JP5241719B2 - 圧縮設備 - Google Patents

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Description

本発明は、例えばＬＮＧ（液化天然ガス）の液化のようなガス液化のために利用される圧縮設備に関する。
例えば、コンプレッサや圧縮機を駆動するための電気式駆動機械用ないし電動機用の電流を発生するためにガスタービンか蒸気タービンを利用することが知られている。従来公知の技術においては、設備の総合効率が個別プロセスの能力に限定されるという欠点がある。その場合、ガスタービンの効率は約４０％であり、蒸気タービンの効率は約４５％であり、電気式作業機（例えば電動機）の効率は約９８％である。もっとも電気式作業機ないし電動機において、これらが必要とする電流がガスプロセス（ガスタービン）、蒸気プロセス（蒸気タービン）又はその両プロセスの組合せによって用意されねばならないことを考慮に入れねばならない。その電流発生の効率は今日の技術において最高６０％である。また、発生された電流を電気式作業機ないし電動機に伝送するために複雑な配電技術が必要である。さらに、電気エネルギを周波数変換器において或る周波数域から異なった周波数域に変換するための系統における送電損失も同様に無視できない。その送電損失は例えば約５％までになる。
電気式作業機ないし電動機は例えばガス液化設備の圧縮機として使用される圧縮機を駆動する。かかるガス液化設備は例えばＬＮＧ（Liquified Natural Gas）設備として知られている。この場合に天然ガスは約−１６０℃まで冷却される。その天然ガスは（小さな体積で）液化され、（通常は特殊輸送装置によって）容易に搬送できる。その圧縮機は後での膨張時に熱を吸収する作動媒体、一般に作動ガスを圧縮する目的を有している。その熱はＬＮＧ設備のいわゆる「コールドボックス（Cold Box）」で天然ガスから取り出され、このようにして天然ガスが冷却される。その作動媒体ないし作動ガスは循環回路において繰返し圧縮され膨張される。
その圧縮機は一般には上述した電動機によって駆動され、このためにそこでは、電動機用に発生すべき電流がガスプロセス又は蒸気プロセスで発生されるためおよびこの電動機が圧縮機を駆動しなければならないために、かなりの（送電）損失が生ずる。
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の圧縮設備を、単純な手段で効率が向上され、同時に有害物質の発生が減少されるように改良することにある。
この課題は本発明に基づいて特許請求の範囲の請求項１に記載の圧縮設備によって解決される。
ガスタービンと蒸気タービンがそれぞれ別個に少なくとも１台の圧縮機を直接駆動するために、即ち、電気式作業機ないし電動機を介在することなく駆動するために、利用されることが有利である。これは、ガスタービン並びに蒸気タービンからそれらに付設された少なくとも１台の圧縮機へのエネルギ伝達が直接経路で行われ、そのようにして、電流の発生時および電気式作業機ないし電動機による圧縮機の駆動時に生ずる変換損失が回避されるので、効率を向上させる。しかもこれによって、同時に例えばＣＯ2のような有害物質の発生も減少され、これは特に有害物質排出権の取引ないし取得に関して有利である。有害物質排出量が少ない企業は、少ない有害物質排出権を得るだけで足りるからである。
これは、ガスタービンの排ガスが蒸気タービンにとって必要な蒸気を発生する蒸気発生設備、好適には、廃熱ボイラで加熱媒体として利用されることによりなお一層有利となる。その限りにおいて本発明において、ガスタービンと蒸気タービンがガス・蒸気複合プロセス（ＧｕＤ−プロセス）の形に組み合わされていることが目的に適っている。複数のガスタービンを１基の廃熱ボイラに接続することも勿論でき、その場合、各ガスタービンがそれぞれ少なくとも１台の圧縮機を直接駆動することが目的に適っている。蒸気タービンは高圧部と中圧部および／又は低圧部を有することができるが、その場合、蒸気タービンに上述の３つ全部の圧力部が設けられていると好適である。その場合、廃熱ボイラから蒸気が好ましくはまず高圧部に送られ、そこから中圧部に、続いて低圧部に送られ、その低圧部の後方に少なくとも１台の圧縮機が配置されている。圧縮機をこのように低圧部の後方に配置することに勿論限定されない。圧縮機を例えば部分タービン間に配置することあるいは高圧タービン側に配置することもできる。
効率を一層向上するために、本発明において、少なくとも１台のガスタービンおよび／又は蒸気タービンにそれぞれ複数台の圧縮機が付設され、これらの複数台の圧縮機が少なくとも１台の圧縮機に直列接続あるいは並列接続されていることが有利である。
例えば他の機械を駆動するために、少なくとも１台の圧縮機に発電機あるいは電気式作動機械ないし電動機が後置接続されることが考えられる。
本発明において、ガスタービンに付設された少なくとも１台の圧縮機とそのガスタービンが共通軸を有していることが有利であり、これにより、効率が一層向上される。勿論、それぞれの構成要素に適切な手段によって互いに結合される軸部分を別個に設けることもできる。複数台の圧縮機が直列接続される場合でも共通軸を利用することができる。勿論、蒸気タービンに付設された少なくとも１台の圧縮機とその蒸気タービンが共通軸を有することもでき、その場合も上述したように別個の軸部分を利用することができる。
ガスタービンないし蒸気タービンにより直接駆動されるその都度の圧縮機は、ガス液化設備例えばＬＮＧ設備の圧縮機として使用することができる。
本発明の他の有利な実施態様は従属請求項および以下の図を参照した説明に開示されている。
圧縮設備の原理構成ブロック図。
図１は少なくとも１台のガスタービン２と１台の蒸気タービン３を有する圧縮設備１を示している。図示した実施例においては例として３台のガスタービン２が設けられている。
ガスタービン２の排ガスは廃熱ボイラとして形成された蒸気発生設備４で加熱媒体として利用される。この蒸気発生設備４で発生された蒸気は蒸気タービン３に供給され、この蒸気タービン３を駆動する。
図示されたガスタービン２に始動支援用電動発電機（ＳＨＭＧ）１０が付設されている。この始動支援用電動発電機（ＳＨＭＧ）１０は支援電動機（補助モータ）としても発電機としても利用することができる。この始動機は本発明において電動機が（自動車の場合と同じように）スタータであることを意味し、これは、このガスタービンを単独で軸系を駆動する回転速度に引き入れる役割をする。
図１に示された好適な圧縮設備１において、ガスプロセス（ガスタービン２）および蒸気プロセス（蒸気タービン３）はガス・蒸気複合プロセス（ＧｕＤ−プロセス）の形に組み合わされている。
図示された実施例の蒸気タービン３は高圧部６と中圧部７と低圧部８を有している。
少なくとも１台のガスタービン２並びに１台の蒸気タービン３にそれぞれ圧縮機９が付設されている。それらの圧縮機９はそれぞれ少なくとも１台のガスタービン２ないし１台の蒸気タービン３に直結され、その蒸気タービン３に付設された少なくとも１台の圧縮機９は蒸気タービン３の低圧部８の後方に配置されている。少なくとも１台のガスタービン２と１台の蒸気タービン３に付設された圧縮機９は、電気式作業機ないし電動機を中間接続することなしに、ガスタービン２ないし蒸気タービン３によって直接駆動され、もっともその場合、これらのガスタービンに始動支援用電動発電機（ＳＨＭＧ）１０が付設されている。
図１の実施例には図示されていないが、１台あるいは複数台の圧縮機９に、電気式作業機ないし電動機および／又は発電機を後置接続することができる。軸系における圧縮機９の位置は開示された位置に勿論限定されず、変えることができる。
１台のガスタービン２が少なくとも１台の圧縮機９を有し、少なくとも１台のガスタービン２が１つの共通軸（線１１参照）を有することができる。また、少なくとも１台の蒸気タービン３ないしその低圧部８に付設された圧縮機９と蒸気タービン３ないしその低圧部８が共通軸１２を有することができる。
それぞれの圧縮機９は例えば作動媒体ないし駆動ガスを圧縮し、これによって、その作動媒体は後での膨張時に熱を吸収することができる。例えばそれぞれの圧縮機９で圧縮された作動媒体を、ガス液化設備、例えばＬＮＧ（液化天然ガス）設備、に天然ガスを冷却するために供給することが考えられる。
１ 圧縮設備
２ ガスタービン
３ 蒸気タービン
４ 蒸気発生設備
９ 圧縮機

Claims (8)

  1. ガスタービン圧縮機を有する少なくとも１台のガスタービン（２）と、蒸気タービン（３）とを備えた、天然ガス液化用の圧縮設備であって、
    前記ガスタービン（２）に付設された蒸気発生設備（４）が、前記ガスタービン（２）の排ガスによって運転され、これにより、前記蒸気発生設備（４）で発生された蒸気によって前記蒸気タービン（３）が駆動され、
    前記ガスタービン（２）と前記蒸気タービン（３）とを、機械的に結合しないようにして互いに別個に運転制御可能に備えた複合装置に、天然ガス液化用のプロセス媒体を圧縮するための少なくとも１台の付加的な圧縮機（９）が付設されていて、当該付加的な圧縮機（９）は、前記ガスタービン（２）および前記蒸気タービン（３）のうちの少なくともいずれか一方に機械的に直結されて直接駆動されるように設定されており、かつ、少なくとも1つの前記ガスタービン（２）には、当該ガスタービン（２）の始動時にそのスタータとして用いられることが可能な補助モータであるところの支援始動機として、および、当該ガスタービン（２）の軸出力を用いて発電を行う発電機として兼用される始動支援用電動発電機（１０）が、付設されている
    ことを特徴とする、天然ガス液化用の圧縮設備。
  2. 前記ガスタービン（２）並びに前記蒸気タービン（３）に、それぞれ少なくとも１台の前記付加的な圧縮機（９）が付設され、当該付加的な圧縮機（９）は、前記ガスタービン（２）もしくは前記蒸気タービン（３）に直結されて直接駆動される
    ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮設備。
  3. 前記ガスタービン（２）および前記蒸気タービン（３）のうち少なくともいずれか一方に複数台の前記付加的な圧縮機（９）が付設され、当該付設された付加的な圧縮機（９）はそれぞれのタービン（２、３）によって直接駆動される
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮設備。
  4. 少なくとも１台の前記付加的な圧縮機（９）に、電気式作業機又は発電機が後置接続されている
    ことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１つに記載の圧縮設備。
  5. 前記ガスタービン（２）と、当該ガスタービン（２）に付設された少なくとも１台の前記付加的な圧縮機（９）とが、共通軸を有している
    ことを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１つに記載の圧縮設備。
  6. 前記蒸気タービン（３）と、当該蒸気タービン（３）に付設された少なくとも１台の前記付加的な圧縮機（９）とが、共通軸を有している
    ことを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１つに記載の圧縮設備。
  7. 前記蒸気発生設備（４）が、廃熱ボイラとして形成されている
    ことを特徴とする請求項１から６のうちいずれか１つに記載の圧縮設備。
  8. 前記ガスタービン（２）および前記蒸気タービン（３）にそれぞれ付設された前記付加的な圧縮機（９）のうちの少なくとも１台の圧縮機（９）が、天然ガス液化設備の圧縮機（９）として利用されるものである
    ことを特徴とする請求項１から７のうちいずれか１つに記載の圧縮設備。
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