JPH01273807A - 高効率コンバインドプラント - Google Patents

高効率コンバインドプラント

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JPH01273807A
JPH01273807A JP10253488A JP10253488A JPH01273807A JP H01273807 A JPH01273807 A JP H01273807A JP 10253488 A JP10253488 A JP 10253488A JP 10253488 A JP10253488 A JP 10253488A JP H01273807 A JPH01273807 A JP H01273807A
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JP
Japan
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steam
turbine
gas turbine
reactor
gas
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Pending
Application number
JP10253488A
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English (en)
Inventor
Narihisa Sugita
杉田 成久
Yoshiki Noguchi
芳樹 野口
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/52Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency

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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)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガスタービンと蒸気タービンのコンバインド
プラントに係り、特に、ガスタービンの排気温度が低い
場合の蒸気タービン蒸気条件を向上させるのに好適な高
効率コンバインドプラントに関する。
〔従来の技術〕
ガスタービンの排熱により蒸気を発生させ、得られた蒸
気により蒸気タービンを駆動する、ガスタービン=蒸気
タービンコンバインドプラントは。
燃料のエネルギを高温のガスタービンで使用し、排気熱
を蒸気タービンで有効に利用できるため高効率なシステ
ムとして一般的になりつつある。しかし、コンパッショ
ン、1978年3月に示されているステイームボトミン
グプラントフオーコンバインドサイフル(Steam 
Bottoming for CombinedCyd
es Combustion March 1978)
で明らかなように蒸気タービンの蒸気条件はガスタービ
ン排ガス温度に影響され、ガスタービン排ガス温度の低
下に従い、蒸気タービンプラントの効率は低下する。
蒸気タービンの蒸気条件を向上させる手段としては、従
来助燃や、エネルギ、 Vol、9.No7.pp55
5−564.1984のヒートポンプエンハンスドガス
タービンコジェネレーション(Heat Pump E
nhanced Ga5Turbine Cogene
ration、 Energy VoL、9.No7.
pp555−564 、1984)に示されているよう
にヒートポンプの利用があった。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術である助燃は、蒸気条件を向上させるため
の燃料を利用するため効率向上率が低く、助燃装置が技
術的に困難な制約がある。
また、従来のヒートポンプは比較的低温度で作動するた
め、蒸気条件を向上する手段としては利用できなかった
本発明の目的は、ガスタービン=蒸気タービンコンバイ
ンドプラントにおいて蒸気タービン蒸気条件を向上させ
るだせに、ガスタービン排ガス温度を上昇させ、プラン
トとして効率を向上させることにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、ガスタービン排ガスを利用した化学蓄熱型
ヒートポンプを利用することにより達成される。
本発明で利用する化学蓄熱型ヒートポンプの詳細につい
ては、f架谷他:増熱・昇温技術の研究・開発と実用化
へのアプローチ:工業材料第32巻5号」に述べられて
いる。
例えば、Ca (OH)Z/ Ca O系ではCab(
固体)+4izO(蒸気)XCa  (OH)2+発熱
の可逆反応を利用すれば、圧力により反応の平衡温度が
変化するので発熱反応 CaO(固体)十H20 (蒸気)→Ca(OH)2 を5 ataの蒸気を利用して反応させると反応温度は
約600℃に達する。これは5 ataの飽和蒸気(約
150℃)により高温約600℃が得られることを示し
ている。
反応後のCa (OH]zは、 Ca (OH)z→CaO(固体)+H20(蒸気)の
反応を利用して再生可能で、この場合には系全体を低圧
にすれば、低い再成温度で再成可能となる。例えば、2
0℃の飽和蒸気圧下では再生温度は約400℃となる。
従って、上記過程をガスタービン排ガスと蒸気タービン
系に利用すれば良い。
〔作用〕
ガスタービンの排ガスは、化学蓄熱型ヒートポンプの再
生用として用い、蒸気タービンの蒸気条件を向上させる
ために化学蓄熱型ヒートポンプの発熱部を利用する。
発熱反応用の蒸気は蒸気タービンの所定圧力段より抽気
したものを用い、再生用には蒸気プラントコンデンサを
用いる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。
ガスタービン装置は、圧縮気1.燃焼器2、ガスタービ
ン3、発電機4により構成されている。
蒸気タービンプラントは、蒸気タービン5、発電機6.
コンデンサ7を主体として構成される。
ガスタービン3の排ガス22は、再生器8に導かれ、さ
らに、煙道23によりボイラ18に導かれている。
化学蓄熱ヒートポンプ系は、内部にCa(OH)2を貯
えるホッパ10とホッパ10、再生器8間に設けられた
弁11、内部にCaを貯えるホッパ27、ホッパ27と
再生器8間に設けられた弁12、ホッパ27と反応器9
間に設けられた弁13、反応器9と搬送機15間に設け
られた弁14で構成され、ホッパ10と反応器9は弁1
4を介し、搬送機15で結ばれ、反応器9は蒸気タービ
ン5と反応蒸気管110で結ばれ、再生器8は給水加熱
熱交17を通し、コンデンサ7と再生蒸気管100で結
ばれる。
蒸気タービン5出口はコンデンサ7と管路で結ばれ、コ
ンデンサ7は給水ポンプ16を通し、給水加熱熱交17
と管路で結ばれ、給水加熱熱交17はボイラ18と管路
で結ばれ、ボイラ18と反応器9は管路で結ばれ、反応
器9は蒸気タービン5と管路で結ばれる。
以下、本実施例の動作を説明する。
ガスタービン装置は圧縮機1により空気20を昇圧して
燃焼器2へ供給する。燃焼器2では燃料21が燃焼し、
高温高圧の燃焼ガスはガスタービン3に入力ガスタービ
ン3を駆動する。ガスタービン3は圧縮機1および発電
機4と駆動し、発電を行なう。
ガスタービン3を出た排気ガス22は再生器8に導かれ
る。再生器8内にはホッパ10より弁11を通して送ら
れたCa(OH)zが充てんされている。
回器器8ではガスタービンの排熱を利用してCa(OH
)zの再生を行なう。弁1.2を閉じてホッパ10より
Ca(OH)zを弁11を通して再生器8に供給する。
再生器内にCa(OH)zが充てんされた後に弁]]−
を閉じてガスタービンの排ガス22により再生を行なう
Ca  (OH)2−+Ca O+H20この反応によ
り生じるH z Oは再生蒸気管100を通してコンデ
ンサ7に導かれる。この過程で蒸気の顕熱は給水加熱熱
交17により給水系へ回収される。
再生器8内で再生されたCaOは弁12を通してホッパ
27に貯えられる。ホッパ27に貯えられたCaOは、
弁12を閉じ、弁13を開けることにより反応器9に導
入される。
反応器9では内部に貯えられたCaOに対して蒸気ター
ビン5の油気蒸気を反応蒸気管110を通して導入し、 CaO+HzO−+Ca (OH)z の反応により高温熱を発生させる。ボイラ18で発生し
た蒸気は反応器9内で過熱され蒸気条件が向上し蒸気タ
ービン5に導入される。
反応器で反応を終了したCa(OH)zは弁14を通り
管路25から搬送機15によりホッパ10におくられる
蒸気タービン5に入った蒸気は一部再生用として抽気さ
れた後にコンデンサ7で復水され給水ポンプ16で昇圧
され、給水加熱熱交17で昇温されボイラ18に供給さ
れる。蒸気タービンは発電機6を駆動する。
このようにして、本発明ではガスタービンの排気温度で
制限される以上の蒸気条件を作り出すことができる。本
実施例では簡単のために化学蓄熱ヒートポンプの一系統
のみについて示したが、これらを複数系統用いて動作を
連続的に行なうことができることは明らかである。
本実施例によれば、CaOとCa (OHhを二つのホ
ッパに分けて貯えることにより連続的運転のみならず、
負荷要求が少ない時にCaOを再生しておき、負荷要求
が多くなった場合に、これを利用し蒸気系の出力を増加
することにより、負荷変化に対応した高効率の運用がで
きる。
本発明の他の実施例を第2図に示す。
本実施例が第1図に示す実施例と異なる点は、搬送機1
5上に熱回収袋[120を設けたことで、本実施例では
この回収熱を給水熱交17を出た給水に利用する。
反応器9内は反応熱により高温となるため内部で反応し
たC a (OH)zの顕熱をホッパ10に導入する過
程で熱回収装置120により回収することにより系全体
の熱効率を向上することができる。
本発明の他の実施例を第3図に示す。
第3図の実施例が第1図の実施例と異なるのはガスター
ビンの排熱温度が十分に高い場合に、蒸気タービン系を
再熱サイクルとして再熱のための熱源として化学蓄熱ヒ
ートポンプを利用している点である。
ガスタービン系は第1図の実施例と同一でありガスター
ビン排ガスは排熱回収ボイラ32に導かれる。蒸気ター
ビン系は、高圧タービン30、再熱タービン31、発電
機6、コンデンサ7等で構成される。
化学蓄熱ヒートポンプ系の構成は第1図とほぼ同一で、
ホッパ〕、0、弁11、再生器8、弁12、ホッパ27
、弁】、3、反応器9、弁14および図中に示されでい
ない搬送機よりなる。
再生器8へは高圧タービン30出口より管路が設けられ
、この管路は再生器8内を経由し、排熱回収ボイラへ入
口へとむすばれる。また、再生器8よりは再生蒸気管1
00が給水加熱熱交17を通してコンデンサ7へ導かれ
ている。
高圧タービン30の出口蒸気の一部は反応器9へ管路で
むすばれ、反応器9を経由し、再熱タービン31へとむ
すばれる。また、反応器9へは再熱タービン31より反
応蒸気管110がつながる。
本実施例の動作を以下に示す。
本実施例のガスタービン装置はタービン排ガス温度が十
分に高いため、排熱回収ボイラ32で十分に蒸気条件を
満足する蒸気を発生させることが可能で、発生した蒸気
は高圧タービン30に導入される。高圧タービンを出た
蒸気の一部は化学蓄熱ヒートポンプのCa(OH)zの
再生を行なうため、再生器8へ導入され、その顕熱によ
りCa(OHhの再生を行ない、給水熱交17出口の給
水と合流し、ブーストポンプ33により昇圧され排熱回
収ボイラ32へ供給される。高圧タービンを出た残りの
蒸気は反応器9に導かれ CaO+Hz○→Ca (OH)2 の反応により再熱された後に再熱タービン31へ導入さ
れる。
化学蓄熱ヒートポンプ系は第1図に示す実施例と同一の
動作を行なう。再生時に発生した蒸気は再生蒸気管10
0により給水熱交17を通ってコンデンサ7へ供給され
る。また、反応器9への蒸気は再熱タービン31より抽
気され反応蒸気管110を通して供給される。
本実施例によれば、ガスタービン排ガス温度が十分に高
い場合にもより高効率な再熱サイクルを構成することが
できる。また、再生器、反応器は充てん層の伝熱となり
熱交換器としてコンパクトとなる効果もある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ガスタービンのボトミングサイクルと
しての蒸気プラント系の蒸気条件を高くすることができ
るので全プラントとしての効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図、第3図はそれぞれ本発明の実施例の系
統図である。 8・・・再生器、9・・・反応器、100・・・再生蒸
気管、110・・・反応熱気管。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ガスタービンと、前記ガスタービンの排熱により蒸
    気を発生させる熱回収装置と、前記蒸気により駆動され
    る蒸気タービンとから成るガスタービン:蒸気タービン
    コンバインドプラントにおいて、 化学蓄熱ヒートポンプを設け、前記化学蓄熱ヒートポン
    プの再生器へガスタービン排ガス通路を設け、前記化学
    蓄熱ヒートポンプから前記蒸気タービン入口へ蒸気通路
    を設けたことを特徴とする高効率コンバインドプラント
    。 2、特許請求の範囲第1項において、 前記再生器の反応は、Ca(OH)_2→CaO+H_
    2Oであり、前記化学蓄熱反応器の反応はCaO+H_
    2O→Ca(OH)_2 であり、前記再生器と蒸気タービンコンデンサ間に管路
    を、前記反応器と前記蒸気タービン間に管路を設けたこ
    とを特徴とする高効率コンバインドプラント。
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Cited By (5)

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