JPH0580575B2 - - Google Patents

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JPH0580575B2
JPH0580575B2 JP60019260A JP1926085A JPH0580575B2 JP H0580575 B2 JPH0580575 B2 JP H0580575B2 JP 60019260 A JP60019260 A JP 60019260A JP 1926085 A JP1926085 A JP 1926085A JP H0580575 B2 JPH0580575 B2 JP H0580575B2
Authority
JP
Japan
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gas turbine
air
steam
compressor
gas
Prior art date
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Application number
JP60019260A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS61178524A (en
Inventor
Toshikazu Ikegami
Toshio Higuchi
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.)
Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Publication of JPS61178524A publication Critical patent/JPS61178524A/en
Publication of JPH0580575B2 publication Critical patent/JPH0580575B2/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
    • 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
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use
    • F02C6/04Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10Gas-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

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ボイラ、発電サイクル等に広く適用
でき、ガスタービンの冷却空気の保有熱量を有効
に回収できるガスタービン装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a gas turbine device that can be widely applied to boilers, power generation cycles, etc., and can effectively recover the amount of heat held in the cooling air of the gas turbine.

従来の技術 従来、ガスタービン装置は第2図に示すよう
に、吸気9は圧縮機1で圧縮され、圧縮機吐出空
気6は燃焼器3で燃料5と共に燃焼して燃焼ガス
となり、ガスタービン2に導入されてガスタービ
ン2の中で膨張して動力を発生し、膨張を終つた
ガスは排気10としてガスタービン2から排出さ
れる。
BACKGROUND ART Conventionally, in a gas turbine device, as shown in FIG. The gas is introduced into the gas turbine 2 and expands in the gas turbine 2 to generate power, and the expanded gas is discharged from the gas turbine 2 as an exhaust gas 10.

一方、圧縮機1からの吐出空気6を燃焼器3に
導く空気流路を分岐して空気冷却器4に接続し、
空気冷却器4で吐出空気6を冷却水8と熱交換
し、冷却された空気7はガスタービン2に導入さ
れる。
On the other hand, an air flow path that leads discharge air 6 from the compressor 1 to the combustor 3 is branched and connected to the air cooler 4,
The air cooler 4 exchanges heat with the discharged air 6 and the cooling water 8, and the cooled air 7 is introduced into the gas turbine 2.

ところで、ガスタービン2では熱力学の示す所
により、ガスタービン2に入る燃焼ガスは高温に
なる程熱効率は向上する。又、ガスタービンに入
る圧力即ち圧縮機吐出圧はガスタービン入口温度
に応じて熱効率及び発生動力上適当な値がある。
By the way, in the gas turbine 2, according to thermodynamics, the thermal efficiency of the combustion gas that enters the gas turbine 2 increases as the temperature increases. Further, the pressure entering the gas turbine, that is, the compressor discharge pressure, has an appropriate value in terms of thermal efficiency and generated power depending on the gas turbine inlet temperature.

これらの値は近代的なガスタービンにあつて
は、タービン入口ガス温度は1200℃程度あるいは
それ以上の温度であり、この程度のガス温度に適
する圧縮機吐出空気圧力は10au¨程度あるいはそ
れ以上である。
These values indicate that for modern gas turbines, the turbine inlet gas temperature is around 1200℃ or higher, and the compressor discharge air pressure suitable for this level of gas temperature is around 10au¨ or higher. be.

しかし、ガスタービン2の入口温度が上記のよ
うな高温に達すると、ガスタービン2を構成する
金属材料は、強度上耐えられない部分が出て来る
ので、その金属が耐えうる温度まで冷却しなけれ
ばならない。
However, when the inlet temperature of the gas turbine 2 reaches the above-mentioned high temperature, some parts of the metal material that makes up the gas turbine 2 cannot withstand the strength, so the metal must be cooled to a temperature that the metal can withstand. Must be.

従つて、上記金属を冷却するために、圧縮機吐
出空気6の一部分又は圧縮機の途中からの抽気
(図示せず)が取り出され、ガスタービン2の内
部の冷却を要する部分に送り込まれる。
Therefore, in order to cool the metal, a portion of the compressor discharge air 6 or a bleed air (not shown) from the middle of the compressor is removed and sent to a portion of the interior of the gas turbine 2 that requires cooling.

主として、発電用に使用される大型のガスター
ビンにおいては、ガスタービンのロータの材料に
はマルテンサイト系の合金鋼が使用されることが
多い。これは主として高温で高強度を要するロー
タ材料には、オーステナイト系の合金が好ましい
が、オーステナイト系の高強度合金は、ガスター
ビンで必要とするような大型の物が作ることが甚
だ困難であり、現在の市場規模では設備投資に関
する経済上の理由から事実上不可能であることに
よる。
Mainly, in large gas turbines used for power generation, martensitic alloy steel is often used as the material for the rotor of the gas turbine. This is mainly because austenitic alloys are preferable for rotor materials that require high strength at high temperatures, but austenitic high-strength alloys are extremely difficult to make into large objects such as those required for gas turbines. This is because the current market size makes it virtually impossible due to economic reasons regarding capital investment.

一方、マルテンサイト系合金鋼を使用する場合
には、クリープ強度、または脆化の点から鋼種に
より若干の差はあるが、合金の温度を350゜〜400
℃に制限しなければならない。そして、圧縮機吐
出空気温度は、大気温度を圧力比10程度以上に圧
縮すると350℃程度あるいはそれ以上に達するの
で、冷却性能から要求される適当な温度(一例で
は170℃)まで冷却空気を冷却しなければならな
い。
On the other hand, when using martensitic alloy steel, the temperature of the alloy should be raised to 350° to 400°, although there are slight differences depending on the steel type in terms of creep strength or embrittlement.
Must be limited to ℃. The compressor discharge air temperature reaches about 350℃ or higher when the atmospheric temperature is compressed to a pressure ratio of about 10 or more, so the cooling air is cooled to the appropriate temperature required for cooling performance (170℃ in one example). Must.

上記理由により、第2図に示すものにおいて、
冷却空気の冷却のため空気冷却器4を設置し、冷
却水8で冷却していた。なお空気冷却器4は空冷
の場合もある。
For the above reasons, in the one shown in Figure 2,
An air cooler 4 was installed to cool the cooling air, and cooling was performed using cooling water 8. Note that the air cooler 4 may be air-cooled.

そして、冷却空気の冷却を冷却水8と熱交換す
る空気冷却器4による場合、冷却器4内で冷却水
の沸騰が起ると、冷却管の損傷、冷却水量の不安
定、大きな異音などが起るので冷却水が沸騰しな
いように冷却水量を大にし、温度差を小に設計し
なければならないので、冷却水の出口温度は低く
ならざるをえず、冷却水8の熱量は比較的低温の
温水の形では利用し難く、従つて冷却空気の保有
熱量の有効利用は出来なかつた。
When the cooling air is cooled by the air cooler 4 that exchanges heat with the cooling water 8, if the cooling water boils in the cooler 4, damage to the cooling pipes, instability of the amount of cooling water, loud noises, etc. occurs, so in order to prevent the cooling water from boiling, the amount of cooling water must be increased and the temperature difference must be designed to be small, so the outlet temperature of the cooling water must be low, and the calorific value of the cooling water 8 is relatively low. It is difficult to use hot water in the form of low-temperature water, and therefore the heat capacity of cooling air cannot be used effectively.

発明が解決しようとする問題点 本発明は上記のような現状にかんがみなされた
もので、従来、空気冷却器で温度差の小さい温水
の形で出て来るため、利用が難かしく、そのまま
捨てられていた冷却空気の保有熱量を蒸気の形で
回収し、熱利用率を向上させることにある。
Problems to be Solved by the Invention The present invention was conceived in view of the above-mentioned current situation. Conventionally, hot water is produced in an air cooler in the form of hot water with a small temperature difference, making it difficult to use and being thrown away as is. The aim is to recover the heat retained in the cooling air in the form of steam, improving heat utilization efficiency.

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するために、空気を
圧縮する圧縮機と、該圧縮機より送給された空気
を燃料と共に燃焼する燃焼器と、該燃焼器で発生
した燃焼ガスによつて駆動されるガスタービンを
備えたガスタービン装置において、前記圧縮機か
らの吐出空気の一部を蒸気発生器に導入し、該蒸
気発生器で熱交換された冷却空気を前記ガスター
ビンに導入すると共に、前記蒸気発生器で発生し
た蒸気を蒸気回収手段へ導入するように構成する
ものである。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention provides a compressor that compresses air, a combustor that combusts the air supplied from the compressor together with fuel, and a combustor that combusts the air together with fuel. In a gas turbine device equipped with a gas turbine driven by generated combustion gas, a part of the discharge air from the compressor is introduced into a steam generator, and cooling air heat exchanged with the steam generator is used. The steam generated by the steam generator is introduced into the gas turbine and is also introduced into the steam recovery means.

作 用 本発明は、上記のように構成されているので、
吸気は圧縮機で圧縮され、圧縮機吐出空気は燃焼
器で燃料と共に燃焼して燃焼ガスとなり、ガスタ
ービンに導入され、ガスタービンの中で膨張して
動力を発生し、膨張を終つたガスは排気となつて
排気される。一方、圧縮機からの吐出空気は、燃
焼器に導く空気流路から分岐して蒸気発生器に入
り、ここで給水と熱交換して冷却空気となりガス
タービンに導入される。蒸気発生器において熱交
換された給水は蒸気となつて蒸気回収手段へ導入
され、加熱用又は動力用として使用される。
Effect Since the present invention is configured as described above,
The intake air is compressed by the compressor, and the compressor discharge air is combusted with fuel in the combustor to become combustion gas, which is introduced into the gas turbine and expands in the gas turbine to generate power. It becomes exhaust gas and is exhausted. On the other hand, the discharge air from the compressor branches from the air flow path leading to the combustor and enters the steam generator, where it exchanges heat with feed water to become cooling air and is introduced into the gas turbine. The feed water heat-exchanged in the steam generator becomes steam and is introduced into the steam recovery means, where it is used for heating or power.

実施例 以下、本発明の好適な実施例を第1図について
説明する。
Embodiment A preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG.

第1図において1は圧縮機、2はガスタービン
で両者は同軸上に接続されている。3は燃焼器
で、圧縮機1とガスタービン2に管路で接続され
ており、燃料5と圧縮機吐出空気6の供給をうけ
て燃焼ガスを発生する。13は蒸気発生器で、圧
縮機1からの吐出空気6を燃焼器3に導く管路を
分岐させた管路に接続し、吐出空気6を給水11
と熱交換して冷却空気となすとともに、熱交換さ
れた給水11は蒸気12を発生させる。蒸気発生
器11は圧縮機吐出空気の熱交換後の冷却空気を
ガスタービンに導入する管路と接続している。な
お9は圧縮機1の吸気であり、10はガスタービ
ン2で膨張したガスの排気である。
In FIG. 1, 1 is a compressor, 2 is a gas turbine, and both are coaxially connected. A combustor 3 is connected to the compressor 1 and the gas turbine 2 through a pipe line, and generates combustion gas by receiving fuel 5 and compressor discharge air 6. Reference numeral 13 denotes a steam generator, which is connected to a branched pipe line that leads the discharge air 6 from the compressor 1 to the combustor 3, and which connects the discharge air 6 to the water supply 11.
At the same time, the heat exchanged feed water 11 generates steam 12. The steam generator 11 is connected to a pipe line that introduces cooling air after heat exchange of the compressor discharge air into the gas turbine. Note that 9 is the intake air of the compressor 1, and 10 is the exhaust of the gas expanded by the gas turbine 2.

次に、上記のように構成されたガスタービン装
置の作用を説明する。
Next, the operation of the gas turbine device configured as described above will be explained.

吸気9は圧縮機1で圧縮されて、圧縮機から吐
出され、吐出空気6は燃焼器3に入る。圧縮機吐
出空気6燃焼器3で供給された燃料5と共に燃焼
して燃焼ガスとなり、燃焼ガスはガスタービン2
に導入されてガスタービン2の中で膨張して動力
を発生する。膨張を終つたガスは排気10として
大気中に排出される。一方、圧縮機吐出空気6
は、燃焼器3に導く空気流路から分岐されて蒸気
発生器13に入り、ここで給水11と熱交換して
冷却空気7はガスタービン2へ導入される。蒸気
発生器13において熱交換された給水11は蒸発
して蒸気12となる。この蒸気は一例では、2・
6atu¨の飽和蒸気(約140℃)となり、4.34T/H
の蒸発量であつた。そして、蒸気12は加熱用又
は動力用として図示していない蒸気回収手段へ導
入される。
Intake air 9 is compressed by compressor 1 and discharged from the compressor, and discharge air 6 enters combustor 3. The compressor discharge air 6 burns together with the fuel 5 supplied in the combustor 3 to become combustion gas, and the combustion gas is transferred to the gas turbine 2.
is introduced into the gas turbine 2 and expands in the gas turbine 2 to generate power. The gas that has finished expanding is discharged into the atmosphere as exhaust gas 10. On the other hand, compressor discharge air 6
The cooling air 7 is branched from the air flow path leading to the combustor 3 and enters the steam generator 13 , where it exchanges heat with the feed water 11 and the cooling air 7 is introduced into the gas turbine 2 . The feed water 11 that has undergone heat exchange in the steam generator 13 evaporates and becomes steam 12. In one example, this steam is 2.
6atu¨ of saturated steam (approximately 140℃), 4.34T/H
The amount of evaporation was The steam 12 is then introduced to a steam recovery means (not shown) for heating or power use.

発明の効果 以上詳述したように、本発明によれば従来の空
気冷却器に代えて蒸気発生器を設けけることによ
り、冷却空気の放出熱量を蒸気の形で回収するの
で、化学工業などでは加熱用として適当なもので
あり、又、プロセス用、小規模動力用としても常
用されている蒸気条件に適している。更に、動力
回収の場合には蒸気タービン駆動にも利用可能で
ある。
Effects of the Invention As described in detail above, according to the present invention, by providing a steam generator in place of a conventional air cooler, the amount of heat released from cooling air is recovered in the form of steam. It is suitable for heating, and is also suitable for steam conditions commonly used for process and small-scale power applications. Furthermore, in the case of power recovery, it can also be used to drive a steam turbine.

また、ガスタービンの排気を廃ガスボイラに入
れ蒸気を発生させ、蒸気タービンを駆動するコン
バインドサイクルにおいては、給水ポンプ、蒸気
タービンを新たに設置しなくてもよく、蒸気発生
をその蒸気タービンの途中段落に導入して動力回
収が可能となり、投資効率上非常に有利となる。
In addition, in the combined cycle, in which the exhaust gas of the gas turbine is put into a waste gas boiler to generate steam and drive the steam turbine, there is no need to install a new water pump or steam turbine, and the steam generation is performed at a stage midway through the steam turbine. It is possible to recover the power by introducing it into the system, which is very advantageous in terms of investment efficiency.

そして、蒸気発生器による場合、飽和蒸気では
蒸気温度は圧力により一義的に定まるので、蒸気
圧力を制御することにより、事実上充分な精度で
冷却空気温度を制御することが可能である。又、
既存の定圧のヘツダがある場合には、ヘツダに蒸
気管を接続することにより圧力制御、即ち冷却空
気の出口温度制御を省略することができる。
In the case of a steam generator, the steam temperature is uniquely determined by the pressure in the case of saturated steam, so by controlling the steam pressure, it is practically possible to control the cooling air temperature with sufficient accuracy. or,
If there is an existing constant pressure header, the pressure control, ie the cooling air outlet temperature control, can be omitted by connecting a steam pipe to the header.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明のガスタービン装置の実施例を
示す系統図、第2図は従来のガスタービン装置の
系統図である。 1……圧縮機、2……ガスタービン、3……燃
焼器、4……空気冷却器、5……燃料、6……圧
縮機吐出空気、7……冷却空気、8……冷却水、
9……吸気、10………排気、11……給水、1
2……蒸気、13……蒸気発生器。
FIG. 1 is a system diagram showing an embodiment of the gas turbine device of the present invention, and FIG. 2 is a system diagram of a conventional gas turbine device. 1... Compressor, 2... Gas turbine, 3... Combustor, 4... Air cooler, 5... Fuel, 6... Compressor discharge air, 7... Cooling air, 8... Cooling water,
9...Intake, 10...Exhaust, 11...Water supply, 1
2...Steam, 13...Steam generator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機より送給
された空気を燃料と共に燃焼する燃焼器と、該燃
焼器で発生した燃焼ガスによつて駆動されるガス
タービンを備えたガスタービン装置において、前
記圧縮機からの吐出空気の一部を蒸気発生器に導
入し、該蒸気発生器で熱交換された冷却空気を前
記ガスタービンに導入すると共に、前記蒸気発生
器で発生した蒸気を蒸気回収手段へ導入するよう
にしたことを特徴とするガスタービン装置。
1. In a gas turbine device equipped with a compressor that compresses air, a combustor that burns the air supplied by the compressor together with fuel, and a gas turbine that is driven by the combustion gas generated in the combustor. , a part of the discharge air from the compressor is introduced into a steam generator, cooling air heat exchanged with the steam generator is introduced into the gas turbine, and the steam generated in the steam generator is steam-recovered. A gas turbine device characterized in that it is introduced into a means.
JP1926085A 1985-02-05 1985-02-05 Gas turbine device Granted JPS61178524A (en)

Priority Applications (1)

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JP1926085A JPS61178524A (en) 1985-02-05 1985-02-05 Gas turbine device

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JPS61178524A JPS61178524A (en) 1986-08-11
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5058407A (en) * 1973-09-25 1975-05-21

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5058407A (en) * 1973-09-25 1975-05-21

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JPS61178524A (en) 1986-08-11

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