JPH02286835A - パワープラント - Google Patents
パワープラントInfo
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- JPH02286835A JPH02286835A JP2093263A JP9326390A JPH02286835A JP H02286835 A JPH02286835 A JP H02286835A JP 2093263 A JP2093263 A JP 2093263A JP 9326390 A JP9326390 A JP 9326390A JP H02286835 A JPH02286835 A JP H02286835A
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- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
- F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
-
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- F02C3/30—Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases
-
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- F02C7/00—Features, 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
- F02C7/12—Cooling of plants
- F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
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- F02C7/143—Cooling 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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- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、パワープラントに関し、さらに詳しくはス
チームを用いて相当な量の水素および水蒸気を含有する
燃料を生成し、この燃料をガスタービンエンジンに注入
して性能を向上させ、汚染成分排出量を低減する化学的
回復（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅｃｕｐｅｒａｔｌｏｎ
）方式の発電プラントに関する。
チームを用いて相当な量の水素および水蒸気を含有する
燃料を生成し、この燃料をガスタービンエンジンに注入
して性能を向上させ、汚染成分排出量を低減する化学的
回復（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅｃｕｐｅｒａｔｌｏｎ
）方式の発電プラントに関する。
発明の背景
ガスタービンエンジンは、発電事業や工業的動力用途な
ど種々の目的に使用されている。パワープラントの酸化
窒素（ＮＯｘ）や−酸化炭素（Ｃｏ）のような粒子の排
出量を規制する法律が施行されている。ＮＯｘ排出量を
低減するために、パワープラントに、スチームまたは水
を燃焼器に注入するエンジンを組み込んでいる。スチー
ムを燃焼器に注入することにより、燃料の燃焼により加
熱する空気の温度を下げる。ＮＯｘ排出量はスチーム注
入により著しく低減する。ＮＯｘ排出量は火炎温度の低
下につれて減少するからである。
ど種々の目的に使用されている。パワープラントの酸化
窒素（ＮＯｘ）や−酸化炭素（Ｃｏ）のような粒子の排
出量を規制する法律が施行されている。ＮＯｘ排出量を
低減するために、パワープラントに、スチームまたは水
を燃焼器に注入するエンジンを組み込んでいる。スチー
ムを燃焼器に注入することにより、燃料の燃焼により加
熱する空気の温度を下げる。ＮＯｘ排出量はスチーム注
入により著しく低減する。ＮＯｘ排出量は火炎温度の低
下につれて減少するからである。
残念なことに、ＮＯｘが最低レベルに下がるのに応じて
、−酸化炭素排出量が著しく増加することを見出した。
、−酸化炭素排出量が著しく増加することを見出した。
ＮＯｘおよびＣｏ排出二を低くしたパワープラントシス
テムの１例に選択的触媒還元（ＳＣＲ）を利用したシス
テムがある。しかし、このシステムは大きな設備投資と
運転費用を要し、またこのシステムも残念ながら、有害
かつ比較的高価なアンモニアの工業的輸送を伴なう。
テムの１例に選択的触媒還元（ＳＣＲ）を利用したシス
テムがある。しかし、このシステムは大きな設備投資と
運転費用を要し、またこのシステムも残念ながら、有害
かつ比較的高価なアンモニアの工業的輸送を伴なう。
改質器または化学的レキュペレータ（回復器）は、天然
ガスのような燃料を水素含有量の高いスチームに変換し
、アンモニアの生成に使用したり、水素を必要とする製
油工程に使用したりする。これらの改質器には、改質器
を対流および輻射により加熱する耐火レンガを利用した
加熱システムを組み入れる。しかし、これらの耐火レン
ガ方式は通常高価で、その運転温度もガスタービンと組
合わせるのに望ましい温度より著しく高い。
ガスのような燃料を水素含有量の高いスチームに変換し
、アンモニアの生成に使用したり、水素を必要とする製
油工程に使用したりする。これらの改質器には、改質器
を対流および輻射により加熱する耐火レンガを利用した
加熱システムを組み入れる。しかし、これらの耐火レン
ガ方式は通常高価で、その運転温度もガスタービンと組
合わせるのに望ましい温度より著しく高い。
ガスタービンエンジン技術、特に航空機から誘導したエ
ンジンを改質器と組合わせることは、通常、コスト、効
率および設計上の考慮から実用的でないと考えられてい
る。再熱中間冷却スチーム注入ガスタービンエンジンと
呼ばれる最新の発電プラントが提案されている。このパ
ワープラントでは、ガスタービンエンジンの低圧および
高圧圧縮機により下流方向への流体流れを生成し、中間
冷却器を再圧縮機間に配置する。流体流れはその流体を
加熱する燃焼器を通過し、その後流体流れは圧縮機を駆
動する高圧および低圧タービンを通過する。再熱燃焼器
が低圧タービンの下流に位置し、さらに流体流れを加熱
する。その後、流体流れはパワータービンを通過し、パ
ワータービンからの出力流れは改質器に熱を与える。改
質器は中間冷却器により加熱された水を受け取り、また
改質器は中間冷却器の加熱された水を利用する燃料ヒー
タにより加熱されたメタンも受け取る。改質器は改質燃
料を生成し、この改質燃料を第１燃焼器および再熱燃焼
器両方に供給する。ボイラからのスチームもタービンに
冷却目的で注入する。このシステムはＮＯｘおよびＣＯ
排出量を低減することができるが、残念なことにこのシ
ステムは複雑である。たとえば、改質器を加熱するパワ
ータービンからの排出ガスは、代表的には約１１５０〜
１２５０″Ｆ以上、一般的には約１２００〜１８００″
′Ｆでなければならない。しかし、ガスタービンエンジ
ンからの排出ガスは代表的には約９００下にすぎない。
ンジンを改質器と組合わせることは、通常、コスト、効
率および設計上の考慮から実用的でないと考えられてい
る。再熱中間冷却スチーム注入ガスタービンエンジンと
呼ばれる最新の発電プラントが提案されている。このパ
ワープラントでは、ガスタービンエンジンの低圧および
高圧圧縮機により下流方向への流体流れを生成し、中間
冷却器を再圧縮機間に配置する。流体流れはその流体を
加熱する燃焼器を通過し、その後流体流れは圧縮機を駆
動する高圧および低圧タービンを通過する。再熱燃焼器
が低圧タービンの下流に位置し、さらに流体流れを加熱
する。その後、流体流れはパワータービンを通過し、パ
ワータービンからの出力流れは改質器に熱を与える。改
質器は中間冷却器により加熱された水を受け取り、また
改質器は中間冷却器の加熱された水を利用する燃料ヒー
タにより加熱されたメタンも受け取る。改質器は改質燃
料を生成し、この改質燃料を第１燃焼器および再熱燃焼
器両方に供給する。ボイラからのスチームもタービンに
冷却目的で注入する。このシステムはＮＯｘおよびＣＯ
排出量を低減することができるが、残念なことにこのシ
ステムは複雑である。たとえば、改質器を加熱するパワ
ータービンからの排出ガスは、代表的には約１１５０〜
１２５０″Ｆ以上、一般的には約１２００〜１８００″
′Ｆでなければならない。しかし、ガスタービンエンジ
ンからの排出ガスは代表的には約９００下にすぎない。
したがって、再熱燃焼器は温度がこれらの温度より高い
流体流れを生成しなければならず、パワータービンをこ
の範囲の温度に耐えるように設計する必要がある。しか
し、従来再熱燃焼器は通常ガスタービン構成に組み込ま
れていないので、再熱燃焼器のあらたな設計、開発が必
要であり、それに伴なう経費も必要である。さらに、パ
ワータービンは、現在、通常このような温度に耐えるこ
とができないので、高度な冷却技術を組み込んだタービ
ンの再設計、交換が必要であり、したがって経費が増大
する。さらに、改質器に加熱された入力を与える中間冷
却器および燃料ヒータも設計の複雑さと経費を増す結果
となり、現存のシステムを改変する上での困難を増す。
流体流れを生成しなければならず、パワータービンをこ
の範囲の温度に耐えるように設計する必要がある。しか
し、従来再熱燃焼器は通常ガスタービン構成に組み込ま
れていないので、再熱燃焼器のあらたな設計、開発が必
要であり、それに伴なう経費も必要である。さらに、パ
ワータービンは、現在、通常このような温度に耐えるこ
とができないので、高度な冷却技術を組み込んだタービ
ンの再設計、交換が必要であり、したがって経費が増大
する。さらに、改質器に加熱された入力を与える中間冷
却器および燃料ヒータも設計の複雑さと経費を増す結果
となり、現存のシステムを改変する上での困難を増す。
したがって、燃料を改質しその改質燃料を利用すること
ができ、現行のシステムに大きな設計変更も経費もなし
で適用することができ、極めて高温度のパワータービン
を使用しなくてよい、ＮＯＸおよびＣＯ排出量の低減し
たガスタービン発電プラントを提供することが望まれて
いる。
ができ、現行のシステムに大きな設計変更も経費もなし
で適用することができ、極めて高温度のパワータービン
を使用しなくてよい、ＮＯＸおよびＣＯ排出量の低減し
たガスタービン発電プラントを提供することが望まれて
いる。
発明の要旨
この発明のパワープラントは、下流方向への流体流れを
生成する圧縮機、圧縮機の下流の燃焼器、燃焼器の下流
のタービンおよびタービンの下流にそれに隣接して位置
するパワータービンを有するガスタービンエンジンを備
える。改質器がパワータービンの下流に、パワータービ
ンの出力が改質器を加熱する第１加熱手段となるように
配置される。改質器の出力が上記燃焼器に連結される。
生成する圧縮機、圧縮機の下流の燃焼器、燃焼器の下流
のタービンおよびタービンの下流にそれに隣接して位置
するパワータービンを有するガスタービンエンジンを備
える。改質器がパワータービンの下流に、パワータービ
ンの出力が改質器を加熱する第１加熱手段となるように
配置される。改質器の出力が上記燃焼器に連結される。
第２の発明のパワープラントは、下流方向への流体流れ
を生成する圧縮機と、圧縮機の下流の燃焼器と、燃焼器
の下流のタービンと、タービンの流体出力の少なくとも
一部を受け取るダクト領域とを備える。バーナがダクト
領域内に配置され、改質器がバーナの下流に配置され、
上記ダクト領域に連結される。改質器の出力が燃焼器に
連結される。
を生成する圧縮機と、圧縮機の下流の燃焼器と、燃焼器
の下流のタービンと、タービンの流体出力の少なくとも
一部を受け取るダクト領域とを備える。バーナがダクト
領域内に配置され、改質器がバーナの下流に配置され、
上記ダクト領域に連結される。改質器の出力が燃焼器に
連結される。
さらに第３の発明によるパワープラントの運転方法は、
下流方向への流体流れを生成する圧縮機、圧縮機の下流
の燃焼器、燃焼器の下流のタービン、タービンの下流に
それに隣接して位置するパワータービンおよびパワータ
ービンの下流に位置する改質器を有するパワープラント
を運転するにあたリ、流体流れを改質器の直前で加熱し
、燃料を改質器の入力に注入し、そして改質器の出力の
少なくとも一部を燃焼器に注入する工程を含む。
下流方向への流体流れを生成する圧縮機、圧縮機の下流
の燃焼器、燃焼器の下流のタービン、タービンの下流に
それに隣接して位置するパワータービンおよびパワータ
ービンの下流に位置する改質器を有するパワープラント
を運転するにあたリ、流体流れを改質器の直前で加熱し
、燃料を改質器の入力に注入し、そして改質器の出力の
少なくとも一部を燃焼器に注入する工程を含む。
実施例の記載
第１図にこの発明のパワープラントの概略を示す。この
パワープラント１０を構成するエンジン２０は、低圧圧
縮機３０ａおよび高圧圧縮機３０ｂからなる下流方向へ
の流れを生成する圧縮機３０、圧縮機３０の下流に位置
する燃焼器３４、そして高圧圧縮機３０ｂに駆動連結さ
れた高圧タービン３８ａおよび低圧圧縮機３０ａに駆動
連結された低圧タービン３８ｂからなるタービン３８を
含む。タービン３８の下流に自由パワータービン４０が
配置され、このパワータービン４０はタービン３８に空
気力学的に結合されかつタービン３８に隣接して位置す
るので、タービン３８とパワータービン４０との間に再
熱燃焼器のような加熱手段が入らない。パワータービン
４０の流体または空気出力の少なくとも一部がダクト４
４を通して燃料人口４９を有するバーナ４８に連結され
ている。バーナ４８は改質器５０に熱力学的に結合され
ている。改質器５０は第１人力手段５２、第２人力手段
５４および改質燃料出口５６を有する。
パワープラント１０を構成するエンジン２０は、低圧圧
縮機３０ａおよび高圧圧縮機３０ｂからなる下流方向へ
の流れを生成する圧縮機３０、圧縮機３０の下流に位置
する燃焼器３４、そして高圧圧縮機３０ｂに駆動連結さ
れた高圧タービン３８ａおよび低圧圧縮機３０ａに駆動
連結された低圧タービン３８ｂからなるタービン３８を
含む。タービン３８の下流に自由パワータービン４０が
配置され、このパワータービン４０はタービン３８に空
気力学的に結合されかつタービン３８に隣接して位置す
るので、タービン３８とパワータービン４０との間に再
熱燃焼器のような加熱手段が入らない。パワータービン
４０の流体または空気出力の少なくとも一部がダクト４
４を通して燃料人口４９を有するバーナ４８に連結され
ている。バーナ４８は改質器５０に熱力学的に結合され
ている。改質器５０は第１人力手段５２、第２人力手段
５４および改質燃料出口５６を有する。
燃料を供給する手段５８が第１人力手段５２に連結され
ている。スチームを供給する手段６０は水入口６２を有
し、代表的には高圧ボイラ６０ａおよび低圧ボイラ６０
ｂから構成される。スチーム供給手段６０は、代表的に
は改質器５０の下流に位置し、その出口が改質器５０の
第２人力手段５４に連結されている。スチーム供給手段
６０は、代表的には燃焼器３４およびタービン３８にも
連結され、改質燃料出口５６も燃焼器３４に連結されて
いる。
ている。スチームを供給する手段６０は水入口６２を有
し、代表的には高圧ボイラ６０ａおよび低圧ボイラ６０
ｂから構成される。スチーム供給手段６０は、代表的に
は改質器５０の下流に位置し、その出口が改質器５０の
第２人力手段５４に連結されている。スチーム供給手段
６０は、代表的には燃焼器３４およびタービン３８にも
連結され、改質燃料出口５６も燃焼器３４に連結されて
いる。
圧縮機３０．燃焼器３４およびタービン３８は発電プラ
ントに用いられるどのような形式のものでもよい。航空
機エンジンに使用されているものから誘導した構成要素
が代表的である。パワータービン４０は代表的には標準
材料からつくり、代表的には発電機その他そこから動力
を抽出する装置のような負荷６４に連結されている。自
由回転パワータービンは３６００または３０００ ｒｐ
ａ＋の同期速度で回転して６０または５０Ｈｚの電気を
生成する。ダクト４４は、タービン３８からその空気の
少なくとも一部または全部を改質器５Ｇに輸送できるも
のであれば、どのような形式のダクトであってもよい。
ントに用いられるどのような形式のものでもよい。航空
機エンジンに使用されているものから誘導した構成要素
が代表的である。パワータービン４０は代表的には標準
材料からつくり、代表的には発電機その他そこから動力
を抽出する装置のような負荷６４に連結されている。自
由回転パワータービンは３６００または３０００ ｒｐ
ａ＋の同期速度で回転して６０または５０Ｈｚの電気を
生成する。ダクト４４は、タービン３８からその空気の
少なくとも一部または全部を改質器５Ｇに輸送できるも
のであれば、どのような形式のダクトであってもよい。
ダクト４４は、加熱されたエンジン流体を改質器５０に
輸送することにより、改質器５０を加熱する第１加熱手
段として作用する。
輸送することにより、改質器５０を加熱する第１加熱手
段として作用する。
バーナ４８は改質器５０を加熱する第２加熱手段として
作用する。バーナ４８の燃料人口４９は燃焼に適当な燃
料を受け取る。代表的には、バーナ４８の燃料人口４９
を改質器５０の改質燃料出口５６に連結する。しかし、
改質燃料のすべてを燃焼器３４に注入し、バーナ４８の
燃料人口４９を別の燃料供給源に連結すると、性能がさ
らに向上する。このような性能の向上が得られるのは、
改質燃料中の水蒸気がすべてのタービンおよびパワータ
ービンを通過し、その結果動力出力が増大するからであ
り、またこのシステムでは、燃焼器中の改質燃料からの
汚染成分排出量が著しく少ないので、簡単な設計のバー
ナを使用することもできる。別の例では、バーナ４８の
燃料人口４９を天然ガスまたはメタンの外部供給源に連
結することができる。バーナ４８はパワータービンの下
流にあり、したがって比較的低い圧力で作動するので、
このバーナが生成する汚染成分の量は少量である。
作用する。バーナ４８の燃料人口４９は燃焼に適当な燃
料を受け取る。代表的には、バーナ４８の燃料人口４９
を改質器５０の改質燃料出口５６に連結する。しかし、
改質燃料のすべてを燃焼器３４に注入し、バーナ４８の
燃料人口４９を別の燃料供給源に連結すると、性能がさ
らに向上する。このような性能の向上が得られるのは、
改質燃料中の水蒸気がすべてのタービンおよびパワータ
ービンを通過し、その結果動力出力が増大するからであ
り、またこのシステムでは、燃焼器中の改質燃料からの
汚染成分排出量が著しく少ないので、簡単な設計のバー
ナを使用することもできる。別の例では、バーナ４８の
燃料人口４９を天然ガスまたはメタンの外部供給源に連
結することができる。バーナ４８はパワータービンの下
流にあり、したがって比較的低い圧力で作動するので、
このバーナが生成する汚染成分の量は少量である。
さらに、改質燃料を燃焼器３４に連結した場合、改質燃
料から生じる汚染成分排出量が著しく少ないので、簡単
な設計を利用することができる。
料から生じる汚染成分排出量が著しく少ないので、簡単
な設計を利用することができる。
ＣＯ排出量をさらに減少させたいときには、改質燃料を
バーナ４８にも供給するのがよい。しかし、当業界でよ
く知られた別のバーナ設計も等しく適用できる。たとえ
ば、改質燃料をバーナ４８に供給する場合には、個別の
バーナを配列して構成したような簡単なバーナを利用す
ることができる。
バーナ４８にも供給するのがよい。しかし、当業界でよ
く知られた別のバーナ設計も等しく適用できる。たとえ
ば、改質燃料をバーナ４８に供給する場合には、個別の
バーナを配列して構成したような簡単なバーナを利用す
ることができる。
改質器５０は、当業界でよく知られているように、メタ
ンまたは任意の他の炭水化物燃料と代表的には水または
スチームを利用して改質燃料を生成する、通常ステンレ
ス鋼製の改質器とするのが好ましい。これらの改質器で
改質燃料を生成するためには、通常１１００”Ｆ以上、
代表的には約１２００〜１８００”Ｆへの加熱が必要で
ある。したがって、バーナに供給する熱の量は、改質器
が所望の成分と燃料を生成するのに必要な反応温度と、
通常的９００″Ｆであるパワータービンから出る流体の
温度との両方によって決まる。なお、異なる構成または
超活性化ニッケル触媒のような触媒を組み込んだ別の改
質器設計では、必要な反応温度が低くなる。したがって
、改質器の必要反応温度が下がるにつれて、バーナ４８
が供給する熱は少なくてよい。バーナ４８が供給する熱
を減少させて大体ゼロにするのが好ましいが、通常バー
ナ４８はタービンから出る流体の温度を約２５０〜６０
０″Ｆ上昇させる。高圧ボイラ６０ａおよび低圧ボイラ
６０ｂともに当業界で周知のどのような形式のボイラと
してもよい。高圧ボイラ６０ａの出力は、代表的には改
質過程を目的として改質器５０に連結し、またスチーム
を、スチームの一部が冷却目的で燃焼器３４のまわりに
噴射されるように燃焼器３４に注入することもできる。
ンまたは任意の他の炭水化物燃料と代表的には水または
スチームを利用して改質燃料を生成する、通常ステンレ
ス鋼製の改質器とするのが好ましい。これらの改質器で
改質燃料を生成するためには、通常１１００”Ｆ以上、
代表的には約１２００〜１８００”Ｆへの加熱が必要で
ある。したがって、バーナに供給する熱の量は、改質器
が所望の成分と燃料を生成するのに必要な反応温度と、
通常的９００″Ｆであるパワータービンから出る流体の
温度との両方によって決まる。なお、異なる構成または
超活性化ニッケル触媒のような触媒を組み込んだ別の改
質器設計では、必要な反応温度が低くなる。したがって
、改質器の必要反応温度が下がるにつれて、バーナ４８
が供給する熱は少なくてよい。バーナ４８が供給する熱
を減少させて大体ゼロにするのが好ましいが、通常バー
ナ４８はタービンから出る流体の温度を約２５０〜６０
０″Ｆ上昇させる。高圧ボイラ６０ａおよび低圧ボイラ
６０ｂともに当業界で周知のどのような形式のボイラと
してもよい。高圧ボイラ６０ａの出力は、代表的には改
質過程を目的として改質器５０に連結し、またスチーム
を、スチームの一部が冷却目的で燃焼器３４のまわりに
噴射されるように燃焼器３４に注入することもできる。
高圧ボイラ６０ａから出るスチームは、飽和温度より約
５０”Ｆ高いのが好ましく、代表的には、高圧タービン
３８ａにタービンブレードおよびベーンの冷却目的で導
入する。低圧ボイラ６０ｂからのスチームも低圧タービ
ン３８ｂに冷却およびスチーム注入の目的で導入する。
５０”Ｆ高いのが好ましく、代表的には、高圧タービン
３８ａにタービンブレードおよびベーンの冷却目的で導
入する。低圧ボイラ６０ｂからのスチームも低圧タービ
ン３８ｂに冷却およびスチーム注入の目的で導入する。
スチーム供給手段６０からのスチームは、ＮＯｘ抑制お
よび冷却用のスチームを提供するだけでなく、大きなパ
ワー出力につながる大きな質量流れも提供する。過剰な
スチームを外部プロセスに使用してもよい。
よび冷却用のスチームを提供するだけでなく、大きなパ
ワー出力につながる大きな質量流れも提供する。過剰な
スチームを外部プロセスに使用してもよい。
第２〜５図にこの発明の他の実施例を示す。第１図と同
様の要素は同じ符号で示す。第２図に示すエンジンは、
単一圧縮機３０および単一タービン３８を有し、非改質
燃料を供給する手段２１０が燃焼器３４に連結され、改
質燃料出口がバーナ４８に連結されている。このシステ
ムは、パワータービン４０から排出される空気または流
体を燃焼させることによりＣＯ排出量を減少させるとと
もに、燃焼器３４にスチームを注入することによりＮＯ
ｘを減少させ、しかも改質器の必要寸法を著しく小さく
できる。さらに、改質燃料を用いると、高圧圧縮機の作
動曲線をその所望の作動点を超えて増大させるなどによ
り、エンジンの作動曲線が著しく変更されるエンジンで
は、このシステムは燃焼器３４にそのまま標準燃料を使
用することができ、これにより汚染成分排出を抑えなが
ら、現行エンジンへの変更を最小にとどめることができ
る。
様の要素は同じ符号で示す。第２図に示すエンジンは、
単一圧縮機３０および単一タービン３８を有し、非改質
燃料を供給する手段２１０が燃焼器３４に連結され、改
質燃料出口がバーナ４８に連結されている。このシステ
ムは、パワータービン４０から排出される空気または流
体を燃焼させることによりＣＯ排出量を減少させるとと
もに、燃焼器３４にスチームを注入することによりＮＯ
ｘを減少させ、しかも改質器の必要寸法を著しく小さく
できる。さらに、改質燃料を用いると、高圧圧縮機の作
動曲線をその所望の作動点を超えて増大させるなどによ
り、エンジンの作動曲線が著しく変更されるエンジンで
は、このシステムは燃焼器３４にそのまま標準燃料を使
用することができ、これにより汚染成分排出を抑えなが
ら、現行エンジンへの変更を最小にとどめることができ
る。
第３図においては、中間冷却器３１０が低圧圧縮機３０
ａと高圧圧縮機３０ｂとの間の流路に配置されている。
ａと高圧圧縮機３０ｂとの間の流路に配置されている。
中間冷却器３１０は、その燃料水加熱器３１２、給水加
熱器３１４および最終中間冷却器段３１６がすべて水供
給源３２０に連結されている。燃料水加熱器３１２の出
力は、改質器５０またはバーナ４８に供給される燃料を
加熱する燃料加熱器３２２に連結されている。燃料加熱
器３２２からの加熱された水は代表的には廃棄するか、
水供給源３２０の入力に導入する。したがって、バーナ
４８では供給燃料または改質燃料を燃焼する。給水加熱
器３１４はスチーム供給手段６０、たとえば高圧ボイラ
６０ａおよび低圧ボイラ６０ｂの入力に連結されている
。最終中間冷却器段３１６は代表的には水冷却器または
他の加熱された水を処理する適当な手段に連結されてい
る。
熱器３１４および最終中間冷却器段３１６がすべて水供
給源３２０に連結されている。燃料水加熱器３１２の出
力は、改質器５０またはバーナ４８に供給される燃料を
加熱する燃料加熱器３２２に連結されている。燃料加熱
器３２２からの加熱された水は代表的には廃棄するか、
水供給源３２０の入力に導入する。したがって、バーナ
４８では供給燃料または改質燃料を燃焼する。給水加熱
器３１４はスチーム供給手段６０、たとえば高圧ボイラ
６０ａおよび低圧ボイラ６０ｂの入力に連結されている
。最終中間冷却器段３１６は代表的には水冷却器または
他の加熱された水を処理する適当な手段に連結されてい
る。
このシステムでは、中間冷却器３１０が空気または流体
流れを冷却し、これによりパワー出力を増大させ、また
流体流れを冷却するのに使用した水を利用して燃料を加
熱するとともにボイラに入る水を加熱し、これによりエ
ネルギー損失を最小にし、効率を上げる。
流れを冷却し、これによりパワー出力を増大させ、また
流体流れを冷却するのに使用した水を利用して燃料を加
熱するとともにボイラに入る水を加熱し、これによりエ
ネルギー損失を最小にし、効率を上げる。
第４図においては、高圧ボイラ４１０がバーナ４８の下
流に位置し、高圧改質器４１２および低圧改質器４１４
がその高圧ボイラ４１０の下流に配置されている。低圧
改質器４１４の出力はバーナ４８の燃料人口４９に連結
され、また高圧改質器４１２の出力は燃焼２’Ａ３４に
連結されている。
流に位置し、高圧改質器４１２および低圧改質器４１４
がその高圧ボイラ４１０の下流に配置されている。低圧
改質器４１４の出力はバーナ４８の燃料人口４９に連結
され、また高圧改質器４１２の出力は燃焼２’Ａ３４に
連結されている。
このシステムは高圧タービンのスチーム冷却を行ない、
ＮＯｘおよびＣＯ両方の排出抑制を達成する。
ＮＯｘおよびＣＯ両方の排出抑制を達成する。
第５図においては、圧縮機３０を負荷に連結されたター
ビン３８に連結し、タービン３８の出力をダクト４４を
介して改質器５０に連結した基本配置としてこの発明を
具体化している。このシステムでも、再熱燃焼器を使用
せず、これにより再熱燃焼器の配置にともなう問題を回
避する。このシステムは、改質器５０の必要な温度を代
表的には約１１５０″′Ｆ以下に下げる触媒を使用する
ことで実現され、タービン３８の出力は改質器５０に必
要な温度を与えるのに十分な高い温度にある。
ビン３８に連結し、タービン３８の出力をダクト４４を
介して改質器５０に連結した基本配置としてこの発明を
具体化している。このシステムでも、再熱燃焼器を使用
せず、これにより再熱燃焼器の配置にともなう問題を回
避する。このシステムは、改質器５０の必要な温度を代
表的には約１１５０″′Ｆ以下に下げる触媒を使用する
ことで実現され、タービン３８の出力は改質器５０に必
要な温度を与えるのに十分な高い温度にある。
再び第１図を参照すると、作動時には、圧縮機３０は下
流方向への流体流れを生成し、燃焼器３４は流体流れを
加熱し、その流体流れをタービン３８に推進し、一方タ
ービン３８により圧縮機３０を駆動する。タービン３８
を通過した後、流体流れはそれ以上加熱されることなく
、パワータービン４０を駆動して出力パワーを生成し、
その後流体流れの少なくとも一部、好ましくは全部がダ
クト４４に流入する。流体流れを改質器５０の直前でバ
ーナ４８により加熱し、燃料を改質器５０の入力に注入
する。代表的には、メタン燃料を入口に注入し、またス
チームまたは水を入口に注入する。改質器５０は、メタ
ン、二酸化炭素、水蒸気、−酸化炭素、水素など種々の
成分を含有する燃料を生成する。生成する成分の量、特
に生成する水素の所望量は、特定のシステム構成および
所望の汚染成分排出レベルによって決まる。代表的には
、改質燃料は約５〜５０容量％、特に約１５〜３０容量
％の水素を含有する。改質器５０の改質燃料出力の少な
くとも一部を燃焼器３４に注入して、エンジン２０内で
燃焼させる。改質器５０の出力を、改質器５０の前で流
体流れを加熱するためのバーナ４８に注入してもよい。
流方向への流体流れを生成し、燃焼器３４は流体流れを
加熱し、その流体流れをタービン３８に推進し、一方タ
ービン３８により圧縮機３０を駆動する。タービン３８
を通過した後、流体流れはそれ以上加熱されることなく
、パワータービン４０を駆動して出力パワーを生成し、
その後流体流れの少なくとも一部、好ましくは全部がダ
クト４４に流入する。流体流れを改質器５０の直前でバ
ーナ４８により加熱し、燃料を改質器５０の入力に注入
する。代表的には、メタン燃料を入口に注入し、またス
チームまたは水を入口に注入する。改質器５０は、メタ
ン、二酸化炭素、水蒸気、−酸化炭素、水素など種々の
成分を含有する燃料を生成する。生成する成分の量、特
に生成する水素の所望量は、特定のシステム構成および
所望の汚染成分排出レベルによって決まる。代表的には
、改質燃料は約５〜５０容量％、特に約１５〜３０容量
％の水素を含有する。改質器５０の改質燃料出力の少な
くとも一部を燃焼器３４に注入して、エンジン２０内で
燃焼させる。改質器５０の出力を、改質器５０の前で流
体流れを加熱するためのバーナ４８に注入してもよい。
流体流れはこの後、高圧ボイラ６０ａおよび低圧ボイラ
６０ｂを加熱し、そしてこれらのボイラのスチーム出力
をエンジン２０に注入し、また好ましくは改質器５Ｇの
入口にも注入する。初期のシステム始動の間は、システ
ムが改質器を十分に加熱し、改質燃料を燃焼器に供給で
きるようになるまで、適当な燃料を燃焼器３４に供給す
るのが普通である。
６０ｂを加熱し、そしてこれらのボイラのスチーム出力
をエンジン２０に注入し、また好ましくは改質器５Ｇの
入口にも注入する。初期のシステム始動の間は、システ
ムが改質器を十分に加熱し、改質燃料を燃焼器に供給で
きるようになるまで、適当な燃料を燃焼器３４に供給す
るのが普通である。
このシステムはＮＯｘおよびＣＯをともに少量しか排出
しないシステムを提供する。たとえば、特定の設計例で
は、ＮＯｘ排出量を８ ｐｐｍ以下に、ＣＯ排出量を５
０１ｂ／時以下に減少させることができる。さらに、種
々の構成要素を全体のシステムに組み入れることにより
、このシステムは効率への悪影響を最小限に抑えてこの
ような汚染成分排出の低下をはかることができる。なお
、ダクト燃焼では通常、燃料がバーナで消費されるので
効率が下がる。しかし、化学的回復によりサイクル効率
が上昇し、したがって、バーナを使用した場合でも、化
学的回復により得られる効率向上が効率低下の一部を少
なくとも相殺し、システム全体としては効率の上昇とな
る。さらに、このシステムは有意な変更なしに現存のエ
ンジンに組み入れることができる。一方、パワータービ
ンの前段での再熱燃焼を目的として提案された従来のシ
ステムでは、再熱燃焼器を使用する必要があり、このよ
うな再熱燃焼器を使用すると、システムが大きな熱応力
にさらされ、また普通では得られない高度な冷却技術を
伴なうパワータービンを必要とする高度の技術を用いな
くてはならなかった。しかし、パワータービンの下流に
改質器５０を加熱する追加の加熱手段、たとえばバーナ
を付加することにより、燃料の改質過程が生起するのに
必要な余分の熱を得ることができる。パワータービンの
前段の再熱燃焼器をなくすことにより、この発明のシス
テムは普通のパワータービンおよび他の定評のある普通
に得られる装置を全体のシステム構成に使用して信頼性
のある技術を確立し、パワータービンの前段に再熱燃焼
器を用いるシステムで必要とされるような経費のかさむ
未知の技術を避ける。
しないシステムを提供する。たとえば、特定の設計例で
は、ＮＯｘ排出量を８ ｐｐｍ以下に、ＣＯ排出量を５
０１ｂ／時以下に減少させることができる。さらに、種
々の構成要素を全体のシステムに組み入れることにより
、このシステムは効率への悪影響を最小限に抑えてこの
ような汚染成分排出の低下をはかることができる。なお
、ダクト燃焼では通常、燃料がバーナで消費されるので
効率が下がる。しかし、化学的回復によりサイクル効率
が上昇し、したがって、バーナを使用した場合でも、化
学的回復により得られる効率向上が効率低下の一部を少
なくとも相殺し、システム全体としては効率の上昇とな
る。さらに、このシステムは有意な変更なしに現存のエ
ンジンに組み入れることができる。一方、パワータービ
ンの前段での再熱燃焼を目的として提案された従来のシ
ステムでは、再熱燃焼器を使用する必要があり、このよ
うな再熱燃焼器を使用すると、システムが大きな熱応力
にさらされ、また普通では得られない高度な冷却技術を
伴なうパワータービンを必要とする高度の技術を用いな
くてはならなかった。しかし、パワータービンの下流に
改質器５０を加熱する追加の加熱手段、たとえばバーナ
を付加することにより、燃料の改質過程が生起するのに
必要な余分の熱を得ることができる。パワータービンの
前段の再熱燃焼器をなくすことにより、この発明のシス
テムは普通のパワータービンおよび他の定評のある普通
に得られる装置を全体のシステム構成に使用して信頼性
のある技術を確立し、パワータービンの前段に再熱燃焼
器を用いるシステムで必要とされるような経費のかさむ
未知の技術を避ける。
この発明は、改質器がタービンの出力に結合された単一
タービンを存する基本的システムから、多重のタービン
、圧縮機、改質器、ボイラ、中間冷却器およびパワータ
ービンを有する複雑なシステムに及ぶ種々の構成に適用
できる。したがって、このような変更や改変もこの発明
の範囲に包含されると考える。
タービンを存する基本的システムから、多重のタービン
、圧縮機、改質器、ボイラ、中間冷却器およびパワータ
ービンを有する複雑なシステムに及ぶ種々の構成に適用
できる。したがって、このような変更や改変もこの発明
の範囲に包含されると考える。
第１図はこの発明の１実施例のパワープラントを示すブ
ロック図、 第２〜５図はこの発明の他の実施例を示すブロック図で
ある。 主な符号の説明 １０：パワープラント、２０：エンジン、３０：圧縮機
、 ３４：燃焼器、３８：タービン、 ４
０：パワータービン、４４：ダクト、 ４８：
バーナ、５０：改質器、 ５２．５４：入口、 ５６：改質燃料出口、 ６０ニスチ一ム供給手段（ボイラ）、 ６４：負荷。
ロック図、 第２〜５図はこの発明の他の実施例を示すブロック図で
ある。 主な符号の説明 １０：パワープラント、２０：エンジン、３０：圧縮機
、 ３４：燃焼器、３８：タービン、 ４
０：パワータービン、４４：ダクト、 ４８：
バーナ、５０：改質器、 ５２．５４：入口、 ５６：改質燃料出口、 ６０ニスチ一ム供給手段（ボイラ）、 ６４：負荷。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、下流方向への流体流れを生成する圧縮機、圧縮機の
下流の燃焼器、燃焼器の下流のタービンおよびタービン
の下流にそれに隣接して位置するパワータービンを有す
るガスタービンエンジンを備え、 改質器がパワータービンの下流に、パワータービンの出
力が改質器を加熱する第１加熱手段となるように配置さ
れ、改質器の出力が上記燃焼器に連結されたパワープラ
ント。 ２、さらに改質器を加熱する第２加熱手段を備える請求
項１に記載のパワープラント。 ３、上記第１加熱手段が上記タービンの下流に位置する
ダクトを含み、上記ダクトがタービンの出力に連結され
た請求項１に記載のパワープラント。 ４、さらにバーナが上記改質器に隣接して上記ダクト内
に配置された請求項３に記載のパワープラント。 ５、さらにスチームを発生する手段が上記改質器の下流
に配置され、このスチーム発生手段の出力が上記改質器
の入力に連結された請求項１に記載のパワープラント。 ６、上記スチーム発生手段の出力が上記燃焼器に連結さ
れた請求項５に記載のパワープラント。 ７、上記スチーム発生手段の出力が上記タービンに連結
された請求項５に記載のパワープラント。 ８、上記スチーム発生手段が第１圧力のスチームを発生
する第１ボイラと第１圧力より低い圧力のスチームを発
生する第２ボイラとを含む請求項５に記載のパワープラ
ント。 ９、上記タービンが高圧タービンと低圧タービンとを含
み、上記第１ボイラの出力が上記燃焼器に連結され、上
記第２ボイラの出力が上記低圧タービンに連結された請
求項８に記載のパワープラント。 １０、上記改質器の唯一の出力が上記燃焼器に直結され
た請求項１に記載のパワープラント。 １１、下流方向への流体流れを生成する圧縮機と、 圧縮機の下流の燃焼器と、 燃焼器の下流のタービンと、 タービンの流体出力の少なくとも一部を受け取るダクト
領域と、 ダクト領域内に配置されたバーナと、 バーナの下流に配置され、上記ダクト領域に連結された
、出力を有する改質器と を備えるパワープラント。 １２、上記改質器の出力が上記バーナに連結された請求
項１１に記載のパワープラント。 １３、上記改質器の出力が上記燃焼器にも連結された請
求項１２に記載のパワープラント。 １４、上記改質器の出力が上記燃焼器に連結された請求
項１１に記載のパワープラント。 １５、さらにボイラが改質器の下流に配置され、このボ
イラの出力が上記改質器の入力に連結された請求項１１
に記載のパワープラント。 １６、上記ボイラの出力が上記タービンに連結された請
求項１５に記載のパワープラント。 １７、上記ボイラの出力が上記燃焼器に連結された請求
項１５に記載のパワープラント。 １８、上記ボイラの出力が上記タービンに冷却目的で連
結された請求項１５に記載のパワープラント。 １９、下流方向への流体流れを生成する圧縮機、圧縮機
の下流の燃焼器、燃焼器の下流のタービン、タービンの
下流にそれに隣接して位置するパワータービンおよびパ
ワータービンの下流に位置する改質器を有するパワープ
ラントを運転するにあたり、 流体流れを改質器の直前で加熱し、 燃料を改質器の入力に注入し、 改質器の出力の少なくとも一部を燃焼器に注入する工程
を含むパワープラントの運転方法。 ２０、燃料を改質器に注入する工程がメタンを改質器に
注入する工程を含む請求項１９に記載の方法。 ２１、さらに、 上記改質器の下流に位置するボイラを通してスチームを
発生し、 そのスチームの少なくとも一部を上記改質器の入力に注
入する 工程を含む請求項１９に記載の方法。 ２２、さらに改質器より前で流体流れを加熱するバーナ
にメタンを注入する工程を含む請求項１９に記載の方法
。 ２３、さらに改質器より前で流体流れを加熱するバーナ
に改質器の出力の一部を注入する工程を含む請求項１９
に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US33984889A | 1989-04-18 | 1989-04-18 | |
| US339,848 | 1989-04-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02286835A true JPH02286835A (ja) | 1990-11-27 |
| JP2581825B2 JP2581825B2 (ja) | 1997-02-12 |
Family
ID=23330887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2093263A Expired - Fee Related JP2581825B2 (ja) | 1989-04-18 | 1990-04-10 | パワープラント |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5133180A (ja) |
| JP (1) | JP2581825B2 (ja) |
| GB (1) | GB2232721B (ja) |
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