JPS592771B2 - 液化天然ガスの冷熱利用ガスタ−ビン - Google Patents

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

次に第３図により本発明の詳細な説明する。

図において、発電機１は、タービン２により駆動される
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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。