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JP5180805B2 - Gas turbine system - Google Patents

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JP5180805B2
JP5180805B2 JP2008326504A JP2008326504A JP5180805B2 JP 5180805 B2 JP5180805 B2 JP 5180805B2 JP 2008326504 A JP2008326504 A JP 2008326504A JP 2008326504 A JP2008326504 A JP 2008326504A JP 5180805 B2 JP5180805 B2 JP 5180805B2
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敏彦 齋藤
計二 武野
元 泉
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Description

本発明は、液体燃料を燃焼させて発生させたエネルギでタービンを回転させるガスタービンを有するガスタービンシステムに関するものである。   The present invention relates to a gas turbine system having a gas turbine that rotates a turbine with energy generated by burning liquid fuel.

ガスタービンシステムには、重油、軽油、灯油等の液体燃料(油燃料)を用い、この液体燃料を燃焼器に噴射し、分散させた後、燃焼させ、この燃焼により発生したエネルギでタービンを回転させることで、出力を取り出すシステムがある。このガスタービンシステムでは、液体燃料の燃焼時に窒素酸化物(NOx)や、すすが発生する。この窒素酸化物や、すすの排出を低減させる方法としては、液体燃料に水を混入させる方法がある。   The gas turbine system uses liquid fuel (oil fuel) such as heavy oil, light oil, and kerosene. This liquid fuel is injected into the combustor, dispersed, burned, and the turbine is rotated by the energy generated by the combustion. There is a system that takes out the output. In this gas turbine system, nitrogen oxide (NOx) and soot are generated during combustion of liquid fuel. As a method for reducing the discharge of nitrogen oxides and soot, there is a method of mixing water into liquid fuel.

また、液体燃料と他の燃料を混合させる装置としては、特許文献1に、ガス燃料を用いるガスタービン燃焼器において、燃焼器に供給する前の前記燃料ガスに前記燃料ガスの温度あるいはそれよりも低い温度で気化しうる液体燃料を液体のまま注入し、前記燃料ガスの温度で前記液体燃料を気化させるとともに前記燃料ガスと均一に混合する燃料予混合手段を備え、前記燃焼器に供給される圧縮空気によって前記燃料ガスと気化した液体燃料との混合燃料を予混合させてから前記燃焼器内に噴射させる予混合部とを備え、前記燃焼器内で前記予混合器を燃焼させてタービンを駆動する燃焼ガスを生成させるガスタービン燃焼器が記載されている。特許文献1に記載されているガスタービンは、気体燃料に気化する液体燃料を混合する装置であるが、特許文献1に記載されているように、燃焼器に注入(噴射)する前に混合することで、2つの物質を混合させることができる。   In addition, as a device for mixing liquid fuel and other fuel, in Patent Document 1, in a gas turbine combustor using gas fuel, the temperature of the fuel gas or higher than the temperature of the fuel gas before being supplied to the combustor. Liquid fuel that can be vaporized at a low temperature is injected in the form of a liquid, and the liquid fuel is vaporized at the temperature of the fuel gas, and is mixed with the fuel gas uniformly and supplied to the combustor. A premixing unit that premixes a fuel mixture of the fuel gas and vaporized liquid fuel with compressed air and then injects the fuel into the combustor, and burns the premixer in the combustor to A gas turbine combustor for generating a combustion gas to drive is described. The gas turbine described in Patent Literature 1 is a device that mixes liquid fuel to be vaporized into gaseous fuel, but as described in Patent Literature 1, the gas turbine mixes before injecting (injecting) into the combustor. Thus, the two substances can be mixed.

特開2008−128010号公報JP 2008-128010 A

ここで、水が添加された液体燃料を噴射し燃焼させることで、燃焼反応時に生成されるすすや、COを低減することが出来る。また、液体燃料に添加する水を微粒化させることで、液体燃料を噴射した際に、水が沸騰膨張し、液体燃料を微粒化することもできる。液体燃料を微粒化できることで、燃焼器に液体燃料を平均的に分散させることができ、燃焼室全体で、より適切に液体燃料を燃焼させることができる。このように液体燃料を適切に燃焼できることで、すすの発生をより低減させることができる。   Here, by injecting and burning the liquid fuel to which water is added, soot generated during the combustion reaction and CO can be reduced. Further, by atomizing the water added to the liquid fuel, when the liquid fuel is injected, the water is boiled and expanded, and the liquid fuel can be atomized. Since the liquid fuel can be atomized, the liquid fuel can be dispersed in the combustor on average, and the liquid fuel can be burned more appropriately in the entire combustion chamber. Thus, the generation of soot can be further reduced by appropriately burning the liquid fuel.

しかしながら、ガスタービンは、燃焼器内の圧力が高いため、水の沸点も高くなり、液体燃料との沸点の差が小さくなる。そのため、水の沸騰膨張により液体燃料を微粒化させにくいという問題がある。この問題は、燃焼器内の圧力が高くなるほど顕著な問題となる。液体燃料の微粒化が不十分の場合は、すすの発生を十分に抑制することができない。   However, since the gas turbine has a high pressure in the combustor, the boiling point of water becomes high, and the difference in boiling point from liquid fuel becomes small. Therefore, there is a problem that it is difficult to atomize the liquid fuel due to boiling expansion of water. This problem becomes more prominent as the pressure in the combustor increases. If the atomization of the liquid fuel is insufficient, soot generation cannot be sufficiently suppressed.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、すすの発生と窒素酸化物の発生とを好適に抑制することができるガスタービンシステムを提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at providing the gas turbine system which can suppress suitably generation | occurrence | production of soot and generation | occurrence | production of nitrogen oxides.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ガスタービンシステムであって、燃焼器及びタービンを備え、前記燃焼器で液体燃料を燃焼させて得られる燃焼ガスにより前記タービンを回転させるガスタービンと、前記ガスタービンの燃焼器に液体燃料を供給する燃料供給手段と、前記ガスタービンから排出される排ガスに含まれる二酸化炭素を液体または固体として回収する二酸化炭素回収手段と、前記二酸化炭素回収部で回収した液体または固体の二酸化炭素を前記燃料供給手段の液体燃料に混入させる二酸化炭素混入手段とを有することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention is a gas turbine system including a combustor and a turbine, and the turbine is produced by combustion gas obtained by burning liquid fuel in the combustor. A rotating gas turbine; fuel supply means for supplying liquid fuel to a combustor of the gas turbine; carbon dioxide recovery means for recovering carbon dioxide contained in exhaust gas discharged from the gas turbine as a liquid or solid; And carbon dioxide mixing means for mixing liquid or solid carbon dioxide recovered by the carbon dioxide recovery section into the liquid fuel of the fuel supply means.

二酸化炭素回収手段で排ガス中に含まれる二酸化炭素を回収し、さらに回収し、液化、または固化させた二酸化炭素を噴射前の液体燃料に混入させることで、燃焼器内で液体燃料の液滴をより微粒子化させて、分散させることができる。これにより、燃焼器内で液体燃料を好適に燃焼させることができ、すすの発生と窒素酸化物の発生を好適に抑制することができる。また、排ガスに含まれる二酸化炭素(CO2)を回収でき、さらに、排ガスに含まれる二酸化炭素を効率よく利用することができる。   The carbon dioxide contained in the exhaust gas is recovered by the carbon dioxide recovery means, and further recovered, liquefied or solidified carbon dioxide is mixed into the liquid fuel before injection, so that liquid fuel droplets are formed in the combustor. More fine particles can be dispersed. Thereby, liquid fuel can be combusted suitably in a combustor, and generation | occurrence | production of soot and generation | occurrence | production of nitrogen oxide can be suppressed suitably. Moreover, the carbon dioxide (CO2) contained in the exhaust gas can be recovered, and furthermore, the carbon dioxide contained in the exhaust gas can be used efficiently.

ここで、ガスタービンシステムは、さらに、前記二酸化炭素と前記液体燃料とを混合させる混合機構を有することが好ましい。   Here, it is preferable that the gas turbine system further includes a mixing mechanism for mixing the carbon dioxide and the liquid fuel.

混合機構を設けることで、液体または固体の二酸化炭素を液体燃料内により均一に分散させることができ、燃焼器に液体燃料が噴射された際に、より均一に微粒子化させることができる。   By providing the mixing mechanism, liquid carbon dioxide or solid carbon dioxide can be dispersed more uniformly in the liquid fuel, and when the liquid fuel is injected into the combustor, it can be more finely atomized.

また、前記二酸化炭素が混入された液体燃料によって冷却された空気で前記タービンを冷却する冷却機構を有することが好ましい。   Moreover, it is preferable to have a cooling mechanism that cools the turbine with air cooled by the liquid fuel mixed with the carbon dioxide.

温度の低い液体または固体の二酸化炭素が混入されて、低温となっている液体燃料により空気を冷却し、その冷却された空気でタービンを冷却することで、効率よくタービンを冷却することができる。また、効率よくタービンを冷却できることで、冷却に用いる空気の量を少なくすることができる。   The turbine can be efficiently cooled by mixing the low-temperature liquid or solid carbon dioxide and cooling the air with the liquid fuel having a low temperature and cooling the turbine with the cooled air. Moreover, since the turbine can be efficiently cooled, the amount of air used for cooling can be reduced.

さらに、前記二酸化炭素添加手段が保持する液体または固体の二酸化炭素に水または氷を添加する水分添加手段を有することが好ましい。   Furthermore, it is preferable to have water addition means for adding water or ice to liquid or solid carbon dioxide held by the carbon dioxide addition means.

二酸化炭素に水分を添加し、液体燃料に二酸化炭素と水分を混入させることで、燃焼器内で液体燃料を好適に燃焼させることができ、すすの発生と窒素酸化物の発生を好適に抑制することができる。   By adding water to carbon dioxide and mixing carbon dioxide and water into the liquid fuel, the liquid fuel can be suitably burned in the combustor, and soot generation and nitrogen oxide generation are suitably suppressed. be able to.

また、前記水分添加手段は、前記ガスタービンから排出される排ガスから水分を抽出することが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said water | moisture-content addition means extracts a water | moisture content from the waste gas discharged | emitted from the said gas turbine.

排ガスから水分を抽出することで、新たに水タンクを設ける必要がなくなり、装置構成を簡単にすることができる。   By extracting moisture from the exhaust gas, it is not necessary to newly provide a water tank, and the apparatus configuration can be simplified.

本発明にかかるガスタービンシステムは、すすの発生と窒素酸化物の発生を好適に抑制することができ、排ガスに含まれるCO2を回収でき、さらに、排ガスに含まれるCO2を効率よく利用することができるという効果を奏する。   The gas turbine system according to the present invention can suitably suppress the generation of soot and the generation of nitrogen oxides, can recover CO2 contained in the exhaust gas, and can efficiently utilize the CO2 contained in the exhaust gas. There is an effect that can be done.

以下に、本発明にかかるガスタービンシステムの一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, an embodiment of a gas turbine system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.

図1は、本発明のガスタービンシステムの一実施形態の概略構成を示すブロック図である。図1に示すように、ガスタービンシステム10は、ガスタービン12と、燃料供給手段14と、蒸気タービン16と、CO2回収手段18と、CO2混入手段20とを有する。   FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a gas turbine system of the present invention. As shown in FIG. 1, the gas turbine system 10 includes a gas turbine 12, a fuel supply unit 14, a steam turbine 16, a CO2 recovery unit 18, and a CO2 mixing unit 20.

ガスタービン12は、液体燃料を燃焼して得られる燃焼ガスから出力を取り出す手段であり、コンプレッサ22と、タービン24と、支持軸26と、燃焼器28とを有する。
コンプレッサ22は、回転されることで、空気を圧縮し排出する。タービン24は、燃焼ガスが吹き付けられることで回転する部材である。支持軸26は、コンプレッサ22とタービン24とを支持し、コンプレッサ22とタービン24とを一体で回転させる。燃焼器28は、コンプレッサ22とタービン24との間に配置されている。燃焼器28は、コンプレッサ22から圧縮された空気が供給された状態で、後述する燃料供給手段14から供給された燃料を燃焼させて、空気を加熱し、膨張させ、膨張させた空気つまり燃焼ガスをタービン24に供給する。ガスタービン12は、コンプレッサ12で圧縮した空気を、燃焼器28で過熱して、膨張させて燃焼ガスとし、この燃焼ガスをタービン24に供給することで、タービン24を回転させる。また、タービン24の回転を駆動力としてコンプレッサ12も回転し、空気を圧縮する。
The gas turbine 12 is a means for extracting output from combustion gas obtained by burning liquid fuel, and includes a compressor 22, a turbine 24, a support shaft 26, and a combustor 28.
The compressor 22 is rotated to compress and discharge air. The turbine 24 is a member that rotates when combustion gas is blown. The support shaft 26 supports the compressor 22 and the turbine 24, and rotates the compressor 22 and the turbine 24 integrally. The combustor 28 is disposed between the compressor 22 and the turbine 24. The combustor 28 burns fuel supplied from the fuel supply means 14 described later in a state where compressed air is supplied from the compressor 22, heats and expands the air, and the expanded air, that is, the combustion gas Is supplied to the turbine 24. In the gas turbine 12, the air compressed by the compressor 12 is heated by the combustor 28, expanded into combustion gas, and the combustion gas is supplied to the turbine 24 to rotate the turbine 24. Further, the compressor 12 also rotates using the rotation of the turbine 24 as a driving force, and compresses the air.

燃料供給手段14は、ガスタービン12に燃料を供給する手段であり、燃料供給ポンプ30と、燃料混合部32とを有する。燃料供給ポンプ30は、液体燃料を圧縮して燃焼器28に向けて射出するポンプである。燃料混合部32は、液体燃料の流路上において、燃料供給ポンプ30と燃焼器28との間に配置され、液体燃料を攪拌し、後述するCO2混入手段20により混入された液体CO2と液体燃料とを混合し、液体燃料中に液体CO2を分散させる。ここで、燃料混合部32としては、複数種類の液体を混合させる種々の混合手段を用いることができるが、スタティックミキサ方式のマイクロ液滴発生装置を用いることが好ましい。スタティックミキサ方式を用いることにより、駆動部を設けることなく、液体CO2と液体燃料とを混合し、液体燃料中に液体CO2を分散させることができる。スタティックミキサ方式のマイクロ液滴発生装置を用いることで、液滴径5μm〜30μmの液体CO2の液滴を液体燃料内に生成することができる。   The fuel supply unit 14 is a unit that supplies fuel to the gas turbine 12, and includes a fuel supply pump 30 and a fuel mixing unit 32. The fuel supply pump 30 is a pump that compresses liquid fuel and injects it toward the combustor 28. The fuel mixing section 32 is disposed between the fuel supply pump 30 and the combustor 28 on the liquid fuel flow path, stirs the liquid fuel, and mixes the liquid CO2 and liquid fuel mixed by the CO2 mixing means 20 described later. And liquid CO2 is dispersed in the liquid fuel. Here, as the fuel mixing section 32, various mixing means for mixing a plurality of types of liquids can be used, but a static mixer type micro droplet generator is preferably used. By using the static mixer system, it is possible to mix liquid CO2 and liquid fuel and disperse liquid CO2 in the liquid fuel without providing a drive unit. By using the static mixer type micro droplet generator, droplets of liquid CO 2 having a droplet diameter of 5 μm to 30 μm can be generated in the liquid fuel.

蒸気タービン16は、ガスタービン12から排出される排ガスの熱から出力を取り出す手段であり、熱交換器34とタービン36とを有する。熱交換器34は、ガスタービン12から排出される排ガスから熱を、排ガスが流れる配管に隣接して配置させた配管内の液体に吸収させ、液体を蒸発させて蒸気を発生させる。熱交換器34は、配管を介して発生させた蒸気をタービン36に供給する。タービン36は、タービン24は、蒸気(空気)が吹き付けられることで回転する部材であり、熱交換器34から供給された蒸気が吹き付けられることで、回転される。このように蒸気タービン16は、排ガスの熱から、回転力として出力を取り出す。   The steam turbine 16 is a means for extracting output from the heat of exhaust gas discharged from the gas turbine 12, and includes a heat exchanger 34 and a turbine 36. The heat exchanger 34 absorbs heat from the exhaust gas discharged from the gas turbine 12 into a liquid in a pipe disposed adjacent to the pipe through which the exhaust gas flows, and generates a vapor by evaporating the liquid. The heat exchanger 34 supplies the steam generated through the piping to the turbine 36. The turbine 36 is a member that rotates when steam (air) is blown, and is rotated when the steam supplied from the heat exchanger 34 is blown. Thus, the steam turbine 16 takes out an output as rotational force from the heat of exhaust gas.

CO2回収手段18は、ガスタービン12から排出される排ガスに含まれるCO2(二酸化炭素)を回収する手段であり、CO2抽出機構40と、CO2液化ポンプ42と、CO2貯蔵部44とを有する。CO2抽出機構40は、ガスタービン26から排出される排ガスの経路上、熱交換器34よりも下流側に配置されており、排ガスからCO2を抽出する。つまり、排ガスに含まれるCO2を分離し、回収する。CO2液化ポンプ42は、気体を加圧するポンプであり、CO2抽出機構40で抽出したCO2を加圧し、CO2を液化する。なお、CO2は、一定圧力範囲で一定温度範囲とした場合に液化するため、CO2液化ポンプ42は、圧力とともに温度も制御して、CO2を一定圧力範囲かつ一定温度範囲の状態とする。CO2貯蔵部44は、液化されたCO2を貯蔵するタンクであり、CO2液化ポンプ42で液化されたCO2を貯蔵する。   The CO2 recovery means 18 is means for recovering CO2 (carbon dioxide) contained in the exhaust gas discharged from the gas turbine 12, and includes a CO2 extraction mechanism 40, a CO2 liquefaction pump 42, and a CO2 storage unit 44. The CO2 extraction mechanism 40 is disposed on the downstream side of the heat exchanger 34 on the path of the exhaust gas discharged from the gas turbine 26, and extracts CO2 from the exhaust gas. That is, CO2 contained in the exhaust gas is separated and recovered. The CO2 liquefaction pump 42 is a pump that pressurizes gas, pressurizes the CO2 extracted by the CO2 extraction mechanism 40, and liquefies CO2. Since CO2 is liquefied when it is in a constant pressure range and a constant temperature range, the CO2 liquefaction pump 42 controls the temperature as well as the pressure so that CO2 is in a constant pressure range and a constant temperature range. The CO 2 storage unit 44 is a tank that stores liquefied CO 2, and stores the CO 2 liquefied by the CO 2 liquefaction pump 42.

CO2混入手段20は、CO2液化ポンプ42とCO2貯蔵部44とを連結する配管と、燃料供給ポンプ30と混合手段32とを連結する配管とに接続されている。CO2混入手段20は、CO2回収手段18で液化されたCO2を、燃料供給ポンプ30から燃料混合部32に向けて流れる液体燃料に混合する。   The CO2 mixing means 20 is connected to a pipe connecting the CO2 liquefaction pump 42 and the CO2 storage unit 44 and a pipe connecting the fuel supply pump 30 and the mixing means 32. The CO2 mixing unit 20 mixes the CO2 liquefied by the CO2 recovery unit 18 with the liquid fuel flowing from the fuel supply pump 30 toward the fuel mixing unit 32.

ガスタービンシステム10は、以上のような構成であり、ガスタービン12から排出される排ガスに含まれるCO2をCO2回収手段18により、回収し、液化させる。その後、CO2混入手段20により、液化したCO2を燃料供給ポンプ30から送られる液体燃料に混入させる。その後、液体燃料は、燃料混合部32により液体CO2と混合された後、燃焼器28に噴射され、微小な液滴として燃焼器28内に分散する。   The gas turbine system 10 is configured as described above, and CO2 contained in the exhaust gas discharged from the gas turbine 12 is recovered and liquefied by the CO2 recovery means 18. Thereafter, the liquefied CO 2 is mixed into the liquid fuel sent from the fuel supply pump 30 by the CO 2 mixing means 20. Thereafter, the liquid fuel is mixed with the liquid CO 2 by the fuel mixing unit 32 and then injected into the combustor 28 and dispersed in the combustor 28 as fine droplets.

燃焼器28に噴射され、微小な液滴となった液体燃料は、内部に混合されている液体燃料よりも沸点が低い液体CO2が急速に蒸発し、微小爆発を生じる。液体燃料は混合されている液体CO2が微小爆発することで、さらに微細な液滴となり、燃焼器28内に分散する。燃焼器28内で分散された液体燃料は、その後燃焼され、燃焼器内の空気を加熱し膨張させる。燃焼室で加熱され、膨張した空気は、空気流としてタービン24に供給され、タービン24を回転させる。タービン24を回転させた空気流は、排ガスとして配管を流れ、熱交換器34で隣接する配管の水を加熱した後、CO2回収機構40でCO2が回収され、外部に排出される。また、熱交換器34で排ガスにより加熱された水は、蒸気となってタービン36に供給され、タービン36を回転させる。ガスタービンシステム10は、液体燃料を燃焼させることで発生させたエネルギにより、タービン24とタービン36を回転させ、出力を取り出す。また、液体燃料を燃焼させた際に発生するCO2は、CO2回収手段18により回収する。   The liquid fuel that has been injected into the combustor 28 and turned into fine droplets rapidly evaporates liquid CO2 having a boiling point lower than that of the liquid fuel mixed therein, resulting in a micro explosion. When the liquid CO 2 mixed with the liquid fuel undergoes a micro explosion, the liquid fuel becomes finer droplets and is dispersed in the combustor 28. The liquid fuel dispersed in the combustor 28 is then combusted to heat and expand the air in the combustor. The air heated and expanded in the combustion chamber is supplied to the turbine 24 as an air flow to rotate the turbine 24. The air flow that rotates the turbine 24 flows through the piping as exhaust gas, heats the water in the adjacent piping with the heat exchanger 34, collects CO 2 with the CO 2 recovery mechanism 40, and discharges it to the outside. Further, the water heated by the exhaust gas in the heat exchanger 34 is supplied as steam to the turbine 36 to rotate the turbine 36. The gas turbine system 10 rotates the turbine 24 and the turbine 36 with the energy generated by burning the liquid fuel, and extracts the output. Further, CO 2 generated when the liquid fuel is burned is recovered by the CO 2 recovery means 18.

ガスタービンシステム10は、液体燃料に混合させる液体として、水や、液体燃料よりも沸点が大幅に低い液体CO2を用いることで、液体燃料を燃焼器28に噴射した際に、高圧条件化でも、より確実に液体CO2を蒸発させ、CO2の微小爆発を発生させることができ、液体燃料を微細な液滴にすることができる。液体燃料を微細な液滴として、燃焼器28に分散できることにより、液体燃料の燃焼時に発生する窒素酸化物(NOx)や、すすの量を低減することができる。   The gas turbine system 10 uses water or liquid CO2 having a boiling point significantly lower than that of the liquid fuel as a liquid to be mixed with the liquid fuel, so that when the liquid fuel is injected into the combustor 28, even under high pressure conditions, It is possible to evaporate the liquid CO2 more reliably, to generate a micro explosion of the CO2, and to make the liquid fuel into fine droplets. Since the liquid fuel can be dispersed as fine droplets in the combustor 28, the amount of nitrogen oxide (NOx) and soot generated during the combustion of the liquid fuel can be reduced.

また、液体燃料に混入させるCO2として、ガスタービン12から排出されるCO2を用いることで、別途液体CO2を貯留したタンクを設ける必要が無くなる。また、ガスタービン12から排出される排ガスが外部に排出されることを防止しつつ、回収したCO2を効率よく利用することができる。   Further, by using CO2 discharged from the gas turbine 12 as CO2 to be mixed into the liquid fuel, there is no need to separately provide a tank that stores the liquid CO2. Further, the recovered CO 2 can be efficiently used while preventing the exhaust gas discharged from the gas turbine 12 from being discharged to the outside.

次に、本発明のガスタービンシステムの他の実施形態を図2とともに説明する。図2は、本発明のガスタービンシステムの他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。なお、図2に示すガスタービンシステム50は、水回収添加手段52を備える点を除いて他の構成は、図1に示すガスタービンシステム10と同様の構成である。そこで、同一の構成には、同一の符号を付してその詳細な説明は省略し、以下、各荷重計測装置に特有の点を重点的に説明する。ガスタービンシステム50は、ガスタービン12と、燃料供給手段14と、蒸気タービン16と、CO2回収手段18と、CO2混入手段20と、水回収添加手段52とを有する。   Next, another embodiment of the gas turbine system of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the gas turbine system of the present invention. The gas turbine system 50 shown in FIG. 2 has the same configuration as that of the gas turbine system 10 shown in FIG. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, points peculiar to each load measuring device will be mainly described. The gas turbine system 50 includes a gas turbine 12, a fuel supply unit 14, a steam turbine 16, a CO 2 recovery unit 18, a CO 2 mixing unit 20, and a water recovery / addition unit 52.

水回収添加手段52は、ガスタービン12から排出される排ガスから水分を回収し、液体燃料に混合される液体CO2に添加する手段であり、水分離部54と、浄化部56と、添加部58とを有する。水分離部54は、排ガスの流路(排ガスが流れる配管)において、熱交換器34とCO2回収機構40との間に配置されており、排ガスから、排ガスに含まれる水分を分離し、回収する。なお、水分離部54により水分を除去された排ガスは、CO2回収機構40に送られる。浄化部56は、水分離部54と連結されており、水分離部54で分離した水分に含まれる不純物を除去し、純水にする。添加部58は、2つの液体を混合させる手段であり、CO2液化ポンプ42とCO2混入手段20との間の液体CO2が流れる配管と連結されており、さらに、浄化部56を介して水分離部54と連結されている。添加部58は、水分離部54で分離された後浄化部56で不純物が除去された水を、CO2供給ポンプ42からCO2混入手段20に向けて流れる液体CO2に添加する。水が添加された液体CO2は、ハイドレード化する。   The water recovery / addition means 52 is means for recovering moisture from the exhaust gas discharged from the gas turbine 12 and adding it to the liquid CO 2 mixed with the liquid fuel. The water recovery / addition section 54, the purification section 56, and the addition section 58 are used. And have. The water separation unit 54 is disposed between the heat exchanger 34 and the CO2 recovery mechanism 40 in the exhaust gas flow path (pipe through which the exhaust gas flows), and separates and recovers moisture contained in the exhaust gas from the exhaust gas. . The exhaust gas from which moisture has been removed by the water separation unit 54 is sent to the CO 2 recovery mechanism 40. The purification unit 56 is connected to the water separation unit 54 and removes impurities contained in the water separated by the water separation unit 54 to make pure water. The addition unit 58 is a unit that mixes two liquids, and is connected to a pipe through which the liquid CO2 flows between the CO2 liquefaction pump 42 and the CO2 mixing unit 20, and further, a water separation unit via the purification unit 56. 54. The addition unit 58 adds the water, which has been separated by the water separation unit 54 and from which impurities have been removed by the purification unit 56, to the liquid CO 2 flowing from the CO 2 supply pump 42 toward the CO 2 mixing means 20. The liquid CO2 to which water has been added becomes hydrated.

ガスタービンシステム50は、以上のような構成であり、水を添加し、ハイドレード化させた液体CO2を液体燃料に混合し、ハイドレード化された液体CO2が混合された液体燃料を燃焼器28に噴射させることで、液体燃料を燃焼器28に噴射した際に、高圧条件化でも、より確実に液体CO2を蒸発させ、CO2の微小爆発を発生させることができ、液体燃料を微細な液滴にすることができる。液体燃料を微細な液滴として、燃焼器28に分散できることにより、液体燃料の燃焼時に発生する窒素酸化物(NOx)や、すすの量を低減することができる。さらに、液体CO2に加え、水も混合されていることで、液体燃料と水との燃焼反応により、液体燃料の燃焼時に発生する窒素酸化物(NOx)や、すすの量をより低減することができる。   The gas turbine system 50 is configured as described above. Water is added and hydrated liquid CO2 is mixed with the liquid fuel, and the liquid fuel mixed with the hydrated liquid CO2 is injected into the combustor 28. As a result, when the liquid fuel is injected into the combustor 28, the liquid CO 2 can be more reliably evaporated even under high pressure conditions, and a micro explosion of CO 2 can be generated, and the liquid fuel is made into fine droplets. be able to. Since the liquid fuel can be dispersed as fine droplets in the combustor 28, the amount of nitrogen oxide (NOx) and soot generated during the combustion of the liquid fuel can be reduced. Furthermore, by mixing water in addition to liquid CO2, the amount of nitrogen oxide (NOx) and soot generated during the combustion of the liquid fuel can be further reduced by the combustion reaction between the liquid fuel and water. it can.

ここで、ガスタービンシステム50では、排ガスを有効利用することができるため、排出ガスに含まれる水分を回収し、回収した水を液体CO2に添加(混入)させたが、本発明はこれに限定されない。水のタンクを有し、タンクから液体CO2に水を添加させるようにしてもよい。なお、この場合は、水のタンクを設け、さらに、水の補充や、タンクの交換が必要となる。   Here, in the gas turbine system 50, since the exhaust gas can be used effectively, the moisture contained in the exhaust gas is recovered, and the recovered water is added (mixed) to the liquid CO2. However, the present invention is limited to this. Not. A water tank may be provided, and water may be added from the tank to the liquid CO2. In this case, a water tank is provided, and it is necessary to replenish water and replace the tank.

なお、ガスタービンシステム50では、液体CO2と水とを混合させ、ハイドレード化をしたが、液体燃料に液体または固体のCO2と液体または固体の水とを混合させることができればよい。例えば、液体CO2と水とを別々の経路で液体燃料に混合させるようにしてもよい。また、固体のCO2、つまりドライアイスや、固体の水、つまり氷を用いる場合は、ドライアイスや氷が、液体燃料に分散されるように、細かく粉砕した状態のドライアイス及び/または氷を液体燃料に混入することが好ましい。細かく粉砕することで、燃料混合部32でドライアイス及び/または氷を液体燃料に均一に分散させることができる。   In the gas turbine system 50, liquid CO2 and water are mixed and hydrated. However, it is sufficient that the liquid fuel can be mixed with liquid or solid CO2 and liquid or solid water. For example, liquid CO2 and water may be mixed with the liquid fuel through separate paths. Also, when using solid CO 2, that is, dry ice, or solid water, that is, ice, dry ice and / or ice in a finely pulverized state is liquid so that the dry ice and ice are dispersed in the liquid fuel. It is preferable to mix in fuel. By finely pulverizing, dry ice and / or ice can be uniformly dispersed in the liquid fuel in the fuel mixing section 32.

次に、本発明のガスタービンシステムのさらに他の実施形態を図3とともに説明する。図3は、本発明のガスタービンシステムの他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。なお、図3に示すガスタービンシステム70は、熱交換器76を備える点を除いて他の構成は、図1に示すガスタービンシステム10と同様の構成である。そこで、同一の構成には、同一の符号を付してその詳細な説明は省略し、以下、各荷重計測装置に特有の点を重点的に説明する。ガスタービンシステム70は、ガスタービン12と、燃料供給手段14と、蒸気タービン16と、CO2回収手段18と、CO2混入手段20と、水回収添加手段52とタービン冷却手段72とを有する。   Next, still another embodiment of the gas turbine system of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the gas turbine system of the present invention. The gas turbine system 70 shown in FIG. 3 has the same configuration as that of the gas turbine system 10 shown in FIG. 1 except that the heat turbine 76 is provided. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, points peculiar to each load measuring device will be mainly described. The gas turbine system 70 includes a gas turbine 12, a fuel supply unit 14, a steam turbine 16, a CO 2 recovery unit 18, a CO 2 mixing unit 20, a water recovery addition unit 52, and a turbine cooling unit 72.

タービン冷却手段72は、タービン24を空冷する手段であり、冷却配管74と熱交換器76とを有する。冷却配管74は、コンプレッサ22とタービン24とに接続された配管であり、圧縮された空気の一部をタービン24の冷却通路に供給する。熱交換器76は、冷却配管74と、燃料混合部32と燃焼器28とを接続し、液体燃料が流通している配管78との間で熱交換を行う機構である。ここで、液体燃料は、液体CO2が混合されているため、低温の液体となっている。したがって、熱交換器76は、配管78により冷却配管74を流れる空気を冷却し、タービン24に供給される空気をより低温の空気とする。   The turbine cooling means 72 is means for air-cooling the turbine 24 and includes a cooling pipe 74 and a heat exchanger 76. The cooling pipe 74 is a pipe connected to the compressor 22 and the turbine 24, and supplies a part of the compressed air to the cooling passage of the turbine 24. The heat exchanger 76 is a mechanism that connects the cooling pipe 74, the fuel mixing unit 32, and the combustor 28, and exchanges heat with the pipe 78 through which the liquid fuel flows. Here, the liquid fuel is a low-temperature liquid because the liquid CO2 is mixed. Therefore, the heat exchanger 76 cools the air flowing through the cooling pipe 74 by the pipe 78, and makes the air supplied to the turbine 24 cooler air.

ガスタービンシステム70は、以上のような構成であり、温度の低い液体または固体のCO2が混入されることで、温度が低くなっている液体燃料の冷却力を用いて、タービン24を冷却する空気の温度を低くすることで、冷却に利用する空気の量を少なくすることができ、効率よくタービンを冷却することができる。また、冷却に利用する空気の量を少なくすることができることで、コンプレッサ22で圧縮した空気のうちタービン24の冷却に使用する空気を少なくすることができる。これにより、コンプレッサ22で圧縮した空気をより多く燃焼器28に供給することができ、ガスタービンシステム70としてのエネルギ効率を高くすることができる。また、熱交換器76により、液体燃料の温度も上昇させることができるため、燃焼器28での液体燃料の燃焼しやすくすることができる。   The gas turbine system 70 is configured as described above, and air that cools the turbine 24 using the cooling power of the liquid fuel whose temperature is low by mixing liquid or solid CO 2 having a low temperature. By lowering the temperature, the amount of air used for cooling can be reduced, and the turbine can be efficiently cooled. Further, since the amount of air used for cooling can be reduced, the air used for cooling the turbine 24 out of the air compressed by the compressor 22 can be reduced. Thereby, more air compressed by the compressor 22 can be supplied to the combustor 28, and the energy efficiency of the gas turbine system 70 can be increased. In addition, since the temperature of the liquid fuel can be increased by the heat exchanger 76, the liquid fuel can be easily burned in the combustor 28.

以上のように、本発明にかかるガスタービンシステムは、ガスタービンから排出される排ガスに含まれるすすや窒素酸化物を低減するのに有用であり、特に、二酸化炭素回収機構を有するガスタービンシステムに用いることに適している。   As described above, the gas turbine system according to the present invention is useful for reducing soot and nitrogen oxides contained in the exhaust gas discharged from the gas turbine, and particularly for a gas turbine system having a carbon dioxide recovery mechanism. Suitable for use.

本発明のガスタービンシステムの一実施形態の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing a schematic structure of one embodiment of a gas turbine system of the present invention. 本発明のガスタービンシステムの他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of other embodiment of the gas turbine system of this invention. 本発明のガスタービンシステムの他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of other embodiment of the gas turbine system of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10、50、70 ガスタービンシステム
12 ガスタービン
14 燃料供給手段
16 蒸気タービン
18 CO2回収手段
20 CO2混入手段
22 コンプレッサ
24 タービン
26 支持軸
28 燃焼器
30 燃料供給ポンプ
32 燃料混合部
34、76 熱交換器
36 タービン
40 CO2抽出機構
42 CO2液化ポンプ
44 CO2貯蔵部
52 水回収添加手段
54 水分離部
56 浄化部
58 添加部
72 タービン冷却手段
74 冷却配管
78 配管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 50, 70 Gas turbine system 12 Gas turbine 14 Fuel supply means 16 Steam turbine 18 CO2 collection | recovery means 20 CO2 mixing means 22 Compressor 24 Turbine 26 Support shaft 28 Combustor 30 Fuel supply pump 32 Fuel mixing part 34, 76 Heat exchanger 36 Turbine 40 CO2 Extraction Mechanism 42 CO2 Liquefaction Pump 44 CO2 Storage Unit 52 Water Recovery Addition Unit 54 Water Separation Unit 56 Purification Unit 58 Addition Unit 72 Turbine Cooling Unit 74 Cooling Pipe 78 Pipe

Claims (4)

燃焼器及びタービンを備え、前記燃焼器で液体燃料を燃焼させて得られる燃焼ガスにより前記タービンを回転させるガスタービンと、
前記ガスタービンの燃焼器に液体燃料を供給する燃料供給手段と、
前記ガスタービンから排出される排ガスに含まれる二酸化炭素を液体または固体として回収する二酸化炭素回収手段と、
前記二酸化炭素回収部で回収した液体または固体の二酸化炭素を前記燃料供給手段の液体燃料に混入させる二酸化炭素混入手段と、
前記二酸化炭素混入手段が保持する液体または固体の二酸化炭素に水または氷を添加する水分添加手段と、を有することを特徴とするガスタービンシステム。
A gas turbine comprising a combustor and a turbine, wherein the turbine is rotated by a combustion gas obtained by burning liquid fuel in the combustor;
Fuel supply means for supplying liquid fuel to the combustor of the gas turbine;
Carbon dioxide recovery means for recovering carbon dioxide contained in the exhaust gas discharged from the gas turbine as a liquid or solid;
Carbon dioxide mixing means for mixing liquid or solid carbon dioxide recovered by the carbon dioxide recovery section into the liquid fuel of the fuel supply means,
A gas turbine system comprising: water addition means for adding water or ice to liquid or solid carbon dioxide held by the carbon dioxide mixing means .
前記二酸化炭素と前記液体燃料とを混合させる混合機構を有することを特徴とする請求項1に記載のガスタービンシステム。   The gas turbine system according to claim 1, further comprising a mixing mechanism that mixes the carbon dioxide and the liquid fuel. 前記二酸化炭素が混入された液体燃料によって冷却された空気で前記タービンを冷却する冷却機構を有することを特徴とする請求項1または2に記載のガスタービンシステム。   The gas turbine system according to claim 1, further comprising a cooling mechanism that cools the turbine with air cooled by the liquid fuel mixed with carbon dioxide. 前記水分添加手段は、前記ガスタービンから排出される排ガスから水分を抽出することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のガスタービンシステム。 The gas turbine system according to any one of claims 1 to 3, wherein the moisture adding unit extracts moisture from exhaust gas discharged from the gas turbine.
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