JPH11210490A - ガスタービン発電システム - Google Patents
ガスタービン発電システムInfo
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- JPH11210490A JPH11210490A JP1167198A JP1167198A JPH11210490A JP H11210490 A JPH11210490 A JP H11210490A JP 1167198 A JP1167198 A JP 1167198A JP 1167198 A JP1167198 A JP 1167198A JP H11210490 A JPH11210490 A JP H11210490A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
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- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単な構成でＮＯｘの発生を抑制することが
でき、しかも発電出力と蒸気発生量との大幅な向上を可
能とする。 【解決手段】 高圧ガスタービン４０および低圧ガスタ
ービン４２を減速機４４で結合して発電機４６を駆動
し、排熱を熱源として排熱ボイラ４８から飽和蒸気を発
生させる。高圧燃焼器５０では、２０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇの
高圧力で都市ガスと空気とを一定条件で燃焼させ、高圧
ガスタービン４０で８．５ｋｇ／ｍ2Ｇまで膨張させ、
低圧燃焼器５２に供給する。低圧燃焼器５２では、発電
量や蒸気の需要に合わせ、必要に応じて飽和蒸気導入も
行って、８．５ｋｇ／ｃｍ2Ｇの圧力で都市ガスの燃焼
を行い、低圧ガスタービン４２を駆動し、その排ガスを
排熱ボイラ４８の熱源として利用する。
でき、しかも発電出力と蒸気発生量との大幅な向上を可
能とする。 【解決手段】 高圧ガスタービン４０および低圧ガスタ
ービン４２を減速機４４で結合して発電機４６を駆動
し、排熱を熱源として排熱ボイラ４８から飽和蒸気を発
生させる。高圧燃焼器５０では、２０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇの
高圧力で都市ガスと空気とを一定条件で燃焼させ、高圧
ガスタービン４０で８．５ｋｇ／ｍ2Ｇまで膨張させ、
低圧燃焼器５２に供給する。低圧燃焼器５２では、発電
量や蒸気の需要に合わせ、必要に応じて飽和蒸気導入も
行って、８．５ｋｇ／ｃｍ2Ｇの圧力で都市ガスの燃焼
を行い、低圧ガスタービン４２を駆動し、その排ガスを
排熱ボイラ４８の熱源として利用する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気噴射型ガスタ
ービンコージェネレーションシステムを構成して発電を
行いながら８ｋｇ／ｃｍ2Ｇ前後の飽和蒸気を回収する
ガスタービン発電システムに関する。
ービンコージェネレーションシステムを構成して発電を
行いながら８ｋｇ／ｃｍ2Ｇ前後の飽和蒸気を回収する
ガスタービン発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、蒸気噴射型ガスタービン発電
システムとして、図６に示すようなチェンサイクルなど
の各種の方式が実用化されている。チェンサイクルで
は、燃焼器２で都市ガスなどの燃料を、空気圧縮機４に
よって圧縮された空気と混合して燃焼させ、燃焼ガスを
ガスタービン６に導入して発電機８を回転駆動する。空
気圧縮機４もガスタービン６によって回転駆動され、空
気吸入管１０から吸入した空気を、燃料となる都市ガス
などと同等の圧力まで圧縮して、供給管１２から燃焼器
２に供給する。燃焼器２内では、燃料供給管１４を介し
て供給される燃料が燃焼する。燃焼器２には、過熱蒸気
供給管１６を介して、過熱蒸気も噴射される。過熱蒸気
を発生する排熱回収装置１８の熱源は、燃焼ガス供給管
２０によって燃焼器２からガスタービン６および排ガス
供給管２２を介して供給される燃焼排ガスである。
システムとして、図６に示すようなチェンサイクルなど
の各種の方式が実用化されている。チェンサイクルで
は、燃焼器２で都市ガスなどの燃料を、空気圧縮機４に
よって圧縮された空気と混合して燃焼させ、燃焼ガスを
ガスタービン６に導入して発電機８を回転駆動する。空
気圧縮機４もガスタービン６によって回転駆動され、空
気吸入管１０から吸入した空気を、燃料となる都市ガス
などと同等の圧力まで圧縮して、供給管１２から燃焼器
２に供給する。燃焼器２内では、燃料供給管１４を介し
て供給される燃料が燃焼する。燃焼器２には、過熱蒸気
供給管１６を介して、過熱蒸気も噴射される。過熱蒸気
を発生する排熱回収装置１８の熱源は、燃焼ガス供給管
２０によって燃焼器２からガスタービン６および排ガス
供給管２２を介して供給される燃焼排ガスである。
【０００３】排熱回収装置１８内には、給水予熱器２
４、ボイラ２６および過熱蒸気発生器２８が備えられ
る。給水予熱器２４には、吸水管３０を介して水が供給
され、予熱された水がボイラ２６に供給されて蒸気が発
生される。ボイラ２６で発生した蒸気は、過熱蒸気発生
器２８でさらに過熱され、過熱蒸気供給管１６を介して
燃焼器内に噴射される。ボイラ２６で発生される蒸気
は、蒸気取出管３２を介して過熱蒸気発生器２８に供給
されるとともに、プロセス蒸気供給管３４を介して蒸気
の有する熱や圧力などが利用可能となる。排熱回収装置
１８で熱が回収された排ガスは、排気管３６を介して煙
突３８に送られ、大気中に排気される。
４、ボイラ２６および過熱蒸気発生器２８が備えられ
る。給水予熱器２４には、吸水管３０を介して水が供給
され、予熱された水がボイラ２６に供給されて蒸気が発
生される。ボイラ２６で発生した蒸気は、過熱蒸気発生
器２８でさらに過熱され、過熱蒸気供給管１６を介して
燃焼器内に噴射される。ボイラ２６で発生される蒸気
は、蒸気取出管３２を介して過熱蒸気発生器２８に供給
されるとともに、プロセス蒸気供給管３４を介して蒸気
の有する熱や圧力などが利用可能となる。排熱回収装置
１８で熱が回収された排ガスは、排気管３６を介して煙
突３８に送られ、大気中に排気される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】現在実用化されている
チェンサイクルなどの各種の蒸気噴射型ガスタービン発
電システムでは、燃焼器が１段で、そこに過熱あるいは
飽和蒸気を噴射して効率の向上が図られている。
チェンサイクルなどの各種の蒸気噴射型ガスタービン発
電システムでは、燃焼器が１段で、そこに過熱あるいは
飽和蒸気を噴射して効率の向上が図られている。
【０００５】しかしながら、燃焼器での燃焼条件を適正
な範囲に保つことは困難である。特に、燃焼温度が上昇
すると、熱効率は向上するけれども、窒素酸化物ＮＯｘ
が発生しやすくなり、アンモニアなどを使用する脱硝設
備などが必要となる。さらに、ガスタービンを構成する
部材に要求される耐熱温度も高くなり、高価な耐熱材料
を使用する必要が生じる。
な範囲に保つことは困難である。特に、燃焼温度が上昇
すると、熱効率は向上するけれども、窒素酸化物ＮＯｘ
が発生しやすくなり、アンモニアなどを使用する脱硝設
備などが必要となる。さらに、ガスタービンを構成する
部材に要求される耐熱温度も高くなり、高価な耐熱材料
を使用する必要が生じる。
【０００６】本発明の目的は、簡単な構成で、発電出力
および蒸気の需要の広い範囲の変動に対応することがで
き、総合的な熱効率を向上させることができるガスター
ビン発電システムを提供することである。
および蒸気の需要の広い範囲の変動に対応することがで
き、総合的な熱効率を向上させることができるガスター
ビン発電システムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、２０ｋｇ／ｃ
ｍ2 Ｇ付近の予め定める高圧力のガス燃料を約９５０℃
付近の予め定める温度以下の上限温度で燃焼させる高圧
燃焼器と、高圧燃焼器の燃焼ガスを、８ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ
付近の予め定める低圧力まで膨張させながら回転する高
圧ガスタービンと、高圧ガスタービンからの排ガスを用
いて燃料を燃焼させる低圧燃焼器と、低圧燃焼器の燃焼
ガスを大気圧まで膨張させながら回転する低圧ガスター
ビンと、低圧ガスタービンによって駆動され、空気を圧
縮して低圧燃焼器に供給する前記低圧力まで上昇させる
低圧空気圧縮機と、高圧ガスタービンによって駆動さ
れ、低圧空気圧縮機によって圧縮された空気を、高圧燃
焼器に供給する前記高圧力まで上昇させる高圧空気圧縮
機と、低圧ガスタービンからの排ガスを熱源として、前
記低圧力付近の圧力で飽和蒸気を発生する排熱ボイラ
と、高圧ガスタービンおよび低圧ガスタービンの回転出
力を減速および結合する減速機と、減速機の回転出力に
よって駆動される発電機とを含み、高圧燃焼器および高
圧ガスタービンが一定条件で作動され、発電出力および
蒸気の需要量に応じて、低圧燃焼器の燃焼条件が、低圧
ガスタービンの入口温度ガス温度がＮＯｘの発生が抑制
されかつ構成部材の許容温度内となる範囲で制御され、
発電出力への需要が大きく、蒸気の需要が少ないときに
は、低圧燃焼器へ排熱ボイラからの飽和蒸気が噴射され
ることを特徴とするガスタービン発電システムである。
ｍ2 Ｇ付近の予め定める高圧力のガス燃料を約９５０℃
付近の予め定める温度以下の上限温度で燃焼させる高圧
燃焼器と、高圧燃焼器の燃焼ガスを、８ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ
付近の予め定める低圧力まで膨張させながら回転する高
圧ガスタービンと、高圧ガスタービンからの排ガスを用
いて燃料を燃焼させる低圧燃焼器と、低圧燃焼器の燃焼
ガスを大気圧まで膨張させながら回転する低圧ガスター
ビンと、低圧ガスタービンによって駆動され、空気を圧
縮して低圧燃焼器に供給する前記低圧力まで上昇させる
低圧空気圧縮機と、高圧ガスタービンによって駆動さ
れ、低圧空気圧縮機によって圧縮された空気を、高圧燃
焼器に供給する前記高圧力まで上昇させる高圧空気圧縮
機と、低圧ガスタービンからの排ガスを熱源として、前
記低圧力付近の圧力で飽和蒸気を発生する排熱ボイラ
と、高圧ガスタービンおよび低圧ガスタービンの回転出
力を減速および結合する減速機と、減速機の回転出力に
よって駆動される発電機とを含み、高圧燃焼器および高
圧ガスタービンが一定条件で作動され、発電出力および
蒸気の需要量に応じて、低圧燃焼器の燃焼条件が、低圧
ガスタービンの入口温度ガス温度がＮＯｘの発生が抑制
されかつ構成部材の許容温度内となる範囲で制御され、
発電出力への需要が大きく、蒸気の需要が少ないときに
は、低圧燃焼器へ排熱ボイラからの飽和蒸気が噴射され
ることを特徴とするガスタービン発電システムである。
【０００８】本発明に従えば、高圧燃焼器で２０ｋｇ／
ｃｍ2Ｇ付近の予め定める高圧力のガス燃料が燃焼し、
一定条件で高圧ガスタービンが作動される。高圧ガスタ
ービンの燃焼排ガスは、低圧燃焼器での燃焼に使用さ
れ、さらに低圧ガスタービンを作動させた後の排ガスが
熱源となって排熱ボイラから飽和蒸気が発生される。高
圧ガスタービンおよび低圧ガスタービンの回転出力は、
減速機で減速および結合され、発電機を回転駆動する。
発電出力の需要が高く、蒸気の需要が少ないときには、
排熱ボイラで発生した飽和蒸気を低圧燃焼器に噴射し、
発電出力の向上に寄与させることができる。高圧燃焼器
および高圧ガスタービンは一定の条件で作動するので、
高い熱効率を維持することができ、総合的熱効率を大幅
に向上させることができる。
ｃｍ2Ｇ付近の予め定める高圧力のガス燃料が燃焼し、
一定条件で高圧ガスタービンが作動される。高圧ガスタ
ービンの燃焼排ガスは、低圧燃焼器での燃焼に使用さ
れ、さらに低圧ガスタービンを作動させた後の排ガスが
熱源となって排熱ボイラから飽和蒸気が発生される。高
圧ガスタービンおよび低圧ガスタービンの回転出力は、
減速機で減速および結合され、発電機を回転駆動する。
発電出力の需要が高く、蒸気の需要が少ないときには、
排熱ボイラで発生した飽和蒸気を低圧燃焼器に噴射し、
発電出力の向上に寄与させることができる。高圧燃焼器
および高圧ガスタービンは一定の条件で作動するので、
高い熱効率を維持することができ、総合的熱効率を大幅
に向上させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態の
ガスタービン発電システムの概略的な構成を示す。本実
施形態のガスタービン発電システムでは、高圧ガスター
ビン４０および低圧ガスタービン４２を２台タンデムに
配置し、減速機４４を介して発電機４６を駆動する。高
圧ガスタービン４０および低圧ガスタービン４２を回転
させた後で膨張した燃焼排ガスは、排熱ボイラ４８の熱
源となり、飽和水蒸気を発生する。
ガスタービン発電システムの概略的な構成を示す。本実
施形態のガスタービン発電システムでは、高圧ガスター
ビン４０および低圧ガスタービン４２を２台タンデムに
配置し、減速機４４を介して発電機４６を駆動する。高
圧ガスタービン４０および低圧ガスタービン４２を回転
させた後で膨張した燃焼排ガスは、排熱ボイラ４８の熱
源となり、飽和水蒸気を発生する。
【００１０】高圧ガスタービン４０は、高圧燃焼器５０
で、２０ｋｇ／ｃｍ2Ｇの高圧力の都市ガスおよび空気
が燃焼した後の燃焼排ガスで駆動される。燃焼排ガスの
温度は、約９５０℃の上限温度以下に保たれ、ＮＯｘの
発生を防ぎ、かつ高圧ガスタービン４０や高圧燃焼器５
０内の構成部材の耐熱温度を超えないように調整され
る。高圧ガスタービン４０内で燃焼排ガスは８ｋｇ／ｃ
ｍ2 Ｇ前後、たとえば８．５ｋｇ／ｃｍ2 Ｇにまで圧力
が低下するように膨張し、約７８０℃となって低圧燃焼
器５０に供給される。高圧燃焼器および低圧燃焼器５２
には、都市ガスをガス圧縮機５４で圧縮して、２０ｋｇ
／ｃｍ2Ｇおよび８．５ｋｇ／ｃｍ2Ｇにまで減圧してそ
れぞれ供給する。低圧燃焼器５２には、さらに噴射量制
御弁５６を介して排熱ボイラ４８から飽和蒸気が供給さ
れる。排熱ボイラ４８で生成される飽和蒸気は、噴射量
制御弁５６を介して低圧燃焼器５２に供給されるととも
に、流量制御弁５８を介してプロセス蒸気として燃や圧
力の利用が可能である。
で、２０ｋｇ／ｃｍ2Ｇの高圧力の都市ガスおよび空気
が燃焼した後の燃焼排ガスで駆動される。燃焼排ガスの
温度は、約９５０℃の上限温度以下に保たれ、ＮＯｘの
発生を防ぎ、かつ高圧ガスタービン４０や高圧燃焼器５
０内の構成部材の耐熱温度を超えないように調整され
る。高圧ガスタービン４０内で燃焼排ガスは８ｋｇ／ｃ
ｍ2 Ｇ前後、たとえば８．５ｋｇ／ｃｍ2 Ｇにまで圧力
が低下するように膨張し、約７８０℃となって低圧燃焼
器５０に供給される。高圧燃焼器および低圧燃焼器５２
には、都市ガスをガス圧縮機５４で圧縮して、２０ｋｇ
／ｃｍ2Ｇおよび８．５ｋｇ／ｃｍ2Ｇにまで減圧してそ
れぞれ供給する。低圧燃焼器５２には、さらに噴射量制
御弁５６を介して排熱ボイラ４８から飽和蒸気が供給さ
れる。排熱ボイラ４８で生成される飽和蒸気は、噴射量
制御弁５６を介して低圧燃焼器５２に供給されるととも
に、流量制御弁５８を介してプロセス蒸気として燃や圧
力の利用が可能である。
【００１１】高圧燃焼器５０では、２０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ
の高圧力の燃料ガスを燃焼させる必要があるので、空気
も高圧圧縮機６０で２０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇの高圧力まで圧
縮して供給する。高圧圧縮機６０が圧縮する空気は、低
圧圧縮機６２で大気圧から８．５ｋｇ／ｃｍ2 Ｇまで昇
圧した空気を使用する。低圧圧縮機６２は、大気圧の空
気を８．５ｋｇ／ｃｍ2 Ｇまで昇圧し、低圧燃焼器５２
および高圧圧縮機６０に供給する。低圧圧縮機６２に
は、大気圧の空気が吸気フィルタ６４を介して吸入され
る。高圧ガスタービン４０および低圧ガスタービン４２
は、減速機４４を介して発電機４６を回転駆動するばか
りではなく、高圧圧縮機６０および低圧圧縮機６２をそ
れぞれ回転駆動する。
の高圧力の燃料ガスを燃焼させる必要があるので、空気
も高圧圧縮機６０で２０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇの高圧力まで圧
縮して供給する。高圧圧縮機６０が圧縮する空気は、低
圧圧縮機６２で大気圧から８．５ｋｇ／ｃｍ2 Ｇまで昇
圧した空気を使用する。低圧圧縮機６２は、大気圧の空
気を８．５ｋｇ／ｃｍ2 Ｇまで昇圧し、低圧燃焼器５２
および高圧圧縮機６０に供給する。低圧圧縮機６２に
は、大気圧の空気が吸気フィルタ６４を介して吸入され
る。高圧ガスタービン４０および低圧ガスタービン４２
は、減速機４４を介して発電機４６を回転駆動するばか
りではなく、高圧圧縮機６０および低圧圧縮機６２をそ
れぞれ回転駆動する。
【００１２】排熱ボイラ４８には、吸水ポンプ６６およ
びエコノマイザ６８を介して蒸気発生用の水が供給され
る。高圧燃焼器５０および低圧燃焼器５２にガス圧縮機
５４から供給する燃料ガスの流量は、流量制御弁７０，
７２によってそれぞれ制御される。２０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ
の高圧力の燃料ガスは、流量制御弁７０によって、１９
０Ｎｍ3 ／ｈの一定の流量となるように調整する。流量
制御弁７２は、低圧燃焼器５２に供給する燃料ガスの流
量を０〜３１０Ｎｍ3 ／ｈの範囲で調整可能である。ま
た低圧燃焼器５２には、噴射量制御弁５６によって、０
〜４６００ｋｇ／ｈの範囲で飽和蒸気を噴射することが
可能である。排熱回収装置１８では、１７７℃で８．５
ｋｇ／ｃｍ2 Ｇの飽和蒸気が発生し、流量制御弁５８を
介して０〜２８６０ｋｇ／ｈの流量でプロセス蒸気とし
て需要に応じて供給することができる。排熱ボイラ４８
は、３８０℃〜５６０℃の燃焼排ガスの有する熱を飽和
蒸気として回収し、７０℃〜１４６℃の排ガスを大気中
に排出する。
びエコノマイザ６８を介して蒸気発生用の水が供給され
る。高圧燃焼器５０および低圧燃焼器５２にガス圧縮機
５４から供給する燃料ガスの流量は、流量制御弁７０，
７２によってそれぞれ制御される。２０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ
の高圧力の燃料ガスは、流量制御弁７０によって、１９
０Ｎｍ3 ／ｈの一定の流量となるように調整する。流量
制御弁７２は、低圧燃焼器５２に供給する燃料ガスの流
量を０〜３１０Ｎｍ3 ／ｈの範囲で調整可能である。ま
た低圧燃焼器５２には、噴射量制御弁５６によって、０
〜４６００ｋｇ／ｈの範囲で飽和蒸気を噴射することが
可能である。排熱回収装置１８では、１７７℃で８．５
ｋｇ／ｃｍ2 Ｇの飽和蒸気が発生し、流量制御弁５８を
介して０〜２８６０ｋｇ／ｈの流量でプロセス蒸気とし
て需要に応じて供給することができる。排熱ボイラ４８
は、３８０℃〜５６０℃の燃焼排ガスの有する熱を飽和
蒸気として回収し、７０℃〜１４６℃の排ガスを大気中
に排出する。
【００１３】図２および図３は、図１に示すガスタービ
ン発電システムのシュミレーション結果の例を示す。図
２は発電出力とともにプロセス蒸気を供給する場合につ
いて示し、図３はプロセス蒸気の供給量が０で、排熱ボ
イラ４８で発生する飽和蒸気を全部低圧燃焼器５２に噴
射する場合の特性を示す。図２の条件では、高圧ガスタ
ービン４０および低圧ガスタービン４２に相当するｇｔ
１，ｇｔ２から発生する回転出力から、高圧圧縮機６０
および低圧圧縮機６２に相当するａｃ２，ａｃ１で消費
される回転出力を除いて、９３１ｋＷの回転出力が取出
される。この回転出力が、減速機４４の機械的な変換効
率および発電機４６の発電効率がそれぞれ９５％の条件
で電力に変換されると仮定すると、８４０ｋＷの発電出
力が得られる。高圧燃焼器５０および低圧燃焼器５２で
燃焼する都市ガスの流量ｎｇ１，ｎｇ２の合計流量は１
９０＋１０５＝２９５Ｎｍ3 ／ｈであり、これは３４０
６ｋＷに相当するので、発電効率は８４０／３４０６＝
２４．７％となる。プロセス蒸気ｐｓとして、２８６８
ｋｇ／ｈが取出され、その熱量は２２０４ｋＷに相当す
るので、熱効率は２２０４／３４０６＝６４．７％とな
る。したがって総合的な効率は、２４．７％＋６４．７
％＝８９．４％となり、非常に高い値が得られる。
ン発電システムのシュミレーション結果の例を示す。図
２は発電出力とともにプロセス蒸気を供給する場合につ
いて示し、図３はプロセス蒸気の供給量が０で、排熱ボ
イラ４８で発生する飽和蒸気を全部低圧燃焼器５２に噴
射する場合の特性を示す。図２の条件では、高圧ガスタ
ービン４０および低圧ガスタービン４２に相当するｇｔ
１，ｇｔ２から発生する回転出力から、高圧圧縮機６０
および低圧圧縮機６２に相当するａｃ２，ａｃ１で消費
される回転出力を除いて、９３１ｋＷの回転出力が取出
される。この回転出力が、減速機４４の機械的な変換効
率および発電機４６の発電効率がそれぞれ９５％の条件
で電力に変換されると仮定すると、８４０ｋＷの発電出
力が得られる。高圧燃焼器５０および低圧燃焼器５２で
燃焼する都市ガスの流量ｎｇ１，ｎｇ２の合計流量は１
９０＋１０５＝２９５Ｎｍ3 ／ｈであり、これは３４０
６ｋＷに相当するので、発電効率は８４０／３４０６＝
２４．７％となる。プロセス蒸気ｐｓとして、２８６８
ｋｇ／ｈが取出され、その熱量は２２０４ｋＷに相当す
るので、熱効率は２２０４／３４０６＝６４．７％とな
る。したがって総合的な効率は、２４．７％＋６４．７
％＝８９．４％となり、非常に高い値が得られる。
【００１４】図３に示すように、プロセス蒸気ｐｓの供
給量が０になると、低圧燃焼器５２には３１０Ｎｍ3 ／
ｈの都市ガスを供給し、４６００ｋｇ／ｈの飽和蒸気ｉ
ｓを噴射することができる。このときの高圧ガスタービ
ン４０、低圧ガスタービン４２、高圧圧縮機６０および
低圧圧縮機６２の組合わせから得られる回転出力は２０
４２ｋＷであり、９５％ずつの機械的効率および電気的
効率を考慮すると、発電機４６からは１８４３ｋＷの電
気出力が得られる。１９０＋３１０＝５００Ｎｍ3 ／ｈ
の都市ガスは、５７７３ｋＷのエネルギに相当するの
で、発電効率は１８４３／５７７３＝３１．９％とな
る。
給量が０になると、低圧燃焼器５２には３１０Ｎｍ3 ／
ｈの都市ガスを供給し、４６００ｋｇ／ｈの飽和蒸気ｉ
ｓを噴射することができる。このときの高圧ガスタービ
ン４０、低圧ガスタービン４２、高圧圧縮機６０および
低圧圧縮機６２の組合わせから得られる回転出力は２０
４２ｋＷであり、９５％ずつの機械的効率および電気的
効率を考慮すると、発電機４６からは１８４３ｋＷの電
気出力が得られる。１９０＋３１０＝５００Ｎｍ3 ／ｈ
の都市ガスは、５７７３ｋＷのエネルギに相当するの
で、発電効率は１８４３／５７７３＝３１．９％とな
る。
【００１５】図４および図５は、低圧燃焼器５２におけ
る燃焼を行わない場合の熱効率の計算例を示す。図４で
は高圧ガスタービン４０および低圧ガスタービン４２か
ら、高圧圧縮機６０および低圧圧縮機６２に必要な回転
駆動力を除いて５１１ｋＷの回転出力が得られ、変換効
率を考慮して、発電機４６からは４６１ｋＷの発電出力
が得られる。このときの燃料の消費量はｎｇ１のみの１
９０Ｎｍ3／ｈであり、プロセス蒸気ｐｓの供給量は１
５００ｋｇ／ｈである。１９０Ｎｍ3 ／ｈの都市ガスは
２１９４ｋＷのエネルギに相当するので、発電効率は４
６１／２１９４＝２１．０％となり、熱効率は１１５３
／２１９４＝５２．６％となり、総合的には７３．６％
の効率となる。また、図５に示すように、１３００ｋｇ
／ｈの飽和蒸気ｉｓを低圧燃焼器５２に噴射しても、低
圧燃焼器５２で都市ガスの燃焼を行わないときには、発
電機４６を駆動する回転出力は６０２ｋＷであり、変換
効率を考慮して、５４３ｋＷの発電出力が得られる。燃
焼に使用する１９０Ｎｍ3／ｈの都市ガスは２１９４ｋ
Ｗのエネルギに相当するので、発電効率は５４３／２１
９４＝２４．８％となる。
る燃焼を行わない場合の熱効率の計算例を示す。図４で
は高圧ガスタービン４０および低圧ガスタービン４２か
ら、高圧圧縮機６０および低圧圧縮機６２に必要な回転
駆動力を除いて５１１ｋＷの回転出力が得られ、変換効
率を考慮して、発電機４６からは４６１ｋＷの発電出力
が得られる。このときの燃料の消費量はｎｇ１のみの１
９０Ｎｍ3／ｈであり、プロセス蒸気ｐｓの供給量は１
５００ｋｇ／ｈである。１９０Ｎｍ3 ／ｈの都市ガスは
２１９４ｋＷのエネルギに相当するので、発電効率は４
６１／２１９４＝２１．０％となり、熱効率は１１５３
／２１９４＝５２．６％となり、総合的には７３．６％
の効率となる。また、図５に示すように、１３００ｋｇ
／ｈの飽和蒸気ｉｓを低圧燃焼器５２に噴射しても、低
圧燃焼器５２で都市ガスの燃焼を行わないときには、発
電機４６を駆動する回転出力は６０２ｋＷであり、変換
効率を考慮して、５４３ｋＷの発電出力が得られる。燃
焼に使用する１９０Ｎｍ3／ｈの都市ガスは２１９４ｋ
Ｗのエネルギに相当するので、発電効率は５４３／２１
９４＝２４．８％となる。
【００１６】図２および図３と図４および図５をそれぞ
れ比較すれば、低圧燃焼器５２でも都市ガスの燃焼を行
うことによって、総合的な効率が改善されていることが
判る。
れ比較すれば、低圧燃焼器５２でも都市ガスの燃焼を行
うことによって、総合的な効率が改善されていることが
判る。
【００１７】本ガスタービン発電システムの特徴をまと
めると、次のようになる。
めると、次のようになる。
【００１８】高圧ガスタービン４０の入口での燃焼ガ
スの温度を、発電出力や蒸気の発生量に関係なく、一定
の条件で維持することができる。そのため低圧ガスター
ビン４２の燃料制御だけで、大きなターンダウン域にお
いて高い発電端出力が得られる。前述のような計算を行
って、約５００ｋＷから約２０００ｋＷまでの範囲で、
同一の燃焼温度で運転することが可能なことが判明して
いる。すなわち、高圧ガスタービン４０だけの燃焼で
は、蒸気噴射の有無で調整可能な発電端出力の範囲は約
５９０ｋＷから約５００ｋＷであるけれども、低圧ガス
タービン４２も併用すると、約２０００ｋＷから約９１
０ｋＷまで調整することができる。すなわち電力の需要
が少ないときには、最低約５００ｋＷまで発電出力を低
下させることができ、電力需要が最大となるときには約
２０００ｋＷまで増加させることができる。
スの温度を、発電出力や蒸気の発生量に関係なく、一定
の条件で維持することができる。そのため低圧ガスター
ビン４２の燃料制御だけで、大きなターンダウン域にお
いて高い発電端出力が得られる。前述のような計算を行
って、約５００ｋＷから約２０００ｋＷまでの範囲で、
同一の燃焼温度で運転することが可能なことが判明して
いる。すなわち、高圧ガスタービン４０だけの燃焼で
は、蒸気噴射の有無で調整可能な発電端出力の範囲は約
５９０ｋＷから約５００ｋＷであるけれども、低圧ガス
タービン４２も併用すると、約２０００ｋＷから約９１
０ｋＷまで調整することができる。すなわち電力の需要
が少ないときには、最低約５００ｋＷまで発電出力を低
下させることができ、電力需要が最大となるときには約
２０００ｋＷまで増加させることができる。
【００１９】ガスタービンの入口燃焼温度を約９５０
℃以下とすることで、水噴射や蒸気噴射をすることな
く、ＮＯｘを低い値に抑えることができる。このため脱
硝設備などを設ける必要はない。また２段燃焼とするこ
とによって、燃焼排ガスの量を同じ発電出力のガスター
ビンに比べ約６％、特に蒸気噴射した場合は約３６％も
低減することができる。
℃以下とすることで、水噴射や蒸気噴射をすることな
く、ＮＯｘを低い値に抑えることができる。このため脱
硝設備などを設ける必要はない。また２段燃焼とするこ
とによって、燃焼排ガスの量を同じ発電出力のガスター
ビンに比べ約６％、特に蒸気噴射した場合は約３６％も
低減することができる。
【００２０】２段燃焼の空気燃料比が小さい特徴をい
かし、コージェネレーションシステムとして高い熱回収
効率を得ることができる。すなわち、１段燃焼から２段
燃焼に変更することで、蒸気噴射の有無に応じて排熱ボ
イラ４８の出側の排ガス温度を１４５℃から９０℃と１
３０℃から７０℃に下げることができる。たとえば、高
圧ガスタービン４０および低圧ガスタービン４２と高圧
圧縮機６０および低圧圧縮機６２の効率がそれぞれ８２
％、発電機４６と減速機４４の効率がそれぞれ９５％と
すると、１段および２段燃焼時の発電端効率と熱回収効
率は、燃料となる都市ガスの低発熱量基準でそれぞれ２
１％および５２．６％の合計７６．６％と、２４．７％
および６４．７％の合計８９．４％となり、従来の１段
燃焼時における合計７６％前後の値と比べ大幅に総合熱
効率を向上させることができる。
かし、コージェネレーションシステムとして高い熱回収
効率を得ることができる。すなわち、１段燃焼から２段
燃焼に変更することで、蒸気噴射の有無に応じて排熱ボ
イラ４８の出側の排ガス温度を１４５℃から９０℃と１
３０℃から７０℃に下げることができる。たとえば、高
圧ガスタービン４０および低圧ガスタービン４２と高圧
圧縮機６０および低圧圧縮機６２の効率がそれぞれ８２
％、発電機４６と減速機４４の効率がそれぞれ９５％と
すると、１段および２段燃焼時の発電端効率と熱回収効
率は、燃料となる都市ガスの低発熱量基準でそれぞれ２
１％および５２．６％の合計７６．６％と、２４．７％
および６４．７％の合計８９．４％となり、従来の１段
燃焼時における合計７６％前後の値と比べ大幅に総合熱
効率を向上させることができる。
【００２１】簡単な構成機器で、高い発電効率および
排熱回収効率を得ることができる。図１に示すように、
本ガスタービン発電システムでは、既存の構造のガスタ
ービンを高圧ガスタービン４０および低圧ガスタービン
４２として２台タンデムに配置し、減速機４４を介して
発電機４６を駆動する方式である。従来のタービン翼や
燃焼器の冷却技術がそのまま採用可能であり、特に飽和
蒸気の噴射で、低圧燃焼器５２の冷却と低圧燃焼器５２
内での高温燃焼ガスとの混合過熱を行うことができ、蒸
気の導入噴射を瞬時に行うことができる。
排熱回収効率を得ることができる。図１に示すように、
本ガスタービン発電システムでは、既存の構造のガスタ
ービンを高圧ガスタービン４０および低圧ガスタービン
４２として２台タンデムに配置し、減速機４４を介して
発電機４６を駆動する方式である。従来のタービン翼や
燃焼器の冷却技術がそのまま採用可能であり、特に飽和
蒸気の噴射で、低圧燃焼器５２の冷却と低圧燃焼器５２
内での高温燃焼ガスとの混合過熱を行うことができ、蒸
気の導入噴射を瞬時に行うことができる。
【００２２】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、高圧燃焼
器および高圧ガスタービンを一定条件で作動させ、低圧
燃焼器には蒸気の需要が少ないときに蒸気の噴射を行う
こともできるので、広い発電出力の需要に対して効率よ
く電力と熱との供給を行うことができる。また、温度制
御で水噴射や蒸気噴射をすることなくＮＯｘを低い値に
抑えることができるので、脱硝設備などを設ける必要が
なく、システムの簡素化を図り、小形のシステムで効率
のよい電力および熱の供給を行うことができる。
器および高圧ガスタービンを一定条件で作動させ、低圧
燃焼器には蒸気の需要が少ないときに蒸気の噴射を行う
こともできるので、広い発電出力の需要に対して効率よ
く電力と熱との供給を行うことができる。また、温度制
御で水噴射や蒸気噴射をすることなくＮＯｘを低い値に
抑えることができるので、脱硝設備などを設ける必要が
なく、システムの簡素化を図り、小形のシステムで効率
のよい電力および熱の供給を行うことができる。
【図１】本発明の実施の一形態の概略的なシステムフロ
ーを示すブロック図である。
ーを示すブロック図である。
【図２】図１の実施形態で、発電出力とプロセス蒸気と
を供給する場合の動作状態のシュミレーション結果の一
例を示す図である。
を供給する場合の動作状態のシュミレーション結果の一
例を示す図である。
【図３】図１の実施形態で、プロセス蒸気を供給しない
で低圧燃焼器５２内に噴射する場合の動作状態のシュミ
レーション結果の一例を示す図である。
で低圧燃焼器５２内に噴射する場合の動作状態のシュミ
レーション結果の一例を示す図である。
【図４】図１の実施形態で、低圧燃焼器５２で燃焼を行
わずにプロセス蒸気を取出す場合のシュミレーション結
果の一例を示す図である。
わずにプロセス蒸気を取出す場合のシュミレーション結
果の一例を示す図である。
【図５】図１の実施形態で、低圧燃焼器５２で燃焼を行
わずに飽和蒸気の噴出を行う場合のシュミレーション結
果の一例を示す図である。
わずに飽和蒸気の噴出を行う場合のシュミレーション結
果の一例を示す図である。
【図６】従来からのチェンサイクルを利用するガスター
ビン発電システムのシステムフローを示すブロック図で
ある。
ビン発電システムのシステムフローを示すブロック図で
ある。
４０ 高圧ガスタービン ４２ 低圧ガスタービン ４４ 減速機 ４６ 発電機 ４８ 排熱ボイラ ５０ 高圧燃焼器 ５２ 低圧燃焼器 ５４ ガス圧縮機 ５６ 噴射量制御弁 ６０ 高圧圧縮機 ６２ 低圧圧縮機 ７０，７２ 流量制御弁
Claims (1)
- 【請求項１】 ２０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ付近の予め定める高
圧力のガス燃料を、約９５０℃付近の予め定める上限温
度以下の温度で燃焼させる高圧燃焼器と、 高圧燃焼器の燃焼ガスを、８ｋｇ／ｃｍ2Ｇ付近の予め
定める低圧力まで膨張させながら回転する高圧ガスター
ビンと、 高圧ガスタービンからの排ガスを用いて燃料を燃焼させ
る低圧燃焼器と、 低圧燃焼器の燃焼ガスを大気圧まで膨張させながら回転
する低圧ガスタービンと、 低圧ガスタービンによって駆動され、空気を圧縮して低
圧燃焼器に供給する前記低圧力まで上昇させる低圧空気
圧縮機と、 高圧ガスタービンによって駆動され、低圧空気圧縮機に
よって圧縮された空気を、高圧燃焼器に供給する前記高
圧力まで上昇させる高圧空気圧縮機と、 低圧ガスタービンからの排ガスを熱源として、前記低圧
力付近の圧力で飽和蒸気を発生する排熱ボイラと、 高圧ガスタービンおよび低圧ガスタービンの回転出力を
減速および結合する減速機と、 減速機の回転出力によって駆動される発電機とを含み、 高圧燃焼器および高圧ガスタービンが一定条件で作動さ
れ、発電出力および蒸気の需要量に応じて、低圧燃焼器
の燃焼条件が、低圧ガスタービンの入口温度ガス温度が
ＮＯｘの発生が抑制されかつ構成部材の許容温度内とな
る範囲で制御され、発電出力への需要が大きく、蒸気の
需要が少ないときには、低圧燃焼器へ排熱ボイラからの
飽和蒸気が噴射されることを特徴とするガスタービン発
電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1167198A JPH11210490A (ja) | 1998-01-23 | 1998-01-23 | ガスタービン発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1167198A JPH11210490A (ja) | 1998-01-23 | 1998-01-23 | ガスタービン発電システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11210490A true JPH11210490A (ja) | 1999-08-03 |
Family
ID=11784459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1167198A Pending JPH11210490A (ja) | 1998-01-23 | 1998-01-23 | ガスタービン発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11210490A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001211696A (ja) * | 2000-01-26 | 2001-08-03 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | コジェネプラントの運転方法及びその装置 |
| JP2009531643A (ja) * | 2006-03-31 | 2009-09-03 | アルストム テクノロジー リミテッド | ガスタービン設備に用いられる燃料ランスならびに燃料ランスを運転するための方法 |
-
1998
- 1998-01-23 JP JP1167198A patent/JPH11210490A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001211696A (ja) * | 2000-01-26 | 2001-08-03 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | コジェネプラントの運転方法及びその装置 |
| JP2009531643A (ja) * | 2006-03-31 | 2009-09-03 | アルストム テクノロジー リミテッド | ガスタービン設備に用いられる燃料ランスならびに燃料ランスを運転するための方法 |
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