JPS58101226A - ガスタ−ビンサイクル - Google Patents

ガスタ−ビンサイクル

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JPS58101226A
JPS58101226A JP19936281A JP19936281A JPS58101226A JP S58101226 A JPS58101226 A JP S58101226A JP 19936281 A JP19936281 A JP 19936281A JP 19936281 A JP19936281 A JP 19936281A JP S58101226 A JPS58101226 A JP S58101226A
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JP
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compressed air
heat recovery
air
water
liquid phase
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JP19936281A
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Hiromi Nakamura
弘巳 中村
Takehiko Takahashi
武彦 高橋
Norio Narasaki
則雄 奈良崎
Kazuo Yamamoto
和夫 山本
Norio Sayama
憲郎 佐山
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Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/14Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F02C7/141Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
    • F02C7/143Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/20Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/211Heat transfer, e.g. cooling by intercooling, e.g. during a compression cycle

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新規な熱回収の方法を用いてなる水注入ガスタ
ービンサイクルに関し、空気もしくは空気を主体とする
ガスを圧縮機で圧縮してなる圧縮空気の一部もしくは全
部に液相水を接触させて得た空気/水蒸気の混合物でタ
ービン排気の熱回収を行なうとともに、該接触操作にて
得られる液相水を熱回収媒体としてタービン排気の熱回
収および圧縮機の中間冷却に用いることを特徴とするも
のであり、好ましい態様においてはタービン入口温度t
ooo cで49%(LHV基準)以上の熱効率を達成
できるガスタービンサイクルであり、この熱効率は従来
の単純ガスタービンサイクルの熱効率の約1.9倍であ
り、このことは燃料消費量が約%に減少することを意味
する。
従来ガスタービンサイクルにおけるタービン排気の熱回
収は空気の予熱、廃熱ボイラーによる熱媒蒸気の回収、
吸収冷凍による冷凍エネルギーの回収等が行なわれてお
り、空気の予、熱の一種として圧縮空気に水を混合して
得た空気/水蒸気の混合物による方法も行なわれている
従来の水注入ガスタービンサイクルとしては、米国特許
第2095991号、同第2115112号、 同第2
115338号、同第2678532号、同第2869
324号、スイス特許第457039号、フランス特許
第1007140号等がある。
これら特許文献を評価した雑文として、Ga5paro
vic 、 Nらによる「(1,As TURBINE
S WITHHEAT EXCHANGERAND W
ATERINJECTION INTHE COMPR
ESSED AIRJ (Combtbvtion v
44 n6Dec、 1972 P32−40 :以下
雑文Aと記す。オヨヒCombustion v45 
n6Dec、 1973  P6−16 :以下雑文B
と記す)がある。
これらの文献には、圧縮空気への水の注入および中間段
圧縮空気への水の注入の態様の記載があり、圧縮空気/
水蒸気の混合物による熱回収の方法を開示するもので、
そしてこれら特許を評価した雑文Aおよび已によると、
比出力の大幅向上に対して熱効率は従来の単純ガスター
ビンサイクルの熱効率の1.5倍程度にすぎない。
この熱効率の向上は必ずしも十分なものではなく、かつ
実用性を加味した総合動力プラントの観点からはいわゆ
るガスタービン−蒸気タービン複合サイクルに比べ見劣
りするものとなっており、近年の燃料価格の大幅な上昇
(20倍/10年)により熱効率の大幅向上を計るため
の動力プラントの開発方向はもっばらガスタービン−蒸
気タービン複合サイクルの実用化を指向している。
本発明者は、この水注入ガスタービンサイクルにおいて
圧縮空気の一部もしぐは全部に液相水を注入して得られ
る圧縮空気/水/水蒸気の混相混合物によりタービン排
気の熱回収を行なうとともに補給する液相水で圧縮機の
中間冷却を行なうことにより、熱効率が向上することを
見い出し、先に特許出願した。(特願昭55−1553
99他)その抜水の注入方法と熱回収、更には熱回収媒
体の製造方法について検討を続けた結果、熱回収媒体と
して用い加熱された液相水と圧縮空気とを直接接触させ
熱および物質(水分)移動を行なわせる交換塔などの接
触操作手段と該接触操作により冷却されだ液相水の熱回
収媒体としてタービン排気の熱回収および圧縮機の中間
冷却への適用との組合せを用いるとともに該接触操作で
蒸発し、圧縮空気との混合物として圧縮空気中に移行し
た液相水の補給に供せられる液相水を圧縮機の中間冷却
に用いることにより前記雑文における水注入ガスタービ
ンサイクル以上の熱効率の向上が計れることを見い出し
本発明を完成させた。この熱効率は、前記の再熱ガスタ
ービン−蒸気タービン複合サイクル以上である。
すなわち、本発明は、支燃剤ガス・作動媒体ガス等とし
て空気もしくは空気を主体とするガスを圧縮機で圧縮し
てなる圧縮空気の一部もしくは全部に液相水を接触させ
て得た空気/水蒸気の混合物でタービン排気の熱回収を
行なうガスタービンサイクルにおいて、圧縮空気と熱回
収媒体として用い加熱された液相水とを接触させて空気
/水蒸気の混合物を得るとともに該接触操作で得られる
冷却された液相水を熱回収媒体としてタービン排気の熱
回収および圧縮機の中間冷却に用い前記圧縮空気との接
触操作に供し、かつ該接触操作で蒸発し空気との混合物
として圧縮空気中に移行した量に著たる液相水を必要に
応じ熱回収媒体として使用し該接触操作および該熱回収
操作に供せられる液相水中に補給するごとくしてなるガ
スタービンサイクルである。
本発明は、上記のごとく接触操作で得られる冷却されだ
液相水を圧縮機の中間冷却に用し)るものであり、中間
冷却による圧縮動力の低減力(サイクル外に熱を捨てる
ことなく達成できるものである。
以下添付図面により本発明の70−シートの一例を説明
する。
図面は、圧縮空気と液相水とを接触させる接触交換塔(
以下交換塔と記す)11熱回収器3、中間冷却器11空
気圧縮機2、タービン1の場合である。空気圧縮機(A
C,)により吸入された大気中% (3)は、断熱圧縮
され管(4)より中間冷却器(rC)に入る。中間冷却
器(IC)で冷却された中間段圧縮空気(5)は空気圧
縮機(AC2)で再び断熱圧縮され管(6)より吐出さ
れる。圧縮空気の一部は管(7)より交換塔(EXT 
)下部に導入され、残部は管(8)より高温側熱回収器
(R8)に導入される。
交換塔(EXT )では中間冷却器(IC)、低温側熱
回収器(R2)にて予熱されだ液相水が管α7)(2υ
を通して上部より入り、下部より入る前記管(7)から
の圧縮空気との直接接触により熱および物質(水分)移
動が同時に行なわれ、頂部からは通常飽和〜やや乾いた
空気/水蒸気の混合物が管(9)より、底部からは該接
触操作により冷却された液相水が管α樽よりそれぞれ出
る。交換塔(EXT )底部より管0樽を通して出る冷
却された液相水は、中間冷却器(IC)、低温側熱回収
器(R2)への熱回収媒体として管α傷(イ)を通して
導入される。また該接触操作で蒸発し圧縮空気との混合
物として圧縮空気中に移行した量に当たる液相水が中間
冷却器(IC)の熱回収媒体として加圧水導入管(2)
を通じ導入され、前記α優よりの液相水中に管αeにお
いて補給される。一方交換塔(EXT )頂部より管(
9)を通して出る圧縮空気/水蒸気の混合物は、管(8
)の昇圧空気とともに高温側熱回収器(R1)に導入さ
れ熱回収されて管α〔より燃焼器(CC)に導入される
。燃焼器(CG)には管(1)よりの燃料が熱回収器(
R3)で予・熱、されて加えられており、所定温度の燃
焼ガスとなり管αυよりタービン(ET)に導入される
。燃焼ガスは断熱膨張し、空気圧縮機(ACl)、(A
C2)および負荷0の駆動力を発生し管a2より排出さ
れ、一部は管Q9より燃料の予熱器(R8)に、他は管
(13)より高温側熱回収器(R1)、次いで低温側熱
回収器(R2)を経て熱回収され低温の廃ガスαるとな
る。尚、空気圧縮機(ACl)、(AC2)およびター
ビン(ET)に導入されるシール空気およびタービン(
ET)に導入される冷却空−気は当然機械の設計上別途
必要とされる。
但し、本発明の操作の過程においては、低温の圧縮空気
が得られるため、タービン冷却用圧縮空気の必要量は従
来のガスタービンサイクルより少なくすることが可能で
あり、本効果は一層の熱効率の向上に寄与するものであ
る。
以上図面によって本発明の70−の一例を示したが本発
明は圧縮空気の一部もしくは全部に液相水を接触させて
得られる冷却されだ液相水でタービン排気の熱回収およ
び中間冷却を行なうことを特徴とするものであってこの
操作を用いるかぎりにおいて種々の変更を加えう゛るも
のである。例えば中間冷却に更に燃料を、併用すること
、再熱サイクル化、廃ガス中の水の凝縮回収装置の付加
などである。
本発明のガスタービンサイクルの基本的なフローとその
適用の一例を上記に示したが、操作条件の点からは、圧
縮空気と液相水との直接接触による熱および物質(水分
)移動がより有利に利用できる範囲としては、まず、該
接触操作に用いる圧縮空気量は熱回収率の面からは通常
全量用いることが好ましいが、タービン排気の熱回収、
中間冷却などで使用される該接触操作で得られる冷却さ
れた液相水を得るための所望量および接触操作の実用的
条件から用いる機器の大きさや廃ガス湿度の制限などか
ら適宜高温側熱回収器に分流させるものである。また圧
縮空気との接触操作で蒸発し圧縮空気/水蒸気の混合物
として圧縮空気中に移行させる水量、すなわ′ちサイク
ルへの補給すべき水量についても実施に当り好適な量を
選定する。
この好適操作範囲は中間冷却に更に燃料を併用すること
、再熱サイクル化、廃ガス中の水の凝縮回収装置の付加
など、あるいはタービン入口条件などによって当然変わ
るものである。たとえば、図面のフローシートにおいて
、タービン入口条件として圧力6at 、温度tooo
cでは、圧縮空気への補給すべき水量は全吸入空気1 
kgmolあたり0.1〜0.2 kgmol 、好ま
しくは0.11〜0.15kgmolの範囲である。ま
た圧縮機において、中間冷却を施すべき没前後の圧力配
分は、中間冷却による圧縮動力の低減効果をより大きく
するとの点より判断されるべきのものである。
以下に本発明の効果をより具体的に説明するために検討
例を示す。
検  討  例 CI)条  件 (α)効  率 圧縮機断熱効率  η。=0.89 タービン断熱効率  ηツー0.91 機械効率   η。=0.99 発電機効率  η。=0.985 燃焼効率   η。=0.999 (h)大気吸入条件 温度   15C 圧−力      1.033 at 温湿度  60% 流量Dry Air  l kymol/5H20o、
ototk)mOl/# (C)燃  料 種類     天然ガス 温度   15C 高位発熱量(OC)  245 、200 訃al/k
pnol低位発熱量(OC)  22L、600kal
/krol(d)総圧力損失率 0、152 (−)補給水 温度   15C 流量   0.123 kymol/s(ト)タービン
入口条件 圧力   5 at 温度   1000 C け)熱交換器最小温度差 高温側熱回収器R130C 低温側熱回収器R,201:’ 燃料予熱゛器R,301:’ 中間冷却−器工0・20C <h>その他 燃料、補給水および交換塔底部水の圧 縮動力は無視したが、所内動力として 発電端出力の0.3%を考慮した。又、タービン冷却空
気の必要量は本サイクル にては低温の圧縮空気が得られること を考慮して設定した。
■結  果 (a)廃ガス 温度   962C 流量   1.14kymol/s <h>圧縮機(Ac1)出口温度 53r (C)送電端出力 500KW (d)送電端熱効率         495%
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の一例を示すフローシートである。 (2)は加圧水導入管、(3)は大気空気、(5)は中
間段圧a空気、(6) (7) (81(9)α7) 
H(19HCI!υは管、(B1)は高温側熱回収器、
(R2)は低温側熱回収器、(R5)は熱回収器、(I
C)は中間冷却器、(EXT )は交換塔、(Act 
) (Act >は空気圧縮機、(CC)は燃焼器、(
ET)はタービン、但)は負荷を示す。 吊 −) AC7AC2’ET      L

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ■)支燃剤ガス・作動媒体ガス等として空気もしくは空
    気を主体とするガスを圧縮機で圧縮してなる圧縮空気の
    一部もしくは全部に液相水を接触させて得た空気/水蒸
    気の混合物でタービン排気の熱回収を行なうガスタービ
    ンサイクルにおいて、圧縮空気と熱回収媒体として用い
    加熱されだ液相水とを接触させて空気/水蒸気の混合物
    を得るとともに該接触操作で得られる冷却されだ液相水
    を熱回収媒体とじ1タービン排気の熱回収および圧縮機
    の中間冷却に用い前記圧縮空気との接触操作に供し、か
    つ該接触操作で蒸発し空気との混合物として圧縮空気中
    に移行した量に当たる液相水を必要に応じ熱回収媒体と
    して使用し該接触操作および該熱回収操作に供せられる
    液相水中に補給するごとくしてなるガスタービンサイク
    ル。
JP19936281A 1981-12-10 1981-12-10 ガスタ−ビンサイクル Granted JPS58101226A (ja)

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