JPH10110628A

JPH10110628A - ガスタービン排気処理装置

Info

Publication number: JPH10110628A
Application number: JP8266965A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Hatamiya; 重雄幡宮; Tsutomu Okuzawa; 務奥沢; Kazuhito Koyama; 一仁小山; Hidefumi Araki; 秀文荒木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-10-08
Filing date: 1996-10-08
Publication date: 1998-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】湿分を多量に含むガスタービンの排気ガスを冷
却して、排ガス中の水分の一部を回収し再利用するとと
もに、排ガス中の湿分含有率を低下させ、より低い温度
まで熱回収した場合にも、排ガスから白煙を生じないよ
うにする。【解決手段】ガスタービン１の燃焼排ガスは排ガスを再
加熱するための熱交換機６を通過した後、水回収装置１
０で冷却され、湿分の一部が回収され、残りの排ガスは
熱交換器１２で加熱された後、大気３２中に放出され
る。回収水は水処理装置１１を経由して、再利用され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンの燃
焼排ガスから水分を回収し、水資源の有効活用をはかる
とともに、環境への放出物を低減させるガスタービン排
気処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃焼排ガスから水を回収するという概念
については、例えば特開平3−145523号および、特開平5
−133242 号公報に見られるように、炭化水素系の燃料
を酸素で燃焼させると、ＣＯ₂を主成分とする炭酸ガス
と水蒸気ができるため、この排ガスを冷却して水を凝縮
させ、ＣＯ₂を回収するというものがある。この例では
ＣＯ₂を回収するために水を凝縮させているが、回収水
を再利用するという概念も盛り込まれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記の技術は、酸素燃
焼に限定されたものであり、通常の空気燃焼に関しては
規定されていない。

【０００４】ガスタービンを利用した発電システムにお
いて、ガスタービンに水または蒸気を注入して流量を増
加させ、出力増加と発電効率の向上をはかるという方式
が注目されている。従来、この方式では排ガス中に含ま
れる水分をそのまま大気中に放出していた。発電効率を
向上させるには、ガスタービンで仕事をした後の燃焼排
ガスから熱を効果的に回収し利用すれば良いが、排ガス
中の湿分が高いために、排ガスから熱回収し排ガスの温
度を低下させると、場合によっては、煙突から放出され
た際に、白い湯気からなる白煙を生ずることがある。こ
の白煙が例えば排ガス中に含まれる亜硫酸ガスや塩素ガ
スと反応し硫酸や塩酸等の酸性のミストを含む場合に
は、環境保全上好ましくない影響を及ぼすことも考えら
れる。また、白煙が水分のみを含むものであったとして
も、この白煙が有害物を含んでいるのではないかとの第
３者の疑いを招いたり、あるいは、美観を損ねるといっ
たこともあるので、排ガスは白煙を出さない条件で放出
したいという要求がある。

【０００５】上に述べたような、ガスタービンを利用し
た発電システムの課題をまとめると次のようになる。

【０００６】（１）発電効率の向上（２）白煙発生の
防止（３）補給水量の低減

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めの方策は、排ガスから水分を回収するための装置を設
け、排ガス中の水分を回収するとともに、水分回収前の
排ガスで水を回収した後の排ガスを加熱することと、回
収した水を水処理装置を経由して再利用できるようにシ
ステムを提供することである。

【０００８】本発明の作用を以下に述べる。

【０００９】（３）の補給水量の低減は、水を回収しそ
れを再利用することによって達成できるのは明白であ
る。

【００１０】（２）の白煙発生の防止は、水を回収し排
ガス中の湿分含有率を低下させていること、および、水
を回収した後の排ガスを再加熱することにより、排ガス
中の相対湿度を低下させることにより達成できる。

【００１１】（１）の発電効率の向上は、特に高湿分タ
ービンと水回収を組み合わせた場合に達成可能になる
が、それは以下の理由による。発電効率を向上させるに
は、排ガスからの回収熱量を増加させること、具体的に
は排ガスから回収可能な温度を低減することによって達
成できる。現状のＬＮＧコンバインドサイクルの場合、
排熱回収ボイラの排ガス最低温度は約１００℃である。
これは、ボイラの蒸発時におけるピンチポイントの制限
といった排熱回収ボイラ側に規定されている。一方、高
湿分タービンの場合は、図７に示すように排ガスの最低
温度領域からの熱回収は蒸発を伴わない、液の強制対流
で熱回収が行われているため、ボイラのようなピンチポ
イントの制限はない。そのため、熱バランス的に成立す
る下限まで熱回収温度を下げることも可能である。概算
評価では、排ガス温度を１０℃低下できると発電効率は
絶対値で約１％向上させることができる。高湿分タービ
ンでは水回収をした場合でも、排ガス温度をコンバイン
ドサイクルよりも、低い状態で熱バランスをとることが
可能なため、発電効率の向上を達成できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例を示す系
統図である。図１に示すガスタービン発電設備では、空
気は空気圧縮機２を経て再生器５を経由した後、燃焼器
４で燃料と混合され燃焼し高温のガスとなり、ガスター
ビン１に流入する。ガスタービン１に流入した燃焼ガス
は、発電機３を駆動し仕事をした後、再生器５，熱交換
器６を経由して排ガスの熱が回収され、排ガス処理装置
に向かう。なお、熱交換器６はここでは蒸気発生器とし
て働いており、燃焼用空気に注入する蒸気を発生してい
る。そのため、この例では管２９を通過する排ガスは多
量の水分を含んだ燃焼排ガスとなっている。燃焼排ガス
は、熱交換器１２で冷却された後、水回収装置１０に流
入し、そこで冷却されて湿り蒸気となり、一部は凝縮す
る。残りの排ガスは熱交換器１２で加熱された後、煙突
を経由して大気に放出される。水回収装置１０で回収さ
れた水は、水処理装置１１で、処理された後、熱交換器
６の補給水として再利用され、余剰分は回収水タンク１
３に蓄えられる。

【００１３】なお、熱交換器１２は水回収した後の排ガ
スを加熱するためのものであり、この例では、水回収す
る前の排ガスを熱源としたガス−ガス熱交換器となって
いるが、別に熱源が得られる場合はそれを利用しても良
い。

【００１４】本発明の見方を変えると、排ガス処理装置
は排ガスから水を製造する水製造装置とみることもでき
る。図２は排ガス温度と飽和蒸気分圧の関係を示したも
ので、メタンを主成分とする天然ガスＬＮＧをガスター
ビンで燃焼させた場合には排ガス中の蒸気分圧は０.０
６８程度の値となることを示している。ガスタービン
に蒸気を注入するＳＴＩＧ(Steam Injection Gas turbi
ne) や高湿分ガスタービンＨＡＴ(Humid Air Turbine）
では容積比で１５％から２０％の湿分を注入するので、
そのような排ガスの蒸気分圧は０.２５を越えることに
なる。

【００１５】この図の例では、ＬＮＧの燃焼で発生した
湿分は、排ガス温度を３８℃以下に冷却すれば排ガス中
から凝縮して回収することが可能なことを示している。
また、前記のＳＴＩＧやＨＡＴでは、排ガス温度を３８
℃以下に冷却すれば注入した湿分の全量を回収すること
ができることも意味する。もちろん、排ガス温度を更に
低下させると、燃焼により生成された湿分も回収できる
ので、ＳＴＩＧやHATで注入した湿分より多くの水を回
収することが可能になる。

【００１６】図３および図４は水回収装置の構造例であ
る。図３は冷媒である水を排ガスに直接噴霧する直接冷
却方式の水回収装置１０と水回収装置下部にたまった水
を抜き出す循環ポンプ１５，水処理装置１１、および循
環水冷却器１６から構成されている。水回収装置下部に
は噴霧した冷却水と排ガス中から凝縮した回収水の双方
が合わさってたまるので、回収水は回収水管４２を経由
して再利用できるように循環水流量を調整する。循環水
は循環水冷却器１６で冷却された後、再び水回収装置の
上部から排ガスに噴霧される動作を繰り返す。これによ
り、排ガスから水を回収し再利用することができる。

【００１７】図４は、水回収装置の別な構造例で、図３
との違いは、排ガス熱交換部を伝熱管等で構成し、この
伝熱面を介して排ガスを冷却する間接冷却方式を採用し
ているところにあります。この装置の特徴は冷媒と回収
水が非接触のため、冷却媒体として水以外のものが選択
できること、回収水が冷却媒体に混入しないので、冷却
媒体が汚れず水処理量が少なくなることがあります。

【００１８】図５は本発明の第四の実施例で、図１との
違いは排ガス処理装置において、排ガスの全量を処理す
るのではなく、一部を処理していることにあります。こ
れは多くの回収水量を必要としない場合に適した構成に
なっています。この場合には、処理をしなかった排ガス
は大気に解放する前に水回収装置を経由した排ガスと混
合しますので、図１の熱交換器１２は不要となっていま
す。

【００１９】図６は排ガスからの回収水を水処理するま
えに、排ガスを脱気する脱気器１７を通すものです。天
然ガスＬＮＧを燃焼させた場合の回収水中には、ＣＯ₂
が溶存しており、回収水は炭酸水となり、弱酸性を示す
ものと予想されます。そこで、この回収水を脱気して、
水中からＣＯ₂を除去すれば、酸性度も弱まり、水処理
装置の負荷が小さくなり、水処理装置の寿命をのばした
り、設備の小型化が可能になります。

【００２０】本発明の第六の実施例を図７に示します。
これは、高湿分タービンに本発明の排ガス処理装置を適
用した例で、図１とは以下のような違いがあります。

【００２１】この例では、増湿塔８を利用して燃焼用空
気に多量の湿分を加えますが、熱交換器６は沸騰や凝縮
といった相変化を利用せず、水の強制対流で熱を回収し
ています。このため、コンバインドサイクルの排熱回収
ボイラに見られる熱交換時のピンチポイントの制限が無
く、より低い温度まで排ガスから熱を回収できます。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、排ガスから水を回収す
ることにより以下の効果が期待できます。（１）水資源
の有効活用。（２）大気中に水蒸気の形で放出していた
熱エネルギーの回収。(３）排ガスからの回収熱量の増
加による発電効率の向上。（４)水を回収し排ガス中の
湿分含有率を低下させることによる、白煙発生の防止。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図。

【図２】排ガス温度と蒸気分圧の関係の特性図。

【図３】本発明の第二実施例のブロック図。

【図４】本発明の第三実施例のブロック図。

【図５】本発明の第四実施例のブロック図。

【図６】本発明の第五実施例のブロック図。

【図７】本発明の第六実施例のブロック図。

【符号の説明】

１…ガスタービン、２…空気圧縮機、３…発電機、４…
燃焼器、５…再生器、６，１２…熱交換器、１０…水回
収装置、１１…水処理装置、１３…回収水タンク、２０
…燃料管、２１…吸入管、２２，２７…吐出管、２４，
２９，３０，３１…管、２５…高温排気管、２６，２８
…連結管、３２…排気管、４１，４２…回収水管、４３
…戻り水管、４４…補給水管、４５…蒸気注入管、５１
…冷却水管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者荒木秀文茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスタービンからの燃焼排ガスを処理する
装置において、上記ガスタービンからの排気を冷却して
湿り蒸気とする冷却器を設け、排ガス中の水分の一部を
分離回収し、水分を回収した後の排ガスを加熱後、大気
中に放出することを特徴とするガスタービン排気処理装
置。
【請求項２】請求項１において、天然ガスを燃焼させた
ガスタービン排ガスを３８℃以下に冷却することによ
り、排ガスから水を回収するガスタービン排気処理装置
および淡水製造方法。
【請求項３】請求項１において、直接接触式の凝縮熱交
換器とミスト除去装置を組み合わせた水回収装置を有す
るガスタービン排気処理装置。
【請求項４】ガスタービンからの燃焼排ガスを処理する
装置において、上記ガスタービンからの排気をガスター
ビン周囲の大気温度以下まで冷却して水回収することを
特徴とするガスタービン排気処理装置。
【請求項５】請求項１，２，３または４において、上記
排ガスから回収した回収水を、脱気した後で水処理する
ガスタービン排気処理装置。
【請求項６】排ガス中に燃焼により発生した湿分よりも
多くの湿分を含むガスタービンサイクルに、請求項１，
２，３，４または５に記載の排ガス処理装置を適用し、
回収水を再利用することにより実質的に補給水量をゼロ
としたガスタービン発電システム。