JP3826641B2

JP3826641B2 - Gas turbine system

Info

Publication number: JP3826641B2
Application number: JP31473199A
Authority: JP
Inventors: 悦子伊藤; 守昭塚本; 芳樹野口; 重雄幡宮
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-11-05
Filing date: 1999-11-05
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2019-11-05
Also published as: JP2001132473A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水分を含む燃焼ガスにより作動するタービンを備えたガスタービンシステムに係り、特に、燃焼器へ供給する空気の水分量を増加して前記燃焼ガスの水分の量を増加したガスタービンシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
加湿空気を用いたガスタービンシステムに関する従来の技術として、例えば、特公平1−31012号公報や特開平9−264158 号公報には、圧縮機で圧縮してなる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加湿塔で接触させ、加湿空気（空気／水蒸気の混合物）及び冷却された液相水を得て、加湿空気でタービン排気の熱回収を、また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を行い、さらに交換塔（増湿塔）で圧縮空気中に水蒸気として移行した量に当たる液相水を交換塔で得られる冷却された液相水による圧縮機の中間冷却器の後流の冷却媒体として使用し交換塔及び熱回収に供せられる液相中に補給するガスタービンサイクルが開示されている。
【０００３】
また、空気を加湿減温する加湿装置としては、Journal of Engineering for Gas Turbines and Power Ｖol.119／893−897(１９９７）で、J. De Ruyck らがガスタービン発電設備の圧縮機中間冷却器や後置冷却器の低温側熱源として、圧縮空気に水を噴霧することで得た加湿空気を用いた例が報告されている。また、前記した文献（以下、従来技術と称する）には、原料空気に水滴を噴霧して加湿減温した空気を分流して、一方はそのまま取り出し、他方は原料空気と熱交換して原料空気の温度を下げることにより加湿減温後の空気温度を下げる方式が述べられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術では、原料空気の温度が高い場合には、水を噴霧した後の加湿空気の温度も高く、例えばガスタービンサイクルにおいてタービン排ガスから熱交換を行うための媒体として用いる場合、排熱が十分回収できず、プラント効率が低くとどまることがある。
【０００５】
本発明の目的は、プラントの発電効率を向上させたガスタービンシステムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のガスタービンシステムは、空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で発生する燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンと、該ガスタービンから排出されるガスタービン排ガスと前記燃焼器に導かれる圧縮空気とを熱交換する再生熱交換器とを有するガスタービンシステムであって、前記圧縮機で圧縮して分岐された第１の空気を加湿する第１の加湿装置と、該第１の加湿装置で加湿された第１の空気と、前記分岐装置で分岐された第２の空気とを熱交換する熱交換器と、該熱交換器で熱交換された第２の空気を加湿する第２の加湿装置とを備え、前記第１及び第２の空気は異なる温度となるように加湿されて前記再生熱交換器に導かれることを特徴とする。
また、空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で発生する燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンと、該ガスタービンから排出されるガスタービン排ガスと前記燃焼器に導かれる圧縮空気とを熱交換する熱回収熱交換器と、前記圧縮機で圧縮し複数に分岐された空気を各々異なる温度に加湿して、該加湿空気を前記熱回収熱交換器に導く複数の加湿装置とを備え、前記熱回収熱交換器に導かれる加湿空気のうち、温度の低い加湿空気を熱回収熱交換器のよりガスタービン排ガス下流側位置に導くことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は本発明の一実施例であるガスタービンシステムの系統図を示したものである。
【０００９】
図１に示す本実施例のガスタービンシステムは、空気１０を圧縮する圧縮機１と、圧縮機からの圧縮空気が加湿された加湿空気１５０と燃料６とを混合し燃焼して燃焼ガスを発生する燃焼器５と、燃焼器５からの燃焼ガスによって作動するタービン７と、タービン７により駆動されてその機械エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する発電機２０と、タービン７から排出された排気ガス８の熱を回収する再生熱交換器３と、同じくタービン７から排出される排気ガス８の熱を利用して給水を加熱する給水加熱器９と、タービン７を起動する（タービンに連結され、燃焼器に燃料が投入されてタービンが自立作動できるまでタービンを回転させる）電動機（スタータ）２５と、圧縮機１で圧縮された圧縮空気１０１を分岐すると共にその分岐割合（圧縮空気の吐出流量の配分）を変更する分岐装置３０とを備えている。
【００１０】
また、本実施例では、給水加熱器９から排出された排気ガス８ａ中の湿分を除去する水回収塔１３と、水回収塔１３で湿分を除去された排気ガス８ｂと給水加熱器９から排出された排気ガス８ａとを熱交換するガス／ガス熱交換器１２と、湿分が回収された排気ガス８ｂを大気中へ放出する煙突２９と、海水を汲み上げる海水ポンプ１４と、水回収塔１３で回収された回収水を昇圧する復水ポンプ
１５と、回収水を浄化する水処理装置１６と、浄化された回収水(以下、「給水」と称す。）を昇圧して給水加熱器９に給水する給水ポンプ１７とを備えている。
さらに、図１に示す本実施例では、分岐装置３０で分岐された圧縮空気１１０中に水又は蒸気（冷却媒体）を噴射又は噴霧する第１の噴霧器（加湿装置）２１と、分岐装置３０で分岐されたもう一方の圧縮空気１３０中に水又は蒸気（冷却媒体）を噴射又は噴霧する第２の噴霧器（加湿装置）２２とを備え、また、分岐装置３０で分岐される圧縮空気１３０と第１の噴霧器２１で加湿された圧縮空気とを熱交換する熱交換器２３を設置している。なお、第１の噴霧器２１と第２の噴霧器２２には、給水加熱器９によって加熱された給水が給水ポンプ１８を介して供給される。
【００１１】
以上のように構成された本実施例では、まず外気から取り込まれた空気１０は圧縮機１で圧縮され圧縮空気１０１となる。圧縮空気１０１は、分岐装置３０で圧縮空気１１０及び圧縮空気１３０に分岐される。圧縮空気１１０は第１の噴霧器２１へ導入され、噴霧器２１内で圧縮空気中に気化可能な量の水が噴霧され加湿される。ここで、噴霧器２１で水が噴霧されることによって、圧縮空気１１０から水が気化するための蒸発潜熱が奪われるため圧縮空気１１０は減温される。よって、噴霧器２１の出口空気は、噴霧器２１に導入される圧縮空気１１０に比べて水分を多く含み、温度の低い加湿空気１１１となる。この温度が低下した加湿空気１１１は熱交換器２３へと供給される。
【００１２】
熱交換器２３では、分岐装置３０で分岐されたもう一方の圧縮空気１３０が導かれ、ここで噴霧器２１にて加湿された加湿空気１１１との間で熱交換が行われる。加湿空気１１１は圧縮空気１３０に比べると温度が低いので、加湿空気111は熱交換器２３では圧縮空気１３０によって加熱され、高温加湿空気１１２となる。一方、熱交換器２３において冷却された圧縮空気１３１は第２の噴霧器２２へ導入される。噴霧器２２内では圧縮空気１３１に水を気化可能な量だけ噴霧し、低温加湿空気１３２とする。
【００１３】
噴霧器２２で加湿された低温加湿空気１３２は、ガスタービン排ガス後流から再生熱交換器３へ導入され、ここでガスタービン排ガス８と熱交換を行って温度を高くされる。また、熱交換器２３によって加熱された高温加湿空気１１２は低温加湿空気１３２の導入位置よりもガスタービン排ガス上流側から再生熱交換器３へ導入して、温度の高くなった低温加湿空気１３２と混合してガスタービン排熱を回収する。再生熱交換器３で加熱された温度の高い加湿空気１５０は、燃焼器５へ導入されて燃料６の支燃剤あるいは燃焼器冷却空気あるいはその両方として用いられる。
【００１４】
燃焼器５から排出された高温高圧の燃焼ガスは、ガスタービンへ導入され、タービン７を回転させ、タービン７と結ばれた発電機２０を回転させることによって発電を行う。さらに、タービン７を出たガスタービン排ガス８は高温であるため、該ガスを用いて燃焼器での支燃剤あるいは燃焼器冷却空気あるいはその両方に用いるための加湿空気等の予熱に用いる。
【００１５】
また、噴霧器２１および噴霧器２２で用いる水は、再生熱交換器３よりもガスタービン排ガス後流に設けた給水加熱器９で予熱して、ガスタービン排ガスからの熱回収を行ってもよい。なお、ここでは高温の圧縮空気１０１の分岐割合、第１の噴霧器２１及び第２の噴霧器２２で用いる噴霧水の流量は調整することが可能であり、これらを調整することによって任意の温度の高温加湿空気１１２及び低温加湿空気１３２を発生させることが可能である。また、図示はしていないが高温加湿空気１１２にさらに水を噴霧することによって温度を下げることも可能である。
【００１６】
以上のように本実施例によれば、圧縮機１の出口空気温度が比較的高い場合においても、圧縮機吐出空気を分岐してから水噴霧，熱交換を行うことによって、従来よりも温度の低い加湿空気を含む温度の異なる加湿空気を発生させることができるため、高温空気を用いて低い温度の加湿空気を発生させることが可能となり、再生熱交換器３においてガスタービン排ガスから充分低い温度まで熱を回収できるので、プラントの発電効率を高めることができるという効果がある。また、噴霧器２１，２２での加湿量や熱交換器後流での分岐割合を変化させることによってガスタービン発電システムの負荷を変動させることが可能であり、従来の加湿塔を用いた加湿減温装置を用いて圧縮機出口空気の加湿減温を行うガスタービン発電システムに比べ、システムが簡素化，コストの低減も可能となる。
【００１７】
図２は、図１に示す本実施例の圧縮空気分岐量について、分岐量と効率増加分の関係を示したものである。なお、図２中で横軸は圧縮機出口の全圧縮空気量に対する分流した圧縮空気１３０の流量割合を百分率で示したものであり、縦軸は圧縮空気１３０の流量割合が０のときに対するプラントの発電効率の増加分を相対値で示している。なお、圧縮空気１３０の流量割合が０のときは分岐を行わずに噴霧器２０での減温加湿のみが行われた場合を示す。また、図２に記載した（Ａ）は圧縮空気１０１から分岐した圧縮空気１１０の流量、（Ｂ）は分岐したもう一方の圧縮空気１３０の流量を示したものである。
【００１８】
図２に示すように、プラント発電効率の増加分は圧縮空気１３０の流量割合を増加させるにしたがって増加するが、圧縮空気１３０の流量割合が５０％付近で最大となり、それ以上流量割合を増加させると発電効率の増加分は減少する。したがって、プラント発電効率を高めるには、圧縮空気Ｂの流量割合を５０％前後とすることが好適である。
【００１９】
次に従来の加湿減温装置と本実施例とを同一条件で比較したものについて図３を用いて説明する。図中に示す４０は熱交換器、４１は噴霧器、１５０は高温空気、１５１，１５２は低温加湿空気、１５３は高温加湿空気を示す。
【００２０】
図３に示す従来の加湿減温装置では、例えば３００℃程度の高温空気１５０の全量と加湿減温した空気１５１とを熱交換して高温空気の温度を下げている。このとき、低温加湿空気１５１と低温加湿空気１５２との比が１：１であるとすれば、高温空気１５０の流量は低温加湿空気１５１の流量の約２倍であるため、熱交換器２３出口の空気温度（被冷却側）は熱交換の温度効率を考慮すると２１０℃程度になる。そのため、この約２１０℃の空気を水噴霧により冷却した低温加湿空気の温度は、１１３℃程度にとどまる。
【００２１】
これに対して図１に示す本実施例によれば、例えば３００℃程度の高温の圧縮空気１０１を１：１に分岐する。この分岐した一方の高温の圧縮空気１１０を第１の噴霧器２１で加湿減温することによって、約１２５℃の加湿空気を発生させることが可能である。また、分岐された高温の圧縮空気１３０（約３００℃）はほぼ同流量の加湿空気１１１（約１２５℃）と熱交換を行うので、１４０℃程度まで減温される。この約１４０℃の低温の圧縮空気１３１に第２の噴霧器２２で水を噴霧することにより、従来技術よりも温度の低い約１００℃の低温加湿空気１３２を得ることが可能となる。
【００２２】
図４は本発明の第二の実施例を示したものである。図４に示す本実施例においては、圧縮空気１０１を高中低温と３段階の加湿空気に分けた構成としている。
本実施例では、圧縮機１で圧縮された高温の圧縮空気１０１は第１の分岐装置３０によってまず２つのルートに分岐される。分岐された一方の圧縮空気１１０は第１の噴霧器２１によって加湿される。噴霧器２１で加湿され低温になった加湿空気１１１は熱交換器２３に導かれ、ここで分岐装置３０でもう一方のルートに分岐された高温の圧縮空気１３０と熱交換がなされ、高温加湿空気１１２となる。
【００２３】
ここで、本実施例では、分岐装置３０で分岐された圧縮空気１３０は熱交換器２３を通過した後に、第２の分岐装置にて再度２つのルートに分岐される。分岐装置３０で分岐された一方の圧縮空気１２０は、第２の噴霧器２２に導かれて加湿される。噴霧器２２で加湿された加湿空気１２１は第２の熱交換器２６に供給され、第２の分岐装置３１で分岐されたもう一方の圧縮空気１４０と熱交換される。圧縮空気１４０は加湿空気１２１と比べて高温であるため、加湿空気１２１は加熱されて中温加湿空気１２２となる。
【００２４】
また、前述したように分岐されたもう一方の圧縮空気１４０は、第２の熱交換器２６で低温の加湿空気１２１と熱交換されることで空気温度が低下される。次に、温度が低下した圧縮空気１４１は第３の噴霧器２４に導かれ、ここで加湿されることにより、さらに低温状態となった低温加湿空気１４２が得られる。
【００２５】
以上により得られた低温加湿空気１４２は、再生熱交換器３のガスタービン排ガス８後流側に導入され、ガスタービン排ガス８の熱回収が行われる。また、中温加湿空気１２２は低温加湿空気１４２導入点よりガスタービン排気上流側に供給され、温度が高くなった低温加湿空気１４２と混合してさらにガスタービン排ガスの熱回収が行われる。高温加湿空気１１２は、中温加湿空気１２２の導入点よりさらに上流側に供給され、同様に低温加湿空気１４２及び中温加湿空気122と混合されて熱回収が行われる。
【００２６】
以上述べたように、本実施例によれば、低温加湿空気１４２の温度は第２の噴霧器２２で加湿された加湿空気１２１と比べて低くすることができ、本実施例の加湿減温装置に導入する高温空気が同じ条件であれば、図１に示した実施例よりも低い温度の加湿空気を得ることが可能となる。また、高温空気の分岐回数、すなわち熱交換器の台数をさらに多くすることによって、より低い温度の加湿空気を得ることが可能となる。
【００２７】
次に、図４に示した本実施例の効果について、図５を用いて説明する。図５は空気の分岐段数と低温加湿空気温度との関係を示す図である。図中の高温空気は空気温度３００℃，相対湿度０.０％とした。また、各分岐点では減温された空気を１：１に分岐している。また、縦軸は本発明の加湿減温装置で発生させた温度の異なる加湿空気のうち最も温度の低い加湿空気の温度を示している。横軸は被加湿空気の分岐回数を示しており、該分岐とは被加湿空気を分岐して一方を水噴霧冷却したのち他方と熱交換を行うという一連の流れを指している。なお、ここでの被加湿空気とは本実施例の加湿減温装置に導入された後に加湿されていない空気のことである。図５より、熱交換器後流での空気の分岐回数を多くするほど、低温加湿空気の温度を低くできることがわかる。熱交換器後流での分岐は、分岐を行わない場合に比べて３０〜７０℃低い温度の加湿空気を発生させることができる。
【００２８】
次に、本発明の第３の実施例であるガスタービンシステムについて図６を用いて説明する。
【００２９】
加湿空気を用いてガスタービン排ガスの熱回収を行うガスタービンシステムの効率は、他の条件が等しいとすれば熱回収を行ったのち大気へ放出されるガスタービン排ガスの温度が低いほど高くなる。図１に示したガスタービンシステムでは、再生熱交換器３出口のガスタービン排ガス温度が、加湿減温装置である噴霧器２２で発生させた低温加湿空気１３２に比べて２００℃程度高く、更なる熱回収が可能である。そこで、図６に示す本実施例では、図１のガスタービンシステムに再生熱交換器部３へ水を噴霧する噴霧器４と、圧縮機吸気へ水を噴霧する吸気噴霧器２８を設置して、さらにガスタービン排ガス８からの水回収を図ったものである。
【００３０】
本実施例のガスタービンシステムでは、圧縮機１に取り込まれる空気１０は始めに吸気噴霧器２８へと導入され、この空気１０に水を噴霧することによって空気１０を減温加湿している。減温加湿された空気は圧縮機１で圧縮して圧縮空気１０１とする。圧縮機１出口の圧縮空気１０１は、分岐装置３０で圧縮空気110と圧縮空気１３０に分岐される。分岐された圧縮空気１１０は第１の噴霧器２１へ導入され、噴霧器２１内で圧縮空気１１０中に気化可能な量の水が噴霧され加湿される。また、水が気化するための蒸発潜熱を圧縮空気１１０から奪うために圧縮空気１１０は減温される。よって、噴霧器２１の出口空気である加湿空気１１１は、加湿される前の圧縮空気１１０と比べて水分を多く含み、温度の低い加湿空気となる。この加湿空気１１１は、分岐されたもう一方の圧縮空気１３０に比べると温度が低いので、熱交換器２３において高温の圧縮空気１３０と熱交換を行い、高温加湿空気１１２とする。
【００３１】
一方、熱交換器２３において冷却された圧縮空気１３１は第２の噴霧器２２へ導入される。噴霧器２２内では圧縮空気１３１に水を気化可能な量だけ噴霧し、低温加湿空気１３２とする。この低温加湿空気１３２は高温加湿空気１１２に比べて温度が低いことを特徴としている。低温加湿空気１３２はガスタービン排ガス後流から再生熱交換器３へ導入して、ガスタービン排ガス８と熱交換を行って温度を高くし、高温加湿空気１１２は低温加湿空気１３２の導入位置よりもガスタービン排ガス上流側から再生熱交換器３へ導入して、温度の高くなった低温加湿空気１１２と混合してガスタービン排熱を回収する。
【００３２】
再生熱交換器３で加熱された温度の高い加湿空気１５０は、燃焼器５へ導入されて燃料６の支燃剤あるいは燃焼器冷却空気として用いられる。燃焼器５から排出された高温高圧の燃焼ガスは、ガスタービン７へ導入され、タービンを回転させ、タービンと結ばれた発電機を回転させることによって発電を行う。さらに、タービン７を出たガスタービン排ガス８は高温であるため、該ガスを用いて燃焼器での支燃剤に用いるための加湿空気等の予熱に用いる。また、噴霧器２１および噴霧器２２で用いる水も、給水加熱器９で予熱、ガスタービン排ガスからの更なる熱回収を行ってもよい。ここで、圧縮空気１００の分岐割合、噴霧器２１及び噴霧器２２で用いる噴霧水の流量は調整することが可能であり、これらを調整することによってガスタービン負荷に応じて適当な温度と湿度と流量の高温加湿空気１１２及び低温加湿空気１３２を発生させることが可能である。また、図示はしていないが高温加湿空気１１２にさらに水を噴霧することによって温度を下げることも可能である。
【００３３】
一般に他の条件が同一であれば、システム系外に排出されるガスタービン排ガスの温度が低下することによって、ガスタービンシステムの効率が向上する。本実施例では、再生熱交換器３には１つまたは複数の再生熱交噴霧器４が設置されており、再生熱交換器３よりもガスタービン排ガス下流に設置した給水加熱器９で予熱した水を、再生熱交換器で加熱した加湿空気へ噴霧し、加湿空気温度を減温する。これによって、再生熱交換器でのガスタービン排熱回収量が増加し、システムから系外に排出されるガスタービン排ガスの温度を任意の温度まで下げることが可能となる。ただし、再生熱交換器出口でのガスタービン排ガス温度は、再生熱交換器被加熱側の加湿空気温度を下回ることはできないため、本発明のガス加湿減温装置によって発生させた低温加湿空気の利用が有効である。
【００３４】
また、空気１０を圧縮機１へ導入する前に加湿減温することによって、圧縮機での被圧縮空気の比体積が小さくなり圧縮機１の所用動力の低減が可能となる。さらに、本実施例のガスタービンシステムにおいては、圧縮機出口の圧縮空気温度が下がることに伴って熱交換器２３出口の高温加湿空気１１２の温度が低下し加湿空気による回収可能熱量の増加する。
【００３５】
また、本実施例ではガスタービン排ガス中に大量の水が含まれており、これをガスタービン排ガス８と共に大気へ放出することによって、新たに大量の水を必要とする。本実施例のガスタービンシステムの吸気噴霧器２８，噴霧器２１，２２、及び再生熱交換器３に設置される噴霧器４で利用する水は、気化したのち高温のガスタービン作動流体となるため、燃焼器やガスタービンの寿命を縮めないように水処理を行う必要がある。そこで本発明では、ガスタービン排ガス８中の水分を、大気へ放出する前に水回収塔１３において回収することにより、系外から新たに水を補給する必要なく、システムを運用することが可能となる。
【００３６】
本実施例のガスタービンサイクルの効果を加湿減温特性に関して、従来技術の加湿減温装置をガスタービンサイクルに適用した場合と比較検討を行ったものを図７に示す。本検討では、本願と従来技術とで圧縮機出口の圧縮空気条件（温度：約３００℃，圧力：約１５kg／cm²，水分：約４vol％）を同一としている。
【００３７】
同図の縦軸には、それぞれの方式で得られる低温加湿空気の温度と低温域熱回収能力（相対値）を示している。ここでの低温加湿空気を得る目的は、ガスタービン排熱をできるだけ低温まで熱回収することを可能とするためであり、低温の空気を多く得られる方式が望ましい。したがってガスタービン排ガス温度が比較的低い領域でのそれぞれの方式の熱回収能力を比較するため、ここでは低温域熱回収能力を次式で定義した。
【００３８】
低温域熱回収能力＝低温加湿空気側への流量分岐割合×（再生器出口付近のガスタービン排ガス温度−低温側加湿空気温度）
図７に示すように従来技術を適用した場合には、上記で定義した低温域熱回収能力は分岐点での流量分岐割合５０％付近で最大となる。しかし、流量分岐割合の増加とともに低温側加湿空気温度が上昇しているため、低温域熱回収能力の増加量は比較的小さい。
【００３９】
一方、本実施例の方式においても前期で定義した低温域熱回収能力は、流量分岐割合５０％付近で最大となる。本実施例における低温側加湿空気温度は、流量分岐割合が約５０％までほぼ１００℃で一定である。また、流量分岐割合が約５０％では従来技術に比べて低温側加湿空気温度を低くできる。そのため、従来技術に比べて低温域熱回収能力が大きくなるというメリットがある。
【００４０】
従って、本実施例のガスタービンサイクルでは、従来技術の加湿減温装置を適用したものに比べて低温域の熱回収能力を大きくすることができ、ガスタービン排ガスからの熱回収を低温まで行うことができるので、プラントの発電効率を高くできるという効果がある。また、本実施例を適用した場合には、圧縮空気の分岐段数を２段以上に構成することにより、低温側加湿空気の温度を更に低くすることが可能であるため、ガスタービン排ガスからの熱回収をより多くし、発電効率の更なる向上の可能性がある。
【００４１】
さらに、再生器熱交換器３出口のガスタービン排ガス温度を一定温度以上とする場合には、ガスタービン排ガスと加湿減温空気の温度差を大きくできるので、再生器の伝熱面積を小さくできるという効果がある。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、ガスタービン排ガスを低温まで熱回収することが可能となるので、プラントの発電効率を向上させたガスタービンシステムを提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明一実施例であるガスタービンシステムの系統図。
【図２】分岐する圧縮空気の流量割合と効率増加分との関係図。
【図３】従来のガスタービンシステムの系統図。
【図４】本発明の第２の実施例であるガスタービンシステムの系統図。
【図５】圧縮空気の分岐段数と低温加湿空気温度との関係図。
【図６】本発明の第３の実施例であるガスタービンシステムの系統図。
【図７】圧縮空気の流量分岐割合と低温側加湿空気温度及び低温域熱回収能力との関係図。
【符号の説明】
１…圧縮機、３…再生熱交換器、４…再生熱交噴霧器、５…燃焼器、６…燃料、７…タービン、８…ガスタービン排ガス、９…給水加熱器、１０…空気、１１…圧縮空気、１２…ガス／ガス熱交換器、１３…水回収塔、１４…海水ポンプ、１５…復水ポンプ、１６…水処理装置、１７，１８…給水ポンプ、２０…発電機、２１，２２…噴霧器、２３…熱交換器、３０，３１…分岐装置、１１２…高温加湿空気、１３２…低温加湿空気。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas turbine system including a turbine that is operated by a combustion gas containing moisture, and more particularly, a gas turbine system in which the amount of moisture in the combustion gas is increased by increasing the amount of moisture in the air supplied to the combustor. About.
[0002]
[Prior art]
As conventional techniques related to gas turbine systems using humidified air, for example, in Japanese Patent Publication No. 1-31012 and Japanese Patent Laid-Open No. 9-264158, heating is performed using compressed air compressed by a compressor and a heat recovery medium. The liquid phase water is brought into contact with a humidifying tower to obtain humidified air (air / steam mixture) and cooled liquid phase water, and heat recovery of the turbine exhaust with the humidified air, and also cooled liquid phase water. The heat recovery of the turbine exhaust and the intermediate cooling of the compressor are performed using the heat recovery medium as the heat recovery medium, and the liquid phase water equivalent to the amount of water vapor transferred to the compressed air in the exchange tower (humidification tower) is cooled by the exchange tower. A gas turbine cycle is disclosed which is used as a cooling medium downstream of a compressor intercooler with liquid phase water and is replenished into a liquid phase for use in an exchange tower and heat recovery.
[0003]
As a humidifier that humidifies and reduces the temperature of the air, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power Vol. 119 / 893-897 (1997), J. De Ruyck et al. An example using humidified air obtained by spraying water on compressed air has been reported as a low-temperature heat source for a post-cooler. In addition, in the above-mentioned document (hereinafter referred to as “prior art”), air that has been humidified and dehumidified by spraying water droplets on the raw air is diverted, one is taken out as it is, and the other is exchanged with the raw air to be raw air. A method is described in which the air temperature after dehumidification and temperature reduction is lowered by lowering the temperature.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional technology described above, when the temperature of the raw material air is high, the temperature of the humidified air after spraying water is also high. For example, when used as a medium for heat exchange from turbine exhaust gas in a gas turbine cycle, exhaust heat May not be sufficiently recovered and plant efficiency may remain low.
[0005]
The objective of this invention is providing the gas turbine system which improved the power generation efficiency of the plant.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a gas turbine system of the present invention includes a compressor that compresses air, a combustor that combusts air and fuel compressed by the compressor, and combustion exhaust gas that is generated by the combustor. And a regenerative heat exchanger for exchanging heat between the gas turbine exhaust gas discharged from the gas turbine and the compressed air led to the combustor, wherein the compressor Heating the first humidifier that humidifies the compressed and branched first air, the first air humidified by the first humidifier, and the second air branched by the branch device A heat exchanger for exchanging, and a second humidifier for humidifying the second air heat-exchanged by the heat exchanger, wherein the first and second air are humidified to have different temperatures. Led to the regenerative heat exchanger And butterflies.
A compressor that compresses air; a combustor that combusts air and fuel compressed by the compressor; a gas turbine that is driven by combustion exhaust gas generated by the combustor; and a gas turbine that is discharged from the gas turbine. A heat recovery heat exchanger that exchanges heat between the gas turbine exhaust gas and the compressed air introduced to the combustor, and humidifies the air that is compressed by the compressor and branched into a plurality of temperatures to different temperatures. A plurality of humidifiers leading to the heat recovery heat exchanger, and among the humidified air guided to the heat recovery heat exchanger, the humid air having a lower temperature is located downstream of the heat recovery heat exchanger in the gas turbine exhaust gas. It is characterized by guiding.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0008]
FIG. 1 shows a system diagram of a gas turbine system according to an embodiment of the present invention.
[0009]
The gas turbine system of the present embodiment shown in FIG. 1 generates a combustion gas by mixing and combusting a compressor 1 that compresses air 10, humidified air 150 in which compressed air from the compressor is humidified, and fuel 6. A combustor 5 that operates with the combustion gas from the combustor 5, a generator 20 that is driven by the turbine 7 to convert mechanical energy into electric energy and generates electric power, and exhaust gas that is discharged from the turbine 7 The regenerative heat exchanger 3 that recovers the heat of the gas 8, the feed water heater 9 that heats the feed water using the heat of the exhaust gas 8 that is also discharged from the turbine 7, and the turbine 7 are started (connected to the turbine). The motor (starter) 25 that rotates the turbine until fuel is supplied to the combustor and the turbine can operate independently, and the compressed air 101 compressed by the compressor 1 are branched and Toki ratio and a branch device 30 for changing the (distribution of the discharge flow rate of the compressed air).
[0010]
Further, in this embodiment, the water recovery tower 13 that removes moisture in the exhaust gas 8 a discharged from the feed water heater 9, the exhaust gas 8 b from which moisture has been removed by the water recovery tower 13, and the feed water heater 9. Gas / gas heat exchanger 12 for exchanging heat with the exhaust gas 8a discharged from the exhaust, a chimney 29 for discharging the exhaust gas 8b with moisture collected into the atmosphere, a seawater pump 14 for pumping seawater, and water recovery A condensate pump 15 that boosts the recovered water recovered in the tower 13, a water treatment device 16 that purifies the recovered water, and a water heater that boosts the purified recovered water (hereinafter referred to as “water supply”). 9 and a water supply pump 17 for supplying water.
Furthermore, in the present embodiment shown in FIG. 1, the first sprayer (humidifier) 21 that sprays or sprays water or steam (cooling medium) into the compressed air 110 branched by the branch device 30, and the branch device 30. A second atomizer (humidifier) 22 for injecting or spraying water or steam (cooling medium) into the other compressed air 130 branched, and the compressed air 130 branched by the branch device 30 and the first A heat exchanger 23 for exchanging heat with the compressed air humidified by the first sprayer 21 is installed. In addition, the feed water heated by the feed water heater 9 is supplied to the first sprayer 21 and the second sprayer 22 via the feed water pump 18.
[0011]
In the present embodiment configured as described above, the air 10 taken from outside air is first compressed by the compressor 1 to become compressed air 101. The compressed air 101 is branched into compressed air 110 and compressed air 130 by the branching device 30. The compressed air 110 is introduced into the first sprayer 21, and an amount of vaporizable water is sprayed and humidified in the compressed air in the sprayer 21. Here, when water is sprayed by the sprayer 21, the latent heat of vaporization for vaporizing water is removed from the compressed air 110, and thus the temperature of the compressed air 110 is reduced. Therefore, the outlet air of the sprayer 21 is humidified air 111 having a higher moisture content and lower temperature than the compressed air 110 introduced into the sprayer 21. The humidified air 111 whose temperature has decreased is supplied to the heat exchanger 23.
[0012]
In the heat exchanger 23, the other compressed air 130 branched by the branch device 30 is guided, and heat exchange is performed with the humidified air 111 humidified by the sprayer 21 here. Since the temperature of the humidified air 111 is lower than that of the compressed air 130, the humidified air 111 is heated by the compressed air 130 in the heat exchanger 23 to become high-temperature humidified air 112. On the other hand, the compressed air 131 cooled in the heat exchanger 23 is introduced into the second sprayer 22. In the sprayer 22, the compressed air 131 is sprayed with an amount capable of vaporizing water to form low-temperature humidified air 132.
[0013]
The low-temperature humidified air 132 humidified by the sprayer 22 is introduced into the regenerative heat exchanger 3 from the downstream of the gas turbine exhaust gas, and heat exchange with the gas turbine exhaust gas 8 is performed to increase the temperature. Further, the high-temperature humidified air 112 heated by the heat exchanger 23 is introduced into the regenerative heat exchanger 3 from the upstream side of the gas turbine exhaust gas from the introduction position of the low-temperature humidified air 132, and the low-temperature humidified air 132 having a high temperature and Mix to recover gas turbine exhaust heat. The humidified air 150 having a high temperature heated by the regenerative heat exchanger 3 is introduced into the combustor 5 and used as a combustion support for the fuel 6 and / or as combustor cooling air.
[0014]
The high-temperature and high-pressure combustion gas discharged from the combustor 5 is introduced into the gas turbine, rotates the turbine 7, and generates power by rotating the generator 20 connected to the turbine 7. Further, since the gas turbine exhaust gas 8 exiting the turbine 7 has a high temperature, the gas is used for preheating humidified air or the like for use as a combustor in the combustor and / or as combustor cooling air.
[0015]
Further, the water used in the sprayer 21 and the sprayer 22 may be preheated by the feed water heater 9 provided in the downstream of the gas turbine exhaust gas rather than the regenerative heat exchanger 3 to recover heat from the gas turbine exhaust gas. Here, the branching ratio of the high-temperature compressed air 101 and the flow rate of the spray water used in the first sprayer 21 and the second sprayer 22 can be adjusted. It is possible to generate humidified air 112 and low temperature humidified air 132. Although not shown, the temperature can be lowered by spraying water on the high-temperature humidified air 112 further.
[0016]
As described above, according to the present embodiment, even when the outlet air temperature of the compressor 1 is relatively high, by branching the compressor discharge air and then performing water spraying and heat exchange, Since it is possible to generate humidified air having different temperatures including low humidified air, it is possible to generate humidified air having a low temperature using high-temperature air, and from the gas turbine exhaust gas to a sufficiently low temperature in the regenerative heat exchanger 3. Since heat can be recovered, the power generation efficiency of the plant can be increased. Moreover, it is possible to change the load of the gas turbine power generation system by changing the humidification amount in the sprayers 21 and 22 and the branching ratio in the wake of the heat exchanger, and humidification and temperature reduction using a conventional humidification tower Compared to a gas turbine power generation system that uses a device to humidify and reduce the temperature of the compressor outlet air, the system can be simplified and the cost can be reduced.
[0017]
2, the compressed air branching of this embodiment shown in FIG. 1, there is shown a branch amount and efficiency increase of the relationship. In FIG. 2, the horizontal axis represents the flow rate ratio of the compressed air 130 divided as a percentage of the total compressed air amount at the compressor outlet, and the vertical axis represents the plant when the flow rate ratio of the compressed air 130 is zero. The increase in power generation efficiency is shown as a relative value. In addition, when the flow rate ratio of the compressed air 130 is 0, the case where only the temperature reduction humidification in the sprayer 20 is performed without performing a branch is shown. 2A shows the flow rate of the compressed air 110 branched from the compressed air 101, and FIG. 2B shows the flow rate of the other compressed air 130 branched.
[0018]
As shown in FIG. 2, the increase in the plant power generation efficiency increases as the flow rate ratio of the compressed air 130 increases, but the flow rate ratio of the compressed air 130 reaches a maximum near 50% and increases the flow rate ratio further. And the increase in power generation efficiency will decrease. Therefore, in order to increase the plant power generation efficiency, it is preferable that the flow rate ratio of the compressed air B is about 50%.
[0019]
Next, a comparison between a conventional humidifying / temperature reducing apparatus and the present embodiment under the same conditions will be described with reference to FIG. 40 heat exchanger shown in the figure, 41 is the atomizer, 150 hot air, 151 and 152 low-temperature humidified air, 153 denotes a high-temperature humidified air.
[0020]
In the conventional humidification and temperature reduction apparatus shown in FIG. 3, the temperature of the high-temperature air is lowered by exchanging heat between the entire amount of the high-temperature air 150 at, for example, about 300 ° C. and the air 151 that has been humidified and reduced in temperature. At this time, if the ratio of the low-temperature humidified air 151 and the low-temperature humidified air 152 is 1: 1, the flow rate of the high-temperature air 150 is about twice the flow rate of the low-temperature humidified air 151. The air temperature (on the cooled side) is about 210 ° C. considering the temperature efficiency of heat exchange. Therefore, the temperature of the low-temperature humidified air obtained by cooling the air at about 210 ° C. with water spray is only about 113 ° C.
[0021]
On the other hand, according to the present embodiment shown in FIG. 1, for example, high-temperature compressed air 101 of about 300 ° C. is branched into 1: 1. By humidifying and reducing the temperature of the one of the branched high-temperature compressed air 110 using the first sprayer 21, it is possible to generate humid air of about 125 ° C. Moreover, since the branched high-temperature compressed air 130 (about 300 ° C.) exchanges heat with the humidified air 111 (about 125 ° C.) having substantially the same flow rate, the temperature is reduced to about 140 ° C. By spraying water onto the low-temperature compressed air 131 having a temperature of about 140 ° C. with the second sprayer 22, it is possible to obtain a low-temperature humidified air 132 having a temperature of about 100 ° C. lower than that of the prior art.
[0022]
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. In the present embodiment shown in FIG. 4, the compressed air 101 is divided into high, medium and low temperatures and three stages of humidified air.
In the present embodiment, the high-temperature compressed air 101 compressed by the compressor 1 is first branched into two routes by the first branch device 30. One of the branched compressed air 110 is humidified by the first sprayer 21. The humidified air 111 humidified by the sprayer 21 and cooled to a low temperature is guided to the heat exchanger 23 where heat is exchanged with the high-temperature compressed air 130 branched to the other route by the branching device 30, and the high-temperature humidified air 112. It becomes.
[0023]
Here, in this embodiment, the compressed air 130 branched by the branch device 30 passes through the heat exchanger 23 and then is branched again into two routes by the second branch device. One compressed air 120 branched by the branch device 30 is guided to the second sprayer 22 and humidified. The humidified air 121 humidified by the sprayer 22 is supplied to the second heat exchanger 26 and is heat-exchanged with the other compressed air 140 branched by the second branch device 31. Since the compressed air 140 is hotter than the humidified air 121, the humidified air 121 is heated to become the medium-temperature humidified air 122.
[0024]
Further, the other compressed air 140 branched as described above is subjected to heat exchange with the low-temperature humidified air 121 in the second heat exchanger 26, so that the air temperature is lowered. Next, the compressed air 141 whose temperature has been lowered is guided to the third sprayer 24, where it is humidified to obtain the low-temperature humidified air 142 in a further low-temperature state.
[0025]
The low-temperature humidified air 142 obtained as described above is introduced to the downstream side of the gas turbine exhaust gas 8 of the regenerative heat exchanger 3, and the heat recovery of the gas turbine exhaust gas 8 is performed. Further, the intermediate-temperature humidified air 122 is supplied to the upstream side of the gas turbine exhaust from the introduction point of the low-temperature humidified air 142, and is mixed with the low-temperature humidified air 142 whose temperature has been increased to further recover the heat of the gas turbine exhaust gas. The high-temperature humidified air 112 is supplied further upstream from the introduction point of the medium-temperature humidified air 122, and is similarly mixed with the low-temperature humidified air 142 and the medium-temperature humidified air 122 to perform heat recovery.
[0026]
As described above, according to the present embodiment, the temperature of the low-temperature humidified air 142 can be made lower than that of the humidified air 121 humidified by the second sprayer 22, and the humidifying / temperature reducing apparatus of the present embodiment can be used. If the introduced high-temperature air has the same conditions, humid air having a temperature lower than that of the embodiment shown in FIG. 1 can be obtained. Further, by further increasing the number of branching of high-temperature air, that is, the number of heat exchangers, it is possible to obtain humid air having a lower temperature.
[0027]
Next, the effect of the present embodiment shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the number of air branch stages and the low-temperature humidified air temperature. The high-temperature air in the figure has an air temperature of 300 ° C. and a relative humidity of 0.0%. Further, at each branch point, the temperature-lowered air is branched to 1: 1. Moreover, the vertical axis | shaft has shown the temperature of humid air which has the lowest temperature among the humid air from which the temperature generated with the humidification temperature-reduction apparatus of this invention differs. The abscissa indicates the number of times the humidified air is branched, and the branch indicates a series of flows in which the humidified air is branched and one of the humidified air is cooled with water spray and then heat exchange is performed with the other. The humidified air here refers to air that has not been humidified after being introduced into the humidifying / temperature reducing apparatus of this embodiment. FIG. 5 shows that the temperature of the low-temperature humidified air can be lowered as the number of air branches in the wake of the heat exchanger is increased. Branching in the wake of the heat exchanger can generate humid air having a temperature 30 to 70 ° C. lower than that in the case where the branching is not performed.
[0028]
Next, the gas turbine system which is the 3rd Example of this invention is demonstrated using FIG.
[0029]
The efficiency of the gas turbine system that performs heat recovery of the gas turbine exhaust gas using the humidified air increases as the temperature of the gas turbine exhaust gas released to the atmosphere after the heat recovery is lower if the other conditions are equal. In the gas turbine system shown in FIG. 1, the gas turbine exhaust gas temperature at the outlet of the regenerative heat exchanger 3 is higher by about 200 ° C. than the low-temperature humidified air 132 generated by the sprayer 22 that is a humidifying / temperature reducing device. Recovery is possible. Therefore, in this embodiment shown in FIG. 6, the sprayer 4 for spraying water to the regenerative heat exchanger section 3 and the intake sprayer 28 for spraying water to the compressor intake air are installed in the gas turbine system of FIG. The water is recovered from the gas turbine exhaust gas 8.
[0030]
In the gas turbine system of the present embodiment, the air 10 taken into the compressor 1 is first introduced into the intake sprayer 28, and water is sprayed on the air 10 to reduce the temperature and humidify the air 10. The reduced-temperature and humidified air is compressed by the compressor 1 into compressed air 101. The compressed air 101 at the outlet of the compressor 1 is branched into compressed air 110 and compressed air 130 by the branching device 30. The branched compressed air 110 is introduced into the first sprayer 21, and a vaporizable amount of water is sprayed and humidified in the compressed air 110 in the sprayer 21. Further, the temperature of the compressed air 110 is reduced in order to take away the latent heat of vaporization for water vaporization from the compressed air 110. Therefore, the humidified air 111 that is the outlet air of the nebulizer 21 contains a larger amount of moisture than the compressed air 110 before being humidified, and becomes humidified air having a low temperature. Since this humidified air 111 has a lower temperature than the other branched compressed air 130, heat exchange with the high-temperature compressed air 130 is performed in the heat exchanger 23 to obtain the high-temperature humidified air 112.
[0031]
On the other hand, the compressed air 131 cooled in the heat exchanger 23 is introduced into the second sprayer 22. In the sprayer 22, the compressed air 131 is sprayed with an amount capable of vaporizing water to form low-temperature humidified air 132. The low-temperature humidified air 132 is characterized by a lower temperature than the high-temperature humidified air 112. The low-temperature humidified air 132 is introduced into the regenerative heat exchanger 3 from the downstream of the gas turbine exhaust gas and heat-exchanged with the gas turbine exhaust gas 8 to increase the temperature. The high-temperature humidified air 112 is higher than the introduction position of the low-temperature humidified air 132. The gas turbine exhaust gas is introduced from the upstream side of the gas turbine exhaust gas into the regenerative heat exchanger 3 and mixed with the low-temperature humidified air 112 having a high temperature to recover the gas turbine exhaust heat.
[0032]
The humid air 150 having a high temperature heated by the regenerative heat exchanger 3 is introduced into the combustor 5 and used as a combustion support for the fuel 6 or as combustor cooling air. The high-temperature and high-pressure combustion gas discharged from the combustor 5 is introduced into the gas turbine 7 to rotate the turbine and generate power by rotating the generator connected to the turbine. Further, since the gas turbine exhaust gas 8 exiting the turbine 7 has a high temperature, the gas is used for preheating humidified air or the like for use as a combustion support in a combustor. The water used in the sprayer 21 and the sprayer 22 may also be preheated by the feed water heater 9 and further recovered from the gas turbine exhaust gas. Here, the branching ratio of the compressed air 100 and the flow rate of the spray water used in the sprayer 21 and the sprayer 22 can be adjusted. By adjusting these, the appropriate temperature, humidity and flow rate can be adjusted according to the gas turbine load. Hot humidified air 112 and cold humidified air 132 can be generated. Although not shown, the temperature can be lowered by spraying water on the high-temperature humidified air 112 further.
[0033]
In general, if other conditions are the same, the temperature of the gas turbine exhaust gas discharged to the outside of the system system decreases, thereby improving the efficiency of the gas turbine system. In this embodiment , the regenerative heat exchanger 3 is provided with one or a plurality of regenerative heat exchangers 4, and water preheated by a feed water heater 9 installed downstream of the regenerative heat exchanger 3 in the gas turbine exhaust gas. Is sprayed on humidified air heated by a regenerative heat exchanger to reduce the temperature of the humidified air. As a result, the amount of exhaust heat recovered from the gas turbine in the regenerative heat exchanger increases, and the temperature of the gas turbine exhaust discharged from the system to the outside of the system can be lowered to an arbitrary temperature. However, since the gas turbine exhaust gas temperature at the outlet of the regenerative heat exchanger cannot be lower than the humidified air temperature of the regenerative heat exchanger heated side, the use of the low-temperature humidified air generated by the gas humidifying / temperature reducing device of the present invention Is effective.
[0034]
Further, by humidifying and reducing the temperature before introducing the air 10 into the compressor 1, the specific volume of the air to be compressed in the compressor is reduced, and the required power of the compressor 1 can be reduced. Furthermore, in the gas turbine system of the present embodiment, as the compressed air temperature at the compressor outlet decreases, the temperature of the high-temperature humidified air 112 at the outlet of the heat exchanger 23 decreases and the amount of heat recoverable by the humidified air increases.
[0035]
Further, in this embodiment, a large amount of water is contained in the gas turbine exhaust gas, and a large amount of water is newly required by releasing it into the atmosphere together with the gas turbine exhaust gas 8. Since the water used in the sprayer 4 installed in the intake sprayer 28, the sprayers 21, 22 and the regenerative heat exchanger 3 of the gas turbine system of the present embodiment is vaporized and becomes a high-temperature gas turbine working fluid, the combustor In addition, it is necessary to perform water treatment so as not to shorten the life of the gas turbine. Therefore, in the present invention, the water in the gas turbine exhaust gas 8 is recovered in the water recovery tower 13 before being released to the atmosphere, so that it is possible to operate the system without having to replenish water from outside the system. Become.
[0036]
FIG. 7 shows a comparison of the effect of the gas turbine cycle of this embodiment with respect to the humidification and temperature reduction characteristics when the conventional humidification and temperature reduction device is applied to the gas turbine cycle. In this study, the compressed air conditions (temperature: about 300 ° C., pressure: about 15 kg / cm ² , moisture: about 4 vol%) at the outlet of the compressor are the same between the present application and the prior art.
[0037]
The vertical axis of the figure shows the temperature of the low-temperature humidified air and the low-temperature heat recovery capability (relative value) obtained by each method. The purpose of obtaining the low-temperature humidified air here is to enable the heat recovery of the gas turbine exhaust heat to the lowest possible temperature, and a system that can obtain a large amount of low-temperature air is desirable. Therefore, in order to compare the heat recovery capability of each method in the region where the gas turbine exhaust gas temperature is relatively low, the low temperature region heat recovery capability is defined by the following equation.
[0038]
Low temperature region heat recovery capability = Flow rate split ratio to the low temperature humidified air side x (gas turbine exhaust gas temperature near the regenerator outlet-low temperature side humidified air temperature)
As shown in FIG. 7, when the conventional technique is applied, the low-temperature region heat recovery capability defined above becomes maximum when the flow rate branching ratio at the branching point is about 50%. However, since the low-temperature side humidified air temperature rises with an increase in the flow rate branching ratio, the amount of increase in the low-temperature region heat recovery capability is relatively small.
[0039]
On the other hand, also in the system of the present embodiment, the low temperature region heat recovery capability defined in the previous period becomes maximum when the flow rate branching ratio is around 50%. The low-temperature side humidified air temperature in this example is constant at about 100 ° C. until the flow rate branching ratio is about 50%. Further, when the flow rate branching ratio is about 50%, the low-temperature side humidified air temperature can be lowered as compared with the prior art. Therefore, there is a merit that the low-temperature region heat recovery capability is increased as compared with the prior art.
[0040]
Therefore, in the gas turbine cycle of the present embodiment, the heat recovery capability in the low temperature region can be increased as compared with the case where the humidification and temperature reduction device of the prior art is applied, and the heat recovery from the gas turbine exhaust gas is performed to a low temperature. Therefore, there is an effect that the power generation efficiency of the plant can be increased. In addition, when this embodiment is applied, the temperature of the low-temperature side humidified air can be further lowered by configuring the number of branch stages of compressed air to be two or more. There is a possibility of further improvement of power generation efficiency by increasing recovery.
[0041]
Furthermore, when the gas turbine exhaust gas temperature at the outlet of the regenerator heat exchanger 3 is set to a certain temperature or more, the temperature difference between the gas turbine exhaust gas and the humidified and dehumidified air can be increased, so that the heat transfer area of the regenerator can be reduced. effective.
[0042]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to recover the heat of gas turbine exhaust gas to a low temperature, so that it is possible to provide a gas turbine system with improved power generation efficiency of the plant.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram of a gas turbine system according to an embodiment of the present invention.
[Figure 2] relationship diagram between flow rate and efficiency increase of the compressed air branching.
FIG. 3 is a system diagram of a conventional gas turbine system.
FIG. 4 is a system diagram of a gas turbine system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the number of branch stages of compressed air and the low-temperature humidified air temperature.
FIG. 6 is a system diagram of a gas turbine system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a relationship diagram of the flow rate branching ratio of compressed air, the low-temperature side humidified air temperature, and the low-temperature region heat recovery capability.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Compressor, 3 ... Regenerative heat exchanger, 4 ... Regenerative heat exchanger, 5 ... Combustor, 6 ... Fuel, 7 ... Turbine, 8 ... Gas turbine exhaust gas, 9 ... Feed water heater, 10 ... Air, 11 ... Compressed air, 12 ... gas / gas heat exchanger, 13 ... water recovery tower, 14 ... seawater pump, 15 ... condensate pump, 16 ... water treatment device, 17, 18 ... feed pump, 20 ... generator, 21,22 ... nebulizer, 23 ... heat exchanger, 30, 31 ... branching device, 112 ... hot humidified air, 132 ... cold humidified air.

Claims

空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で発生する燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンと、該ガスタービンから排出されるガスタービン排ガスと前記燃焼器に導かれる圧縮空気とを熱交換する再生熱交換器とを有するガスタービンシステムであって、
前記圧縮機で圧縮して分岐された第１の空気を加湿する第１の加湿装置と、該第１の加湿装置で加湿された第１の空気と、前記圧縮機で圧縮して分岐された第２の空気とを熱交換する熱交換器と、該熱交換器で熱交換された第２の空気を加湿する第２の加湿装置とを備え、前記第１及び第２の空気は異なる温度となるように加湿されて前記再生熱交換器に導かれることを特徴とするガスタービンシステム。A compressor that compresses air; a combustor that combusts air and fuel compressed by the compressor; a gas turbine that is driven by combustion exhaust gas generated in the combustor; and a gas that is discharged from the gas turbine A gas turbine system having a regenerative heat exchanger for exchanging heat between turbine exhaust gas and compressed air introduced to the combustor,
The first humidifier that humidifies the first air compressed and branched by the compressor, the first air humidified by the first humidifier , and compressed and branched by the compressor A heat exchanger that exchanges heat with the second air; and a second humidifier that humidifies the second air heat-exchanged by the heat exchanger, wherein the first and second air have different temperatures. The gas turbine system is characterized by being humidified so as to be led to the regenerative heat exchanger.

空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で発生する燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンと、該ガスタービンから排出されるガスタービン排ガスと前記燃焼器に導かれる圧縮空気とを熱交換する熱回収熱交換器と、前記圧縮機で圧縮し複数に分岐された空気を各々異なる温度に加湿して、該加湿空気を前記熱回収熱交換器に導く複数の加湿装置とを備え、前記熱回収熱交換器に導かれる加湿空気のうち、温度の低い加湿空気を熱回収熱交換器のよりガスタービン排ガス下流側位置に導くことを特徴とするガスタービンシステム。 A compressor that compresses air; a combustor that combusts air and fuel compressed by the compressor; a gas turbine that is driven by combustion exhaust gas generated in the combustor; and a gas that is discharged from the gas turbine A heat recovery heat exchanger that exchanges heat between turbine exhaust gas and compressed air introduced to the combustor, and humidifies the air that is compressed by the compressor and branched into a plurality of temperatures to different temperatures, and the humidified air is heated to the heat. A plurality of humidifiers leading to the recovery heat exchanger, and of the humidified air guided to the heat recovery heat exchanger, the humidified air having a lower temperature is guided to the gas turbine exhaust gas downstream side of the heat recovery heat exchanger. A gas turbine system characterized by.

空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で発生する燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンと、該ガスタービンから排出されるガスタービン排ガスと前記燃焼器に導かれる圧縮空気とを熱交換する熱回収熱交換器とを有するガスタービンシステムであって、
前記圧縮機で圧縮して分岐された第１の空気を加湿して、加湿された該第１の空気を前記熱回収熱交換器に導く第１の加湿装置と、前記圧縮機から分岐された第２の空気を前記第１の空気より低温に加湿し、前記第１の空気よりガスタービン排ガス下流側位置の熱回収熱交換器に導く第２の加湿装置とを備えたことを特徴とするガスタービンシステム。A compressor that compresses air; a combustor that combusts air and fuel compressed by the compressor; a gas turbine that is driven by combustion exhaust gas generated in the combustor; and a gas that is discharged from the gas turbine A gas turbine system having a heat recovery heat exchanger for exchanging heat between turbine exhaust gas and compressed air introduced to the combustor,
The first air that has been compressed and branched by the compressor is humidified, and the humidified first air is guided to the heat recovery heat exchanger, and the first air is branched from the compressor. And a second humidifier that humidifies the second air to a temperature lower than that of the first air and guides the second air to a heat recovery heat exchanger at a downstream position of the gas turbine exhaust gas from the first air. Gas turbine system.

空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で発生する燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンと、該ガスタービンから排出されるガスタービン排ガスと前記燃焼器に導かれる圧縮空気とを熱交換する再生熱交換器とを有するガスタービンシステムであって、
前記圧縮機で圧縮された空気を分岐する分岐装置と、該分岐装置で分岐された第１の空気を加湿する第１の加湿装置と、該第１の加湿装置で加湿された第１の空気と、前記分岐装置で分岐された第２の空気とを熱交換する熱交換器と、該熱交換器で熱交換された第２の空気を加湿する第２の加湿装置とを備え、前記第１及び第２の空気は異なる温度となるように加湿されて、前記第２の加湿装置で加湿された第２の空気を前記再生熱交換器に導き、前記第１の加湿装置で加湿され前記熱交換器を経た第１の空気を前記再生熱交換器に導かれる第２の空気よりもガスタービン排ガス上流側に供給することを特徴とするガスタービンシステム。A compressor that compresses air; a combustor that combusts air and fuel compressed by the compressor; a gas turbine that is driven by combustion exhaust gas generated in the combustor; and a gas that is discharged from the gas turbine A gas turbine system having a regenerative heat exchanger for exchanging heat between turbine exhaust gas and compressed air introduced to the combustor,
A branch device that branches the air compressed by the compressor; a first humidifier that humidifies the first air branched by the branch device; and a first air humidified by the first humidifier When the comprises a heat exchanger and a second air heat exchanger which is branched at the branching device, and a second humidifier for humidifying the second air that has been heat-exchanged in the heat exchanger, the first The first air and the second air are humidified so as to have different temperatures, the second air humidified by the second humidifier is guided to the regeneration heat exchanger, is humidified by the first humidifier, and the A gas turbine system, characterized in that the first air that has passed through the heat exchanger is supplied to the upstream side of the gas turbine exhaust gas from the second air that is guided to the regenerative heat exchanger.

空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で発生する燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンと、該ガスタービンから排出されるガスタービン排ガスと前記燃焼器に導かれる圧縮空気とを熱交換する再生熱交換器とを有するガスタービンシステムであって、
前記圧縮機で圧縮された空気を分岐する分岐装置と、該分岐装置で分岐された第１の空気を加湿する第１の加湿装置と、該第１の加湿装置で加湿された第１の空気と、前記分岐装置で分岐された第２の空気とを熱交換する熱交換器と、該熱交換器で熱交換された第２の空気を加湿する第２の加湿装置と、前記圧縮機に取り込まれる吸気を加湿する第３の加湿装置とを備え、前記第１及び第２の空気は異なる温度となるように加湿されて前記再生熱交換器に導かれることを特徴とするガスタービンシステム。A compressor that compresses air; a combustor that combusts air and fuel compressed by the compressor; a gas turbine that is driven by combustion exhaust gas generated in the combustor; and a gas that is discharged from the gas turbine A gas turbine system having a regenerative heat exchanger for exchanging heat between turbine exhaust gas and compressed air introduced to the combustor,
A branch device that branches the air compressed by the compressor; a first humidifier that humidifies the first air branched by the branch device; and a first air humidified by the first humidifier A heat exchanger that exchanges heat with the second air branched by the branch device, a second humidifier that humidifies the second air heat-exchanged by the heat exchanger, and the compressor A gas turbine system comprising: a third humidifying device that humidifies the intake air that is taken in, wherein the first and second air are humidified to have different temperatures and guided to the regenerative heat exchanger.

空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で発生する燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンと、該ガスタービンから排出されるガスタービン排ガスと前記燃焼器に導かれる圧縮空気とを熱交換する再生熱交換器とを有するガスタービンシステムであって、
前記圧縮機で圧縮された空気を分岐する第１の分岐装置と、該第１の分岐装置で分岐された第１の空気を加湿する第１の加湿装置と、該第１の加湿装置で加湿された第１の空気と、前記第１の分岐装置で分岐された第２の空気とを熱交換する第１の熱交換器と、該第１の熱交換器で熱交換された第２の空気を分岐する第２の分岐装置と、該第２の分岐装置を経た第２の空気を加湿する第２の加湿装置と、該第２の加湿装置で加湿された第２の空気と、前記第２の分岐装置で分岐された第３の空気とを熱交換する第２の熱交換器と、該第２の熱交換器を経た第３の空気を加湿する第３の加湿装置とを備え、
前記第１及び第２，第３の空気は異なる温度となるように加湿されて、前記第３の加湿装置で加湿された第３の空気を前記再生熱交換器に導き、前記第２の加湿装置で加湿され前記第２の熱交換器を経た第２の空気を前記再生熱交換器に導かれる第３の空気よりもガスタービン排ガス上流側に導き、前記第１の加湿装置で加湿され前記第１の熱交換器を経た第１の空気を前記再生熱交換器に導かれる第２の空気よりもガスタービン排ガス上流側に導くことを特徴とするガスタービンシステム。A compressor that compresses air; a combustor that combusts air and fuel compressed by the compressor; a gas turbine that is driven by combustion exhaust gas generated in the combustor; and a gas that is discharged from the gas turbine A gas turbine system having a regenerative heat exchanger for exchanging heat between turbine exhaust gas and compressed air introduced to the combustor,
A first branching device that branches the air compressed by the compressor, a first humidifying device that humidifies the first air branched by the first branching device, and humidification by the first humidifying device A first heat exchanger for exchanging heat between the first air thus obtained and the second air branched by the first branching device, and a second heat exchanged by the first heat exchanger. A second branching device for branching air; a second humidifying device for humidifying the second air that has passed through the second branching device; the second air humidified by the second humidifying device; A second heat exchanger that exchanges heat with the third air branched by the second branch device; and a third humidifier that humidifies the third air that has passed through the second heat exchanger. ,
The first air, the second air, and the third air are humidified so as to have different temperatures, and the third air humidified by the third humidifier is guided to the regenerative heat exchanger, and the second humidified The second air that has been humidified by the apparatus and passed through the second heat exchanger is led to the gas turbine exhaust gas upstream side of the third air that is led to the regeneration heat exchanger, and is humidified by the first humidifier and is A gas turbine system characterized in that the first air that has passed through the first heat exchanger is led to the gas turbine exhaust gas upstream side of the second air that is led to the regenerative heat exchanger.

請求項１に記載のガスタービンシステムにおいて、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気に対して、第１の空気の流量を４０〜６０％に分岐されることを特徴とするガスタービンシステム。 The gas turbine system according to claim 1, wherein the flow rate of the first air is branched to 40 to 60% with respect to the compressed air compressed by the compressor.

請求項１に記載のガスタービンシステムにおいて、前記再生熱交換器は該再生熱交換器に供給された前記第１の空気或いは第２の空気に水又は蒸気を噴霧する噴霧器を備えたことを特徴とするガスタービンシステム。 2. The gas turbine system according to claim 1, wherein the regenerative heat exchanger includes a sprayer that sprays water or steam onto the first air or the second air supplied to the regenerative heat exchanger. And gas turbine system.

請求項１に記載のガスタービンシステムにおいて、前記再生熱交換器から排出された前記ガスタービン排ガスを利用して前記第１の加湿装置、または第２の加湿装置へ供給する水または蒸気を加熱する給水加熱器を備えたことを特徴とするガスタービンシステム。 2. The gas turbine system according to claim 1, wherein water or steam supplied to the first humidifier or the second humidifier is heated using the gas turbine exhaust gas discharged from the regenerative heat exchanger. A gas turbine system comprising a feed water heater.