(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を圧縮する空気圧縮機と、燃料ガスを昇圧するガス圧縮機と、前記空気圧縮機により圧縮された空気と前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガスとを供給して燃焼させる燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスのエネルギにより駆動され、発電機を駆動するガスタービンと、前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガス中に、飽和蒸気、又は前記燃焼器の入り口の温度が飽和蒸気温度以上となる熱水あるいは冷水である水分を吹き込む水分吹き込み手段とを設け、前記水分が前記燃料ガス中に吹き込まれると前記燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となって前記燃焼器内に供給されることを特徴とするガスタービン発電設備。
【請求項２】
空気を圧縮する空気圧縮機と、燃料ガスを昇圧するガス圧縮機と、前記空気圧縮機により圧縮された空気と前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガスとを供給して燃焼させる燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスのエネルギにより駆動され、発電機を駆動するガスタービンと、前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガス中に、飽和蒸気、又は前記燃焼器の入り口の温度が飽和蒸気温度以上となる熱水あるいは冷水である水分を吹き込む水分吹き込み手段と、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの熱量が一定となるように前記水分吹き込み手段により吹き込まれる水分吹き込み流量を制御する制御手段とを具備し、前記水分が前記燃料ガス中に吹き込まれると前記燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となって前記燃焼器内に供給されることを特徴とするガスタービン発電設備。
【請求項３】
空気を圧縮する空気圧縮機と、燃料ガスを昇圧するガス圧縮機と、前記空気圧縮機により圧縮された空気と前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガスとを供給して燃焼させる燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスのエネルギにより駆動され、発電機を駆動するガスタービンと、前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガス中に、飽和蒸気、又は前記燃焼器の入り口の温度が飽和蒸気温度以上となる熱水あるいは冷水である水分を吹き込む水分吹き込み手段と、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの燃焼速度が一定値以上となるように前記水分吹き込み手段により吹き込まれる水分吹き込み流量を制限する制限手段とを具備し、前記水分が前記燃料ガス中に吹き込まれると前記燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となって前記燃焼器内に供給されることを特徴とするガスタービン発電設備。
【請求項４】
空気を圧縮する空気圧縮機と、燃料ガスを昇圧するガス圧縮機と、前記空気圧縮機により圧縮された空気と前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガスとを供給して燃焼させる燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスのエネルギにより駆動され、発電機を駆動するガスタービンと、前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガス中に、飽和蒸気、又は前記燃焼器の入り口の温度が飽和蒸気温度以上となる熱水あるいは冷水である水分を吹き込む水分吹き込み手段と、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの熱量が一定となるように前記水分吹き込み手段で吹き込まれる水分吹き込み流量にあわせて前記ガス圧縮機に供給する燃料ガスの熱量を変化させる熱量制御手段とを設け、前記水分が前記燃料ガス中に吹き込まれると前記燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となって前記燃焼器内に供給されることを特徴とするガスタービン発電設備。
【請求項５】
空気を圧縮する空気圧縮機と、燃料ガスを昇圧するガス圧縮機と、前記空気圧縮機により圧縮された空気と前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガスとを供給して燃焼させる燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスのエネルギにより駆動され、発電機を駆動するガスタービンと、前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガス中に、飽和蒸気、又は前記燃焼器の入り口の温度が飽和蒸気温度以上となる熱水あるいは冷水である水分を吹き込む水分吹き込み手段とを設け、前記水分が前記燃料ガス中に吹き込まれると前記燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となって前記燃焼器内に供給されると共に、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの熱量が一定となるように前記水分吹き込み手段により吹き込まれる流量を制御することを特徴とするガスタービン発電設備の制御方法。
【請求項６】
空気を圧縮する空気圧縮機と、燃料ガスを昇圧するガス圧縮機と、前記空気圧縮機により圧縮された空気と前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガスとを供給して燃焼させる燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスのエネルギにより駆動され、発電機を駆動するガスタービンと、前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガス中に、飽和蒸気、又は前記燃焼器の入り口の温度が飽和蒸気温度以上となる熱水あるいは冷水である水分を吹き込む水分吹き込み手段とを設け、前記水分が前記燃料ガス中に吹き込まれると前記燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となって前記燃焼器内に供給されると共に、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの燃焼速度が一定値以上となるように前記水分吹き込み手段により吹き込まれる水分吹き込み流量を制限することを特徴とするガスタービン発電設備の制御方法。
【請求項７】
空気を圧縮する空気圧縮機と、燃料ガスを昇圧するガス圧縮機と、前記空気圧縮機により圧縮された空気と前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガスとを供給して燃焼させる燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスのエネルギにより駆動され、発電機を駆動するガスタービンと、前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガス中に、飽和蒸気、又は前記燃焼器の入り口の温度が飽和蒸気温度以上となる熱水あるいは冷水である水分を吹き込む水分吹き込み手段とを設け、前記水分が前記燃料ガス中に吹き込まれると前記燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となって前記燃焼器内に供給されると共に、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの熱量が一定となるように前記水分吹き込み手段で吹き込まれる水分吹き込み流量にあわせて前記ガス圧縮機に供給する燃料ガスの熱量を変化させることを特徴とするガスタービン発電設備の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機を駆動するガスタービンを有するガスタービン発電設備及びその制御方法、特に、燃焼器の燃料として気体燃料を用い、燃料ガスをガス圧縮機により昇圧するガスタービン発電設備及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、発電機を駆動するガスタービンを有するガスタービン発電設備においては、夏季の気温上昇と共に発電出力が低下することが知られている。この理由は、次の通りである。即ち、大気温度が上昇すると空気の密度が減少し、空気圧縮機が吸い込む空気の質量流量、即ち燃焼器に供給される空気の質量流量が減少する。その一方、燃焼器内の燃焼温度は空気の質量流量が減少することにより上昇することになるが、高温部品を保護するため燃焼器内の燃焼温度は一定となるように制御されている。このため、燃焼器内に供給される燃料流量も空気の質量流量と同様に減少する。燃焼器内に供給される燃料流量及び空気の質量流量の双方が減少すると、ガスタービンに流入する燃焼ガス量が減少するので、ガスタービンの出力が低下することになるからである。
【０００３】
このガスタービンの出力低下を防止するものとして、従来、例えば、図７に示す蒸気注入ガスタービン（特開平９- １２５９８４号公報参照）及び図８に示す二流体サイクルガスタービン（特開平８- ６１０１４号公報参照）が知られている。
このうち、図７に示す蒸気注入ガスタービン１００は、空気を圧縮する圧縮機１０１と、圧縮された空気に都市ガス等の燃料を供給して燃焼させる燃焼器１０２と、燃焼器１０２からの燃焼ガスのエネルギにより駆動され、圧縮機１０１および発電機１０５を駆動するタービン１０３と、燃焼器１０２に蒸気を注入する蒸気注入手段１０４と、この蒸気量の増大に応じて燃焼器１０２への流入空気量を減少させる空気量制御手段とを具備している。そして、この蒸気注入ガスタービン１００は、圧縮機１０１の流入空気量を燃焼器１０２への注入蒸気量の増減に応じて調整することにより、注入蒸気量の増減にかかわらずタービン１０３に流入する燃焼ガス量を常にほぼ一定になるように設定して、ガスタービンの耐久性、安定性および熱効率を高く維持する。タービン１０３の排ガスＧａは、排熱ボイラ１０６に導かれ、排ガス流路１０７、煙突およびサイレンサー１０８を通って大気中に放出される。そして、給水タンク１０９からポンプにより送られた水は、排熱ボイラ１０６で排ガスＧａと熱交換され、飽和蒸気が生成される。この飽和蒸気の一部は、開閉弁１１０を介して圧力制御弁１１１により一定圧力に調整され、プロセス蒸気として種々の蒸気使用機器に供給される。このプロセス蒸気以外の飽和蒸気の余剰分は、調圧弁１１２を含む蒸気注入手段１０４を介して燃焼器１０２に注入されるようになっている。
【０００４】
又、図８に示す二流体サイクルガスタービン２００は、空気を圧縮する圧縮機２０１と、圧縮された空気に燃料を供給して燃焼させる燃焼器２０２と、燃焼器２０２からの燃焼ガスのエネルギにより駆動され、圧縮機２０１および発電機２０４を駆動するタービン２０３と、タービン２０３の下流に設けられ排ガスから飽和蒸気を発生させる熱交換器２０５と、この飽和蒸気のうちの余剰分とその飽和温度よりも高い温度まで圧縮器２０１で圧縮された圧縮空気とを混合する混合器２０６と、混合器２０６で混合された混合ガスを燃焼器２０２へ導く混合ガスライン２０７とを具備している。そして、この二流体サイクルガスタービン２００は、混合器２０６における飽和蒸気と圧縮空気との混合により混合ガスを過熱蒸気とする共に蒸気分圧を下げて過熱蒸気の過熱度を高め、これによりタービン出力及び熱効率を同時に高めるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の蒸気注入ガスタービン１００及び二流体サイクルガスタービン２００にあっては、いずれの場合においても、蒸気を燃焼器に直接吹き込む構成としている。このため、蒸気吹き込み装置をガスタービンの車室（燃焼器を格納するケーシング）に設ける必要があり、その車室の改造が必要となり、改造コストが極めて大きなものとなってしまう。又、蒸気吹き込み装置が車室に設けられると、その車室内部の構造物の構造が複雑となり内部構造物の一部が飛散した場合にタービンの動静翼が破損してしまう虞れがあった。
【０００６】
従って、本発明は、これら従来の問題点を解決するものであり、車室内部の内部構造物の飛散によるタービンの動静翼の損傷を極力回避し、比較的安価な改造コストで夏季におけるガスタービンの発電出力を向上させることができるガスタービン発電設備及びその制御方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明のうち請求項１に係るガスタービン発電設備は、空気を圧縮する空気圧縮機と、燃料ガスを昇圧するガス圧縮機と、前記空気圧縮機により圧縮された空気と前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガスとを供給して燃焼させる燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスのエネルギにより駆動され、発電機を駆動するガスタービンと、前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガス中に、飽和蒸気、又は前記燃焼器の入り口の温度が飽和蒸気温度以上となる熱水あるいは冷水である水分を吹き込む水分吹き込み手段とを設け、前記水分が前記燃料ガス中に吹き込まれると前記燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となって前記燃焼器内に供給されることを特徴としている。
【０００８】
このガスタービン発電設備によれば、水分吹き込み手段は、ガス圧縮機により昇圧された燃料ガス中に、飽和蒸気、又は、燃焼器の入り口の温度が飽和蒸気温度以上となる熱水あるいは冷水である水分を吹き込む。燃料ガス中に吹き込まれた水分は高温の燃料ガスによって加熱され過熱蒸気となり、燃料ガスとともに燃焼器内に供給される。燃焼器内の燃焼温度は過熱蒸気によって低下し、これにより燃焼器に供給される燃料ガスの流量が増大される。夏季において大気温度が上昇し、空気圧縮機から燃焼器に供給される空気の質量流量が減少しても、燃料ガスの流量が増大し、また、作動流体となる過熱蒸気が燃焼器内に供給されるので、ガスタービンによる発電出力は低下しない。このため、燃焼器に直接蒸気を吹き込む必要はない。
【０００９】
又、本発明のうち請求項２に係るガスタービン発電設備は、空気を圧縮する空気圧縮機と、燃料ガスを昇圧するガス圧縮機と、前記空気圧縮機により圧縮された空気と前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガスとを供給して燃焼させる燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスのエネルギにより駆動され、発電機を駆動するガスタービンと、前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガス中に、飽和蒸気、又は前記燃焼器の入り口の温度が飽和蒸気温度以上となる熱水あるいは冷水である水分を吹き込む水分吹き込み手段と、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの熱量が一定となるように前記水分吹き込み手段により吹き込まれる水分吹き込み流量を制御する制御手段とを具備し、前記水分が前記燃料ガス中に吹き込まれると前記燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となって前記燃焼器内に供給されることを特徴としている。
【００１０】
このガスタービン発電設備によれば、制御手段が、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの熱量が一定となるように水分吹き込み手段により吹きこまれる水分吹き込み流量を制御する。一般的に、ガス圧縮機から流出し燃焼器に供給される燃料ガスの熱量は、ガス圧縮機に供給される燃料ガスの熱量及び燃料ガス中に吹き込まれる水分吹き込み流量の変動により変動するため、ガスタービンの出力が安定しない。しかし、制御手段により、燃焼器に供給される燃料ガスの熱量が一定となるように燃料ガス中に吹き込まれる水分吹き込み流量が制御されるので、燃焼器における燃焼速度が安定し、ガスタービンによる発電出力が安定し、かつその出力が向上する。
【００１１】
更に、本発明のうち請求項３に係るガスタービン発電設備は、空気を圧縮する空気圧縮機と、燃料ガスを昇圧するガス圧縮機と、前記空気圧縮機により圧縮された空気と前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガスとを供給して燃焼させる燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスのエネルギにより駆動され、発電機を駆動するガスタービンと、前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガス中に、飽和蒸気、又は前記燃焼器の入り口の温度が飽和蒸気温度以上となる熱水あるいは冷水である水分を吹き込む水分吹き込み手段と、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの燃焼速度が一定値以上となるように前記水分吹き込み手段により吹き込まれる水分吹き込み流量を制限する制限手段とを具備し、前記水分が前記燃料ガス中に吹き込まれると前記燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となって前記燃焼器内に供給されることを特徴としている。
【００１２】
このガスタービン発電設備によれば、制限手段は、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの燃焼速度が一定値以上となるように水分吹き込み手段により吹きこまれる水分吹き込み流量を制限する。一般的に、燃焼器に供給される燃料ガス中に蒸気を吹き込むと、燃料ガスの燃焼速度が低下し、燃焼器内で失火してしまうことがある。しかし、制限手段により、燃料ガス中に吹き込まれる水分吹き込み流量が燃焼器に供給される燃料ガスの燃焼速度が一定値以上となるように制限されるので、燃焼器内での失火を防止でき、ガスタービンによる発電出力は安定することになる。
【００１３】
本発明のうち請求項４に係るガスタービン発電設備は、空気を圧縮する空気圧縮機と、燃料ガスを昇圧するガス圧縮機と、前記空気圧縮機により圧縮された空気と前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガスとを供給して燃焼させる燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスのエネルギにより駆動され、発電機を駆動するガスタービンと、前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガス中に、飽和蒸気、又は前記燃焼器の入り口の温度が飽和蒸気温度以上となる熱水あるいは冷水である水分を吹き込む水分吹き込み手段と、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの熱量が一定となるように前記水分吹き込み手段で吹き込まれる水分吹き込み流量にあわせて前記ガス圧縮機に供給する燃料ガスの熱量を変化させる熱量制御手段とを設け、前記水分が前記燃料ガス中に吹き込まれると前記燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となって前記燃焼器内に供給されることを特徴としている。
【００１４】
このガスタービン発電設備によれば、水分吹き込み手段は、ガス圧縮機により昇圧された燃料ガス中に、飽和蒸気、又は燃焼器の入り口の温度が飽和蒸気温度以上となる熱水あるいは冷水である水分を吹き込む。燃料ガス中に吹き込まれた水分は高温の燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となり、燃料ガスとともに燃焼器内に供給される。燃焼器内の燃焼温度は過熱蒸気によって低下し、これにより燃焼器に供給される燃料ガスの流量が増大される。夏季において大気温度が上昇し、空気圧縮機から燃焼器に供給される空気の質量流量が減少しても、燃料ガスの流量が増大し、また、作動流体となる過熱蒸気が燃焼器内に供給されるので、ガスタービンによる発電出力は低下しない。そして、熱量制御手段は、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの熱量が一定となるように水分吹き込み手段で吹き込まれる水分吹き込み量にあわせてガス圧縮機に供給する燃料ガスの熱量を変化させる。このため、工場内で間欠的に発生する余剰の蒸気、熱水、冷水などをガス圧縮機により昇圧された燃料ガス中に取り込む際において、その燃料ガス中に吹き込まれる余剰の蒸気、熱水、冷水などの吹き込み量が変動しても、熱量制御手段により、ガス圧縮機で昇圧され、かつ、水分が吹き込まれた燃料ガスの熱量が一定となるので、ガスタービンによる発電出力は安定する。
【００１５】
本発明のうち請求項５に係るガスタービン発電設備の制御方法は、空気を圧縮する空気圧縮機と、燃料ガスを昇圧するガス圧縮機と、前記空気圧縮機により圧縮された空気と前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガスとを供給して燃焼させる燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスのエネルギにより駆動され、発電機を駆動するガスタービンと、前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガス中に、飽和蒸気、又は前記燃焼器の入り口の温度が飽和蒸気温度以上となる熱水あるいは冷水である水分を吹き込む水分吹き込み手段とを設け、前記水分が前記燃料ガス中に吹き込まれると前記燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となって前記燃焼器内に供給されると共に、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの熱量が一定となるように前記水分吹き込み手段により吹き込まれる流量を制御することを特徴としている。
【００１６】
このガスタービン発電設備の制御方法によれば、請求項２に係るガスタービン発電設備と同様に、燃料ガス中に吹き込まれる水分吹き込み流量が燃焼器に供給される燃料ガスの熱量が一定となるように制御されるので、ガスタービンによる発電出力は安定することになる。
又、本発明のうち請求項６に係るガスタービン発電設備の制御方法は、空気を圧縮する空気圧縮機と、燃料ガスを昇圧するガス圧縮機と、前記空気圧縮機により圧縮された空気と前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガスとを供給して燃焼させる燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスのエネルギにより駆動され、発電機を駆動するガスタービンと、前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガス中に、飽和蒸気、又は前記燃焼器の入り口の温度が飽和蒸気温度以上となる熱水あるいは冷水である水分を吹き込む水分吹き込み手段とを設け、前記水分が前記燃料ガス中に吹き込まれると前記燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となって前記燃焼器内に供給されると共に、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの燃焼速度が一定値以上となるように前記水分吹き込み手段により吹き込まれる水分吹き込み流量を制限することを特徴としている。
【００１７】
このガスタービン発電設備の制御方法によれば、請求項３に係るガスタービン発電設備と同様に、燃料ガス中に吹き込まれる水分吹き込み流量が燃焼器に供給される燃料ガスの燃焼速度が一定値以上となるように制限されるので、燃焼器内での失火を防止でき、ガスタービンによる発電出力は安定することになる。
又、本発明のうち請求項７に係るガスタービン発電設備の制御方法は、空気を圧縮する空気圧縮機と、燃料ガスを昇圧するガス圧縮機と、前記空気圧縮機により圧縮された空気と前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガスとを供給して燃焼させる燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスのエネルギにより駆動され、発電機を駆動するガスタービンと、前記ガス圧縮機により昇圧された燃料ガス中に、飽和蒸気、又は前記燃焼器の入り口の温度が飽和蒸気温度以上となる熱水あるいは冷水である水分を吹き込む水分吹き込み手段とを設け、前記水分が前記燃料ガス中に吹き込まれると前記燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となって前記燃焼器内に供給されると共に、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの熱量が一定となるように前記水分吹き込み手段で吹き込まれる水分吹き込み流量にあわせて前記ガス圧縮機に供給する燃料ガスの熱量を変化させることを特徴としている。
【００１８】
このガスタービン発電設備の制御方法によれば、請求項４に係るガスタービン発電設備と同様に、燃料ガスに吹き込まれる水分吹き込み量が変動しても、ガス圧縮機に供給する燃料ガスの熱量を変化させることにより、ガス圧縮機により昇圧され、かつ、水分が吹き込まれた燃料ガスの熱量が一定となるように制御されるので、ガスタービンによる発電出力は安定する。
【００１９】
なお、請求項１乃至７に係るガスタービン発電設備及びその制御方法において、燃料ガス中に吹き込まれる水分としては過熱蒸気を生じ易い飽和蒸気が好ましいが、燃焼器入り口の温度が飽和蒸気温度以上であれば、熱水、冷水でもかまわない。また、蒸気は本発明のガスタービン発電設備で発生した排ガスの余熱を利用して得たものでもよく、他の蒸気発生装置で得た蒸気でもよい。
【００２０】
また、請求項４及び７に係るガスタービン発電設備及びその制御方法において、ガス圧縮機に流入する燃料ガスの熱量は、熱量の異なる二種以上のガスの混合割合を変化させることが好ましい。熱量の異なる二種ガスとしては、例えば、液化天然ガス（ＬＰＧ）やコークス炉ガス等の高熱量ガス（高カロリガス）と高炉ガス等の低熱量ガス（低カロリガス）である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明に係るガスタービン発電設備の第１実施形態の概略構成図である。
図１において、ガスタービン発電設備１は、空気を圧縮する空気圧縮機２と、燃料ガスを昇圧するガス圧縮機３と、空気圧縮機２により圧縮された空気とガス圧縮機３により昇圧された燃料ガスとを供給して燃焼させる燃焼器４と、燃焼器４からの燃焼ガスのエネルギにより駆動され、発電機６を駆動するガスタービン５と、ガス圧縮機３により昇圧された燃料ガス中に水分を吹き込む水分吹き込み手段７とを具備している。この水分吹き込み手段７は、ガス圧縮機３及び燃焼器４間に配置された燃料ガス配管８に設けられ、水分を燃料ガス配管８内の燃料に吹き込む混合器９で構成される。なお、図１において、符号１０は燃料ガスの流量計、１１は流量制御弁である。
【００２２】
燃料ガスはガス圧縮機３により昇圧されると、高温高圧の燃料ガス、例えば温度３５０℃、圧力１．４７ＭＰａ（１５kgｆ/cm2）のガスとなり、水分吹き込み手段７により吹き込まれた水分はこの高温高圧の燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となり、それぞれが混合されて燃焼器４内に流入する。一方、空気は空気圧縮機２により圧縮されると、例えば温度２２０℃、圧力１．１８ＭＰａ（１２kgｆ/cm2）の圧縮空気となって燃焼器４内に流入する。燃焼器４では、燃料ガスが圧縮空気と混合されて燃焼し、その高温高圧の燃焼ガスが過熱蒸気とともにガスタービン５に送られる。ガスタービン５は燃焼ガスのエネルギにより駆動されて空気圧縮機２及びガス圧縮機３を駆動するとともに発電機６を駆動し、発電機６からの発電出力は種々の電力負荷に供給される。燃料ガスとしては、例えば、高炉等の他のプラントで生成される副生ガス、あるいは液化天然ガス（ＬＮＧ）などが使用される。
【００２３】
一方、ガスタービン５からの排ガスは、例えば、排熱ボイラ（図示せず）に導かれ、煙突を通って大気中に放出される。その一方で排熱ボイラには給水ポンプ（図示せず）により水が供給され、排熱ボイラは排ガスから熱回収して飽和蒸気を生成する。この飽和蒸気の一部はプロセス蒸気として、ガスタービン５とともに発電機６を駆動する蒸気タービン（図示せず）を駆動し、その他の余剰分の飽和蒸気は前述の水分として水分吹き込み手段７により燃料ガス中に吹き込まれる。ここで、燃料ガス中に吹き込まれる水分としては過熱蒸気を生じ易い飽和蒸気が好ましいが、燃焼器４の入り口の温度が飽和蒸気温度以上であれば、熱水、冷水でもかまわない。水分が燃料ガス中に吹き込まれると、前述のように水分は高温高圧の燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となり、燃焼器４内の燃焼温度はこの過熱蒸気によって低下し、これにより燃焼器４に供給される燃料ガスの流量が増大される。夏季において大気温度が上昇し、空気圧縮機２から燃焼器４に供給される圧縮空気の質量流量が減少しても、燃料ガスの流量が増大し、また、作動流体となる過熱蒸気が燃焼器４内に供給されるので、ガスタービンによる発電出力は低下しない。このため、従来のように、燃焼器に直接蒸気を吹き込む必要がなくなるので、ガスタービンの車室の改造が不要となり、改造コストを比較的安価なものとすることができるとともに、その車室内部の内部構造物の構造が簡単な構造となり、内部構造物の飛散によるタービンの動静翼の損傷を極力回避することができる。又、水分は水分吹き込み手段７によりガス圧縮機３により昇圧された燃料ガス中に吹き込まれるが、燃焼圧の方が圧縮空気圧よりも常に高いため、燃料ガスの温度は３５０℃であり、空気圧縮機２により圧縮された圧縮空気の温度２２０℃よりも高温となっている。このため、圧縮空気中に飽和蒸気を吹き込む従来の方法よりもより多くの水分を安定して吹き込むことができる。
【００２４】
次に、図２は本発明に係るガスタービン発電設備の第２実施形態の概略構成図である。
図２において、ガスタービン発電設備２０は、図１に示すガスタービン発電設備１と同様に、空気を圧縮する空気圧縮機２１と、燃料ガスを昇圧するガス圧縮機２２と、空気圧縮機２１により圧縮された空気とガス圧縮機２２により昇圧された燃料ガスとを供給して燃焼させる燃焼器２３と、燃焼器２３からの燃焼ガスのエネルギにより駆動され、発電機２５を駆動するガスタービン２４と、ガス圧縮機２２により昇圧された燃料ガス中に水分を吹き込む水分吹き込み手段２６とを具備している。この水分吹き込み手段２６は、図１に示すガスタービン発電設備１の水分吹き込み手段７と同様に、ガス圧縮機２２及び燃焼器２３間に配置された燃料ガス配管２７に設けられ、水分（飽和蒸気）を燃料ガス配管２７内の燃料ガスに吹き込む混合器２８で構成される。そして、ガスタービン発電設備２０は、更に、燃焼器２３に供給される燃料ガスの熱量が一定となるように水分吹き込み手段２６により燃料ガス中に吹き込まれる水分吹き込み流量を制御する制御手段２９を有している。この制御手段２９は、ガス圧縮機２２に供給される燃料ガスの流量を計測する流量計３４と、ガス圧縮機２２に供給される燃料ガスの熱量を検知する熱量計３０と、水分の水分吹き込み流量を計測する水分流量計３２と、水分流量調節弁３３と、熱量計３０で検知された熱量に基づいて水分流量調節弁３２を調節して水分吹き込み流量を制御する制御装置３１とからなっている。なお、図２において、符号３５はその燃料ガスの流量制御弁、３６は圧縮機２２によって昇圧された燃料ガスの流量を計測する流量計、３７はその燃料ガスの流量制御弁である。
【００２５】
高炉等の他のプラントで生成される副生ガス、あるいは液化天然ガス（ＬＮＧ）などの燃料ガスは、流量計３４によってその流量が計測されると共に熱量計３０によってその熱量が計測され、そして、ガス圧縮機２２により昇圧される。燃料ガスは昇圧されると、高温高圧の燃料ガスとなり、水分吹き込み手段２６により吹き込まれた水分はこの高温高圧の燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となり、それぞれが混合器２８で混合されて燃焼器２３内に流入する。一方、空気は空気圧縮機２１により圧縮され、圧縮空気となって燃焼器２３内に流入する。燃焼器２３では、燃料ガスが圧縮空気と混合されて燃焼し、その高温高圧の燃焼ガスが過熱蒸気とともにガスタービン２４に送られる。ガスタービン２４は燃焼ガスのエネルギにより駆動されて空気圧縮機２１及びガス圧縮機２３を駆動するとともに発電機２５を駆動し、発電機２５からの発電出力は種々の電力負荷に供給される。ガスタービン２４からの排ガスは、例えば、排熱ボイラ（図示せず）に導かれ、煙突を通って大気中に放出される。その一方で排熱ボイラには給水ポンプ（図示せず）により水が供給され、排熱ボイラは排ガスから熱回収して飽和蒸気を生成する。この飽和蒸気の一部はプロセス蒸気として、ガスタービン２４とともに発電機２５を駆動する蒸気タービン（図示せず）を駆動し、その他の余剰分の飽和蒸気は前述の水分として水分吹き込み手段２６により燃料ガス中に吹き込まれる。ここで、燃料ガス中に吹き込まれる水分としては過熱蒸気を生じ易い飽和蒸気が好ましいが、燃焼器２３の入り口の温度が飽和蒸気温度以上であれば、熱水、冷水でもかまわない。
【００２６】
一方、熱量計３０によって計測された熱量値は制御装置３１に送られ、制御装置３１はこの熱量値に基づいて水分流量調節弁３３を調節して混合器２８への水分吹き込み流量を制御する。即ち、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの熱量は、ガス圧縮機２２に供給される燃料ガスの熱量及び燃料ガス中に吹き込まれる水分吹き込み流量の変動により変動しているが、熱量計３０で検知される燃料ガスの熱量が大きい場合、制御装置３１は、水分流量調節弁３３を開くように制御してガス圧縮機２２により昇圧された燃料ガス中に吹き込む水分の水分吹き込み流量を大きくし、又、熱量計３０で検知される燃料ガスの熱量が小さい場合、制御装置３１は、水分流量調節弁３３を閉じるように制御してガス圧縮機２２により昇圧された燃料ガス中に吹き込む水分吹き込み流量を小さくし、これによりガス圧縮機２２により昇圧され、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの熱量を一定に制御している。このため、ガスタービン２４の出力は変動しない。例えば、ガスタービン２４が副生ガス焚きの場合であってその出力が約１５０MWの場合、ガス圧縮機２２により昇圧された燃料ガスのガス流量は２５０ｋNm3/H 、熱量変動は２０９Ｊ/ Ｎｍ3 （５０Kcal/Nm3）、ガスタービン２４の出力変動は５MW程度となる。ここで、かかる燃料ガス中に吹き込まれる水分の流量を１５t/H 程度上下させると、ガスタービン２４の出力変動を平滑化する（ほぼ一定とする）ことができる。
【００２７】
更に、図３は本発明に係るガスタービン発電設備の第３実施形態の概略構成図である。
図３において、ガスタービン発電設備４０は、図１に示すガスタービン発電設備１と同様に、空気を圧縮する空気圧縮機４１と、燃料ガスを昇圧するガス圧縮機４２と、空気圧縮機４１により圧縮された空気とガス圧縮機４２により昇圧された燃料ガスとを供給して燃焼させる燃焼器４３と、燃焼器４３からの燃焼ガスのエネルギにより駆動され、発電機４５を駆動するガスタービン４４と、ガス圧縮機４２により昇圧された燃料ガス中に水分を吹き込む水分吹き込み手段４６とを具備している。この水分吹き込み手段４６は、図１に示すガスタービン発電設備１の水分吹き込み手段７と同様に、ガス圧縮機４２及び燃焼器４３間に配置された燃料ガス配管４７に設けられ、水分を燃料ガス配管４７内の燃料ガスに吹き込む混合器４８で構成される。そして、ガスタービン発電設備４０は、更に、水分が吹き込まれた後の燃焼速度が一定値以上となるように水分吹き込み手段４６により吹き込まれる水分吹き込み流量を制限する制限手段４９を有している。この制限手段４９は、ガス圧縮機４２に流入する燃料ガスの組成を分析するガスクロマトグラフィー５０と、燃料ガスの温度を計測する温度計５１と、水分の吹き込み流量を計測する流量計５３と、水分流量調節弁５４と、ガスクロマトグラフィー５０の分析によるガス組成、温度計５０による燃料ガスの温度、流量計５３による水分の吹き込み流量に基づいて、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの燃焼速度が一定値以上となるように水分流量調節弁５４を調節して水分吹き込み流量を制限する制御装置５２とからなっている。なお、図３において、符号５５は圧縮機４２に流入する燃料ガスの流量を計測する流量計、５６はその燃料ガスの流量制御弁、５７は圧縮機４２によって昇圧された燃料ガスの流量を計測する流量計、５８はその燃料ガスの流量制御弁である。
【００２８】
高炉等の他のプラントで生成される副生ガス、あるいは液化天然ガス（ＬＮＧ）などの燃料ガスは、流量計５５によってその流量が計測されると共にガスクロマトグラフィー５０によってその組成が分析され、更に温度計５１によって温度が計測される。ガスクロマトグラフィー５０は、燃料ガス中のＨ2 ，ＣＯ等の各可燃性ガスの成分割合とＮ2 ，ＣＯ2 等の不燃性ガスの成分割合とを検知する。そして、燃料ガスはガス圧縮機４２により昇圧されて高温高圧の燃料ガスとなり、水分吹き込み手段４６により吹き込まれた水分はこの高温高圧の燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となり、それぞれが混合器４８で混合されて燃焼器４３内に流入する。一方、空気は空気圧縮機４１により圧縮され、圧縮空気となって燃焼器４３内に流入する。燃焼器４３では、燃料ガスが圧縮空気と混合されて燃焼し、その高温高圧の燃焼ガスが過熱蒸気とともにガスタービン４４に送られる。ガスタービン４４は燃焼ガスのエネルギにより駆動されて空気圧縮機４１及びガス圧縮機４２を駆動するとともに発電機４５を駆動し、発電機４５からの発電出力は種々の電力負荷に供給される。ガスタービン４４からの排ガスは、図１及び図２に示すガスタービン発電設備と同様に、例えば、排熱ボイラ（図示せず）に導かれ、煙突を通って大気中に放出される。その一方で排熱ボイラには給水ポンプ（図示せず）により水が供給され、排熱ボイラは排ガスから熱回収して飽和蒸気を生成する。この飽和蒸気の一部はプロセス蒸気として、ガスタービン４４とともに発電機４５を駆動する蒸気タービン（図示せず）を駆動し、その他の余剰分の飽和蒸気は前述の水分として水分吹き込み手段４６により燃料ガス中に吹き込まれる。ここで、燃料ガス中に吹き込まれる水分としては過熱蒸気を生じ易い飽和蒸気が好ましいが、燃焼器４３の入り口の温度が飽和蒸気温度以上であれば、熱水、冷水でもかまわない。
【００２９】
一方、ガスクロマトグラフィー５０の分析によるガス組成及び温度計５１による燃料ガスの温度と、流量計５３による水分の吹き込み流量とが制御装置５２に送られ、制御装置５２は水分が吹き込まれた後の燃料ガスの燃焼速度が一定値以上となるように水分流量調節弁５４を調節して水分吹き込み流量を制限する。
この制限方法について具体的に説明する。
【００３０】
一般に、Ｈ2 等の可燃性ガス及びＨ2 Ｏ等の不燃性ガスを含む混合ガスの燃焼速度Ｃは、下記の（１）式によって表される。
【００３１】
【数１】
0004529220.tif 000002
【００３２】
ここで、Ｘｉは可燃性ガス単体の成分割合、Ｓｉは可燃性ガス単体の燃焼速度である。
混合ガス中におけるＨ2 Ｏ等の不燃性ガスの成分割合が増大すると、可燃性ガスの成分割合が減少するので、混合ガスの燃焼速度Ｃを一定値以上とするためには、Ｈ2 Ｏ等の不燃性ガスの成分割合を減少させる必要がある。
【００３３】
ガス圧縮機４２に供給される燃料ガス（水分飽和）のガス組成はガスクロマトグラフィー５０によって分析されて制御装置５２に送られるが、具体的には燃料ガス中のＨ2 ，ＣＯ等の各可燃性ガスの成分割合とＮ2 ，ＣＯ2 等の不燃性ガスの成分割合が制御装置５２に送られる。また、ガス圧縮機４２に供給される燃料ガスの温度が温度計５１によって計測されてその温度が制御装置５２に送られて燃料ガス中のＨ2 Ｏ量が計算され、流量計５３による水分の吹き込み流量が制御装置５２に送られて水分量が計算され、制御装置５２において燃料ガス中のＨ2 Ｏ量と吹き込まれる水分量とが加算されて総合のＨ2 Ｏ量が計算される。制御装置５２では、ガスクロマトグラフィー５０による燃料ガス中のＨ2 ，ＣＯ等の各可燃性ガスの成分割合とＮ2 ，ＣＯ2 等の不燃性ガスの成分割合及び総合のＨ2 Ｏ量に基づき、混合器４８における混合ガスの燃焼速度が一定値以上となるように、水分流量調節弁５４を調節する。燃焼速度が一定値未満のときは、水分流量調節弁５４を絞って水分量を減少させる。これにより、燃料ガスの燃焼速度が一定値以上となるように燃料ガス中に吹き込まれる水分吹き込み流量が制限されるので、燃焼器内での失火を防止でき、ガスタービンによる発電出力は安定することになる。
【００３４】
次に本発明に係るガスタービン発電設備の第４実施形態を図４を参照して説明する。図４は本発明に係るガスタービン発電設備の第４実施形態の概略構成図である。
図４において、ガスタービン発電設備３０１は、空気を圧縮する空気圧縮機３０２と、ＬＮＧ、コークス炉ガス等の高カロリガス及び高炉ガス等の低カロリガスを混合した燃料ガスを昇圧するガス圧縮機３０３と、空気圧縮機３０２により圧縮された空気とガス圧縮機３０３により昇圧された燃料ガスとを供給して燃焼させる燃焼器３０４と、燃焼器３０４からの燃焼ガスのエネルギにより駆動され、発電機３０６を駆動するガスタービン３０５と、ガス圧縮機３０３により昇圧された燃料ガス中に水分を吹き込む水分吹き込み手段３０７と、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの熱量が一定となるように水分吹き込み手段３０７で吹き込まれら水分吹き込み量にあわせてガス圧縮機３０３に供給する燃料ガスの熱量を変化させる熱量制御手段３１０とを具備している。
【００３５】
ここで、水分吹き込み手段３０７は、飽和蒸気（水分）を発生する蒸気発生装置３０８と、ガス圧縮機３により昇圧された燃料ガス中に蒸気発生装置３０８からの飽和蒸気を混合する混合器３０９とで構成されている。
又、熱量制御手段３１０は、蒸気発生装置３０８からの飽和蒸気の流量を検知する水分流量センサ３１１と、ガス圧縮機３０３に供給される燃料ガスの熱量を検知する熱量計３１３と、この燃料ガスの温度を検知する温度計３１４と、水分流量センサ３１１による飽和蒸気の流量、熱量計３１３による燃料ガスの流量、及び温度計３１４による燃料ガスの温度からガス圧縮機３０３により昇圧され、水分が吹き込まれた後の燃料ガス（図６におけるＡ点）の熱量を算出し、この熱量が一定となるように高カロリガス用の流量制御弁３１６を制御する流量制御装置３１５とで構成されている。流量制御装置３１５は、飽和蒸気用の流量制御弁３１２をも制御することができる。図４では、高カロリガス用の流量制御弁のみを制御するようになっているが、低カロリガス用の流量制御弁のみ、または、高カロリガス用と低カロリガス用の両方を制御してもかまわない。
【００３６】
なお、図４において符号３１７は高カロリガス用の流量センサ、３１８は低カロリガス用の流量センサ、３１９は低カロリガス用の流量制御弁、３２０は高カロリガスと低カロリガスとを混合する混合器、３２１はガス圧縮機３０３により昇圧された燃料ガス用の流量センサ、３２２はこの燃料ガス用の流量制御弁である。
【００３７】
次に、発電過程について説明する。ＬＮＧ、コークス炉ガス等の高カロリガス及び高炉ガス等の低カロリガスは、混合器３２０で混合されて混合ガスとしてガス圧縮機３０３に流入し、このガス圧縮機３０３により昇圧される。一方、ガス圧縮機３０３により昇圧された燃料ガス中には、蒸気発生装置３０８によって発生した飽和蒸気が混合器３０９によって混合される。この飽和蒸気（温度が１９７℃）は、高温高圧（温度が３５０℃、圧力が１．４７ＭＰａ（１５kgｆ/cm2））の燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となって燃料ガスとともに燃焼器３０４に供給される。燃焼器３０４では、燃料ガスが空気圧縮機３０２によって圧縮された圧縮空気とともに燃焼され、その燃焼ガスのエネルギによりガスタービン３０５が駆動される。ガスタービン３０５は空気圧縮機３０２、ガス圧縮機３０３とともに発電機３０６を駆動し、発電機３０６からの発電出力は種々の電力負荷に供給される。一方、ガスタービン３０５の排ガスは排熱ボイラ（図示せず）に導かれ、煙突を通って大気中に放出される。なお、排熱ボイラで排ガスから熱回収し、これによって飽和蒸気を生成し、この飽和蒸気の一部をプロセス蒸気として蒸気タービン（図示せず）に使用し、他の余剰分を燃料ガス中に吹き込むようにしてもよい。また、燃料ガス中に吹き込まれる水分としては過熱蒸気を生じ易い飽和蒸気が好ましいが、燃焼器３０４の入り口の温度が飽和蒸気温度以上であれば、熱水、冷水でもかまわない。
【００３８】
前述の発電過程において、飽和蒸気（水分）がガス圧縮機３０３によって昇圧された燃料ガス中に吹き込まれると、前述のように飽和蒸気（水分）は高温高圧の燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となり、燃焼器３０４内の燃焼温度はこの過熱蒸気によって低下し、これにより燃焼器３０４に供給される燃料ガスの流量が増大される。夏季において大気温度が上昇し、空気圧縮機３０２から燃焼器３０４に入り込む圧縮空気の質量流量が減少しても、燃料ガスの流量が増大し、また、作動流体となる過熱蒸気が燃焼器３０４内に供給されるので、ガスタービンによる発電出力は低下しない。このため、従来のように、燃焼器に直接蒸気を吹き込む必要がなくなるので、ガスタービンの車室の改造が不要となり、改造コストを比較的安価なものとすることができるとともに、その車室内部の内部構造物の構造が簡単な構造となり、内部構造物の飛散によるタービンの動静翼の損傷を極力回避することができる。又、水分は水分吹き込み手段３０７によりガス圧縮機３０３により昇圧された燃料ガス中に吹き込まれるが、その一方で燃料ガスの温度は３５０℃であり、空気圧縮機３０２により圧縮された圧縮空気の温度２２０℃よりも高温となっている。このため、圧縮空気中に飽和蒸気を吹き込む従来の方法よりもより多くの水分を安定して吹き込むことができる。
【００３９】
次に、熱量制御手段３１０による熱量制御過程について説明する。蒸気発生装置３０８からの飽和蒸気の一部は使用先に供給され、他の余剰分はガス圧縮機３０３により昇圧された燃料ガス中に吹き込まれる。この際に、燃料ガス中に吹き込まれる余剰分の飽和蒸気（水分）の蒸気吹き込み量は、常に、変動している。例えば、工場内で間欠的に発生する余剰蒸気をガス圧縮機３０３により昇圧された燃料ガス中に取り込む際において、その燃料ガス中に吹き込まれる飽和蒸気の蒸気吹き込み量は常に変動している。この蒸気吹き込み量が変動していると、図４のＡ点の燃料ガスの熱量も変動し、ガスタービン３０５による発電出力が安定しない。しかし、この飽和蒸気を吹き込む際に、熱量制御手段３１０の水分流量センサ３１１は飽和蒸気の流量を検知し、熱量計３１３はガス圧縮機３０３に流入する燃料ガスの熱量を検知し、温度計３１４はこの燃料ガスの温度を検知し、流量制御装置３１５が蒸気流量センサ３１１による飽和蒸気の流量、熱量計３１３による燃料ガスの流量、及び温度計３１４による燃料ガスの温度から図４のＡ点の燃料ガスの熱量を算出し、この熱量が一定となるように高カロリガス用の流量制御弁３１６を制御する。即ち、流量制御装置３１５は、吹き込まれる飽和蒸気の吹き込み量が多く、図４のＡ点の燃料ガスの熱量が小さい場合、高カロリガス用の流量制御弁３１６を開くよう制御して高カロリガスの供給量を増加させ、反対に吹き込まれる飽和蒸気の吹き込み量が少なく、図４のＡ点の燃料ガスの熱量が大きい場合、高カロリガス用の流量制御弁３１６を閉じるよう制御して高カロリガスの供給量を減少させる。このため、工場内で間欠的に発生する余剰蒸気をガス圧縮機３０３により昇圧された燃料ガス中に取り込む際において、その燃料ガス中に吹き込まれる飽和蒸気の蒸気吹き込み量が変動していても、熱量制御手段３１０によりガス圧縮機３０３により昇圧され、かつ、水分が吹き込まれた燃料ガスの熱量が一定となるので、ガスタービン３０５による発電出力は安定する。
【００４０】
なお、工場内で間欠的に発生する余剰蒸気をガス圧縮機３０３により昇圧された燃料ガス中に取り込む際において、変動する蒸気吹き込み量にあわせてガス圧縮機３０３に流入するガス組成を変化させ、ガス圧縮機３０３によって昇圧された燃焼ガスの燃焼速度が一定値以上となるように制御することが好ましい。これにより、燃焼器３０４内における失火を防止することができる。
【００４１】
次に、図５及び図６を参照して本発明に係るガスタービン発電設備の第５実施形態及び第６実施形態について説明する。これら図５及び図６に示す第５実施形態及び第６実施形態においては、燃料ガス中に、熱水を積極的に吹き込むようになっている点で第１乃至第４実施形態と相違する。
先ず図５に示す第５実施形態について説明すると、ガスタービン発電設備６０は、空気を圧縮する空気圧縮機６１と、燃料ガスを昇圧するガス圧縮機６２と、空気圧縮機６１により圧縮された空気とガス圧縮機６２により昇圧された燃料ガスとを供給して燃焼させる燃焼器６３と、燃焼器６３からの燃焼ガスのエネルギにより駆動され、発電機６５を駆動するガスタービン６４と、ガス圧縮機６２により昇圧された燃料ガス中に熱水を吹き込む水分吹き込み手段６６とを具備している。
【００４２】
この水分吹き込み手段６６は、飽和蒸気を発生する蒸気発生装置７３と、蒸気発生装置７３からの余剰蒸気が流入する熱水貯蔵用ホルダ７１と、ガス圧縮機６２及び燃焼器６３間に配置された燃料ガス配管６７に設けられ、熱水貯蔵用ホルダ７１からの熱水を燃料ガス配管６７内の燃料に吹き込む混合器６８とで構成されている。ここで、蒸気発生装置７３からの飽和蒸気は、一部はプロセス蒸気として利用され、他の余剰蒸気は、熱水貯蔵用ホルダ７１に吹き込まれる。熱水貯蔵用ホルダ７１に吹き込まれた余剰蒸気は、放熱などにより凝縮して熱水（約９０℃程度）となり、熱水貯蔵用ホルダ７１内に貯蔵される。なお、図５において、符号６９は燃料ガスの流量計、７０，７２，７４は流量制御弁である。
【００４３】
次に、発電過程について説明する。燃料ガスはガス圧縮機６２により昇圧されると、高温高圧の燃料ガスとなり、水分吹き込み手段６６により吹き込まれた熱水はこの高温高圧の燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となり、それぞれが混合されて燃焼器６３内に流入する。一方、空気は空気圧縮機６１により圧縮されると、圧縮空気となって燃焼器６３内に流入する。燃焼器６３では、燃料ガスが圧縮空気と混合されて燃焼し、その高温高圧の燃焼ガスが過熱蒸気とともにガスタービン６４に送られる。ガスタービン６４は燃焼ガスのエネルギにより駆動されて空気圧縮機６１及びガス圧縮機６２を駆動するとともに発電機６５を駆動し、発電機６５からの発電出力は種々の電力負荷に供給される。一方、ガスタービン６４からの排ガスは、例えば、排熱ボイラ（図示せず）に導かれ、煙突を通って大気中に放出される。
【００４４】
水分吹き込み手段６６により熱水が燃料ガス中に吹き込まれると、前述のように熱水は高温高圧の燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となり、燃焼器６３内の燃焼温度はこの過熱蒸気によって低下し、これにより燃焼器６３に供給される燃料ガスの流量が増大される。夏季において大気温度が上昇し、空気圧縮機６１から燃焼器６３に入り込む圧縮空気の質量流量が減少しても、燃料ガスの流量が増大し、また、作動流体となる過熱蒸気が燃焼器６３内に供給されるので、ガスタービンによる発電出力は低下しない。
【００４５】
また、本実施形態のように、水分吹き込み手段６６により熱水を燃料ガス中に吹き込むようにすると、その熱水は、熱水貯蔵用ホルダ７１内に貯蔵可能であるため、簡単な設備で燃料ガス中に水分を吹き込むことができることになる。第１乃至第４実施形態においては、水分、特に飽和蒸気を燃料ガス中に吹き込みようにしてあり、その飽和蒸気を貯蔵することは困難であるため、実施化する場合には、設備が複雑化する問題がある。さらに、熱水貯蔵用ホルダ７１に熱水を貯蔵することにより、余剰蒸気発生量が変動しても、一定量の水分を吹き込むことが可能になる。
【００４６】
また、水分吹き込み手段６６により熱水を燃料ガス中に吹き込むようにすると、熱水自体の体積が飽和蒸気よりも小さいので、それを混合器６８に導く配管の径、ひいては設備全体の寸法を小さくすることができる。
次に、図６に示す第６実施形態について説明すると、ガスタービン発電設備８０は、空気を圧縮する空気圧縮機８１と、燃料ガスを昇圧するガス圧縮機８２と、空気圧縮機８１により圧縮された空気とガス圧縮機８２により昇圧された燃料ガスとを供給して燃焼させる燃焼器８３と、燃焼器８３からの燃焼ガスのエネルギにより駆動され、発電機８５を駆動するガスタービン８４と、ガス圧縮機８２により昇圧された燃料ガス中に熱水を吹き込む水分吹き込み手段８６とを具備している。
【００４７】
この水分吹き込み手段８６は、飽和蒸気を発生する排熱ボイラ９４と、排熱ボイラ９４からの余剰蒸気が流入する熱水貯蔵用ホルダ９１と、ガス圧縮機８２及び燃焼器８３間に配置された燃料ガス配管８７に設けられ、熱水貯蔵用ホルダ９１からの熱水を燃料ガス配管８７内の燃料に吹き込む混合器８８とで構成されている。
【００４８】
この水分吹き込み手段８６は、ガスタービン８４にて排出される排ガスＧａを利用して熱水を燃料ガス中に吹き込むものであり、排熱ボイラ９４には、ガスタービン８４からの排ガスＧａが導かれ、その一方で、給水ポンプ９５により水が供給され、排熱ボイラ９４は排ガスＧａから熱回収して飽和蒸気を生成するようになっている。そして、この飽和蒸気の一部はプロセス蒸気として利用され、その他の余剰分の余剰蒸気は熱水貯蔵用ホルダ９１に吹き込まれ、熱水貯蔵用ホルダ９１に吹き込まれた余剰蒸気は、放熱などにより凝縮して熱水となり、熱水貯蔵用ホルダ９１内に貯蔵されるようになっている。なお、図６において、符号８９は燃料ガスの流量計、９０，９２，９３は流量制御弁である。
【００４９】
次に、発電過程について説明する。燃料ガスはガス圧縮機８２により昇圧されると、高温高圧の燃料ガスとなり、水分吹き込み手段８６により吹き込まれた熱水はこの高温高圧の燃料ガスによって加熱されて過熱蒸気となり、それぞれが混合されて燃焼器８３内に流入する。一方、空気は空気圧縮機８１により圧縮されると、圧縮空気となって燃焼器８３内に流入する。燃焼器８３では、燃料ガスが圧縮空気と混合されて燃焼し、その高温高圧の燃焼ガスが過熱蒸気とともにガスタービン８４に送られる。ガスタービン８４は燃焼ガスのエネルギにより駆動されて空気圧縮機８１及びガス圧縮機８２を駆動するとともに発電機８５を駆動し、発電機８５からの発電出力は種々の電力負荷に供給される。そして、ガスタービン８４からの排ガスＧａは、排熱ボイラ９４に導かれ、前述のように、熱水生成に利用される。このため、図５に示す第５実施形態と比較すると、エネルギの無駄使いをすることなく、効率的に熱水を生成することができる。
【００５０】
一方、本実施形態にあっても、図５に示す第５実施形態と同様に、燃焼器８３に供給される燃料ガスの流量が増大されるので、夏季において大気温度が上昇し、空気圧縮機８１から燃焼器８３に入り込む圧縮空気の質量流量が減少しても、燃料ガスの流量が増大し、また、作動流体となる過熱蒸気が燃焼器８３内に供給されるので、ガスタービン８４による発電出力は低下しない。
【００５１】
また、図５に示す第５実施形態と同様に、水分吹き込み手段８６により熱水を燃料ガス中に吹き込むようにしているので、熱水は、熱水貯蔵用ホルダ９１内に貯蔵可能であり、簡単な設備で燃料ガス中に水分を吹き込むことができることになる。熱水を貯蔵することにより、余剰蒸気発生量が変動しても、一定量の水分を吹き込むことが可能になる。
【００５２】
更に、図５に示す第５実施形態と同様に、水分吹き込み手段８６により熱水を燃料ガス中に吹き込むようしているので、熱水自体の体積が飽和蒸気よりも小さいので、それを混合器８８に導く配管の径、ひいては設備全体の寸法を小さくすることができる。
第５実施形態及び第６実施形態は、吹き込む水分量を一定にすることが可能であるため、前述した第２実施形態の制御手段２９により、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの熱量を一定に、または、第３実施形態の制限手段４９により、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの燃焼速度を一定にすることが好ましい。
【００５３】
以上説明したように、本発明のうち請求項１に係るガスタービン発電設備によれば、ガス圧縮機により昇圧された燃料ガス中に、飽和蒸気、又は燃焼器の入り口の温度が飽和蒸気温度以上となる熱水あるいは冷水である水分を吹き込む水分吹き込み手段を設けたので、燃焼器内の燃焼温度を過熱蒸気（水分）によって低下させ、燃焼器に供給される燃料ガスの流量を増大することができる。このため、夏季において大気温度が上昇し、空気圧縮機から燃焼器に入り込む空気の質量流量が減少しても、燃料ガスの流量が増大し、また、作動流体となる過熱蒸気が燃焼器内に供給されるので、ガスタービンによる発電出力は低下しない。これにより、従来のように、燃焼器に直接蒸気を吹き込む必要がなくなるので、ガスタービンの車室の改造が不要となり、改造コストを比較的安価なものとすることができるとともに、その車室内部の内部構造物の構造が簡単な構造となり、内部構造物の飛散によるタービンの動静翼の損傷を極力回避することができる。又、水分は、空気圧縮機により圧縮された圧縮空気の温度よりも高温のガス圧縮機により昇圧された燃料ガス中に吹き込まれるので、圧縮空気中に飽和蒸気を吹き込む従来の方法よりも多くの水分を安定して吹き込むことができる。
【００５４】
又、本発明のうち請求項２に係るガスタービン発電設備によれば、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの熱量が一定となるように水分吹き込み手段により吹きこまれる水分吹き込み流量を制御する制御手段を具備しているので、変動している燃料ガスの熱量が、燃料ガス中に吹き込まれる水分吹き込み流量を制御手段によって制御することによって一定となり、ガスタービンによる発電出力は安定することになる。
【００５５】
更に、本発明のうち請求項３に係るガスタービン発電設備によれば、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの燃焼速度が一定値以上となるように水分吹き込み手段により吹きこまれる水分吹き込み流量を制限する制限手段を具備しているので、燃焼器内での失火を防止でき、ガスタービンによる発電出力は安定することになる。
【００５６】
また、本発明のうち請求項４に係るガスタービン発電設備によれば、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの熱量が一定となるように水分吹き込み手段で吹き込まれる水分吹き込み量にあわせてガス圧縮機に供給する燃料ガスの熱量を変化させるので、例えば、工場内で間欠的に発生する余剰蒸気をガス圧縮機により昇圧された燃料ガス中に取り込む際において、ガスタービンによる発電出力は安定する。
【００５７】
本発明のうち請求項５に係るガスタービン発電設備の制御方法によれば、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの熱量が一定となるように燃料ガス中に吹き込まれる水分吹き込み流量が制御されるので、ガスタービンによる発電出力は安定することになる。
本発明のうち請求項６に係るガスタービン発電設備の制御方法によれば、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの燃焼速度が一定値以上となるように燃料ガス中に吹き込まれる水分吹き込み流量が制限されるので、燃焼器内での失火を防止でき、ガスタービンによる発電出力は安定することになる。
【００５８】
更に、本発明のうち請求項７に係るガスタービン発電設備の制御方法によれば、水分が吹き込まれた後の燃料ガスの熱量が一定となるように水分吹き込み手段で吹き込まれる水分吹き込み量にあわせてガス圧縮機に供給する燃料ガスの熱量を変化させるので、請求項４に係るガスタービン発電設備と同様に、ガスタービンによる発電出力は安定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガスタービン発電設備の第１実施形態の概略構成図である。
【図２】本発明に係るガスタービン発電設備の第２実施形態の概略構成図である。
【図３】本発明に係るガスタービン発電設備の第３実施形態の概略構成図である。
【図４】本発明に係るガスタービン発電設備の第４実施形態の概略構成図である。
【図５】本発明に係るガスタービン発電設備の第５実施形態の概略構成図である。
【図６】本発明に係るガスタービン発電設備の第６実施形態の概略構成図である。
【図７】従来例の蒸気注入ガスタービンの概略構成図である。
【図８】従来例の二流体サイクルガスタービンの概略構成図である。
【符号の説明】
１、２０、４０、６０、８０、３０１はガスタービン発電設備
２、２１、４１、６１、８１、３０２は空気圧縮機
３、２２、４２、６２、８２、３０３はガス圧縮機
４、２３、４３、６３、８３、３０４は燃焼器
５、２４、４４、６４、８４、３０５はガスタービン
６、２５、４５、６５、８５、３０６は発電機
７、２６、４６、６６、８６、３０７は水分吹き込み手段
２９は制御手段
４９は制限手段
３１０は熱量制御手段
【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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