JPH11257026A - 圧縮機プラント - Google Patents

圧縮機プラント

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JPH11257026A
JPH11257026A JP10065614A JP6561498A JPH11257026A JP H11257026 A JPH11257026 A JP H11257026A JP 10065614 A JP10065614 A JP 10065614A JP 6561498 A JP6561498 A JP 6561498A JP H11257026 A JPH11257026 A JP H11257026A
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JP
Japan
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compressor
gas turbine
steam
turbine
heat recovery
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Withdrawn
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JP10065614A
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Masatoshi Ono
正俊 小野
Ichiro Fukue
一郎 福江
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラント全体の熱回収率が高くかつ構成機器
の数が少ない、排熱回収ボイラを有し大量の空気を取り
扱う圧縮機を設備したプラントを提供する。 【解決手段】 圧縮機プラントは、ガスタービン圧縮機
（１）、ガスタービン燃焼器（２）及びガスタービン
（３）を備えるガスタービン装置（４）と、ガスタービ
ン（３）から排出される排気を回収する排熱回収ボイラ
（５）と、排熱回収ボイラ（５）から排出されるの蒸気
により駆動されるＮ2圧縮機（７ａ，７ｂ）を駆動する
ための蒸気タービン（６）と、蒸気タービン（６）から
の復水を排熱回収ボイラ（５）に送る復水系（８）と、
発電機（９）を駆動する発電機用蒸気タービン（１０）
とを備え、ガスタービン圧縮機（１）から抽出した第一
原料空気の熱量により、復水系（８）を通る復水を加熱
して低圧蒸気を生成し、この低圧蒸気を蒸気タービン
（６）及び発電機用蒸気タービン（１０）へ供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒素（以下、「Ｎ
2」と称す）注入プラント、肥料プラント等の、排熱回
収ボイラを有し大量の空気を取り扱う圧縮機を設備した
プラントに関し、特に該圧縮機プラントのプラント効率
の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】排熱回収ボイラを有し、大量の空気を取
扱う圧縮機を設備したプラントには、空気から分離され
たＮ2圧により海底の原油を抽出するＮ2注入プラント
や、圧縮された空気を空気分離装置に送り込み、この空
気分離装置からＮ2を分離して尿素を作る肥料プラント
や、あるいは石油精製の流動接触触媒の分解プロセスに
於いて、反応後の触媒生成物を燃焼除去するための空気
を得るＦＣＣプラント等がある。これらいずれのプラン
トに於いても、原料Ｎ2ガスや原料Ｏ2ガスは、大型の空
気圧縮機から得られている。また、大型空気圧縮機は、
効率の良さから、イニシャルコストが高くなっても経済
的に優位になる軸流式圧縮機や、軸流式圧縮機と遠心式
圧縮機とを組み合わせた複合式圧縮機が採用されてい
る。
【０００３】図３は、一般的なＮ2注入プラントの系統
の１レーンを示す図である。ガスタービン５１のガスタ
ービン燃焼器５２には、吸気フィルタ５５を介して吸い
込まれかつガスタービン圧縮機５３から給気される圧縮
空気と、燃料源（図示せず）から管５３を介して供給さ
れる燃料とが投入され、ガスタービン燃焼器５２内で燃
焼して燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスによりガスター
ビン５１を駆動し、それにより主空気圧縮機５４をも駆
動する。吸気フィルタ５６を介して吸い込まれた空気
は、この例では４段式の複数の圧縮機５７により圧縮さ
れると共に、複数のインタクーラ５８により冷却され、
これを繰り返しながら配管系５９を介して最終段４のア
フタクーラ６０により冷却された後、管６１を介して空
気分離装置６２に送り込まれる。
【０００４】圧縮空気は、空気分離装置６２により、Ｎ
2ガスとＯ2ガスとに分離さる。Ｎ2ガスは、さらに高圧
の原料Ｎ2ガスと低圧の原料Ｎ2ガスとになり、各々管６
３及び６４を介して、Ｎ2圧縮機６５に送られる。Ｎ2圧
縮機６５は、蒸気タービン６６により駆動される。この
Ｎ2圧縮機６５も、この例では４段式に構成されてお
り、送り込まれた高圧及び低圧の原料Ｎ2ガスは、複数
の圧縮機６６により圧縮されると共に、複数のインタク
ーラ６７で冷却されながら配管系６９を介して最終段の
アフタクーラ６８へ送られ、このアフタクーラ６８で最
終冷却されて、次段階の装置（図示せず）へ供給され
る。
【０００５】一方、ガスタービン５１の排気は、管７０
を介して排熱回収ボイラ７１に送気される。この排気の
熱量により、排熱回収ボイラ７１内で、復水系７２を流
れる復水を加熱して蒸気を生成し、この蒸気は、管７３
を介してＮ2圧縮機６５を駆動する蒸気タービン６６
へ、駆動源として送り込まれる。しかし、ガスタービン
５１の排気の熱量のみでは、蒸気タービン６６を駆動さ
せるに十分な蒸気を生成することができないので、排熱
回収ボイラ７１には、燃料源（図示せず）から管７４を
介して燃料が供給される。
【０００６】また、主空気圧縮機５４及びＮ2圧縮機６
５の複数のインタクーラ５８及び６７と、アフタクーラ
６０及び６８との冷却には、冷却媒体として海水等が使
用され、冷却搭（図示せず）を通り循環して使用され
る。なお、図３の圧縮機プラントは、１レーンを示すも
ので、プラントの規模が大きくなれば、それに合わせて
複数のレーンが並列に配置される。
【０００７】空気を取扱う圧縮機プラントに於いては、
原料が空気であるため原料費は対象外となるため、圧縮
機プラントの構成基準は、運転費の削減、熱効率の良
否、機器構成に伴なう建設費の削減及びメンテナンスの
難易度等に集約される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、一般に、前述
したようにイニシャルコストが多少高くなっても運転費
の削減を最も重要視しているので、プラント全体の熱回
収率が悪く、燃料費が高くつくという問題点があった。
また、プラントの構成機器の数が多く、設備費が嵩むと
共に、メンテナンスに手間がかかり費用も割高となると
いう問題点があった。
【０００９】従って、本発明は、このような問題点を解
決するためになされたもので、プラント全体の熱回収率
が高く、また構成機器の数が少ない、排熱回収ボイラを
有し大量の空気を取り扱う圧縮機を設備したプラントを
提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、請求項１に記載の本発明による圧縮機プラントは、
ガスタービン圧縮機、ガスタービン燃焼器及びガスター
ビンを備えるガスタービン装置と、該ガスタービンから
排出される排気を回収する排熱回収ボイラと、該排熱回
収ボイラから排出される蒸気により駆動される蒸気ター
ビンと、該蒸気タービンにより駆動されるＮ2圧縮機
と、前記蒸気タービンからの復水を前記排熱回収ボイラ
に送る復水系と、発電機を駆動する発電機用蒸気タービ
ンとを備え、前記ガスタービン圧縮機から抽出した第一
原料空気の熱量により、前記復水系を通る復水を加熱し
て低圧蒸気を生成し、該生成された低圧蒸気を前記Ｎ2
圧縮機を駆動する前記蒸気タービン及び前記発電機を駆
動する前記発電機用蒸気タービンへ供給することを特徴
としている。
【００１１】また、請求項２に記載の本発明による圧縮
機プラントは、前記ガスタービン圧縮機から送り出され
た第二空気を直接前記ガスタービン燃焼器へ供給して燃
焼させることにより、前記ガスタービンから前記排熱回
収ボイラへ送られる前記排気を高温にすることを特徴と
している。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１及び２に基づいて詳細に説明する。なお、図１
右側の配管系に付された符号は、図２左側の配管系に付
された対応する符号に接続している。
【００１３】図１及び２に記載されたプラントの基本的
な構成は、ガスタービン圧縮機１、ガスタービン燃焼器
２及びガスタービン３を備えるガスタービン装置４と、
該ガスタービン３から排出される排気を回収する排熱回
収ボイラ５と、該排熱回収ボイラ５から排出される蒸気
により駆動される蒸気タービン６と、該蒸気タービン６
により駆動されるＮ2圧縮機７ａ及び７ｂと、前記蒸気
タービン６からの排水を前記排熱回収ボイラ５に送る復
水系８と、発電機９を駆動する発電機用蒸気タービン１
０とから成る。
【００１４】吸気フィルタ１１により取り込まれた空気
の流れを説明する。取り込まれた空気は、管１２を介し
てガスタービン圧縮機１へ送られる。ガスタービン圧縮
機１から排出される圧縮空気の一部は、Ｎ2注入プラン
トの原料空気となり、原料空気系１３を介してアフタク
ーラ１４ａ及び１４ｂに送気される。最初のアフタクー
ラ１４ａにおいて、原料空気は、それが持つ熱量のため
に熱媒体として機能し、復水系を流れる復水を加熱し
て、低圧蒸気を生成するために利用される。
【００１５】アフタクーラ１４ａ及び１４ｂから送り出
された原料空気は、管１５を介して空気分離装置１６に
導入され、ここで高圧及び低圧の２種類のＮ2ガスが抽
出される。低圧Ｎ2ガスは、空気分離装置１６から管１
７を介して低圧側Ｎ2圧縮機７ａに供給され、そこで圧
縮される。圧縮された低圧Ｎ2ガスの一部は、管２０を
介してインタクーラ１９へ送られ、そこで冷却された
後、空気分離装置１６から管１８を介して送られてきた
高圧Ｎ2ガスと合流し、Ｎ2圧縮機７ａの高圧段部に供給
される。Ｎ2圧縮機７ａで圧縮された低圧Ｎ2ガスの残り
の部分は、高圧Ｎ2ガスと合流し、管２１を介してイン
タクーラ２２ａ及び２２ｂへ送られて冷却され、その後
管２３を介して高圧側Ｎ2圧縮機７ｂに導入される。Ｎ2
ガスは、ここで再び圧縮され、管２４を介しインタクー
ラ２５ａ及び２５ｂへ送られ冷却された後、管２６及び
２７を介してアフタクーラ２８へ送られる。ここでさら
に冷却された後、Ｎ2ガスは、Ｎ2注入装置（図示せず）
へと送気される。
【００１６】次に原料空気を抽出された後のガスタービ
ン圧縮機１からの吐出空気の流れを説明する。ガスター
ビン圧縮機１から吐出された圧縮空気は、管３０を介し
そのままガスタービン燃焼器２へ送気される。ガスター
ビン燃焼器２には、燃料源（図示せず）から燃料が管３
１を介して供給され、別途に送気された圧縮空気と共に
燃焼し、燃焼ガスとして管３２を介してガスタービン３
へ供給され、ガスタービン３の駆動源となる。ガスター
ビン３から排出される排気は、管３３を介して排熱回収
ボイラ５に導入され、この排気の熱量が高圧蒸気発生の
ために利用される。
【００１７】また、ガスタービンから送られる排気の熱
量だけでは、蒸気タービン６を駆動させるに十分な高圧
蒸気が得られないので、排熱回収ボイラ５には、管３４
を介して燃料源（図示せず）から助燃燃料が供給され
る。
【００１８】次に、蒸気タービン６からの復水の流れに
ついて説明する。蒸気タービン６の復水は、管３５を通
りポンプ３６により排熱回収ボイラ５へ輸送されるが、
ポンプ３６に流入する前にアフタクーラ３７により一旦
冷却される。ポンプ３６から送水された復水は、一旦二
股に分かれ、管３８を介してＮ2圧縮機７ａのインタク
ーラ２２ａへ、管３９を介してＮ2圧縮機７ｂのインタ
クーラ２５ａへ、各々送られる。二股に分かれた復水
は、各々インタクーラ２２ａ及び２５ａにより加熱さ
れ、その後復水系８、ポンプ４０を介して排熱回収ボイ
ラ５に導入される。なお復水の一部は、上述したアフタ
クーラ１４ａにより生成される低圧蒸気用に供給され
る。
【００１９】排熱回収ボイラ５に導入された復水は、上
述したガスタービン３からの排気と助燃燃料による燃焼
とにより高圧蒸気になり、排熱回収ボイラ５から管４１
を介して、Ｎ2圧縮機７ａ及び７ｂを駆動させる蒸気タ
ービン６へ供給される。また、高圧蒸気の一部は、管４
２を介してガスタービン燃焼器２へ送られる。これは、
大気温度条件が過酷な時、ここでは規定条件として大気
温度が３３°Ｃとするが、この温度以下の時に、ガスタ
ービン３の出力を上昇するようにガスタービン燃焼器か
ら蒸気を噴射させるためである。
【００２０】復水系８を流れる復水の一部を用いて、上
述したアフタクーラ１４ａにより生成された低圧蒸気
は、その一部が管４３及び４４を介して蒸気タービン６
の低圧段駆動蒸気にへ駆動源として供給される。低圧蒸
気の残りは、管４３及び４５を介して発電機９の駆動用
の発電機用蒸気タービン１０へ駆動源として供給され
る。
【００２１】次に、本発明の実施形態におけるプラント
の作用を説明する。ガスタービン圧縮機１から抽出した
原料空気は、温度３７４°Ｃ／絶対圧力１１．７ｋｇ／
ｃｍ2であり、この原料空気を熱媒体として、アフタク
ーラ１４ａ内で復水系８を流れる復水から、絶対圧力７
ｋｇ／ｃｍ2の低圧蒸気を発生させることができる。こ
の低圧蒸気は、Ｎ2圧縮機７ａ及び７ｂを駆動させる蒸
気タービン６と、発電機９を駆動する発電機用蒸気ター
ビン１０とに供給されるので、熱回収率が上昇する。ま
た、発電機９により発電された電力により、プラント内
の諸設備の電力も賄われる。なお、図３に示すような一
般的システムのプラントにおいては、空気圧縮機５４に
複数のインタクーラ５８を用い、空気圧縮機動力を押さ
えて、低圧蒸気は発生させないようになっている。
【００２２】次に、上述したように、ガスタービン圧縮
機１からの圧縮空気は、そのままガスタービン燃焼器２
へ導入されているため、ガスタービン３から排熱回収ボ
イラ５へ送られる排気温度は、熱バランスを考慮した図
３に示すような一般的なシステムのプラントの場合の４
５２°Ｃと比較して、５９８°Ｃとかなりの高温にな
る。これにより、排熱回収ボイラ５で高温の蒸気が得ら
れ、熱回収率が大きくなる。
【００２３】また、排熱回収ボイラ５には、単位時間当
たり最大４トンの助燃が可能となり、図３に示すような
一般的システムの３．５トン／時間と比較してかなり大
きいため、生成された蒸気も温度５１０°Ｃ／絶対圧力
１０２ｋｇ／ｃｍ2と高圧蒸気になる。また、大気温３
３°Ｃの規定条件下では、ガスタービン３の出力を上昇
させるために、ガスタービン燃焼器２から蒸気噴射（２
３．４トン／時間）をすることも可能である。
【００２４】上述した三つの作用を奏する本発明による
圧縮機プラントにより、全体の燃料消費量は、発電用も
含めて７０．６５トン／時間となり、大気温度３３°Ｃ
規定条件時の一般的システムのプラントの７４．８４ト
ン／時間と比較して、約６％以上の燃料を削減すること
ができる。
【００２５】また、本発明に従う圧縮機プラントは、一
般のシステムのプラントと比較して構成機器の数が少な
い。従って、メンテナンスについては、手間がかからず
有利であり、メンテナンス費用もかなり節約することが
できる。また、発電機９を駆動する発電用駆動機を蒸気
タービンとしたため、主ガスタービン３とは形式の異な
るガスタービンをプラント内に混在させなくてすむの
で、メンテナンスが繁雑になるのを避けることができ
る。さらに、図３に示すような一般のシステムのプラン
トに存在する空気圧縮機５４が無くなるので、建設費が
大幅に削減することができる。
【００２６】
【発明の効果】請求項１に係る本発明に従う圧縮機プラ
ントは、ガスタービン圧縮機から抽出した第一原料空気
の熱量により、復水系を通る復水を加熱して低圧蒸気を
生成し、該生成された低圧蒸気をＮ2圧縮機を駆動する
蒸気タービン及び発電機を駆動する発電機用蒸気タービ
ンへ供給する。この低圧蒸気を生成することにより、熱
回収を改善することができるようになる。また、一般の
プラントにある空気圧縮機が無くなるので、設備を単純
化することができるようになる。
【００２７】請求項２に係る本発明に従う圧縮機プラン
トは、ガスタービン圧縮機から送り出された第二空気を
直接ガスタービン燃焼器へ供給して燃焼させることによ
り、ガスタービンから排熱回収ボイラへ送られる排気を
高温にする。これにより、排熱回収ボイラに高温の排気
を送気できるので、熱回収がさらに改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従う圧縮機プラントの系統を示し、
図２と対をなす図である。
【図２】 本発明に従う圧縮機プラントの系統を示し、
図１と対をなす図である。
【図３】 一般的なＮ2注入プラントの系統の１レーン
を示す図である。
【符号の説明】
１…ガスタービン圧縮機、２…ガスタービン燃焼機、３
…ガスタービン、４…ガスタービン装置、５…排熱回収
ボイラ、６…蒸気タービン、７ａ，７ｂ…Ｎ2圧縮機、
８…復水系、９…発電機、１０…発電機用蒸気タービ
ン、１１…吸気フィルタ、１２，１５，１７，１８，２
０，２１，２３，２４，２６，２７，３０，３１，３
２，３３，３４，３５，３８，３９，４１，４２，４
３、４４、４５…管、１３…原料空気系、１４ａ，１４
ｂ，２８，３７…アフタクーラ、１６…空気分離装置、
１９、２２ａ，２２ｂ，２５ａ，２５ｂ…インタクー
ラ、３６，４０…ポンプ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガスタービン圧縮機、ガスタービン燃焼
    器及びガスタービンを備えるガスタービン装置と、該ガ
    スタービンから排出される排気を回収する排熱回収ボイ
    ラと、該排熱回収ボイラから排出される蒸気により駆動
    される蒸気タービンと、該蒸気タービンにより駆動され
    るＮ2圧縮機と、前記蒸気タービンからの復水を前記排
    熱回収ボイラに送る復水系と、発電機を駆動する発電機
    用蒸気タービンとを備え、前記ガスタービン圧縮機から
    抽出した第一原料空気の熱量により、前記復水系を通る
    復水を加熱して低圧蒸気を生成し、該生成された低圧蒸
    気を前記Ｎ2圧縮機を駆動する前記蒸気タービン及び前
    記発電機を駆動する前記発電機用蒸気タービンへ供給す
    る圧縮機プラント。
  2. 【請求項２】 前記ガスタービン圧縮機から送り出され
    た第二空気を直接前記ガスタービン燃焼器へ供給して燃
    焼させることにより、前記ガスタービンから前記排熱回
    収ボイラへ送られる前記排気を高温にする請求項１に記
    載の圧縮機プラント。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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