(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン吸気として大気を吸い込み、低温冷媒を用いて前記ガスタービン吸気を冷却する熱交換器と、前記ガスタービン吸気を燃焼用空気として利用するガスタービンと、前記熱交換器に低温冷媒を供給する低温冷媒供給装置からなるガスタービン吸気冷却システムにおいて、
前記熱交換器に前記低温冷媒供給装置を接続する第１の送水管と、
前記低温冷媒供給装置に前記熱交換器を接続する第２の送水管と、
前記第１の送水管と前記第２の送水管を接続する第３の送水管と、
前記第３の送水管に設けられ、前記熱交換器から前記第２の送水管を介して還流する昇温した冷媒を前記低温冷媒供給装置から前記第１の送水管に送出される低温冷媒に合流させる流量を調節する調節弁と、
前記第１の送水管に設けられ、前記低温冷媒供給装置から前記第１の送水管に流れる低温冷媒の温度を検出する検出器と、
前記熱交換器に供給する低温冷媒の温度を、当該低温冷媒の温度が低い程、前記ガスタービンの出力が増加する有利性と、前記熱交換器におけるドレン発生によるガスタービン吸気冷却の熱ロスおよび前記熱交換器を通過するガスタービン吸気の吸気圧力損失が増加するために前記ガスタービンの出力が低減する不利性からバランスされるポイントを満たす温度に予め設定し、前記熱交換器に供給する低温冷媒の温度が前記予め設定した低温冷媒の温度になるように、前記検出器によって検出した低温冷媒の温度に基づいて前記調整弁の開度を調節する手段とを有することを特徴とするガスタービン吸気冷却システム。
【請求項２】
請求項１において、前記調整弁の開度を調節する手段は、大気温度を検出し、前記熱交換器に供給する冷媒の温度指令値を前記大気温度に応じて予め設定する設定手段と、前記予め設定した冷媒の温度指令値と前記熱交換器に供給される冷媒の温度を比較する手段を有することを特徴とするガスタービン吸気冷却システム。
【請求項３】
請求項１において、前記調整弁の開度を調節する手段は、大気湿度を検出し、前記熱交換器に供給する冷媒の温度指令値を前記大気湿度に応じて予め設定する設定手段と、前記予め設定した冷媒の温度指令値と前記熱交換器に供給される冷媒の温度を比較する手段を有することを特徴とするガスタービン吸気冷却システム。
【請求項４】
請求項１において、前記調整弁の開度を調節する手段は、冷却された後のガスタービン圧縮機入口吸気温度を検出し、前記熱交換器に供給する冷媒の温度指令値を前記圧縮機入口吸気温度に応じて予め設定する設定手段と、前記予め設定した冷媒の温度指令値と前記熱交換器に供給される冷媒の温度を比較する手段を有することを特徴とするガスタービン吸気冷却システム。
【請求項５】
請求項１において、前記調整弁の開度を調節する手段は、ガスタービンに直結した発電機出力を検出し、前記熱交換器に供給する冷媒の温度指令値を前記発電機出力に応じて予め設定する設定手段と、前記予め設定した冷媒の温度指令値と前記熱交換器に供給される冷媒の温度を比較する手段を有することを特徴とするガスタービン吸気冷却システム。
【請求項６】
請求項２、請求項３、請求項４または請求項５において、前記設定手段は、前記冷媒の温度指令値を前記大気温度、前記大気湿度、前記冷却された後のガスタービン圧縮機入口吸気温度または発電機出力に応じて段階的または連続的に設定することを特徴とするガスタービン吸気冷却システム。
【請求項７】
請求項１において、前記調整弁の開度を調節する手段は、大気温度と大気湿度を検出し、前記熱交換器に供給する冷媒の温度指令値を前記大気温度と前記大気湿度に応じて予め設定する設定手段と、前記予め設定した冷媒の温度指令値と前記熱交換器に供給される冷媒の温度を比較する手段を有することを特徴とするガスタービン吸気冷却システム。
【請求項８】
請求項７において、前記設定手段は、前記冷媒の温度指令値を前記大気温度と前記大気湿度に応じて作成した冷媒温度マップによって設定することを特徴とするガスタービン吸気冷却システム。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかにおいて、前記低温冷媒供給装置としてガスタービンの燃焼器に天然ガスを供給するＬＮＧ気化手段を用いることを特徴とするガスタービン吸気冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン吸気を冷却するガスタービン吸気冷却システムに係り、特に、ガスタービン吸気を冷却する熱交換器に冷却媒体を供給する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のガスタービン吸気冷却システム（以下、システムという。）として、ガスタービン吸気を冷却する熱交換器に低温冷媒を供給して制御を行う場合、ガスタービン吸気の温度検出信号およびガスタービン発電出力の検出信号により、低温冷媒の流量調節を行う方式がある。この低温冷媒の流量調節を行うシステムは、例えば、特開平７−１３９３７１号公報に開示されている。
一般に、ガスタービン吸気を冷却する熱交換器に低温冷媒を供給するとき、大気温度と冷媒温度との差が大きいと、大気中の水蒸気が凝縮することによって、ドレンが大量に発生する。ドレン発生は低温冷媒の一部が潜熱負荷に使われるため、ガスタービン吸気冷却における熱ロスとなる。また、ドレンにより熱交換器を通過するガスタービン吸気の圧力損失が増加するため、これに起因してガスタービンの出力が減少し、効率が低下する。さらに、発生したドレンはガスタービン圧縮機へ飛散し、圧縮機に悪影響を及ぼす恐れがある。一方、ガスタービン吸気の熱交換器出口温度の下限値は、熱交換器本体が変わらない限り、高々熱交換器へ供給される低温冷媒の温度に限定される。しかし、システム運用による発電単価を低減するには、システムの通年運用が有効であるが、吸気温度が低温冷媒温度に依存する結果、システムの通年運用を図るには、冬期の大気温度を考慮した冷媒温度に設定する必要がある。よって、夏期のシステム運用において冬期を考慮した冷媒温度は、システムの経済的な成立性およびガスタービンハードの制約を満たしにくい問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ガスタービン吸気を冷却する熱交換器に供給される低温冷媒温度を制御し、熱交換器におけるドレンの発生を最小限に抑え、ガスタービン出力および効率の向上を図ることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するするために、熱交換器に低温冷媒供給装置を接続する第１の送水管と、低温冷媒供給装置に熱交換器を接続する第２の送水管と、第１の送水管と第２の送水管を接続する第３の送水管と、第３の送水管に設けられ、熱交換器から第２の送水管を介して還流する昇温した冷媒を低温冷媒供給装置から第１の送水管に送出される低温冷媒に合流させる流量を調節する調節弁と、第１の送水管に設けられ、低温冷媒供給装置から第１の送水管に流れる低温冷媒の温度を検出する検出器と、熱交換器に供給する低温冷媒の温度を、当該低温冷媒の温度が低い程、ガスタービンの出力が増加する有利性と、熱交換器におけるドレン発生によるガスタービン吸気冷却の熱ロスおよび熱交換器を通過するガスタービン吸気の吸気圧力損失が増加するためにガスタービンの出力が低減する不利性からバランスされるポイントを満たす温度に予め設定し、熱交換器に供給する低温冷媒の温度が予め設定した低温冷媒の温度になるように、検出器によって検出した低温冷媒の温度に基づいて調整弁の開度を調節する手段とを有する。
ここで、調整弁の開度を調節する手段は、熱交換器に供給する冷媒の温度指令値を大気温度、大気湿度、圧縮機入口吸気温度または発電機出力に応じて予め設定する設定手段と、それぞれ予め設定した冷媒の温度指令値と熱交換器に供給される冷媒の温度を比較する手段を有する。これらの設定手段は、熱交換器に供給する冷媒の温度指令値を大気温度、大気湿度、ガスタービン圧縮機入口吸気温度または発電機出力に応じて段階的または連続的に設定する。
ここで、調整弁の開度を調節する手段は、熱交換器に供給する冷媒の温度指令値を大気温度と大気湿度に応じて予め設定する設定手段と、予め設定した冷媒の温度指令値と熱交換器に供給される冷媒の温度を比較する手段を有する。この設定手段は、熱交換器に供給する冷媒の温度指令値を大気温度と大気湿度に応じて作成した冷媒温度マップによって設定する。
また、低温冷媒供給装置としてガスタービンの燃焼器に天然ガスを供給するＬＮＧ気化手段を用いる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態によるガスタービン吸気冷却システムを示す。図１において、ガスタービン吸気冷却システムは、ガスタービン本体１、空気圧縮機２、燃焼器３、ガスタービン５、ガスタービン発電機６、熱交換器１２、氷水タンク３０を有する。
ガスタービン本体１では、熱交換器１２によってガスタービン吸気７を冷却し、冷却されたガスタービン圧縮機入口吸気８を空気圧縮機２に送り、空気圧縮機２によって圧縮し、圧縮された吐出空気を燃焼器３に導入する。一方、燃料供給系統４から燃焼器３に例えば天然ガス等の燃料を供給し、吐出空気によって燃焼することにより、高温の燃焼ガスを得る。この高温の燃焼ガスはガスタービン５へ供給され、ガスタービン５、空気圧縮機２と同軸上に設けられたガスタービン発電機６を駆動し、電気出力を得る。
熱交換器１２に供給される低温冷却水は、氷水タンク３０から冷却水供給管遮断弁２９、冷却水送水ポンプ２８、冷却水送水管逆止弁２７、冷却水送水管遮断弁２６、冷却水送水管２０、冷却水送水管遮断弁１６、冷却水送水管１５を経て送られる。一方、熱交換器１２では、ガスタービン吸気７を低温冷却水によって冷却し、この熱交換により昇温した高温冷却水は、冷却水戻り管１７、冷却水戻り管遮断弁１８、冷却水流量調整弁１９、冷却水戻り管２１を経て氷水タンク３０に回収される。同時に、高温冷却水の一部もしくは全部を冷却水戻り管２１から分岐して冷却水循環ポンプ２３、冷却水循環水流量調整弁２４、冷却水循環水管２２を経て冷却水供給管２０の低温冷却水と合流させる。
この際、ガスタービン圧縮機入口吸気８の吸気温度を検出する温度検出器１１からの発信信号により、冷却水流量調整弁１９を制御し、熱交換器１２に供給される冷却水流量を可変し、ガスタービン圧縮機入口吸気８の吸気温度を調整する。また、熱交換器１２に流入する低温冷却水の温度を検出する温度検出器２５からの発信信号により、冷却水循環水流量調整弁２４を制御し、低温冷却水に合流する高温冷却水流量を可変し、熱交換器１２に流入する低温冷却水の温度を調整する。
ここで、ガスタービン吸気７を冷却させる熱交換器１２においては、大気中の水蒸気が凝縮することによるドレンが発生するため、発生したドレンをドレン受け１３に回収する。また、発生したドレンが空気圧縮機２に飛散した場合、空気圧縮機２に悪影響を及ぼすことがあるため、ドレン飛散防止用として熱交換器１２に例えばデミスタ１４を設置する。
【０００６】
本実施形態では、熱交換器１２より戻される高温冷却水の一部もしくは全部を冷却水循環水管２２を経て低温冷却水に合流させることにより、熱交換器１２に供給される低温冷却水の温度制御が可能となり、これにより、熱交換器１２に導かれるガスタービン吸気７と冷却水供給管１５を経て供給される低温冷却水との温度差を調整し、熱交換器１２における大量のドレンの発生を抑制することができ、ドレン発生によるガスタービン吸気冷却の熱ロスを低減することが可能となる。例えば、ガスタービン吸気７の温度３３.３℃、相対湿度５２％の条件において、低温冷却水温度２℃の場合には約１８％のドレン発生による熱ロスが発生するが、一方、低温冷却水温度を１０℃に昇温させた場合には約６％のドレン発生による熱ロス発生に抑えることができる。
また、大量のドレンの発生を抑制することにより、熱交換器１２を通過するガスタービン吸気７の吸気圧力損失を軽減し、ガスタービン出力および効率の向上を図ることができる。
また、通常、ガスタービン本体１は、一般的に低大気温度ほど空気圧縮機に導かれる燃焼用空気が高密度となり、単位体積当たりの重量流量が増し、高出力が得られる特性を有するため、ガスタービン吸気７を熱交換器１２において冷却し、冷却されたガスタービン圧縮機入口吸気８を空気圧縮機２に導くことにより、ガスタービンの出力の増加（有利性）が図られる一方、熱交換器１２におけるドレンの発生によって、熱ロスが発生し、吸気圧力損失が増加するため、ガスタービンの出力が低減（不利性）する原因となる。熱交換器１２に供給される低温冷却水温度は、この有利性と不利性からバランスされる経済的なポイントを満たす温度とすることが好ましい。本実施形態では、この経済的なポイントを容易に満たす低温冷却水温度とすることが可能となる。
また、通常、ガスタービン圧縮機入口吸気８は冷却水供給管１５より供給される低温冷却水温度以下には冷却されない。そのため、システム運用による発電単価を抑えるには、システムの通年運用が効果的である観点から、冬期のシステム運用を考慮して、低温冷却水の温度を０℃近くとすることが好ましい。本実施形態では、氷水タンク３０を用いることによって、冷却水供給管１５から供給される低温冷却水の温度を０℃近くとすることができる。
【０００７】
図２は、本発明の第２の実施形態を示す。本実施形態は、図１の実施形態に比し、温度検出器２５からの発信信号に加えて、ガスタービン吸気７の吸気温度を検出する温度検出器９からの発信信号を用いて、冷却水循環水流量調整弁２４を制御し、熱交換器１２に供給する低温冷却水温度を調節する点に特徴がある。
図３を用いて、冷却水循環水流量調整弁２４の制御方法を説明する。温度検出器９は、ガスタービン吸気７の吸気温度（大気温度）を検出し、この温度検出信号を冷却水温度設定器に発信する。冷却水温度設定器では、その温度検出信号に基づいて予め設定した冷却水温度指令値を発信する。その冷却水温度指令値と熱交換器１２に供給される冷却水の温度を検出する温度検出器２５からの発信信号との差分をとり、この差分を弁開度制御器に発信し、弁開度制御器からこの差分に応じた弁開度指令値を発信し、冷却水循環水流量調整弁２４を制御する。
この場合、熱交換器１２への低温冷却水供給温度が冷却水温度指令値よりも低いときには、冷却水循環水流量調整弁２４を開いて、熱交換器１２から戻される高温冷却水の低温冷却水への流入を増大し、低温冷却水供給温度を昇温する。一方、熱交換器１２への低温冷却水供給温度が冷却水温度指令値よりも高いときには、冷却水循環水流量調整弁２４を絞り、熱交換器１２から戻される高温冷却水の低温冷却水への流入を減少し、低温冷却水供給温度を減温する。
通常、熱交換器１２に導かれるガスタービン吸気７と冷却水供給管１５を経て供給される低温冷却水の温度差が大きいほど、熱交換器１２に大量のドレンが発生するため、本実施形態のように、ガスタービン吸気７の吸気温度（大気温度）を検出して冷却水循環水流量調整弁２４を制御し、大気温度条件に応じた最適な温度の低温冷却水を熱交換器１２に供給することにより、大量のドレンの発生を抑制することができる。
【０００８】
図４に、図３に示した冷却水温度設定器の一つの具体例を示す。この冷却水温度設定器では、冷却水温度指令値として、例えば、大気温度（ガスタービン吸気７の吸気温度）１５℃以上の場合は熱交換器１２に供給する低温冷却水の温度を１０℃、大気温度１５℃未満の場合は低温冷却水の温度を２℃として段階的に予め設定する。したがって、ガスタービン吸気７の吸気温度を検出する温度検出器９からの発信信号が大気温度１５℃以上のときは、冷却水温度指令値として１０℃を発信し、大気温度１５℃未満の場合は２℃を発信する。
【０００９】
図５に、図３に示した冷却水温度設定器の他の具体例を示す。この冷却水温度設定器では、冷却水温度指令値として、大気温度（ガスタービン吸気７の吸気温度に対して熱交換器１２に供給する低温冷却水の温度が連続的に変化する関係になるように予め設定する。したがって、低温冷却水の温度は大気温度に比例的に変化し、この変化した低温冷却水の温度を冷却水温度指令値として発信する。
【００１０】
図６は、本発明の第３の実施形態を示す。本実施形態は、図１の実施形態に比し、温度検出器２５からの発信信号に加えて、ガスタービン吸気７の吸気湿度を検出する湿度検出器１０からの発信信号を用いて、冷却水循環水流量調整弁２４を制御し、熱交換器１２に供給する低温冷却水温度を調節する点に特徴がある。図７を用いて、冷却水循環水流量調整弁２４の制御方法を説明する。湿度検出器１０は、ガスタービン吸気７の吸気湿度（大気相対湿度）を検出し、この湿度検出信号を冷却水温度設定器に発信する。冷却水温度設定器では、その湿度検出信号に基づいて予め設定した冷却水温度指令値を発信する。その冷却水温度指令値と熱交換器１２に供給される冷却水の温度を検出する温度検出器２５からの発信信号との差分をとり、この差分を弁開度制御器に発信し、弁開度制御器からこの差分に応じた弁開度指令値を発信し、冷却水循環水流量調整弁２４を制御する。
この場合、熱交換器１２への低温冷却水供給温度が冷却水温度指令値よりも低いときには、冷却水循環水流量調整弁２４を開いて、熱交換器１２から戻される高温冷却水の低温冷却水への流入を増大し、低温冷却水供給温度を昇温する。一方、熱交換器１２への低温冷却水供給温度が冷却水温度指令値よりも高いときには、冷却水循環水流量調整弁２４を絞り、熱交換器１２から戻される高温冷却水の低温冷却水への流入を減少し、低温冷却水供給温度を減温する。
通常、ガスタービン吸気７の吸気湿度（大気相対湿度）が高いほど、熱交換器１２に大量のドレンが発生するため、本実施形態のように、ガスタービン吸気７の吸気湿度（大気相対湿度）を検出して冷却水循環水流量調整弁２４を制御し、大気湿度条件に応じた最適な温度の低温冷却水を熱交換器１２に供給することにより、大量のドレンの発生を抑制することができる。
【００１１】
図８に、図７に示した冷却水温度設定器の一つの具体例を示す。この冷却水温度設定器では、冷却水温度指令値として、例えば、大気相対湿度（ガスタービン吸気７の吸気湿度）５０％以上の場合は熱交換器１２に供給する低温冷却水の温度を１０℃、大気相対湿度５０％未満の場合は低温冷却水の温度を２℃として段階的に予め設定する。したがって、ガスタービン吸気７の吸気湿度を検出する湿度検出器１０からの発信信号が大気相対湿度５０％以上のときは、冷却水温度指令値として１０℃を発信し、大気相対湿度５０％未満の場合は２℃を発信する。
【００１２】
図９に、図７に示した冷却水温度設定器の他の具体例を示す。この冷却水温度設定器では、冷却水温度指令値として、大気相対湿度（ガスタービン吸気７の吸気湿度）に対して熱交換器１２に供給する低温冷却水の温度が連続的に変化する関係になるように予め設定する。したがって、低温冷却水の温度は大気相対湿度に比例して変化し、この変化した低温冷却水の温度を冷却水温度指令値として発信する。
【００１３】
図１０は、本発明の第４の実施形態を示す。本実施形態は、図１の実施形態に比し、温度検出器２５からの発信信号に加えて、冷却された後のガスタービン圧縮機入口吸気８の温度を検出する温度検出器１１からの発信信号を用いて、冷却水循環水流量調整弁２４を制御し、熱交換器１２に供給する低温冷却水温度を調節する点に特徴がある。
図１１を用いて、冷却水循環水流量調整弁２４の制御方法を説明する。温度検出器１１は、ガスタービン圧縮機入口吸気８の温度を検出し、この温度検出信号を冷却水温度設定器に発信する。冷却水温度設定器では、その温度検出信号に基づいて予め設定した冷却水温度指令値を発信する。その冷却水温度指令値と熱交換器１２に供給される冷却水の温度を検出する温度検出器２５からの発信信号との差分をとり、この差分を弁開度制御器に発信し、弁開度制御器からこの差分に応じた弁開度指令値を発信し、冷却水循環水流量調整弁２４を制御する。
この場合、熱交換器１２への低温冷却水供給温度が冷却水温度指令値よりも低いときには、冷却水循環水流量調整弁２４を開いて、熱交換器１２から戻される高温冷却水の低温冷却水への流入を増大し、低温冷却水供給温度を昇温する。一方、熱交換器１２への低温冷却水供給温度が冷却水温度指令値よりも高いときには、冷却水循環水流量調整弁２４を絞り、熱交換器１２から戻される高温冷却水の低温冷却水への流入を減少し、低温冷却水供給温度を減温する。
通常、ガスタービン圧縮機入口吸気８の温度の高低は、ガスタービン５の出力の増減に直接的に影響を与えるため、本実施形態のように、ガスタービン圧縮機入口吸気８の温度を検出して冷却水循環水流量調整弁２４を制御することにより、ガスタービン５の出力を勘案しながら、ドレンの発生を抑制する最適な温度の低温冷却水を熱交換器１２に供給することができる。
ここで、図１１に示した冷却水温度設定器の具体例は、図４、図５、図８、図９と同様に、ガスタービン圧縮機入口吸気８の温度に応じて熱交換器１２に供給する低温冷却水の温度を予め設定し、これを冷却水温度指令値とすることにより、実現することができる。
【００１４】
図１２は、本発明の第５の実施形態を示す。本実施形態は、図１の実施形態に比し、温度検出器２５からの発信信号に加えて、ガスタービン発電機６においてガスタービンの発電する出力を検出する発電機出力検出器３１からの発信信号を用いて、冷却水循環水流量調整弁２４を制御し、熱交換器１２に供給する低温冷却水温度を調節する点に特徴がある。
図１３を用いて、冷却水循環水流量調整弁２４の制御方法を説明する。発電機出力検出器３１は、ガスタービンの発電する出力を検出し、この発電出力信号を冷却水温度設定器に発信する。冷却水温度設定器では、その発電出力信号に基づいて予め設定した冷却水温度指令値を発信する。その冷却水温度指令値と熱交換器１２に供給される冷却水の温度を検出する温度検出器２５からの発信信号との差分をとり、この差分を弁開度制御器に発信し、弁開度制御器からこの差分に応じた弁開度指令値を発信し、冷却水循環水流量調整弁２４を制御する。
この場合、熱交換器１２への低温冷却水供給温度が冷却水温度指令値よりも低いときには、冷却水循環水流量調整弁２４を開いて、熱交換器１２から戻される高温冷却水の低温冷却水への流入を増大し、低温冷却水供給温度を昇温する。一方、熱交換器１２への低温冷却水供給温度が冷却水温度指令値よりも高いときには、冷却水循環水流量調整弁２４を絞り、熱交換器１２から戻される高温冷却水の低温冷却水への流入を減少し、低温冷却水供給温度を減温する。
本実施形態では、ガスタービンの発電する出力を検出して冷却水循環水流量調整弁２４を制御するので、発電出力を考慮したドレン発生の抑制を行うことができ、即応性のある低温冷却水の温度制御を行うことができる。
ここで、図１３に示した冷却水温度設定器の具体例は、図４、図５、図８、図９と同様に、発電機出力に応じて熱交換器１２に供給する低温冷却水の温度を予め設定し、これを冷却水温度指令値とすることにより、実現することができる。
【００１５】
図１４は、本発明の第６の実施形態を示す。本実施形態は、図１の実施形態に比し、温度検出器２５からの発信信号に加えて、ガスタービン吸気７の吸気温度を検出する温度検出器９および吸気湿度を検出する湿度検出器１０からの発信信号を用いて、冷却水循環水流量調整弁２４を制御し、熱交換器１２に供給される低温冷却水温度を調節する点に特徴がある。
図１５を用いて、冷却水循環水流量調整弁２４の制御方法を説明する。温度検出器９は、ガスタービン吸気７の吸気温度（大気温度）を検出し、この温度検出信号を冷却水温度設定器に発信し、また、湿度検出器１０は、ガスタービン吸気７の吸気湿度（大気相対湿度）を検出し、この湿度検出信号を冷却水温度設定器に発信する。冷却水温度設定器では、冷却水温度指令値として、冷却水温度マップを作成して、例えば、大気相対湿度５０％以上で大気温度１５℃以上の場合は熱交換器１２に供給する低温冷却水の温度を１０℃、大気温度１５℃未満の場合は低温冷却水の温度を５℃とし、また、大気相対湿度５０％以下で大気温度１５℃以上の場合は熱交換器１２に供給する低温冷却水の温度を５℃、大気温度１５℃未満の場合は低温冷却水の温度を２℃として予め設定する。したがって、冷却水温度設定器から温度検出器９の検出した吸気温度と湿度検出器１０の検出した吸気湿度に基づいて予め設定した低温冷却水の温度を冷却水温度指令値として発信する。その冷却水温度指令値と熱交換器１２に供給される冷却水の温度を検出する温度検出器２５からの発信信号との差分をとり、この差分を弁開度制御器に発信し、弁開度制御器からこの差分に応じた弁開度指令値を発信し、冷却水循環水流量調整弁２４を制御する。
この場合、熱交換器１２への低温冷却水供給温度が冷却水温度指令値よりも低いときには、冷却水循環水流量調整弁２４を開いて、熱交換器１２から戻される高温冷却水の低温冷却水への流入を増大し、低温冷却水供給温度を昇温する。一方、熱交換器１２への低温冷却水供給温度が冷却水温度指令値よりも高いときには、冷却水循環水流量調整弁２４を絞り、熱交換器１２から戻される高温冷却水の低温冷却水への流入を減少し、低温冷却水供給温度を減温する。
通常、熱交換器１２に導かれるガスタービン吸気７と冷却水供給管１５を経て供給される低温冷却水の温度差が大きいほど、また、ガスタービン吸気７の吸気湿度が高いほど、熱交換器１２に大量のドレンが発生するため、本実施形態のように、ガスタービン吸気７の吸気温度と湿度を検出して冷却水循環水流量調整弁２４を制御し、大気温度と湿度条件に応じた最適な温度の低温冷却水を熱交換器１２に供給することにより、効果的に大量のドレンの発生を抑制することができる。
【００１６】
図１６は、本発明の第７の実施形態を示す。本実施形態は、図１４の実施形態に比し、ＬＮＧ気化器３２を設け、熱交換器１２において昇温した高温冷却水をＬＮＧ気化によって冷却すると共に、高温冷却水の熱を利用して、気化した天然ガスを燃料供給系統４を経て燃焼器３に導くことに特徴がある。
ＬＮＧ気化器３２より冷却された低温冷却水は、冷却水供給管遮断弁２９、冷却水送水ポンプ２８、冷却水送水管逆止弁２７、冷却水送水管遮断弁２６、冷却水送水管２０、冷却水送水管遮断弁１６、冷却水送水管１５を経て熱交換器１２に送られる。この時、システム運用による発電単価を抑えるには、システムの通年運用が効果的である。ガスタービン圧縮機入口吸気８は冷却水供給管１５より供給される低温冷却水温度以下には冷却されない。そのため、ＬＮＧ気化器３２より供給される低温冷却水の温度は、冬期のシステム運用を考慮して、温度下限を０℃近くとすることが好ましい。一方、熱交換器１２でガスタービン吸気７を冷却することにより昇温した高温冷却水は、冷却水戻り管１７、冷却水戻り管遮断弁１８、冷却水流量調整弁１９、冷却水戻り管２１を経てＬＮＧ気化器３２に回収される。一方、ＬＮＧ気化器３２では冷却水戻り管２１からの高温冷却水の熱を利用してＬＮＧの気化を行い、気化した天然ガスを燃料供給系統４を経て燃焼器３に導く。また、ＬＮＧを気化することにより、減温した冷却水は再び冷却水供給管２０等を経て熱交換器１２に導かれる。
本実施形態では、ＬＮＧ気化器３２を用いて、ＬＮＧ気化器に熱交換器からの昇温した高温冷却水を通すことによって、効果的に熱交換器からの高温冷却水を冷却すると同時にＬＮＧを気化することができる。これは、高温冷却水の冷却とＬＮＧの気化を効果的に行うことになり、吸気冷却システム運用による発電単価を軽減することができる。また、ＬＮＧ気化器３２を用いることによって、冷却水供給管１５から供給される低温冷却水の温度を０℃近くとすることができる。
【００１７】
図１７は、本発明の第８の実施形態を示す。本実施形態は、図１４の実施形態に比し、冷却水循環水流量調整弁２４を氷水タンク３０の戻り口と送り口の間つまり冷却水戻り管２１と冷却水供給管遮断弁２９の氷水タンク３０側の冷却水送水管２０の間に設置することに特徴がある。
熱交換器１２において昇温した高温冷却水は、冷却水戻り管２１を経て氷水タンク３０に回収されると同時に、氷水タンク３０の戻り口から高温冷却水の一部もしくは全部を分岐して冷却水循環水流量調整弁２４、冷却水循環水管２２を経て氷水タンク３０の送り口の冷却水供給管２０に合流させる。
本実施形態は、冷却水戻り管２１を流れる冷却水圧力は、冷却水送水ポンプ２８の上流を流れる冷却水圧力よりも高いため、図１４に比し、冷却水を循環させるための冷却水循環ポンプ２３を削除することが可能となる。
【００１８】
図１８は、本発明の第９の実施形態を示す。本実施形態は、図１４の実施形態に比し、冷却水循環水流量調整弁２４を省き、氷水タンク３０に代えて冷却水供給装置４１を設けることに特徴がある。
本実施形態では、熱交換器１２に供給される低温冷却水は、冷却水供給装置４１から冷却水送水管遮断弁１６、冷却水送水管１５を経て送られる。一方、熱交換器１２においてガスタービン吸気７を冷却することにより昇温した高温冷却水は、冷却水戻り管１７、冷却水戻り管遮断弁１８、冷却水流量調整弁１９、冷却水戻り管２１を経て冷却水供給装置４１に回収される。
ここで、冷却水供給装置４１は、冷却水供給温度を可変する機能を有し、これにより、熱交換器１２に供給する低温冷却水の温度調節が可能となる。
図１９に、冷却水供給装置４１の具体的な構成例を示す。図１９において、冷却水供給装置４１は、冷却水温度設定器、冷却水温度制御器、冷却水発生器を有し、ガスタービン吸気７の吸気温度（大気温度）を検出する温度検出器９、ガスタービン吸気７の吸気湿度（大気湿度）を検出する湿度検出器１０および熱交換器１２に流入する低温冷却水の温度（冷却水供給温度）を検出する温度検出器２５からの発信信号を入力する。
冷却水温度設定器では、冷却水温度指令値として、冷却水温度マップを作成して、例えば、大気相対湿度５０％以上で大気温度１５℃以上の場合は熱交換器１２に供給する低温冷却水の温度を１０℃、大気温度１５℃未満の場合は低温冷却水の温度を５℃とし、また、大気相対湿度５０％以下で大気温度１５℃以上の場合は熱交換器１２に供給する低温冷却水の温度を５℃、大気温度１５℃未満の場合は低温冷却水の温度を２℃として予め設定する。
大気温度と大気湿度が冷却水温度設定器に入力されると、大気温度と大気湿度に基づいて予め設定した低温冷却水の温度を冷却水温度指令値として発信する。冷却水温度制御器では、その冷却水温度指令値と温度検出器２５から発信される冷却水供給温度との差分をとり、熱交換器１２への低温冷却水供給温度が冷却水温度指令値よりも低いときには、低温冷却水供給温度を昇温し、また、熱交換器１２への低温冷却水供給温度が冷却水温度指令値よりも高いときには、低温冷却水供給温度を減温するように、冷却水温度制御値を出力する。冷却水発生器は、この冷却水温度制御値に基づいて冷却水を発生し、冷却水供給装置４１から冷却水を供給する。
本実施形態では、熱交換器１２に供給する冷却水の温度を供給元である冷却水供給装置４１において直接制御するため、即応性の高いガスタービン吸気温度の制御が可能である。
【００１９】
図２０は、本発明の第１０の実施形態を示す。本実施形態は、図１４の実施形態に比し、冷却水循環水流量調整弁２４を省き、冷却水供給管２０上に熱交換器３３を設け、熱交換器３３においてガスタービン吸気７を冷却する熱交換器１２に供給される低温冷却水と発電所内の各機器３４を冷却した冷却水が熱交換する系統を有し、発電所内の各機器３４を冷却した冷却水の流量を調整する冷却水流量調整弁４０を設けることに特徴がある。
発電所内の各機器３４を冷却して昇温した高温冷却水は、冷却水送水ポンプ３５、冷却水管３６を経て冷却水冷却器３７に導かれる。冷却水冷却器３７において冷却された低温冷却水は、冷却水管３８を経て発電所内の各機器３４に供給される。同時に、発電所内の各機器３４からの高温冷却水は、冷却水管３６から分岐する冷却水管３９により熱交換器３３、冷却水流量調整弁４０を経て冷却水冷却器３７に導かれる。この時、発電所内の各機器３４によって昇温した高温冷却水の一部もしくは全部が熱交換器３３において熱交換器１２に供給される低温冷却水を昇温する。
この場合、ガスタービン吸気７の吸気温度を検出する温度検出器９、ガスタービン吸気７の吸気湿度を検出する湿度検出器１０および熱交換器１２に流入する低温冷却水の温度を検出する温度検出器２５からの発信信号に基づいて冷却水流量調整弁４０を制御し、この冷却水流量調整弁４０によって発電所内の各機器３４により昇温した高温冷却水の流量を調整し、熱交換器１２に供給される低温冷却水温度を調節する。
本実施形態は、熱交換器１２に供給される低温冷却水の温度制御を既設の系統の冷却システムを使用して行うため、既設の冷却システムの昇温した高温冷却水を熱交換器１２に供給される低温冷却水によって冷却することができ、この結果、発電所内の冷却のためのシステム全体をみるとき、経済的かつ効率的な冷却水の温度制御が可能となる。
【００２０】
なお、本発明の図１６の第７の実施形態、図１７の第８の実施形態、図１８の第９の実施形態、図２０の第１０の実施形態において、ガスタービン吸気７の吸気温度を検出する温度検出器９および吸気湿度を検出する湿度検出器１０からの発信信号を用いる代わりに、いずれも図２の第２の実施形態の温度検出器９、図６の第３の実施形態の湿度検出器１０、図１０の第４の実施形態の温度検出器の温度検出器１１または図１２の第５の実施形態の発電機出力検出器３１からの発信信号を用いてもよいことは云うまでもない。
また、本発明の各実施形態は、ガスタービン吸気を冷却する熱交換器に供給される冷媒を水としたが、水以外の冷媒を用いてもよい。
また、本発明は、ガスタービンを用いたコンバインド発電設備に適用することも可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱交換器より戻される高温冷却水の一部もしくは全部を冷却水循環水管を経て低温冷却水に合流させることにより、熱交換器に供給される低温冷却水の温度制御が可能となり、これにより、熱交換器における大量のドレンの発生を抑制することができ、ドレン発生によるガスタービン吸気冷却の熱ロスを低減し、熱交換器を通過するガスタービン吸気の吸気圧力損失を軽減し、ガスタービン出力および効率の向上を図ることができる。
また、熱交換器に供給される低温冷却水温度によって、ガスタービンの出力の増加が図られる有利性と、熱交換器におけるドレンの発生による熱ロスの発生、吸気圧力損失の増加のために、ガスタービンの出力が低減する不利性が発生するが、本発明によれば、この有利性と不利性からバランスされる経済的なポイントを容易に満たす低温冷却水の温度制御を行うことが可能となる。
また、本発明によれば、大気温度、大気湿度、発電出力に対応してドレンの発生を抑制すると共に、有効なガスタービン出力が発生するようにガスタービン吸気温度を発生させることができる。
また、本発明では、ＬＮＧ気化器に熱交換器からの昇温した高温冷却水を通すことによって、熱交換器からの高温冷却水を冷却すると同時にＬＮＧを気化するため、高温冷却水の冷却とＬＮＧの気化を効果的に行うことになり、吸気冷却システム運用による発電単価を軽減することができる。
また、本発明によれば、熱交換器に０℃近い低温冷媒を供給することができ、通年のガスタービン吸気冷却運用を可能とすると共に、システム運用による発電単価を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるガスタービン吸気冷却システム構成図
【図２】本発明の第２の実施形態
【図３】本発明の第２の実施形態の制御方法を説明する図
【図４】本発明の第２の実施形態の制御方法を説明する具体例図
【図５】本発明の第２の実施形態の制御方法を説明する具体例図
【図６】本発明の第３の実施形態
【図７】本発明の第３の実施形態の制御方法を説明する図
【図８】本発明の第３の実施形態の制御方法を説明する具体例図
【図９】本発明の第３の実施形態の制御方法を説明する具体例図
【図１０】本発明の第４の実施形態
【図１１】本発明の第４の実施形態の制御方法を説明する図
【図１２】本発明の第５の実施形態
【図１３】本発明の第５の実施形態の制御方法を説明する図
【図１４】本発明の第６の実施形態
【図１５】本発明の第６の実施形態の制御方法を説明する具体例図
【図１６】本発明の第７の実施形態
【図１７】本発明の第８の実施形態
【図１８】本発明の第９の実施形態
【図１９】本発明の第９の実施形態の冷却水供給装置の構成図
【図２０】本発明の第１０の実施形態
【符号の説明】
１…ガスタービン、２…空気圧縮機、３…燃焼器、４…燃料、５…ガスタービン、６…ガスタービン発電機、７…ガスタービン吸気、８…ガスタービン吸気、９…温度検出器、１０…湿度検出器、１１…温度検出器、１２…熱交換器、１３…ドレン受け、１４…デミスタ、１５…冷却水送水管、１６…冷却水送水管遮断弁、１７…冷却水戻り管、１８…冷却水戻り管遮断弁、１９…冷却水流量調整弁、２０…冷却水送水管、２１…冷却水戻り管、２２…冷却水循環水管、２３…冷却水循環ポンプ、２４…冷却水循環水流量調整弁、２５…温度検出器、２６…冷却水送水管遮断弁、２７…冷却水送水管逆止弁、２８…冷却水送水ポンプ、２９…冷却水送水管遮断弁、３０…氷水タンク、３１…発電機出力検出器、３２…ＬＮＧ気化器、３３…熱交換器、３４…発電所内各機器、３５…冷却水送水ポンプ、３６…冷却水管、３７…冷却水冷却器、３８…冷却水管、３９…冷却水管、４０…冷却水流量調整弁、４１…冷却水供給装置、４２…冷却水送水逆止弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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