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JPS592771B2 - Gas turbine that utilizes cold energy from liquefied natural gas - Google Patents
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JPS592771B2 - Gas turbine that utilizes cold energy from liquefied natural gas - Google Patents

Gas turbine that utilizes cold energy from liquefied natural gas

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Publication number
JPS592771B2
JPS592771B2 JP7228980A JP7228980A JPS592771B2 JP S592771 B2 JPS592771 B2 JP S592771B2 JP 7228980 A JP7228980 A JP 7228980A JP 7228980 A JP7228980 A JP 7228980A JP S592771 B2 JPS592771 B2 JP S592771B2
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JP
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air
turbine
cold energy
gas
gas turbine
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JP7228980A
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JPS57331A (en
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肇 遠藤
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Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Original Assignee
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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Publication date
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  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、オープンサイクルガスタービンの作動空気を
、液化天然ガスとの熱交換により冷却し、ガスタービン
の熱効率を上昇させる方式の液化天然ガスの冷熱利用ガ
スタービンに関し、更に詳しくは、オープンサイクルガ
スタービンにおいて、液化天然ガスの冷熱利用のため、
吸気と液化天然ガスを熱交換させる際、空気中に含有す
る水分が熱交換器の伝熱面に凍結して、伝熱効果が下り
または冷却不能になる欠点を除外することになり、オー
プンサイクルガスタービンの吸気冷却により液化天然ガ
スのガス化時の冷熱利用を可能にしたものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a gas turbine that utilizes the cold energy of liquefied natural gas, which cools the working air of the open cycle gas turbine through heat exchange with liquefied natural gas to increase the thermal efficiency of the gas turbine. More specifically, in open cycle gas turbines, in order to utilize the cold energy of liquefied natural gas,
When exchanging heat between intake air and liquefied natural gas, this eliminates the drawback that moisture contained in the air freezes on the heat transfer surface of the heat exchanger, reducing the heat transfer effect or making cooling impossible. This makes it possible to utilize cold energy during the gasification of liquefied natural gas by cooling the intake air of the gas turbine.

天然ガスは、運搬や保存を容易にするため、その産出地
で液化されており消費地に供給する時に気化するように
している。
In order to facilitate transportation and storage, natural gas is liquefied at the place where it is produced and then vaporized when it is supplied to the place where it is consumed.

従って液化天然ガス(以下LNGと略す)は天然ガスと
しての燃焼エネルギのほか液化される過程で液化するた
めに使われたエネルギの一部を一162℃という低温度
のポテンシャルとしてそれ自身にだくわえている。
Therefore, in addition to the combustion energy of natural gas, liquefied natural gas (hereinafter abbreviated as LNG) retains part of the energy used in the liquefaction process as a potential at a low temperature of -162℃. ing.

このエネルギを有効に利用する方法としては、単に低温
源として直接的に利用する方法、即ち液体窒素、液体酸
素製造用あるいは冷凍庫用として、また火力発電所にお
いては、温排水の影響の軽減のため等に利用されている
Effective ways to use this energy include directly using it as a low-temperature source, i.e. for producing liquid nitrogen or liquid oxygen, or for freezing, and in thermal power plants to reduce the impact of heated wastewater. It is used for such things.

しかし、近年省エネルギの観点から、いっそう積極的な
冷熱利用の形態として、この低温の常温に対する温度ポ
テンシャルの差を電気エネルギとして取り出す冷熱発電
が近年急速に注目され°るにいたっている。
However, in recent years, from the perspective of energy conservation, cold power generation, which extracts the difference in temperature potential between low temperatures and room temperature as electrical energy, has rapidly attracted attention as a more active form of cold energy utilization.

冷熱発電としては、ランキンサイクル、ガスタービンサ
イクル等の適用が考えられているがガスタービンにおけ
る冷熱利用においては、ガスタービンの吸気をLNGと
の熱交換により冷却し圧縮動力を減少させ、圧縮後の空
気を排ガスとの熱交換によシ熱回収効果を向上させるも
のである。
For cold energy power generation, applications such as the Rankine cycle and the gas turbine cycle are being considered.In the cold energy utilization in gas turbines, the intake air of the gas turbine is cooled by heat exchange with LNG to reduce the compression power, and the This improves the heat recovery effect by exchanging heat between air and exhaust gas.

例えば、第1図に示すクローズドサイクルガスタービン
では、LNGタンク18内のLNG5aはポンプ19を
介して気化器7aでガスタービンの作動媒体である窒素
との熱交換により気化させる。
For example, in the closed cycle gas turbine shown in FIG. 1, LNG 5a in the LNG tank 18 is vaporized via the pump 19 in the vaporizer 7a by heat exchange with nitrogen, which is the working medium of the gas turbine.

ここで冷却された(例えば−140℃)窒素20は圧縮
機3aに吸気され加圧された後、再生器10aでタービ
ンの排ガスと熱交換により予熱後燃焼器11aで更に加
熱してタービン2aを駆動する。
The cooled (for example, -140°C) nitrogen 20 is taken into the compressor 3a and pressurized, then preheated in the regenerator 10a by heat exchange with the exhaust gas of the turbine, and further heated in the combustor 11a to power the turbine 2a. drive

タービン2aの排ガスは、再生器10aを通って気化器
7aに至り再びLNG6aと熱交換するようにしている
The exhaust gas from the turbine 2a passes through the regenerator 10a, reaches the vaporizer 7a, and exchanges heat with the LNG 6a again.

ここで、窒素20がLNGにより冷却されるため、その
温度低下により圧縮機動力が減少することによりガスタ
ービン出力が増加する。
Here, since the nitrogen 20 is cooled by LNG, the compressor power decreases due to the temperature drop, and the gas turbine output increases.

即ち、本方式によるガスタービンの熱効率の増加分がL
NGの冷熱利用効果となる。
In other words, the increase in thermal efficiency of the gas turbine due to this method is L
This is an NG cold energy utilization effect.

ここで前記燃焼器11aは、パイプ中の流れる窒素20
を外部からLNG等により加熱するようにしているが、
パイプ中の窒素20は、加圧された状態で加熱されるた
め、パイプの高温における材料強度上の限界から加熱温
度に制限があり、タービン入口温度は700℃前後が限
界とされている。
Here, the combustor 11a has nitrogen 20 flowing in a pipe.
is heated from the outside using LNG, etc.
Since the nitrogen 20 in the pipe is heated in a pressurized state, there is a limit to the heating temperature due to the limit of material strength at high temperatures of the pipe, and the turbine inlet temperature is limited to around 700°C.

このことから、クローズドサイクルガスタービンでは、
タービン入口温度の限界により、熱効率の上昇も限られ
てしまう。
For this reason, in closed cycle gas turbines,
The limit on turbine inlet temperature also limits the increase in thermal efficiency.

また、ガスタービンプラント全体としてみても高級材料
の大形燃焼器が必要となり設備費が高く経済的に実施す
ることは難かしい。
In addition, when looking at the gas turbine plant as a whole, a large combustor made of high quality materials is required, and the equipment cost is high, making it difficult to implement economically.

第2図に示すようなオープンサイクルガスタービンによ
るLNG冷熱利用の場合(第2図)、LNGはLNGタ
ンク18b内からポンプ19bにより圧送され気化器1
bでガスタービンの吸気13bとの熱交換により気化さ
せる。
In the case of LNG cold utilization by an open cycle gas turbine as shown in FIG.
At step b, it is vaporized by heat exchange with the intake air 13b of the gas turbine.

気化器により冷却された低温の吸気は圧縮機3bにより
圧縮され、再生器10bで予熱後燃焼器11bにより加
熱されタービン2bを駆動する6タービン2bの排ガス
9bは、再生器’IObで熱交換した後、外部へ排気す
る。
The low-temperature intake air cooled by the vaporizer is compressed by the compressor 3b, and after being preheated by the regenerator 10b, it is heated by the combustor 11b to drive the turbine 2b.The exhaust gas 9b of the turbine 2b is heat exchanged with the regenerator 'IOb. Then exhaust to the outside.

これは、LNGの冷熱を利用することにより吸気温度が
低下するため圧縮機3bの圧縮に必要な動力が低下する
とともに、タービン2bの入口温度を1000℃程度ま
で上げることができるので、前述したクローズドサイク
ルガスタービンよりも熱効率を高くすることができる利
点を有している。
This is because the intake air temperature is lowered by using the cold energy of LNG, which reduces the power required for compression by the compressor 3b, and the inlet temperature of the turbine 2b can be raised to about 1000 degrees Celsius. It has the advantage of higher thermal efficiency than cycle gas turbines.

しかし、圧縮機3bで吸気する際、吸気の含む湿分が気
化器7bの伝熱面において氷結し、LNG6bと吸気1
3bとの熱交換が不能または不十分になったり、吸気の
通路を閉塞したりするという問題が残されており、この
ままでは実用化することはできない。
However, when air is taken in by the compressor 3b, the moisture contained in the intake air freezes on the heat transfer surface of the vaporizer 7b, causing the LNG 6b and the intake air 1 to freeze.
There are still problems that heat exchange with 3b becomes impossible or insufficient, and the intake passage is blocked, so that it cannot be put to practical use as it is.

本発明は、LNGの冷熱利用時の空気中に含まれる水分
が気化器の伝熱面に凍結する欠点を除去し液化天然ガス
のガス化時の冷熱利用をオープンサイクルガスタービン
により可能とする方法提供することを目的とする。
The present invention is a method that eliminates the drawback that moisture contained in the air freezes on the heat transfer surface of a vaporizer when using cold energy from LNG, and enables the use of cold energy when gasifying liquefied natural gas using an open cycle gas turbine. The purpose is to provide.

この目的を達成するだめの本発明においてはオープンサ
イクルガスタービンの圧縮機に吸入される空気に、別途
、LNG冷熱を利用した空気冷却装置で冷却した低温空
気を注入し、混合することにより、吸気温度の低下を図
ることを特徴とするものである。
In order to achieve this objective, the present invention separately injects low-temperature air cooled by an air cooling device using LNG cold energy into the air taken into the compressor of an open cycle gas turbine, and mixes the intake air. It is characterized by lowering the temperature.

次に第3図により本発明の詳細な説明する。Next, the present invention will be explained in detail with reference to FIG.

図において、発電機1は、タービン2により駆動される
In the figure, a generator 1 is driven by a turbine 2.

また、圧縮機3は、タービン2と同一軸に結合されて駆
動される。
Further, the compressor 3 is connected to the same shaft as the turbine 2 and driven.

圧縮機3からタービン2に至る圧縮機3の吐出管路8に
は、タービン2の排ガス9と圧縮機3から吐出される圧
縮空気とを熱交換する熱交換器10が設けられ、この熱
交換器10で予熱された圧縮空気は、燃焼器11で加熱
されてタービン2に至る。
A heat exchanger 10 for exchanging heat between exhaust gas 9 of the turbine 2 and compressed air discharged from the compressor 3 is provided in the discharge pipe line 8 of the compressor 3 leading from the compressor 3 to the turbine 2. The compressed air preheated in the combustor 10 is heated in the combustor 11 and reaches the turbine 2.

圧縮機3に吸入される空気に、別途空気冷却システム1
2でLNGの冷熱を利用して冷却した低温度の空気14
を混合器4において注入し吸気13と混合する。
A separate air cooling system 1 is installed for the air taken into the compressor 3.
Low-temperature air cooled using the cold energy of LNG in step 2 14
is injected into the mixer 4 and mixed with the intake air 13.

例えば、第4図に示すように、圧縮機3の吸込管路5の
一部に混合機本体15を形成し、この中に低温度の空気
14を噴射して常温の吸気13と混合させる噴射口16
を形成する。
For example, as shown in FIG. 4, a mixer main body 15 is formed in a part of the suction pipe 5 of the compressor 3, and low-temperature air 14 is injected into the mixer main body 15 and mixed with normal-temperature intake air 13. Mouth 16
form.

この際、空気冷却システム12により空気14を極度に
冷却して(例えば−200℃程度)液体空気にしこれを
ポンプ等により混合機4に送るようにすれば更に効果が
ある。
At this time, it will be more effective if the air 14 is extremely cooled (for example, to about -200° C.) by the air cooling system 12 and turned into liquid air, which is sent to the mixer 4 using a pump or the like.

このようにして低温度の空気14を混合器4の噴射口1
6から噴射し、常温の吸込空気13と混合することによ
り、混合空気温度を水の氷点以下に低下させる。
In this way, the low temperature air 14 is transferred to the injection port 1 of the mixer 4.
6 and mixes with the normal temperature suction air 13, the temperature of the mixed air is lowered to below the freezing point of water.

これによって、大気13に含まれる湿分は極めて細かい
氷となり、混合空気中に浮遊状態で高圧圧縮機3に吸い
込まれる。
As a result, the moisture contained in the atmosphere 13 becomes extremely fine ice, which is sucked into the high-pressure compressor 3 in a suspended state in the mixed air.

以上のように本発明によれば、LNGの冷熱を利用して
温度が降下した空気を圧縮機の吸込空気に直接注入混合
することにより、吸込空気を冷却するようにしたので、
LNGの冷熱利用のため吸気とLNGの熱変換のだめの
熱交換器(伝熱方式)が省略でき、伝熱面の凍結による
吸込空気の冷却が不足したり不能となったりする現象を
防止できる。
As described above, according to the present invention, the air whose temperature has decreased using the cold energy of LNG is directly injected and mixed into the suction air of the compressor, thereby cooling the suction air.
Since the cold energy of LNG is used, a heat exchanger (heat transfer type) for heat conversion between the intake air and LNG can be omitted, and it is possible to prevent insufficient or impossible cooling of the intake air due to freezing of the heat transfer surface.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図及び第2図は、LNGの冷熱利用を行なっり従来
のクローズドサイクルガスタービンの線図とオープンサ
イクルガスタービンの線図、第3図は本発明によるLN
Gの冷熱利用を行なったオープンサイクルガスタービン
のサイクルを示ス線図、第4図は混合器の説明図である
。 2・・・タービン、3・・・圧縮機、4・・・混合機、
11・・・燃焼器、12・・・空気冷却システム、13
・・・吸込空気、14・・・空気、16・・・低温空気
注入ノズル。
Figures 1 and 2 are diagrams of a conventional closed-cycle gas turbine and an open-cycle gas turbine that utilize cold energy from LNG.
FIG. 4 is a diagram illustrating the cycle of an open cycle gas turbine that uses G as cold energy, and FIG. 4 is an explanatory diagram of a mixer. 2... Turbine, 3... Compressor, 4... Mixer,
11... Combustor, 12... Air cooling system, 13
... Suction air, 14... Air, 16... Low temperature air injection nozzle.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 空気を圧縮機によシ圧縮し、これを燃焼器に導き、
該燃焼器で燃料を燃焼させることによシ高温ガスとして
タービンを駆動する所謂オーブンサイクルガスタービン
において、前記圧縮機に吸入される前記空気と、別途液
化天然ガスを低温源とする空気冷却システムにより極め
て低温度まで冷却した空気との混合空気を圧縮機に吸入
させるように構成した液化天然ガスの冷熱利用ガスター
ビン。
1 Compress the air with a compressor and guide it to the combustor,
In a so-called oven cycle gas turbine that drives a turbine as high-temperature gas by burning fuel in the combustor, the air taken into the compressor and a separate air cooling system using liquefied natural gas as a low-temperature source are used. A gas turbine that utilizes cold energy from liquefied natural gas and is configured so that a compressor draws in mixed air with air that has been cooled to an extremely low temperature.
JP7228980A 1980-05-30 1980-05-30 Gas turbine that utilizes cold energy from liquefied natural gas Expired JPS592771B2 (en)

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