JP6499919B2 - 高湿分空気利用ガスタービンシステム及びその排ガス処理システム - Google Patents
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Description
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、作動流体が加湿されるガスタービンシステムから排出される排ガス中に含まれる湿分を処理する高湿分空気利用ガスタービンシステムの排ガス処理システムであって、前記ガスタービンシステムから排出される排ガスを冷媒で冷却することにより排ガス中に含まれる湿分を回収する水回収装置と、前記水回収装置より排ガスの下流側に配設され、前記水回収装置を通過した排ガスを熱媒体で加熱する排ガス再加熱器とを備え、前記排ガス再加熱器の熱媒体として、前記水回収装置で排ガスと熱交換した後の冷媒が用いられ、前記水回収装置で排ガスと熱交換した後の冷媒を前記水回収装置に冷媒として供給する循環冷媒系統と、前記排ガス再加熱器及び前記循環冷媒系統に接続され、前記水回収装置で排ガスと熱交換した後の冷媒の一部を前記排ガス再加熱器に熱媒体として供給して前記循環冷媒系統に戻す熱媒体系統とを更に備え、前記水回収装置は、冷媒としての冷却水を散布することで排ガスを気液接触により冷却し、排ガス中に含まれる湿分及び散布した冷却水を回収水として回収するように構成され、前記循環冷媒系統は、前記水回収装置で回収された回収水を冷却する水回収冷却器と、前記水回収装置と前記水回収冷却器の入口側とに接続され、前記水回収装置で回収された回収水を前記水回収冷却器に送出する回収水送出管路と、前記水回収冷却器の出口側と前記水回収装置とに接続され、前記水回収冷却器で冷却された回収水を冷却水として前記水回収装置に供給する冷媒供給管路と、前記回収水送出管路に設けられ、前記水回収装置で回収された回収水を前記水回収冷却器に送出して前記水回収装置に供給する水回収ポンプとを有し、前記熱媒体系統は、前記回収水送出管路における前記水回収ポンプの吐出側の部分と前記排ガス再加熱器の入口側とに接続され、前記水回収装置で回収された回収水の一部を前記排ガス再加熱器に供給する熱媒体供給管路と、前記回収水送出管路における前記水回収ポンプの吸込側の部分と前記排ガス再加熱器の出口側とに接続され、前記排ガス再加熱器に供給された回収水を前記回収水送出管路に戻す熱媒体戻り管路とを備えることを特徴とする。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
まず、本発明の高湿分空気利用ガスタービンシステム及びその排ガス処理システムの第1の実施の形態のシステム構成を図1を用いて説明する。
図1は本発明の高湿分空気利用ガスタービンシステム及びその排ガス処理システムの第1の実施の形態を示す構成図である。図1中、矢印は高湿分空気利用ガスタービンシステムの作動流体や排ガス、投入される水分、回収された水分等の流れの向きを示している。
図1において、吸入された空気は、吸気加湿装置11により加湿された後、空気圧縮機12により圧縮される。この圧縮空気は、後段の増湿塔21での増湿作用を高効率で行うために空気冷却器24で冷却された後、増湿塔21に流入して増湿される。高湿分になった圧縮空気は再生器22でタービン14の排ガスと熱交換して加熱され、圧縮空気中の湿分は完全に蒸発する。この圧縮空気は燃焼器13に導かれて燃料と混合・燃焼し、高温の燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスはタービン14を駆動し、熱エネルギが動力エネルギに変換される。この動力エネルギは、空気圧縮機12を駆動することで消費されると共に及びガスタービン発電機5により電気エネルギに変換される。
節炭器23を通過した排ガスは、保有していた熱エネルギの一部が再生器22及び節炭器23で回収されているので、その温度がある程度まで低下している。例えば、節炭器23を通過した後の排ガスの温度は約150℃である。
図2は本発明の高湿分空気利用ガスタービンシステム及びその排ガス処理システムの第1の実施の形態における排ガスの温度と絶対湿度の推移を示す特性図である。図2中、縦軸hは絶対湿度を、横軸Tは排ガス温度を示している。図中の太線aは水の飽和線を、矢印は大気放出までの排ガス状態の推移を示している。なお、図2において、図1に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
次に、本発明の高湿分空気利用ガスタービンシステム及びその排ガス処理システムの第1の実施の形態の変形例を図3を用いて説明する。
図3は本発明の高湿分空気利用ガスタービンシステム及びその排ガス処理システムの第1の実施の形態の変形例を示す構成図である。図3中、矢印は高湿分空気利用ガスタービンシステムの作動流体や排ガス、投入される水分、回収された水分等の流れの向きを示している。なお、図3において、図1及び図2に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
次に、本発明の高湿分空気利用ガスタービンシステム及びその排ガス処理システムの第2の実施の形態を図4を用いて説明する。
図4は本発明の高湿分空気利用ガスタービンシステム及びその排ガス処理システムの第2の実施の形態を示す構成図である。図4中、矢印は高湿分空気利用ガスタービンシステムの作動流体や排ガス、投入される水分、回収された水分等の流れの向きを示している。なお、図4において、図1乃至図3に示す符号と同符号ものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
節炭器23を通過した排ガスは、水回収装置32B内に導入され、水回収装置32Bの熱交換器32d内を流通する冷却水により冷却される。これにより、排ガスに含まれる湿分の一部が凝縮水となって回収され水回収装置32Bの下部に回収水として貯留される。また、排ガスと熱交換することで昇温した熱交換器32d内の冷却水も冷媒戻り管路38を介して回収され水回収装置32Bの下部に回収水として貯留される。熱交換器32dの冷却水の温度は、例えば、約30℃であり、排ガスの温度が約150℃から約35℃にまで低下する。水回収装置32Bで回収される回収水の温度は、例えば、約70℃になる。
次に、本発明の高湿分空気利用ガスタービンシステム及びその排ガス処理システムの第2の実施の形態の変形例を図5を用いて説明する。
図5は本発明の高湿分空気利用ガスタービンシステム及びその排ガス処理システムの第2の実施の形態の変形例を示す構成図である。図5中、矢印は高湿分空気利用ガスタービンシステムの作動流体や排ガス、投入される水分、回収された水分等の流れの向きを示している。なお、図5において、図1乃至図4に示す符号と同符号ものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
次に、本発明の高湿分空気利用ガスタービンシステム及びその排ガス処理システムの第3の実施の形態を図6を用いて説明する。
図6は本発明の高湿分空気利用ガスタービンシステム及びその排ガス処理システムの第3の実施の形態を示す構成図である。図6中、矢印は高湿分空気利用ガスタービンシステムの作動流体や排ガス、投入される水分、回収された水分等の流れの向きを示している。なお、図6において、図1乃至図5に示す符号と同符号ものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
なお、上述した第1乃至第3の実施の形態においては、吸気加湿装置11を含むように構成したガスタービンシステム1の例を示したが、吸気加湿装置11を含まない構成のガスタービンシステムも可能である。ただし、吸気加湿装置11を含む構成の方が、システムとして、出力増加と発電効率の向上を図ることができる。
2 増湿再生サイクルシステム
2D 増湿システム
3、3A、3B、3C 排ガス処理システム
12 空気圧縮機
13 燃焼器
14 タービン
21 増湿塔
22 再生器
27 排熱回収ボイラ
32、32B 水回収装置
32d 熱交換器
33、33B、33C 循環冷媒系統
34、34C 水回収冷却器
35 回収水送出管路
36、36B、36C 冷媒供給管路
37、37C 水回収ポンプ
38 冷媒戻り管路
39 冷媒送出管路
40 熱媒体送出管路
41 排ガス再加熱器
42、42A、42B 熱媒体系統
43、43B 熱媒体供給管路
44 熱媒体戻り管路
45 流量調整弁
Claims (7)
- 作動流体が加湿されるガスタービンシステムから排出される排ガス中に含まれる湿分を処理する高湿分空気利用ガスタービンシステムの排ガス処理システムであって、
前記ガスタービンシステムから排出される排ガスを冷媒で冷却することにより排ガス中に含まれる湿分を回収する水回収装置と、
前記水回収装置より排ガスの下流側に配設され、前記水回収装置を通過した排ガスを熱媒体で加熱する排ガス再加熱器とを備え、
前記排ガス再加熱器の熱媒体として、前記水回収装置で排ガスと熱交換した後の冷媒が用いられ、
前記水回収装置で排ガスと熱交換した後の冷媒を前記水回収装置に冷媒として供給する循環冷媒系統と、
前記排ガス再加熱器及び前記循環冷媒系統に接続され、前記水回収装置で排ガスと熱交換した後の冷媒の一部を前記排ガス再加熱器に熱媒体として供給して前記循環冷媒系統に戻す熱媒体系統とを更に備え、
前記水回収装置は、冷媒としての冷却水を散布することで排ガスを気液接触により冷却し、排ガス中に含まれる湿分及び散布した冷却水を回収水として回収するように構成され、
前記循環冷媒系統は、
前記水回収装置で回収された回収水を冷却する水回収冷却器と、
前記水回収装置と前記水回収冷却器の入口側とに接続され、前記水回収装置で回収された回収水を前記水回収冷却器に送出する回収水送出管路と、
前記水回収冷却器の出口側と前記水回収装置とに接続され、前記水回収冷却器で冷却された回収水を冷却水として前記水回収装置に供給する冷媒供給管路と、
前記回収水送出管路に設けられ、前記水回収装置で回収された回収水を前記水回収冷却器に送出して前記水回収装置に供給する水回収ポンプとを有し、
前記熱媒体系統は、
前記回収水送出管路における前記水回収ポンプの吐出側の部分と前記排ガス再加熱器の入口側とに接続され、前記水回収装置で回収された回収水の一部を前記排ガス再加熱器に供給する熱媒体供給管路と、
前記回収水送出管路における前記水回収ポンプの吸込側の部分と前記排ガス再加熱器の出口側とに接続され、前記排ガス再加熱器に供給された回収水を前記回収水送出管路に戻す熱媒体戻り管路とを備える
ことを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンシステムの排ガス処理システム。 - 作動流体が加湿されるガスタービンシステムから排出される排ガス中に含まれる湿分を処理する高湿分空気利用ガスタービンシステムの排ガス処理システムであって、
前記ガスタービンシステムから排出される排ガスを冷媒で冷却することにより排ガス中に含まれる湿分を回収する水回収装置と、
前記水回収装置より排ガスの下流側に配設され、前記水回収装置を通過した排ガスを熱媒体で加熱する排ガス再加熱器とを備え、
前記排ガス再加熱器の熱媒体として、前記水回収装置で排ガスと熱交換した後の冷媒が用いられ、
前記水回収装置で排ガスと熱交換した後の冷媒を前記水回収装置に冷媒として供給する循環冷媒系統と、
前記排ガス再加熱器及び前記循環冷媒系統に接続され、前記水回収装置で排ガスと熱交換した後の冷媒の一部を前記排ガス再加熱器に熱媒体として供給して前記循環冷媒系統に戻す熱媒体系統とを更に備え、
前記水回収装置は、冷媒としての冷却水と排ガスとを熱交換させる熱交換器を有し、排ガス中に含まれる湿分及び排ガスと熱交換した後の冷却水を回収水として回収するように構成され、
前記循環冷媒系統は、
前記水回収装置で回収された回収水を冷却する水回収冷却器と、
前記水回収装置と前記水回収冷却器の入口側とに接続され、前記水回収装置で回収された回収水を前記水回収冷却器に送出する回収水送出管路と、
前記水回収冷却器の出口側と前記熱交換器の入口側とに接続され、前記水回収冷却器で冷却された回収水を冷却水として前記熱交換器に供給する冷媒供給管路と、
前記熱交換器の出口側と前記水回収装置とに接続され、前記熱交換器で排ガスと熱交換した回収水を前記水回収装置内に戻す冷媒戻り管路と、
前記回収水送出管路に設けられ、前記水回収装置で回収された回収水を前記水回収冷却器に送出して前記熱交換器に供給する水回収ポンプとを有し、
前記熱媒体系統は、
前記冷媒戻り管路と前記排ガス再加熱器の入口側とに接続され、前記熱交換器で排ガスと熱交換した後の冷却水の一部を前記排ガス再加熱器に供給する熱媒体供給管路と、
前記回収水送出管路における前記水回収ポンプの吸込側の部分と前記排ガス再加熱器の出口側とに接続され、前記排ガス再加熱器に供給された冷却水を前記回収水送出管路に戻す熱媒体戻り管路とを備える
ことを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンシステムの排ガス処理システム。 - 請求項1又は2に記載の高湿分空気利用ガスタービンシステムの排ガス処理システムにおいて、
前記熱媒体系統に設けられ、前記排ガス再加熱器に供給する熱媒体の流量を調整可能な流量調整弁を更に備える
ことを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンシステムの排ガス処理システム。 - 作動流体が加湿されるガスタービンシステムから排出される排ガス中に含まれる湿分を処理する高湿分空気利用ガスタービンシステムの排ガス処理システムであって、
前記ガスタービンシステムから排出される排ガスを冷媒で冷却することにより排ガス中に含まれる湿分を回収する水回収装置と、
前記水回収装置より排ガスの下流側に配設され、前記水回収装置を通過した排ガスを熱媒体で加熱する排ガス再加熱器とを備え、
前記排ガス再加熱器の熱媒体として、前記水回収装置で排ガスと熱交換した後の冷媒が用いられ、
前記水回収装置で排ガスと熱交換した後の冷媒を、前記排ガス再加熱器に供給した後に、前記水回収装置に冷媒として供給する循環冷媒系統を更に備え、
前記循環冷媒系統は、
前記水回収装置と前記排ガス再加熱器の入口側とに接続され、前記水回収装置で排ガスと熱交換した後の冷媒を前記排ガス再加熱器に熱媒体として送出する冷媒送出管路と、
前記排ガス再加熱器で排ガスを加熱した熱媒体を冷却する水回収冷却器と、
前記排ガス再加熱器の出口側と前記水回収冷却器の入口側とに接続され、前記排ガス再加熱器で排ガスを加熱した熱媒体を前記水回収冷却器に送出する熱媒体送出管路と、
前記水回収冷却器の出口側と前記水回収装置とに接続され、前記水回収冷却器で冷却された熱媒体を前記水回収装置に冷媒として供給する冷媒供給管路と、
前記冷媒送出管路に設けられ、前記水回収装置で排ガスと熱交換した後の冷媒を前記排ガス再加熱器に送出して前記水回収装置に再度供給する水回収ポンプとを有する
ことを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンシステムの排ガス処理システム。 - 空気を圧縮する空気圧縮機、前記空気圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを発生させる燃焼器、前記燃焼器からの燃焼ガスにより駆動されるタービンを有するガスタービンシステムと、
前記空気圧縮機から吐出された圧縮空気に加湿する増湿塔、前記増湿塔からの圧縮空気を前記タービンの排ガスと熱交換させて予熱する再生器を有する増湿再生サイクルシステム、又は、前記タービンの排ガスを導いて蒸気を生成する排熱回収ボイラを有し、前記排熱回収ボイラで生成した蒸気を供給して前記ガスタービンシステムの作動流体を加湿する増湿システムと、
前記再生器又は前記排熱回収ボイラを通過した排ガスを冷媒で冷却することにより排ガス中に含まれる湿分を回収する水回収装置、前記水回収装置より排ガスの下流側に配設され、前記水回収装置を通過した排ガスを熱媒体で加熱する排ガス再加熱器を有する排ガス処理システムとを備え、
前記排ガス再加熱器の熱媒体として、前記水回収装置で排ガスと熱交換した後の冷媒が用いられ、
前記排ガス処理システムは、
前記水回収装置で排ガスと熱交換した後の冷媒を前記水回収装置に冷媒として供給する循環冷媒系統と、
前記排ガス再加熱器及び前記循環冷媒系統に接続され、前記水回収装置で排ガスと熱交換した後の冷媒の一部を前記排ガス再加熱器に熱媒体として供給して前記循環冷媒系統に戻す熱媒体系統とを更に備え、
前記水回収装置は、冷媒としての冷却水を散布することで排ガスを気液接触により冷却し、排ガス中に含まれる湿分及び散布した冷却水を回収水として回収するように構成され、
前記循環冷媒系統は、
前記水回収装置で回収された回収水を冷却する水回収冷却器と、
前記水回収装置と前記水回収冷却器の入口側とに接続され、前記水回収装置で回収された回収水を前記水回収冷却器に送出する回収水送出管路と、
前記水回収冷却器の出口側と前記水回収装置とに接続され、前記水回収冷却器で冷却された回収水を冷却水として前記水回収装置に供給する冷媒供給管路と、
前記回収水送出管路に設けられ、前記水回収装置で回収された回収水を前記水回収冷却器に送出して前記水回収装置に供給する水回収ポンプとを有し、
前記熱媒体系統は、
前記回収水送出管路における前記水回収ポンプの吐出側の部分と前記排ガス再加熱器の入口側とに接続され、前記水回収装置で回収された回収水の一部を前記排ガス再加熱器に供給する熱媒体供給管路と、
前記回収水送出管路における前記水回収ポンプの吸込側の部分と前記排ガス再加熱器の出口側とに接続され、前記排ガス再加熱器に供給された回収水を前記回収水送出管路に戻す熱媒体戻り管路とを備える
ことを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンシステム。 - 空気を圧縮する空気圧縮機、前記空気圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを発生させる燃焼器、前記燃焼器からの燃焼ガスにより駆動されるタービンを有するガスタービンシステムと、
前記空気圧縮機から吐出された圧縮空気に加湿する増湿塔、前記増湿塔からの圧縮空気を前記タービンの排ガスと熱交換させて予熱する再生器を有する増湿再生サイクルシステム、又は、前記タービンの排ガスを導いて蒸気を生成する排熱回収ボイラを有し、前記排熱回収ボイラで生成した蒸気を供給して前記ガスタービンシステムの作動流体を加湿する増湿システムと、
前記再生器又は前記排熱回収ボイラを通過した排ガスを冷媒で冷却することにより排ガス中に含まれる湿分を回収する水回収装置、前記水回収装置より排ガスの下流側に配設され、前記水回収装置を通過した排ガスを熱媒体で加熱する排ガス再加熱器を有する排ガス処理システムとを備え、
前記排ガス再加熱器の熱媒体として、前記水回収装置で排ガスと熱交換した後の冷媒が用いられ、
前記排ガス処理システムは、
前記水回収装置で排ガスと熱交換した後の冷媒を前記水回収装置に冷媒として供給する循環冷媒系統と、
前記排ガス再加熱器及び前記循環冷媒系統に接続され、前記水回収装置で排ガスと熱交換した後の冷媒の一部を前記排ガス再加熱器に熱媒体として供給して前記循環冷媒系統に戻す熱媒体系統とを更に備え、
前記水回収装置は、冷媒としての冷却水と排ガスとを熱交換させる熱交換器を有し、排ガス中に含まれる湿分及び排ガスと熱交換した後の冷却水を回収水として回収するように構成され、
前記循環冷媒系統は、
前記水回収装置で回収された回収水を冷却する水回収冷却器と、
前記水回収装置と前記水回収冷却器の入口側とに接続され、前記水回収装置で回収された回収水を前記水回収冷却器に送出する回収水送出管路と、
前記水回収冷却器の出口側と前記熱交換器の入口側とに接続され、前記水回収冷却器で冷却された回収水を冷却水として前記熱交換器に供給する冷媒供給管路と、
前記熱交換器の出口側と前記水回収装置とに接続され、前記熱交換器で排ガスと熱交換した回収水を前記水回収装置内に戻す冷媒戻り管路と、
前記回収水送出管路に設けられ、前記水回収装置で回収された回収水を前記水回収冷却器に送出して前記熱交換器に供給する水回収ポンプとを有し、
前記熱媒体系統は、
前記冷媒戻り管路と前記排ガス再加熱器の入口側とに接続され、前記熱交換器で排ガスと熱交換した後の冷却水の一部を前記排ガス再加熱器に供給する熱媒体供給管路と、
前記回収水送出管路における前記水回収ポンプの吸込側の部分と前記排ガス再加熱器の出口側とに接続され、前記排ガス再加熱器に供給された冷却水を前記回収水送出管路に戻す熱媒体戻り管路とを備える
ことを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンシステム。 - 空気を圧縮する空気圧縮機、前記空気圧縮機からの圧縮空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを発生させる燃焼器、前記燃焼器からの燃焼ガスにより駆動されるタービンを有するガスタービンシステムと、
前記空気圧縮機から吐出された圧縮空気に加湿する増湿塔、前記増湿塔からの圧縮空気を前記タービンの排ガスと熱交換させて予熱する再生器を有する増湿再生サイクルシステム、又は、前記タービンの排ガスを導いて蒸気を生成する排熱回収ボイラを有し、前記排熱回収ボイラで生成した蒸気を供給して前記ガスタービンシステムの作動流体を加湿する増湿システムと、
前記再生器又は前記排熱回収ボイラを通過した排ガスを冷媒で冷却することにより排ガス中に含まれる湿分を回収する水回収装置、前記水回収装置より排ガスの下流側に配設され、前記水回収装置を通過した排ガスを熱媒体で加熱する排ガス再加熱器を有する排ガス処理システムとを備え、
前記排ガス再加熱器の熱媒体として、前記水回収装置で排ガスと熱交換した後の冷媒が用いられ、
前記排ガス処理システムは、
前記水回収装置で排ガスと熱交換した後の冷媒を、前記排ガス再加熱器に供給した後に、前記水回収装置に冷媒として供給する循環冷媒系統を更に備え、
前記循環冷媒系統は、
前記水回収装置と前記排ガス再加熱器の入口側とに接続され、前記水回収装置で排ガスと熱交換した後の冷媒を前記排ガス再加熱器に熱媒体として送出する冷媒送出管路と、
前記排ガス再加熱器で排ガスを加熱した熱媒体を冷却する水回収冷却器と、
前記排ガス再加熱器の出口側と前記水回収冷却器の入口側とに接続され、前記排ガス再加熱器で排ガスを加熱した熱媒体を前記水回収冷却器に送出する熱媒体送出管路と、
前記水回収冷却器の出口側と前記水回収装置とに接続され、前記水回収冷却器で冷却された熱媒体を前記水回収装置に冷媒として供給する冷媒供給管路と、
前記冷媒送出管路に設けられ、前記水回収装置で排ガスと熱交換した後の冷媒を前記排ガス再加熱器に送出して前記水回収装置に再度供給する水回収ポンプとを有する
ことを特徴とする高湿分空気利用ガスタービンシステム。
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