(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの排ガスを排熱ボイラにおいて熱回収して蒸気を発生させ、この蒸気をガスタービンの入口側に戻して噴射させる二流体サイクルガスタービンシステムにおいて、所望のガスタービン出力に対応して噴射蒸気量を設定する第１の噴射蒸気量設定手段に加えて、排ガス排出時における外気と排ガスの条件から白煙発生限界の噴射蒸気量を導出して設定する第２の噴射蒸気量設定手段を構成し、これらの噴射蒸気量設定手段の設定値のうち、低い方の値を選択して噴射蒸気量制御手段の噴射目標値とすることを特徴とする二流体ガスタービンシステムにおける排気の白煙防止方法
【請求項２】
第２の噴射蒸気量設定手段における噴射蒸気量の導出は、外気温度と、外気相対湿度と、排ガス温度とから白煙発生限界比湿を求めるステップと、排気ガス量を燃料消費量との対応関係から求めるステップと、これらのステップで得られた各値から白煙発生限界の噴射蒸気量を求めるステップとから行うことを特徴とする請求項１記載の二流体ガスタービンシステムにおける排気の白煙防止方法
【請求項３】
第２の噴射蒸気量設定手段における噴射蒸気量の導出は、外気温度と、外気相対湿度と、排ガス温度とから白煙発生限界比湿を求めるステップと、排気ガス量をガスタービン吸気空気量との対応関係により求めるステップと、これらのステップで得られた各値から白煙発生限界の噴射蒸気量を求めるステップとから行うことを特徴とする請求項１記載の二流体ガスタービンシステムにおける排気の白煙防止方法
【請求項４】
第２の噴射蒸気量設定手段における噴射蒸気量の導出は、外気温度と、外気相対湿度と、排ガス温度とから白煙発生限界比湿を求めるステップと、排気ガス量をガスタービン出力との対応関係により求めるステップと、これらのステップで得られた各値から白煙発生限界の噴射蒸気量を求めるステップとから行うことを特徴とする請求項１記載の二流体ガスタービンシステムにおける排気の白煙防止方法
【請求項５】
白煙発生限界比湿は、外気温度と、外気相対湿度と、排ガス温度を変数とする関数式を用いて求めることを特徴とする請求項２〜４までのいずれか１項に記載の二流体ガスタービンシステムにおける排気の白煙防止方法
【請求項６】
白煙発生限界比湿は、外気温度と、外気相対湿度と、排ガス温度をパラメータとするデータテーブルを用いて求めることを特徴とする請求項２〜４までのいずれか１項に記載の二流体ガスタービンシステムにおける排気の白煙防止方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二流体ガスタービンシステムにおける排気の白煙防止方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばコージェネレーションシステム等に用いるガスタービンシステムの一つとして、ガスタービンの排ガスを煙突に至る排気経路に設置した排熱ボイラにおいて熱回収して蒸気を発生させ、この蒸気をガスタービンの入口側に戻して燃焼ガスと蒸気による二流体とすることにより、ガスタービンの出力を増加させるようにした、いわゆる二流体サイクルガスタービンシステムが従来から使用されている。
【０００３】
このような二流体サイクルガスタービンの排ガス中の水分量は、蒸気を噴出している分、これを行わない他のガスタービンの排気に比べて多くなる。
このため、煙突から排出された場合、外気の条件によっては排ガスは白煙となる。白煙は、煙突から排出された排ガスが拡散して大気と混合することにより温度が低下し、飽和水蒸気圧が下がって、気体でいられなくなった水分が凝縮して白く見える現象である。
例えば、排ガスと大気との混合状態を表す図２において、煙突から排出される排ガスの状態がＧ1の場合、大気と混合した状態では図中１点鎖線で示すように過飽和域に入るので白煙が発生する。
このように白煙は水蒸気に起因するため環境規制の対象とはなっていないが、視覚的に問題となる可能性がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
白煙の発生を抑制するためには、排ガス中の水分割合を低下させるか、または、排ガス温度を上昇させる必要があり、従来は、後者の方法は多く行われているが、前者の方法は余り行われていない。即ち、後者の原理により白煙の発生を抑制する従来の方法として、（１）排ガスを燃料を用いて追い焚きする方法、（２）排ガスの一部をボイラバイパスする方法等が知られている。例えば「コージェネレーション」  Vol.12  No.1  1997年  （15〜19頁）参照。
本発明は、前者の方法を具体化することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明では、まず、ガスタービンの排ガスを排熱ボイラにおいて熱回収して蒸気を発生させ、この蒸気をガスタービンの入口側に戻して噴射させる二流体サイクルガスタービンシステムにおいて、所望のガスタービン出力に対応して噴射蒸気量を設定する第１の噴射蒸気量設定手段に加えて、排ガス排出時における外気と排ガスの条件から白煙発生限界の噴射蒸気量を導出して設定する第２の噴射蒸気量設定手段を構成し、これらの噴射蒸気量設定手段の設定値のうち、低い方の値を選択して噴射蒸気量制御手段の噴射目標値とする排気の白煙防止方法を提案する。
【０００６】
そして本発明では、上記の構成において、第２の噴射蒸気量設定手段における噴射蒸気量の導出は、外気温度と、外気相対湿度と、排ガス温度とから白煙発生限界比湿を求めるステップと、排気ガス量を求めるステップと、これらのステップで得られた各値から白煙発生限界の噴射蒸気量を求めるステップとから行うことを提案する。この場合、排気ガス量は、燃料消費量との対応関係、ガスタービン吸気空気量との対応関係又はガスタービン出力との対応関係により求める。
【０００７】
上記のステップにより噴射蒸気量を求める場合、白煙発生限界比湿は、外気温度と、外気相対湿度と、排ガス温度を変数とする関数式を用いて求めたり、又は外気温度と、外気相対湿度と、排ガス温度をパラメータとするデータテーブルを用いて求めることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１は本発明を適用する二流体ガスタービンシステムの実施の形態を示す系統図である。
符号１はガスタービンであり、ガスタービン１の排ガスは、排ガス経路２に設けた排熱ボイラ３を経て煙突４から外気に排出される。排熱ボイラ３は、その上流側からボイラドラム５を有する第１の蒸発器６、脱硝部（脱硝触媒）７、第２の蒸発器８、エコノマイザー９から構成されている。
ボイラドラム５からガスタービン１の上流側に蒸気噴射用経路１０が構成されており、この蒸気噴射用経路１０には流量制御弁１１と流量計１２が設置されており、流量計１２と流量制御弁１１と調節器１３とにより噴射蒸気量制御手段が構成されている。
調節器１３は、後述する噴射蒸気量設定手段により蒸気の噴射目標値が設定されて、流量制御弁１１と流量計１２により噴射蒸気量をフイードバック制御する。
【０００９】
符号１４は第１の噴射蒸気量設定手段で、この第１の噴射蒸気量設定手段１４は所望のガスタービン出力に対応して噴射蒸気量を設定するもので、従来の噴射蒸気量設定手段と同様である。
本発明においては、この第１の噴射蒸気量設定手段１４に加えて、第２の噴射蒸気量設定手段１５と、これらの噴射蒸気量設定手段１４，１５の選択手段１６を構成している。
第２の噴射蒸気量設定手段１５は、蒸気煙突４からの排ガス排出時における外気と排ガスの条件から白煙発生限界の噴射蒸気量を導出して設定するもので、その導出方法の一例を図３に示している。
【００１０】
図３においてステップＳ1では、外気温度（t0[℃]）と、外気相対湿度（h0［％］）と排ガス温度（tg[℃]）が、夫々に対応して適所に設置したセンサ（図１において図示省略）により測定される。
次いでステップＳ2では、ステップＳ1において測定した外気温度、外気相対湿度、排ガス温度から白煙発生限界比湿（q[kg/kg…wet gas]）を求める。ステップＳ2を構成する手段には、例えば図示するように外気相対湿度をパラメータとして排ガス温度と白煙発生限界比湿との対応関係を、関数式又はデータテーブルの形で記憶させておき、ステップＳ1において測定した外気温度、外気相対湿度、排ガス温度を入力することにより周知の手法で白煙発生限界比湿を求めることができる。
一方、ステップＳ3では、ガスタービン１の燃料消費量（fu[m3/h]）が測定される。
そして続いてステップＳ4では、ステップＳ3において測定した燃料消費量から乾き排気ガス量（Gd[m3/h]）を求める。ステップＳ4を構成する手段には、例えば図示するように燃料消費量と乾き排気ガス温度との対応関係を、関数式又はデータテーブルの形で記憶させておき、ステップＳ3において測定した燃料消費量を入力することにより周知の手法で乾き排気ガス量を求めることができる。
次いで、ステップＳ5では、ステップＳ2で求めた白煙発生限界比湿qとステップＳ4で求めた乾き排気ガス量Gdとから、下記式により白煙発生限界蒸気流量Smax[kg/h]を求める。
Smax＝q×Gd/(1-q)
そしてステップＳ6では、ステップＳ5で求めた白煙発生限界蒸気流量Smaxを第２の噴射蒸気量設定手段１５における蒸気流量の設定値として設定する。この設定値は、蒸気流量の制御の幅を考慮して、ステップＳ5で求めた白煙発生限界蒸気流量Smaxよりも適宜低い値とすることもできる。
【００１１】
選択手段１６は、第１の噴射蒸気量設定手段１４と第２の噴射蒸気量設定手段１５の夫々の設定値を比較し、低い方を選択して上述したように噴射蒸気量制御手段の調節器１３に設定する。
従ってガスタービン１に戻されて噴射される蒸気量は、その場合の排ガスの状態が図２のＧ2の状態に維持されるので、白煙の発生が防止される。
第１の噴射蒸気量設定手段１４の設定値の方が低い場合には、白煙の発生が防止された状態においてガスタービン１の所望の出力が得られ、また第２の蒸気量設定手段１５の設定値の方が低い場合にも、ガスタービン１の出力は第１の噴射蒸気量設定手段１４の設定値に対応する出力よりは低くなるものの、必要最小限の低下に抑えられる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明は以上のとおり、排熱ボイラからガスタービンの入力側に戻して噴射する蒸気量を適正に維持することにより、白煙の発生を効果的に防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適用するガスタービン装置の排気システムの実施の形態を示す系統図である。
【図２】  白煙発生のメカニズムと、本発明による防止作用を表す排ガスと大気との混合状態説明図である。
【図３】  第２の噴射蒸気量発生手段における白煙発生限界の噴射蒸気量の設定値を求める方法の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１                    ガスタービン
２                    排ガス経路
３                    排熱ボイラ
４                    煙突
５                    ボイラドラム
６                    第１の蒸発器
７                    脱硝部
８                    第２の蒸発器
９                    エコノマイザー
１０                  蒸気噴射用経路
１１                  流量制御弁
１２                  流量計
１３                  調節器
１４                  第１の噴射蒸気量設定手段
１５                  第２の噴射蒸気量設定手段
１６                  選択手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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