(57)【要約】【課題】  本発明は、ガスタービンの効率向上と排熱回収ボイラ構造のシンプル化を実現する水製造装置を有するガスタービンシステムを提供することを目的とする。【解決手段】  本発明は、ガスタービン装置と、このタービンの燃焼排ガスを熱源とする排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラで発生した蒸気を熱源として海水から水を生成する水製造装置とを備えた水製造装置を有するガスタービンシステムであって、排熱回収ボイラで発生した蒸気とガスタービン装置の圧縮機から供給される空気とを混合した混合気をタービンの燃焼排ガスで加熱する再生器を備え、この再生器で加熱した混合気をガスタービン装置の燃焼器に供給するように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮した空気と燃料を燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼器で生成した燃焼ガスによって駆動され動力を得るタービンとを有するガスタービン装置と、前記タービンの燃焼排ガスを熱源として蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気を熱源として海水から水を生成する水製造装置と、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気とガスタービン装置の圧縮機から供給された空気とを混合した混合気を、タービンの燃焼排ガスを熱源として加熱する再生器とを備え、前記再生器で加熱された混合気をガスタービン装置の燃焼器に供給するように構成したことを特徴とする水製造装置を有するガスタービンシステム。
【請求項２】
前記排熱回収ボイラで発生した蒸気を、該排熱回収ボイラからガスタービン装置の再生器に供給する第１の系統、及び該排熱回収ボイラから水製造装置に供給する第２の系統に弁を夫々設置して、該排熱回収ボイラからガスタービン装置の再生器に供給する蒸気量と水製造装置に供給する蒸気量を夫々制御可能に構成したことを特徴とする請求項１に記載の水製造装置を有するガスタービンシステム。
【請求項３】
前記水製造装置で生成した水の一部を、該水製造装置から前記排熱回収ボイラの給水として供給する第３の系統を配設したことを特徴とする請求項２に記載の水製造装置を有するガスタービンシステム。
【請求項４】
ガスタービン装置の圧縮機で圧縮した空気と燃料を燃焼器で燃焼して燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスによりタービンを駆動して動力を得るようにし、排熱回収ボイラによって前記タービンの燃焼排ガスを熱源として利用して蒸気を発生させ、水製造装置によって前記排熱回収ボイラで発生した蒸気を熱源として利用して海水から水を生成し、この生成した水の一部を前記排熱回収ボイラの給水として供給し、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気とガスタービン装置の圧縮機から供給された空気とを混合した混合気を前記タービンの燃焼排ガスを熱源として加熱し、この加熱された混合気をガスタービン装置の燃焼器に供給するようにしたことを特徴とする水製造装置を有するガスタービンシステムの運転方法。
【請求項５】
前記排熱回収ボイラからガスタービン装置の燃焼器に混合気として供給する蒸気の蒸気量と、該排熱回収ボイラから水製造装置の熱源として供給する蒸気の蒸気量を夫々制御するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の水製造装置を有するガスタービンシステムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水から水を製造する水製造装置を有するガスタービンシステムに係わり、特にガスタービンの排熱を利用して生成した蒸気を熱源として海水から水を製造する水製造装置を有する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排ガスを利用した排熱回収ボイラの蒸気発生器で発生した蒸気をガスタービンの燃焼器に供給すると共に、この排熱回収ボイラの加熱器で過熱された温水或いは蒸気を海水から水を製造する水製造装置の熱源として供給する技術は特許文献１に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３１２５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された水製造装置にはガスタービンの燃焼排ガスを利用して蒸気等を発生させる排熱回収ボイラから、海水を蒸発させる熱源として温水或いは蒸気を供給するが、必要な蒸気条件は、温度が海水を蒸発する１００℃以上で約２００℃未満、圧力が
０.５ＭＰａ から１ＭＰａ程度が好適である。一方、通常のガスタービンでは、燃焼用空気となる圧縮機出口の空気温度は約３００℃程度である。よって、水製造装置に供給する蒸気と同じ約２００℃未満の蒸気を排熱回収ボイラからガスタービンの燃焼器に供給した場合は燃焼用空気温度を低下させてしまい、燃焼ガスの温度を一定に保つために燃料量を増加させざるを得ないのでガスタービンの効率が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、ガスタービンの効率向上と、排熱回収ボイラの構造のシンプル化を実現する水製造装置を有するガスタービンシステム並びにその運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の水製造装置を有するガスタービンシステムは、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮した空気と燃料を燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼器と、燃焼器で生成した燃焼ガスによって駆動され動力を得るタービンとを有するガスタービン装置と、前記タービンの燃焼排ガスを熱源として蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気を熱源として海水から水を生成する水製造装置と、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気とガスタービン装置の圧縮機から供給された空気とを混合した混合気を、タービンの燃焼排ガスを熱源として加熱する再生器とを備え、前記再生器で加熱された混合気をガスタービン装置の燃焼器に供給するように構成したものである。
【０００７】
また、本発明の水製造装置を有するガスタービンシステムの運転方法は、ガスタービン装置の圧縮機で圧縮した空気と燃料を燃焼器で燃焼して燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスによりタービンを駆動して動力を得るようにし、排熱回収ボイラによって前記タービンの燃焼排ガスを熱源として利用して蒸気を発生させ、水製造装置によって前記排熱回収ボイラで発生した蒸気を熱源として利用して海水から水を生成し、この生成した水の一部を前記排熱回収ボイラの給水として供給し、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気とガスタービン装置の圧縮機から供給された空気とを混合した混合気を前記タービンの燃焼排ガスを熱源として加熱し、この加熱された混合気をガスタービン装置の燃焼器に供給するように構成したものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ガスタービンの効率向上と、排熱回収ボイラの構造のシンプル化が可能な水製造装置を有するガスタービンシステムを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
ガスタービンの効率向上と、排熱回収ボイラの構造のシンプル化を実現するという目的を、海水から水を製造する水製造装置を有するガスタービンシステムで実現した。
【実施例１】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明の一実施例である水製造装置を有するガスタービンシステムについて詳細に説明する。
【００１１】
図１に示す本発明を適用した実施例である水製造装置を有するガスタービンシステムは、ガスタービン装置１と、排熱回収ボイラ１００と、水製造装置２００で構成される。
【００１２】
ガスタービン装置１は、大気６を圧縮して加圧する圧縮機２と、圧縮機２で加圧されて空気流路７を通じて供給、或いは抽気された加圧空気７ａと、燃料系統１２を通じて供給された燃料１２ａとを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器３と、燃焼器３で生成した燃焼ガスによって駆動されて圧縮機２及び負荷となる発電機１３の駆動源となるタービン４と、タービン４から排出される燃焼排ガス８ａを熱源として排ガス流路８を通じて導いて高湿分蒸気を加熱し、前記燃焼器３に高湿分空気供給流路１１を通じて加熱した高湿分空気１１ａを供給する再生器５で構成されている。
【００１３】
前記再生器５は、入口側に設置した混合器１０にて排熱回収ボイラ１００で生成された過熱蒸気２１ａと、圧縮機２から供給、或いは抽気された加圧空気７ａとを混合する。この加圧空気７ａと混合された蒸気と空気の混合気１５ａは再生器５でタービン４から排出される燃焼排ガス８ａと熱交換して高温の高湿分空気１１ａとなり、高湿分空気供給流路１１を通じて燃焼器３に供給されて燃料１２ａと共に燃焼して高温の燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスがタービン４を駆動して動力を発生させる。タービン４で発生した動力は圧縮機２を駆動すると共に、発電機１３を駆動して電気出力を得るようになっている。また、再生器５を経た燃焼排ガス９ａは排ガス流路９を通じて排熱回収ボイラ１００に流下する。
【００１４】
前記排熱回収ボイラ１００は、燃焼排ガス９ａの流れ方向に上流の高温側から下流の低温側に沿って、節炭器１０３，蒸発器１０２，過熱器１０１を順次配置して構成されている。そして、水製造装置２００によって海水２０３ａから生成された水２０１ａは、ポンプ２０６で加圧されて排熱回収ボイラ１００の節炭器１０３に給水として供給される。この節炭器１０３で燃焼排ガス９ａとの熱交換により温度上昇した給水１０４ａは蒸発器
１０２に供給され、同様に燃焼排ガス９ａとの熱交換により蒸発器１０２で発生した飽和蒸気１０５ａは過熱器１０１に供給される。この過熱器１０１では燃焼排ガス９ａとの熱交換によって過熱蒸気が発生するが、この過熱蒸気の一部である過熱蒸気２１ａが蒸気供給配管２１を通じて混合器１０に供給されて圧縮機２から供給された加圧空気７ａと混合して過湿空気となる。また、過熱器１０１で発生した過熱蒸気の一部である加熱蒸気202aは供給配管２０２を通じて水製造装置２００に熱源として供給される。
【００１５】
水製造装置２００では外部から海水供給配管２０３を通じて供給された海水２０３ａを、排熱回収ボイラ１００の過熱器１０１から熱源として供給した加熱蒸気２０２ａの熱により蒸発させて水２０１ａを生成し、残りの塩分を含む海水２０４ａは配管系２０４を通じて外部に排出する。水製造装置２００で生成された水２０１ａの一部は、排熱回収ボイラ１００の節炭器１０３にポンプ２０６で加圧して給水配管２０１を通じて給水として供給される。また、水製造装置２００で生成した水２０１ａの一部は飲料水，生活用水205aとして配管系２０５を通じて外部に取り出され使用される。
【００１６】
ここで、水製造装置２００に必要とされる熱源の加熱蒸気２０２ａの温度は、海水203aを蒸発させることができる約２００℃程度の温度であれば十分で、圧力も約１ＭＰａ程度でよい。
【００１７】
一方、再生器５を有するガスタービン装置１では、ガスタービンの燃焼排ガス８ａの熱を回収して燃焼用空気の温度を高めて、燃焼器３で燃焼させる燃料量を節約することによりガスタービンの高効率化を図っている。よって燃焼排ガス８ａの温度はできるだけ高い方がよい。また、圧力を高くすると燃焼排ガス８ａの温度は低下してしまうことから、再生器５に流下するガスタービンの燃焼排ガス８ａの圧力は約１ＭＰａ程度でよい。即ち、再生式ガスタービンでは、水製造装置に必要な加熱源としての蒸気とガスタービンの燃焼器に供給する蒸気を共用することが可能となる。再生器を持たないガスタービンでは、水製造装置２００に必要な熱源の蒸気を生成する熱交換器系統と別に、ガスタービンの燃焼器３に供給する蒸気を発生する独立した熱交換器系統を排熱回収ボイラ１００内に持たせる必要がある。しかしながら、再生器を有するガスタービンでは、ガスタービン１の燃焼器３と水製造装置２００で使用する蒸気の蒸気条件を同じにしても利用可能であることから、前記蒸気の共用が可能となり、排熱回収ボイラ１００には発生した蒸気を共用する共通の熱交換器系統を持てば良い。よって、排熱回収ボイラ１００は構成がシンプル化できるので低コストで製作可能となる。
【００１８】
排熱回収ボイラ１００から蒸気供給配管２１を通じて再生器５に供給される過熱蒸気
２１ａの温度は約２００℃程度であり、ガスタービン装置１のタービン４に流入する燃焼ガスの圧力を約１ＭＰａとすると、圧縮機２で加圧された加圧空気７ａの温度は約３００℃程度である。再生器５の入口側に設置した混合器１０で圧縮機２から供給される加圧空気７ａと前記過熱蒸気２１ａとを混合させることにより、再生器５に流入する空気と蒸気の混合気１５ａの温度は３００℃より低くなり、過熱蒸気を混合しない場合に比べて再生器５によって燃焼排ガス８ａから回収できる熱量は増加するのでガスタービンの高効率化が図れる。また、この過熱蒸気２１ａを混合して生成した高湿分空気１１ａは、高湿分空気供給流路１１を通じて燃焼器３に供給されて燃料１２ａと共に燃焼することになるので、混入した蒸気の量に相当したガスタービンの作動ガス量が増加し、ガスタービン出力も増加させることができる。更に、燃焼用空気７ａだけでなく高湿分空気１１ａも燃料12ａと共に燃焼器３で燃焼するため、燃焼ガスの低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００１９】
また、本実施例では、排熱回収ボイラ１００の過熱器１０１で発生した過熱蒸気２１ａをガスタービン１の再生器５の入口に設置した混合器１０に供給する系統である蒸気供給配管２１、及び加熱蒸気２０２ａを水製造装置２００に供給する系統である供給配管202に、弁３０１、及び弁３０２を夫々設置している。そして、これらの弁３０１，弁３０２の開度を操作することにより蒸気の供給量を制御できるので、ガスタービンの発電量、及び水の製造量を調節することができる。例えば、水を最優先して製造する場合は、弁301を全閉、弁３０２を全開にすることにより蒸気の全量を水製造装置２００に供給して水を最大能力で製造することができる。また、電気を最優先して製造する場合は、弁３０１を全開、弁３０２を全閉にすることにより蒸気の全量をガスタービン装置１の再生器５に混合気として供給するので、電気を最大能力で発電することができる。また、排熱回収ボイラ１００からガスタービンに供給する蒸気量と、水製造装置に供給する蒸気量とを夫々変化させることによりガスタービンの発電量，水の製造量を調節することができ、日々、季節の電力需要，水需要に応じたプラントの最適な運転が可能となり、運用性が向上する。
【００２０】
また、本実施例ではガスタービン装置で発電機を駆動する構成を用いたが、ガスタービンでポンプ等の機械を駆動する場合や舶用の推進力に用いる場合にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
水製造装置を有するガスタービンシステムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施を示す水製造装置を有するガスタービンシステムの全体系統図である。
【符号の説明】
【００２３】
１…ガスタービン装置、２…圧縮機、３…燃焼器、４…タービン、５…再生器、７…空気流路、７ａ…加圧空気、８，９…排ガス流路、８ａ，９ａ…燃焼排ガス、１１…高湿分空気供給流路、１１ａ…高湿分空気、２１…蒸気供給配管、２１ａ…過熱蒸気、１３…発電機、１００…排熱回収ボイラ、１０１…過熱器、１０４ａ…給水、１０５ａ…飽和蒸気、２００…水製造装置、２０１…給水配管、２０１ａ…水、２０２…供給配管、２０２ａ…加熱蒸気、２０３ａ…海水、２０６…ポンプ、３０１，３０２…弁。
【図１】
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