JPH05149147A - 燃焼器−タービン及び圧縮器を一体化するためのシステム及び方法 - Google Patents

燃焼器−タービン及び圧縮器を一体化するためのシステム及び方法

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JPH05149147A
JPH05149147A JP4142026A JP14202692A JPH05149147A JP H05149147 A JPH05149147 A JP H05149147A JP 4142026 A JP4142026 A JP 4142026A JP 14202692 A JP14202692 A JP 14202692A JP H05149147 A JPH05149147 A JP H05149147A
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combustor
drive gear
main drive
process plant
delivery
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JP4142026A
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English (en)
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James B Wulf
ジエイムズ・ブラグドン・ウルフ
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Union Carbide Industrial Gases Technology Corp
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Union Carbide Industrial Gases Technology Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 極低温空気分離プラントの如きプロセスプラ
ントに供給するための空気をより効率的に圧縮するため
のシステム及び方法を提供すること。 【構成】 燃焼器１４には液体状或はガス状の何れかで
あり得る第１の燃料流れ２８が入り、再熱器１８には第
２の燃料流れ３０が入る。一体歯車式ガス圧縮器からの
圧縮空気流れ３２が再生式熱交換器２６に入り、そこで
排気ガス収集器からの排気ガス流れ３４に当てての熱交
換によって予熱される。予熱されたこの圧縮空気流れ３
６は次いで燃焼器１４に入る。出力軸２４は、一体歯車
式ガス圧縮器１２の一体式の主駆動歯車４０と歯合する
第１ピニオン３８の端部にカップリング３７によって連
結される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃焼器−タービンユニ
ットと多段型の中間冷却された圧縮器とを一体化した、
プロセスプラント及び燃焼器−タービンユニットの両方
に圧縮空気を給送するためのシステム及び方法に関す
る。
【０００２】
【従来技術】プロセスプラント圧縮器は代表的に、中央
送給システムから給電された電気モーターによって、或
はガスタービンその他のエンジンにより発電された電気
を受けるモーターによって、或はガスタービンエンジン
によって直接に、駆動される。最も肝心な設備及び運転
経費上、圧縮器はガスタービンエンジンによって駆動さ
れ、モーターによる駆動は回避される。しかしながら、
ガスタービンエンジンの運転速度は圧縮器の運転速度と
は合致し得ない。それらの速度を合致させるためには歯
車システムが必要であり、これが幾分かの追加経費及び
動力損失を招く。プロセスプラント圧縮器は代表的には
半径流式圧縮器であり、大直径の主駆動歯車を具備しこ
れにピニオン歯車が歯合され、これらピニオン歯車の端
部上方には圧縮器インペラーが取付けられる。夫々ハウ
ジングに収納された多数のインペラーが所望に応じた幾
つかの圧縮ステージを提供する。主駆動歯車及びそれに
歯合するピニオン歯車は共通ハウジングに収納される。
その結果、そうした圧縮器は一体歯車圧縮器として知ら
れている。ピニオン歯車はそれらの駆動する圧縮インペ
ラーの速度要件に最も良く適合するための異なる直径を
有し得る。任意の２つのステージ間の圧縮空気は中間冷
却器に送られ、そこで冷却されそれにより、もっと効率
的な圧縮プロセスを提供する。そうした圧縮器は高価で
はないが重量が大きく、より多くの空間と中間冷却器の
ための冷媒の供給とを必要とする。これら全ての条件
は、最小のコストで大量の圧縮空気を連続的に流動させ
る必要のある極低温空気分離プラントの如きプロセスプ
ラントに於ては容易に受け入れられるものである。
【０００３】代表的に、低重量、大きさ及び正面面積の
小ささが要求される航空機のガスタービンエンジンから
静置型のガスタービンエンジンが開発された。かくし
て、代表的なガスタービンエンジンは、こうした要件を
達成するための中間冷却を必要としない軸流圧縮ステー
ジを有している。接近状態に隔設した軸流ステージ間の
圧縮空気を取り出し、圧縮しそして冷却空気を再度射出
させるのは機械的に難しく、それが軸流圧縮器での中間
冷却を妨げている。ガスタービンエンジンにおける軸流
圧縮器が小型であり然も中間冷却を使用しないことか
ら、その効率は中間冷却を使用するプロセスプラント圧
縮器のそれよりも低い。例えば、４つの圧縮ステージを
使用しての圧縮器内での中間冷却における全圧縮比は
７．９でありこれにより、必要圧縮動力は、中間冷却を
要しない場合のそれよりも２０％低下する。然し乍らガ
スタービンエンジンに於ては、タービンは代表的には、
その動力出力軸を通して２つの単位動力を送達するため
に、その圧縮器を駆動するための２つの単位動力を創出
するべきである。かくして、ガスタービンエンジンでは
圧縮効率が２０％向上すると動力出力は、燃料コストを
変えることなく４０％向上する。そのため、中間冷却を
使用するプロセスプラント圧縮器からガスタービンエン
ジン燃焼器の必要圧縮空気を送給することにより、効率
上の大きな改善が保証され得る。一体型の圧縮器を持た
ないガスタービンエンジンは基本的には燃焼器及びター
ビンでありこれは燃焼器−タービンユニットと称され得
るものである。既存のガスタービンエンジンは圧縮器羽
根を取り外すだけで燃焼器−タービンユニットとして製
造可能であり、斯くして製作コストは節減される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】極低温空気分離プラン
トの如きプロセスプラントに供給するための空気をより
効率的に圧縮するためのシステム及び方法を提供するこ
とである。本発明に従う燃焼器−タービンユニットは、
圧縮空気をプロセスプラント及び燃焼器−タービンユニ
ットそれ自体に送給するために、一体歯車式の、中間冷
却を使用する多段ステージ型圧縮器の主駆動歯車を駆動
するために直結される。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に従えば、圧縮空
気をプロセスプラントに送給するための改良方法及びシ
ステムが提供される。本発明は燃焼器−タービンユニッ
トを使用する。この燃焼器−タービンユニットはピニオ
ンと歯合する主駆動歯車に直結され、前記ピニオンは圧
縮空気をプロセス処理用のプラントと燃焼のために燃焼
器−タービンユニット自体とに送給するための、中間冷
却された多段ステージ型圧縮器における各ステージを駆
動する。多少の初期コスト及び設備の複雑化を伴うが、
随意的な再生及び再熱によって燃料経費は更に節減され
る。即ち、燃焼器に入る直前の圧縮空気をタービンから
出る排気ガスに当てて熱交換させることによって予熱
し、次いでタービンガスを、第１段階に於て膨張した
後、第２段階に於て膨張する以前にタービンガス内部で
追加の燃料を燃焼させることにより、タービンガスを再
熱する。
【０００６】
【実施例】本発明に従うシステム具体例は、図１及び図
２に示される如く、一体歯車式ガス圧縮器１２と一体化
した燃焼器−タービンユニット１０とを含んでいる。こ
の燃焼器−タービンユニット１０は燃焼器１４と、第１
段タービン１６と、再熱器１８と、第２段タービン２０
と、排気ガス収集器２２と、出力軸２４とそして、再生
式熱交換器２６とを含んでいる。燃焼器１４には液体状
或はガス状の何れかであり得る第１の燃料流れ２８が入
り、再熱器１８には第２の燃料流れ３０が入る。一体歯
車式ガス圧縮器からの圧縮空気流れ３２が再生式熱交換
器２６に入り、そこで排気ガス収集器からの排気ガス流
れ３４に当てての熱交換によって予熱される。予熱され
たこの圧縮空気流れ３６は次いで燃焼器１４に入る。出
力軸２４は、一体歯車式ガス圧縮器１２の一体式の主駆
動歯車４０と歯合する第１ピニオン３８の端部にカップ
リング３７によって連結される。従来から、主駆動歯車
は主歯車を意味し、通常、歯車列に於ては最も大きく且
つ強力であり、またピニオンは主駆動歯車よりもずっと
小さい歯車を意味する。主駆動歯車軸４１が、燃焼器−
タービンユニット１０を起動するための電気モーター４
２に連結される。燃焼器−タービンユニット１０及び一
体歯車式ガス圧縮器１２の通常の作働中、電気モーター
４２はプロセスプラントの他の部品に電力を供給するた
めの発電機として作動され得る。
【０００７】主駆動歯車４０には第２ピニオン４４もま
た歯合し、この第２ピニオンにはハウジング４８によっ
て包囲された第１の半径流式インペラー４６と、ハウジ
ング５２によって包囲された第２の半径流式インペラー
５０とが取付けられる。前記第１の半径流式インペラー
４６及び第２の半径流式インペラー５０とは、その各々
のハウジング内部に於て夫々第１の圧縮ステージと第２
の圧縮ステージとを提供する。第１の圧縮ステージから
の圧縮空気は途中の第１の中間冷却器５４を通過して圧
縮の第２の圧縮ステージへと移動する。主駆動歯車４０
には第３ピニオン５６もまた歯合し、この第３ピニオン
にはハウジング６０によって包囲された第３の半径流式
インペラー５８が設けられ、これが第３の圧縮ステージ
を提供する。第２の圧縮ステージからの圧縮空気は途中
の第２の中間冷却器６２を通過して第３の圧縮ステージ
へと移動する。第１ピニオン３８にはまた、ハウジング
６６に包囲された第４の半径流式インペラー６４が取付
けられ、これが第４の圧縮ステージを提供する。第３の
圧縮ステージからの圧縮空気は途中の第３の中間冷却器
６８を通り、圧縮の第４のステージへと移動する。この
第４の圧縮ステージからの圧縮空気流れ３２は予備加熱
のために再生式熱交換器２６へと流動する。
【０００８】圧縮空気流れ７０が第３の圧縮ステージか
ら取り出され、図１に示されるプロセスプラントへと差
し向けられる。しかしながら、プロセスプラントの空気
及び燃焼器空気は所望に応じ、任意の圧縮ステージの組
み合わせから取り出すことが出来る。主駆動歯車と歯合
する第１及び第２の２つのピニオンは、それらを、ギヤ
ケース７２の水平方向中心線７４に位置するギヤケース
の通常の分割ラインに位置付けることによって最も容易
に受容される。第３ピニオンはギヤケースの、主駆動歯
車４０の頂部真上の追加的な水平方向分割ライン７６に
よって受容可能とされる。燃焼器−タービンユニット１
０並びにその関連する圧縮器を始動させるためには、別
の媒体によって本システムを燃焼器−タービンユニット
の通常運転速度の代表的には２０％の速度で回転させる
べきである。図１に示されるように、電気モーター４２
は燃焼器−タービンユニット１０を始動させるために主
駆動歯車軸４１に連結される。安定状態での運転中、電
気モーター４２を発電機として使用可能である。別様に
は、主駆動歯車と歯合するピニオンに幾つかの歯車を介
してスターターが連結される（この配列は図示されな
い）。
【０００９】燃焼器−タービンユニットと一体ギヤ式の
圧縮器とを一体化することにより、運転上の設備及び効
率上に於て共に経済的なことには、圧縮器のギヤケース
内部での全ての必要な速度変化が可能となる。中間冷却
された一体ギヤ式の圧縮器からの圧縮空気を燃焼のため
の燃焼器−タービンユニットへと送給することにより、
運転上の効率は大幅に増大する。図３には図１のシステ
ムで使用されるプロセスが温度−エントロピーダイヤグ
ラムに於て示される。ここには第１の圧縮ステージ７８
と、第２の圧縮ステージ８０とそして、第３の圧縮ステ
ージ８２及び第４の圧縮ステージ８４が示される。引き
続く中間冷却プロセスもまた第１の中間冷却ステージ８
６、第２の中間冷却ステージ８８そして第３の中間冷却
ステージ９０として示される。この後、再生式加熱ステ
ージ９２と、燃焼ステージ９４と、第１の膨張ステージ
９６と、再熱ステージ９７と、第２膨張ステージ１００
と、そして再生ステージ１０２と続く。図３には理想的
な等エントロピープロセス（縦方向ラインで示される）
が示される。この理想的な等エントロピープロセスは実
際上は、非理想的な圧縮及び膨張プロセスに相当するも
のである。
【００１０】図４に示される別態様のシステムに於て
は、燃焼−タービンユニット２４２の出力軸２４０はカ
ップリング２４４によって軸２４６に連結されている。
この軸２４６は、主駆動歯車２５０と歯合してこれを駆
動するピニオン２４８をその一方側に担持している。こ
の軸２４６は、そのハウジング内に圧縮ステージを包含
するインペラー２５２もまた担持する。軸２４６の他方
側は、２つの追加的な圧縮ステージを含む２つのインペ
ラー２５６、２５８を担持する軸２５４に連結される。
この具体例は従って、圧縮ステージの並列配列構成を例
示している。更に他の具体例が図５に示され、燃焼器−
タービンユニット１０４が、燃焼器−タービン出力軸１
０８を第１ピニオン１１０と連結することによって一体
ギヤ型圧縮器１０６と一体化されている。この場合、第
１ピニオン１１０は圧縮器の主駆動歯車１１４と歯合す
る第２ピニオン１１２と係合される。第２ピニオン１１
２には第３圧縮ステージを提供する第１の半径流式イン
ペラー１１６が取り付けられる。主駆動歯車１１４には
第３ピニオン１１８もまた歯合される。第３ピニオンに
は第１圧縮ステージを提供する第２の半径流式インペラ
ー１２０が取り付けられる。主駆動歯車１１４には第４
ピニオン１２２もまた歯合される。第４ピニオン１２２
には第２圧縮ステージを提供する第３の半径流式インペ
ラー１２２が取り付けられる。
【００１１】所望であれば追加的な圧縮ステージを提供
するために追加の半径流式インペラーを組み込むことが
出来る。各ピニオンは、選択されたその直径に応じた異
なる速度で回転され得る。図５に示される具体例では４
つのピニオンは各々異なる直径を有し、それによって各
々の異なる速度で回転する。圧縮ステージ間には水、空
気その他入手可能な媒体によって冷却される中間冷却器
が設けられる。システムを始動させるために、燃焼器−
タービンユニット１０４から出る第２の軸（図示せず）
と連結させたモーター（図示せず）を設け得る。
【００１２】図６に示されるように、モーター発電機１
２８によって駆動される既存のプロセス圧縮器１２６
は、燃焼器−タービンユニット１３２によって駆動され
る追加の一体ギヤ式圧縮器１３０と容易に結合され得
る。この具体例では、燃焼器−タービンユニット１３２
は、追加の一体ギヤ式圧縮器１３０に連結された第１の
軸１３４と既存の圧縮器１２６に連結された第２の軸１
３６とを有している。これらの軸は異なる速度で回転さ
れ得る。燃焼器−タービンユニット１３２の運転中、２
つの圧縮器を駆動するために使用される分を上回る動力
は、その他の場所で使用し得る電力を発生させるために
モーター発電機１２８で使用可能である。図６に示され
るように、追加の一体ギヤ式圧縮器１３０からの圧縮空
気流れ１３５は、燃焼器−タービンユニット１３２への
空気流れ１３７とプロセスプラントへの空気流れ１３８
とに分割される。後者の空気流れ１３８は既存のプロセ
ス圧縮器１２６からの圧縮空気流れ１４０と合流され
る。
【００１３】図７に示される更に本発明の他の別態様を
使用して、燃焼器−タービンの故障とそれによるプロセ
スプラントへの圧縮空気送給量の損失の危険性を回避す
ることが出来る。この具体例は電気モーターか或いはガ
スタービンの何れかによって駆動可能である。モーター
１４２が、カップリング１４４を介し、高圧圧縮器１５
０と一体の第１の主駆動歯車１４８と一体化された軸１
４６に連結される。第１の主駆動歯車１４８には第１ピ
ニオン１５２が歯合され、この第１ピニオン１５２には
第２圧縮ステージ１５４及び第３圧縮ステージ１５６が
取り付けられる。第１の主駆動歯車１４８には第２ピニ
オン１５８もまた歯合される。この第２ピニオン１５８
には第４の圧縮ステージ１６０及び第５の圧縮ステージ
１６２が取り付けられる。第２及び第３圧縮ステージ間
には第２中間冷却器１６４が設けられ、第３及び第４の
圧縮ステージ間には第３中間冷却器１６６が設けられ、
そして第５及び第６圧縮ステージ間には第４中間冷却器
１６８が設けられる。第５の圧縮ステージ１６２からの
圧縮空気流れ１７０は、高圧圧縮器１５０を駆動する燃
焼器−タービンユニット１７２の燃焼器へと排出され
る。第４の圧縮ステージ１６０からの圧縮空気流れ１７
４或いは第５の圧縮ステージ１６２からの圧縮空気流れ
１７６はプロセスプラントへと排出される。
【００１４】高圧圧縮器１５０を駆動する燃焼器−ター
ビンユニット１７２は第２のカップリング１８０によっ
て、第１の主駆動歯車１４８と歯合する第３ピニオン１
８１に連結された第１出力軸１７８を有する。燃焼器−
タービンユニット１７２は、第３のカップリング１８４
によって第２の主駆動歯車１８８と一体の軸１８２に連
結された第２出力軸１８６を有する。第２の主駆動歯車
１８８の他方の側の中心からは軸１９０が伸延し、この
軸１９０は第４カップリング１９２によってモーター発
電機１９４に連結される。前記第２の主駆動歯車１８８
には第４ピニオン１９６が歯合され、この第４ピニオン
には第１の中間冷却器２００へと続く第１圧縮ステージ
１９８が取り付けられる。第２の主駆動歯車１８８及び
第１圧縮ステージ１９８は第１の中間冷却器２００へと
続く低圧圧縮器２０２を含み、この低圧圧縮器２０２で
冷却された圧縮空気は高圧圧縮器１５０の第２圧縮ステ
ージ１５４へと排出される。空気供給ダクト２０４を通
して取入れ空気が第１圧縮ステージ１９８に提供され
る。空気供給ダクト２０４は所望に応じて第１圧縮ステ
ージ１９８への吸込み口を閉じるためのめくらプレート
を受容し得る一対の第１フランジ２０６を含んでいる。
空気供給ダクト２０４からはダクト２０８が分岐され
る。このダクト２０８は通常めくらプレートを保持する
一対の第２フランジ２１０を具備する。これら第１及び
第２フランジ２０６及び２０８に代えて弁を使用可能で
ある。
【００１５】燃焼器−タービンユニットによる安定状態
での駆動のためのシステムの通常の始動に際しては、モ
ーター発電機１９４が低圧圧縮器２０２、高圧圧縮器１
５０そして燃焼−タービンユニット１７２を駆動する。
通常の安定状態での燃焼−タービンユニットの運転のた
めには、モーター発電機１４２は連結状態から外され、
燃焼−タービンユニット１７２が高圧圧縮器１５０、低
圧圧縮器２０２そしてモーター発電機１９４を駆動す
る。発生した電力はプロセスプラントの何れかの場所で
使用される。一対の第１フランジ２０６は開放され、一
対の第２フランジ２１０は閉鎖される。燃焼−タービン
ユニット１７２が不作動状態にあり、従ってモーター発
電機による駆動が使用される場合、モーター発電機１４
２は、第２のカップリング１８０にによって残余の装置
から切り放された高圧圧縮器１５０を駆動する。一対の
第１フランジ２０６は閉鎖されそして一対の第２フラン
ジ２１０が開放されそれにより、圧縮されない空気は第
１中間冷却器２００に直接流入し、次で高圧圧縮器１５
０への流動が可能となる。システムがモーター発電機に
よって駆動される間、燃焼−タービンユニット１７２の
ための空気は不要であり、圧縮空気は高圧圧縮器１５０
の第５の圧縮ステージ１６２からプロセスプラントへと
送給される。低圧圧縮器２０２をバイパスすることによ
り、高圧圧縮器１５０への入り口位置での流れの密度は
低減される。然しながら、各圧縮ステージは、高圧圧縮
器１５０がプロセスプラントの圧縮空気圧力及び流れ要
件に合致するよう調和される。
【００１６】図８には、圧縮空気をプロセスプラントに
及び末端ユーザーへと続く供給ラインに送給するため
の、燃焼器−タービンユニット、圧縮器、そして発電モ
ーターを一体化してなるシステム具体例が示される。こ
のシステムもまた、現場で使用するために入手し得る電
力を発生する。このシステムでは第１の燃焼−タービン
ユニット２１２が第１の圧縮器２１４を駆動し、空気を
パイプライン２１６に送給する。パイプライン２１６は
空気を第１の燃焼−タービンユニット２１２へ、その他
の現場の燃焼器−タービンユニット２２０、２２６、２
３０、２３６へ、また現場のプロセスプラント２１８へ
そして末端ユーザーへと供給する。第２の燃焼器−ター
ビンユニット２２２がガス液かプラント２２４の循環圧
縮器２２２を駆動する。第３の燃焼器−タービンユニッ
ト２２６が窒素ガス製造圧縮器２２８を駆動し、第４の
燃焼器−タービンユニット２３０が酸素ガス製造圧縮器
２３２を駆動する。第４の燃焼器−タービンユニット２
３４が、圧縮空気をパイプライン２１６へと必要に応じ
て送給するための補給空気圧縮器２３６を駆動する。任
意の或いは全てのこれら燃焼器−タービンユニットを始
動発電機２３８の如き始動−発電機に連結可能である。
【００１７】分析例 ２つの空気分離プラントに圧縮空気を送給するための動
力経費を比較する分析が成された。第１のプラントは、
圧縮空気を空気分離プラント並びに本発明に従う燃焼器
−タービンユニットの両方に送給する一体ギヤ式の空気
圧縮器を駆動するための燃焼器−タービンユニットを使
用するものであった。この燃焼器−タービンユニット及
び圧縮器は概略図１に示されるものと一致し、図３に示
されるプロセスに従って運転された。一体ギヤ式の空気
圧縮器の圧縮ステージ数は４つであった。圧縮空気は、
ステージ当りの圧縮比が１．９０５である３つの圧縮ス
テージを通過した後、空気分離プラントに送給された。
圧縮空気は、圧縮比が１．６である追加の圧縮ステージ
を通過した後、燃焼器−タービンユニットに送給され
た。第２のプラントでは、圧縮空気を空気分離プラント
に送給するための一体ギヤ式の空気圧縮器を駆動するた
めに従来通り電気モーターが使用された。この一体ギヤ
式の空気圧縮器は、以下の点を除き図１に示されるもの
と一致する。即ち、前記一体ギヤ式の空気圧縮器の圧縮
ステージは僅か３つであり、各々の圧縮比は１．９であ
った。空気分離プラントに取出される圧縮空気圧力は第
１のプラントのそれと同一、即ち９６．５ｐｓｉａ（絶
対値で約６．７８ｋｇ／ｃｍ2 ）であった。第４の圧縮
ステージ、燃焼器−タービン及びその再生式熱交換器は
使用されなかった。
【００１８】両プラントとも、一日当り正味１６０トン
の酸素を製造するための寸法形状とされた。吸い込み圧
力１４．６ｐｓｉａ（絶対値で約１．０２６ｋｇ／ｃｍ
2 ）及び吸い込み温度６８°Ｆ（約３７．７℃）に於て
必要とされた空気流量は７９６，０００ｓｃｆｈ（標準
状態で約２２，５４０ｍ3 ）であった。各中間冷却器出
の圧力降下は０．７５ｐｓｉ（絶対値で約０．０５２ｋ
ｇ／ｃｍ2 ）であり、また燃焼器、再生器そして再熱器
では２．０ｐｓｉ（絶対値で約０．１４０ｋｇ／ｃｍ
2 ）であった。冷却水は６８°Ｆに於て入手可能であ
り、中間冷却器での温度近似は１０°Ｆ（約５．５℃）
であった。圧縮ステージ効率は８５．５％であり、ター
ビンステージ効率は９０。０％でありそして機械的損失
は３％であった。再生式熱交換器は９０％の有効性に於
て作動された。電力コストは０．０４ドル／１キロワッ
ト時、また燃焼器−タービンユニットのための天然ガス
のコストは３ドル／１０００ｆｔ3 （約２８．３ｍ3 ）
と夫々想定された。年間操業時間が８５００時間である
場合、第１のプラントにおける年間電力コストは２９
０，０００ドルであり、第２プラントのそれは５６０，
０００ドルである。斯くして、本発明に従う運転は４
８．７％の電力経費節減をもたらし得る。以上本発明を
具体例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更
をなし得ることを銘記されたい。
【００１９】
【発明の効果】極低温空気分離プラントの如きプロセス
プラントに供給するための空気をより効率的に圧縮する
ためのシステム及び方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシステム具体例の概略平面図である。
【図２】図２を線２−２で切断した位置で示す図１の縦
方向断面図である。
【図３】図１に示されるシステム具体例で使用されるプ
ロセスの温度−エントロピーダイヤグラムである。
【図４】本発明の別態様の概略平面図である。
【図５】本発明の他の別態様の概略平面図である。
【図６】プロセスプラントにおけるモーター発電機セッ
トによって駆動される既存の圧縮器に組み込むために好
適な本発明の具体例の概略図である。
【図７】電気駆動か或は燃焼器−タービンユニット駆動
を使用し得る本発明の具体例の概略平面図である。この
具体例は低リスクでの初期設置のために好適である。
【図８】空気圧縮器、再循環圧縮器、製造圧縮器そして
発電モーターセットを各々駆動する多段燃焼器−タービ
ンユニットを一体化するために好適な本発明の具体例の
概略平面図である。
【符号の説明】
１０：燃焼器−タービンユニット １２：一体歯車式ガス圧縮器 １４：燃焼器 １６：第１段タービン １８：再熱器 ２２：排気ガス収集器 ２６：再生式熱交換器 ４０：主駆動歯車 ４６：第１の半径流式インペラー ５０：第２の半径流式インペラー ５８：第３の半径流式インペラー ６２：第２の中間冷却器 ７０：圧縮空気流れ ７８：第１の圧縮ステージ ８０：第２の圧縮ステージ ８２：第３の圧縮ステージ ８４：第４の圧縮ステージ ９２：再生式加熱ステージ ９４：燃焼ステージ ９６：第１の膨張ステージ ９７：再熱ステージ １００：第２膨張ステージ １０２：再生ステージ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｃ 7/268 7910−3Ｇ 7/36 7910−3Ｇ

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プロセスプラントに送給するための空気
    を圧縮するためのシステムであって、 （ａ）少なくとも１つのタービン出力軸を具備する燃焼
    器−タービンユニットと、 （ｂ）主駆動歯車と、 （ｃ）前記主駆動歯車を前記タービン出力軸を使用して
    駆動するための主駆動歯車駆動手段と、 （ｄ）少なくとも２つの圧縮ステーションにして、一つ
    の圧縮ステージが圧縮のための空気を受けるための入口
    を具備し、１つの圧縮ステージが前記燃焼器−タービン
    ユニットに圧縮空気を供給するための出口を具備し、ま
    た１つの圧縮ステージが圧縮空気をプロセスプラントに
    送給するための出口を具備している前記少なくとも２つ
    の圧縮ステージと、 （ｅ）前記圧縮ステージの１つ及び前記燃焼器−タービ
    ンユニット間の導管にして、該燃焼器−タービンユニッ
    トに於て燃焼させるための圧縮空気を送給するための前
    記導管と、 （ｆ）前記圧縮ステージの少なくとも１つを担持し前記
    主駆動歯車を歯合して成る少なくとも１つのピニオン
    と、 （ｇ）前記圧縮ステージの少なくとも２つの間に於て圧
    縮空気を中間冷却するための少なくとも１つの中間冷却
    器とによって構成される前記プロセスプラントに送給す
    るための空気を圧縮するためのシステム。
  2. 【請求項２】 少なくとも１つのピニオンが２つの圧縮
    ステージを担持している請求項１に記載のプロセスプラ
    ントに送給するための空気を圧縮するためのシステム。
  3. 【請求項３】 少なくとも１つのピニオンは、主駆動歯
    車の同じ側に共に位置付けられて成る２つの圧縮ステー
    ジを担持している請求項１に記載のプロセスプラントに
    送給するための空気を圧縮するためのシステム。
  4. 【請求項４】 圧縮ステージは半径流式圧縮ステージで
    ある請求項１に記載のプロセスプラントに送給するため
    の空気を圧縮するためのシステム。
  5. 【請求項５】 主駆動歯車をタービン出力軸を使用して
    駆動するための主駆動歯車駆動手段は、前記タービン出
    力軸を前記主駆動歯車と直接連結させるためのカップリ
    ングを具備している請求項１に記載のプロセスプラント
    に送給するための空気を圧縮するためのシステム。
  6. 【請求項６】 主駆動歯車をタービン出力軸を使用して
    駆動するための主駆動歯車駆動手段は、前記タービン出
    力軸に連結され且つ前記主駆動歯車と歯合した駆動用ピ
    ニオンを含んでいる請求項１に記載のプロセスプラント
    に送給するための空気を圧縮するためのシステム。
  7. 【請求項７】 主駆動歯車をタービン出力軸を使用して
    駆動するための主駆動歯車駆動手段は、前記タービン出
    力軸に連結され且つ前記主駆動歯車と歯合する別のピニ
    オンと歯合した駆動用ピニオンを含んでいる請求項１に
    記載のプロセスプラントに送給するための空気を圧縮す
    るためのシステム。
  8. 【請求項８】 燃焼器取り入れ空気をタービン排気ガス
    に当てて予熱するための熱交換器が結合されて成る請求
    項１に記載のプロセスプラントに送給するための空気を
    圧縮するためのシステム。
  9. 【請求項９】 燃焼器−タービンユニットは第１及び第
    ２の膨張ステージを有し、第１の膨張ステージの出口及
    び第２の膨張ステージの入口には再熱器が接続され、再
    熱器に於て燃焼させるための燃料を送給するための入口
    を具備している請求項１に記載のプロセスプラントに送
    給するための空気を圧縮するためのシステム。
  10. 【請求項１０】 タービン出力軸に結合されたモーター
    発電機を含んでいる請求項１に記載のプロセスプラント
    に送給するための空気を圧縮するためのシステム。
  11. 【請求項１１】 歯車装置を介してタービン出力軸に着
    脱自在に結合されたモーター発電機を含んでいる請求項
    １に記載のプロセスプラントに送給するための空気を圧
    縮するためのシステム。
  12. 【請求項１２】 ４つの圧縮ステージを含み、第３の圧
    縮ステージが圧縮空気をプロセスプラントに送給するた
    めの出口を具備し、第４の圧縮ステージが圧縮ステージ
    を燃焼器−タービンユニットに送給するための出口を具
    備している請求項１に記載のプロセスプラントに送給す
    るための空気を圧縮するためのシステム。
  13. 【請求項１３】 （ｈ）主駆動歯車に着脱自在に連結さ
    れて成るモーター発電機と、 （ｉ）主駆動歯車を前記タービン出力軸を使用して駆動
    するための主駆動歯車駆動手段に於ける着脱自在のカッ
    プリングと、 （ｊ）タービン出力軸に着脱自在に連結された第２の主
    駆動歯車と、 （ｋ）取入れ口及び排出口を具備する低圧圧縮器と、 （ｌ）前記低圧圧縮器を担持する第２の駆動ピニオンに
    して、前記第２の主駆動歯車と歯合する前記第２の駆動
    ピニオンと、 （ｍ）前記低圧圧縮器と圧縮のための空気を受けるため
    の圧縮ステージとを連結する導管とを更に包含して成る
    請求項１に記載のプロセスプラントに送給するための空
    気を圧縮するためのシステム。
  14. 【請求項１４】 第２の主駆動歯車に着脱自在に連結さ
    れたモーター発電機を具備して成る請求項１３に記載の
    プロセスプラントに送給するための空気を圧縮するため
    のシステム。
  15. 【請求項１５】 プロセスプラントに送給するための空
    気を圧縮するためのシステムであって、 （ａ）少なくとも１つのタービン出力軸を具備する燃焼
    器−タービンユニットと、 （ｂ）一体式のギヤ圧縮器にして、（１）主駆動歯車
    と、（２）少なくとも２つの圧縮ステージにして、少な
    くとも１つの圧縮ステージがプロセスプラントに送給す
    るための圧縮空気のための出口を具備し、少なくとも１
    つの圧縮ステージが前記燃焼器−タービンユニットに圧
    縮空気を送給するための出口を具備して成る前記少なく
    とも２つの圧縮ステージと、（３）前記圧縮ステージの
    少なくとも２つの間で圧縮空気を中間冷却するための少
    なくとも１つの中間冷却器と、（４）前記圧縮ステージ
    の少なくとも１つを担持し、前記主駆動歯車と歯合する
    少なくとも１つのピニオンと、 （ｃ）前記タービン出力軸を使用して前記主駆動歯車を
    駆動するための主駆動歯車駆動手段と、 （ｄ）前記一体式のギヤ圧縮器からの圧縮空気を前記燃
    焼器−タービンユニットへと排出させるための導管とか
    ら構成される前記プロセスプラントに送給するための空
    気を圧縮するためのシステム。
  16. 【請求項１６】 一体式のギヤ圧縮器燃焼器−タービン
    ユニットに結合された第２の一体式のギヤ圧縮器を含ん
    でいる請求項１５に記載のプロセスプラントに送給する
    ための空気を圧縮するためのシステム。
  17. 【請求項１７】 （ａ）一体式のギヤ圧縮器からの圧縮
    空気を受けそしてこの圧縮空気を燃焼器−タービンユニ
    ットへと送達するために連結された空気パイプラインに
    して、該空気パイプラインは圧縮空気をプロセスプラン
    ト及びその他の、圧縮空気消費設備へと送給するための
    出口を具備している前記空気パイプラインと、 （ｂ）前記空気パイプラインからの圧縮空気を受け取る
    ために連結された少なくとも１つの燃焼器−タービンユ
    ニットとを更に具備している請求項１５に記載のプロセ
    スプラントに送給するための空気を圧縮するためのシス
    テム。
  18. 【請求項１８】 プロセスプラント及び燃焼器−タービ
    ンユニットに送給するための空気を圧縮するための方法
    であって、 （ａ）燃焼器−タービンユニットを準備する段階と、 （ｂ）前記燃焼器−タービンユニットを使用して主駆動
    歯車を駆動する段階と、 （ｃ）前記主駆動歯車を使用して多段ステージ式の圧縮
    器を駆動する段階と、 （ｄ）前記多段ステージ式の圧縮器に於て空気を圧縮す
    る段階と、 （ｅ）前記多段ステージ式の圧縮器の少なくとも２つの
    間で圧縮空気を中間冷却する段階と、 （ｆ）多段ステージ式の圧縮器からの圧縮空気を前記燃
    焼器−タービンユニットへ及び前記プロセスプラントへ
    と排出させる段階とを包含する前記プロセスプラント及
    び燃焼器−タービンユニットに送給するための空気を圧
    縮するための方法。
  19. 【請求項１９】 燃焼器−タービンユニットを使用して
    主駆動歯車を駆動する段階には、燃焼器−タービンユニ
    ットの出力を前記主駆動歯車と歯合するピニオンにカッ
    プリングする段階が含まれる請求項第１８項に記載のプ
    ロセスプラント及び燃焼器−タービンユニットに送給す
    るための空気を圧縮するための方法。
  20. 【請求項２０】 燃焼器−タービンユニットを使用して
    主駆動歯車を駆動する段階には、燃焼器−タービンユニ
    ットの出力を前記主駆動歯車と歯合する別のピニオンに
    カップリングする段階が含まれる請求項第１８項に記載
    のプロセスプラント及び燃焼器−タービンユニットに送
    給するための空気を圧縮するための方法。
  21. 【請求項２１】 主駆動歯車を使用して多段ステージ式
    の圧縮器を駆動する段階は、少なくとも１つのピニオン
    を主駆動歯車と歯合させ、また少なくとも１つの圧縮器
    を前記ピニオンに取り付ける段階を含んでいる請求項第
    １８項に記載のプロセスプラント及び燃焼器−タービン
    ユニットに送給するための空気を圧縮するための方法。
  22. 【請求項２２】 圧縮器からの、燃焼器−タービンユニ
    ットへの途上にある圧縮空気を前記燃焼器−タービンユ
    ニットからの排気ガスに当てて予熱する段階を含む請求
    項第１８項に記載のプロセスプラント及び燃焼器−ター
    ビンユニットに送給するための空気を圧縮するための方
    法。
  23. 【請求項２３】 燃焼器−タービンユニットは２つの膨
    張ステージの作用を為し、膨張ステージ間でガスを再熱
    する段階を含んでいる請求項第１８項に記載のプロセス
    プラント及び燃焼器−タービンユニットに送給するため
    の空気を圧縮するための方法。
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