JP7008296B2

JP7008296B2 - Air gas turbine device by reverse Brayton cycle and its control method

Info

Publication number: JP7008296B2
Application number: JP2017193063A
Authority: JP
Inventors: 勲二階; 仁立石; 学谷口; 康司柴▲崎▼
Original assignee: 丸和電機株式会社
Priority date: 2017-10-02
Filing date: 2017-10-02
Publication date: 2022-01-25
Anticipated expiration: 2037-10-02
Also published as: JP2019065786A

Description

本発明は、ガスタービン装置に関し、詳しくは、逆ブレイトンサイクルによる空気ガスタービン装置に関する。以下、各図において、実質的に同一の部分は同一の符号を付すことにより、重複説明を省略する。また、関連技術及び実施形態では、空気ガスタービン装置の一例として、負荷に発電機を用いた空気ガスタービン発電装置を採り上げる。 The present invention relates to a gas turbine apparatus, and more particularly to an air gas turbine apparatus by a reverse Brayton cycle. Hereinafter, in each figure, substantially the same parts are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. Further, in the related technology and the embodiment, as an example of the air gas turbine device, an air gas turbine power generation device using a generator as a load will be taken up.

ガスタービン装置は、一般に、燃料などの燃焼エネルギーを用い、熱力学サイクルの原理に従い、熱エネルギーを動力に変換する熱機関である。主流となるガスタービン装置は、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮された空気を用いて燃料を燃焼させる燃焼器と、燃焼ガスを膨張させるタービンと、を組み合わせたものである。以下に、負荷として発電機を用いたガスタービン発電装置の関連技術１、２について説明する。 A gas turbine device is generally a heat engine that uses combustion energy such as fuel and converts heat energy into power according to the principle of a thermodynamic cycle. The mainstream gas turbine device is a combination of a compressor that compresses air, a combustor that burns fuel using the compressed air, and a turbine that expands the combustion gas. Hereinafter, related technologies 1 and 2 of a gas turbine power generator using a generator as a load will be described.

＜関連技術１＞図６は、関連技術１のガスタービン発電装置を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。 <Related Technology 1> FIG. 6 is a block diagram showing a gas turbine power generation device of the related technology 1. Hereinafter, description will be given based on this drawing.

本関連技術１のガスタービン発電装置６０は、圧縮機６１、再生熱交換器６２、燃焼器６３、タービン６４及び発電機６５を備えており、オープンサイクル再生型ガスタービン発電装置とも呼ばれる。ガスタービン発電装置６０は、次のように動作する。圧縮機６１は、外気６０１を圧縮し、高圧になった空気を燃焼器６３へ送る。燃焼器６３は、高圧になった空気を用いて燃料６０２を燃焼させ、得られた高圧かつ高温の燃焼ガス６０３をタービン６４へ送る。タービン６４は、燃焼ガス６０３を膨張させることによって動力を得る。タービン６４には、同軸又は多軸で圧縮機６１及び発電機６５が連結されている。そのため、タービン６４で発生した動力は、一部が圧縮機６１の駆動に充てられ、残りが発電機６５の駆動に充てられる。 The gas turbine power generation device 60 of the related technology 1 includes a compressor 61, a regenerative heat exchanger 62, a combustor 63, a turbine 64, and a generator 65, and is also referred to as an open cycle regenerative gas turbine power generation device. The gas turbine power generation device 60 operates as follows. The compressor 61 compresses the outside air 601 and sends the high-pressure air to the combustor 63. The combustor 63 burns the fuel 602 using the high-pressure air, and sends the obtained high-pressure and high-temperature combustion gas 603 to the turbine 64. The turbine 64 is powered by expanding the combustion gas 603. A compressor 61 and a generator 65 are connected to the turbine 64 coaxially or multiaxially. Therefore, a part of the power generated by the turbine 64 is used to drive the compressor 61, and the rest is used to drive the generator 65.

タービン６４からの排気６０４は、高温を保っていて、熱エネルギーを有している。この熱エネルギーを有効に利用するため、再生熱交換器６２を配することにより、圧縮機６１から燃焼器６３へ供給される空気の温度を上昇させる。これにより、燃料６０２の供給量を削減できるので、システム全体の省エネルギーが図れる。 The exhaust gas 604 from the turbine 64 keeps a high temperature and has thermal energy. In order to effectively utilize this heat energy, the temperature of the air supplied from the compressor 61 to the combustor 63 is raised by arranging the regenerated heat exchanger 62. As a result, the supply amount of the fuel 602 can be reduced, so that the energy of the entire system can be saved.

＜関連技術２＞図７は、関連技術２のガスタービン発電装置を示すブロック図である。図８は関連技術２のガスタービン発電装置における動作を示し、図８[Ａ]はＰ（圧力）－Ｖ（体積）線図であり、図８[Ｂ]はＴ（温度）－ｓ（エントロピー）線図である。以下これらの図面に基づき説明する。 <Related Technology 2> FIG. 7 is a block diagram showing a gas turbine power generation device of the related technology 2. FIG. 8 shows the operation in the gas turbine power generation device of the related technique 2, FIG. 8 [A] is a P (pressure) -V (volume) diagram, and FIG. 8 [B] is T (temperature) -s (entropy). ) It is a diagram. Hereinafter, description will be given based on these drawings.

関連技術１では、圧縮機６１→燃焼器６３→タービン６４の順（ブレイトンサイクル）に作動ガスである外気（空気）６０１と燃焼ガス６０３が流れる。これに対して、本関連技術２のガスタービン発電装置７０は、燃焼器６３→タービン６４→圧縮機６１の順（逆ブレイトンサイクル）に燃焼ガス６０３が流れ、再生型逆ブレイトンサイクル発電装置とも呼ばれる（例えば特許文献１参照）。ガスタービン発電装置７０は、次のように動作する。燃焼器６３は、外気６０１（大気圧の空気）を用いて燃料６０２を燃焼させ、得られた大気圧かつ高温の燃焼ガス６０３をタービン６４へ送る。タービン６４は、燃焼ガス６０３を膨張させることによって動力を得る。圧縮機６１は、大気圧以下になったタービン６４の排気を、再生熱交換器６２で燃焼器６０２に導く外気を加熱した後、これを圧縮して大気圧に戻して排気６０４として排出する。 In the related technique 1, the outside air (air) 601 and the combustion gas 603, which are the working gases, flow in the order of the compressor 61 → the combustor 63 → the turbine 64 (Brayton cycle). On the other hand, in the gas turbine power generation device 70 of the related technology 2, the combustion gas 603 flows in the order of the combustor 63 → the turbine 64 → the compressor 61 (reverse Brayton cycle), and is also called a regenerative reverse Brayton cycle power generation device. (See, for example, Patent Document 1). The gas turbine power generation device 70 operates as follows. The combustor 63 burns the fuel 602 using the outside air 601 (atmospheric pressure air), and sends the obtained atmospheric pressure and high temperature combustion gas 603 to the turbine 64. The turbine 64 is powered by expanding the combustion gas 603. The compressor 61 heats the outside air that leads the exhaust gas of the turbine 64 below the atmospheric pressure to the combustor 602 with the regenerative heat exchanger 62, compresses the exhaust gas, returns the exhaust gas to the atmospheric pressure, and discharges the exhaust gas as the exhaust gas 604.

図８において、各線は損失の無い理想的な逆ブレイトンサイクルを示し、「１」は外気６０１、「２」は燃焼器６３の出口（すなわちタービン６４の入口）、「３」はタービン６４の出口、「４」は圧縮機６１の入口、「５」は圧縮機６１の出口の各点である。図８からわかるように、ガスタービン発電装置７０によれば、作動媒体が大気圧Ｐｏ以下の燃焼ガス６０３であることから、圧縮機６１、再生熱交換器６２、燃焼器６３及びタービン６４に耐圧性が要求されないので、構造を簡素化できるとともに、安価で信頼性のある材質を用いることができる。 In FIG. 8, each line shows an ideal lossless reverse Brayton cycle, where "1" is the outside air 601, "2" is the outlet of the combustor 63 (ie, the inlet of the turbine 64), and "3" is the outlet of the turbine 64. , "4" are the inlets of the compressor 61, and "5" are the outlets of the compressor 61. As can be seen from FIG. 8, according to the gas turbine power generation device 70, since the working medium is the combustion gas 603 having an atmospheric pressure Po or less, the compressor 61, the regenerated heat exchanger 62, the combustor 63, and the turbine 64 have pressure resistance. Since the property is not required, the structure can be simplified and an inexpensive and reliable material can be used.

特許第４６１９５６３号公報（図２等）「ウルトラタービン」Japanese Patent No. 4619563 (Fig. 2, etc.) "Ultra Turbine"

しかしながら、関連技術２のガスタービン発電装置７０では、燃焼器６３で発生した高温の燃焼ガス６０３がタービン６４内に導かれることにより、燃焼ガス６０３に含まれる高温の酸性物質等が燃焼器６３、タービン６４、再生熱交換器６２及び圧縮機６１の材質を腐食させるので、耐久性及び安全性に不具合を生ずるという問題があった。これに加え、関連技術２のガスタービン発電装置７０には、熱効率の更なる向上が求められていた。 However, in the gas turbine power generation device 70 of the related technique 2, the high-temperature combustion gas 603 generated in the combustor 63 is guided into the turbine 64, so that the high-temperature acidic substances and the like contained in the combustion gas 603 are removed from the combustor 63. Since the materials of the turbine 64, the regenerative heat exchanger 62 and the compressor 61 are corroded, there is a problem that durability and safety are deteriorated. In addition to this, the gas turbine power generation device 70 of the related technique 2 is required to further improve the thermal efficiency.

そこで、本発明の目的は、耐久性及び安全性を向上し、かつ熱効率をも向上し得る、逆ブレイトンサイクルによる空気ガスタービン装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an air gas turbine apparatus by a reverse Brayton cycle, which can improve durability and safety as well as thermal efficiency.

本発明に係る逆ブレイトンサイクルによる空気ガスタービン装置は、
大気圧の空気を導入する加熱管と、
燃焼用の空気を用い燃料を燃焼させることにより、前記加熱管に導入された前記大気圧の空気を加熱する燃焼器と、
前記加熱管で加熱された空気を膨張させることにより回転運動を生成するタービンと、
前記タービンで生成された回転運動によって動作し、前記タービンで膨張しかつ冷却された空気を圧縮して排出する圧縮機と、
前記タービンで膨張した空気を高温側とし、前記圧縮機から排出された空気を低温側とし、前記高温側から前記低温側へ熱を移動させることにより、前記タービンで膨張した空気を冷却するとともに、前記圧縮機から排出された空気を加熱して前記燃焼用の空気として前記燃焼器へ供給する再生熱交換器と、
前記タービンで生成された回転運動によって動作する負荷と、
前記圧縮機から排出される空気の流量を調整する流量調整弁と、
前記圧縮機と前記流量調整弁との間に設けられ、前記圧縮機から排出される空気を大気中に放出する排気弁と、
大気圧の空気を前記燃焼用の空気として前記燃焼器へ供給する吸気弁及び空気ブロワーと、
を備えたものである。 The air gas turbine apparatus by the reverse Brayton cycle according to the present invention is
A heating tube that introduces atmospheric pressure air,
A combustor that heats the atmospheric pressure air introduced into the heating pipe by burning fuel using combustion air, and a combustor.
A turbine that generates rotational motion by expanding the air heated by the heating tube, and
A compressor that operates by the rotational motion generated by the turbine and compresses and discharges the air that has been expanded and cooled by the turbine.
The air expanded by the turbine is set to the high temperature side, the air discharged from the compressor is set to the low temperature side, and heat is transferred from the high temperature side to the low temperature side to cool the air expanded by the turbine and at the same time. A regenerative heat exchanger that heats the air discharged from the compressor and supplies it as the combustion air to the combustor.
The load operated by the rotational motion generated by the turbine and
A flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the air discharged from the compressor,
An exhaust valve provided between the compressor and the flow rate adjusting valve to discharge the air discharged from the compressor into the atmosphere,
An intake valve and an air blower that supply atmospheric pressure air as the combustion air to the combustor,
It is equipped with.

本発明によれば、加熱管→タービン→再生熱交換器（高温側）→圧縮機→再生熱交換器（低温側）→燃焼器と流れる作動媒体が酸性物質等を含まない空気であることにより、高温又は低温の空気が触れる加熱管、タービン、再生熱交換器及び圧縮機の材質に耐食性が要求されないので、高温耐久性及び安全性を向上できる。更に、高温にさらされる加熱管とタービンの高温腐食耐久性が向上するので、燃焼ガスの温度をより高くして燃焼器の発熱温度を上げられるので、熱効率と動力を向上できる。 According to the present invention, the heating tube-> turbine-> regenerated heat exchanger (high temperature side)-> compressor-> regenerated heat exchanger (low temperature side)-> combustor and the operating medium flowing is air that does not contain acidic substances. Since corrosion resistance is not required for the materials of the heating tube, turbine, regenerative heat exchanger and compressor that are exposed to high temperature or low temperature air, high temperature durability and safety can be improved. Further, since the high temperature corrosion durability of the heating tube and the turbine exposed to high temperature is improved, the temperature of the combustion gas can be raised and the heat generation temperature of the combustor can be raised, so that the thermal efficiency and power can be improved.

実施形態１の空気ガスタービン発電装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the air gas turbine power generation apparatus of Embodiment 1. FIG. 実施形態２の空気ガスタービン発電装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the air gas turbine power generation apparatus of Embodiment 2. 実施形態１の空気ガスタービン発電装置の実施例１を示すブロック図である。It is a block diagram which shows Example 1 of the air gas turbine power generation apparatus of Embodiment 1. FIG. 実施形態１の空気ガスタービン発電装置の実施例２を示すブロック図である。It is a block diagram which shows Example 2 of the air gas turbine power generation apparatus of Embodiment 1. FIG. 実施形態１の空気ガスタービン発電装置の実施例３を示すブロック図である。It is a block diagram which shows Example 3 of the air gas turbine power generation apparatus of Embodiment 1. FIG. 関連技術１のガスタービン発電装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the gas turbine power generation apparatus of the related art 1. 関連技術２のガスタービン発電装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the gas turbine power generation apparatus of the related technique 2. 関連技術２のガスタービン発電装置における動作を示し、図８[Ａ]はＰ（圧力）－Ｖ（体積）線図であり、図８[Ｂ]はＴ（温度）－ｓ（エンタルピー）線図である。The operation of the gas turbine power generation device of the related technique 2 is shown, FIG. 8 [A] is a P (pressure) -V (volume) diagram, and FIG. 8 [B] is a T (temperature) -s (enthalpy) diagram. Is.

本明細書及び特許請求の範囲における「備える」とは、明示した構成要素以外の構成要素を備える場合も含まれる。「有する」や「含む」なども同様である。本明細書及び特許請求の範囲における「接続する」とは、明示した構成要素以外の構成要素を介して接続する場合も含まれる。例えば、要素Ａに接続するとは、要素Ａに直接接続する場合の他に、要素Ａに要素Ｂ等を介して接続する場合も含まれる。「連結する」なども同様である。以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。 "Providing" in the present specification and claims also includes the case of including components other than the specified components. The same applies to "have" and "include". The term "connecting" in the present specification and claims also includes the case of connecting via a component other than the specified component. For example, connecting to the element A includes not only the case of directly connecting to the element A but also the case of connecting to the element A via the element B or the like. The same applies to "connecting" and the like. Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described with reference to the accompanying drawings.

＜実施形態１＞図１は、実施形態１の空気ガスタービン発電装置を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。 <Embodiment 1> FIG. 1 is a block diagram showing an air gas turbine power generation device according to the first embodiment. Hereinafter, description will be given based on this drawing.

本実施形態１の逆ブレイトンサイクルによる空気ガスタービン発電装置１０は、大気圧の空気（外気１０１）を導入する加熱管１１と、燃焼用の空気（燃焼空気１０２）を用い燃料１０３を燃焼させることにより、加熱管１１に導入された大気圧の空気を加熱する燃焼器１２と、加熱管１１で加熱された空気を膨張させることにより回転運動を生成するタービン１３と、タービン１３で生成された回転運動によって動作し、タービン１３で膨張しかつ冷却された空気を圧縮して排出する圧縮機１４と、タービン１３で膨張した空気を高温側とし、圧縮機１４から排出された空気を低温側とし、高温側から低温側へ熱を移動させることにより、タービン１３で膨張した空気を冷却するとともに、圧縮機１４から排出された空気を加熱して燃焼用の空気（燃焼空気１０２）として燃焼器１２へ供給する再生熱交換器１５と、タービン１３で生成された回転運動によって動作する負荷（発電機１６）と、を備えたものである。 The air gas turbine power generation device 10 by the reverse Brayton cycle of the first embodiment burns the fuel 103 using the heating pipe 11 for introducing atmospheric pressure air (outside air 101) and the combustion air (combustion air 102). The compressor 12 that heats the atmospheric pressure air introduced into the heating tube 11, the turbine 13 that generates rotational motion by expanding the air heated by the heating tube 11, and the rotation generated by the turbine 13. A compressor 14 that operates by motion and compresses and discharges the air expanded and cooled by the turbine 13 and the air expanded by the turbine 13 are set to the high temperature side, and the air discharged from the compressor 14 is set to the low temperature side. By transferring heat from the high temperature side to the low temperature side, the air expanded by the turbine 13 is cooled, and the air discharged from the compressor 14 is heated to the combustor 12 as combustion air (combustion air 102). It includes a regenerated heat exchanger 15 to be supplied, and a load (generator 16) operated by the rotational motion generated by the turbine 13.

本実施形態１によれば、加熱管１１→タービン１３→再生熱交換器１５（高温側）→圧縮機１４→再生熱交換器１５（低温側）→燃焼器１２と流れる作動媒体が酸性物質等を含まない空気であることにより、高温又は低温の空気が触れる加熱管１１、タービン１３、再生熱交換器１５及び圧縮機１４の材質に耐食性が要求されないので、耐久性及び安全性を向上できる。特に高温の空気が触れるタービン１３の材質に高温腐食耐食性が要求されないことは、その効果が大きい。更に、高温にさらさせる加熱管とタービンの高温腐食耐久性が向上するので、燃焼ガスの温度をより高くして燃焼器１２の発熱温度を上げられるので、熱効率を向上できる。 According to the first embodiment, the working medium flowing in the heating tube 11 → turbine 13 → regenerated heat exchanger 15 (high temperature side) → compressor 14 → regenerated heat exchanger 15 (low temperature side) → combustor 12 is an acidic substance or the like. Since the air does not contain corrosion resistance, the materials of the heating tube 11, the turbine 13, the regenerative heat exchanger 15, and the compressor 14 to which high temperature or low temperature air comes into contact are not required to have corrosion resistance, so that durability and safety can be improved. In particular, the fact that the material of the turbine 13 that is exposed to high temperature air is not required to have high temperature corrosion resistance is highly effective. Further, since the high temperature corrosion durability of the heating tube and the turbine exposed to high temperature is improved, the temperature of the combustion gas can be raised and the heat generation temperature of the combustor 12 can be raised, so that the thermal efficiency can be improved.

また、空気ガスタービン発電装置１０は、作動媒体が大気圧以下の空気であることから、加熱管１１、タービン１３、再生熱交換器１５及び圧縮機１４に耐圧性が要求されないばかりか、作動媒体が酸性物質等を含まない空気であることから耐食性も要求されないので、構造をより簡素化できるとともに、より安価でより信頼性のある材質を用いることができる。 Further, in the air gas turbine power generation device 10, since the working medium is air having an atmospheric pressure or less, not only the heating pipe 11, the turbine 13, the regenerating heat exchanger 15, and the compressor 14 are not required to have pressure resistance, but also the working medium. Since the air does not contain an acidic substance or the like, corrosion resistance is not required, so that the structure can be further simplified and a cheaper and more reliable material can be used.

次に、本実施形態１の空気ガスタービン発電装置１０について、更に詳しく説明する。 Next, the air gas turbine power generation device 10 of the first embodiment will be described in more detail.

空気ガスタービン発電装置１０は、燃焼器１２による間接加熱再生型逆ブレイトンサイクル発電装置であり、燃焼器１２内に設置した加熱管１１に外気１０１を導き、燃焼器１２で得られる燃焼ガス１０４で加熱管１１を加熱し、高温化した空気をタービン１３へ導くことにより、動力を発生させる。 The air gas turbine power generation device 10 is an indirect heating regeneration type reverse Brayton cycle power generation device using a combustor 12, and the outside air 101 is guided to a heating pipe 11 installed in the combustor 12, and the combustion gas 104 obtained by the combustor 12 is used. Power is generated by heating the heating tube 11 and guiding the heated air to the turbine 13.

タービン１３で動力を得るには、タービン１３の出口の空気圧力をタービン１３の入口の空気圧力より低く保つ必要がある。そのため、タービン１３の出口側に圧縮機１４を設ける。圧縮機１４は、タービン１３から排出される空気を低圧に保つとともに、吸引圧縮した空気を流量調整弁１７を経由して燃焼空気１０２として燃焼器１２へ送る。 In order to obtain power from the turbine 13, it is necessary to keep the air pressure at the outlet of the turbine 13 lower than the air pressure at the inlet of the turbine 13. Therefore, a compressor 14 is provided on the outlet side of the turbine 13. The compressor 14 keeps the air discharged from the turbine 13 at a low pressure, and sends the suction-compressed air to the combustor 12 as combustion air 102 via the flow rate adjusting valve 17.

タービン１３に導かれた高温の空気は、タービン１３で断熱膨張による仕事をして、温度が低下するものの、まだ高温を維持している。この熱エネルギーを有効に利用するために、タービン１３と圧縮機１４との間に再生熱交換器１５を設ける。再生熱交換器１５では、タービン１３から排出された高温の空気と、圧縮機１４から流量調整弁１７を経由して排出された空気（排気１０５）とを、熱交換させる。これにより、排気１０５は高温化して燃焼空気１０２となり、タービン１３から排出された高温の空気は低温となって圧縮機１４に導かれる。 The high-temperature air guided to the turbine 13 works by adiabatic expansion in the turbine 13, and although the temperature drops, it still maintains a high temperature. In order to effectively utilize this heat energy, a regenerated heat exchanger 15 is provided between the turbine 13 and the compressor 14. In the regenerative heat exchanger 15, the high-temperature air discharged from the turbine 13 and the air (exhaust 105) discharged from the compressor 14 via the flow rate adjusting valve 17 are exchanged for heat. As a result, the exhaust 105 becomes high temperature to become combustion air 102, and the high temperature air discharged from the turbine 13 becomes low temperature and is guided to the compressor 14.

高温化した燃焼空気１０２が燃焼器１２に導かれて燃料１０３を燃焼させることにより、更に高温の燃焼ガス１０４が発生する。燃焼ガス１０４は、加熱管１１内の空気に熱を与えて温度が低下し、排気ガス１０６となって大気中に排出される。このように高温化した燃焼空気１０２によって燃焼ガス１０４が更に高温化されることにより、ガスタービン発電装置１０の熱効率が向上するので、燃料消費率を低下できる。 The heated combustion air 102 is guided to the combustor 12 to burn the fuel 103, so that a higher temperature combustion gas 104 is generated. The combustion gas 104 gives heat to the air in the heating pipe 11 to lower the temperature, becomes exhaust gas 106, and is discharged into the atmosphere. By further raising the temperature of the combustion gas 104 by the combustion air 102 having been heated in this way, the thermal efficiency of the gas turbine power generation device 10 is improved, so that the fuel consumption rate can be reduced.

タービン１３には、同軸又は多軸を介して圧縮機１４が連結され、同軸又は歯車装置を介して発電機１６が連結されている。タービン１３で発生する動力は、一部が圧縮機１４の駆動に供され、その残りが発電機１６を駆動して電力を発生させる。 A compressor 14 is connected to the turbine 13 via a coaxial or multi-axis, and a generator 16 is connected via a coaxial or gear device. Part of the power generated by the turbine 13 is used to drive the compressor 14, and the rest drives the generator 16 to generate electric power.

空気ガスタービン発電装置１０には、圧縮機１４の排気１０５を大気に放出するための排気弁１８と、外気１０１を燃焼器１２に供給するための吸気弁１９とが、設置されている。空気ガスタービン発電装置１０の通常運転時では、排気弁１８及び吸気弁１９を閉鎖状態にし、流量調整弁１７を開放状態にする。 The air gas turbine power generation device 10 is provided with an exhaust valve 18 for discharging the exhaust 105 of the compressor 14 to the atmosphere and an intake valve 19 for supplying the outside air 101 to the combustor 12. During normal operation of the air gas turbine power generation device 10, the exhaust valve 18 and the intake valve 19 are closed, and the flow rate adjusting valve 17 is opened.

空気ガスタービン発電装置１０の起動時には、通常運転とは逆に、排気弁１８及び吸気弁１９を開放状態にし、流量調整弁１７を閉鎖状態にする。これに伴い、発電機１６を電動機として作動させるなどして圧縮機１４の回転数を上げて駆動し、この作動過程で得られる燃焼空気１０２の流量に見合う燃料１０３を供給する。その後、排気弁１８及び吸気弁１９を徐々に閉め、同時に流量調整弁１７を徐々に開いて、通常運転に移行する。 When the air gas turbine power generation device 10 is started, the exhaust valve 18 and the intake valve 19 are opened and the flow rate adjusting valve 17 is closed, contrary to the normal operation. Along with this, the generator 16 is operated as an electric motor to increase the rotation speed of the compressor 14 and drive the compressor 14, and the fuel 103 corresponding to the flow rate of the combustion air 102 obtained in this operation process is supplied. After that, the exhaust valve 18 and the intake valve 19 are gradually closed, and at the same time, the flow rate adjusting valve 17 is gradually opened to shift to normal operation.

通常運転中に発電機１６の出力を変動させるには、流量調整弁１７及び排気弁１８の開度を調整することにより、圧縮機１４及びタービン１３の最大効率を得る流量及び圧力比を設定するとともに、吸気弁１９の開度を調整することにより、適正な燃焼空気１０２の流量を得る制御を実施する。つまり、流量調整弁１７、排気弁１８及び吸気弁１９を設けることによって、スタートアップ制御、圧縮機１４とタービン１３のマッチング制御、及び、最適燃焼空気流量制御が可能になるので、様々な作動条件で高効率な運転を実現できる。 In order to fluctuate the output of the generator 16 during normal operation, the flow rate and pressure ratio for obtaining the maximum efficiency of the compressor 14 and the turbine 13 are set by adjusting the opening degrees of the flow rate adjusting valve 17 and the exhaust valve 18. At the same time, control is performed to obtain an appropriate flow rate of the combustion air 102 by adjusting the opening degree of the intake valve 19. That is, by providing the flow rate adjusting valve 17, the exhaust valve 18, and the intake valve 19, start-up control, matching control between the compressor 14 and the turbine 13, and optimum combustion air flow rate control become possible, so that the optimum combustion air flow rate control can be performed under various operating conditions. Highly efficient operation can be realized.

＜実施形態２＞図２は、実施形態２の空気ガスタービン発電装置を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。 <Embodiment 2> FIG. 2 is a block diagram showing an air gas turbine power generation device according to the second embodiment. Hereinafter, description will be given based on this drawing.

本実施形態２の空気ガスタービン発電装置２０では、実施形態１におけるタービン１３（図１）が、加熱管１１で加熱された空気を膨張させることにより回転運動を生成する第一のタービン（パワータービン２１）と、第一のタービンで膨張した空気を更に膨張させることにより回転運動を生成する第二のタービン（タービン２２）とからなる。そして、負荷（発電機１６）は、第一のタービン及び第二のタービンの一方（パワータービン２１）で生成された回転運動によって動作する。圧縮機１４は、第一のタービン及び第二のタービンの他方（タービン２２）で生成された回転運動によって動作する。 In the air gas turbine power generation device 20 of the second embodiment, the first turbine (power turbine) in which the turbine 13 (FIG. 1) in the first embodiment generates rotational motion by expanding the air heated by the heating pipe 11. 21) and a second turbine (turbine 22) that generates rotational motion by further expanding the air expanded by the first turbine. Then, the load (generator 16) is operated by the rotational motion generated by one of the first turbine and the second turbine (power turbine 21). The compressor 14 is operated by the rotational motion generated by the first turbine and the other of the second turbines (turbine 22).

換言すると、本実施形態２の空気ガスタービン発電装置２０は、実施形態１におけるタービン１３を二基に分離して、加熱管１１で加熱された空気が流入し断熱膨張するパワータービン２１、及び、パワータービン２１の排気が流入し断熱膨張するタービン２２としたものである。パワータービン２１は、同軸又は歯車装置を介して連結された発電機１６を駆動する。タービン２２は、同軸又は多軸で連結された圧縮機１４を駆動する。 In other words, the air gas turbine power generation device 20 of the second embodiment separates the turbine 13 of the first embodiment into two, and the air heated by the heating pipe 11 flows into the power turbine 21 and adiabatic expansion. It is a turbine 22 in which the exhaust of the power turbine 21 flows in and adiabatically expands. The power turbine 21 drives a generator 16 connected via a coaxial or gear device. The turbine 22 drives a compressor 14 coaxially or multiaxially connected.

空気ガスタービン発電装置２０によれば、パワータービン２１とタービン２２とが同軸でないため、それぞれの回転数を発電機１６及び圧縮機１４の特性に合わせて設定できるので、要求電力に合致させた高効率の作動が可能となる。 According to the air-gas turbine power generator 20, since the power turbine 21 and the turbine 22 are not coaxial, the respective rotation speeds can be set according to the characteristics of the generator 16 and the compressor 14, so that the high power can be matched to the required power. Efficient operation is possible.

なお、本実施形態２では、第一のタービンをパワータービン２１、第二のタービンをタービン２２としたが、これとは逆に、第一のタービンをタービン２２、第二のタービンをパワータービン２１としてもよい。すなわち、作動媒体である空気の流れに沿って、タービン２２、パワータービン２１の順に配置してもよい。この場合も前述と同様の効果を奏する。 In the second embodiment, the first turbine is the power turbine 21 and the second turbine is the turbine 22, but conversely, the first turbine is the turbine 22 and the second turbine is the power turbine 21. May be. That is, the turbine 22 and the power turbine 21 may be arranged in this order along the flow of air as the working medium. In this case as well, the same effect as described above is obtained.

＜実施例１＞図３は、実施形態１の空気ガスタービン発電装置の実施例１を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。 <Example 1> FIG. 3 is a block diagram showing a first embodiment of the air gas turbine power generation device of the first embodiment. Hereinafter, description will be given based on this drawing.

本実施例１は、石炭火力発電設備である微粉炭燃焼発電装置であり、空気ガスタービン発電装置１０における燃焼器１２（図１）として、石炭を燃焼する微粉炭燃焼ボイラーシステム３０を用いている。微粉炭燃焼ボイラーシステム３０は、微粉炭機３１、微粉炭ボイラー３２等を備えている。 The first embodiment is a pulverized coal combustion power generation device which is a coal-fired power generation facility, and uses a pulverized coal combustion boiler system 30 for burning coal as a combustor 12 (FIG. 1) in the air gas turbine power generation device 10. .. The pulverized coal combustion boiler system 30 includes a pulverized coal machine 31, a pulverized coal boiler 32, and the like.

石炭３０１は、微粉炭機３１で粉砕されて微粉炭３０２となり、微粉炭ボイラー３２へ送られる。微粉炭３０２は、微粉炭ボイラー３２内で燃焼し、石炭灰３０３及び高温の燃焼ガス１０４となる。燃焼ガス１０４は、微粉炭ボイラー３２内に設置された加熱管１１を加熱する。これにより、加熱管１１内に導入された外気１０１は、高温の空気となって、タービン１３に送られる。その高温の空気がタービン１３内で膨張することによって、動力が得られる。タービン１３の排気は、再生熱交換器１５を経て、タービン１３と同軸で連結されている圧縮機１４に吸引かつ圧縮される。圧縮機１４で圧縮された空気は、流量調整弁１７を経て再び再生熱交換器１５に送られることにより、タービン１３の排気で加熱されて高温の燃焼空気１０２となる。燃焼空気１０２は、微粉炭ボイラー３２に送られ、微粉炭３０２の燃焼に用いられる。 The coal 301 is crushed by the pulverized coal machine 31 to become pulverized coal 302, which is sent to the pulverized coal boiler 32. The pulverized coal 302 burns in the pulverized coal boiler 32 to become coal ash 303 and high-temperature combustion gas 104. The combustion gas 104 heats the heating pipe 11 installed in the pulverized coal boiler 32. As a result, the outside air 101 introduced into the heating pipe 11 becomes high-temperature air and is sent to the turbine 13. Power is obtained by expanding the hot air in the turbine 13. The exhaust gas of the turbine 13 is sucked and compressed by the compressor 14 coaxially connected to the turbine 13 via the regenerative heat exchanger 15. The air compressed by the compressor 14 is sent to the regenerative heat exchanger 15 again via the flow rate adjusting valve 17, and is heated by the exhaust gas of the turbine 13 to become high-temperature combustion air 102. The combustion air 102 is sent to the pulverized coal boiler 32 and used for burning the pulverized coal 302.

タービン１３には、圧縮機１４に加えて、同軸又は歯車装置（図示せず）を介して発電機１６が連結されている。タービン１３で得られる動力から圧縮機１４の駆動に必要な動力を差し引いた残りの動力で、発電機１６を駆動して電力を得る。起動時や通常運転中で発電機１６の出力を変動させる時は、実施形態１の説明で述べたように、流量調整弁１７、排気弁１８及び吸気弁１９を操作する。 In addition to the compressor 14, a generator 16 is connected to the turbine 13 via a coaxial cable or a gear device (not shown). The generator 16 is driven to obtain electric power by the remaining power obtained by subtracting the power required for driving the compressor 14 from the power obtained by the turbine 13. When the output of the generator 16 is changed at the time of starting or during normal operation, the flow rate adjusting valve 17, the exhaust valve 18, and the intake valve 19 are operated as described in the description of the first embodiment.

更に、空気ガスタービン発電装置１０には、空気ブロワー３３が吸気弁１９の上流に設置されている。流量調整弁１７を閉鎖し、排気弁１８及び吸気弁１９を開放することにより、圧縮機１４から大気圧の排気１０５を放出するとともに、空気ブロワー３３で外気１０１を取り込んで燃焼空気１０２として微粉炭ボイラー３２へ供給することができる。その場合は、逆ブレイトンサイクルの作動媒体である空気と燃焼に供する空気（燃焼空気１０２）との系統が分離されているため、前者の空気流量を圧縮機１４の回転数で、後者の空気流量を空気ブロワー３３の回転数で、それぞれ独立して制御できるので、広範囲な運転領域を実現できる。 Further, in the air gas turbine power generation device 10, an air blower 33 is installed upstream of the intake valve 19. By closing the flow control valve 17 and opening the exhaust valve 18 and the intake valve 19, the exhaust 105 at atmospheric pressure is discharged from the compressor 14, and the outside air 101 is taken in by the air blower 33 to make pulverized coal as combustion air 102. It can be supplied to the boiler 32. In that case, since the system of the air that is the operating medium of the reverse Brayton cycle and the air that is used for combustion (combustion air 102) is separated, the former air flow rate is the rotation speed of the compressor 14 and the latter air flow rate. Can be controlled independently by the rotation speed of the air blower 33, so that a wide operating range can be realized.

微粉炭ボイラー３２の燃焼ガス１０４の温度を、現在のタービン温度の限界と考えられている１４００℃の空気を供給できる程度に上昇できれば、微粉炭ボイラー効率＝９８％、タービン断熱効率＝９０％、圧縮機断熱効率＝８５％、機械効率＝９８％、発電機効率＝９８％、再生熱交換器の熱伝達温度差＝５０℃、タービンの膨張比を１．８～２．２としたとき、在来の微粉炭ボイラー発電装置の熱効率４０％を超える、５４％の高い熱効率を達成できる。 If the temperature of the combustion gas 104 of the pulverized coal boiler 32 can be raised to a level that can supply air at 1400 ° C., which is considered to be the limit of the current turbine temperature, the pulverized coal boiler efficiency = 98%, the turbine insulation efficiency = 90%, When the compressor insulation efficiency = 85%, the mechanical efficiency = 98%, the generator efficiency = 98%, the heat transfer temperature difference of the regenerative heat exchanger = 50 ° C., and the expansion ratio of the turbine is 1.8 to 2.2. It is possible to achieve a high thermal efficiency of 54%, which exceeds the thermal efficiency of 40% of the conventional pulverized coal boiler power generator.

本実施例１における空気ガスタービン発電装置１０は、実施形態２の空気ガスタービン発電装置２０（図２）に置き換えることもできる。また、空気ガスタービン発電装置１０は、本実施例１に示す石炭火力発電に限らず、石油火力発電や天然ガス火力発電など、あらゆるボイラー発電に適用できる。 The air gas turbine power generation device 10 in the first embodiment can be replaced with the air gas turbine power generation device 20 (FIG. 2) of the second embodiment. Further, the air gas turbine power generation device 10 can be applied not only to the coal-fired power generation shown in the first embodiment but also to all boiler power generation such as oil-fired power generation and natural gas-fired power generation.

＜実施例２＞図４は、実施形態１の空気ガスタービン発電装置の実施例２を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。 <Example 2> FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the air gas turbine power generation device of the first embodiment. Hereinafter, description will be given based on this drawing.

本実施例２は、廃棄物処理発電装置であり、空気ガスタービン発電装置１０における燃焼器１２（図１）として、乾留ガス化焼却システム４０を用いている。乾留ガス化焼却システム４０は、乾留ガス化炉４１、燃焼炉４２（バーナー部と燃焼部とからなる）、サイクロン４３、薬剤サイロ４４、バグフィルター４５、誘引ファン４６、煙突４７等を備えている。 The second embodiment is a waste treatment power generation device, and a dry distillate gasification incineration system 40 is used as a combustor 12 (FIG. 1) in the air gas turbine power generation device 10. The carbonization gasification incineration system 40 includes a carbonization gasification furnace 41, a combustion furnace 42 (consisting of a burner section and a combustion section), a cyclone 43, a chemical silo 44, a bag filter 45, an attraction fan 46, a chimney 47, and the like. ..

廃棄物４０１は、乾留ガス化炉４１でガス化して乾留ガス４０２となり、燃焼炉４２へ送られる。乾留ガス４０２は、燃焼炉４２内で燃焼し、高温の燃焼ガス１０４となる。燃焼ガス１０４は、燃焼炉４２内に設置された加熱管１１を加熱する。これにより、加熱管１１内に導入された外気１０１は、高温の空気になってタービン１３に送られる。その高温の空気がタービン１３内で膨張することによって、動力が得られる。タービン１３の排気は、再生熱交換器１５を経て、タービン１３と同軸で連結されている圧縮機１４によって吸引かつ圧縮される。圧縮機１４で圧縮された空気は、流量調整弁１７を経て再び再生熱交換器１５に送られることにより、タービン１３の排気で加熱されて高温の燃焼空気１０２となる。燃焼空気１０２は、燃焼炉４２に送られ、乾留ガス４０２の燃焼に用いられる。 The waste 401 is gasified in the carbonization gasification furnace 41 to become the carbonization gas 402, which is sent to the combustion furnace 42. The carbonization gas 402 burns in the combustion furnace 42 and becomes a high-temperature combustion gas 104. The combustion gas 104 heats the heating pipe 11 installed in the combustion furnace 42. As a result, the outside air 101 introduced into the heating pipe 11 becomes high-temperature air and is sent to the turbine 13. Power is obtained by expanding the hot air in the turbine 13. The exhaust gas of the turbine 13 is sucked and compressed by the compressor 14 coaxially connected to the turbine 13 via the regenerative heat exchanger 15. The air compressed by the compressor 14 is sent to the regenerative heat exchanger 15 again via the flow rate adjusting valve 17, and is heated by the exhaust gas of the turbine 13 to become high-temperature combustion air 102. The combustion air 102 is sent to the combustion furnace 42 and used for burning the carbonization gas 402.

排気ガス１０６は、誘引ファン４６によってサイクロン４３、薬剤サイロ４４、バグフィルター４５に導かれ、煙突４７から排気４０３となって排出される。サイクロン４３では粒子が分離され、薬剤サイロ４４では酸化物などを中和するために中和剤が加えられ、バグフィルター４５では微粒子が除去される。 The exhaust gas 106 is guided to the cyclone 43, the drug silo 44, and the bag filter 45 by the attraction fan 46, and is discharged as an exhaust 403 from the chimney 47. In the cyclone 43, the particles are separated, in the drug silo 44, a neutralizing agent is added to neutralize the oxide and the like, and in the bag filter 45, the fine particles are removed.

なお、タービン１３と圧縮機１４及び発電機１６との関係、並びに、流量調整弁１７、排気弁１８、吸気弁１９及び空気ブロワー３３の操作による作用及び効果は、実施例１で説明したとおりである。本実施例２における空気ガスタービン発電装置１０は、実施形態２の空気ガスタービン発電装置２０（図２）に置き換えることもできる。 The relationship between the turbine 13, the compressor 14, and the generator 16, and the actions and effects of operating the flow rate adjusting valve 17, the exhaust valve 18, the intake valve 19, and the air blower 33 are as described in the first embodiment. be. The air gas turbine power generation device 10 in the second embodiment can be replaced with the air gas turbine power generation device 20 (FIG. 2) of the second embodiment.

＜実施例３＞図５は、実施形態１の空気ガスタービン発電装置の実施例３を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。 <Example 3> FIG. 5 is a block diagram showing a third embodiment of the air gas turbine power generation device of the first embodiment. Hereinafter, description will be given based on this drawing.

本実施例３は、バイオマス燃焼発電装置であり、空気ガスタービン発電装置１０における燃焼器１２（図１）として、バイオマス燃焼システム５０を用いている。バイオマス燃焼システム５０は、木質チップ供給装置５１、木質チップ供給コンベアー５２、木質燃焼ボイラー５３、サイクロン５４、バグフィルター５５、誘引ファン５６、煙突５７、灰運搬コンベアー５８等を備えている。 The third embodiment is a biomass combustion power generation device, and the biomass combustion system 50 is used as the combustor 12 (FIG. 1) in the air gas turbine power generation device 10. The biomass combustion system 50 includes a wood chip supply device 51, a wood chip supply conveyor 52, a wood combustion boiler 53, a cyclone 54, a bag filter 55, an attraction fan 56, a chimney 57, an ash transport conveyor 58, and the like.

木質チップ５０１は、木質チップ供給装置５１及び木質チップ供給コンベアー５２によって木質燃焼ボイラー５３に送られる。木質チップ５０１は、木質燃焼ボイラー５３内で燃焼し、高温の燃焼ガス１０４となる。燃焼ガス１０４は、木質燃焼ボイラー５３内に設置された加熱管１１を加熱する。これにより、加熱管１１内に導入された外気１０１は、高温の空気になってタービン１３に送られる。その高温の空気がタービン１３内で膨張することによって、動力が得られる。タービン１３の排気は、再生熱交換器１５を経て、タービン１３と同軸で連結されている圧縮機１４によって吸引かつ圧縮される。圧縮機１４で圧縮された空気は、流量調整弁１７を経て再び再生熱交換器１５に送られることにより、タービン１３の排気で加熱されて高温の燃焼空気１０２となる。燃焼空気１０２は、木質燃焼ボイラー５３に送られ、木質チップ５０１の燃焼に用いられる。 The wood chips 501 are sent to the wood combustion boiler 53 by the wood chip supply device 51 and the wood chip supply conveyor 52. The wood chip 501 burns in the wood combustion boiler 53 and becomes a high-temperature combustion gas 104. The combustion gas 104 heats the heating pipe 11 installed in the wood combustion boiler 53. As a result, the outside air 101 introduced into the heating pipe 11 becomes high-temperature air and is sent to the turbine 13. Power is obtained by expanding the hot air in the turbine 13. The exhaust gas of the turbine 13 is sucked and compressed by the compressor 14 coaxially connected to the turbine 13 via the regenerative heat exchanger 15. The air compressed by the compressor 14 is sent to the regenerative heat exchanger 15 again via the flow rate adjusting valve 17, and is heated by the exhaust gas of the turbine 13 to become high-temperature combustion air 102. The combustion air 102 is sent to the wood combustion boiler 53 and used for burning the wood chips 501.

排気ガス１０６は、誘引ファン５６によってサイクロン５４、バグフィルター５５に導かれ、煙突５７から排気５０３となって排出される。サイクロン５４では粒子が分離され、バグフィルター５５では微粒子が除去される。サイクロン５４で分離された粒子からなる灰５０２は、灰運搬コンベアー５８によって集積される。 The exhaust gas 106 is guided to the cyclone 54 and the bag filter 55 by the attraction fan 56, and is discharged as exhaust 503 from the chimney 57. The cyclone 54 separates the particles, and the bag filter 55 removes the fine particles. The ash 502 consisting of the particles separated by the cyclone 54 is accumulated by the ash transport conveyor 58.

なお、タービン１３と圧縮機１４及び発電機１６との関係、並びに、流量調整弁１７、排気弁１８、吸気弁１９及び空気ブロワー３３の操作による作用及び効果は、実施例１で説明したとおりである。本実施例３における空気ガスタービン発電装置１０は、実施形態２の空気ガスタービン発電装置２０（図２）に置き換えることもできる。 The relationship between the turbine 13, the compressor 14, and the generator 16, and the actions and effects of operating the flow rate adjusting valve 17, the exhaust valve 18, the intake valve 19, and the air blower 33 are as described in the first embodiment. be. The air gas turbine power generation device 10 in the third embodiment can be replaced with the air gas turbine power generation device 20 (FIG. 2) of the second embodiment.

＜総括＞本発明の構成、作用及び効果については、上記各実施形態及び各実施例で述べたとおりであるが、ここで言葉を換えて総括する。 <Summary> The configuration, action, and effect of the present invention are as described in each of the above embodiments and examples, but are summarized here in other words.

本発明に係る空気ガスタービン発電装置は、次の効果を奏する。［１］逆ブレイトンサイクルの作動媒体が不純物を含まない空気（外気）であるため、高温で高速回転するタービンや高温の再生熱交換器の構成材料が腐食して破壊に至ることがなく、装置の安全性と耐久性が向上する。［２］燃焼器を用いた間接加熱による逆ブレイトンサイクル発電装置であるため、高温化によってサイクル効率を向上できるので、在来の逆ブレイトンサイクル発電装置と同様に燃料消費を小さくできる。［３］作動媒体である大気を燃焼器で加熱することにより、排気ガスが低温になるので、熱利用率及び熱効率が向上する。［４］圧縮機の圧力比を低減できることにより、圧縮機の断熱効率が向上するので、圧縮機動力の低減によって、発電装置の省エネルギーに資する。［５］発電装置の全体を負圧にすることにより、構造部品の耐圧強度を低減できるので、装置製作のコストを削減できる。［６］火力発電所に適用すると、ボイラーの燃焼温度を上昇させることにより、熱効率を大幅に向上できるので、燃料消費を低減できる。併せて、単位発電電力当たりの炭酸ガス発生量を低下できるので、地球温暖化抑制に寄与する。 The air gas turbine power generation device according to the present invention has the following effects. [1] Since the operating medium of the reverse Brayton cycle is air (outside air) that does not contain impurities, the constituent materials of the turbine that rotates at high speed at high temperature and the regenerative heat exchanger at high temperature do not corrode and break. Improves safety and durability. [2] Since it is a reverse Brayton cycle power generator by indirect heating using a combustor, the cycle efficiency can be improved by increasing the temperature, so that fuel consumption can be reduced as in the conventional reverse Brayton cycle power generator. [3] By heating the atmosphere, which is the working medium, with a combustor, the exhaust gas becomes cold, so that the heat utilization rate and the thermal efficiency are improved. [4] Since the pressure ratio of the compressor can be reduced, the heat insulation efficiency of the compressor is improved, so that the reduction of the compressor power contributes to the energy saving of the power generation device. [5] By making the entire power generation device negative pressure, the withstand voltage strength of the structural parts can be reduced, so that the cost of manufacturing the device can be reduced. [6] When applied to a thermal power plant, the thermal efficiency can be significantly improved by raising the combustion temperature of the boiler, so that fuel consumption can be reduced. At the same time, the amount of carbon dioxide generated per unit power generation can be reduced, which contributes to the suppression of global warming.

以上、上記各実施形態及び各実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態及び各実施例に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態及び各実施例の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。 Although the present invention has been described above with reference to each of the above-described embodiments and examples, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments and examples. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the structure and details of the present invention. In addition, the present invention also includes a part or all of the configurations of the above-mentioned embodiments and the above-described embodiments, which are appropriately combined with each other.

本発明に係る空気ガスタービン装置は、発電用のみならず、機械駆動用にもなり得る。また、本発明に係る間接加熱逆ブレイトンサイクル発電装置は、低圧でクリーンな作動媒体で稼働するので、種々の圧力下で作動する燃焼器で生成する熱エネルギーを熱源とする発電設備に供することができる。特に５００℃以上の広範囲な温度レベルの熱エネルギーを、高効率で電力や動力更には同時に発生する熱エネルギーにも変換することができるので、その適用範囲は広い。 The air gas turbine device according to the present invention can be used not only for power generation but also for mechanical drive. Further, since the indirect heating reverse Brayton cycle power generation device according to the present invention operates on a low pressure and clean working medium, it is possible to use the heat energy generated by the combustor operating under various pressures as a heat source for the power generation equipment. can. In particular, since it is possible to convert heat energy having a wide temperature level of 500 ° C. or higher into electric power, power, and heat energy generated at the same time with high efficiency, its application range is wide.

＜実施形態＞
１０，２０空気ガスタービン発電装置（空気ガスタービン装置）
１１加熱管
１２燃焼器
１３タービン
１４圧縮機
１５再生熱交換器
１６発電機（負荷）
１７流量調整弁
１８排気弁
１９吸気弁
２１パワータービン（第一のタービン）
２２タービン（第二のタービン）
１０１外気
１０２燃焼空気
１０３燃料
１０４燃焼ガス
１０５排気
１０６排気ガス
＜実施例＞
３０微粉炭燃焼ボイラーシステム
３１微粉炭機
３２微粉炭ボイラー
３３空気ブロワー
３０１石炭
３０２微粉炭
３０３石炭灰
４０乾留ガス化焼却システム
４１乾留ガス化炉
４２燃焼炉
４３サイクロン
４４薬剤サイロ
４５バグフィルター
４６誘引ファン
４７煙突
４０１廃棄物
４０２乾留ガス
４０３排気
５０バイオマス燃焼システム
５１木質チップ供給装置
５２木質チップ供給コンベアー
５３木質燃焼ボイラー
５４サイクロン
５５バグフィルター
５６誘引ファン
５７煙突
５８灰運搬コンベアー
５０１木質チップ
５０２灰
５０３排気
＜関連技術＞
６０，７０ガスタービン発電装置
６１圧縮機
６２再生熱交換器
６３燃焼器
６４タービン
６５発電機
６０１外気
６０２燃料
６０３燃焼ガス
６０４排気 <Embodiment>
10,20 Air gas turbine power generation device (air gas turbine device)
11 Heating pipe 12 Combustor 13 Turbine 14 Compressor 15 Regenerative heat exchanger 16 Generator (load)
17 Flow control valve 18 Exhaust valve 19 Intake valve 21 Power turbine (first turbine)
22 Turbine (second turbine)
101 Outside air 102 Combustion air 103 Fuel 104 Combustion gas 105 Exhaust 106 Exhaust gas <Example>
30 pulverized coal combustion boiler system 31 pulverized coal machine 32 pulverized coal boiler 33 air blower 301 coal 302 pulverized coal 303 coal ash 40 dry distillation gas incineration system 41 dry distillation gasification furnace 42 combustion furnace 43 cyclone 44 chemical silo 45 bug filter 46 47 Chimney 401 Waste 402 Dry distillate gas 403 Exhaust 50 Biomass combustion system 51 Wood chip supply device 52 Wood chip supply conveyor 53 Wood combustion boiler 54 Cyclone 55 Bug filter 56 Attraction fan 57 Chimney 58 Ash transport conveyor 501 Wood chip 502 Ash 503 Related technology>
60, 70 Gas turbine generator 61 Compressor 62 Regenerated heat exchanger 63 Combustor 64 Turbine 65 Generator 601 Outside air 602 Fuel 603 Combustor gas 604 Exhaust

Claims

A heating tube that introduces atmospheric pressure air,
A combustor that heats the atmospheric pressure air introduced into the heating pipe by burning fuel using combustion air, and a combustor.
A turbine that generates rotational motion by expanding the air heated by the heating tube, and
A compressor that operates by the rotational motion generated by the turbine and compresses and discharges the air that has been expanded and cooled by the turbine.
The air expanded by the turbine is set to the high temperature side, the air discharged from the compressor is set to the low temperature side, and heat is transferred from the high temperature side to the low temperature side to cool the air expanded by the turbine and at the same time. A regenerative heat exchanger that heats the air discharged from the compressor and supplies it as the combustion air to the combustor.
The load operated by the rotational motion generated by the turbine and
A flow rate adjusting valve that adjusts the flow rate of the air discharged from the compressor,
An exhaust valve provided between the compressor and the flow rate adjusting valve to discharge the air discharged from the compressor into the atmosphere,
An intake valve and an air blower that supply atmospheric pressure air as the combustion air to the combustor,
Air gas turbine equipment with reverse Brayton cycle.

The turbine has a first turbine that generates rotary motion by expanding the air heated by the heating tube, and a second turbine that generates rotary motion by further expanding the air expanded by the first turbine. Consists of a turbine
The load is driven by the rotational motion generated by one of the first turbine and the second turbine, and the compressor is driven by the rotational motion generated by the other of the first turbine and the second turbine. Operate,
The air gas turbine apparatus by the reverse Brayton cycle according to claim 1 .

The load is a generator,
The air gas turbine apparatus by the reverse Brayton cycle according to claim 1 or 2 .

The method for controlling an air gas turbine apparatus by the reverse Brayton cycle according to claim 1 .
When the air gas turbine device is started, the exhaust valve and the intake valve are opened, the flow rate adjusting valve is closed, and the generator as the load is operated as an electric motor to reduce the rotation speed of the compressor. The fuel is raised and driven, and at the same time, the fuel corresponding to the flow rate of the air for combustion sent while gradually increasing the rotation speed of the air blower is supplied, and then the exhaust valve and the intake valve are gradually closed to gradually close the air. The number of rotations of the blower is gradually reduced to reduce the flow rate of the combustion air sent by the air blower, and at the same time, the flow rate adjusting valve is gradually opened to make a transition to normal operation.
Further, when the output of the generator is changed during normal operation in which the exhaust valve and the intake valve are closed and the flow rate adjusting valve is opened, the opening degrees of the flow rate adjusting valve and the exhaust valve are adjusted. By setting the flow rate and pressure ratio to obtain the maximum efficiency of the compressor and the turbine, and adjusting the opening degree of the intake valve and the rotation speed of the air blower, the proper combustion is performed. Get the flow rate of air,
A method of controlling an air gas turbine device by a reverse Brayton cycle.