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JP4399686B2 - Partially regenerative two-fluid gas turbine with reduced pressure loss - Google Patents

Partially regenerative two-fluid gas turbine with reduced pressure loss Download PDF

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JP4399686B2
JP4399686B2 JP26901299A JP26901299A JP4399686B2 JP 4399686 B2 JP4399686 B2 JP 4399686B2 JP 26901299 A JP26901299 A JP 26901299A JP 26901299 A JP26901299 A JP 26901299A JP 4399686 B2 JP4399686 B2 JP 4399686B2
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combustor
air
combustion
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mixed gas
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茂一 宇治
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IHI Corp
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電と水蒸気生成を行うガスタービン発電設備に係り、更に詳しくは、ガスタービンに水蒸気を噴射する部分再生式二流体ガスタービンに関する
【0002】
【従来の技術】
ガスタービンへ水蒸気を注入する二流体サイクルガスタービンとしては、例えば特公昭54−34865号の「二作動流体ヒートエンジン」が知られている。
この二流体サイクルガスタービン(以下、発明者の名前からチエン・サイクルと呼ぶ)は、図5に例示するように、絞り弁1、コンプレッサー2、燃焼室3、水処理装置4、ポンプ5、熱交換器6、タービン7、8、コンデンサー9、等から構成され、大気中から吸入した空気をコンプレッサー2で圧縮して燃焼室3に供給し、この圧縮空気で燃料を燃焼させて高温の燃焼ガスを発生し、この燃焼ガスによりタービン7、8を駆動してコンプレッサー4及び負荷を駆動し、更にタービンを出た燃焼ガスにより熱交換器6で水蒸気を発生させ、コンデンサー9で水分を回収して大気中に放出するようになっている。
かかるチエン・サイクルは、燃焼室3に熱交換器6で発生した水蒸気Sを噴射するためタービンに流入する燃焼ガスの流量が増大し、かつ燃焼ガスの比熱が増大することからタービンの出力と熱効率を高めることができる特徴を有している。
【0003】
また、このチエン・サイクルを改善した二流体サイクルガスタービンとして、本願発明の発明者は、特公平8−26780号を創案し出願している。
【0004】
特公平8−26780号の「部分再生式二流体ガスタービン」は、図6に模式的に示すように、空気を圧縮する圧縮機2と、燃料を燃焼させる燃焼器3と、燃焼ガスにより駆動され圧縮機を駆動するタービン7とからなるガスタービンと、水蒸気S(飽和蒸気)を駆動源として圧縮空気を昇圧しかつ両流体を混合する混合器10と、タービン7の下流に設けられ混合器10による混合ガスをタービン排気で加熱するための過熱器6と、過熱器6の下流に設けられタービン排気を熱源として水を蒸発させる排熱ボイラ12と、圧縮機2による圧縮空気の一部を燃焼器3へその残部を混合器10に導くための空気ライン13と、排熱ボイラ12による水蒸気Sの一部を混合器に送る主蒸気ライン14と、混合器10による混合ガスを過熱器6を介して燃焼器3に導くための混合ガスライン15と、を備えたものである。
【0005】
この部分再生式二流体ガスタービンでは、ガスタービンの排熱を回収して生成された水蒸気Sで圧縮空気の一部を吸引・混合し、更に過熱器6でガスタービンの排熱回収を行った後、燃焼器内に噴射するので、ガスタービンの排熱回収で温度を高められた空気の分、チエン・サイクルより多くのエネルギー回収ができ、サイクル効率を向上させることができる。
【0006】
図7は、上述した部分再生式二流体ガスタービンの排熱回収線図である。この図において、横軸はガスタービン排ガスを基準とした交換熱量、縦軸は温度である。なお、横軸は具体的にはガスタービン排ガスの0℃を基準とするエンタルピーに相当する。
この図において、ガスタービン排ガスは、約550℃から約150まで冷却され、その熱量で水が飽和温度まで加熱され、飽和温度で蒸発して飽和蒸気となり、更に加熱されて過熱蒸気となる。
【0007】
蒸発後の熱回収が、チエン・サイクルでは蒸気のみの加熱であるのに対して、部分再生式二流体ガスタービンでは蒸気と空気の混合ガスの加熱となる。そのため、図7では、圧縮空気の混合により温度が上昇し、更に混合ガスの流量が増大するので温度上昇勾配が緩くなる。その結果、図7に斜線で示す領域に相当する分の有効エネルギーの回収がチエン・サイクルより多くなり、その分サイクル効率が向上する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図6の部分再生式二流体ガスタービンでは、サイクル効率を向上させるため、混合器10で吸引される圧縮空気を増加させる必要がある。ところが、圧縮機2の抽気ポート(図中a点)と、燃焼器3の導入ポート(図中b点)は、構造上近接しており、その間の圧力損失(以下、圧損)は数百mmAq程度にすぎないが、これに対して、過熱器6における圧損は、数千mmAq(例えば約3000mmAq)に達する。このため、抽気空気を増加させるためには、混合器の昇圧性能を大幅に上げる必要があり、混合器に供給する駆動蒸気圧力を大幅に高める必要があった。
【0009】
すなわち、混合器により排熱回収熱交換器(過熱器6)の圧損および燃焼器への導入ポートの静圧に打勝って、空気/蒸気吸引比を増加させる必要があるが、混合器の昇圧性能には限度があり、吸引比の大幅な増加は困難であった。
【0010】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、駆動蒸気圧力を高めることなく、抽気空気を大幅に増加させることができ、これにより空気/蒸気吸引比を大幅に増加させ、排熱回収部のエクセルギー・ロスを減少させ、発電効率を向上させることができる部分再生式二流体ガスタービンを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
燃焼器自体の圧損、すなわち燃焼器を構成するスワールの圧損と、燃焼域における燃焼時の流速増加による圧損の総和は、通常、数千mmAq(例えば約3000mmAq)に達する。本発明者は、この部分をバイパスさせることにより、吸引比の増大が可能であることに着眼した。本発明はかかる新規の知見に基づくものである。
【0012】
すなわち、本発明によれば、圧縮機(2)で圧縮した空気の一部を燃焼器(3)の手前で抽気し、蒸気と混合しタービン排熱で加熱した後、この混合ガスを燃焼器に注入する部分再生式二流体ガスタービンにおいて、圧縮機を出た圧縮空気の一部を燃焼器の手前で抽気する抽気ポートと、前記混合ガスを燃焼器に導入する空気導入ポートと、抽気ポートから抽気した圧縮空気と水蒸気とを混合する混合器(22)と、該混合器による混合ガスをタービン排熱で加熱後、空気導入ポートに導く混合ガスライン(24)とを備え、前記燃焼器は、燃焼域(31a)と該燃焼域の下流側に設けられた希釈域(31b)とを内側に有する燃焼器ライナー(32)を備え、前記空気導入ポートは前記燃焼域より下流側の位置から前記希釈域に前記混合ガスを導入し、これにより、燃焼器の燃焼用空気を燃焼器に直接導入し、残りの圧縮空気を抽気ポートから抽気して蒸気と混合し、この混合ガスをタービン排熱で加熱後、空気導入ポートに導入する、ことを特徴とする圧損低減型部分再生式二流体ガスタービンが提供される。
【0014】
上記本発明の構成によれば、抽気ポートaから抽気した抽気空気を、蒸気と混合し加熱後に空気導入ポートcから燃焼域をバイパスして直接導入でき、これにより、抽気して導入するラインの圧損が、燃焼域を通過する圧損と同等になる。従って、燃焼による圧損と過熱器を経由する圧損とが並列となり、混合器の昇圧性能を高めることなく、混合器の吸引比(空気/蒸気比)を大幅に増大させることができる。これにより、排熱回収に使用できる圧縮空気を増加させることができ、その結果として、サイクル効率を増加させることができる。
【0015】
また、本発明の好ましい実施形態によれば、前記抽気ポートは燃焼域より上流側に設けられ、前記空気導入ポートは前記燃焼器ライナーの希釈域に直接連通しており、これにより、圧縮空気の一部を抽気ポートから抽気し、圧縮空気と蒸気との混合ガスを空気導入ポートから希釈域に直接導入する、ことを特徴とする。
【0016】
かかる燃焼器により、抽気ポート(34)から大量の圧縮空気を抽気し、空気導入ポート(36)から燃焼域をバイパスして大量の混合ガス(空気と蒸気)を低圧損で導入できる。
【0017】
また、本発明の好ましい実施形態によれば前記燃焼器は、燃焼域(31a)と希釈域(31b)の中間位置で燃焼器ケーシング(38)と燃焼器ライナーの間を仕切る隔壁(39)を備え、希釈域(31b)の燃焼器ライナーはケーシングとの隙間と連通する開口(32a)を有し、これにより、燃焼用空気を隔壁の燃焼域側に供給して燃焼域に直接流入させ、圧縮空気と蒸気との混合ガスを隔壁の希釈域側に供給し、開口(32a)を通して希釈域に流入させる、ことを特徴とする。
【0018】
この構成によっても、抽気ポートから大量の圧縮空気を抽気し、圧縮空気と蒸気との混合ガスを隔壁の希釈域側に供給し、開口(32a)を通して希釈域に低圧損で流入させることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を使用する。
図1は、本発明による圧損低減型部分再生式二流体ガスタービンの全体構成図である。この図において、本発明による部分再生式二流体ガスタービンは、空気Aを圧縮する圧縮機2と、燃料Fを燃焼させる燃焼器3と、燃焼ガスEにより駆動され圧縮機2を駆動するタービン7とからなるガスタービンと、タービン7の下流に設けられた過熱器6と、圧縮機2による圧縮空気の一部を燃焼器へその残部を混合器に導く空気ライン13とを備えている。
【0020】
本発明の部分再生式二流体ガスタービンは、更に、圧縮機の抽気ポートaから抽気した圧縮空気と水蒸気と混合する混合器22と、混合器22による混合ガスをタービン排熱で加熱後、空気導入ポートcに導く混合ガスライン24とを備える。タービン7の下流に設けられた過熱器6は、混合器22による混合ガスをタービン排気で更に加熱する。
【0021】
この実施形態において、混合器22は、主蒸気ライン14により排熱ボイラ12から供給される飽和水蒸気Sで駆動され圧縮空気を吸引するエジェクタである。なお、本発明において、混合器22はエジェクタに限られず、空気ライン13内の圧縮空気の逆流を防げるかぎりで、圧損の小さい他の形式の混合機器でもよい。
混合ガスライン24は、混合器22による混合ガス(空気と蒸気)を過熱器6内でタービン排熱で加熱後、空気導入ポートcに導くようになっている。また。空気導入ポートcは、燃焼器の燃焼域をバイパスした位置、すなわち圧縮機の抽気ポートaより数千mmAq(例えば約3000mmAq)程度静圧が低くなった位置に設けられている。
【0022】
上述した構成により、圧縮機の抽気ポートaから圧縮空気を大量(例えば全体の6〜7割)に抽気し、残りの空気を燃焼用空気として燃焼器に直接導入し、抽気した圧縮空気を蒸気と混合し、タービン排熱で加熱後、空気導入ポートcに導入することができる。 この構成によれば、抽気して導入するラインの圧損が、燃焼域を通過する圧損と同等になるので、燃焼による圧損と過熱器を経由する圧損とが並列となり、混合器の昇圧性能を高めることなく、混合器の吸引比(空気/蒸気比)を大幅に増大させることができる。
【0023】
図2は、図1の排熱回収線図である。この図において、横軸はガスタービン排ガスを基準とした交換熱量(ガスタービン排ガスの0℃を基準とするエンタルピー)であり、縦軸は温度である。
【0024】
この図において、ガスタービン排ガスは、約550℃から約160℃まで冷却され、その熱量で水が飽和温度まで加熱され、飽和温度で蒸発して飽和蒸気となり、更に加熱されて過熱蒸気となる。
【0025】
図1から明らかなように、排熱ボイラ12には給水(例えば約50℃)が供給され、その一部が低圧(例えば約20kg/cm2g)の飽和蒸気として、蒸気ドラム、主蒸気ライン14を介して混合器22に供給される。この蒸気の蒸発線は、図2における約200℃の定温線である。
【0026】
次いで、その後の過熱器6における加熱では、混合器22で大量の空気が低圧蒸気に混合されているので、空気量及び蒸気量とも従来より多く、温度上昇勾配が一層緩くなる。
【0027】
この排熱回収線図を従来の図7と比較すると明らかなように、本発明の構成では、空気量及び蒸気量とも従来より多いため、蒸気と空気の混合ガスの温度上昇勾配が排ガスの温度勾配に一層近くなり、かつ相対的に蒸発水量が少なくなるため、蒸発完了位置の交換熱量が低くなっている。言い換えれば、蒸気と空気の混合ガスに回収される熱量が多くなり、結果として、図2に斜線で示す領域に相当する分のエネルギー回収が図7より増え、この例では、発電機端効率を従来の最大約39.8%から更に約41.0%に、サイクル効率で約5%向上させることができることがわかる。
【0028】
図3は、本発明によるガスタービン用燃焼器の全体構成図である。この図に示すように、本発明のガスタービン用燃焼器30は、燃焼域31aと希釈域31bを内側に有する燃焼器ライナー32と、燃焼域31aより上流側に設けられた抽気ポート34と、燃焼器ライナー32の希釈域31bに直接連通した空気導入ポート36とを備える。なおこの図で、Z-Zは、圧縮機2とタービン7の回転中心である。
【0029】
この構成により、圧縮空気の一部を抽気ポート34から抽気し、圧縮空気と蒸気との混合ガスを空気導入ポート36から希釈域に直接導入することができ、抽気ポート34から大量の圧縮空気を抽気し、空気導入ポート36から燃焼域をバイパスして大量の混合ガス(空気と蒸気)を低圧損で導入できる。
【0030】
図4は、本発明によるガスタービン用燃焼器の別の模式図である。本発明のガスタービン用燃焼器30は、燃焼域31aと希釈域31bを内側に有する燃焼器ライナー32と、燃焼域31aと希釈域31bの中間位置で燃焼器ケーシング38と燃焼器ライナーの間を仕切る隔壁39とを備える。また、希釈域31bの燃焼器ライナー32はケーシング38との隙間と連通する開口32aを有する。
【0031】
この構成により、燃焼用空気を隔壁39の燃焼域側に供給して燃焼域に直接流入させ、圧縮空気と蒸気との混合ガスを隔壁39の希釈域側に供給し、開口32aを通して希釈域に流入させることができ、抽気ポートから大量の圧縮空気を抽気し、圧縮空気と蒸気との混合ガスを開口32aを通して希釈域に低圧損で流入させることができる。
【0032】
上述したように本発明によれば、低圧損の混合器と低圧損でバイパス可能な燃焼器との組合わせでエクセルギ・ロスを抑えて効率よく空気/蒸気吸引比を大幅に増加させ、発電効率を向上させることができる。
【0033】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【0034】
【発明の効果】
上述したように、本発明の圧損低減型部分再生式二流体ガスタービンは、駆動蒸気圧力を高めることなく、抽気空気を大幅に増加させることができ、これにより空気/蒸気吸引比を大幅に増加させ、排熱回収部のエクセルギー・ロスを減少させ、発電効率を向上させることができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による圧損低減型部分再生式二流体ガスタービンの全体構成図である。
【図2】図1の排熱回収線図である。
【図3】本発明によるガスタービン用燃焼器の全体構成図である。
【図4】本発明によるガスタービン用燃焼器の別の模式図である。
【図5】従来の二流体式ガスタービンの全体構成図である。
【図6】先行出願の部分再生式二流体式ガスタービンの全体構成図である。
【図7】図6の排熱回収線図である。
【符号の説明】
1 絞り弁
2 圧縮機(コンプレッサー)
3 燃焼器(燃焼室)
4 水処理装置
5 ポンプ
6 過熱器
7、8 タービン
9 コンデンサー
10 混合器(エジェクタ)
12 排熱ボイラ
13 空気ライン
14 主蒸気ライン
15 混合ガスライン
22 混合器
24 混合ガスライン
31a 燃焼域
31b 希釈域
32 燃焼器ライナー
34 抽気ポート
36 空気導入ポート
38 燃焼器ケーシング
A 空気
F 燃料
S 蒸気
E 燃焼ガス
W 給水
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas turbine power generation facility that performs power generation and steam generation, and more particularly to a partially regenerative two-fluid gas turbine that injects steam into a gas turbine .
[0002]
[Prior art]
As a two-fluid cycle gas turbine for injecting steam into a gas turbine, for example, a “two-working fluid heat engine” of Japanese Patent Publication No. 54-34865 is known.
This two-fluid cycle gas turbine (hereinafter referred to as the chain cycle from the inventor's name) includes a throttle valve 1, a compressor 2, a combustion chamber 3, a water treatment device 4, a pump 5, a heat, as illustrated in FIG. It is composed of an exchanger 6, turbines 7 and 8, a condenser 9, and the like. Air sucked from the atmosphere is compressed by the compressor 2 and supplied to the combustion chamber 3, and fuel is combusted with this compressed air to produce high-temperature combustion gas. The combustion gas is used to drive the turbines 7 and 8 to drive the compressor 4 and the load. Further, the combustion gas emitted from the turbine generates water vapor in the heat exchanger 6, and the condenser 9 collects moisture. Released into the atmosphere.
In this chain cycle, since the steam S generated in the heat exchanger 6 is injected into the combustion chamber 3, the flow rate of the combustion gas flowing into the turbine increases and the specific heat of the combustion gas increases, so that the turbine output and thermal efficiency are increased. It has the characteristic which can improve.
[0003]
The inventors of the present invention have created and applied for Japanese Patent Publication No. 8-26780 as a two-fluid cycle gas turbine with an improved chain cycle.
[0004]
As shown schematically in FIG. 6, the “partially regenerating two-fluid gas turbine” of Japanese Patent Publication No. 8-26780 is driven by a compressor 2 that compresses air, a combustor 3 that burns fuel, and combustion gas. A gas turbine composed of a turbine 7 that drives the compressor, a mixer 10 that pressurizes compressed air using steam S (saturated steam) as a drive source, and mixes both fluids, and a mixer provided downstream of the turbine 7. 10, a superheater 6 for heating the mixed gas by the turbine exhaust, a waste heat boiler 12 provided downstream of the superheater 6 to evaporate water using the turbine exhaust as a heat source, and a part of the compressed air by the compressor 2 An air line 13 for guiding the remainder to the combustor 3 to the mixer 10, a main steam line 14 for sending a part of the steam S by the exhaust heat boiler 12 to the mixer, and a gas mixture by the mixer 10 for the superheater 6. Through A mixed gas line 15 for introducing to the combustor 3 Te are those having a.
[0005]
In this partially regenerative type two-fluid gas turbine, a part of the compressed air is sucked and mixed with the steam S generated by recovering the exhaust heat of the gas turbine, and the exhaust heat recovery of the gas turbine is performed with the superheater 6. After that, since the fuel is injected into the combustor, more energy can be recovered than that of the chain cycle by the amount of air whose temperature has been increased by exhaust heat recovery of the gas turbine, and cycle efficiency can be improved.
[0006]
FIG. 7 is an exhaust heat recovery diagram of the above-described partially regenerating two-fluid gas turbine. In this figure, the horizontal axis represents the amount of exchange heat based on the gas turbine exhaust gas, and the vertical axis represents the temperature. The horizontal axis specifically corresponds to the enthalpy based on 0 ° C. of the gas turbine exhaust gas.
In this figure, the gas turbine exhaust gas is cooled from about 550 ° C. to about 150, and with its heat quantity, water is heated to the saturation temperature, evaporated at the saturation temperature to become saturated steam, and further heated to become superheated steam.
[0007]
The heat recovery after the evaporation is heating of only the steam in the chain cycle, whereas the partially regenerating two-fluid gas turbine is heating the mixed gas of steam and air. Therefore, in FIG. 7, the temperature rises due to the mixing of the compressed air, and the flow rate of the mixed gas further increases, so the temperature rise gradient becomes gentle. As a result, the recovery of the effective energy corresponding to the area indicated by the oblique lines in FIG. 7 is greater than that of the chain cycle, and the cycle efficiency is improved accordingly.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the partially regenerative two-fluid gas turbine of FIG. 6, it is necessary to increase the compressed air sucked by the mixer 10 in order to improve cycle efficiency. However, the bleed port (point a in the figure) of the compressor 2 and the introduction port (point b in the figure) of the combustor 3 are close in structure, and the pressure loss (hereinafter referred to as pressure loss) between them is several hundred mmAq. In contrast, the pressure loss in the superheater 6 reaches several thousand mmAq (for example, about 3000 mmAq). For this reason, in order to increase the extraction air, it is necessary to greatly increase the pressure increase performance of the mixer, and it is necessary to significantly increase the driving steam pressure supplied to the mixer.
[0009]
That is, it is necessary to overcome the pressure loss of the exhaust heat recovery heat exchanger (superheater 6) and the static pressure of the introduction port to the combustor by the mixer to increase the air / steam suction ratio. Performance was limited and it was difficult to increase the suction ratio significantly.
[0010]
The present invention has been made to solve such problems. That is, the object of the present invention is to significantly increase the extraction air without increasing the driving steam pressure, thereby greatly increasing the air / steam suction ratio and reducing the exergy loss of the exhaust heat recovery unit. An object of the present invention is to provide a partially regenerative two-fluid gas turbine capable of reducing power generation efficiency.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The sum of the pressure loss of the combustor itself, that is, the pressure loss of the swirl constituting the combustor, and the pressure loss due to the increase in the flow velocity at the time of combustion in the combustion region usually reaches several thousand mmAq (for example, about 3000 mmAq). The present inventor noticed that the suction ratio can be increased by bypassing this portion. The present invention is based on such novel findings.
[0012]
That is, according to the present invention, a part of the air compressed by the compressor (2) is extracted before the combustor (3), mixed with steam and heated by turbine exhaust heat, and then the mixed gas is combusted. in partial regenerative dual fluid gas turbine to be injected into, and extraction ports to bleed before the combustor a portion of the compressed air leaving the compressor, an air introducing port for introducing said mixed gas to the combustor, bleed port or we bled compressed air mixer for mixing the water vapor (22), after heating the mixed gas by the mixer with a turbine exhaust heat, and a mixed gas line leading to the air inlet port (24) The combustor includes a combustor liner (32) having a combustion zone (31a) and a dilution zone (31b) provided on the downstream side of the combustion zone on the inside; The mixing gas enters the dilution zone from a downstream position. Introduced, thereby, the combustion air of the combustor is introduced directly into the combustor, the remaining compressed air bled bleed port or found mixed with steam, after heating the mixed gas turbine exhaust heat, introduced into the air introducing port, the pressure loss-reducing partial regenerative dual fluid gas turbine is provided, characterized in that.
[0014]
According to the configuration of the present invention, the extracted air extracted from the extraction port a can be directly introduced by mixing with the steam and heating and bypassing the combustion zone from the air introduction port c after heating. The pressure loss is equivalent to the pressure loss passing through the combustion zone. Therefore, the pressure loss due to combustion and the pressure loss via the superheater are in parallel, and the suction ratio (air / steam ratio) of the mixer can be greatly increased without increasing the pressure increase performance of the mixer. Thereby, the compressed air which can be used for exhaust heat recovery can be increased, and as a result, cycle efficiency can be increased.
[0015]
According to a preferred embodiment of the present invention, the bleed port is provided on the upstream side of the combustion zone, the air introducing port is communicated directly to the dilution zone of the combustor liner, thereby, compressed air Is extracted from the extraction port, and a mixed gas of compressed air and steam is directly introduced into the dilution zone from the air introduction port.
[0016]
With such a combustor, a large amount of compressed air can be extracted from the extraction port (34), and a large amount of mixed gas (air and steam) can be introduced from the air introduction port (36) with a low pressure loss by bypassing the combustion zone.
[0017]
According to a preferred embodiment of the present invention , the combustor includes a partition wall (39) that partitions the combustor casing (38) and the combustor liner at an intermediate position between the combustion zone (31a) and the dilution zone (31b). The combustor liner of the dilution zone (31b) has an opening (32a) communicating with the gap with the casing, so that combustion air is supplied to the combustion zone side of the partition wall and directly flows into the combustion zone. The mixed gas of compressed air and steam is supplied to the dilution zone side of the partition wall and flows into the dilution zone through the opening (32a).
[0018]
Also with this configuration, a large amount of compressed air can be extracted from the extraction port, a mixed gas of compressed air and steam can be supplied to the dilution region side of the partition wall, and can flow into the dilution region through the opening (32a) with a low pressure loss. .
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is used for a common part in each figure.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a pressure loss-reducing partially regenerative two-fluid gas turbine according to the present invention. In this figure, a partially regenerative two-fluid gas turbine according to the present invention includes a compressor 2 that compresses air A, a combustor 3 that combusts fuel F, and a turbine 7 that is driven by combustion gas E and drives the compressor 2. And a superheater 6 provided downstream of the turbine 7, and an air line 13 for leading a part of the compressed air from the compressor 2 to the combustor and the remainder to the mixer.
[0020]
The partially regenerative two-fluid gas turbine of the present invention further includes a mixer 22 that mixes compressed air and water vapor extracted from an extraction port a of the compressor, and a mixed gas by the mixer 22 heated by turbine exhaust heat, And a mixed gas line 24 led to the introduction port c. The superheater 6 provided downstream of the turbine 7 further heats the mixed gas from the mixer 22 by turbine exhaust.
[0021]
In this embodiment, the mixer 22 is an ejector that is driven by the saturated steam S supplied from the exhaust heat boiler 12 through the main steam line 14 and sucks compressed air. In the present invention, the mixer 22 is not limited to an ejector, and may be another type of mixing device with a small pressure loss as long as the backflow of compressed air in the air line 13 can be prevented.
The mixed gas line 24 is configured to guide the mixed gas (air and steam) from the mixer 22 to the air introduction port c after being heated by the turbine exhaust heat in the superheater 6. Also. The air introduction port c is provided at a position where the combustion area of the combustor is bypassed, that is, a position where the static pressure is lower by several thousand mmAq (for example, about 3000 mmAq) than the extraction port a of the compressor.
[0022]
With the above-described configuration, a large amount (for example, 60 to 70%) of compressed air is extracted from the extraction port a of the compressor, the remaining air is directly introduced into the combustor as combustion air, and the extracted compressed air is converted into steam. And heated by turbine exhaust heat and then introduced into the air introduction port c. According to this configuration, the pressure loss of the line introduced by bleed is equal to the pressure loss passing through the combustion zone, so that the pressure loss due to combustion and the pressure loss via the superheater are in parallel to increase the pressure increase performance of the mixer Without any problem, the suction ratio (air / vapor ratio) of the mixer can be greatly increased.
[0023]
FIG. 2 is an exhaust heat recovery diagram of FIG. In this figure, the horizontal axis represents the amount of exchange heat based on the gas turbine exhaust gas (the enthalpy based on 0 ° C. of the gas turbine exhaust gas), and the vertical axis represents the temperature.
[0024]
In this figure, the gas turbine exhaust gas is cooled from about 550 ° C. to about 160 ° C., and the heat is used to heat water to the saturation temperature, evaporate at the saturation temperature to become saturated steam, and further heated to become superheated steam.
[0025]
As is clear from FIG. 1, feed water (for example, about 50 ° C.) is supplied to the exhaust heat boiler 12, and a part thereof is saturated steam at a low pressure (for example, about 20 kg / cm 2 g). To the mixer 22. The vapor evaporation line is a constant temperature line of about 200 ° C. in FIG.
[0026]
Next, in the subsequent heating in the superheater 6, since a large amount of air is mixed with the low-pressure steam in the mixer 22, both the air amount and the steam amount are larger than in the conventional case, and the temperature rise gradient becomes more gentle.
[0027]
As is clear from comparison of this exhaust heat recovery diagram with the conventional FIG. 7, in the configuration of the present invention, both the amount of air and the amount of steam are larger than before, so the temperature rise gradient of the mixed gas of steam and air is the temperature of the exhaust gas. Since it becomes closer to the gradient and the amount of evaporated water is relatively small, the exchange heat amount at the evaporation completion position is low. In other words, the amount of heat recovered in the mixed gas of steam and air increases, and as a result, the energy recovery corresponding to the area shown by the hatching in FIG. 2 increases from FIG. 7, and in this example, the generator end efficiency is increased. It can be seen that the cycle efficiency can be improved by about 5% from the conventional maximum of about 39.8% to about 41.0%.
[0028]
FIG. 3 is an overall configuration diagram of a gas turbine combustor according to the present invention. As shown in this figure, a combustor 30 for a gas turbine according to the present invention includes a combustor liner 32 having a combustion region 31a and a dilution region 31b on the inner side, an extraction port 34 provided upstream from the combustion region 31a, And an air introduction port 36 directly communicating with the dilution zone 31b of the combustor liner 32. In this figure, ZZ is the rotation center of the compressor 2 and the turbine 7.
[0029]
With this configuration, a part of the compressed air can be extracted from the extraction port 34, and a mixed gas of compressed air and steam can be directly introduced into the dilution zone from the air introduction port 36, and a large amount of compressed air can be extracted from the extraction port 34. A large amount of mixed gas (air and steam) can be introduced with low-pressure loss by extracting and bypassing the combustion zone from the air introduction port 36.
[0030]
FIG. 4 is another schematic view of a gas turbine combustor according to the present invention. A combustor 30 for a gas turbine according to the present invention includes a combustor liner 32 having a combustion region 31a and a dilution region 31b inside, and a space between the combustor casing 38 and the combustor liner at an intermediate position between the combustion region 31a and the dilution region 31b. Partition wall 39 is provided. Further, the combustor liner 32 in the dilution zone 31 b has an opening 32 a that communicates with a gap with the casing 38.
[0031]
With this configuration, combustion air is supplied to the combustion zone side of the partition wall 39 and directly flows into the combustion zone, and a mixed gas of compressed air and steam is supplied to the dilution zone side of the partition wall 39, and enters the dilution zone through the opening 32a. A large amount of compressed air can be extracted from the extraction port, and a mixed gas of compressed air and steam can be introduced into the dilution zone through the opening 32a with a low pressure loss.
[0032]
As described above, according to the present invention, the combination of a low pressure loss mixer and a combustor that can be bypassed with a low pressure loss effectively increases the air / steam suction ratio while effectively suppressing the exergy loss, and generating efficiency. Can be improved.
[0033]
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, the pressure loss-reducing partially regenerative two-fluid gas turbine of the present invention can significantly increase the extraction air without increasing the driving steam pressure, thereby greatly increasing the air / steam suction ratio. And reducing the exergy loss of the exhaust heat recovery unit and improving the power generation efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a pressure-reduction-type partially regenerative two-fluid gas turbine according to the present invention.
FIG. 2 is an exhaust heat recovery diagram of FIG.
FIG. 3 is an overall configuration diagram of a gas turbine combustor according to the present invention.
FIG. 4 is another schematic view of a gas turbine combustor according to the present invention.
FIG. 5 is an overall configuration diagram of a conventional two-fluid gas turbine.
FIG. 6 is an overall configuration diagram of a partially regenerative two-fluid gas turbine of a prior application.
7 is a waste heat recovery diagram of FIG. 6. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Throttle valve 2 Compressor
3 Combustor (combustion chamber)
4 Water treatment device 5 Pump 6 Superheater 7, 8 Turbine 9 Condenser 10 Mixer (ejector)
12 Exhaust heat boiler 13 Air line 14 Main steam line 15 Mixed gas line 22 Mixer 24 Mixed gas line 31a Combustion zone 31b Dilution zone 32 Combustor liner 34 Extraction port 36 Air introduction port 38 Combustor casing A Air F Fuel S Steam E Combustion gas W water supply

Claims (3)

圧縮機(2)で圧縮した空気の一部を燃焼器(3)の手前で抽気し、蒸気と混合しタービン排熱で加熱した後、この混合ガスを燃焼器に注入する部分再生式二流体ガスタービンにおいて、
圧縮機を出た圧縮空気の一部を燃焼器の手前で抽気する抽気ポートと
前記混合ガスを燃焼器に導入する空気導入ポートと
抽気ポートから抽気した圧縮空気と水蒸気とを混合する混合器(22)と、該混合器による混合ガスをタービン排熱で加熱後、空気導入ポートに導く混合ガスライン(24)とを備え、
前記燃焼器は、燃焼域(31a)と該燃焼域の下流側に設けられた希釈域(31b)とを内側に有する燃焼器ライナー(32)を備え、
前記空気導入ポートは前記燃焼域より下流側の位置から前記希釈域に前記混合ガスを導入し、
これにより、燃焼器の燃焼用空気を燃焼器に直接導入し、残りの圧縮空気を抽気ポートから抽気して蒸気と混合し、この混合ガスをタービン排熱で加熱後、空気導入ポートに導入する、ことを特徴とする圧損低減型部分再生式二流体ガスタービン。
Partially regenerative two-fluid in which a part of the air compressed by the compressor (2) is extracted before the combustor (3), mixed with steam and heated by turbine exhaust heat, and then this mixed gas is injected into the combustor In gas turbines,
A bleed port to bleed before the combustor a portion of the compressed air leaving the compressor,
An air introducing port for introducing said mixed gas to the combustor,
Bleed port or we bled compressed air mixer for mixing the water vapor (22), after heating the mixed gas by the mixer with a turbine exhaust heat, and a mixed gas line leading to the air inlet port (24) Prepared,
The combustor includes a combustor liner (32) having a combustion region (31a) and a dilution region (31b) provided on the downstream side of the combustion region on the inside,
The air introduction port introduces the mixed gas into the dilution zone from a position downstream from the combustion zone,
Thus, the combustion air of the combustor is introduced directly into the combustor, the remaining compressed air bled bleed port or found mixed with steam, after heating the mixed gas turbine exhaust heat, the air introduction port A partially regenerative two-fluid gas turbine with reduced pressure loss, which is characterized in that
前記抽気ポートは燃焼域より上流側に設けられ、
前記空気導入ポートは前記燃焼器ライナーの希釈域に直接連通しており、
これにより、圧縮空気の一部を抽気ポートから抽気し、圧縮空気と蒸気との混合ガスを空気導入ポートから希釈域に直接導入する、ことを特徴とする請求項1に記載の圧損低減型部分再生式二流体ガスタービン。
The bleed port is provided on the upstream side of the combustion zone,
The air inlet port is in direct communication with the dilution zone of the combustor liner;
2. The pressure loss reducing portion according to claim 1, wherein a part of the compressed air is extracted from the extraction port, and a mixed gas of compressed air and steam is directly introduced into the dilution zone from the air introduction port. Regenerative two-fluid gas turbine.
前記燃焼器は、燃焼域(31a)と希釈域(31b)の中間位置で燃焼器ケーシング(38)と燃焼器ライナーの間を仕切る隔壁(39)を備え、
希釈域(31b)の燃焼器ライナーはケーシングとの隙間と連通する開口(32a)を有し、これにより、燃焼用空気を隔壁の燃焼域側に供給して燃焼域に直接流入させ、圧縮空気と蒸気との混合ガスを隔壁の希釈域側に供給し、開口(32a)を通して希釈域に流入させる、ことを特徴とする請求項1に記載の圧損低減型部分再生式二流体ガスタービン。
The combustor includes a partition wall (39) that partitions between the combustor casing (38) and the combustor liner at an intermediate position between the combustion zone (31a) and the dilution zone (31b).
The combustor liner in the dilution zone (31b) has an opening (32a) that communicates with the gap with the casing, so that the combustion air is supplied to the combustion zone side of the partition wall and directly flows into the combustion zone. The pressure loss-reducing partially regenerative two-fluid gas turbine according to claim 1, wherein a mixed gas of water and steam is supplied to the dilution zone side of the partition wall and flows into the dilution zone through the opening (32a).
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