JPH07317505A - コンバインド発電システム - Google Patents

コンバインド発電システム

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Publication number
JPH07317505A
JPH07317505A JP6109598A JP10959894A JPH07317505A JP H07317505 A JPH07317505 A JP H07317505A JP 6109598 A JP6109598 A JP 6109598A JP 10959894 A JP10959894 A JP 10959894A JP H07317505 A JPH07317505 A JP H07317505A
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JP
Japan
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fuel
power generation
boiler
combined power
gas turbine
Prior art date
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Pending
Application number
JP6109598A
Other languages
English (en)
Inventor
Shozo Kaneko
祥三 金子
Susumu Sato
佐藤  進
Yoshinori Kobayashi
由則 小林
Chikanori Momotake
慎徳 百武
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.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP6109598A priority Critical patent/JPH07317505A/ja
Publication of JPH07317505A publication Critical patent/JPH07317505A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency
    • Y02P20/129Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

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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)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガスタービン燃料の改質器をボイラに組み込
んでプラントの経済性を高めたコンバインド発電システ
ムを提供する。 【構成】 ガスタービン1の排気が導かれるボイラ5の
伝熱面の一部に燃料改質器11が設置される。この燃料
改質器11には蒸気タービン7からの抽気蒸気12とガ
スタービン1のための燃料が導かれ発熱量の高い改質ガ
スに変えられる。改質燃料はガスタービン1の燃焼器3
で燃焼されプラント効率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は事業用及び産業用の排熱
回収型及び排気再燃型のコンバインド発電システムに関
する。
【0002】
【従来の技術】従来技術の例として図7に排熱回収型コ
ンバインド発電プラントのシステム構成を示す。排熱回
収型コンバインド発電プラントは、ガスタービン発電設
備の後流に排熱回収ボイラを設置し、ガスタービン排気
の余熱を回収するものである。
【0003】図7に示すシステムにおいて、まず圧縮機
2により吸い込んだ空気を10〜30気圧に加圧し、こ
の加圧空気によってガスタービン燃焼器3において天然
ガス等の燃料を燃焼させ、この高温・高圧の燃焼ガスを
ガスタービン1へ通し、発電機4により発電する。
【0004】このガスタービンの排気は400〜700
℃である為、排熱回収ボイラ5へ導き、ボイラの伝熱面
6により熱回収する。排熱回収ボイラ5で発生した蒸気
は蒸気タービン7へ通し、発電機8により発電する複合
発電システムを構成している。
【0005】次に、従来のコンバインド発電プラントの
他の例として図8に排気再燃型コンバインド発電プラン
トのシステム構成を示す。排気再燃型コンバインド発電
プラントはボイラの通風系統にガスタービン発電設備を
設置し、その排気をボイラに導き、その余熱を回収する
と同時に、ボイラ燃料の燃焼用空気とするものである。
【0006】図8に示すシステムにおいて、圧縮機2、
ガスタービン燃焼器3、ガスタービン1、及び発電機4
の構成は図7の場合と同じである。ガスタービン1の排
気は400〜700℃である為、排熱を回収する必要が
あるが、同時にこの排気中には酸素が多く含まれ(10
%以上)、また背圧も高い(500〜1000mmAq)。
【0007】従って、このガスタービン1の排気をバー
ナ13よりボイラ5へ導き、ボイラ燃料である重油、天
然ガス、石炭等を燃焼させ、ボイラの伝熱面6あるいは
図中に記載のない給水加熱器等により排熱を回収する。
ボイラ5で発生した蒸気は蒸気タービン7へ通し、発電
機8により発電する複合発電システムを構成している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来のコンバインド発
電システムにおいても特に問題となる点は無いが、エネ
ルギ資源の有効利用と環境対策、そしてプラント経済性
向上の為、現状のプラント効率(排熱回収型コンバイン
ド発電プラントで47〜49%、排気再燃型コンバイン
ド発電プラントで41〜43%)をさらに向上させる必
要がある。
【0009】従って、本発明は、プラントの経済性を従
来のプラントよりも高めた排熱回収型及び排気再燃型コ
ンバインド発電プラントを提供することを課題としてい
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガスタービン
の排気を排熱回収ボイラへ導きその余熱を同ボイラで回
収する排熱回収型のコンバインド発電システム、及びガ
スタービンの排気をボイラへ導きその余熱を同ボイラで
回収すると同時にその排気をボイラ燃料の燃料用空気と
する排気再燃型のコンバインド発電システムにおいて前
記課題を解決するため、次の構成を採用する。
【0011】すなわち、本発明によるコンバインド発電
システムでは、それらボイラの伝熱面の一部に設置され
ガスタービンの燃料を水蒸気と共に通過させ同燃料を改
質する燃料改質器を設けた構成を採用する。
【0012】
【作用】本発明によるコンバインド発電システムにおい
ては、前記したようにボイラの伝熱面の一部に燃料改質
器を設置し、これにガスタービンの燃料である天然ガス
などを例えば蒸気タービンより抽気した水蒸気とともに
通過させ、燃料改質器内に充填した改質用触媒により発
熱量の高い改質ガスに変えた後に、ガスタービンの燃焼
器へ投入する 燃料改質器を設置する場所は、ガスタービンの燃料が天
然ガスの場合には反応温度との整合性より高温ガス域が
望ましく、排熱回収ボイラの場合はボイラ内の入口側あ
るいはガスタービンの出口側に設置する。
【0013】また、排気再燃型のコンバインド発電シス
テムにおけるボイラの場合も燃料改質器を設置する場所
はボイラ内の高温ガス域が望ましいが、反応温度との整
合性より500℃〜1000℃程度のガス温度域とな
る。
【0014】また、いずれの場合も発熱量増加率を上げ
る為にも、反応温度は高い方が好ましく、この点より排
気温度の高いガスタービンへの適用が望ましい。また燃
料に加える蒸気量としては、燃料が天然ガスの場合、モ
ル比で2〜4程度とする。
【0015】
【実施例】以下、本発明によるコンバインド発電システ
ムを図示した実施例に基づいて具体的に説明する。な
お、以下の実施例において、図7及び図8に示した従来
のコンバインド発電システムと同じ構成機器には同じ符
号を付してあり、それらについての重複する説明は省略
する。
【0016】(第1実施例)まず、図1に示す第1実施
例について説明する。この第1実施例は、図7に示した
排熱回収型のコンバインド発電システムにおいて、その
排熱回収ボイラ5の伝熱面の一部に燃料改質器11を設
置したものである。この燃料改質器11には蒸気タービ
ン7からの抽気蒸気12とガスタービン燃料の天然ガス
を導入する。
【0017】燃料改質器11は図3の如き構造であり、
アルミナを担持体としたニッケル触媒を充填している。
改質条件としては、圧力30ata 、改質反応終了温度5
50℃、蒸気量は燃料中メタンのモル比で2.5として
おり、この場合の発熱量の増加率は図6に示すように
1.05倍程度である。これによって改質燃料を用いた
場合のプラント効率は相対値で約5〜10%向上する。
【0018】これを更に説明すると、天然ガスの水蒸気
改質の反応式は以下の通りである。
【0019】Cn m n2 O → nCO+(m/2
+n)H2 +Q(吸熱) 天然ガス中で大半を占めるメタンの場合には、 CH4 +H2 O →CO+3H2 −49.3Kcal/mol 改質前後の発熱量は、CH4 =212.8Kcal/molから
CO(67.7Kcal/mol)+3H2 (3×68.3Kcal
/mol)=272.6Kcal/molへ1.28倍に増加する。
これは理想的な反応の場合であり、実際には図6に示す
如く改質条件(圧力,温度,蒸気量)により増加率は若
干低下する。
【0020】次に燃料改質器をコンバインドサイクルへ
組み込んだ場合のプラント効率の向上についてである
が、従来技術においてはボイラで蒸気系へ吸熱し、蒸気
タービンのランキンサイクルのみへ供給してエネルギー
回収していたのに対し、燃料改質器を組み込んだ本発明
においては蒸気系への吸熱量の一部を燃料改質の吸熱反
応に使用する。
【0021】このように、本発明では回収エネルギを化
学エネルギーに変換し、それをガスタービンで燃焼させ
ることにより、ブレイトンサイクルへ供給し、さらにラ
ンキンサイクルとの複合サイクルとしてエネルギー回収
することが可能となることから、図2に示す計算例のよ
うにプラント効率が向上する。
【0022】ガスタービン排気は400〜700℃と比
較的低温であることから、天然ガスを燃料とした場合に
は、発熱量の増加率もあまり上げられないことより、燃
料改質のメリットが少ない可能性がある。
【0023】そこで、改質反応終了温度の低い(200
〜300℃程度)メタノールをガスタービン燃料とした
場合について考える。メタノールの改質には銅系触媒を
使用し、メタンの改質と同様改質器には図3のような二
重管を用いる。メタノールの主反応式は以下の通りであ
る。
【0024】 CH3 OH +H2 O→CO2 +3H2 −21Kcal/mol 改質前後の発熱量はCH3 OH=167.7Kcal/molか
ら3H2(3×68.3)=204.9Kcal/molへ約1.
22倍増加する。これは理想的な反応の場合で実際には
改質条件(温度,圧力,蒸気量)により増加率は若干低
下する。
【0025】メタノールの水蒸気改質において、改質圧
力30ata 、改質反応終了温度250℃、メタノール1
mol に対する水蒸気のモル数を2.5mol(s/c=2.5)の
場合、高位発熱量増加率は約1.20倍となる。また、
この場合のプラント効率は相対値で約2〜4%向上す
る。
【0026】(第2実施例)次に図4に示した第2実施
例について説明する。図4に示したコンバインド発電シ
ステムは、図8に示した排気再燃型のコンバインド発電
システムにおいて、そのボイラ5の伝熱面の一部に燃料
改質器11を設置したものである。
【0027】この燃料改質器11には、第1実施例と同
様、ガスタービンの燃料である天然ガスを蒸気タービン
7より抽気した蒸気12とともに通過させ、図3に示し
たように燃料改質器11内に充填した改質用触媒により
発熱量の高い改質ガスに変えた後に、ガスタービン1の
燃焼器3へ投入する。
【0028】改質条件としては、圧力30ata 、改質反
応終了温度800℃、蒸気量は燃料中メタンのモル比で
2.5としており、この場合の発熱量の増加率は図6よ
り1.17倍程度である。またこの場合のプラント効率
は相対値で約5〜10%上昇する。
【0029】このように燃料改質器をコンバインドサイ
クルへ組み込んだ場合のプラント効率の向上についてで
あるが、従来技術においてはボイラで蒸気系へ吸熱し、
蒸気タービンのランキンサイクルのみへ供給して、エネ
ルギー回収していたのに対し、本発明においては蒸気系
への吸熱量の一部を燃料改質の吸熱反応に使用する。
【0030】このように、本発明では回収エネルギを化
学エネルギーに変換し、それをガスタービンで燃焼させ
ることにより、ブレイトンサイクルへ供給し、さらにラ
ンキンサイクルとの複合サイクルとしてエネルギー回収
することが可能となることから、プラント効率が向上す
る。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように本発明によって、ボ
イラの伝熱面の一部に、ガスタービンの燃料を水蒸気と
共に通過させその燃料を改質する燃料改質器を設置した
ものとすることにより、排熱回収型コンバインド発電シ
ステム及び排気再燃型コンバインド発電システムにおけ
るプラント効率のさらなる向上が達成された。これはエ
ネルギー資源の有効利用と環境対策の面で極めて重要で
あり、同時に発電プラントとしての経済性を大幅に向上
させるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る排熱回収型のコンバ
インド発電システムの構成図。
【図2】図1に示したコンバインド発電システムにおけ
るエネルギフローを示すモデル図。
【図3】本発明によるコンバインド発電システムで採用
する燃料改質器の一構造例を示す斜視図。
【図4】本発明の第2実施例に係る排気再燃型のコンバ
インド発電システムの構成図。
【図5】図4に示したコンバインド発電システムにおけ
るエネルギフローを示すモデル図。
【図6】本発明によるコンバインド発電システムにおけ
る燃料改質器での改質条件と発熱量の増加率の関係を示
すグラフ。
【図7】従来の排熱回収型コンバインド発電プラントを
示すシステム構成図。
【図8】従来の排気再燃型コンバインド発電プラントを
示すシステム構成図。
【符号の説明】
1 ガスタービン 2 圧縮機 3 燃焼器 4 発電機 5 ボイラ 6 伝熱面 7 蒸気タービン 8 発電機 9 復水器 10 給水ポンプ 11 燃料改質器 12 抽気蒸気 13 バーナ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F22B 1/18 (72)発明者 百武 慎徳 長崎市飽の浦町1番1号 三菱重工業株式 会社長崎造船所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガスタービンの排気を排熱回収ボイラへ
    導きその余熱を同ボイラで回収する排熱回収型のコンバ
    インド発電システムであって、前記排熱回収ボイラの伝
    熱面の一部に設置され前記ガスタービンの燃料を水蒸気
    と共に通過させ同燃料を改質する燃料改質器を有するこ
    とを特徴とするコンバインド発電システム。
  2. 【請求項2】 ガスタービンの排気をボイラへ導きその
    余熱を同ボイラで回収すると同時に同排気をボイラ燃料
    の燃焼用空気とする排気再燃型のコンバインド発電シス
    テムであって、前記ボイラの伝熱面の一部に設置され前
    記ガスタービンの燃料を水蒸気と共に通過させ同燃料を
    改質する燃料改質器を有することを特徴とするコンバイ
    ンド発電システム。
JP6109598A 1994-05-24 1994-05-24 コンバインド発電システム Pending JPH07317505A (ja)

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JP6109598A JPH07317505A (ja) 1994-05-24 1994-05-24 コンバインド発電システム

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JP6109598A JPH07317505A (ja) 1994-05-24 1994-05-24 コンバインド発電システム

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JPH07317505A true JPH07317505A (ja) 1995-12-05

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ID=14514339

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JP6109598A Pending JPH07317505A (ja) 1994-05-24 1994-05-24 コンバインド発電システム

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 20000627