JPH10103080A - ガスタービンサイクル - Google Patents
ガスタービンサイクルInfo
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- JPH10103080A JPH10103080A JP25987896A JP25987896A JPH10103080A JP H10103080 A JPH10103080 A JP H10103080A JP 25987896 A JP25987896 A JP 25987896A JP 25987896 A JP25987896 A JP 25987896A JP H10103080 A JPH10103080 A JP H10103080A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 設備コストを最小限に抑えながら、熱効率の
向上を図る。 【解決手段】 圧縮機Ｃにより空気を圧縮して燃焼器Ｃ
ＯＢに送り込み、燃焼器ＣＯＢにて圧縮空気に燃料を混
合して燃焼を行わせ、この燃焼ガスをタービンＴに導入
して膨脹させ、タービンＴの回転より機械的出力を得る
ガスタービンサイクルにおいて、圧縮機Ｃに蒸発による
中間冷却が可能なように直接水噴射する手段３００を設
けると共に、該手段３００による水噴射量を水噴射箇所
の作動流体の圧力に応じて制御する制御手段３１０を設
けた。
向上を図る。 【解決手段】 圧縮機Ｃにより空気を圧縮して燃焼器Ｃ
ＯＢに送り込み、燃焼器ＣＯＢにて圧縮空気に燃料を混
合して燃焼を行わせ、この燃焼ガスをタービンＴに導入
して膨脹させ、タービンＴの回転より機械的出力を得る
ガスタービンサイクルにおいて、圧縮機Ｃに蒸発による
中間冷却が可能なように直接水噴射する手段３００を設
けると共に、該手段３００による水噴射量を水噴射箇所
の作動流体の圧力に応じて制御する制御手段３１０を設
けた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンサイ
クルに関する。
クルに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のガスタービンにおいては、圧縮機
の中間段に熱交換器（中間冷却器）を配設し、圧縮空気
を冷却水を用いて間接冷却することで、効率アップを図
る方式が多く採用されている。
の中間段に熱交換器（中間冷却器）を配設し、圧縮空気
を冷却水を用いて間接冷却することで、効率アップを図
る方式が多く採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の間接冷
却方式は、熱交換器が必要な上、作動流体に対する冷却
効果が低く、効率向上に限界があった。
却方式は、熱交換器が必要な上、作動流体に対する冷却
効果が低く、効率向上に限界があった。
【０００４】本発明は、上記事情を考慮し、設備コスト
を最小限に抑えながら、熱効率の向上を図ることができ
るガスタービンサイクルを提供することを目的とする。
を最小限に抑えながら、熱効率の向上を図ることができ
るガスタービンサイクルを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明のガスタ
ービンサイクルは、圧縮機により空気を圧縮して燃焼器
に送り込み、燃焼器にて圧縮空気に燃料を混合して燃焼
を行わせ、この燃焼ガスをタービンに導入して膨脹さ
せ、タービンの回転より機械的出力を得るガスタービン
サイクルにおいて、前記圧縮機に蒸発による中間冷却が
可能なように直接水噴射する手段を設けると共に、該手
段による水噴射量を水噴射箇所の作動流体の圧力に応じ
て制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
ービンサイクルは、圧縮機により空気を圧縮して燃焼器
に送り込み、燃焼器にて圧縮空気に燃料を混合して燃焼
を行わせ、この燃焼ガスをタービンに導入して膨脹さ
せ、タービンの回転より機械的出力を得るガスタービン
サイクルにおいて、前記圧縮機に蒸発による中間冷却が
可能なように直接水噴射する手段を設けると共に、該手
段による水噴射量を水噴射箇所の作動流体の圧力に応じ
て制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
【０００６】請求項２の発明のガスタービンサイクルで
は、請求項１の制御手段が、噴射水の蒸発により作動流
体が冷却される温度がその圧力での飽和蒸気温度以上と
なるように水噴射量を制御することを特徴とする。
は、請求項１の制御手段が、噴射水の蒸発により作動流
体が冷却される温度がその圧力での飽和蒸気温度以上と
なるように水噴射量を制御することを特徴とする。
【０００７】請求項３の発明のガスタービンサイクル
は、請求項１または２において、タービンの排熱により
３種以上の異なった圧力の蒸気を発生させる蒸気発生手
段を設け、該手段の発生した蒸気のうちの少なくとも１
種の蒸気を前記圧縮機の水噴射箇所よりも高圧部側に中
間冷却が可能なように噴射させると共に、残る少なくと
も１種の蒸気を燃焼器の直前に噴射させ、さらに残る少
なくとも１種の蒸気をタービンに噴射させることを特徴
とする。
は、請求項１または２において、タービンの排熱により
３種以上の異なった圧力の蒸気を発生させる蒸気発生手
段を設け、該手段の発生した蒸気のうちの少なくとも１
種の蒸気を前記圧縮機の水噴射箇所よりも高圧部側に中
間冷却が可能なように噴射させると共に、残る少なくと
も１種の蒸気を燃焼器の直前に噴射させ、さらに残る少
なくとも１種の蒸気をタービンに噴射させることを特徴
とする。
【０００８】請求項４の発明のガスタービンサイクル
は、請求項３において、圧縮機の中圧部と高圧部の間に
前記蒸気を噴射させると共に、低圧部と中圧部の間に前
記水を噴射させることを特徴とする。また、請求項５の
発明のガスタービンサイクルは、請求項４において、圧
縮機の低圧部と中圧部の間に加熱水を噴射させることを
特徴とする。
は、請求項３において、圧縮機の中圧部と高圧部の間に
前記蒸気を噴射させると共に、低圧部と中圧部の間に前
記水を噴射させることを特徴とする。また、請求項５の
発明のガスタービンサイクルは、請求項４において、圧
縮機の低圧部と中圧部の間に加熱水を噴射させることを
特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明の実施形態のガスター
ビンサイクルの系統図である。このガスタービンサイク
ルは、ガスタービンＧＴと、ガスタービンＧＴの排熱を
利用して蒸気を発生させる多段式の排熱ボイラ（蒸気発
生手段）Ｅと、発生させた蒸気をガスタービンＧＴの各
所に分配供給する配管系ＰＳとを備えている。ガスター
ビンＧＴは、入口クーラＥＶＡを通して大気中より吸入
した空気を圧縮する圧縮機Ｃと、圧縮空気に燃料を混合
して燃焼を行わせる燃焼器ＣＯＢと、燃焼ガスを導入し
て膨脹させることで回転出力を発生するタービンＴとか
らなる。
基づいて説明する。図１は本発明の実施形態のガスター
ビンサイクルの系統図である。このガスタービンサイク
ルは、ガスタービンＧＴと、ガスタービンＧＴの排熱を
利用して蒸気を発生させる多段式の排熱ボイラ（蒸気発
生手段）Ｅと、発生させた蒸気をガスタービンＧＴの各
所に分配供給する配管系ＰＳとを備えている。ガスター
ビンＧＴは、入口クーラＥＶＡを通して大気中より吸入
した空気を圧縮する圧縮機Ｃと、圧縮空気に燃料を混合
して燃焼を行わせる燃焼器ＣＯＢと、燃焼ガスを導入し
て膨脹させることで回転出力を発生するタービンＴとか
らなる。
【００１０】圧縮機Ｃ及びタービンＴはそれぞれ多段構
成とされ、圧縮機Ｃは、低圧圧縮機ＬＰＣ、中圧圧縮機
ＭＰＣ、高圧圧縮機ＨＰＣからなり、タービンＴは、低
圧タービンＬＰＴ、中圧タービンＭＰＴ、高圧タービン
ＨＰＴ及び出力タービンＰＷＴからなる。各圧の圧縮機
ＬＰＣ、ＭＰＣ、ＨＰＣは各圧のタービンＬＰＴ、ＭＰ
Ｔ、ＨＰＴと、独立した軸によりそれぞれに直結されて
いる。出力タービンＰＷＴは、各圧のタービンＬＰＴ、
ＭＰＴ、ＨＰＴから独立しており、発電機ＧＥＮに直結
されている。圧縮空気は、低圧圧縮機ＬＰＣ、中圧圧縮
機ＭＰＣ、高圧ＨＰＣを順に経て、燃焼器ＣＯＢに送り
込まれ、燃焼ガスは、高圧タービンＨＰＴ、中圧タービ
ンＭＰＴ、低圧タービンＬＰＴ、出力タービンＰＷＴに
順次導入される。出力タービンＰＷＴより出た排気ガス
は、排熱ボイラＥ内の排気ガス通路２００を通った後、
煙突２０１より大気中へ放出される。
成とされ、圧縮機Ｃは、低圧圧縮機ＬＰＣ、中圧圧縮機
ＭＰＣ、高圧圧縮機ＨＰＣからなり、タービンＴは、低
圧タービンＬＰＴ、中圧タービンＭＰＴ、高圧タービン
ＨＰＴ及び出力タービンＰＷＴからなる。各圧の圧縮機
ＬＰＣ、ＭＰＣ、ＨＰＣは各圧のタービンＬＰＴ、ＭＰ
Ｔ、ＨＰＴと、独立した軸によりそれぞれに直結されて
いる。出力タービンＰＷＴは、各圧のタービンＬＰＴ、
ＭＰＴ、ＨＰＴから独立しており、発電機ＧＥＮに直結
されている。圧縮空気は、低圧圧縮機ＬＰＣ、中圧圧縮
機ＭＰＣ、高圧ＨＰＣを順に経て、燃焼器ＣＯＢに送り
込まれ、燃焼ガスは、高圧タービンＨＰＴ、中圧タービ
ンＭＰＴ、低圧タービンＬＰＴ、出力タービンＰＷＴに
順次導入される。出力タービンＰＷＴより出た排気ガス
は、排熱ボイラＥ内の排気ガス通路２００を通った後、
煙突２０１より大気中へ放出される。
【００１１】排熱ボイラＥには、排気ガス通路２００の
上流側から下流側に向かって順に、高圧ボイラＨＰＥ、
中圧ボイラＭＰＥ、低中圧ボイラＩＰＥ、低圧ボイラＬ
ＰＥが４段（３段以上）に設けられ、最下流部には節炭
器ＥＣＯが設けられている。節炭器ＥＣＯの入口には、
原水貯槽２５０からの給水管２５１が接続され、節炭器
ＥＣＯの出口配管２５２は、それぞれ各圧のボイラＨＰ
Ｅ、ＭＰＥ、ＩＰＥ、ＬＰＥの入口に接続されている。
そして、配管系ＰＳを構成している各圧のボイラＨＰ
Ｅ、ＭＰＥ、ＩＰＥ、ＬＰＥの蒸気配管（出口配管）２
６１、２６２、２６３、２６４が、ガスタービンＧＴの
各所に接続されている。
上流側から下流側に向かって順に、高圧ボイラＨＰＥ、
中圧ボイラＭＰＥ、低中圧ボイラＩＰＥ、低圧ボイラＬ
ＰＥが４段（３段以上）に設けられ、最下流部には節炭
器ＥＣＯが設けられている。節炭器ＥＣＯの入口には、
原水貯槽２５０からの給水管２５１が接続され、節炭器
ＥＣＯの出口配管２５２は、それぞれ各圧のボイラＨＰ
Ｅ、ＭＰＥ、ＩＰＥ、ＬＰＥの入口に接続されている。
そして、配管系ＰＳを構成している各圧のボイラＨＰ
Ｅ、ＭＰＥ、ＩＰＥ、ＬＰＥの蒸気配管（出口配管）２
６１、２６２、２６３、２６４が、ガスタービンＧＴの
各所に接続されている。
【００１２】ここでは、各圧ボイラＨＰＥ、ＭＰＥ、Ｉ
ＰＥ、ＬＰＥは次の圧力の蒸気を発生するようになって
いる。 高圧ボイラＨＰＥ ＝８．５ＭＰａ（メガパスカル） 中圧ボイラＭＰＥ ＝５．０ＭＰａ 低中圧ボイラＩＰＥ＝２．７ＭＰａ 低圧ボイラＬＰＥ ＝１．３５ＭＰａ
ＰＥ、ＬＰＥは次の圧力の蒸気を発生するようになって
いる。 高圧ボイラＨＰＥ ＝８．５ＭＰａ（メガパスカル） 中圧ボイラＭＰＥ ＝５．０ＭＰａ 低中圧ボイラＩＰＥ＝２．７ＭＰａ 低圧ボイラＬＰＥ ＝１．３５ＭＰａ
【００１３】そして、高圧ボイラＨＰＥの８．５ＭＰａ
の蒸気は燃焼器ＣＯＢの直前に、中圧ボイラＭＰＥの
５．０ＭＰａの蒸気は高圧タービンＨＰＴの出口に、低
中圧ボイラＩＰＥの２．７ＭＰａの蒸気は中圧圧縮機Ｍ
ＰＣと高圧圧縮機ＨＰＣの間、及び中圧タービンＭＰＴ
の出口に、低圧ボイラＬＰＥの１．３５ＭＰａの蒸気は
出力タービンＰＷＴの前にそれぞれ噴射させ、各個所で
作動流体中に直接蒸気を混合させるようになっている。
の蒸気は燃焼器ＣＯＢの直前に、中圧ボイラＭＰＥの
５．０ＭＰａの蒸気は高圧タービンＨＰＴの出口に、低
中圧ボイラＩＰＥの２．７ＭＰａの蒸気は中圧圧縮機Ｍ
ＰＣと高圧圧縮機ＨＰＣの間、及び中圧タービンＭＰＴ
の出口に、低圧ボイラＬＰＥの１．３５ＭＰａの蒸気は
出力タービンＰＷＴの前にそれぞれ噴射させ、各個所で
作動流体中に直接蒸気を混合させるようになっている。
【００１４】また、原水貯槽２５０からの水を純粋貯槽
２７０を介して、低圧圧縮機ＬＰＣと中圧圧縮機ＭＰＣ
の間に配された水噴射手段３００により、直接作動流体
（ここでは圧縮空気）中に噴射させ、作動流体を噴射水
の蒸発冷却により中間冷却するようになっている。この
場合、噴射水量を適切にコントロールできるように、水
噴射手段３００には噴射水量の制御手段３１０が付設さ
れている。そして、この制御手段３１０は、噴射水の蒸
発によって作動流体が冷却される温度が、その圧力での
飽和蒸気温度よりも４〜５度程度高くなるように水噴射
量を制御する。
２７０を介して、低圧圧縮機ＬＰＣと中圧圧縮機ＭＰＣ
の間に配された水噴射手段３００により、直接作動流体
（ここでは圧縮空気）中に噴射させ、作動流体を噴射水
の蒸発冷却により中間冷却するようになっている。この
場合、噴射水量を適切にコントロールできるように、水
噴射手段３００には噴射水量の制御手段３１０が付設さ
れている。そして、この制御手段３１０は、噴射水の蒸
発によって作動流体が冷却される温度が、その圧力での
飽和蒸気温度よりも４〜５度程度高くなるように水噴射
量を制御する。
【００１５】その理由は以下の通りである。即ち、低圧
圧縮機ＬＰＣの出口において中間冷却を行うに際し、水
噴射量は多ければ多いほどサイクル効率は向上する。し
かしながら、必要以上に水噴射しても、飽和蒸気量以上
の噴射水があると、それが主流空気内に液滴となって残
り、この液滴が高圧段側の圧縮機に流れ込んだ場合、高
圧段の動・静翼に衝突してエロージョンを引き起こし、
結果的に、ガスタービンに不具合な現象を招くことにな
る。そこで、本実施形態のガスタービンサイクルでは、
噴射水の蒸発冷却により主流混合ガス（空気＋水）の冷
却される温度が、そのときの圧力における飽和蒸気温度
以上となるように噴射水量を演算し制御するのである。
圧縮機ＬＰＣの出口において中間冷却を行うに際し、水
噴射量は多ければ多いほどサイクル効率は向上する。し
かしながら、必要以上に水噴射しても、飽和蒸気量以上
の噴射水があると、それが主流空気内に液滴となって残
り、この液滴が高圧段側の圧縮機に流れ込んだ場合、高
圧段の動・静翼に衝突してエロージョンを引き起こし、
結果的に、ガスタービンに不具合な現象を招くことにな
る。そこで、本実施形態のガスタービンサイクルでは、
噴射水の蒸発冷却により主流混合ガス（空気＋水）の冷
却される温度が、そのときの圧力における飽和蒸気温度
以上となるように噴射水量を演算し制御するのである。
【００１６】その場合の水噴射量は次のように求めるこ
とができる。まず、ここでは各符号を以下のように定義
する。 主流空気流量 Wa(kg/s) 主流空気温度 Ta(K) :Ta=288*Pa^m （通常計測） 主流空気圧力 Pa(kPa) 噴射水量 Ws(kg/ｓ) :X=Ws/Wa 噴射水温度 Tw(K) :298K 空気定圧比熱 Ca(kJ/kg/K) :1.0 水 定圧比熱 Cw(kJ/kg/K) :4.0 蒸気定圧比熱 Cs(kJ/kg/K) :2.0 水蒸気潜熱 Ls(kJ/kg) 飽和蒸気温度 Ts(K) 飽和蒸気圧力 Ps(kPa)
とができる。まず、ここでは各符号を以下のように定義
する。 主流空気流量 Wa(kg/s) 主流空気温度 Ta(K) :Ta=288*Pa^m （通常計測） 主流空気圧力 Pa(kPa) 噴射水量 Ws(kg/ｓ) :X=Ws/Wa 噴射水温度 Tw(K) :298K 空気定圧比熱 Ca(kJ/kg/K) :1.0 水 定圧比熱 Cw(kJ/kg/K) :4.0 蒸気定圧比熱 Cs(kJ/kg/K) :2.0 水蒸気潜熱 Ls(kJ/kg) 飽和蒸気温度 Ts(K) 飽和蒸気圧力 Ps(kPa)
【００１７】そうすると、混合前後のエネルギーバラン
スから次の式が成立する。 Wa*Ca*Ta+ Ws(Cw*Tw-Lｓ)=(Wa*Ca+Ws*Cs)Ts
スから次の式が成立する。 Wa*Ca*Ta+ Ws(Cw*Tw-Lｓ)=(Wa*Ca+Ws*Cs)Ts
【００１８】上記の妥当な推定式・値から、上の式は次
のように書き換えられる。 Ta+X(4*298-Ls)=(1+2*X)Ts (1) 一方、主流混合ガス中の蒸気分圧はモル分率で決定さ
れ、次の式で表される。 Ps=Pa*X/(1+X) (2) また、蒸気の飽和圧力(Ps)・温度(Ts)・潜熱(Ls)は次の
関数で表示される。 Ts=F(Ps) Ls=G(Ps)
のように書き換えられる。 Ta+X(4*298-Ls)=(1+2*X)Ts (1) 一方、主流混合ガス中の蒸気分圧はモル分率で決定さ
れ、次の式で表される。 Ps=Pa*X/(1+X) (2) また、蒸気の飽和圧力(Ps)・温度(Ts)・潜熱(Ls)は次の
関数で表示される。 Ts=F(Ps) Ls=G(Ps)
【００１９】これらを(1) 式に代入することで、次のよ
うになる。 Ta+X(4*298-G(Ps))=(1+2*X)F(Ps) (1-1)
うになる。 Ta+X(4*298-G(Ps))=(1+2*X)F(Ps) (1-1)
【００２０】(1-1) 式および(2) 式にてTaおよびPaは測
定するものであって既知数であり、未知数はPsおよびX
となるので、２元連立方程式として簡単に解が求められ
る。
定するものであって既知数であり、未知数はPsおよびX
となるので、２元連立方程式として簡単に解が求められ
る。
【００２１】ここで、水噴射量は空気流量との比率X で
求められたので、空気流量さえ設定できれば、水噴射量
は決定される。
求められたので、空気流量さえ設定できれば、水噴射量
は決定される。
【００２２】通常は、ガスタービンサイクルでは空気流
量を測定しないので、性能パラメータから算出する。一
般的な方法としては、タービンでの流れは閉塞状態にあ
るので、修正流量一定として次の式が適用される。W4*T
4^0.5/P4= Const.
量を測定しないので、性能パラメータから算出する。一
般的な方法としては、タービンでの流れは閉塞状態にあ
るので、修正流量一定として次の式が適用される。W4*T
4^0.5/P4= Const.
【００２３】ただし、ここでは、 夕一ビン入口温度 T4 (K) 夕一ビン入口圧力 P4 (kPa) :P4=n*P3 高圧圧縮機出口圧力 P3 (kPa) 夕一ビン流量 W4 (kg/s) :W4=k*Wa である。
【００２４】即ち、圧縮機出口流量Waは間接的にT4およ
びP3の測定値を使って求められることになる。
びP3の測定値を使って求められることになる。
【００２５】制御系としては、図２のようなフローで水
噴射量が設定される。つまり、タービン入口温度T4と高
圧圧縮機出口圧力P3とに基づいて低圧圧縮機の空気流量
Waが演算され、低圧圧縮機出口圧力Paと低圧圧縮機出口
温度Taとに基づいて水噴射量／空気流量の比率X が演算
される。そして、低圧圧縮機の空気流量Waと水噴射量／
空気流量率X に基づいて水噴射量Ws=Wa*X が演算される
のである。
噴射量が設定される。つまり、タービン入口温度T4と高
圧圧縮機出口圧力P3とに基づいて低圧圧縮機の空気流量
Waが演算され、低圧圧縮機出口圧力Paと低圧圧縮機出口
温度Taとに基づいて水噴射量／空気流量の比率X が演算
される。そして、低圧圧縮機の空気流量Waと水噴射量／
空気流量率X に基づいて水噴射量Ws=Wa*X が演算される
のである。
【００２６】次に作用を説明する。空気は大気中から入
口クーラＥＶＡを介して低圧圧縮機ＬＰＣに吸い込ま
れ、低圧圧縮機ＬＰＣの出口にて水噴射されて蒸発冷却
され、中圧圧縮機ＭＰＣに導入される。中圧圧縮機ＭＰ
Ｃの出口では、蒸気噴射されることにより、流量の増加
と中間冷却の両効果を得る。高圧圧縮機ＨＰＣの出口を
経た圧縮空気は、燃焼器ＣＯＢの直前にて大量の蒸気噴
射を受け、燃焼器ＣＯＢ中で燃料と混合され、燃焼し高
温化する。タービンＴの各部では、燃焼ガスが、蒸気噴
射を受けつつ膨脹することにより、各圧のタービンＨＰ
Ｔ、ＭＰＴ、ＬＰＴ並びに出力タービンＰＷＴを回転さ
せ、排熱ボイラＥの入口温度まで低下して、排ガス通路
２００に排出される。そして、出力タービンＰＷＴの回
転により、発電機ＧＥＮが回って発電が行われ、排熱ボ
イラＥにて４種類の圧力の蒸気が発生する。
口クーラＥＶＡを介して低圧圧縮機ＬＰＣに吸い込ま
れ、低圧圧縮機ＬＰＣの出口にて水噴射されて蒸発冷却
され、中圧圧縮機ＭＰＣに導入される。中圧圧縮機ＭＰ
Ｃの出口では、蒸気噴射されることにより、流量の増加
と中間冷却の両効果を得る。高圧圧縮機ＨＰＣの出口を
経た圧縮空気は、燃焼器ＣＯＢの直前にて大量の蒸気噴
射を受け、燃焼器ＣＯＢ中で燃料と混合され、燃焼し高
温化する。タービンＴの各部では、燃焼ガスが、蒸気噴
射を受けつつ膨脹することにより、各圧のタービンＨＰ
Ｔ、ＭＰＴ、ＬＰＴ並びに出力タービンＰＷＴを回転さ
せ、排熱ボイラＥの入口温度まで低下して、排ガス通路
２００に排出される。そして、出力タービンＰＷＴの回
転により、発電機ＧＥＮが回って発電が行われ、排熱ボ
イラＥにて４種類の圧力の蒸気が発生する。
【００２７】排熱ボイラＥで発生した蒸気は、ガスター
ビンＧＴの各所に全て噴射され尽くすので、蒸気がブレ
イトンサイクルの作動流体として全て利用されることに
なって、サイクルの熱効率を向上させることになる。特
に、圧縮機Ｃでは、低中圧段の水噴射による中間冷却に
加え、中高圧段にて蒸気が熱衝撃を抑えながら中間冷却
効果を果たすので、圧縮機Ｃの所要動力が低減し、その
分熱効率が向上する。また、燃焼器ＣＯＢの直前やター
ビンＴでは蒸気のエネルギーによる出力増大効果が得ら
れるので、一層の熱効率の向上が図れる。
ビンＧＴの各所に全て噴射され尽くすので、蒸気がブレ
イトンサイクルの作動流体として全て利用されることに
なって、サイクルの熱効率を向上させることになる。特
に、圧縮機Ｃでは、低中圧段の水噴射による中間冷却に
加え、中高圧段にて蒸気が熱衝撃を抑えながら中間冷却
効果を果たすので、圧縮機Ｃの所要動力が低減し、その
分熱効率が向上する。また、燃焼器ＣＯＢの直前やター
ビンＴでは蒸気のエネルギーによる出力増大効果が得ら
れるので、一層の熱効率の向上が図れる。
【００２８】また、圧縮機Ｃに蒸気を噴射させることに
より、ガスタービン全体の流量バランスの適正化を図る
ことができるので、圧縮機Ｃの回転数もそれほど上がら
ず、出力増加及び効率向上が図れる。従って、燃焼器Ｃ
ＯＢの直前やタービンＴにのみ蒸気を噴射させる方式と
違って、効率向上を図りながら、流量バランスの適正化
により、既存のガスタービンや既設のガスタービンにそ
のまま適用することができる。さらに、排気ガスの排熱
を多段で吸収することにより、異なった圧力の蒸気を発
生させるので、排熱回収効率がよくなる。また、構造的
には、排熱ボイラＥを設けて、その発生蒸気をガスター
ビンＧＴの各所に噴射させるだけであるから、熱交換器
や復水器等の設備が不要で、設備コストを最小限に抑え
ることができる。
より、ガスタービン全体の流量バランスの適正化を図る
ことができるので、圧縮機Ｃの回転数もそれほど上がら
ず、出力増加及び効率向上が図れる。従って、燃焼器Ｃ
ＯＢの直前やタービンＴにのみ蒸気を噴射させる方式と
違って、効率向上を図りながら、流量バランスの適正化
により、既存のガスタービンや既設のガスタービンにそ
のまま適用することができる。さらに、排気ガスの排熱
を多段で吸収することにより、異なった圧力の蒸気を発
生させるので、排熱回収効率がよくなる。また、構造的
には、排熱ボイラＥを設けて、その発生蒸気をガスター
ビンＧＴの各所に噴射させるだけであるから、熱交換器
や復水器等の設備が不要で、設備コストを最小限に抑え
ることができる。
【００２９】なお、前記実施形態では、低中圧ボイラＩ
ＰＥの発生する蒸気を中圧圧縮機ＭＰＣと高圧圧縮機Ｈ
ＰＣの間に噴射させていたが、高圧ボイラＨＰＥの発生
する蒸気を中圧圧縮機ＭＰＣと高圧圧縮機ＨＰＣの間に
噴射させてもよい。
ＰＥの発生する蒸気を中圧圧縮機ＭＰＣと高圧圧縮機Ｈ
ＰＣの間に噴射させていたが、高圧ボイラＨＰＥの発生
する蒸気を中圧圧縮機ＭＰＣと高圧圧縮機ＨＰＣの間に
噴射させてもよい。
【００３０】また、前記実施形態では、低圧圧縮機ＬＰ
Ｃと中圧圧縮機ＭＰＣの間に水噴射を行っていたが、節
炭器ＥＣＯの発生する加熱水を、低圧圧縮機ＬＰＣと中
圧圧縮機ＭＰＣの間に噴射させてもよい。この場合は、
加熱水の噴射により、多量の蒸気を圧縮空気中に混入さ
せることができるので、圧縮機部分とタービン部分の流
量のアンバランスの解消をより効果的に行うことができ
る。また、圧縮機ＣやタービンＴの段数や排熱ボイラＥ
の段数等は任意に設定してよい。
Ｃと中圧圧縮機ＭＰＣの間に水噴射を行っていたが、節
炭器ＥＣＯの発生する加熱水を、低圧圧縮機ＬＰＣと中
圧圧縮機ＭＰＣの間に噴射させてもよい。この場合は、
加熱水の噴射により、多量の蒸気を圧縮空気中に混入さ
せることができるので、圧縮機部分とタービン部分の流
量のアンバランスの解消をより効果的に行うことができ
る。また、圧縮機ＣやタービンＴの段数や排熱ボイラＥ
の段数等は任意に設定してよい。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、圧縮機の圧縮空気を水噴射による蒸発冷却によ
り中間冷却するので、冷却効果が非常に高く、圧縮機の
所要動力の大幅な低減を図ることができ、その分熱効率
の向上を図ることができる。また、構造的には水噴射手
段と制御手段を設けるだけで、熱交換器を設ける必要が
ないので、設備コストの低減が図れる。
よれば、圧縮機の圧縮空気を水噴射による蒸発冷却によ
り中間冷却するので、冷却効果が非常に高く、圧縮機の
所要動力の大幅な低減を図ることができ、その分熱効率
の向上を図ることができる。また、構造的には水噴射手
段と制御手段を設けるだけで、熱交換器を設ける必要が
ないので、設備コストの低減が図れる。
【００３２】また、請求項２の発明によれば、噴射水が
１００％全部蒸発するように水噴射量を適切に制御する
ので、液滴が高圧段側の圧縮機に流れ込んで、不都合な
現象を引き起こす心配もない。
１００％全部蒸発するように水噴射量を適切に制御する
ので、液滴が高圧段側の圧縮機に流れ込んで、不都合な
現象を引き起こす心配もない。
【００３３】また、請求項３の発明によれば、圧縮機の
圧縮空気を所定圧力の蒸気によって中間冷却するので、
圧縮機に対する熱衝撃を抑えながら、圧縮機の所要動力
の更なる低減を図ることができ、その分熱効率の向上を
図ることができる。また、圧縮機に蒸気を噴射させるこ
とにより、ガスタービン全体の流量バランスの適正化を
図ることができるので、燃焼器の直前やタービンにのみ
蒸気を噴射させる方式と違って、既存のガスタービンや
既設のガスタービンにそのまま適用することができる。
また、３種以上の異なった圧力の蒸気を発生させるの
で、排気ガスの排熱を多段で吸収することになり、排熱
回収効率がよくなる。また、構造的には、蒸気発生手段
を設けて、その蒸気を各所に噴射させるだけであり、ガ
スタービンの基本サイクルであるブレイトンサイクルを
充実化させるだけであるから、設備コストを増大を最小
限に抑えることができる。
圧縮空気を所定圧力の蒸気によって中間冷却するので、
圧縮機に対する熱衝撃を抑えながら、圧縮機の所要動力
の更なる低減を図ることができ、その分熱効率の向上を
図ることができる。また、圧縮機に蒸気を噴射させるこ
とにより、ガスタービン全体の流量バランスの適正化を
図ることができるので、燃焼器の直前やタービンにのみ
蒸気を噴射させる方式と違って、既存のガスタービンや
既設のガスタービンにそのまま適用することができる。
また、３種以上の異なった圧力の蒸気を発生させるの
で、排気ガスの排熱を多段で吸収することになり、排熱
回収効率がよくなる。また、構造的には、蒸気発生手段
を設けて、その蒸気を各所に噴射させるだけであり、ガ
スタービンの基本サイクルであるブレイトンサイクルを
充実化させるだけであるから、設備コストを増大を最小
限に抑えることができる。
【００３４】請求項４の発明によれば、圧縮機の中圧部
と高圧部の間に蒸気を噴射させると共に、低圧部と中圧
部の間に水を噴射させるので、水噴射による蒸発冷却に
よって低圧部から中圧部に入る圧縮空気の中間冷却を効
果的に行うことができる。また、請求項５の発明によれ
ば、圧縮機の低圧部と中圧部の間に加熱水を噴射させる
ので、多量の蒸気を圧縮空気中に混入させることがで
き、圧縮機部分とタービン部分の流量のアンバランスの
解消をより効果的に行うことができる。
と高圧部の間に蒸気を噴射させると共に、低圧部と中圧
部の間に水を噴射させるので、水噴射による蒸発冷却に
よって低圧部から中圧部に入る圧縮空気の中間冷却を効
果的に行うことができる。また、請求項５の発明によれ
ば、圧縮機の低圧部と中圧部の間に加熱水を噴射させる
ので、多量の蒸気を圧縮空気中に混入させることがで
き、圧縮機部分とタービン部分の流量のアンバランスの
解消をより効果的に行うことができる。
【図１】本発明の実施形態のガスタービンサイクルの系
統図である。
統図である。
【図２】同実施形態のガスタービンサイクルにおいて、
圧縮機への水噴射量の決定フローを示す図である。
圧縮機への水噴射量の決定フローを示す図である。
Ｃ 圧縮機 ＬＰＣ 低圧圧縮機 ＭＰＣ 中圧圧縮機 ＨＰＣ 高圧圧縮機 ＣＯＢ 燃焼器 Ｔ タービン ＬＰＴ 低圧タービン ＭＰＴ 中圧タービン ＨＰＴ 高圧タービン ＰＷＴ 出力タービン Ｅ ボイラ（蒸気発生手段） ＨＰＥ 高圧ボイラ ＭＰＥ 中圧ボイラ ＩＰＥ 低中圧ボイラ ＬＰＥ 低圧ボイラ ３００ 水噴射手段 ３１０ 制御手段
Claims (5)
- 【請求項１】 圧縮機により空気を圧縮して燃焼器に送
り込み、燃焼器にて圧縮空気に燃料を混合して燃焼を行
わせ、この燃焼ガスをタービンに導入して膨脹させ、タ
ービンの回転より機械的出力を得るガスタービンサイク
ルにおいて、前記圧縮機に蒸発による中間冷却が可能な
ように直接水噴射する手段を設けると共に、該手段によ
る水噴射量を水噴射箇所の作動流体の圧力に応じて制御
する制御手段を設けたことを特徴とするガスタービンサ
イクル。 - 【請求項２】 前記制御手段は、噴射水の蒸発により作
動流体が冷却される温度が、その圧力での飽和蒸気温度
以上となるように水噴射量を制御することを特徴とする
請求項１記載のガスタービンサイクル。 - 【請求項３】 前記タービンの排熱により３種以上の異
なった圧力の蒸気を発生させる蒸気発生手段を設け、該
手段の発生した蒸気のうちの少なくとも１種の蒸気を前
記圧縮機の水噴射箇所よりも高圧部側に中間冷却が可能
なように噴射させると共に、残る少なくとも１種の蒸気
を燃焼器の直前に噴射させ、さらに残る少なくとも１種
の蒸気をタービンに噴射させることを特徴とする請求項
１または２記載のガスタービンサイクル。 - 【請求項４】 前記圧縮機の中圧部と高圧部の間に前記
蒸気を噴射させると共に、低圧部と中圧部の間に前記水
を噴射させることを特徴とする請求項３記載のガスター
ビンサイクル。 - 【請求項５】 前記圧縮機の低圧部と中圧部の間に加熱
水を噴射させることを特徴とする請求項４記載のガスタ
ービンサイクル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25987896A JPH10103080A (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | ガスタービンサイクル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25987896A JPH10103080A (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | ガスタービンサイクル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10103080A true JPH10103080A (ja) | 1998-04-21 |
Family
ID=17340204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25987896A Withdrawn JPH10103080A (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | ガスタービンサイクル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10103080A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0959235A2 (en) | 1998-05-20 | 1999-11-24 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine power plant |
| US6865891B2 (en) | 2002-05-16 | 2005-03-15 | Rolls-Royce Plc | Gas turbine engine |
| JP2013015047A (ja) * | 2011-07-01 | 2013-01-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 冷却装置及び冷却水の漏洩検出方法 |
-
1996
- 1996-09-30 JP JP25987896A patent/JPH10103080A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0959235A2 (en) | 1998-05-20 | 1999-11-24 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine power plant |
| US6247302B1 (en) | 1998-05-20 | 2001-06-19 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine power plant |
| US6397578B2 (en) | 1998-05-20 | 2002-06-04 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine power plant |
| US6865891B2 (en) | 2002-05-16 | 2005-03-15 | Rolls-Royce Plc | Gas turbine engine |
| JP2013015047A (ja) * | 2011-07-01 | 2013-01-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 冷却装置及び冷却水の漏洩検出方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20031202 |