(57)【要約】【課題】再生式ガスタービンシステムでの緊急停止時におけるタービンの過速度を防止する。【解決手段】圧縮機１と、この圧縮機１に連結するタービン３と、前記圧縮機１から圧縮空気に湿分を与える増湿装置１２と、この増湿装置１２からの湿分を含んだ圧縮空気とタービン排気との間で熱交換を行う再生熱交換器９と、この再生熱交換器９で熱交換された圧縮空気と燃料とを混合して燃焼させる燃焼器２とを有する再生式ガスタービンシステムにおいて、前記増湿装置１２と前記再生熱交換器９との間の流路１４に分岐して設けた湿分を含んだ圧縮空気の排出流路１７と、この排出流路１７に設けた開閉弁１８とを備えた。【選択図】  図１
2006057488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、この圧縮機に連結するタービンと、前記圧縮機から圧縮空気に湿分を与える増湿装置と、この増湿装置からの湿分を含んだ圧縮空気とタービン排気との間で熱交換を行う再生熱交換器と、この再生熱交換器で熱交換された圧縮空気と燃料とを混合して燃焼させる燃焼器とを有する再生式ガスタービンシステムにおいて、前記増湿装置と前記再生熱交換器との間の流路に分岐して設けた湿分を含んだ圧縮空気の排出流路と、この排出流路に設けた開閉弁とを備えたことを特徴とする再生式ガスタービンシステム。
【請求項２】
圧縮機と、この圧縮機に連結するタービンと、前記圧縮機から圧縮空気に湿分を与える増湿装置と、この増湿装置からの湿分を含む圧縮空気とタービン排気との間で熱交換を行う再生熱交換器と、この再生熱交換器で熱交換された前記タービンに供給する圧縮空気と燃料とを混合して燃焼する燃焼器とを有する再生式ガスタービンシステムにおいて、一端を前記増湿装置と前記再生熱交換器との間の流路に連通し、他端を前記再生熱交換器の出口側流路に連結した湿分を含んだ圧縮空気の排出流路と、この排出流路に設けた開閉弁とを備えたことを特徴とする再生式ガスタービンシステム。
【請求項３】
前記タービンの回転数が予め設定した設定値の上限を超えた場合に、前記開閉弁に開信号を出力する制御装置を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の再生式ガスタービンシステム。
【請求項４】
圧縮機と、この圧縮機に連結するタービン及び発電機と、前記圧縮機から圧縮空気に湿分を与える増湿装置と、この増湿装置からの湿分を含んだ圧縮空気とタービン排気との間で熱交換を行う再生熱交換器と、この再生熱交換器で熱交換された前記タービンに供給する圧縮空気と燃料とを混合して燃焼させる燃焼器と、前記圧縮機の吐出側に設けた放風弁とを有する再生式ガスタービンシステムにおいて、一端を前記増湿装置と前記再生熱交換器との間の流路に連通し、他端を前記再生熱交換器の出口側流路に連結した湿分を含んだ圧縮空気の排出流路と、この排出流路に設けた開閉弁と、前記タービンの回転数を検出する第１の検出器と、前記発電機の出力信号を検出する第２の検出器と、前記第１の検出器からの検出信号が予め設定した設定値の上限を超えた場合及び前記第２の検出器からの検出信号が予め設定した負荷遮断と判断した場合に、前記開閉弁及び前記放風弁にそれぞれ開信号を出力する制御装置とを備えたことを特徴とする再生式ガスタービンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、再生式ガスタービンシステムに係わり、更に詳しくは緊急停止時における過速度を防止し、安全かつ迅速に停止することができる再生式ガスタービンシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保全の観点から、低エミッションのガスタービンシステムの開発が積極的に進められている。その一方策として、圧縮空気流量や燃料流量が変化する起動時や、部分負荷時においても、燃焼安定性を損なうことなく空気に水分を加えることによって、広負荷の範囲に亙って熱効率に優れ、ＮＯｘ排出量の少ないガスタービンシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この種のガスタービンシステムは、一般的に、再生式ガスタービンシステムと称されており、増湿装置によって圧縮機からの燃焼用圧縮空気に水分を加え、再生熱交換器によって増湿装置からの水分を含んだ圧縮空気とタービンからの排気との間で熱交換を行い、この熱交換された圧縮空気を燃焼器に供給する構成を採用している。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−５４８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した再生式ガスタービンシステムにおいては、負荷遮断などの緊急停止時には、圧縮機の出口側に設けた緊急放風弁を開いて燃焼器への圧縮空気の供給量を削減することが行われるが、このように緊急放風弁を開いても、上記の再生式ガスタービンシステムでは、圧縮機の出口側からの圧縮空気が、再生熱交換器を通過して燃焼器に供給される構成であるため、直ちに燃焼器への圧縮空気の量を低減することができない。また、燃焼器への圧縮空気が、大きな熱容量と内容積を有する再生熱交換器で加熱されているので、高温空気がタービンへ供給されて、タービンを駆動してしまう。
【０００６】
その結果、緊急停止時におけるタービンの過速度を防止することができないという憾みがある。
【０００７】
本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、緊急停止時におけるタービンの過速度を防止することができる再生式ガスタービンシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の目的を達成するために、第１の発明は、圧縮機と、この圧縮機に連結するタービンと、前記圧縮機から圧縮空気に湿分を与える増湿装置と、この増湿装置からの湿分を含んだ圧縮空気とタービン排気との間で熱交換を行う再生熱交換器と、この再生熱交換器で熱交換された圧縮空気と燃料とを混合して燃焼させる燃焼器とを有する再生式ガスタービンシステムにおいて、前記増湿装置と前記再生熱交換器との間の流路に分岐して設けた湿分を含んだ圧縮空気の排出流路と、この排出流路に設けた開閉弁とを備えたことを特徴とする再生式ガスタービンシステムにある。
【０００９】
また、第２の発明は、圧縮機と、この圧縮機に連結するタービンと、前記圧縮機から圧縮空気に湿分を与える増湿装置と、この増湿装置からの湿分を含む圧縮空気とタービン排気との間で熱交換を行う再生熱交換器と、この再生熱交換器で熱交換された前記タービンに供給する圧縮空気と燃料とを混合して燃焼する燃焼器とを有する再生式ガスタービンシステムにおいて、一端を前記増湿装置と前記再生熱交換器との間の流路に連通し、他端を前記再生熱交換器の出口側流路に連結した湿分を含んだ圧縮空気の排出流路と、この排出流路に設けた開閉弁とを備えたことを特徴とする再生式ガスタービンシステムにある。
【００１０】
更に、第３の発明は、第１及び第２の発明において、前記タービンの回転数が予め設定した設定値の上限を超えた場合に、前記開閉弁に開信号を出力する制御装置を備えたことを特徴とする再生式ガスタービンシステムにある。
【００１１】
また、第４の発明は、圧縮機と、この圧縮機に連結するタービン及び発電機と、前記圧縮機から圧縮空気に湿分を与える増湿装置と、この増湿装置からの湿分を含んだ圧縮空気とタービン排気との間で熱交換を行う再生熱交換器と、この再生熱交換器で熱交換された前記タービンに供給する圧縮空気と燃料とを混合して燃焼させる燃焼器と、前記圧縮機の吐出側に設けた放風弁とを有する再生式ガスタービンシステムにおいて、一端を前記増湿装置と前記再生熱交換器との間の流路に連通し、他端を前記再生熱交換器の出口側流路に連結した湿分を含んだ圧縮空気の排出流路と、この排出流路に設けた開閉弁と、前記タービンの回転数を検出する第１の検出器と、前記発電機の出力信号を検出する第２の検出器と、前記第１の検出器からの検出信号が予め設定した設定値の上限を超えた場合及び前記第２の検出器からの検出信号が予め設定した負荷遮断と判断した場合に、前記開閉弁及び前記放風弁にそれぞれ開信号を出力する制御装置とを備えたことを特徴とする再生式ガスタービンシステムにある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、再生式ガスタービンシステムでの緊急停止時におけるタービンの過速度を防止することができるので、緊急停止時の安全操作が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の再生式ガスタービンシステムの実施の形態を図面を用いて説明する。  
図１は本発明の再生式ガスタービンシステムの一実施の形態を示すもので、この図１において、１は高圧の燃焼用空気を生成する圧縮機、２は圧縮機１からの燃焼用空気と燃料とを混合して燃焼ガスを生成する燃焼器、３は燃焼器２からの燃焼ガスを導入するタービンで、このタービン３は圧縮機１及び発電機４に連結している。
【００１４】
５は圧縮機１の空気吸入流路、６は圧縮機１の吐出流路、７は圧縮機１の吐出流路６に設けた緊急用の放風弁、８は煙道である。９は再生熱交換器で、この再生熱交換器９は一端がガスタービン３の高圧段側に連結され、他端が煙道８に導入された排気流路１０に連結する第１の熱交換流体流路９Ａと、一端が後述する増湿装置に連結され、他端が流路１１によって燃焼器２に連結され、前記第１の熱交換流体流路９Ａからの熱により加熱される第２の熱交換流体流路９Ｂとを備えている。
【００１５】
１２は圧縮機からの圧縮空気に湿分を与える増湿装置で、この増湿装置１２の入口側は流路１３によって圧縮機１の吐出管６における緊急用の放風弁７の上流側部に連結され、出口側は流路１４によって再生熱交換器９における第２の熱交換流体流路９Ｂの一端に連結されている。１５は増湿装置１２に増湿用水を供給する増湿用給水流路で、この増湿用給水流路１５の入口側は、煙道８に設けた給水加熱器１６を通して給水ポンプに連結されている。
【００１６】
１７は増湿装置１２と再生熱交換器９との間の流路１４から分岐した湿分圧縮空気用の排気流路で、その出口側は煙道８に導入されている。１８は湿分圧縮空気用の排気流路１７に設けた開閉弁である。
【００１７】
１９はタービン３の回転数を検出する第１の検出器、２０は発電機４の出力信号を検出する第２の検出器、２１は開閉弁１８及び放風弁７を開制御する制御装置で、この制御装置２１は、予め設定したタービン３の設定回転数の範囲及び負荷遮断と判断するための発電機出力変化値を記憶する記憶部２２と、前記第１の検出器１９からのタービン３の回転数を予め設定した設定回転数に比較してその上限を超えた場合、及び前記第２の検出器２０からの発電機出力信号を予め設定した発電機出力変化値と比較して負荷遮断と判断した場合に、開閉弁１８及び放風弁７にそれぞれ開信号を出力する演算部２３と、信号の入出力部２４とで構成されている。
【００１８】
次に、上述した本発明の再生式ガスタービンシステムの一実施の形態の動作を図面を用いて説明する。  
まず、放風弁７及び開閉弁１８は、閉状態になっている。圧縮機１はその空気吸入流路５から空気を吸い込んで圧縮し、この圧縮した燃焼用の圧縮空気を吐出流路６、流路１３を通して、増湿装置１２に供給する。増湿装置１２は燃焼用の圧縮空気に増湿用給水流路１５からの増湿用水を添加して、湿分を含んだ燃焼用の圧縮空気を流路１４を通して、再生熱交換器９の熱交換流体流路９Ｂに供給する。この再生熱交換器９の熱交換流体流路９Ｂに供給された湿分を含んだ燃焼用の圧縮空気は、再生熱交換器９の熱交換流体流路９Ａに供給されているタービン排出ガスと熱交換され加熱され、流路１１を通して燃焼器２に供給される。
【００１９】
燃焼器２は加熱された湿分を含んだ燃焼用の圧縮空気と燃料Ｆとを混合して燃焼し、この燃焼ガスをタービン３に供給する。タービン３は燃焼ガスによって駆動される。タービン３の排気ガスは、再生熱交換器９の熱交換流体流路９Ａに供給されて、熱交換した後、流路１０、給水加熱器１６を通して煙道８から排気される。煙道８内に設置した給水加熱器１６は、排気ガスの熱により、増湿装置１２に供給する増湿用の水を加熱する。
【００２０】
タービン３により駆動される発電機４は、タービン３の残りの軸出力から圧縮機１の駆動動力等を差し引いた出力を電気に変換する。
【００２１】
上述したタービン３の駆動状態において、タービン３の回転数は第１の検出器１９によって検出され、制御装置２１に出力されている。また、発電機４の発電出力は第２の検出器２０によって検出され、制御装置２１に出力されている。制御装置２１は第１の検出器１９からのタービン３の回転数を予め設定した設定回転数と比較してその上限を超えた場合、及び前記第２の検出器２０からの発電機出力信号を予め設定した発電機出力変化値と比較して負荷遮断と判断した場合に燃料Ｆの供給を停止し、開閉弁１８及び放風弁７にそれぞれ開信号を出力する。
【００２２】
開閉弁１８及び放風弁７は、制御装置２１からの信号により、開位置に切り替えられる。これにより、放風弁７は圧縮機１からの圧縮空気を大気に放出して、その下流側への流出空気を減少させる。また、開閉弁１８は増湿装置１２、再生熱交換器９の熱交換流体流路９Ａ内における内容積の大きい空気を排気流路１７を通して大気に排出する。
【００２３】
その結果、燃焼器２を介してタービン３に供給される空気量が減少するので、タービン３の過速度による危険を回避することができる。
【００２４】
この実施の形態によれば、タービン３の過速度を抑え、その安全性を更に向上させることができる。また、特にガスタービンが小型で軽量になる程、負荷遮断時に角加速度が大きくなり、回転数が急激に増加する傾向を生じるが、これにも対応することができる。
【００２５】
また、再生熱交換器９のケーシングやその配管が保有する熱も、排気流路１７からの排気とともに排出されるので、負荷遮断後のタービンの継続作動を抑えて、減速させ、その停止時間を短縮することができる。
【００２６】
更に、負荷遮断時に燃料停止するので、タービン排出ガスや再生熱交換器出口燃焼用空気の温度が低下し、燃焼器２やタービン３や再生熱交換器９内に増湿装置１２で噴霧された水滴などが蒸発しないまま流入する可能性があるが、開閉弁１８から圧縮空気を逃がし、前記各装置内に流入する未蒸発の水分を含む高湿分空気流量を低減することにより、空気中の水滴や結露した湿分による摩耗や腐食を防止することができる。
【００２７】
また、再生熱交換器９や燃焼器２内の残留水分もなくなるので、復旧時の再起動も良好になる。
【００２８】
更に、この実施の形態において、開閉弁１８は、再生熱交換器９の出口側の空気温度に比べて温度が低くなる入口側に設けているので、その弁材質または構造等が低温度対応となり、安価なものを使用することができる。
【００２９】
図２は本発明の再生式ガスタービンシステムの他の実施の形態を示すもので、この図２において、図１と同符号のものは同一部分または相当する部分である。この実施の形態は、湿分圧縮空気用の排気流路１７出口側を、再生熱交換器９側の排気流路１０に合流連結して構成したものである。
【００３０】
この実施の形態によれば、前述した本発明の一実施の形態と同様な効果が得られるとともに、タービン排気に湿分を含んだ圧縮空気を加えることで、負荷遮断時に温度が上昇する再生熱交換器出口のタービン排出ガスを冷却でき、給水加熱器１６の設計温度を低く設定することができるので、その製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の再生式ガスタービンシステムの一実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明の再生式ガスタービンシステムの他の実施の形態を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
１        圧縮機
２        燃焼器
３        タービン
４        発電機
７        緊急用の放風弁
８        煙道
９        再生熱交換器
１２      増湿装置
１７      排気流路
１８      開閉弁
１９      第１の検出器
２０      第２の検出器
２１      制御装置
【図１】
2006057488.tif 000003
【図２】
2006057488.tif 000004