JPS63302144A - タ−ビン式動力発生装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分１．ｆ　Ｊ 不発明は、　ＬＮＧ、天然ガス、　ＬＰＧ、メタノール
。

などの炭化水素または氷菓を燃料とする発電用、移動用
または機械駆動用のタービン式動力発住装置に関する。

（従来の技術」 タービン式動力発生装置としては、蒸気タービンとガス
タービンとが広範囲に使用され【いる。

まず第７図は、蒸気タービン式動力発生ｉｔの系統線図
でありて、給水ポンプＯ１で昇圧された水を高温の燃焼
ガスのろるボイツ０２に送り込んで加熱し、生じた高温
水蒸気で蒸気タービン０３ず を回春もので、蒸気タービン出力から給水ポンプなどの
補機動力を除いた出力が有効出力となる。

なお図中０４は復水器である。

蒸気タービンの熱効率の上限は、第８図（ａ）に示すよ
うなカルノーサイクルの効率から概略推定できる。即ち
（１）式に示すように、高熱源の温度Ｔ１と低熱源の温
度で２　　との温度比にのみ支配される。

この式による計算結果の一部を第１表の右端の欄に示す
。

第１嵌　　蒸気タービンサイクル熱効率低熱源の温度は
３３℃（３０６”Ｋ　）とするしたものであり、その熱
効率は次の点でｔＩＩ式の値とは異なりてくる。即ち ■　断熱変化と等圧変化とからなるサイクルであって、
断熱変化と等温変化とからなるカルノーサイクルとは異
なる。

■　蒸気タービンのタービン動車を考慮せねはならない
。タービン効率は実際には７５〜９０％位である。

■　作動媒体である水蒸気は、理想気体と大きくその性
状が異なりている。

以上の点を考慮して求めた熱効率の概略値を第１宍に示
す。高効率を達成するには、タービン入る。

なお、タービン途中から抽気する再生サイクルや再度加
熱する再熱サイクルにすると、効率は絶対値で２〜８９
６向上する。

次にガスタービン式動力発生装置の一例の系統線図を＠
９図に示す、圧縮機０６で圧縮された空気中に、燃料を
噴射して、燃焼？′？ｒ０７内で等圧燃焼させ、生じた
高温、高圧ガスでガスタービイ０８を回すもので、ター
ビン出力と圧縮機駆動々力との差が有効出力となる。

オープンサイクルガスタービンの熱効率の上限値は概路
次の（２）式で求められる。

ここで　Ｐｌ：タービン入口圧力 Ｐ２：タービン出口圧力 に　：作動ガスの比熱比 なお（２３式は、第１Ｏ図に示すよう肴、２個の断熱変
化と、２個の等圧変化から成立つているプレイトンサイ
クルの理論熱効率を算出する式であって、空気を作動媒
体とした時の値を、第２表の右端欄にボす。

ところで、実用に供せられているオープンサイクルガス
タービンの熱効率は、次の点で（２）式の１区より低い
値を示すことになる。即ち ■　圧縮機の断熱効率とタービンのタービン効率を考慮
せねばならない、実際には圧縮機の断熱効率は７０〜８
５％位、タービンのタービン効率は７５〜９０％位であ
る。

■　圧縮機の動作ガスは空気であるが、タービンの動作
ガスは燃焼ガスであって、その性質は燃料及び空気過剰
率に工つて変動する。

■　温度による比熱の変化がおこる。

以上の点を考慮して求めた、熱効率の概略値を第２表に
示すが、高効率を達成するにはタービン入ロ温度Ｔ七％
−上げる仁とが効果的であることがわかる。しかし実用
化されているものの最高は、１１００〜１３００℃止ま
りである。

第２！！ 圧縮機効率、タービン効率をいずれも６．８５として求
めた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述した従来技術である蒸気タービン式動力回収装置お
よびガスタービン式動力回収装置は、次のような問題点
をか〜えていた。即ち （１）熱効率が４２〜４４９６で頭打ち罠なってきた。

これは、使用材料の耐熱耐圧残置から作動媒体の温度が
頭打ちになりているためである。即ち蒸気タービンでは
５６０〜５８０℃止まり、ガスタービンでは１１００〜
１３００℃止まりである。

（２）環境規制がますます厳しくなりており、脱硫・脱
硝装置などの排ガス浄化装置および騒音防止装置などへ
の要求仕様がますます高まり、従りて費用がかさむよう
になってきた。

（３）冷却水、用水及び必要面積などの点でますます立
地難になりつ工ある。

（４１運用性の点から、負荷変化率の増加や発停時間の
短縮が求められているが、これも技術的に頭打ちとなり
てきた。

Ｌ問題点を解決するための手段〕 本発明は、前述の問題点を解決するために１次のような
タービン式動力発生装ｆｌＬｙｋ提案するものである。

即ち、燃焼装置を有するものにおいて、タービン上流側
の空気吸込口から燃焼装置に至る間の任意の場所に燃焼
用空気の酸素濃度を高める突気分離装置、同空気分離装
置からタービン入口に至る間の任意の場所にタービン部
作動ガス中の水分を高める水又は水蒸気の混合装置、タ
ービンから煙突に至る間の任意の場所にタービン部作動
ガス中の水分を分離するガス分離装置と分離された水分
を凝縮させる復水装量と核凝細水分を前記混入装置に送
り込むポンプ装置をそれぞれ備えたことを特徴とする。

〔作用〕

水蒸気、二酸化炭素及びｆｆｌ素等ケ主要作動媒体とす
る本発明のタービン式動力発生袈直は、前述の問題点を
解決するために次のような働きをし、より経済的な動力
発生俟ｇｔを提供するものである。

（１）作動媒体中の水蒸気に着目すれば、それは燃焼ガ
ス中の水蒸気であり、従来から実用化されているボイ２
およびガスタービン燃焼器等における燃焼と、マス・ヒ
ートバランスの点からは、Ｈ２ガスをＨ２０ガスに置換
えて計算すればよく、殆ど同じでありて、約７００Ｃ〜
１１００℃の水蒸気を作り出すことも容易である。この
水蒸気は、下流で燃焼ガス中の他の成分と分離されて、
クローズドサイクルであるランキンサイクルの作動媒体
としての役割を担りており、その高温側が前述の通り従
来の蒸気タービンの入口温度条件である５００〜５６０
℃をはるかに上回る７００〜１１００℃であるから、熱
効率の向上が可能である。

（２）また二酸化炭素および音素に着目すれば、オープ
ンサイクルをなすプレイトンサイクルでろって、その入
口側圧力は従来のガスタービンでは１０〜３０　Ｋｇ／
ｃｄ　ａｂａであるが、不発＃４における装置はプレイ
トンサイクルにおける圧縮装置の部分を空気分離装置ａ
ｉｇＲにもたせることへしているので、圧縮装置と燃焼
装置下流側の膨張装置（本発明ではタービンと称する）
との機椋的及ヒマス・ヒートバランス的なマツチングは
、ガスタービンなどのような従来例に見られるプレイト
ンサイクルの機械では、大変注意深く検討され且つ、そ
れが作動圧力の高圧化を阻んでいたが、本発明ではそれ
ぞれを独立な装置としたので、マツチングに対する裕度
が拡がり、一般の圧縮装置として実用化されている３０
〜２００ＫＩｉ／”ａｂｓ　　という高圧即ち圧力比の
増大が容易に達成され、仁れにより熱効率の向上が可能
でおる。

（３）　　燃焼装置における酸化剤ガス中のＳｉ素ガス
濃度の減少および水蒸気による理論燃焼温度の低下によ
り、ＮＯｘ発生量は大幅に低減できる。ｔた、タービン
出口側に設けられたガス分離装置により、ＮＯｘなどの
公害発生物質を濃縮することができるので、ＮＯｘ発生
量の低減と相まって、公害防止装置がコンパクトとなり
、経済的な装置を提供できる。

（４）　　タービン下流側に設置したガス分離装置によ
って、水蒸気の濃度７に９５９６以上に高めることがで
きるので ■　他の第三の冷媒によって水蒸気を凝縮液化する装置
（復水器など）が、非常にコンノ々クトにでき、不発明
で必要とする水分の自給が可能であるばかりでなく、遣
水設備とすることも可能である。

■　ガス分離装置の下流側に蒸気タービン等を設置して
、動力を発生させられる。

（５）タービン入口ガス温度も低くすることにより、発
停時間の短縮および負荷変化率の増大がそれぞれ可能と
なる。

〔実施例） 第１図は本発明に係るタービン式動力発生装置の一笑施
例の系統図である。

第１図に於て、たとえば深冷分離式あるいは吸着剤利用
圧力変動式のような空気分離装置ｍ！１で大気より得ら
れた高圧、高＠素濃度のガスは、混合１ｔｉｉ２で水蒸
気と拠金され、続い【、燃焼装置３でＬＮＧなどの燃料
と反応し、高温の燃焼ガスとなってタービン４に送り込
まれる。水蒸気と二酸化炭素とがその主成分である燃焼
ガスはタービン４の作動媒体として仕事をし、発電機５
で電気を発生する。タービン４で仕事をして圧力、温度
の下がりた燃焼ガスは、引続きたとえば吸着剤利用圧力
変動式のようなガス分離器Ｒ６に導かれ、ここで、水蒸
気を主成分とするガスと二酸化炭素を主暖房装置、蒸気
加熱装置などの水蒸気エネルギ回収装置７で圧力、温度
を下げるとともに仕事をし、引続き凝縮装置８でエンタ
ル♂を下げて液体となり、さらに、ポンプ９で昇圧され
、排ガスエコノマイザ、高温排ガス利用空調用熱交換器
のような排ガスエネルギ回収装［１０でエンタルピを上
げてガスとなり、前記混合！！ｆｆ１２に導かれ、見か
け上クローズドサイクルの作動媒体としての役割を果た
している。−１二酸化炭素を主成分とするガスは上記排
ガスエネルギ回収！’ｉｃ＆１０で圧力、温度を下げた
あと、煙突１１を通りて大気中に放散され、オープンサ
イクルの作動媒体としての役割を果たしている。

ここでＬＮＧの完全燃焼サイクルな考えた時、作動媒体
中のＨ２Ｏの濃度を約４（１以上とするための条件、 燃焼用酸化剤ガス中の０２　の濃度を７０係以下とする
ための条件、 および 水分に関して外部より補給しなくてすむための条件 を総合的にとらえると、空気分離ｆｉｉｌｌでは燃焼用
空気の酸素濃度を３０％以上に高めること、混合装置２
ではタービン作動ガス中の水分を３０俤以上に高めるこ
と、およびガス分離装置６ではタービン部作動ガス中の
水分を８０チ以上分離することが望ましい。

第２図は本発明の他の実施例を示すもので前記実施例に
おけるガス分離器＆６と排ガスエネルギ回収装置ｌＯと
を入れ替えたものである。また第３図は本発明のさらに
他の実施例を示すもので第１図の水蒸気エネルギ回収装
置として蒸気タービン７ａを、又凝縮装置として復水器
８ａ１に使りた場合を示す。

第１図ないし第３図の空気分離装置ｌとしての深冷分離
装置および吸着剤利用圧力変動式ガス分離ｆ装置の例を
ｇ（４図および第５図に、・又ガス分離装置６としての
吸着剤利用圧力変動式ガス分離装置の例を第６図に、そ
れぞれ示す、これらの図において、２１は空気フィルタ
ー、２２は空気圧縮機、２３は電動機、２４は熱交換器
、２５は水分分離器、２６は乾燥器、２７は深冷分離盤
コールドボックス、２８は酸素タンク、２９は酸素ポン
プ、３０は吸着塔、３１はＭ素吸着剤、３２は鋼索リッ
チガス貯麓用タンク、３３は酸素リッチガス加圧用ガス
圧縮機、３４はパルプ、３５は制御装置、３６は水分吸
着剤でちる。

〔発明の効果〕

本発明を採用することにより次の効果が得られる。

（１３従来のものより高い効率 （２）　　排ガスなどの公害対策諸設備が簡単（３）　
　用水確保等の点で立地が容易（４１発停及び部分負荷
等の運転が容易。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の実施例を示す系統線図、
第７図ないし第１０図は従来の技術を説明するための図
である。 １・・・空気分離器＊　　　　　　　　２・・・混合装
置３・・・燃焼装［４・・・タービン　６・・・ガス分
離装置７・・・水蒸気エネルギ回収装置　　　８・・・
凝ｍ装置１０・・・排ガスエネルギ回収装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃焼装置を有するものにおいて、タービン上流側の空気
   吸込口から燃焼装置に至る間の任意の場所に燃焼用空気
   の酸素濃度を高める空気分離装置、同空気分離装置から
   タービン入口に至る間の任意の場所にタービン部作動ガ
   ス中の水分を高める水あるいは水蒸気の混合装置、ター
   ビンから煙突に至る間の任意の場所にタービン部作動ガ
   ス中の水分を分離するガス分離装置と分離された水分を
   凝縮させる復水装置と該凝縮水分を前記混入装置に送り
   込むポンプ装置をそれぞれ備えたことを特徴とするター
   ビン式動力発生装置。