧縮段１２，１と第２圧縮段１２，２との間に接続され
ており、かつ管路２２を介して冷却媒体である水で負荷
される。蒸発によって失われる水は管路２４を介して水
源（詳しく示されていない）から連続的に補充される。
冷却水の連続供給に送出ポンプ２６が使われる。
【００２４】圧縮された燃焼空気を冷却器１４内で冷却
したために廃熱で負荷された冷却水は管路２９を介して
第１の蒸発容器３０に導かれる。ここでは周囲圧力を上
回る圧力レベルが支配的である。この圧力に放圧する際
に熱い冷却水の一部が蒸発する。熱い冷却水の残量は第
２の蒸発容器３２へ導かれるが、第２の蒸発容器は周囲
圧力を下回る圧力レベルにあるのでやはり一部が蒸発
し、かつ残りの水量は１００°Ｃを下回る温度レベルに
冷却される 第１の蒸発容器３０内で発生された蒸気はエゼクタ３４
の駆動ノズルへ供給される。エゼクタは第２の蒸発容器
３２と接続されており、第１の蒸発容器３０からの蒸気
の援助下に第２の蒸発容器３２の内室を上記の負圧レベ
ルに排気する。エゼクタから流出した蒸気は例えば図１
に示された矢印にしたがってガスタービン１８の排気流
に混合することができる。
したために廃熱で負荷された冷却水は管路２９を介して
第１の蒸発容器３０に導かれる。ここでは周囲圧力を上
回る圧力レベルが支配的である。この圧力に放圧する際
に熱い冷却水の一部が蒸発する。熱い冷却水の残量は第
２の蒸発容器３２へ導かれるが、第２の蒸発容器は周囲
圧力を下回る圧力レベルにあるのでやはり一部が蒸発
し、かつ残りの水量は１００°Ｃを下回る温度レベルに
冷却される 第１の蒸発容器３０内で発生された蒸気はエゼクタ３４
の駆動ノズルへ供給される。エゼクタは第２の蒸発容器
３２と接続されており、第１の蒸発容器３０からの蒸気
の援助下に第２の蒸発容器３２の内室を上記の負圧レベ
ルに排気する。エゼクタから流出した蒸気は例えば図１
に示された矢印にしたがってガスタービン１８の排気流
に混合することができる。
【００２５】図２にもガスタービングループ１１の回路
図が示されており、これは図１に示されたものとほぼ同
じ構成部材を備えている。したがって同一の部材には同
一の符号が付けられている。また同一の部材については
図１の説明が該当する。
図が示されており、これは図１に示されたものとほぼ同
じ構成部材を備えている。したがって同一の部材には同
一の符号が付けられている。また同一の部材については
図１の説明が該当する。
【００２６】図１に示されたガスタービングループ１０
との違いはガスタービングループ１１では２段に構成さ
れていて、第１の高圧段１８，１および第２の低圧段１
８，２を備えたガスタービン１８が使用されていること
である。
との違いはガスタービングループ１１では２段に構成さ
れていて、第１の高圧段１８，１および第２の低圧段１
８，２を備えたガスタービン１８が使用されていること
である。
【００２７】図１による構成とのもう１つの違いは全部
で４つの蒸発容器３０，３１，３２，３３が設けられて
いることである。図１からも知られるように圧縮された
燃焼空気の冷却用に設けられた冷却器は管路２２を介し
て冷却媒体の水を負荷される。圧縮された燃焼空気の廃
熱で加熱された冷却水は管路２９を介して第１の蒸発容
器３０に入る。第１の蒸発容器は供給された高圧下の冷
却水の僅かな部分のみが蒸発するにすぎないような圧力
レベルをもっている。
で４つの蒸発容器３０，３１，３２，３３が設けられて
いることである。図１からも知られるように圧縮された
燃焼空気の冷却用に設けられた冷却器は管路２２を介し
て冷却媒体の水を負荷される。圧縮された燃焼空気の廃
熱で加熱された冷却水は管路２９を介して第１の蒸発容
器３０に入る。第１の蒸発容器は供給された高圧下の冷
却水の僅かな部分のみが蒸発するにすぎないような圧力
レベルをもっている。
【００２８】蒸発容器３０内で支配的な圧力への放圧か
ら生じた蒸気は管路３６を介して圧縮された排出空気と
一緒に燃焼室１６へ供給される。残った熱い冷却水量は
第１の蒸発容器３０から第２の蒸発容器３１へ導かれ
る。ここの圧力は第１の蒸発容器３０よりも低くされて
いるのでさらに自然蒸発が起こり得るが、この圧力はま
だ周囲圧力よりはかなり上である。ここで生じた蒸気は
管路３８を介してやはり質量流量を高めるためにガスタ
ービン１８へ、しかも低圧段１８，２ヘ供給される。
ら生じた蒸気は管路３６を介して圧縮された排出空気と
一緒に燃焼室１６へ供給される。残った熱い冷却水量は
第１の蒸発容器３０から第２の蒸発容器３１へ導かれ
る。ここの圧力は第１の蒸発容器３０よりも低くされて
いるのでさらに自然蒸発が起こり得るが、この圧力はま
だ周囲圧力よりはかなり上である。ここで生じた蒸気は
管路３８を介してやはり質量流量を高めるためにガスタ
ービン１８へ、しかも低圧段１８，２ヘ供給される。
【００２９】第２の蒸発容器３１内で残った熱い冷却水
量は第３の蒸発容器３２へ導かれる。この蒸発容器もや
はり周囲圧力よりも高い内圧を有している。ここでの放
圧で生じた蒸気はエゼクタ３４へ導かれる、エゼクタ自
体は第４の蒸発容器３３と接続されており、かつこれを
周囲圧力よりも低い圧力レベルに排気する。エゼクタ３
４から流出した蒸気は既に図１の構成から知られている
ようにガスタービン１８の排気流に達する。
量は第３の蒸発容器３２へ導かれる。この蒸発容器もや
はり周囲圧力よりも高い内圧を有している。ここでの放
圧で生じた蒸気はエゼクタ３４へ導かれる、エゼクタ自
体は第４の蒸発容器３３と接続されており、かつこれを
周囲圧力よりも低い圧力レベルに排気する。エゼクタ３
４から流出した蒸気は既に図１の構成から知られている
ようにガスタービン１８の排気流に達する。
【００３０】第４の蒸発容器３３内に残った冷却水量は
管路２８を介して送出ポンプ２６へ供給される。送出ポ
ンプは上記の管路２２を介して冷却器１４へ供給する。
管路２４を介して補充水が詳しく示されていない貯蔵部
から添加される。
管路２８を介して送出ポンプ２６へ供給される。送出ポ
ンプは上記の管路２２を介して冷却器１４へ供給する。
管路２４を介して補充水が詳しく示されていない貯蔵部
から添加される。
【００３１】図３には蒸発冷却器４０が示されている。
蒸発冷却器は常用の形式で冷却塔４２を備えている。冷
却塔４２の内部には環状管路４４があり、これは管路２
８′と接続されており、該管路２８′を介して熱い冷却
水が、図３には示されていないものの、例えば図２に示
すガスターボグループの１つの冷却器から供給され、か
つ環状管路４４に設けられたノズル４６を介して蒸発せ
しめられる。生じた蒸気は冷却塔から上方へ流出し、一
方で残量水はトラフ４８内に入り、ここから通常の形式
で蒸発装置のシャワー装置５０を負荷する。ここからは
冷却塔は常法で働く。シャワー装置５０の代わりに対流
冷却束を使用することもできる。降下する水は貯蔵部５
２内へ捕集され、管路５４を介してポンプ２５へ送ら
れ、ポンプは管路２４を介して既述の詳しく示されてい
ない冷却器へ新鮮な冷却水を供給する。
蒸発冷却器は常用の形式で冷却塔４２を備えている。冷
却塔４２の内部には環状管路４４があり、これは管路２
８′と接続されており、該管路２８′を介して熱い冷却
水が、図３には示されていないものの、例えば図２に示
すガスターボグループの１つの冷却器から供給され、か
つ環状管路４４に設けられたノズル４６を介して蒸発せ
しめられる。生じた蒸気は冷却塔から上方へ流出し、一
方で残量水はトラフ４８内に入り、ここから通常の形式
で蒸発装置のシャワー装置５０を負荷する。ここからは
冷却塔は常法で働く。シャワー装置５０の代わりに対流
冷却束を使用することもできる。降下する水は貯蔵部５
２内へ捕集され、管路５４を介してポンプ２５へ送ら
れ、ポンプは管路２４を介して既述の詳しく示されてい
ない冷却器へ新鮮な冷却水を供給する。
【図１】２つの蒸発容器を備えた本発明による装置を備
えたガスターボグループの回路図である。
えたガスターボグループの回路図である。
【図２】４つの蒸発容器を備えた本発明による装置を備
えたガスターボグループの回路図である。
えたガスターボグループの回路図である。
【図３】本発明による装置で使用することができる蒸発
冷却器の図である。
冷却器の図である。
【符号の説明】
１０，１１ ガスターボグループ、 １２ 圧縮機、
１２．１，１２．２圧縮段、 １４ 冷却器、 １６
燃焼室、 １８ ガスタービン、１８．１高圧段， １
８．２ 低圧段、 ２０ 発電機、 ２２，２４，２
８，２９，３８，５４ 管路、 ２６ 送出ポンプ、
３０，３１，３２，３３ 蒸発容器、３４ エゼクタ、
４０ 蒸発冷却器、 ４２ 冷却塔、 ４４ 環状管
路、４６ ノズル、 ４８ トラフ、 ５０ シャワー
装置、 ５２ 貯蔵部
１２．１，１２．２圧縮段、 １４ 冷却器、 １６
燃焼室、 １８ ガスタービン、１８．１高圧段， １
８．２ 低圧段、 ２０ 発電機、 ２２，２４，２
８，２９，３８，５４ 管路、 ２６ 送出ポンプ、
３０，３１，３２，３３ 蒸発容器、３４ エゼクタ、
４０ 蒸発冷却器、 ４２ 冷却塔、 ４４ 環状管
路、４６ ノズル、 ４８ トラフ、 ５０ シャワー
装置、 ５２ 貯蔵部
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−8828（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−17232（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−179904（ＪＰ，Ａ)
特公 昭４−16613（ＪＰ，Ｂ１)
西独国特許出願公開2102279（ＤＥ,
Ａ１)
英国特許出願公開2153912（ＧＢ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F02C 7/12 - 7/18
F04D 29/58
F25B 19/02,27/02
Claims (8)
- 【請求項１】 少なくとも２つの圧縮段から成るターボ
形圧縮機（１２）を運転する方法であって、前記圧縮段
間に接続された冷却器（１４）を備えており、該冷却器
が冷却媒体である水によって貫流されるようになってお
り、この場合、水を冷却媒体として、飽和圧力よりも高
い圧力で１００°Ｃよりも高い温度に加熱し、引続き放
圧し、この場合、蒸発を随伴する前記放圧を少なくとも
２段で実施し、これによって蒸発した水の補充に付加的
に水を添加する形式のものにおいて、第１の蒸発容器
（３０，３３）内で蒸気圧を大気圧よりも高く保ち、こ
の時に生じた蒸気量の少なくとも一部をエゼクタ（３
４）の駆動ノズルに供給し、該エゼクタによって、該エ
ゼクタ（３４）と作用接続された第２の蒸発容器（３
２）を排気して、前記両方の蒸発容器内で発生した合計
の蒸気を大気圧に放出することを特徴とする、ターボ形
圧縮機を運転する方法。 - 【請求項２】 ターボ形圧縮機（１２）を、ガスターボ
グループ（１６，１８，２０）と関連して運転する請求
項１記載の方法。 - 【請求項３】 エゼクタ（３４）から流出した蒸気をガ
スターボグループの排ガスに添加混合する請求項２項記
載の方法。 - 【請求項４】 冷却媒体の放圧の際に生じた蒸気量をガ
スタービンプロセス内へ供給する請求項２項記載の方
法。 - 【請求項５】 請求項１から４までのいずれか１項記載
の、ターボ形圧縮機の運転方法を実施するための装置で
あって、少なくとも２つの圧縮段から成るターボ形圧縮
機（１２）と、前記圧縮段間に接続されていて冷却媒体
である水を貫流される冷却器（１４）と、少なくとも１
つの燃焼室と、少なくとも１つのガスタービンと、少な
くとも１つの発電機と、前記冷却器に接続された少なく
とも１つの第１の蒸発容器（３０）と、前記冷却器に接
続された冷却媒体回路への補充水・供給管とを備えた形
式のものにおいて、第１の蒸発容器（３０、３２）の蒸
発側に接続されかつ該第１の蒸発容器（３０，３２）か
らの蒸気量の少なくとも一部分で作動可能なエゼクタ
（３４）を設けてあり、該エゼクタが第２の蒸発容器
（３２）に作用接続されていて、該第２の蒸発容器を排
気するようになっていることを特徴とする、ターボ形圧
縮機の運転方法を実施するための装置。 - 【請求項６】 蒸発容器が蒸発冷却器（４０）と接続さ
れている請求項５記載の装置。 - 【請求項７】 蒸発冷却器（４０）が冷却塔（４２）と
して構成されている請求項６記載の装置。 - 【請求項８】 蒸発冷却器（４０）が対流冷却器として
構成されている請求項６記載の装置。
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