JPH0119053B2 - - Google Patents

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JPH0119053B2
JPH0119053B2 JP19936381A JP19936381A JPH0119053B2 JP H0119053 B2 JPH0119053 B2 JP H0119053B2 JP 19936381 A JP19936381 A JP 19936381A JP 19936381 A JP19936381 A JP 19936381A JP H0119053 B2 JPH0119053 B2 JP H0119053B2
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JP
Japan
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compressed air
multiphase mixture
gas
water
heat recovery
Prior art date
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JP19936381A
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English (en)
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JPS58101227A (ja
Inventor
Hiromi Nakamura
Takehiko Takahashi
Norio Narasaki
Kazuo Yamamoto
Norio Sayama
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Original Assignee
Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Gas Chemical Co Inc filed Critical Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
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Priority to DE8282306606T priority patent/DE3275652D1/de
Priority to CA000417440A priority patent/CA1213737A/en
Priority to EP82306606A priority patent/EP0081995B1/en
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Priority to US06/741,729 priority patent/US4653268A/en
Publication of JPH0119053B2 publication Critical patent/JPH0119053B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/14Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F02C7/141Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
    • F02C7/143Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は新規なる熱回収の方法を用いた水注入
ガスタービンサイクルに関するものであり、空気
もしくは空気を主体とするガスを圧縮機で圧縮し
てなる圧縮空気の一部あるいは全部に液相水を注
入して得た圧縮空気/水/水蒸気の混相混合物で
熱回収する方法において、該混相混合物をタービ
ン排気の低温部の熱回収や該圧縮機の中間冷却に
用いるのみでなく、該混相混合物形成原料である
圧縮空気の冷却にも用いるという新規な方法でよ
り低温の混相混合物を形成することを応用したも
のであり、好ましい態様においてはタービン入口
温度1000℃で51%(LHV基準)以上の熱効率を
達成できるガスタービンサイクルであり、この熱
効率は従来の単純ガスタービンサイクルの熱効率
の約1.9倍であり、このことは燃料消費量が約1/2
に減少することを意味する。 従来ガスタービンサイクルにおけるタービン排
気の熱回収は、空気の予熱、廃熱ボイラーによる
熱媒蒸気の回収、吸収冷凍による冷凍エネルギー
の回収等が行なわれており、空気の予熱の一種と
して圧縮空気に水を混合して得た空気/水蒸気の
混合物による方法も行なわれている。 従来の水注入ガスタービンサイクルとしては、
米国特許第2095991号、同第2115112号、同第
2115338号、同第2678532号、同第2869324号、ス
イス特許第457039号、フランス特許第1007140号
等がある。 これら特許文献を評価した報文として、Gas−
parovic、Nらによる「GAS TURBINES
WITH HEAT EXCHANGER AND WATER
INJECTION IN THE COMPRESSED AIR」
(Combustion v44 n6 Dec.1972 p32−42;以下
報文Aと記す。およびCombustion v45 n6
Dec.1973 p6−16;以下報文Bと記す)がある。 これらの文献には、圧縮空気への水の注入およ
び中間段圧縮空気への水の注入の態様の記載があ
り、圧縮空気/水蒸気の混合物による熱回収の方
法を開示するもので、そしてこれら特許を評価し
た報文AおよびBによると、比出力の大幅向上に
対して熱効率は従来の単純ガスタービンサイクル
の熱効率の1.5倍程度にすぎない。この熱効率の
向上は必ずしも十分なものではなく、かつ実用性
を加味した総合動力プラントの観点からはいわゆ
るガスタービン−蒸気タービン複合サイクルに比
べ見劣りするものとなつており、近年の燃料価格
の大幅な上昇(20倍/10年)により熱効率の大幅
向上を計るための動力プラントの開発方向はもつ
ばらガスタービン−蒸気タービン複合サイクルの
実用化を指向している。 本発明者は、この水注入ガスタービンサイクル
において、圧縮空気の一部もしくは全部に液相水
を注入して得られる圧縮空気/水/水蒸気の混相
混合物によりタービン排気の熱回収を行なうこと
により熱効率が向上することを見い出し、特許出
願した。(特願昭55−78808号他) その後、混相混合物の製法もしくは熱媒として
の利用方法について検討を続けた結果、該混相混
合物の形成原料である圧縮空気を予め該混相混合
物の一部で冷却することにより、より低温の圧縮
空気/水/水蒸気の混相混合物が得られ、更に熱
効率の向上が計れることを見い出し本発明を完成
させた。 この熱効率は、前記の再熱ガスタービン−蒸気
タービン複合サイクル以上である。 すなわち、本発明は、支燃剤ガス・作動媒体ガ
ス等として用いる空気もしくは空気を主体とする
ガスを圧縮機で圧縮してなる圧縮空気の一部ある
いは全部に液相水を注入して得た圧縮空気/水/
水蒸気の混相混合物でタービン排気の熱回収また
はタービン排気の熱回収と圧縮機の中間冷却とを
行なうガスタービンサイクルであつて、該混相混
合物の形成に用いる圧縮空気を予め該混相混合物
の一部で冷却するごとくしてなるガスタービンサ
イクルである。 本発明の混相混合物とは、圧縮空気に液相水が
霧や霞の如く理想状態で分散し搬送され受熱しと
いうものを必ずしも意味するものではなく、熱交
換器内を水が一部循環すること、熱交換器内で順
次液相水が注入分散されることなどの実用的態様
を含むものである。 本発明は、上記の如く、混相混合物の形成原料
空気の予備冷却という操作やその利用方法に特徴
を有するものである。このことは圧縮空気と加圧
水との単純混合に比して、より温度の低い混相混
合物の形成を可能とする。更にいえば、本発明の
特徴である混相混合物で混相混合物形成原料の圧
縮空気を予め冷却して混相混合物とすることは、
原料の圧縮空気と加圧水との単純混合して得られ
る混相混合物と比較した場合にエントロピー増大
を後者よりも小さくできるものであり、エントロ
ピー吸収能力がより大きいということである。 以下添付図面により本発明のフローシートの一
例を説明する。 図面はタービン排熱回収器4、中間冷却器1、
混相混合物形成原料圧縮空気の冷却用熱交換器
(以下、自己熱交換器と記す)1、空気圧縮機2、
補助空気圧縮機1、タービン1の場合である。空
気圧縮機AC1により吸入された大気空気3は断熱
圧縮され、管4より中間冷却器ICに入る。中間
冷却器ICで冷却された中間段圧縮空気5は、空
気圧縮機AC2で再び断熱圧縮され管6より吐出さ
れる。管6からの圧縮空気の一部は、管7より自
己熱交換器SRに入り冷却され、更に管9を介し
補助空気圧縮機AC3により熱回収器類等での圧力
損失分圧縮された後、管10から管11,12,
13に分割され、該管11,12,13の夫々に
圧縮機の中間冷却器ICの低温部の熱回収媒体と
して使用される加圧水導入管2からの加圧液相水
が管31,32,33より注入されて混相混合物
となり、管14,15,16よりそれぞれ自己熱
交換器SR、中間冷却器IC、低温側熱回収器R3
導入される。管6からの圧縮空気の残部は管8よ
り高温側熱回収器R1に導入される。自己熱交換
器SR、中間冷却器IC、低温側熱回収器R3では混
相混合物中の液相水が水蒸気に相変化する潜熱を
主とした熱回収がなされ、通常飽和〜やや乾いた
圧縮空気/水蒸気の混合物となり、中温側熱回収
器R2に管17,18,19を通して導入され、
管8よりの圧縮空気と同程度の温度となるまで熱
回収されたのち、管8よりの圧縮空気とともに管
20より高温側熱回収器R1に導入され、熱回収
されて管21より燃焼器CCに導入される。 燃焼器CCには熱回収器R4で予熱された管1よ
りの燃料が加えられており、所定温度の燃焼ガス
となり管22よりタービンETに導入される。燃
焼ガスは断熱膨張し、空気圧縮機AC1,AC2およ
び負荷Lの駆動力を発生し、管23より排出さ
れ、一部は管25より燃料の予熱器R4に、他は
管24より高温側熱回収器R1、次いで中温側熱
回収器R2、更に続いて管26を介し低温側熱回
収器R3を経て熱回収され低温の廃ガス27とな
る。尚、空気圧縮機AC1,AC2およびタービン
ETに導入されるシール空気、タービンETに導入
される冷却空気については当然機械の設計上別途
必要とされる。但し、本発明の操作の過程におい
ては、低温の圧縮空気が得られるため、タービン
冷却用圧縮空気の必要量は従来のガスタービンサ
イクルより少なくすることが可能であり、本効果
は一層の熱効率の向上に寄与するものである。 以上図面によつて本発明のフローシートの概略
の一例を示したが、本発明は圧縮空気/水/水蒸
気の混相混合物を、該混相混合物の形成に用いる
圧縮空気(液相水の温度が高い場合には液相水
も)を予め該混相混合物の一部で冷却するごとく
して、空気圧縮機からの吐出圧縮空気と加圧水と
の単純混合の場合に比して、より温度の低い混相
混合物を得ること、得た混相混合物をタービン排
気の低温側熱回収またはこの熱回収と圧縮機の中
間冷却とに用いるものであつて、この操作を用い
るかぎりにおいて種々の変更を加えうるものであ
る。例えば加圧液相水の低温部熱回収媒体として
の利用場所の変更あるいは不使用、中間冷却に燃
料を冷媒として併用すること、気体もしくは易揮
発性燃料の場合に燃料/水/水蒸気混合物系とし
て中間冷却や熱回収に用いること、再熱サイクル
化、廃ガス中の水の凝縮回収装置の付加などがあ
り、圧縮比と熱効率との関係からは高圧縮比にお
いても熱効率の低下率が従来のガスタービンサイ
クルに比べてより小さいという特徴のあるもので
あり、高比出力化あるいは再熱サイクル化したと
きのメリツトが大きい。 本発明のガスタービンサイクルの基本的なフロ
ーと、その適用の一例を上記に示したが、操作条
件の点からは、混相混合物中の液相水成分の水蒸
気への相変化条件をより有利に利用できる範囲と
しては、まず圧縮機の中間冷却、タービン排気の
低温部熱回収あるいは自己熱交換などに用いる混
相混合物の原料となる圧縮空気量は該混相混合物
の熱媒で実現可能な熱交換媒体間温度差などの条
件から最適必要量が決定されるものであるが、熱
効率の面からは必要十分な量(最低必要量)が好
ましい。また圧縮空気に注入する液相水の量につ
いても実施に当り好適な量を選定する。 この好適操作範囲は、加圧液相水の低温部熱回
収媒体としての利用場所の変更あるいは不使用、
中間冷却に燃料を冷媒として併用すること、気体
もしくは易揮発性燃料の場合に燃料/水/水蒸気
混合物系として中間冷却や熱回収に用いること、
再熱サイクル化、廃ガス中の水の凝縮回収装置の
付加など、あるいはタービン入口条件などによつ
て当然変わるものである。たとえば、図面のフロ
ーシートにおいて、タービン入口条件として圧力
6at、温度1000℃では、混相混合物中の液相水成
分の水蒸気への相変化条件をより有利に利用でき
る範囲としては、まず圧縮機の中間冷却、タービ
ン排気の低温部熱回収あるいは自己熱交換などに
用いる混相混合物の原料となる圧縮空気量は該混
相混合物の熱媒で実現可能な熱交換媒体間温度差
などの条件から最適必要量が決定されるものであ
るが、通常全吸入吸気量の30mol%以上であり、
熱効率の面からは必要十分な量(最低必要量)が
好ましい。圧縮空気に注入する液相水の量は全吸
入空気1Kgmolあたり0.1〜0.2Kgmol、好ましく
は0.12〜0.16Kgmolの範囲である。 また圧縮機において、中間冷却を施す場合、段
前後の圧力配分は、中間冷却による圧縮動力の低
減効果をより大きくするとの点より判断されるべ
きものである。 本発明の効果をより具体的に示すため、第1表
に検討例を示す。尚、検討に用いた各要素の条件
は第2表に示す如くである。
【表】
【表】
【表】
【表】 【図面の簡単な説明】
図面は本発明の一例を示すフローシートであ
る。2は加圧水導入管、3は大気空気、5は中間
段圧縮空気、6,7,8,9,10,11,1
2,13,14,15,16,17,18,19
は管、R1は高温側熱回収器、R2は中温側熱回収
器、R3は低温側熱回収器、R4は熱回収器、ICは
中間冷却器、SRは自己熱交換器、AC1,AC2
空気圧縮機、AC3は補助空気圧縮機、CCは燃焼
器、ETはタービン、Lは負荷を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 支燃剤ガス・作動媒体ガス等として用いる空
    気もしくは空気を主体とするガスを圧縮機で圧縮
    してなる圧縮空気の一部あるいは全部に液相水を
    注入して得た圧縮空気/水/水蒸気の混相混合物
    でタービン排気の熱回収またはタービン排気の熱
    回収と該圧縮機の中間冷却とを行なうガスタービ
    ンサイクルであつて、該混相混合物の形成に用い
    る圧縮空気を予め該混相混合物の一部で冷却する
    ごとくしてなるガスタービンサイクル。
JP19936381A 1981-12-10 1981-12-10 ガスタ−ビンサイクル Granted JPS58101227A (ja)

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JP19936381A JPS58101227A (ja) 1981-12-10 1981-12-10 ガスタ−ビンサイクル
DE8282306606T DE3275652D1 (en) 1981-12-10 1982-12-10 Regenerative gas turbine cycle
CA000417440A CA1213737A (en) 1981-12-10 1982-12-10 Regenerative gas turbine cycle
EP82306606A EP0081995B1 (en) 1981-12-10 1982-12-10 Regenerative gas turbine cycle
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0959235A2 (en) 1998-05-20 1999-11-24 Hitachi, Ltd. Gas turbine power plant
WO2015174246A1 (ja) * 2014-05-15 2015-11-19 三菱重工業株式会社 ガスタービンサイクル設備、排ガスのco2回収設備及び燃焼排ガスの排熱回収方法

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JPS6093132A (ja) * 1983-10-28 1985-05-24 Mitsubishi Gas Chem Co Inc ガスタ−ビンサイクル

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