JPH0245620A - Gas turbine unit for generating electricity and heat and operating method thereof - Google Patents
Gas turbine unit for generating electricity and heat and operating method thereofInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野］
本発明は電気及び熱を同時に生成するためのガスタービ
ンユニットとその作動方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine unit for the simultaneous generation of electricity and heat and a method of operating the same.
電気及び熱、例えば遠隔加熱ネットワークのための温水
のような熱、を同時に生成するためのガスタービンユニ
ットは次のような要求を満足することが求められている
。即ち、高い電気効率、高い全体的熱効率、高い電気と
熱の関係、電気と熱の生成の間の柔軟性、周囲の温度の
変化に対して影響されないこと等の要求である。これら
の要求は、燃焼室と、燃焼室からの燃焼ガスによって駆
動される高圧ガスタービンと、低圧ガスタービンによっ
て駆動される低圧コンプレッサと、圧縮空気を燃焼室に
供給するために低圧コンプレッサと直列に配置され且つ
高圧ガスタービンによって駆動される高圧コンプレッサ
と、電気を発生するために高圧ガスタービンによって駆
動される発電機と、排気ガスと高圧コンプレッサからの
圧縮空気との間で熱交換を行うための復熱器と、低圧コ
ンプレッサと高圧コンプレッサの間で温水を生成する中
間クーラと、温水を生成するための排気ガス熱交換器と
からなる２軸式ガスタービンユニットによってかなり満
足される。Gas turbine units for the simultaneous production of electricity and heat, for example heat such as hot water for remote heating networks, are required to meet the following requirements: These requirements include high electrical efficiency, high overall thermal efficiency, high electrical-to-thermal relationship, flexibility between electrical and thermal production, and insensitivity to changes in ambient temperature. These requirements require a combustion chamber, a high-pressure gas turbine driven by the combustion gases from the combustion chamber, and a low-pressure compressor driven by the low-pressure gas turbine, in series with the low-pressure compressor to supply compressed air to the combustion chamber. a high-pressure compressor arranged and driven by a high-pressure gas turbine; a generator driven by the high-pressure gas turbine to generate electricity; and a generator for performing heat exchange between exhaust gas and compressed air from the high-pressure compressor. A two-shaft gas turbine unit consisting of a recuperator, an intermediate cooler for producing hot water between a low-pressure compressor and a high-pressure compressor, and an exhaust gas heat exchanger for producing hot water is quite satisfactory.
電気は高圧ガスタービンの軸に連結された発電機によっ
て生成され、７０から１２０°Ｃの範囲の温水は中間ク
ーラと排気ガス熱交換器において生成される。高圧ガス
タービンの軸は一定の速度で回転し、低圧ガスタービン
の軸は自由に回転できるようになっている。Electricity is produced by a generator connected to the shaft of the high pressure gas turbine, and hot water in the range 70 to 120°C is produced in an intermediate cooler and exhaust gas heat exchanger. The shaft of a high-pressure gas turbine rotates at a constant speed, while the shaft of a low-pressure gas turbine is free to rotate.
このようなガスタービンユニットにおける熱力学プロセ
スを考えると、そのようなガスタービンユニットは、簡
便に中間クーラを有する復熱式排気ガスタービンと定義
されることができ、そして３０から４０パーセントの電
気効率をもち、この効率は対応するタービン人口温度で
作動する単純なガスタービンよりも良いものである。中
間クーラ及び排気ガス熱交換器によって回復された熱は
温水の生成に利用されるので、高い全体効率を得ること
ができる。Considering the thermodynamic processes in such a gas turbine unit, such a gas turbine unit can be conveniently defined as a recuperating exhaust gas turbine with an intermediate cooler and has an electrical efficiency of 30 to 40 percent. , and this efficiency is better than that of a simple gas turbine operating at the corresponding turbine population temperature. The heat recovered by the intermediate cooler and exhaust gas heat exchanger is utilized for the production of hot water, so that a high overall efficiency can be obtained.
〔課題を解決するための手段］
本発明の目的は上述したようなガスタービンユニットの
作動方法に関し、上記要求の残りのものを満足するため
に、本発明は燃焼室の一定の温度で低圧ガスタービンの
回転数を変えるために低圧ガスタービンのジオメトリ−
を変えることによって電力を所望の値に調節するステッ
プと、復熱器をバイパスする流れを制御することによっ
て熱力を所望の値に調節するステップとを具備するガス
タービンユニットの作動方法を提供するものである。[Means for Solving the Problems] An object of the present invention is to provide a method for operating a gas turbine unit as described above. Low-pressure gas turbine geometry to change turbine speed
A method of operating a gas turbine unit comprising the steps of: regulating power to a desired value by varying the temperature; and regulating thermal power to a desired value by controlling flow bypassing a recuperator. It is.
本発明はさらに上記本発明の方法を実施することのでき
るガスタービンユニットを提供するものであり、このガ
スタービンユニットは低圧ガスタービンが調節可能なジ
オメトリ−を有し、そして復熱器をバイパスする調節可
能な連結管部を備えることを特徴とするものである。The invention further provides a gas turbine unit capable of carrying out the method of the invention as described above, in which the low-pressure gas turbine has an adjustable geometry and bypasses the recuperator. It is characterized by having an adjustable connecting pipe section.
〔実施例］
以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。[Examples] Examples of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第１図を参照すると、本発明によるガスタービンユニッ
トは高圧ガスタービン１０を具備し、この高圧ガスター
ビン１０は高圧コンプレッサ１１に連結され、そしてガ
スタービンユニットから有効に使用された電力を回復す
るためにギヤ列等を介して発電機１２に連結される。ガ
スタービンユニットはさらに低圧ガスタービン１３を具
備し、この低圧ガスタービン１３は低圧コンプレッサ１
４に連結される。高圧ガスタービンｌＯと低圧ガスター
ビン１３の間には、低圧ガスタービン１３のジオメトリ
−を調節するためのレギュレータ１５が設けられる。Referring to FIG. 1, a gas turbine unit according to the invention comprises a high pressure gas turbine 10, which is connected to a high pressure compressor 11 and for recovering the effectively used power from the gas turbine unit. It is connected to the generator 12 via a gear train or the like. The gas turbine unit further includes a low pressure gas turbine 13, which is connected to a low pressure compressor 1.
4. A regulator 15 for adjusting the geometry of the low pressure gas turbine 13 is provided between the high pressure gas turbine IO and the low pressure gas turbine 13.
燃焼室（ボイラー）１６がそのガス出口において高圧ガ
スタービン１０に連結され、この高圧ガスタービンＩＯ
並びにこの高圧ガスタービン１０に直列に連結された低
圧ガスタービン１３に燃焼ガスを供給するようになって
いる。低圧ガスタービン１３は復熱器１８及び排気ガス
熱交換器１９と直列に参照数字１７によって示された排
気筒に接続される。燃焼室１６はその空気人口において
高圧コンブ−１，ｚ７す１１に連結され、高圧コンプレ
ッサ１１から復熱器１８を介して空気を供給されるよう
になっている。調節可能な連結管部２０が復熱器１８を
バイパスして設けられ、排気ガスの一部を復熱器１８の
先に流すことができるようになっている。A combustion chamber (boiler) 16 is connected at its gas outlet to a high-pressure gas turbine 10, which high-pressure gas turbine IO
Furthermore, combustion gas is supplied to a low pressure gas turbine 13 connected in series to this high pressure gas turbine 10. A low-pressure gas turbine 13 is connected to an exhaust stack indicated by the reference numeral 17 in series with a recuperator 18 and an exhaust gas heat exchanger 19. The combustion chamber 16 is connected to the high pressure compressor 1, z7 and 11 in its air supply, and is supplied with air from the high pressure compressor 11 via a recuperator 18. An adjustable manifold section 20 is provided to bypass the recuperator 18 and allow a portion of the exhaust gas to flow beyond the recuperator 18 .
高圧コンプレッサ１１は低圧コンプレッサ１４と直列に
配置され、この低圧コンプレッサ１４が矢印２１によっ
て示されるように周囲の空気を取り入れる。中間クーラ
（インタークーラ）２２が低圧コンプレッサ１４と高圧
コンプレッサ１１の間の連結管部に設けられ、コンプレ
ッサ回路の空気と温水を生成するための外部回路との間
で熱交換を行うようになっており、排気ガス熱交換器１
９は同じ目的のために設けられる。High-pressure compressor 11 is arranged in series with low-pressure compressor 14, which takes in ambient air as indicated by arrow 21. An intermediate cooler (intercooler) 22 is provided in the connecting pipe section between the low-pressure compressor 14 and the high-pressure compressor 11, and is designed to exchange heat between the air in the compressor circuit and an external circuit for generating hot water. Exhaust gas heat exchanger 1
9 is provided for the same purpose.
本発明の方法においては、空気の流れが主として制御さ
れ、低圧ガスタービン１３のジオメトリ−を変えるため
にレギュレータ１５によって低圧コンプレッサ１４の回
転数を調節することによって、温度レベルを一定に維持
する。この制御の可能性が十分に利用されて初めて、燃
焼室の温度の制御が開始される。この制御方法が採用さ
れるときには、部分負荷のほぼ全領域（１０乃至ｌＯＯ
パーセント負荷）内での効率が全負荷位置におけるとき
の効率とほぼ同じか又はそれよりも良くなることさえあ
るであろう。排気ガスの流れの一部が復熱器１８をバイ
パスする調節可能な連結管部２０を通るということから
、排気ガス熱交換器１９への熱の流れが増加する。そこ
で、燃焼室１６へ向かう空気の予熱の減少のために、一
定の燃料供給に対する発電量は減少するであろう。その
結果、ガスタービンユニットは第２図に示される大きな
範囲内の種々の熱と電気の関係で１ヤ動することができ
る。電気効率はバイパス撤が増加すると減少する関係に
あり、それでも合計の効率は増加する。In the method of the invention, the air flow is mainly controlled and the temperature level is maintained constant by adjusting the rotational speed of the low pressure compressor 14 by means of a regulator 15 in order to change the geometry of the low pressure gas turbine 13. Control of the temperature of the combustion chamber begins only when this control possibility is fully exploited. When this control method is adopted, almost the entire range of partial loads (10 to 100
The efficiency within the full load position (percent load) may be about the same or even better than the efficiency at the full load position. Heat flow to the exhaust gas heat exchanger 19 is increased because a portion of the exhaust gas flow passes through the adjustable manifold section 20 which bypasses the recuperator 18 . The amount of power generated for a given fuel supply will then decrease due to the reduced preheating of the air towards the combustion chamber 16. As a result, the gas turbine unit can operate in a variety of thermal and electrical relationships within the large range shown in FIG. Electrical efficiency decreases as bypass removal increases, yet total efficiency increases.
従来のガスタービンは周囲の温度に感応する。Traditional gas turbines are sensitive to ambient temperature.
出力及び電気効率は、周囲の温度が上昇するのにつれて
流入空気重量が減少するので減少する。本発明によるガ
スタービンユニットによれば、低圧ガスタービン１３の
ジオメトリ−を変えるためにレギュレータ１５によって
低圧コンプレッサ１４の回転数を調節することにかでき
、それによって周囲の温度が変わっても空気の流入重量
を一定値に維持することができる。Power output and electrical efficiency decrease as the ambient temperature increases as the incoming air weight decreases. According to the gas turbine unit according to the invention, it is possible to adjust the rotational speed of the low-pressure compressor 14 by means of the regulator 15 in order to change the geometry of the low-pressure gas turbine 13, so that even if the ambient temperature changes, the air inflow The weight can be maintained at a constant value.
従来のガスタービンに採用されているように燃焼室に水
を噴射することによって排気ガス中の酸化窒素（ＮＯｘ
）の量を減少することができる。Nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas are removed by injecting water into the combustion chamber, as used in conventional gas turbines.
) can be reduced.
それで、通常は電力の増加と、電気効率及び合計効率の
低下を得ることができる。しかし、本発明によるガスタ
ービンユニットにおいては、電力と電気効率が第３図に
示すような補助装置を使用することによる水噴射によっ
て向上することができる。水噴射のための水は第３図に
示すように圧縮空気による熱交換器２３．２４において
及び／又は排気ガスによる熱交換器２５において予熱さ
れ、それから復熱器１８の上流側の位置において圧縮空
気中に噴射される。そこで、復熱器１８における熱吸収
が増加し、電気効率を向上させる。しかし、排気損失の
増加により全体的な効率は低下するかもしれない。Thus, typically an increase in power and a decrease in electrical efficiency and total efficiency can be obtained. However, in the gas turbine unit according to the invention, the power and electrical efficiency can be increased by water injection by using auxiliary equipment as shown in FIG. The water for water injection is preheated in a compressed air heat exchanger 23, 24 and/or in an exhaust gas heat exchanger 25, as shown in FIG. sprayed into the air. Therefore, heat absorption in the recuperator 18 increases, improving electrical efficiency. However, overall efficiency may decrease due to increased exhaust losses.
第１図は本発明の方法を実施するガスタービンユニット
の構成図、第２図はガスタービンユニットの作動領域を
示す図、第３図は水噴射のための補助装置を有するガス
タービンユニットの構成図である。
１０・・・高圧ガスタービン、
１１・・・高圧コンプレッサ、
１２・・・発電機、
Ｉ３・・・低圧ガスタービンＩ３．
１４・・・低圧コンプレッサ１４．
１５・・・レギュレータ１５．
１６・・・燃焼室、
１８・・・復熱器１８．
１９・２２・２３・２４・２５・・
２０・・・調節可能な連結管部。
・熱交換器、FIG. 1 is a block diagram of a gas turbine unit implementing the method of the invention, FIG. 2 is a diagram showing the operating area of the gas turbine unit, and FIG. 3 is a configuration of the gas turbine unit with an auxiliary device for water injection. It is a diagram. 10... High pressure gas turbine, 11... High pressure compressor, 12... Generator, I3... Low pressure gas turbine I3. 14...Low pressure compressor 14. 15...Regulator 15. 16... Combustion chamber, 18... Recuperator 18. 19, 22, 23, 24, 25... 20...Adjustable connecting pipe section. ·Heat exchanger,
Claims (1)
れる高圧ガスタービンと、該高圧ガスタービンからの燃
焼ガスによって駆動される低圧ガスタービンと、該低圧
ガスタービンによって駆動される低圧コンプレッサと、
圧縮空気を該燃焼室に供給するために該低圧コンプレッ
サと直列に配置され且つ該高圧ガスタービンによって駆
動される高圧コンプレッサと、電気を発生するために該
高圧ガスタービンによって駆動される発電機と、排気ガ
スと該高圧コンプレッサからの圧縮空気との間で熱交換
を行うための復熱器と、該低圧コンプレッサと該高圧コ
ンプレッサの間で温水を生成する中間クーラと、温水を
生成するための排気ガス熱交換器とからなる電気及び熱
生成のためのガスタービンユニットの作動方法であって
、燃焼室の一定の温度で低圧ガスタービンの回転数を変
えるために低圧ガスタービンのジオメトリーを変えるこ
とによって電力を所望の値に調節するステップと、復熱
器をバイパスする流れを制御することによって熱力を所
望の値に調節するステップとを具備するガスタービンユ
ニットの作動方法。 ２、復熱器の上流側の圧縮空気に水を噴射するステップ
を具備する請求項１に記載のガスタービンユニットの作
動方法。 ３、噴射する水を予熱するステップを具備する請求項１
に記載のガスタービンユニットの作動方法。 ４、燃焼室と、該燃焼室からの燃焼ガスによって駆動さ
れる高圧ガスタービンと、該高圧ガスタービンからの燃
焼ガスによって駆動される低圧ガスタービンと、該低圧
ガスタービンによって駆動され且つ調節可能なジオメト
リーを有する低圧コンプレッサと、圧縮空気を該燃焼室
に供給するために該低圧コンプレッサと直列に配置され
且つ該高圧ガスタービンによって駆動される高圧コンプ
レッサと、電気を発生するために該高圧ガスタービンに
よって駆動される発電機と、排気ガスと該高圧コンプレ
ッサからの圧縮空気との間で熱交換を行うための復熱器
と、該低圧コンプレッサと該高圧コンプレッサの間で温
水を生成する中間クーラと、温水を生成するための排気
ガス熱交換器と、該復熱器をバイパスする調節可能な連
結管部からなる電気と熱を生成するためのガスタービン
ユニット。[Claims] 1. A combustion chamber, a high-pressure gas turbine driven by combustion gas from the combustion chamber, a low-pressure gas turbine driven by the combustion gas from the high-pressure gas turbine, and a combustion chamber driven by the low-pressure gas turbine. a driven low pressure compressor;
a high pressure compressor disposed in series with the low pressure compressor and driven by the high pressure gas turbine for supplying compressed air to the combustion chamber; and a generator driven by the high pressure gas turbine to generate electricity. a recuperator for performing heat exchange between exhaust gas and compressed air from the high-pressure compressor; an intermediate cooler for generating hot water between the low-pressure compressor and the high-pressure compressor; and an exhaust for generating hot water. A method of operating a gas turbine unit for electricity and heat generation, consisting of a gas heat exchanger, by changing the geometry of the low-pressure gas turbine in order to change the rotational speed of the low-pressure gas turbine at a constant temperature of the combustion chamber. A method of operating a gas turbine unit comprising adjusting power to a desired value and adjusting thermal power to a desired value by controlling flow bypassing a recuperator. 2. The method of operating a gas turbine unit according to claim 1, comprising the step of injecting water into the compressed air upstream of the recuperator. 3. Claim 1 comprising the step of preheating the water to be injected.
A method of operating a gas turbine unit as described in . 4. a combustion chamber, a high pressure gas turbine driven by combustion gas from the combustion chamber, a low pressure gas turbine driven by combustion gas from the high pressure gas turbine, and adjustable and driven by the low pressure gas turbine; a low pressure compressor having a geometry; a high pressure compressor disposed in series with the low pressure compressor and driven by the high pressure gas turbine for supplying compressed air to the combustion chamber; and a high pressure compressor driven by the high pressure gas turbine to generate electricity. a driven generator, a recuperator for heat exchange between exhaust gas and compressed air from the high pressure compressor, and an intermediate cooler for generating hot water between the low pressure compressor and the high pressure compressor; A gas turbine unit for producing electricity and heat consisting of an exhaust gas heat exchanger for producing hot water and an adjustable manifold section bypassing the recuperator.
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1988
- 1988-07-27 JP JP63185668A patent/JP2869070B2/en not_active Expired - Fee Related
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