(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼用酸素を含む流体を圧縮する圧縮機と、
燃料ガスを化学的に改質して改質ガスを生成する改質器と、
水蒸気を生成して改質器へ送る蒸発器と、
圧縮機からの流体によって、改質器から改質ガス管を経て送られた改質ガスを燃焼させる燃焼器と、
燃焼器で発生した燃焼ガスを動力に変換するタービンとを備え、
タービンからの排ガスを排ガス管により改質器および蒸発器に供給し、
蒸発器下流側の排ガス管に、排ガス中の水蒸気を凝縮して回収し、回収した凝縮水を蒸発器へ送る水分凝縮回収装置を設け、
水分凝縮回収装置は、排ガスが流れる排ガス管と冷却媒体が流れる冷却媒体管とに接続された水回収熱交換器と、水回収熱交換器からの凝縮水を溜めるタンクとを有し、
水回収熱交換器は、排ガス管からの排ガスと、冷却媒体管からの冷却媒体を直接接触させて熱交換する直接接触熱交換器であることを特徴とするガスタービンシステム。
【請求項２】
水分凝縮回収装置の入側の排ガス管と、水分凝縮回収装置出側の排ガス管とをガス熱交換器で接続したことを特徴とする請求項１記載のガスタービンシステム。
【請求項３】
水回収熱交換器の出側の冷却媒体管をタンクに接続したことを特徴とする請求項１記載のガスタービンシステム。
【請求項４】
燃焼用酸素を含む流体を圧縮する圧縮機と、
燃料ガスを化学的に改質して改質ガスを生成する改質器と、
水蒸気を生成して改質器へ送る蒸発器と、
圧縮機からの流体によって、改質器から改質ガス管を経て送られた改質ガスを燃焼させる燃焼器と、
燃焼器で発生した燃焼ガスを動力に変換するタービンとを備え、
タービンからの排ガスを排ガス管により改質器および蒸発器に供給し、
蒸発器下流側の排ガス管に、排ガス中の水蒸気を凝縮して回収し、回収した凝縮水を蒸発器へ送る水分凝縮回収装置を設け、
水分凝縮回収装置は、排ガスが流れる排ガス管に接続された水回収熱交換器と、水回収熱交換器からの凝縮水を溜めるタンクと、タンクからの凝縮水が流れる水配管と冷却媒体が流れる冷却媒体管とに接続された追加熱交換器とを有し、追加熱交換器出側の水配管を水回収熱交換器に接続し、
水回収熱交換器は、排ガス管からの排ガスと追加熱交換器からの凝縮水を直接接触させて熱交換する直接接触熱交換器であることを特徴とするガスタービンシステム。
【請求項５】
追加熱交換器とタンクは一体に構成されていることを特徴とする請求項４記載のガスタービンシステム。
【請求項６】
タンクに凝縮水中の気体を凝縮水から取り除く手段を設けたことを特徴とする請求項４または５記載のガスタービンシステム。
【請求項７】
水回収熱交換器は、棚板式直接接触熱交換器であり、排ガスが直接接触熱交換器を出るときの流速が略６ｍ／ｓ以下であることを特徴とする請求項４記載のガスタービンシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービンからの排ガスを用いて燃料を化学的に改質するガスタービンシステムに係わり、とりわけ排ガス中の水蒸気成分を回収し、水資源の有効利用を図ることができるガスタービンシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、排ガスからの熱回収により効率向上を図るコンバインドサイクルとは別の手段として、排ガス中に含まれる熱エネルギによってタービンに供給される燃料を化学的に改質し、燃料の化学エネルギを向上することによって排熱を回収し、システム全体の効率を向上させる提案がなされている。
【０００３】
現在、ガスタービンの燃料として広く用いられているもののひとつとして天然ガスがあり、天然ガスの主な成分はメタンである。メタンの代表的な改質の方法としてメタンに水蒸気を添加し、例えばニッケルのような触媒の存在下で高温を保つことにより、水素と一酸化炭素に転換させられるものが知られている。
【０００４】
図６はこのようなガスタービンシステムの一例を示す図である。図６に示すガスタービンシステムにおいて、空気１を圧縮機２で圧縮して高圧空気３とし、改質器２０で改質された水素を含む改質燃料２１とともに燃焼器４で燃焼する。このとき、場合により噴射用蒸気１６が燃焼器４に噴射される。
【０００５】
燃焼器４で高温となった高温・高圧の燃焼ガス５はガスタービン６で膨張する際、動力を発生し、低圧のガスタービン排ガス７となる。ガスタービン排ガス７は改質器２０でメタンなどの高圧原燃料１９を加熱して改質し、水素を含む改質燃料２１ととして温度が低下した改質器排ガス８となる。改質器排ガス８は蒸発器１３で、ポンプ１１により加圧された水１０により熱を奪われ、ほぼ大気圧で１００℃〜２００℃程度の蒸発器排ガス９となってシステム外に排気される。
【０００６】
蒸発器１３で改質器排ガス８から熱を奪った水は、蒸気１４と改質用蒸気２２となる。このうち改質用蒸気２２は、メタンなどの原燃料１７を燃料圧縮機１８で圧縮して得られた高圧原燃料１９と混合されて、改質器２０でガスタービン排ガス７の熱を受け取り、上述のように改質反応を起こし、水素を含む改質燃料２１となる。一方蒸気１４は、蒸気バルブ１５を通過して噴射用蒸気１６として燃焼器４に噴射される。
【０００７】
このようなメタンの水蒸気改質を用いるガスタービンシステムとしては、例えば特開平２−２８６８３５に示されているようなものがある。またガスタービン排ガスから水蒸気成分を回収して利用するシステムについても、ガスタービンの高効率化を計るために多くのシステムが考えられており、例えば、特開昭５６−１２００６や特開平１１−１１７７６４などに示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにメタンなど化学的に改質する改質器２０を有するガスタービンシステムにおいては、改質の時多くの水蒸気を必要とする。この水蒸気に用いられる水は、システム外部から補給され、その後排ガスとして排出されるため、水資源が有効に活用されていない。また、排ガス中に多量に水蒸気が含まれるため、排ガスが煙突から排出されるときミスト生成し、白煙がたちのぼるため、環境上の不具合がある。
【０００９】
また、従来のガスタービンシステムにおいては、排ガスからの水蒸気回収を行うシステムが、特開平１１−１１７７６４などで提案されている。これらに示されている水蒸気の回収システムを燃料改質を行うガスタービンシステムにそのまま適用した場合、回収蒸気量が多いために、水回収に必要な低温の冷却水を大量に作るための冷熱源が乏しく、水蒸気の回収システムはガスタービンシステムの他の機器に比べて大きくなる傾向があり、設置面積やコストの面で必ずしも実用的なシステムとはいえない。また、例えば特開平１１−１１７７６４などで考案された水回収システムでは、水蒸気の回収のための冷却媒体がスプレーにより排ガスに振りかけられるため、凝縮回収水や冷却媒体が排ガスとともに排出されてしまう。このため実際には、水蒸気の凝縮回収が困難であるという不具合がある。
【００１０】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、燃料を化学的に改質する改質器を有するガスタービンシステムにおいて、水資源を有効に活用できる実用的なガスタービンシステム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】
本発明は、燃焼用酸素を含む流体を圧縮する圧縮機と、燃料ガスを化学的に改質して改質ガスを生成する改質器と、水蒸気を生成して改質器へ送る蒸発器と、圧縮機からの流体によって、改質器から改質ガス管を経て送られた改質ガスを燃焼させる燃焼器と、燃焼器で発生した燃焼ガスを動力に変換するタービンとを備え、タービンからの排ガスを排ガス管により改質器および蒸発器に供給し、蒸発器下流側の排ガス管に、排ガス中の水蒸気を凝縮して回収し、回収した凝縮水を蒸発器へ送る水分凝縮回収装置を設けたことを特徴とするガスタービンシステムである。
【００１２】
本発明によれば、排ガス管に水分凝縮回収装置を設け、回収した水を蒸発器へ送って水蒸気を生成するとともに、この水蒸気を改質器へ送るので、排ガス中の水蒸気を回収して改質器において利用できる。このため、改質器へ水蒸気を供給するためにシステム外から水を補給する必要がなくなる。
【００１３】
本発明は、水分凝縮回収装置の入側の排ガス管と、水分凝縮回収装置出側の排ガス管とをガス熱交換器で接続したことを特徴とするガスタービンシステムである。
【００１４】
本発明によれば、水分凝縮回収装置の出側の排ガスをガス熱交換器で加熱するので、一度冷却されて飽和濃度近傍の水蒸気を含む排ガスを再加熱するので、排ガス温度が上がり、その結果相対湿度が下がる。このため、ミスト生成を抑制することができ、白煙を防止することができる。
【００１５】
本発明は、水分凝縮回収装置は、排ガスが流れる排ガス管と、冷却媒体が流れる冷却媒体管とに接続された水回収熱交換器と、水回収熱交換器からの凝縮水を溜めるタンクとを有することを特徴とするガスタービンシステムである。
【００１６】
本発明によれば、水分凝縮回収装置が水回収熱交換器と、タンクとからなるので、水回収熱交換器の冷却媒体として、大気、海水といった自然に大量に存在するものを利用することができ、冷却媒体として新たに水資源を確保する必要がなく、結果的に水資源を有効に活用することができる。また凝縮水を溜めておくタンクを設置することで、負荷変動により水の利用量が少なくなったときでも、回収した水を蓄えておけるので、無駄にすることがなくなる。
【００１７】
本発明は、水回収熱交換器の出側の冷却媒体管をタンクに接続したことを特徴とするガスタービンシステムである。
【００１８】
本発明によれば、水回収熱交換器の出側の冷却媒体をタンクに接続したので、水回収熱交換器で冷却に使われた水等の冷却媒体を加熱してそのまま水蒸気として利用できるので、水資源を有効に活用できる。
【００１９】
本発明は、水回収熱交換器は、排ガス管からの排ガスと、冷却媒体管からの冷却媒体を直接接触させて熱交換する直接接触熱交換器であることを特徴とするガスタービンシステムである。
【００２０】
本発明によれば、水回収熱交換器が排ガスと冷却媒体を直接接触させて熱交換させる直接接触熱交換器なので、冷却媒体と凝縮水を混合させる機器を必要とせず設置面積を小さくすることができる。また、水回収熱交換器も伝熱管を多数配置したものや各種プレート型のものに比べて直接接触型にすることで安くすることができ、より実用的なものとなる。
【００２１】
本発明は、水分凝縮回収装置は、排ガスが流れる排ガス管に接続された水回収熱交換器と、水回収熱交換器からの凝縮水を溜めるタンクと、タンクからの凝縮水が流れる水配管と冷却媒体が流れる冷却媒体管とに接続された追加熱交換器とを有し、追加熱交換器出側の水配管を水回収熱交換器に接続したことを特徴とするガスタービンシステムである。
【００２２】
本発明によれば、水分凝縮回収装置は水回収熱交換器と、タンクと、追加熱交換器とを有するので、浄水場などのようにきれいな水が大量に得られないような場所にガスタービンシステムを設置する場合でも、冷却媒体として大量の大気または海水を使って冷却できるので、凝縮水の回収が容易となる。
【００２３】
本発明は、水回収熱交換器は、排ガス管からの排ガスと追加熱交換器からの凝縮水を直接接触させて熱交換する直接熱交換器であることを特徴とするガスタービンシステムである。
【００２４】
本発明によれば、追加熱交換器は排ガスと水とを直接接触させて熱交換する直接接触熱交換器であるので、伝熱管を多数配置した熱交換器や各種プレート型の熱交換器に比べて安く作ることができ、より実用的なものとなる。
【００２５】
本発明は、追加熱交換器とタンクは一体に構成されていることを特徴とするガスタービンシステムである。
【００２６】
本発明によれば、追加熱交換器と別体にタンクを設ける必要がなくなり、設置面積を小さくできる。
【００２７】
本発明は、タンクに凝縮水中の気体を凝縮水から取り除く手段を設けたことを特徴とするガスタービンシステムである。
【００２８】
本発明によれば、凝縮水中の気体、例えば二酸化炭素と水とにより炭酸水が生成され、この炭酸水により改質器への供給配管が腐食されることを防ぐことができ、配管材料を安くすることができる。
【００２９】
本発明は、水回収熱交換器は、棚板式直接接触熱交換器であり、排ガスが直接接触熱交換器を出るときの流速が略６ｍ／ｓ以下であることを特徴とするガスタービンシステムである。
【００３０】
本発明によれば、水回収熱交換器が棚板式直接接触熱交換器であり、排ガスが直接接触熱交換器を出るときの流速がおおよそ６ｍ／ｓ以下であるので、排ガスに水を直接振りかけても、排ガスとともに冷却水が飛んで排出されることがなく、より実用的な直接接触熱交換器となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
次に図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明によるガスタービンシステムの第１の実施の形態を示す図である。
【００３２】
図１において、ガスタービンシステムは燃料用酸素を含む流体、例えば空気１を圧縮する圧縮機２と、メタン等の燃料ガス（高圧原燃料）１９を化学的に改質して改質ガス（改質燃料）２１を生成する改質器２０と、水から水蒸気を生成して改質器２０へ送る蒸発器１３と、圧縮機２からの高圧空気３によって改質器２０から改質ガス管５２を経て送られた改質燃料２１を燃焼させる燃焼器４と、燃焼器４で生成した高温高圧の燃焼ガスを動力に変換するタービン６とを備えている。
【００３３】
またタービン６には排ガス管５０が接続され、この排ガス管５０には、上述した改質器２０と蒸発器１３が順次設けられ、さらに蒸発器１３の下流側の排ガス管５０には蒸発器排ガス９中の水蒸気を凝縮して回収し、回収した凝縮水を蒸発器１３へ送る水分凝縮回収装置３５が設けられている。
【００３４】
すなわち、水分凝縮回収装置３５には、水配管５１が接続され、水分凝縮回収装置３５と蒸発器１３との間の水配管５１には、凝縮水を蒸発器１３へ送るポンプ１１が取付けられている。
【００３５】
また蒸発器１３には、水蒸気１４および改質用蒸気２２を各々燃焼器４および改質器２０へ送る水蒸気管５３、５３ａが接続され、水蒸気管５３には蒸気バルブ１５が取付けられている。
【００３６】
また、図１において、改質器２０の入側には、原燃料１７を加圧して高圧原燃料１９とする燃料圧縮機１８が設けられている。
【００３７】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００３８】
まず、空気１が圧縮機２で圧縮して高圧空気３となり、この高圧空気３は改質器２０から送られる水素を含む改質ガス（改質燃料）２１とともに燃焼器４で燃焼される。このとき、同時に蒸発器１３から送られた水蒸気１４が蒸気バルブ１５を経て噴射用蒸気１６となって燃焼器４へ噴射される。
【００３９】
燃焼器４を出た高温・高圧の燃焼ガス５はガスタービン６で膨張して動力を発生し、低圧のガスタービン排ガス７となる。
【００４０】
一方、メタンなどの原燃料１７が燃料圧縮機１８により加圧されて高圧原燃料１９となり、この高圧原燃料１９は改質器２０へ送られる。改質器２０において、ガスタービン排ガス７はメタンなどの高圧原燃料１９を加熱し、温度が低下して改質器排ガス８となる。一方、高圧原燃料１９は改質器２０において、改質用蒸気２２と混合して改質反応を生じさせて水素を含む改質燃料２１となる。
【００４１】
改質器排ガス８は蒸発器１３でさらに水分凝縮回収装置３５から送られる蒸発器用凝縮水３１を加熱したのち、蒸発器排ガス９となる。蒸発器排ガス９は、水分凝縮回収装置３５で凝縮され、凝縮水３３と最終排ガス３２に分離される。最終排ガス３２は大気中に排出され、凝縮水３３の一部は蒸発器用凝縮水３１となり、残りは排水３４として排出される。
【００４２】
蒸発器１３で改質器排ガス８により加熱された蒸発器用凝縮水は水蒸気１４と改質用蒸気２２となる。上述のように改質用蒸気２２は改質器２０でガスタービン排ガス７の熱を受け取り、改質反応を起こし、水素を含む改質燃料２１となる。
【００４３】
以上のように本実施の形態によれば、最終排ガス部分に水分凝縮回収装置３５をとりつけて、回収した凝縮水の一部である蒸発器用凝縮器３１をポンプ１１によって昇圧して蒸発器１３に供給する。したがって、改質用蒸気２２を作るためにシステム外から水を補給する必要がなくなり、水資源を有効に活用することができる。
【００４４】
第２の実施の形態
次に本発明によるガスタービンシステムの第２の実施の形態について図２により説明する。第２の実施の形態は、水分凝縮回収装置３５の入側と出側の排ガス管５０にガス熱交換器（白煙防止装置）３６を接続したものである。
【００４５】
図２において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４６】
図２において、空気１を圧縮機２で圧縮して高圧空気３とし、高圧空気３は改質器２０において生成された水素を含む改質燃料２１とともに燃焼器４で燃焼される。このとき、噴射用蒸気１６が燃焼器４に噴射される。燃焼器４を出た高温・高圧の燃焼ガス５はガスタービン６で膨張する際、動力を発生し、低圧のガスタービン排ガス７となる。低圧のガスタービン排ガス７は改質器２０でメタンなどの高圧原燃料１９に熱を奪われ、温度が低下して改質器排ガス８となる。一方、高圧原燃料１９は改質用蒸気２２と混合して水素を含む改質燃料２１となる。改質器排ガス８は蒸発器１３でさらに熱を奪われたのち、蒸発器排ガス９となる。蒸発器排ガス９は、白煙防止装置３６に入り、水分凝縮回収装置排ガス３２ａと熱交換して温度が蒸発器排ガス９の露点程度まで下がった白煙防止装置排ガス９ａとなる。
【００４７】
白煙防止装置排ガス９ａは水分凝縮回収装置３５で、凝縮水３３と水分凝縮回収装置排ガス３２ａに分離される。水分凝縮回収装置排ガス３２ａは、白煙防止装置３６に入り、蒸発器排ガス９と熱交換して温度が上がり、相対湿度の低い状態の最終排ガス３２となり、大気中に排出される。一方、水分凝縮回収装置３５で液状に回収された凝縮水３３は、一部が蒸発器用凝縮水３１となり、残りは排水３４として排出される。
【００４８】
蒸発器１３で蒸発器排ガス８から熱を奪った蒸発器用凝縮水は、水蒸気１４と改質用蒸気２２となり、改質用蒸気２２は改質器２０に送られる。一方、水蒸気１４は、蒸気バルブ１５を通過して噴射用蒸気１６として上述のように燃焼器４に入る。
【００４９】
本実施の形態によれば、白煙防止装置３６によって、水蒸気成分回収装置３５へ入る白煙防止装置排ガス９ａの温度を下げて、水分凝縮回収装置３５の熱負荷を低減すると同時に最終排ガス３２の相対湿度を下げることができるので、水分凝縮回収装置をコンパクト化することができるばかりでなく、白煙を防止し環境への影響を低減することができる。
【００５０】
第３の実施の形態
次に本発明によるガスタービンシステムの第３の実施の形態について図３により説明する。第３の実施の形態は、白煙防止装置３６の下流側の排ガス管３６と、冷却媒体管５４とを水回収熱交換器３９で連結するとともに、水回収熱交換器３９の下流側にタンク４０を設けたものである。
【００５１】
図３において、水回収熱交換器３９とタンク４０とにより水分凝縮回収装置３５が構成される。図３において、図２に示す第２の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５２】
また、空気１は圧縮機２により圧縮されて高圧空気３となり、高圧空気３は改質器２０で生成された改質燃料２１ととともに燃焼器４で燃焼される。このとき、噴射用蒸気１６が燃焼器４に噴射される。燃焼器４より排出された高温・高圧燃焼ガス５はガスタービン６で膨張する際、動力を発生し、低圧のガスタービン排ガス７となる。ガスタービン排ガス７は燃料改質器２０でメタンなどの高圧原燃料１９に熱を奪われ、温度が低下して改質器排ガス８となる。一方、高圧原燃料１９は改質用蒸気２２と混合して水素を含む改質燃料２１となる。改質器排ガス８は蒸発器１３でさらに熱を奪われたのち、蒸発器排ガス９となる。蒸発器排ガス９は、白煙防止装置３６には入り、凝縮器排ガス３２ａと熱交換して温度が蒸発器排ガス９の露点程度まで下がって白煙防止装置排ガス９ａとなる。
【００５３】
白煙防止装置排ガス９ａは水回収熱交換器３９で、海水または大気３７等の冷却媒体と熱交換したのち、凝縮水３３と凝縮器排ガス３２ａに分離される。この時、海水または大気は温度が上昇し、排出海水または大気３８としてシステム外に排出される。
【００５４】
凝縮器排ガス３２ａは、白煙防止装置３６に入り、蒸発器排ガス９と熱交換して温度が上がり、相対湿度の低い状態の最終排ガス３２となり、大気中に排出される。一方、凝縮水３３はタンク４０にたまった後、一部が蒸発器用凝縮水３１となり、残りは排水３４として排出される。
【００５５】
蒸発器１３で改質器排ガス８から熱を奪った蒸発器用凝縮水は、水蒸気１４と改質用蒸気２２となり、改質用蒸気２２は改質器２０へ送られる。一方、水蒸気１４は、蒸気バルブ１５を通過して噴射用蒸気１６として燃焼器４に噴射される。
【００５６】
本実施の形態によれば、水分凝縮回収装置３５は凝縮水３３を溜めるタンク４０を有しているので、負荷変動などにより凝縮水３３の量が一時的に増加した場合でも、タンク４０に蓄えることができる。このため、排水３４の一時的な増加を防ぐことができ、環境への影響を少なくすることができる。他方、凝縮水３３の量が一時的に減少した場合でも、タンク４０内にたくわえられた水を利用することができるので、改質器２０に供給する蒸気量を確保することができる。このようなタンク４０を設けることにより、負荷変動時にも環境影響が少ないシステムを提供できる。
【００５７】
また、水回収熱交換器３９の冷却媒体として大気や海水３７等の冷却媒体を利用することにより、水回収熱交換器３９での白煙防止装置排ガス９ａの冷却が可能となる。また大気や海水は大量に流すことが可能なので、水回収熱交換器３９での流量を多くすることができる。したがって冷却温度を小さく保つことができ、熱回収後の排出大気や海水の温度を低く保つことが可能となる。したがって、環境への影響も少なくてすみ、かつ凝縮器性能もあがって、水回収熱交換器３９を小さくすることができる。
【００５８】
第４の実施の形態
次に本発明によるガスタービンシステムの第４の実施の形態について図４により説明する。第４の実施の形態は、水回収熱交換器３９の下流側の冷却媒体管をタンクに接続したものである。
【００５９】
図４において、図３に示す第３の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６０】
図４において、空気１は圧縮機２で圧縮されて高圧空気３となり、高圧空気３は改質器２０で生成された水素を含む改質燃料２１とともに燃焼器４で燃焼される。このとき、噴射用蒸気１６が燃焼器４に噴射される。燃焼器４より排出される高温・高圧燃焼ガス５はガスタービン６で膨張する際、動力を発生し、低圧のガスタービン排ガス７となる。ガスタービン排ガス７は燃料改質器２０でメタンなどの高圧原燃料１９に熱を奪われ、温度が低下して改質器排ガス８となる。
【００６１】
一方、高圧原燃料１９は、改質用蒸気２２と混合して水素を含む改質燃料２１となる。改質器排ガス８は蒸発器１３でさらに熱を奪われたのち、蒸発器排ガス９となる。蒸発器排ガス９は、白煙防止装置３６に入り、凝縮器排ガス３２ａと熱交換して温度が排ガス９の露点程度まで下がった白煙防止装置排ガス９ａとなる。
【００６２】
白煙防止装置排ガス９ａは水回収熱交換器３９で浄水４１等の冷却媒体と熱交換して、凝縮水３３と凝縮器排ガス３２ａに分離される。この時、浄水４１は温度が上昇して高温浄水４２となり、タンク４０へと導かれる。凝縮器排ガス３２ａは、白煙防止装置３６に入り、白煙防止装置排ガス９ａと熱交換して温度が上がり、相対湿度の低い状態の最終排ガス３２となり、大気中に排出される。
【００６３】
一方、凝縮水３３はタンク４０にたまった後、一部が蒸発器用凝縮水３１となり、残りは浄水４３としてシステム外へ供給され、利用される。
【００６４】
蒸発器１３において改質器排ガス８から熱を奪った蒸発器用凝縮水は、水蒸気１４と改質用蒸気２２となり、改質用蒸気２２は改質器２０へ送られる。一方、水蒸気１４は、蒸気バルブ１５を通過して噴射用蒸気１６として燃焼器４に噴射される。
【００６５】
本実施の形態によれば、凝縮水３３と冷却媒体として用いられた浄水４２を同一のタンク４０に導入するため、凝縮水３３の一部を浄水として利用することができる。また、水回収熱交換器３９の冷却媒体として浄水４１を利用することにより、白煙防止装置排ガス９ａの冷却が可能となるばかりでなく、凝縮水３１の一部を浄水４３として利用できる。このため、排水がなくなり、環境への影響を低減することができる。
【００６６】
なお、水回収熱交換器３９を直接接触型熱交換器にすることも可能であり、そうすることによって、熱交換器の大きさを小さくできる。
【００６７】
第５の実施の形態
次に本発明によるガスタービンシステムの第５の実施の形態について図５により説明する。第５の実施の形態は、水分凝縮回収装置を水回収熱交換器３９と、タンク４０と、追加熱交換器４４とから構成したものであり、他は図４に示す第４の実施の形態と略同一である。
【００６８】
図５において、図４に示す第４の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６９】
図５において、空気１は圧縮機２で圧縮されて高圧空気３となり、高圧空気３は改質器２０で生成された水素を含む改質燃料２１とともに燃焼器４で燃焼される。このとき、噴射用蒸気１６が燃焼器４に噴射される。燃焼器４から排出された高温・高圧燃焼ガス５はガスタービン６で膨張する際、動力を発生し、低圧のガスタービン排ガス７となる。ガスタービン排ガス７は改質器２０でメタンなどの高圧原燃料１９に熱を奪われ、温度が低下して改質器排ガス８となる。一方、高圧原燃料１９は改質用空気と混合して水素を含む改質燃料２１となる。改質器排ガス８は蒸発器１３でさらに熱を奪われたのち、蒸発器排ガス９となる。蒸発器排ガス９は、白煙防止装置３６に入り、凝縮器排ガス３２ａと熱交換して温度が排ガス９の露点程度まで下がった排ガス９ａとなる。
【００７０】
排ガス９ａは水回収熱交換器３９で追加熱交換器４４から送られる冷却水４７と熱交換して、凝縮水３３と凝縮器排ガス３２ａに分離される。この時、水回収熱交換器３９内の冷却水４７は凝縮水３３とともにタンク４０へと導かれる。凝縮器排ガス３２ａは、白煙防止装置３６に入り、蒸発器排ガス９と熱交換して温度が上がり、相対湿度の低い状態の最終排ガス３２となり、大気中に排出される。
【００７１】
一方、凝縮水３３はタンク４０にたまってから後、水配管５１から排出され、冷却水４６、蒸発器用凝縮水３１、および排水３４とに分けられる。このうち、水配管５１中の冷却水４６は、追加熱交換器４４によって冷却媒体管５４を流れる海水または大気３７等の冷却媒体と熱交換して温度が下がり、冷却水４７になる。このとき、海水または大気３７は温度が上がり、排出海水または大気３８等の排出冷却媒体として排出される。
【００７２】
蒸発器用凝縮水３１は蒸発器１３で改質器排ガス８から熱を奪って水蒸気１４と改質用蒸気２２となり、改質用蒸気２２は改質器２０へ送られる。一方、水蒸気１４は、蒸気バルブ１５を通過して噴射用蒸気１６として燃焼器４に噴射される。
【００７３】
本実施の形態によれば、追加熱交換器４４を設けることにより、水回収熱交換器３９の冷却媒体として浄水を利用できない場合でも、白煙防止装置排ガス９ａを冷却する方法として冷却水を使うことが可能となる。このため、特に大気で冷却しなければならない場合には、凝縮器を小さくすることが可能となり、設置面積を小さくする効果が得られる。
【００７４】
また、水回収熱交換器３９を直接接触型熱交換器にすることも可能であり、このことによって、熱交換器の大きさを小さくできるので設置面積を小さくできる。
【００７５】
また、このような構成において、水回収熱交換器３９とタンク４０を一体に形成してもよく、このことにより、設置面積を小さくできる。
【００７６】
さらにタンク４０に二酸化炭素等の気体を脱気する脱気装置４７を設けてもよい。この場合は脱気装置４７により凝縮水への二酸化炭素の溶け込みを防止して酸性度を下げることができる。このため、配管部材に安い材料を使うことが可能となり、より実用的なシステムとすることができる。
【００７７】
さらに、水回収熱交換器３９として、棚板式直接接触熱交換器を用いてもよい。このとき水回収熱交換器３９からの排ガス３２ａの流速を６ｍ／ｓ以下にする。このことにより水回収熱交換器３９からの凝縮水が排ガス３２ａとともに排出することを防止でき、凝縮水を効率良く回収することが可能となる。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の構成によれば、燃料を化学的に改質する改質器を有するガスタービンシステムにおいて、タービンからの排ガス中の水分を有効に回収して改質用の水蒸気として用いることができる。このため水資源を有効に活用できる実用的なシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガスタービンシステムの第１の実施の形態を示す概略図。
【図２】本発明によるガスタービンシステムの第２の実施の形態を示す概略図。
【図３】本発明によるガスタービンシステムの第３の実施の形態を示す概略図。
【図４】本発明によるガスタービンシステムの第４の実施の形態を示す概略図。
【図５】本発明によるガスタービンシステムの第５の実施の形態を示す概略図。
【図６】従来のガスタービンシステムを表すシステム構成図。
【符号の説明】
２  圧縮機
４  燃焼器
６  ガスタービン
１３  蒸発器
１８  燃料圧縮機
２０  燃料改質器
３５  水分凝縮回収装置
３６  白煙防止装置
３９  水回収熱交換器
４０  タンク
４４  追加熱交換器
４８  脱気装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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