JPH08232684A - 機械的動力発生方法 - Google Patents
機械的動力発生方法Info
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- JPH08232684A JPH08232684A JP7327096A JP32709695A JPH08232684A JP H08232684 A JPH08232684 A JP H08232684A JP 7327096 A JP7327096 A JP 7327096A JP 32709695 A JP32709695 A JP 32709695A JP H08232684 A JPH08232684 A JP H08232684A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K21/00—Steam engine plants not otherwise provided for
- F01K21/04—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas
- F01K21/047—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas having at least one combustion gas turbine
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
- F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
- F02C3/30—Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases
- F02C3/305—Increasing the power, speed, torque or efficiency of a gas turbine or the thrust of a turbojet engine by injecting or adding water, steam or other fluids
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2260/00—Function
- F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05D2260/211—Heat transfer, e.g. cooling by intercooling, e.g. during a compression cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2260/00—Function
- F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05D2260/212—Heat transfer, e.g. cooling by water injection
Landscapes
- 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)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧縮され湿潤された空気と共に燃料を燃焼さ
せガスタービンを通して高温の燃焼ガスを膨張させて機
械的動力を発生するにあたり、工程を簡略化しコストを
低減すると共に熱効率を増大すること。 【解決手段】 加圧された空気と、該空気と熱交換され
加熱された水とを直接飽和器−熱回収ユニットへ送って
湿潤空気流を形成し、次いでこの湿潤空気流と燃料と混
合して燃焼させ、発生した燃焼ガスをガスタービンにお
いて膨張させ、ガスタービンからの高温排出ガスを熱交
換のための前記ユニットへ通すことからなる機械的動力
発生方法。
せガスタービンを通して高温の燃焼ガスを膨張させて機
械的動力を発生するにあたり、工程を簡略化しコストを
低減すると共に熱効率を増大すること。 【解決手段】 加圧された空気と、該空気と熱交換され
加熱された水とを直接飽和器−熱回収ユニットへ送って
湿潤空気流を形成し、次いでこの湿潤空気流と燃料と混
合して燃焼させ、発生した燃焼ガスをガスタービンにお
いて膨張させ、ガスタービンからの高温排出ガスを熱交
換のための前記ユニットへ通すことからなる機械的動力
発生方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮された湿潤空
気及び燃料を利用して、ガスタービン中において膨張さ
せる高温の燃焼ガスを発生させるための、機械的動力発
生方法に関する。より詳細には本発明は、高温の圧縮空
気が加熱された水により湿潤され、燃料燃焼器及び高温
ガスタービンの上流側に配された熱回収ユニット中にお
いて更に加熱される動力発生方法に関する。
気及び燃料を利用して、ガスタービン中において膨張さ
せる高温の燃焼ガスを発生させるための、機械的動力発
生方法に関する。より詳細には本発明は、高温の圧縮空
気が加熱された水により湿潤され、燃料燃焼器及び高温
ガスタービンの上流側に配された熱回収ユニット中にお
いて更に加熱される動力発生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンを利用して、加圧された高
温の燃焼ガスを膨張させ、タービンの高温排出ガスから
熱を回収する方法は、よく知られている。最近のあるこ
の種の方法においては、高温の圧縮空気を水で飽和させ
た後、その湿潤空気を用いて燃料を燃焼させ高温のガス
タービンを経て膨張させる。その結果として、所要の過
剰な空気量が低減され、熱効率が改善されると共に、動
力コストが少くなる。燃料燃焼器及び高温ガスタービン
への湿潤空気の供給を利用して動力を発生させるこれら
の方法は、ラオの米国特許第４８２９７６３号及び同第
５１８１３７６号に開示されている。パーキンスの米国
特許第５１６００９６号は、タービンの固定羽根を冷却
するために湿潤圧縮空気を使用するガスタービンサイク
ルを開示している。グリンスキー等の米国特許第５２０
１７９６号及びコレンバーグ等の米国特許第５２１８８
１５号には、各々酸素の供給と燃焼温度の制御とのため
に、燃料燃焼器の上流側において、圧縮空気を湿潤させ
た後、ガスタービン中において高温ガスを膨張させるガ
スタービン動力発生方法が開示されている。
温の燃焼ガスを膨張させ、タービンの高温排出ガスから
熱を回収する方法は、よく知られている。最近のあるこ
の種の方法においては、高温の圧縮空気を水で飽和させ
た後、その湿潤空気を用いて燃料を燃焼させ高温のガス
タービンを経て膨張させる。その結果として、所要の過
剰な空気量が低減され、熱効率が改善されると共に、動
力コストが少くなる。燃料燃焼器及び高温ガスタービン
への湿潤空気の供給を利用して動力を発生させるこれら
の方法は、ラオの米国特許第４８２９７６３号及び同第
５１８１３７６号に開示されている。パーキンスの米国
特許第５１６００９６号は、タービンの固定羽根を冷却
するために湿潤圧縮空気を使用するガスタービンサイク
ルを開示している。グリンスキー等の米国特許第５２０
１７９６号及びコレンバーグ等の米国特許第５２１８８
１５号には、各々酸素の供給と燃焼温度の制御とのため
に、燃料燃焼器の上流側において、圧縮空気を湿潤させ
た後、ガスタービン中において高温ガスを膨張させるガ
スタービン動力発生方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしこれらの既知の
動力発生方法は、比較的複雑であり、種々制限されるた
め、燃料燃焼工程及びガスタービンへの湿潤圧力空気の
供給を利用するこの種のガスタービン動力発生サイクル
を更に改良し簡略化することが望まれている。
動力発生方法は、比較的複雑であり、種々制限されるた
め、燃料燃焼工程及びガスタービンへの湿潤圧力空気の
供給を利用するこの種のガスタービン動力発生サイクル
を更に改良し簡略化することが望まれている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、圧縮空気を加
湿し、更に加熱し、燃焼器中において燃料と混合し、高
温の燃焼ガスをガスタービン中において膨張させること
による、改良されたガスタービン動力発生装置を提供す
る。
湿し、更に加熱し、燃焼器中において燃料と混合し、高
温の燃焼ガスをガスタービン中において膨張させること
による、改良されたガスタービン動力発生装置を提供す
る。
【０００５】本発明の動力発生方法においては、空気を
先ず圧縮し、中間冷却し、その空気を、飽和器−熱回収
組合せユニット中において更に圧縮して加熱し、該ユニ
ットにおいて加熱された水流にその空気を混合して飽和
させた後、高温の飽和空気を燃焼器に燃料と共に給送す
る。高温の水は、通常は、高温の圧縮空気流中にスプレ
ーによって混合され、水のスプレー混合点の温度は、最
大熱効率を達成するように、所望により変えることがで
きる。生成した高温の圧縮燃焼ガスは、次に、ガスター
ビンを介して膨張させることにより、機械的動力を発生
させる。高温の膨張ガスは、湿潤空気及び飽和水を加熱
するために、熱回収ユニットを介して返却される。その
後、冷却された排出ガスは、排出煙道を経て、大気中に
排出される。
先ず圧縮し、中間冷却し、その空気を、飽和器−熱回収
組合せユニット中において更に圧縮して加熱し、該ユニ
ットにおいて加熱された水流にその空気を混合して飽和
させた後、高温の飽和空気を燃焼器に燃料と共に給送す
る。高温の水は、通常は、高温の圧縮空気流中にスプレ
ーによって混合され、水のスプレー混合点の温度は、最
大熱効率を達成するように、所望により変えることがで
きる。生成した高温の圧縮燃焼ガスは、次に、ガスター
ビンを介して膨張させることにより、機械的動力を発生
させる。高温の膨張ガスは、湿潤空気及び飽和水を加熱
するために、熱回収ユニットを介して返却される。その
後、冷却された排出ガスは、排出煙道を経て、大気中に
排出される。
【０００６】本発明は、熱効率が改善され、資本コスト
が少くて済む、動力発生方法を提供する。本発明による
動力発生方法は、圧縮器の後冷却器及び別途の飽和器ユ
ニット並びに圧縮空気のための関連水循環系統を使用し
ないので、圧縮空気の加熱−加湿の各工程を結合でき、
工程全体としての熱効率が増大される。また本方法の装
置のための資本コストも対応して低減される。
が少くて済む、動力発生方法を提供する。本発明による
動力発生方法は、圧縮器の後冷却器及び別途の飽和器ユ
ニット並びに圧縮空気のための関連水循環系統を使用し
ないので、圧縮空気の加熱−加湿の各工程を結合でき、
工程全体としての熱効率が増大される。また本方法の装
置のための資本コストも対応して低減される。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の構成及び好ましい実施態
様を以下列挙する。
様を以下列挙する。
【０００８】１．圧縮され湿潤された空気と共に燃料を
燃焼させ、ガスタービンを経て高温の燃焼ガスを膨張さ
せることによって、機械的動力を発生させる方法であっ
て、（ａ）常圧空気を第１圧力に圧縮し、水流に対して
中間段の冷却工程において圧縮空気を冷却し、該水流は
加熱し、該第１圧力からの空気は、第２のより高い圧力
に更に加圧し、この更に加圧された空気は、飽和器−熱
回収組合せユニットに直接通し、（ｂ）該飽和器−熱回
収ユニット中において対向流加湿によって、前記中間段
冷却工程からの加熱された水と、前記更に加熱された空
気とを接触させて、加圧された湿潤空気流を形成し、
（ｃ）燃焼器中において、湿潤空気流の存在下に、燃料
を燃焼させて、高温の燃焼ガスを発生させ、（ｄ）ガス
タービンを経て該高温の燃料ガスを膨張させることによ
って、高温の排出ガス流を与えると共に、機械的動力を
発生させ、（ｅ）ガスタービンの高温の排出ガス流から
熱を除去することによって、前記更に圧縮された空気及
び加熱された水を、前記飽和器−熱回収ユニットにおい
て加熱し、該熱回収ユニットからの冷却されたタービン
排出ガスを大気中に放出することから成る機械的動力発
生方法。
燃焼させ、ガスタービンを経て高温の燃焼ガスを膨張さ
せることによって、機械的動力を発生させる方法であっ
て、（ａ）常圧空気を第１圧力に圧縮し、水流に対して
中間段の冷却工程において圧縮空気を冷却し、該水流は
加熱し、該第１圧力からの空気は、第２のより高い圧力
に更に加圧し、この更に加圧された空気は、飽和器−熱
回収組合せユニットに直接通し、（ｂ）該飽和器−熱回
収ユニット中において対向流加湿によって、前記中間段
冷却工程からの加熱された水と、前記更に加熱された空
気とを接触させて、加圧された湿潤空気流を形成し、
（ｃ）燃焼器中において、湿潤空気流の存在下に、燃料
を燃焼させて、高温の燃焼ガスを発生させ、（ｄ）ガス
タービンを経て該高温の燃料ガスを膨張させることによ
って、高温の排出ガス流を与えると共に、機械的動力を
発生させ、（ｅ）ガスタービンの高温の排出ガス流から
熱を除去することによって、前記更に圧縮された空気及
び加熱された水を、前記飽和器−熱回収ユニットにおい
て加熱し、該熱回収ユニットからの冷却されたタービン
排出ガスを大気中に放出することから成る機械的動力発
生方法。
【０００９】２．中間段冷却水流と混合するように、空
気飽和器−熱回収ユニットに、補助水流を供給して、燃
料燃焼工程への湿潤空気温度を制限する前記１記載の機
械的動力発生方法。
気飽和器−熱回収ユニットに、補助水流を供給して、燃
料燃焼工程への湿潤空気温度を制限する前記１記載の機
械的動力発生方法。
【００１０】３．前記中間段空気冷却工程からの加熱さ
れた水を前記熱回収ユニットにおいて前記更に圧縮され
た空気とスプレー混合して空気−水混合流を形成する前
記１記載の機械的動力発生方法。
れた水を前記熱回収ユニットにおいて前記更に圧縮され
た空気とスプレー混合して空気−水混合流を形成する前
記１記載の機械的動力発生方法。
【００１１】４．ガスタービンから発生させた機械的動
力を、空気圧縮の第１圧力段及び第２圧力段並びに発電
機の駆動用に用いる前記１記載の動力発生方法。
力を、空気圧縮の第１圧力段及び第２圧力段並びに発電
機の駆動用に用いる前記１記載の動力発生方法。
【００１２】５．ガスタービンへの高温の燃焼ガスの温
度が１０９３℃（２０００°Ｆ）を超過しないようにす
る前記１記載の動力発生方法。
度が１０９３℃（２０００°Ｆ）を超過しないようにす
る前記１記載の動力発生方法。
【００１３】６．圧縮され湿潤された空気と共に燃料を
燃焼させ、ガスタービンを経て、高温の生成燃焼ガスを
膨張させることによって、機械的動力を発生させる方法
であって、（ａ）常圧空気を第１圧力に圧縮し、水流に
対して中間段の冷却工程において圧縮空気を冷却し、そ
れにより該水流を加熱し、該第１圧力からの空気を、第
２のより高い圧力に更に圧縮し、この更に加圧された空
気を、飽和器−熱回収組合せユニットに直接導き、
（ｂ）該飽和器−熱回収組合せユニット中において対向
流加湿によって、前記中間段冷却工程からの加熱された
水及び補助水流と、前記更に圧縮された空気とを接触さ
せて、加圧された湿潤空気流を形成し、（ｃ）燃焼器中
において、湿潤されたガス状の空気流の存在下に、燃料
を燃焼させて、約１０９３℃（２０００°Ｆ）を超過し
ない温度の高温の燃焼ガスを発生させ、（ｄ）ガスター
ビンを経て該高温の燃焼ガスを膨張させることによっ
て、高温の排出ガス流を与えると共に、空気圧縮の第１
圧力段及び第２圧力段を駆動するための機械的動力を発
生させ、（ｅ）ガスタービンの高温の排出ガス流から熱
を除去することによって、前記更に圧縮された空気及び
加熱された水を、前記飽和器−熱回収ユニットにおいて
加熱し、該回収ユニットからの冷却されたタービン排出
ガスを大気中に放出することから成る機械的動力発生方
法。
燃焼させ、ガスタービンを経て、高温の生成燃焼ガスを
膨張させることによって、機械的動力を発生させる方法
であって、（ａ）常圧空気を第１圧力に圧縮し、水流に
対して中間段の冷却工程において圧縮空気を冷却し、そ
れにより該水流を加熱し、該第１圧力からの空気を、第
２のより高い圧力に更に圧縮し、この更に加圧された空
気を、飽和器−熱回収組合せユニットに直接導き、
（ｂ）該飽和器−熱回収組合せユニット中において対向
流加湿によって、前記中間段冷却工程からの加熱された
水及び補助水流と、前記更に圧縮された空気とを接触さ
せて、加圧された湿潤空気流を形成し、（ｃ）燃焼器中
において、湿潤されたガス状の空気流の存在下に、燃料
を燃焼させて、約１０９３℃（２０００°Ｆ）を超過し
ない温度の高温の燃焼ガスを発生させ、（ｄ）ガスター
ビンを経て該高温の燃焼ガスを膨張させることによっ
て、高温の排出ガス流を与えると共に、空気圧縮の第１
圧力段及び第２圧力段を駆動するための機械的動力を発
生させ、（ｅ）ガスタービンの高温の排出ガス流から熱
を除去することによって、前記更に圧縮された空気及び
加熱された水を、前記飽和器−熱回収ユニットにおいて
加熱し、該回収ユニットからの冷却されたタービン排出
ガスを大気中に放出することから成る機械的動力発生方
法。
【００１４】
【実施例】本発明の方法及びその利点は、その種々の特
徴をガスタービンサイクルにおいて圧縮され湿潤された
空気を利用する既知の動力発生方法と比較した場合に最
も良く理解されよう。図１に示すように、流入空気１０
は、低圧圧縮ユニット１２において最初に圧縮され、中
間冷却器１４中において、水流に対して冷却され、次に
高圧圧縮ユニット１６において更に圧縮され、再び後冷
却器１８中において冷却される。生成した圧縮空気１９
は、１４において中間冷却され及び１８において後冷却
された空気からの熱水にて、飽和器ユニット２０におい
て湿潤される。湿潤空気２１は次に、ガスタービン排出
ガス流２７に対して、熱回収ユニット２２中において、
約５３８℃（１０００°Ｆ）に過熱される。湿潤空気２
３は、燃料と混合され、燃焼器２４中において燃焼さ
れ、ガスタービン２６中において膨張され、ガスタービ
ン２６からの生成熱排出ガス流２７は、熱回収ユニット
２２を経て導かれ、そこで、排出ガスからの熱は、燃料
燃焼器２４への空気流を加熱するために用いられる。更
に、水の再循環系統は、飽和器２０への水の循環を行わ
せると共に、回収ユニット２２中のガスタービン排出ガ
スから余分な熱を除去する。このように、この既知の動
力発生工程は、熱回収ユニット２２の上流側に湿潤空気
２１を与えるために、別途の後冷却器１８及び分離飽和
器２０を利用する。
徴をガスタービンサイクルにおいて圧縮され湿潤された
空気を利用する既知の動力発生方法と比較した場合に最
も良く理解されよう。図１に示すように、流入空気１０
は、低圧圧縮ユニット１２において最初に圧縮され、中
間冷却器１４中において、水流に対して冷却され、次に
高圧圧縮ユニット１６において更に圧縮され、再び後冷
却器１８中において冷却される。生成した圧縮空気１９
は、１４において中間冷却され及び１８において後冷却
された空気からの熱水にて、飽和器ユニット２０におい
て湿潤される。湿潤空気２１は次に、ガスタービン排出
ガス流２７に対して、熱回収ユニット２２中において、
約５３８℃（１０００°Ｆ）に過熱される。湿潤空気２
３は、燃料と混合され、燃焼器２４中において燃焼さ
れ、ガスタービン２６中において膨張され、ガスタービ
ン２６からの生成熱排出ガス流２７は、熱回収ユニット
２２を経て導かれ、そこで、排出ガスからの熱は、燃料
燃焼器２４への空気流を加熱するために用いられる。更
に、水の再循環系統は、飽和器２０への水の循環を行わ
せると共に、回収ユニット２２中のガスタービン排出ガ
スから余分な熱を除去する。このように、この既知の動
力発生工程は、熱回収ユニット２２の上流側に湿潤空気
２１を与えるために、別途の後冷却器１８及び分離飽和
器２０を利用する。
【００１５】本発明による改良された動力発生方法の設
計は、既知の動力発生工程とは著しく対照的に、既知の
湿潤空気ガスタービンサイクルを変更し改良する。図２
に示すように、供給空気３０は、低圧圧縮ユニット３２
において、２０４〜２１６℃（４００〜４２０°Ｆ）
で、７０〜８０ｐｓｉａの圧力に圧縮され、圧縮空気３
３は、３５にて示す水流に対して、中間冷却器３４にお
いて約３８℃（１００°Ｆ）まで冷却される。冷却され
た空気は、更に高圧圧縮ユニット３６において３００〜
３３０ｐｓｉａ、２３２〜２３８℃（４５０〜４６０°
Ｆ）まで圧縮される。その後、高温圧縮空気３８は、直
接熱回収ユニット４０に導かれ、そこで、中間冷却器３
４からの水流３７と混合され、湿潤される。圧縮空気と
水流とのこのような混合は、スプレーノズル４２によっ
て行われる。スプレーノズル４２は、加圧された水流４
１を、加圧された空気流４３中に噴射する。スプレーノ
ズル４２は、熱回収ユニット４０の外側に配設して良い
が、熱効率を高めるために、熱回収ユニット４０中に配
設することが好ましい。結果として生成した加圧され湿
潤された空気流４３は、通路５１中において流れる高温
のガスタービン排ガスに対して、４５４〜５１０℃（８
５０〜９５０°Ｆ）まで更に加熱される。冷却水流３７
を補充すると共に空気流４３の所望の加湿を与えるため
に、必要に応じて、追加の水流３９を提供する。
計は、既知の動力発生工程とは著しく対照的に、既知の
湿潤空気ガスタービンサイクルを変更し改良する。図２
に示すように、供給空気３０は、低圧圧縮ユニット３２
において、２０４〜２１６℃（４００〜４２０°Ｆ）
で、７０〜８０ｐｓｉａの圧力に圧縮され、圧縮空気３
３は、３５にて示す水流に対して、中間冷却器３４にお
いて約３８℃（１００°Ｆ）まで冷却される。冷却され
た空気は、更に高圧圧縮ユニット３６において３００〜
３３０ｐｓｉａ、２３２〜２３８℃（４５０〜４６０°
Ｆ）まで圧縮される。その後、高温圧縮空気３８は、直
接熱回収ユニット４０に導かれ、そこで、中間冷却器３
４からの水流３７と混合され、湿潤される。圧縮空気と
水流とのこのような混合は、スプレーノズル４２によっ
て行われる。スプレーノズル４２は、加圧された水流４
１を、加圧された空気流４３中に噴射する。スプレーノ
ズル４２は、熱回収ユニット４０の外側に配設して良い
が、熱効率を高めるために、熱回収ユニット４０中に配
設することが好ましい。結果として生成した加圧され湿
潤された空気流４３は、通路５１中において流れる高温
のガスタービン排ガスに対して、４５４〜５１０℃（８
５０〜９５０°Ｆ）まで更に加熱される。冷却水流３７
を補充すると共に空気流４３の所望の加湿を与えるため
に、必要に応じて、追加の水流３９を提供する。
【００１６】このように生成した圧縮され湿潤された空
気４４は、４５４〜５１０℃（８５０〜９５０°Ｆ）の
温度にあり、高温燃焼ガス４７を生成するために、供給
燃料４５、例えば天然ガス又は天然油と共に、燃焼器４
６に給送される。補助の水流３９及び圧縮空気流３８の
加湿量は、高温燃焼ガス４７の温度が約１０９３℃（２
０００°Ｆ）を超過することのないように制御される。
この高温燃焼ガス４７は、２段の空気圧縮ユニット３
２，３６を駆動するために、機械的動力を生ずるよう
に、ガスタービン４８を経て膨張される。この動力は、
発電機５０を駆動するためにも用いられる。
気４４は、４５４〜５１０℃（８５０〜９５０°Ｆ）の
温度にあり、高温燃焼ガス４７を生成するために、供給
燃料４５、例えば天然ガス又は天然油と共に、燃焼器４
６に給送される。補助の水流３９及び圧縮空気流３８の
加湿量は、高温燃焼ガス４７の温度が約１０９３℃（２
０００°Ｆ）を超過することのないように制御される。
この高温燃焼ガス４７は、２段の空気圧縮ユニット３
２，３６を駆動するために、機械的動力を生ずるよう
に、ガスタービン４８を経て膨張される。この動力は、
発電機５０を駆動するためにも用いられる。
【００１７】５１０〜５９３℃（９５０〜１１００°
Ｆ）の温度の高温排出ガス４９は、通路４１中の圧縮さ
れた空気−水流４３と飽和水流３７，３９との両方を加
熱するために、ガスタービン４８から通路５１中の熱回
収ユニット４０を経て返却される。１２１℃（約２５０
°Ｆ）の温度にある、冷却された排出ガス５２は、煙道
（図示しない）を経て、大気中に排出される。
Ｆ）の温度の高温排出ガス４９は、通路４１中の圧縮さ
れた空気−水流４３と飽和水流３７，３９との両方を加
熱するために、ガスタービン４８から通路５１中の熱回
収ユニット４０を経て返却される。１２１℃（約２５０
°Ｆ）の温度にある、冷却された排出ガス５２は、煙道
（図示しない）を経て、大気中に排出される。
【００１８】熱回収ユニット４０は、図３により詳細に
示すように、水流４１と圧縮された空気−水混合物４３
とを導くための、垂直方向に指向する複数のフィンつき
の管を収納した水平断熱ケーシング４０ａを通常備えて
いる。通路４１中の水流は、スプレーノズル４２によっ
て通路４３中に噴射される。高温のタービン排出ガス流
は、ケーシングの通路５１に通されて水流４１及び空気
−水流４３を加熱した後、冷却されたタービン排出ガス
は、通路５２を経て煙道５４に通される。
示すように、水流４１と圧縮された空気−水混合物４３
とを導くための、垂直方向に指向する複数のフィンつき
の管を収納した水平断熱ケーシング４０ａを通常備えて
いる。通路４１中の水流は、スプレーノズル４２によっ
て通路４３中に噴射される。高温のタービン排出ガス流
は、ケーシングの通路５１に通されて水流４１及び空気
−水流４３を加熱した後、冷却されたタービン排出ガス
は、通路５２を経て煙道５４に通される。
【００１９】既知の動力発生方法と本発明の方法との間
の顕著な差異は、図１に示した既知の動力発生方法が、
圧縮された空気を湿潤させるために、多段階の飽和器ユ
ニット（このユニット内では比較的低温において水が蒸
発する）を用いる点である。しかし、図２に示した本発
明による設計工程は、空気−水の混合及び水蒸発の一体
的な工程を使用し、この工程では、水の沸騰温度は、空
気の加湿工程の間上昇する。飽和水のこの可変温度蒸発
は、仕事の損失を減少させることによって、従来の技術
において利用された、一般に一定の温度の沸騰工程より
も、熱力学的にすぐれている。この差異は、温度−エン
トロピー（Ｔ−Ｓ）線図を参照することによって理解さ
れよう。
の顕著な差異は、図１に示した既知の動力発生方法が、
圧縮された空気を湿潤させるために、多段階の飽和器ユ
ニット（このユニット内では比較的低温において水が蒸
発する）を用いる点である。しかし、図２に示した本発
明による設計工程は、空気−水の混合及び水蒸発の一体
的な工程を使用し、この工程では、水の沸騰温度は、空
気の加湿工程の間上昇する。飽和水のこの可変温度蒸発
は、仕事の損失を減少させることによって、従来の技術
において利用された、一般に一定の温度の沸騰工程より
も、熱力学的にすぐれている。この差異は、温度−エン
トロピー（Ｔ−Ｓ）線図を参照することによって理解さ
れよう。
【００２０】図２に示すように、本発明による動力発生
方法の設計において、高圧圧縮ユニット３６は、後冷却
器も、飽和器ユニットも、これらに組合された水循環系
も、必要とせず、また利用しない。その代りに、高温の
圧縮空気流３８は、飽和器−熱回収ユニット４０に直接
に給送され、そこで圧縮空気は、スプレーノズル４２に
おいて、通路４１中の加熱された水と混合される。補給
水３９と共に中間冷却器３４において予加熱された水流
３７は、熱回収ユニット４０において更に加熱された
後、高温の圧縮空気流３８と混合される。２相の空気−
水混合物は、熱回収ユニット４０に通され、そこで水は
蒸発され、空気−蒸気混合物は過熱される。スプレーノ
ズル４２の位置は、通路４１，４３に関して変更でき、
それによって最も有利な温度パターンと最高の熱力学的
効率とが達せられる。このようにして生成した高温の圧
縮され湿潤された空気流４４は、燃料４５と混合され、
燃料４５は燃焼器４６において燃焼される。圧縮され湿
潤された空気４４は、約１０９２℃（２０００°Ｆ）を
超過しない温度に燃焼器からの燃焼ガス温度を制限する
役目をする。
方法の設計において、高圧圧縮ユニット３６は、後冷却
器も、飽和器ユニットも、これらに組合された水循環系
も、必要とせず、また利用しない。その代りに、高温の
圧縮空気流３８は、飽和器−熱回収ユニット４０に直接
に給送され、そこで圧縮空気は、スプレーノズル４２に
おいて、通路４１中の加熱された水と混合される。補給
水３９と共に中間冷却器３４において予加熱された水流
３７は、熱回収ユニット４０において更に加熱された
後、高温の圧縮空気流３８と混合される。２相の空気−
水混合物は、熱回収ユニット４０に通され、そこで水は
蒸発され、空気−蒸気混合物は過熱される。スプレーノ
ズル４２の位置は、通路４１，４３に関して変更でき、
それによって最も有利な温度パターンと最高の熱力学的
効率とが達せられる。このようにして生成した高温の圧
縮され湿潤された空気流４４は、燃料４５と混合され、
燃料４５は燃焼器４６において燃焼される。圧縮され湿
潤された空気４４は、約１０９２℃（２０００°Ｆ）を
超過しない温度に燃焼器からの燃焼ガス温度を制限する
役目をする。
【００２１】図２に示した本発明による動力発生方法
は、既知の湿潤空気ガスタービン動力発生方法に比べて
顕著な利点を供与する。この新しい設計の工程は、後冷
却器及び飽和器ユニット、また水循環系統を必要としな
いので、工程機器のための資本コストは低減される。ま
た、既知の方法は、伝熱剤として循環水を用いるので、
次の３種の温度駆動力が必要とされる。これらは、
（１）熱回収ユニットにおいての高温の排出ガスと再循
環水との間の伝熱、（２）飽和器においての入口空気に
対する排出水、並びに（３）飽和器において湿潤空気を
排出させるための高温水、である。しかし本発明による
工程設計においては、熱回収ユニット４０に水が直接に
給送されないので、これらの温度駆動力を考慮する必要
はなく、従って、熱回収ユニット４０の内部においての
空気の加湿及び加熱は、熱力学的により効率的となり、
煙道５４においての排出ガス温度は、より低いレベルに
有利に低減させることができる。そのため、本発明の工
程から排出される熱は、より少量となり、その全体的な
熱効率は、それに対応して、所望のように増大する。
は、既知の湿潤空気ガスタービン動力発生方法に比べて
顕著な利点を供与する。この新しい設計の工程は、後冷
却器及び飽和器ユニット、また水循環系統を必要としな
いので、工程機器のための資本コストは低減される。ま
た、既知の方法は、伝熱剤として循環水を用いるので、
次の３種の温度駆動力が必要とされる。これらは、
（１）熱回収ユニットにおいての高温の排出ガスと再循
環水との間の伝熱、（２）飽和器においての入口空気に
対する排出水、並びに（３）飽和器において湿潤空気を
排出させるための高温水、である。しかし本発明による
工程設計においては、熱回収ユニット４０に水が直接に
給送されないので、これらの温度駆動力を考慮する必要
はなく、従って、熱回収ユニット４０の内部においての
空気の加湿及び加熱は、熱力学的により効率的となり、
煙道５４においての排出ガス温度は、より低いレベルに
有利に低減させることができる。そのため、本発明の工
程から排出される熱は、より少量となり、その全体的な
熱効率は、それに対応して、所望のように増大する。
【００２２】図１による既知の動力発生方法は、別途の
飽和器ユニットを使用するので、熱水の温度、空気の飽
和度並びに高温の湿潤空気に対する水の含量についての
制限が存在する。しかし本発明の工程設計は、これらの
制限を除くので、空気圧縮の第２段階からの高温の圧縮
空気は、水の加熱及び蒸発のために直接に利用される。
この構成によって空気のより完全な飽和が得られるの
で、より高い湿度の圧縮空気を燃焼工程に供給でき、過
剰な空気量が低減され、圧縮仕事が節減される。この改
良は、簡略化された温度−熱伝達（Ｔ−Ｑ）線図である
図４に更に示されている。この線図において、下方の線
６０は、上方の線６２によって表わされる高温のタービ
ン排出ガス流によって加熱される空気−水の２相流（空
気流４３）を表わしている。明らかなように、本方法に
おいて、最小差動温度（△Ｔ）ピンチ点は、より高温に
おいて生じ、図１による既知の発電サイクルの値よりも
小さい。これらの理由から、本方法の熱効率は更に増大
する。従って、本発明の設計による動力発生方法は、予
期した以上の高い熱効率と低い資本コストとを望ましく
提供する。
飽和器ユニットを使用するので、熱水の温度、空気の飽
和度並びに高温の湿潤空気に対する水の含量についての
制限が存在する。しかし本発明の工程設計は、これらの
制限を除くので、空気圧縮の第２段階からの高温の圧縮
空気は、水の加熱及び蒸発のために直接に利用される。
この構成によって空気のより完全な飽和が得られるの
で、より高い湿度の圧縮空気を燃焼工程に供給でき、過
剰な空気量が低減され、圧縮仕事が節減される。この改
良は、簡略化された温度−熱伝達（Ｔ−Ｑ）線図である
図４に更に示されている。この線図において、下方の線
６０は、上方の線６２によって表わされる高温のタービ
ン排出ガス流によって加熱される空気−水の２相流（空
気流４３）を表わしている。明らかなように、本方法に
おいて、最小差動温度（△Ｔ）ピンチ点は、より高温に
おいて生じ、図１による既知の発電サイクルの値よりも
小さい。これらの理由から、本方法の熱効率は更に増大
する。従って、本発明の設計による動力発生方法は、予
期した以上の高い熱効率と低い資本コストとを望ましく
提供する。
【００２３】燃焼器及びガスタービンへの加湿空気を利
用する、この改良された動力発生方法を、限定的と解す
べきでない以下の実施例によって更に詳細に説明する。
用する、この改良された動力発生方法を、限定的と解す
べきでない以下の実施例によって更に詳細に説明する。
【００２４】実施例 本発明による動力発生方法において、空気は、最初に、
ある中間的な圧力まで加圧され、水流に対して中間的に
冷却される。次いで冷却空気は更に圧縮され、熱回収ユ
ニットへ直接通される。熱回収ユニットでは中間冷却工
程からの水流を用いて冷却空気は湿潤される。圧縮され
た湿潤空気は、ガスタービンの高温の排出ガスに対して
更に加熱され、次に、天然ガス燃料と混合されて燃焼さ
れる。結果として生じた高温の燃焼ガスは、ガスタービ
ンを経て膨張され、機械的な動力を発生させ、高温のタ
ービン排出ガスは、圧縮された湿潤空気−水流に対して
冷却された後、排気ガスは大気中に排出される。
ある中間的な圧力まで加圧され、水流に対して中間的に
冷却される。次いで冷却空気は更に圧縮され、熱回収ユ
ニットへ直接通される。熱回収ユニットでは中間冷却工
程からの水流を用いて冷却空気は湿潤される。圧縮され
た湿潤空気は、ガスタービンの高温の排出ガスに対して
更に加熱され、次に、天然ガス燃料と混合されて燃焼さ
れる。結果として生じた高温の燃焼ガスは、ガスタービ
ンを経て膨張され、機械的な動力を発生させ、高温のタ
ービン排出ガスは、圧縮された湿潤空気−水流に対して
冷却された後、排気ガスは大気中に排出される。
【００２５】本発明による動力発生方法の重要な特徴は
次の通りである。
次の通りである。
【００２６】 第１工程の圧縮 空気排出圧力 １７０ｐｓｉａ 空気排出温度 ２０４℃（４００°Ｆ） 空気の中間冷却温度 ３８℃（１００°Ｆ） 中間冷却器以降の水の温度 ３３℃（９０°Ｆ） 第２工程の圧縮 空気排出圧力 ３３０ｐｓｉａ 空気排出温度 ２３８℃（４６０°Ｆ） 熱回収ユニット 水の入口温度 ３２℃（９０°Ｆ） 空気−水混合温度 ２１０〜２１６℃（４１０〜４２０°Ｆ） 燃焼ユニットへの空気温度 ４８２℃（９００°Ｆ） タービンへのガス温度 １０３８℃（１９００°Ｆ） タービン排出ガス圧力 ５０ｐｓｉａ タービン排出ガス温度 ５３８℃（１０００°Ｆ） 大気への排出ガス温度 １２１℃（２５０°Ｆ） 本発明をその好ましい実施例について概略的に説明した
が、改変及び変更は全て上記規定する本発明の特許請求
の範囲内においてなされることが理解される。
が、改変及び変更は全て上記規定する本発明の特許請求
の範囲内においてなされることが理解される。
【図１】図１は、熱回収ユニット、燃料燃焼器及びガス
タービンに湿潤空気を供給するための別途の飽和器ユニ
ットを利用する既知の動力発生サイクルを示すフロー線
図である。
タービンに湿潤空気を供給するための別途の飽和器ユニ
ットを利用する既知の動力発生サイクルを示すフロー線
図である。
【図２】図２は、高温の圧縮された湿潤空気及び燃料を
燃焼器に供給する変更された構成及び湿潤空気−水流を
加熱するためにガスタービンの高温の排出ガスを利用す
る、本発明による動力発生方法を示すフロー線図であ
る。
燃焼器に供給する変更された構成及び湿潤空気−水流を
加熱するためにガスタービンの高温の排出ガスを利用す
る、本発明による動力発生方法を示すフロー線図であ
る。
【図３】図３は、本発明による方法において利用される
飽和器及び熱回収ユニットを示す拡大概略フロー線図で
ある。
飽和器及び熱回収ユニットを示す拡大概略フロー線図で
ある。
【図４】図４は、空気加湿−熱回収組合せユニットにお
いて高温のタービン排出ガス流によって加熱される２相
の空気−水流について温度−熱伝達を示す線図である。
いて高温のタービン排出ガス流によって加熱される２相
の空気−水流について温度−熱伝達を示す線図である。
３２ 低圧圧縮ユニット ３４ 中間冷却器 ３６ 高圧圧縮器 ４０ 熱回収ユニット ４２ スプレーノズル ４６ 燃焼器 ４８ ガスタービン
Claims (2)
- 【請求項１】 圧縮され湿潤された空気と共に燃料を燃
焼させ、ガスタービンを経て高温の燃焼ガスを膨張させ
ることによって、機械的動力を発生させる方法であっ
て、（ａ）常圧空気を第１圧力に圧縮し、水流に対して
中間段の冷却工程において圧縮空気を冷却し、該水流は
加熱し、該第１圧力からの空気は、第２のより高い圧力
に更に加圧し、この更に加圧された空気は、飽和器−熱
回収組合せユニットに直接通し、（ｂ）該飽和器−熱回
収ユニット中において対向流加湿によって、前記中間段
冷却工程からの加熱された水と、前記更に加熱された空
気とを接触させて、加圧された湿潤空気流を形成し、
（ｃ）燃焼器中において、湿潤空気流の存在下に、燃料
を燃焼させて、高温の燃焼ガスを発生させ、（ｄ）ガス
タービンを経て該高温の燃料ガスを膨張させることによ
って、高温の排出ガス流を与えると共に、機械的動力を
発生させ、（ｅ）ガスタービンの高温の排出ガス流から
熱を除去することによって、前記更に圧縮された空気及
び加熱された水を、前記飽和器−熱回収ユニットにおい
て加熱し、該熱回収ユニットからの冷却されたタービン
排出ガスを大気中に放出することから成る機械的動力発
生方法。 - 【請求項２】 圧縮され湿潤された空気と共に燃料を燃
焼させ、ガスタービンを経て、高温の生成燃焼ガスを膨
張させることによって、機械的動力を発生させる方法で
あって、（ａ）常圧空気を第１圧力に圧縮し、水流に対
して中間段の冷却工程において圧縮空気を冷却し、それ
により該水流を加熱し、該第１圧力からの空気を、第２
のより高い圧力に更に圧縮し、この更に加圧された空気
を、飽和器−熱回収組合せユニットに直接導き、（ｂ）
該飽和器−熱回収組合せユニット中において対向流加湿
によって、前記中間段冷却工程からの加熱された水及び
補助水流と、前記更に圧縮された空気とを接触させて、
加圧された湿潤空気流を形成し、（ｃ）燃焼器中におい
て、湿潤されたガス状の空気流の存在下に、燃料を燃焼
させて、約１０９３℃（２０００°Ｆ）を超過しない温
度の高温の燃焼ガスを発生させ、（ｄ）ガスタービンを
経て該高温の燃焼ガスを膨張させることによって、高温
の排出ガス流を与えると共に、空気圧縮の第１圧力段及
び第２圧力段を駆動するための機械的動力を発生させ、
（ｅ）ガスタービンの高温の排出ガス流から熱を除去す
ることによって、前記更に圧縮された空気及び加熱され
た水を、前記飽和器−熱回収ユニットにおいて加熱し、
該回収ユニットからの冷却されたタービン排出ガスを大
気中に放出することから成る機械的動力発生方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/359,270 | 1994-12-19 | ||
| US08/359,270 US5513488A (en) | 1994-12-19 | 1994-12-19 | Power process utilizing humidified combusted air to gas turbine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08232684A true JPH08232684A (ja) | 1996-09-10 |
Family
ID=23413096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7327096A Pending JPH08232684A (ja) | 1994-12-19 | 1995-12-15 | 機械的動力発生方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5513488A (ja) |
| EP (1) | EP0718472A1 (ja) |
| JP (1) | JPH08232684A (ja) |
| CN (1) | CN1129768A (ja) |
| AU (1) | AU4050395A (ja) |
| CA (1) | CA2165280A1 (ja) |
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