(57)【要約】【課題】ガスタービンの排熱を有効利用して、熱効率を向上したガスタービンコジェネレーションシステムおよびその使用方法を提供する。【解決手段】圧縮空気を昇温する再生器４を備えたガスタービン３と、このガスタービン３のタービン排気を流通して蒸気を発生させるボイラ５と、発生した蒸気を動力に用いて冷水を製造する吸収冷凍機８と、上記ボイラ５から排出されるボイラ排気で乾燥再生される一方で空気を流通して乾燥空気を製造するデシカント空調機６と、上記乾燥空気を冷却水で冷却して冷却乾燥空気を製造しつつ温水を製造する顕熱冷却器７と、上記冷却乾燥空気を上記吸収冷凍機８で製造された冷水と熱交換して冷房用の低温乾燥空気を製造する乾燥冷風発生器９とから構成されたガスタービンコジェネレーションシステムである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮空気を昇温する再生器を備えたガスタービンと、このガスタービンのタービン排気を流通して蒸気を発生させるボイラと、発生した蒸気を動力に用いて冷水を製造する吸収冷凍機と、上記ボイラから排出されるボイラ排気で乾燥再生される一方で空気を流通して乾燥空気を製造するデシカント空調機と、上記乾燥空気を冷却水で冷却して冷却乾燥空気を製造しつつ温水を製造する顕熱冷却器と、上記冷却乾燥空気を上記吸収冷凍機で製造された冷水と熱交換して冷房用の低温乾燥空気を製造する乾燥冷風発生器とから構成されたことを特徴とするガスタービンコジェネレーションシステム。
【請求項２】
前記顕熱冷却器の上流または下流に乾燥空気または冷却乾燥空気を調湿する湿度調整器を設置したことを特徴とする請求項１記載のガスタービンコジェネレーションシステム。
【請求項３】
前記吸収冷凍機で製造した冷水を流通してタービン吸気を冷却する吸気冷却器を備えたことを特徴とする請求項１記載のガスタービンコジェネレーションシステム。
【請求項４】
前記吸収冷凍機から排出される凝縮水を流通して、前記顕熱冷却器で製造される温水を加温する温水加温器を備えたことを特徴とする請求項１記載のガスタービンコジェネレーションシステム。
【請求項５】
前記顕熱冷却器に燃料を流通する配管を設け、燃料加熱器としたことを特徴とする請求項１記載のガスタービンコジェネレーションシステム。
【請求項６】
前記デシカント空調機の乾燥再生に使用された高湿度ガスの一部を回収してタービン吸気配管に合流させるブロワと、タービン吸気配管に接続されてタービン吸気を冷却水で冷却する吸気冷却器を備えたことを特徴とする請求項１記載のガスタービンコジェネレーションシステム。
【請求項７】
圧縮空気を昇温する再生器を備えたガスタービンのタービン排気をボイラに流通して蒸気を発生させる工程と、発生した蒸気を動力に用いて吸収冷凍機を運転して冷水を製造する工程と、上記ボイラから排出されるボイラ排気でデシカント空調機を乾燥再生させる工程と、乾燥再生したデシカント空調機に空気を流通して乾燥空気を製造する工程と、上記乾燥空気を顕熱冷却器により冷却水で冷却して冷却乾燥空気を製造しつつ温水を製造する工程と、上記冷却乾燥空気を上記吸収冷凍機で製造された冷水と熱交換して冷房用の低温乾燥空気を製造する工程とを備えることを特徴とするガスタービンコジェネレーションシステムの使用方法。
【請求項８】
前記顕熱冷却器の上流または下流に湿度調整器を設置し、乾燥空気または冷却乾燥空気を調湿することを特徴とする請求項７記載のガスタービンコジェネレーションシステムの使用方法。
【請求項９】
前記吸収冷凍機で製造した冷水の一部をタービン吸気の冷却に使用することを特徴とする請求項７記載のガスタービンコジェネレーションシステムの使用方法。
【請求項１０】
前記吸収冷凍機から排出される凝縮水を使用して、前記顕熱冷却器で製造される温水を加温することを特徴とする請求項７記載のガスタービンコジェネレーションシステムの使用方法。
【請求項１１】
前記顕熱冷却器で前記燃焼器に供給する燃料を加温することにより燃料使用量を低減することを特徴とする請求項７記載のガスタービンコジェネレーションシステムの使用方法。
【請求項１２】
前記デシカント空調機の乾燥再生に使用された高湿度ガスの一部をブロワで回収してタービン吸気に合流させ、このタービン吸気を冷却水で冷却することにより飽和状態に近いタービン吸気を製造し、タービンの電気出力を増大することを特徴とする請求項７記載のガスタービンコジェネレーションシステムの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は分散電源として使用されるガスタービンコジェネレーションシステムおよびその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、ビル等に設置されて分散電源として使用されている。このガスタービンは一般に吸気流量が小さく、圧縮機での圧縮比を大きくすることができないため、燃焼器で高温のガスにしてタービンを回しても、ガス温度を十分に下げることができない。そのため、ガスタービンにおいては、通常、再生器と呼ばれる熱交換器を設置し、この再生器を圧縮空気の予熱に利用することにより投入燃料を低減し、サイクルの熱効率を向上する再生式ガスタービンが採用されている。
【特許文献１】特開平１１−２０５８１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、省エネルギーの観点から、ガスタービン等のエネルギー機器の高性能化が要求されている。しかしながら、ガスタービンは、再生式ガスタービンを用いても熱効率は最大で３０％程度と低熱効率である。また、ガスタービンは事業用の大型コンバインドサイクル発電プラントのように、排熱回収ボイラを用いて熱回収してタービンを回すほどの熱量も有していない。そのため、ガスタービンの熱効率を向上させる方法としては、排熱の有効利用が有効な手段とされている。
【０００４】
そのため、ガスタービンを用いて電力を出力するだけでなく、排熱を利用して蒸気や温水の製造あるいは空調システムに使用するガスタービンコジェネレーションシステムの普及が進んでいる。
【０００５】
ガスタービンコジェネレーションシステムにおけるタービン排熱の有効利用としては、例えば、タービン排気をボイラに流通して蒸気を発生し、このボイラ蒸気を吸収冷凍機の駆動蒸気として使用し、冷水を製造する等の利用方法がある。
【０００６】
しかしながら、ボイラ排気の温度は、ボイラ構成部品の腐食対策および蒸気を製造する目的から、１２０℃〜１５０℃程度が限界とされ、高いエネルギー効率で排熱を回収するものではなかった。従って、従来のガスタービンコジェネレーションシステムにおけるタービン排熱の十分有効な利用方法については、まだ改良の余地があった。
【０００７】
一方、ガスタービンコジェネレーションシステムに組み入れられる空調システムについても、エネルギー効率を高めるために様々な工夫が検討されている。
【０００８】
一般に空調システムにおける省エネルギーを目的とした改良としては、脱湿を目的として使用されるデシカント剤の乾燥再生工程の改良がある。このデシカント剤の乾燥再生工程を改良した空調システムとしては、例えば、特開平１１−２０５８１４号公報（特許文献１という。）に記載されたものがあり、同公報には、ヒートポンプの高温熱源を利用してデシカント剤の乾燥再生を行う空調システムが開示されている。
【０００９】
しかしながら、空調システムを組み込んだガスタービンコジェネレーションシステムのエネルギー効率を改良し、排熱を無駄なく利用し、熱効率を向上する技術はまだ提供されていなかった。
【００１０】
本発明は、上述したような事情を考慮してなされたものであり、ガスタービンの排熱を有効利用して、熱効率を向上させたガスタービンコジェネレーションシステムおよびその使用方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るガスタービンコジェネレーションシステムは、上述した課題を解決するために、圧縮空気を昇温する再生器を備えたガスタービンと、このガスタービンのタービン排気を流通して蒸気を発生させるボイラと、この蒸気を動力に用いて冷水を製造する吸収冷凍機と、上記ボイラから排出されるボイラ排気で乾燥再生される一方で空気を流通して乾燥空気を製造するデシカント空調機と、上記乾燥空気を冷却水で冷却して冷却乾燥空気を製造しつつ温水を製造する顕熱冷却器と、上記冷却乾燥空気を上記吸収冷凍機で製造された冷水と熱交換して冷房用の低温乾燥空気を製造する乾燥冷風発生器とから構成されたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明に係るガスタービンコジェネレーションシステムは、上述した課題を解決するために、前記顕熱冷却器の上流または下流に乾燥空気または冷却乾燥空気を調湿する湿度調整器を設置したことを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、本発明に係るガスタービンコジェネレーションシステムは、上述した課題を解決するために、前記吸収冷凍機で製造した冷水を流通してタービン吸気を冷却する吸気冷却器を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明に係るガスタービンコジェネレーションシステムは、上述した課題を解決するために、前記吸収冷凍機から排出される凝縮水を流通して、前記顕熱冷却器で製造される温水を加温する温水加温器を備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
さらに、本発明に係るガスタービンコジェネレーションシステムは、上述した課題を解決するために、前記顕熱冷却器に燃料を流通する配管を設け、燃料加熱器としたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明に係るガスタービンコジェネレーションシステムは、上述した課題を解決するために、前記デシカント空調機の乾燥再生に使用された高湿度ガスの一部を回収してタービン吸気配管に合流させるブロワと、タービン吸気配管に接続されてタービン吸気を冷却水で冷却する吸気冷却器を備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明に係るガスタービンコジェネレーションシステムの使用方法は、上述した課題を解決するために、圧縮空気を昇温する再生器を備えたガスタービンのタービン排気をボイラに流通して蒸気を発生させる工程と、この蒸気を動力に用いて吸収冷凍機を運転して冷水を製造する工程と、上記ボイラから排出されるボイラ排気でデシカント空調機を乾燥再生させる工程と、乾燥再生したデシカント空調機に空気を流通して乾燥空気を製造する工程と、上記乾燥空気を顕熱冷却器により冷却水で冷却して冷却乾燥空気を製造しつつ温水を製造する工程と、上記冷却乾燥空気を上記吸収冷凍機で製造された冷水と熱交換して冷房用の低温乾燥空気を製造する工程とを備えることを特徴とする使用方法である。
【００１８】
さらに、本発明に係るガスタービンコジェネレーションシステムの使用方法は、上述した課題を解決するために、前記顕熱冷却器の上流または下流に湿度調整器を設置し、乾燥空気または冷却乾燥空気を調湿することを特徴とする使用方法である。
【００１９】
また、本発明に係るガスタービンコジェネレーションシステムの使用方法は、上述した課題を解決するために、前記吸収冷凍機で製造した冷水の一部をタービン吸気の冷却に使用することを特徴とする使用方法である。
【００２０】
一方、本発明に係るガスタービンコジェネレーションシステムの使用方法は、上述した課題を解決するために、前記吸収冷凍機から排出される凝集水を使用して、前記顕熱冷却器で製造される温水を加温することを特徴とする使用方法である。
【００２１】
また、本発明に係るガスタービンコジェネレーションシステムの使用方法は、上述した課題を解決するために、前記顕熱冷却器で前記燃焼器に供給する燃料を加温することにより燃料使用量を低減することを特徴とする使用方法である。
【００２２】
さらに、本発明に係るガスタービンコジェネレーションシステムの使用方法は、上述した課題を解決するために、前記デシカント空調機の乾燥再生に使用された高湿度ガスの一部をブロワで回収してタービン吸気に合流させ、このタービン吸気を冷却水で冷却することにより飽和状態に近いタービン吸気を製造し、タービンの電気出力を増大することを特徴とする使用方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係るガスタービンコジェネレーションシステムおよびその使用方法によれば、ガスタービン排熱の熱量を無駄なく有効に利用することが可能であるので、熱効率が高く、省エネルギーのガスタービンコジェネレーションシステムおよびその使用方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明に係るガスタービンコジェネレーションシステムの実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００２５】
［第１の実施形態］
図１に本発明に係るガスタービンコジェネレーションシステムの第１の実施形態を示す。
【００２６】
ガスタービンコジェネレーションシステム１０は、ガスタービンプラント部１５と、排熱利用プラント部１６とから構成される。
【００２７】
ガスタービンプラント部１５は、吸気を圧縮する圧縮機１と、燃料を燃焼して高温高圧ガスを製造する燃焼器２と、高温高圧ガスを作動流体として回転駆動するガスタービン３と、タービン排気の排熱を利用して吸気を予熱する再生器４と、ガスタービン３の駆動により電力を出力する発電機Ｇとから構成される。
【００２８】
排熱利用プラント部１６は、タービン排気を熱源として蒸気を発生するボイラ５と、外気を乾燥させて乾燥空気を製造するデシカント空調機６と、乾燥空気を熱源として温水を製造する顕熱冷却器７と、ボイラ５で発生させた蒸気を用いて冷水を製造する吸収冷凍機８と、冷水との熱交換により冷却乾燥空気を冷却して冷房用低温乾燥空気を製造する乾燥冷風発生器９とから構成される。
【００２９】
ガスタービンコジェネレーションシステム１０は、まず圧縮機１で吸気した外気（タービン吸気ＴＡ）を圧縮して圧縮空気ＰＡを作り、燃焼器２で燃料ＦＦを燃焼して９００℃程度の高温高圧ガスＨＧを取りだし、これを作動流体としてガスタービン３を駆動して発電機Ｇを回転駆動させ、電気を出力する。このガスタービン３からの排気ＴＧは高温であるので、タービン排気ＴＧを再生器４に流通し、再生器４で圧縮機１からの圧縮空気ＰＡと熱交換して、燃焼器２に送入する燃焼用圧縮空気ＰＡを予熱して熱効率を高める構成となっている。
【００３０】
再生器４で熱交換され、冷却されたタービン排気ＴＧは３００℃程度の温度を有している。タービン排気ＴＧはボイラ５に案内され、このタービン排気ＴＧによりボイラ５内で、蒸気ＢＳを発生させる。
【００３１】
ボイラ５で熱交換されたボイラ排気ＢＧは、熱交換により冷却され、１５０℃程度の気体となる。このボイラ排気ＢＧがデシカント空調機６に流通されてデシカント空調機６内部のデシカント剤の乾燥再生を行う。デシカント空調機６に使用されるデシカント剤としては、例えばシリカゲルやゼオライト等の吸湿媒体が好適に使用される。
【００３２】
デシカント空調機６の乾燥再生に用いられたボイラ排気ＢＧは、５０℃〜８０℃，８０％ＲＨの程度の高湿度ガスＥＧとして排気される。
【００３３】
乾燥再生されたデシカント空調機６に冷房用空気ＯＡを流通し、乾燥空気ＤＡとする。この乾燥工程において乾燥空気ＤＡは高温となるので、この乾燥空気ＤＡを顕熱温水器７に案内して、室温程度に冷却した冷却乾燥空気ＣＡを製造する。ここで顕熱温水器７において乾燥空気ＤＡとの熱交換により温水ＨＷが製造される。
【００３４】
一方、ボイラ５で生成された蒸気ＢＳは、吸収冷凍機８の駆動手段として使用され、この吸収冷凍機８によって冷水ＣＷが製造される。
【００３５】
顕熱冷却器７により製造された冷却乾燥空気ＣＡは乾燥冷風発生器９に流入する。一方、吸収冷凍機８により製造された冷水ＣＷは冷水ポンプ１１の作用により乾燥冷風発生器９に流入する。冷却乾燥空気ＣＡが冷水ＣＷとの熱交換によって冷却され、冷房用低温乾燥空気ＳＡが製造される。
【００３６】
このガスタービンコジェネレーションシステム１０においては、タービン排熱を適切に回収し有効利用することが可能である。
【００３７】
まず、ボイラ５によりタービン排気ＴＧの熱回収を行って蒸気ＢＳを発生させ、この発生した蒸気ＢＳを用いて吸収冷凍機８を作動して冷水ＣＷを製造する。この冷水ＣＷを低比熱で結露しにくい低湿度の冷却乾燥空気ＣＡと熱交換するため、需要先に対して直接冷水ＣＷを供給する場合に比較して冷水ＣＷの単位供給空気量に対する冷熱負荷が軽減される。
【００３８】
また、ボイラ５の排熱をデシカント空調機６の乾燥再生に利用するため、熱効率が高く、省エネルギーな空調システムとすることができる。
【００３９】
さらに、デシカント空調機６の乾燥再生によりデシカント剤に蓄熱された熱量により、冷房用空気ＯＡをデシカント空調機６に案内して乾燥させる際に冷房用空気ＯＡが昇温されるが、この熱は、顕熱冷却器７において温水ＨＷと冷却乾燥空気ＣＡの製造に使用されるため、タービン排熱を無駄なく有効に利用することが可能であり、冷房能力が増大する。
【００４０】
すなわち、ガスタービンコジェネレーションシステム１０によれば、ガスタービンの排熱を有効に利用することが可能であり、従来のガスタービンコジェネレーションシステムに比較して、より熱効率の高いガスタービンコジェネレーションシステムを提供することが可能である。
【００４１】
［第２の実施形態］
本発明のガスタービンコジェネレーションシステムの第２の実施形態について、図２を用いて説明する。
【００４２】
このガスタービンコジェネレーションシステム２０は、第１の実施形態に示された小型ガスタービンコジェネレーションシステム１０において、排熱利用プラント部１６Ａの顕熱冷却器７と乾燥冷風発生器９との間に湿度調整器２１を設置したものである。あるいは、顕熱冷却器７の前に湿度調整器２１を設置する構成としてもよい。湿度調整器２１としては、例えば水噴霧装置等が使用される。他の構成は第１の実施形態で示したガスタービンコジェネレーションシステム１０と実質的に異ならないので、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００４３】
このガスタービンコジェネレーションシステム２０においては、湿度調整器２１により、冷却乾燥空気ＣＡの湿り度を調湿し、乾燥冷風発生器９で結露しない程度に調湿を行うことが可能である。
【００４４】
［第３の実施形態］
本発明のガスタービンコジェネレーションシステムの第３の実施形態について図３を用いて説明する。
【００４５】
このガスタービンコジェネレーションシステム３０は、排熱利用プラント部１６Ｂの吸収冷凍機８で製造された冷水ＣＷのうちの一部を分岐配管３１により吸気冷却器３２に送入し、タービン吸気ＴＡを冷却する構成としたものである。他の構成は第１の実施形態で示したガスタービンコジェネレーションシステム１０と実質的に異ならないので、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００４６】
このように吸気冷却器３２を設けてタービン吸気ＴＡを冷却する構成としたのは、冷却によりタービン吸気ＴＡの密度を増して、タービン吸気流量を増大することによりガスタービン３の出力を向上するためである。
【００４７】
このガスタービンコジェネレーションシステム３０は、タービン排熱を利用して製造した冷水ＣＷをさらに効率的に使用するので、ガスタービン３の性能を向上し、熱効率を改善することが可能である。
【００４８】
［第４の実施形態］
本発明のガスタービンコジェネレーションシステムの第４の実施形態について図４を用いて説明する。
【００４９】
このガスタービンコジェネレーションシステム４０は、ボイラ排熱をさらに有効に使用するものである。ボイラ５で熱交換されて製造された蒸気ＢＳは吸収冷凍機８の駆動に使用された後、８０℃程度の温度を有する凝縮水ＲＷとなる。そこで、この凝縮水ＲＷを配管４１によって温水加熱器４２に流入し、温水ＨＷの製造に使用する。
【００５０】
すなわち、排熱利用プラント部１６Ｃのデシカント空調機６により乾燥された乾燥空気ＤＡとの熱交換により顕熱冷却器７で製造された温水ＨＷを温水加熱器４２に送入し、この温水加熱器４２に凝集水ＲＷを流入して熱交換することによって温水ＨＷをさらに昇温する。全体的な構成は、第１の実施形態で示されたガスタービンコジェネレーションシステム１０と温水加熱器４２を除いて異ならないので、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００５１】
このガスタービンコジェネレーションシステム４０においては、吸収冷凍機８の駆動に用いられた蒸気ＢＳの熱量がさらに有効に使用され、従って、タービン排熱の有効利用が可能であり、熱効率がさらに向上する。
【００５２】
［第５の実施形態］
本発明のガスタービンコジェネレーションシステムの第５の実施形態について、図５を参照して説明する。
【００５３】
このガスタービンコジェネレーションシステム５０は、排熱利用プラント部１６Ｄの顕熱冷却器７を燃料加温器あるいは燃料気化器として用い、予熱した燃料ＦＦを配管５１により燃焼器２に供給する構成としたものである。他の構成は第１の実施形態で示したガスタービンコジェネレーションシステム１０と実質的に異ならないので、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００５４】
例えば、温水供給量が少なくてもよい設備においては、このような構成とすることによりタービン排熱の有効利用が可能である。
【００５５】
このガスタービンコジェネレーションシステム５０によれば、燃料供給量を低減することができる。従ってガスタービン３の性能が改善され、熱効率を向上することが可能である。
【００５６】
［第６の実施形態］
本発明のガスタービンコジェネレーションシステムの第６の実施形態について、図６を参照して説明する。
【００５７】
このガスタービンコジェネレーションシステム６０は、排熱利用プラント部１６Ｅのデシカント空調機６の乾燥再生に使用された高湿度の排気である高湿度ガスＥＧの一部をブロワ６１で回収し、この高湿度ガスＥＧをガスタービン吸気系統に合流させて、さらに冷却水を用いて冷却した後、これをガスタービン３に供給するものである。他の構成は第１の実施形態で示したガスタービンコジェネレーションシステム１０と実質的に異ならないので、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００５８】
このガスタービンコジェネレーションシステム６０において、タービン吸気ＴＡは、水分が飽和状態に近い吸気となり、ガスタービン３の電気出力を増大することが可能となる。従ってガスタービンコジェネレーションシステムの熱効率をさらに向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係るガスタービンコジェネレーションシステムの第１の実施形態のプロセスフローを示す説明図。
【図２】本発明に係るガスタービンコジェネレーションシステムの第２の実施形態のプロセスフローを示す説明図。
【図３】本発明に係るガスタービンコジェネレーションシステムの第３の実施形態のプロセスフローを示す説明図。
【図４】本発明に係るガスタービンコジェネレーションシステムの第４の実施形態のプロセスフローを示す説明図。
【図５】本発明に係るガスタービンコジェネレーションシステムの第５の実施形態のプロセスフローを示す説明図。
【図６】本発明に係るガスタービンコジェネレーションシステムの第６の実施形態のプロセスフローを示す説明図。
【符号の説明】
【００６０】
１  圧縮機
２  燃焼器
３  ガスタービン
４  再生器
５  ボイラ
６  デシカント空調機
７  顕熱冷却器
８  吸収冷凍機
９  乾燥冷風発生器
１０  ガスタービンコジェネレーションシステム
１１  冷水ポンプ
１５  ガスタービンプラント部
１６，１６Ａ〜１６Ｅ  排熱利用プラント部
２０  ガスタービンコジェネレーションシステム
２１  湿度調整器
３０  ガスタービンコジェネレーションシステム
３１  分岐配管
３２  吸気冷却器
４０  ガスタービンコジェネレーションシステム
４１  配管
４２  温水加温器
５０  ガスタービンコジェネレーションシステム
５１  配管
６０  ガスタービンコジェネレーションシステム
６１  ブロワ
ＢＧ  ボイラ排気
ＢＳ  ボイラ蒸気
ＣＡ  冷却乾燥空気
ＣＷ  冷水
ＤＡ  乾燥空気
ＥＧ  高湿度ガス
ＦＦ  燃料
ＨＧ  高温高圧ガス
ＨＷ  温水
ＰＡ  圧縮空気
ＳＡ  低温乾燥空気
ＲＷ  凝集水
ＴＡ  タービン吸気
ＴＧ  タービン排気
【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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