JP2019065786A - Air gas turbine device in reverse brayton cycle, and control method therefor - Google Patents

Abstract

To provide an air gas turbine device in a reverse Brayton cycle capable of improving durability and safety and also improving heat efficiency.SOLUTION: An air gas turbine power generation device 10 comprises: a combustor 12 which heats air at an atmospheric pressure introduced into a heating tube 11 by combusting a fuel 103 while using combustion air 102; a turbine 13 which generates a rotational motion by expanding air which is heated by the heating tube 11; a compressor 14 which is operated by the rotational motion generated by the turbine 13, compresses and discharges air which is expanded and cooled by the turbine 13; and a regenerative heat exchanger 15 which defines the air expanded by the turbine 13 as a high temperature side, defines the air discharged from the compressor 14 as a low temperature side, cools the air expanded by the turbine 13, heats the air discharged from the compressor 14, and supplies the air to the combustor 12 as the combustion air 102.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ガスタービン装置に関し、詳しくは、逆ブレイトンサイクルによる空気ガスタービン装置に関する。以下、各図において、実質的に同一の部分は同一の符号を付すことにより、重複説明を省略する。また、関連技術及び実施形態では、空気ガスタービン装置の一例として、負荷に発電機を用いた空気ガスタービン発電装置を採り上げる。   The present invention relates to a gas turbine system, and more particularly to an air gas turbine system with a reverse Brayton cycle. Hereinafter, in the respective drawings, substantially the same parts will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. Further, in the related art and the embodiment, an air gas turbine power generator using a generator as a load is taken as an example of the air gas turbine device.

ガスタービン装置は、一般に、燃料などの燃焼エネルギーを用い、熱力学サイクルの原理に従い、熱エネルギーを動力に変換する熱機関である。主流となるガスタービン装置は、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮された空気を用いて燃料を燃焼させる燃焼器と、燃焼ガスを膨張させるタービンと、を組み合わせたものである。以下に、負荷として発電機を用いたガスタービン発電装置の関連技術１、２について説明する。   Gas turbine devices are generally heat engines that use combustion energy, such as fuel, and convert thermal energy to power according to the principles of the thermodynamic cycle. The mainstream gas turbine apparatus is a combination of a compressor that compresses air, a combustor that burns fuel using the compressed air, and a turbine that expands combustion gas. The related techniques 1 and 2 of a gas turbine power generator using a generator as a load will be described below.

＜関連技術１＞図６は、関連技術１のガスタービン発電装置を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。   Related Art 1 FIG. 6 is a block diagram showing a gas turbine power generating apparatus according to Related Art 1. As shown in FIG. The following description will be made based on this drawing.

本関連技術１のガスタービン発電装置６０は、圧縮機６１、再生熱交換器６２、燃焼器６３、タービン６４及び発電機６５を備えており、オープンサイクル再生型ガスタービン発電装置とも呼ばれる。ガスタービン発電装置６０は、次のように動作する。圧縮機６１は、外気６０１を圧縮し、高圧になった空気を燃焼器６３へ送る。燃焼器６３は、高圧になった空気を用いて燃料６０２を燃焼させ、得られた高圧かつ高温の燃焼ガス６０３をタービン６４へ送る。タービン６４は、燃焼ガス６０３を膨張させることによって動力を得る。タービン６４には、同軸又は多軸で圧縮機６１及び発電機６５が連結されている。そのため、タービン６４で発生した動力は、一部が圧縮機６１の駆動に充てられ、残りが発電機６５の駆動に充てられる。   The gas turbine power generation device 60 of the related art 1 includes a compressor 61, a regenerative heat exchanger 62, a combustor 63, a turbine 64, and a generator 65, and is also called an open cycle regeneration type gas turbine power generation device. The gas turbine power generation system 60 operates as follows. The compressor 61 compresses the outside air 601 and sends high-pressure air to the combustor 63. The combustor 63 burns the fuel 602 using the air that has become high pressure, and sends the high pressure and high temperature combustion gas 603 obtained to the turbine 64. The turbine 64 is powered by expanding the combustion gas 603. The compressor 61 and the generator 65 are connected to the turbine 64 coaxially or multi-axially. Therefore, part of the power generated by the turbine 64 is used to drive the compressor 61, and the remaining power is used to drive the generator 65.

タービン６４からの排気６０４は、高温を保っていて、熱エネルギーを有している。この熱エネルギーを有効に利用するため、再生熱交換器６２を配することにより、圧縮機６１から燃焼器６３へ供給される空気の温度を上昇させる。これにより、燃料６０２の供給量を削減できるので、システム全体の省エネルギーが図れる。   The exhaust 604 from the turbine 64 maintains high temperature and has thermal energy. In order to effectively use this thermal energy, the temperature of the air supplied from the compressor 61 to the combustor 63 is raised by arranging the regenerative heat exchanger 62. As a result, the amount of fuel 602 supplied can be reduced, and energy saving of the entire system can be achieved.

＜関連技術２＞図７は、関連技術２のガスタービン発電装置を示すブロック図である。図８は関連技術２のガスタービン発電装置における動作を示し、図８[Ａ]はＰ（圧力）−Ｖ（体積）線図であり、図８[Ｂ]はＴ（温度）−ｓ（エントロピー）線図である。以下これらの図面に基づき説明する。   Related Art 2 FIG. 7 is a block diagram showing a gas turbine power generating apparatus according to Related Art 2. As shown in FIG. FIG. 8 shows the operation of the gas turbine power generator of related art 2, FIG. 8 [A] is a P (pressure) -V (volume) diagram, and FIG. 8 [B] is T (temperature) -s (entropy). ) Is a diagram. A description will be given below based on these drawings.

関連技術１では、圧縮機６１→燃焼器６３→タービン６４の順（ブレイトンサイクル）に作動ガスである外気（空気）６０１と燃焼ガス６０３が流れる。これに対して、本関連技術２のガスタービン発電装置７０は、燃焼器６３→タービン６４→圧縮機６１の順（逆ブレイトンサイクル）に燃焼ガス６０３が流れ、再生型逆ブレイトンサイクル発電装置とも呼ばれる（例えば特許文献１参照）。ガスタービン発電装置７０は、次のように動作する。燃焼器６３は、外気６０１（大気圧の空気）を用いて燃料６０２を燃焼させ、得られた大気圧かつ高温の燃焼ガス６０３をタービン６４へ送る。タービン６４は、燃焼ガス６０３を膨張させることによって動力を得る。圧縮機６１は、大気圧以下になったタービン６４の排気を、再生熱交換器６２で燃焼器６０２に導く外気を加熱した後、これを圧縮して大気圧に戻して排気６０４として排出する。   In the related art 1, the outside air (air) 601 and the combustion gas 603, which are working gases, flow in the order of the compressor 61 → the combustor 63 → the turbine 64 (Brayton cycle). On the other hand, in the gas turbine power generation system 70 of this related technology 2, the combustion gas 603 flows in the order of the combustor 63 → the turbine 64 → the compressor 61 (reverse Brayton cycle), and is also called a regenerative reverse Brayton cycle power generator. (See, for example, Patent Document 1). The gas turbine generator 70 operates as follows. The combustor 63 burns the fuel 602 using the outside air 601 (air at atmospheric pressure), and sends the combustion gas 603 at high atmospheric pressure and high temperature to the turbine 64. The turbine 64 is powered by expanding the combustion gas 603. The compressor 61 heats the outside air, which leads the exhaust gas of the turbine 64 having a pressure not higher than the atmospheric pressure, to the combustor 602 with the regenerative heat exchanger 62, then compresses the same to return to the atmospheric pressure and discharges it as the exhaust gas 604.

図８において、各線は損失の無い理想的な逆ブレイトンサイクルを示し、「１」は外気６０１、「２」は燃焼器６３の出口（すなわちタービン６４の入口）、「３」はタービン６４の出口、「４」は圧縮機６１の入口、「５」は圧縮機６１の出口の各点である。図８からわかるように、ガスタービン発電装置７０によれば、作動媒体が大気圧Ｐｏ以下の燃焼ガス６０３であることから、圧縮機６１、再生熱交換器６２、燃焼器６３及びタービン６４に耐圧性が要求されないので、構造を簡素化できるとともに、安価で信頼性のある材質を用いることができる。   In FIG. 8, each line represents an ideal lossless reverse Brayton cycle, “1” is the outside air 601, “2” is the outlet of the combustor 63 (ie, the inlet of the turbine 64), and “3” is the outlet of the turbine 64. , “4” is the inlet of the compressor 61 and “5” is the outlet of the compressor 61. As can be seen from FIG. 8, according to the gas turbine power generating apparatus 70, since the working medium is the combustion gas 603 at the atmospheric pressure Po or less, the compressor 61, the regenerative heat exchanger 62, the combustor 63 and the turbine 64 withstand pressure. Since the property is not required, the structure can be simplified, and inexpensive and reliable materials can be used.

特許第４６１９５６３号公報（図２等）「ウルトラタービン」Patent No. 4619563 (FIG. 2 etc.) "Ultra turbine"

しかしながら、関連技術２のガスタービン発電装置７０では、燃焼器６３で発生した高温の燃焼ガス６０３がタービン６４内に導かれることにより、燃焼ガス６０３に含まれる高温の酸性物質等が燃焼器６３、タービン６４、再生熱交換器６２及び圧縮機６１の材質を腐食させるので、耐久性及び安全性に不具合を生ずるという問題があった。これに加え、関連技術２のガスタービン発電装置７０には、熱効率の更なる向上が求められていた。   However, in the gas turbine power generation system 70 according to Related Art 2, the high temperature combustion substance 603 generated in the combustor 63 is introduced into the turbine 64 so that the high temperature acid substance contained in the combustion gas 603 is the combustor 63, Since the materials of the turbine 64, the regenerative heat exchanger 62, and the compressor 61 are corroded, there is a problem that the durability and the safety may be impaired. In addition to this, the gas turbine power generator 70 of Related Art 2 is required to further improve the thermal efficiency.

そこで、本発明の目的は、耐久性及び安全性を向上し、かつ熱効率をも向上し得る、逆ブレイトンサイクルによる空気ガスタービン装置を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a reverse Brayton cycle air gas turbine system that can improve the durability and safety and the thermal efficiency.

本発明に係る逆ブレイトンサイクルによる空気ガスタービン装置は、
大気圧の空気を導入する加熱管と、
燃焼用の空気を用い燃料を燃焼させることにより、前記加熱管に導入された前記大気圧の空気を加熱する燃焼器と、
前記加熱管で加熱された空気を膨張させることにより回転運動を生成するタービンと、
前記タービンで生成された回転運動によって動作し、前記タービンで膨張しかつ冷却された空気を圧縮して排出する圧縮機と、
前記タービンで膨張した空気を高温側とし、前記圧縮機から排出された空気を低温側とし、前記高温側から前記低温側へ熱を移動させることにより、前記タービンで膨張した空気を冷却するとともに、前記圧縮機から排出された空気を加熱して前記燃焼用の空気として前記燃焼器へ供給する再生熱交換器と、
前記タービンで生成された回転運動によって動作する負荷と、
を備えたものである。 The air gas turbine apparatus according to the reverse Brayton cycle of the present invention is
A heating tube for introducing air at atmospheric pressure,
A combustor that heats the air at atmospheric pressure introduced into the heating pipe by burning fuel using air for combustion;
A turbine generating rotational motion by expanding air heated by the heating tube;
A compressor operated by the rotational motion generated by the turbine to compress and discharge the air expanded and cooled by the turbine;
The air expanded by the turbine is at a high temperature side, the air discharged from the compressor is at a low temperature side, and heat is transferred from the high temperature side to the low temperature side to cool the air expanded by the turbine. A regenerative heat exchanger that heats the air discharged from the compressor and supplies the air as the combustion air to the combustor;
A load operated by the rotational motion generated by the turbine;
Is provided.

本発明によれば、加熱管→タービン→再生熱交換器（高温側）→圧縮機→再生熱交換器（低温側）→燃焼器と流れる作動媒体が酸性物質等を含まない空気であることにより、高温又は低温の空気が触れる加熱管、タービン、再生熱交換器及び圧縮機の材質に耐食性が要求されないので、高温耐久性及び安全性を向上できる。更に、高温にさらされる加熱管とタービンの高温腐食耐久性が向上するので、燃焼ガスの温度をより高くして燃焼器の発熱温度を上げられるので、熱効率と動力を向上できる。   According to the present invention, the working medium flowing from the heating pipe → the turbine → the regenerative heat exchanger (high temperature side) → the compressor → the regenerative heat exchanger (low temperature side) → the combustor is air containing no acidic substance or the like. Since corrosion resistance is not required for the material of the heating pipe, the turbine, the regenerative heat exchanger, and the compressor which the high or low temperature air contacts, high temperature durability and safety can be improved. Furthermore, since the high temperature corrosion durability of the heating pipe and the turbine exposed to high temperature is improved, the temperature of the combustion gas can be further raised to raise the heat generation temperature of the combustor, thereby improving the thermal efficiency and the power.

実施形態１の空気ガスタービン発電装置を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an air gas turbine power generator according to a first embodiment. 実施形態２の空気ガスタービン発電装置を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing an air gas turbine power generation system according to a second embodiment. 実施形態１の空気ガスタービン発電装置の実施例１を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing Example 1 of an air gas turbine power generator of Embodiment 1. 実施形態１の空気ガスタービン発電装置の実施例２を示すブロック図である。It is a block diagram which shows Example 2 of the air gas turbine electric power generating apparatus of Embodiment 1. FIG. 実施形態１の空気ガスタービン発電装置の実施例３を示すブロック図である。It is a block diagram which shows Example 3 of the air gas turbine electric power generating apparatus of Embodiment 1. FIG. 関連技術１のガスタービン発電装置を示すブロック図である。It is a block diagram showing a gas turbine power generator of related art 1. 関連技術２のガスタービン発電装置を示すブロック図である。It is a block diagram showing a gas turbine power generator of related art 2. 関連技術２のガスタービン発電装置における動作を示し、図８[Ａ]はＰ（圧力）−Ｖ（体積）線図であり、図８[Ｂ]はＴ（温度）−ｓ（エンタルピー）線図である。The operation in the gas turbine power generator of related art 2 is shown, FIG. 8 [A] is a P (pressure) -V (volume) diagram, and FIG. 8 [B] is a T (temperature) -s (enthalpy) diagram It is.

本明細書及び特許請求の範囲における「備える」とは、明示した構成要素以外の構成要素を備える場合も含まれる。「有する」や「含む」なども同様である。本明細書及び特許請求の範囲における「接続する」とは、明示した構成要素以外の構成要素を介して接続する場合も含まれる。例えば、要素Ａに接続するとは、要素Ａに直接接続する場合の他に、要素Ａに要素Ｂ等を介して接続する場合も含まれる。「連結する」なども同様である。以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。   The term "comprising" in the present specification and claims also includes the case of including components other than the explicitly stated components. The same applies to "having" and "including". "Connecting" in the present specification and claims also includes the case of connecting through components other than the explicitly described components. For example, to be connected to the element A includes, in addition to the case of direct connection to the element A, the case of connecting to the element A via the element B or the like. The same applies to "connect" and the like. Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as "embodiment") will be described with reference to the attached drawings.

＜実施形態１＞図１は、実施形態１の空気ガスタービン発電装置を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。   <First Embodiment> FIG. 1 is a block diagram showing an air gas turbine power generator according to a first embodiment. The following description will be made based on this drawing.

本実施形態１の逆ブレイトンサイクルによる空気ガスタービン発電装置１０は、大気圧の空気（外気１０１）を導入する加熱管１１と、燃焼用の空気（燃焼空気１０２）を用い燃料１０３を燃焼させることにより、加熱管１１に導入された大気圧の空気を加熱する燃焼器１２と、加熱管１１で加熱された空気を膨張させることにより回転運動を生成するタービン１３と、タービン１３で生成された回転運動によって動作し、タービン１３で膨張しかつ冷却された空気を圧縮して排出する圧縮機１４と、タービン１３で膨張した空気を高温側とし、圧縮機１４から排出された空気を低温側とし、高温側から低温側へ熱を移動させることにより、タービン１３で膨張した空気を冷却するとともに、圧縮機１４から排出された空気を加熱して燃焼用の空気（燃焼空気１０２）として燃焼器１２へ供給する再生熱交換器１５と、タービン１３で生成された回転運動によって動作する負荷（発電機１６）と、を備えたものである。   In the air-gas turbine power generation system 10 according to the reverse Brayton cycle of the first embodiment, the fuel 103 is burned using the heating pipe 11 for introducing air (external air 101) at atmospheric pressure and air for combustion (combustion air 102). , The combustor 12 for heating the air at atmospheric pressure introduced into the heating pipe 11, the turbine 13 for generating rotational motion by expanding the air heated in the heating pipe 11, and the rotation generated by the turbine 13 The compressor 14 operates by movement and compresses and discharges the air expanded and cooled by the turbine 13, the air expanded by the turbine 13 as a high temperature side, and the air discharged from the compressor 14 as a low temperature side, By transferring heat from the high temperature side to the low temperature side, the air expanded in the turbine 13 is cooled, and the air discharged from the compressor 14 is heated for combustion. Air (combustion air 102) combustor 12 regenerative heat exchanger 15 is supplied to a load operated by rotational motion generated by the turbine 13 and (generator 16), those having a.

本実施形態１によれば、加熱管１１→タービン１３→再生熱交換器１５（高温側）→圧縮機１４→再生熱交換器１５（低温側）→燃焼器１２と流れる作動媒体が酸性物質等を含まない空気であることにより、高温又は低温の空気が触れる加熱管１１、タービン１３、再生熱交換器１５及び圧縮機１４の材質に耐食性が要求されないので、耐久性及び安全性を向上できる。特に高温の空気が触れるタービン１３の材質に高温腐食耐食性が要求されないことは、その効果が大きい。更に、高温にさらさせる加熱管とタービンの高温腐食耐久性が向上するので、燃焼ガスの温度をより高くして燃焼器１２の発熱温度を上げられるので、熱効率を向上できる。   According to the first embodiment, the heating medium 11 → the turbine 13 → the regenerative heat exchanger 15 (high temperature side) → the compressor 14 → the regenerative heat exchanger 15 (low temperature side) → the working medium flowing with the combustor 12 is an acidic substance Since the material of the heating tube 11, the turbine 13, the regenerative heat exchanger 15, and the compressor 14 to which the high-temperature or low-temperature air is in contact is not required because the air does not contain air, the durability and safety can be improved. In particular, the fact that high temperature corrosion resistance is not required for the material of the turbine 13 to which high temperature air is in contact has a great effect. Furthermore, since the high temperature corrosion durability of the heating pipe exposed to high temperature and the turbine is improved, the temperature of the combustion gas can be further raised to raise the heat generation temperature of the combustor 12, thereby improving the thermal efficiency.

また、空気ガスタービン発電装置１０は、作動媒体が大気圧以下の空気であることから、加熱管１１、タービン１３、再生熱交換器１５及び圧縮機１４に耐圧性が要求されないばかりか、作動媒体が酸性物質等を含まない空気であることから耐食性も要求されないので、構造をより簡素化できるとともに、より安価でより信頼性のある材質を用いることができる。   Further, in the air gas turbine power generation system 10, since the working medium is air at atmospheric pressure or less, not only the pressure resistance is required for the heating pipe 11, the turbine 13, the regenerative heat exchanger 15 and the compressor 14, but also the working medium Since the air is an air containing no acidic substance and the like, no corrosion resistance is required, so that the structure can be simplified, and a cheaper and more reliable material can be used.

次に、本実施形態１の空気ガスタービン発電装置１０について、更に詳しく説明する。   Next, the air gas turbine power generation system 10 of Embodiment 1 will be described in more detail.

空気ガスタービン発電装置１０は、燃焼器１２による間接加熱再生型逆ブレイトンサイクル発電装置であり、燃焼器１２内に設置した加熱管１１に外気１０１を導き、燃焼器１２で得られる燃焼ガス１０４で加熱管１１を加熱し、高温化した空気をタービン１３へ導くことにより、動力を発生させる。   The air gas turbine power generation system 10 is an indirect heating regenerative type reverse Brayton cycle power generation system by the combustor 12, guides the outside air 101 to the heating pipe 11 installed in the combustor 12, and generates the combustion gas 104 obtained by the combustor 12. Power is generated by heating the heating tube 11 and guiding the heated air to the turbine 13.

タービン１３で動力を得るには、タービン１３の出口の空気圧力をタービン１３の入口の空気圧力より低く保つ必要がある。そのため、タービン１３の出口側に圧縮機１４を設ける。圧縮機１４は、タービン１３から排出される空気を低圧に保つとともに、吸引圧縮した空気を流量調整弁１７を経由して燃焼空気１０２として燃焼器１２へ送る。   In order to obtain power from the turbine 13, it is necessary to keep the air pressure at the outlet of the turbine 13 lower than the air pressure at the inlet of the turbine 13. Therefore, the compressor 14 is provided on the outlet side of the turbine 13. The compressor 14 keeps the air discharged from the turbine 13 at a low pressure, and sends the sucked and compressed air to the combustor 12 as the combustion air 102 via the flow control valve 17.

タービン１３に導かれた高温の空気は、タービン１３で断熱膨張による仕事をして、温度が低下するものの、まだ高温を維持している。この熱エネルギーを有効に利用するために、タービン１３と圧縮機１４との間に再生熱交換器１５を設ける。再生熱交換器１５では、タービン１３から排出された高温の空気と、圧縮機１４から流量調整弁１７を経由して排出された空気（排気１０５）とを、熱交換させる。これにより、排気１０５は高温化して燃焼空気１０２となり、タービン１３から排出された高温の空気は低温となって圧縮機１４に導かれる。   The high temperature air introduced to the turbine 13 performs adiabatic expansion work in the turbine 13 to maintain the high temperature although the temperature is lowered. In order to effectively use this thermal energy, a regenerative heat exchanger 15 is provided between the turbine 13 and the compressor 14. The regenerative heat exchanger 15 exchanges heat between the high temperature air discharged from the turbine 13 and the air (exhaust 105) discharged from the compressor 14 via the flow rate adjustment valve 17. As a result, the exhaust gas 105 is heated to a combustion air 102, and the high temperature air discharged from the turbine 13 is cooled to a low temperature and is guided to the compressor 14.

高温化した燃焼空気１０２が燃焼器１２に導かれて燃料１０３を燃焼させることにより、更に高温の燃焼ガス１０４が発生する。燃焼ガス１０４は、加熱管１１内の空気に熱を与えて温度が低下し、排気ガス１０６となって大気中に排出される。このように高温化した燃焼空気１０２によって燃焼ガス１０４が更に高温化されることにより、ガスタービン発電装置１０の熱効率が向上するので、燃料消費率を低下できる。   The high temperature combustion air 102 is introduced to the combustor 12 to burn the fuel 103, thereby generating a high temperature combustion gas 104. The combustion gas 104 imparts heat to the air in the heating pipe 11 to lower its temperature, and becomes exhaust gas 106 and is exhausted to the atmosphere. Since the combustion gas 104 is further heated to a high temperature by the combustion air 102 thus heated, the thermal efficiency of the gas turbine power generation system 10 is improved, so that the fuel consumption rate can be reduced.

タービン１３には、同軸又は多軸を介して圧縮機１４が連結され、同軸又は歯車装置を介して発電機１６が連結されている。タービン１３で発生する動力は、一部が圧縮機１４の駆動に供され、その残りが発電機１６を駆動して電力を発生させる。   The compressor 14 is connected to the turbine 13 via a coaxial or multi-shaft, and the generator 16 is connected via a coaxial or gear system. Part of the power generated by the turbine 13 is used to drive the compressor 14, and the remainder drives the generator 16 to generate electric power.

空気ガスタービン発電装置１０には、圧縮機１４の排気１０５を大気に放出するための排気弁１８と、外気１０１を燃焼器１２に供給するための吸気弁１９とが、設置されている。空気ガスタービン発電装置１０の通常運転時では、排気弁１８及び吸気弁１９を閉鎖状態にし、流量調整弁１７を開放状態にする。   In the air gas turbine power generation system 10, an exhaust valve 18 for releasing the exhaust gas 105 of the compressor 14 to the atmosphere, and an intake valve 19 for supplying the outside air 101 to the combustor 12 are installed. During normal operation of the air gas turbine power generation system 10, the exhaust valve 18 and the intake valve 19 are closed, and the flow control valve 17 is opened.

空気ガスタービン発電装置１０の起動時には、通常運転とは逆に、排気弁１８及び吸気弁１９を開放状態にし、流量調整弁１７を閉鎖状態にする。これに伴い、発電機１６を電動機として作動させるなどして圧縮機１４の回転数を上げて駆動し、この作動過程で得られる燃焼空気１０２の流量に見合う燃料１０３を供給する。その後、排気弁１８及び吸気弁１９を徐々に閉め、同時に流量調整弁１７を徐々に開いて、通常運転に移行する。   At the start of the air gas turbine power generation system 10, the exhaust valve 18 and the intake valve 19 are opened, and the flow control valve 17 is closed, contrary to the normal operation. Along with this, the generator 16 is operated as an electric motor or the like to increase the rotational speed of the compressor 14 for driving, and the fuel 103 corresponding to the flow rate of the combustion air 102 obtained in this operation process is supplied. Thereafter, the exhaust valve 18 and the intake valve 19 are gradually closed, and at the same time, the flow control valve 17 is gradually opened to shift to normal operation.

通常運転中に発電機１６の出力を変動させるには、流量調整弁１７及び排気弁１８の開度を調整することにより、圧縮機１４及びタービン１３の最大効率を得る流量及び圧力比を設定するとともに、吸気弁１９の開度を調整することにより、適正な燃焼空気１０２の流量を得る制御を実施する。つまり、流量調整弁１７、排気弁１８及び吸気弁１９を設けることによって、スタートアップ制御、圧縮機１４とタービン１３のマッチング制御、及び、最適燃焼空気流量制御が可能になるので、様々な作動条件で高効率な運転を実現できる。   In order to fluctuate the output of the generator 16 during normal operation, the flow rate and pressure ratio to obtain the maximum efficiency of the compressor 14 and the turbine 13 are set by adjusting the openings of the flow control valve 17 and the exhaust valve 18. At the same time, by adjusting the opening degree of the intake valve 19, control is performed to obtain the appropriate flow rate of the combustion air 102. That is, by providing the flow control valve 17, the exhaust valve 18 and the intake valve 19, start-up control, matching control between the compressor 14 and the turbine 13, and optimal combustion air flow control can be performed, so various operation conditions can be obtained. High efficiency operation can be realized.

＜実施形態２＞図２は、実施形態２の空気ガスタービン発電装置を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。   Second Embodiment FIG. 2 is a block diagram showing an air gas turbine power generator according to a second embodiment. The following description will be made based on this drawing.

本実施形態２の空気ガスタービン発電装置２０では、実施形態１におけるタービン１３（図１）が、加熱管１１で加熱された空気を膨張させることにより回転運動を生成する第一のタービン（パワータービン２１）と、第一のタービンで膨張した空気を更に膨張させることにより回転運動を生成する第二のタービン（タービン２２）とからなる。そして、負荷（発電機１６）は、第一のタービン及び第二のタービンの一方（パワータービン２１）で生成された回転運動によって動作する。圧縮機１４は、第一のタービン及び第二のタービンの他方（タービン２２）で生成された回転運動によって動作する。   In the air gas turbine power generation system 20 according to the second embodiment, the turbine 13 (FIG. 1) according to the first embodiment generates a rotational motion by expanding the air heated by the heating pipe 11 (power turbine 21) and a second turbine (turbine 22) that generates rotational motion by further expanding the air expanded in the first turbine. And, the load (generator 16) operates by the rotational motion generated by one of the first turbine and the second turbine (power turbine 21). The compressor 14 operates by the rotational motion generated by the other of the first and second turbines (turbine 22).

換言すると、本実施形態２の空気ガスタービン発電装置２０は、実施形態１におけるタービン１３を二基に分離して、加熱管１１で加熱された空気が流入し断熱膨張するパワータービン２１、及び、パワータービン２１の排気が流入し断熱膨張するタービン２２としたものである。パワータービン２１は、同軸又は歯車装置を介して連結された発電機１６を駆動する。タービン２２は、同軸又は多軸で連結された圧縮機１４を駆動する。   In other words, the air gas turbine power generation device 20 according to the second embodiment separates the turbine 13 according to the first embodiment into two units, and the power turbine 21 in which the air heated by the heating pipe 11 flows in and adiabatically expands; The exhaust of the power turbine 21 flows in and is adiabatically expanded into a turbine 22. The power turbine 21 drives a generator 16 coupled via coaxial or gearing. The turbine 22 drives a coaxial or multi-axially coupled compressor 14.

空気ガスタービン発電装置２０によれば、パワータービン２１とタービン２２とが同軸でないため、それぞれの回転数を発電機１６及び圧縮機１４の特性に合わせて設定できるので、要求電力に合致させた高効率の作動が可能となる。   According to the air gas turbine power generation system 20, since the power turbine 21 and the turbine 22 are not coaxial, the respective rotational speeds can be set according to the characteristics of the generator 16 and the compressor 14, so Operation of efficiency is possible.

なお、本実施形態２では、第一のタービンをパワータービン２１、第二のタービンをタービン２２としたが、これとは逆に、第一のタービンをタービン２２、第二のタービンをパワータービン２１としてもよい。すなわち、作動媒体である空気の流れに沿って、タービン２２、パワータービン２１の順に配置してもよい。この場合も前述と同様の効果を奏する。   In the second embodiment, the first turbine is the power turbine 21 and the second turbine is the turbine 22. Conversely, the first turbine is the turbine 22 and the second turbine is the power turbine 21. It may be That is, the turbine 22 and the power turbine 21 may be arranged in this order along the flow of air which is the working medium. Also in this case, the same effect as described above is obtained.

＜実施例１＞図３は、実施形態１の空気ガスタービン発電装置の実施例１を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。   <Example 1> FIG. 3 is a block diagram showing Example 1 of the air gas turbine power generator of Embodiment 1. As shown in FIG. The following description will be made based on this drawing.

本実施例１は、石炭火力発電設備である微粉炭燃焼発電装置であり、空気ガスタービン発電装置１０における燃焼器１２（図１）として、石炭を燃焼する微粉炭燃焼ボイラーシステム３０を用いている。微粉炭燃焼ボイラーシステム３０は、微粉炭機３１、微粉炭ボイラー３２等を備えている。   The first embodiment is a pulverized coal combustion power generation apparatus which is a coal thermal power generation facility, and uses a pulverized coal combustion boiler system 30 for burning coal as the combustor 12 (FIG. 1) in the air gas turbine power generation apparatus 10. . The pulverized coal combustion boiler system 30 includes a pulverized coal machine 31, a pulverized coal boiler 32, and the like.

石炭３０１は、微粉炭機３１で粉砕されて微粉炭３０２となり、微粉炭ボイラー３２へ送られる。微粉炭３０２は、微粉炭ボイラー３２内で燃焼し、石炭灰３０３及び高温の燃焼ガス１０４となる。燃焼ガス１０４は、微粉炭ボイラー３２内に設置された加熱管１１を加熱する。これにより、加熱管１１内に導入された外気１０１は、高温の空気となって、タービン１３に送られる。その高温の空気がタービン１３内で膨張することによって、動力が得られる。タービン１３の排気は、再生熱交換器１５を経て、タービン１３と同軸で連結されている圧縮機１４に吸引かつ圧縮される。圧縮機１４で圧縮された空気は、流量調整弁１７を経て再び再生熱交換器１５に送られることにより、タービン１３の排気で加熱されて高温の燃焼空気１０２となる。燃焼空気１０２は、微粉炭ボイラー３２に送られ、微粉炭３０２の燃焼に用いられる。   The coal 301 is pulverized by the pulverized coal machine 31 to become pulverized coal 302, and is sent to the pulverized coal boiler 32. The pulverized coal 302 burns in the pulverized coal boiler 32 and becomes coal ash 303 and high temperature combustion gas 104. The combustion gas 104 heats the heating pipe 11 installed in the pulverized coal boiler 32. As a result, the outside air 101 introduced into the heating pipe 11 becomes high-temperature air and is sent to the turbine 13. The expansion of the high temperature air in the turbine 13 provides power. The exhaust of the turbine 13 passes through the regenerative heat exchanger 15 and is sucked and compressed by the compressor 14 coaxially connected to the turbine 13. The air compressed by the compressor 14 is again sent to the regenerative heat exchanger 15 through the flow control valve 17, and is heated by the exhaust of the turbine 13 to become high temperature combustion air 102. The combustion air 102 is sent to a pulverized coal boiler 32 and used to burn the pulverized coal 302.

タービン１３には、圧縮機１４に加えて、同軸又は歯車装置（図示せず）を介して発電機１６が連結されている。タービン１３で得られる動力から圧縮機１４の駆動に必要な動力を差し引いた残りの動力で、発電機１６を駆動して電力を得る。起動時や通常運転中で発電機１６の出力を変動させる時は、実施形態１の説明で述べたように、流量調整弁１７、排気弁１８及び吸気弁１９を操作する。   In addition to the compressor 14, a generator 16 is connected to the turbine 13 via a coaxial or gear system (not shown). The remaining power obtained by subtracting the power required to drive the compressor 14 from the power obtained by the turbine 13 drives the generator 16 to obtain power. When changing the output of the generator 16 at the time of start-up or in normal operation, as described in the description of the first embodiment, the flow control valve 17, the exhaust valve 18 and the intake valve 19 are operated.

更に、空気ガスタービン発電装置１０には、空気ブロワー３３が吸気弁１９の上流に設置されている。流量調整弁１７を閉鎖し、排気弁１８及び吸気弁１９を開放することにより、圧縮機１４から大気圧の排気１０５を放出するとともに、空気ブロワー３３で外気１０１を取り込んで燃焼空気１０２として微粉炭ボイラー３２へ供給することができる。その場合は、逆ブレイトンサイクルの作動媒体である空気と燃焼に供する空気（燃焼空気１０２）との系統が分離されているため、前者の空気流量を圧縮機１４の回転数で、後者の空気流量を空気ブロワー３３の回転数で、それぞれ独立して制御できるので、広範囲な運転領域を実現できる。   Furthermore, in the air gas turbine power generation system 10, an air blower 33 is installed upstream of the intake valve 19. By closing the flow control valve 17 and opening the exhaust valve 18 and the intake valve 19, the exhaust 14 of atmospheric pressure is released from the compressor 14, and the outside air 101 is taken in by the air blower 33 and pulverized coal as the combustion air 102. It can be supplied to the boiler 32. In that case, since the system of air serving as the working medium of the reverse Brayton cycle and the air to be supplied for combustion (combustion air 102) are separated, the former air flow rate is the rotational speed of the compressor 14 and the latter air flow rate. Since the number of revolutions of the air blower 33 can be independently controlled, a wide operating range can be realized.

微粉炭ボイラー３２の燃焼ガス１０４の温度を、現在のタービン温度の限界と考えられている１４００℃の空気を供給できる程度に上昇できれば、微粉炭ボイラー効率＝９８％、タービン断熱効率＝９０％、圧縮機断熱効率＝８５％、機械効率＝９８％、発電機効率＝９８％、再生熱交換器の熱伝達温度差＝５０℃、タービンの膨張比を１．８〜２．２としたとき、在来の微粉炭ボイラー発電装置の熱効率４０％を超える、５４％の高い熱効率を達成できる。   If the temperature of the combustion gas 104 of the pulverized coal boiler 32 can be raised to such an extent that it can supply air at 1400 ° C., which is considered to be the limit of the current turbine temperature, pulverized coal boiler efficiency = 98%, turbine adiabatic efficiency = 90%, Compressor heat insulation efficiency = 85%, mechanical efficiency = 98%, generator efficiency = 98%, heat transfer temperature difference of regenerative heat exchanger = 50 ° C., expansion ratio of turbine is 1.8 to 2.2, High thermal efficiency of 54% can be achieved, exceeding the thermal efficiency of 40% of conventional pulverized coal boiler power plants.

本実施例１における空気ガスタービン発電装置１０は、実施形態２の空気ガスタービン発電装置２０（図２）に置き換えることもできる。また、空気ガスタービン発電装置１０は、本実施例１に示す石炭火力発電に限らず、石油火力発電や天然ガス火力発電など、あらゆるボイラー発電に適用できる。   The air gas turbine power generation system 10 in the first embodiment can be replaced with the air gas turbine power generation system 20 (FIG. 2) of the second embodiment. Further, the air gas turbine power generation apparatus 10 is not limited to the coal thermal power generation shown in the first embodiment, and can be applied to any boiler power generation such as petroleum thermal power generation and natural gas thermal power generation.

＜実施例２＞図４は、実施形態１の空気ガスタービン発電装置の実施例２を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。   <Example 2> FIG. 4 is a block diagram showing Example 2 of the air gas turbine power generator of Embodiment 1. As shown in FIG. The following description will be made based on this drawing.

本実施例２は、廃棄物処理発電装置であり、空気ガスタービン発電装置１０における燃焼器１２（図１）として、乾留ガス化焼却システム４０を用いている。乾留ガス化焼却システム４０は、乾留ガス化炉４１、燃焼炉４２（バーナー部と燃焼部とからなる）、サイクロン４３、薬剤サイロ４４、バグフィルター４５、誘引ファン４６、煙突４７等を備えている。   The present Example 2 is a waste treatment electric power generating apparatus, and the carbonization gasification incineration system 40 is used as the combustor 12 (FIG. 1) in the air gas turbine electric power generation apparatus 10. The dry distillation gasification and incineration system 40 includes a dry distillation gasification furnace 41, a combustion furnace 42 (consisting of a burner unit and a combustion unit), a cyclone 43, a pharmaceutical silo 44, a bag filter 45, an induction fan 46, a chimney 47 and the like. .

廃棄物４０１は、乾留ガス化炉４１でガス化して乾留ガス４０２となり、燃焼炉４２へ送られる。乾留ガス４０２は、燃焼炉４２内で燃焼し、高温の燃焼ガス１０４となる。燃焼ガス１０４は、燃焼炉４２内に設置された加熱管１１を加熱する。これにより、加熱管１１内に導入された外気１０１は、高温の空気になってタービン１３に送られる。その高温の空気がタービン１３内で膨張することによって、動力が得られる。タービン１３の排気は、再生熱交換器１５を経て、タービン１３と同軸で連結されている圧縮機１４によって吸引かつ圧縮される。圧縮機１４で圧縮された空気は、流量調整弁１７を経て再び再生熱交換器１５に送られることにより、タービン１３の排気で加熱されて高温の燃焼空気１０２となる。燃焼空気１０２は、燃焼炉４２に送られ、乾留ガス４０２の燃焼に用いられる。   The waste 401 is gasified in the dry distillation gasification furnace 41 to form a dry distillation gas 402, and is sent to the combustion furnace 42. The dry-distilled gas 402 burns in the combustion furnace 42 and becomes high-temperature combustion gas 104. The combustion gas 104 heats the heating tube 11 installed in the combustion furnace 42. As a result, the outside air 101 introduced into the heating tube 11 becomes high temperature air and is sent to the turbine 13. The expansion of the high temperature air in the turbine 13 provides power. The exhaust of the turbine 13 passes through the regenerative heat exchanger 15 and is sucked and compressed by the compressor 14 coaxially connected to the turbine 13. The air compressed by the compressor 14 is again sent to the regenerative heat exchanger 15 through the flow control valve 17, and is heated by the exhaust of the turbine 13 to become high temperature combustion air 102. The combustion air 102 is sent to the combustion furnace 42 and used to burn the dry-distilled gas 402.

排気ガス１０６は、誘引ファン４６によってサイクロン４３、薬剤サイロ４４、バグフィルター４５に導かれ、煙突４７から排気４０３となって排出される。サイクロン４３では粒子が分離され、薬剤サイロ４４では酸化物などを中和するために中和剤が加えられ、バグフィルター４５では微粒子が除去される。   The exhaust gas 106 is guided by the induction fan 46 to the cyclone 43, the drug silo 44, and the bag filter 45, and is discharged from the chimney 47 as the exhaust 403. In the cyclone 43, the particles are separated, in the drug silo 44, a neutralizing agent is added to neutralize oxides and the like, and in the bag filter 45, fine particles are removed.

なお、タービン１３と圧縮機１４及び発電機１６との関係、並びに、流量調整弁１７、排気弁１８、吸気弁１９及び空気ブロワー３３の操作による作用及び効果は、実施例１で説明したとおりである。本実施例２における空気ガスタービン発電装置１０は、実施形態２の空気ガスタービン発電装置２０（図２）に置き換えることもできる。   The relationship between the turbine 13 and the compressor 14 and the generator 16, and the operation and effects of the operation of the flow control valve 17, the exhaust valve 18, the intake valve 19 and the air blower 33 are as described in the first embodiment. is there. The air gas turbine power generation system 10 in the second embodiment can be replaced with the air gas turbine power generation system 20 (FIG. 2) of the second embodiment.

＜実施例３＞図５は、実施形態１の空気ガスタービン発電装置の実施例３を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。   Third Embodiment FIG. 5 is a block diagram showing a third embodiment of the air gas turbine power generation system of the first embodiment. The following description will be made based on this drawing.

本実施例３は、バイオマス燃焼発電装置であり、空気ガスタービン発電装置１０における燃焼器１２（図１）として、バイオマス燃焼システム５０を用いている。バイオマス燃焼システム５０は、木質チップ供給装置５１、木質チップ供給コンベアー５２、木質燃焼ボイラー５３、サイクロン５４、バグフィルター５５、誘引ファン５６、煙突５７、灰運搬コンベアー５８等を備えている。   The third embodiment is a biomass combustion power generation device, and uses a biomass combustion system 50 as the combustor 12 (FIG. 1) in the air gas turbine power generation device 10. The biomass combustion system 50 includes a wood chip supply device 51, a wood chip supply conveyor 52, a wood combustion boiler 53, a cyclone 54, a bag filter 55, an inducement fan 56, a chimney 57, an ash transport conveyor 58 and the like.

木質チップ５０１は、木質チップ供給装置５１及び木質チップ供給コンベアー５２によって木質燃焼ボイラー５３に送られる。木質チップ５０１は、木質燃焼ボイラー５３内で燃焼し、高温の燃焼ガス１０４となる。燃焼ガス１０４は、木質燃焼ボイラー５３内に設置された加熱管１１を加熱する。これにより、加熱管１１内に導入された外気１０１は、高温の空気になってタービン１３に送られる。その高温の空気がタービン１３内で膨張することによって、動力が得られる。タービン１３の排気は、再生熱交換器１５を経て、タービン１３と同軸で連結されている圧縮機１４によって吸引かつ圧縮される。圧縮機１４で圧縮された空気は、流量調整弁１７を経て再び再生熱交換器１５に送られることにより、タービン１３の排気で加熱されて高温の燃焼空気１０２となる。燃焼空気１０２は、木質燃焼ボイラー５３に送られ、木質チップ５０１の燃焼に用いられる。   The wood chips 501 are sent to the wood combustion boiler 53 by the wood chip supply device 51 and the wood chip supply conveyor 52. The wood chips 501 are burned in the wood combustion boiler 53 and become high temperature combustion gases 104. The combustion gas 104 heats the heating pipe 11 installed in the wood combustion boiler 53. As a result, the outside air 101 introduced into the heating tube 11 becomes high temperature air and is sent to the turbine 13. The expansion of the high temperature air in the turbine 13 provides power. The exhaust of the turbine 13 passes through the regenerative heat exchanger 15 and is sucked and compressed by the compressor 14 coaxially connected to the turbine 13. The air compressed by the compressor 14 is again sent to the regenerative heat exchanger 15 through the flow control valve 17, and is heated by the exhaust of the turbine 13 to become high temperature combustion air 102. The combustion air 102 is sent to the wood combustion boiler 53 and used to burn the wood chips 501.

排気ガス１０６は、誘引ファン５６によってサイクロン５４、バグフィルター５５に導かれ、煙突５７から排気５０３となって排出される。サイクロン５４では粒子が分離され、バグフィルター５５では微粒子が除去される。サイクロン５４で分離された粒子からなる灰５０２は、灰運搬コンベアー５８によって集積される。   The exhaust gas 106 is guided by the induction fan 56 to the cyclone 54 and the bag filter 55, and is discharged from the chimney 57 as the exhaust 503. Particles are separated in the cyclone 54 and fine particles are removed in the bag filter 55. Ashes 502 composed of particles separated by the cyclones 54 are collected by an ash transport conveyor 58.

なお、タービン１３と圧縮機１４及び発電機１６との関係、並びに、流量調整弁１７、排気弁１８、吸気弁１９及び空気ブロワー３３の操作による作用及び効果は、実施例１で説明したとおりである。本実施例３における空気ガスタービン発電装置１０は、実施形態２の空気ガスタービン発電装置２０（図２）に置き換えることもできる。   The relationship between the turbine 13 and the compressor 14 and the generator 16, and the operation and effects of the operation of the flow control valve 17, the exhaust valve 18, the intake valve 19 and the air blower 33 are as described in the first embodiment. is there. The air gas turbine power generation system 10 in the third embodiment can be replaced with the air gas turbine power generation system 20 (FIG. 2) of the second embodiment.

＜総括＞本発明の構成、作用及び効果については、上記各実施形態及び各実施例で述べたとおりであるが、ここで言葉を換えて総括する。   <Summary> The configuration, operation, and effects of the present invention are as described in the above embodiments and examples.

本発明に係る空気ガスタービン発電装置は、次の効果を奏する。［１］逆ブレイトンサイクルの作動媒体が不純物を含まない空気（外気）であるため、高温で高速回転するタービンや高温の再生熱交換器の構成材料が腐食して破壊に至ることがなく、装置の安全性と耐久性が向上する。［２］燃焼器を用いた間接加熱による逆ブレイトンサイクル発電装置であるため、高温化によってサイクル効率を向上できるので、在来の逆ブレイトンサイクル発電装置と同様に燃料消費を小さくできる。［３］作動媒体である大気を燃焼器で加熱することにより、排気ガスが低温になるので、熱利用率及び熱効率が向上する。［４］圧縮機の圧力比を低減できることにより、圧縮機の断熱効率が向上するので、圧縮機動力の低減によって、発電装置の省エネルギーに資する。［５］発電装置の全体を負圧にすることにより、構造部品の耐圧強度を低減できるので、装置製作のコストを削減できる。［６］火力発電所に適用すると、ボイラーの燃焼温度を上昇させることにより、熱効率を大幅に向上できるので、燃料消費を低減できる。併せて、単位発電電力当たりの炭酸ガス発生量を低下できるので、地球温暖化抑制に寄与する。   The air gas turbine generator according to the present invention has the following effects. [1] Since the working medium of the reverse Brayton cycle is air containing no impurities (outside air), the components of the high-speed, high-speed rotating turbine and high-temperature regenerative heat exchanger are not corroded to cause destruction. Safety and durability of the [2] Since it is a reverse Brayton cycle power generator by indirect heating using a combustor, the cycle efficiency can be improved by raising the temperature, so that the fuel consumption can be reduced as in the conventional reverse Brayton cycle power generator. [3] By heating the atmosphere, which is the working medium, with the combustor, the exhaust gas temperature becomes low, so the heat utilization rate and thermal efficiency are improved. [4] The ability to reduce the pressure ratio of the compressor improves the adiabatic efficiency of the compressor, thereby reducing the power of the compressor, which contributes to energy saving of the power generation device. [5] By making the whole power generating apparatus under negative pressure, it is possible to reduce the pressure resistance of the structural parts, and hence the cost of manufacturing the apparatus can be reduced. [6] When applied to a thermal power plant, the fuel efficiency can be reduced because the thermal efficiency can be greatly improved by raising the combustion temperature of the boiler. In addition, the amount of carbon dioxide gas generated per unit power generation can be reduced, which contributes to the suppression of global warming.

以上、上記各実施形態及び各実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態及び各実施例に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態及び各実施例の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated with reference to said each embodiment and each Example, this invention is not limited to said each embodiment and each Example. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention. Further, the present invention also includes a combination of some or all of the configurations of the above-described embodiments and the respective examples, as appropriate.

本発明に係る空気ガスタービン装置は、発電用のみならず、機械駆動用にもなり得る。また、本発明に係る間接加熱逆ブレイトンサイクル発電装置は、低圧でクリーンな作動媒体で稼働するので、種々の圧力下で作動する燃焼器で生成する熱エネルギーを熱源とする発電設備に供することができる。特に５００℃以上の広範囲な温度レベルの熱エネルギーを、高効率で電力や動力更には同時に発生する熱エネルギーにも変換することができるので、その適用範囲は広い。   The air gas turbine apparatus according to the present invention can be used not only for power generation but also for mechanical drive. In addition, since the indirectly heated reverse Brayton cycle power generation apparatus according to the present invention operates with a low pressure and clean working medium, it is possible to use the heat energy generated by the combustor operating under various pressures as a heat source. it can. In particular, thermal energy at a wide temperature level of 500 ° C. or more can be converted into power, power, and simultaneously generated thermal energy with high efficiency, so its application range is wide.

＜実施形態＞
１０，２０ 空気ガスタービン発電装置（空気ガスタービン装置）
１１ 加熱管
１２ 燃焼器
１３ タービン
１４ 圧縮機
１５ 再生熱交換器
１６ 発電機（負荷）
１７ 流量調整弁
１８ 排気弁
１９ 吸気弁
２１ パワータービン（第一のタービン）
２２ タービン（第二のタービン）
１０１ 外気
１０２ 燃焼空気
１０３ 燃料
１０４ 燃焼ガス
１０５ 排気
１０６ 排気ガス
＜実施例＞
３０ 微粉炭燃焼ボイラーシステム
３１ 微粉炭機
３２ 微粉炭ボイラー
３３ 空気ブロワー
３０１ 石炭
３０２ 微粉炭
３０３ 石炭灰
４０ 乾留ガス化焼却システム
４１ 乾留ガス化炉
４２ 燃焼炉
４３ サイクロン
４４ 薬剤サイロ
４５ バグフィルター
４６ 誘引ファン
４７ 煙突
４０１ 廃棄物
４０２ 乾留ガス
４０３ 排気
５０ バイオマス燃焼システム
５１ 木質チップ供給装置
５２ 木質チップ供給コンベアー
５３ 木質燃焼ボイラー
５４ サイクロン
５５ バグフィルター
５６ 誘引ファン
５７ 煙突
５８ 灰運搬コンベアー
５０１ 木質チップ
５０２ 灰
５０３ 排気
＜関連技術＞
６０，７０ ガスタービン発電装置
６１ 圧縮機
６２ 再生熱交換器
６３ 燃焼器
６４ タービン
６５ 発電機
６０１ 外気
６０２ 燃料
６０３ 燃焼ガス
６０４ 排気 Embodiment
10, 20 Air gas turbine generator (Air gas turbine system)
11 heating pipe 12 combustor 13 turbine 14 compressor 15 regenerative heat exchanger 16 generator (load)
17 flow control valve 18 exhaust valve 19 intake valve 21 power turbine (first turbine)
22 Turbine (second turbine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Outside air 102 Combustion air 103 Fuel 104 Combustion gas 105 Exhaust 106 Exhaust gas <Example>
Reference Signs List 30 pulverized coal burning boiler system 31 pulverized coal machine 32 pulverized coal boiler 33 air blower 301 coal 302 pulverized coal 303 coal ash 40 carbonization gasification incineration system 41 carbonization gasification furnace 42 combustion furnace 43 cyclone 44 medicine silo 45 bag filter 46 induction fan 47 chimney 401 waste 402 dry gas 403 exhaust 50 biomass combustion system 51 wood chip supply device 52 wood chip supply conveyor 53 wood combustion boiler 54 cyclone 55 bag filter 56 inducement fan 57 chimney 58 ash conveyor 501 wood chip 502 ash 503 exhaust < Related technology>
DESCRIPTION OF SYMBOLS 60, 70 Gas turbine generator 61 Compressor 62 Regeneration heat exchanger 63 Combustor 64 Turbine 65 Generator 601 Outside air 602 Fuel 603 Combustion gas 604 Exhaust

Claims (5)

大気圧の空気を導入する加熱管と、
燃焼用の空気を用い燃料を燃焼させることにより、前記加熱管に導入された前記大気圧の空気を加熱する燃焼器と、
前記加熱管で加熱された空気を膨張させることにより回転運動を生成するタービンと、
前記タービンで生成された回転運動によって動作し、前記タービンで膨張しかつ冷却された空気を圧縮して排出する圧縮機と、
前記タービンで膨張した空気を高温側とし、前記圧縮機から排出された空気を低温側とし、前記高温側から前記低温側へ熱を移動させることにより、前記タービンで膨張した空気を冷却するとともに、前記圧縮機から排出された空気を加熱して前記燃焼用の空気として前記燃焼器へ供給する再生熱交換器と、
前記タービンで生成された回転運動によって動作する負荷と、
を備えた逆ブレイトンサイクルによる空気ガスタービン装置。 A heating tube for introducing air at atmospheric pressure,
A combustor that heats the air at atmospheric pressure introduced into the heating pipe by burning fuel using air for combustion;
A turbine generating rotational motion by expanding air heated by the heating tube;
A compressor operated by the rotational motion generated by the turbine to compress and discharge the air expanded and cooled by the turbine;
The air expanded by the turbine is at a high temperature side, the air discharged from the compressor is at a low temperature side, and heat is transferred from the high temperature side to the low temperature side to cool the air expanded by the turbine. A regenerative heat exchanger that heats the air discharged from the compressor and supplies the air as the combustion air to the combustor;
A load operated by the rotational motion generated by the turbine;
Air gas turbine device with reverse Brayton cycle with. 前記圧縮機から排出される空気の流量を調整する流量調整弁と、
前記圧縮機と前記流量調整弁との間に設けられ、前記圧縮機から排出される空気を大気中に放出する排気弁と、
大気圧の空気を前記燃焼用の空気として前記燃焼器へ供給する吸気弁及び空気ブロワーと、
を更に備えた請求項１記載の逆ブレイトンサイクルによる空気ガスタービン装置。 A flow control valve for adjusting the flow rate of air discharged from the compressor;
An exhaust valve provided between the compressor and the flow control valve and discharging the air exhausted from the compressor to the atmosphere;
An intake valve and an air blower for supplying atmospheric pressure air as the combustion air to the combustor;
The air gas turbine apparatus by reverse Brayton cycle according to claim 1, further comprising 前記タービンは、前記加熱管で加熱された空気を膨張させることにより回転運動を生成する第一のタービンと、この第一のタービンで膨張した空気を更に膨張させることにより回転運動を生成する第二のタービンとからなり、
前記負荷は前記第一のタービン及び前記第二のタービンの一方で生成された回転運動によって動作し、前記圧縮機は前記第一のタービン及び前記第二のタービンの他方で生成された回転運動によって動作する、
請求項１又は２記載の逆ブレイトンサイクルによる空気ガスタービン装置。 The turbine generates a rotational motion by further expanding the air expanded by the first turbine, which generates the rotational movement by expanding the air heated by the heating tube. Consists of a turbine of
The load is operated by the rotational motion generated by one of the first turbine and the second turbine, and the compressor is generated by the rotational motion generated by the other of the first turbine and the second turbine Operate,
The air gas turbine apparatus by reverse Brayton cycle of Claim 1 or 2. 前記負荷が発電機である、
請求項１、２又は３記載の逆ブレイトンサイクルによる空気ガスタービン装置。 Said load is a generator,
The air gas turbine apparatus by reverse Brayton cycle of Claim 1, 2 or 3. 請求項２記載の逆ブレイトンサイクルによる空気ガスタービン装置を制御する方法であって、
当該空気ガスタービン装置の起動時には、前記排気弁及び前記吸気弁を開放状態にし、前記流量調整弁を閉鎖状態にし、前記負荷としての発電機を電動機として作動させることにより前記圧縮機の回転数を上げて駆動し、同時に前記空気ブロワーの回転数を徐々に上げながら送られる前記燃焼用の空気の流量に見合う前記燃料を供給し、その後、前記排気弁及び前記吸気弁を徐々に閉め、前記空気ブロワーの回転数を徐々に下げて当該空気ブロワーで送られる前記燃焼用の空気の流量を減じ、同時に前記流量調整弁を徐々に開いて、通常運転への移行を成し、
更に、前記排気弁及び前記吸気弁を閉鎖状態にし、前記流量調整弁を開放状態にした通常運転中に前記発電機の出力を変動させるときには、前記流量調整弁及び前記排気弁の開度を調整することにより、前記圧縮機及び前記タービンの最大効率を得る流量及び圧力比を設定するとともに、前記吸気弁の開度と前記空気ブロワーの回転数とを調整することにより、適正な前記燃焼用の空気の流量を得る、
逆ブレイトンサイクルによる空気ガスタービン装置の制御方法。 A method of controlling an air gas turbine system with reverse Brayton cycle according to claim 2, comprising:
When the air gas turbine apparatus is started, the exhaust valve and the intake valve are opened, the flow rate adjustment valve is closed, and the generator as the load is operated as a motor to set the rotational speed of the compressor. At the same time, the fuel is supplied corresponding to the flow rate of the air for combustion sent while gradually increasing the rotational speed of the air blower, and then the exhaust valve and the intake valve are gradually closed, The rotational speed of the blower is gradually reduced to reduce the flow rate of the air for combustion sent by the air blower, and at the same time the flow control valve is gradually opened to achieve transition to normal operation.
Furthermore, when changing the output of the generator during normal operation with the exhaust valve and the intake valve closed and the flow control valve opened, the opening degree of the flow control valve and the exhaust valve is adjusted. By setting the flow rate and pressure ratio to obtain the maximum efficiency of the compressor and the turbine, and adjusting the opening degree of the intake valve and the rotational speed of the air blower, for the appropriate combustion Get the air flow rate,
Control method of air gas turbine apparatus by reverse Brayton cycle.

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