JPH08338262A - ガスタービンシステム - Google Patents
ガスタービンシステムInfo
- Publication number
- JPH08338262A JPH08338262A JP14710295A JP14710295A JPH08338262A JP H08338262 A JPH08338262 A JP H08338262A JP 14710295 A JP14710295 A JP 14710295A JP 14710295 A JP14710295 A JP 14710295A JP H08338262 A JPH08338262 A JP H08338262A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- air
- liquid nitrogen
- combustor
- compressor
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【構成】石炭ガス化複合発電所や鉄鋼プラント等で、大
規模な酸素製造設備を必要とする場合に、副生成物とし
て製造される液体窒素を、液体状態で高圧にして貯蔵タ
ンク１に貯えてからガスタービンの燃焼器４に供給す
る。 【効果】ガスタービンで用いるガスの一部または全部を
液体状態で高圧にすることで、気体で高圧にするのと比
較して、必要な動力が大幅に減少できるので、ガスター
ビンシステムの効率を大幅に向上できる。
規模な酸素製造設備を必要とする場合に、副生成物とし
て製造される液体窒素を、液体状態で高圧にして貯蔵タ
ンク１に貯えてからガスタービンの燃焼器４に供給す
る。 【効果】ガスタービンで用いるガスの一部または全部を
液体状態で高圧にすることで、気体で高圧にするのと比
較して、必要な動力が大幅に減少できるので、ガスター
ビンシステムの効率を大幅に向上できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービンシステムに
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にガスタービンでは、先ず空気を圧
縮して高圧にした後、燃料油またはガスと混合して燃焼
させることで、高温で高圧のガスを得る。この高圧ガス
を用いてガスタービンを回転させて、電気を発生する。
しかし、発生する電気エネルギの半分近くを空気の圧縮
に用いる必要があるために、必ずしも効率が良く無い。
これは、圧縮の仕事量が（圧力×体積変化）に比例する
ので、空気のように気体を圧縮する場合には、体積変化
が大きいので必要とする機械的なエネルギが大きくな
る。
縮して高圧にした後、燃料油またはガスと混合して燃焼
させることで、高温で高圧のガスを得る。この高圧ガス
を用いてガスタービンを回転させて、電気を発生する。
しかし、発生する電気エネルギの半分近くを空気の圧縮
に用いる必要があるために、必ずしも効率が良く無い。
これは、圧縮の仕事量が（圧力×体積変化）に比例する
ので、空気のように気体を圧縮する場合には、体積変化
が大きいので必要とする機械的なエネルギが大きくな
る。
【０００３】一方、蒸気タービンではタービンをでた水
蒸気は、冷却して水に戻し液体の状態で高圧にするの
で、同一の温度差のガスタービンよりも大きな熱効率を
得ることができる。したがって、ガスタービンではター
ビン前後の温度差を蒸気タービンより２倍以上も大きく
して効率を高めている。液体状態で高圧にできれば効率
を向上できるので、これを実現する方策として液体状態
で水を高圧に加圧して、燃焼室に吹き込み高温の燃焼ガ
スと接触させることで高温，高圧の水蒸気を製造してか
ら、ガスタービンを回転させる方式が提案されている。
蒸気は、冷却して水に戻し液体の状態で高圧にするの
で、同一の温度差のガスタービンよりも大きな熱効率を
得ることができる。したがって、ガスタービンではター
ビン前後の温度差を蒸気タービンより２倍以上も大きく
して効率を高めている。液体状態で高圧にできれば効率
を向上できるので、これを実現する方策として液体状態
で水を高圧に加圧して、燃焼室に吹き込み高温の燃焼ガ
スと接触させることで高温，高圧の水蒸気を製造してか
ら、ガスタービンを回転させる方式が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】燃焼ガス中に水を注入
する場合には、次の２点の問題がある。１）水の蒸発潜
熱が約２４００ｋＪ／kgと大きく、このエネルギはター
ビンでも発電には利用できないので効率の向上が少な
い。２）注入した水はタービンを出た後、煙突から大気
に放出されるので、大量の水を製造する設備を別に必要
とする。
する場合には、次の２点の問題がある。１）水の蒸発潜
熱が約２４００ｋＪ／kgと大きく、このエネルギはター
ビンでも発電には利用できないので効率の向上が少な
い。２）注入した水はタービンを出た後、煙突から大気
に放出されるので、大量の水を製造する設備を別に必要
とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】石炭ガス化複合発電所や
鉄鋼プラントで必要となる大量の酸素を空気から製造す
る場合に、その副生成物として液体窒素が生成できる。
この液体窒素の一部は冷却媒体として用いられるが、大
部分は不要なものである。この液体窒素を高圧に加圧し
てガスタービンの燃焼室に供給することで、圧縮機の必
要動力を減らし、ガスタービンの効率を向上させるもの
である。
鉄鋼プラントで必要となる大量の酸素を空気から製造す
る場合に、その副生成物として液体窒素が生成できる。
この液体窒素の一部は冷却媒体として用いられるが、大
部分は不要なものである。この液体窒素を高圧に加圧し
てガスタービンの燃焼室に供給することで、圧縮機の必
要動力を減らし、ガスタービンの効率を向上させるもの
である。
【０００６】
【作用】機械工学便覧によれば、圧縮機と燃焼器，ター
ビンだけで構成される単純な開放サイクルのガスタービ
ンにおける熱効率ηは、動作ガスが理想気体とした場合
には数１で表される。
ビンだけで構成される単純な開放サイクルのガスタービ
ンにおける熱効率ηは、動作ガスが理想気体とした場合
には数１で表される。
【０００７】
【数１】 ηａ＝{ηｔτ(１−ψ-m)−(ψm−１)／ηｃ} ／{τ−(１＋(ψm−１)／ηｃ)} …（数１） ここで、ηｔ：ガスタービン効率 ηｃ：圧縮機効率 τ ：温度比（タービン入口温度／圧縮機入口温度） ψ ：圧力比 ｍ＝（κ−１）／κ κ ：比熱比 いま、ガスタービンと圧縮機の効率が０.８５，温度比
が４.３，圧力比が１０，比熱比が１.４ とすると、数
１より熱効率は３０％になる。
が４.３，圧力比が１０，比熱比が１.４ とすると、数
１より熱効率は３０％になる。
【０００８】一般に燃焼器で天然ガスと混合する空気量
は、燃焼に必要な理論空気量の２倍以上である。これ
は、理論空気量で燃焼させると、ガス温度が３０００℃
を越えるために、燃焼器やガスタービンに使用される金
属材料の耐熱温度を大きく越えるためである。したがっ
て、燃焼に必要な理論空気だけを圧縮機で供給し、単に
温度を抑制するために加えている空気の代わりに、液体
窒素を高圧にして燃焼器に供給する。この結果、数１に
おいて圧縮機の動力に対応する｛（ψm−１）／η
ｃ）｝が半分以下にできるので、ガスタービンの効率が
大幅に向上することになる。
は、燃焼に必要な理論空気量の２倍以上である。これ
は、理論空気量で燃焼させると、ガス温度が３０００℃
を越えるために、燃焼器やガスタービンに使用される金
属材料の耐熱温度を大きく越えるためである。したがっ
て、燃焼に必要な理論空気だけを圧縮機で供給し、単に
温度を抑制するために加えている空気の代わりに、液体
窒素を高圧にして燃焼器に供給する。この結果、数１に
おいて圧縮機の動力に対応する｛（ψm−１）／η
ｃ）｝が半分以下にできるので、ガスタービンの効率が
大幅に向上することになる。
【０００９】
【実施例】図１を基に、石炭ガス化複合発電所で本発明
を実施した場合を説明する。石炭のガス化には多量の酸
素を必要とするので、空気を冷却して液化し、沸騰温度
の違いから液体酸素と液体窒素を製造する。液体酸素は
石炭のガス化に使用し、液体窒素はタンク１に−２００
℃以下で貯蔵する。タンク１は、外部からの熱流入を抑
制するために、多重のステンレスで構成される。タンク
１には安全弁２が設けられ、外部からの熱により沸騰し
た窒素を大気に放出することで、内部の圧力上昇を抑制
している。
を実施した場合を説明する。石炭のガス化には多量の酸
素を必要とするので、空気を冷却して液化し、沸騰温度
の違いから液体酸素と液体窒素を製造する。液体酸素は
石炭のガス化に使用し、液体窒素はタンク１に−２００
℃以下で貯蔵する。タンク１は、外部からの熱流入を抑
制するために、多重のステンレスで構成される。タンク
１には安全弁２が設けられ、外部からの熱により沸騰し
た窒素を大気に放出することで、内部の圧力上昇を抑制
している。
【００１０】発電システムは、圧縮機３と燃焼器４，ガ
スタービン５を主要機器として構成している。圧縮機と
ガスタービンは同一のシャフトで結合し、これは発電機
６を動かしている。燃焼器４で燃焼する液化天然ガス
は、タンク７に貯蔵されており昇圧ポンプ８で１０ata
の高圧にしてから供給される。この天然ガスを燃焼させ
る空気は、大気を圧縮機３で１０ata に高圧したものを
用いる。空気量は理論混合比の１.１ 倍とする。
スタービン５を主要機器として構成している。圧縮機と
ガスタービンは同一のシャフトで結合し、これは発電機
６を動かしている。燃焼器４で燃焼する液化天然ガス
は、タンク７に貯蔵されており昇圧ポンプ８で１０ata
の高圧にしてから供給される。この天然ガスを燃焼させ
る空気は、大気を圧縮機３で１０ata に高圧したものを
用いる。空気量は理論混合比の１.１ 倍とする。
【００１１】燃焼器に供給する液体窒素は、液体窒素加
圧ポンプ９で１５ata まで昇圧した後、先ず冷却器１０
で圧縮機３に流入する空気を冷やす。圧縮機３の動力は
空気体積が小さいほど少なくて済むので、冷却すること
で必要な圧縮機の動力を少なくできる。冷却器１０を出
た液体窒素は、加熱器１１でガスタービン５を出たガス
と熱交換をし、蒸発して窒素ガスになる。冷却器１０及
び加熱器１１の中での配管粘性圧力損失で窒素ガスの圧
力は低下するが、十分に燃焼器４の圧力より高いので、
燃焼器４の入口で空気と混合できる。
圧ポンプ９で１５ata まで昇圧した後、先ず冷却器１０
で圧縮機３に流入する空気を冷やす。圧縮機３の動力は
空気体積が小さいほど少なくて済むので、冷却すること
で必要な圧縮機の動力を少なくできる。冷却器１０を出
た液体窒素は、加熱器１１でガスタービン５を出たガス
と熱交換をし、蒸発して窒素ガスになる。冷却器１０及
び加熱器１１の中での配管粘性圧力損失で窒素ガスの圧
力は低下するが、十分に燃焼器４の圧力より高いので、
燃焼器４の入口で空気と混合できる。
【００１２】本実施例において、窒素ガスの量を空気量
と同一とすると、数１より熱効率は４４％となり、約
１.５ 倍熱効率が増加できる。
と同一とすると、数１より熱効率は４４％となり、約
１.５ 倍熱効率が増加できる。
【００１３】図１の実施例では石炭ガス化複合発電所に
適用した場合について記載したが、鉄鋼プラントのよう
に多量の酸素が必要とするために、副生成物として多量
の液体窒素が得られるプラントにも適用することができ
る。
適用した場合について記載したが、鉄鋼プラントのよう
に多量の酸素が必要とするために、副生成物として多量
の液体窒素が得られるプラントにも適用することができ
る。
【００１４】また、酸素は大気から取り入れ、窒素のみ
を液相で加圧したが、空気全てを液化して供給すること
も考えられる。先ず、夜間に余剰の電力を用いて、空気
を液化して貯蔵する。そして、昼間に液体空気を加圧し
たのち、タービンからの廃棄ガスと熱交換して高圧の空
気として、燃焼器に供給して天然ガスを燃焼させ、生成
した高温，高圧ガスでタービンを回転させて電気を起こ
す。本方式によれば圧縮機を完全に無くせるので、熱効
率が更に高くなり、設備も簡素化することが可能にな
る。
を液相で加圧したが、空気全てを液化して供給すること
も考えられる。先ず、夜間に余剰の電力を用いて、空気
を液化して貯蔵する。そして、昼間に液体空気を加圧し
たのち、タービンからの廃棄ガスと熱交換して高圧の空
気として、燃焼器に供給して天然ガスを燃焼させ、生成
した高温，高圧ガスでタービンを回転させて電気を起こ
す。本方式によれば圧縮機を完全に無くせるので、熱効
率が更に高くなり、設備も簡素化することが可能にな
る。
【００１５】液体窒素を燃焼器に供給したが、その一部
をガスタービンのブレード内を通して、タービンに供給
することもできる。一般にガスタービンの入口温度はタ
ービン材質の耐熱温度より高いので、タービンは内部を
空気または水を通すことに冷却する必要があるが、液体
窒素を通せば蒸発潜熱も使用できるので、冷却効率をあ
げることができる。
をガスタービンのブレード内を通して、タービンに供給
することもできる。一般にガスタービンの入口温度はタ
ービン材質の耐熱温度より高いので、タービンは内部を
空気または水を通すことに冷却する必要があるが、液体
窒素を通せば蒸発潜熱も使用できるので、冷却効率をあ
げることができる。
【００１６】
【発明の効果】本発明により、ガスタービンで用いるガ
スの一部または全部を液体状態で高圧にすることで、気
体で高圧にするのと比較して、必要な動力が大幅に減少
できるので、ガスタービンシステムの効率を大幅に向上
できる。
スの一部または全部を液体状態で高圧にすることで、気
体で高圧にするのと比較して、必要な動力が大幅に減少
できるので、ガスタービンシステムの効率を大幅に向上
できる。
【図１】本発明の実施例を適用した発電システムのブロ
ック図。
ック図。
１…液体窒素貯蔵タンク、４…燃焼器、５…タービン。
Claims (1)
- 【請求項１】気体および液体燃料を高圧で燃焼させ、そ
の高温ガスを用いてタービンを回転させて電気を発生さ
せるガスタービンシステムにおいて、液体窒素または液
体空気、および両者の混合物を液体状態で高圧に加圧し
た後、直接またいったん加熱した後に、燃焼器またはタ
ービンに供給することを特徴とするガスタービンシステ
ム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14710295A JPH08338262A (ja) | 1995-06-14 | 1995-06-14 | ガスタービンシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14710295A JPH08338262A (ja) | 1995-06-14 | 1995-06-14 | ガスタービンシステム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08338262A true JPH08338262A (ja) | 1996-12-24 |
Family
ID=15422557
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14710295A Pending JPH08338262A (ja) | 1995-06-14 | 1995-06-14 | ガスタービンシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08338262A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021011969A (ja) * | 2019-07-05 | 2021-02-04 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 冷却塔 |
-
1995
- 1995-06-14 JP JP14710295A patent/JPH08338262A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021011969A (ja) * | 2019-07-05 | 2021-02-04 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 冷却塔 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0676532B1 (en) | Steam injected gas turbine system with topping steam turbine | |
| JP3681434B2 (ja) | コージェネレーション装置およびコンバインドサイクル発電装置 | |
| JP2898290B2 (ja) | 機械的エネルギ発生装置 | |
| KR20180044377A (ko) | 내포된 이산화탄소(co2) 사이클들을 이용하는 동력 생산을 위한 시스템들 및 방법들 | |
| JPH09510276A (ja) | ガス及び蒸気タービン複合プラントの運転方法並びにこの方法により作動するプラント | |
| JP4094185B2 (ja) | 冷熱利用発電システム | |
| JP2002097965A (ja) | 冷熱利用発電システム | |
| EP2132415A2 (en) | Arrangement with a steam turbine and a condenser for feedwater preheating | |
| KR101936327B1 (ko) | 초임계 이산화탄소 발전 사이클을 적용한 열병합 발전 시스템 | |
| PL121010B1 (en) | Installation for transformation of lpg into gaseous state sostojanie | |
| US6467273B1 (en) | Method for producing electrical power | |
| Allen et al. | Gas turbine cogeneration—principles and practice | |
| US8733109B2 (en) | Combined fuel and air staged power generation system | |
| JPH11200884A (ja) | ガスタービン設備、及び同ガスタービン設備を含む液化天然ガス複合サイクル発電プラント | |
| JPS61201831A (ja) | 動力発生法 | |
| JPH08338262A (ja) | ガスタービンシステム | |
| JPH11270347A (ja) | Ｌｎｇを用いるガスタービンコンバインド発電装置 | |
| JPS55134716A (en) | Gas-turbine system | |
| JPH09144561A (ja) | 水素燃焼ガスタービンプラント | |
| RU2310765C1 (ru) | Способ выработки электроэнергии | |
| JP2002242700A (ja) | ウルトラタービン | |
| JPH10325336A (ja) | ガスタービン発電システム | |
| JPH10231710A (ja) | ガスタービン発電装置 | |
| JPH0323807B2 (ja) | ||
| RU2814174C1 (ru) | Кислородно-топливная энергоустановка для совместного производства электроэнергии и водорода |