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JP2000204909A - Lng cryogenic power generation system - Google Patents

Lng cryogenic power generation system

Info

Publication number
JP2000204909A
JP2000204909A JP11004663A JP466399A JP2000204909A JP 2000204909 A JP2000204909 A JP 2000204909A JP 11004663 A JP11004663 A JP 11004663A JP 466399 A JP466399 A JP 466399A JP 2000204909 A JP2000204909 A JP 2000204909A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
natural gas
lng
turbine
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11004663A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshinori Hisakado
喜徳 久角
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osaka Gas Co Ltd filed Critical Osaka Gas Co Ltd
Priority to JP11004663A priority Critical patent/JP2000204909A/en
Publication of JP2000204909A publication Critical patent/JP2000204909A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the efficiency of an LNG cryogenic power generation. SOLUTION: A steam injection regenerative gas turbine device 1 is combined into an LNG cryogenic power generation system. Exhaust gas of a gas turbine 4 heats combustion air in an air heater 11 of an heat recovery system 10, generates vapor which is mixed with the combustion air in a boiler 12, heats natural gas in a high pressure natural gas heater 15 and a low pressure natural gas heater 16, heats and vaporizes the LNG in an LNG vaporizer 14, moreover is cooled to a normal temperature in a Freon (R) vaporizer 13, and then moisture content more than the vapor input can be collected. The LNG cryogenic operation is moved to a mixed hydrofluorocarbon(HFC) refrigerant of a Rankine cycle 5 in an LNG main heat exchange 19, and power can be reduced by cooling intake air of an air compressor 2 by an air cooler 6.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、液化天然ガス(以
下、「LNG」と略称することがある)の有する寒冷エ
ネルギを利用して発電を行う液化天然ガス冷熱利用発電
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquefied natural gas cold-heat power generation device that generates electric power by utilizing the cold energy of liquefied natural gas (hereinafter sometimes abbreviated as "LNG").

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、LNGは、都市ガスの原料や、火
力発電用の燃料などに用いるため、多量に輸入されてい
る。1997年度のわが国のLNG受入量は、約4,8
00万トンに達し、その内約3,100万トンが発電用
燃料として用いられている。
2. Description of the Related Art In recent years, LNG has been imported in large quantities because it is used as a raw material for city gas or as a fuel for thermal power generation. The amount of LNG received in Japan in 1997 was about 4.8
It amounts to one million tons, of which about 31 million tons are used as fuel for power generation.

【0003】天然ガスの生産地側のLNG液化基地にお
いては、1トンの天然ガスを液化するのに約380kW
hの動力を必要とする。このような動力は、LNGの冷
熱の形に変化し、LNGは、大気圧の状態で1トン当た
り約250kWhの冷熱エクセルギを有している。LN
Gをポンプで例えば4MPaに昇圧すると、常温に気化
するまでに約半分の冷熱エクセルギを利用することがで
きる。残りの冷熱エクセルギは、ガスの送出圧力や天然
ガス直接膨張タービンにより、圧力エクセルギとして回
収することができる。石油危機後の1979年には、省
エネルギの観点から、主に電力会社や都市ガス会社にお
いて、盛んに各種のLNG冷熱発電の技術が開発され、
実プラントが稼働し始めている。
At the LNG liquefaction terminal on the side of the natural gas production area, about 380 kW is required to liquefy one ton of natural gas.
h power is required. Such power translates into the form of LNG cold, which has about 250 kWh / ton of cold exergy at atmospheric pressure. LN
When the pressure of G is increased to, for example, 4 MPa by a pump, about half of the cold exergy can be used before evaporating to room temperature. The remaining cold exergy can be recovered as pressure exergy by gas delivery pressure or natural gas direct expansion turbine. In 1979 after the oil crisis, from the viewpoint of energy saving, various LNG cryogenic power generation technologies were actively developed mainly by electric power companies and city gas companies.
The actual plant has begun operation.

【0004】図7に、従来からのLNG冷熱発電方式を
示す。図中に*印を付した方式が実用化されており、こ
れらの設備では、熱源に海水が用いられている。国内の
LNG冷熱発電設備は、都市ガスの供給所や電力会社の
火力発電所に設けられる。都市ガス供給所では、都市ガ
スの供給圧力を低下さて調整するガバナに代わり、膨張
タービンを設置して圧力差からエネルギを回収する事例
も出てきている。回収出力は、LNGの気化送出圧力や
用いる冷媒の種類に応じて、大きく変わる。
FIG. 7 shows a conventional LNG cryogenic power generation system. The systems marked with an asterisk (*) in the figure have been put to practical use, and in these facilities, seawater is used as a heat source. Domestic LNG cryogenic power generation facilities are installed at city gas supply stations and thermal power stations of electric power companies. At a city gas supply station, there has been a case in which an expansion turbine is installed to recover energy from a pressure difference instead of a governor that adjusts the supply pressure of the city gas by lowering the pressure. The recovery output varies greatly depending on the vapor delivery pressure of LNG and the type of refrigerant used.

【0005】都市ガス会社では、LNGの気化送出圧力
が高いため、単一冷媒や混合冷媒のランキンサイクルが
採用されている。本件出願人は、たとえば特開平9−1
51707(特願平7−312654)などで、ガスタ
ービンおよび蒸気タービンを組合わせるコンバインドサ
イクルと、混合冷媒のランキンサイクルとを採用した液
化天然ガス気化発電装置を提案している。
[0005] In a city gas company, the Rankine cycle of a single refrigerant or a mixed refrigerant is employed because of the high vaporization delivery pressure of LNG. The applicant of the present application has disclosed, for example,
For example, Japanese Patent Application No. 51707 (Japanese Patent Application No. 7-31654) proposes a liquefied natural gas vaporization power generation apparatus employing a combined cycle combining a gas turbine and a steam turbine and a Rankine cycle of a mixed refrigerant.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来のLNG冷熱発電
方式によるプラントでのLNG1トン当たりの回収動力
は、20kWh〜40kWhである。一方、電力会社で
は、LNG導入当時、LNGがボイラ燃料に使われたの
で、LNG気化圧力を都市ガス会社よりも低くすること
ができ、天然ガス直接膨張サイクルが主に採用されてい
る。またランキンサイクルとの組み合わせプラントで
は、LNG1トン当たりの回収動力は、60kWhを越
えている。
The recovery power per ton of LNG in a plant using the conventional LNG thermal power generation system is 20 kWh to 40 kWh. On the other hand, since LNG was used for boiler fuel when LNG was introduced, LNG vaporization pressure can be made lower than that of city gas companies, and the natural gas direct expansion cycle is mainly used. In a combined plant with a Rankine cycle, the recovery power per ton of LNG exceeds 60 kWh.

【0007】しかしながらLNG冷熱発電は、1990
年代に入るとエネルギ価格の安定と建設コストの上昇な
どの経済的理由から建設されなくなっている。特に、高
効率のコンバインドサイクル(以下、Advanced Combine
d Cycle から「ACC」と略称する)の採用により、L
NGの気化圧力が上がり、LNG冷熱発電で回収するこ
とができる出力が低下したことも、LNG冷熱発電が期
待されなくなった大きな要因である。
[0007] However, LNG cryogenic power generation in 1990
In the age, construction has been stopped for economic reasons such as stable energy prices and rising construction costs. In particular, a highly efficient combined cycle (hereinafter, Advanced Combine
d Cycle, abbreviated as “ACC”).
An increase in the vaporization pressure of NG and a decrease in the output that can be recovered by LNG cryogenic power generation is also a major factor in which LNG cryogenic power generation is no longer expected.

【0008】ちなみに、燃料として利用するLNG1ト
ン当たりの発電出力は、蒸気タービンシステムで6,0
00kWhである。最近のACCでは、ガスタービンの
翼冷却技術やタービン翼コーティング技術の向上に伴っ
て、タービン入口燃焼温度(以下、「TIT」と略称す
ることがある)が1500℃まで上がり、その発電出力
は、約7,900kWhとなり、また、高発熱量基準の
発電効率は、52%に達している。この発電出力の内、
LNGの気化圧力による寄与分は、約90kWhであ
り、これまでのLNG冷熱発電による正味回収出力の約
20kWh〜60kWhに比べ、むしろLNGの冷熱エ
クセルギの利用効率が上がっているとも言うことができ
る。
Incidentally, the power generation output per ton of LNG used as fuel is 6,0 tons in a steam turbine system.
00 kWh. In recent ACC, the turbine inlet combustion temperature (hereinafter may be abbreviated as “TIT”) rises to 1500 ° C. with the improvement of the blade cooling technology and the turbine blade coating technology of the gas turbine, and the power generation output is It is about 7,900 kWh, and the power generation efficiency based on the high calorific value has reached 52%. Of this power output,
The contribution of the LNG due to the vaporization pressure is about 90 kWh, and it can be said that the utilization efficiency of the LNG cryogenic exergy is higher than the conventional net recovery output of about 20 kWh to 60 kWh by the LNG cryogenic power generation.

【0009】また、本件出願人が特開平9−15170
7で提案している冷熱利用コンバインドサイクルでは、
比較的高価な蒸気タービンを使用しなければならないの
で、建設コストが問題となる。
[0009] The applicant of the present invention has disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-15170.
In the combined cycle using cold energy proposed in 7,
Construction costs are an issue because relatively expensive steam turbines must be used.

【0010】こうした状況から、現状では、大量のLN
G冷熱を利用しようとする冷熱発電設備が建設されなく
なり、LNGの冷熱エクセルギの大部分が、LNG気化
用の熱源として用いる海水に捨てられている。
Under these circumstances, at present, a large amount of LN
Cryogenic power generation facilities that utilize G cryogenic heat are no longer being constructed, and most of the LNG cryogenic exergy has been discarded in seawater used as a heat source for LNG vaporization.

【0011】本発明の目的は、LNG冷熱を有効に利用
して発電を行うことができる液化天然ガス冷熱利用発電
装置を提供することである。
[0011] It is an object of the present invention to provide a liquefied natural gas cold heat power generation device capable of generating electricity by effectively utilizing LNG cold heat.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、ガス燃料の燃
焼ガスで回転駆動されるガスタービンと、ガスタービン
の回転出力によって駆動され、ガス燃料の燃焼用空気を
圧縮する空気圧縮機と、ガスタービンからの排ガスの有
する排熱を回収して、空気圧縮機で圧縮されたガス燃料
の燃焼用空気を過熱し、燃焼用空気に混合させる水蒸気
を発生させ、液化天然ガスを昇温して気化させ、さらに
過熱する排熱回収装置と、液化天然ガスの冷熱を利用し
て凝縮を行う混合フロン冷媒が循環するランキンサイク
ルと、排熱回収装置で昇温および気化を行うために供給
される液化天然ガスと、ランキンサイクルを循環する混
合フロン冷媒とが熱交換する熱交換器と、熱交換器に導
入される混合フロンによって回転駆動されるフロン膨張
タービンと、排熱回収装置で過熱された天然ガスで回転
駆動される天然ガス膨張タービンと、ガスタービンおよ
び各膨張タービンの回転出力で駆動される発電機と、熱
交換器で冷却されたランキンサイクルの混合フロン冷媒
によって、空気圧縮機に吸入される空気を冷却する空気
冷却器とを含み、ランキンサイクルでは、混合フロン冷
媒を空気冷却器のあとで排熱回収装置に導き、排ガスを
冷却させてからフロン膨張タービンに導くことを特徴と
する液化天然ガス冷熱利用発電装置である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a gas turbine which is driven to rotate by combustion gas of a gas fuel, an air compressor which is driven by a rotation output of the gas turbine and compresses combustion air of the gas fuel. Exhaust heat of the exhaust gas from the gas turbine is recovered, the combustion air of the gas fuel compressed by the air compressor is overheated, steam to be mixed with the combustion air is generated, and the temperature of the liquefied natural gas is raised. A waste heat recovery device that vaporizes and further heats, a Rankine cycle in which a mixed chlorofluorocarbon refrigerant that condenses by using the cold heat of liquefied natural gas is circulated, and is supplied to raise the temperature and vaporize in the waste heat recovery device A heat exchanger in which liquefied natural gas exchanges heat with the mixed CFC refrigerant circulating in the Rankine cycle; a CFC expansion turbine driven by the mixed CFC introduced into the heat exchanger; A natural gas expansion turbine driven by the natural gas superheated by the recovery device, a generator driven by the rotation output of the gas turbine and each expansion turbine, and a Rankine cycle mixed Freon refrigerant cooled by a heat exchanger And an air cooler that cools the air drawn into the air compressor.In the Rankine cycle, the mixed Freon refrigerant is led to an exhaust heat recovery device after the air cooler, and the exhaust gas is cooled before being passed to the Freon expansion turbine. It is a liquefied natural gas cold energy utilization power generation device characterized by being guided.

【0013】本発明に従えば、ガスタービンを駆動する
燃焼ガスに水蒸気を混合させて出力を高め、ガスタービ
ンの排ガスの熱で水蒸気の発生および燃焼用空気の過熱
を行い、燃焼ガスの温度を高めて排ガスの熱エクセルギ
を有効に回収して、ガスタービン出力をさらに高めるこ
とができる。また、液化天然ガスの冷熱はランキンサイ
クルを利用して、空気圧縮機への吸気を冷却する空気冷
却器で有効に利用することができ、空気圧縮機の動力削
減を図ることができる。排ガスによって発生させる水蒸
気を減らせば、水蒸気と空気との混合によるエクセルギ
損失を抑えることができる。
According to the present invention, the output is increased by mixing steam with the combustion gas for driving the gas turbine, and the heat of the exhaust gas from the gas turbine generates steam and superheats the combustion air, thereby reducing the temperature of the combustion gas. The heat exergy of the exhaust gas can be effectively recovered to increase the output of the gas turbine. Further, the cold heat of the liquefied natural gas can be effectively used by the air cooler that cools the intake air to the air compressor using the Rankine cycle, and the power of the air compressor can be reduced. If the amount of water vapor generated by the exhaust gas is reduced, the exergy loss due to the mixture of the water vapor and the air can be suppressed.

【0014】また本発明の前記熱交換器では、前記液化
天然ガスと前記混合フロン冷媒との間の温度差が小さい
状態で熱交換が可能であることを特徴とする。
Further, in the heat exchanger of the present invention, heat exchange is possible in a state where the temperature difference between the liquefied natural gas and the mixed CFC refrigerant is small.

【0015】本発明に従えば、熱交換器で効率よく熱交
換を行い、液化天然ガスの有する冷熱エネルギをランキ
ンサイクルの混合フロン冷媒に移行させ、空気冷却器や
排熱回収装置を介して有効に利用することができる。
According to the present invention, heat is efficiently exchanged in the heat exchanger, and the cryogenic energy of the liquefied natural gas is transferred to the mixed CFC refrigerant of the Rankine cycle, and is effectively transmitted through the air cooler and the exhaust heat recovery device. Can be used for

【0016】また本発明で、前記排熱回収装置で発生す
る水蒸気は、前記混合フロン冷媒によって冷却された排
ガス中の水分を加熱して発生させることを特徴とする。
Further, in the present invention, the steam generated in the exhaust heat recovery device is generated by heating water in exhaust gas cooled by the mixed Freon refrigerant.

【0017】本発明に従えば、排ガス中から回収する水
分でガスタービンの燃焼ガスと混合させる水蒸気を発生
させるので、水蒸気発生のための水源を不要にすること
ができる。
According to the present invention, the water recovered from the exhaust gas generates steam to be mixed with the combustion gas of the gas turbine, so that a water source for generating steam can be eliminated.

【0018】また本発明で、前記天然ガス膨張タービン
は、天然ガスの圧力に応じて複数段設けられ、高圧側の
天然ガス膨張タービンからの排ガスは、前記排熱回収装
置でさらに過熱されてから、低圧側の天然ガス膨張ター
ビンを回転駆動することを特徴とする。
Further, in the present invention, the natural gas expansion turbine is provided in a plurality of stages according to the pressure of the natural gas, and the exhaust gas from the high pressure side natural gas expansion turbine is further heated by the exhaust heat recovery device. The low-pressure side natural gas expansion turbine is rotationally driven.

【0019】本発明に従えば、天然ガスを供給する圧力
に応じて、天然ガス膨張タービンで動力を回収すること
ができるので、液化天然ガスの有するエクセルギを有効
に利用することができる。
According to the present invention, power can be recovered by the natural gas expansion turbine according to the pressure at which natural gas is supplied, so that the exergy of liquefied natural gas can be effectively used.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の一形態と
して、ガスタービンと高効率LNG冷熱発電とを組み合
わせて構成するシステムの概略プロセスフローを示す。
このシステムは、蒸気噴射再生式ガスタービンの排熱を
活用し、天然ガス膨張タービンと混合フロン膨張タービ
ンとを効果的に組み合わせたものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a schematic process flow of a system constituted by combining a gas turbine and high-efficiency LNG cold power generation as an embodiment of the present invention.
This system utilizes a waste heat of a steam injection regenerative gas turbine, and effectively combines a natural gas expansion turbine and a mixed CFC expansion turbine.

【0021】以下プロセスの流れについて説明する。蒸
気噴射再生式ガスタービン装置1は、空気圧縮機2、燃
焼器3およびガスタービン4を含む。燃焼器3への吸気
は、ランキンサイクル5の空気冷却器6でHFC系混合
フロンによって冷却され、空気圧縮機2で圧縮される。
ランキンサイクル5は、空気冷却器6とともに、フレオ
ンポンプ7およびフレオンタービン8を含む。空気圧縮
機2で圧縮された吸気は、混合部9で飽和蒸気と混合さ
れ、さらに、排熱回収装置10の空気過熱器11を通過
する間にガスタービン4の排気で予熱された後、天然ガ
スを燃料とする燃焼器3で燃焼用空気として使用され
る。燃焼器3からの燃焼ガスは、ガスタービン4に導入
され、動力が回収される。ガスタービン4からの排ガス
は、排熱回収装置10に導かれ、排熱が回収される。
The process flow will be described below. The steam injection regeneration type gas turbine device 1 includes an air compressor 2, a combustor 3, and a gas turbine 4. The intake air to the combustor 3 is cooled by the HFC-based mixed chlorofluorocarbon in the air cooler 6 of the Rankine cycle 5 and compressed by the air compressor 2.
Rankine cycle 5 includes a Freon pump 7 and a Freon turbine 8 together with an air cooler 6. The intake air compressed by the air compressor 2 is mixed with the saturated steam in the mixing section 9, further preheated by the exhaust gas of the gas turbine 4 while passing through the air superheater 11 of the exhaust heat recovery device 10, and It is used as combustion air in a combustor 3 using gas as fuel. The combustion gas from the combustor 3 is introduced into the gas turbine 4 and power is recovered. Exhaust gas from the gas turbine 4 is guided to an exhaust heat recovery device 10 where exhaust heat is recovered.

【0022】排熱回収装置10には、空気過熱器11と
ともに、ボイラ12、フレオン気化器13、LNG気化
器14、高圧天然ガス過熱器15および低圧天然ガス過
熱器16が備えられ、ガスタービン4からの排ガスと熱
交換して、排ガスの有する熱エネルギを利用する加熱が
それぞれ行われる。ガスタービン4から排出される最も
高温の状態の排ガスは、空気過熱器11で燃焼器3へ供
給する燃焼用空気を加熱する。次に、排ガスはボイラ1
2を加熱し、空気圧縮機2で圧縮された後で空気過熱器
11で加熱される前の空気に、混合部9で混合される水
蒸気を発生させる。次に、排ガスは高圧天然ガス過熱器
15および低圧天然ガス過熱器16で高圧および低圧の
天然ガスをそれぞれ加熱し、LNG気化器14でLNG
を蒸発させる。最後に、フレオン気化器13でHFC系
混合フロンであるフレオンを蒸発させる。
The exhaust heat recovery device 10 includes an air superheater 11, a boiler 12, a freon vaporizer 13, an LNG vaporizer 14, a high-pressure natural gas superheater 15, and a low-pressure natural gas superheater 16, and a gas turbine 4 Heat exchange is performed with the exhaust gas from the exhaust gas, and heating using the thermal energy of the exhaust gas is performed. The hottest exhaust gas discharged from the gas turbine 4 heats the combustion air supplied to the combustor 3 by the air superheater 11. Next, the exhaust gas is boiler 1
2 is heated to generate steam to be mixed in the mixing section 9 with the air after being compressed by the air compressor 2 and before being heated by the air superheater 11. Next, the exhaust gas heats high-pressure and low-pressure natural gas with a high-pressure natural gas superheater 15 and a low-pressure natural gas superheater 16, respectively, and then uses an LNG vaporizer 14 to heat LNG.
Is evaporated. Finally, freon, which is an HFC-based mixed freon, is evaporated in the freon vaporizer 13.

【0023】このような熱交換の過程で排ガスを冷却
し、熱エネルギを有効に回収すると、排ガス中からは水
分も得ることができる。天然ガスはメタン(CH3 )な
どの各種の炭化水素の混合物であり、燃焼の排ガスは二
酸化炭素ガスと水蒸気とが主成分となる。また、混合部
9で空気に混合する水蒸気も排ガスとして出てくる。排
ガスをフレオン気化器13で冷却すれば、排熱回収装置
10は復水器としても機能して、混合部9で混合させた
水蒸気の量よりも多く水蒸気を凝縮させ、水分として回
収することができる。回収した水分は、給水ポンプ17
でボイラ12に送込み、水蒸気を発生させる。
When the exhaust gas is cooled in the course of such heat exchange and heat energy is effectively recovered, moisture can be obtained from the exhaust gas. Natural gas is a mixture of various hydrocarbons such as methane (CH 3 ), and the exhaust gas from combustion is mainly composed of carbon dioxide gas and water vapor. Further, water vapor mixed with air in the mixing section 9 also comes out as exhaust gas. If the exhaust gas is cooled by the Freon vaporizer 13, the exhaust heat recovery device 10 can also function as a condenser, condensing more steam than the amount of steam mixed in the mixing unit 9, and collecting it as water. it can. The collected water is supplied to the water supply pump 17
The steam is sent to the boiler 12 to generate steam.

【0024】なお、HFC系混合フロンの組成は、R1
34a(C242 )とR23(CHF3 )である。こ
のHFC系混合フロンは、LNGと熱交換しても凝固し
ない特性がある。R134aのMOL組成は、40%〜
45%が最適と考えられる。
The composition of the HFC mixed freon is R1
34a (C 2 F 4 H 2 ) and R23 (CHF 3 ). This HFC-based mixed chlorofluorocarbon has a characteristic that it does not solidify even when heat is exchanged with LNG. The MOL composition of R134a is 40% or more.
45% is considered optimal.

【0025】一方、LNGタンクからLNG主ポンプ1
8で昇圧されるLNGは、LNG主熱交換器19に入る
前に液化された天然ガスと混合される。混合されたLN
Gは、LNG主熱交換器19からLNG気化器14で常
温まで気化昇温される。
On the other hand, the LNG main pump 1
The LNG pressurized at 8 is mixed with the liquefied natural gas before entering the LNG main heat exchanger 19. Mixed LN
G is vaporized and raised to room temperature by the LNG vaporizer 14 from the LNG main heat exchanger 19.

【0026】LNG気化器14で気化昇温された天然ガ
スは、天然ガス予熱器20を通り、高圧天然ガス過熱器
15でガスタービン4からの排ガスによって過熱され、
高圧天然ガスタービン21で膨張し、天然ガス予熱器2
0で冷却された後、中圧ライン22へ、たとえば3.5
MPaの圧力で送出される。また高圧天然ガスタービン
21を出た一部の天然ガスは、低圧天然ガス過熱器16
で再熱された後、低圧天然ガスタービン23でさらに膨
張し、動力を回収された後、天然ガス予熱器20で冷却
された後、低圧ライン24から送出される。天然ガス予
熱器20では、高圧の天然ガスと、中圧または低圧の天
然ガスとが熱交換し、高圧の天然ガスは加温され、中圧
または低圧の天然ガスは冷却される。
The natural gas vaporized and heated in the LNG vaporizer 14 passes through a natural gas preheater 20 and is superheated by exhaust gas from the gas turbine 4 in a high-pressure natural gas superheater 15.
Expanded by the high-pressure natural gas turbine 21, the natural gas preheater 2
0, and then to the medium pressure line 22, for example, 3.5
It is delivered at a pressure of MPa. Some natural gas exiting the high-pressure natural gas turbine 21 is supplied to the low-pressure natural gas superheater 16.
After being reheated in the low pressure natural gas turbine 23, the power is recovered, and after being cooled by the natural gas preheater 20, it is sent out from the low pressure line 24. In the natural gas preheater 20, the high-pressure natural gas and the medium-pressure or low-pressure natural gas exchange heat, the high-pressure natural gas is heated, and the medium-pressure or low-pressure natural gas is cooled.

【0027】気化した天然ガスは、ガス需要に応じて図
に示す高圧ライン25に、たとえば7MPaの圧力で、
あるいは低圧ライン24に、たとえば1.8MPaの圧
力で、送出することもできる。また、低圧ライン24の
天然ガスは、LNG主熱交換器19でLNGにより冷却
され、凝縮した後、LNG回収ポンプ26で加圧され、
LNG主ポンプ18から供給されるLNGと混合させ
る。循環する低圧の天然ガスの流量を制御することで、
LNG主熱交換器19で熱交換を行う相手であるLNG
との温度差が小さくなり、LNGの冷熱エネルギを有効
に回収できる。
The vaporized natural gas is supplied to a high-pressure line 25 shown in FIG.
Alternatively, it can be delivered to the low pressure line 24 at a pressure of, for example, 1.8 MPa. The natural gas in the low pressure line 24 is cooled by LNG in the LNG main heat exchanger 19 and condensed, and then pressurized by the LNG recovery pump 26,
It is mixed with LNG supplied from the LNG main pump 18. By controlling the flow rate of circulating low-pressure natural gas,
LNG which is a heat exchange partner of the LNG main heat exchanger 19
And the temperature difference between the LNG and the cooling energy of the LNG can be effectively recovered.

【0028】HFC系混合フロンは、フレオン気化器1
3で蒸発過熱され、フレオンタービン8で動力を回収さ
れた後、LNG主熱交換器19での熱交換で、LNGを
昇温させるとともに、LNGによって冷却液化される。
さらにフレオンポンプ7で昇圧されたHFC系混合フロ
ンは、循環量を増やすため、LNG主熱交換器19に戻
された後、空気冷却器6に導入される。混合フロンの膨
張タービンであるフレオンタービン8の回転出力は、天
然ガスの膨張タービンである高圧天然ガスタービン21
や低圧天然ガス膨張タービン23の回転出力とともに、
発電機を駆動して電力に変換することができる。各ター
ビンが別個に発電機を駆動するものとして、回転出力に
回転機効率を乗算すれば、発電出力を算出することがで
きる。
HFC-based mixed chlorofluorocarbon is used in Freon vaporizer 1
3, the power is recovered by the freon turbine 8, and the heat is exchanged in the LNG main heat exchanger 19 to raise the temperature of the LNG and to liquefy it by the LNG.
Further, the HFC-based mixed Freon pressurized by the Freon pump 7 is returned to the LNG main heat exchanger 19 and then introduced into the air cooler 6 in order to increase the circulation amount. The rotational output of the Freon turbine 8, which is an expansion turbine of mixed CFCs, is a high-pressure natural gas turbine 21 which is an expansion turbine of natural gas.
And the rotational output of the low-pressure natural gas expansion turbine 23,
The generator can be driven and converted to electric power. Assuming that each turbine separately drives the generator, the power output can be calculated by multiplying the rotary output by the rotary machine efficiency.

【0029】次に、図1のシステムを、他の発電システ
ムと比較してみる。まず、海水を熱源とする冷熱発電シ
ステムと比較を行う。図1のボイラ12の出口排ガスの
代わりに、温度20℃の海水を熱源に用い、中圧ライン
22に天然ガスを送出する冷熱発電の軸出力は、LNG
気化流量100ton/hの場合、約5,500kWと
計算される。
Next, the system of FIG. 1 will be compared with other power generation systems. First, a comparison is made with a cold power generation system using seawater as a heat source. In place of the exhaust gas from the boiler 12 shown in FIG. 1, seawater at a temperature of 20 ° C. is used as a heat source, and natural gas is sent to the medium pressure line 22.
In the case of a vaporization flow rate of 100 ton / h, it is calculated as about 5,500 kW.

【0030】内訳は、フレオンタービン8が1,610
kW、高圧天然ガスタービン21が2,640kW、低
圧天然ガスタービン23が1,250kWとなる。また
LNGを気化させるための海水ポンプの電力として、約
460kWが必要である。
The breakdown is that the freon turbine 8 is 1,610
kW, the high-pressure natural gas turbine 21 has 2,640 kW, and the low-pressure natural gas turbine 23 has 1,250 kW. In addition, about 460 kW is required as electric power of the seawater pump for vaporizing LNG.

【0031】このような方式は、炭化水素系混合冷媒ラ
ンキンサイクルの発電出力4,000kWに比べ、ター
ビンが3台必要となるが、高い送出圧力で、高い発電出
力が得られるという特徴がある。しかし、海水温度が下
がった場合、タービンブレード保護のため、混合フロン
の蒸発温度を露点以上に高める必要があり、フロンの蒸
発圧力を下げる必要がある。そのため、フレオンタービ
ン8の出力が大幅に下がり、たとえば、海水温度が8℃
の場合、システムの合計軸出力は、4,650kWに下
がる。
Although such a system requires three turbines as compared with the power generation output of the hydrocarbon-based mixed refrigerant Rankine cycle of 4,000 kW, it is characterized in that a high power generation output can be obtained at a high delivery pressure. However, when the seawater temperature drops, it is necessary to raise the evaporation temperature of the mixed chlorofluorocarbon above the dew point to protect the turbine blades, and to reduce the chlorofluorocarbon evaporation pressure. As a result, the output of the freon turbine 8 is greatly reduced.
, The total shaft power of the system drops to 4,650 kW.

【0032】すなわち、海水を熱源に用いるシステムで
は、以下の問題がある。 ・海水温度が季節により変化するため、年間を通じて設
計点での運転ができなくなり、発電出力の低下が生じ
る。 ・海水用熱交換器として、オープンラック式やチタン管
の熱交換器を使う必要があり、価格が高く、設置場所も
大きい。
That is, a system using seawater as a heat source has the following problems. -Since the seawater temperature changes depending on the season, operation at the design point cannot be performed throughout the year, and the power generation output will decrease. -It is necessary to use an open rack type or a titanium tube heat exchanger as the seawater heat exchanger, which is expensive and requires a large installation space.

【0033】次に、ガスタービンを用いるLNG火力発
電サイクルのエクセルギ評価と問題点の検討とを行う。
LNG火力発電は、電源構成の約25%を占め、ACC
の効率向上と合わせて、電力会社において、今後も増設
が進められるものと予想される。また、最近では、建設
コストの低減や内陸のため冷却水が使えない理由などか
ら、ガスタービンだけで高い発電効率が得られるシステ
ムが開発されている。実用化されているものに、ガスタ
ービンに高圧蒸気を噴射するチェンサイクルや二流体サ
イクル、さらに規模の大きなSTIG(Steam Injection
Gas Turbine)サイクルと呼ばれる方式がある。その他
に、高湿度ガスタービン(HAT)の開発も進められてい
る。
Next, the exergy evaluation and problems of the LNG thermal power generation cycle using the gas turbine will be described.
LNG thermal power accounts for approximately 25% of the power mix,
It is anticipated that power companies will continue to expand their capacity in the future, along with the improvement in efficiency. In recent years, a system that can obtain high power generation efficiency only with a gas turbine has been developed for reasons such as a reduction in construction cost and inability to use cooling water due to inland. Practical applications include chain and two-fluid cycles that inject high-pressure steam into gas turbines, and larger STIG (Steam Injection).
Gas Turbine) There is a method called a cycle. In addition, development of a high humidity gas turbine (HAT) is also underway.

【0034】ACCとチェンサイクルのエクセルギ評価
を、次の表1に示す。計算は、以下の条件で行ってい
る。 ・評価温度を20℃とし、タービン、空気圧縮機、発電
機ならびに低温液化ガスポンプの効率を、それぞれ88
%、88%、98%、60%とした。 ・燃料のモル組成は、メタン88%、エタン6%、プロ
パン4%、ブタン2%とした。この燃料の高発熱量、低
発熱量、化学エクセルギは、それぞれ46.1MJ、4
1.3MJ、42.3MJとなる。ACCおよびチェン
サイクルの高発熱量基準の発電効率は、49.6%と3
3.7%となる。
The exergy evaluation of ACC and Cheng cycle is shown in Table 1 below. The calculation is performed under the following conditions. The evaluation temperature was set to 20 ° C., and the efficiencies of the turbine, air compressor, generator and low-temperature liquefied gas pump were each 88.
%, 88%, 98%, and 60%. -The molar composition of the fuel was methane 88%, ethane 6%, propane 4%, and butane 2%. The high calorific value, low calorific value, and chemical exergy of this fuel are 46.1 MJ, 4
1.3 MJ and 42.3 MJ. The power generation efficiency of the ACC and Cheng cycle based on the high calorific value is 49.6%, 3
3.7%.

【0035】これらのガスタービンシステムの共通の問
題点は、夏季での吸気温度の上昇である。ガスタービン
の出力は、吸気温度が、たとえば、15℃から35℃に
上がると、出力は約6%低下する。このため、電力会社
では、LNG冷熱を利用したガスタービンの吸気冷却の
検討を行なっている。
A common problem with these gas turbine systems is the rise in intake air temperature in summer. The output of the gas turbine decreases by about 6% when the intake air temperature increases, for example, from 15 ° C. to 35 ° C. For this reason, electric power companies are studying intake cooling of gas turbines using LNG cold heat.

【0036】また、チェンサイクルでは、ACCに比
べ、蒸気タービンや復水器を使うことなく、従来のガス
タービンより高い発電効率が得られるが、表1に示すよ
うに、蒸気と排ガスの混合やボイラの伝熱、さらに、排
ガスの放熱によるエクセルギ損失が大きい。
Further, in the chain cycle, higher power generation efficiency can be obtained than in the conventional gas turbine without using a steam turbine or a condenser in comparison with ACC. Exergy loss due to boiler heat transfer and heat release of exhaust gas is large.

【0037】[0037]

【表1】 [Table 1]

【0038】本実施形態のシステムについて、次の表2
にLNG気化流量100ton/hに対する主要運転条
件を示す。ガスタービン4の入口温度は、最近の翼の冷
却技術の進歩と空気予熱器の耐熱性から、1,350℃
としているけれども、空気予熱温度をさらに上げること
ができれば、1,500℃も可能と思われる。この条件
における、各ガスタービン4,8,21,23の合計発
電出力は、LNG冷熱発電の減速機効率を考慮に入れる
と約38.4MWであり、投入した天然ガス燃料に対す
る高発熱量基準の発電効率は、60.0%となる。
The following table 2 shows the system of this embodiment.
Shows the main operating conditions for the LNG vaporization flow rate of 100 ton / h. The inlet temperature of the gas turbine 4 is set to 1,350 ° C. due to recent advances in blade cooling technology and heat resistance of the air preheater.
However, if the air preheating temperature can be further raised, it seems that 1,500 ° C. is possible. Under this condition, the total power generation output of each of the gas turbines 4, 8, 21, and 23 is about 38.4 MW in consideration of the reduction gear efficiency of the LNG cryogenic power generation. The power generation efficiency is 60.0%.

【0039】[0039]

【表2】 [Table 2]

【0040】図2は、本実施形態のシステムの各機器で
生じるエクセルギ損失や、投入あるいは回収されるエク
セルギを、LNG気化流量100ton/hの条件で示
す。図中の( )内数値は、燃料の化学エクセルギを1
00%とした場合の値である。
FIG. 2 shows the exergy loss occurring in each device of the system of this embodiment and the exergy that is charged or recovered under the conditions of the LNG vaporization flow rate of 100 ton / h. The value in parentheses in the figure is 1 for the chemical exergy of the fuel.
This is the value when 00% is set.

【0041】この図をもとに、ガスタービンとLNG冷
熱発電システムの融合効果について述べる。蒸気噴射再
生式ガスタービン装置1への吸気は、空気冷却器6でH
FC系混合フロンによって−25℃まで冷却される。こ
の冷却効果は、0.3%と僅かであるが、吸気冷却の効
果により、空気圧縮機2の所要動力を約3,000kW
削減することができる。
Based on this figure, the effect of the fusion of the gas turbine and the LNG cryogenic power generation system will be described. The intake air to the steam injection regenerative gas turbine device 1 is H
It is cooled down to -25 ° C by FC mixed freon. Although this cooling effect is as small as 0.3%, the required power of the air compressor 2 is reduced to about 3,000 kW by the effect of the intake air cooling.
Can be reduced.

【0042】また、燃料の化学エクセルギの13.2%
が、LNG冷熱発電の加熱熱源として利用される。LN
G気化器14や高圧天然ガス過熱器15などの伝熱に伴
うエクセルギ損失として、7.8%が失われるため、L
NG冷熱発電への有効回収寄与は、5.4%となる。
13.2% of the chemical exergy of the fuel
Is used as a heating heat source for LNG cold energy generation. LN
Since 7.8% of exergy loss due to heat transfer from the G vaporizer 14 and the high-pressure natural gas superheater 15 is lost, L
The effective recovery contribution to NG cryogenic power generation is 5.4%.

【0043】LNG気化器14では、約2,380kW
の伝熱に伴う大きなエクセルギ損失がある。そこで、こ
の損失を空気のブレイトンサイクルで回収することを検
討すると、回転機や熱交換器の特性によるが、約350
kWの軸動力を回収することができる。しかし、回収動
力に対して、熱交換器のコストが高くなり、システムが
複雑化するため、経済的でないと思われる。
In the LNG vaporizer 14, about 2,380 kW
Large exergy loss associated with heat transfer. Therefore, when considering the recovery of this loss by the Brayton cycle of air, depending on the characteristics of the rotating machine and the heat exchanger, about 350
kW of shaft power can be recovered. However, with respect to the recovery power, the cost of the heat exchanger is increased, and the system is complicated, so that it is not economical.

【0044】これらの結果をもとに、本システムの発電
効率を求めると、LNG冷熱発電は 17.1×0.98×0.96/(21.1−0.6+13.2)= 47.7% ガスタービン発電は 50.2×0.98/(100−13.2+0.6)= 56.3% となる。ガスタービンの発電出力が、同じタービン入口
燃焼ガス温度のACCの発電出力の54.0%よりも高
いことは、注目すべきである。
Based on these results, the power generation efficiency of this system is calculated as follows: 17.1 × 0.98 × 0.96 / (21.1−0.6 + 13.2) = 47.7% for LNG thermal power generation 50.2 × 0.98 / ( 100-13.2 + 0.6) = 56.3%. It should be noted that the power output of the gas turbine is higher than 54.0% of the power output of the ACC at the same turbine inlet combustion gas temperature.

【0045】そこで、高い出力が得られる理由を、図3
に示すガスタービンの排ガスおよび吸い込み空気(Hot S
tream)と、被加熱流体(Cold Stream)とのエンタルピ温
度特性により説明する。上側の連続線は排ガスの温度を
示す。下側の各線分は、被加熱流体の温度を示す。
The reason why a high output is obtained is shown in FIG.
Exhaust gas and intake air (Hot S
(Tream) and the enthalpy temperature characteristics of the fluid to be heated (Cold Stream). The upper continuous line shows the temperature of the exhaust gas. Each lower line segment indicates the temperature of the fluid to be heated.

【0046】高い出力が得られる第1の理由は、ボイラ
12での蒸気発生量を減らし、チェンサイクルなどで問
題となる蒸気と空気の混合によるエクセルギ損失を抑え
ていることである。このため、ボイラで使用されるエン
タルピの範囲は狭くなっている。
The first reason for obtaining a high output is that the amount of steam generated in the boiler 12 is reduced, and exergy loss due to mixing of steam and air, which is a problem in a chain cycle or the like, is suppressed. For this reason, the range of enthalpy used in the boiler has been narrowed.

【0047】第2の理由は、空気過熱器11で高温排ガ
スの熱エクセルギを大量に有効回収しており、これによ
りガスタービン4の出力を高めていることである。
The second reason is that a large amount of hot exergy of high-temperature exhaust gas is effectively recovered by the air superheater 11, thereby increasing the output of the gas turbine 4.

【0048】第3の理由は、空気冷却器6による吸気の
冷却による空気圧縮機2の動力削減である。また、排ガ
スは、フレオン気化器13でHFC系混合フロンにより
大気とほぼ同じ温度まで冷却され、ボイラ給水流量以上
の凝縮水を回収することができる。
The third reason is that the power of the air compressor 2 is reduced by cooling the intake air by the air cooler 6. Further, the exhaust gas is cooled to substantially the same temperature as the atmosphere by the HFC-based mixed chlorofluorocarbon in the Freon vaporizer 13, and condensed water at a boiler feedwater flow rate or more can be recovered.

【0049】次に、LNG冷熱発電で高い出力が得られ
る理由を説明する。本実施形態では、LNG主熱交換器
19での天然ガスおよびHFC系混合フロンの各流体(H
otStream)の凝縮工程、ならびにLNGおよび液化混合
フロン(Cold Stream)の蒸発工程でのエンタルピの温度
特性は、図4に示すようになる。
Next, the reason why a high output can be obtained by the LNG cryogenic power generation will be described. In this embodiment, the natural gas and the HFC-based mixed chlorofluorocarbon fluid (H
FIG. 4 shows the temperature characteristics of the enthalpy in the condensation step of otStream) and the evaporation step of LNG and liquefied mixed chlorofluorocarbon (Cold Stream).

【0050】第1の理由は、LNGとHFC系混合フロ
ンとを組み合わせて、LNG主熱交換器19の流体間の
温度差を小さくすることで、伝熱に伴うエクセルギ損失
を大幅に低減させていることである。
The first reason is that, by combining LNG and HFC-based mixed chlorofluorocarbon, the temperature difference between the fluids in the LNG main heat exchanger 19 is reduced, thereby greatly reducing the exergy loss due to heat transfer. It is that you are.

【0051】第2の理由は、各天然ガスタービン21,
23およびフレオンタービン8の入口ガス温度をガスタ
ービン4の排熱で加熱し、タービン出力を高めているこ
とである。
The second reason is that each natural gas turbine 21,
This means that the inlet gas temperature of the gas turbine 23 and the freon turbine 8 is heated by the exhaust heat of the gas turbine 4 to increase the turbine output.

【0052】海水を熱源とした高効率LNG冷熱発電で
得られる発電出力は、LNG1トン当たり50kWh程
度である。通常、LNG気化器の1基当たりのLNG流
量は、150ton/h程度である。したがってこの場
合の発電出力は、7,500kWとなる。一方、LNG
火力は、ACCの効率向上と大型化で発電効率が52%
以上、1系列当たりの出力が約330MWの設備が、既
に試験運用されている。150ton/hの燃料LNG
をこのACCで発電すると、約1,200MWの出力が
得られる。このことから、海水を用いる現在の方式のL
NG冷熱発電は、主に経済的理由から建設されなくなっ
ている。
The power generation output obtained by high-efficiency LNG cryogenic power generation using seawater as a heat source is about 50 kWh per ton of LNG. Usually, the LNG flow rate per LNG vaporizer is about 150 ton / h. Therefore, the power generation output in this case is 7,500 kW. On the other hand, LNG
Thermal power generation efficiency is 52% due to improved ACC efficiency and larger size
As described above, facilities having an output of about 330 MW per system have already been tested and operated. 150ton / h fuel LNG
When power is generated by this ACC, an output of about 1,200 MW can be obtained. From this, L of current system using seawater
NG refrigeration is no longer being built, mainly for economic reasons.

【0053】そこで、LNGの気化熱源として、本実施
形態のような蒸気噴射再生式ガスタービン1の排熱を活
用し、天然ガスを膨張させるタービン21,23と混合
フロンを膨張させるフレオンタービン8とを効果的に組
み合わせたLNG冷熱発電を提案し、そのエクセルギ解
析を行ってみた。
Therefore, as heat sources for vaporizing LNG, the exhaust heat of the steam injection regenerative gas turbine 1 as in the present embodiment is used to expand the natural gas turbines 21 and 23 and the Freon turbine 8 for expanding the mixed chlorofluorocarbon. We proposed an LNG cryogenic power generation that effectively combines the above, and conducted an exergy analysis.

【0054】図5はエクセルギ解析に使用するソフトウ
ェアでシステムを定義した状態を示し、図6は図5の各
部での解析結果を示す。図6のAに示す名称(Nam
e)が図5の矢符に付した符号に対応している。解析の
結果、LNG1トン当たりの発電出力は、約2倍の94
kWが得られ、海水ポンプや取排水設備が不要となるほ
か、高価な気化設備の代わりに、排熱回収装置10でL
NGやHFC系混合フロン冷媒を気化することができる
ことが判った。またガスタービン入口燃焼ガス温度を
1,350℃とした場合、LNG冷熱発電とガスタービ
ン発電の発電効率は、冷熱エクセルギ基準で47.7
%、高発熱量基準で51.6%となる。
FIG. 5 shows a state in which the system is defined by the software used for the exergy analysis, and FIG. 6 shows the results of the analysis at each part in FIG. The name shown in FIG.
e) corresponds to the reference numeral given to the arrow in FIG. As a result of the analysis, the power generation output per tonne of LNG was approximately doubled to 94 times.
kW, eliminating the need for seawater pumps and intake / drainage equipment. In addition to using expensive vaporization equipment, the waste heat recovery device 10
It was found that NG and HFC-based mixed CFC refrigerants could be vaporized. When the temperature of the combustion gas at the gas turbine inlet is 1,350 ° C., the power generation efficiency of the LNG cryogenic power generation and the gas turbine power generation is 47.7 on a cryogenic exergy basis.
%, And 51.6% on the basis of a high calorific value.

【0055】LNG気化流量150ton/hに対する
このシステムの発電出力は、約58MWであり、海水を
用いる方式に比べ、約8倍の出力となる。また冷熱エク
セルギを除いた天然ガス燃料だけに対する発電効率は、
60%と極めて高い。仮に、年間受入量5百万トン規模
のLNG基地に、このシステムを6基採用すれば、ほぼ
全量のLNG冷熱を回収することができ、発電出力は約
345MWとなる。
The power generation output of this system with respect to the LNG vaporization flow rate of 150 ton / h is about 58 MW, which is about eight times that of the system using seawater. Also, the power generation efficiency for natural gas fuel alone excluding cold exergy is
It is extremely high at 60%. If six LNG bases are adopted at an LNG terminal with a receiving capacity of 5 million tons annually, almost all of the LNG cold heat can be recovered, and the power generation output will be about 345 MW.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ガスター
ビンを駆動する燃焼ガスに水蒸気を混合させ、ガスター
ビンの排ガスの熱を有効に回収してガスタービン出力を
高めることができる。空気圧縮機への吸気を、液化天然
ガスの有する冷熱を取出すランキンサイクルを構成する
空気冷却器で冷却するので、動力削減を図ることができ
る。排ガスによって発生させる水蒸気を減らせば、水蒸
気と空気との混合によるエクセルギ損失を抑えることが
できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to increase the output of a gas turbine by mixing steam with the combustion gas for driving the gas turbine to effectively recover the heat of the exhaust gas from the gas turbine. Since the intake air to the air compressor is cooled by the air cooler constituting the Rankine cycle for extracting the cold heat of the liquefied natural gas, power consumption can be reduced. If the amount of water vapor generated by the exhaust gas is reduced, the exergy loss due to the mixture of the water vapor and the air can be suppressed.

【0057】また本発明によれば、液化天然ガスと混合
フロン冷媒および循環天然ガスとの間の温度差が小さい
状態で効率よく熱交換を行い、液化天然ガスの有する冷
熱エネルギをランキンサイクルの混合フロン冷媒および
循環天然ガスに移行させ、空気冷却器や排熱回収装置を
介して有効に利用することができる。
Further, according to the present invention, heat exchange is efficiently performed in a state where the temperature difference between the liquefied natural gas and the mixed chlorofluorocarbon refrigerant and the circulated natural gas is small, and the cryogenic energy of the liquefied natural gas is mixed by the Rankine cycle It can be transferred to CFC refrigerant and circulating natural gas, and can be effectively used via an air cooler or an exhaust heat recovery device.

【0058】また本発明によれば、排熱回収装置で発生
する水蒸気は、排ガス中から回収する水分から発生させ
るので、水蒸気発生のための水源を不要にして、給水設
備などの建設に要するコストを削減することができる。
Further, according to the present invention, since the steam generated in the exhaust heat recovery device is generated from the water recovered from the exhaust gas, a water source for generating the steam is not required, and the cost required for the construction of a water supply facility or the like is eliminated. Can be reduced.

【0059】また本発明によれば、天然ガスを複数の圧
力で供給し、天然ガス膨張タービンで圧力差に応じて動
力を回収することができるので、液化天然ガスの有する
エクセルギを有効に利用することができる。
Further, according to the present invention, natural gas can be supplied at a plurality of pressures, and power can be recovered according to the pressure difference in the natural gas expansion turbine, so that the exergy of liquefied natural gas can be effectively used. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の一形態の冷熱発電システムの概
略的な構成を示す配管系統図である。
FIG. 1 is a piping diagram showing a schematic configuration of a thermal power generation system according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の実施形態のエクセルギ評価結果を示す図
である。
FIG. 2 is a diagram showing an exergy evaluation result of the embodiment of FIG. 1;

【図3】図1の実施形態で、ガスタービン4の排ガスお
よび吸気と被加熱流体との間について、エンタルピの温
度特性を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing enthalpy temperature characteristics between exhaust gas and intake air of the gas turbine 4 and a fluid to be heated in the embodiment of FIG. 1;

【図4】図1の実施形態で、LNG主熱交換器19での
流体間について、エンタルピの温度特性を示すグラフで
ある。
FIG. 4 is a graph showing a temperature characteristic of enthalpy with respect to a space between fluids in the LNG main heat exchanger 19 in the embodiment of FIG.

【図5】図1の実施形態で、エクセルギ解析をおこなう
ソフトウェアに対する定義状態を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a definition state of software for performing an exergy analysis in the embodiment of FIG. 1;

【図6】図5の各部について、エクセルギ解析結果の一
例を示す図表である。
6 is a chart showing an example of an exergy analysis result for each part in FIG. 5;

【図7】LNG冷熱発電方式の分類を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the classification of the LNG thermal power generation system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 蒸気噴射再生式ガスタービン装置 2 空気圧縮機 3 燃焼器 4 ガスタービン 5 ランキンサイクル 6 空気冷却器 8 フレオンタービン 9 混合部 10 排熱回収装置 11 空気過熱器 12 ボイラ 13 フレオン気化器 14 LNG気化器 15 高圧天然ガス過熱器 16 低圧天然ガス過熱器 19 LNG主熱交換器 21 高圧天然ガスタービン 23 低圧天然ガスタービン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steam injection regenerative gas turbine apparatus 2 Air compressor 3 Combustor 4 Gas turbine 5 Rankine cycle 6 Air cooler 8 Freon turbine 9 Mixing part 10 Exhaust heat recovery device 11 Air superheater 12 Boiler 13 Freon vaporizer 14 LNG vaporizer 15 High pressure natural gas superheater 16 Low pressure natural gas superheater 19 LNG main heat exchanger 21 High pressure natural gas turbine 23 Low pressure natural gas turbine

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ガス燃料の燃焼ガスで回転駆動されるガ
スタービンと、 ガスタービンの回転出力によって駆動され、ガス燃料の
燃焼用空気を圧縮する空気圧縮機と、 ガスタービンからの排ガスの有する排熱を回収して、空
気圧縮機で圧縮されたガス燃料の燃焼用空気を過熱し、
燃焼用空気に混合させる水蒸気を発生させ、液化天然ガ
スを昇温して気化させ、さらに過熱する排熱回収装置
と、 液化天然ガスの冷熱を利用して凝縮を行う混合フロン冷
媒が循環するランキンサイクルと、 排熱回収装置で昇温および気化を行うために供給される
液化天然ガスと、ランキンサイクルを循環する混合フロ
ン冷媒とが熱交換する熱交換器と、 熱交換器に導入される混合フロンによって回転駆動され
るフロン膨張タービンと、 排熱回収装置で過熱された天然ガスで回転駆動される天
然ガス膨張タービンと、 ガスタービンおよび各膨張タービンの回転出力で駆動さ
れる発電機と、 熱交換器で冷却されたランキンサイクルの混合フロン冷
媒によって、空気圧縮機に吸入される空気を冷却する空
気冷却器とを含み、 ランキンサイクルでは、混合フロン冷媒を空気冷却器の
あとで排熱回収装置に導き、排ガスを冷却させてからフ
ロン膨張タービンに導くことを特徴とする液化天然ガス
冷熱利用発電装置。
A gas turbine rotatably driven by a combustion gas of a gas fuel; an air compressor driven by a rotation output of the gas turbine to compress air for combustion of the gas fuel; and an exhaust gas having an exhaust gas from the gas turbine. By recovering heat, superheat the combustion air of gas fuel compressed by the air compressor,
Rankine circulating waste heat recovery equipment that generates steam to be mixed with combustion air, raises the temperature of the liquefied natural gas to vaporize it, and further heats it, and circulates a mixed CFC refrigerant that uses the cold heat of the liquefied natural gas to condense Cycle, a heat exchanger for exchanging heat between liquefied natural gas supplied for raising the temperature and vaporization in the exhaust heat recovery device, and a mixed chlorofluorocarbon refrigerant circulating in the Rankine cycle, and mixing introduced to the heat exchanger A CFC expansion turbine that is rotationally driven by CFCs; a natural gas expansion turbine that is rotationally driven by natural gas superheated by the exhaust heat recovery device; a generator that is driven by the rotational output of the gas turbine and each expansion turbine; An air cooler that cools the air taken into the air compressor by the mixed CFC refrigerant of the Rankine cycle cooled by the exchanger. Is a liquefied natural gas cold-heat power generation device characterized in that a mixed CFC refrigerant is guided to an exhaust heat recovery device after an air cooler, and the exhaust gas is cooled and then guided to a CFC expansion turbine.
【請求項2】 前記熱交換器では、前記液化天然ガスと
前記混合フロン冷媒との間の温度差が小さい状態で熱交
換が可能であることを特徴とする請求項1記載の液化天
然ガス利用発電装置。
2. The use of liquefied natural gas according to claim 1, wherein the heat exchanger is capable of performing heat exchange with a small temperature difference between the liquefied natural gas and the mixed CFC refrigerant. Power generator.
【請求項3】 前記排熱回収装置で発生する水蒸気は、
前記混合フロン冷媒によって冷却された排ガス中の水分
を加熱して発生させることを特徴とする請求項1または
2記載の液化天然ガス利用発電装置。
3. The steam generated in the exhaust heat recovery device,
The liquefied natural gas-based power generation device according to claim 1 or 2, wherein the water in the exhaust gas cooled by the mixed Freon refrigerant is heated to generate the water.
【請求項4】 前記天然ガス膨張タービンは、天然ガス
の圧力に応じて複数段設けられ、 高圧側の天然ガス膨張タービンからの排ガスは、前記排
熱回収装置でさらに過熱されてから、低圧側の天然ガス
膨張タービンを回転駆動することを特徴とする請求項1
〜3のいずれかに記載の液化天然ガス冷熱利用発電装
置。
4. The natural gas expansion turbine is provided in a plurality of stages according to the pressure of the natural gas. Exhaust gas from the high-pressure side natural gas expansion turbine is further superheated by the exhaust heat recovery device, and then the low-pressure side 2. A natural gas expansion turbine according to claim 1, which is driven to rotate.
The liquefied natural gas cold energy utilizing power generator according to any one of claims 1 to 3.
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