JPH0278736A - ガスタービン設備 - Google Patents
ガスタービン設備Info
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- JPH0278736A JPH0278736A JP23009588A JP23009588A JPH0278736A JP H0278736 A JPH0278736 A JP H0278736A JP 23009588 A JP23009588 A JP 23009588A JP 23009588 A JP23009588 A JP 23009588A JP H0278736 A JPH0278736 A JP H0278736A
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Landscapes
- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、ガスタービン圧縮機に投入する空気の冷却に
適用されるガスタービン設備、殊にその設備に付設する
冷凍機に関する。しかしながら、本発明はこれに限らず
過給機付エンジンにも適用できるものである。
適用されるガスタービン設備、殊にその設備に付設する
冷凍機に関する。しかしながら、本発明はこれに限らず
過給機付エンジンにも適用できるものである。
従来の技術
このような従来の一般的なガスタービン設備の構造組成
を、第7図(a)、 (b)に基づき説明すると、1は
圧縮機、2は燃焼器、3はガスタービン、4は発電機、
5は冷却空気冷却器及び6は排熱ボイラであって、特に
ガスタービンを運転する際の作動流体の流動状況におい
て、圧縮機1入口の(燃焼用)空気ラインlaから導入
された空気(吸気)aはその圧縮機内で昇圧する。
を、第7図(a)、 (b)に基づき説明すると、1は
圧縮機、2は燃焼器、3はガスタービン、4は発電機、
5は冷却空気冷却器及び6は排熱ボイラであって、特に
ガスタービンを運転する際の作動流体の流動状況におい
て、圧縮機1入口の(燃焼用)空気ラインlaから導入
された空気(吸気)aはその圧縮機内で昇圧する。
このとき圧縮機lは、濾過(必要に応じて消音装置で消
音)された空気aを吸込むこととなる。
音)された空気aを吸込むこととなる。
昇圧した燃焼用空気すと燃料Cは燃焼器2内に投入され
て、その空気すの流れに燃料Cを直接噴射し、高温の燃
焼ガスdを発生させてタービン3の必要な入口温度を確
保する。そして、タービン翼、ロータ(図示せず)が燃
焼ガスdの膨張作用により回転し、タービン3に直結し
た発電機4を駆動する。
て、その空気すの流れに燃料Cを直接噴射し、高温の燃
焼ガスdを発生させてタービン3の必要な入口温度を確
保する。そして、タービン翼、ロータ(図示せず)が燃
焼ガスdの膨張作用により回転し、タービン3に直結し
た発電機4を駆動する。
この場合、タービン翼やロータを空気冷却する際には、
タービン段落に見合った圧力の一部の圧縮空気a′を圧
縮機の中間段から抽気し、冷却空気冷却器5で所定の温
度に調整し、冷却空気eとしてタービン3部に投入する
。
タービン段落に見合った圧力の一部の圧縮空気a′を圧
縮機の中間段から抽気し、冷却空気冷却器5で所定の温
度に調整し、冷却空気eとしてタービン3部に投入する
。
そして、(a)図におけるシステムの場合には、タービ
ン3で動力回収した後、タービン排気fを煙突7から系
外(大気)に放出する。
ン3で動力回収した後、タービン排気fを煙突7から系
外(大気)に放出する。
また、(b)図におけるシステムの場合には、タービン
3の後流に排熱ボイラ6を設置することにより、ガスタ
ービン排気fから更に熱回収を行い、温度の低下したボ
イラ排気gを煙突7から系外に放出することとなる。
3の後流に排熱ボイラ6を設置することにより、ガスタ
ービン排気fから更に熱回収を行い、温度の低下したボ
イラ排気gを煙突7から系外に放出することとなる。
発明が解決しようとする課題
以上述べた従来のガスタービン設備は、しかし、次のよ
うな問題があった。
うな問題があった。
第8図には吸気温度15℃、定格出力における設計基準
値を100%と、して相対的に表示した、ガスタービン
3における各種の性能特性が示されており、即ち夫々(
a)は吸気流量、(b)はガスタービン出力、(c)は
ガスタービン効率の特性であって、これらを各縦軸に、
そして吸気温度(℃)を各横軸に取ったものである。ま
た、(d)はガスタービン部分負荷効率の特性を示して
おり、ガスタービン効率を縦軸に、ガスタービン負荷を
横軸に取ったものである。
値を100%と、して相対的に表示した、ガスタービン
3における各種の性能特性が示されており、即ち夫々(
a)は吸気流量、(b)はガスタービン出力、(c)は
ガスタービン効率の特性であって、これらを各縦軸に、
そして吸気温度(℃)を各横軸に取ったものである。ま
た、(d)はガスタービン部分負荷効率の特性を示して
おり、ガスタービン効率を縦軸に、ガスタービン負荷を
横軸に取ったものである。
これらの性能特性から、次の相関関係が導き出される。
即ち、
ガスタービン出力はタービン3の入口温度一定運転にて
圧縮機の空気吸込流量(タービン通過ガス量)の多いも
のほど高くなる。
圧縮機の空気吸込流量(タービン通過ガス量)の多いも
のほど高くなる。
このことは、主に「一定回転数運用(発電用)では段落
を流れる流体の容積流量(つまり流速)がほぼ一定に保
たれる」という、主に軸流機械の特徴によっている。
を流れる流体の容積流量(つまり流速)がほぼ一定に保
たれる」という、主に軸流機械の特徴によっている。
しかして、逆に吸気温度が高いほど圧縮機lの空気吸込
流量が減少することにより、ガスタービン出力・効率は
低下するという不都合がある。
流量が減少することにより、ガスタービン出力・効率は
低下するという不都合がある。
ここで、いずれの特性(a)〜(d)の場合にも「吸気
温度の高いガスタービンはどその出力・効率が悪い」と
いう傾向をもつことがわかるが、この現象の基本的な原
因は、前述の如<(a)における吸気温度の増加に対し
て吸気流量が減少することであり、他の特性(b)〜(
d)については(a)の特性によって派生したものであ
る、と考えることができる。
温度の高いガスタービンはどその出力・効率が悪い」と
いう傾向をもつことがわかるが、この現象の基本的な原
因は、前述の如<(a)における吸気温度の増加に対し
て吸気流量が減少することであり、他の特性(b)〜(
d)については(a)の特性によって派生したものであ
る、と考えることができる。
そこで、ガスタービン3の出力・効率を向上させる対策
として、タービン入口温度を高め、っまり燃焼ガスdの
温度を高めるよう、図にも示す如く定格点Aに対してピ
ーク運転点Pにて運転することが行われる。
として、タービン入口温度を高め、っまり燃焼ガスdの
温度を高めるよう、図にも示す如く定格点Aに対してピ
ーク運転点Pにて運転することが行われる。
ところが、実際にはタービン材料強度上、寿命上短時間
の運転に限られてしまい、ベースとして連続運転を行う
ことが困難である。
の運転に限られてしまい、ベースとして連続運転を行う
ことが困難である。
課題を解決するための手段
本発明は、このような従来の課題を解決するために、ガ
スタービン設備において、ガスタービン圧縮機の空気ラ
インに熱交換器を設け、該熱交換器の冷却媒体として冷
凍機からの低温流体を供給するようにしたものである。
スタービン設備において、ガスタービン圧縮機の空気ラ
インに熱交換器を設け、該熱交換器の冷却媒体として冷
凍機からの低温流体を供給するようにしたものである。
作用
このような手段によれば、ガスタービン圧縮機の空気ラ
インに、吸気冷却器、蒸発器等からなる熱交換器を設け
て、冷却媒体として冷凍機からの低温流体、即ちその冷
凍機が吸収式冷凍機であれば主に冷水を、またターボ式
冷凍機であれば冷水又はブラインを前記熱交換器に流す
ので、空気ラインを流れる空気の温度を低下させ所定の
温度に調整することができる。
インに、吸気冷却器、蒸発器等からなる熱交換器を設け
て、冷却媒体として冷凍機からの低温流体、即ちその冷
凍機が吸収式冷凍機であれば主に冷水を、またターボ式
冷凍機であれば冷水又はブラインを前記熱交換器に流す
ので、空気ラインを流れる空気の温度を低下させ所定の
温度に調整することができる。
実施例
以下第1〜6図を参照して、本発明の実施例について詳
述する。なお、これらの図において第7及び8図と同一
の部分には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略
する。
述する。なお、これらの図において第7及び8図と同一
の部分には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略
する。
しかして、本発明によれば、ガスタービン圧縮機lの空
気ラインlaには、大略、冷却空気冷却器或いは後述す
る冷媒蒸発器(管)等の各種の熱交換器が設けられてい
る。
気ラインlaには、大略、冷却空気冷却器或いは後述す
る冷媒蒸発器(管)等の各種の熱交換器が設けられてい
る。
即ち、第1図(a) (b)にその基本的な熱交換器の
種類と配置を示しており、空気ラインlaの途中には吸
気温度低減用の吸気冷却器8[第1図(a)参照]が設
けられ、またこの吸気冷却器8の後流には必要に応じて
、重ね合わせた網目や邪魔板等に空気を通し、その空気
中の水分を除去するデミスタ9[第1図(b)参照]が
設けられている。
種類と配置を示しており、空気ラインlaの途中には吸
気温度低減用の吸気冷却器8[第1図(a)参照]が設
けられ、またこの吸気冷却器8の後流には必要に応じて
、重ね合わせた網目や邪魔板等に空気を通し、その空気
中の水分を除去するデミスタ9[第1図(b)参照]が
設けられている。
この場合、吸気冷却器8並びにデミスタ9の使用(組合
せ)に関しては、第1表に適合する条件に対応して設定
されるものとする。
せ)に関しては、第1表に適合する条件に対応して設定
されるものとする。
第 1 表
なお、本発明によれば、このような熱交換器の配置は空
気ライン1aのみに限定されるものではなく、圧縮機1
入口やその中間段の夫々一部又は全部に設置されて良い
。
気ライン1aのみに限定されるものではなく、圧縮機1
入口やその中間段の夫々一部又は全部に設置されて良い
。
一方、この熱交換器へは、冷却媒体として低温流体が供
給されるよう、後述する吸収式又はターボ式冷凍機がガ
スタービン設備に併設されている。
給されるよう、後述する吸収式又はターボ式冷凍機がガ
スタービン設備に併設されている。
即ち、まず吸気冷却器8他熱交換器に供給する冷却流体
の種類は、吸気の目標(設定)温度の温度制御の観点か
ら、第2表の如くに分類される。
の種類は、吸気の目標(設定)温度の温度制御の観点か
ら、第2表の如くに分類される。
第 2 表
次に、前記各冷凍機のガスタービン設備空気ラインへの
配置について述べる。
配置について述べる。
項目(1) 吸収式冷凍機について
第2図(a)〜(c)には夫々吸収式冷凍機のガスター
ビン設備との組合せを示しており、(a)に示す第1実
施例としては蒸気又は温水吸収式冷凍機を使用した場合
であって、この冷凍機は、主に冷水が冷却媒体となって
いるため、大略、冷却水入口ラインloa及び出口ライ
ン10bを有する凝縮器IO1冷水(冷却媒体)hを蒸
発させる蒸発器11、この蒸発器11で蒸発した水蒸気
iを溶媒、即ち濃溶液jに吸収させる吸収器12、及び
冷水(水蒸気)を吸収した希溶液kを加熱・蒸発させて
再度濃縮し、前記濃溶液jに再生させる再生器13から
構成されている。
ビン設備との組合せを示しており、(a)に示す第1実
施例としては蒸気又は温水吸収式冷凍機を使用した場合
であって、この冷凍機は、主に冷水が冷却媒体となって
いるため、大略、冷却水入口ラインloa及び出口ライ
ン10bを有する凝縮器IO1冷水(冷却媒体)hを蒸
発させる蒸発器11、この蒸発器11で蒸発した水蒸気
iを溶媒、即ち濃溶液jに吸収させる吸収器12、及び
冷水(水蒸気)を吸収した希溶液kを加熱・蒸発させて
再度濃縮し、前記濃溶液jに再生させる再生器13から
構成されている。
そして、図中、符号14hは冷媒循環ライン、L4fは
冷媒蒸気循環ライン、14jは濃溶液もどりライン、1
4には希溶液循環ライン、1412は冷媒蒸気Qのもど
りラインを夫々示し、これらで一つのサイクルが形成さ
れている。
冷媒蒸気循環ライン、14jは濃溶液もどりライン、1
4には希溶液循環ライン、1412は冷媒蒸気Qのもど
りラインを夫々示し、これらで一つのサイクルが形成さ
れている。
このような基本的なサイクルを有する吸収式冷凍機では
、その冷凍機の熱回収部である蒸発器11が前記吸気冷
却器8(第1図参照)の代わりに圧縮機lの空気ライン
laに配置され、また後者の再生器13が排熱ボイラ6
の排気g部に(間接的にはタービン3の排気1部)に配
置される。
、その冷凍機の熱回収部である蒸発器11が前記吸気冷
却器8(第1図参照)の代わりに圧縮機lの空気ライン
laに配置され、また後者の再生器13が排熱ボイラ6
の排気g部に(間接的にはタービン3の排気1部)に配
置される。
なお、本発明によれば、前記蒸発器11及び再生器13
は両方とも熱回収部に直接配置する必要はなく、そのど
ちらか一方が、熱回収部に配置されれば良い。
は両方とも熱回収部に直接配置する必要はなく、そのど
ちらか一方が、熱回収部に配置されれば良い。
また、これら蒸発器11及び再生器13の夫々の仕−様
は以下の如く設定される。
は以下の如く設定される。
(イ)蒸発器の場合
冷水h(冷却媒体)を圧縮機lの空気ライン1a(又は
圧縮機入口)内に設けた蒸発器11の伝熱管11a中に
強制循環又は自然循環させて蒸発させる方式を採用する
。
圧縮機入口)内に設けた蒸発器11の伝熱管11a中に
強制循環又は自然循環させて蒸発させる方式を採用する
。
この場合、蒸発器ll自体の構造は、値かも水管式ボイ
ラの如く前記伝熱管11aと気液分離ドラム11bとで
構成される。
ラの如く前記伝熱管11aと気液分離ドラム11bとで
構成される。
(ロ)再生器の場合
冷水を吸収し、吸収器12から送出した希溶液kをボイ
ラ6出口の排気gに設けた再生器13の伝熱管Laa中
に、やはり強制循環又は自然循環させて濃溶液jを得る
方式を採用する。
ラ6出口の排気gに設けた再生器13の伝熱管Laa中
に、やはり強制循環又は自然循環させて濃溶液jを得る
方式を採用する。
濃溶液jは吸収器12に再度供給し、溶媒として冷却媒
体(冷水)吸収に当てることとなる。
体(冷水)吸収に当てることとなる。
この場合、排熱ボイラ6に設置した再生器13自体の構
造は、蒸発器11と同様に前記伝熱管13aと気液分離
ドラム13bとで構成される。
造は、蒸発器11と同様に前記伝熱管13aと気液分離
ドラム13bとで構成される。
(ハ)吸収式冷凍機をコンパクトな配置とする場合
この場合、凝縮器10と再生器13、並びに蒸発器1■
と吸収器12の組合せ夫々を一体に形成する方式(図示
せず)を採用する。
と吸収器12の組合せ夫々を一体に形成する方式(図示
せず)を採用する。
ただし、前記項目(ロ)、(ハ)の構造組成において、
殊に排熱ボイラ6の排気温度は、再生器13を構成する
伝熱管13a内を流れる溶媒の耐熱性を考慮して決定さ
れる。
殊に排熱ボイラ6の排気温度は、再生器13を構成する
伝熱管13a内を流れる溶媒の耐熱性を考慮して決定さ
れる。
次に第2図(b)に示す第2実施例としては蒸気吸収式
冷凍機15を使用した場合であって、この冷凍機15の
再生器(図示せず)には排熱ボイラ6から延びる蒸気ラ
イン16が連絡し、また冷凍機15の冷水が吸気冷却器
8に供給されるよう、空気ラインlaに配置した吸気冷
却器8から延びる冷水供給ライン17a及び冷水もどり
ライン17bが連絡している。なお、図中、符号15′
はドレンnのもどり水ライン、16′は冷凍機15以外
のプロセス又は負荷側システムラインを夫々示す。
冷凍機15を使用した場合であって、この冷凍機15の
再生器(図示せず)には排熱ボイラ6から延びる蒸気ラ
イン16が連絡し、また冷凍機15の冷水が吸気冷却器
8に供給されるよう、空気ラインlaに配置した吸気冷
却器8から延びる冷水供給ライン17a及び冷水もどり
ライン17bが連絡している。なお、図中、符号15′
はドレンnのもどり水ライン、16′は冷凍機15以外
のプロセス又は負荷側システムラインを夫々示す。
そして、排熱ボイラ6で発生する蒸気山の全て又は一部
Ill (ただし、残りの蒸気ll−l1lはプロセス
又は負荷側システムライン16′で使用)を熱源とし、
排熱後のドレンもどり水nは、筋記プロセス/システム
ライン16のもどり水や補給水とともにボイラ6へ給水
するようにしている。
Ill (ただし、残りの蒸気ll−l1lはプロセス
又は負荷側システムライン16′で使用)を熱源とし、
排熱後のドレンもどり水nは、筋記プロセス/システム
ライン16のもどり水や補給水とともにボイラ6へ給水
するようにしている。
また、第2図(c)に示す第3実施例としては温水吸収
式冷凍機18を使用した場合であって、この冷凍機18
はボイラ6、及びプロセス又は負荷側システムライン1
6′から延びる各温水ライン6a。
式冷凍機18を使用した場合であって、この冷凍機18
はボイラ6、及びプロセス又は負荷側システムライン1
6′から延びる各温水ライン6a。
もどり水ライン16aが連絡しており、空気ラインの吸
気冷却器(図示せず)へは冷水供給ライン及びもどりラ
イン(図示せず)が第1実施例と全く同様に連絡してい
る。
気冷却器(図示せず)へは冷水供給ライン及びもどりラ
イン(図示せず)が第1実施例と全く同様に連絡してい
る。
つまり、ボイラ6からの温水ライン6a、プロセス又は
負荷側システムライン16′に連絡するもどり水ライン
tabからの各(ドレン)温水を熱源とし、またもどり
水nはプロセス/負荷側システムのもどり水や補給水と
共に、ボイラ6へ再度給水−するようにしている。
負荷側システムライン16′に連絡するもどり水ライン
tabからの各(ドレン)温水を熱源とし、またもどり
水nはプロセス/負荷側システムのもどり水や補給水と
共に、ボイラ6へ再度給水−するようにしている。
これら第1及び2実施例において、各ドレンもどり水ラ
インnは、夫々はぼ80〜95℃の高温であるため、そ
のまま再度プロセス、負荷側システムに供給して、更に
熱利用を行うことは可能である。
インnは、夫々はぼ80〜95℃の高温であるため、そ
のまま再度プロセス、負荷側システムに供給して、更に
熱利用を行うことは可能である。
項目(2)ターボ式冷凍機について
第3図(a)、 (b)には夫々ターボ式冷凍機のガス
タービン設備との組合せを示しており、(a)に示す第
1実施例としては例えば電動機19′に直結したターボ
冷凍機19、云わゆる電動ターボを使用しら構成されて
おり、圧縮機にターボ(遠心)式が採用されている。
タービン設備との組合せを示しており、(a)に示す第
1実施例としては例えば電動機19′に直結したターボ
冷凍機19、云わゆる電動ターボを使用しら構成されて
おり、圧縮機にターボ(遠心)式が採用されている。
そして、吸収式冷凍機と異なる点について述べると、通
常、冷却媒体は目標温度を吸収式冷凍機よりも更に低温
に設定するために、第2表で示した如く冷水の代わりに
ブラインPが多く使用される。
常、冷却媒体は目標温度を吸収式冷凍機よりも更に低温
に設定するために、第2表で示した如く冷水の代わりに
ブラインPが多く使用される。
従って、ブライン(−50〜−1O℃)を直接供給する
ターボ式冷凍機では空気ラインlaに配置した蒸発器1
1から、冷水供給ライン17aや冷水もどりライン17
b [第2図(b)参照]の代わりに、ブライン供給ラ
イン20a及びブラインもどりライン20bが連絡し、
ブライン蒸気qをブラインもどりライン20bで冷凍機
19にもどす方式を採用する。
ターボ式冷凍機では空気ラインlaに配置した蒸発器1
1から、冷水供給ライン17aや冷水もどりライン17
b [第2図(b)参照]の代わりに、ブライン供給ラ
イン20a及びブラインもどりライン20bが連絡し、
ブライン蒸気qをブラインもどりライン20bで冷凍機
19にもどす方式を採用する。
この蒸発器ll自体の構造は、前記第2図(a)に示し
た吸収式冷凍機と同様に、空気ラインlaの吸気中に配
置したブライン蒸発用の伝熱管11a及び気液分離ドラ
ムubから構成されている。
た吸収式冷凍機と同様に、空気ラインlaの吸気中に配
置したブライン蒸発用の伝熱管11a及び気液分離ドラ
ムubから構成されている。
一方、遠心圧縮機に直結する電動機19′の駆動源とし
ては、ガスタービン圧縮機lの回転で駆動する発電機4
からの電力により運転する方式を採用している。
ては、ガスタービン圧縮機lの回転で駆動する発電機4
からの電力により運転する方式を採用している。
この場合、発電機4と電動機19′ とは、電線(母線
)4′で接続されている。
)4′で接続されている。
なお、本発明によれば、遠心圧縮機の駆動源としては、
発電機4と電動機19′ との組合せだけに限定される
ものではなく、例えば遠心圧縮機に直接、蒸気タービン
、ガスエンジンやディーゼルエンジン等を駆動機として
結合しても良いし、また、軸直結成いは歯車装置を介し
てガスタービン3と結合しても良い。
発電機4と電動機19′ との組合せだけに限定される
ものではなく、例えば遠心圧縮機に直接、蒸気タービン
、ガスエンジンやディーゼルエンジン等を駆動機として
結合しても良いし、また、軸直結成いは歯車装置を介し
てガスタービン3と結合しても良い。
なお、図には空気ラインlaの圧縮機lと前記蒸発器1
1との間にはデミスタ9(第2表参照)を配置した例を
示す。
1との間にはデミスタ9(第2表参照)を配置した例を
示す。
次に、第3図(b)に示す第2実施例としてはこれも前
記(a)に示した電動ターボを使用した場合であって、
この場合、基本的なサイクルの構成はほぼ同じであるが
、異なる点は(a)と違い、冷凍機19から冷水h(5
〜7°C)を供給する方式を採用しており、従って冷水
供給ライン17a及び冷水もどりライン17bに連絡す
る空気ライン1aには、前記(a)の如き蒸発器11の
代わりに専用の吸気冷却器8が設置されている。
記(a)に示した電動ターボを使用した場合であって、
この場合、基本的なサイクルの構成はほぼ同じであるが
、異なる点は(a)と違い、冷凍機19から冷水h(5
〜7°C)を供給する方式を採用しており、従って冷水
供給ライン17a及び冷水もどりライン17bに連絡す
る空気ライン1aには、前記(a)の如き蒸発器11の
代わりに専用の吸気冷却器8が設置されている。
項目(3)中間段に熱交換器(インターターラ)を付設
したガスタービン圧縮機に ついて 既存のガスタービンの中にはガスタービン性能(出力、
効率)を向上させる目的のために、圧縮機lを低圧、中
圧又は、高圧用に分けて、その中間段に1段又は2段の
温度低減用の熱交換器(中間冷却器)を設けている場合
が多い。
したガスタービン圧縮機に ついて 既存のガスタービンの中にはガスタービン性能(出力、
効率)を向上させる目的のために、圧縮機lを低圧、中
圧又は、高圧用に分けて、その中間段に1段又は2段の
温度低減用の熱交換器(中間冷却器)を設けている場合
が多い。
そこで、第4図には中間段にこのような熱交換器を有す
るガスタービンを示しており、図中符号ビは低圧圧縮機
、1″は高圧圧縮機、21は中間冷却器であって、これ
ら低圧及び高圧圧縮機ビ。
るガスタービンを示しており、図中符号ビは低圧圧縮機
、1″は高圧圧縮機、21は中間冷却器であって、これ
ら低圧及び高圧圧縮機ビ。
I IIの中間段に冷却空気ライン21′を介して配置
した中間冷却器21には、前述の如き吸収式又はターボ
式冷凍機15.18又は19からの冷却媒体、即ち冷水
又はブラインを循環させる方式を採用する。
した中間冷却器21には、前述の如き吸収式又はターボ
式冷凍機15.18又は19からの冷却媒体、即ち冷水
又はブラインを循環させる方式を採用する。
なお、本発明によれば、これらの圧縮機1′。
ビ′両方の負荷を軽減するよう、この中間冷却器21と
併せて第1図(a)、 (b)の如く空気ライン1aの
途中にも吸気冷却器8を配置しても良いことば云うまで
もない。
併せて第1図(a)、 (b)の如く空気ライン1aの
途中にも吸気冷却器8を配置しても良いことば云うまで
もない。
項目(4)冷却空気冷却器を有するガスタービン圧縮機
について 第5図に示す実施例としては従来(第7図参照)と同様
に、冷却空気冷却器5を設けた場合であって、圧縮機1
及びタービン3間の冷却空気ライン5′に配置した温度
低減用の熱交換器、つまり冷却空気冷却器5へは、前述
の如き吸収式又はターボ式冷凍機15.18又は19か
らの冷却媒体、即ち冷水又はブラインを循環させる方式
を採用する。
について 第5図に示す実施例としては従来(第7図参照)と同様
に、冷却空気冷却器5を設けた場合であって、圧縮機1
及びタービン3間の冷却空気ライン5′に配置した温度
低減用の熱交換器、つまり冷却空気冷却器5へは、前述
の如き吸収式又はターボ式冷凍機15.18又は19か
らの冷却媒体、即ち冷水又はブラインを循環させる方式
を採用する。
なお、冷却空気eを例えばブライン等の低温流体で冷却
する場合で、殊に冷却空気eが水露点まで冷却するとき
には、タービン3部に影響を及ぼさぬようデミスタ9を
冷却空気冷却器5の後流に配置することとなる。
する場合で、殊に冷却空気eが水露点まで冷却するとき
には、タービン3部に影響を及ぼさぬようデミスタ9を
冷却空気冷却器5の後流に配置することとなる。
次に、以上の項目(1)〜(4)までの構成による作用
について説明する。
について説明する。
しかして、空気ラインlaに、吸気冷却器8或いは場合
によっては蒸発器11等からなる熱交換器を設けるため
、冷却媒体として冷凍機からの低温流体、即ちその冷凍
機が吸収式冷凍機15.18であれば主に冷水りを、ま
たターボ式冷凍機19であれば冷水り又はブラインpを
前記熱交換器に流せることにより、空気ラインlaを流
れる吸気の温度を低下させることができる。
によっては蒸発器11等からなる熱交換器を設けるため
、冷却媒体として冷凍機からの低温流体、即ちその冷凍
機が吸収式冷凍機15.18であれば主に冷水りを、ま
たターボ式冷凍機19であれば冷水り又はブラインpを
前記熱交換器に流せることにより、空気ラインlaを流
れる吸気の温度を低下させることができる。
そこで第6図(a)〜(c)に吸気温度冷却によるガス
タービン出力と効率の改善状況を夫々示す。
タービン出力と効率の改善状況を夫々示す。
(1) 例えば15℃の減温を行った場合、第8図(
b)。
b)。
(C)にて示したピーク運転Pの値よりも若干良好な運
転可能点(出力、効率)Hを得る。
転可能点(出力、効率)Hを得る。
定格点Aはベース運転可能であるのに対してピーク運転
点Pは機械強度が限界に達し、各部の寿命消費が著しい
ため、従来では運転時間が短く制約されていたが、本発
明によれば吸気温度を15℃前後冷却する場合には、「
ベース運転の寿命消費においてピーク運転若しくはそれ
以上の性能を発揮する(P−H)Jことが可能となる。
点Pは機械強度が限界に達し、各部の寿命消費が著しい
ため、従来では運転時間が短く制約されていたが、本発
明によれば吸気温度を15℃前後冷却する場合には、「
ベース運転の寿命消費においてピーク運転若しくはそれ
以上の性能を発揮する(P−H)Jことが可能となる。
(2)ガスタービン性能(出力、効率)の吸気温度特性
を自由に制御することができる。
を自由に制御することができる。
例えば、第6図(a)、 (b)に夫々示すベース運転
性能向上域F+、Ftで表わせるように、例えば吸気温
度が30℃、目標温度が15℃のときに、調節温度は吸
気温度を30℃から15℃にすべく、冷水り又はブライ
ンp等を以上述べた各熱交換器に流すことにより空気ラ
イン1aを流れる空気aを一15℃低下(U!4節)さ
せることにより、吸気温度の影響を相殺してフラットな
特性に、換言すればタービン性能を常時一定に保つこと
ができる。
性能向上域F+、Ftで表わせるように、例えば吸気温
度が30℃、目標温度が15℃のときに、調節温度は吸
気温度を30℃から15℃にすべく、冷水り又はブライ
ンp等を以上述べた各熱交換器に流すことにより空気ラ
イン1aを流れる空気aを一15℃低下(U!4節)さ
せることにより、吸気温度の影響を相殺してフラットな
特性に、換言すればタービン性能を常時一定に保つこと
ができる。
(3)「ガスタービン効率が部分負荷により低下する」
という傾向を確実に改善することができる。
という傾向を確実に改善することができる。
第6図(c)に示す部分負荷効率向上域It。
■、で表わせるように、例えば吸気aの目標温度を0℃
前後にまで低下させる場合には、当初の吸気温度30℃
ではそのときの部分負荷約75%以上の範囲が、また1
5℃ではそのときの部分負荷約85%以上の範囲がどち
らもほぼ100%負荷効率に向上でき、かつ一定に維持
することができる。
前後にまで低下させる場合には、当初の吸気温度30℃
ではそのときの部分負荷約75%以上の範囲が、また1
5℃ではそのときの部分負荷約85%以上の範囲がどち
らもほぼ100%負荷効率に向上でき、かつ一定に維持
することができる。
(4)一方、吸気温度の低下は吸気中水分の結露を招く
が、この現象を解消するために、(イ) 「吸気中の水
分を圧縮機lの圧縮過程で蒸発させる」[第1図(a)
参照](ロ) 「水分除去を例えばデミスタ9で行う」
[第1図(b)参照] の2通りの対応をすることが可能となる。
が、この現象を解消するために、(イ) 「吸気中の水
分を圧縮機lの圧縮過程で蒸発させる」[第1図(a)
参照](ロ) 「水分除去を例えばデミスタ9で行う」
[第1図(b)参照] の2通りの対応をすることが可能となる。
この場合、第6図(a)に示すように、吸気冷却にて、
同じ吸気温度の性能点、例えばタービン出力100%の
ベース運転性能向上域F。
同じ吸気温度の性能点、例えばタービン出力100%の
ベース運転性能向上域F。
における吸気温度30℃の点G、及び吸気温度15℃の
点G、の性能の変化を、第3表に示す如<C,/C,間
における単位燃料量当りの水分量の増減にて考察すると
、 第3表 このことにより、相対水量差は(イ)の場合、約0.0
168 kg water/に9dry air、また
(口)の場合、約0.0073 kV water/l
c9 dry airなので、夫々の(水/燃料)重量
比は、Gx側でその燃料が例えば0.0172 kg
ruel/に9 air(0,0173kv fuel
/&9dry air)と仮定すると、(イ)・ ・
・約97%、(ロ)・ ・ ・約42%となる。
点G、の性能の変化を、第3表に示す如<C,/C,間
における単位燃料量当りの水分量の増減にて考察すると
、 第3表 このことにより、相対水量差は(イ)の場合、約0.0
168 kg water/に9dry air、また
(口)の場合、約0.0073 kV water/l
c9 dry airなので、夫々の(水/燃料)重量
比は、Gx側でその燃料が例えば0.0172 kg
ruel/に9 air(0,0173kv fuel
/&9dry air)と仮定すると、(イ)・ ・
・約97%、(ロ)・ ・ ・約42%となる。
従ってGlではG!の運転点で、値かも公知の技術であ
るタービン3内部に水又は蒸気を噴射させたときと同様
の効果、即ちNOX低減、タービン出力微増及び効率微
増を促進することができる。
るタービン3内部に水又は蒸気を噴射させたときと同様
の効果、即ちNOX低減、タービン出力微増及び効率微
増を促進することができる。
(5)第5図に圧縮機lから冷却空気eを抽気し、冷却
空気冷却器5で冷却する場合において、冷却空気冷却器
5で400℃の空気を250’Cに冷却する場合、38
%の保有熱を取り去る必要があるが、仮に75%の取り
去りで100℃仕上りとすると冷却空気流量はtoo/
250= 0.4に節約できる。
空気冷却器5で冷却する場合において、冷却空気冷却器
5で400℃の空気を250’Cに冷却する場合、38
%の保有熱を取り去る必要があるが、仮に75%の取り
去りで100℃仕上りとすると冷却空気流量はtoo/
250= 0.4に節約できる。
従って、冷却空気eを抽気することによるガスタービン
出力の損失を0.7%とした場合、前記の対策で0.3
%に損失を抑制できるため、タービン出力は差し引き約
0.4%が向上することとなる。
出力の損失を0.7%とした場合、前記の対策で0.3
%に損失を抑制できるため、タービン出力は差し引き約
0.4%が向上することとなる。
吸気冷却の効果に比べて改善幅こそ少ないがこの場合に
も冷却媒体(冷水り又はブラインp)を有効に利用でき
る。
も冷却媒体(冷水り又はブラインp)を有効に利用でき
る。
発明の効果
以上詳述したように、本発明によれば、(+) ター
ビン入口温度を一定(ベース、設計値)にしたままで、
ガスタービンの性能(出力、効率)を高めることができ
、ピーク運転やシステムリザーブ(短期最大)運転のよ
うにタービン入口温度を上昇する場合のようなタービン
寿命の消耗が起らない。
ビン入口温度を一定(ベース、設計値)にしたままで、
ガスタービンの性能(出力、効率)を高めることができ
、ピーク運転やシステムリザーブ(短期最大)運転のよ
うにタービン入口温度を上昇する場合のようなタービン
寿命の消耗が起らない。
よってベース定格の寿命において、ピーク運転やンステ
ムリザーブ運転なみの良好な性能を得ることができる。
ムリザーブ運転なみの良好な性能を得ることができる。
また、吸気を冷却するだけの単純な手段・操作により目
標(設定)温度を簡単かつ確実に設定する2:とができ
る。
標(設定)温度を簡単かつ確実に設定する2:とができ
る。
(2)ガスタービン性能が吸気温度特性を持ち、殊に夏
季に大気温度が高くなり、性能(出力、効率)が低下す
る場合には、吸気温度の下げ幅を調整することによって
、低下傾向を緩和することができる。
季に大気温度が高くなり、性能(出力、効率)が低下す
る場合には、吸気温度の下げ幅を調整することによって
、低下傾向を緩和することができる。
(3)吸気冷却により、水噴射あるいは蒸気噴射に相当
する(出力、効率)増加の効果が期待できると共に、し
かもNOxの低減が図れる。
する(出力、効率)増加の効果が期待できると共に、し
かもNOxの低減が図れる。
(4)また噴射水や蒸気を別途投入することなく水分が
得られるため、従来のガスタービン設備における噴射ラ
インが省略或いは小容量化できる。
得られるため、従来のガスタービン設備における噴射ラ
インが省略或いは小容量化できる。
(5)管群は消音効果を有するため、殊に蒸発器や吸気
冷却器内の伝熱管により、従来、吸気(供設けていた吸
気消音器を省略或いは小型化できる。
冷却器内の伝熱管により、従来、吸気(供設けていた吸
気消音器を省略或いは小型化できる。
また、デミスタを併用する場合は、デミスタの一部を構
成する邪魔板等が加わるため、更に吸気の消音効果を高
めることが可能である。
成する邪魔板等が加わるため、更に吸気の消音効果を高
めることが可能である。
第1図は本発明によるガスタービン設備の一例を示し、
(a)は空気ラインに熱交換器として吸気冷却器を配置
した基本的な系統図、(b)は空気ラインに吸気冷却器
及びデミスタを配置した基本的な系統図である。第2図
は空気ラインに吸収式冷凍機の蒸発器を配置した実施例
であって、(a)は更に排熱ボイラにその吸収式冷凍機
の再生器を配置した系統図、(b)はその冷凍機の再生
器の加熱源に排熱ボイラ等からの蒸気を使用する場合の
系統図、<c)はその冷凍機の再生器の加熱源に排熱ボ
イラ等からの温水を使用する場合の系統図、第3図は空
気ラインにターボ式冷凍機の蒸発器又は吸気冷却器を配
置した実施例であって、(a)はブラインを冷却媒体と
する蒸発器を使用する場合の系統図、(b)は冷水を冷
却媒体とする吸気冷却器を使用する場合の系統図、第4
図はガスタービン圧縮器の中間段に、冷水又はブライン
を冷却媒体とする中間冷却器を配置した実施例を示す系
統図、第5図はガスタービン圧縮機に冷水又はブライン
を冷却媒体とする冷却空気冷却器を配置した実施例を示
す系統図である。第6図は本発明によるガスタービン性
能の改善例であって、(a)はガスタービン出力と吸気
温度の相関関係図、(b)はガスタービン効率と吸気温
度の相関関係図、(c>はガスタービン効率とガスター
ビン負荷の相関関係図である。第7図は従来のガスター
ビン設備の概略構造組成であって、(a)は基本的な系
統図、(b)は更にガスタービンの後流に排熱ボイラを
配置した系統図、第8図は従来のガスタービン性能であ
−)で、(a)は吸気流量とその吸気温度の相関関係図
、(b)はガスタービン出力ど吸気温度の相関関係図、
(c)はガスタービン効率と吸気温度の相関関係図、(
d)はガスタービン効率とガスタービン負荷の相関関係
図である。 ■・・圧縮機、1a・・空気ライン、3・・タービン、
5・・冷却空気冷却器、6・・排熱ボイラ、8・・吸気
冷却器、11・・蒸発器、15・・蒸気吸収式冷凍機、
18・・温水吸収式冷凍機、19・・ターボ式冷凍機、
21・・中間冷却器。 第1図 (α) こ (b) α イ;万腟A 1α:喧θ気ライン 3 :クーピ′ン 8二課先没却器 9: テ゛ミ又り 第4図 9J5図 21;中間ンT却器 −m−1−−−− −」−一一丁一 ト 第7図 (lllL) (’b) r。 f : ターご°ン虐詫私 2ニオシフ排抵 第8図
(a)は空気ラインに熱交換器として吸気冷却器を配置
した基本的な系統図、(b)は空気ラインに吸気冷却器
及びデミスタを配置した基本的な系統図である。第2図
は空気ラインに吸収式冷凍機の蒸発器を配置した実施例
であって、(a)は更に排熱ボイラにその吸収式冷凍機
の再生器を配置した系統図、(b)はその冷凍機の再生
器の加熱源に排熱ボイラ等からの蒸気を使用する場合の
系統図、<c)はその冷凍機の再生器の加熱源に排熱ボ
イラ等からの温水を使用する場合の系統図、第3図は空
気ラインにターボ式冷凍機の蒸発器又は吸気冷却器を配
置した実施例であって、(a)はブラインを冷却媒体と
する蒸発器を使用する場合の系統図、(b)は冷水を冷
却媒体とする吸気冷却器を使用する場合の系統図、第4
図はガスタービン圧縮器の中間段に、冷水又はブライン
を冷却媒体とする中間冷却器を配置した実施例を示す系
統図、第5図はガスタービン圧縮機に冷水又はブライン
を冷却媒体とする冷却空気冷却器を配置した実施例を示
す系統図である。第6図は本発明によるガスタービン性
能の改善例であって、(a)はガスタービン出力と吸気
温度の相関関係図、(b)はガスタービン効率と吸気温
度の相関関係図、(c>はガスタービン効率とガスター
ビン負荷の相関関係図である。第7図は従来のガスター
ビン設備の概略構造組成であって、(a)は基本的な系
統図、(b)は更にガスタービンの後流に排熱ボイラを
配置した系統図、第8図は従来のガスタービン性能であ
−)で、(a)は吸気流量とその吸気温度の相関関係図
、(b)はガスタービン出力ど吸気温度の相関関係図、
(c)はガスタービン効率と吸気温度の相関関係図、(
d)はガスタービン効率とガスタービン負荷の相関関係
図である。 ■・・圧縮機、1a・・空気ライン、3・・タービン、
5・・冷却空気冷却器、6・・排熱ボイラ、8・・吸気
冷却器、11・・蒸発器、15・・蒸気吸収式冷凍機、
18・・温水吸収式冷凍機、19・・ターボ式冷凍機、
21・・中間冷却器。 第1図 (α) こ (b) α イ;万腟A 1α:喧θ気ライン 3 :クーピ′ン 8二課先没却器 9: テ゛ミ又り 第4図 9J5図 21;中間ンT却器 −m−1−−−− −」−一一丁一 ト 第7図 (lllL) (’b) r。 f : ターご°ン虐詫私 2ニオシフ排抵 第8図
Claims (1)
- ガスタービン圧縮機の空気ラインに熱交換器を設け、該
熱交換器の冷却媒体として冷凍機からの低温流体を供給
するようにしたことを特徴とするガスタービン設備。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23009588A JP3249109B2 (ja) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | ガスタービン設備 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23009588A JP3249109B2 (ja) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | ガスタービン設備 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0278736A true JPH0278736A (ja) | 1990-03-19 |
JP3249109B2 JP3249109B2 (ja) | 2002-01-21 |
Family
ID=16902473
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23009588A Expired - Fee Related JP3249109B2 (ja) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | ガスタービン設備 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3249109B2 (ja) |
Cited By (6)
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1988
- 1988-09-16 JP JP23009588A patent/JP3249109B2/ja not_active Expired - Fee Related
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