(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された圧縮空気を加湿する増湿塔と、加湿された加湿空気と燃料とを混合して燃焼させる燃焼器と、この燃焼器で生成された燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、このガスタービンから排出される排気ガスで前記加湿空気を加熱する再生熱交換器と、前記増湿塔に供給される給水を前記排気ガスで予熱する給水加熱器とを備えた高湿分ガスタービン設備において、前記増湿塔への給水時に、給水温度を測定する温度測定手段と、この温度測定手段での測定温度が所定温度になるまで前記増湿塔への給水量を制限する流量調整手段と、所定温度になった給水を徐々に前記増湿塔へ供給する切替え弁とを設けたことを特徴とする高湿分ガスタービン設備。
【請求項２】
空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却する空気冷却器と、この空気冷却器で冷却された圧縮空気を加湿する増湿塔と、この加湿された加湿空気と燃料とを混合して燃焼させる燃焼器と、この燃焼器で生成された燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、このガスタービンから排出される排気ガスで前記加湿空気を加熱する再生熱交換器と、前記増湿塔に供給される給水を前記排気ガスで予熱する給水加熱器と、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却し前記増湿塔に供給される給水を予熱する空気冷却器とを備えた高湿分ガスタービン設備において、前記給水加熱器からの給水温度が所定温度になるまで前記増湿塔への給水量を制限する第１の給水手段と、前記空気冷却器から前記増湿塔への給水温度が所定温度になるまで前記増湿塔への給水量を制限する第２の給水手段と、前記増湿塔の起動時に、所定温度になった前記第１の給水手段からの給水を徐々に前記増湿塔に供給する指示を行った後所定温度になった第２の給水手段からの給水を徐々に前記増湿塔に供給する指示を行い、前記増湿塔の停止時には、前記第２の給水手段からの給水を徐々に停止させる指示を行った後前記第１の給水手段からの給水を徐々に停止させる指示を行う給水制御手段とを設けたことを特徴とする高湿分ガスタービン設備。
【請求項３】
前記第１の給水手段と第２の給水手段とは、夫々前記増湿塔への給水温度を検出する温度測定手段と、前記増湿塔への給水量を調節する流量調節弁と、給水を前記増湿塔又は排水側へ切替える切替え弁とを有することを特徴とする請求項２記載の高湿分ガスタービン設備。
【請求項４】
前記第１の給水手段からの給水と前記第２の給水手段からの給水とを混合して前記増湿塔に供給する混合器が設けられていることを特徴とする請求項２記載の高湿分ガスタービン設備。
【請求項５】
空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された圧縮空気を加湿する増湿塔と、加湿された加湿空気と燃料とを混合して燃焼させる燃焼器と、この燃焼器で生成された燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、このガスタービンから排出される排気ガスで前記加湿空気を加熱する再生熱交換器と、前記増湿塔に供給される給水を前記排気ガスで予熱する給水加熱器とを備えた高湿分ガスタービン設備を運転するに際し、前記増湿塔の起動時に、給水温度が所定温度になってから徐々に前記増湿塔へ給水を開始するようにしたことを特徴とする高湿分ガスタービン設備の運転方法。
【請求項６】
空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却する空気冷却器と、この空気冷却器で冷却された圧縮空気を加湿する増湿塔と、この加湿された加湿空気と燃料とを混合して燃焼させる燃焼器と、この燃焼器で生成された燃焼ガスによって駆動されるガスタービンと、このガスタービンから排出される排気ガスで前記加湿空気を加熱する再生熱交換器と、前記増湿塔に供給される給水を前記排気ガスで予熱する給水加熱器と、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気を冷却し前記増湿塔に供給される給水を予熱する空気冷却器とを備えた高湿分ガスタービン設備を運転するに際し、前記増湿塔の起動時に、前記給水加熱器から前記増湿塔への給水温度が所定温度になったら前記増湿塔への給水を徐々に開始させ、その後前記空気冷却器からの給水を徐々に開始させ、かつ、前記増湿塔の停止時には、前記空気冷却器からの給水を徐々に停止させた後前記給水加熱器からの給水を徐々に停止させるようにしたことを特徴とする高湿分ガスタービン設備の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼用空気を加湿して供給することで出力及び効率の向上を図る高湿分ガスタービン設備及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン設備の燃焼器に燃料と共に供給する燃焼用空気に水分を加えて加湿し、それにより出力及び効率の向上を図る高湿分ガスタービン設備は、例えば、特許文献１に開示されているように、既に提案されている。
【０００３】
この種、高湿分ガスタービン設備は、他のガスタービン設備に比べて高効率であることや、ガスエンジンやディーゼルエンジンに比べて窒素酸化物などの排出量を低くできることから、工場向け小規模発電設備や熱電供給設備としての利用が期待されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、高湿分ガスタービン設備は、設備全体の温度，圧力，燃焼ガス流量，燃焼用空気の湿度等の変動をなくして燃焼ガスの排気温度を安定させるために、増湿塔起動停止時における燃焼用空気への加湿量の制御が重要な課題となっている。
【０００６】
即ち、ガスタービンから排出される排気ガスの排気温度を利用して増湿塔への給水を予熱する場合、前記排気温度は、各種条件によって変動し易いので、それによって増湿塔への給水温度も変動してしまう。この増湿塔への給水温度の変動は、燃焼用空気への加湿量を変動させることになり、特に、増湿塔の起動停止時に燃焼用空気への加湿量が急変し易く、高湿分ガスタービン設備が安定に運転するまで長時間を要している。そのために、燃焼用空気の加湿量の急変を抑制して高湿分ガスタービン設備の運転を早期に安定させることが望まれている。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載の高湿分ガスタービン設備は、増湿塔内に供給する空気量と給水量を制御して燃焼用空気の加湿量を調整しているが、増湿塔の起動停止の際に生じる燃焼用空気の加湿量が変動についての配慮はなされていない。
【０００８】
本発明の目的は、増湿塔の起動停止時における燃焼用空気への加湿量の急変を抑制して短時間に安定した運転を行える高湿分ガスタービン設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するために、増湿塔に給水する時に、言い換えれば増湿塔の起動時に、給水温度を測定する温度測定手段と、この温度測定手段による測定温度が所定温度になるまで前記増湿塔への給水量を制限する給水量調節弁と、所定温度になった給水を徐々に前記増湿塔へ供給する弁手段とを設けたのである。
【００１０】
上記構成とすることで、所望温度になった給水を増湿塔へ徐々に供給するようにしたので、燃焼用空気への加湿量も徐々に変化して所望量になる。その結果、燃焼用空気への加湿量の急変がなくなって燃焼ガスの排気温度も短時間で安定するので、高湿分ガスタービン設備の運転を短時間で安定させることができるのである。
【００１１】
即ち、増湿塔への給水温度の制御と給水量の制御を行うことで、燃焼用空気への加湿量を間接的に制御することが可能となり、増湿塔を含む高湿分ガスタービン設備を安定に制御することが可能となるのである。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明によれば、増湿塔の起動停止時における燃焼用空気への加湿量の急変を抑制することができるので、短時間に運転を安定化できる高湿分ガスタービン設備を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明による高湿分ガスタービン設備の第１の実施の形態を、図１に示す高湿分ガスタービン発電設備に基づいて説明する。
【００１４】
高湿分ガスタービン発電設備１Ａは、空気を圧縮する圧縮機２と、この圧縮機２と同軸のガスタービン３及び発電機４とを有している。前記圧縮機２は、配管５によって空気冷却器６を経由して密封された増湿塔７の液面の上方に連結されている。増湿塔７内には、水を付着させ空気を通過させる充填物８が内蔵されており、この増湿塔７の上部には、配管９が接続されており、この配管９は再生熱交換器１０を経由して配管１１に接続されている。そして配管１１は、燃焼器１２に連結され、燃焼器１２は燃焼ガスを前記ガスタービン３の入口に供給するように構成されている。尚、燃焼器１２には、燃料ポンプ１３と燃料流量調節弁１４を介して燃料が供給される。
【００１５】
また、ガスタービン３の出口は、配管１５によって前記再生熱交換器１０を経由して給水加熱器１６に接続されており、給水加熱器１６は、煙道１７によって水回収装置１８に接続されている。そして、水回収装置１８は煙突１９に接続されている。
【００１６】
前記増湿塔７の底部には、給水ポンプ２０を介して配管２１，２２が接続されている。配管２１は、前記空気冷却器６及び流量調節弁２３を経由して三方切替え弁２４に至り、三方切替え弁２４からは配管２５と配管２６とが分岐されている。一方、配管２２は、前記給水加熱器１６及び流量調節弁２６を経由して三方切替え弁２７に至り、三方切替え弁２７からは配管２８と配管２９とが分岐されている。前記配管２５，２８は混合器３０で一緒になって前記増湿塔７に接続され、増湿塔７の内部の上方で給水を噴霧するようにしている。
【００１７】
前記水回収装置１８は、回収した水を低部から水噴霧ポンプ３１で冷却器３２に送って冷却し、上部から噴霧する配管３３を有している。前記水回収装置１８に前記配管２９の下流側が接続される。さらに、前記水回収装置１８の底部には、水を供給するポンプ３４が接続されると共に、前記増湿塔７の底部に水を供給するポンプ３５及び流量調節弁３６を備えた配管３７が接続されている。
【００１８】
尚、前記ガスタービン３の出口側には温度測定手段Ｔ１が、流量調節弁２６及び流量調節弁２３の上流側にはそれぞれ温度測定手段Ｔ２，Ｔ３が設けられている。
【００１９】
次に、以上のように構成した高湿分ガスタービン発電設備１Ａの運転を説明する。
【００２０】
まず、取入れた空気ａを圧縮機２で加圧昇温させて圧縮空気ｂを生成し、生成された圧縮空気ｂを配管５に吐出して空気冷却器６で冷却した後、増湿塔７に導入する。増湿塔７に導入された圧縮空気ｂは、充填物８を通過することで水分を含んだ加湿空気ｃとなる。この加湿空気ｃは再生熱交換器１０を通過させることで温度が上がり加湿空気ｃに含まれた水滴等が蒸発されて燃焼用空気ｄとなり、配管１１を経由して燃焼器１２に供給される。
【００２１】
燃焼用空気ｄは、燃料ポンプ１３によって供給された燃料と燃焼器１２内で混合して燃焼され、燃焼ガスｅを発生し、その燃焼ガスｅをガスタービン３に導いて駆動する。ガスタービン３を駆動した後の排気ガスｆは、再生熱交換器１０で前記加湿空気ｃを昇温させた後、給水加熱器１６及び水回収装置１８を経由して煙突１９から大気中に排出される。
【００２２】
一方、増湿塔７の起動は、次の手順で行う。
【００２３】
水回収装置１８内にポンプ３４で必要量の水が供給してあれば、その水をポンプ３５で増湿塔７の底部に送る。水回収装置１８内に必要量の水が確保されていなければ、ポンプ３４で給水した後、ポンプ３５で増湿塔７に給水する。増湿塔７の底部の水は、給水ポンプ２０によって配管２１，２２に送り出す。配管２１に送り出された水は、空気冷却器６で圧縮空気ｂの熱を受けて昇温し、言い換えれば圧縮機２から吐出された高温高圧の圧縮空気ｂを冷却し、流量調節弁２３，三方切替え弁２４を経由して配管２６によって水回収装置１８に排出される。配管２２に送り出された水は、給水加熱器１６で昇温された後、流量調節弁２６，三方切替え弁２７を経由して配管２９によって水回収装置１８に排出される。
【００２４】
配管２６によって水回収装置１８に回収された昇温された水は、水噴霧ポンプ３１で冷却器３２に送られて冷却された後、水回収装置１８の上部から噴霧される。
【００２５】
このような運転状態において、増湿塔７で圧縮空気ｂを加湿する時期に達したら、給水加熱器１６の出口の給水温度が加湿に適した所定温度となるように、流量調節弁２６で流量を調整する。即ち、流量を少なくすることで給水温度を上昇させ、流量を多くすることで給水温度を下降させている。
【００２６】
給水加熱器１６の出口の給水温度が加湿に適した所定温度になったことを温度測定手段Ｔ２で確認できたら、三方切替え弁２７を徐々に配管２９側から配管２８側に切替えて、混合器３０を経由して前記増湿塔７に給水する。
【００２７】
給水加熱器１６側から増湿塔７への給水が始まった後、空気冷却器６の配管２１の出口の給水温度が加湿に適した所定温度となるように、流量調節弁２３で流量を調整し、空気冷却器６の出口の給水温度が加湿に適した所定温度になったことを温度測定手段Ｔ３で確認できたら、三方切替え弁２４を徐々に配管２６側から配管２５側に切替えて、混合器３０を経由して前記増湿塔７に給水する。
【００２８】
このように徐々に三方切替え弁２７，２４を切替えてゆくことにより、圧縮空気ｂの加湿量を緩やかに増加させることができる。
【００２９】
また、給水加熱器１６を経由した配管２８から増湿塔７への給水を行ってから、空気冷却器６を経由した配管２５から増湿塔７への給水を行うようにすることで、給水温度の低い給水加熱器１６側からの給水で増湿塔７内での給水の急激な蒸発を抑えることができ、圧縮空気ｂの加湿量の増加を緩やかにすることができるのである。
【００３０】
即ち、空気冷却器６を通過する圧縮空気ｂの温度は、定格回転数ではあまり変化しないので、空気冷却器６を通過する給水の温度も変化しない。これに対し、給水加熱器１６を通過する排気ガスｆの温度は、定格回転数でも負荷が大きくなると高くなるので、給水加熱器１６を通過する給水の温度も負荷が大きくなると高くなる。加湿を開始するのは、定格回転数で部分負荷のときが一つの方法である。このときは、空気冷却器６側より給水加熱器１６側の給水温度が低くなっている。増湿塔７での加湿量は、給水温度の影響を受ける。それは温度が高いほど加湿量が多い傾向にある。
【００３１】
そこで、最初に、給水温度の低い給水加熱器１６側から増湿塔７への給水を行うことで、圧縮空気ｂの加湿量の増加を緩やかにし、結果的に高湿分ガスタービン発電設備１Ａの安定運転までの時間を短縮させるようにしたのである。
【００３２】
尚、増湿塔７の停止時には、上述と逆の手順で行うことにより、圧縮空気ｂの加湿量の低減を緩やかにして高湿分ガスタービン発電設備１Ａを円滑に停止させることができる。
【００３３】
次に、本発明による高湿分ガスタービン設備の第２の実施の形態を、図２に示す高湿分ガスタービン発電設備１Ｂに基づいて説明する。尚、図１に示す高湿分ガスタービン発電設備１Ａと同一符号は、同一部品を示すので、再度の詳細な説明は省略する。
【００３４】
この高湿分ガスタービン発電設備１Ｂは、図１に示す高湿分ガスタービン発電設備１Ａの構成の空気冷却器６，配管２１，流量調節弁２３，三方切替え弁２４，配管２５，配管２６，混合器３０，温度測定手段Ｔ３を削除したものであり、このように構成された高湿分ガスタービン発電設備１Ｂは、多少効率が低下しても構成を簡単にすることが求められる容量の小さい設備に適するものである。
【００３５】
本実施の形態による増湿塔７の起動は、次の手順で行う。
【００３６】
まず、水回収装置１８の水をポンプ３５で増湿塔７へ送り出し、増湿塔７からは給水ポンプ２０で給水加熱器１６に給水する。給水加熱器１６で昇温された給水は、流量調節弁２６，三方切替え弁２７を経由して配管２９によって水回収装置１８に排出される。
【００３７】
配管２９によって水回収装置１８に回収された昇温された水は、水噴霧ポンプ３１で冷却器３２に送られて冷却された後、水回収装置１８の上部から噴霧される。
【００３８】
このような運転状態において、増湿塔７で圧縮空気ｂを加湿する時期に達したら、給水加熱器１６の出口の給水温度が加湿開始に適した所定温度となるように、流量調節弁２６で流量を調整する。即ち、流量を少なくすることで給水温度を上昇させ、流量を多くすることで給水温度を下降させている。
【００３９】
給水加熱器１６の出口の給水温度が加湿に適した所定温度になったことを温度測定手段Ｔ２で確認できたら、三方切替え弁２７を徐々に配管２９側から配管２８側に切替えて、前記増湿塔７への給水を開始する。
【００４０】
このように給水温度を加湿に適した所定温度にした後、徐々に増湿塔７への給水を行うことにより、圧縮空気ｂの加湿量を緩やかに増加させることができるのである。
【００４１】
また、増湿塔７の停止時には、上述と逆の手順で行うことにより、圧縮空気ｂの加湿量の低減を緩やかにして高湿分ガスタービン発電設備１Ｂを円滑に停止させることができる。
【００４２】
以上説明したように、第２の実施の形態によっても前記第１の実施の形態と同様な効果を奏することができる。
【００４３】
尚、上記各実施の形態に説明したような給水制御を行う場合には、図示はしていないが、各温度測定手段Ｔ１〜Ｔ３からの測定結果により各弁２３，２４，２６，２７に開度調整を支持する給水制御手段が存在することは云うまでもない。
【００４４】
さらに、給水量を制御するために流量調節弁２３，２６を用いているが、流量調節弁２３，２６に代えて、給水ポンプ２０の回転数制御を行うことで給水量を制御するようにしてもよい。したがって、これら流量調節弁２３，２６や回転数制御ができる給水ポンプが本発明による流量調整手段に相当する。
【００４５】
このほか、給水加熱器１６の給水量を制御するために流量調節弁２６、増湿塔７への給水量を制御するために三方切替え弁２７を用いているが、これらの代わりに、次の構成としても同等の機能を持たせることができる。即ち、給水加熱器１６の出口の配管２８に流量調節弁を、配管２９に流量調節弁を設け、加湿を開始する前は配管２９の流量調節弁で流量を制御し、加湿を開始するときは配管２８の流量調節弁を徐々に開いて配管２９の流量調節弁を徐々に閉じてゆくのである。
【００４６】
さらにまた、空気冷却器１６の給水量を制御するために流量調節弁２３を、増湿塔７への給水量を制御するために三方切替え弁２４を用いているが、これらの代わりに、次の構成としても同等の機能を持たせることができる。即ち、空気冷却器６の出口の配管２５に流量調節弁を、配管２６に流量調節弁を設け、加湿を開始する前は配管２６の流量調節弁で流量を制御し、加湿を開始するときは配管２５の流量調節弁を徐々に開いて配管２６の流量調節弁を徐々に閉じてゆくのである。
【００４７】
また、給水ポンプ２０，給水加熱器１６，温度測定手段Ｔ２，流量調節弁２６，三方切替え弁２７が、本発明による第１の給水手段に相当し、給水ポンプ２０，空気冷却器６，温度測定手段Ｔ３，流量調節弁２３，三方切替え弁２４が、本発明による第２の給水手段に相当するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明による高湿分ガスタービン設備の第１の実施の形態を示す高湿分ガスタービン発電設備の概略ブロック図。
【図２】本発明による高湿分ガスタービン設備の第２の実施の形態を示す高湿分ガスタービン発電設備の概略ブロック図。
【符号の説明】
【００４９】
１Ａ，１Ｂ…高湿分ガスタービン発電設備、２…圧縮機、３…ガスタービン、４…発電機、６…空気冷却器、７…増湿塔、１０…再生熱交換器、１２…燃焼器、１３…燃料ポンプ、１６…給水加熱器、１８…水回収装置、２０…給水ポンプ、２３，２６…流量調節弁、２４，２７…三方切替え弁（切替え弁）、３０…混合器。
【図１】
0004550677.tif 000002
【図２】
0004550677.tif 000003