(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼させる燃焼器と、該燃焼器から導出された燃焼ガスによって回転駆動されるタービンと、該タービンが回転駆動することによって回転駆動して空気を圧縮する圧縮機と、を備えるガスタービンと、
該ガスタービンから導出された排気ガスと熱交換して加熱圧縮水および蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
該排熱回収ボイラから導出された加熱圧縮水と、前記燃焼器に導かれる燃料とが熱交換する第１熱交換手段と、
該第１熱交換手段から導出された燃料と、前記圧縮機によって圧縮された圧縮空気とが直接熱交換する第２熱交換手段と、備え、
前記第１熱交換手段から導出された前記燃料との直接熱交換によって低下させた前記圧縮空気の温度を前記排熱回収ボイラから導出された加熱圧縮水との熱交換によって更に低下させるガスタービンプラント。
【請求項２】
前記第２熱交換手段は、円筒状の熱交換器本体と、該熱交換器本体の各端部に設けられた一対の鏡板と、該熱交換器本体の内部に設けられた複数の空気流路管とを備え、該複数の空気流路管に流れる空気と該複数の空気流路管の外周を流れる燃料とが熱交換するように構成されたシェルアンドチューブ式の熱交換器である請求項１に記載のガスタービンプラント。
【請求項３】
前記第２熱交換手段は、導出される燃料を、該燃料の自己着火温度未満の所定の一定温度に保持するように制御する温度制御手段を備える請求項１または請求項２に記載のガスタービンプラント。
【請求項４】
前記温度制御手段は、導出される燃料の温度を検出する温度検出器と、該温度検出器の出力信号に基づいて前記第２熱交換手段に導かれる燃料の流量を調整する流量調整手段と、前記第２熱交換手段に導かれる燃料をバイパスするバイパス手段と、を備える請求項３に記載のガスタービンプラント。
【請求項５】
燃料を燃焼する燃焼器と、該燃焼器から導出された燃焼ガスによって回転駆動されるタービンと、該タービンが回転駆動することによって回転駆動して空気を圧縮する圧縮機と、を備えるガスタービンの制御方法において、
前記燃焼器に導かれる燃料は、前記タービンから導出された排気ガスと熱交換させて排熱回収ボイラから導出された加熱圧縮水と第１熱交換手段により熱交換させた後、前記圧縮機によって圧縮された圧縮空気と第２熱交換手段により直接熱交換させて所定の温度に加熱され、
前記第１熱交換手段から導出された燃料との直接熱交換によって低下させた前記圧縮空気の温度を前記排熱回収ボイラから導出された加熱圧縮水によって更に低下させるガスタービンプラントの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンプラントおよびこの制御方法に関し、特に、ガスタービンに供給される燃料の加熱に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスタービンコンバインドプラントにおいては、空気を空気圧縮機で圧縮してガスタービンに設けられている燃焼器に送り、燃焼器内に供給された燃料ガスを燃焼させている。この燃焼器内で生じた高温高圧の燃焼ガスをガスタービン中で膨張させることにより、ガスタービンを駆動してガスタービン用発電機を駆動する。これにより、ガスタービン用発電機は、電力を生じることとなる。
【０００３】
また、ガスタービンから排出される排気ガスは、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）へと導かれて、その排熱（約６００℃）を用いて排熱回収ボイラにて蒸気を発生させる。排熱回収ボイラにおいて発生した蒸気は、蒸気タービンに導かれて蒸気タービンを駆動して蒸気タービン用発電機の動力を生み出すようになっている。
【０００４】
蒸気タービンを駆動した蒸気は、蒸気タービンから排出されて復水器に導かれる。復水器に導かれた蒸気は、海水等の冷却水によって冷却されて凝縮される。凝縮された蒸気は、復水となって排熱回収ボイラの給水系統へと導かれる。
【０００５】
このようなガスタービンコンバインドプラントでは、ガスタービンのタービンロータを冷却するために用いる空気（以下、「ＧＴロータ冷却空気」という。）には、空気圧縮機によって圧縮された高温（例えば、約４４０℃）の空気を用いている。この圧縮空気の一部を空気冷却器にて大気と熱交換させた場合には、圧縮空気が有していた熱を系外にそのまま放出することになる。そのため、この系外に放出する熱を用いてガスタービンの燃焼器へと導かれる燃料ガスを加熱するための熱回収を行う空気冷却兼燃料加熱器が設けられている。
【０００６】
この空気冷却兼燃料加熱器は、その外部下方に空気冷却兼燃料加熱器内へと空気を送り込むファンが設置されている（例えば、特許文献１）。そのため、空気圧縮機から空気冷却兼燃料加熱器へと導かれる約４４０℃のＧＴロータ冷却空気は、空気冷却兼燃料加熱器に設けられているファンにより送風される大気と熱交換することによって約２００℃に冷却される。この約２００℃に冷却されたＧＴロータ冷却空気は、ガスタービンに導かれてタービンロータなどを冷却してタービンの損傷の発生を防止することとなる。
【０００７】
一方、空気冷却兼燃料加熱器においてＧＴロータ冷却空気と熱交換した大気は、その温度が約２２０℃とされる。この約２２０℃とされた大気は、空気冷却兼燃料加熱器に導かれる燃料ガスと熱交換する。空気冷却兼燃料加熱器において約２２０℃の大気と熱交換した燃料ガスは、約２００℃に加熱されることとなる。
【０００８】
特許文献２および特許文献３には、空気冷却兼燃料加熱器を通過して温度が約２００℃となった燃料ガスと、排熱回収ボイラから導出された温度が約２６０℃の蒸気と、を熱交換させる燃料ガス熱交換器を設けて、さらに約２４０℃にまで燃料ガスを加熱してガスタービンの燃焼器へと導くことによって、ガスタービンコンバインドプラントの熱効率の改善を図ることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−２８４６８９号公報
【特許文献２】特開平１１−１１７７１２号公報
【特許文献３】特開平１１−１１７７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載の発明は、ファンにより送風される大気と、ＧＴロータ冷却空気および燃料ガスとを熱交換させて空気圧縮機から導かれる空気の熱回収を行っているが、未だ放熱ロスを生じているという問題があった。
【００１１】
また、特許文献２および特許文献３に記載の発明は、空気冷却兼燃料加熱器と燃料ガス熱交換器とを用いることによって燃料ガスの加熱を行っているが、昇温できる温度はせいぜい二百数十℃程度である。そのため、ガスタービンプラントの熱効率の改善を図るためには、燃料をより高温に加熱することが好ましい。しかし、従来の技術では、ガスタービンコンバインドプラントの熱効率アップに十分に寄与できる高温度に燃料を加熱することが困難であるという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、熱効率アップに十分に寄与できる高温度に燃料を加熱することが可能なガスタービンプラントおよびこの制御方法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】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明のガスタービンプラントおよびこの制御方法は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るガスタービンプラントによれば、燃料を燃焼させる燃焼器と、該燃焼器から導出された燃焼ガスによって回転駆動されるタービンと、該タービンが回転駆動することによって回転駆動して空気を圧縮する圧縮機と、を備えるガスタービンと、該ガスタービンから導出された排気ガスと熱交換して加熱圧縮水および蒸気を生成する排熱回収ボイラと、該排熱回収ボイラから導出された加熱圧縮水と、前記燃焼器に導かれる燃料とが熱交換する第１熱交換手段と、該第１熱交換手段から導出された燃料と、前記圧縮機によって圧縮された圧縮空気とが直接熱交換する第２熱交換手段と、を備え、前記第１熱交換手段から導出された燃料との直接熱交換によって低下させた前記圧縮空気の温度を前記排熱回収ボイラから導出された加熱圧縮水によって更に低下させることを特徴とする。
【００１４】
本発明においては、まず、排熱回収ボイラから導出された加熱圧縮水とガスタービンの燃焼器に導かれる燃料とを第１熱交換手段によって熱交換させることにした。次いで、圧縮機によって圧縮された空気と第１熱交換手段により加熱された燃料とを第２熱交換手段によって熱交換させることとした。
第１熱交換手段では、加熱圧縮水により燃料を熱交換させる。これにより燃料は、常温から例えば２００℃強に加熱される。一方、第２熱交換手段では、圧縮機によって圧縮された空気により、上記２００℃強に加熱された燃料を熱交換させる。ここで、圧縮機によって圧縮された空気は、例えば約４４０℃という高温のものを利用できる。つまり、例えば約２００°Ｃ強まで昇温した燃料を、約４４０℃という高温の圧縮空気と熱交換させるので、熱効率アップに十分に寄与できる高温度（メタン系の燃料の場合、例えば４００℃）に燃料を加熱して燃焼器へと導くことができる。従って、ガスタービンプラントの熱効率の改善を図ることができる。
【００１５】
ガスタービンプラントの熱効率の改善を図るためには、上記したように燃料をより高い温度に加熱することが好ましい。しかし、燃料の温度が自己着火温度以上となった場合には、自己着火するおそれがある。例えばメタン系の燃料では、温度が４４５℃（１２ｋｇ／ｃｍ２（Ｇ）以上）以上となった場合である。
【００１６】
そこで、本発明に係るガスタービンプラントによれば、前記第２熱交換手段は、導出される燃料を、該燃料の自己着火温度未満の所定の一定温度に保持するように制御する温度制御手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
第２熱交換手段から導出される燃料を、燃料の自己着火温度未満の所定の一定温度（メタン系の燃料の場合、例えば４００℃）に保持するように制御する温度制御手段を第２熱交換手段に設けることとした。これにより、燃料が自己着火するおそれが無くなり、ガスタービンプラントの安全性の確保を図ることができる。
【００１８】
さらに、本発明に係るガスタービンプラントによれば、前記温度制御手段は、導出される燃料の温度を検出する温度検出器と、該温度検出器の出力信号に基づいて前記第２熱交換手段に導かれる燃料の流量を調整する流量調整手段と、前記第２熱交換手段に導かれる燃料をバイパスするバイパス手段と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
第２熱交換手段から導出される燃料の温度を検出する温度検出器と、温度検出器の出力信号に基づいて第２熱交換手段に導かれる燃料の流量を調整する流量調整手段と、第２熱交換手段に導かれる燃料をバイパスするバイパス手段と、を備える温度制御手段を用いることとした。そのため、温度検出器が検出した燃料の温度が所定の温度よりも低い場合には、流量調整手段によって第２熱交換手段に導かれる燃料の流量を増加させ、温度検出器が検出した燃料の温度が所定の温度よりも高い場合には、バイパス手段によって第２熱交換手段に導かれる燃料をバイパスさせることができる。したがって、燃焼器に導かれる燃料の温度を所定の温度に保つことができる。
【００２０】
さらに、本発明に係るガスタービンプラントの制御方法によれば、燃料を燃焼する燃焼器と、該燃焼器から導出された燃焼ガスによって回転駆動されるタービンと、該タービンが回転駆動することによって回転駆動して空気を圧縮する圧縮機と、を備えるガスタービンの制御方法において、前記燃焼器に導かれる燃料は、前記タービンから導出された排気ガスと熱交換させて排熱回収ボイラから導出された加熱圧縮水と第１熱交換手段により熱交換させた後、前記圧縮機によって圧縮された空気と第２熱交換手段により直接熱交換させて所定の温度に加熱され、前記第１熱交換手段から導出された燃料との直接熱交換によって低下させた前記圧縮空気の温度を前記排熱回収ボイラから導出された加熱圧縮水によって更に低下させることを特徴とする。
【００２１】
燃料は、次のようにして燃焼器に導かれる。まず、タービンから導出された排気ガスと排熱回収ボイラにより発生した加熱圧縮水とを第１熱交換手段により熱交換させる。次いで、第１熱交換手段から導出された燃料と圧縮機により圧縮された空気とを第２熱交換手段により熱交換させる。そのため、燃焼器に導かれる燃料は、熱効率アップに十分に寄与できる高温度にまで加熱できる。従って、ガスタービンプラントの熱効率の改善を図ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、熱効率アップに十分に寄与できる高温度に燃料を加熱することが可能なガスタービンプラントおよびこの制御方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る直接熱交換器を備えているガスタービンコンバインドプラントの全体構成図である。
【図２】図１に示す直接熱交換器の縦断面構成図である。
【図３】図２に示す直接熱交換器の配置図であり、（Ａ）は、本実施形態の場合を示し、（Ｂ）、（Ｃ）は、その変形例である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態について、図１から図３を用いて説明する。以下の説明で燃料ガスの符号は「Ｇ」を用いるが、通過経路または温度状態により燃料ガスを区別する必要のある場合は「Ｇ」の末尾に１〜３の数字を付し、「Ｇ１」「Ｇ２」「Ｇ３」と書く。
図１に示すように、本実施形態に係るガスタービンコンバインドプラント（ガスタービンプラント）１は、ガスタービン２と、蒸気タービン３と、排熱回収ボイラ４と、復水器５と、直接熱交換器（第２熱交換手段）６と、燃料加熱器（第１熱交換手段）７と、空気冷却器（以下「ＴＣＡクーラー」という。）８と、を備えている。
【００２５】
ガスタービン２は、燃料ガス（燃料）Ｇを燃焼させる燃焼器９と、燃焼器９から導出された燃焼ガスによって回転駆動されるタービン１０と、タービン１０が回転駆動することによって回転駆動して空気を圧縮する空気圧縮機（圧縮機）１１と、タービン１０が回転駆動することによって発電するガスタービン用発電機１３と、を備えている。
【００２６】
燃焼器９は、空気圧縮機１１によって圧縮された空気Ａ１と外部から供給された燃料ガスＧとの混合気を燃焼させるものである。燃焼により生成された高温高圧の燃焼ガスは、タービン１０に供給される。
燃焼器９から導出された燃焼ガスがタービン１０中で膨張することにより、タービン１０は回転駆動される。タービン１０には、ガスタービン回転軸１２が連結されている。
【００２７】
ガスタービン回転軸１２は、タービン１０と、空気圧縮機１１と、ガスタービン用発電機１３とに連結されている円柱状の部材であって、タービン１０に生じる回転駆動力を空気圧縮機１１とガスタービン用発電機１３とに伝達するものである。
【００２８】
空気圧縮機１１は、大気を吸引して圧縮するものである。空気圧縮機１１よって圧縮された空気Ａ１は、一部が後述する直接熱交換器６へと導かれ、残りは燃焼器９に供給される。空気圧縮機１１には、ガスタービン回転軸１２が連結されておりガスタービン回転軸１２により回転駆動されることにより空気を圧縮する。
【００２９】
蒸気タービン３は、図１に示すように、高中圧タービン１５と低圧タービン１６と蒸気タービン用発電機１４とを備え、排熱回収ボイラ４から導かれた過熱蒸気Ｖ（詳細は後述する）により駆動される。
【００３０】
高中圧タービン１５と低圧タービン１６と蒸気タービン用発電機１４とは、円柱状の部材である蒸気タービン回転軸１７によって連結されている。蒸気タービン回転軸１７は、高中圧タービン１５および低圧タービン１６が過熱蒸気Ｖにより回転駆動されることによって蒸気タービン用発電機１４を駆動する。
【００３１】
排熱回収ボイラ４は、ガスタービン２から導出された排気ガスＥＧと、復水器５から給水ポンプ５ａで加圧されて導かれた給水ＲＷとを熱交換して、加熱圧縮水Ｗ（ＷＩ、ＷＬ）を生成すると共に、その加熱圧縮水Ｗから過熱蒸気Ｖ（ＶＬ、ＶＩ、ＶＨ）を生成するように構成されている。ここで発生した過熱蒸気Ｖ（ＶＬ、ＶＩ、ＶＨ）は、蒸気タービン３の駆動媒体として用いられる。加熱圧縮水ＷＩは、燃料加熱器７における熱媒として用いられる。加熱圧縮水ＷＬは、ＴＣＡクーラー８における冷媒として用いられる。
【００３２】
排熱回収ボイラ４は、高圧熱交換系４ａ、中圧熱交換系４ｂおよび低圧熱交換系４ｃを備えている。これら３つの熱交換系４ａ，４ｂ，４ｃは、図示は省略したが、それぞれ節炭器（エコノマイザ）、蒸発器（エバポレータ）および過熱器（スーパーヒータ）を備えている。
【００３３】
節炭器は、復水器５から給水ポンプ５ａで加圧されて導かれた給水ＲＷを加熱して加熱圧縮水Ｗ（ＷＩ、ＷＬ）を生成する機能を有している。蒸発器は、節炭器で得られた加熱圧縮水Ｗを蒸発させる機能を有している。過熱器は、蒸発器により生じた蒸気を過熱して、過熱蒸気Ｖ（ＶＬ、ＶＩ、ＶＨ）を生成する機能を有している。
【００３４】
復水器５から低圧熱交換系４ｃに導かれた給水ＲＷは、排気ガスＥＧと熱交換することにより過熱蒸気ＶＬおよび加熱圧縮水ＷＬとなって低圧熱交換系４ｃから導出される。低圧熱交換系４ｃから導出された過熱蒸気ＶＬは、低圧タービン１６へと導かれる。低圧熱交換系４ｃから導出された加熱圧縮水ＷＬは、一部がＴＣＡクーラー８へと導かれ、残りが中圧熱交換系４ｂおよび高圧熱交換系４ａへと導かれる。
【００３５】
中圧熱交換系４ｂおよび高圧熱交換系４ａへと導かれた加熱圧縮水ＷＬは、中圧熱交換系４ｂおよび高圧熱交換系４ａにおいて排気ガスＥＧと熱交換して過熱蒸気ＶI、ＶＨとされる。中圧熱交換系４ｂおよび高圧熱交換系４ａから導出された過熱蒸気ＶＩ、ＶＨは、高中圧タービン１５へと導かれる。また、中圧熱交換系４ｂから導出された加熱圧縮水ＷＩは、燃料加熱器７へと導かれる。
【００３６】
復水器５には、蒸気タービン３の低圧タービン１６を回転駆動した蒸気が導かれる。復水器５に導かれた蒸気は、海水等の冷却水によって冷却されて凝縮される。凝縮された蒸気は、復水となって復水器５から導出された後、給水ポンプ５ａで加圧されて排熱回収ボイラ４の給水系統に導かれる。
【００３７】
燃料加熱器７は、燃料供給系統から導かれた燃料ガスＧ１と、排熱回収ボイラ４の中圧熱交換系４ｂから導出された約２５０℃の加熱圧縮水ＷＩとが熱交換するものである。燃料加熱器７において加熱圧縮水ＷＩと熱交換して約２２０℃まで温度が上昇した燃料ガスＧ２は、直接熱交換器６へと導かれる。
【００３８】
直接熱交換器６は、燃料加熱器７によって約２２０℃に加熱された燃料ガスＧ２と、空気圧縮機１１から導かれた圧縮されて例えば約４４０℃になった圧縮空気Ａ１とが熱交換するものである。直接熱交換器６において圧縮空気Ａ１と熱交換した燃料ガスＧ３は、例えば約４００℃に加熱される。約４００℃に加熱された燃料ガスＧ３は、ガスタービン２の燃焼器９へと導かれる。
【００３９】
ＴＣＡクーラー８は、直接熱交換器６から導出された空気Ａ２と、排熱回収ボイラ４の低圧熱交換系４ｃから導出された加熱圧縮水ＷＬとが熱交換するものである。ＴＣＡクーラー８において熱交換して温度低下した空気Ａ３は、ガスタービン２へと導かれてガスタービン回転軸１２などを冷却する。
【００４０】
図２には、直接熱交換器６の縦断面構成図が示されている。また、図３には、複数の直接熱交換器６の配置例が示されている。
直接熱交換器６は、シェルアンドチューブ式の熱交換器である。直接熱交換器６は、図３（Ａ）に示すように直列に直線状に２台設けられても良い。なお、直接熱交換器６は、図３（Ｂ）や図３（Ｃ）に示すように、ガスタービンコンバインドプラント１内の配置位置などに応じて、二段に重なるように設けたり、竪置きにしても良い。
【００４１】
直接熱交換器６は、円筒状の熱交換器本体５０と、熱交換器本体５０の各端部に設けられている鏡板５１ａ、５１ｂとを有している。熱交換器本体５０は、その内部を複数の空気流路管５２が貫通している。複数の空気流路管５２は、直接熱交換器６に導かれた空気Ａ１の流路とされており、各空気流路管５２の外周を流れる燃料ガスＧ２と熱交換ができるようになっている。
【００４２】
鏡板５１ａの近傍の熱交換器本体５０には、燃料ガス入口部５０ａが設けられており、鏡板５１ｂの近傍の熱交換器本体５０には、燃料ガス出口部５０ｂが設けられている。また、鏡板５１ａには、空気入口部５１ｃが設けられており、鏡板５１ｂには、空気出口部５１ｄが設けられている。
【００４３】
空気入口部５１ｃから熱交換器本体５０内へと導かれた空気Ａ１は、熱交換器本体５０内に設けられている複数の空気流路管５２内を空気流路管５２の軸方向に流れる。空気流路管５２内を流れる空気Ａ１は、燃料ガス入口部５０ａから熱交換器本体５０内に導かれた燃料ガスＧ２と熱交換する。
【００４４】
空気流路管５２内の空気Ａ１は、燃料ガスＧ２と熱交換して温度が低下して空気出口部５１ｄから導出される。一方、空気流路管５２内の空気Ａ１と燃料ガスＧ２とが熱交換して加熱された燃料ガスＧ３は、燃料ガス出口部５０ｂから導出される。
【００４５】
直接熱交換器６には、図１に示すように、直接熱交換器６から導出される燃料ガスＧ３を、燃料ガスＧの自己着火温度未満の所定の一定温度に保持するように制御する温度制御装置（温度制御手段）２２が設けられている。温度制御装置２２は、直接熱交換器６から導出される燃料ガスＧ３の温度を検出する直接熱交換器用温度センサ（温度検出器）２４と、直接熱交換器用温度センサ２４の出力信号に基づいて直接熱交換器６に導かれる燃料ガスＧ２の流量を調整する直接熱交換器用三方弁（流量調整手段）２３と、直接熱交換器６に導かれる燃料ガスＧ２をバイパスさせる直接熱交換器用バイパス回路（バイパス手段）５４と、を備えている。
【００４６】
直接熱交換器用三方弁２３は、コントローラ２５によって、直接熱交換器６と直接熱交換器用バイパス回路５４に導かれる燃料ガスＧ２の流量の配分を調整し、燃焼器９に導かれる燃料ガスＧ３が下記所定の一定温度を保つように制御する。
【００４７】
直接熱交換器用バイパス回路５４には、直接熱交換器６の通過を回避する燃料ガスＧ２が導かれる。直接熱交換器用温度センサ２４は、直接熱交換器６を通過した燃料ガスＧ３と、直接熱交換器用バイパス回路５４を通過した燃料ガスＧ３との合流部の下流に設けられており、燃焼器９に導かれる燃料ガスＧ３の温度を検出する。
【００４８】
コントローラ２５は、直接熱交換器用温度センサ２４によって検出された温度に基づいて、燃焼器９に導かれる燃料ガスＧ３の温度が、燃料ガスＧの自己着火温度未満の所定の一定温度に保持されるように、直接熱交換器用三方弁２３をフィードバック制御するようになっている。
【００４９】
次に、燃料ガスＧを所定の温度に加熱する場合の流れおよび制御方法について、図１を用いて説明する。
燃料供給系統から導かれた燃料ガスＧ１（例えば約１５℃）は、燃料加熱器７において排熱回収ボイラ４の中圧熱交換系４ｂから導かれた加熱圧縮水ＷＩ（例えば約２５０℃）と熱交換する。燃料加熱器７において約２５０℃の加熱圧縮水ＷＩと熱交換することによって、燃料ガスＧ１は、約２２０℃に温度が上昇した燃料ガスＧ２となる。
【００５０】
ここで、燃料供給系統から燃料加熱器７に導かれる燃料ガスＧ１は、燃料加熱器用温度調整手段（図示せず）を構成している燃料加熱器用三方弁２１によって流量が調整される。燃料加熱器用三方弁２１は、燃料加熱器７の出口に設けられている燃料加熱器用温度センサ（図示せず）によって検出された燃料ガスＧ２の温度に応じて、燃料加熱器７から導出される燃料ガスＧ２の温度が所定の一定温度（例えば約２２０℃）に保たれるように、燃料加熱器７に導かれる燃料ガスＧ１の流量を調整する。
【００５１】
すなわち、燃料加熱器用温度センサが検出した燃料ガスＧ２の温度が所定の温度（例えば約２２０℃）よりも低い場合には、燃料加熱器用三方弁２１を調整することによって、燃料加熱器７に導かれる燃料ガスＧ１の流量を増加させる。これにより燃料加熱器７から導出される燃料ガスＧ２の温度を約２２０℃に向かわせることができる。
【００５２】
また、燃料加熱器用温度センサが検出した燃料ガスＧ２の温度が約２２０℃又はそれよりも高い場合には、燃料ガスＧ１を燃料加熱器用バイパス回路５３に導くことによって、燃料加熱器７をバイパスさせることができる。このように、燃料ガスＧ１を燃料加熱器用バイパス回路５３にバイパスさせることによって、燃料加熱器７によって加熱することのない燃料ガスＧ２を直接加熱器６へと導くことができる。
【００５３】
燃料加熱器７または燃料加熱器用バイパス回路５３から導出された約２２０℃の燃料ガスＧ２は、直接熱交換器６へと導かれる。直接熱交換器６に導かれた燃料ガスＧ２は、直接熱交換器６において空気圧縮機１１によって圧縮されて高温となった例えば約４４０℃の圧縮空気Ａ１と熱交換する。高温の圧縮空気Ａ１と熱交換した燃料ガスＧ２は、その温度が例えば約４００℃に上昇する。約４００℃に加熱された燃料ガスＧ３は、直接熱交換器６から導出されてガスタービン２の燃焼器９へと供給される。
【００５４】
ここで、直接熱交換器６に導かれる燃料ガスＧ２は、温度制御装置２２を構成しているコントローラ２５の指令に応じて直接熱交換器用三方弁２３の開度を調整することによって流量が調整される。直接熱交換器用三方弁２３は、直接熱交換器用温度センサ２４によって検出された燃料ガスＧ３の温度に応じて、コントローラ２５により次のように制御される。
【００５５】
直接熱交換器用温度センサ２４が検出した燃料ガスＧ３の温度が約４００℃よりも低い場合には、直接熱交換器用三方弁２３の調整によって、直接熱交換器６に導かれる燃料ガスＧ２の流量を増加させる。これにより直接熱交換器６から導出される燃料ガスＧ３の温度を約４００℃に向かわせることができる。
【００５６】
また、直接熱交換器用温度センサ２４が検出した燃料ガスＧ３の温度が約４００℃又はそれよりも高い場合には、燃料ガスＧ２を直接熱交換器用バイパス回路５４へと導くことによって、直接熱交換器６をバイパスさせることができる。このように、燃料ガスＧ２を燃料加熱器用バイパス回路５４にバイパスさせることによって、直接熱交換器６によって加熱することのない燃料ガスＧ３を燃焼器９へと導くことができる。
【００５７】
この温度制御装置２２によって、燃焼器９へと導かれる燃料ガスＧ３の温度を微調整する。このように、燃料供給系統から燃料加熱器７および直接熱交換器６を経て約４００℃に調整された燃料ガスＧ３は、燃焼器９へと導かれて燃焼される。
【００５８】
以上述べたように、本実施形態に係るガスタービンコンバインドプラント１およびこの制御方法によれば、以下の効果を奏する。
まず、燃料加熱器（第１熱交換手段）７において、排熱回収ボイラ４の中圧熱交換系４ｂから導出された加熱圧縮水ＷＩと、ガスタービン２の燃焼器９に導かれる燃料ガス（燃料）Ｇ１とを熱交換させることにした。次いで、空気圧縮機（圧縮機）１１によって圧縮されて温度が約４４０℃となった圧縮空気（空気）Ａ１と、燃料加熱器７によって加熱された燃料ガスＧ２とを直接熱交換器（第２熱交換手段）６において熱交換させることとした。空気圧縮機１１により圧縮された圧縮空気Ａ１は、例えば約４４０℃という高温のものである。この高温の圧縮空気Ａ１と熱交換する燃料Ｇ２は、予め加熱圧縮水ＷＩとの熱交換により例えば約２２０°Ｃまで昇温している。この約２２０°Ｃまで昇温した燃料Ｇ２を、約４４０℃という高温の圧縮空気Ａ１と熱交換させるので、直接熱交換器６では、燃料ガスＧを、約４００℃（所定の温度）にまで加熱して燃焼器９へと導くことができる。従って、ガスタービンコンバインドプラント（ガスタービンプラント）１の熱効率の改善を図ることができる。
【００５９】
直接熱交換器６から導出される燃料ガスＧ３を、燃料ガスＧの自己着火温度未満の所定の一定温度に保持するように制御する温度制御装置（温度制御手段）２２を直接熱交換器６に設けることとした。そのため、直接熱交換器６から燃焼器９へと導かれる燃料ガスＧ３を、燃料ガスＧの自己着火温度未満の所定の一定温度（約４００℃）に保持することができる。従って、自己着火のおそれが無くなり、ガスタービンコンバインドプラント１の安全性の確保を図ることができる。
【００６０】
直接熱交換器６から導出される燃料ガスＧ３の温度を検出する直接熱交換器用温度センサ（温度検出器）２４と、直接熱交換器用温度センサ２４の出力信号に基づいて直接熱交換器６に導かれる燃料ガスＧ２の流量を調整する直接熱交換器用三方弁（流量調整手段）２３と、直接熱交換器６に導かれる燃料ガスＧ２をバイパスする直接熱交換器用バイパス回路（バイパス手段）５４とを備えている温度制御装置２２を用いることとした。そのため、直接熱交換器用温度センサ２４が検出した燃料ガスＧ３の温度が約４００℃よりも低い場合には、直接熱交換器用三方弁２３の調整によって、直接熱交換器６に導かれる燃料ガスの流量を増加させることができる。これにより直接熱交換器６から導出される燃料ガスの温度を約４００℃に向かわせることができる。また、直接熱交換器用温度センサ２４が検出した燃料ガスＧ３の温度が約４００℃又はそれよりも高い場合には、燃料ガスＧ２を直接熱交換器用バイパス回路５４へと導くことによって、直接熱交換器６をバイパスさせることができる。したがって、燃焼器９に導かれる燃料ガスＧ３の温度の微調整をすることができる。
【００６１】
燃料供給系統から導かれた燃料ガスＧ１を、排熱回収ボイラ４により導出された加熱圧縮水ＷＩと燃料加熱器７において熱交換した後、空気圧縮機１１により圧縮された圧縮空気Ａ１と直接熱交換器６において熱交換させて燃焼器９へと導くこととした。空気圧縮機１１により圧縮された圧縮空気Ａ１は、例えば約４４０℃という高温のものである。そのため、圧縮空気Ａ１を直接熱交換器６に導いて燃料ガスＧ２と熱交換させることによって、燃焼器９に導かれる燃料ガスＧ３を約４００℃にまで加熱して導くことができる。従って、ガスタービンコンバインドプラント１の熱効率の改善を図ることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１  ガスタービンコンバインドプラント（ガスタービンプラント）
２  ガスタービン
４  排熱回収ボイラ
６  直接熱交換器（第２熱交換手段）
７  燃料加熱器（第１熱交換手段）
９  燃焼器
１０  タービン
１１  空気圧縮機（圧縮機）
２２  温度制御装置（温度制御手段）
２３  直接熱交換器用三方弁（流量調整手段）
２４  直接熱交換器用温度センサ（温度検出器）
５４  直接熱交換器用バイパス回路（バイパス手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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