JP2007198201A - Gas turbine plant system and gas turbine plant system remodeling method - Google Patents
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Abstract
【課題】充分な水を確保することが困難な地域においても、高湿分ガスタービンを有効に運用することができるガスタービンプラントシステム及びその改造方法を提供する。
【解決手段】大気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機3、圧縮機3からの圧縮空気と燃料によって燃焼ガスを得る燃焼器6、及び燃焼器6からの燃焼ガスによって動力を得るタービン7を有する高湿分ガスタービン設備1と、ガスタービン設備1の排出ガスによって水を加熱する排熱回収ボイラ設備100と、ボイラ設備100からの蒸気によって海水を蒸溜して水を精製する水製造設備200と、水製造設備200で精製され、ボイラ設備100で加熱された水の一部を圧縮機3からの圧縮空気に供給する圧縮空気加湿装置4と、圧縮空気加湿装置4で加湿された圧縮空気をガスタービン設備1の排出ガスによって加熱する再生器5とを備える。
【選択図】図1A gas turbine plant system capable of effectively operating a high-humidity gas turbine even in an area where it is difficult to secure sufficient water and a method for remodeling the same are provided.
A compressor 3 that compresses the atmosphere to generate compressed air, a combustor 6 that obtains combustion gas by compressed air and fuel from the compressor 3, and a turbine 7 that obtains power by combustion gas from the combustor 6. A high-humidity gas turbine facility 1 having a high temperature, an exhaust heat recovery boiler facility 100 that heats water using exhaust gas from the gas turbine facility 1, and a water production facility that purifies water by distilling seawater with steam from the boiler facility 100 200, a compressed air humidifier 4 that supplies a part of water purified by the water production facility 200 and heated by the boiler facility 100 to the compressed air from the compressor 3, and compressed by the compressed air humidifier 4 And a regenerator 5 that heats the air with the exhaust gas of the gas turbine equipment 1.
[Selection] Figure 1
Description
本発明はガスタービンプラントシステム及びガスタービンプラントシステムの改造方法に関する。 The present invention relates to a gas turbine plant system and a gas turbine plant system remodeling method.
ガスタービンを利用した発電システムには、圧縮機の吸気に水滴を噴霧して作動流体流量を増加させることによって効率向上を図る、いわゆる高湿分ガスタービンシステムがある。この種のシステムには、ガスタービンの排出ガスに多量の水分が含まれているため、この排出ガス中の水分を水回収装置で回収して、その水をシステム内で再利用するものがある(特許文献1等参照)。 As a power generation system using a gas turbine, there is a so-called high-humidity gas turbine system that improves efficiency by spraying water droplets on the intake air of a compressor to increase the flow rate of a working fluid. In this type of system, since a large amount of water is contained in the exhaust gas of the gas turbine, there is a system in which the water in the exhaust gas is recovered by a water recovery device and the water is reused in the system. (Refer to patent document 1 etc.).
ところが、地理的理由等で充分な水を得ることが難しい地域では、多量の水を要する高湿分ガスタービンシステムを利用することは困難である。また、このような地域では、たとえ上記のような水回収装置を設置しても、それによって得られる水量がプラントの循環水系統に濃縮する不純物の除去や、循環水の置換等に要する水量より少ないため、依然として充分な水量を得ることは難しい。 However, it is difficult to use a high-humidity gas turbine system that requires a large amount of water in an area where it is difficult to obtain sufficient water for geographical reasons. In such areas, even if a water recovery device such as the one described above is installed, the amount of water obtained can be more than the amount of water required for removal of impurities concentrated in the circulating water system of the plant, replacement of circulating water, etc. Because of the small amount, it is still difficult to obtain a sufficient amount of water.
本発明の目的は、充分な水を確保することが困難な地域においても、高湿分ガスタービンを有効に運用することができるガスタービンプラントシステム及びその改造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a gas turbine plant system capable of effectively operating a high-humidity gas turbine even in an area where it is difficult to secure sufficient water, and a method for remodeling the same.
(1)本発明は、上記目的を達成するために、大気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機、この圧縮機からの圧縮空気と燃料によって燃焼ガスを得る燃焼器、及びこの燃焼器からの燃焼ガスによって動力を得るタービンを有するガスタービンと、このガスタービンの排出ガスによって水を加熱するボイラと、このボイラからの蒸気によって海水を蒸溜して水を精製する水製造装置と、この水製造装置で精製され、前記ボイラで加熱された水の一部を前記圧縮機からの圧縮空気に供給する加湿装置と、この加湿装置で加湿された圧縮空気を前記ガスタービンの排出ガスによって加熱する熱交換器とを備え、この熱交換器で加熱した空気を前記燃焼器に燃焼用空気として供給するものとする。 (1) In order to achieve the above object, the present invention is a compressor that compresses the atmosphere to generate compressed air, a combustor that obtains combustion gas from the compressed air and fuel from the compressor, and the combustor A gas turbine having a turbine that is powered by the combustion gas of the gas, a boiler that heats the water by the exhaust gas of the gas turbine, a water production device that purifies water by distilling seawater with the steam from the boiler, and the water A humidifier that supplies a portion of the water purified by the manufacturing apparatus and heated by the boiler to the compressed air from the compressor, and the compressed air humidified by the humidifier is heated by the exhaust gas of the gas turbine. A heat exchanger, and air heated by the heat exchanger is supplied to the combustor as combustion air.
(2)上記(1)は、好ましくは、更に、前記水製造装置で精製された水の一部を水需要地に供給する水供給系統を備えるものとする。 (2) The above (1) preferably further comprises a water supply system for supplying a part of the water purified by the water production apparatus to the water demand area.
(3)上記(1)又は(2)は、好ましくは、更に、排出ガス中の水を回収する水回収装置を前記ボイラの排出ガス流通方向下流側に備えるものとする。 (3) In the above (1) or (2), preferably, a water recovery device for recovering water in the exhaust gas is further provided on the downstream side in the exhaust gas distribution direction of the boiler.
(4)上記(1)乃至(3)いずれかは、好ましくは、更に、大気から取り込んだ空気中に前記水製造装置で精製した水を噴霧する水噴霧装置を前記圧縮機の上流側に備えるものとする。 (4) Preferably, any of the above (1) to (3) is further provided with a water spraying device for spraying water purified by the water production device into the air taken in from the atmosphere upstream of the compressor. Shall.
(5)本発明は、上記目的を達成するために、水を加熱するボイラと、このボイラからの蒸気によって海水を蒸溜して水を精製する水製造装置とを備えたプラントに、大気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機、この圧縮機からの圧縮空気と燃料によって燃焼ガスを得る燃焼器、及びこの燃焼器からの燃焼ガスによって動力を得るタービンを有するガスタービンと、前記水製造装置で精製され、前記ボイラで加熱された水の一部を前記圧縮機からの圧縮空気に供給する加湿装置と、この加湿装置で加湿された圧縮空気を燃焼用空気として前記燃焼器に供給する前に前記ガスタービンの排出ガスによって加熱する熱交換器とを追設するものとする。 (5) In order to achieve the above object, the present invention compresses the atmosphere in a plant equipped with a boiler for heating water and a water production apparatus for purifying water by distilling seawater with steam from the boiler. A compressor for generating compressed air, a combustor for obtaining combustion gas from the compressed air and fuel from the compressor, a gas turbine having a turbine for obtaining power by the combustion gas from the combustor, and the water producing apparatus A humidifier that supplies a portion of the water purified by the boiler and heated by the boiler to the compressed air from the compressor, and before the compressed air humidified by the humidifier is supplied to the combustor as combustion air And a heat exchanger that is heated by the exhaust gas of the gas turbine.
(6)また、本発明は、上記目的を達成するために、大気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機、この圧縮機からの圧縮空気と燃料によって燃焼ガスを得る燃焼器、及びこの燃焼器からの燃焼ガスによって動力を得るタービンを有するガスタービンに、このガスタービンの排出ガスで水を加熱するボイラと、このボイラからの蒸気によって海水を蒸溜して水を精製する水製造装置と、この水製造装置で精製され、前記ボイラで加熱された水の一部を前記圧縮機からの圧縮空気に供給する加湿手段と、この加湿装置で加湿された圧縮空気を燃焼用空気として前記燃焼器に供給する前に前記ガスタービンの排出ガスによって加熱する熱交換器とを追設するものとする。 (6) Further, in order to achieve the above object, the present invention compresses the atmosphere to generate compressed air, a combustor that obtains combustion gas from the compressed air and fuel from the compressor, and the combustion A gas turbine having a turbine that obtains power by combustion gas from the vessel, a boiler that heats water with the exhaust gas of the gas turbine, a water production apparatus that purifies water by distilling seawater with steam from the boiler, Humidification means for supplying a part of the water purified by the water production apparatus and heated by the boiler to the compressed air from the compressor, and the combustor using the compressed air humidified by the humidification apparatus as combustion air And a heat exchanger that is heated by the exhaust gas of the gas turbine before being supplied to the gas turbine.
本発明によれば、充分な水を確保することが困難な地域においても、海水を利用して効率良く水を供給することができるので、高湿分ガスタービンを有するガスタービンプラントシステムを利用することができる。 According to the present invention, water can be efficiently supplied using seawater even in an area where it is difficult to secure sufficient water, and thus a gas turbine plant system having a high humidity gas turbine is used. be able to.
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態の全体構成を簡略的に示す回路図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram schematically showing the overall configuration of the first embodiment of the present invention.
図1において、本実施の形態のガスタービンプラントシステムは、高湿分ガスタービン設備1、排熱回収ボイラ設備100、水製造設備200で構成されている。
In FIG. 1, the gas turbine plant system of the present embodiment includes a high humidity gas turbine facility 1, an exhaust heat
高湿分ガスタービン設備1は、大気から取り込んだ空気に水を噴霧する水噴霧装置2と、水噴霧された空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機3と、圧縮空気に水を供給して加湿する圧縮空気加湿装置4と、加湿した圧縮空気を加熱する熱交換器である再生器5と、燃料と加湿・加熱した圧縮空気とを燃焼させて燃焼ガスを得る燃焼器6と、燃焼器6の燃焼ガスによって回転動力を得るタービン7と、タービン7の回転動力を電気エネルギーに変換する発電機8とを備えている。 The high-humidity gas turbine equipment 1 includes a water spray device 2 that sprays water onto air taken from the atmosphere, a compressor 3 that compresses water sprayed air to generate compressed air, and supplies water to the compressed air A compressed air humidifier 4 for humidifying, a regenerator 5 that is a heat exchanger for heating the humidified compressed air, a combustor 6 for combusting fuel and humidified / heated compressed air to obtain combustion gas, A turbine 7 that obtains rotational power by the combustion gas of the combustor 6 and a generator 8 that converts the rotational power of the turbine 7 into electric energy are provided.
水噴霧装置2は、圧縮機3の空気流通方向上流側に設けられており、水製造設備200から供給される水kによって空気aに水滴を噴霧している。圧縮空気加湿装置4は、圧縮機3の空気流通方向下流側に設けられており、水製造設備200が精製し、更に排熱回収ボイラ設備100が加熱した水mによって圧縮空気cを加湿している。圧縮機3の吸気に水滴を噴霧すると吸気の温度が下がるとともに、圧縮機3内でこの噴霧水滴が蒸発する。これにより圧縮機3における加熱空気温度が低下し、加熱空気容積が減少するので圧縮機3の動力が低減する。従って、この動力低減分だけ高湿分ガスタービン設備1の出力は増加する。また、水噴霧装置2から噴霧した水滴が蒸発して気体となりタービンの作動流体となるので、その分に相当する高湿分ガスタービン設備1の出力が増加する。また、燃焼ガス中に多量の湿分が含まれているため、圧縮機3の噴霧水滴及び圧縮空気加湿装置4の加湿により加えられた湿分の分だけ流量が増えてタービン出力が増加する効果と、空気に比べ比熱が大きな水蒸気が混入されることにより混合気体の比熱が大きくなり、圧縮された混合気体がタービンで膨張する際に取り出せる仕事量が増大する効果により出力が増加する。
The water spraying device 2 is provided on the upstream side of the compressor 3 in the air flow direction, and sprays water droplets onto the air a by the water k supplied from the
再生器5は、タービン7の排出ガスの流通方向下流側に備えられ、圧縮空気加湿装置4で加湿された加湿圧縮空気dを排出ガスrの熱によって加熱し、圧縮空気eを燃焼器6へ供給している。なお、本実施の形態では、図1のように、圧縮空気eとともに燃料fを燃焼器6に供給するようにしているが、燃焼室6に供給される前の燃料fに圧縮空気eを供給するように構成してもよい。 The regenerator 5 is provided on the downstream side in the flow direction of the exhaust gas of the turbine 7, heats the humidified compressed air d humidified by the compressed air humidifier 4 by the heat of the exhaust gas r, and the compressed air e to the combustor 6. Supply. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the fuel f is supplied to the combustor 6 together with the compressed air e. However, the compressed air e is supplied to the fuel f before being supplied to the combustion chamber 6. You may comprise.
また、本実施の形態では、タービン7と同軸上に回転軸をもって発電機8が連結されており、発電機8がタービン7の回転動力を電気エネルギーに変換する場合の構成を図示しているが、高湿分ガスタービン設備1には、発電機8に代えて、ポンプ等の他の負荷機器が連結される場合もある。 Moreover, in this Embodiment, although the generator 8 is connected with the rotating shaft on the same axis as the turbine 7, the structure in case the generator 8 converts the rotational power of the turbine 7 into an electrical energy is illustrated. The high-humidity gas turbine facility 1 may be connected to another load device such as a pump instead of the generator 8.
排熱回収ボイラ設備100は、水製造設備200が精製した水を加熱する給水加熱器101と、給水加熱器101によって加熱された水が分流する分岐部102と、分流した水を更に加熱して蒸発させる蒸発器103と、蒸発器103で蒸発した蒸気を抽気して過熱する過熱器104とを備えている。ボイラ設備100は、タービン7の排出ガス流通方向下流側に設置され、この排出ガスが内部を流通するようになっており、この排出ガスの熱を利用して給水加熱器101、蒸発器103、及び過熱器104を流通する水(蒸気)を加熱している。
The exhaust heat
給水加熱器101は、ボイラ設備100内における排ガスs流通方向の最下流側に設けられており、水製造設備200が精製した水jを排出ガスsと熱交換させて加熱している。給水加熱器101の水流通方向下流側には分岐部102が設けられており、この分岐部102には圧縮空気加湿装置4に連絡する給水管路10が接続している。これによって分岐部102は給水管路10を介して圧縮空気加湿装置4に加熱水mを分流している。この分岐部102の水流通方向下流側かつ排ガスs流通方向上流側には蒸発器103が設けられている。
The
蒸発器103は、給水加熱器101が加熱した水lを排出ガスsによって更に加熱して蒸気にし、その蒸気を飽和蒸気として収集して抽気できるように構成されている。この蒸発器103の蒸気(水)流通方向下流側かつ排ガスs流通方向上流側には過熱器104が設けられている。過熱器104は抽気した飽和蒸気nを排ガスsによって過熱して過熱蒸気oとしている。また、過熱器104は蒸気流通方向下流側において蒸気管路201(後述する)と接続している。なお、本実施の形態では、給水加熱器101、蒸発器103、及び過熱器104の3つの熱交換器によって排熱回収ボイラ設備100を構成して水を加熱して過熱蒸気を得ているが、蒸気を生成する手段はこの構成のみに限られない。ボイラ設備は水を加熱して海水を蒸溜できる程度の温度の蒸気を生成可能なように構成すれば良く、勿論、熱交換器の数等に制限がある訳ではない。
The
水製造設備200は、排熱回収ボイラ設備100が生成した過熱蒸気が流通する蒸気管路201と、この過熱蒸気によって海水を蒸溜して水を精製する水製造装置202と、海水を給水する海水給水管路203と、海水を蒸溜する際に残留する塩分を含む水を排水する排水管路204と、精製した水が流通する給水管路205と、給水管路205の水が分流する分岐部206と、給水管路205を流通する水を圧送する給水ポンプ207と、給水管路205の水を排熱回収ボイラ設備100及び水噴霧装置2に流通するように分流する分岐部208と、製造した水を需要地域に供給する給水管路209と、給水管路209を流通する水量を調整する流量調整弁210とを備えている。
The
蒸気管路201は、過熱蒸気oの出口側で水製造装置202と接続しており、排熱回収ボイラ設備100が生成した過熱蒸気oを水製造装置202に供給している。水製造装置202は、リヒート型海水淡水化装置であり、蒸気oを利用して海水pを蒸発させて水を精製している。なお、水製造装置202としてはこのリヒート型海水淡水化装置の他にフラッシュ型海水淡水化装置等も利用可能である。また、水製造装置202は、海水給水管路203、排水管路204、及び給水管路205と接続している。
The
海水給水管路203は海洋から得た海水pを水製造装置202に供給している。排水管路204は海水pを蒸溜した際に残留する塩分を含む水qをプラント外に排出している。また、給水管路205は、水製造装置202が精製した水gをプラント内等へ供給している。
The
給水管路205は、水流通方向上流から下流に向かって順に、水gが分流する分岐部206、水製造設備200が精製した水を圧送する給水ポンプ207、水iが分流する分岐部208を有しており、最下流側において給水加熱器101と接続している。分岐部206には水需要地に連絡する給水管路209が接続している。給水管路209には流量調整弁210が設けられており、この流量調整弁210によってガスタービン設備1及び排熱回収ボイラ設備100が必要とする水量に応じて適宜流量調整された水hが給水管路209を介してプラント外の水需要地に供給されている。分岐部208には水噴霧装置2と連絡する給水管路11が接続しており、この給水管路11を介して水iが水噴霧装置2に供給されている。
The
なお、水製造設備200は、上記に説明したように海水pを原料として水を蒸溜するので、運用的観点からは臨海地域等、容易に海水が取得可能な場所に設置することが好ましい。
In addition, since the
次に本実施の形態の動作を説明する。 Next, the operation of the present embodiment will be described.
大気から取り込まれた空気aは、水噴霧装置2において、給水管路11を介して水製造設備200から供給される水を噴霧される。このように水噴霧された空気bは次に圧縮機3に供給され、所定圧力まで圧縮されて圧縮空気c(例えば、350℃,0.8MPa)となる。圧縮空気cは、圧縮空気加湿装置4に導かれ、排熱回収ボイラ設備100から給水管路10を介して供給される加熱水mによって加湿される。加湿された空気d(例えば、200℃)は再生器5に導かれ、この再生器5においてタービン7の排出ガスr(例えば、650℃)によって加熱される。このように加熱された空気e(例えば、600℃)は燃料fとともに燃焼器6へ導かれる。
The air a taken in from the atmosphere is sprayed with water supplied from the
燃焼器6に導かれた空気e及び燃料fは燃焼して高温・高圧の燃焼ガスとなり、タービン7に供給される。この燃焼ガスは膨張仕事等によりタービン7に回転動力を与え、この回転動力は発電機8に伝達されて電気エネルギーを発生する。タービン7を回転させた燃焼ガス(排出ガスr,s)は、その流通方向下流側に設置されている再生器5と排熱回収ボイラ設備100に順に導かれ、熱源として利用される。
Air e and fuel f guided to the combustor 6 are combusted to form high-temperature and high-pressure combustion gas, which is supplied to the turbine 7. This combustion gas gives rotational power to the turbine 7 by expansion work or the like, and this rotational power is transmitted to the generator 8 to generate electric energy. The combustion gas (exhaust gas r, s) that has rotated the turbine 7 is sequentially led to the regenerator 5 and the exhaust heat
再生器5内を流通する空気を加熱した排出ガスs(例えば、250℃)は、排熱回収ボイラ設備100に導かれ、内部を流通する水(蒸気)の加熱に用いられる。排出ガスsは、ボイラ設備100内を流通方向上流側から、過熱器104、蒸発器103、給水加熱器101の順に流通する。そして、これら各熱交換器での熱交換によって段階的に減温し、排出ガスtとなってボイラ設備100の外部へ排出される。
The exhaust gas s (for example, 250 ° C.) obtained by heating the air flowing through the regenerator 5 is guided to the exhaust heat
排熱回収ボイラ設備100では、水製造設備200が製造した水jが給水加熱器101に供給されており、給水加熱器101はこの水jを排出ガスsの熱で加熱する。加熱された水は分岐部102において水lと水mに分流し、水lはボイラ設備100内の蒸発器103へ、水mは給水配管10を介して圧縮空気加湿装置4へ供給される。蒸発器103へ供給された水lは、蒸発器103内で更に加熱されて蒸気となる。蒸発器103によって生成された蒸気は抽気されて飽和蒸気nとして過熱器104に導かれる。飽和蒸気nは過熱器104で過熱されて過熱蒸気o(例えば、200℃,0.5MPa)となり、蒸気管路201を介して水製造装置202へ供給される。
In the exhaust heat
水製造装置202には、過熱蒸気oの他に、海水pが海水供給管路203を介して供給されている。水製造装置202は過熱蒸気oの熱を利用することにより海水pを蒸溜して水gを精製する。一方、この水gを精製する際に水製造装置202内に残存した塩分を含有する水qは排水管路204を介して外部に排出される。このように得られた水gは給水管路205に供給される。
In addition to the superheated steam o, the seawater p is supplied to the
給水管路205に供給された水gは、分岐部206において、プラント内に供給される水iとプラント外の水需要地に供給される水とに分流する。プラント外の水需要地のための水hは、流量調整弁210によって適宜流量調整された後、給水管路209に供給される。一方、プラント内に供給される水iは給水ポンプ207によって昇圧されて分岐部208へ導かれる。分岐部208へ導かれた水iは水kと水jに分流し、水kは給水管路11を介して水噴霧装置2へ、水jは排熱回収ボイラ設備100内の給水加熱器101に供給される。
The water g supplied to the
以上のように本実施の形態は、淡水を得ることが困難な地域においても、タービン7の排出ガスを利用して得た過熱蒸気oを用いて海水pを蒸溜して水gを精製し、この水gを高湿分ガスタービン設備1に供給することによって、高効率な高湿分ガスタービンの運用を可能にしている。 As described above, the present embodiment purifies the water g by distilling the seawater p using the superheated steam o obtained using the exhaust gas of the turbine 7 even in an area where it is difficult to obtain fresh water, By supplying this water g to the high-humidity gas turbine facility 1, a highly efficient high-humidity gas turbine can be operated.
次に本実施の形態の作用及び効果を説明する。 Next, the operation and effect of the present embodiment will be described.
一般的に、高湿分ガスタービンを運用するには、作動流体流量を増やし、タービン出力を増加する目的で圧縮空気に添加する水が必要であることに加えて、排出ガスに含有されたままプラント外に排出される水分もあるため、これらを補う量の水を供給し続ける必要がある。そのため、地理的理由等で水を充分に供給できない、もしくは水を供給できたとしても高価である地域(例えば、砂漠地域や海岸地域等)において高湿分ガスタービンを運用する場合、水を如何にして確保するかという課題が生じる。その解決策として、排出ガスの出口に排出ガス中の水分が回収可能な水回収設備を設置することが考えられる。しかし、たとえ水回収設備を設置したとしても、プラントの循環水系統に濃縮する不純物を除去するための水や、循環水の置換のための水等を考慮すると、水回収設備だけでは高湿分ガスタービンの運用に足る水量を確保することは困難である。 In general, operating a high-humidity gas turbine requires water to be added to the compressed air to increase the working fluid flow rate and increase turbine output, while remaining in the exhaust gas. Since some water is discharged outside the plant, it is necessary to continue supplying a sufficient amount of water. For this reason, when operating a high-humidity gas turbine in a region where water cannot be supplied sufficiently due to geographical reasons, or even if water can be supplied (for example, a desert region or a coastal region), The problem of whether to secure it arises. As a solution, it is conceivable to install a water recovery facility capable of recovering the moisture in the exhaust gas at the outlet of the exhaust gas. However, even if a water recovery facility is installed, considering the water to remove impurities concentrated in the circulating water system of the plant and the water for replacing the circulating water, the water recovery facility alone has a high moisture content. It is difficult to secure a sufficient amount of water for gas turbine operation.
さて、本発明は、排熱回収ボイラ設備100において高湿分ガスタービン設備1の排出ガスによって蒸気を生成し、水製造設備200においてこの蒸気を利用して海水から水を精製している。これにより本発明は、精製した水を圧縮空気加湿装置4を介して圧縮空気に供給することができるので、水の少ない地域等でも高湿分ガスタービンの運用が可能になる。
Now, according to the present invention, steam is generated by the exhaust gas from the high-humidity gas turbine facility 1 in the exhaust heat
また、製造した水の余剰分は、給水管路209を介してプラント外の地域に飲料水や生活用水等として供給したり、プラント内で水を要する他の部分に供給したりすることができる。さらに、タンク等の貯水手段を別途設置すれば余剰分の水を適宜貯水することができるので、例えばプラント内の循環水の置換等のメンテナンスの際や非常時の用水等としても利用することができる。水の価値が高い地域では、このような高湿分ガスタービンプラントの水製造の効果は特に著しいものとなる。また、水製造設備200における海水蒸溜用の熱源には排熱回収ボイラ設備100で排出ガスによって加熱生成した蒸気を利用するため、新たに燃料を燃焼する等して蒸溜用の蒸気を生成する必要や、ボイラを新設する必要もないのでランニングコストや建設コストを低減できる。
Moreover, the excess of the manufactured water can be supplied to the area outside the plant as drinking water or domestic water via the
さらに、本実施の形態では、圧縮空気加湿装置4での加湿に加えて、水噴霧装置2によっても圧縮機3に導入される前の空気aに水を供給している。このように圧縮前の空気に水を供給すると、供給した水によって空気は冷却されて密度が増加するので、水を供給しない場合よりも低い圧縮動力で設定値まで圧縮できることに加え、供給した水が圧縮の際に空気の熱を奪って気化するので、圧縮空気の温度上昇が抑制されて圧縮動力が更に低減される。このように圧縮機3の圧縮動力が低減するとプラントのエネルギー効率を向上させることができる。また、特に乾燥地域等において一般的なガスタービンを用いると、大気温度が高いためにプラントの効率が下がる場合があるが、本発明はそうした地域でも効率の良い高湿分ガスタービンを運用することができる。さらに、水噴霧装置2による水噴霧も、圧縮空気加湿装置4による加湿と同様に、圧縮空気流量の増加に寄与する。これにより第1の実施の形態と比較して更に作動流体流量を増加できるので、より一層高湿分ガスタービンの効率を向上することができる。 Furthermore, in this embodiment, in addition to humidification in the compressed air humidifier 4, water is supplied to the air a before being introduced into the compressor 3 also by the water spray device 2. When water is supplied to the air before compression in this way, the air is cooled by the supplied water and the density increases. Therefore, in addition to being able to compress to the set value with a lower compression power than when not supplying water, the supplied water Since the air takes the heat of the air during the compression, the temperature rise of the compressed air is suppressed and the compression power is further reduced. Thus, if the compression power of the compressor 3 reduces, the energy efficiency of a plant can be improved. In addition, when a general gas turbine is used particularly in a dry area, the efficiency of the plant may decrease due to the high atmospheric temperature. However, the present invention operates an efficient high-humidity gas turbine in such an area. Can do. Further, water spraying by the water spraying device 2 also contributes to an increase in the compressed air flow rate, similarly to the humidification by the compressed air humidifying device 4. Thereby, since the working fluid flow rate can be further increased as compared with the first embodiment, the efficiency of the high-humidity gas turbine can be further improved.
次に本発明の第2の実施の形態について説明する。
図2は本発明の第2の実施の形態の全体構成を簡略的に示す回路図である。図中、図1と同じ部分には同じ符号を付し、説明は省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 2 is a circuit diagram schematically showing the overall configuration of the second embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG.
本実施の形態が第1の実施の形態と相違する点は、排熱回収ボイラ設備100の排出ガス流通方向下流側に水回収設備300を備えている点である。その他については、第1の実施の形態とほぼ同じであり、同様の効果を得ることができる。
This embodiment is different from the first embodiment in that a
図2が示すように、本実施の形態のガスタービンプラントシステムは、高湿分ガスタービン1、排熱回収ボイラ設備100、水製造設備200に加えて、水回収設備300を備えている。
As shown in FIG. 2, the gas turbine plant system of the present embodiment includes a
水回収設備300は、排出ガスt’中の水分を回収する水回収装置301と、この回収した水が流通する給水管路302と、回収した水と水製造設備200からの水が合流する合流部303とを有している。
The
水回収装置301は、排熱回収ボイラ設備100の排出ガス流通方向下流側に設けられており、ボイラ設備100で熱源として利用された排出ガスt’を冷却して、このガス中に含有されている水蒸気を凝縮して水を回収する。水を回収された排出ガスt’は排出ガスuとしてプラント外へ放出される。水回収装置301には給水管路302が接続しており、給水管路302は回収した水vをプラント内に供給している。給水管路302の水流通方向下流側には合流部303が設けられており、この合流部303において、水製造設備200が製造した水iが水vと合流する。合流した水はさらに下流側の分岐部208に導かれ、第1の実施の形態同様に水j及び水kに分流して、それぞれ給水加熱器101と水噴霧装置2に供給される。
The
このように、本実施の形態は、排出ガスt’に含まれている水分を水回収装置301によって回収している。これによって、一度圧縮空気に供給した水を再利用することが可能であり、水回収装置301を設置していない場合と比較してより多くの水を得ることができる。なお、第1の実施の形態同様に、本実施の形態も、水の需要が多い地域等で用いる場合に特に効果を発揮するものである。
Thus, in the present embodiment, the water contained in the exhaust gas t ′ is recovered by the
また、以上の各実施の形態のタービンプラントシステムは、ボイラ設備(蒸気生成設備)と、ガスタービン設備と、水製造設備があれば構築可能であるため、既存のプラントに対して不足する設備を追加したり、既存のプラント設備に不足している部品等を追加して上記の設備としたりすることで容易に構築可能なことも大きなメリットである。例えば、ボイラ設備とこのボイラ設備からの蒸気を利用する水製造設備とが存在するプラントの場合、これにガスタービン設備を追加して、圧縮空気加湿装置等を追加することで本発明のタービンプラントシステムを構築できる。また、反対に、ガスタービン設備のみが存在している場合には、これの排出ガスを熱源として利用するボイラ設備と、このボイラ設備が生成する蒸気によって水を蒸溜する水製造設備を追加することで本システムを構築することが可能である。 In addition, the turbine plant system of each of the above embodiments can be constructed if there is a boiler facility (steam generation facility), a gas turbine facility, and a water production facility. It is also a great merit that it can be easily constructed by adding or adding parts that are lacking in existing plant equipment to make the above equipment. For example, in the case of a plant having a boiler facility and a water production facility using steam from the boiler facility, a gas turbine facility is added to the plant, and a compressed air humidifier is added to the turbine plant of the present invention. You can build a system. On the other hand, when only gas turbine equipment exists, a boiler equipment that uses the exhaust gas as a heat source and a water production equipment that distills water using the steam generated by the boiler equipment should be added. It is possible to build this system.
1 高湿分ガスタービン設備
2 水噴霧装置
3 圧縮機
4 圧縮空気加湿装置
5 再生器
6 燃焼器
7 タービン
8 発電機
100 排熱回収ボイラ設備
101 給水加熱器
103 蒸発器
104 過熱器
200 水製造設備
202 水製造装置
203 海水給水管路
204 排水管路
205 給水管路
207 給水ポンプ
209 給水管路
300 水回収設備
301 水回収装置
302 給水管路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High-humidity gas turbine equipment 2 Water spray device 3 Compressor 4 Compressed air humidifier 5 Regenerator 6 Combustor 7 Turbine 8
Claims (6)
このガスタービンの排出ガスによって水を加熱するボイラと、
このボイラからの蒸気によって海水を蒸溜して水を精製する水製造装置と、
この水製造装置で精製され、前記ボイラで加熱された水の一部を前記圧縮機からの圧縮空気に供給する加湿装置と、
この加湿装置で加湿された圧縮空気を前記ガスタービンの排出ガスによって加熱する熱交換器とを備え、
この熱交換器で加熱した空気を前記燃焼器に燃焼用空気として供給することを特徴とするガスタービンプラントシステム。 A gas turbine having a compressor that compresses the atmosphere to generate compressed air, a combustor that obtains combustion gas from the compressed air and fuel from the compressor, and a turbine that is powered by combustion gas from the combustor;
A boiler that heats water by the exhaust gas of the gas turbine;
A water production device for purifying water by distilling seawater with steam from this boiler;
A humidifier that supplies a portion of the water purified by the water production apparatus and heated by the boiler to the compressed air from the compressor;
A heat exchanger for heating the compressed air humidified by the humidifier with the exhaust gas of the gas turbine,
A gas turbine plant system characterized in that air heated by the heat exchanger is supplied to the combustor as combustion air.
更に、前記水製造装置で精製された水の一部を水需要地に供給する水供給系統を備えることを特徴とするガスタービンプラントシステム。 The gas turbine plant system according to claim 1, wherein
The gas turbine plant system further comprising a water supply system for supplying a part of the water purified by the water production apparatus to a water demand area.
更に、排出ガス中の水を回収する水回収装置を前記ボイラの排出ガス流通方向下流側に備えることを特徴とするガスタービンプラントシステム。 In the gas turbine plant system according to claim 1 or 2,
Furthermore, the gas turbine plant system characterized by providing the water recovery apparatus which collect | recovers the water in exhaust gas in the exhaust gas distribution direction downstream of the said boiler.
更に、大気から取り込んだ空気中に前記水製造装置で精製した水を噴霧する水噴霧装置を前記圧縮機の上流側に備えることを特徴とするガスタービンプラントシステム。 In the gas turbine plant system according to any one of claims 1 to 3,
The gas turbine plant system further comprises a water spray device for spraying water purified by the water production device into the air taken in from the atmosphere on the upstream side of the compressor.
大気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機、この圧縮機からの圧縮空気と燃料によって燃焼ガスを得る燃焼器、及びこの燃焼器からの燃焼ガスによって動力を得るタービンを有するガスタービンと、
前記水製造装置で精製され、前記ボイラで加熱された水の一部を前記圧縮機からの圧縮空気に供給する加湿装置と、
この加湿装置で加湿された圧縮空気を燃焼用空気として前記燃焼器に供給する前に前記ガスタービンの排出ガスによって加熱する熱交換器とを追設することを特徴とするガスタービンプラントシステムの改造方法。 In a plant equipped with a boiler that heats water, and a water production device that purifies water by distilling seawater with steam from this boiler,
A gas turbine having a compressor that compresses the atmosphere to generate compressed air, a combustor that obtains combustion gas from the compressed air and fuel from the compressor, and a turbine that is powered by combustion gas from the combustor;
A humidifier that supplies a portion of the water purified by the water production apparatus and heated by the boiler to the compressed air from the compressor;
A modification of the gas turbine plant system, wherein a heat exchanger that is heated by the exhaust gas of the gas turbine is additionally installed before the compressed air humidified by the humidifier is supplied to the combustor as combustion air. Method.
このガスタービンの排出ガスで水を加熱するボイラと、
このボイラからの蒸気によって海水を蒸溜して水を精製する水製造装置と、
この水製造装置で精製され、前記ボイラで加熱された水の一部を前記圧縮機からの圧縮空気に供給する加湿手段と、
この加湿装置で加湿された圧縮空気を燃焼用空気として前記燃焼器に供給する前に前記ガスタービンの排出ガスによって加熱する熱交換器とを追設することを特徴とするガスタービンプラントシステムの改造方法。 A gas turbine having a compressor that compresses the atmosphere to generate compressed air, a combustor that obtains combustion gas by compressed air and fuel from the compressor, and a turbine that is powered by combustion gas from the combustor,
A boiler for heating water with the exhaust gas of the gas turbine;
A water production device for purifying water by distilling seawater with steam from this boiler;
Humidification means for supplying a part of the water purified by the water production apparatus and heated by the boiler to the compressed air from the compressor;
A modification of the gas turbine plant system, wherein a heat exchanger that is heated by the exhaust gas of the gas turbine is additionally installed before the compressed air humidified by the humidifier is supplied to the combustor as combustion air. Method.
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