JP5584836B1 - Gas turbine system and method of operation - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、ガスタービンの性能を改善するためのガスタービンシステムにおける蒸気排出器の使用に関する。
【解決手段】ガスタービンシステム10は、タービン4と;燃料を作動流体に付加し、燃料に着火して、タービンを駆動するように膨張する燃焼ガスを生成するための燃焼器7と;蒸気および圧縮を作動流体に導入するための蒸気排出器11とを有する。
【選択図】図2The present invention relates to the use of a steam exhaust in a gas turbine system to improve the performance of a gas turbine.
A gas turbine system includes: a turbine; and a combustor for adding fuel to the working fluid, igniting the fuel, and generating combustion gas that expands to drive the turbine; steam and And a steam discharger 11 for introducing compression into the working fluid.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、概して、ガスタービンに関する。 The present invention relates generally to gas turbines.
ガスタービンは、熱力学サイクルによって、ガス相作動流体の操作を通じて、回転作動を生成する装置である。全てのガスタービンに一般的な熱力学サイクルの基本段階は、作動流体の圧力を増加させるための初期圧縮段階、圧縮されたガスの温度が増加される燃焼段階、および高温の圧縮されたガスがタービンに導入される膨張段階である。このタービンにわたるガスの膨張は、回転作動を創出する。 A gas turbine is a device that generates a rotational operation through manipulation of a gas phase working fluid by a thermodynamic cycle. The basic stages of a thermodynamic cycle common to all gas turbines are an initial compression stage to increase the working fluid pressure, a combustion stage in which the temperature of the compressed gas is increased, and a hot compressed gas. It is an expansion stage introduced into the turbine. The expansion of the gas across the turbine creates a rotational operation.
タービンは、タービンによって生成される作用の一部分が、作動流体を圧縮するために使用されるように、接続シャフトによって、回転圧縮器に機械的に連結され得る。ほとんどの商業的に利用可能なガスタービンは、軸流圧縮器を使用するが、遠心および他の圧縮器の使用もまた、当該技術分野において既知である。 The turbine may be mechanically coupled to the rotary compressor by a connecting shaft such that a portion of the action produced by the turbine is used to compress the working fluid. Most commercially available gas turbines use an axial compressor, but the use of centrifugal and other compressors is also known in the art.
数十年にわたって、多くの修正および改善がガス圧縮器に成されており、それらの機能および効率性を大幅に改善している。本発明は、かかる改善を提供する。 Over the decades, many modifications and improvements have been made to gas compressors, greatly improving their functionality and efficiency. The present invention provides such an improvement.
本明細書における、いずれの先の公開(もしくはそれに由来する情報)、または既知であるいずれの事柄への言及も、先の公開(もしくはそれに由来する情報)または既知の事柄が、当該技術分野における本明細書が関連する共通する一般的な知識の一部を形成するという認識、もしくは承認、またはいかなる形態の示唆としても解釈されず、かつされるべきではない。 References to any prior publication (or information derived from it) or any known matter in this specification are subject to prior publication (or information derived from it) or known matter in the art. It should not be construed and should not be construed as an acknowledgment or admission that this specification forms part of the common general knowledge to which it pertains.
本発明は、ガスタービンのための増加された効率性を提供することを目指す。 The present invention aims to provide increased efficiency for gas turbines.
本発明に従い、タービンと、燃料を作動流体に付加し、燃料に着火して、タービンを駆動するように膨張する燃焼ガスを生成するための燃焼器と、蒸気および圧縮を作動流体に導入するための蒸気排出器とを有する、ガスタービンシステムが提供される。 In accordance with the present invention, a turbine, a combustor for adding fuel to the working fluid, igniting the fuel, generating combustion gas that expands to drive the turbine, and introducing steam and compression to the working fluid A gas turbine system is provided.
好ましくは、該システムは、作動流体を圧縮するための機械的圧縮器をさらに含む。 Preferably, the system further includes a mechanical compressor for compressing the working fluid.
好ましくは、蒸気排出器は、機械的圧縮器の入口に連結される。 Preferably, the steam discharger is connected to the inlet of the mechanical compressor.
代替的に、蒸気排出器は、機械的圧縮器の下流の燃焼器に連結される。 Alternatively, the steam discharger is connected to a combustor downstream of the mechanical compressor.
好ましくは、該システムは、複数の機械的圧縮器段階をさらに含み、蒸気排出器は、複数の機械的圧縮器段階の第1の機械的圧縮器の入口に連結される。 Preferably, the system further includes a plurality of mechanical compressor stages, and the steam discharger is coupled to an inlet of the first mechanical compressor of the plurality of mechanical compressor stages.
代替的に、該システムは、複数の圧縮器段階をさらに含み、蒸気排出器は、第1の機械的圧縮器の出口と第2の機械的圧縮器の入口との間で連結される。 Alternatively, the system further comprises a plurality of compressor stages, and the steam discharger is connected between the outlet of the first mechanical compressor and the inlet of the second mechanical compressor.
別の代替において、該システムは、機械的圧縮器段階の前、機械的圧縮器段階の間、または機械的圧縮器段階の後に、1つ以上の場所で連結される、複数の機械的圧縮器段階および1つ以上の蒸気排出器をさらに含む。 In another alternative, the system includes a plurality of mechanical compressors coupled at one or more locations before the mechanical compressor stage, during the mechanical compressor stage, or after the mechanical compressor stage. Further comprising a stage and one or more steam evacuators.
好ましくは、該システムは、タービンを駆動するための複数の燃焼段階をさらに含む。 Preferably, the system further includes a plurality of combustion stages for driving the turbine.
好ましくは、1つ以上の蒸気排出器は、各燃焼段階の上流に提供される。 Preferably, one or more steam evacuators are provided upstream of each combustion stage.
好ましくは、複数の燃焼段階の第1のものの排気は、複数の燃焼段階の第2のものの上流に連結され、それにより、第1の燃焼段階からの排気は、第2の燃焼段階のための作動流体を形成する。 Preferably, the exhaust of the first one of the plurality of combustion stages is connected upstream of the second one of the plurality of combustion stages, so that the exhaust from the first combustion stage is for the second combustion stage. Form a working fluid.
好ましくは、第1の燃焼段階の排気は、第2の燃焼段階と関連付けられる蒸気排出器の入口の中へ連結される。 Preferably, the exhaust of the first combustion stage is coupled into the inlet of the steam exhaust associated with the second combustion stage.
好ましくは、機械的圧縮器は、第1の燃焼段階と関連付けられる蒸気排出器の上流に提供される。 Preferably, a mechanical compressor is provided upstream of the steam exhaust associated with the first combustion stage.
好ましくは、該システムは、タービンの排気ガスから熱エネルギーを抽出し、蒸気排出器において使用される蒸気を生成する、ボイラをさらに含む。 Preferably, the system further includes a boiler that extracts thermal energy from the exhaust gas of the turbine and produces steam for use in the steam exhaust.
好ましくは、複数の蒸気排出器は、ボイラからの蒸気を使用する。 Preferably, the plurality of steam evacuators use steam from the boiler.
好ましくは、1つ以上の蒸気生成器は、必要とされる場合、補助的蒸気のために各蒸気排出器の入口に連結される。 Preferably, one or more steam generators are connected to the inlet of each steam exhaust for auxiliary steam, if required.
好ましくは、蒸気排出器および燃焼器は、燃料、作動流体、および蒸気の混合物が、連行および加速される、吸引チャンバと、混合物が着火される炉口と、燃焼された混合物の圧力が増加する、タービンと連通する、分岐拡散器ノズルと、を有する、排出器燃焼器ユニットに組み込まれる。 Preferably, the steam evacuator and combustor increase the pressure of the suction mixture, the furnace port where the mixture is ignited, and the burned mixture pressure, where the fuel, working fluid and steam mixture is entrained and accelerated. Embedded in an exhaust combustor unit having a branch diffuser nozzle in communication with the turbine.
好ましくは、該システムは、関連付けられる複数の排出器燃焼器ユニットとともに、タービンを駆動するための複数の燃焼段階を含む。 Preferably, the system includes a plurality of combustion stages for driving the turbine along with a plurality of associated exhaust combustor units.
好ましくは、燃焼段階の第1のものの排気は、燃焼段階の第2のものの上流に連結され、それにより、第2の燃焼段階の排出器燃焼器ユニットの作動流体は、第1の燃焼段階からの排気ガスを含み、各排出器燃焼器ユニットのための蒸気は、第2の燃焼器段階からの排熱から生成される。 Preferably, the exhaust of the first combustion stage is coupled upstream of the second combustion stage, so that the working fluid of the second combustion stage exhaust combustor unit is removed from the first combustion stage. The steam for each exhaust combustor unit is generated from the exhaust heat from the second combustor stage.
別の態様において、作動流体の上流圧縮、および圧縮された作動流体および燃料の混合物に着火して、タービンを駆動させるように下流燃焼段階を使用する、ガスタービンを動作させる方法であって、圧縮負荷の少なくとも一部分は、蒸気排出器によって実施される、方法が提供される。 In another aspect, a method of operating a gas turbine using an upstream compression of a working fluid and a downstream combustion stage to ignite a compressed working fluid and fuel mixture to drive the turbine, the compression A method is provided wherein at least a portion of the load is performed by a steam evacuator.
好ましくは、タービンからの排熱は、蒸気排出器のための蒸気をもたらすために使用される。 Preferably, exhaust heat from the turbine is used to provide steam for the steam exhaust.
好ましくは、空気圧縮負荷の実質的な全ては、1つ以上の蒸気排出器によって実施される。 Preferably substantially all of the air compression load is performed by one or more steam evacuators.
好ましくは、圧縮負荷の一部分は、1つ以上の蒸気排出器によって実施され、残りの部分は、1つ以上の機械的圧縮器によって実施される。 Preferably, a portion of the compression load is implemented by one or more steam evacuators and the remaining portion is implemented by one or more mechanical compressors.
好ましくは、もたらされる蒸気は、蒸気排出器の蒸気負荷の少なくとも一部分を満たす。 Preferably, the resulting steam satisfies at least a portion of the steam load of the steam exhaust.
好ましくは、蒸気排出器のための蒸気は、必要とされる場合、補助的蒸気のために、1つ以上の追加の蒸気生成器から引き出される。 Preferably, steam for the steam discharger is withdrawn from one or more additional steam generators for supplemental steam, if needed.
好ましくは、燃焼、蒸気注入、および着火は、排出器燃焼器ユニットにおいて実施され、蒸気、作動流体、および燃料は、連行および圧縮され、排出器燃焼器ユニットの炉口において着火されて、より高い圧力に膨張し、次いで、タービンに進入し、それを駆動する。 Preferably, combustion, steam injection, and ignition are performed in the exhaust combustor unit, and steam, working fluid, and fuel are entrained and compressed and ignited in the exhaust port of the exhaust combustor unit to be higher It expands to pressure and then enters the turbine and drives it.
好ましくは、燃焼は、各々がタービンを駆動するために使用される、複数の燃焼段階にわたって起こり、排出器燃焼器ユニットは、各燃焼段階とともに使用される。 Preferably, the combustion occurs over multiple combustion stages, each used to drive a turbine, and an exhaust combustor unit is used with each combustion stage.
好ましくは、複数の燃焼段階の第1のものからの排気は、複数の燃焼段階の第2のもののために作動流体を提供する。 Preferably, the exhaust from the first of the plurality of combustion stages provides a working fluid for the second of the plurality of combustion stages.
好ましくは、1つ以上の機械的圧縮器は、各排出器圧縮器ユニットの上流の作動流体を圧縮するために使用される。 Preferably, one or more mechanical compressors are used to compress the working fluid upstream of each ejector compressor unit.
本発明を、添付の図面を参照して、ほんの非限定的な実施例として説明する。
図面および添付の説明において、同様の参照数値は、同様の部分を識別するために使用される。 In the drawings and the accompanying description, like reference numerals are used to identify like parts.
また、説明全体を通じて、作動流体は、主に空気として説明される。しかしながら、作動流体は、任意の好適な流体とすることができ、空気への言及は、任意の他の好適な作動流体への言及であると解釈されるものとすることが理解されるべきである。 Also, throughout the description, the working fluid will be described primarily as air. However, it should be understood that the working fluid can be any suitable fluid and that a reference to air is to be interpreted as a reference to any other suitable working fluid. is there.
最初に図1を参照すると、先行技術のガスタービン1が、タービン4のシャフト3に載置される回転機械的圧縮器2を含むとして、図式的に例解される。圧縮器2は、入口5を有し、空気の形態の作動流体は、圧縮のために入口5の中へ引き出される。高温の圧縮された空気は、圧縮器2の出口6から下流燃焼器7へ移動され、燃料入口8からの燃料が付加されて、燃料/空気混合物を形成する。混合物は、タービン4の回転を駆動するために、タービン4にわたる高温の加圧されたガスの膨張を引き起こすように、燃焼器7において着火される。高温の排気ガスは、排気8を介して、タービン4を出る。
Referring initially to FIG. 1, a prior
タービン4にわたるガスの膨張によって創出される回転作動は、様々な目的、例えば、車両の運動を駆動するため、または電気を生成するように生成器に給電するために使用することができる。
The rotary action created by the expansion of the gas across the
図1のガスタービン1は、単純な、単一段階のガスタービンを表し、圧縮器2は、タービン4によって生成される回転作動の一部分が回転圧縮器2に給電し、圧縮器2がガスタービン1の全体の圧縮負荷要件を提供するように、タービン4に機械的に連結される。
The
ここで図2を参照すると、機械的圧縮器2、燃焼器7、およびタービン4の類似の構成要素を含む、ガスタービンシステム10が示される。しかしながら、システム10はまた、システム10の圧縮負荷要件の少なくとも一部分に寄与する、蒸気排出器11を含む。
Referring now to FIG. 2, a
蒸気排出器11は、作動流体を吸引チャンバ12の中へ連行するように、高い圧力蒸気を使用することによって、作動流体を少なくとも部分的に圧縮するデバイスである。蒸気および作動流体は、排出器11の炉口13を通過し、次いで、拡散器ノズル14にわたって膨張する。蒸気が膨張する際、微細な水滴の霧が形成され得る。
The vapor discharger 11 is a device that at least partially compresses the working fluid by using high pressure steam to entrain the working fluid into the suction chamber 12. Steam and working fluid pass through the
蒸気排出器11の出口15は、圧縮器2の入口5に連結される。そのようなものとして、蒸気滴は、圧縮器2の中へ導入される。水滴は、空気がその後、機械的圧縮器2によって圧縮される際に、蒸発する。これは、それが圧縮される際、空気に蒸発冷却を提供し、これは、空気を圧縮するために必要とされる電力を低減する。
The
結果として、圧縮器を駆動するために、タービンからのより少ない回転作動が必要とされるため、システムは、図1のガスタービンと比較して、より効率的に動作する。 As a result, the system operates more efficiently compared to the gas turbine of FIG. 1 because less rotational actuation from the turbine is required to drive the compressor.
蒸気排出器11において使用される蒸気は、タービン4によって生成される高温の排気ガスからの廃熱エネルギーを利用するボイラ16によってもたらされる。特に、ボイラ16は、タービン4の排気17と、冷却された排気ガスがシステム10を出る通気孔18との間で連結されて示される。
The steam used in the steam exhaust 11 is provided by a
蒸気排出器11のために蒸気を生成するための加熱された排気ガスの使用は、廃熱からのエネルギーが、システム10の圧縮負荷要件を支援するために使用されるため、システム10に追加の効率性をもたらす。
The use of heated exhaust gas to produce steam for the steam exhaust 11 adds additional to the
しかしながら、蒸気は、排気17に接続されていない異なるボイラ(図示せず)によってもたらされる可能性があるか、またはガスタービンシステム10によって焼却されるものと比較して、より低コストの燃料によって燃焼される1つ以上の追加の蒸気生成器(同様に図示せず)との組み合わせでもたらされ得るということを理解されたい。かかる燃料は、焼却される時に灰を生成する固体燃料であり得、したがって、本来ならガスタービン4に燃料供給およびそれを駆動するために使用することができない。特に追加の蒸気生成器を使用する最大蒸気温度は、600℃と高い可能性がある。
However, the steam may be provided by a different boiler (not shown) that is not connected to the
図3は、複数の機械的圧縮段階21、22を除き、図2のものと類似のガスタービンシステム20を示す。この場合、蒸気排出器11は、中間圧縮器23として作用し、第1の機械的圧縮器2と第2の機械的圧縮器24との間で連結される。そのようなものとして、空気の形態の作動流体は、最初に、第1の圧縮器2の入口5の中へ導入され、次いで、圧縮された作動流体が、蒸気排出器11の入口25に出力され、これは、さらに、作動流体を圧縮し、空気を通って水滴を消散させる。次いで、蒸気および空気の混合物は、その後の圧縮のために、第2の圧縮器24の入口26に移動され、これは、混合物の熱を増加させ、滴を蒸発させ、このため空気を冷却する。実際、中間排出器11は、それ自体で、冷却能力および圧縮段階の両方を提供する。これは、より高い圧力の空気を生成するように、第2の圧縮器24によるさらなる圧縮を可能にする利点を有する。回転圧縮器2、24、および蒸気排出器11の交互使用は、さらに繰り返すことができ、さらにより大きい程度の空気圧縮を可能にする。
FIG. 3 shows a
図3のシステム20は、高い圧力の空気が必要とされる用途に適している。蒸気排出器11は、冷却微細水滴の霧が、第2の機械的圧縮段階22の中へ導入されることを可能にして、第2の圧縮器24の圧縮中の蒸発冷却の利益を提供する。
The
図2のシステム10と同様に、蒸気排出器11は、タービン4の排気17からの熱からの蒸気をもたらすボイラ16に連結される。
Similar to the
ここで図4を参照すると、蒸気排出器11が、圧縮器2と燃焼器7との間の圧縮器2の下流に接続されることを除き、図2を参照して説明されるシステム10と略類似する、別のガスタービンシステム30が示される。
Referring now to FIG. 4, the
そのようなものとして、空気は最初に、蒸気排出器11によるさらなる圧縮の前に、回転圧縮器2によって圧縮される。余分な熱もまた、蒸気排出器11を通過する蒸気によって導入することができる。図2および3を参照して説明されるシステム10、20と同様に、蒸気は、ボイラ16によってもたらすことができるか、または、必要とされる場合、1つ以上の追加の蒸気生成器を採用して、システム30の必要とされる蒸気負荷を補助してもよい。
As such, the air is first compressed by the
圧縮器2と燃焼器7との間の蒸気排出器11の場所は、タービン4が、機械的圧縮器2単独によって得られるものよりも高い空気圧力で動作することができるということを意味する。
The location of the steam discharger 11 between the
上で説明されるシステム10、20、および30から理解され得るように、蒸気排出器11は、機械的圧縮器2の上流、機械的圧縮器2の下流、または中間機械的圧縮器段階21、22に位置してもよい。各場所において、蒸気排出器11は、増加された圧縮および動作効率性の利点を提供することができる。1つ以上の蒸気排出器11が、上の場所のうちの1つのみ、または複数で使用され得ることが想定される。さらに、各蒸気排出器11は、必要とされる場合、直列または並列に載置され得る、複数の蒸気ジェット、複数の吸引チャンバ、および/または複数の蒸気排出器を有してもよい。
As can be understood from the
ここで図5を参照すると、図4のシステム30に略類似のガスタービンシステム40が開示される。しかしながら、この場合、蒸気排出器11および燃焼器7の機能性は、単一の排出器燃焼器ユニット41に統合されている。
Referring now to FIG. 5, a
排出器燃焼器ユニット41は、燃料、作動流体、および蒸気の混合物が連行および加速される吸引チャンバ42と、混合物が着火され、加速する、炉口43と、圧力ゲイン燃焼のプロセスにおいて圧力が上昇する分岐拡散器44とを有する。燃焼された混合物は、タービン4を駆動するように、分岐拡散器44を出る。
The
排出器燃焼器ユニット41は、空気/燃料混合物の燃焼に起因する熱および膨張が、タービンにわたって膨張のためにより高い圧力まで上昇するガスをさらに加速させる限り、ラムジエットと同じ原理で動作する。
The
そのようなものとして、ユニット41は、機械的圧縮器2単独の使用と比較して、より多くの材料のスループットおよびより高い動作圧力が、蒸気排出器および圧力ゲイン燃焼の組み合わせによって達成されることを可能にする。
As such,
ここで図6を参照すると、ガスタービン4の全体の圧縮負荷が、回転圧縮器の援助を伴わずに、排出器燃焼器41によって実施される、図5を参照して説明されるシステム40の適応である、ガスタービンシステム50が示される。そのようなものとして、システム50は、機械的圧縮器の高い資本コストを回避する。しかしながら、大量の蒸気がこの配設のために必要とされ得、タービン4の排気17に連結されるボイラ16からの蒸気は、追加の蒸気生成器によって補助されることが必要であり得る。
Referring now to FIG. 6, the overall compression load of the
ここで図7を参照すると、高圧力タービン63および低圧力タービン64に分割される、タービン4を駆動するための複数の燃焼段階61、62を有する、ガスタービンシステム60が示される。システム60は、関連付けられた複数の排出器燃焼器ユニット41、65を含み、ユニット41、65の各々は、タービン4からの高温の排気ガスから必要とされる蒸気をもたらす共通のボイラ16からの高圧力蒸気が送給される。第1の燃焼段階61の排気66は、第2の燃焼段階62の上流に連結され、それにより、第2の燃焼段階62の排出器燃焼器ユニット65の作動流体は、第1の燃焼段階61からの排気ガスを含み、各排出器燃焼器ユニット41、65のための蒸気は、第2の燃焼器段階62からの排熱から生成される。
Referring now to FIG. 7, a
システムは、高圧力タービン63にわたる部分的膨張、続いて、最終的な低圧力タービン64にわたるさらなる膨張の前の燃焼の第2の段階を可能にする。それにより、システム60は、作動流体を、順次、2つの別個の熱力学サイクルに供する。ユニット65の炉口に着火を位置させることにより、同時の温度および圧力上昇を得ることができるため、システム60の第2の燃焼段階62は、より多くの電力を生成する。
The system allows for a second stage of combustion prior to partial expansion across the
図8は、回転機械的圧縮器2が、2サイクルタービン配設の第1の燃焼段階61において、最初の排出器燃焼器41の前に使用される、図7のものへの代替的なシステム70を示す。
FIG. 8 shows an alternative system to that of FIG. 7 in which the rotary
本発明の利益は、機械的圧縮器のエネルギー消費を低減することができ、タービンを通るガスの質量流が、蒸気の空気との混合物によって増加されるということである。これは、同じ量の有用な作動を生成するためのガスタービンによる低減された燃料消費に起因する。加えて、排出器は、一部の状況において、機械的圧縮器の代用物として使用されてもよく、それにより、蒸気排出器が、より高価な機器の作業を実施する、単純かつ低コストのデバイスを提供するため、資本コストもまた、低減することができるはずである。 An advantage of the present invention is that the energy consumption of the mechanical compressor can be reduced and the mass flow of gas through the turbine is increased by the mixture of steam with air. This is due to the reduced fuel consumption by the gas turbine to produce the same amount of useful operation. In addition, the evacuator may be used as a substitute for a mechanical compressor in some situations, so that the vapor evacuator performs a simpler, lower cost operation for more expensive equipment. In order to provide a device, the cost of capital should also be reduced.
より広義には、本特許出願において請求される本発明は、ガスタービンにおける空気圧縮を実施または支援するための蒸気排出器の設置であるということが理解され得る。蒸気は、ガスタービンの高温の排気ガスによって加熱されるボイラにおいてもたらされ得、この蒸気は、外部ボイラによって補助され得る。排出器は、それが圧縮器として産業において通常使用されるような様態で使用され得る。それは、機械的圧縮器に先立ち、空気を事前圧縮するために使用することができ、圧縮器段階の間、もしくは圧縮器の後、および燃焼器の前に位置することができ、またはそれは、全体の空気圧縮負荷をそれ自身で実施し得る。蒸気排出器は、ユニットの炉口における高速の空気および蒸気混合物が、着火された燃料によって放出される熱によって加速されるため、速度が拡散器において低減する際、最終圧力はより高い値に上昇する、排出器燃焼器ユニットの形態で、燃焼器の場所で使用されてもよい。蒸気排出器(1つまたは複数)は、機械的圧縮器によって使用される電力を低減し、タービンを通るガスの質量流を増加させる。全体的な効果は、電力出力を増加させ、燃料消費を低減することである。 More broadly, it can be seen that the invention claimed in this patent application is the installation of a steam exhaust to perform or assist air compression in a gas turbine. Steam can be provided in a boiler that is heated by the hot exhaust gas of the gas turbine, and this steam can be assisted by an external boiler. The ejector can be used in such a way that it is normally used in the industry as a compressor. It can be used to pre-compress air prior to the mechanical compressor and can be located during the compressor stage or after the compressor and before the combustor, or it can be The air compression load can be implemented by itself. The steam exhaust is accelerated by the heat released by the ignited fuel at high velocity air and steam mixture at the unit's furnace port, so the final pressure rises to a higher value when the speed is reduced in the diffuser May be used at the combustor location in the form of an exhaust combustor unit. The steam exhauster (s) reduces the power used by the mechanical compressor and increases the mass flow of gas through the turbine. The overall effect is to increase power output and reduce fuel consumption.
本発明の多くの修正および配設が、本発明の範囲から逸脱することなく、当業者には明らかであろう。
本発明は、以下の形態として実現できる。
[形態1]
タービンと、燃料を作動流体に付加し、前記燃料に着火して、タービンを駆動するように膨張する燃焼ガスを生成するための燃焼器と、蒸気および圧縮を前記作動流体に導入するための蒸気排出器とを有する、ガスタービンシステム。
[形態2]
前記作動流体を圧縮するための機械的圧縮器をさらに含む、形態1に記載のガスタービンシステム。
[形態3]
前記蒸気排出器は、前記機械的圧縮器の入口に連結される、形態2に記載のガスタービンシステム。
[形態4]
前記蒸気排出器は、前記機械的圧縮器の下流の前記燃焼器に連結される、形態2に記載のガスタービンシステム。
[形態5]
複数の機械的圧縮器段階をさらに含み、前記蒸気排出器は、前記複数の機械的圧縮器段階の第1の機械的圧縮器の入口に連結される、形態1に記載のガスタービンシステム。
[形態6]
複数の圧縮器段階をさらに含み、前記蒸気排出器は、第1の機械的圧縮器の出口と第2の機械的圧縮器の入口との間で連結される、形態1に記載のガスタービンシステム。
[形態7]
前記機械的圧縮器段階の前、前記機械的圧縮器段階の間、または前記機械的圧縮器段階の後に、1つ以上の場所で連結される、複数の機械的圧縮器段階および1つ以上の蒸気排出器をさらに含む、形態1に記載のガスタービンシステム。
[形態8]
前記タービンを駆動するための複数の燃焼段階をさらに含む、形態1に記載のガスタービンシステム。
[形態9]
1つ以上の蒸気排出器は、各燃焼段階の上流に提供される、形態8に記載のガスタービンシステム。
[形態10]
前記複数の燃焼段階の第1のものの排気は、前記複数の燃焼段階の第2のものの上流に連結され、それにより、前記第1の燃焼段階からの前記排気は、前記第2の燃焼段階のための前記作動流体を形成する、形態8または9に記載のガスタービンシステム。
[形態11]
前記第1の燃焼段階の前記排気は、前記第2の燃焼段階と関連付けられる前記蒸気排出器の入口の中へ連結される、形態10に記載のガスタービンシステム。
[形態12]
機械的圧縮器は、前記第1の燃焼段階と関連付けられる前記蒸気排出器の上流に提供される、形態11に記載のガスタービンシステム。
[形態13]
前記タービンの排気ガスから熱エネルギーを抽出し、前記蒸気排出器において使用される蒸気を生成する、ボイラをさらに含む、形態1に記載のガスタービンシステム。
[形態14]
前記ボイラからの蒸気を使用する複数の蒸気排出器をさらに含む、形態13に記載のガスタービンシステム。
[形態15]
必要とされる場合、補助的蒸気のために各蒸気排出器の入口に連結される、1つ以上の蒸気生成器をさらに含む、形態13または14に記載のガスタービンシステム。
[形態16]
前記蒸気排出器および燃焼器は、燃料、前記作動流体、および蒸気の混合物が、連行および加速される、吸引チャンバと、前記混合物が着火される炉口と、圧力ゲイン燃焼のプロセスにおいて前記燃焼された混合物の圧力が増加する、前記タービンと連通する、分岐拡散器ノズルと、を有する、排出器燃焼器ユニットに組み込まれる、形態1に記載のガスタービンシステム。
[形態17]
関連付けられる複数の排出器燃焼器ユニットとともに、前記タービンを駆動するための複数の燃焼段階をさらに含む、形態16に記載のガスタービンシステム。
[形態18]
前記燃焼段階の第1のものの排気は、前記燃焼段階の第2のものの上流に連結され、それにより、前記第2の燃焼段階の前記排出器燃焼器ユニットの前記作動流体は、前記第1の燃焼段階からの前記排気ガスを含み、各排出器燃焼器ユニットのための前記蒸気は、前記第2の燃焼器段階からの排熱から生成される、形態17に記載のガスタービンシステム。
[形態19]
作動流体の上流圧縮、および圧縮された作動流体および燃料の混合物に着火して、タービンを駆動させるように下流燃焼段階を使用する、ガスタービンを動作させる方法であって、圧縮負荷の少なくとも一部分は、蒸気排出器によって実施される、方法。
[形態20]
前記タービンからの排熱は、前記蒸気排出器のための蒸気をもたらすために使用される、形態19に記載の方法。
[形態21]
空気圧縮負荷の実質的に全ては、1つ以上の蒸気排出器によって実施される、形態19または20に記載の方法。
[形態22]
前記圧縮負荷の前記一部分は、1つ以上の蒸気排出器によって実施され、残りの部分は、1つ以上の機械的圧縮器によって実施される、形態19または20に記載の方法。
[形態23]
もたらされる前記蒸気は、前記蒸気排出器の蒸気負荷の少なくとも一部分を満たす、形態20に記載の方法。
[形態24]
前記蒸気排出器のための蒸気は、必要とされる場合、補助的蒸気のために、1つ以上の追加の蒸気生成器から引き出される、形態23に記載の方法。
[形態25]
燃焼、蒸気注入、および着火は、排出器燃焼器ユニットにおいて実施され、前記蒸気、作動流体、および燃料は、連行および圧縮され、前記排出器燃焼器ユニットの炉口において着火されて、圧力ゲイン燃焼のプロセスにおいてより高い圧力に膨張し、次いで、前記タービンに進入し、それを駆動する、形態19に記載の方法。
[形態26]
前記燃焼は、各々が前記タービンを駆動するために使用される、複数の燃焼段階にわたって行われ、排出器燃焼器ユニットは、各燃焼段階とともに使用される、形態25に記載の方法。
[形態27]
前記複数の燃焼段階の第1のものからの前記排気は、前記複数の燃焼段階の第2のもののために前記作動流体を提供する、形態26に記載の方法。
[形態28]
1つ以上の機械的圧縮器は、各排出器圧縮器ユニットの上流の前記作動流体を圧縮するために使用される、形態27に記載の方法。
Many modifications and arrangements of the invention will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
The present invention can be realized as the following forms.
[Form 1]
A turbine, a combustor for adding fuel to the working fluid, igniting the fuel, generating combustion gas that expands to drive the turbine, and steam for introducing steam and compression into the working fluid A gas turbine system having an exhaust.
[Form 2]
The gas turbine system according to
[Form 3]
The gas turbine system according to
[Form 4]
The gas turbine system according to
[Form 5]
The gas turbine system according to
[Form 6]
The gas turbine system according to
[Form 7]
A plurality of mechanical compressor stages and one or more connected at one or more locations before, during or after the mechanical compressor stage. The gas turbine system according to
[Form 8]
The gas turbine system of
[Form 9]
The gas turbine system according to
[Mode 10]
The exhaust of the first one of the plurality of combustion stages is connected upstream of the second one of the plurality of combustion stages, so that the exhaust from the first combustion stage is in the second combustion stage. The gas turbine system according to
[Form 11]
The gas turbine system according to
[Form 12]
The gas turbine system according to aspect 11, wherein a mechanical compressor is provided upstream of the steam exhaust associated with the first combustion stage.
[Form 13]
The gas turbine system according to
[Form 14]
The gas turbine system according to
[Form 15]
15. A gas turbine system according to
[Form 16]
The steam exhaust and combustor are configured to combust the fuel, the working fluid, and a mixture of steam in the process of pressure gain combustion, a suction chamber in which the mixture is entrained and accelerated, a furnace port in which the mixture is ignited. A gas turbine system according to
[Form 17]
The gas turbine system according to
[Form 18]
The exhaust of the first combustion stage is connected upstream of the second combustion stage, whereby the working fluid of the exhaust combustor unit of the second combustion stage is 18. A gas turbine system according to
[Form 19]
A method of operating a gas turbine using an upstream compression of a working fluid and a downstream combustion stage to ignite a compressed working fluid and fuel mixture to drive the turbine, wherein at least a portion of the compression load is Carried out by means of a steam discharger.
[Form 20]
The method of aspect 19, wherein the exhaust heat from the turbine is used to provide steam for the steam exhaust.
[Form 21]
21. A method according to
[Form 22]
The method of
[Form 23]
The method of
[Form 24]
The method of
[Form 25]
Combustion, steam injection, and ignition are performed in the exhaust combustor unit, and the steam, working fluid, and fuel are entrained and compressed and ignited in the furnace port of the exhaust combustor unit for pressure gain combustion. 20. The method of aspect 19, wherein the process expands to a higher pressure in the process and then enters the turbine and drives it.
[Form 26]
26. The method of embodiment 25, wherein the combustion occurs over a plurality of combustion stages, each used to drive the turbine, and an exhaust combustor unit is used with each combustion stage.
[Form 27]
The method of
[Form 28]
The method of aspect 27, wherein one or more mechanical compressors are used to compress the working fluid upstream of each ejector compressor unit.
1…ガスタービン
2…圧縮器
3…シャフト
4…タービン
5…入口
6…出口
7…燃焼器
8…排気
10…ガスタービンシステム
11…排出器
12…吸引チャンバ
13…炉口
14…拡散器ノズル
15…出口
16…ボイラ
17…排気
18…通気孔
20…ガスタービンシステム
21…圧縮段階
22…圧縮段階
23…中間圧縮器
24…第2の圧縮器
25…入口
26…入口
30…ガスタービンシステム
40…ガスタービンシステム
41…注入器
42…吸引チャンバ
43…炉口
44…拡散器ノズル
50…システム
60…システム
61…燃焼段階
62…燃焼段階
63…高圧力タービン
64…低圧力タービン
65…排出器燃焼器ユニット
66…排気
70…ガスタービンシステム
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記蒸気排出器および燃焼器は、燃料、前記作動流体、および蒸気の混合物が、連行および加速される、吸引チャンバと、前記混合物が着火される炉口と、圧力ゲイン燃焼のプロセスにおいて前記燃焼された混合物の圧力が増加する、前記タービンと連通する、分岐拡散器ノズルと、を有する、排出器燃焼器ユニットに組み込まれる、ガスタービンシステム。 A turbine, a combustor for adding fuel to the working fluid, igniting the fuel, generating combustion gas that expands to drive the turbine, and steam for introducing steam and compression into the working fluid With a discharger,
The steam exhaust and combustor are configured to combust the fuel, the working fluid, and a mixture of steam in the process of pressure gain combustion, a suction chamber in which the mixture is entrained and accelerated, a furnace port in which the mixture is ignited pressure of the mixture increases, the turbine and communicating with the branch diffuser having a nozzle, and is incorporated into the ejector combustor unit, gas star bin system.
燃焼、蒸気注入、および着火は、排出器燃焼器ユニットにおいて実施され、前記蒸気、作動流体、および燃料は、連行および圧縮され、前記排出器燃焼器ユニットの炉口において着火されて、圧力ゲイン燃焼のプロセスにおいてより高い圧力に膨張し、次いで、前記タービンに進入し、それを駆動する、方法。 A method of operating a gas turbine using combustion to compress a working fluid and ignite a compressed working fluid and fuel mixture to drive the turbine, comprising:
Combustion, steam injection, and ignition are performed in the exhaust combustor unit, and the steam, working fluid, and fuel are entrained and compressed and ignited in the furnace port of the exhaust combustor unit for pressure gain combustion. inflated to a higher pressure in the process, then it enters the turbine, driving it, methods.
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