JP2008175149A - Suction air spray device for compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧縮機に流入する流体に水を噴霧する噴霧装置に関する。 The present invention relates to a spray device that sprays water onto a fluid flowing into a compressor.
圧縮機の吸気噴霧装置に関しては、例えば特許文献1に記載のように、減圧沸騰を利用して微粒化した水を圧縮機の吸気へ噴霧する技術が開示されている。
With regard to the intake air spray device of the compressor, for example, as disclosed in
特許文献1に記載の技術では、液水が減圧沸騰を発生する温度(圧力100bar の時に200℃)にまで加熱するための加熱方法が明示されていない。一般的に考えると、系外から加熱のためのエネルギー(熱または電気など)を補充する必要がある。この場合、系外から持ち込んだエネルギーと水の加熱に有効に使われたエネルギーの変換ロス分が、加熱系までも含めた全体システムの効率低下につながる。また、別途加熱装置を用意するとなるとその分コストが増加してしまう。さらに、大気圧の沸点に相当する100℃をはるかに超える温度の高温水を多量に生成する設備には、蒸気爆発が発生しないようなシステムを導入する必要があり、高い信頼性を確保するための対策が必須である。そのため、減圧沸騰を発生させるための熱源となる加熱器は高価なものを用いなければならず、この点でも高コスト化を避けることが困難であるという問題点を有していた。
In the technique described in
本発明の目的は、圧縮機に流入する流体に噴霧する水の微粒化を、低コストな噴霧装置で達成可能にすることにある。 An object of the present invention is to enable atomization of water to be sprayed onto a fluid flowing into a compressor with a low-cost spraying device.
上記目的を達成するため、本発明の噴霧装置は、圧縮機で圧縮された流体の熱で温められた水を、前記圧縮機に流入する流体に噴霧するよう構成される。 In order to achieve the above object, the spray device of the present invention is configured to spray water heated by the heat of the fluid compressed by the compressor onto the fluid flowing into the compressor.
本発明によれば、圧縮機に流入する流体に噴霧する水の微粒化を、低コストな噴霧装置で達成できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, atomization of the water sprayed on the fluid which flows in into a compressor can be achieved with a low cost spraying apparatus.
(実施例1)
図1を用いて、本発明の一実施例を説明する。図1は、本発明の一実施例である、圧縮機に流入する流体に水を噴霧する噴霧装置を備えた再生サイクルガスタービンシステムの構成図を示す。
(Example 1)
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram of a regenerative cycle gas turbine system including a spraying device that sprays water onto a fluid flowing into a compressor according to an embodiment of the present invention.
図1で示した再生サイクルガスタービンシステムの主要な構成要素は、空気を圧縮する圧縮機10と、圧縮機10で圧縮した空気をガスタービンの排ガスにより加熱する再生器60と、再生器60で加熱された空気と燃料を混合燃焼させ燃焼ガスを生成する燃焼器
52と、燃焼器52で生成された燃焼ガスにより駆動されるタービン14と、タービン
14を駆動させた燃焼ガスである排ガスを、再生器60で圧縮空気と熱交換させた後に排出するスタック82である。本実施例では、圧縮機10の圧力比を16、ガスタービンの吸気流量は10kg/sとした。また、再生器60の温度効率は90%、圧縮機とタービンのポリトロープ効率はそれぞれ約90%および約88%のものを想定した。ガスタービンの出力軸から得られる動力は発電機16によって電力に変換され、図示していない送電系統に接続される。
The main components of the regeneration cycle gas turbine system shown in FIG. 1 are a
本実施例の特徴的な構成要素は、圧縮機10の吐出配管86に設置された冷却装置である加水塔36と、圧縮機10の吸気に水を噴霧する噴霧装置である噴霧ノズル11である。加水塔36には、給水ポンプ7と調整弁38により外部から水が供給される。そして加水塔36には、塔の底面に溜まった液水を取り出す配管13が設置され、配管13は弁
12を介して圧縮機吸気噴霧装置である噴霧ノズル11に接続されている。次に、加水塔36の内部につき図2を用いて説明する。
Characteristic components of the present embodiment are a
図2は、本実施例の加水塔36の拡大図を示す。加水塔36には、圧縮機10からの圧縮空気を吐出配管86から導き、塔の内部に空気を均一に分配するためにガス分散器70が設置される。このガス分散器は、上方から落下する液滴の流入を抑えるため、下向きに開口部を有している。充填物71は、塔内での気液接触の有効面積を大きくするためにガス分散器70の上方に設置される。充填物71としては、化学プラントなどで一般的に用いられる、体積あたりの表面積が大きな構造物を用いる。本実施例では、充填物71として、市販の不規則充填物を想定した。さらに加水塔36には、塔の下部に落下した循環水を塔内の充填物71の上方に再循環させる循環ポンプ6が設置されている。循環ポンプ6は、加水塔36の下部に生成される液溜まり74から、配管76を介して液相水を吸入し、配管77と調整弁84により、充填物の上方に設置された液分散器80に必要な量の液相水を供給可能なように構成されている。液分散器80は、化学プラントなどで一般的に用いられており、充填物の全面に可及的均等に液相水を散布する機能を持つ。また、液溜まり74には、給水ポンプ7と調整弁38により、図示しない水源から補給水を供給可能に構成されている。液溜まり74の水位を所定の位置近傍におさめるよう制御するために水位計78が設置されている。液溜まり74の水位が低下した場合には、配管75に設けられた調整弁38を操作して水源から補給水を流入させる。液溜まり74の水位が上昇した場合には、配管79に設けられた調整弁39を操作して液相水を系外へ排出させる。加水塔36の内部圧力が系外の圧力より低い系統構成では、配管79には、図示しない加圧ポンプなどを設置して、液相水を系外の圧力より高圧として排出する。
FIG. 2 shows an enlarged view of the
加水塔36の塔径は、充填物71の性能仕様として一般的に開示されているフラッディング特性から、塔径1.8m を選定した。なお、フラッディング(Flooding)とは、上向きのガス流れに対向して液膜を流下させる充填塔や多孔板塔において、ガス流速が増加した場合に、散布水がガスの流れから上向きの力を受け、下向きに流れることができなくなる現象である。本実施例では35℃の冷水を散布した際に空気の出口温度が150℃前後になることを想定し、充填物71として高さ0.8m のものを選定した。ミスト除去器
72は、充填物71の表面で上向きの空気流と下向きの液膜流とのせん断力によって生じたエントレインメントなどの液滴を除去し、液滴の下流側に設置された再生器60への流入を抑制する作用がある。そのためミスト除去器は充填物71と液分散器80の上方に設置することが望ましい。
The tower diameter of the
図1を用いて、本実施例における加水塔36を備えた、再生サイクルガスタービン発電システムの動作を説明する。
The operation of the regenerative cycle gas turbine power generation system including the
図示しない吸気室に吸い込まれた空気は、図示しない吸気フィルタによって煤塵などを除去されたあと、圧縮機10により、約1600kPaまで圧縮される。圧縮された空気は、加水塔36に流入する。加水塔36では、空気と質量流量が同程度の35℃の水が充填物71の表面に散布されている。気温15℃,相対湿度60%の大気条件の場合、加水塔36入口での圧縮空気の露点温度は約29℃であり、加水塔36では露点温度より高温な水と気液接触することにより、空気が加湿されながら冷却される。
The air sucked into an unillustrated intake chamber is compressed to about 1600 kPa by the
加水塔36の下方から流入した360℃の空気は、上方から充填物表面を流下する35℃の液膜と熱交換しながら、上方に流動するにつれて冷却され低温となる。液膜と空気の気液界面は、液膜の温度に対応する飽和水蒸気圧の湿り空気で覆われる。充填物の下部領域では、液膜表面における湿り空気の絶対湿度が、主流の湿り空気の絶対湿度より高いため、水蒸気圧力差を駆動力として液膜表面から主流空気中に水蒸気が移動する。その結果として、上方に流動するにつれ主流空気中の絶対湿度は高くなる。しかし、充填物の上部領域では、液膜水温が低いため、この関係が逆転して主流空気中の絶対湿度が高くなり、主流空気中の湿分が凝縮して液膜に移動する。本実施例のように、35℃の水を360℃の圧縮空気に接触させた場合、低温水から空気への加湿量は比較的少なく、空気質量の
0.6 質量%である。一方、加水塔36出口の空気温度は150℃まで冷却され、温度差としては200℃以上冷却されたことになる。充填物から落下した液膜水は加水塔36の液溜まり74に流下する。蒸発により失われた水分は給水ポンプ7と調整弁38を介して補給される。また、液溜まり74の約140℃の熱水の一部は、配管13と弁12を介して噴霧ノズル11に供給される。
The 360 ° C. air flowing in from the lower side of the
本実施例の冷却装置である加水塔36は上述のように、圧縮機10の被圧縮気体が流入する入口を有し、この入口であるガス分散器70から流入した被圧縮気体は入口よりも上部に設置された液体散布装置である液分散器80から散布された所望量以上の液体との直接接触熱交換により冷却され、冷却された被圧縮気体は液分散器80よりも上部に設置された液体通過抑制装置であるミスト除去器72を通過した後、ミスト除去器72よりも上部に設けられた出口から流出するよう構成されている。このような構成により、散布水量の制御ではなく、構造的に、圧縮機10の信頼性低下を抑制しつつ被圧縮気体を飽和温度まで冷却できる。ここで所望量とは、加水塔36の出口における被圧縮気体の温度を飽和温度まで冷却することが可能な程度の水量を意味する。
As described above, the
また、本実施例の冷却装置である加水塔36は、散布した液体の一部は回収され、回収された液体は再び散布可能な構成となっている。このような構成とすることで、水の有効利用が図れ、システム必要な水量を削減することができる。
Further, the
加水塔36により150℃まで冷却された圧縮空気は、吐出配管25を介して再生器
60に供給され、ガスタービン14駆動後の燃焼ガスである排ガスから排熱を回収する。再生器60で高温化された高湿分空気は、燃焼器52で燃料50と混合されて燃焼ガスとなり、タービン14を駆動し、その動力が発電機16や圧縮機10を回す動力として利用される。
The compressed air cooled to 150 ° C. by the
本実施例のシステムは再生器60に供給する前の圧縮空気を水との直接接触熱交換によって冷却する冷却装置である加水塔36と、加水塔36で圧縮空気と熱交換した水の一部を圧縮機10に流入する前の空気に噴霧する噴霧装置である噴霧ノズル11とを備えている。このような構成により加水塔36で冷却された圧縮空気でガスタービンシステムの排熱回収をするため、冷却されないシステムと比べて再生器60で回収できる熱量が増える。しかも、加水塔36で加えられた水の分だけ、排熱から回収できる熱量が増加する。すなわち、タービン排熱から回収されてタービン14の動力として有効に利用される熱量が増加するため、同吸気流量の単純サイクルのガスタービンに比べ、出力,発電効率ともに1.5倍程度の改善が見込まれる。
The system of the present embodiment is a cooling device that cools compressed air before being supplied to the
ターボ機械の圧縮動力は、圧縮過程にある作動媒体の温度が低ければ低いほど、少ない圧縮動力で高圧力比化を達成することができる。圧縮機吸気に水を噴霧する方式の圧縮機では、内部で蒸発する液滴の量が多いほど、少ない圧縮動力で高圧力比化を達成することができる。このような圧縮機内部における液滴の蒸発を促進するためには、液滴と蒸気の接触面積を増やすことが有効であり、噴霧する液滴を微細化すればするほど、単位質量当たりの液滴に対する接触面積が増大して液滴の蒸発が促される。 The lower the temperature of the working medium in the compression process, the higher the pressure ratio of the turbomachine can be achieved with less compression power. In a compressor that sprays water on the compressor intake air, a higher pressure ratio can be achieved with less compression power as the amount of droplets evaporated inside increases. In order to promote the evaporation of droplets inside the compressor, it is effective to increase the contact area between the droplets and the vapor, and the smaller the droplets to be sprayed, the more liquid per unit mass. The contact area with the droplet is increased to promote the evaporation of the droplet.
液滴を微細化するためには、流体的なものから電気的なものまで種々の方法があるが、本実施例では液水の減圧沸騰の原理を利用している。すなわち、加水塔36の中では雰囲気圧が高いために水は液水として存在しているが、噴霧ノズル11を介して圧力の低い雰囲気に噴霧されると液滴は減圧沸騰し、液滴の中で成長した沸騰核が膨張して液滴を分断、微細化する。この減圧沸騰の作用により、噴霧ノズル11から噴霧された液滴を数μm程度にまで微細化することが可能である。このように構成することで圧縮機内部での蒸発が促進されるとともに、十分微細化されているため、圧縮機の翼に衝突してもエロージョンを起こす可能性を低く抑えることができる。
In order to make the droplets finer, there are various methods from fluid to electrical. In this embodiment, the principle of the boiling of liquid water under reduced pressure is used. That is, water exists as liquid water in the
本実施例では、減圧沸騰を起こすような温度にまで噴霧水を加熱するために、圧縮機出口の過熱蒸気の熱を利用している。圧縮機出口の圧力は入口よりも高く、出口圧における飽和温度は圧縮機入口圧においては過熱温度にあたる。高圧側の加水塔の底面に溜まった水は、低圧側の圧縮機入口に噴霧すれば減圧沸騰を起こす。したがって、熱交換器やヒータなどの新たな加熱源を用意する必要がなく、また、加水塔36の内圧で圧縮機10の入口に噴霧されるため、噴霧用の新たなポンプも必要ない。
In the present embodiment, the heat of the superheated steam at the outlet of the compressor is used in order to heat the spray water to such a temperature that causes boiling under reduced pressure. The pressure at the compressor outlet is higher than that at the inlet, and the saturation temperature at the outlet pressure corresponds to the superheat temperature at the compressor inlet pressure. If water collected on the bottom of the high-pressure side of the water tower is sprayed on the low-pressure side of the compressor inlet, it causes boiling under reduced pressure. Therefore, it is not necessary to prepare a new heating source such as a heat exchanger or a heater, and since the spraying is performed at the inlet of the
このように、本実施例では圧縮機で圧縮された流体の熱で温められた水を、圧縮機に流入する流体に噴霧するよう構成しているため、加水塔36が本来の加水機能だけでなく、噴霧水の加熱や噴霧用のポンプ作用をも受け持つこととなり、システム構成の簡素化,低コスト化が可能である。すなわち、圧縮機に流入する流体に噴霧する水の微粒化を、低コストな噴霧装置で達成できる。さらに圧縮機の運転状態に応じ、適切な温度,圧力の噴霧水が受動的に生成されるため、噴霧水の加熱に外部熱源を利用した場合に比べ、制御も簡素化される。
As described above, in this embodiment, the water heated by the heat of the fluid compressed by the compressor is sprayed onto the fluid flowing into the compressor, so that the
本実施例では、加水塔36の約140℃の高温水を、噴霧ノズル11により圧縮機の吸気に噴霧している。圧縮機10の吸気は、通常、大気圧であり、これに対する水の沸点は約100℃である。大気圧の吸気雰囲気中に、その圧での沸点を超えた温水を噴霧するため、噴霧された液滴は減圧沸騰により数μm程度にまで微粒化し得る。十分に微粒化された液滴が圧縮機に吸気されるよう構成することで、水滴が動翼などに衝突することにより起こるエロージョンの発生を抑制することができる。また、微粒化された液滴は蒸発速度が速いため、多くの水分を圧縮機内部で蒸発させることができ、圧縮機動力削減効果も大きい。
In the present embodiment, high-temperature water of about 140 ° C. in the
本実施例のシステムにおける噴霧水の加熱源は、加水塔36で圧縮流体の加湿により二次的に得られた熱であり、噴霧水加熱のために用意した熱ではない。本実施例の噴霧装置を用いれば、二次的に得られた熱を噴霧水の加熱源として利用できるため、全体として熱効率の高いシステムを構築することができる。
The heating source of the spray water in the system of the present embodiment is the heat secondarily obtained by humidifying the compressed fluid in the
(実施例2)
図1を用いて、本発明の一実施例を説明する。図1は、本発明の一実施例である、圧縮機吸気流体に水を噴霧する噴霧装置を備えたヒートポンプシステムの構成図を示す。
(Example 2)
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram of a heat pump system including a spraying device that sprays water on a compressor intake fluid according to an embodiment of the present invention.
図1で示した再生サイクルガスタービンシステムの主要な構成要素は、外部から導入した温水40の熱により大気圧以下の条件下で液水35を蒸発させて水蒸気を生成する蒸発器42と、図示しない駆動装置によって駆動され、蒸発器42で生成した水蒸気を加圧する圧縮機10a,10b,10c,10dと、前記圧縮機10dで昇圧した高温の水蒸気を熱利用設備等の水蒸気の需要先に供給する吐出配管25である。圧縮機10a,10b,10c,10dは、直列に接続されており、徐々に水蒸気の圧力を上昇させるよう構成されている。さらに、本実施例の特徴的な構成要素としては、圧縮機10aの吐出配管
86aに接続された加水塔36aと圧縮機10aの吸気に噴霧する噴霧ノズル11a,圧縮機10bの吐出配管86bに接続された加水塔36bと圧縮機10bの吸気に噴霧する噴霧ノズル11b,圧縮機10cの吐出配管86cに接続された加水塔36cと圧縮機
10cの吸気に噴霧する噴霧ノズル11c,圧縮機10dの吐出配管86dに接続された加水塔36dと圧縮機10dの吸気に噴霧する噴霧ノズル11dである。なお、加水塔
36a,36b,36c,36dの内部構造については実施例1の加水塔36と同様であるため詳細な説明は省略する。
The main components of the regenerative cycle gas turbine system shown in FIG. 1 are an evaporator 42 that evaporates
次に、本実施例の動作を説明する。蒸発器42には、外部熱源により約70℃に温められた温水40が供給される。利用する外部熱源の例としては、工場,ごみ焼却場,火力発電設備,内燃機関などの排熱がある。前記蒸発器42の液水35は、温水40との間接熱交換により、63℃程度に保持される。63℃程度に保持するための方法としては、例えば、温水40を供給する流量や温度を制御する方法がある。液水35の液面は、63℃の飽和水蒸気圧である約23kPaの水蒸気と、63℃程度の液相水の気液平衡状態となる。蒸発器42の上部空間は、予め真空ポンプなどで空気を排出しておくことにより、絶対圧力約23kPaの水蒸気で満たされた空間となる。
Next, the operation of this embodiment will be described. The
圧縮機10aを図示しない駆動装置により駆動すると、吸入配管85aから、圧縮機
10aの容量に応じた体積の水蒸気が吸引される。この吸引により液水35の液面からは連続的に水蒸気が生成され、液水35から多量の蒸発潜熱を奪うことになるが、その熱は温水40との熱交換により賄われる。圧縮機10aに吸引された温度約63℃程度,圧力約23kPaの水蒸気は、加水塔36aに接続された系統13aを経由して噴霧ノズル
11aで噴霧された液滴と混合されて圧縮機10aに供給される。この水蒸気は圧縮機
10aの内部で約48kPaまで加圧されると同時に、圧縮動力を得て昇温される。水蒸気流に同伴されて圧縮機に流入した液滴は、圧縮過程にある水蒸気から熱を奪って蒸発し、その蒸発潜熱により主流水蒸気は冷却される。
When the
この、液滴の蒸発による主流水蒸気の冷却が無い場合においては23kPaから48
kPaにまで圧縮された蒸気は145℃程度の過熱蒸気となるが、本実施例のように蒸気と液滴の混合物を圧縮した場合は、液滴の蒸発により主流水蒸気の高温化が抑えられる。なお、液滴の蒸発量が多いほど圧縮機10aの吐出温度を圧力48kPaにおける飽和温度約80℃に近づけることができる。
In the case where there is no cooling of the mainstream water vapor due to evaporation of the droplets, the pressure ranges from 23 kPa to 48
The steam compressed to kPa becomes superheated steam at about 145 ° C. However, when the mixture of steam and droplets is compressed as in this embodiment, the temperature of the mainstream water vapor is suppressed by evaporation of the droplets. In addition, the discharge temperature of the
なお、噴霧する液水の温度が噴霧される気流の圧力に対する飽和温度よりも高ければ高いほど噴霧後の減圧沸騰は激しくなるが、液水の温度が高すぎると作動媒体を冷却する効果が薄れる。そのため、本実施例のシステムでは、噴霧水の温度を減圧沸騰が発生する範囲の中で低く設定することが望ましい。 Note that the higher the temperature of the sprayed liquid water is higher than the saturation temperature relative to the pressure of the air stream to be sprayed, the more intense the reduced-pressure boiling after spraying, but if the temperature of the liquid water is too high, the effect of cooling the working medium is diminished. . Therefore, in the system of the present embodiment, it is desirable to set the temperature of the spray water to be low within the range where the reduced-pressure boiling occurs.
上述の通り、噴霧ノズル11aで加えられた液滴の一部は圧縮機10aの内部で蒸発し、圧縮機主流水蒸気の温度を下げることで圧縮動力を削減させる働きをし、残りの液滴は圧縮機10aで圧縮された蒸気と一緒になって加水塔36aに供給される。一般に、圧縮機内部に滞留している液滴の滞留時間は短いため、圧縮機10aの出口で飽和状態になるほど液滴を蒸発させることは難しく、主流水蒸気は過熱蒸気の状態のまま加水塔36に供給される。
As described above, some of the droplets added by the spray nozzle 11a evaporate inside the
この過熱蒸気は、加水塔36aのガス分散器70から加水塔36aの内部へ流入し、充填物71の表面で液分散器80から散布された、飽和温度である80℃よりも低温の熱水の液膜と気液接触する。この接触により充填物71の表面に存在する液膜の一部はガス分散器70から供給された過熱蒸気によって加熱されて蒸発し、その蒸発潜熱によって過熱蒸気の温度を下げる働きをする。よって、過熱蒸気は充填物71の間を擦り抜けるに従って温度が下がり、液膜の蒸発によりその流量は増加する。従って、充填物71通過後には、蒸気温度は蒸気圧48kPaにおける飽和温度80℃程度になり、蒸気量は5%増加する。
This superheated steam flows from the
他方、充填物から流下した散布水は、加水塔36a内の飽和温度である80℃程度となり、液溜まり74に流下する。蒸発により流下する水量は供給時よりも減少するため、液溜まり74の水量を維持するため水位計78で水位を計測し、調整弁38を自動制御して配管75から補給水を供給する。その結果、より低温な水との混合により、液溜まり74の水温は、飽和温度である80℃よりも数℃程度低温となる。
On the other hand, the spray water flowing down from the packing reaches about 80 ° C., which is the saturation temperature in the hydration tower 36 a, and flows down to the
充填物71の表面を流下する液膜と、上向きに流れる水蒸気とのせん断力により、液膜表面からは、エントレインメントと呼ばれる微細なミストが発生する。また、圧縮機10aの内部で蒸発し得なかった液滴も、このミストの中に含まれる。充填物71の流路を上向きに、流れる水蒸気と微細なミストは充填物71を通過したあと、上方にあるミスト除去器72に流入する。ミスト除去器72ではミストの大部分が除去され、飽和温度の乾き水蒸気となった状態で加水塔36aから出た水蒸気は、配管85bを通り噴霧ノズル11bで供給された液滴と共に圧縮機10bへ流入する。
Due to the shearing force between the liquid film flowing down the surface of the filling 71 and the water vapor flowing upward, a fine mist called entrainment is generated from the surface of the liquid film. In addition, droplets that could not evaporate inside the
圧縮機10bで圧縮された蒸気は圧力約95kPaの過熱蒸気となり、噴霧ノズル11bで供給された未蒸発の液滴を含んだまま加水塔36bに供給される。加水塔36bは加水塔36aと同様に作用し、加水塔36bを通過した後には、圧力約95kPaにおける飽和温度の乾き蒸気の状態で圧縮機10cの上流側に設置された噴霧ノズル11cで液滴を供給された後、圧縮機10cに供給される。以下同様に、加水塔36cからは温度約117℃,圧力約179kPaの飽和蒸気が、加水塔36dからは温度約187℃,圧力約312kPaの飽和蒸気が流出する。加水塔36dから流出した蒸気は熱利用設備に供給される。
The steam compressed by the
次に、本実施例の作用,効果を説明する。ターボ式の圧縮機の場合、圧縮過程にある作動媒体(この場合は水蒸気)の温度が低ければ低いほど、同じ圧縮仕事に対する圧力比は大きくなる。また別の見方として、圧力比一定で考えた場合、作動媒体の温度が低いほど圧縮に必要となる圧縮動力は少なくて済む。本実施例では加水塔36a,36b,36c,36dの働きにより、圧縮機10a,10b,10c,10dの各入口上流側の噴霧ノズル11a,11b,11c,11dの直前において、主流水蒸気の温度は各入口圧に対する飽和温度、すなわち乾き蒸気として存在する最低限の温度である。これは、噴霧ノズル11a,11b,11c,11dからの噴霧を考えない場合における必要最小限の圧縮動力で、必要な蒸気圧の蒸気を生成することができることを意味する。また、加水塔を通過するごとに蒸気量が増加するため、上流側に存在する圧縮機ほど熱利用設備で必要とされる蒸気量よりも作動媒体の量が少なくすみ、この圧縮流量削減の作用によっても圧縮動力削減の効果がある。さらに、噴霧ノズル11a,11b,11c,11dから噴霧された液滴が圧縮機内部で蒸発することにより、圧縮過程にある蒸気の温度を低減することができ、より少ない圧縮動力で必要な圧力の蒸気を生成することができる。噴霧した液滴のうちの未蒸発分は、下流に設置された加水塔のミスト除去器により除去されるため、未蒸発蒸気が下流の圧縮機の翼に衝突して起こるエロージョンの発生も抑制でき、圧縮機の信頼性を向上できる。
Next, the operation and effect of this embodiment will be described. In the case of a turbo compressor, the lower the temperature of the working medium in the compression process (in this case, water vapor), the greater the pressure ratio for the same compression work. As another viewpoint, when the pressure ratio is constant, the lower the working medium temperature, the smaller the compression power required for compression. In the present embodiment, the temperature of the main steam is just before the spray nozzles 11a, 11b, 11c, 11d on the upstream side of the respective inlets of the
また、圧縮機の最終出口に設置された加水塔36dは、圧縮機10dの出口において過熱状態にある蒸気の熱量で液水を蒸発させ蒸気量を増やす効果があるとともに、熱利用設備へ供給される蒸気の熱量を下げることによって、吐出配管25の信頼性の向上や素材の高級化の抑制が可能である。また、大気との温度差を小さくすることにより、配管25の放熱ロスを抑える効果もある。
In addition, the hydration tower 36d installed at the final outlet of the compressor has an effect of evaporating liquid water by the amount of heat of steam that is in a superheated state at the outlet of the
本実施例では水蒸気圧縮機10a,10b,10c,10dにおいて、各圧縮機に供給する圧縮流体は水との直接接触熱交換により冷却され、圧縮流体と熱交換した水の一部を噴霧装置である噴霧ノズル11a,11b,11c,11dに供給するよう構成したことにより、吸気噴霧,中間冷却の効果で圧縮動力を削減できる上に、微細な液滴を簡便な構成と制御で生成可能であり、エロージョンの発生を抑制した信頼性の高いシステムを低コストで実現できる。また、吸気冷却,中間冷却の際に過熱蒸気が保有していた熱エネルギーを水蒸気の質量エネルギーに変換できるため、システム全体の効率を高めることができる。
In this embodiment, in the
なお、本実施例では、加水塔36a,36b,36cの液溜まり74への補給水の水源として、なるべく温度が近い水源を利用するよう構成したが、低温の補給水31から直接補給しても基本的な動作は同様である。その場合、それぞれの液分散器80からの散水の水温が低くなり、過熱蒸気から奪う熱量(顕熱)が増加する一方、加水塔36内で生成される水蒸気量は減少する。
In this embodiment, a water source having a temperature as close as possible is used as a water source for the replenishment water to the
また、本実施例では循環ポンプ6や給水ポンプ7として、本実施例では機械式のものを想定したが、吐出配管25や、吐出配管86のより高圧な水蒸気を利用して、蒸気ジェットポンプを構成することも可能である。その場合、より高圧な水蒸気の熱エネルギーが、循環水あるいは給水を駆動する運動エネルギーに変換され、システム全体の効率は低下する。しかし、機器の簡素化の効果があり、機械式のポンプと比較して、軸封部分からの流体のリークや外部からの不純物の混入の可能性が少ない点で有利である。
Further, in this embodiment, the
6 循環ポンプ
10,10a,10b,10c,10d 圧縮機
11,11a,11b,11c,11d 噴霧装置
12 弁
14 タービン
36,36a,36b,36c,36d 加水塔
42 蒸発器
52 燃焼器
60 再生器
70 ガス分散器
72 ミスト除去器
74 液溜まり
78 水位計
76,77 配管
80 液分散器
84 調整弁
6
Claims (8)
前記水は、前記圧縮機で圧縮された流体と熱交換したものであることを特徴とする噴霧装置。 A spraying device for spraying water on a fluid flowing into a compressor,
The spray apparatus according to claim 1, wherein the water is heat-exchanged with the fluid compressed by the compressor.
前記再生器に供給される前の前記圧縮空気を水との直接接触熱交換によって冷却する冷却装置と、該冷却装置で前記圧縮空気と熱交換した水の一部を前記圧縮機に流入する空気に噴霧する噴霧装置とを備えたことを特徴とするガスタービンシステム。 A compressor that compresses air; a combustor that mixes and burns air and fuel compressed by the compressor; a turbine that is driven by combustion gas from the combustor; the combustion gas that drives the turbine; A gas turbine system comprising a regenerator for exchanging heat between compressed air compressed by a compressor before the compressed air is supplied to a combustor,
A cooling device that cools the compressed air before being supplied to the regenerator by direct contact heat exchange with water, and an air that flows a part of the water heat-exchanged with the compressed air by the cooling device into the compressor A gas turbine system comprising: a spraying device that sprays the gas.
前記第2の圧縮機に供給する前の圧縮流体は水との直接接触熱交換により冷却され、該圧縮流体と熱交換した水の一部を前記噴霧装置に供給するよう構成したことを特徴とする圧縮機の中間冷却装置。 An intermediate cooling device for a compressor that cools compressed fluid compressed by a first compressor that compresses air cooled by water spray from a spraying device before supplying the second compressor,
The compressed fluid before being supplied to the second compressor is cooled by direct contact heat exchange with water, and a part of the water exchanged with the compressed fluid is supplied to the spraying device. Compressor intermediate cooling system.
前記中間冷却装置は、蒸気と水との直接接触により該蒸気を冷却するよう構成され、前記中間冷却装置で蒸気と熱交換した水の一部を前記噴霧装置に供給するよう構成したことを特徴とするヒートポンプシステム。 An evaporator that evaporates water by heat exchange with a heat source to generate steam, a plurality of compressors that compress the steam generated by the evaporator, and water that is sprayed on the steam that flows into the plurality of compressors A heat pump system comprising a spraying device and an intermediate cooling device for cooling steam between the plurality of compressors,
The intermediate cooling device is configured to cool the steam by direct contact between the steam and water, and is configured to supply a part of the water exchanged with the steam by the intermediate cooling device to the spraying device. And heat pump system.
前記圧縮機の被圧縮気体が流入する入口と、該入口よりも上部に設置され、該入口から流入した被圧縮気体に所望量以上の液体を散布して該液体との直接接触熱交換により被圧縮気体を冷却する液体散布装置と、前記液体散布装置よりも上部に設置され、前記冷却された被圧縮気体の通過を抑制する液体通過抑制装置と、該液体通過抑制装置よりも上部に設けられた出口とを備えた冷却装置。 The cooling device according to claim 3, wherein
The compressor is provided with an inlet through which compressed gas flows and an upper portion of the inlet. A desired amount or more of liquid is sprayed on the compressed gas flowing from the inlet, and direct contact heat exchange with the liquid is performed. A liquid spraying device that cools the compressed gas, and a liquid passage suppression device that is installed above the liquid spraying device and suppresses the passage of the cooled compressed gas, and a device that is provided above the liquid passage suppression device. Cooling device with an outlet.
散布した液体の一部は回収され、回収された液体は再び散布可能な構成としたことを特徴とする冷却装置。 The cooling device according to claim 6,
A cooling device characterized in that a part of the sprayed liquid is recovered and the recovered liquid can be sprayed again.
前記水は、前記圧縮機で圧縮された流体と熱交換したものであることを特徴とする噴霧方法。 A spraying method for spraying water onto a fluid flowing into a compressor,
The spray method according to claim 1, wherein the water is heat-exchanged with the fluid compressed by the compressor.
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