特許 5909429 湿分利用ガスタービンシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5909429

(24)【登録日】2016年4月1日

(45)【発行日】2016年4月26日

(54)【発明の名称】湿分利用ガスタービンシステム

(51)【国際特許分類】

   F02C 3/30 20060101AFI20160412BHJP

   F02C 1/00 20060101ALI20160412BHJP

   F02C 7/00 20060101ALI20160412BHJP

   F02C 6/18 20060101ALI20160412BHJP

   F02C 6/08 20060101ALI20160412BHJP

   F02C 7/22 20060101ALI20160412BHJP

【ＦＩ】

   F02C3/30 C

   F02C1/00

   F02C7/00 B

   F02C6/18 A

   F02C6/08

   F02C7/22 B

   F02C7/22 D

【請求項の数】9

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-189620(P2012-189620)

(22)【出願日】2012年8月30日

(65)【公開番号】特開2014-47657(P2014-47657A)

(43)【公開日】2014年3月17日

【審査請求日】2015年1月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】荒木 秀文

(72)【発明者】

【氏名】岩井 康

(72)【発明者】

【氏名】武田 拓也

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】麻尾 孝志

【審査官】 橋本 敏行

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２４７６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２１０４９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０６５６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１１５８５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１３４８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１５２０４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０３−０５４３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６３−１５００４０（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ１３／００−１５／１２

２３／００−２５／３６

Ｆ０１Ｋ２３／００−２７／０２

Ｆ０２Ｃ１／００−９／５８

Ｆ０２Ｇ１／００−５／０４

Ｆ２３Ｒ３／００−７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された空気に湿分と燃料とを混合及び燃焼させて燃焼ガスを発生する燃焼器と、前記燃焼器からの燃焼ガスにより駆動されるタービンと、前記タービンの排ガスから湿分を回収する水回収装置と、前記水回収装置を通過したガスタービン排ガスを加熱する熱交換器とを備え、前記熱交換器の加熱側流体として前記圧縮機から抽気した圧縮空気を用いることを特徴とする湿分利用ガスタービンシステム。

【請求項2】

請求項１に記載の湿分利用ガスタービンシステムにおいて、
前記燃焼器へ供給する燃料を加熱する熱交換器を備え、前記燃料を加熱する熱交換器の加熱側流体として前記圧縮機から抽気した圧縮空気を用いることを特徴とする湿分利用ガスタービンシステム。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の湿分利用ガスタービンシステムにおいて、
前記ガスタービン排ガスを加熱する熱交換器を通過した圧縮空気を膨張させる膨張手段を備え、
前記膨張手段によって膨張させられた低温空気を冷熱利用設備に供給する系統を有することを特徴とする湿分利用ガスタービンシステム。

【請求項4】

請求項３に記載の湿分利用ガスタービンシステムにおいて、
前記圧縮空気を膨張させる手段は膨張タービンであり、
前記膨張タービンによって駆動される発電機を備えたこと特徴とする湿分利用ガスタービンシステム。

【請求項5】

請求項３に記載の湿分利用ガスタービンシステムにおいて、
前記圧縮空気を膨張させる手段は膨張タービンであり、
前記膨張タービンによって駆動され前記燃焼器に供給される燃料を圧縮する燃料圧縮機を備えたことを特徴とする湿分利用ガスタービンシステム。

【請求項6】

請求項３に記載の湿分利用ガスタービンシステムにおいて、
前記冷熱利用設備として前記低温空気と熱媒体とを熱交換させる熱交換器を備え、
前記低温空気と熱媒体とを熱交換させる熱交換器で冷却されて低温となった前記熱媒体を他の冷熱利用設備に供給する系統を有することを特徴とする湿分利用ガスタービンシステム。

【請求項7】

空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された空気に湿分と燃料とを混合及び燃焼させて燃焼ガスを発生する燃焼器と、前記燃焼器からの燃焼ガスにより駆動されるタービンと、前記燃焼器へ供給する燃料を加熱する熱交換器とを備え、前記熱交換器の加熱側流体として圧縮機から抽気した圧縮空気を用いるようにし、
前記燃料を加熱する熱交換器を通過した圧縮空気を膨張させる膨張手段を備え、
前記膨張手段によって膨張させられた低温空気を冷熱利用設備に供給する系統を有することを特徴とする湿分利用ガスタービンシステム。

【請求項8】

請求項７に記載の湿分利用ガスタービンシステムにおいて、
前記圧縮空気を膨張させる手段は膨張タービンであり、
前記膨張タービンによって駆動される発電機を備えたこと特徴とする湿分利用ガスタービンシステム。

【請求項9】

請求項７に記載の湿分利用ガスタービンシステムにおいて、
前記冷熱利用設備として前記低温空気と熱媒体とを熱交換させる熱交換器を備え、
前記低温空気と熱媒体とを熱交換させる熱交換器で冷却されて低温となった前記熱媒体を他の冷熱利用設備に供給する系統を有することを特徴とする湿分利用ガスタービンシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスタービンの燃焼用空気に加湿して効率向上を図る、湿分利用ガスタービンシステムにかかり、特に、燃焼用空気に蒸気を供給し、圧縮機で圧縮した空気をガスタービンの外部に抽気するようにした湿分利用ガスタービンシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンの燃焼器に水蒸気を噴射し、タービンに流入する燃焼ガスの流量を増大させ、かつ燃焼ガスの比熱を増大させてタービンの出力を増大させるようにした湿分利用ガスタービンシステムとして、特許文献１や特許文献２に記載のものがある。

【0003】

特許文献１には、排熱ボイラによる発生蒸気の一部を燃焼器に導いて噴射する噴射蒸気ラインと、圧縮機による圧縮空気を抽気する空気抽気ラインとを備え、ガスタービンによる電力供給と排熱ボイラによるプロセス蒸気の供給を従来と同等以上に行いながら、タービンコンプレッサを用いることなく大量の圧縮空気を製造することが提案されている。特許文献１には、また、燃焼器への噴射蒸気量にほぼ比例する圧縮空気量を抽気し、圧縮機出口圧力をほぼ一定に保持することにより、噴射蒸気量の増大によりタービン出力を増大させながら、圧縮機のサージングを防止することが提案されている。さらに、特許文献１には、噴射蒸気ラインと空気抽気ラインで間接的に熱交換する熱交換器を備え、高温の抽気空気により噴射蒸気を加熱するように構成することにより、排熱ボイラに過熱器を設けることなく噴射蒸気を過熱し、装置を小型にしかつ全体の熱効率を高めることが提案されている。また、特許文献１によれば、プロセス蒸気以外の余剰蒸気は全て燃焼器に噴射され、タービンを経て排熱ボイラで低温（例えば１００℃前後）まで熱回収されるので、放出蒸気によるエネルギーロスを低減することができるとされている。

【0004】

特許文献２にも、水蒸気を燃焼器に導いて噴射する噴射蒸気ラインと、圧縮機による圧縮空気を抽気する抽気空気冷却ラインとを備え、燃焼器への噴射蒸気量にほぼ比例する圧縮空気量を抽気することにより、圧縮機出口圧力をほぼ一定に保持し、噴射蒸気量の増大によりタービン出力を増大させながら、圧縮機のサージングを防止することが提案されている。さらに、特許文献２には、抽気空気冷却ラインで抽気空気を冷却・膨張させて低温空気を発生させ、発生した低温空気を吸気混合冷却器に供給して、圧縮機の吸気と直接混入させて吸気温度を下げるように構成することにより、圧縮機における圧縮動力を下げ、かつタービン入口温度を保持したままで燃焼器における燃焼量を増加させ、タービン出力を増大させることが提案されている。また、特許文献２においても、供給された余剰蒸気は全て燃焼器に噴射され、タービンを経て例えば排熱ボイラ等で低温（例えば１００℃前後）まで熱回収されるので、余剰蒸気によるエネルギーロスを低減することができるとされている。

【0005】

特許文献３には、湿分利用ガスタービンシステムとして、ガスタービンの排熱を回収したエネルギーにより、加湿装置でガスタービンの圧縮空気に加湿して、燃焼用空気の質量流量とエンタルピーを増加させ、この高湿分空気と燃料とを燃焼器で燃焼させた高温の燃焼ガスでタービンを駆動させて、ガスタービン出力および発電効率を向上させる高湿分空気利用ガスタービンが開示されている。また、特許文献３では、ガスタービンの排ガス中に含まれる湿分を回収して再利用するために、水回収装置が設けられている。この水回収装置は、排ガス中に液滴をスプレイして、気液直接接触により、排ガス中の湿分を凝縮させて湿分を回収する構成となっている。また、特許文献３では、水回収装置を通過した排ガスが煙突から白煙として排出されるのを防止するため、排ガス再加熱装置で加熱することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平９−２０３３２７号公報

【特許文献2】特開平１１−２５７０９８号公報

【特許文献3】特開２００７−１６６４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１では、噴射蒸気ラインと空気抽気ラインで間接的に熱交換する熱交換器を備え、高温の抽気空気により噴射蒸気を加熱している。具体例として、特許文献１の実施例には、約３８０℃の高温の圧縮空気を圧縮機から抽気した後、排熱ボイラで生成した約２００℃の飽和水蒸気を加熱することが記載されている。水蒸気を加熱した後の圧縮空気は、依然として２５０℃の熱エネルギーを保有する。しかし、特許文献１では、圧縮空気を外部利用するために、圧縮空気を冷却することを目的としており、圧縮空気の冷却という観点からのみ検討されており、圧縮空気が保有する２５０℃の熱エネルギーの活用については全く考慮されておらず、効率向上の余地が残されている。

【0008】

特許文献２では、抽気空気冷却ラインで抽気空気を冷却・膨張させて低温空気を発生させるようにしている。具体例として、特許文献２の実施例には、冷却水で圧縮空気を50℃前後まで冷却してから膨張タービンで膨張させて−６０℃前後の低温空気を発生することが記載されている。特許文献２では、抽気した圧縮空気から低温空気を得ることを目的としており、低温空気を発生するという観点のみから検討されており、圧縮機から抽気した圧縮空気の熱の利用については全く考慮されておらず、効率向上の余地が残されている。

【0009】

特許文献３においては、圧縮機で圧縮した空気を外部に抽気するように構成されておらず、圧縮機から抽気した圧縮空気の熱の利用について当然ながら何ら考慮されていない。

【0010】

本発明の目的は、圧縮機から圧縮空気を抽気する湿分利用ガスタービンシステムにおいて、可及的に効率を向上するようにした湿分利用ガスタービンシステムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、ガスタービンの圧縮機から圧縮空気を抽気する湿分利用ガスタービンシステムにおいて、抽気した圧縮空気が保有する熱を回収することを特徴とする。

【0012】

熱を回収した後の圧縮空気を膨張タービンで膨張させ、動力を回収することが望ましい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、圧縮機から圧縮空気を一部抽気する湿分利用ガスタービンシステムにおいて、可及的に効率を向上することができる。

【0014】

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施例である湿分利用ガスタービンシステムを示す概略系統図。

【図2】本発明の他の実施例である湿分利用ガスタービンシステムを示す概略系統図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の実施例である湿分利用ガスタービンシステムについて図面を参照して以下に説明する。

【実施例1】

【0017】

先ず、本実施例の概要を説明する。本実施例は、ガスタービンの燃焼器に蒸気を供給してタービンの出力を増大させるようにした湿分利用ガスタービンシステムである。このような湿分利用ガスタービンシステムでは、圧縮機とタービンの流量マッチングのため、圧縮機から圧縮空気を抽気することになる。

【0018】

本実施例は、このような湿分利用ガスタービンシステムにおいて、圧縮空気が保有する熱を回収することにより可及的に効率を向上するものである。従来、このような湿分利用ガスタービンシステムでは、特許文献１や特許文献２に記載のように、ガスタービン排気中の水分を回収する水回収装置は設けられていない。本実施例では、ガスタービンの燃焼器に蒸気を供給してタービンの出力を増大させるようにした湿分利用ガスタービンシステムに新たに水回収装置を設け、水分回収に際して低温化した排ガスを加熱して白煙発生を抑制する排ガス再加熱器の加熱媒体（加熱側流体）として圧縮空気を利用し圧縮空気が保有する熱を回収するようにしたものである。

【0019】

また、本実施例では、燃焼器に供給する燃料を加熱する熱交換器を設け、熱交換器の加熱媒体（加熱側流体）として圧縮空気を利用し圧縮空気が保有する熱を回収するようにしている。

【0020】

また、本実施例では、排ガス再加熱器で熱を回収した後の圧縮空気を膨張タービンで膨張させ、動力を回収するようにしている。そして、本実施例では、膨張して低温となった空気を冷熱源と利用し、電力、蒸気、冷熱の三つを供給可能なトライジェネレーションシステムを構築している。

【0021】

以下、図面を用いて具体的に説明する。図１は、本発明の一実施例である湿分利用ガスタービンシステムの構成を示す概略系統図である。ガスタービン本体は、空気を圧縮して吐出する圧縮機２、圧縮空気と燃料とを混合して燃焼する燃焼器４、燃焼器が生成する燃焼ガスにより駆動されるタービン１が主要な機器である。圧縮機２とタービン１を連結するシャフト５は、図示しない減速機を介して発電機１９に接続されており、発電した電力を系統に送電可能となっている。

【0022】

圧縮機２から吐出された圧縮空気は、ガスタービンケーシング内の流路５３を経由して燃焼器４に導かれる。燃焼器４において、圧縮空気、配管４３から供給される燃料、配管４１から供給される過熱水蒸気と混合して燃焼ガスを生成する。燃焼ガスはタービン１を駆動して、排ガス１３としてタービンから排気される。排ガス１３の流路には、上流側から順に、排熱回収ボイラ２６、水回収装置１７、排ガス再加熱器８８が接続されており、排ガスは最終的にスタック５４から大気中に放出される。

【0023】

排熱回収ボイラ２６は、エコノマイザ２３、蒸発器２４、過熱器２５から構成されており、蒸発器２４の蒸気ドラムには、配管３４と弁７４により、外部に飽和水蒸気を供給可能な構造となっている。

【0024】

本実施例において、圧縮機で圧縮された空気に湿分を添加する加湿装置は、排熱回収ボイラ２６、配管４１、弁７３により構成されている。即ち、排熱回収ボイラ２６の過熱器２５で生成した過熱蒸気は、配管４１と弁７３を介して燃焼器４に供給可能となっている。なお、本明細書において「蒸気を燃焼器４に供給する」という記述は、燃焼器４の内部に蒸気を供給することを示すだけでなく、燃焼器４に導入される圧縮空気が流下する燃焼用空気流路（流路５３）に蒸気を供給することも含むものとする。

【0025】

水回収装置１７は、回収水容器１８の保有する水を、配管３１に設置されたポンプ９２で加圧し、冷却器８５で冷却したのち、配管３２により、水回収装置１７の内部に設置されたスプレイノズル７１へ供給する構成となっている。冷却器８５はファン２７により大気９３を導入して水を冷却する空冷式冷却器である。また、回収水容器１８の保有する水は、配管３３に設置されたポンプ９１により、排熱回収ボイラ２６のエコノマイザ２３に供給されるよう配管されている。さらに、水回収装置１７の回収水容器１８には、外部から補給水が供給可能なように、配管５２が設けられている。

【0026】

本実施例の特徴となっている構成要素は、圧縮機２から吐出された圧縮空気の一部を配管４２によってガスタービンのケーシング外部に抽気する抽気系統であり、同系統には、上流側から順に、弁６６、熱交換器５５、配管４４、排ガス再加熱器８８、配管４５、膨張タービン２８、配管４６、熱交換器５６、配管４７が接続されている。熱交換器５５は燃料９５を加熱する目的で設置され、排ガス再加熱器８８は、水回収装置１７で冷却されて低温となった排ガスを加熱して、大気中への白煙の発生を抑制する目的で設置してある。膨張タービン２８は発電機２０と接続されており、圧縮空気の保有する圧力エネルギーを電力に変換可能となっている。熱交換器５６は、配管４８からプロピレングリコールなどの熱媒体を導入し、配管４９から冷却された熱媒体を外部に供給可能に構成されている。

【0027】

次に図１を用いて、本実施例による湿分利用ガスタービンシステムの動作を説明する。ガスタービンの吸気ダクト３から吸入された大気は、圧縮器２で圧縮され、高温の圧縮空気となって圧縮機２から吐出される。吐出された圧縮空気の大部分は、ガスタービンケーシング内の流路５３を経由して燃焼器４に導かれる。燃焼器４では、燃料９５と、配管４１から供給される過熱水蒸気と、圧縮空気が混合して燃焼し、高温の燃焼ガスを生成する。この高温の燃焼ガスは、タービン１に供給され、タービン１の内部で膨張して、熱エネルギーが動力エネルギーに変換される。この動力エネルギーは、同じシャフト５に連結された圧縮機２を駆動することに消費されるとともに、発電機１９により、電気エネルギーに変換されて取り出される。

【0028】

この湿分利用ガスタービンは、燃焼させる空気に、排熱回収で生成した水蒸気を湿分として添加しているため、タービンに供給される燃焼ガスの流量が、通常のシンプルサイクルガスタービンよりも多くなる。その場合、ガスタービンの圧力比が上昇し、圧縮機２のサージングが発生しやすくなることから、圧縮機２の出口の空気圧力が許容値以下となるように、配管４２の弁６６の開度を操作して、抽気系統から抜き出す圧縮空気の流量を調整している。

【0029】

添加する水蒸気の質量が増加した場合、抽気が必要な圧縮空気の質量も増加するが、水蒸気の単位質量当たりの熱エネルギーは、圧縮空気と比較して大きいため、通常のガスタービンと比較してより多くのエネルギーを取り出すことができ、システム熱効率が向上する。

【0030】

タービン１での膨張過程を経て排出された排ガス１３は、排熱回収ボイラ２６に導かれ、配管３３からの給水を、エコノマイザ２３、蒸発器２４、過熱器２５で順次加熱して水蒸気を生成する。蒸発器２４の蒸気ドラムから、飽和水蒸気を配管３４により抜き出すことが可能となっており、必要に応じて、プロセス蒸気や暖房用に利用することができる。過熱器２５で生成した過熱蒸気は、前記した燃焼器４に供給され、ガスタービンの出力、効率向上に寄与する。

【0031】

排熱回収ボイラ２６から排出された排ガスは、水回収装置１７へ導かれる。水回収装置１７では、下部空間の回収水容器１８に貯蔵された回収水が、配管３１のポンプ９２により、冷却器８５に供給され、冷却器８５では大気９３と熱交換して回収水が例えば３５℃まで冷却され、スプレイノズル７１に供給される。スプレイノズル７１から散布されるスプレイ水と排ガス１３が気液直接接触し、排ガス１３に含まれる湿分が凝縮し、回収水容器１８に回収される。水回収装置１７を排出される排ガスは、スプレイ水により冷却された湿りガス（例えば４０℃以下の湿りガス）であり、スタック５４内部での結露や、大気中での白煙発生を抑制するため、排ガス再加熱器８８により、例えば８０℃まで加熱してからスタック５４により大気中に放出する。回収水容器１８の回収水の一部は、配管３３のポンプ９１により、排熱回収ボイラ２６のエコノマイザ２３に供給される。水回収装置１７の回収水容器１８の水位は、排ガス１３の凝縮により回収された水量と、配管３３から排熱回収ボイラ２６へ供給される水量のバランスにより変化する。そこで、回収量がボイラへの供給量より多い場合は、図示しない排水機構によって余分な水を排出し、回収量がボイラへの供給量より少ない場合には、配管５２から補給水を供給して、回収水容器１８の水位を維持する。

【0032】

次に、本実施例の特徴的な系統である、圧縮機からの抽気系統の動作について説明する。図示しない制御装置により、圧縮機のサージング防止の観点から、圧縮機出口の空気圧力が許容値以下となるように、配管４２の弁６６の開度を自動制御して、必要な流量の圧縮空気を外部に抽気する。この流量は、圧縮機のサージング特性にも依存するが、典型的には、圧縮機の吸込流量の5〜20%程度となる。蒸発器２４で発生した水蒸気を、より多くプロセス蒸気や暖房用に利用したい状況では、燃焼器４に注入可能な過熱水蒸気の流量が減少するため、抽気系統から抜き出す圧縮空気の流量は少なくなる。一方、プロセス蒸気や暖房用の蒸気需要が少ない状況では、燃焼器４に注入する過熱水蒸気の流量を増加させ、自動制御により抽気系統から抜き出す圧縮空気の流量が増加する。この圧縮機からの抽気動作により、圧縮機の出口圧力は基準値の範囲内に自動的に維持され、安定な状態で圧縮機２を運転することが可能となる。

【0033】

熱交換器５５では、約400℃の高温圧縮空気により、燃料９５を約300℃まで加熱するとともに、圧縮空気は、約320℃まで温度が低下する。この燃料の加熱により、燃焼器４で所望の温度の燃焼ガスを発生させるために必要な燃料９５の流量が約3%低減され、システム熱効率が約3%向上する効果がある。熱交換器５５を経由した温度約320℃の圧縮空気は、熱交換器である排ガス再加熱器８８に供給され、約40℃の低温の排ガスを約80℃まで加熱することにより、圧縮空気は約100℃まで温度低下する。この加熱により、排ガスの過熱度が40℃以上となるため、スタック５４の内部で結露を生じることが抑制される。また、スタック５４から大気中に放出された後も、白煙の発生を抑制でき、発電設備の景観を維持することができる。

【0034】

排ガス再加熱器８８で約100℃まで温度低下した圧縮空気は、膨張タービン２８に導入される。圧縮空気は、膨張タービン２８でほぼ大気圧まで膨張すると、外部に仕事をしたことにより温度が約−70℃まで低下する。約−70℃まで温度が低下した低温空気は、配管４６を介して熱交換器５６に導かれ、冷熱源として利用される。この時、膨張タービンで発生した動力は、発電機２０により電力に変換して利用される。この電力は、ガスタービンの出力の約6%であり、システムの総合熱効率を約6%向上させる効果がある。

【0035】

熱交換器５６には、冷熱供給用途で需要先から戻された約１５℃のプロピレングリコールが配管４８から供給されている。この熱媒体であるプロピレングリコールは、熱交換器５６の内部の伝熱管で、約−70℃の低温空気と間接熱交換し、約５℃まで冷却され、配管４９から外部の冷熱需要先へ供給される。この冷熱の熱量は、ガスタービンの出力の約3%であり、システムの総合熱効率を約3%向上させる効果がある。

【0036】

なお、冷熱の需要が無い場合には、プロピレングリコールなどの熱媒体の供給を停止することにより、配管４７から低温の空気がそのまま放出されるため、配管４７は、例えば水回収装置１７などの排気ダクト部分に接続して、低温空気を排ガス再加熱器８８で加熱してから大気へ放出する。配管４７を通過する空気流量は、排気ガス１３の流量の最大でも20%程度であり、これを混合した場合でも排ガス再加熱器８８出口のガス温度は、６０℃以上に加熱されるため、大気へ放出するのに支障はない。

【0037】

本実施例の固有の特徴は、圧縮機２からの約400℃の高温抽気に対して、水回収装置１７出口の約４０℃の低温の空気と熱交換させる点であり、それにより、空気が約400℃から約100℃に温度低下するまで、外部へ熱を廃棄することなく有効に熱回収が可能となる。以上に記載した本実施例のシステム総合効率向上効果の数値を合計すると、約12%となり、圧縮空気の抽気から熱回収、動力回収などを行わない場合と比較して、システムの総合熱効率を顕著に向上することが可能となる。

【0038】

なお、本実施例では、冷熱供給のために、熱交換器５６を設けてプロピレングリコールを熱媒体として利用したが、熱媒体はプロピレングリコール以外のものを利用しても良い。本実施例のように熱交換器５６を備えることにより、利用目的に応じた好適な熱媒体を用いて冷熱を搬送することができる。

【0039】

また、冷熱の用途によっては、約−70℃の低温空気をそのまま冷熱需要先に供給することも当然可能である。但し、空気の場合、プロピレングリコールなどの熱媒体と比較して、容積当たりの保有熱量が小さい。そのため、冷熱の輸送に必要な圧力損失が大きくなる傾向があり、冷熱需要先が本実施例のガスタービンシステムと近距離にあることが望ましい。

【0040】

また、本実施例では、水回収装置１７としてスプレイ式を例示したが、スプレイ式ではなく、充填物式、伝熱管方式でも同様の動作が可能である。スプレイ式は、排ガス側の圧力損失を小さくできる特徴があるが、湿分の凝縮性能を高めるためには、排ガスやスプレイ液滴の流量配分の均一化などが求められる。充填物式は、排ガス側の流量配分の均一化が比較的容易であるが、排ガス側の圧力損失が大きくなる傾向がある。伝熱管式の場合は、冷却用の空気を伝熱管に直接供給することにより、冷却水を一切使用せずに排ガスから湿分を回収できる特徴があるが、伝熱面積を多く取る必要があり、水回収装置の排ガス流路部分が大型化する傾向がある。

【0041】

また、本実施例では、圧縮空気を膨張させる膨張手段として、排ガス再加熱器８８の下流側に膨張タービン２８を備えた構成としているが、膨張タービン２８を膨張弁などに置き換えて冷熱のみを利用する構成としても良い。

【0042】

さらに、本実施例では、排熱回収ボイラ２６で発生させた蒸気を燃焼器に噴射することにより圧縮空気への加湿を行うようにした湿分利用ガスタービンシステムに適用した場合について説明したが、圧縮空気への加湿を、特許文献３に記載されているような、増湿塔とエコノマイザ等により行うようにした高湿分空気利用ガスタービン設備にも同様に適用可能である。例えば、特許文献３の高湿分空気利用ガスタービン設備において、圧縮機とタービンの流量マッチングのため、圧縮機から圧縮空気を抽気（放風）する構成を付加し、水回収装置を出た排ガスを再加熱する排ガス再加熱装置の熱媒体として、エコノマイザへ給水される循環水に代えて、抽気した圧縮空気を用いるようにする。このように構成することによって、排ガス再加熱装置を設置しても、エコノマイザへ給水される循環水を用いていないので、エコノマイザへの給水温度が低下するのを避けることができ、その結果、エコノマイザから増湿塔へ供給される熱水のエネルギーが減少して、システム全体の排熱回収量が減少し、効率が低下するのを避けることができる。

【実施例2】

【0043】

図２を用いて本発明の他の実施例である湿分利用ガスタービンシステムを説明する。

【0044】

本実施例の湿分利用ガスタービンシステムは、図１に示した先の実施例である湿分利用ガスタービンシステムと基本的な構成及び作用は同じである。従って、実施例１と共通な構成についての説明は省略し、相違する部分のみ以下に説明する。

【0045】

構成の相違点は、本実施例では、図１で説明した実施例の熱交換器５５は備えておらず、圧縮機２から抽気した高温空気による燃料９５の加熱は行っていない。また、膨張タービン２８には、発電機２０ではなく、シャフト６を介して燃料圧縮機２９と、電動機兼発電機２２が連結されている。

【0046】

以下に、図２を用いて本実施例の固有の動作を説明する。

【0047】

本実施例においても、実施例１と同様に、圧縮機のサージング防止の観点から、圧縮機出口の空気圧力が許容値以下となるように、配管４２の弁６６の開度を自動制御して、必要な流量の圧縮空気を外部に抽気する。この約400℃の高温圧縮空気は、排ガス再加熱器８８に供給され、約40℃の低温の排ガスを約90℃まで加熱することにより、圧縮空気は約100℃まで温度低下する。この加熱により、排ガスの過熱度が50℃以上となり、スタック５４の内部で結露を生じることが抑制され、スタック５４から大気中に放出された後も、白煙を生じないため、発電設備の景観を維持する効果がある。

【0048】

排ガス再加熱器８８で約100℃まで温度低下した圧縮空気は、膨張タービン２８に導入される。膨張タービン２８で、ほぼ大気圧まで膨張すると、外部に仕事をしたことにより温度が約−70℃まで低下し、熱交換器５６に導かれる。本実施例では、この時、膨張タービン２８で発生した動力は、燃料圧縮機２９を駆動する動力に使われている。燃料圧縮機の圧力比や燃料の熱量に依存するが、燃料圧縮機２９の駆動に必要な動力が、膨張タービン２８の発生動力より小さい場合は、電動機兼発電機２２は、発電機として動作させ、余剰動力を電力に変換して利用される。反対に、燃料圧縮機２９の駆動に必要な動力が、膨張タービン２８の発生動力より大きい場合は、電動機兼発電機２２には電力を供給して、燃料圧縮機２９を駆動するための動力を発生させる。

【0049】

本実施例では、燃料９５は、燃料圧縮機２９で圧縮されるため、温度が上昇した状態で燃焼器４に供給される。膨張タービン２８の出口の低温空気を、冷熱供給用途で利用する点は、実施例１と同様である。

【0050】

本実施例の固有の特徴は、膨張タービン２８の発生動力を、燃料圧縮機２９を直接駆動することに利用している点であり、膨張タービン２８の発生動力を電力に変換してから利用する場合と比較して、電力と動力の相互の変換に伴う損失が生じないことが特徴である。

【0051】

このように、本実施例によっても、圧縮空気の抽気から熱回収、動力回収などを行わない場合と比較して、システムの総合熱効率を顕著に向上することが可能となる。

【0052】

なお、本実施例においても、実施例１で説明した変形例は、膨張タービンに代えて膨張弁を用いる場合を除いて同様に適用可である。

【0053】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加，削除，置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0054】

１：タービン、２：圧縮機、３：吸気ダクト、４：燃焼器、５、６：シャフト、１３：排気ガス、１７：水回収装置、１８：回収水容器、１９、２０：発電機、２２：電動機兼発電機、２３：エコノマイザ、２４：蒸発器、２５：過熱器、２６：排熱回収ボイラ、２７：ファン、２８：膨張タービン、２９：燃料圧縮機、３１、３２、３３、３４、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５２：配管、５３：流路、５４：スタック、５５、５６：熱交換器、６６：弁、７１：スプレイノズル、７３、７４：弁、８５：冷却器、８８：排ガス再加熱器、９１、９２：ポンプ、９３：大気、９５：燃料。

【図1】

【図2】