JP4794229B2 - Gas turbine power generator and gas turbine combined power generation system - Google Patents
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Description
本発明は、エネルギの有効利用が可能なガスタービン発電装置、ガスタービン複合発電システムに関し、特に燃料ガスの一部を循環する燃料ガス圧縮機を有するガスタービン発電装置、ガスタービン発電装置を備える複合発電システムに関する。 The present invention relates to a gas turbine power generation apparatus and a gas turbine combined power generation system capable of effectively using energy, and in particular, a gas turbine power generation apparatus having a fuel gas compressor that circulates a part of fuel gas, and a composite including the gas turbine power generation apparatus. The power generation system.
図7は、従来の高炉ガスなどの低圧・低発熱量燃料を使用するガスタービン複合発電システム1の概略的構成を示す図である。ガスタービン複合発電システム1は、ガスタービン発電装置と、汽力発電装置とに大別される。ガスタービン発電装置は、高炉ガスなどの燃料を燃焼させた燃焼ガスで、ガスタービン、ガスタービンに連結される発電機を駆動させ発電を行う。一方、汽力発電装置は、ガスタービンを出た燃焼ガスの熱を、排熱回収ボイラーで回収し、蒸気を発生させ、蒸気タービン、発電機を駆動させ発電を行う。このように燃焼ガスの熱を回収することで熱効率を高めるシステムとなっている。
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a gas turbine combined
高炉ガスなどの低圧・低発熱量燃料を使用するガスタービン発電装置では、燃料ガスは、圧力が低いため軸流式の燃料ガス圧縮機2で所定の圧力まで昇圧して、燃焼器3に送られ燃焼される。具体的には、燃料ガスは、管路4を通じて電気集じん装置5に導かれ、ここで除じんされた後、燃料ガス圧縮機2に導かれ、ここで所定圧力まで昇圧される。圧縮された燃料ガスは、燃料遮断弁6を経由して燃焼器3に送られ、空気圧縮機7で圧縮された空気と混合して燃焼する。この燃焼ガスは、ガスタービン8の駆動源となり、ガスタービン8は、空気圧縮機7、燃料ガス圧縮機2を駆動するとともに、発電機9を駆動し、これにより発電を行う。
In a gas turbine power generator using a low pressure / low calorific value fuel such as blast furnace gas, the pressure of the fuel gas is low, and the pressure is increased to a predetermined pressure by the axial
燃料ガス圧縮機2に使用する軸流式圧縮機は、サージングの範囲が広く、燃料ガスの流量が所定量以下になるとサージングが発生するため、これを回避する目的で、所定の流量以下とならないように、燃料ガス戻りライン10を通じて吐出ガス(燃料ガス)の一部を循環運転している。燃料ガス戻りライン10の途中には、戻りガス(循環ガス)量を調整するための第一のガス戻量制御弁11が備えられている。また、燃料ガス戻りライン10は、大量の戻りガスを処理するためのバイパスライン12を有し、バイパスライン12には、第二のガス戻量制御弁13が配設されている。燃料ガス圧縮機2で燃料ガスを圧縮すると、燃料ガスの温度が上昇するため、循環ガスは、燃料ガス戻りライン10に配設されたガス冷却器14で冷却され、燃料ガス圧縮機2に返送される。
The axial flow compressor used for the
排熱回収ボイラー20は、低圧節炭器21を備え、低圧給水ポンプ22で送水された給水を、ガスタービン8からの燃焼ガスで予熱する。予熱された給水の大部分は、高圧給水ポンプ23を経由して、排熱回収ボイラー20の高圧節炭器、高圧蒸発器、高圧過熱器に送られ高圧蒸気となり、蒸気タービン24を駆動する。また、予熱された給水の一部は、排熱回収ボイラー20の低圧蒸発器、低圧過熱器に送られ低圧蒸気となり、蒸気タービン24を駆動する。蒸気タービン24は、連結する発電機9を駆動し、発電を行う。
The exhaust
蒸気タービン24を出た蒸気は、復水器25で復水となり、復水ポンプ26を経由して低圧給水ポンプ22に送られ、循環使用される。また本排熱回収ボイラーは、低圧節炭器21の腐食を防止するための節炭器循環ポンプ27を備えるとともに、排熱回収ボイラー20から排出される燃焼ガスを放出する煙突28を備える。
The steam that exits the
ガスタービン複合発電システム1は、概略上記のような構成からなるが、燃料ガス圧縮機には、燃料ガス戻りラインから返送される燃料ガスと、管路4から供給される燃料ガスのカロリーが相違し、ガスタービンの回転数や負荷が変動する課題が指摘されている。これを解決するため、燃料ガス戻りラインから返送される燃料ガスと、管路4から供給される燃料ガスの混合を行う技術が開示されている(例えば特許文献1参照)。
高炉ガスなどの低圧・低発熱量燃料を使用するガスタービン発電装置、又はガスタービン発電装置を備える複合発電システムであって、圧縮した燃料ガスの一部を循環しながら運転を行う発電システムにおいては、図7に示したように燃料ガス戻りラインの高温、高圧の循環ガスの有するエネルギが十分に利用、回収されていない。これは循環ガスが発電システムの運転上、重要な役割を果し、循環ガスを安定的に循環させることが必要なこと、循環ガスを十分に冷却し、かつ大気圧近傍まで減圧した後、燃料ガス圧縮機へ戻さなければならないという制約を伴うことによる。 In a gas turbine power generator using a low-pressure, low calorific value fuel such as blast furnace gas, or a combined power generation system including a gas turbine power generator, in a power generation system that operates while circulating a part of the compressed fuel gas As shown in FIG. 7, the energy of the high-temperature and high-pressure circulating gas in the fuel gas return line is not sufficiently utilized and recovered. This is because the circulating gas plays an important role in the operation of the power generation system, and it is necessary to circulate the circulating gas stably. After cooling the circulating gas sufficiently and reducing the pressure to near atmospheric pressure, the fuel This is due to the constraint that it must be returned to the gas compressor.
これら発電システムにおいて、エネルギを有効に利用、あるいは回収することができれば、これら発電システムにとって有用であることは言うに及ばない。特許文献1に記載の技術は、高炉ガスなどの低圧・低発熱量燃料を使用するガスタービン発電システムにとって有用な技術であるが、エネルギの有効利用、又はエネルギの回収に関する技術ではない。エネルギを有効に利用する技術、あるいはエネルギを効率的に回収する技術を備えた、高炉ガスなどの低圧・低発熱量燃料を使用するガスタービン発電装置、ガスタービン発電装置を備える複合発電システムは、他の文献等にも開示されておらず、開発が待たれている。
Needless to say, these power generation systems are useful for these power generation systems if the energy can be effectively used or recovered. The technique described in
本発明の目的は、簡便な構成で、効率的にエネルギを有効利用可能な、又はエネルギを回収可能なガスタービン発電装置、又はガスタービン複合発電システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a gas turbine power generation apparatus or a gas turbine combined power generation system capable of efficiently using energy efficiently or recovering energy with a simple configuration.
本発明は、燃料ガスの一部を循環可能な燃料ガス戻りラインを備え、燃料ガスの一部を循環しながら燃料ガスの圧縮を行う燃料ガス圧縮機、燃料ガスを燃焼させる燃焼器、及び該燃焼器に圧縮空気を送る空気圧縮機を含み構成されるガスタービン発電装置において、前記燃料ガス戻りラインを流通する、前記燃料ガス圧縮機で圧縮され高温、高圧となった燃料ガスからエネルギを回収するエネルギ回収装置を備え、前記エネルギ回収装置は、膨張タービン、該膨張タービンと連結された冷媒圧縮機、該冷媒圧縮機により圧縮された冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器、凝縮した冷媒を減圧する膨張弁、及び該膨張弁から送られる冷媒を蒸発させる蒸発器を含み構成される蒸気圧縮式冷凍装置であり、前記蒸発器で、前記燃料ガス圧縮機の吸気ガス及び/又は前記空気圧縮機の吸気エアーと冷媒との熱交換を行い、前記燃料ガス圧縮機の吸気ガス及び/又は前記空気圧縮機の吸気エアーを冷却することを特徴とするガスタービン発電装置である。 The present invention includes a fuel gas return line that can circulate a part of the fuel gas, a fuel gas compressor that compresses the fuel gas while circulating a part of the fuel gas, a combustor that burns the fuel gas, and the recovered in the composed gas turbine power generation system includes an air compressor to send compressed air to the combustor, flows through the fuel gas return line, high temperature compressed in the fuel gas compressor, the energy from the fuel gas becomes high pressure The energy recovery device includes an expansion turbine, a refrigerant compressor connected to the expansion turbine, a condenser that condenses the refrigerant vapor compressed by the refrigerant compressor, and an expansion that depressurizes the condensed refrigerant. A vapor compression refrigeration apparatus configured to include a valve and an evaporator for evaporating a refrigerant sent from the expansion valve, wherein the evaporator includes an intake gas and an intake gas of the fuel gas compressor / Or exchanges heat between the intake air and the refrigerant of the air compressor is the gas turbine power generation apparatus characterized by cooling the intake air of the intake gas and / or the air compressor of the fuel gas compressor .
また本発明は、前記ガスタービン発電装置と、排熱回収ボイラー及び蒸気タービンを含み構成される汽力発電装置と、を備えることを特徴とするガスタービン複合発電システムである。 The present invention has a front SL gas turbine power generation unit, and configured steam power generation device includes a heat recovery boiler and a steam turbine, a gas turbine combined power generation system, wherein the Ruco equipped with.
また本発明は、前記ガスタービン複合発電システムにおいて、前記排熱回収ボイラーは、節炭器を備え、前記凝縮器は、前記節炭器の入口側の給水管路途中に配設され、前記排熱回収ボイラーの給水温度を上昇させることを特徴とする。 According to the present invention , in the gas turbine combined power generation system, the exhaust heat recovery boiler includes a economizer, and the condenser is disposed in the middle of a water supply pipeline on an inlet side of the economizer. It is characterized by raising the feed water temperature of the heat recovery boiler .
また本発明は、前記ガスタービン複合発電システムにおいて、さらに前記エネルギ回収装置として、前記膨張タービンに連結された発電機を備え、前記蒸気圧縮式冷凍装置又は前記発電機のいずれか一方、前記蒸気圧縮式冷凍装置及び前記発電機を同時に稼動可能であり、前記蒸気圧縮式冷凍装置稼働時に、前記蒸発器による前記燃料ガス圧縮機の吸気ガス及び/又は前記空気圧縮機の吸気エアーの冷却、前記凝縮器による排熱回収ボイラーの給水加熱を行うことを特徴とする。 In the gas turbine combined power generation system, the present invention may further include a generator connected to the expansion turbine as the energy recovery device, and the vapor compression refrigeration apparatus or the generator, the vapor compression The refrigeration system and the generator can be operated simultaneously, and when the vapor compression refrigeration system is operated, the evaporator cools the intake gas of the fuel gas compressor and / or the intake air of the air compressor, and the condensation It is characterized by heating the feed water of the exhaust heat recovery boiler using a vessel.
本発明のガスタービン発電装置は、燃料ガスの一部を循環可能な燃料ガス戻りラインを備え、燃料ガスの一部を循環しながら燃料ガスの圧縮を行う燃料ガス圧縮機を含み構成されるガスタービン発電装置において、燃料ガス戻りラインを流通する、燃料ガス圧縮機で圧縮され高温、高圧となった燃料ガスから、エネルギを回収するエネルギ回収装置として、膨張タービン、膨張タービンと連結された冷媒圧縮機、冷媒圧縮機により圧縮された冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器、凝縮した冷媒を減圧する膨張弁、及び膨張弁から送られる冷媒を蒸発させる蒸発器を含み構成される蒸気圧縮式冷凍装置を備え、蒸発器で、燃料ガス圧縮機の吸気ガス及び/又は空気圧縮機の吸気エアーと冷媒との熱交換を行い、吸気ガス及び/又は吸気エアーを冷却するので、吸気ガス及び/又は吸気エアーの密度を大きくすることができる。吸気ガス、吸気エアーの密度が大きくなることで、燃料ガス圧縮機、空気圧縮機の圧縮効率が増加し、燃料ガス圧縮機、空気圧縮機の動力を低減させることができる。ガスタービンに、燃料ガス圧縮機及び/又は空気圧縮機、及び発電機が連結されるガスタービン発電装置にあっては、燃料ガス圧縮機及び/又は空気圧縮機の駆動動力を低減(ガスタービン作動流体としての燃焼ガス量を増加)させることで発電量を増大させることができる。上記のように本発明のガスタービン発電装置は、従来回収されることなく無駄に放出されていたエネルギを回収し、有効に利用することができる。 A gas turbine power generator according to the present invention includes a fuel gas return line that can circulate a part of the fuel gas, and includes a fuel gas compressor that compresses the fuel gas while circulating a part of the fuel gas. in the turbine power generator, flows through the fuel gas return line, high temperature compressed in the fuel gas compressor, the fuel gas becomes high pressure, and an energy recovery device for recovering energy, expansion turbine, which is connected to the expansion turbine A vapor compression refrigeration apparatus including a refrigerant compressor, a condenser for condensing refrigerant vapor compressed by the refrigerant compressor, an expansion valve for decompressing the condensed refrigerant, and an evaporator for evaporating the refrigerant sent from the expansion valve The evaporator performs heat exchange between the intake gas of the fuel gas compressor and / or the intake air of the air compressor and the refrigerant to cool the intake gas and / or the intake air. Since, it is possible to increase the density of the intake gas and / or intake air. By increasing the density of the intake gas and intake air, the compression efficiency of the fuel gas compressor and the air compressor is increased, and the power of the fuel gas compressor and the air compressor can be reduced. In a gas turbine power generator in which a fuel gas compressor and / or an air compressor and a generator are connected to a gas turbine, the driving power of the fuel gas compressor and / or the air compressor is reduced (gas turbine operation The amount of power generation can be increased by increasing the amount of combustion gas as fluid. As described above, the gas turbine power generation device of the present invention can recover energy that has been wasted in the past without being recovered and can be used effectively .
また本発明のガスタービン複合発電システムは、エネルギ回収装置として、膨張タービン、膨張タービンと連結された冷媒圧縮機、冷媒圧縮機により圧縮された冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器、凝縮した冷媒を減圧する膨張弁、及び膨張弁から送られる冷媒を蒸発させる蒸発器を含み構成される蒸気圧縮式冷凍装置を備え、蒸発器で、燃料ガス圧縮機の吸気ガス及び/又は空気圧縮機の吸気エアーと冷媒との熱交換を行い、吸気ガス及び/又は吸気エアーを冷却するガスタービン発電装置を備えるので、従来回収されることなく無駄に放出されていたエネルギを回収し、有効に利用することができる。 Gas turbine combined power generation system of the present invention also provides a energy recovery device, an expansion turbine, connected to the expansion turbine refrigerant compressor, a condenser for condensing the refrigerant vapor compressed by the refrigerant compressor, the condensed refrigerant expansion valve depressurizing, and provided with a vapor compression refrigeration system configured including an evaporator for evaporating the refrigerant sent from expansion valve, the evaporator, the intake air of the intake gas in the fuel gas compressor and / or air compressor It is equipped with a gas turbine power generator that performs heat exchange with the refrigerant and cools the intake gas and / or intake air, so that energy that has been wasted in the past without being recovered can be recovered and used effectively it can.
また本発明のガスタービン複合発電システムは、蒸気圧縮式冷凍装置を備え、さらに蒸気圧縮式冷凍装置の凝縮器が、節炭器の入口側の給水管路途中に配設され、給水温度を上昇させるので、節炭器の熱負荷を低減することができる。この結果、排熱回収ボイラーでの蒸気発生量が増大し、発電量を増加させることができる。 Further, the gas turbine combined power generation system of the present invention includes a vapor compression refrigeration apparatus, and the condenser of the vapor compression refrigeration apparatus is disposed in the middle of the water supply pipeline on the inlet side of the economizer to raise the feed water temperature. Therefore, the heat load of the economizer can be reduced. As a result, the amount of steam generated in the exhaust heat recovery boiler increases, and the amount of power generation can be increased.
また本発明によれば、さらにエネルギ回収装置として、膨張タービンに連結された発電機を備え、蒸気圧縮式冷凍装置又は発電機のいずれか一方、蒸気圧縮式冷凍装置及び発電機を同時に稼動可能であり、蒸気圧縮式冷凍装置稼働時に、蒸発器による燃料ガス圧縮機の吸気ガス及び/又は空気圧縮機の吸気エアーの冷却、凝縮器による排熱回収ボイラーの給水加熱を行うことができるので、夏季など外気温の高いときには燃料ガス圧縮機の吸気ガス及び/又は空気圧縮機の吸気エアーを冷却し、冬季など外気温の低いときには発電を行うことで、従来回収されることなく無駄に放出されていたエネルギを効率的に有効利用することができる。 Further , according to the present invention, the energy recovery device further includes a generator connected to the expansion turbine, and either the vapor compression refrigeration device or the generator, the vapor compression refrigeration device and the generator can be operated simultaneously. Yes, during operation of the vapor compression refrigeration system, the intake gas of the fuel gas compressor and / or the intake air of the air compressor can be cooled by the evaporator and the feed water heating of the exhaust heat recovery boiler can be performed by the condenser. By cooling the intake gas of the fuel gas compressor and / or the intake air of the air compressor when the outside temperature is high, etc., and generating electricity when the outside temperature is low such as in winter, it has been discharged wastefully without being collected in the past. Energy can be used efficiently and effectively.
図1は本発明の第一の実施形態としてのガスタービン複合発電システム30の概略的な構成を示す図である。本ガスタービン複合発電システム30は、製鉄所で生成する高炉ガスなどを燃料とするものである。ガスタービン複合発電システム30は、ガスタービン発電装置と、汽力発電装置とに大別される。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a gas turbine combined
ガスタービン発電装置は、高炉ガスなどの燃料を燃焼させた燃焼ガスで、ガスタービン、ガスタービンに連結される発電機を駆動させ発電を行う。一方、汽力発電装置は、ガスタービンを出た燃焼ガスの熱を、排熱回収ボイラーで回収し、蒸気を発生させ、蒸気タービン、発電機を駆動させ発電を行う。このように燃焼ガスの熱を回収することで熱効率を高めるシステムとなっている。 The gas turbine power generation apparatus generates power by driving a gas turbine and a generator connected to the gas turbine with combustion gas obtained by burning fuel such as blast furnace gas. On the other hand, the steam power generator recovers the heat of the combustion gas that has exited the gas turbine with an exhaust heat recovery boiler, generates steam, and drives the steam turbine and generator to generate power. In this way, the heat efficiency of the combustion gas is recovered to increase the thermal efficiency.
製鉄所から送られてくる高炉ガスは、燃料受入管路31を通じて燃料ガス圧縮機32へ送られる。燃料受入管路31の途中には、燃料ガスに含まれる酸化鉄などの粉じんを除去するため湿式電気集じん装置33が設けられている。製鉄所から送られてくる高炉ガスは、圧力が約0.105MPaと低いため、燃料ガス圧縮機32で所定の圧力まで昇圧され、ガス供給管路34を通じて、燃焼器35へ送られる。ガス供給管路34には、管路途中に燃焼器35への燃料供給を遮断する燃料遮断弁36が設けられている。
The blast furnace gas sent from the ironworks is sent to the
また燃焼器35には、空気圧縮機37から高圧の空気が供給される。空気圧縮機37は、吸込管38に備えられる吸気フィルタ39を介して外気を吸気し、所定圧力まで圧縮する。高圧の燃料ガスは、燃焼器35で高圧の空気と混合、燃焼し高温、高圧の燃焼ガスを形成する。高温、高圧の燃焼ガスは、ガスタービン40に導かれ、ガスタービン40を駆動する。ガスタービン40には、空気圧縮機37及び発電機41が連結され、ガスタービン40の駆動に伴い、空気圧縮機37及び発電機41も駆動される結果、発電が行われる。
The
本ガスタービン複合発電システム30に用いられる燃料ガス圧縮機32は、軸流式圧縮機である。軸流式圧縮機は、サージングの範囲が広く、燃料ガスの流量が所定量以下になるとサージングが発生する。このためこれを回避する目的で、燃料ガスの流量が所定の流量以下とならないように、燃料ガス戻りライン50を通じて燃料ガスの一部を循環運転している。燃料ガス戻りライン50は、燃料ガス圧縮機32の吐出側に設けられるガス供給管路34を分岐し、この分岐部51に設けられている。
The
燃料ガス戻りライン50は、管路、ガス戻量制御弁、膨張タービン、ガス冷却器などを含み構成される。ガス供給管路34の分岐部51に連結された管路52は、一端にガスの循環量を制御する第一のガス戻量制御弁53を備える。第一のガス戻量制御弁53の出口には管路54が連結され、管路途中に膨張タービン55が装着されている。膨張タービン55が連結する管路56、57には、各々燃料ガスを遮断するための遮断弁として、入口弁58、出口弁59が設けられている。膨張タービン55には、発電機60が連結され、膨張タービン55を駆動させることで、発電機60で発電を行うことができる。後述のように膨張タービン55がエネルギ回収装置として機能する。
The fuel
膨張タービン55の出口側の管路57には、出口弁59のほか循環ガスを冷却するための、ガス冷却器65が装着されている。循環ガスを冷却するのは、ガス密度を大きくし、燃料ガス圧縮機の圧縮効率を高めるためである。ガス冷却器65の出口には管路66が配設され、管路66の一端は、燃料受入管路31と連結する。これにより冷却された燃料ガスは、再び燃料ガス圧縮機32へ送られる。
In addition to the
燃料ガス戻りライン50には、さらに膨張タービン55をバイパスする膨張タービンバイパスライン70が設けられている。膨張タービンバイパスライン70は、第一のガス戻量制御弁53と入口弁58とを連結する管路54を分岐させ、この分岐部71に連結されている。膨張タービンバイパスライン70は、膨張タービン55が不調などの場合に、膨張タービン55をバイパスさせ、燃料ガスを循環させるためのものである。膨張タービンバイパスライン70の管路72の途中には、バイパス弁73が設けられ、管路72の一端は、大量の戻りガスを処理するための第二のガス戻量制御弁80を有する第一のガス戻量制御弁バイパスライン81の管路82と連結する。
The fuel
膨張タービンバイパスライン70の管路72と、第一のガス戻量制御弁バイパスライン81の管路82との連結部83には、さらに別の管路84が連結され、この管路84は、一端を膨張タービン55の出口弁59が配設された管路57と連結する。第二のガス戻量制御弁80は、第一のガス戻量制御弁53に比較して、多量の戻りガスを流通させることが可能なため、第一のガス戻量制御弁バイパスライン81は、ユニットトリップなど流量変動の大きい場合に使用される。なお第二のガス戻量制御弁80は、燃料ガス戻りライン50が連結するガス供給管路34の分岐部51よりも、上流(燃料ガス圧縮機)側のガス供給管路34の分岐部85に連結する管路の途中に設けられている。
Another
上記のように、本発明の燃料ガス戻りライン50は、膨張タービン55のバイパスライン70、及び第一のガス戻量制御弁53のバイパスライン81を有するので、膨張タービン55、又は第一のガス戻量制御弁53に不調が生じた場合であっても、バイパスライン70、81を通じて、燃料ガスを確実に循環させることができる。燃料ガスの循環が停止すると、ガスタービン複合発電システム30全体を停止させる必要が生じるが、このような構成を採用することで、ガスタービン複合発電システム30を安定的に運転させることができる。
As described above, since the fuel
燃料ガス戻りライン50に設けられるガス冷却器65は、熱交換器の一種であり外部から供給される冷却水で燃料ガスを冷却する。ガス冷却器65への冷却水供給は、ガス冷却器冷却水ポンプ90、ガス冷却水冷却器91、及び管路92を含み構成される冷却水循環ライン93を通じて行われる。ガス冷却器冷却水ポンプ90は、ガス冷却器65へ冷却水を送水するものであり、ガス冷却水冷却器91は、冷却水循環ライン93を循環する冷却水を冷却する冷却器である。冷却水循環ライン93は、バイパス弁94を含み構成されるバイパスライン95も有している。
The
ガス冷却水冷却器91への冷却水(海水)供給は、海水供給管路97に設けられた海水ポンプ98により行う。海水供給管路97は、数台の取水ポンプ96(96a、96b、96c、96d)で海水を取水し、復水器133に送られる海水供給管路99の途中より分岐させている。ガス冷却水冷却器91に供給された海水は、冷却水循環ライン93を循環する冷却水を冷却し、温度が高くなった海水は、海に戻される。
Cooling water (seawater) is supplied to the gas
以上のガスタービン発電装置は、膨張タービン55、膨張タービンに連結する発電機60、膨張タービンの入口弁58、出口弁59、膨張タービンバイパスライン70を除けば、従来のガスタービン発電装置の構成と類似している。本実施形態のガスタービン発電装置の特徴は、燃料ガス戻りライン50の途中に、膨張タービン55を備え、循環中の燃料ガスからエネルギを回収する点にある。詳細については、後述する。
The gas turbine power generator described above has the configuration of the conventional gas turbine power generator except for the
本ガスタービン複合発電システム30は、さらに汽力発電装置を有している。ガスタービンを出た燃焼ガスの温度は、スチームを発生させるには十分に高い温度であるため、ガスタービンを出た燃焼ガスの熱を、排熱回収ボイラーで回収している。排熱回収ボイラーを出た燃焼ガスは、煙突98から排出される。
The gas turbine combined
排熱回収ボイラー100は、低圧節炭器101、高圧節炭器102、低圧蒸発器103、高圧蒸発器104、低圧ドラム105、高圧ドラム106、低圧過熱器107、高圧過熱器108を備える。排熱回収ボイラー100への給水は低圧給水ポンプ110を通じて行われる。低圧給水ポンプ110の吐出水は、管路111を通じて低圧節炭器101へ導かれ、ここで予熱される。予熱された給水の大半は、管路112を通じて高圧給水ポンプ113へ導かれ、昇圧された後、高圧節炭器102でさらに予熱される。また低圧節炭器101で予熱された給水の一部は、低圧ドラム105へ送られる。
The exhaust
低圧節炭器101には、節炭器の腐食を防止するため、節炭器循環ライン120が設けられ、低圧節炭器101で予熱され温度の高くなった給水の一部が、節炭器循環ポンプ121を介して循環されている。温度の高い給水の一部を循環することで、低圧節炭器101を加熱する燃焼ガス中の亜硫酸ガスの露点以上に、給水の温度を高め、低圧節炭器101の腐食を防止している。よって低圧節炭器101へ供給される管路111を通過する給水の温度が低いほど、節炭器循環ライン120の循環量を多くする必要が生じる。
In order to prevent corrosion of the economizer, the low-
高圧節炭器102で温度を高めた給水は、高圧ドラム106、高圧蒸発器104、高圧過熱器108へ送られ、過熱蒸気となった後、高圧蒸気ライン130を通じて蒸気タービン131へ送られ、蒸気タービン131を駆動する。低圧ドラム105に送られた給水も、低圧蒸発器103、低圧過熱器107へ送られ、過熱蒸気となった後、低圧蒸気ライン132を通じて蒸気タービン131へ送られ、蒸気タービン131を駆動する。蒸気タービン131を駆動し、圧力、温度を低下させた蒸気は、復水器133へ送られ、ここで冷却され復水となる。蒸気タービン131は発電機41と連結し、発電機41を駆動し発電を行う。
The feed water whose temperature is increased by the high-
復水器133は、管路134を通じて復水を復水ポンプ135へ送り、復水ポンプ135は、復水を昇圧した後、管路136を通じて、低圧給水ポンプ110に送水する。これにより排熱回収ボイラー100へ送られる給水は、蒸気、復水を経由しながら循環使用される。
The
本実施形態の汽力発電装置は、従来から使用されている汽力発電装置と類似の構成となっている。以上のことから、第一の実施形態としてのガスタービン複合発電システム30の特徴は、ガスタービン発電装置を構成する燃料ガス戻りライン50に、エネルギ回収装置である膨張タービン55を備える点にあると言える。
The steam power generator of this embodiment has a configuration similar to that of conventionally used steam power generators. From the above, the characteristic of the gas turbine combined
次に、ガスタービン発電装置を構成する燃料ガス戻りライン50に設けられる、エネルギ回収装置である膨張タービン55、及び膨張タービン55を用いたエネルギの回収メカニズムについて説明する。高炉ガスなどを燃料ガス圧縮機32で圧縮した燃料ガスは、ガス温度が約410℃、圧力が約1.5MPaと、高温、高圧の状態にある。従来のガスタービン発電装置では、この状態の燃料ガスを、ガス戻量制御弁で断熱膨張させ圧力、温度を低下させていた。これは高温、高圧の状態では、燃料ガス圧縮機へ燃料ガスを返送できないことに起因していた。
Next, the
本発明の第一の実施形態に示すガスタービン複合発電システム30では、燃料ガス戻りライン50の高温、高圧の燃料ガスが有するエネルギを、膨張タービン55を用いて回収しようとするものである。管路を通じて膨張タービン55に導かれた高温、高圧の燃料ガスは、膨張タービン55で断熱的に膨張することで、膨張タービンを駆動する。膨張タービン55には発電機60が連結されており、膨張タービン55の駆動に伴い、発電機60が駆動され発電を行う。このことは、燃料ガス戻りライン50の高温、高圧の燃料ガスが有するエネルギを、電気エネルギとして回収することを意味する。本発明の実施形態においては、燃料ガスが有するエネルギを、電気エネルギとして回収するので、回収したエネルギを使用しやすい。
In the gas turbine combined
本発明では、膨張タービン55でエネルギを回収するため、膨張タービン55の入口部における燃料ガスの温度、圧力は高いことが望ましい。よって、第一のガス戻量制御弁53などにより、燃料ガスの温度、圧力ができるだけ低下しないように、弁の型式などを選定する必要がある。
In the present invention, since energy is recovered by the
膨張タービン55で断熱的に膨張した高温、高圧の燃料ガスは、温度、圧力を低下させ膨張タービン55から吐出される。温度、圧力を低下させた燃料ガスは、従来技術と同様にさらにガス冷却器65で冷却され、燃料ガス圧縮機32へ返送される。この際、従来のガス戻量制御弁に比較して、膨張タービン55は、より低温まで燃料ガスを膨張させることが可能なため、ガス冷却器65の熱負荷を低減することができる。これにより従来のガスタービン複合発電システムに比較して、海水ポンプ98、取水ポンプ96の動力又は運転台数を低減させることができる。
The high-temperature and high-pressure fuel gas expanded adiabatically in the
次に、膨張タービンで回収できるエネルギを、ガスタービン複合発電システム30に当てはめ、計算した結果の一例を示す。燃料ガス圧縮機の吐出ガス(燃料ガス)量は、約30万m3N/hで、ガス戻り(ガス循環)量は、約1.6万m3N/hとした。この値は、現在当社が使用中の燃料ガス圧縮機の処理量である。計算は、下記の条件下で、断熱膨張の理論式(例えば、機械工学便覧、基礎編、応用編、2001年、B5−6)である式(1)、及び式(2)で示される熱収支の式を用いて行った。その結果、1700〜1800kW程度のエネルギを回収することができることが分かった。
Next, an example of a calculation result obtained by applying energy that can be recovered by the expansion turbine to the gas turbine combined
以上のように、ガスタービン発電装置を構成する燃料ガス戻りライン50に膨張タービン55を装着することで、燃料ガスの有するエネルギを効率的に回収することができる。また、膨張タービン55を装着し、燃料ガスを断熱膨張させることで、従来のガスタービン発電装置以上に燃料ガスの温度を低下させることができるので、ガス冷却器65の熱負荷を低下させることが可能で、エネルギを有効に利用することができる。第一の実施形態では、ガスタービン複合発電システムの例を示したけれども、ガスタービン発電装置であってもよいことは、言うまでもない。
As described above, by attaching the
図2は、本発明の第二の実施形態としてのガスタービン複合発電システム200の概略的な構成を示す図である。図1と同一の部材、個所には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。本ガスタービン複合発電システム200も、第一の実施形態に示したガスタービン複合発電システム30と同様、ガスタービン発電装置が、燃料ガス圧縮機の燃料ガスの一部を循環させる燃料ガス戻りラインを備え、この燃料ガス戻りラインを流通する燃料ガスからエネルギを回収するエネルギ回収装置を有する点に特徴を有する。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a gas turbine combined
第二の実施形態では、燃料ガス戻りライン50からエネルギを回収する装置として、給水加熱器210を用いる。第一の実施形態と本実施形態とを比較すると、概略的には第一の実施形態での膨張タービン55、及び発電機60が、給水加熱器210に変更されたものとなっている。給水加熱器210は、隔壁式の熱交換器であり、燃料ガス戻りライン50を流通する高温、高圧の燃料ガスと、排熱回収ボイラー100の給水と、を固体壁を隔てて熱交換することで、燃料ガス戻りライン50を流通する高温、高圧の燃料ガスから熱回収を行うものである。
In the second embodiment, a
復水ポンプ出口部の管路220には、分岐管230が設けられ、分岐管230には給水加熱器入口弁231が配設されている。給水加熱器入口弁231出口には、一端を給水加熱器210と接続する管路232が配設されている。一方、給水加熱器210出口には、管路233が配設され、管路233の出口部には給水加熱器出口弁234が連結されている。さらに給水加熱器出口弁234は、管路235と連結し、管路235は一端を管路221と連結する。
A
管路240と管路241とは、バイパス弁242を介して連結されている。通常、バイパス弁242は、閉じられており、給水は管路230、232などを通じて給水加熱器210へ導かれ加温される。温度を高めた給水は、管路233、235を通じて、管路221へ導かれ、低圧給水ポンプ110で低圧節炭器101へ送られる。
The
これにより、排熱回収ボイラー100の給水温度が高まり、低圧節炭器101の熱負荷を低減させることができる。低圧節炭器101には、低圧節炭器101の腐食を防止するために、節炭器循環ライン120が設けられ、低圧節炭器101で予熱され温度の高くなった給水の一部が、節炭器循環ポンプ121を介して循環されていることは、第一の実施形態で記述した通りである。
Thereby, the feed water temperature of the exhaust
温度の高い給水の一部を循環することで、低圧節炭器101を加熱する燃焼ガス中の亜硫酸ガスの露点以上に、給水の温度を高める。このような構成を採用することで、低圧節炭器101の腐食を防止する。本第二の実施形態のように低圧節炭器101への給水温度を高めると、節炭器循環ライン120の循環量を低減させることができる。節炭器循環ライン120の循環は、節炭器循環ポンプ121で行っているため、第二の実施形態を採用することで、節炭器循環ポンプ121の動力、又は運転台数などを低減することができる。また、低圧節炭器101への給水温度を高めるとことで、排熱回収ボイラーでの蒸気発生量が増大し、発電量を増加させることができる。
By circulating a part of the hot water supply water, the temperature of the water supply is raised above the dew point of the sulfurous acid gas in the combustion gas that heats the
一方、給水加熱器210で熱を奪われ温度を低下させた燃料ガスは、第一の実施形態と同様、管路57を通じてガス冷却器65に導かれ冷却される。給水加熱器210は、給水との熱交換により燃料ガスの温度を十分に低下させるため、第一の実施形態と同様、ガス冷却器65の熱負荷を低減することができる。これにより従来のガスタービン複合発電システムに比較して、海水ポンプ98、取水ポンプ96の動力又は運転台数を低減させることができる。なお、給水加熱器210は、気体―液体の熱交換を行うことが可能な隔壁式の熱交換器であれば、特に型式は問われないので、例えば多管式熱交換器を使用することができる。
On the other hand, the fuel gas from which heat has been removed by the
給水加熱器で回収できるエネルギを、ガスタービン複合発電システム200に当てはめ、計算した結果の一例を示す。燃料ガス圧縮機の吐出ガス(燃料ガス)量は、約30万m3N/hで、ガス戻り(ガス循環)量は、約1.6万m3N/hとした。この値は、現在当社が使用中の燃料ガス圧縮機の処理量である。物性値は、式(1)で使用した物性値を使用した。従来、復水ポンプ135の入口温度が20〜40℃に対し、低圧給水ポンプ110の出口部での給水温度は、40〜65℃と約20℃の温度上昇であった。これに対して、第二の実施形態のガスタービン複合発電システム200においては、復水ポンプ135の入口温度が20〜40℃に対し、低圧給水ポンプ110の出口部での給水温度は、48〜73℃と約30℃の温度上昇となる。
An example of a calculation result obtained by applying energy that can be recovered by the feed water heater to the gas turbine combined
第二の実施形態では、給水加熱器210で燃料ガスの有するエネルギを回収するため、給水加熱器210の入口部における燃料ガスのエンタルピは、高いことが望ましい。よって、第一のガス戻量制御弁53などにより、燃料ガスのエンタルピができるだけ低下しないように、弁の型式などを選定する必要がある。以上のように、ガスタービン複合発電システム200は、給水加熱器210を有するので、燃料ガス戻りライン50を流通する燃料ガスのエネルギを有効に回収、利用することができる。
In the second embodiment, since the energy of the fuel gas is recovered by the
図3は、本発明の第三の実施形態としてのガスタービン複合発電システム300の概略的な構成を示す図である。図1、図2と同一の部材、個所には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。本ガスタービン複合発電システム300も、第一の実施形態に示したガスタービン複合発電システム30と同様、ガスタービン発電装置が、燃料ガス圧縮機の燃料ガスの一部を循環させる燃料ガス戻りラインを備え、この燃料ガス戻りラインを流通する燃料ガスからエネルギを回収するエネルギ回収装置を有する点に特徴を有する。
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a gas turbine combined
第三の実施形態では、燃料ガス戻りライン50からエネルギを回収する装置として、ヒートパイプ310を用いる。燃料ガス戻りライン50は、ヒートパイプの蒸発部に熱を与える循環ガスクーラー320を備えている。燃料ガス戻りライン50を流通する高温、高圧の燃料ガスで、ヒートパイプ310内の作動液を蒸発させ、この蒸気を排熱回収ボイラー100の給水で冷却する。これにより燃料ガスの有するエネルギを、排熱回収ボイラー100の給水温度を高めるかたちで回収することができる。
In the third embodiment, a
ヒートパイプ310は、蒸発部311を、燃料ガス戻りライン50の管路56に設けられた循環ガスクーラー320と接触させ、凝縮部312を、復水ポンプ135出口部に設けられた給水加熱器210と接触するように配設されている。循環ガスクーラー320からの受熱で、ヒートパイプ310の蒸発部311が加熱され、ヒートパイプ310内の作動液が蒸発する。この蒸気はヒートパイプを構成する金属パイプ313内を移動し、復水ポンプ135出口部に設けられている給水加熱器210で、熱を放出して液体となる。液体となった作動液は、金属パイプ313内を移動し、蒸発部311に戻り再度加熱される。上記動作を繰り返すことで、燃料ガスの有するエネルギを有効に回収することができる。一方、循環ガスクーラー320を通じて熱を奪われ、温度を低下させた燃料ガスは、第二の実施形態と同様、管路57を通じてガス冷却器65に導かれ冷却される。
The
第三の実施形態も第二の実施形態と同様、燃料ガス戻りラインの燃料ガスから熱回収を行い、排熱回収ボイラー100の給水温度を高めるものであるから、これに伴う効果は、第二の実施形態と同一である。さらに、ヒートパイプ310の蒸発部311に熱を与えることで燃料ガスの温度を十分に低下させるため、ガス冷却器65の熱負荷を低減することができる点においても、第一及び第二の実施形態と同様である。これにより従来のガスタービン複合発電システムに比較して、海水ポンプ98、取水ポンプ96の動力又は運転台数を低減させることができる。さらに、第三の実施形態は、燃料ガス戻りライン50の管路56、57と給水加熱器210との距離が離れている場合であっても、適用することができる利点がある。
Similarly to the second embodiment, the third embodiment also performs heat recovery from the fuel gas in the fuel gas return line and raises the feed water temperature of the exhaust
第三の実施形態では、循環ガスクーラー320と給水加熱器210との間の熱の移動を、ヒートパイプ310を用いて行っているが、ヒートパイプ310の代わりに、循環ガスクーラー320と給水加熱器210を結ぶ循環管路を設け、循環管路内の流体を循環ポンプで循環させることで、熱回収を行うこともできる。
In the third embodiment, the heat transfer between the circulating
図4は、本発明の第四の実施形態としてのガスタービン複合発電システム400の概略的な構成を示す図である。図1から図3と同一の部材、個所には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。本ガスタービン複合発電システム400も、第一から第三の実施形態に示したガスタービン複合発電システムと同様、ガスタービン発電装置が、燃料ガス圧縮機の燃料ガスの一部を循環させる燃料ガス戻りラインを備え、この燃料ガス戻りラインを流通する燃料ガスからエネルギを回収するエネルギ回収装置を有する点に特徴を有する。
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a gas turbine combined
第四の実施形態では、燃料ガス戻りライン50からエネルギを回収する装置として、第一の実施形態と同様、膨張タービン55、及び膨張タービン55に連結する発電機60を有する。さらに第四の実施形態では、燃料ガス圧縮機32の吸気ガスを冷却するための燃料ガス冷却用クーラー418、排熱回収ボイラー100の給水温度を高めるための給水加熱器210を含み構成される蒸気圧縮式冷凍装置410を備える点に特徴を有する。
In the fourth embodiment, an apparatus for recovering energy from the fuel
蒸気圧縮式冷凍装置410は、冷媒を圧縮するための冷媒圧縮機411を備える。冷媒圧縮機411で圧縮され圧力、温度が高くなった冷媒は、管路412を通じて、給水加熱器210に送られる。給水加熱器210は、第二及び第三の実施形態に示したように、排熱回収ボイラー100の給水の温度を高める。一方で、給水加熱器210は、管路412を通じて送られてくる冷媒を冷却し、凝縮させる凝縮器としても機能する。
The vapor
給水加熱器210で凝縮した冷媒は、管路413を通じて受液器414に送られる。冷媒は、受液器414で気液分離され、液化した冷媒が、管路415を通じて膨張弁416に導かれる。膨張弁416は、液化した冷媒を等エンタルピ的に減圧する。冷媒は、それにより温度を低下させた湿り蒸気となる。湿り蒸気となった冷媒は、管路417を通じて、燃料ガス圧縮機32の吸気ガスを冷却するための燃料ガス冷却用クーラー418に導かれる。燃料ガスは、燃料ガス冷却用クーラー418を介して、湿り蒸気に熱を奪われて温度を低下させる。一方、湿り蒸気は、燃料ガス冷却用クーラー418を介して燃料ガスから熱を受け、飽和蒸気となる。よって燃料ガス冷却用クーラー418は、燃料ガスの温度を低下させる冷却器として機能する一方、冷媒の湿り蒸気を飽和蒸気にする蒸発器として機能する。
The refrigerant condensed in the
燃料ガス冷却用クーラー418で熱を受け、飽和蒸気となった冷媒は、管路419を通じて冷媒圧縮機411に送られる。蒸気圧縮式冷凍装置410は、概略的には以上の構成からなる。冷媒圧縮機411の駆動源は、燃料ガス戻りライン50に設けられている膨張タービン55であり、膨張タービンの回転を、流体継手420を通じて受けて駆動する。
The refrigerant that has received heat at the fuel gas cooling cooler 418 and has become saturated vapor is sent to the
蒸気圧縮式冷凍装置410によるエネルギ回収は、以下のように行うことができる。夏季など外気温の高い時期においては、必然的に燃料ガス圧縮機32の吸気ガスの温度が高くなる。吸気ガスの温度が高くなると、ガス密度が低下し、燃料ガス圧縮機32の圧縮効率が低下する。本実施形態によれば、蒸気圧縮式冷凍装置410を構成する燃料ガス冷却用クーラー418により、吸気ガスの温度を低下させることが可能なため、燃料ガスのガス密度が大きくなり、燃料ガス圧縮機32の圧縮効率を高めることができる。これにより燃料ガス圧縮機32の駆動動力が低減(ガスタービン作動流体としての燃焼ガス量が増加)され、結果的に発電機41による発電量が増加する。
Energy recovery by the vapor
さらに蒸気圧縮式冷凍装置410は、蒸気圧縮式冷凍装置410を構成する給水加熱器210により、排熱回収ボイラー100の給水温度を高めることができる。排熱回収ボイラー100の給水温度を高めた効果は、第二及び第三の実施形態で述べた通りである。また、膨張タービン55は、従来のガスタービン複合発電システムに比較して、より低温まで燃料ガスを膨張させることが可能なため、ガス冷却器65の熱負荷を低減することができる。これに伴う効果は第一の実施形態に示した通りである。
Furthermore, the vapor
第四の実施形態では、膨張タービン55は、発電機60と連結するとともに、流体継手420を介して冷媒圧縮機411と連結しているので、発電機60での発電と、蒸気圧縮式冷凍装置410によるエネルギ回収と、を選択することができる。発電機60で発電を行う場合には、冷媒圧縮機411を切り離して行い、蒸気圧縮式冷凍装置410でエネルギ回収を行う場合は、発電機60を切り離して行う。必要に応じて、発電機60と蒸気圧縮式冷凍装置410とを同時に稼動させることも可能である。また第四の実施形態では、膨張タービン55に発電機60を連結させているけれども、発電機60を備えることなく、蒸気圧縮式冷凍装置410のみ具備する構成であってもよいことは言うまでもない。
In the fourth embodiment, the
図5は、本発明の第五の実施形態としてのガスタービン複合発電システム500の概略的な構成を示す図である。図1から図4と同一の部材、個所には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。本ガスタービン複合発電システム500も、第一から第四の実施形態に示したガスタービン複合発電システムと同様、ガスタービン発電装置が、燃料ガス圧縮機の燃料ガスの一部を循環させる燃料ガス戻りラインを備え、この燃料ガス戻りラインを流通する燃料ガスからエネルギを回収するエネルギ回収装置を有する点に特徴を有する。
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a gas turbine combined
第五の実施形態は、第四の実施形態と類似の構成を採用する。燃料ガス戻りライン50からエネルギを回収する装置として、第四の実施形態と同様、膨張タービン55、及び膨張タービン55に連結する発電機60を有する。さらに第四の実施形態と同様、吸気ガスを冷却するためのクーラー、排熱回収ボイラー100の給水温度を高めるための給水加熱器を含み構成される蒸気圧縮式冷凍装置510を備える。
The fifth embodiment employs a configuration similar to that of the fourth embodiment. As an apparatus for recovering energy from the fuel
第五の実施形態と第四の実施形態との基本的な構成は同一であり、相違点は、蒸気圧縮式冷凍装置510を構成するクーラー(空気冷却用クーラー421)の設置場所にある。第四の実施形態では、燃料ガス圧縮機32の吸気ガスを冷却する構成を採用したけれども、第五の実施形態では、空気圧縮機37の吸気エアーを冷却する構成を採用する。これにより、吸気エアーの密度が大きくなり、空気圧縮機37の圧縮効率が増加する。これにより空気圧縮機37の駆動動力が低減(ガスタービン作動流体としての燃焼ガス量が増加)され、結果的に発電機41による発電量が増加する。排熱回収ボイラー100の給水温度を高める効果については、第二から第四の実施形態に示した通りである。
The basic configuration of the fifth embodiment is the same as that of the fourth embodiment, and the difference is in the installation location of the cooler (cooler 421 for air cooling) constituting the vapor
さらに、膨張タービン55は、従来のガスタービン複合発電システムに比較して、より低温まで燃料ガスを膨張させることが可能なため、ガス冷却器65の熱負荷を低減することができる。これに伴う効果は第一及び第四の実施形態に示した通りである。また、発電機60と蒸気圧縮式冷凍装置510によるエネルギ回収が選択可能な点などについても第四の実施形態に同じである。
Furthermore, since the
図6は、本発明の第六の実施形態としてのガスタービン複合発電システム600の概略的な構成を示す図である。図1から図5と同一の部材、個所には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。本ガスタービン複合発電システム600も、第一から第五の実施形態に示したガスタービン複合発電システムと同様、ガスタービン発電装置が、燃料ガス圧縮機の燃料ガスの一部を循環させる燃料ガス戻りラインを備え、この燃料ガス戻りラインを流通する燃料ガスからエネルギを回収するエネルギ回収装置を有する点に特徴を有する。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a gas turbine combined
第六の実施形態は、第四及び第五の実施形態と類似の構成を採用する。燃料ガス戻りライン50からエネルギを回収する装置として、第四及び第五の実施形態と同様、膨張タービン55、及び膨張タービン55に連結する発電機60を有する。さらに第四及び第五の実施形態と同様、吸気ガスを冷却するためのクーラー、排熱回収ボイラー100の給水温度を高めるための給水加熱器を含み構成される蒸気圧縮式冷凍装置610を備える。
The sixth embodiment employs a configuration similar to the fourth and fifth embodiments. As an apparatus for recovering energy from the fuel
第六の実施形態と第四及び第五の実施形態との相違点は、蒸気圧縮式冷凍装置610を構成するクーラー418、421にある。第四の実施形態では、燃料ガス圧縮機32の吸気ガスを冷却するため、管路31の途中に燃料ガス冷却用クーラー418が設けられている。一方、第五の実施形態では、空気圧縮機37の吸気ガスを冷却するため、管路38の途中に空気冷却用クーラー421が設けられている。
The difference between the sixth embodiment and the fourth and fifth embodiments resides in the
これらに対して、第六の実施形態においては、燃料ガス圧縮機32の吸気ガスを冷却するための燃料ガス冷却用クーラー418、空気圧縮機37の吸気エアーを冷却するための空気冷却用クーラー421の両方を備えている。膨張弁416の出口に連結された管路417は、分岐部を有し、管路422、管路423と連結する。管路422は、一端に燃料ガス冷却用クーラー入口弁424を備え、燃料ガス冷却用クーラー入口弁424は連結する管路425を通じて、冷媒を燃料ガス冷却用クーラー418へ送る。
In contrast, in the sixth embodiment, a fuel gas cooling cooler 418 for cooling the intake gas of the
燃料ガス冷却用クーラー418で熱を受けて飽和蒸気となった冷媒は、燃料ガス冷却用クーラー出口弁426、管路427を通じて輸送された後、管路419を通じて冷媒圧縮機411に返送される。空気冷却用クーラー421も、管路423の一端に連結される空気冷却用クーラー入口弁428、空気冷却用クーラー入口弁428に連結される管路429を通じて、冷媒を受入れる。空気冷却用クーラー421で熱を受けて飽和蒸気となった冷媒は、空気冷却用クーラー出口弁430、管路431を通じて輸送された後、管路419を通じて冷媒圧縮機411に返送される。
The refrigerant that has received heat at the fuel gas cooling cooler 418 and has become saturated vapor is transported through the fuel gas cooling
第六の実施形態においては、吸気ガスクーラーとして、燃料ガス圧縮機32の吸気ガスを冷却する燃料ガス冷却用クーラー418、空気圧縮機37の吸気エアーを冷却する空気冷却用クーラー421を備え、各々入口弁424、428、出口弁426、430を有するので、燃料ガス冷却用クーラー418、及び空気冷却用クーラー421を選択的に使用することができる。さらに必要に応じて燃料ガス冷却用クーラー418、及び空気冷却用クーラー421を同時に使用することも可能である。
In the sixth embodiment, the intake gas cooler includes a fuel gas cooling cooler 418 that cools the intake gas of the
さらに第六の実施形態においても、第四及び第五の実施形態と同様、排熱回収ボイラー100の給水温度を高めるための給水加熱器210を備えている。吸気ガス温度を低下させることの利点、給水加熱器210で排熱回収ボイラー100の給水温度を高めることの利点、さらにガス冷却器65の熱負荷を低減することができる利点は、第四及び第五の実施形態に示した通りである。
Further, the sixth embodiment also includes a
燃料ガス圧縮機の燃料ガスの一部を循環させる燃料ガス戻りラインを備えるガスタービン発電システム、ガスタービン複合発電システムにおいて、燃料ガス戻りラインは、発電システム上、必須の構成要件であり、燃料ガス戻りラインが正常に機能しない場合は、発電システムを正常に安定的に稼動させることができない。このため燃料ガス戻りラインを流通する燃料ガスからエネルギを回収するエネルギ回収装置は、燃料ガス戻りラインの機能を損なうことなく、燃料ガスの有するエネルギを回収するものでなければならない。 In a gas turbine power generation system and a gas turbine combined power generation system including a fuel gas return line that circulates part of the fuel gas of the fuel gas compressor, the fuel gas return line is an essential component on the power generation system. If the return line does not function properly, the power generation system cannot be operated normally and stably. Therefore, an energy recovery device that recovers energy from the fuel gas flowing through the fuel gas return line must recover the energy of the fuel gas without impairing the function of the fuel gas return line.
例えば、エネルギを効率的に回収することが可能な装置であっても、燃料ガス戻りラインの圧力損失を必要以上に高めたり、燃料ガスの循環流量を低下させるようなものであってはならない。この点に関し、本発明のエネルギ回収装置は、燃料ガス戻りラインの機能を損なうことなくエネルギを回収することができる。本発明は、第一から第六の実施形態に限定されるものではなく、燃料ガス戻りラインの機能を損なうことなくエネルギを回収することができる装置、方法であれば使用可能なことは当然である。 For example, even a device capable of efficiently recovering energy should not increase the pressure loss of the fuel gas return line more than necessary or reduce the circulation flow rate of the fuel gas. In this regard, the energy recovery device of the present invention can recover energy without impairing the function of the fuel gas return line. The present invention is not limited to the first to sixth embodiments, and can naturally be used as long as it is an apparatus and method that can recover energy without impairing the function of the fuel gas return line. is there.
また、第一から第六の実施形態に示したように本発明のガスタービン複合発電システムのプロセスフローは、既存のガスタービン発電装置、又はガスタービン複合発電システムのプロセスフローと類似する。このため既存のガスタービン発電装置、又はガスタービン複合発電システムに容易に適用することができる。 Moreover, as shown in the first to sixth embodiments, the process flow of the gas turbine combined power generation system of the present invention is similar to the process flow of the existing gas turbine power generation apparatus or the gas turbine combined power generation system. For this reason, it can be easily applied to existing gas turbine power generation devices or gas turbine combined power generation systems.
30、200、300 ガスタービン複合発電システム
400、500、600 ガスタービン複合発電システム
32 燃料ガス圧縮機
35 燃焼器
37 空気圧縮機
40 ガスタービン
41、60 発電機
50 燃料ガス戻りライン
53 ガス戻量制御弁
55 膨張タービン
65 ガス冷却器
90 ガス冷却器冷却水ポンプ
98 煙突
100 排熱回収ボイラー
101 低圧節炭器
121 節炭器循環ポンプ
131 蒸気タービン
133 復水器
210 給水加熱器
310 ヒートパイプ
410、510、610 蒸気圧縮式冷凍装置
411 冷媒圧縮機
418 燃料ガス冷却用クーラー
421 空気冷却用クーラー
30, 200, 300 Gas turbine combined
Claims (4)
前記燃料ガス戻りラインを流通する、前記燃料ガス圧縮機で圧縮され高温、高圧となった燃料ガスからエネルギを回収するエネルギ回収装置を備え、
前記エネルギ回収装置は、膨張タービン、該膨張タービンと連結された冷媒圧縮機、該冷媒圧縮機により圧縮された冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器、凝縮した冷媒を減圧する膨張弁、及び該膨張弁から送られる冷媒を蒸発させる蒸発器を含み構成される蒸気圧縮式冷凍装置であり、
前記蒸発器で、前記燃料ガス圧縮機の吸気ガス及び/又は前記空気圧縮機の吸気エアーと冷媒との熱交換を行い、前記燃料ガス圧縮機の吸気ガス及び/又は前記空気圧縮機の吸気エアーを冷却することを特徴とするガスタービン発電装置。 A fuel gas return line that can circulate a part of the fuel gas, a fuel gas compressor that compresses the fuel gas while circulating a part of the fuel gas, a combustor that combusts the fuel gas, and a compressor that compresses the fuel gas In a gas turbine power generator including an air compressor for sending air,
The flows through the fuel gas return line, high temperature compressed in the fuel gas compressor, comprising an energy recovery device for recovering energy from the fuel gas becomes high pressure,
The energy recovery device includes an expansion turbine, a refrigerant compressor connected to the expansion turbine, a condenser that condenses the refrigerant vapor compressed by the refrigerant compressor, an expansion valve that depressurizes the condensed refrigerant, and the expansion valve. A vapor compression refrigeration apparatus including an evaporator for evaporating a refrigerant to be sent;
The evaporator performs heat exchange between the intake gas of the fuel gas compressor and / or the intake air of the air compressor and the refrigerant, and the intake gas of the fuel gas compressor and / or the intake air of the air compressor. The gas turbine power generator characterized by cooling .
排熱回収ボイラー及び蒸気タービンを含み構成される汽力発電装置と、
を備えることを特徴とするガスタービン複合発電システム。 A gas turbine power generator according to claim 1 ;
A steam generator including a waste heat recovery boiler and a steam turbine ;
A gas turbine combined power generation system comprising:
前記凝縮器は、前記節炭器の入口側の給水管路途中に配設され、前記排熱回収ボイラーの給水温度を上昇させることを特徴とする請求項2に記載のガスタービン複合発電システム。 The exhaust heat recovery boiler includes a economizer.
3. The gas turbine combined power generation system according to claim 2 , wherein the condenser is disposed in the middle of a water supply pipe on the inlet side of the economizer, and raises a water supply temperature of the exhaust heat recovery boiler .
前記蒸気圧縮式冷凍装置又は前記発電機のいずれか一方、前記蒸気圧縮式冷凍装置及び前記発電機を同時に稼動可能であり、Either the vapor compression refrigeration apparatus or the generator, the vapor compression refrigeration apparatus and the generator can be operated simultaneously,
前記蒸気圧縮式冷凍装置稼働時に、前記蒸発器による前記燃料ガス圧縮機の吸気ガス及び/又は前記空気圧縮機の吸気エアーの冷却、前記凝縮器による排熱回収ボイラーの給水加熱を行うことを特徴とする請求項3に記載のガスタービン複合発電システム。During operation of the vapor compression refrigeration system, the evaporator cools the intake gas of the fuel gas compressor and / or the intake air of the air compressor, and the feed water of the exhaust heat recovery boiler is heated by the condenser. The gas turbine combined power generation system according to claim 3.
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