JP2006083705A - Gas turbine device and operation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は動力を発生させるガスタービン装置及びその運転方法に関する。 The present invention relates to a gas turbine device that generates power and an operation method thereof.
ガスタービン装置は動力の発生に用いられる。例えば、ガスタービン装置により発生した動力を発電機に供給してガスタービン装置を発電装置として用いている。ガスタービン装置の動作原理について述べると、例えば、燃焼用の酸素を含む空気を空気圧縮機によって圧縮しこれを燃焼器に供給する。一方、改質器ではメタン等の燃料ガスを改質し、改質ガスを生成しこれを燃焼器へ供給する。燃焼器では、上記圧縮空気と水蒸気を用いて改質ガスを燃焼させて燃焼ガスを発生させる。この燃焼ガスを静翼を介して動翼に吹付け、これにより動翼を配したロータを回転させて動力を得る。 The gas turbine device is used for generating power. For example, power generated by a gas turbine device is supplied to a generator, and the gas turbine device is used as a power generator. The operation principle of the gas turbine apparatus will be described. For example, air containing oxygen for combustion is compressed by an air compressor and supplied to the combustor. On the other hand, the reformer reforms fuel gas such as methane, generates reformed gas, and supplies it to the combustor. In the combustor, the compressed gas and water vapor are used to burn the reformed gas to generate combustion gas. This combustion gas is blown onto the moving blades via the stationary blades, thereby rotating the rotor provided with the moving blades to obtain power.
特許文献１は、ガスタービン装置においてガスタービンから排出される排ガスを熱源として改質器に供給することにより排ガスの廃熱を利用して燃料ガスを水蒸気と反応させて改質ガスを生成し、この改質ガスを燃焼器に供給して水蒸気及び圧縮空気と共に燃焼させてガスタービンを回転駆動する。即ち、特許文献１は、ガスタービンからの排ガスの廃熱を有効利用するガスタービン装置を開示している。
また、特許文献２の「動力装置及び動力発生方法」は、特許文献１のガスタービン装置を改良して、改質器へ熱源として供給するガスタービンの排ガスの温度をより高温にするためのガスタービン装置の構成を開示している。
図４に示すように、特許文献２の「動力装置及び動力発生方法」は、第１の燃焼ガスによって回転駆動される第１タービン５３Ａと、第２の燃焼ガスによって回転駆動される第２タービン５３Ｂと、酸素含有ガスを圧縮して圧縮酸素含有ガスを出力する空気圧縮機５１と、第２タービン５３Ｂの排ガスを用いて水を気化させて水蒸気を出力する蒸気発生器５７と、第２タービン５３Ｂの排ガスを用いて炭化水素と水蒸気を反応させて改質ガスを出力する改質器５５と、燃料ガスを圧縮酸素含有ガスと改質ガスと共に燃焼させて第１の燃焼ガスを第１タービン５３Ａに出力する第１燃焼器５２と、改質ガスを第１タービン５３Ａの排ガスと共に燃焼させて第２の燃焼ガスを第２タービン５３Ｂに出力する第２燃焼器５４とを具備するものである。
なおこの図で、５６は熱交換器、５８は予熱器である。
In addition, the “power device and power generation method” of
As shown in FIG. 4, the “power device and power generation method” of
In this figure, 56 is a heat exchanger and 58 is a preheater.
上述した特許文献２の装置において、ガスタービンＴの起動に第１燃焼器５２のみを用いると、第１燃焼器５２から出る燃焼ガスから第１タービン５３Ａで仕事を取り出してしまうため、第１タービン５３Ａから出るガス温度が低下している。
また、第１燃焼器５２において酸素を既に消費していることから、第２燃焼器５４に供給される圧縮酸素含有ガスの酸素濃度も低下している。
そのため、起動時に第２燃焼器５４で追焚きしようとしても、供給される圧縮酸素含有ガスのガス温度が低くかつ酸素濃度も低いため、安定燃焼させることが難しく、起動が困難であった。
In the apparatus of
In addition, since oxygen is already consumed in the
Therefore, even if the
上述した特許文献２は、ガスタービンの第１、第２燃焼器間に取り付けられた負荷が、第１タービン５３Ａであり、これを用いて仕事を取り出す場合であるが、負荷が熱、動力、或いはガスの一部を利用する場合にも、同様に起動時に安定燃焼させることが難しく、起動時から定格運転状態までの安定運転が難しい問題点があった。
In
また、第２燃焼器に対して液体燃料を使用する場合に、第１タービン５３Ａの排ガスを用いて液体燃料を微粒化すると、この排ガスは高温なので液体燃料により配管内などでコーキング（ｃｏｋｉｎｇ）が起こる可能性があり、液体燃料を第２燃焼器５４に使用することができない。
In addition, when liquid fuel is used for the second combustor, if the liquid fuel is atomized using the exhaust gas of the
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。即ち、本発明の目的は、上記第１燃焼器と第２燃焼器との間で仕事を取り出すようなガスタービン装置において、簡単な構成で、十分な酸素濃度及び／又は高温高圧の酸素含有ガスが得られ、起動時から定格状態へ遷移している間においても安定して燃焼を行うことができるガスタービン装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve such problems. That is, an object of the present invention is to provide an oxygen-containing gas having a sufficient oxygen concentration and / or a high temperature and a high pressure with a simple configuration in a gas turbine apparatus that takes out work between the first combustor and the second combustor. Is to provide a gas turbine device capable of performing stable combustion even during the transition from the startup to the rated state.
また、本発明の目的は、上記第１燃焼器と第２燃焼器との間で仕事を取り出すようなガスタービン装置において、簡単な構成で、液体燃料を使用する場合であっても、コーキングを防止して液体燃料を微粒化することができるガスタービン装置を提供することを目的とする。 Further, the object of the present invention is to perform coking even in the case of using liquid fuel with a simple configuration in a gas turbine device that takes out work between the first combustor and the second combustor. An object of the present invention is to provide a gas turbine device capable of preventing and atomizing liquid fuel.
上記目的を達成するため、本発明によると、空気を圧縮して圧縮空気を吐出する空気圧縮機と、該圧縮空気を用いて燃焼を行い第１の燃焼ガスを生成する第１燃焼器と、前記第１の燃焼ガスを利用して仕事を行い排ガスを排出する負荷と、負荷の排ガスと前記圧縮空気とを用いて燃焼を行い第２の燃焼ガスを生成する第２燃焼器と、前記第２の燃焼ガスにより回転駆動され排ガスを排出するタービンと、前記空気圧縮機から吐出される圧縮空気を第１燃焼器へ供給する第１空気ラインと、前記空気圧縮機から吐出される圧縮空気を第２燃焼器へ供給する第２空気ラインと、を備えたことを特徴とするガスタービン装置が提供される。 In order to achieve the above object, according to the present invention, an air compressor that compresses air and discharges compressed air, a first combustor that performs combustion using the compressed air and generates a first combustion gas, A load that performs work using the first combustion gas and discharges exhaust gas; a second combustor that performs combustion using the exhaust gas of the load and the compressed air to generate a second combustion gas; A turbine that is rotationally driven by the combustion gas of 2 and discharges exhaust gas; a first air line that supplies compressed air discharged from the air compressor to the first combustor; and compressed air discharged from the air compressor And a second air line that supplies the second combustor.
従来では、第１燃焼器で生成された第１の燃焼ガスを第１タービンの回転駆動に用いた後の排ガス中の酸素を、第２燃焼器での燃焼に用いており、第１タービンの排ガスは一度燃焼に用いているので酸素量が不十分な場合があった。しかし、上記ガスタービン装置によると、第２空気ラインを用いて空気圧縮機が生成する圧縮空気を第２燃焼器へも供給する。即ち、第２空気ラインにより圧縮空気を第１燃焼器を経由させずに第２燃焼器へ供給するので、十分な酸素量を第２燃焼器に供給できる。従って、第２燃焼器において安定した燃焼を行うことが可能になる。 Conventionally, oxygen in the exhaust gas after the first combustion gas generated in the first combustor is used for the rotational drive of the first turbine is used for combustion in the second combustor. Since the exhaust gas is once used for combustion, the amount of oxygen may be insufficient. However, according to the gas turbine device, the compressed air generated by the air compressor is also supplied to the second combustor using the second air line. That is, since the compressed air is supplied to the second combustor without passing through the first combustor by the second air line, a sufficient amount of oxygen can be supplied to the second combustor. Therefore, stable combustion can be performed in the second combustor.
本発明の好ましい実施形態によると、前記ガスタービン装置は、前記タービンの排ガスを熱源として利用して、炭化水素と水蒸気とを反応させて水素を含む改質ガスを生成し該改質ガスを前記第１燃焼器及び第２燃焼器へ供給する改質器をさらに備え、第１燃焼器及び第２燃焼器は、前記改質ガスを燃焼させる。 According to a preferred embodiment of the present invention, the gas turbine device uses the exhaust gas of the turbine as a heat source to react hydrocarbons and steam to generate a reformed gas containing hydrogen, and to convert the reformed gas into the reformed gas. It further includes a reformer that supplies the first combustor and the second combustor, and the first combustor and the second combustor burn the reformed gas.
また、本発明の好ましい実施形態によると、前記ガスタービン装置は、前記改質器で熱源として利用された後の前記タービンの排ガスを熱源として利用して、前記空気圧縮機から吐出される圧縮空気と水蒸気との混合ガスを加熱して第１燃焼器へ供給する熱交換器と、該熱交換器で熱源として利用された後の前記タービンの排ガスを熱源として利用して、前記水蒸気を発生させる水蒸気発生手段と、をさらに備える。 Also, according to a preferred embodiment of the present invention, the gas turbine apparatus uses compressed gas discharged from the air compressor using the exhaust gas of the turbine after being used as a heat source in the reformer as a heat source. A heat exchanger that heats a mixed gas of water and steam and supplies it to the first combustor, and uses the exhaust gas of the turbine after being used as a heat source in the heat exchanger as a heat source to generate the steam Water vapor generating means.
本発明の好ましい実施形態によると、前記ガスタービン装置は、前記ガスタービン装置の起動時から定格状態までの間に、前記第２空気ラインにより第２燃焼器への供給される圧縮空気量を、第２燃焼器での燃焼を安定させるように調整する空気量調整手段をさらに備える。 According to a preferred embodiment of the present invention, the gas turbine device is configured to reduce the amount of compressed air supplied to the second combustor by the second air line between the time of starting the gas turbine device and the rated state. An air amount adjusting means for adjusting so as to stabilize combustion in the second combustor is further provided.
従来では、起動時と定格状態では酸素濃度、ガス濃度とも著しく異なるため、第２燃焼器で安定に燃焼させることは難しい。しかし、上記本発明の好ましい実施形態により、ガスタービン装置の起動時から定格状態までの間でも、第２燃焼器への圧縮空気の供給量を第２燃焼器での燃焼を安定させるように調整するので、第２燃焼器に所望の酸素量を供給でき安定した燃焼を実現することができる。 Conventionally, since the oxygen concentration and the gas concentration are remarkably different between the starting state and the rated state, it is difficult to stably burn with the second combustor. However, according to the preferred embodiment of the present invention, the amount of compressed air supplied to the second combustor is adjusted so as to stabilize the combustion in the second combustor even during the period from the start of the gas turbine device to the rated state. Therefore, a desired amount of oxygen can be supplied to the second combustor, and stable combustion can be realized.
本発明の好ましい実施形態によると、前記ガスタービン装置は、前記空気圧縮機から第２空気ラインを通って供給される圧縮空気を用いて液体燃料を微粒化して前記第２燃焼器へ供給する液体燃料供給手段、又は、第２空気ラインを通って供給される前記圧縮空気をガス燃料と混合して前記２燃焼器へ供給するガス燃料供給手段をさらに備える。これにより、第２燃焼器での燃焼により発生するＮＯｘを低減することができる。また、前記液体燃料供給手段を用いることより、空気圧縮機から供給される低温の圧縮空気を用いて液体燃料を微粒化して第２燃焼器に供給するので、液体燃料を用いる場合でもガス管内などでコーキングが発生することを抑制できる。 According to a preferred embodiment of the present invention, the gas turbine apparatus uses the compressed air supplied from the air compressor through a second air line to atomize liquid fuel and supply the liquid fuel to the second combustor. The fuel supply means or the gas fuel supply means for mixing the compressed air supplied through the second air line with the gas fuel and supplying the mixed fuel to the second combustor is further provided. Thereby, NOx generated by the combustion in the second combustor can be reduced. Further, by using the liquid fuel supply means, the liquid fuel is atomized and supplied to the second combustor using the low-temperature compressed air supplied from the air compressor. It is possible to suppress the occurrence of coking.
また、本発明よると、空気圧縮機、第１燃焼器、第２燃焼器、負荷及びタービンを備えるガスタービン装置を使用して、空気圧縮機により空気を圧縮して該空気圧縮機から圧縮空気を吐出させ、第１燃焼器において前記圧縮空気を用いて燃焼を行い第１の燃焼ガスを生成し、前記第１の燃焼ガスを利用して負荷に仕事をさせて該負荷から排ガスを排出させ、第２燃焼器において負荷の排ガスを用いて燃焼を行い第２の燃焼ガスを生成し、前記第２の燃焼ガスによりタービンを回転駆動させ該タービンから排ガスを排出させるガスタービン装置の運転方法において、前記空気圧縮機から圧縮空気を第２燃焼器へ供給して、第２燃焼器において該圧縮空気をも用いて前記燃焼を行うことを特徴とするガスタービン装置の運転方法が提供される。 According to the present invention, a gas turbine device including an air compressor, a first combustor, a second combustor, a load, and a turbine is used to compress air from the air compressor and compress the compressed air from the air compressor. The first combustor burns using the compressed air to generate a first combustion gas, and the first combustion gas is used to cause the load to work to discharge the exhaust gas from the load. In the operation method of the gas turbine apparatus, the second combustor performs combustion using the exhaust gas of the load to generate the second combustion gas, the turbine is driven to rotate by the second combustion gas, and the exhaust gas is discharged from the turbine. A method of operating a gas turbine device is provided, wherein compressed air is supplied from the air compressor to a second combustor, and the combustion is performed using the compressed air in the second combustor.
本発明の好ましい実施形態によると、前記ガスタービン装置の運転方法において、前記ガスタービン装置の起動時から定格状態までの間に、前記空気圧縮機から吐出される圧縮空気の前記第２燃焼器への供給量を、第２燃焼器での燃焼を安定させるように調整する。 According to a preferred embodiment of the present invention, in the operation method of the gas turbine apparatus, the compressed air discharged from the air compressor is supplied to the second combustor during the period from the start of the gas turbine apparatus to the rated state. Is adjusted so as to stabilize the combustion in the second combustor.
また、本発明の好ましい実施形態によると、前記空気圧縮機から吐出される圧縮空気を用いて液体燃料を微粒化して前記第２燃焼器へ供給するか、又は、前記圧縮空気をガス燃料と混合して前記第２燃焼器へ供給する。 According to a preferred embodiment of the present invention, liquid fuel is atomized using compressed air discharged from the air compressor and supplied to the second combustor, or the compressed air is mixed with gas fuel. To supply to the second combustor.
本発明によれば、空気を圧縮して高圧空気を出力する空気圧縮機と、酸素含有ガス中で燃料を燃焼して高温高圧ガスを発生させる主燃焼器と、該高温高圧ガスで駆動され前記空気圧縮機を回転駆動するタービンとを備え、
更に、前記空気圧縮機と主燃焼器との間に、前記高圧空気を加熱して高温高圧の酸素含有ガスを発生する加熱器と、該酸素含有ガスを所定の負荷に供給するガス供給ラインと、該負荷から酸素含有ガスを主燃焼器に戻すガス戻りラインとを備える、ことを特徴とするガスタービン装置が提供される。
According to the present invention, an air compressor that compresses air and outputs high-pressure air; a main combustor that burns fuel in an oxygen-containing gas to generate high-temperature high-pressure gas; A turbine for rotating the air compressor,
Furthermore, between the air compressor and the main combustor, a heater that heats the high-pressure air to generate a high-temperature and high-pressure oxygen-containing gas, and a gas supply line that supplies the oxygen-containing gas to a predetermined load And a gas return line for returning the oxygen-containing gas from the load to the main combustor.
また本発明によれば、空気を圧縮して高圧空気を出力する空気圧縮機と、酸素含有ガス中で燃料を燃焼して高温高圧ガスを発生させる主燃焼器と、該高温高圧ガスで駆動され前記空気圧縮機を回転駆動するタービンとを備えるガスタービン装置を使用して、
前記高圧空気を加熱して高温高圧の酸素含有ガスを発生し、該酸素含有ガスを所定の負荷に供給し、該負荷から酸素含有ガスを前記主燃焼器に戻す、ことを特徴とするガスタービン装置の運転方法が提供される。
Further, according to the present invention, an air compressor that compresses air and outputs high-pressure air, a main combustor that burns fuel in an oxygen-containing gas to generate high-temperature and high-pressure gas, and the high-temperature and high-pressure gas that is driven. Using a gas turbine device comprising a turbine for rotationally driving the air compressor,
A gas turbine characterized by heating the high-pressure air to generate a high-temperature and high-pressure oxygen-containing gas, supplying the oxygen-containing gas to a predetermined load, and returning the oxygen-containing gas from the load to the main combustor. A method of operating the apparatus is provided.
上記本発明の装置及び方法によれば、ガスタービンの空気圧縮機で空気を圧縮して高圧空気を出力し、加熱器でこの高圧空気を加熱して高温高圧（例えば１０ｋｇ／ｃｍ２以上、９００℃以上）の酸素含有ガスを発生し、この酸素含有ガスを所定の負荷に供給するので、負荷に必要な高温高圧の酸素含有ガスを安定して発生させることができる。
また発生した酸素含有ガスを負荷に供給し、この負荷から酸素含有ガスをガスタービンの主燃焼器に戻すので、負荷が熱、動力、或いはガスの一部を利用し、主燃焼器に戻る高温高圧の酸素含有ガスの温度、圧力、或いは流量が低下している場合でも、この酸素含有ガス中で燃料を燃焼することにより、低下した温度、圧力、或いは流量を高めることができ、タービンに十分な高温高圧ガスを安定して発生させることができる。
従って、この高温高圧ガスでタービンを駆動し、タービンで空気圧縮機を回転駆動することにより、起動時から定格運転状態まで安定運転ができる。
According to the apparatus and method of the present invention, air is compressed by an air compressor of a gas turbine to output high-pressure air, and the high-pressure air is heated by a heater to be high-temperature and high-pressure (for example, 10 kg / cm 2 or more, 900 Since the oxygen-containing gas is supplied to a predetermined load, the high-temperature and high-pressure oxygen-containing gas necessary for the load can be stably generated.
Also, the generated oxygen-containing gas is supplied to the load, and the oxygen-containing gas is returned from this load to the main combustor of the gas turbine, so the load uses heat, power, or part of the gas to return to the main combustor. Even when the temperature, pressure, or flow rate of the high-pressure oxygen-containing gas is decreased, the decreased temperature, pressure, or flow rate can be increased by burning the fuel in the oxygen-containing gas. High temperature and high pressure gas can be generated stably.
Therefore, by driving the turbine with this high-temperature and high-pressure gas and rotating the air compressor with the turbine, stable operation can be performed from the start-up to the rated operation state.
本発明の好ましい実施形態によれば、前記加熱器は、前記高圧空気中で燃料を燃焼して高温高圧の酸素含有ガスを発生させる補助燃焼器であり、前記高圧空気中で燃料を燃焼して高温高圧の酸素含有ガスを発生させる。
この装置及び方法により、主燃焼器での燃焼でガスタービンの安定運転を確保したまま、補助燃焼器での燃焼で、負荷に必要な温度まで酸素含有ガスを加熱することができる。
According to a preferred embodiment of the present invention, the heater is an auxiliary combustor that burns fuel in the high-pressure air to generate a high-temperature and high-pressure oxygen-containing gas, and burns the fuel in the high-pressure air. A high temperature and high pressure oxygen-containing gas is generated.
With this apparatus and method, the oxygen-containing gas can be heated to the temperature required for the load by combustion in the auxiliary combustor while ensuring stable operation of the gas turbine by combustion in the main combustor.
また別の好ましい実施形態によれば、前記加熱器は、前記高圧空気を前記高温高圧ガスで間接加熱して高温高圧の酸素含有ガスを発生させる間接熱交換器であり、前記高圧空気を前記高温高圧ガスで間接加熱して高温高圧の酸素含有ガスを発生させる。
この装置及び方法により、負荷に供給する高温高圧の酸素含有ガスに燃焼ガスが混入するのを防ぎ、かつ主燃焼器での燃焼でガスタービンの安定運転を確保したまま、負荷に必要な温度まで酸素含有ガスを加熱することができる。
According to another preferred embodiment, the heater is an indirect heat exchanger that indirectly heats the high-pressure air with the high-temperature high-pressure gas to generate a high-temperature high-pressure oxygen-containing gas, and the high-pressure air is converted into the high-temperature air. Indirect heating with high-pressure gas generates high-temperature and high-pressure oxygen-containing gas.
By this apparatus and method, the combustion gas is prevented from being mixed into the high-temperature and high-pressure oxygen-containing gas supplied to the load, and the temperature required for the load is maintained while ensuring stable operation of the gas turbine by combustion in the main combustor. The oxygen-containing gas can be heated.
また、前記空気圧縮機は前記所定の負荷により駆動させられるようにすることもできる。 Further, the air compressor can be driven by the predetermined load.
上述の本発明によると、第２空気ラインにより圧縮空気を空気圧縮機から第２燃焼器へ供給するので、第２燃焼器のガスの酸素濃度が高くなり、第２燃焼器において安定した燃焼を行うことができる。また、ガスタービン装置の起動時から定格状態までの間でも、第２燃焼器への前記圧縮空気の供給量を第２燃焼器での燃焼を安定させるように調整するので、安定した燃焼を実現することができる。さらに、空気圧縮機から供給される低温の圧縮空気を用いて液体燃料を微粒化して第２燃焼器に供給するので、ガス管内などでコーキングが発生することを抑制できる。
また、本発明によると、加熱器等を用いて高温高圧の酸素含有ガスを安定して発生させることができ、かつ発生した酸素含有ガスを負荷に導いて熱、動力、或いはガスの一部を利用する場合でも、起動時から定格運転状態まで安定運転ができる、等の優れた効果を有する。
According to the above-described present invention, since compressed air is supplied from the air compressor to the second combustor by the second air line, the oxygen concentration of the gas in the second combustor is increased, and stable combustion is performed in the second combustor. It can be carried out. In addition, since the amount of compressed air supplied to the second combustor is adjusted so as to stabilize the combustion in the second combustor even during the period from the start of the gas turbine device to the rated state, stable combustion is realized. can do. Furthermore, since liquid fuel is atomized using low-temperature compressed air supplied from the air compressor and supplied to the second combustor, it is possible to suppress the occurrence of coking in the gas pipe or the like.
In addition, according to the present invention, a high-temperature and high-pressure oxygen-containing gas can be stably generated using a heater or the like, and the generated oxygen-containing gas is led to a load so that heat, power, or a part of the gas is generated. Even when it is used, it has excellent effects such as stable operation from startup to the rated operation state.
以下において、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
図１は、本発明の第１実施形態によるガスタービン装置１０を示す図である。図１に示されるように、ガスタービン装置１０は、主に、空気圧縮機１２、第１燃焼器１８、負荷９、第２燃焼器１４、タービン１６及び改質器５５から構成される。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
FIG. 1 is a diagram showing a
空気圧縮機１２には外部から酸素を含有する空気が供給され、空気圧縮機１２によりこの空気が圧縮される。空気圧縮機１２は、酸素を含有する圧縮空気を第１空気ライン１１ａを通して第１燃焼器１８へ供給する。また、空気圧縮機１２は圧縮空気を熱交換器５６にも供給する。
Air containing oxygen is supplied to the
第１燃焼器１８には、空気圧縮機１２からの圧縮空気に以外に、外部からは燃料が供給され、改質器５５からは改質ガスが供給され、熱交換器５６からは圧縮空気と水蒸気との混合ガスが供給される。これにより、第１燃焼器１８は、圧縮空気、改質ガス及び混合ガスと共に燃料を燃焼する。
In addition to the compressed air from the
第１燃焼器１８での燃焼により第１の燃焼ガスが生成されこれが負荷９へ供給される。負荷９はこの第１の燃焼ガスを利用して仕事を行う。例えば、負荷９は空気圧縮機１２及びタービン１６と同軸に回転するタービンであってよいが、これに限定されない。
第１の燃焼ガスは負荷９に利用されて排ガスとなり、負荷９から排出される。
A first combustion gas is generated by the combustion in the
The first combustion gas is used for the
負荷９から排出された排ガスは第２燃焼器１４へ供給される。本発明の第１実施形態によると、第２空気ライン１１ｂが、第１空気ライン１１ａと第２燃焼器１４とに連通するように設けられ、この第２空気ライン１１ｂにより第１空気ライン１１ａを通る空気圧縮機１２からの圧縮空気の一部が第２燃焼器１４へ供給される。なお、この第２空気ライン１１ｂにより空気圧縮機１２から直接圧縮空気を第２燃焼器１４へ圧縮空気を供給するようにしてもよい。
The exhaust gas discharged from the
このように、第２燃焼器１４には、負荷９から排ガスが供給され、改質器５５から改質ガスが供給され、第２空気ライン１１ｂから圧縮空気が供給される。これにより、第２燃焼器１４は、改質器５５からの改質ガスを、負荷９からの排ガスと第２空気ライン１１ｂからの圧縮空気を用いて燃焼する。
As described above, the
第２燃焼器１４での燃焼により第２の燃焼ガスが生成されこれがタービン１６へ供給され、タービン１６の回転駆動に使用される。第２の燃焼ガスは、タービン１６の回転駆動に使用されて排ガスとなり、タービン１６から改質器５５へ熱源として供給される。
A second combustion gas is generated by the combustion in the
また、本発明の第１実施形態によるガスタービン装置１０は、予熱器５８、蒸気発生器５７及び上記熱交換器５６を備える。
予熱器５８は外部から供給される水の予熱を行い、これを蒸気発生器５７へ供給する。蒸気発生器５７は、予熱器５８から供給される予熱された水を水蒸気にして熱交換器５６と改質器５５へ供給する。なお、予熱器５８と蒸気発生器５７は蒸気発生手段を構成する。
The
The
改質器５５は、上述したタービン１６から供給される排ガスを熱源として利用し、外部から供給される炭化水素と蒸気発生器５７から供給される水蒸気とを反応させて改質ガスを生成し、生成した改質ガスを第１燃焼器１８及び第２燃焼器１４へ供給する。
改質器５５で熱源として使用されたタービン１６の排ガスはさらに熱交換器５６に熱源として供給され、熱交換器５６は、空気圧縮機１２から供給される圧縮空気と蒸気発生器５７から供給される水蒸気との混合ガスを、タービン１６の排ガスと熱交換して加熱し高温状態の混合ガスを第１燃焼器へ供給する。
The
The exhaust gas of the
熱交換器５６で熱源として使用されたタービン１６の排ガスはさらに蒸気発生器５７に熱源として供給される。即ち、蒸気発生器５７は、タービン１６の排ガスを熱源として利用し、上述のように予熱器５８から供給される予熱された水を水蒸気にして熱交換器５６と改質器５５へ供給する。蒸気発生器５７で熱源として使用されたタービン１６の排ガスはさらに予熱器５８へ熱源として供給される。予熱器５８は、このタービン１６の排ガスを熱源として利用し外部から供給される水を予熱する。
The exhaust gas from the
特に、本発明の第１実施形態のガスタービン装置１０によると、上述のように空気圧縮機１２から第１燃焼器１８へ圧縮空気を供給するための第１空気ライン１１ａだけでなく、空気圧縮機１２により生成される圧縮空気を第１空気ライン１１ａから取り出して第２燃焼器１４へ供給する第２空気ライン１１ｂが設けられる。これにより、第２燃焼器１４に設置されたバーナに流入する圧縮空気の酸素濃度が高くなり、安定燃焼させることができる。従って、従来では、第１燃焼器１８により生成された第１の燃焼ガスは完全に燃焼したものではなく酸素を含有しているとしても、これを第２燃焼器１４で燃焼に使用する場合に酸素量が十分でない場合もあり得えたが、本発明の第１実施形態によると、第２空気ライン１１ｂを設けるだけで十分な圧縮空気を供給することが可能になり、第２燃焼器１４で安定した燃焼が確保される。
In particular, according to the
また、燃料を液体燃料とする場合には、空気を用いて微粒化してから液体燃料を第１燃焼器１８と第２燃焼器１４へ供給する。第２燃焼器１４に液体燃料を供給する場合に、第１燃焼器１８からの第１の燃焼ガスがタービンのような負荷９に利用された後の排ガスを液体燃料の微粒化に用いると、排ガスが高温なので、燃料が配管内などでコーキング（ｃｏｋｉｎｇ）を起こす可能性がある。
When the fuel is liquid fuel, the liquid fuel is supplied to the
しかし、本発明の第１実施形態によると、空気圧縮機１２により生成される低温の圧縮空気は、第２空気ライン１１ｂにより第２燃焼器１４へも供給される。従って、第２空気ライン１１ｂにより供給される低温の圧縮空気を用いて液体燃料を微粒化してから液体燃料を第２燃焼器１４へ供給する燃料噴射装置を設けてもよい。そして、第２燃焼器１４において、微粒化された液体燃料を、改質器５５からの改質ガスと負荷９からの排ガスと共に燃焼を行う。従って、第２空気ライン１１ｂを設けることにより、液体燃料を微粒化するのに低温の圧縮空気を用いることができ、配管内などでコーキングが起こることを防止できる。なお、上記燃料噴射装置は液体燃料供給手段を構成する。また、液体燃料供給手段を設ける代わりに、ガス燃料供給手段を設けてもよい。この場合には、第２空気ライン１１ｂを通って圧縮器２から供給される圧縮空気は、ガス燃料供給手段によりガス燃料と混合されて第２燃焼器１４へ供給される。このようにして、第２燃焼器１４の燃焼により発生するＮＯｘを低減させることができる。
However, according to the first embodiment of the present invention, the low-temperature compressed air generated by the
さらに、第２空気ライン１１ｂによって取り出された空気圧縮機１２からの空気は、第１燃焼器１８や、第２燃焼器１４や、燃料配管の冷却にも用いることができる。これにより、安定した燃焼実績のあるバーナを用いて再燃焼を行うガスタービン装置１０を構成することができる。
Furthermore, the air from the
本発明の第１実施形態によると、さらに次のようなガスタービン装置１０の運転方法を実行することも可能である。従来ではガスタービン装置１０の起動時と定格状態とでは、酸素濃度、ガス温度とも著しく異なり第２燃焼器４１での安定燃焼は困難であった。例えば、第１燃焼器１８により生成される第１の燃焼ガス中の酸素濃度は、次第に低くなっていく場合がある。従って、この場合には、負荷９の排ガス中の酸素濃度も次第に低くなっていき得る。そこで、このような場合に、本発明の実施形態によると、第２空気ライン１１ｂに流量調整弁を設け、この第１の燃焼ガス中の酸素濃度の減少に伴って、この流量調整弁の開度を自動的に制御することで第２空気ライン１１ｂによって第２燃焼器１４へ供給される圧縮空気量を増加していくことで、第２燃焼器１４へ供給される酸素量を安定させることができる。このような方法などで、起動時から定格状態に至るまでの間でも第２燃焼器１４の燃焼を安定させることができガスタービン装置１０全体の動作を安定させることが可能になる。なお、上記流量調整弁と、この流量調整弁に制御信号を送りその開度を制御する制御部は、空気量調整手段を構成する。
According to the first embodiment of the present invention, it is also possible to execute the following operation method of the
従って、第２空気ライン１１ｂから第２燃焼器１４へ供給される圧縮空気の量を流量調整弁などを用いて制御することで、第２燃焼器１４へ供給される酸素量を制御して燃焼状態を調整することができガスタービン装置１０の安定した運転が可能になる。
Therefore, by controlling the amount of compressed air supplied from the
図２は、本発明のガスタービン装置の第２実施形態図である。この図において、本発明のガスタービン装置１０は、空気圧縮機１２、主燃焼器１４、タービン１６、加熱器１８、ガス供給ライン２０及びガス戻りライン２２を備える。
FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the gas turbine apparatus of the present invention. In this figure, the
主燃焼器１４は、負荷９から戻る酸素含有ガス４中で燃料７を燃焼して高温高圧ガス５を発生させる燃焼器である。
タービン１６は、高温高圧ガス５で駆動され、空気圧縮機１２を回転駆動し、排気ガス６を排気する。
このような空気圧縮機１２、主燃焼器１４、およびタービン１６により、ガスタービンが構成される。また、この図に示すように、タービン１６で発電機２４を駆動して発電するように構成してもよい。
The
The
The
加熱器１８、ガス供給ライン２０及びガス戻りライン２２は、上述した空気圧縮機１２と主燃焼器１４との間に、順に設けられる。
加熱器１８は、空気圧縮機１２を出た高圧空気２を加熱して負荷９に必要な高温高圧の酸素含有ガス３を発生する。ガス供給ライン２０は、発生した高温高圧の酸素含有ガス３を所定の負荷９に供給する。ガス戻りライン２２は、負荷９から酸素含有ガス３を主燃焼器１４に戻すようになっている。
The
The
上述した装置を用い、本発明の方法では、高圧空気２を加熱して高温高圧の酸素含有ガス３を発生し、この酸素含有ガス３を所定の負荷９に供給し、負荷９から酸素含有ガス４を主燃焼器１４に戻す。
In the method of the present invention using the apparatus described above, high-
この構成により、ガスタービンの空気圧縮機１２で空気１を圧縮して高圧空気２を出力し、加熱器１８でこの高圧空気を加熱して高温高圧（例えば１０ｋｇ／ｃｍ２以上、９００℃以上）の酸素含有ガス３を発生し、この酸素含有ガス３を所定の負荷９に供給するので、負荷に必要な高温高圧の酸素含有ガス３を安定して発生させるようになっている。
With this configuration, the
また発生した酸素含有ガス３を負荷９に供給し、この負荷９から酸素含有ガス４をガスタービンの主燃焼器１４に戻すので、負荷９が熱、動力、或いはガスの一部を利用し、主燃焼器１４に戻る高温高圧の酸素含有ガス４の温度、圧力、或いは流量が低下している場合でも、この酸素含有ガス４中で燃料７を燃焼させることにより、低下した温度、圧力、或いは流量を高めることができ、タービン１６に十分な高温高圧ガス５を安定して発生させることができる。
Further, the generated oxygen-containing
図２において、加熱器１８は、高圧空気２中で燃料８を燃焼させる補助燃焼器であり、高圧空気２中で燃料８を燃焼して高温高圧の酸素含有ガスを発生させるようになっている。
従って、主燃焼器１４での燃焼でガスタービンの安定運転を確保したまま、補助燃焼器１８での燃焼で、負荷９に必要な温度まで酸素含有ガス３を加熱することができる。
In FIG. 2, a
Therefore, the oxygen-containing
図３は、本発明のガスタービン装置の第３実施形態図である。この例において、加熱器１８は、高圧空気２を高温高圧ガス５で間接加熱する間接熱交換器であり、高圧空気２を高温高圧ガス５で間接加熱して高温高圧の酸素含有ガス３を発生させるようになっている。その他の構成は、第２実施形態図と同様である。
この構成により、負荷９に供給する高温高圧の酸素含有ガス３に燃焼ガスが混入するのを防ぎ、かつ主燃焼器１４での燃焼でガスタービンの安定運転を確保したまま、負荷９に必要な温度まで酸素含有ガス３を加熱することができる。
FIG. 3 is a diagram of a third embodiment of the gas turbine apparatus of the present invention. In this example, the
With this configuration, it is necessary for the
上述した第１、第２及び第３実施形態において、空気圧縮機１２は、常圧（例えば約１．０３ｋｇ／ｃｍ２）の空気１を圧縮して所定の圧力の高圧空気２を出力する軸流圧縮機である。なお、図１、図２及び図３において、空気圧縮機１２は単段で示しているが、必要となる所定の圧力に応じて、２段以上の多段圧縮機であってもよい。
In the first, second, and third embodiments described above, the
この所定の圧力は、この装置から高温高圧の酸素含有ガスを供給する負荷９が必要とする圧力に合わせて設定する。例えば、負荷９が熱負荷、動力負荷、或いはガスの一部を利用する負荷であり、熱、動力、或いはガスの一部を利用する場合に、加熱器１８でこの高圧空気２を加熱して負荷９に必要な高温高圧（例えば１０ｋｇ／ｃｍ２以上、９００℃以上）の酸素含有ガス３を供給できるように設定する。
また、図１、図２及び図３において、タービン１６を単段で示しているが、空気圧縮機１２に応じて、２基以上のタービンであってもよい。
なお、第１実施形態だけでなく第２及び第３実施形態においても、負荷９は空気圧縮機１２及び／又はタービン１６と同軸に回転するタービンであってよいが、上述したようにこれに限定されない。
This predetermined pressure is set in accordance with the pressure required by the
1, 2, and 3, the
In addition to the first embodiment, the
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, a various change can be added in the range which does not deviate from the summary of this invention.
１ 空気、
２ 高圧空気
３ 酸素含有ガス
４ 酸素含有ガス
５ 高温高圧ガス
６ 排気ガス
７ 燃料
８ 燃料
９ 負荷、
１０ ガスタービン装置
１１ａ 第１空気ライン
１1ｂ 第２空気ライン
１２ 空気圧縮機
１４ 第２燃焼器、主燃焼器
１６ タービン
１８ 第１燃焼器、 加熱器（補助燃焼器、間接熱交換器）
２０ ガス供給ライン
２２ ガス戻りライン
２４ 発電機
1 air,
2 High-
DESCRIPTION OF
20
Claims (16)
該圧縮空気を用いて燃焼を行い第１の燃焼ガスを生成する第１燃焼器と、
前記第１の燃焼ガスを利用して仕事を行い排ガスを排出する負荷と、
負荷の排ガスと前記圧縮空気とを用いて燃焼を行い第２の燃焼ガスを生成する第２燃焼器と、
前記第２の燃焼ガスにより回転駆動され排ガスを排出するタービンと、
前記空気圧縮機から吐出される圧縮空気を第１燃焼器へ供給する第１空気ラインと、
前記空気圧縮機から吐出される圧縮空気を第２燃焼器へ供給する第２空気ラインと、を備えたことを特徴とするガスタービン装置。 An air compressor that compresses air and discharges compressed air; and
A first combustor that burns using the compressed air to generate a first combustion gas;
A load for performing work using the first combustion gas and discharging exhaust gas;
A second combustor for generating a second combustion gas by performing combustion using the exhaust gas of the load and the compressed air;
A turbine that is driven to rotate by the second combustion gas and discharges exhaust gas;
A first air line for supplying compressed air discharged from the air compressor to the first combustor;
A gas turbine apparatus comprising: a second air line that supplies compressed air discharged from the air compressor to a second combustor.
第１燃焼器及び第２燃焼器は、前記改質ガスを燃焼させることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン装置。 Using the exhaust gas of the turbine as a heat source, a reformer that reacts hydrocarbons and steam to generate reformed gas containing hydrogen and supplies the reformed gas to the first and second combustors. Further comprising
The gas turbine apparatus according to claim 1, wherein the first combustor and the second combustor burn the reformed gas.
該熱交換器で熱源として利用された後の前記タービンの排ガスを熱源として利用して、前記水蒸気を発生させる水蒸気発生手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のガスタービン装置。 The mixed gas of compressed air and steam discharged from the air compressor is heated and supplied to the first combustor by using the exhaust gas of the turbine after being used as a heat source in the reformer as a heat source. A heat exchanger,
The gas turbine apparatus according to claim 2, further comprising: a steam generation unit configured to generate the steam by using an exhaust gas of the turbine after being used as a heat source in the heat exchanger as a heat source. .
空気圧縮機により空気を圧縮して該空気圧縮機から圧縮空気を吐出させ、
第１燃焼器において前記圧縮空気を用いて燃焼を行い第１の燃焼ガスを生成し、
前記第１の燃焼ガスを利用して負荷に仕事をさせて該負荷から排ガスを排出させ、
第２燃焼器において負荷の排ガスを用いて燃焼を行い第２の燃焼ガスを生成し、
前記第２の燃焼ガスによりタービンを回転駆動させ該タービンから排ガスを排出させるガスタービン装置の運転方法において、
前記空気圧縮機から圧縮空気を第２燃焼器へ供給して、第２燃焼器において該圧縮空気をも用いて前記燃焼を行うことを特徴とするガスタービン装置の運転方法。 Using a gas turbine device comprising an air compressor, a first combustor, a second combustor, a load and a turbine,
Compress air with an air compressor and discharge compressed air from the air compressor;
Combusting with the compressed air in the first combustor to produce a first combustion gas,
Using the first combustion gas to cause the load to work and exhaust the exhaust gas from the load;
In the second combustor, combustion is performed using the exhaust gas of the load to generate a second combustion gas,
In the operation method of the gas turbine device for rotating the turbine by the second combustion gas and discharging the exhaust gas from the turbine,
A method for operating a gas turbine device, comprising: supplying compressed air from the air compressor to a second combustor, and performing the combustion using the compressed air in the second combustor.
更に、前記空気圧縮機と主燃焼器との間に、前記高圧空気を加熱して高温高圧の酸素含有ガスを発生する加熱器と、該酸素含有ガスを所定の負荷に供給するガス供給ラインと、該負荷から酸素含有ガスを主燃焼器に戻すガス戻りラインとを備える、ことを特徴とするガスタービン装置。 An air compressor that compresses air and outputs high-pressure air; a main combustor that generates high-temperature and high-pressure gas by burning fuel in an oxygen-containing gas; and the air compressor that is driven by the high-temperature and high-pressure gas is driven to rotate. And a turbine that
Furthermore, between the air compressor and the main combustor, a heater that heats the high-pressure air to generate a high-temperature and high-pressure oxygen-containing gas, and a gas supply line that supplies the oxygen-containing gas to a predetermined load And a gas return line for returning oxygen-containing gas from the load to the main combustor.
前記高圧空気を加熱して高温高圧の酸素含有ガスを発生し、該酸素含有ガスを所定の負荷に供給し、該負荷から酸素含有ガスを前記主燃焼器に戻す、ことを特徴とするガスタービン装置の運転方法。 An air compressor that compresses air and outputs high-pressure air; a main combustor that generates high-temperature and high-pressure gas by burning fuel in an oxygen-containing gas; and the air compressor that is driven by the high-temperature and high-pressure gas is driven to rotate. Using a gas turbine device comprising:
A gas turbine characterized by heating the high-pressure air to generate a high-temperature and high-pressure oxygen-containing gas, supplying the oxygen-containing gas to a predetermined load, and returning the oxygen-containing gas from the load to the main combustor. How to operate the device.
The gas turbine device according to claim 13, wherein the air compressor is driven by the predetermined load.
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