JP3688550B2

JP3688550B2 - Gas turbine system

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Publication number: JP3688550B2
Application number: JP2000108610A
Authority: JP
Inventors: 本浩一川; 田東彦平; 橋幸夫大
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-04-10
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2020-04-10
Also published as: JP2001289008A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービンからの排ガスを用いて燃料を化学的に改質するガスタービンシステムに係わり、とりわけ排ガス中の水蒸気成分を回収し、水資源の有効利用を図ることができるガスタービンシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、排ガスからの熱回収により効率向上を図るコンバインドサイクルとは別の手段として、排ガス中に含まれる熱エネルギによってタービンに供給される燃料を化学的に改質し、燃料の化学エネルギを向上することによって排熱を回収し、システム全体の効率を向上させる提案がなされている。
【０００３】
現在、ガスタービンの燃料として広く用いられているもののひとつとして天然ガスがあり、天然ガスの主な成分はメタンである。メタンの代表的な改質の方法としてメタンに水蒸気を添加し、例えばニッケルのような触媒の存在下で高温を保つことにより、水素と一酸化炭素に転換させられるものが知られている。
【０００４】
図６はこのようなガスタービンシステムの一例を示す図である。図６に示すガスタービンシステムにおいて、空気１を圧縮機２で圧縮して高圧空気３とし、改質器２０で改質された水素を含む改質燃料２１とともに燃焼器４で燃焼する。このとき、場合により噴射用蒸気１６が燃焼器４に噴射される。
【０００５】
燃焼器４で高温となった高温・高圧の燃焼ガス５はガスタービン６で膨張する際、動力を発生し、低圧のガスタービン排ガス７となる。ガスタービン排ガス７は改質器２０でメタンなどの高圧原燃料１９を加熱して改質し、水素を含む改質燃料２１ととして温度が低下した改質器排ガス８となる。改質器排ガス８は蒸発器１３で、ポンプ１１により加圧された水１０により熱を奪われ、ほぼ大気圧で１００℃〜２００℃程度の蒸発器排ガス９となってシステム外に排気される。
【０００６】
蒸発器１３で改質器排ガス８から熱を奪った水は、蒸気１４と改質用蒸気２２となる。このうち改質用蒸気２２は、メタンなどの原燃料１７を燃料圧縮機１８で圧縮して得られた高圧原燃料１９と混合されて、改質器２０でガスタービン排ガス７の熱を受け取り、上述のように改質反応を起こし、水素を含む改質燃料２１となる。一方蒸気１４は、蒸気バルブ１５を通過して噴射用蒸気１６として燃焼器４に噴射される。
【０００７】
このようなメタンの水蒸気改質を用いるガスタービンシステムとしては、例えば特開平２−２８６８３５に示されているようなものがある。またガスタービン排ガスから水蒸気成分を回収して利用するシステムについても、ガスタービンの高効率化を計るために多くのシステムが考えられており、例えば、特開昭５６−１２００６や特開平１１−１１７７６４などに示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにメタンなど化学的に改質する改質器２０を有するガスタービンシステムにおいては、改質の時多くの水蒸気を必要とする。この水蒸気に用いられる水は、システム外部から補給され、その後排ガスとして排出されるため、水資源が有効に活用されていない。また、排ガス中に多量に水蒸気が含まれるため、排ガスが煙突から排出されるときミスト生成し、白煙がたちのぼるため、環境上の不具合がある。
【０００９】
また、従来のガスタービンシステムにおいては、排ガスからの水蒸気回収を行うシステムが、特開平１１−１１７７６４などで提案されている。これらに示されている水蒸気の回収システムを燃料改質を行うガスタービンシステムにそのまま適用した場合、回収蒸気量が多いために、水回収に必要な低温の冷却水を大量に作るための冷熱源が乏しく、水蒸気の回収システムはガスタービンシステムの他の機器に比べて大きくなる傾向があり、設置面積やコストの面で必ずしも実用的なシステムとはいえない。また、例えば特開平１１−１１７７６４などで考案された水回収システムでは、水蒸気の回収のための冷却媒体がスプレーにより排ガスに振りかけられるため、凝縮回収水や冷却媒体が排ガスとともに排出されてしまう。このため実際には、水蒸気の凝縮回収が困難であるという不具合がある。
【００１０】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、燃料を化学的に改質する改質器を有するガスタービンシステムにおいて、水資源を有効に活用できる実用的なガスタービンシステムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃焼用酸素を含む流体を圧縮する圧縮機と、燃料ガスを化学的に改質して改質ガスを生成する改質器と、水蒸気を生成して改質器へ送る蒸発器と、圧縮機からの流体によって、改質器から改質ガス管を経て送られた改質ガスを燃焼させる燃焼器と、燃焼器で発生した燃焼ガスを動力に変換するタービンとを備え、タービンからの排ガスを排ガス管により改質器および蒸発器に供給し、蒸発器下流側の排ガス管に、排ガス中の水蒸気を凝縮して回収し、回収した凝縮水を蒸発器へ送る水分凝縮回収装置を設けたことを特徴とするガスタービンシステムである。
【００１２】
本発明によれば、排ガス管に水分凝縮回収装置を設け、回収した水を蒸発器へ送って水蒸気を生成するとともに、この水蒸気を改質器へ送るので、排ガス中の水蒸気を回収して改質器において利用できる。このため、改質器へ水蒸気を供給するためにシステム外から水を補給する必要がなくなる。
【００１３】
本発明は、水分凝縮回収装置の入側の排ガス管と、水分凝縮回収装置出側の排ガス管とをガス熱交換器で接続したことを特徴とするガスタービンシステムである。
【００１４】
本発明によれば、水分凝縮回収装置の出側の排ガスをガス熱交換器で加熱するので、一度冷却されて飽和濃度近傍の水蒸気を含む排ガスを再加熱するので、排ガス温度が上がり、その結果相対湿度が下がる。このため、ミスト生成を抑制することができ、白煙を防止することができる。
【００１５】
本発明は、水分凝縮回収装置は、排ガスが流れる排ガス管と、冷却媒体が流れる冷却媒体管とに接続された水回収熱交換器と、水回収熱交換器からの凝縮水を溜めるタンクとを有することを特徴とするガスタービンシステムである。
【００１６】
本発明によれば、水分凝縮回収装置が水回収熱交換器と、タンクとからなるので、水回収熱交換器の冷却媒体として、大気、海水といった自然に大量に存在するものを利用することができ、冷却媒体として新たに水資源を確保する必要がなく、結果的に水資源を有効に活用することができる。また凝縮水を溜めておくタンクを設置することで、負荷変動により水の利用量が少なくなったときでも、回収した水を蓄えておけるので、無駄にすることがなくなる。
【００１７】
本発明は、水回収熱交換器の出側の冷却媒体管をタンクに接続したことを特徴とするガスタービンシステムである。
【００１８】
本発明によれば、水回収熱交換器の出側の冷却媒体をタンクに接続したので、水回収熱交換器で冷却に使われた水等の冷却媒体を加熱してそのまま水蒸気として利用できるので、水資源を有効に活用できる。
【００１９】
本発明は、水回収熱交換器は、排ガス管からの排ガスと、冷却媒体管からの冷却媒体を直接接触させて熱交換する直接接触熱交換器であることを特徴とするガスタービンシステムである。
【００２０】
本発明によれば、水回収熱交換器が排ガスと冷却媒体を直接接触させて熱交換させる直接接触熱交換器なので、冷却媒体と凝縮水を混合させる機器を必要とせず設置面積を小さくすることができる。また、水回収熱交換器も伝熱管を多数配置したものや各種プレート型のものに比べて直接接触型にすることで安くすることができ、より実用的なものとなる。
【００２１】
本発明は、水分凝縮回収装置は、排ガスが流れる排ガス管に接続された水回収熱交換器と、水回収熱交換器からの凝縮水を溜めるタンクと、タンクからの凝縮水が流れる水配管と冷却媒体が流れる冷却媒体管とに接続された追加熱交換器とを有し、追加熱交換器出側の水配管を水回収熱交換器に接続したことを特徴とするガスタービンシステムである。
【００２２】
本発明によれば、水分凝縮回収装置は水回収熱交換器と、タンクと、追加熱交換器とを有するので、浄水場などのようにきれいな水が大量に得られないような場所にガスタービンシステムを設置する場合でも、冷却媒体として大量の大気または海水を使って冷却できるので、凝縮水の回収が容易となる。
【００２３】
本発明は、水回収熱交換器は、排ガス管からの排ガスと追加熱交換器からの凝縮水を直接接触させて熱交換する直接熱交換器であることを特徴とするガスタービンシステムである。
【００２４】
本発明によれば、追加熱交換器は排ガスと水とを直接接触させて熱交換する直接接触熱交換器であるので、伝熱管を多数配置した熱交換器や各種プレート型の熱交換器に比べて安く作ることができ、より実用的なものとなる。
【００２５】
本発明は、追加熱交換器とタンクは一体に構成されていることを特徴とするガスタービンシステムである。
【００２６】
本発明によれば、追加熱交換器と別体にタンクを設ける必要がなくなり、設置面積を小さくできる。
【００２７】
本発明は、タンクに凝縮水中の気体を凝縮水から取り除く手段を設けたことを特徴とするガスタービンシステムである。
【００２８】
本発明によれば、凝縮水中の気体、例えば二酸化炭素と水とにより炭酸水が生成され、この炭酸水により改質器への供給配管が腐食されることを防ぐことができ、配管材料を安くすることができる。
【００２９】
本発明は、水回収熱交換器は、棚板式直接接触熱交換器であり、排ガスが直接接触熱交換器を出るときの流速が略６ｍ／ｓ以下であることを特徴とするガスタービンシステムである。
【００３０】
本発明によれば、水回収熱交換器が棚板式直接接触熱交換器であり、排ガスが直接接触熱交換器を出るときの流速がおおよそ６ｍ／ｓ以下であるので、排ガスに水を直接振りかけても、排ガスとともに冷却水が飛んで排出されることがなく、より実用的な直接接触熱交換器となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
次に図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明によるガスタービンシステムの第１の実施の形態を示す図である。
【００３２】
図１において、ガスタービンシステムは燃料用酸素を含む流体、例えば空気１を圧縮する圧縮機２と、メタン等の燃料ガス（高圧原燃料）１９を化学的に改質して改質ガス（改質燃料）２１を生成する改質器２０と、水から水蒸気を生成して改質器２０へ送る蒸発器１３と、圧縮機２からの高圧空気３によって改質器２０から改質ガス管５２を経て送られた改質燃料２１を燃焼させる燃焼器４と、燃焼器４で生成した高温高圧の燃焼ガスを動力に変換するタービン６とを備えている。
【００３３】
またタービン６には排ガス管５０が接続され、この排ガス管５０には、上述した改質器２０と蒸発器１３が順次設けられ、さらに蒸発器１３の下流側の排ガス管５０には蒸発器排ガス９中の水蒸気を凝縮して回収し、回収した凝縮水を蒸発器１３へ送る水分凝縮回収装置３５が設けられている。
【００３４】
すなわち、水分凝縮回収装置３５には、水配管５１が接続され、水分凝縮回収装置３５と蒸発器１３との間の水配管５１には、凝縮水を蒸発器１３へ送るポンプ１１が取付けられている。
【００３５】
また蒸発器１３には、水蒸気１４および改質用蒸気２２を各々燃焼器４および改質器２０へ送る水蒸気管５３、５３ａが接続され、水蒸気管５３には蒸気バルブ１５が取付けられている。
【００３６】
また、図１において、改質器２０の入側には、原燃料１７を加圧して高圧原燃料１９とする燃料圧縮機１８が設けられている。
【００３７】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００３８】
まず、空気１が圧縮機２で圧縮して高圧空気３となり、この高圧空気３は改質器２０から送られる水素を含む改質ガス（改質燃料）２１とともに燃焼器４で燃焼される。このとき、同時に蒸発器１３から送られた水蒸気１４が蒸気バルブ１５を経て噴射用蒸気１６となって燃焼器４へ噴射される。
【００３９】
燃焼器４を出た高温・高圧の燃焼ガス５はガスタービン６で膨張して動力を発生し、低圧のガスタービン排ガス７となる。
【００４０】
一方、メタンなどの原燃料１７が燃料圧縮機１８により加圧されて高圧原燃料１９となり、この高圧原燃料１９は改質器２０へ送られる。改質器２０において、ガスタービン排ガス７はメタンなどの高圧原燃料１９を加熱し、温度が低下して改質器排ガス８となる。一方、高圧原燃料１９は改質器２０において、改質用蒸気２２と混合して改質反応を生じさせて水素を含む改質燃料２１となる。
【００４１】
改質器排ガス８は蒸発器１３でさらに水分凝縮回収装置３５から送られる蒸発器用凝縮水３１を加熱したのち、蒸発器排ガス９となる。蒸発器排ガス９は、水分凝縮回収装置３５で凝縮され、凝縮水３３と最終排ガス３２に分離される。最終排ガス３２は大気中に排出され、凝縮水３３の一部は蒸発器用凝縮水３１となり、残りは排水３４として排出される。
【００４２】
蒸発器１３で改質器排ガス８により加熱された蒸発器用凝縮水は水蒸気１４と改質用蒸気２２となる。上述のように改質用蒸気２２は改質器２０でガスタービン排ガス７の熱を受け取り、改質反応を起こし、水素を含む改質燃料２１となる。
【００４３】
以上のように本実施の形態によれば、最終排ガス部分に水分凝縮回収装置３５をとりつけて、回収した凝縮水の一部である蒸発器用凝縮器３１をポンプ１１によって昇圧して蒸発器１３に供給する。したがって、改質用蒸気２２を作るためにシステム外から水を補給する必要がなくなり、水資源を有効に活用することができる。
【００４４】
第２の実施の形態
次に本発明によるガスタービンシステムの第２の実施の形態について図２により説明する。第２の実施の形態は、水分凝縮回収装置３５の入側と出側の排ガス管５０にガス熱交換器（白煙防止装置）３６を接続したものである。
【００４５】
図２において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４６】
図２において、空気１を圧縮機２で圧縮して高圧空気３とし、高圧空気３は改質器２０において生成された水素を含む改質燃料２１とともに燃焼器４で燃焼される。このとき、噴射用蒸気１６が燃焼器４に噴射される。燃焼器４を出た高温・高圧の燃焼ガス５はガスタービン６で膨張する際、動力を発生し、低圧のガスタービン排ガス７となる。低圧のガスタービン排ガス７は改質器２０でメタンなどの高圧原燃料１９に熱を奪われ、温度が低下して改質器排ガス８となる。一方、高圧原燃料１９は改質用蒸気２２と混合して水素を含む改質燃料２１となる。改質器排ガス８は蒸発器１３でさらに熱を奪われたのち、蒸発器排ガス９となる。蒸発器排ガス９は、白煙防止装置３６に入り、水分凝縮回収装置排ガス３２ａと熱交換して温度が蒸発器排ガス９の露点程度まで下がった白煙防止装置排ガス９ａとなる。
【００４７】
白煙防止装置排ガス９ａは水分凝縮回収装置３５で、凝縮水３３と水分凝縮回収装置排ガス３２ａに分離される。水分凝縮回収装置排ガス３２ａは、白煙防止装置３６に入り、蒸発器排ガス９と熱交換して温度が上がり、相対湿度の低い状態の最終排ガス３２となり、大気中に排出される。一方、水分凝縮回収装置３５で液状に回収された凝縮水３３は、一部が蒸発器用凝縮水３１となり、残りは排水３４として排出される。
【００４８】
蒸発器１３で蒸発器排ガス８から熱を奪った蒸発器用凝縮水は、水蒸気１４と改質用蒸気２２となり、改質用蒸気２２は改質器２０に送られる。一方、水蒸気１４は、蒸気バルブ１５を通過して噴射用蒸気１６として上述のように燃焼器４に入る。
【００４９】
本実施の形態によれば、白煙防止装置３６によって、水蒸気成分回収装置３５へ入る白煙防止装置排ガス９ａの温度を下げて、水分凝縮回収装置３５の熱負荷を低減すると同時に最終排ガス３２の相対湿度を下げることができるので、水分凝縮回収装置をコンパクト化することができるばかりでなく、白煙を防止し環境への影響を低減することができる。
【００５０】
第３の実施の形態
次に本発明によるガスタービンシステムの第３の実施の形態について図３により説明する。第３の実施の形態は、白煙防止装置３６の下流側の排ガス管３６と、冷却媒体管５４とを水回収熱交換器３９で連結するとともに、水回収熱交換器３９の下流側にタンク４０を設けたものである。
【００５１】
図３において、水回収熱交換器３９とタンク４０とにより水分凝縮回収装置３５が構成される。図３において、図２に示す第２の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５２】
また、空気１は圧縮機２により圧縮されて高圧空気３となり、高圧空気３は改質器２０で生成された改質燃料２１ととともに燃焼器４で燃焼される。このとき、噴射用蒸気１６が燃焼器４に噴射される。燃焼器４より排出された高温・高圧燃焼ガス５はガスタービン６で膨張する際、動力を発生し、低圧のガスタービン排ガス７となる。ガスタービン排ガス７は燃料改質器２０でメタンなどの高圧原燃料１９に熱を奪われ、温度が低下して改質器排ガス８となる。一方、高圧原燃料１９は改質用蒸気２２と混合して水素を含む改質燃料２１となる。改質器排ガス８は蒸発器１３でさらに熱を奪われたのち、蒸発器排ガス９となる。蒸発器排ガス９は、白煙防止装置３６には入り、凝縮器排ガス３２ａと熱交換して温度が蒸発器排ガス９の露点程度まで下がって白煙防止装置排ガス９ａとなる。
【００５３】
白煙防止装置排ガス９ａは水回収熱交換器３９で、海水または大気３７等の冷却媒体と熱交換したのち、凝縮水３３と凝縮器排ガス３２ａに分離される。この時、海水または大気は温度が上昇し、排出海水または大気３８としてシステム外に排出される。
【００５４】
凝縮器排ガス３２ａは、白煙防止装置３６に入り、蒸発器排ガス９と熱交換して温度が上がり、相対湿度の低い状態の最終排ガス３２となり、大気中に排出される。一方、凝縮水３３はタンク４０にたまった後、一部が蒸発器用凝縮水３１となり、残りは排水３４として排出される。
【００５５】
蒸発器１３で改質器排ガス８から熱を奪った蒸発器用凝縮水は、水蒸気１４と改質用蒸気２２となり、改質用蒸気２２は改質器２０へ送られる。一方、水蒸気１４は、蒸気バルブ１５を通過して噴射用蒸気１６として燃焼器４に噴射される。
【００５６】
本実施の形態によれば、水分凝縮回収装置３５は凝縮水３３を溜めるタンク４０を有しているので、負荷変動などにより凝縮水３３の量が一時的に増加した場合でも、タンク４０に蓄えることができる。このため、排水３４の一時的な増加を防ぐことができ、環境への影響を少なくすることができる。他方、凝縮水３３の量が一時的に減少した場合でも、タンク４０内にたくわえられた水を利用することができるので、改質器２０に供給する蒸気量を確保することができる。このようなタンク４０を設けることにより、負荷変動時にも環境影響が少ないシステムを提供できる。
【００５７】
また、水回収熱交換器３９の冷却媒体として大気や海水３７等の冷却媒体を利用することにより、水回収熱交換器３９での白煙防止装置排ガス９ａの冷却が可能となる。また大気や海水は大量に流すことが可能なので、水回収熱交換器３９での流量を多くすることができる。したがって冷却温度を小さく保つことができ、熱回収後の排出大気や海水の温度を低く保つことが可能となる。したがって、環境への影響も少なくてすみ、かつ凝縮器性能もあがって、水回収熱交換器３９を小さくすることができる。
【００５８】
第４の実施の形態
次に本発明によるガスタービンシステムの第４の実施の形態について図４により説明する。第４の実施の形態は、水回収熱交換器３９の下流側の冷却媒体管をタンクに接続したものである。
【００５９】
図４において、図３に示す第３の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６０】
図４において、空気１は圧縮機２で圧縮されて高圧空気３となり、高圧空気３は改質器２０で生成された水素を含む改質燃料２１とともに燃焼器４で燃焼される。このとき、噴射用蒸気１６が燃焼器４に噴射される。燃焼器４より排出される高温・高圧燃焼ガス５はガスタービン６で膨張する際、動力を発生し、低圧のガスタービン排ガス７となる。ガスタービン排ガス７は燃料改質器２０でメタンなどの高圧原燃料１９に熱を奪われ、温度が低下して改質器排ガス８となる。
【００６１】
一方、高圧原燃料１９は、改質用蒸気２２と混合して水素を含む改質燃料２１となる。改質器排ガス８は蒸発器１３でさらに熱を奪われたのち、蒸発器排ガス９となる。蒸発器排ガス９は、白煙防止装置３６に入り、凝縮器排ガス３２ａと熱交換して温度が排ガス９の露点程度まで下がった白煙防止装置排ガス９ａとなる。
【００６２】
白煙防止装置排ガス９ａは水回収熱交換器３９で浄水４１等の冷却媒体と熱交換して、凝縮水３３と凝縮器排ガス３２ａに分離される。この時、浄水４１は温度が上昇して高温浄水４２となり、タンク４０へと導かれる。凝縮器排ガス３２ａは、白煙防止装置３６に入り、白煙防止装置排ガス９ａと熱交換して温度が上がり、相対湿度の低い状態の最終排ガス３２となり、大気中に排出される。
【００６３】
一方、凝縮水３３はタンク４０にたまった後、一部が蒸発器用凝縮水３１となり、残りは浄水４３としてシステム外へ供給され、利用される。
【００６４】
蒸発器１３において改質器排ガス８から熱を奪った蒸発器用凝縮水は、水蒸気１４と改質用蒸気２２となり、改質用蒸気２２は改質器２０へ送られる。一方、水蒸気１４は、蒸気バルブ１５を通過して噴射用蒸気１６として燃焼器４に噴射される。
【００６５】
本実施の形態によれば、凝縮水３３と冷却媒体として用いられた浄水４２を同一のタンク４０に導入するため、凝縮水３３の一部を浄水として利用することができる。また、水回収熱交換器３９の冷却媒体として浄水４１を利用することにより、白煙防止装置排ガス９ａの冷却が可能となるばかりでなく、凝縮水３１の一部を浄水４３として利用できる。このため、排水がなくなり、環境への影響を低減することができる。
【００６６】
なお、水回収熱交換器３９を直接接触型熱交換器にすることも可能であり、そうすることによって、熱交換器の大きさを小さくできる。
【００６７】
第５の実施の形態
次に本発明によるガスタービンシステムの第５の実施の形態について図５により説明する。第５の実施の形態は、水分凝縮回収装置を水回収熱交換器３９と、タンク４０と、追加熱交換器４４とから構成したものであり、他は図４に示す第４の実施の形態と略同一である。
【００６８】
図５において、図４に示す第４の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６９】
図５において、空気１は圧縮機２で圧縮されて高圧空気３となり、高圧空気３は改質器２０で生成された水素を含む改質燃料２１とともに燃焼器４で燃焼される。このとき、噴射用蒸気１６が燃焼器４に噴射される。燃焼器４から排出された高温・高圧燃焼ガス５はガスタービン６で膨張する際、動力を発生し、低圧のガスタービン排ガス７となる。ガスタービン排ガス７は改質器２０でメタンなどの高圧原燃料１９に熱を奪われ、温度が低下して改質器排ガス８となる。一方、高圧原燃料１９は改質用空気と混合して水素を含む改質燃料２１となる。改質器排ガス８は蒸発器１３でさらに熱を奪われたのち、蒸発器排ガス９となる。蒸発器排ガス９は、白煙防止装置３６に入り、凝縮器排ガス３２ａと熱交換して温度が排ガス９の露点程度まで下がった排ガス９ａとなる。
【００７０】
排ガス９ａは水回収熱交換器３９で追加熱交換器４４から送られる冷却水４７と熱交換して、凝縮水３３と凝縮器排ガス３２ａに分離される。この時、水回収熱交換器３９内の冷却水４７は凝縮水３３とともにタンク４０へと導かれる。凝縮器排ガス３２ａは、白煙防止装置３６に入り、蒸発器排ガス９と熱交換して温度が上がり、相対湿度の低い状態の最終排ガス３２となり、大気中に排出される。
【００７１】
一方、凝縮水３３はタンク４０にたまってから後、水配管５１から排出され、冷却水４６、蒸発器用凝縮水３１、および排水３４とに分けられる。このうち、水配管５１中の冷却水４６は、追加熱交換器４４によって冷却媒体管５４を流れる海水または大気３７等の冷却媒体と熱交換して温度が下がり、冷却水４７になる。このとき、海水または大気３７は温度が上がり、排出海水または大気３８等の排出冷却媒体として排出される。
【００７２】
蒸発器用凝縮水３１は蒸発器１３で改質器排ガス８から熱を奪って水蒸気１４と改質用蒸気２２となり、改質用蒸気２２は改質器２０へ送られる。一方、水蒸気１４は、蒸気バルブ１５を通過して噴射用蒸気１６として燃焼器４に噴射される。
【００７３】
本実施の形態によれば、追加熱交換器４４を設けることにより、水回収熱交換器３９の冷却媒体として浄水を利用できない場合でも、白煙防止装置排ガス９ａを冷却する方法として冷却水を使うことが可能となる。このため、特に大気で冷却しなければならない場合には、凝縮器を小さくすることが可能となり、設置面積を小さくする効果が得られる。
【００７４】
また、水回収熱交換器３９を直接接触型熱交換器にすることも可能であり、このことによって、熱交換器の大きさを小さくできるので設置面積を小さくできる。
【００７５】
また、このような構成において、水回収熱交換器３９とタンク４０を一体に形成してもよく、このことにより、設置面積を小さくできる。
【００７６】
さらにタンク４０に二酸化炭素等の気体を脱気する脱気装置４７を設けてもよい。この場合は脱気装置４７により凝縮水への二酸化炭素の溶け込みを防止して酸性度を下げることができる。このため、配管部材に安い材料を使うことが可能となり、より実用的なシステムとすることができる。
【００７７】
さらに、水回収熱交換器３９として、棚板式直接接触熱交換器を用いてもよい。このとき水回収熱交換器３９からの排ガス３２ａの流速を６ｍ／ｓ以下にする。このことにより水回収熱交換器３９からの凝縮水が排ガス３２ａとともに排出することを防止でき、凝縮水を効率良く回収することが可能となる。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の構成によれば、燃料を化学的に改質する改質器を有するガスタービンシステムにおいて、タービンからの排ガス中の水分を有効に回収して改質用の水蒸気として用いることができる。このため水資源を有効に活用できる実用的なシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガスタービンシステムの第１の実施の形態を示す概略図。
【図２】本発明によるガスタービンシステムの第２の実施の形態を示す概略図。
【図３】本発明によるガスタービンシステムの第３の実施の形態を示す概略図。
【図４】本発明によるガスタービンシステムの第４の実施の形態を示す概略図。
【図５】本発明によるガスタービンシステムの第５の実施の形態を示す概略図。
【図６】従来のガスタービンシステムを表すシステム構成図。
【符号の説明】
２圧縮機
４燃焼器
６ガスタービン
１３蒸発器
１８燃料圧縮機
２０燃料改質器
３５水分凝縮回収装置
３６白煙防止装置
３９水回収熱交換器
４０タンク
４４追加熱交換器
４８脱気装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas turbine system that chemically reforms fuel using exhaust gas from a turbine, and more particularly to a gas turbine system that can recover a water vapor component in exhaust gas and effectively use water resources.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as a means different from the combined cycle for improving efficiency by recovering heat from exhaust gas, the fuel supplied to the turbine is chemically reformed by the thermal energy contained in the exhaust gas to improve the chemical energy of the fuel. Proposals have been made to recover exhaust heat and improve the efficiency of the entire system.
[0003]
Currently, natural gas is one of the widely used fuels for gas turbines, and the main component of natural gas is methane. As a typical reforming method of methane, there is known a method in which steam is added to methane, and it is converted into hydrogen and carbon monoxide by maintaining a high temperature in the presence of a catalyst such as nickel.
[0004]
FIG. 6 is a diagram showing an example of such a gas turbine system. In the gas turbine system shown in FIG. 6, the air 1 is compressed by the compressor 2 into high-pressure air 3 and combusted in the combustor 4 together with the reformed fuel 21 containing hydrogen reformed by the reformer 20. At this time, in some cases, the injection steam 16 is injected into the combustor 4.
[0005]
When the high-temperature and high-pressure combustion gas 5 that has become high temperature in the combustor 4 expands in the gas turbine 6, it generates power and becomes low-pressure gas turbine exhaust gas 7. The gas turbine exhaust gas 7 is reformed by heating the high-pressure raw fuel 19 such as methane in the reformer 20 and becomes the reformer exhaust gas 8 whose temperature is lowered as the reformed fuel 21 containing hydrogen. The reformer exhaust gas 8 is deprived of heat by the water 10 pressurized by the pump 11 in the evaporator 13, and becomes an evaporator exhaust gas 9 of about 100 ° C. to 200 ° C. at about atmospheric pressure and exhausted outside the system. .
[0006]
The water deprived of heat from the reformer exhaust gas 8 by the evaporator 13 becomes steam 14 and reforming steam 22. Among them, the reforming steam 22 is mixed with the high-pressure raw fuel 19 obtained by compressing the raw fuel 17 such as methane by the fuel compressor 18, and receives the heat of the gas turbine exhaust gas 7 by the reformer 20. As described above, the reforming reaction occurs and the reformed fuel 21 containing hydrogen is obtained. On the other hand, the steam 14 passes through the steam valve 15 and is injected into the combustor 4 as the injection steam 16.
[0007]
An example of such a gas turbine system using steam reforming of methane is shown in Japanese Patent Laid-Open No. 2-286835. As for a system for recovering and using a steam component from gas turbine exhaust gas, many systems have been considered in order to improve the efficiency of the gas turbine. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-12006 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-117764. It is shown in.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the gas turbine system having the reformer 20 that chemically reforms, such as methane, a large amount of steam is required for reforming. The water used for this water vapor is replenished from the outside of the system and then discharged as exhaust gas, so that water resources are not effectively utilized. In addition, since a large amount of water vapor is contained in the exhaust gas, mist is generated when the exhaust gas is discharged from the chimney, and white smoke rises, resulting in environmental problems.
[0009]
In the conventional gas turbine system, a system for recovering water vapor from exhaust gas is proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-117764. When the steam recovery system shown in the above is directly applied to a gas turbine system that performs fuel reforming, the amount of recovered steam is large, so a cold heat source for producing a large amount of low-temperature cooling water required for water recovery. However, the steam recovery system tends to be larger than other equipment of the gas turbine system, and is not necessarily a practical system in terms of installation area and cost. In addition, in a water recovery system devised, for example, in JP-A-11-117764, a cooling medium for recovering water vapor is sprinkled on the exhaust gas by spraying, so that the condensed recovery water and the cooling medium are discharged together with the exhaust gas. Therefore, in practice, there is a problem that it is difficult to condense and recover water vapor.
[0010]
The present invention has been made in consideration of such points, and provides a practical gas turbine system capable of effectively utilizing water resources in a gas turbine system having a reformer that chemically reforms fuel. The purpose is to do.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a compressor that compresses a fluid containing oxygen for combustion, a reformer that chemically reforms fuel gas to generate reformed gas, and an evaporator that generates steam and sends it to the reformer And a combustor that combusts the reformed gas sent from the reformer through the reformed gas pipe by a fluid from the compressor, and a turbine that converts the combustion gas generated in the combustor into power. Condensation recovery device that supplies exhaust gas from the exhaust gas to the reformer and evaporator, condenses and collects water vapor in the exhaust gas in the exhaust gas pipe downstream of the evaporator, and sends the recovered condensed water to the evaporator A gas turbine system characterized in that is provided.
[0012]
According to the present invention, a moisture condensing and collecting device is provided in the exhaust gas pipe, and the recovered water is sent to the evaporator to generate water vapor, and this water vapor is sent to the reformer, so that the water vapor in the exhaust gas is recovered and modified. Can be used in the genitalia. For this reason, it is not necessary to supply water from outside the system in order to supply steam to the reformer.
[0013]
The present invention is a gas turbine system in which an exhaust gas pipe on the inlet side of a moisture condensation recovery device and an exhaust gas pipe on the outlet side of the moisture condensation recovery device are connected by a gas heat exchanger.
[0014]
According to the present invention, since the exhaust gas on the outlet side of the moisture condensing and collecting apparatus is heated by the gas heat exchanger, the exhaust gas containing water vapor in the vicinity of the saturated concentration after being cooled once is reheated, so that the exhaust gas temperature rises, and consequently Relative humidity decreases. For this reason, mist generation can be suppressed and white smoke can be prevented.
[0015]
The present invention relates to a moisture condensing and recovering apparatus comprising an exhaust gas pipe through which exhaust gas flows, a water recovery heat exchanger connected to a cooling medium pipe through which a cooling medium flows, and a tank for storing condensed water from the water recovery heat exchanger. It is a gas turbine system characterized by having.
[0016]
According to the present invention, since the moisture condensing and collecting apparatus is composed of a water collecting heat exchanger and a tank, it is possible to use a naturally large quantity of air, seawater, or the like as a cooling medium for the water collecting heat exchanger. Therefore, it is not necessary to secure a new water resource as a cooling medium, and as a result, the water resource can be effectively used. In addition, by installing a tank for storing condensed water, even when the amount of water used decreases due to load fluctuations, the collected water can be stored, so it is not wasted.
[0017]
The present invention is a gas turbine system in which a cooling medium pipe on the outlet side of a water recovery heat exchanger is connected to a tank.
[0018]
According to the present invention, since the cooling medium on the outlet side of the water recovery heat exchanger is connected to the tank, the cooling medium such as water used for cooling in the water recovery heat exchanger can be heated and used as it is as steam. Water resources can be used effectively.
[0019]
The present invention is a gas turbine system in which the water recovery heat exchanger is a direct contact heat exchanger that exchanges heat by directly contacting the exhaust gas from the exhaust gas pipe and the cooling medium from the cooling medium pipe. .
[0020]
According to the present invention, the water recovery heat exchanger is a direct contact heat exchanger in which exhaust gas and the cooling medium are brought into direct contact to exchange heat, so that an installation area can be reduced without requiring a device for mixing the cooling medium and condensed water. Can do. Also, the water recovery heat exchanger can be made cheaper by making it a direct contact type as compared with those having a large number of heat transfer tubes and various plate types, and it becomes more practical.
[0021]
The present invention relates to a water condensing and collecting apparatus, a water recovery heat exchanger connected to an exhaust gas pipe through which exhaust gas flows, a tank for storing condensed water from the water recovery heat exchanger, and a water pipe through which condensed water from the tank flows. The gas turbine system includes an additional heat exchanger connected to a cooling medium pipe through which the cooling medium flows, and a water pipe on the outlet side of the additional heat exchanger is connected to the water recovery heat exchanger.
[0022]
According to the present invention, since the moisture condensing and collecting apparatus has a water collecting heat exchanger, a tank, and an additional heat exchanger, the gas turbine is installed in a place where a large amount of clean water cannot be obtained such as a water purification plant. Even when the system is installed, it is possible to cool using a large amount of air or seawater as a cooling medium, so that it is easy to collect condensed water.
[0023]
The present invention is a gas turbine system in which the water recovery heat exchanger is a direct heat exchanger that exchanges heat by directly contacting exhaust gas from the exhaust gas pipe and condensed water from the additional heat exchanger.
[0024]
According to the present invention, the additional heat exchanger is a direct contact heat exchanger in which exhaust gas and water are brought into direct contact to exchange heat, so that the heat exchanger having a large number of heat transfer tubes and various plate-type heat exchangers can be used. It can be made cheaper and more practical.
[0025]
The present invention is a gas turbine system in which the additional heat exchanger and the tank are integrally formed.
[0026]
According to the present invention, it is not necessary to provide a tank separately from the additional heat exchanger, and the installation area can be reduced.
[0027]
The present invention is a gas turbine system characterized in that means for removing gas in the condensed water from the condensed water is provided in the tank.
[0028]
According to the present invention, carbonated water is generated by a gas in condensed water, for example, carbon dioxide and water, and it is possible to prevent the supply pipe to the reformer from being corroded by this carbonated water, thereby reducing the cost of piping material. can do.
[0029]
The present invention is a gas turbine system in which the water recovery heat exchanger is a shelf-type direct contact heat exchanger, and a flow rate when exhaust gas exits the direct contact heat exchanger is approximately 6 m / s or less. is there.
[0030]
According to the present invention, the water recovery heat exchanger is a shelf-type direct contact heat exchanger, and the flow rate when the exhaust gas exits the direct contact heat exchanger is approximately 6 m / s or less. However, the cooling water does not fly with the exhaust gas and is not discharged, thus providing a more practical direct contact heat exchanger.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First embodiment
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a gas turbine system according to the present invention.
[0032]
In FIG. 1, the gas turbine system chemically reforms a reformed gas (modified gas) such as a compressor 2 for compressing a fluid containing oxygen for fuel, for example, air 1 and a fuel gas (high pressure raw fuel) 19 such as methane. A reformer 20 for generating a high quality fuel) 21, an evaporator 13 for generating steam from water and sending it to the reformer 20, and a high pressure air 3 from the compressor 2 from the reformer 20 to the reformed gas pipe 52. And a turbine 6 for converting the high-temperature and high-pressure combustion gas generated by the combustor 4 into motive power.
[0033]
Further, an exhaust gas pipe 50 is connected to the turbine 6, the reformer 20 and the evaporator 13 are sequentially provided in the exhaust gas pipe 50, and further, an exhaust gas of the evaporator is connected to the exhaust gas pipe 50 downstream of the evaporator 13. 9 is provided with a moisture condensing and recovering device 35 for condensing and recovering the water vapor in 9 and sending the recovered condensed water to the evaporator 13.
[0034]
That is, a water pipe 51 is connected to the moisture condensing and collecting apparatus 35, and a pump 11 for sending condensed water to the evaporator 13 is attached to the water pipe 51 between the moisture condensing and collecting apparatus 35 and the evaporator 13. Yes.
[0035]
The evaporator 13 is connected with steam pipes 53 and 53a for sending the steam 14 and the reforming steam 22 to the combustor 4 and the reformer 20, respectively, and the steam valve 15 is attached to the steam pipe 53.
[0036]
In FIG. 1, a fuel compressor 18 that pressurizes the raw fuel 17 to form a high-pressure raw fuel 19 is provided on the inlet side of the reformer 20.
[0037]
Next, the operation of the present embodiment having such a configuration will be described.
[0038]
First, the air 1 is compressed by the compressor 2 to become high-pressure air 3, and the high-pressure air 3 is combusted in the combustor 4 together with the reformed gas (reformed fuel) 21 containing hydrogen sent from the reformer 20. At this time, the water vapor 14 sent from the evaporator 13 is simultaneously injected into the combustor 4 through the steam valve 15 as the injection steam 16.
[0039]
The high-temperature and high-pressure combustion gas 5 leaving the combustor 4 expands in the gas turbine 6 to generate power, and becomes low-pressure gas turbine exhaust gas 7.
[0040]
On the other hand, raw fuel 17 such as methane is pressurized by a fuel compressor 18 to become high-pressure raw fuel 19, and this high-pressure raw fuel 19 is sent to a reformer 20. In the reformer 20, the gas turbine exhaust gas 7 heats the high-pressure raw fuel 19 such as methane, and the temperature is lowered to become the reformer exhaust gas 8. On the other hand, the high-pressure raw fuel 19 is mixed with reforming steam 22 in the reformer 20 to cause a reforming reaction to become a reformed fuel 21 containing hydrogen.
[0041]
The reformer exhaust gas 8 becomes the evaporator exhaust gas 9 after further heating the evaporator condensate 31 sent from the moisture condensing and collecting device 35 in the evaporator 13. The evaporator exhaust gas 9 is condensed by the moisture condensation and recovery device 35 and separated into condensed water 33 and final exhaust gas 32. The final exhaust gas 32 is discharged into the atmosphere, a part of the condensed water 33 becomes the condensed water 31 for the evaporator, and the rest is discharged as waste water 34.
[0042]
The evaporator condensed water heated by the reformer exhaust gas 8 in the evaporator 13 becomes the steam 14 and the reforming steam 22. As described above, the reforming steam 22 receives the heat of the gas turbine exhaust gas 7 in the reformer 20, causes a reforming reaction, and becomes the reformed fuel 21 containing hydrogen.
[0043]
As described above, according to the present embodiment, the moisture condensation recovery device 35 is attached to the final exhaust gas portion, and the evaporator condenser 31 that is a part of the recovered condensed water is boosted by the pump 11 to the evaporator 13. Supply. Therefore, it is not necessary to supply water from outside the system in order to produce the reforming steam 22, and water resources can be used effectively.
[0044]
Second embodiment
Next, a second embodiment of the gas turbine system according to the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, a gas heat exchanger (white smoke prevention device) 36 is connected to the exhaust gas pipe 50 on the entry side and the exit side of the moisture condensation recovery device 35.
[0045]
In FIG. 2, the same parts as those of the first embodiment shown in FIG.
[0046]
In FIG. 2, the air 1 is compressed by the compressor 2 into high-pressure air 3, and the high-pressure air 3 is combusted in the combustor 4 together with the reformed fuel 21 containing hydrogen generated in the reformer 20. At this time, the injection steam 16 is injected into the combustor 4. When the high-temperature and high-pressure combustion gas 5 exiting the combustor 4 expands in the gas turbine 6, it generates power and becomes low-pressure gas turbine exhaust gas 7. The low-pressure gas turbine exhaust gas 7 is deprived of heat by the high-pressure raw fuel 19 such as methane in the reformer 20, and the temperature is lowered to become the reformer exhaust gas 8. On the other hand, the high-pressure raw fuel 19 is mixed with the reforming steam 22 to become a reformed fuel 21 containing hydrogen. The reformer exhaust gas 8 is further deprived of heat by the evaporator 13 and then becomes the evaporator exhaust gas 9. The evaporator exhaust gas 9 enters the white smoke prevention device 36 and becomes a white smoke prevention device exhaust gas 9a whose temperature is lowered to about the dew point of the evaporator exhaust gas 9 by exchanging heat with the moisture condensation recovery device exhaust gas 32a.
[0047]
The white smoke prevention device exhaust gas 9a is separated into condensed water 33 and moisture condensation recovery device exhaust gas 32a by the moisture condensation recovery device 35. The moisture condensation recovery device exhaust gas 32a enters the white smoke prevention device 36, exchanges heat with the evaporator exhaust gas 9, increases in temperature, becomes the final exhaust gas 32 in a state of low relative humidity, and is discharged into the atmosphere. On the other hand, part of the condensed water 33 recovered in the liquid state by the moisture condensing and recovering device 35 becomes the condensed water 31 for the evaporator, and the rest is discharged as the drainage 34.
[0048]
The evaporator condensate deprived of heat from the evaporator exhaust gas 8 by the evaporator 13 becomes the steam 14 and the reforming steam 22, and the reforming steam 22 is sent to the reformer 20. On the other hand, the steam 14 passes through the steam valve 15 and enters the combustor 4 as the injection steam 16 as described above.
[0049]
According to the present embodiment, the white smoke prevention device 36 lowers the temperature of the white smoke prevention device exhaust gas 9a entering the water vapor component recovery device 35 to reduce the heat load of the moisture condensation recovery device 35 and at the same time the final exhaust gas 32. Since the relative humidity can be lowered, not only can the moisture condensing and collecting apparatus be made compact, but also white smoke can be prevented and the influence on the environment can be reduced.
[0050]
Third embodiment
Next, a third embodiment of the gas turbine system according to the present invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment, the exhaust gas pipe 36 on the downstream side of the white smoke prevention device 36 and the cooling medium pipe 54 are connected by a water recovery heat exchanger 39 and a tank is provided downstream of the water recovery heat exchanger 39. 40 is provided.
[0051]
In FIG. 3, the water recovery heat exchanger 39 and the tank 40 constitute a water condensation recovery device 35. In FIG. 3, the same parts as those of the second embodiment shown in FIG.
[0052]
The air 1 is compressed by the compressor 2 to become high-pressure air 3, and the high-pressure air 3 is combusted in the combustor 4 together with the reformed fuel 21 generated in the reformer 20. At this time, the injection steam 16 is injected into the combustor 4. When the high temperature / high pressure combustion gas 5 discharged from the combustor 4 expands in the gas turbine 6, it generates power and becomes low pressure gas turbine exhaust gas 7. The gas turbine exhaust gas 7 is deprived of heat by the high pressure raw fuel 19 such as methane in the fuel reformer 20, and the temperature is lowered to become the reformer exhaust gas 8. On the other hand, the high-pressure raw fuel 19 is mixed with the reforming steam 22 to become a reformed fuel 21 containing hydrogen. The reformer exhaust gas 8 is further deprived of heat by the evaporator 13 and then becomes the evaporator exhaust gas 9. The evaporator exhaust gas 9 enters the white smoke prevention device 36, exchanges heat with the condenser exhaust gas 32 a, and the temperature drops to about the dew point of the evaporator exhaust gas 9 to become the white smoke prevention device exhaust gas 9 a.
[0053]
The white smoke prevention device exhaust gas 9a is separated into the condensed water 33 and the condenser exhaust gas 32a after exchanging heat with a cooling medium such as seawater or air 37 in the water recovery heat exchanger 39. At this time, the temperature of the seawater or air rises and is discharged out of the system as discharged seawater or air 38.
[0054]
The condenser exhaust gas 32 a enters the white smoke prevention device 36, exchanges heat with the evaporator exhaust gas 9, increases in temperature, becomes the final exhaust gas 32 with a low relative humidity, and is discharged into the atmosphere. On the other hand, after the condensed water 33 is accumulated in the tank 40, part of the condensed water 33 becomes the evaporator condensed water 31 and the rest is discharged as drainage 34.
[0055]
The evaporator condensate deprived of heat from the reformer exhaust gas 8 by the evaporator 13 becomes the steam 14 and the reforming steam 22, and the reforming steam 22 is sent to the reformer 20. On the other hand, the steam 14 passes through the steam valve 15 and is injected into the combustor 4 as the injection steam 16.
[0056]
According to the present embodiment, the moisture condensing and collecting apparatus 35 has the tank 40 for storing the condensed water 33, so that even when the amount of the condensed water 33 temporarily increases due to load fluctuation or the like, it is stored in the tank 40. be able to. For this reason, the temporary increase of the waste_water | drain 34 can be prevented and the influence on an environment can be decreased. On the other hand, even when the amount of the condensed water 33 temporarily decreases, the water stored in the tank 40 can be used, so that the amount of steam supplied to the reformer 20 can be secured. By providing such a tank 40, it is possible to provide a system with little environmental impact even when the load fluctuates.
[0057]
Further, by using a cooling medium such as air or seawater 37 as a cooling medium for the water recovery heat exchanger 39, the white smoke prevention device exhaust gas 9a can be cooled in the water recovery heat exchanger 39. Moreover, since a large amount of air and seawater can be flowed, the flow rate in the water recovery heat exchanger 39 can be increased. Therefore, the cooling temperature can be kept low, and the temperature of the exhausted air and the seawater after heat recovery can be kept low. Therefore, the influence on the environment can be reduced and the condenser performance can be improved, and the water recovery heat exchanger 39 can be made smaller.
[0058]
Fourth embodiment
Next, a fourth embodiment of the gas turbine system according to the present invention will be described with reference to FIG. In the fourth embodiment, a cooling medium pipe on the downstream side of the water recovery heat exchanger 39 is connected to a tank.
[0059]
In FIG. 4, the same parts as those of the third embodiment shown in FIG.
[0060]
In FIG. 4, the air 1 is compressed by the compressor 2 to become high-pressure air 3, and the high-pressure air 3 is combusted in the combustor 4 together with the reformed fuel 21 containing hydrogen generated in the reformer 20. At this time, the injection steam 16 is injected into the combustor 4. When the high-temperature / high-pressure combustion gas 5 discharged from the combustor 4 expands in the gas turbine 6, it generates power and becomes low-pressure gas turbine exhaust gas 7. The gas turbine exhaust gas 7 is deprived of heat by the high pressure raw fuel 19 such as methane in the fuel reformer 20, and the temperature is lowered to become the reformer exhaust gas 8.
[0061]
On the other hand, the high-pressure raw fuel 19 is mixed with the reforming steam 22 to become a reformed fuel 21 containing hydrogen. The reformer exhaust gas 8 is further deprived of heat by the evaporator 13 and then becomes the evaporator exhaust gas 9. The evaporator exhaust gas 9 enters the white smoke prevention device 36 and becomes a white smoke prevention device exhaust gas 9a whose temperature is lowered to about the dew point of the exhaust gas 9 through heat exchange with the condenser exhaust gas 32a.
[0062]
The white smoke prevention device exhaust gas 9a exchanges heat with a cooling medium such as purified water 41 in the water recovery heat exchanger 39, and is separated into condensed water 33 and condenser exhaust gas 32a. At this time, the temperature of the purified water 41 rises to become high temperature purified water 42 and is led to the tank 40. The condenser exhaust gas 32a enters the white smoke prevention device 36, exchanges heat with the white smoke prevention device exhaust gas 9a, rises in temperature, becomes the final exhaust gas 32 in a state with a low relative humidity, and is discharged into the atmosphere.
[0063]
On the other hand, after the condensed water 33 is accumulated in the tank 40, a part thereof becomes the condensed water 31 for the evaporator, and the rest is supplied as the purified water 43 to the outside of the system and used.
[0064]
The evaporator condensate deprived of heat from the reformer exhaust gas 8 in the evaporator 13 becomes steam 14 and reforming steam 22, and the reforming steam 22 is sent to the reformer 20. On the other hand, the steam 14 passes through the steam valve 15 and is injected into the combustor 4 as the injection steam 16.
[0065]
According to this Embodiment, since the condensed water 33 and the purified water 42 used as a cooling medium are introduce | transduced into the same tank 40, a part of condensed water 33 can be utilized as purified water. Further, by using the purified water 41 as a cooling medium of the water recovery heat exchanger 39, not only the white smoke prevention device exhaust gas 9a can be cooled, but also a part of the condensed water 31 can be used as the purified water 43. For this reason, there is no drainage and the influence on the environment can be reduced.
[0066]
Note that the water recovery heat exchanger 39 can be a direct contact heat exchanger, and by doing so, the size of the heat exchanger can be reduced.
[0067]
Fifth embodiment
Next, a fifth embodiment of the gas turbine system according to the present invention will be described with reference to FIG. In the fifth embodiment, the moisture condensing and collecting apparatus is constituted by a water collecting heat exchanger 39, a tank 40, and an additional heat exchanger 44, and others are the fourth embodiment shown in FIG. Is almost the same.
[0068]
In FIG. 5, the same parts as those of the fourth embodiment shown in FIG.
[0069]
In FIG. 5, the air 1 is compressed by the compressor 2 to become high-pressure air 3, and the high-pressure air 3 is combusted in the combustor 4 together with the reformed fuel 21 containing hydrogen generated in the reformer 20. At this time, the injection steam 16 is injected into the combustor 4. When the high-temperature and high-pressure combustion gas 5 discharged from the combustor 4 expands in the gas turbine 6, it generates power and becomes low-pressure gas turbine exhaust gas 7. The gas turbine exhaust gas 7 is deprived of heat by the high pressure raw fuel 19 such as methane in the reformer 20, and the temperature is lowered to become the reformer exhaust gas 8. On the other hand, the high-pressure raw fuel 19 is mixed with reforming air to become a reformed fuel 21 containing hydrogen. The reformer exhaust gas 8 is further deprived of heat by the evaporator 13 and then becomes the evaporator exhaust gas 9. The evaporator exhaust gas 9 enters the white smoke prevention device 36 and is heat-exchanged with the condenser exhaust gas 32a to become the exhaust gas 9a whose temperature has dropped to about the dew point of the exhaust gas 9.
[0070]
The exhaust gas 9a exchanges heat with the cooling water 47 sent from the additional heat exchanger 44 by the water recovery heat exchanger 39, and is separated into condensed water 33 and condenser exhaust gas 32a. At this time, the cooling water 47 in the water recovery heat exchanger 39 is guided to the tank 40 together with the condensed water 33. The condenser exhaust gas 32 a enters the white smoke prevention device 36, exchanges heat with the evaporator exhaust gas 9, increases in temperature, becomes the final exhaust gas 32 with a low relative humidity, and is discharged into the atmosphere.
[0071]
On the other hand, after the condensed water 33 is accumulated in the tank 40, the condensed water 33 is discharged from the water pipe 51 and divided into the cooling water 46, the evaporator condensed water 31, and the drainage 34. Among these, the cooling water 46 in the water pipe 51 is heat-exchanged with the cooling medium such as seawater or the atmosphere 37 flowing through the cooling medium pipe 54 by the additional heat exchanger 44, and the temperature is lowered to become the cooling water 47. At this time, the temperature of the seawater or air 37 rises and is discharged as a discharge cooling medium such as discharged seawater or air 38.
[0072]
The evaporator condensed water 31 takes heat from the reformer exhaust gas 8 by the evaporator 13 to become steam 14 and reforming steam 22, and the reforming steam 22 is sent to the reformer 20. On the other hand, the steam 14 passes through the steam valve 15 and is injected into the combustor 4 as the injection steam 16.
[0073]
According to the present embodiment, by providing the additional heat exchanger 44, even when purified water cannot be used as a cooling medium for the water recovery heat exchanger 39, cooling water is used as a method for cooling the white smoke prevention device exhaust gas 9a. It becomes possible. For this reason, especially when it has to be cooled in the atmosphere, the condenser can be made small, and the effect of reducing the installation area can be obtained.
[0074]
In addition, the water recovery heat exchanger 39 can be a direct contact heat exchanger, which can reduce the size of the heat exchanger, thereby reducing the installation area.
[0075]
Further, in such a configuration, the water recovery heat exchanger 39 and the tank 40 may be integrally formed, thereby reducing the installation area.
[0076]
Further, a degassing device 47 for degassing a gas such as carbon dioxide may be provided in the tank 40. In this case, the deaeration device 47 can prevent the carbon dioxide from dissolving into the condensed water and lower the acidity. For this reason, it becomes possible to use a cheap material for a piping member, and it can be set as a more practical system.
[0077]
Furthermore, a shelf type direct contact heat exchanger may be used as the water recovery heat exchanger 39. At this time, the flow rate of the exhaust gas 32a from the water recovery heat exchanger 39 is set to 6 m / s or less. As a result, the condensed water from the water recovery heat exchanger 39 can be prevented from being discharged together with the exhaust gas 32a, and the condensed water can be recovered efficiently.
[0078]
【The invention's effect】
As described above, according to the configuration of the present invention, in the gas turbine system having the reformer that chemically reforms the fuel, the moisture in the exhaust gas from the turbine is effectively recovered to reform the steam. Can be used as For this reason, the practical system which can utilize water resources effectively can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of a gas turbine system according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a second embodiment of a gas turbine system according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a third embodiment of a gas turbine system according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a fourth embodiment of a gas turbine system according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a fifth embodiment of a gas turbine system according to the present invention.
FIG. 6 is a system configuration diagram showing a conventional gas turbine system.
[Explanation of symbols]
2 Compressor
4 Combustors
6 Gas turbine
13 Evaporator
18 Fuel compressor
20 Fuel reformer
35 Moisture condensation recovery equipment
36 White smoke prevention device
39 Water recovery heat exchanger
40 tanks
44 Additional heat exchanger
48 Deaerator

Claims

A compressor for compressing a fluid containing combustion oxygen;
A reformer that chemically reforms the fuel gas to generate a reformed gas;
An evaporator that generates steam and sends it to the reformer;
A combustor that burns the reformed gas sent from the reformer through the reformed gas pipe by the fluid from the compressor;
A turbine that converts combustion gas generated in the combustor into power,
Supply exhaust gas from turbine to reformer and evaporator through exhaust pipe,
In the exhaust gas pipe on the downstream side of the evaporator, a moisture condensing and collecting device for condensing and recovering the water vapor in the exhaust gas and sending the recovered condensed water to the evaporator is provided.
The moisture condensation recovery device has a water recovery heat exchanger connected to an exhaust gas pipe through which exhaust gas flows and a cooling medium pipe through which a cooling medium flows, and a tank for storing condensed water from the water recovery heat exchanger,
The water recovery heat exchanger is a direct contact heat exchanger that exchanges heat by directly contacting exhaust gas from an exhaust gas pipe with a cooling medium from a cooling medium pipe.

The gas turbine system according to claim 1, wherein an exhaust gas pipe on the inlet side of the moisture condensation recovery device and an exhaust gas pipe on the outlet side of the moisture condensation recovery device are connected by a gas heat exchanger.

The gas turbine system according to claim 1, wherein a cooling medium pipe on the outlet side of the water recovery heat exchanger is connected to the tank.

A compressor for compressing a fluid containing combustion oxygen;
A reformer that chemically reforms the fuel gas to generate a reformed gas;
An evaporator that generates steam and sends it to the reformer;
A combustor that burns the reformed gas sent from the reformer through the reformed gas pipe by the fluid from the compressor;
A turbine that converts combustion gas generated in the combustor into power,
Supply exhaust gas from turbine to reformer and evaporator through exhaust pipe,
In the exhaust gas pipe on the downstream side of the evaporator, a moisture condensing and collecting device for condensing and recovering the water vapor in the exhaust gas and sending the recovered condensed water to the evaporator is provided.
The moisture condensing / recovering device includes a water recovery heat exchanger connected to an exhaust gas pipe through which exhaust gas flows, a tank for storing condensed water from the water recovery heat exchanger, a water pipe through which condensed water from the tank flows, and a cooling medium. An additional heat exchanger connected to the cooling medium pipe, connecting the water pipe on the outlet side of the additional heat exchanger to the water recovery heat exchanger,
A gas turbine system, wherein the water recovery heat exchanger is a direct contact heat exchanger that exchanges heat by directly contacting exhaust gas from an exhaust gas pipe with condensed water from an additional heat exchanger.

The gas turbine system according to claim 4, wherein the additional heat exchanger and the tank are integrally formed.

6. The gas turbine system according to claim 4, wherein means for removing the gas in the condensed water from the condensed water is provided in the tank.

5. The gas turbine system according to claim 4, wherein the water recovery heat exchanger is a shelf-type direct contact heat exchanger, and a flow rate when exhaust gas exits the direct contact heat exchanger is approximately 6 m / s or less. .