(57)【要約】【課題】燃料流量が増加側の変化に対して、酸化剤流量が的確に追従し、燃料と酸化剤の流量比を一定に維持できるガスタービン設備を提供する。【解決手段】実施形態のガスタービン設備１０は、燃料と酸化剤を燃焼させる燃焼器２０と、燃焼器２０からの燃焼ガスで回動するタービン２８と、タービン２８からの燃焼ガスを冷却する熱交換器２５と、熱交換器２５を通過した燃焼ガスから水蒸気を除去してドライ燃焼ガスとする熱交換器３０と、ドライ燃焼ガスの一部を熱交換器２５を通して燃焼器２０に導く配管４６、ドライ燃焼ガスの残部を外部に排出する配管４５とを備える。さらに、燃焼器２０に燃料を供給する配管４０と、酸化剤を熱交換器２５を通して燃焼器２０に供給する配管４１と、配管４１から分岐され、熱交換器２５をバイパスして配管４１に連結され酸化剤を導入する配管４２とを備える。【選択図】図１
2015025418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と酸化剤を燃焼させる燃焼器と、
前記燃焼器から排出された燃焼ガスによって回動するタービンと、
前記タービンから排出された前記燃焼ガスを冷却する熱交換器と、
前記熱交換器を通過した前記燃焼ガスから水蒸気を除去してドライ燃焼ガスとする水蒸気除去器と、
前記ドライ燃焼ガスの一部を作動流体として前記熱交換器を通して前記燃焼器に導く作動流体供給管と、
前記ドライ燃焼ガスの残部を外部に排出する排出管と、
前記燃焼器に燃料を供給する燃料供給管と、
前記酸化剤を前記熱交換器を通して前記燃焼器に供給する酸化剤供給管と、
前記酸化剤供給管から分岐され、前記熱交換器をバイパスして、前記熱交換器と前記燃焼器との間で前記酸化剤供給管に連結され、前記酸化剤供給管に酸化剤を導入する酸化剤バイパス供給管と
を具備することを特徴とするガスタービン設備。
【請求項２】
前記酸化剤供給管の、前記酸化剤バイパス供給管が分岐された位置よりも下流側に、前記ドライ燃焼ガスの一部を導くドライ燃焼ガス供給管をさらに備え、
前記ドライ燃焼ガス供給管が連結された位置よりも下流側の前記酸化剤供給管には、前記酸化剤と前記ドライ燃焼ガスとからなる混合ガスが流れることを特徴とする請求項１記載のガスタービン設備。
【請求項３】
前記酸化剤供給管に介在する混合部と、
前記ドライ燃焼ガスの一部を前記混合部に導くドライ燃焼ガス供給管と
をさらに備え、
前記酸化剤バイパス供給管が、前記混合部から分岐され、
前記酸化剤バイパス供給管および前記混合部よりも下流側の前記酸化剤供給管には、前記混合部で混合された、前記酸化剤と前記ドライ燃焼ガスとからなる混合ガスが流れることを特徴とする請求項１記載のガスタービン設備。
【請求項４】
前記燃料供給管を流れる前記燃料の流量を検知する燃料流量検知部と、
前記酸化剤供給管を流れる前記酸化剤の流量を検知する酸化剤流量検知部と、
前記酸化剤バイパス供給管を流れる前記酸化剤の流量を検知する酸化剤バイパス流量検知部と、
前記酸化剤バイパス供給管を流れる前記酸化剤の流量を調整する酸化剤バイパス流量調整弁と、
前記燃料流量検知部、前記酸化剤流量検知部および前記酸化剤バイパス流量検知部からの検知信号に基づいて、前記酸化剤バイパス流量調整弁の開度を制御する制御部と
をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のガスタービン設備。
【請求項５】
前記燃料供給管を流れる前記燃料の流量を検知する燃料流量検知部と、
前記酸化剤供給管に供給される前記ドライ燃焼ガスの流量を検知するドライ燃焼ガス流量検知部と、
前記酸化剤供給管を流れる前記混合ガスの流量を検知する混合ガス流量検知部と、
前記酸化剤バイパス供給管を流れる前記酸化剤の流量を検知する酸化剤バイパス流量検知部と、
前記酸化剤バイパス供給管を流れる前記酸化剤の流量を調整する酸化剤バイパス流量調整弁と、
前記燃料流量検知部、前記ドライ燃焼ガス流量検知部、前記混合ガス流量検知部および前記酸化剤バイパス流量検知部からの検知信号に基づいて、前記酸化剤バイパス流量調整弁の開度を制御する制御部と
をさらに具備することを特徴とする請求項２記載のガスタービン設備。
【請求項６】
前記燃料供給管を流れる前記燃料の流量を検知する燃料流量検知部と、
前記混合部よりも上流側の前記酸化剤供給管を流れる前記酸化剤の流量を検知する酸化剤流量検知部と、
前記混合部に供給される前記ドライ燃焼ガスの流量を検知するドライ燃焼ガス流量検知部と、
前記酸化剤供給管を流れる前記混合ガスの流量を検知する混合ガス流量検知部と、
前記酸化剤バイパス供給管を流れる前記混合ガスの流量を検知する混合ガスバイパス流量検知部と、
前記酸化剤バイパス供給管を流れる前記混合ガスの流量を調整する混合ガスバイパス流量調整弁と、
前記燃料流量検知部、前記酸化剤流量検知部、前記ドライ燃焼ガス流量検知部、前記混合ガス流量検知部および前記混合ガスバイパス流量検知部からの検知信号に基づいて、前記混合ガスバイパス流量調整弁の開度を制御する制御部と
をさらに具備することを特徴とする請求項３記載のガスタービン設備。
【請求項７】
前記作動流体供給管を流れる前記作動流体の流量を検知する作動流体流量検知部と、
前記作動流体供給管を流れる前記作動流体の流量を調整する作動流体流量調整弁と
をさらに具備し、
前記制御部が、前記燃料流量検知部および前記作動流体流量検知部からの検知信号に基づいて、前記作動流体流量調整弁の開度を制御することを特徴とする請求項４記載のガスタービン設備。
【請求項８】
前記作動流体供給管を流れる前記作動流体の流量を検知する作動流体流量検知部と、
前記作動流体供給管を流れる前記作動流体の流量を調整する作動流体流量調整弁と
をさらに具備し、
前記制御部が、前記燃料流量検知部、前記ドライ燃焼ガス流量検知部および前記作動流体流量検知部からの検知信号に基づいて、前記作動流体流量調整弁の開度を制御することを特徴とする請求項５または６記載のガスタービン設備。
【請求項９】
前記ドライ燃焼ガスが二酸化炭素であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載のガスタービン設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ガスタービン設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プラントの高効率化は、二酸化炭素の削減や省資源などの要求から進められている。具体的には、ガスタービンや蒸気タービンの作動流体の高温化、コンバインドサイクル化などが積極的に進められている。また、二酸化炭素の回収技術についても、研究開発が進められている。
【０００３】
図５は、燃焼器において生成した二酸化炭素の一部を作動流体として循環させる、従来のガスタービン設備の系統図である。図５に示すように、空気分離機（図示しない）から分離された酸素は、圧縮機３１０によって昇圧され、流量調整弁３１１によって流量が制御される。流量調整弁３１１を通過した酸素は、熱交換器３１２において燃焼ガスからの熱量を受けて加熱され、燃焼器３１３に供給される。
【０００４】
燃料は、流量調整弁３１４によって流量が調節され、燃焼器３１３に供給される。この燃料は、炭化水素である。燃料および酸素は、燃焼器３１３内で反応（燃焼）する。燃料が酸素と燃焼すると、燃焼ガスとして二酸化炭素と水蒸気が生成する。燃料および酸素の流量は、それぞれが完全に混合した状態において量論混合比（理論混合比）となるように調整されている。
【０００５】
燃焼器３１３で生成した燃焼ガスは、タービン３１５に導入される。タービン３１５において膨張仕事をした燃焼ガスは、熱交換器３１２を通り、さらに、熱交換器３１６を通る。熱交換器３１６を通る際、水蒸気が凝縮して水となる。水は、配管３１９を通り外部に排出される。
【０００６】
水蒸気と分離された二酸化炭素は、圧縮機３１７で昇圧される。昇圧された二酸化炭素の一部は、流量調整弁３１８によって流量が調節され、外部に抽出される。二酸化炭素の残りは、熱交換器３１２において加熱され、燃焼器３１３に供給される。
【０００７】
ここで、燃焼器３１３に供給される二酸化炭素は、燃焼器３１３の壁面の冷却、燃焼ガスの希釈に使用される。そして、二酸化炭素は、燃焼器３１３内に導入され、燃焼ガスとともにタービン３１５に導入される。
【０００８】
上記した系統において、燃焼器３１３に供給された炭化水素と酸素とによって生成された二酸化炭素と水は、系統の外部に排出される。そして、残りの二酸化炭素は、系統内を循環する。
【０００９】
発電プラントでは電力の需要によって発電量を微調整する場合も多い。このような場合、ガスタービンにおいては、燃料流量を微調整する。上記した従来のガスタービン設備では、燃料と酸素が過不足なく反応（燃焼）するように、燃料流量および酸素流量は、それぞれが完全に混合した状態において量論混合比となるように調整されている。そのため、燃料流量の増減に伴い、酸素流量も増減しなくてはならない。
【００１０】
図５に示した従来のガスタービン設備では、流量調整弁３１１が熱交換器３１２の上流側に設置されており、流量調整弁３１１と燃焼器３１３との間の距離が離れている。発電プラントの大きさや設置レイアウトにもよるが、この距離は数十ｍとなることがある。この場合、燃料流量が急激に変化したとき、燃焼器３１３と酸素の流量調整弁３１１との距離が遠いため、酸素流量の追従性が悪くなる。そのため、系統内に余剰酸素または余剰燃料が残存する。
【００１１】
図６は、従来のガスタービン設備における、時間に対する燃料流量および酸素流量の変化を示した図である。燃料流量は、発電量によって変化している。量論混合比を維持するには、酸素流量も燃料流量の変化に伴い変化し、燃料と酸素の流量比を一定に維持する必要がある。しかしながら、図６に示すように、酸素流量の変化が少し遅れ、燃料と酸素の流量比は一定に維持されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平６−２６３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記したように、従来のガスタービン設備においては、燃料流量の変化に対して、酸素流量が追従できず、燃料と酸素の流量比を一定に維持することは困難であった。特に、燃料流量が増加側に変化した場合には、燃焼器から排出される燃焼ガス中に余剰燃料が残存する。これによって、系統内に燃料が循環するとともに、外部にも燃料が排出されることになる。
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、燃料流量の変化に対して、酸化剤流量が的確に追従し、燃料と酸化剤の流量比を一定に維持することができるガスタービン設備を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
実施形態のガスタービン設備は、燃料と酸化剤を燃焼させる燃焼器と、前記燃焼器から排出された燃焼ガスによって回動するタービンと、前記タービンから排出された前記燃焼ガスを冷却する熱交換器と、前記熱交換器を通過した前記燃焼ガスから水蒸気を除去してドライ燃焼ガスとする水蒸気除去器と、前記ドライ燃焼ガスの一部を作動流体として前記熱交換器を通して前記燃焼器に導く作動流体供給管と、前記ドライ燃焼ガスの残部を外部に排出する排出管とを備える。
【００１６】
さらに、ガスタービン設備は、前記燃焼器に燃料を供給する燃料供給管と、前記酸化剤を前記熱交換器を通して前記燃焼器に供給する酸化剤供給管と、前記酸化剤供給管から分岐され、前記熱交換器をバイパスして、前記熱交換器と前記燃焼器との間で前記酸化剤供給管に連結され、前記酸化剤供給管に酸化剤を導入する酸化剤バイパス供給管とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施の形態のガスタービン設備の系統図である。
【図２】第１の実施の形態のガスタービン設備における、時間に対する燃料流量および酸素流量の変化を示した図である。
【図３】第２の実施の形態のガスタービン設備の系統図である。
【図４】第３の実施の形態のガスタービン設備の系統図である。
【図５】燃焼器において生成した二酸化炭素の一部を作動流体として循環させる、従来のガスタービン設備の系統図である。
【図６】従来のガスタービン設備における、時間に対する燃料流量および酸素流量の変化を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態のガスタービン設備１０の系統図である。図１に示すように、ガスタービン設備１０は、燃料と酸化剤を燃焼させる燃焼器２０と、この燃焼器２０に燃料を供給する配管４０を備えている。燃焼器２０に供給される燃料は、配管４０に介在する流量調整弁２１によって流量が調整される。なお、配管４０は、燃料供給管として機能する。ここで、燃料として、例えば、メタン、天然ガスなどの炭化水素が使用されるが、一酸化炭素および水素などを含む石炭ガス化ガス燃料も使用できる。
【００２０】
酸化剤は、空気分離装置（図示しない）によって大気から分離され、配管４１に介在する圧縮機２２によって昇圧される。昇圧された酸化剤は、配管４１に介在する流量調整弁２３、３３によって流量が調整され、オリフィスなどの絞り部２４、熱交換器２５を通り、燃焼器２０に供給される。酸化剤は、熱交換器２５を通過することで、後述するタービン２８から排出された燃焼ガスから熱量を得て加熱される。なお、熱交換器２５を通過した酸化剤は、後述する配管４２から配管４１に導入された酸化剤とともに燃焼器２０に供給される。ここで、酸化剤として、酸素が使用される。
【００２１】
燃焼器２０に導かれた燃料および酸化剤は、燃焼領域に導入される。そして、燃料と酸化剤とが燃焼反応を生じ、燃焼ガスを生成する。ここで、ガスタービン設備１０においては、燃焼器２０から排出される燃焼ガスに、余剰の酸化剤（酸素）や燃料が残存しないことが好ましい。そこで、燃料および酸化剤の流量は、例えば、量論混合比（当量比１）になるように調整されている。なお、ここでいう当量比は、燃料と酸素が均一に混合したと想定したときの当量比（オーバーオールでの当量比）である。
【００２２】
ガスタービン設備１０は、配管４１から流量調整弁２３の下流において分岐し、熱交換器２５をバイパスして、熱交換器２５と燃焼器２０との間で配管４１に連結された配管４２を備えている。この配管４２には、圧縮機２６および配管４２を流れる酸化剤の流量を調整する流量調整弁２７が介在している。この配管４２は、燃料流量が変化した際、燃料流量の変化量に対応して、酸化剤を燃焼器２０近傍の配管４１に導入するために備えられている。なお、流量調整弁２７は、ある中間開度となっており、配管４２から配管４１に、ある一定量の酸化剤を常に導入している。
【００２３】
ここで、燃料流量が増加側に変化した際に瞬時に配管４２から燃焼器２０近傍の配管４１に酸化剤を導入できるように、圧縮機２６は、常時稼働している。圧縮機２６の上流側の配管４２には、流量調整弁２７を通過する流量より多くの酸化剤が流れている。そして、圧縮機２６の出口から排出された酸化剤の一部は、配管４３を通り圧縮機２６の入口に戻される。圧縮機２６の出口から入口に酸化剤を循環する際、酸化剤は、水や空気、その他の媒体による熱交換器などの冷却手段（図示しない）によって冷却される。
【００２４】
燃料流量が増加側に変化した際に配管４２から燃焼器２０近傍の配管４１に導入される酸化剤の流量は、例えば、酸化剤全体の流量の２０％以下である。また、配管４１には、絞り部２４が設けられ、さらには熱交換器２５を通るため、配管４２よりも流路抵抗は大きい。また、前述したように、流量調整弁２７を流れる酸化剤の流量は、圧縮機２６に入る流量より小さいため、流量調整弁２７を流れる流量が急に増加した場合、配管４３を流れる流量は、減少またはゼロになる。これらのことから、配管４２から燃焼器２０近傍の配管４１に酸化剤が流れたときでも、熱交換器２５を通過する配管４１を流れる酸化剤の流量は、ほとんど変化しない。
【００２５】
一方、燃料流量が減少側に変化した際には、流量調整弁２７を流れる酸化剤の流量も減少し、配管４３を通過し、圧縮機２６の入口に戻る酸化剤の流量が増加する。
【００２６】
配管４２は、熱交換器２５をバイパスしているため、配管４１を流れる酸化剤よりも低温の酸化剤が配管４２から燃焼器２０近傍の配管４１に導入される。しかしながら、前述したように、配管４２から燃焼器２０近傍の配管４１に導入される酸化剤の流量は少ないため、燃焼性に与える影響は小さい。
【００２７】
ここで、配管４１は、酸化剤供給管として、配管４２は、酸化剤バイパス供給管として、流量調整弁２７は、酸化剤バイパス流量調整弁として機能する。
【００２８】
ガスタービン設備１０は、燃焼器２０から排出された燃焼ガスによって回動するタービン２８を備えている。このタービン２８には、例えば、発電機２９が連結されている。ここでいう、燃焼器２０から排出される燃焼ガスは、燃料と酸化剤とによって生成された燃焼生成物と、燃焼器２０に供給されて燃焼生成物とともに燃焼器２０から排出される、後述するドライ燃焼ガス（二酸化炭素）とを含んだものである。
【００２９】
タービン２８から排出された燃焼ガスは、熱交換器２５を通過することによって冷却される。熱交換器２５を通過した燃焼ガスは、さらに熱交換器３０を通過する。燃焼ガスは、この熱交換器３０を通過することで、燃焼ガス中に含まれる水蒸気が除去され、ドライ燃焼ガスとなる。ここで、水蒸気は、熱交換器３０を通過することで、凝縮して水となる。水は、例えば配管４４を通り外部に排出される。なお、熱交換器３０は、水蒸気を除去する水蒸気除去器として機能する。
【００３０】
ここで、前述したように、燃料および酸化剤の流量を量論混合比（当量比１）になるように調整した場合、ドライ燃焼ガスの成分は、ほぼ二酸化炭素である。なお、ドライ燃焼ガスには、例えば、０．２％以下の微量の一酸化炭素が混在する場合も含まれる。
【００３１】
ドライ燃焼ガスは、配管４５に介在する圧縮機３１によって昇圧され、その一部は、配管４５から分岐された配管４６に流入する。そして、配管４６を流れるドライ燃焼ガスは、配管４６に介在する流量調整弁３２によって流量が調整され、熱交換器２５を通して燃焼器２０に導かれる。なお、配管４６は、作動流体供給管として機能し、流量調整弁３２は、作動流体流量調整弁として機能する。
【００３２】
配管４６を流れるドライ燃焼ガスは、熱交換器２５において、タービン２８から排出された燃焼ガスからの熱量を得て加熱される。燃焼器２０に導かれたドライ燃焼ガスは、例えば、燃焼器ライナの冷却を行い、希釈孔などから燃焼器ライナ内の燃焼領域の下流側に導入される。このドライ燃焼ガスは、燃焼によって生成された燃焼ガスとともにタービン２８を回動するため、作動流体として機能する。
【００３３】
一方、圧縮機３１によって昇圧されたドライ燃焼ガスの残部は、配管４５の端部から外部に排出される。ドライ燃焼ガスを外部に排出する配管４５の端部は、排出管としても機能する。
【００３４】
また、ガスタービン設備１０は、配管４０を流れる燃料の流量を検知する流量検知部５０、配管４１を流れる酸化剤の流量を検知する流量検知部５１、配管４２を流れる酸化剤の流量を検知する流量検知部５２、配管４６を流れるドライ燃焼ガス（作動流体）の流量を検知する流量検知部５３を備えている。各流量検知部は、例えば、ベンチュリ管やコリオリ流量計などの流量計で構成される。
【００３５】
ここで、流量検知部５０は、燃料流量検知部として、流量検知部５１は、酸化剤流量検知部として、流量検知部５２は、酸化剤バイパス流量検知部として、流量検知部５３は、作動流体流量検知部として機能する。
【００３６】
ガスタービン設備１０は、例えば、上記した各流量検知部５０、５１、５２、５３からの検知信号に基づいて、各流量調整弁２１、２３、２７、３２、３３の開度を制御する制御部６０を備えている。この制御部６０は、例えば、演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）やランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの記憶手段、出入力手段などを主に備えている。ＣＰＵでは、例えば、記憶手段に格納されたプログラムやデータなどを用いて各種の演算処理を実行する。
【００３７】
出入力手段は、外部機器から電気信号を入力したり、外部機器に電気信号を出力する。具体的には、出入力手段は、例えば、各流量検知部５０、５１、５２、５３、各流量調整弁２１、２３、２７、３２、３３などと各種信号の出入力が可能に接続されている。この制御部６０が実行する処理は、例えばコンピュータ装置などで実現される。
【００３８】
次に、燃焼器２０に供給される、燃料、酸化剤（酸素）、作動流体としてのドライ燃焼ガス（二酸化炭素）の流量調整に係る動作について、図１を参照して説明する。
【００３９】
ガスタービン設備１０の運転時において、制御部６０は、流量検知部５０からの出力信号を出入力手段を介して入力する。入力した出力信号に基づいて、燃料流量が変化したか否かを判定する。
【００４０】
燃料流量が変化していないと判定した場合には、制御部６０は、入力した出力信号に基づいて、燃料流量が変化したか否かの判定を繰り返す。
【００４１】
燃料流量が増加側に変化したと判定した場合には、制御部６０は、流量検知部５０、流量検知部５１および流量検知部５２からの出力信号を出入力手段を介して入力し、記憶手段に格納されたプログラムやデータなどを用いて演算装置において、燃料および酸素の流量から当量比を算出する。
【００４２】
算出された当量比が１の場合には、再度、燃料流量が変化したか否かの判定を繰り返す。
【００４３】
算出された当量比が１を超える場合には、制御部６０は、流量検知部５０、流量検知部５１および流量検知部５２からの出力信号、記憶手段に格納されたプログラムやデータなどを用いて演算装置において、当量比を１とするために、配管４２から配管４１に導入する酸素流量を算出する。制御部６０は、算出した酸素流量が配管４１に導入できるように、弁開度を調整するための出力信号を出入力手段から流量調整弁２７に出力する。なお、この場合、流量調整弁２７は、弁開度を開く方向に調整される。
【００４４】
一方、燃料流量が減少側に変化したと判定した場合には、制御部６０は、流量検知部５０、流量検知部５１および流量検知部５２からの出力信号を出入力手段を介して入力し、記憶手段に格納されたプログラムやデータなどを用いて演算装置において、燃料および酸素の流量から当量比を算出する。
【００４５】
算出された当量比が１の場合には、再度、燃料流量が変化したか否かの判定を繰り返す。
【００４６】
算出された当量比が１より小さい場合には、制御部６０は、流量検知部５０、流量検知部５１および流量検知部５２からの出力信号、記憶手段に格納されたプログラムやデータなどを用いて演算装置において、当量比を１とするために、配管４２から配管４１に導入する酸素流量を算出する。制御部６０は、算出した酸素流量が配管４１に導入できるように、弁開度を調整するための出力信号を出入力手段から流量調整弁２７に出力する。なお、この場合、流量調整弁２７は、弁開度を閉じる方向に調整される。
【００４７】
続いて、制御部６０の演算装置において、出入力手段から入力された流量検知部５０および流量検知部５３からの出力信号に基づいて、燃焼器２０に作動流体として供給するドライ燃焼ガス（二酸化炭素）の流量を算出する。なお、ドライ燃焼ガス（二酸化炭素）の流量を、流量検知部５１、流量検知部５２および流量検知部５３からの出力信号に基づいて算出することもできる。
【００４８】
ここで、作動流体として供給するドライ燃焼ガス（二酸化炭素）の流量は、例えば、燃焼器２０に供給する燃料の流量に基づいて定められる。例えば、燃焼器２０において燃料を燃焼させることで生成した二酸化炭素の生成量に相当する分を、排出管として機能する配管４５の終端から外部に排出する。例えば、燃料の流量が一定の場合、燃焼器２０全体に供給される二酸化炭素の流量を一定とするように制御している。すなわち、燃料の流量が一定の場合に、一定の流量の二酸化炭素が系統内を循環する。
【００４９】
続いて、制御部６０は、出入力手段から入力された流量検知部５３からの出力信号に基づいて、算出した二酸化炭素の流量が配管４６に流れるように、弁開度を調整するための出力信号を出入力手段から流量調整弁３２に出力する。
【００５０】
上記したように制御され、燃料、酸化剤、作動流体としてのドライ燃焼ガスは、燃焼器２０に供給される。このような制御を行うことで、例えば、燃料流量が増加側に変化した場合においても、配管４２から配管４１に導入する酸化剤の流量を瞬時に調整することができる。
【００５１】
ここで、図２は、第１の実施の形態のガスタービン設備１０における、時間に対する燃料流量および酸素流量の変化を示した図である。図２に示すように、例えば、燃料流量が変化した場合、流量調整弁２７を制御して、燃料流量の変化量に対応させて、配管４２から配管４１へ導入される酸素（図２ではバイパス酸素と記載）流量を調整する。なお、絞り部２４、熱交換器２５を通過して配管４１を流れる酸素の流量は、流量調整弁２７の弁開度を調整した後においても一定に維持されている。
【００５２】
酸素流量は、バイパス酸素流量を調整することで、図２に示すように、燃料流量の変化に対して、時間的な遅れをほとんど生じることなく、追従して変化している。そのため、燃焼器２０に供給される燃料と酸素の流量比が一定に維持され、例えば、量論混合比（当量比１）が維持される。
【００５３】
上記したように、第１の実施の形態のガスタービン設備１０によれば、配管４２を備えることで、例えば、酸化剤の流量を調整する流量調整弁２３が燃焼器２０から離れた位置に設けられていても、燃料流量が変化したとき、燃焼器２０の近傍の配管４１に、燃料流量の変化量に対応する酸化剤を瞬時に導入することができる。これによって、燃料流量が変化しても、瞬時に、燃料および酸化剤の流量を量論混合比（当量比１）になるように調整することができる。
【００５４】
また、配管４２は、熱交換器２５をバイパスしているため、配管４２に高温の酸化剤が流れることがない。そのため、配管４２に介在する流量調整弁２７として、高価な高温用の弁を使用する必要はない。
【００５５】
（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態のガスタービン設備１１の系統図である。なお、第１の実施の形態のガスタービン設備１０の同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
【００５６】
第２の実施の形態のガスタービン設備１１は、ドライ燃焼ガス供給管を備える構成が、第１の実施の形態のガスタービン設備１０とは異なる。ここでは、この異なる構成について主に説明する。
【００５７】
図３に示すように、タービン２８から排出された燃焼ガスは、熱交換器３０を通過することで、燃焼ガス中に含まれる水蒸気が除去され、ドライ燃焼ガス（二酸化炭素）となる。ドライ燃焼ガスの一部は、ドライ燃焼ガスが流れる配管４５から分岐された配管７０に流入する。そして、配管７０に流入したドライ燃焼ガスは、配管７０に介在する流量調整弁８０によって流量が調整され、配管４１の、配管４２が分岐された位置よりも下流側に導入される。そのため、配管７０が連結された位置よりも下流側の配管４１には、酸化剤（酸素）とドライ燃焼ガスとからなる混合ガスが流れる。ここで、配管７０は、ドライ燃焼ガス供給管として機能する。
【００５８】
配管７０から配管４１に導入されたドライ燃焼ガスは、流量調整弁２３、８１によって流量が調整された酸化剤と混合し、配管４１に介在する圧縮機２２によって昇圧される。昇圧された混合ガスは、絞り部２４、熱交換器２５を通り、燃焼器２０に供給される。混合ガスは、熱交換器２を通過することで、タービン２８から排出された燃焼ガスから熱量を得て加熱される。なお、熱交換器２５を通過した混合ガスは、配管４２から配管４１に導入された酸化剤とともに燃焼器２０に供給される。
【００５９】
燃焼器２０に導かれた燃料、酸化剤および混合ガスは、燃焼領域に導入される。そして、燃料と酸化剤とが燃焼反応を生じ、燃焼ガスを生成する。ここで、ガスタービン設備１１においては、燃焼器２０から排出される燃焼ガスに、余剰の酸化剤（酸素）や燃料が残存しないことが好ましい。そこで、燃料および酸化剤の流量は、例えば、量論混合比（当量比１）になるように調整されている。
【００６０】
ここで、混合ガスにおける酸化剤とドライ燃焼ガス（二酸化炭素）の混合比は、一定に維持されている。また、燃焼器２０における燃焼性の安定を図る観点から、例えば、混合ガスに対する酸化剤の割合は、１５〜４０質量％の範囲で設定されることが好ましい。また、混合ガスに対する酸化剤の割合を２０〜３０質量％とすることがより好ましい。
【００６１】
なお、ドライ燃焼ガスのうち、配管７０を流れるもの以外は、圧縮機３１によって昇圧される。昇圧されたドライ燃焼ガスの一部は、配管４６を流れ、残りは、配管４５の端部から外部に排出される。
【００６２】
ガスタービン設備１１は、配管４２が分岐された位置よりも上流側の配管４１を流れる酸化剤の流量を検知する流量検知部９０、配管４１に導入されるドライ燃焼ガスの流量を検知する流量検知部９１、配管４１を流れる混合ガスの流量を検知する流量検知部９２を備えている。各流量検知部は、例えば、ベンチュリ管やコリオリ流量計などの流量計で構成される。
【００６３】
ここで、流量検知部９０は、酸化剤流量検知部として、流量検知部９１は、ドライ燃焼ガス流量検知部として、流量検知部９２は、混合ガス流量検知部として機能する。
【００６４】
制御部６０の出入力手段は、第１に実施の形態で示した以外に、さらに各流量検知部９０、９１、９２、各流量調整弁８０、８１などと各種信号の出入力が可能に接続されている。
【００６５】
次に、燃焼器２０に供給される、酸化剤（酸素）およびドライ燃焼ガス（二酸化炭素）からなる混合ガス、配管４２を流れる酸化剤、燃料、作動流体としてのドライ燃焼ガス（二酸化炭素）の流量調整に係る動作について、図３を参照して説明する。
【００６６】
ガスタービン設備１１の運転時において、制御部６０は、流量検知部５０からの出力信号を出入力手段を介して入力する。入力した出力信号に基づいて、燃料流量が変化したか否かを判定する。
【００６７】
燃料流量が変化していないと判定した場合には、制御部６０は、入力した出力信号に基づいて、燃料流量が増加側に変化したか否かの判定を繰り返す。
【００６８】
燃料流量が増加側に変化したと判定した場合には、制御部６０は、流量検知部５０および流量検知部９０からの出力信号を出入力手段を介して入力し、記憶手段に格納されたプログラムやデータなどを用いて演算装置において、燃料および酸素の流量から当量比を算出する。
【００６９】
算出された当量比が１の場合には、再度、燃料流量が変化したか否かの判定を繰り返す。
【００７０】
算出された当量比が１を超える場合には、制御部６０は、流量検知部５０、流量検知部５２、流量検知部９１および流量検知部９２からの出力信号、記憶手段に格納されたプログラムやデータなどを用いて演算装置において、当量比を１とするために、配管４２から配管４１に導入する酸素流量を算出する。
【００７１】
そして、制御部６０は、算出した酸素流量が配管４１に導入できるように、弁開度を調整するための出力信号を出入力手段から流量調整弁２７に出力する。なお、この場合、流量調整弁２７は、弁開度を開く方向に調整される。この際、配管４２から配管４１に導入される酸素流量は少ないため、燃焼性に与える影響は小さい。
【００７２】
一方、燃料流量が減少側に変化したと判定した場合には、制御部６０は、流量検知部５０および流量検知部９０からの出力信号を出入力手段を介して入力し、記憶手段に格納されたプログラムやデータなどを用いて演算装置において、燃料および酸素の流量から当量比を算出する。
【００７３】
算出された当量比が１の場合には、再度、燃料流量が変化したか否かの判定を繰り返す。
【００７４】
算出された当量比が１より小さい場合には、制御部６０は、流量検知部５０、流量検知部５２、流量検知部９１および流量検知部９２からの出力信号、記憶手段に格納されたプログラムやデータなどを用いて演算装置において、当量比を１とするために、配管４２から配管４１に導入する酸素流量を算出する。
【００７５】
そして、制御部６０は、算出した酸素流量が配管４１に導入できるように、弁開度を調整するための出力信号を出入力手段から流量調整弁２７に出力する。なお、この場合、流量調整弁２７は、弁開度を閉じる方向に調整される。
【００７６】
なお、燃料流量の変化がないときには、流量調整弁２７は、ある一定開度に開いた状態となっている。
【００７７】
続いて、制御部６０の演算装置において、出入力手段から入力された流量検知部５０、流量検知部５３および流量検知部９１からの出力信号に基づいて、燃焼器２０に作動流体として供給するドライ燃焼ガス（二酸化炭素）の流量を算出する。
【００７８】
ここで、作動流体として供給するドライ燃焼ガス（二酸化炭素）の流量は、例えば、燃焼器２０に供給する燃料の流量に基づいて定められる。例えば、燃焼器２０において燃料を燃焼させることで生成した二酸化炭素の生成量に相当する分を、排出管として機能する配管４５の終端から外部に排出する。例えば、燃料の流量が一定の場合、燃焼器２０全体に供給される二酸化炭素の流量を一定とするように制御している。すなわち、燃料の流量が一定の場合に、一定の流量の二酸化炭素が系統内を循環する。
【００７９】
続いて、制御部６０は、出入力手段から入力された流量検知部５３からの出力信号に基づいて、算出した二酸化炭素の流量が配管４６に流れるように、弁開度を調整するための出力信号を出入力手段から流量調整弁３２に出力する。
【００８０】
上記したように制御され、混合ガス、酸化剤、燃料、作動流体としてのドライ燃焼ガスは、燃焼器２０に供給される。このような制御を行うことで、例えば、燃料流量が増加側に変化した場合においても、配管４２から配管４１に導入する酸化剤の流量を瞬時に調整することができる。
【００８１】
なお、図示しないが、燃料流量が変化したときの、第２の実施の形態のガスタービン設備１１における、時間に対する燃料流量および酸素流量の変化は、図２に示した第１の実施の形態のガスタービン設備１０の場合と同様に変化する。すなわち、酸素流量は、バイパス酸素流量を調整することで、燃料流量の変化に対して、時間的な遅れをほとんど生じることなく、追従して変化する。そのため、燃焼器２０に供給される燃料と酸素の流量比が一定に維持され、例えば、量論混合比（当量比１）が維持される。
【００８２】
上記したように、第２の実施の形態のガスタービン設備１１によれば、配管４２を備えることで、例えば、酸化剤の流量を調整する流量調整弁２３が燃焼器２０から離れた位置に設けられていても、燃料流量が変化したとき、燃焼器２０の近傍の配管４１に、燃料流量の増加分に対応する酸化剤を瞬時に導入することができる。これによって、燃料流量が増加側に変化しても、瞬時に、燃料および酸化剤の流量を量論混合比（当量比１）になるように調整することができる。
【００８３】
また、配管４２は、熱交換器２５をバイパスしているため、配管４２に高温の酸化剤が流れることがない。そのため、配管４２に介在する流量調整弁２７として、高価な高温用の弁を使用する必要はない。
【００８４】
（第３の実施の形態）
図４は、第３の実施の形態のガスタービン設備１２の系統図である。なお、第１の実施の形態のガスタービン設備１０または第２の実施の形態のガスタービン設備１１と同一の構成部分には同一の符号を付して重複する説明を省略または簡略する。
【００８５】
第３の実施の形態のガスタービン設備１２は、ドライ燃焼ガス供給管を備える構成および配管４２の構成が、第１の実施の形態のガスタービン設備１０とは異なる。ここでは、この異なる構成について主に説明する。
【００８６】
図４に示すように、タービン２８から排出された燃焼ガスは、熱交換器３０を通過することで、燃焼ガス中に含まれる水蒸気が除去され、ドライ燃焼ガス（二酸化炭素）となる。ドライ燃焼ガスの一部は、ドライ燃焼ガスが流れる配管４５から分岐された配管７０に流入する。そして、配管７０に流入したドライ燃焼ガスは、配管７０に介在する流量調整弁８０によって流量が調整され、配管４１に介在する混合部１００に導入される。この混合部１００は、例えば、配管４１の流路断面積を拡大した空間である。この空間において、酸化剤（酸素）とドライ燃焼ガス（二酸化炭素）との混合を促進する。
【００８７】
そのため、混合部１００よりも下流側の配管４１には、流量調整弁２３によって流量が調整された酸化剤とドライ燃焼ガスとからなる混合ガスが流れる。ここで、配管７０は、ドライ燃焼ガス供給管として機能する。
【００８８】
混合部１００から流出して配管４１を流れる混合ガスは、配管４１に介在する圧縮機２２によって昇圧される。昇圧された混合ガスは、絞り部２４、熱交換器２５を通り、燃焼器２０に供給される。混合ガスは、熱交換器２５を通過することで、タービン２８から排出された燃焼ガスから熱量を得て加熱される。なお、熱交換器２５を通過した混合ガスは、配管４２から配管４１に導入された混合ガスとともに燃焼器２０に供給される。
【００８９】
燃焼器２０に導かれた燃料および混合ガスは、燃焼領域に導入される。そして、燃料と酸化剤とが燃焼反応を生じ、燃焼ガスを生成する。ここで、ガスタービン設備１２においては、燃焼器２０から排出される燃焼ガスに、余剰の酸化剤（酸素）や燃料が残存しないことが好ましい。そこで、燃料および酸化剤の流量は、例えば、量論混合比（当量比１）になるように調整されている。なお、混合ガスに対する酸化剤の割合は、第２の実施の形態で説明したとおりである。
【００９０】
配管４１の混合部１００から分岐された配管４２は、熱交換器２５をバイパスして、熱交換器２５と燃焼器２０との間で配管４１に、混合ガスを導入できるように構成されている。配管４２には、圧縮機２６および配管４２を流れる混合ガスの流量を調整する流量調整弁１１１が介在している。この配管４２は、燃料流量が変化した際、燃料流量の変化量に対応して、混合ガスを配管４１に導入するために備えられている。なお、流量調整弁１１１は、通常時はある中間開度で開いており、配管４２から燃焼器２０近傍の配管４１に混合ガスを常に導入している。
【００９１】
ここで、燃料流量が変化した際に瞬時に、配管４２から配管４１に混合ガスを導入できるように、圧縮機２６は、常時稼働している。そして、流量調整弁１１１を通過する流量が変化する分、圧縮機２６の出口から排出された混合ガスの一部が通過する配管４３を通る流量も変化する。
【００９２】
圧縮機２６の出口から入口に混合ガスを循環する際、混合ガスは、水、空気やその他の媒体による熱交換器などの冷却手段（図示しない）によって冷却される。
【００９３】
燃料流量が増加側に変化した際に配管４２から配管４１に導入される混合ガスの流量は、例えば、混合ガス全体の流量の２０％以下である。また、配管４１には、絞り部２４が設けられ、さらには熱交換器２５を通るため、配管４２よりも流路抵抗は大きい。これらのことから、配管４２に混合ガスが流れたときでも、配管４１を流れる混合ガスの流量は、ほとんど変化しない。
【００９４】
また、配管４２は熱交換器２５をバイパスしているため、配管４１を流れる混合ガスよりも低温の混合ガスが配管４２から配管４１に導入される。しかしながら、前述したように、配管４２から配管４１に導入される混合ガスの流量は少ないため、燃焼性に与える影響は小さい。
【００９５】
ここで、配管４１は、酸化剤供給管として、配管４２は、酸化剤バイパス供給管として、流量調整弁１１１は、混合ガスバイパス流量調整弁として機能する。
【００９６】
なお、ドライ燃焼ガスのうち、配管７０を流れるもの以外は、圧縮機３１によって昇圧される。昇圧されたドライ燃焼ガスの一部は、配管４６を流れ、残りは、配管４５の端部から外部に排出される。
【００９７】
ガスタービン設備１２は、混合部１００が設けられた位置よりも上流側の配管４１を流れる酸化剤の流量を検知する流量検知部９０、混合部１００に導入されるドライ燃焼ガスの流量を検知する流量検知部９１、配管４１を流れる混合ガスの流量を検知する流量検知部９２、配管４２を流れる混合ガスの流量を検知する流量検知部１１０を備えている。各流量検知部は、例えば、ベンチュリ管やコリオリ流量計などの流量計で構成される。
【００９８】
ここで、流量検知部９０は、酸化剤流量検知部として、流量検知部９１は、ドライ燃焼ガス流量検知部として、流量検知部９２は、混合ガス流量検知部として、流量検知部１１０は、混合ガスバイパス流量検知部として機能する。
【００９９】
制御部６０の出入力手段は、第１に実施の形態で示した以外に、さらに各流量検知部９０、９１、９２、１１０、各流量調整弁３３、８０、１１１などと各種信号の出入力が可能に接続されている。
【０１００】
次に、燃焼器２０に供給される、酸化剤（酸素）およびドライ燃焼ガス（二酸化炭素）からなる混合ガス、配管４２を流れる混合ガス、燃料、作動流体としてのドライ燃焼ガス（二酸化炭素）の流量調整に係る動作について、図４を参照して説明する。
【０１０１】
ガスタービン設備１２の運転時において、制御部６０は、流量検知部５０からの出力信号を出入力手段を介して入力する。入力した出力信号に基づいて、燃料流量が変化したか否かを判定する。
【０１０２】
燃料流量が変化していないと判定した場合には、制御部６０は、入力した出力信号に基づいて、燃料流量が変化したか否かの判定を繰り返す。
【０１０３】
燃料流量が増加側に変化したと判定した場合には、制御部６０は、流量検知部５０および流量検知部９０からの出力信号を出入力手段を介して入力し、記憶手段に格納されたプログラムやデータなどを用いて演算装置において、燃料および酸素の流量から当量比を算出する。
【０１０４】
算出された当量比が１の場合には、再度、燃料流量が変化したか否かの判定を繰り返す。
【０１０５】
算出された当量比が１を超える場合には、制御部６０は、流量検知部５０、流量検知部９０、流量検知部９１、流量検知部９２および流量検知部１１０からの出力信号、記憶手段に格納されたプログラムやデータなどを用いて演算装置において、当量比を１とするために、配管４２から燃焼器２０近傍の配管４１に導入する混合ガス流量を算出する。なお、混合部１００で形成される混合ガスにおける酸化剤（酸素）とドライ燃焼ガス（二酸化炭素）との混合比は一定としている。
【０１０６】
そして、制御部６０は、算出した混合ガス流量が配管４１に導入できるように、弁開度を調整するための出力信号を出入力手段から流量調整弁１１１に出力する。なお、この場合、流量調整弁１１１は、弁開度を開く方向に調整される。
【０１０７】
一方、燃料流量が減少側に変化したと判定した場合には、制御部６０は、流量検知部５０および流量検知部９０からの出力信号を出入力手段を介して入力し、記憶手段に格納されたプログラムやデータなどを用いて演算装置において、燃料および酸素の流量から当量比を算出する。
【０１０８】
算出された当量比が１の場合には、再度、燃料流量が変化したか否かの判定を繰り返す。
【０１０９】
算出された当量比が１より小さい場合には、制御部６０は、流量検知部５０、流量検知部９０、流量検知部９１、流量検知部９２および流量検知部１１０からの出力信号、記憶手段に格納されたプログラムやデータなどを用いて演算装置において、当量比を１とするために、配管４２から燃焼器２０近傍の配管４１に導入する混合ガス流量を算出する。
【０１１０】
そして、制御部６０は、算出した混合ガス流量が配管４１に導入できるように、弁開度を調整するための出力信号を出入力手段から流量調整弁１１１に出力する。なお、この場合、流量調整弁１１１は、弁開度を閉じる方向に調整される。
【０１１１】
なお、燃料流量の変化がないときには、流量調整弁１１１は、ある一定開度に開いた状態となっている。
【０１１２】
続いて、制御部６０の演算装置において、出入力手段から入力された流量検知部５０、流量検知部５３および流量検知部９１からの出力信号に基づいて、燃焼器２０に作動流体として供給するドライ燃焼ガス（二酸化炭素）の流量を算出する。
【０１１３】
ここで、作動流体として供給するドライ燃焼ガス（二酸化炭素）の流量は、例えば、燃焼器２０に供給する燃料の流量に基づいて定められる。例えば、燃焼器２０において燃料を燃焼させることで生成した二酸化炭素の生成量に相当する分を、排出管として機能する配管４５の終端から外部に排出する。例えば、燃料の流量が一定の場合、燃焼器２０全体に供給される二酸化炭素の流量を一定とするように制御している。すなわち、燃料の流量が一定の場合に、一定の流量の二酸化炭素が系統内を循環する。
【０１１４】
続いて、制御部６０は、出入力手段から入力された流量検知部５３からの出力信号に基づいて、算出した二酸化炭素の流量が配管４６に流れるように、弁開度を調整するための出力信号を出入力手段から流量調整弁３２に出力する。
【０１１５】
上記したように制御され、配管４１、４２を流れる混合ガス、燃料、作動流体としてのドライ燃焼ガスは、燃焼器２０に供給される。このような制御を行うことで、例えば、燃料流量が増加側に変化した場合においても、配管４２から配管４１に導入する混合ガスの流量を瞬時に調整することができる。
【０１１６】
なお、図示しないが、燃料流量が変化したときの、第３の実施の形態のガスタービン設備１２における、時間に対する燃料流量および酸素流量の変化は、図２に示した第１の実施の形態のガスタービン設備１０の場合と同様に変化する。すなわち、酸素流量は、配管４２を流れる混合ガスの流量を調整することで、燃料流量の変化に対して、時間的な遅れをほとんど生じることなく、追従して変化する。そのため、燃焼器２０に供給される燃料と酸素の流量比が一定に維持され、例えば、量論混合比（当量比１）が維持される。
【０１１７】
上記したように、第３の実施の形態のガスタービン設備１２によれば、配管４２を備えることで、例えば、酸化剤の流量を調整する流量調整弁２３が燃焼器２０から離れた位置に設けられていても、燃料流量が変化したとき、燃焼器２０の近傍の配管４１に、燃料流量の変化量に対応する酸化剤を含む混合ガスを瞬時に導入することができる。これによって、燃料流量が変化しても、瞬時に、燃料および酸化剤の流量を量論混合比（当量比１）になるように調整することができる。
【０１１８】
また、配管４２は、熱交換器２５をバイパスしているため、配管４２に高温の混合ガスが流れることがない。そのため、配管４２に介在する流量調整弁１１１として、高価な高温用の弁を使用する必要はない。
【０１１９】
以上説明した実施形態によれば、燃料流量の変化に対して、酸化剤流量が的確に追従し、燃料と酸化剤の流量比を一定に維持することが可能となる。
【０１２０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１２１】
１０，１１，１２…ガスタービン設備、２０…燃焼器、２１，２３，２７，３２，３３，８０，８１，１１１…流量調整弁、２２，２６，３１…圧縮機、２４…絞り部、２５，３０…熱交換器、２８…タービン、２９…発電機、４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６，７０…配管、５０，５１，５２，５３，９０，９１，９２，１１０…流量検知部、６０…制御部、１００…混合部。
【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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