JPH11153041A - Gas turbine system - Google Patents
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- JPH11153041A JPH11153041A JP33511097A JP33511097A JPH11153041A JP H11153041 A JPH11153041 A JP H11153041A JP 33511097 A JP33511097 A JP 33511097A JP 33511097 A JP33511097 A JP 33511097A JP H11153041 A JPH11153041 A JP H11153041A
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- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は圧縮空気と燃料を導
入し高圧ガスを発生する燃焼器およびその高圧ガスによ
り駆動されるガスタービンを備えたガスタービン装置
と、ガスタービンの排気ガスを利用して蒸気を発生する
排ガスボイラと、その発生蒸気を熱負荷設備におよび前
記燃焼器へ供給する配管系統を設けたガスタービンシス
テムに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention utilizes a combustor for introducing compressed air and fuel to generate a high-pressure gas, a gas turbine device provided with a gas turbine driven by the high-pressure gas, and an exhaust gas of the gas turbine. And a gas turbine system provided with a piping system for supplying the generated steam to a heat load facility and the combustor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】工場設備などに電力および熱源を供給す
るシステムとして、ガスタービンシステムが多く採用さ
れている。一般に採用されているガスタービンシステム
は、空気圧縮機、燃焼器およびガスタービンを有するガ
スタービン装置と、ガスタービンの排気ガスにより蒸気
を発生する排ガスボイラを備えている。そしてガスター
ビン装置により駆動される発電機で発生した電力および
排ガスボイラで発生した蒸気が工場設備に供給される。
なお一般に工場設備などに必要とされる電力は、外部か
らの買電とガスタービン装置等による発電の両者から供
給されることが多い。しかし設備側において必要とする
蒸気の使用量は常に変動し、蒸気が過剰になることもし
ばしば起こる。その場合にはガスタービン装置や排ガス
ボイラの稼働率を低下させる必要があるが、通常そのよ
うな部分運転の場合には設備効率が悪くなると共に運転
効率も低下する。そこで、その対策としてガスタービン
装置における燃焼器に余剰蒸気を供給する、いわゆるチ
ェンサイクルもしくは二流体サイクルと呼ばれている方
法が考えられている。2. Description of the Related Art As a system for supplying electric power and a heat source to factory equipment and the like, a gas turbine system is often used. A gas turbine system generally used includes a gas turbine device having an air compressor, a combustor, and a gas turbine, and an exhaust gas boiler that generates steam using exhaust gas from the gas turbine. Then, electric power generated by a generator driven by the gas turbine device and steam generated by an exhaust gas boiler are supplied to factory equipment.
In general, power required for factory equipment and the like is often supplied from both external power purchase and power generation by a gas turbine device or the like. However, the amount of steam required on the equipment side is constantly fluctuating, and the excess steam often occurs. In such a case, it is necessary to reduce the operation rate of the gas turbine device or the exhaust gas boiler. However, in the case of such a partial operation, the equipment efficiency is deteriorated and the operation efficiency is also decreased. Therefore, as a countermeasure, a method called a so-called Cheng cycle or a two-fluid cycle has been considered in which surplus steam is supplied to a combustor in a gas turbine device.
【０００３】図７はかかるチェンサイクルを採用したガ
スタービンシステムのプロセスフロー図である。このシ
ステムにおけるガスタービン装置１は、空気圧縮機２、
燃焼器３およびガスタービン４を備えている。空気５は
空気圧縮機２で１７ｋｇ／ｃｍ2 ｇ程度に加圧されて燃
焼器３に導入され、そこで燃料圧縮機６からの都市ガス
や天然ガスなどの燃料ガスと混合して燃焼し、１７ｋｇ
／ｃｍ2 ｇ程度の高圧の燃焼ガスとなってガスタービン
４を駆動する。そしてガスタービン４の駆動力によりそ
れに結合された発電機２０と空気圧縮機２を駆動する。
なお燃料圧縮機６は電動機７により駆動されて燃料ガス
８を加圧する。ガスタービン４から排出される高温高圧
の排気ガスは排ガスボイラ９に導入され、そこで水タン
ク１０からポンプ１１により導入される給水を加熱して
蒸気を発生させる。そして排ガスボイラ９で熱回収され
圧力および温度の低下した排気ガスは煙突などの排出装
置１２から排出される。なお水タンク１０には給水配管
１３から給水がなされる。FIG. 7 is a process flow diagram of a gas turbine system employing such a chain cycle. The gas turbine device 1 in this system includes an air compressor 2,
A combustor 3 and a gas turbine 4 are provided. The air 5 is pressurized to about 17 kg / cm 2 g by the air compressor 2 and introduced into the combustor 3, where it is mixed with fuel gas such as city gas or natural gas from the fuel compressor 6, and burns.
A high-pressure combustion gas of about / cm 2 g drives the gas turbine 4. Then, the generator 20 and the air compressor 2 coupled thereto are driven by the driving force of the gas turbine 4.
The fuel compressor 6 is driven by the electric motor 7 to pressurize the fuel gas 8. The high-temperature and high-pressure exhaust gas discharged from the gas turbine 4 is introduced into an exhaust gas boiler 9 where the feed water introduced from a water tank 10 by a pump 11 is heated to generate steam. The exhaust gas whose heat and heat is recovered by the exhaust gas boiler 9 and whose pressure and temperature are reduced is discharged from a discharge device 12 such as a chimney. Water is supplied to the water tank 10 from a water supply pipe 13.
【０００４】排ガスボイラ９で発生した蒸気は配管系統
１４に導入され、一部は調整弁１５を経て燃焼器３に供
給され、残りは調整弁１６を経て蒸気ヘッダ１７に供給
される。蒸気ヘッダ１７には通常のボイラ設備のような
他の蒸気発生装置からの蒸気が調整弁１８を経て供給さ
れ、そして蒸気ヘッダ１７の蒸気は供給配管１９により
図示されていない熱負荷設備に分配供給される。熱負荷
設備における蒸気使用量の低下によって蒸気に余剰が生
じたときは、一方の調整弁１６を絞ると共に他方の調整
弁１５を開け、余剰蒸気を燃焼器４に導入する。燃焼器
４に導入された蒸気は、燃焼ガスと共にガスタービン４
に供給される流量を増大させてその出力をアップさせ
る。従って、このシステムにより余剰の蒸気エネルギー
はガスタービン４の機械的エネルギーを経て電気エネル
ギーに変換されて有効に活用される。[0004] The steam generated in the exhaust gas boiler 9 is introduced into a piping system 14, a part of which is supplied to the combustor 3 via a regulating valve 15, and the remainder is supplied to a steam header 17 via a regulating valve 16. The steam header 17 is supplied with steam from another steam generator, such as a conventional boiler facility, via a regulating valve 18, and the steam of the steam header 17 is distributed and supplied to a heat load facility (not shown) by a supply pipe 19. Is done. When excess steam is generated due to a decrease in the amount of steam used in the heat load equipment, one regulating valve 16 is throttled and the other regulating valve 15 is opened, and the excess steam is introduced into the combustor 4. The steam introduced into the combustor 4 is supplied to the gas turbine 4 together with the combustion gas.
To increase its output and increase its output. Therefore, the surplus steam energy is converted into electric energy via the mechanical energy of the gas turbine 4 by this system and is effectively used.
【０００５】一般に工場などにおける熱負荷設備の蒸気
圧力は、８ｋｇ／ｃｍ2 ｇ程度またはそれより低い圧力
が多い。しかし燃焼器４内の圧力は１７ｋｇ／ｃｍ2 ｇ
程度と高いので、このシステムを採用する場合には排ガ
スボイラ９で発生させる蒸気圧力をそれに対応する高い
圧力とし、蒸気ヘッダ１７へは調整弁１６により減圧し
て供給する。また燃焼器４に供給する燃料ガスの圧力
も、例えば都市ガスの場合８ｋｇ／ｃｍ2 ｇ程度の圧力
から１７ｋｇ／ｃｍ2 ｇ程度の圧力まで燃料圧縮機６で
加圧される。[0005] Generally, the steam pressure of heat load equipment in factories and the like is often about 8 kg / cm 2 g or lower. However, the pressure inside the combustor 4 is 17 kg / cm 2 g
Therefore, when this system is adopted, the steam pressure generated in the exhaust gas boiler 9 is set to a correspondingly high pressure, and the steam pressure is supplied to the steam header 17 by the regulator 16. The pressure of the fuel gas supplied to the combustor 4 also, for example, in the fuel compressor 6 For city gas from 8 kg / cm 2 g pressure of about to a pressure of about 17 kg / cm 2 g pressurized.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし上記システムに
おいて、燃焼器３内の圧力に対応した高圧蒸気を排ガス
ボイラ９で発生させているが、せっかく高圧蒸気を発生
していても、燃焼器３に供給する以外は調整弁１６で減
圧して蒸気ヘッダ１７に供給するだけなので、総合的な
エネルギー効率が十分高いとはいえない。また、エネル
ギー使用形態が限られて自由度が少ないという問題もあ
る。そこで本発明は、このような問題を解決するガスタ
ービンシステムを提供することを課題とするものであ
る。However, in the above-mentioned system, high-pressure steam corresponding to the pressure in the combustor 3 is generated in the exhaust gas boiler 9. However, even if high-pressure steam is generated, the high-pressure steam is generated in the combustor 3. Except for the supply, the pressure is only reduced and supplied to the steam header 17 by the regulating valve 16, so that the overall energy efficiency cannot be said to be sufficiently high. There is also a problem that the form of energy use is limited and the degree of freedom is small. Therefore, an object of the present invention is to provide a gas turbine system that solves such a problem.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する請求
項１に記載の発明は、圧縮空気と燃料を導入し、高圧ガ
スを発生する燃焼器およびその高圧ガスにより駆動され
るガスタービンを備えたガスタービン装置と、ガスター
ビンの排気ガスを利用して蒸気を発生する排ガスボイラ
と、その発生蒸気を前記燃焼器へ供給する配管系統を設
けたガスタービンシステムである。そして前記配管系統
からの蒸気により駆動される蒸気タービンをさらに設け
たことを特徴とするものである。上記システムによれ
ば、排ガスボイラ９で発生させた高圧蒸気が燃焼器３に
供給されると共に、その一部が蒸気タービンの駆動エネ
ルギーとして利用される。そのためシステム全体の効率
および蒸気使用の自由度が著しく増加する。すなわち、
高圧蒸気を減圧せずにそのまま機械エネルギーに変換で
きるので、エネルギー効率が高くなる。そして蒸気ター
ビンで被駆動機などを駆動することにより電力消費量を
減少することができる。また蒸気タービンでエネルギー
回収した後の蒸気を熱負荷設備に供給することができ
る。また発生蒸気の使用形態が増えるので、それだけ使
用上の自由度が増加する。According to a first aspect of the present invention, there is provided a combustor for introducing compressed air and fuel to generate a high-pressure gas and a gas turbine driven by the high-pressure gas. A gas turbine system includes a gas turbine device, an exhaust gas boiler that generates steam using exhaust gas from a gas turbine, and a piping system that supplies the generated steam to the combustor. Further, a steam turbine driven by steam from the piping system is further provided. According to the above system, the high-pressure steam generated in the exhaust gas boiler 9 is supplied to the combustor 3 and a part of the high-pressure steam is used as driving energy for the steam turbine. This significantly increases the efficiency of the entire system and the freedom of using steam. That is,
Since high-pressure steam can be converted into mechanical energy as it is without decompression, energy efficiency is increased. By driving a driven machine or the like with the steam turbine, the power consumption can be reduced. Moreover, the steam after energy recovery by the steam turbine can be supplied to the heat load equipment. Further, since the use form of the generated steam increases, the degree of freedom in use increases accordingly.
【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明の好ましい実施の形態であって、燃焼器に導入さ
れる燃料が高圧の気体燃料であり、その気体燃料を加圧
するための燃料圧縮機が設けられ、燃料圧縮機にはそれ
を駆動する電動機（もしくは電動／発電機）と蒸気ター
ビンの両者が結合されていることを特徴とするものであ
る。上記発明によれば、電力消費量を大幅に削減するこ
とができる。すなわち、燃焼器３内の圧力に対応した高
圧の大量の燃料ガスを加圧する燃料圧縮機には大きな電
力が必要であるが，蒸気タービンによりその一部もしく
は全部を受け持たせることができる。なお燃料圧縮機に
電動機の代わりに電動／発電機が結合される場合は、蒸
気タービンが燃料圧縮機を駆動してもまだ余力があると
きに、そのエネルギーを電気エネルギーに変換して回収
することができる。[0008] The invention described in claim 2 is a preferred embodiment of the invention described in claim 1, wherein the fuel introduced into the combustor is a high-pressure gaseous fuel, and the gaseous fuel is pressurized. Is provided, and both a motor (or an electric / generator) for driving the fuel compressor and a steam turbine are connected to the fuel compressor. According to the above invention, the power consumption can be significantly reduced. That is, the fuel compressor that pressurizes a large amount of high-pressure fuel gas corresponding to the pressure in the combustor 3 requires a large amount of electric power, but a part or all of the fuel gas can be provided by the steam turbine. When a motor / generator is connected to the fuel compressor instead of the motor, when the steam turbine drives the fuel compressor and still has enough power, convert the energy to electrical energy and recover it. Can be.
【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の発明の好ましい実施の形態であって、蒸気タービンと
燃料圧縮機がクラッチ装置を介して結合されていること
を特徴とするものである。上記発明によれば、蒸気ター
ビンが動力源として作用していないときには、燃料圧縮
機を駆動する電動機（もしくは電動／発電機）の電力消
費を抑制することができる。請求項４に記載の発明は、
請求項２または請求項３に記載の発明の好ましい実施の
形態であって、蒸気タービンに燃料圧縮機以外の被駆動
機がさらに結合されていることを特徴とするものであ
る。上記発明によれば、蒸気タービンが燃料圧縮機以外
の被駆動機を駆動して蒸気エネルギーを最大限に活用す
ることが可能になる。A third aspect of the present invention is a preferred embodiment of the second aspect of the present invention, wherein the steam turbine and the fuel compressor are connected via a clutch device. It is. According to the above invention, when the steam turbine is not acting as a power source, it is possible to suppress the power consumption of the electric motor (or electric / generator) driving the fuel compressor. The invention described in claim 4 is
A preferred embodiment of the invention according to claim 2 or 3, wherein a driven machine other than the fuel compressor is further coupled to the steam turbine. According to the above-mentioned invention, it is possible for the steam turbine to drive a driven machine other than the fuel compressor to make full use of steam energy.
【００１０】請求項５に記載の発明は、請求項１に記載
の発明の別の好ましい実施の形態であって、燃焼器に導
入される燃料が液体燃料であり、さらに蒸気タービンに
発電機が結合されていることを特徴とするものである。
上記発明によれば、排ガスボイラで発生させた高圧蒸気
が燃焼器と蒸気タービンの両者に供給され、該蒸気ター
ビンで駆動される発電機により余剰電力が電気エネルギ
ーとして有効に回収される。請求項６に記載の発明は、
上記いずれかの請求項に記載の発明の好ましい実施の形
態であって、蒸気タービンの排気または抽気が熱負荷設
備に供給されるようになされていることを特徴とするも
のである。上記発明によれば、蒸気タービンで使用され
減圧した蒸気をさらに有効活用することができる。The invention according to claim 5 is another preferred embodiment of the invention according to claim 1, wherein the fuel introduced into the combustor is a liquid fuel, and the steam turbine is provided with a generator. It is characterized by being connected.
According to the above invention, high-pressure steam generated by the exhaust gas boiler is supplied to both the combustor and the steam turbine, and the generator driven by the steam turbine effectively collects surplus power as electric energy. The invention according to claim 6 is
A preferred embodiment of the invention described in any one of the above claims, characterized in that exhaust or bleed air of a steam turbine is supplied to a heat load facility. According to the above invention, the steam used in the steam turbine and reduced in pressure can be more effectively utilized.
【００１１】請求項７に記載の発明は、上記いずれかの
請求項に記載の発明の好ましい実施の形態であって、蒸
気タービンの排気が復水器で凝縮されるようになされて
いることを特徴とするものである。上記発明によれば、
排ガスボイラで発生した高圧蒸気を従来のように減圧し
て熱負荷設備に供給するのではなく、蒸気タービンで最
大限機械エネルギーに変換できるので、システムの総合
エネルギー効率がより一層高くなる。The invention according to claim 7 is a preferred embodiment of the invention described in any one of the above claims, wherein the exhaust of the steam turbine is condensed in a condenser. It is a feature. According to the above invention,
The high-pressure steam generated in the exhaust gas boiler can be converted into the maximum mechanical energy by the steam turbine instead of being reduced and supplied to the heat load equipment as in the related art, so that the overall energy efficiency of the system is further improved.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１，図２は夫々本発明のガスタ
ービンシステムの１例を示すプロセスフロー図であり、
図７と同じ部分には同一符号が付されている。図７と同
様な部分以外について説明すると、２１は本発明により
システムに導入された蒸気タービンである。この蒸気タ
ービン２１は調整弁２２を介して配管系統１４から供給
される高圧の蒸気により回転駆動され、その軸がクラッ
チ装置２３を介して結合された燃料圧縮機６を駆動す
る。図１の例では、蒸気タービン２１の後段部からの排
気は、調整弁２４を経て蒸気ヘッダ１７に供給される。
また図２の例では、蒸気タービン２１の後段部からの排
気は、調整弁２５を経て空冷式（もしくは水冷式）の復
水器２６に導入され、そこで凝縮されて水タンク１０に
覆水として戻される。さらに蒸気タービン２１の中段部
からの抽気は、調整弁２７を経て蒸気ヘッダ１７に供給
される。なお、蒸気タービン２１からのこれら排気や抽
気を蒸気ヘッダ１７へ供給する設備、復水器２６などは
所望により設置され、またそれらは必要に応じて複数組
み合わせ設置することができる。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are process flow diagrams each showing an example of the gas turbine system of the present invention.
The same parts as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals. Explaining portions other than those similar to FIG. 7, reference numeral 21 denotes a steam turbine introduced into the system according to the present invention. The steam turbine 21 is driven to rotate by high-pressure steam supplied from the piping system 14 via a regulating valve 22, and drives the fuel compressor 6 whose shaft is connected via a clutch device 23. In the example of FIG. 1, the exhaust gas from the rear part of the steam turbine 21 is supplied to the steam header 17 via the regulating valve 24.
In the example of FIG. 2, the exhaust gas from the rear stage of the steam turbine 21 is introduced into an air-cooled (or water-cooled) condenser 26 via a regulating valve 25, where it is condensed and returned to the water tank 10 as water. It is. Further, the bleed air from the middle stage of the steam turbine 21 is supplied to the steam header 17 via the regulating valve 27. The equipment for supplying the exhaust gas and the bleed air from the steam turbine 21 to the steam header 17, the condenser 26, and the like are installed as desired, and a plurality of them can be installed as needed.
【００１３】次に図１の例の作用を説明すると、先ずシ
ステムの起動時に排ガスボイラ９が蒸気供給の状態にな
っていないとき、調整弁１５および２２を閉じて燃焼器
３と蒸気タービン２１への蒸気供給は停止される。その
ような期間は燃料圧縮機６を駆動する電動機７の負荷増
加を避けるため、クラッチ装置２３による軸の結合は解
除しておく。排ガスボイラ９が蒸気供給の状態になって
いれば、高圧蒸気を調整弁２２を調整して蒸気タービン
２１に供給し蒸気タービン２１を起動する。そして蒸気
タービン２１の回転速度が燃料圧縮機６の回転速度まで
上昇したときにクラッチ装置２３の結合操作を行う。な
おクラッチ装置２３を設けない場合は、当然ながらこの
ようなクラッチ操作は存在しない。システム運転時にお
いて熱負荷設備の蒸気使用量が低下したときは、調整弁
１６を絞り調整弁１５を調整し、排ガスボイラ９で発生
する高圧蒸気の一部を燃焼器３に供給してガスタービン
４の駆動エネルギーとして活用する。Next, the operation of the example shown in FIG. 1 will be described. First, when the exhaust gas boiler 9 is not in the state of steam supply at the time of starting the system, the regulating valves 15 and 22 are closed to connect the combustor 3 and the steam turbine 21. Is stopped. In such a period, the coupling of the shaft by the clutch device 23 is released in order to avoid an increase in the load on the electric motor 7 that drives the fuel compressor 6. If the exhaust gas boiler 9 is in a state of supplying steam, the high pressure steam is adjusted to the regulating valve 22 and supplied to the steam turbine 21 to start the steam turbine 21. When the rotation speed of the steam turbine 21 increases to the rotation speed of the fuel compressor 6, the clutch device 23 is engaged. When the clutch device 23 is not provided, such a clutch operation does not exist. When the amount of steam used by the heat load equipment decreases during system operation, the regulating valve 16 is throttled to regulate the regulating valve 15, and a part of the high-pressure steam generated in the exhaust gas boiler 9 is supplied to the combustor 3 to provide a gas turbine. Utilize as driving energy of 4.
【００１４】一例としてガスタービン装置１の発電容量
が４ＭＷ級の場合、燃料圧縮機６を電動機７のみで運転
する場合に要する電力は１６０ｋＷ程度である。一方、
排ガスボイラ９では１１．５ｔ／ｈ程度の蒸気が発生す
るが、そのうちの１０．５ｔ／ｈ程度の蒸気を蒸気ター
ビン２１に供給し、残りの１ｔ／ｈ分を熱負荷設備で必
要なら調整弁１６から供給し、そうでなかったら燃焼器
３に供給する。そして排ガスボイラ９における１７ｋｇ
／ｃｍ2 ｇから蒸気ヘッダ１７の圧力８ｋｇ／ｃｍ2 ｇ
までの圧力差を利用し、それを駆動力に変換すれば１６
０ｋＷ程度の動力が得られるので、電動機７の動力を実
質的に無視できるまで減少させることができる。As an example, when the power generation capacity of the gas turbine device 1 is of the 4 MW class, the electric power required when the fuel compressor 6 is operated only by the electric motor 7 is about 160 kW. on the other hand,
About 11.5 t / h of steam is generated in the exhaust gas boiler 9, and about 10.5 t / h of the steam is supplied to the steam turbine 21, and the remaining 1 t / h of the steam is supplied to the heat load equipment if necessary. Supplied from 16; otherwise, supplied to combustor 3. And 17kg in the exhaust gas boiler 9
/ Cm 2 g to steam header 17 pressure 8 kg / cm 2 g
Using the pressure difference up to and converting it to driving force, 16
Since a power of about 0 kW is obtained, the power of the electric motor 7 can be reduced to a level that can be substantially ignored.
【００１５】なお１日の時間帯によっては熱負荷設備の
蒸気使用量が極めて低く、蒸気タービン２１の排気や抽
気を蒸気ヘッダ１７に供給できないような場合は、抽気
を停止すると共に図２のように、排気の全量を復水器２
６で凝縮させる。その場合には蒸気エネルギーが最大限
蒸気タービン２１の駆動エネルギーとして回収される。If the amount of steam used by the heat load equipment is extremely low depending on the time of day, and the exhaust gas from the steam turbine 21 or the bleed air cannot be supplied to the steam header 17, the bleed air is stopped and as shown in FIG. In addition, the entire amount of exhaust
Condensate at 6. In that case, the steam energy is recovered as the driving energy of the steam turbine 21 at the maximum.
【００１６】一方、例えば蒸気タービン２１の抽気を蒸
気ヘッダ１７に供給すると共に排気を復水器２６に導入
するように構成すると、排ガスボイラ９からの高圧蒸気
を調整弁１６で減圧して蒸気ヘッダ１７に供給する量を
極力減少させ、その代わりに蒸気タービン２１の抽気を
蒸気ヘッダ１７へ供給するようにし、残りの蒸気タービ
ン２１の排気を全て凝縮するような運転ができる。その
ような運転方法を採用することによりシステムのエネル
ギー効率を極めて高くできる。なお上記の場合において
も熱負荷設備の使用量が著しく低下したときは、抽気を
停止して排気の全量を復水器２６で凝縮させることもで
きる。On the other hand, for example, if the bleed air of the steam turbine 21 is supplied to the steam header 17 and the exhaust gas is introduced into the condenser 26, the high-pressure steam from the exhaust gas boiler 9 is depressurized by the regulating valve 16 and 17 is reduced as much as possible, instead, the bleed air of the steam turbine 21 is supplied to the steam header 17, and an operation of condensing all the exhaust gas of the remaining steam turbine 21 can be performed. By employing such an operation method, the energy efficiency of the system can be made extremely high. Even in the above case, when the usage of the heat load equipment is significantly reduced, the extraction may be stopped and the entire amount of exhaust gas may be condensed by the condenser 26.
【００１７】図３は図１の変形例であり、請求項４に記
載の発明を具体化したもので、蒸気タービン２１の軸に
燃料圧縮機６とそれ以外の例えば換気装置のような被駆
動機２８が結合される。図４はこれらの機器がエンクロ
ージャ２９内に収容された状態を示す断面図であり、エ
ンクロージャ２９に設けた開口部に被駆動機２８が配置
されて内部の換気を行っている。エンクロージャ２９は
屋外設備であれば雨雪よけとして設置され、屋内設備で
あれば騒音対策が主な設置目的となるが、いずれにして
も機器からの発熱を放散させるために換気を必要とし、
その換気用の被駆動機２８を蒸気タービン２１に駆動さ
せるものである。なおこのエンクロージャ２９内に被駆
動機２８を複数設けることもできる。FIG. 3 is a modified example of FIG. 1 and embodies the invention according to claim 4, wherein a fuel compressor 6 and other driven components such as a ventilation device are mounted on a shaft of a steam turbine 21. Machine 28 is coupled. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which these devices are housed in the enclosure 29. A driven machine 28 is disposed in an opening provided in the enclosure 29 to perform ventilation inside. The enclosure 29 is installed as a rain and snow shield for outdoor equipment, and the main purpose of installation is to reduce noise for indoor equipment. In any case, ventilation is required to dissipate heat generated from the equipment,
The driven machine 28 for ventilation is driven by the steam turbine 21. Note that a plurality of driven machines 28 can be provided in the enclosure 29.
【００１８】図５は図１の別の変形例であり、請求項２
に記載の発明を具体化したもので、図１と異なる部分の
み示してある。図１の例では燃料圧縮機６の駆動用とし
て電動機７を使用しているが、この例では電動機７の代
わりに電動／発電機３０が使用される。電動／発電機３
０は、負荷を負っているときに電動機として作用し電気
系統からの電力供給を受け、強制駆動（マイナス負荷）
されるときに発電機として作用し電気系統に電力を逆送
するものである。そしてシステム運転中において、蒸気
タービン２１の駆動力が燃料圧縮機６に必要とされる値
より低い場合には、電動／発電機３０が電動機として作
用し、逆の場合には発電機として作用する。FIG. 5 shows another modification of FIG.
1 and only the parts different from FIG. 1 are shown. Although the electric motor 7 is used for driving the fuel compressor 6 in the example of FIG. 1, an electric / generator 30 is used instead of the electric motor 7 in this example. Electric / generator 3
0: Acts as a motor when a load is applied, receives power from the electric system, and forcibly drives (minus load)
When this is done, it acts as a generator and sends power back to the electrical system. Then, during the system operation, if the driving force of the steam turbine 21 is lower than the value required for the fuel compressor 6, the motor / generator 30 functions as a motor, and vice versa. .
【００１９】図６は図１のさらに別の変形例であり、請
求項５に記載の発明を具体化したプロセスフロー図で、
燃焼器３の燃料に灯油などの液体燃料を使用する場合に
好適に適用される。なお図１と同じ部分には同一符号が
付されている。液体燃料はポンプ３１により燃焼器３に
供給され、蒸気タービン２１の軸には発電機３２が結合
される。ポンプ３１は図１のような燃料圧縮機６より消
費電力が極めて低いので、わざわざ蒸気タービン２１で
駆動する必要はない。そこで蒸気タービン２１はその駆
動力を発電機用として有効使用される。なお図６におけ
るその他の作用は図１と同様なので説明を省略する。FIG. 6 is a further modified example of FIG. 1 and is a process flow diagram embodying the invention according to claim 5.
It is preferably applied when a liquid fuel such as kerosene is used as the fuel for the combustor 3. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The liquid fuel is supplied to the combustor 3 by a pump 31, and a generator 32 is connected to a shaft of the steam turbine 21. Since the pump 31 consumes much less power than the fuel compressor 6 as shown in FIG. 1, it is not necessary to drive the pump 31 with the steam turbine 21. Therefore, the steam turbine 21 is effectively used for its driving force for a generator. The other operations in FIG. 6 are the same as those in FIG.
【００２０】[0020]
【発明の効果】以上のように請求項１に記載の発明によ
れば、燃焼器内の圧力に対応して排ガスボイラで発生さ
せた高圧蒸気が燃焼器に供給されると共に、その一部が
蒸気タービンの駆動エネルギーとして利用される。その
ためシステム効率および蒸気使用の自由度が著しく増加
する。すなわち、高圧蒸気を減圧せずそのまま機械エネ
ルギーに変換できるので、高いエネルギー効率が得られ
る。そして蒸気タービンで被駆動機を駆動することによ
り工場設備などの電力消費量を減少することができる。
また蒸気タービンでエネルギー交換した蒸気を熱負荷設
備に供給することができる。さらに発生蒸気の使用形態
が増えるのでそれだけ使用上の自由度が増加する。As described above, according to the first aspect of the invention, high-pressure steam generated by the exhaust gas boiler is supplied to the combustor in accordance with the pressure in the combustor, and a part of the high-pressure steam is supplied to the combustor. Used as drive energy for steam turbines. This significantly increases the system efficiency and the freedom of using steam. That is, high-pressure steam can be directly converted into mechanical energy without decompression, so that high energy efficiency can be obtained. By driving the driven machine with the steam turbine, it is possible to reduce the power consumption of factory equipment and the like.
Further, the steam whose energy has been exchanged by the steam turbine can be supplied to the heat load equipment. Further, since the use form of the generated steam increases, the degree of freedom in use increases accordingly.
【００２１】請求項２に記載の発明では、燃焼器に導入
される燃料が高圧の気体燃料とされ、その気体燃料を加
圧するための燃料圧縮機が設けられ、燃料圧縮機にはそ
れを駆動する電動機（電動／発電機）と蒸気タービンの
両者が結合される。そのため燃料圧縮機に必要とされる
電力消費量を大幅に削減することができる。すなわち、
大量の燃料ガスを燃焼器３内の圧力に対応した高圧まで
加圧するためには，燃料圧縮機に大きな電力を必要とす
るが，蒸気タービンによりその一部もしくは全部を受け
持たせることが可能になる。また燃料圧縮機に電動／発
電機が結合される場合には、蒸気タービンが燃料圧縮機
を駆動してもまだ余力があるときに、そのエネルギーを
電気エネルギーに変換して回収することができる。According to the second aspect of the present invention, the fuel introduced into the combustor is a high-pressure gaseous fuel, and a fuel compressor for pressurizing the gaseous fuel is provided, and the fuel compressor drives the same. Both the electric motor (motor / generator) and the steam turbine are connected. Therefore, the power consumption required for the fuel compressor can be significantly reduced. That is,
In order to pressurize a large amount of fuel gas to a high pressure corresponding to the pressure inside the combustor 3, a large amount of electric power is required for the fuel compressor. Become. Further, when the motor / generator is connected to the fuel compressor, when the steam turbine drives the fuel compressor, if there is still enough power, the energy can be converted into electric energy and recovered.
【００２２】請求項３に記載の発明は、蒸気タービンと
燃料圧縮機がクラッチ装置を介して結合される。そのた
め蒸気タービンが動力源として作用していないときには
燃料圧縮機を駆動する電動機（もしくは電動／発電機）
の電力消費を抑制することができる。請求項４に記載の
発明では、蒸気タービンに燃料圧縮機以外の被駆動機が
さらに結合される。そのため蒸気タービンが燃料圧縮機
以外の被駆動機を駆動して蒸気エネルギーを最大限に活
用することができる。請求項５に記載の発明では、燃焼
器に導入される燃料が液体燃料とされ、蒸気タービンに
発電機が結合される。そのため排ガスボイラで発生させ
た高圧蒸気が燃焼器に供給されると共に蒸気タービンに
も供給され、それにより駆動される発電機によって余剰
電力が電気エネルギーとして有効に回収される。According to a third aspect of the present invention, the steam turbine and the fuel compressor are connected via a clutch device. Therefore, when the steam turbine is not acting as a power source, the electric motor (or electric / generator) driving the fuel compressor
Power consumption can be suppressed. In the invention described in claim 4, a driven machine other than the fuel compressor is further connected to the steam turbine. Therefore, the steam turbine can drive the driven machines other than the fuel compressor to make maximum use of the steam energy. In the invention described in claim 5, the fuel introduced into the combustor is liquid fuel, and the generator is connected to the steam turbine. Therefore, high-pressure steam generated in the exhaust gas boiler is supplied to the combustor and also to the steam turbine, and the generator driven thereby effectively recovers surplus power as electric energy.
【００２３】請求項６に記載の発明では、蒸気タービン
の排気または抽気が熱負荷設備に供給されるようになさ
れる。そのため蒸気タービンで使用され減圧した蒸気を
さらに有効活用することができる。請求項７に記載の発
明では、蒸気タービンの排気が復水器で凝縮されるよう
になされる。そのため排ガスボイラで発生した高圧蒸気
の余剰分は蒸気タービンで最大限機械エネルギーに変換
され、システムの総合エネルギー効率がより一層高くな
る。According to the sixth aspect of the present invention, the exhaust gas or the bleed air of the steam turbine is supplied to the heat load equipment. Therefore, the reduced-pressure steam used in the steam turbine can be more effectively utilized. In the invention described in claim 7, the exhaust gas of the steam turbine is condensed in the condenser. Therefore, the excess part of the high-pressure steam generated in the exhaust gas boiler is converted into maximum mechanical energy by the steam turbine, and the overall energy efficiency of the system is further improved.
【図１】本発明のガスタービンシステムの１例を示すプ
ロセスフロー図。FIG. 1 is a process flow diagram showing one example of a gas turbine system of the present invention.
【図２】本発明のガスタービンシステムの他の例を示す
プロセスフロー図。FIG. 2 is a process flow diagram showing another example of the gas turbine system of the present invention.
【図３】図１の変形例で、図１と異なる部分のみ示すプ
ロセスフロー図。FIG. 3 is a process flow diagram showing only a portion different from FIG. 1 in a modified example of FIG. 1;
【図４】図３の機器をエンクロージャ２９に収容した状
態を示す断面図。FIG. 4 is a sectional view showing a state in which the device shown in FIG.
【図５】図１の別の変形例で、図１と異なる部分のみ示
すプロセスフロー図。FIG. 5 is a process flow diagram showing another modified example of FIG. 1 and showing only parts different from FIG. 1;
【図６】図１のさらに別の変形例を示すプロセスフロー
図。FIG. 6 is a process flow chart showing still another modified example of FIG. 1;
【図７】通常のガスタービンシステムを示すプロセスフ
ロー図。FIG. 7 is a process flow diagram showing a typical gas turbine system.
１ ガスタービン装置 ２ 空気圧縮機 ３ 燃焼器 ４ ガスタービン ５ 空気 ６ 燃料圧縮機 ７ 電動機 ８ 燃料ガス ９ 排ガスボイラ １０ 水タンク １１ ポンプ １２ 排出装置 １３ 給水配管 １４ 配管系統 １５ 調整弁 １６ 調整弁 １７ 蒸気ヘッダ １８ 調整弁 １９ 供給配管 ２０ 発電機 ２１ 蒸気タービン ２２ 調整弁 ２３ クラッチ ２４，２５ 調整弁 ２６ 復水器 ２７ 調整弁 ２８ 被駆動機 ２９ エンクロージャ ３０ 電動／発電機 ３１ ポンプ ３２ 発電機 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas turbine apparatus 2 Air compressor 3 Combustor 4 Gas turbine 5 Air 6 Fuel compressor 7 Electric motor 8 Fuel gas 9 Exhaust gas boiler 10 Water tank 11 Pump 12 Discharge device 13 Water supply pipe 14 Piping system 15 Regulator valve 16 Regulator valve 17 Steam Header 18 Adjustment valve 19 Supply pipe 20 Generator 21 Steam turbine 22 Adjustment valve 23 Clutch 24, 25 Adjustment valve 26 Condenser 27 Adjustment valve 28 Driven device 29 Enclosure 30 Electric / generator 31 Pump 32 Generator
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ // Ｆ０２Ｃ 3/22 Ｆ０２Ｃ 3/22 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI // F02C 3/22 F02C 3/22
Claims (7)
する燃焼器３およびその高圧ガスにより駆動されるガス
タービン４を備えたガスタービン装置１と、前記ガスタ
ービン４の排気ガスを利用して蒸気を発生する排ガスボ
イラ９と、 その発生蒸気を前記燃焼器３へ供給する配管系統１４と
を設けたガスタービンシステムにおいて、 前記配管系統１４からの蒸気により駆動される蒸気ター
ビン２１をさらに設けたことを特徴とするガスタービン
システム。1. A gas turbine device 1 including a combustor 3 for introducing compressed air and fuel to generate a high-pressure gas, a gas turbine 4 driven by the high-pressure gas, and an exhaust gas of the gas turbine 4. In a gas turbine system provided with an exhaust gas boiler 9 for generating steam by steam and a piping system 14 for supplying the generated steam to the combustor 3, a steam turbine 21 driven by steam from the piping system 14 is further provided. A gas turbine system characterized in that:
燃料であり、該気体燃料を加圧する燃料圧縮機６が設け
られ、該燃料圧縮機６にはそれを駆動するための電動機
７（もしくは電動／発電機３０）と蒸気タービン２１の
両者が結合されている請求項１に記載のガスタービンシ
ステム。2. The fuel introduced into the combustor 3 is a high-pressure gaseous fuel, and a fuel compressor 6 for pressurizing the gaseous fuel is provided, and the fuel compressor 6 has an electric motor 7 for driving it. The gas turbine system according to claim 1, wherein both the (or the electric / generator 30) and the steam turbine 21 are connected.
ッチ装置２３を介して結合されている請求項２に記載の
ガスタービンシステム。3. The gas turbine system according to claim 2, wherein the steam turbine and the fuel compressor are connected via a clutch device.
被駆動機２８がさらに結合されている請求項２または請
求項３に記載のガスタービンシステム。4. The gas turbine system according to claim 2, wherein a driven machine other than the fuel compressor is further connected to the steam turbine.
あり、蒸気タービン２１に発電機３２が結合されている
請求項１に記載のガスタービンシステム。5. The gas turbine system according to claim 1, wherein the fuel introduced into the combustor 3 is a liquid fuel, and the generator 32 is connected to the steam turbine 21.
気が、熱負荷設備に供給されるようになされている請求
項１〜請求項５のいずれかに記載のガスタービンシステ
ム。6. The gas turbine system according to claim 1, wherein exhaust gas or bleed air in the steam turbine 21 is supplied to a heat load facility.
で凝縮されるようになされている請求項１〜請求項６の
いずれかに記載のガスタービンシステム。7. The exhaust of the steam turbine 21 is supplied to a condenser 26.
The gas turbine system according to claim 1, wherein the gas turbine system is condensed by:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33511097A JPH11153041A (en) | 1997-11-19 | 1997-11-19 | Gas turbine system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33511097A JPH11153041A (en) | 1997-11-19 | 1997-11-19 | Gas turbine system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11153041A true JPH11153041A (en) | 1999-06-08 |
Family
ID=18284890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33511097A Pending JPH11153041A (en) | 1997-11-19 | 1997-11-19 | Gas turbine system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11153041A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2395753A (en) * | 2002-11-08 | 2004-06-02 | Bowman Power Systems Ltd | Fuel compressor system for a gas turbine |
| JP2004270600A (en) * | 2003-03-11 | 2004-09-30 | Hitachi Ltd | System and method of power generation using black liquor and method of modifying system of power generation using black liquor |
| US6892542B2 (en) * | 2002-09-13 | 2005-05-17 | General Electric Company | Gas compression system and method for microturbine application |
| FR2930971A1 (en) * | 2008-05-05 | 2009-11-13 | Gen Electric | SUPPLY SYSTEM FOR DOUBLE FUEL GAS OF TURBINE WITH INDEPENDENT COLLECTORS |
-
1997
- 1997-11-19 JP JP33511097A patent/JPH11153041A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6892542B2 (en) * | 2002-09-13 | 2005-05-17 | General Electric Company | Gas compression system and method for microturbine application |
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| JP2004270600A (en) * | 2003-03-11 | 2004-09-30 | Hitachi Ltd | System and method of power generation using black liquor and method of modifying system of power generation using black liquor |
| FR2930971A1 (en) * | 2008-05-05 | 2009-11-13 | Gen Electric | SUPPLY SYSTEM FOR DOUBLE FUEL GAS OF TURBINE WITH INDEPENDENT COLLECTORS |
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