(57)【要約】【課題】ガスタービンの燃料流量又は蒸気消費設備の使用蒸気量に変化が生じた場合に、ガスタービン燃焼器の燃焼安定性を確保し、ＮＯｘ排出量を低減する熱電可変型コジェネレーションシステムを提供する。【解決手段】熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、蒸気注入系統としてガスタービン燃焼器内の火炎帯の上流側の位置に蒸気の一部を注入する第１の蒸気系統と、火炎帯の下流側の位置に蒸気の他の一部を注入する第２の蒸気系統と、ガスタービン燃焼器に供給する燃料の燃料流量検出器と、第２の蒸気系統を通じてガスタービン燃焼器に注入する蒸気の蒸気流量検出手段と、排熱回収ボイラから蒸気を供給する蒸気供給系統に蒸気圧力検出器と蒸気温度検出器を設け、燃料流量検出器及び蒸気流量検出手段の検出値に基づいて第１の蒸気系統に設けた第１の蒸気流量調整弁の開度を調節してガスタービン燃焼器に供給する注入蒸気量を制御する制御器を設置した。【選択図】図１
2017020346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮用空気を用いて燃料を燃焼して燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスによって駆動されるタービンを備えたガスタービンと、ガスタービンのタービンから排出された排気ガスを熱源として蒸気を発生する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気を蒸気消費設備に供給する蒸気供給系統と、蒸気供給系統に供給された蒸気の一部を該蒸気供給系統と接続した蒸気注入系統を通じてガスタービンに注入する熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、
前記蒸気注入系統として、ガスタービン燃焼器内で燃焼ガスの流れに対して火炎帯の上流側の位置に蒸気の一部を注入する第１の蒸気系統と、ガスタービン燃焼器内で燃焼ガスの流れに対して火炎帯の下流側の位置に蒸気の他の一部を注入する第２の蒸気系統を配設し、
第１の蒸気系統を通じて注入する第１の蒸気の流量を調節する第１の蒸気流量調整弁及び第２の蒸気系統を通じて注入する第２の蒸気の流量を調節する第２の蒸気流量調整弁を第１の蒸気系統及び第２の蒸気系統にそれぞれ設置し、
前記ガスタービン燃焼器に供給する燃料の燃料流量を検出する燃料流量検出器を設置し、
前記第２の蒸気系統にガスタービン燃焼器に注入する第２の蒸気の流量を検出する蒸気流量検出手段を設置し、
前記蒸気供給系統に蒸気圧力検出器及び蒸気温度検出器をそれぞれ設置し、
前記燃料流量検出器で検出した燃料流量の検出値及び前記蒸気流量検出手段で検出した第２の蒸気流量の検出値に基づいて、前記第１の蒸気系統に設けた第１の蒸気流量調整弁の開度を調節してガスタービン燃焼器に供給する注入蒸気量を制御する制御器を設置したことを特徴とする熱電可変型コジェネレーションシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、
前記蒸気流量検出手段は、前記第２の蒸気系統を流れる蒸気の流量を検出する流量計、前記第２の蒸気系統に設置した第２の蒸気流量調整弁の開度を検知する検出器、又は前記第２の蒸気流量調整弁の開度を指令する指令値の検出器であることを特徴とする熱電可変型コジェネレーションシステム。
【請求項３】
請求項１に記載の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、
前記制御器は、蒸気消費設備に供給される蒸気の状態を検出する蒸気検出手段で検出した検出信号に応じて前記第２の蒸気系統に供給する第２の蒸気の蒸気流量の指令値を算出し、この算出した蒸気流量の指令値に基づいて前記第２の蒸気系統に設けた第２の蒸気流量調整弁を制御することを特徴とする熱電可変型コジェネレーションシステム。
【請求項４】
請求項３に記載の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、
蒸気消費設備に供給される蒸気の状態を検出する蒸気検出手段は、排熱回収ボイラで発生した蒸気を供給する蒸気系統に設置した蒸気の圧力を検出する蒸気圧力検出器、前記蒸気供給系統を経て前記蒸気消費設備に蒸気を供給する蒸気系統に設置された第３の蒸気流量調整弁の開度を検知する検出器、又は前記第３の蒸気流量調整弁の開度を指令する指令値の検出器であることを特徴とする熱電可変型コジェネレーションシステム。
【請求項５】
空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮用空気を用いて燃料を燃焼して燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスによって駆動されるタービンを備えたガスタービンと、ガスタービンのタービンから排出された排気ガスを熱源として蒸気を発生する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気を蒸気消費設備に供給する蒸気供給系統と、蒸気供給系統に供給された蒸気の一部を該蒸気供給系統と接続した蒸気注入系統を通じてガスタービンに注入する熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、
前記蒸気注入系統として、ガスタービン燃焼器内で燃焼ガスの流れに対して火炎帯の上流側の位置に注入する蒸気の一部を注入する第１の蒸気系統と、ガスタービン燃焼器内で燃焼ガスの流れに対して火炎帯の下流側の位置に注入する蒸気の他の一部を注入する第２の蒸気系統を配設し、
第１の蒸気系統を通じて注入する第１の蒸気の流量を調節する第１の蒸気流量調整弁及び第２の蒸気系統を通じて注入する第２の蒸気の流量を調節する第２の蒸気流量調整弁を第１の蒸気系統及び第２の蒸気系統にそれぞれ設置し、
前記ガスタービン燃焼器に供給する燃料の燃料流量を検出する燃料流量検出器を設置し、
前記第２の蒸気系統にガスタービン燃焼器に注入する第２の蒸気の流量を検出する蒸気流量検出手段を設置し、
前記蒸気供給系統に蒸気圧力検出器及び蒸気温度検出器をそれぞれ設置し、
前記燃料流量検出器で検出した燃料流量の検出値に基づいて、前記第１の蒸気系統に設けた第１の蒸気流量調整弁の開度を調節してガスタービン燃焼器に供給する注入蒸気量を制御する制御器を設置し、
前記制御器は、前記燃料流量検出器に基づいて前記第１の蒸気系統を通じてガスタービン燃焼器に供給する注入蒸気量となる第１の蒸気の蒸気流量を演算して第１の蒸気流量調整弁の開度を制御する第１の蒸気流量指令値を出力する第１の演算器と、
前記蒸気圧力検出器で検出した蒸気圧力の検出値に基づいて前記第２の蒸気系統を通じてガスタービン燃焼器に供給する注入蒸気量となる第２の蒸気の蒸気流量を演算して第２の蒸気流量調整弁の開度を制御する第２の蒸気流量指令値を出力する第２の演算器が備えられており、
前記第１の演算器では、前記第２の演算器で演算された第２の蒸気流量指令値を入力させて前記第１の蒸気流量指令値を出力するように構成し、
前記蒸気温度検出器及び蒸気圧力検出器の検出値に基づいて第１の蒸気流量調整弁の開度及び第２の蒸気流量調整弁の開度を制限するように構成していることを特徴とする熱電可変型コジェネレーションシステム。
【請求項６】
請求項５に記載の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、
前記制御器に設けた第２の演算器は、蒸気消費設備に供給される蒸気の状態を検出する蒸気検出手段で検出した検出信号に応じて前記第２の蒸気系統に供給する第２の蒸気の蒸気流量指令値を算出し、この算出した第２蒸気流量指令値に基づいて前記第２の蒸気系統に設けた第２の蒸気流量調整弁を制御することを特徴とする熱電可変型コジェネレーションシステム。
【請求項７】
請求項６に記載の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、
蒸気消費設備に供給される蒸気の状態を検出する蒸気検出手段は、排熱回収ボイラで発生した蒸気を蒸気消費設備に供給する前記蒸気供給系統に設置した蒸気の圧力を検出する蒸気圧力検出器、前記蒸気供給系統を経て前記蒸気消費設備に蒸気を供給する蒸気系統に設置された第３の蒸気流量調整弁の開度を検知する検出器、又は前記第３の蒸気流量調整弁の開度を指令する指令値の検出器であることを特徴とする熱電可変型コジェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービンの排熱を熱源にして生成した蒸気の一部をガスタービンに注入する蒸気注入ガスタービンを備えて、ガスタービンに注入する蒸気注入量を変化させることで、前記ガスタービンから外部へ供給できる熱（蒸気）と電力の割合を変化させることが可能な熱電可変型コジェネレーションシステムに係わり、特にガスタービンに注入する蒸気注入量を制御する熱電可変型コジェネレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱と電力の双方を供給でき、かつ、要求された熱と電力の需要比に応じて、熱（蒸気）と電力の割合である熱電比を変化させることができる熱電可変ガスタービンを備えた熱電可変型コジェネレーションシステムは、エネルギーロスの小さい高効率分散電源として期待されている。
【０００３】
この熱電可変型コジェネレーションシステムのうち、熱電可変ガスタービンのガスタービン燃焼器に蒸気を注入する蒸気注入系統として、ガスタービン燃焼器における燃焼ガスの流れに対して火炎帯の上流側に蒸気を注入する第１の蒸気系統と、火炎帯の下流側に蒸気を注入する第２の蒸気系統との２系統を備え、燃料の流量および燃料の組成に応じて第１の蒸気系統を通じて注入する第１蒸気流量を制御し、蒸気消費設備で必要な蒸気要求量に応じて第２の蒸気系統を通じて注入する第２蒸気流量を制御するように構成した熱電可変型コジェネレーションシステムの技術が特開２０１４−１７３５７２号公報（特許文献１）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１７３５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特開２０１４−１７３５７２号公報に開示された熱電可変型コジェネレーションシステムにおいては、ガスタービン燃焼器内で火炎帯の上流側に第１の蒸気系統から注入する第１蒸気流量が増加すると生成される窒素酸化物（ＮＯｘ）は低減するが、注入する蒸気流量がＮＯｘ低減に必要な流量よりも過剰になった場合は消炎をまねく可能性がある。
【０００６】
そのため、特開２０１４−１７３５７２号公報に開示された熱電可変型コジェネレーションシステムは、燃料流量および燃料組成に応じてガスタービン燃焼器内に注入する第１の蒸気量を制御する手段が開示されている。
【０００７】
しかしながら、燃料流量が増加するとガスタービン燃焼器内に形成される火炎が長炎化して、増加した燃料の一部が、第１の蒸気が混合していない乾いた燃焼空気（たとえば燃焼孔から流入する２次燃焼空気）で燃焼するようになり、生成されるＮＯｘ排出量が増加する。
【０００８】
そこで、ＮＯｘ排出量を低減させるためにガスタービン燃焼器内に注入する第１の蒸気量を増加させることが考えられるが、注入する蒸気で火炎基部の湿分が増加することによって火炎温度と酸素濃度が低下し、消炎の可能性が高くなってしまう。
【０００９】
一方、ガスタービン燃焼器において、ＮＯｘの発生源となっている乾いた燃焼空気で燃料を燃焼している部分は、湿分が混合されないため、ＮＯｘの低減効果は限られてしまう。
【００１０】
ガスタービン燃焼器内に注入される第１の蒸気流量及び第２の蒸気流量のうち、第２の蒸気流量は、蒸気消費設備で必要な蒸気要求量に応じて制御されているため、注入される第２の蒸気流量が多くて燃料流量が少ない場合や、注入される第２の蒸気流量が多くて空気流量が多い場合には、ガスタービン燃焼器内で火炎帯の下流側に第２の蒸気系統を通じて蒸気を注入する第２の蒸気の一部を燃焼空気に混合する際に、前述した注入する第１の蒸気流量と第２の蒸気流量の一部の合計の蒸気流量が過剰となってしまい、消炎をまねく可能性がある。
【００１１】
本発明の目的は、ガスタービン負荷変化による燃料流量、又は、蒸気消費設備で使用される蒸気量に変化が生じた場合に、ガスタービン燃焼器の燃焼安定性を確保すると共に、ガスタービン燃焼器から排出されるＮＯｘ排出量を低減することを可能にした熱電可変型コジェネレーションシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の熱電可変型コジェネレーションシステムは、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮用空気を用いて燃料を燃焼して燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスによって駆動されるタービンを備えたガスタービンと、ガスタービンのタービンから排出された排気ガスを熱源として蒸気を発生する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気を蒸気消費設備に供給する蒸気供給系統と、蒸気供給系統に供給された蒸気の一部を該蒸気供給系統と接続した蒸気注入系統を通じてガスタービンに注入する熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、前記蒸気注入系統として、ガスタービン燃焼器内で燃焼ガスの流れに対して火炎帯の上流側の位置に蒸気の一部を注入する第１の蒸気系統と、ガスタービン燃焼器内で燃焼ガスの流れに対して火炎帯の下流側の位置に蒸気の他の一部を注入する第２の蒸気系統を配設し、第１の蒸気系統を通じて注入する第１の蒸気の流量を調節する第１の蒸気流量調整弁及び第２の蒸気系統を通じて注入する第２の蒸気の流量を調節する第２の蒸気流量調整弁を第１の蒸気系統及び第２の蒸気系統にそれぞれ設置し、前記ガスタービン燃焼器に供給する燃料の燃料流量を検出する燃料流量検出器を設置し、前記第２の蒸気系統にガスタービン燃焼器に注入する第２の蒸気の流量を検出する蒸気流量検出手段を設置し、前記蒸気供給系統に蒸気圧力検出器及び蒸気温度検出器をそれぞれ設置し、前記燃料流量検出器で検出した燃料流量の検出値及び前記蒸気流量検出手段で検出した第２の蒸気流量の検出値に基づいて、前記第１の蒸気系統に設けた第１の蒸気流量調整弁の開度を調節してガスタービン燃焼器に供給する注入蒸気量を制御する制御器を設置したことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の熱電可変型コジェネレーションシステムは、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮用空気を用いて燃料を燃焼して燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスによって駆動されるタービンを備えたガスタービンと、ガスタービンのタービンから排出された排気ガスを熱源として蒸気を発生する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気を蒸気消費設備に供給する蒸気供給系統と、蒸気供給系統に供給された蒸気の一部を該蒸気供給系統と接続した蒸気注入系統を通じてガスタービンに注入する熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、前記蒸気注入系統として、ガスタービン燃焼器内で燃焼ガスの流れに対して火炎帯の上流側の位置に注入する蒸気の一部を注入する第１の蒸気系統と、ガスタービン燃焼器内で燃焼ガスの流れに対して火炎帯の下流側の位置に注入する蒸気の他の一部を注入する第２の蒸気系統を配設し、第１の蒸気系統を通じて注入する第１の蒸気の流量を調節する第１の蒸気流量調整弁及び第２の蒸気系統を通じて注入する第２の蒸気の流量を調節する第２の蒸気流量調整弁を第１の蒸気系統及び第２の蒸気系統にそれぞれ設置し、前記ガスタービン燃焼器に供給する燃料の燃料流量を検出する燃料流量検出器を設置し、前記第２の蒸気系統にガスタービン燃焼器に注入する第２の蒸気の流量を検出する蒸気流量検出手段を設置し、前記蒸気供給系統に蒸気圧力検出器及び蒸気温度検出器をそれぞれ設置し、前記燃料流量検出器で検出した燃料流量の検出値に基づいて、前記第１の蒸気系統に設けた第１の蒸気流量調整弁の開度を調節してガスタービン燃焼器に供給する注入蒸気量を制御する制御器を設置し、前記制御器は、前記燃料流量検出器に基づいて前記第１の蒸気系統を通じてガスタービン燃焼器に供給する注入蒸気量となる第１の蒸気の蒸気流量を演算して第１の蒸気流量調整弁の開度を制御する第１の蒸気流量指令値を出力する第１の演算器と、前記蒸気圧力検出器で検出した蒸気圧力の検出値に基づいて前記第２の蒸気系統を通じてガスタービン燃焼器に供給する注入蒸気量となる第２の蒸気の蒸気流量を演算して第２の蒸気流量調整弁の開度を制御する第２の蒸気流量指令値を出力する第２の演算器が備えられており、前記第１の演算器では、前記第２の演算器で演算された第２の蒸気流量指令値を入力させて前記第１の蒸気流量指令値を出力するように構成し、前記蒸気温度検出器及び蒸気圧力検出器の検出値に基づいて第１の蒸気流量調整弁の開度及び第２の蒸気流量調整弁の開度を制限するように構成していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ガスタービン負荷変化による燃料流量、又は、蒸気消費設備で使用される蒸気量に変化が生じた場合に、ガスタービン燃焼器の燃焼安定性を確保すると共に、ガスタービン燃焼器から排出されるＮＯｘ排出量を低減することを可能にした熱電可変型コジェネレーションシステムが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムの構成を表すシステムフロー図である。
【図２】本発明の第１実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおける蒸気弁を制御する制御器の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおける蒸気流量制御の一例である燃料流量と第１の蒸気流量との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第１実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおける蒸気流量制御の一例であるＩＧＶ開度と第１の蒸気流量との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第１実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおける蒸気流量制御の一例である圧縮機回転数と第１の蒸気流量との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第１実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおける蒸気流量制御の一例である第２の蒸気流量と第１の蒸気流量との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第１実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおける蒸気流量制御の一例である蒸気圧力と第２の蒸気流量との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第１実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおける蒸気流量制御の一例であるガスタービンの圧力比と第２の蒸気流量との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の第２実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムの構成を表すシステムフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の第１実施例である熱電可変型コジェネレーションシステムについて、図面を用いて以下に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は本発明の第１実施例である熱電可変型コジェネレーションシステムの全体構成を示すシステムフロー図である。
【００１８】
図１に示すように、本発明の第１実施例である熱電可変型コジェネレーションシステムは、主要機器として、ガスタービン４と、前記ガスタービン４の排ガスを熱源として蒸気を発生する排熱回収ボイラ５と、前記排熱回収ボイラ５で発生した蒸気を供給する蒸気供給系統３００から構成されている。
【００１９】
このうち、ガスタービン４は、主として、空気１００を圧縮して高圧の燃焼用空気１０１を生成する圧縮機１と、この圧縮機１から導入される圧縮空気１０１を燃焼室５０に供給して外部から供給した燃料２０１を燃焼させて高温高圧の燃焼ガス１０６を生成する複数個のガスタービン燃焼器２と、これらのガスタービン燃焼器２の燃焼室５０で生成された高温高圧の燃焼ガス１０６をガスタービン燃焼器２から導入して駆動されるタービン３とから構成されている。
【００２０】
圧縮機１の吸気部には入口案内翼（ＩＧＶ）１９が設置されていて、圧縮機１に吸込む空気１００の吸込み流量を調節している。
【００２１】
また、タービン３はガスジェネレータ３ａとパワータービン３ｂに分かれており、ガスジェネレータ３ａはガスジェネレータの軸２１ａによって圧縮機１と連結しており、ガスジェネレータ３ａの回転によって圧縮機１を駆動する。
【００２２】
一方、パワータービン３ｂはパワータービンの軸２１ｂによって発電機２０と連結しており、パワータービン３ｂの回転によって発電機２０を駆動する。この軸２１ａには回転数検出器２２が取り付けられており、圧縮機１の回転数を知ることができる。
【００２３】
ガスタービン燃焼器２は、燃焼器ケーシング７の内部に格納されており、燃焼器ケーシング７の一端には燃焼器カバー８が取り付けられている。そして、燃焼器ケーシング７はタービンケーシング２３に取り付けられている。
【００２４】
ガスタービン燃焼器２の上流端中央には燃料ノズル９が設置されており、この燃料ノズル９の下流側には、未燃の空気と既燃の燃焼ガスを隔てる概略円筒状の燃焼器ライナ１０が設置されている。
【００２５】
この燃焼器ライナ１０の内側には、供給された圧縮空気１０１によって外部から供給した燃料２０１を燃焼させて高温高圧の燃焼ガス１０６を生成する前記燃焼室５０が形成されている。
【００２６】
また、燃焼器ライナ１０の外周側には、ライナフロースリーブ１１が設置されている。ライナフロースリーブ１１は概略円筒状で燃焼器ライナ１０と概略同軸となるように燃焼器外筒７の内部に締結されている。
【００２７】
燃焼器ライナ１０の下流には前記燃焼室５０で生成した燃焼ガス１０６をタービン３へと導く尾筒１２が設置されている。燃焼器ライナ１０の下流端は尾筒１２の上流端に差し込まれている。
【００２８】
尾筒１２の外周側には尾筒フロースリーブ１３が設置されている。ライナフロースリーブ１１の下流端は尾筒フロースリーブ１３の上流端に差し込まれている。
【００２９】
前記構成の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、圧縮機１で加圧された高圧の燃焼用空気１０１は、タービンケーシング２３内の空間から、尾筒１２と尾筒フロースリーブ１３の間の空間にタービン側（下流側）の開口部から流入する。
【００３０】
そしてこの燃焼用空気１０１は、燃焼器ライナ１０側（上流側）へ流れる際に尾筒１２を外側から冷却する。  
その後、燃焼用空気１０１は燃焼器ライナ１０とライナフロースリーブ１１の間の概略円環状の空間を通ってガスタービン燃焼器２の上流側へ向かって流れるが、その際に、燃焼器ライナ１０を外側から冷却する。
【００３１】
また、燃焼用空気１０１の一部１０２は燃焼器ライナ１０に設けられた冷却孔から燃焼器ライナ１０内へ流入し、フィルム冷却に使用される。
【００３２】
燃焼用空気１０１の別の一部１０３は、燃焼器ライナ１０に設けられた複数の希釈孔１４から燃焼器ライナ１０内へ流入して、燃焼器ライナ１０内を流下する燃焼ガス１０５と混合して尾筒１２内へと流入する。
【００３３】
また、燃焼用空気１０１の別の一部である２次燃焼空気１１０は、燃焼器ライナ１０に設けられた複数の燃焼孔３０から燃焼器ライナ１０内へ流入し、後述する燃焼空気１０４で燃焼しきれなかった燃料とともに燃焼に使用される。
【００３４】
燃焼用空気１０１の残りの燃焼空気１０４は、燃料ノズル９の外周に設けた旋回器１７から燃焼器ライナ１０内に流入して、燃料ノズル９から噴出される燃料とともに燃焼に使用される。
【００３５】
このとき、燃料流量が多い場合は、噴出された燃料のすべてが燃焼空気１０４では燃焼しきれないので、燃焼器ライナ１０の下流側で前述の２次燃焼空気１１０とともに燃焼する。
【００３６】
そして、この燃焼によって高温の燃焼ガス１０５となり、さらに冷却空気１０２および希釈空気１０３と混合した燃焼ガス１０６がガスタービン燃焼器２からタービン３へと送られて前記タービン３を駆動する。
【００３７】
タービン３を出た低圧のタービン排ガス１０８は、熱源として排熱回収ボイラ５に供給されてこの排熱回収ボイラ５にて蒸気を発生させ、前記排熱回収ボイラ５で熱回収された後に、排気ガス１０９として排熱回収ボイラ５から外部に排気される。
【００３８】
ガスタービン燃焼器２に燃料を供給する燃料系統２００には燃料流量調整弁２０２が設けられており、この燃料流量調整弁２０２によって燃料流量を調整することによりガスタービンの発電出力を調整できる。
【００３９】
また、燃料流量検出手段となる燃料流量計２０３が設置されており、燃料の流量を検出することができる。
【００４０】
ここで、燃料流量検出手段としては、本実施例に述べた燃料流量計２０３に代えて、たとえば、流量調節弁の開度や、流量調節弁への開度指令などを利用することもできる。燃料の圧力、温度がほぼ一定であれば、燃料流量は弁の開度の関数になるからである。
【００４１】
一方、燃料の圧力、温度が変化する場合には、燃料の圧力、温度をそれぞれ検出して流量の算出に用いると、より精度の高い燃料流量の検出が可能になる。
【００４２】
次に本発明の第１実施例である熱電可変型コジェネレーションシステムの蒸気系統について、図１を用いて説明する。
【００４３】
図１に示した本発明の第１実施例である熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、排熱回収ボイラ５は、給水を加熱する給水加熱器２４と、給水加熱器２４から供給された給水を加熱して蒸気を発生するボイラ２５と、ボイラ２５から供給された蒸気を過熱する蒸気過熱器２６から構成されており、蒸気過熱器２６で発生した過熱された蒸気は、排熱回収ボイラ５から蒸気供給系統３００を通じて蒸気消費設備６に供給されて消費される。
【００４４】
蒸気消費設備６としては工場などの熱源を必要とする設備が考えられる。
【００４５】
蒸気供給系統３００を通じて供給された蒸気を蒸気消費設備６に供給するため、蒸気供給系統３００に接続したプロセス蒸気配管３０３にはプロセス蒸気流量制御弁３１３が設置されており、このプロセス蒸気流量制御弁３１３の調節によってプロセス蒸気配管３０３を通じて蒸気消費設備６に供給される蒸気の送気蒸気量を制御している。
【００４６】
一方、排熱回収ボイラ５で発生した蒸気量が蒸気消費設備６で必要な蒸気量を上回った場合には、余剰の蒸気をガスタービン燃焼器２へ注入してガスタービン４の発電機２０の出力を増加させて、熱電比を可変とするのが熱電可変コジェネレーションシステムである。
【００４７】
第１実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムでは、排熱回収ボイラ５から発生した蒸気が供給される蒸気供給系統３００に接続しており、この蒸気供給系統３００を通じて供給された蒸気の一部をガスタービン燃焼器２に供給する蒸気系統は、第１の蒸気系統３０１と、第２の蒸気系統３０２の２系統に分かれて配設されている。
【００４８】
排熱回収ボイラ５から発生した蒸気が供給された蒸気供給系統３００にそれぞれ接続された前記第１の蒸気系統３０１及び第２の蒸気系統３０２には、蒸気流量調整弁３１１及び蒸気流量調整弁３１２がそれぞれ設けられており、後述する制御器４００の制御操作によって第１の蒸気系統３０１及び第２の蒸気系統３０２を流れてガスタービン燃焼器２に注入する蒸気の流量をそれぞれ調節できるように構成されている。
【００４９】
そして、これらの第１の蒸気系統３０１及び第２の蒸気系統３０２のうち、第１の蒸気系統３０１を通じてガスタービン燃焼器２に蒸気を注入するガスタービン燃焼器２の蒸気噴射位置は、燃焼ガスの流れに対して火炎帯１２０の上流側で、噴射した蒸気の大部分が燃焼空気１０４または燃料２０１と混合する蒸気注入位置ａに設定されている。
【００５０】
より具体的には、図１のガスタービン燃焼器２に蒸気注入位置ａとして示すように、燃焼器ライナ１０の外側であって、燃焼器ケーシング７と燃焼器カバー８と燃焼器ライナ１０で囲まれた空間に、第１の蒸気系統３０１を通じて供給された蒸気を第１の蒸気３２１として噴射している。
【００５１】
ガスタービン燃焼器２のこの蒸気注入位置ａにおける燃焼空気１０４は、高圧空気１０１がライナ冷却空気１０２や希釈空気１０３と分岐した後の燃焼空気１０４であり、その大部分が燃料２０１との燃焼に消費されるため、この蒸気注入位置ａで燃焼空気１０４に混合された第１の蒸気３２１は火炎帯１２０の温度を下げる効果が大きく、低ＮＯｘ化に寄与する度合いが大きい。
【００５２】
次に第２の蒸気系統３０２を通じてガスタービン燃焼器２に蒸気を注入する蒸気噴射位置について説明する。
【００５３】
燃焼器外筒７には蒸気注入ポート１５が設けられており、この蒸気注入ポート１５に、排熱回収ボイラ５で発生した蒸気が供給された蒸気供給系統３００にそれぞれ接続された第１の蒸気系統３０１及び第２の蒸気系統３０２のうち、第２の蒸気系統３０２が接続されている。
【００５４】
そして、第２の蒸気系統３０２を通じて供給され、ガスタービン燃焼器２の内部に注入された第２の蒸気３２２は、まず、燃焼器外筒７とライナフロースリーブ１１の間の概略円環状の空間を流れる。
【００５５】
この空間と、タービンケーシング２３内の空間は、隔壁１８によって隔てられている。それによって、ガスタービン燃焼器２に流入した蒸気３２２と、タービンケーシング２３内の圧縮空気１０１が混合することが抑制されている。
【００５６】
また、注入された第２の蒸気３２２はフロースリーブ１１の外周側に、周方向の全域に流れる。そのため、燃焼器外筒７の１つに対して蒸気ポート１５が１ヵ所であっても、ガスタービン燃焼器２の周方向の湿分の均一化を図ることができる。
【００５７】
ライナフロースリーブ１１には蒸気注入孔１６が周方向に複数設けられている。また、この蒸気注入孔１６のうちの全部または一部は、ライナ１０に設けられた希釈孔１４の全部または一部と対向している。
【００５８】
このうち、希釈孔１４と対向している蒸気注入孔１６を通過した第２の蒸気３２２は、その大部分が希釈孔１４を通って燃焼器ライナ１０内に流入する。
【００５９】
したがって、第２の蒸気３２２の大部分は、ガスタービン燃焼器２内を流れる燃焼ガス１０５の流れに対して火炎帯１２０の下流側において、燃焼ガス１０５と燃焼後に混合する。
【００６０】
具体的には、図１にガスタービン燃焼器２内の蒸気噴射位置ｂとして示すように、ガスタービン燃焼器２内の燃焼ガス１０５の流れに対して燃焼器ライナ１０の下流側であって、かつ、燃焼器ライナ１０の内部である燃焼室５０となる蒸気噴射位置ｂに、第２の蒸気系統３０２を通じて供給された第２の蒸気３２２を噴射している。
【００６１】
この蒸気噴射位置ｂでは、第２の蒸気系統３０２を通じて供給されて噴射した第２の蒸気３２２は、ガスタービン燃焼器２の燃焼室５０内で燃焼後の燃焼ガス１０５や希釈空気１０３と混合するため、火炎帯１２０へは直接影響を及ぼさない。
【００６２】
したがって、ガスタービン燃焼器２における燃焼の安定性に影響することなく、ガスタービン燃焼器２に余剰蒸気としての第２の蒸気３２２を噴射して出力を増加させることができる。
【００６３】
また、第２の蒸気３２２を噴射するガスタービン燃焼器２内の蒸気噴射位置ｂは、タービン３よりもガス流の上流側に位置しているため、蒸気の持つエネルギーをタービン３にて有効に動力に変換できる。
【００６４】
また、ガスタービン燃焼器２で生成した燃焼ガス１０５、１０６がタービン３のガスジェネレータタービン３ａへ流入する際には、蒸気と混合して温度が低下するため、同じ出力であれば燃焼器尾筒１１やタービン３を構成するガスジェネレータタービン３ａのメタル温度を下げることができて信頼性や寿命が向上する。
【００６５】
また、蒸気混合分だけガスタービン燃焼器２に供給する燃料２０１の燃料流量を増加させることもできるため、タービン３に流入する燃焼ガス１０６の温度が同じタービン流入温度であれば、蒸気が混合した分だけ、出力や効率を向上させることができる。
【００６６】
また、第２の蒸気３２２のうち、第２の蒸気３２２の他の一部の蒸気３２２ａは、燃焼空気１０１の流れによって流れ方向を変えられ、２次燃焼空気１１０および燃焼空気１０４と混合して燃焼に用いられる。
【００６７】
第２の蒸気３２２のすべてが希釈孔１４から燃焼器ライナ１０内に流入する場合、燃焼空気１０４には第１の蒸気３２１が混合しているため低ＮＯｘ化を図ることができるが、２次燃焼空気１１０には湿分が含まれないため、燃料流量が多くなると第１の蒸気３２１によるＮＯｘ低減効果は小さくなる。
【００６８】
一方、本実施例のように、第２の蒸気３２２の他の一部の蒸気３２２ａが２次燃焼空気１１０に混合する場合は、燃料流量が多くなっても２次空気に混合した第２の蒸気３２２の他の一部の蒸気３２２ａの効果で低ＮＯｘ化が図れる。
【００６９】
次に、ガスタービン燃焼器２に注入する蒸気の蒸気流量の制御について説明する。
【００７０】
図１に示した本発明の第１実施例である熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、ガスタービン４を起動し、圧縮機１から導入される圧縮空気１０１を供給してガスタービン燃焼器２で燃料２０１を燃焼させて高温の燃焼ガス１０６を生成し、このガスタービン燃焼器２で生成された燃焼ガス１０５、１０６によってタービン３を構成するガスジェネレータタービン３ａを駆動する。
【００７１】
タービン３のガスジェネレータタービン３ａを駆動して排出されたガスタービン排ガス１０７は、次にパワータービン３ｂに流入してパワータービン３ｂを駆動する。そして、パワータービン３ｂを駆動して排出されたガスタービン排ガス１０８は、排熱回収ボイラ５に供給されるが、この排熱回収ボイラ５ではガスタービン排ガス１０８を熱源として蒸気を発生させる。
【００７２】
排熱回収ボイラ５で発生した蒸気は、排熱回収ボイラ５で発生した蒸気を供給する蒸気供給系統３００に設置された蒸気圧力計３０５及び蒸気温度検出器３０６によって蒸気圧力と蒸気温度をそれぞれ計測して、制御器４００にそれらの計測値を入力する。
【００７３】
前記制御器４００では、蒸気圧力計３０５で計測した蒸気圧力が予め定めた設定圧力よりも大きくなると、前記蒸気供給系統３００に接続する第１の蒸気系統３０１に設置した第１の蒸気流量調節弁３１１を開弁操作して、前記第１の蒸気系統３０１を通じてガスタービン燃焼器２の蒸気噴射位置ａに第１の蒸気３２１の注入を開始する。
【００７４】
また、排熱回収ボイラ５で発生した蒸気を供給する蒸気供給系統３００は、蒸気を消費する設備である蒸気消費設備６に蒸気を供給する蒸気送気系統３０３に接続されており、この蒸気送気系統３０３には蒸気消費設備６に供給する蒸気量を調節する蒸気流量調節弁３１３が設置されている。
【００７５】
前記制御器４００では、蒸気圧力計３０５で計測した蒸気圧力と予め定めた設定圧力に基づいて前記蒸気系統３０３に設置した流量調節弁３１３を開弁操作して、蒸気消費設備６に必要とする消費量の蒸気の供給を開始する。
【００７６】
蒸気系統３０３を通じて蒸気消費設備６に蒸気の供給が開始されると、排熱回収ボイラ５から蒸気供給系統３００に供給された蒸気の圧力である蒸気圧力計３０５で計測する蒸気圧力３０５ａが低下する。
【００７７】
そこで、前記蒸気供給系統３００を流下する蒸気の蒸気圧力３０５ａを所定の圧力に維持しようとして、ガスタービン負荷指令値または回転数指令値が大きくなり、ガスタービン燃焼器２に燃料２０１を供給する燃料系統２００に設けた燃料流量調整弁２０２の開度を更に開弁操作することになる。
【００７８】
こうして、前記蒸気供給系統３００を流下する蒸気の蒸気圧力３０５ａを一定にすることを制御目標にして燃料流量を制御する本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいては熱優先の蒸気制御となる。
【００７９】
この場合、ガスタービン４を構成する発電機２０の発電量は変化するため、電力消費量との差分は電力系統からの送電量を調節することになる。
【００８０】
一方、本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムでは、発電機２０が電力系統に接続していない場合など、熱よりも電力の制御を優先する場合には、電力要求指令値が大きくなった場合に燃料流量が増加して、前記蒸気供給系統３００を流下する蒸気の蒸気圧力３０５ａが高くなる。
【００８１】
ところで、前記蒸気供給系統３００を流下する蒸気の蒸気圧力３０５ａが高くなると、蒸気供給系統３００と蒸気系統３０３を通じて蒸気が供給される蒸気消費設備６で使用できる蒸気の最大蒸気量も大きくなる。
【００８２】
また、排熱回収ボイラ５で発生する蒸気の発生蒸気量が増えたり、消費設備６での蒸気の消費量が減ったりして、前記蒸気供給系統３００を流下する蒸気の蒸気圧力３０５ａがさらに高くなると、蒸気供給系統３００から分岐した第２の蒸気系統３０２に設けた第２の蒸気流量調節弁３１２を開弁して、第２の蒸気系統３０２を通じてガスタービン燃焼器２内への蒸気注入を開始する。
【００８３】
第２の蒸気流量調節弁３１２の制御は、たとえば後述する図７に示すように、蒸気供給系統３００に設置した蒸気圧力検出器３０５で計測する蒸気の蒸気圧力３０５ａの計測値をほぼ一定に維持するように、制御器４００から指令する弁開度指令値４２２によって第２の蒸気流量調節弁３１２の開度を操作して制御する。
【００８４】
第１の蒸気系統３０１に設置した第１の蒸気流量調節弁３１１の開度は、図２に示す制御器４００によって次の通り決定されて制御される。
【００８５】
即ち、制御器４００には、燃料系統２００に設置した燃料流量計２０３で検出した燃料流量信号、ガスタービン燃焼器２に供給する注入蒸気量となる第２の蒸気流量３２２を検出するために第２の蒸気系統３０２に設置した第２の蒸気流量検出手段６０で検出した第２の蒸気流量３２２の検出信号、及び、排熱回収ボイラ５で発生した蒸気を供給する蒸気供給系統３００に設置した蒸気圧力検出器３０５で検出した蒸気の圧力信号と、該蒸気供給系統３００に設置した蒸気温度計３０６で検出した蒸気の温度信号がそれぞれ入力されている。
【００８６】
また、制御器４００には、圧縮機１の入り口に設置した圧縮機入口案内翼（ＩＧＶ）の開度検出器１９で検出したＩＧＶ開度信号、ガスタービン４の軸２１ａに設置した圧縮機回転数検出器２２で検出した圧縮機回転数信号を入力するように構成しても良い。
【００８７】
前記燃料流量、ＩＧＶ開度、回転数の各検出信号、第２の蒸気流量検出手段６０で検出した第２の蒸気流量３２２の検出信号のうち、少なくとも燃料流量計２０３で検出した燃料流量信号と、第２の蒸気系統３０２に設置した第２の蒸気流量検出手段６０で検出した第２の蒸気流量３２２の検出信号は制御器４００に設置された第１の蒸気流量指令値４１１を求める第１の演算器４０１にそれぞれ入力され、この第１の演算器４０１の演算によって前記第１の蒸気系統３０１に設置した第１の蒸気流量調節弁３１１を操作する第１の蒸気流量指令値４１１が算出される。
【００８８】
具体的には、前記第１の演算器４０１において、燃料流量計２０３で検出した燃料２０１の燃料流量信号に対しては、図３に示した第１蒸気量と燃料流量との関係特性となるように設定されており、燃料流量が大きくなると第１の蒸気流量が増加するように設定されている。これにより、燃料流量が増加した際のＮＯｘ排出量増加を抑制できる。
【００８９】
また、前記第１の演算器４０１では、必要に応じて、圧縮機入口案内翼（ＩＧＶ）の開度検出器１９で検出したＩＧＶ開度信号に対して、図４に示した第１蒸気量とＩＧＶ開度との関係特性となるように前記第１の蒸気流量指令値４１１を演算するように設定されており、前記圧縮機入口案内翼（ＩＧＶ）の開度検出器１９で検出したＩＧＶ開度信号が大きくなると第１の蒸気流量が減少するように前記第１の蒸気流量指令値４１１の演算を行なっている。
【００９０】
同様に、前記第１の演算器４０１では、必要に応じて、圧縮機回転数検出器２２で検出した圧縮機回転数信号に対して、図５に示した第１蒸気量と圧縮機回転数との関係特性となるように前記第１の蒸気流量指令値４１１を演算するように設定されており、前記圧縮機回転数検出器２２で検出した圧縮機回転数が大きくなると第１の蒸気流量が減少するように前記第１の蒸気流量指令値４１１の演算を行なっている。
【００９１】
ところで、圧縮機のＩＧＶ開度あるいは圧縮機回転数が大きくなると、燃焼空気量が増加して燃焼が不安定になる可能性がある。これに対しては、必要に応じて、第１の演算器４０１による上記した制御をおこなうことによって燃焼空気中の湿分を低下させてガスタービン燃焼器２の燃焼安定性を維持することができる。
【００９２】
本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいては、図２に示すように、制御器４００に備えられた第１の演算器４０１で演算して出力された第１の蒸気流量指令値４１１は、この制御器４００に備えられて第１の蒸気流量調節弁３１１の開度を求める第２の演算器４０２の入力となり、この第２の演算器４０２による演算によって第１の蒸気流量指令値４１１に基づいた第１の蒸気流量調節弁３１１の開度指令となる弁開度指令値４２１が算出され、この弁開度指令値４２１によって第１の蒸気系統３０１を通じてガスタービン燃焼器２内に注入する第１の蒸気３２１の流量を調節する第１の蒸気流量調節弁３１１の開度を操作する。
【００９３】
この弁開度指令値４２１を算出する際に、前記第２の演算器４０２の演算において、蒸気供給系統３００に設置した蒸気圧力検出器３０５及び蒸気温度計３０６でそれぞれ検出した蒸気の圧力信号及び蒸気の温度信号に基づいて制御器４００に備えられた蒸気密度演算器４０５による演算によって蒸気の密度ρが計算できる。
【００９４】
前記蒸気密度演算器４０５で演算した蒸気の密度ρを前記第２の演算器４０２の演算に反映することで、第２の演算器４０２で演算する第１の蒸気流量調節弁３１１の弁開度指令値４２１を正確に演算することが可能となるので、蒸気圧力検出器３０５及び蒸気温度計３０６でそれぞれ検出した蒸気の圧力信号及び蒸気の温度信号に基づいて蒸気密度演算器４０５で計算した蒸気の密度ρを前記第２の演算器４０２の演算に反映することによって、前記第１の蒸気流量調節弁３１１で調節する第１の蒸気３２１の流量をさらに高精度に制御することができる。
【００９５】
即ち、前記第２の演算器４０２の演算においては、蒸気温度計３０６で検出した蒸気の温度が高くなり、蒸気圧力検出器３０５及び蒸気温度計３０６で検出した蒸気の圧力信号及び蒸気の温度信号から蒸気密度演算器４０５の計算で得られる蒸気の密度ρが低くなると、第１の蒸気系統３０１を通じてガスタービン燃焼器２内に注入する第１の蒸気３２１の流量を調節する第１の蒸気流量調節弁３１１の開度を開く方向に第２の演算器４０２から弁開度指令値４２１を出力して第１の蒸気流量調節弁３１１の開度を制御する。
【００９６】
逆に、蒸気温度計３０６で検出した蒸気の温度が低くなり、蒸気圧力検出器３０５及び蒸気温度計３０６で検出した蒸気の圧力信号及び蒸気の温度信号から蒸気密度演算器４０５の計算で得られる蒸気の密度ρが高くなると、第１の蒸気流量調節弁３１１の開度を閉じる方向に第２の演算器４０２から弁開度指令値４２１を出力して第１の蒸気流量調節弁３１１の開度を制御するように構成している。
【００９７】
本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいては、図２に示すように、第２の蒸気系統３０２を通じてガスタービン燃焼器２内に供給する注入蒸気量となる第２の蒸気流量３２２を検出する第２の蒸気流量検出手段６０が第２の蒸気系統３０２に設置されており、この第２の蒸気流量検出手段６０で検出した第２の蒸気系統３０２を通じてガスタービン燃焼器２内に供給される第２の蒸気流量３２２の検出値が制御器４００の第１の演算器４０１に入力するように構成されている。
【００９８】
そして第２の蒸気流量検出手段６０で検出した第２の蒸気流量３２２の検出値が制御器４００の第１の演算器４０１に入力されるので、この第１の演算器４０１では、第２の蒸気系統３０２を通じてガスタービン燃焼器２内に供給される第２の蒸気流量３２２の実測値である前記第２の蒸気流量検出手段６０で検出した第２の蒸気流量３２２の検出値に基づいて第１の蒸気流量調節弁３１１を操作する第１の蒸気流量指令値４１１を演算している。
【００９９】
尚、第２の蒸気系統３０２を流れる第２の蒸気３２２の蒸気流量を検出する前記第２の蒸気流量検出手段６０としては、図１及び図９にそれぞれ示したように、前記第２の蒸気系統３０２に設置され、この第２の蒸気系統３０２を流れる第２の蒸気３２２の蒸気流量を検出する流量計６０が考えられる。
【０１００】
または、前記第２の蒸気流量検出手段６０として、第２の蒸気系統３０２に設置した第２の蒸気流量調整弁３１２の開度を検知する弁開度検出器（図示せず）、又は前記第２の蒸気流量調整弁３１２に対して弁開度を指令する指令値の検出器（図示せず）等が考えられる。
【０１０１】
また本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムでは、図２の制御器４００に示すように、制御器４００には第２の蒸気流量指令値４１２を求める前記第３の演算器４０３が備えられており、この第３の演算器４０３では蒸気圧力検出器３０５で検出した蒸気圧力を入力信号として、演算によって前記第２の蒸気系統３０２を流下して該第２の蒸気系統３０２に設置した第２の蒸気流量調節弁３１２によって流量が調節される第２の蒸気３２２の蒸気流量を指令する第２の蒸気流量指令値４１２が算出され、第４の演算器４０４に出力される。
【０１０２】
そして、第４の演算器４０４では第３の演算器４０３で演算された第２の蒸気流量指令値４１２に基づいて第２の蒸気流量調節弁３１２の開度指令となる弁開度指令値４２２を算出し、この第２の蒸気流量調節弁３１２の開度を調節する。
【０１０３】
また、前記第３の演算器４０３で演算した第２の蒸気流量指令値４１２は、第２の蒸気流量３２２を検出する第２の蒸気流量検出手段６０に替えて、前記第１の演算器４０１に入力するように構成しても良い。この場合、前記第２の蒸気流量検出手段６０の設置を不要にすることができる。
【０１０４】
本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、前記制御器４００に第３の演算器４０３を設置する場合に、この第３の演算器４０３では、図７に示した第２蒸気量と蒸気圧力との関係特性となるように、蒸気圧力検出器３０５で検出した蒸気圧力が高くなって予め定めた値に達した時に第２の蒸気流量調節弁３１２が開き始め、蒸気圧力３０５がほぼ一定となる第２の蒸気流量指令値４１２を出力するように設定されている。
【０１０５】
前記第３の演算器４０３をこのように構成することによって、燃料２０１の燃料流量２０３が変化して排熱回収ボイラ５で発生する蒸気量が変化したり、蒸気消費設備６で使用される蒸気量が変化したりした場合にも、排熱回収ボイラ５から蒸気供給系統３００に供給される蒸気の蒸気圧力を一定に保つことができる。
【０１０６】
本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいては、図２に示すように、制御器４００に備えられた前記第３の演算器４０３で演算して出力された第２の蒸気流量指令値４１２は、制御器４００に備えられた第２の蒸気流量調節弁３１２の開度を求める第４の演算器４０４の入力となり、この第４の演算器４０４による演算によって第２の蒸気流量指令値４１２に基づいた第２の蒸気流量調節弁３１２の開度指令となる弁開度指令値４２２が算出される。
【０１０７】
この弁開度指令値４２２を算出する際に、前記第５の演算器４０５の演算において、蒸気供給系統３００に設置した蒸気圧力検出器３０５及び蒸気温度計３０６で検出した蒸気の圧力信号及び蒸気の温度信号から蒸気の密度ρが分かるので、これらの蒸気の圧力信号及び蒸気の温度信号を前記第４の演算器４０４の演算に反映することで、前記第２の蒸気流量調節弁３１２で調節する第２の蒸気３２２の流量をさらに高精度に制御することができる。
【０１０８】
即ち、前記第４の演算器４０４の演算においては、蒸気温度計３０６で検出した蒸気の温度が高く、蒸気圧力検出器３０５及び蒸気温度計３０６で検出した蒸気の圧力信号及び蒸気の温度信号から得られる蒸気の密度ρが低くなると、第２の蒸気系統３０２を通じてガスタービン燃焼器２内に注入する第２の蒸気３２２の流量を調節する第２の蒸気３２２の流量を調節する第２の蒸気流量調節弁３１２の開度を開く方向に制御する。
【０１０９】
逆に、蒸気温度計３０６で検出した蒸気の温度が低く、蒸気圧力検出器３０５及び蒸気温度計３０６で検出した蒸気の圧力信号及び蒸気の温度信号から得られる蒸気の密度ρが高くなると、第２の蒸気３２２の流量を調節する第２の蒸気流量調節弁３１２の開度を閉じる方向に制御するように構成している。
【０１１０】
また、前記第４の演算器４０４の演算において、第２の蒸気流量指令値４１２の最大値を、図８に示した第２蒸気量とＧＴ圧力比との関係特性となるように、流量値に制限を設けることでガスタービンの圧力比を基に制限することもできる。
【０１１１】
このように構成することによって、第２の蒸気３２２の流量が大きくなりすぎてガスタービンの圧力比が高くなり、圧縮機サージマージンが小さくなりすぎることを防止できる。
【０１１２】
以上説明したように、本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいては、蒸気消費設備６で必要な蒸気量が変化した場合に、ガスタービン４に注入される蒸気量を変化させて熱電比可変の運用をおこなう際にも、安定した燃焼を維持しつつＮＯｘ排出量を最小限に抑えることができる。
【０１１３】
次に、本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、第２の蒸気３２２の蒸気流量を考慮した第１の蒸気３２１の蒸気流量制御について説明する。
【０１１４】
排熱回収ボイラ５で発生した蒸気を供給する蒸気供給系統３００に接続され、この蒸気供給系統３００から第１の蒸気系統３０１と第２の蒸気系統３０２とに分岐した蒸気系統のうち、第２の蒸気系統３０２を通じてガスタービン燃焼器２の燃焼器ライナ１０内に供給される蒸気は、図１に示したように、燃焼器ライナ１０に設けられた希釈孔１４よりも上流側に位置する該燃焼器ライナ１０に設けた燃焼孔３０から燃焼器ライナ１０内に注入される第２の蒸気３２２の他の一部の蒸気３２２ａと、燃焼器ライナ１０に設けた前記希釈孔１４から燃焼器ライナ１０内に注入される第２の蒸気３２２の一部の蒸気３２２ｂである。
【０１１５】
そして、燃焼孔３０から燃焼器ライナ１０内に注入された第２の蒸気３２２の他の一部の蒸気３２２ａは、ガスタービン燃焼器２の燃焼器ライナ１０の内部で２次燃焼空気１１０および燃焼空気１０４と混合して燃料２０１の燃焼に用いられることでＮＯｘ排出量低減に寄与する。
【０１１６】
その際に、第２の蒸気系統３０２を通じてガスタービン燃焼器２内に注入される第２の蒸気３２２の蒸気流量が増減すると、燃焼器ライナ１０に設けた希釈孔１４から該燃焼器ライナ１０内へ流入する第２の蒸気３２２の一部の蒸気３２２ｂと、燃焼器ライナ１０で該希釈孔１４よりも上流側に位置する該燃焼器ライナ１０に設けた燃焼孔３０から該燃焼器ライナ１０内に注入され、低ＮＯｘ化に寄与する第２の蒸気３２２の他の一部の蒸気３２２ａとの流量比、および、前記第２の蒸気３２２の一部の蒸気３２２ｂと前記第２の蒸気３２２の他の一部の蒸気３２２ａのそれぞれの流量が増減する。
【０１１７】
本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムでは、低ＮＯｘ化に寄与する第２の蒸気３２２の他の一部の蒸気３２２ａの流量が増減しても、ガスタービン燃焼器２の火炎の燃焼安定性と低ＮＯｘ性能を両立させるため、図２に示した制御器４００の第３の演算器４０３で演算した第２の蒸気流量指令値４１２の信号を、第１の演算器４０１に入力している。
【０１１８】
前記第１の演算器４０１では、図６に示した第１蒸気量と第２蒸気量との関係特性となるように、例えば、第２蒸気量の流量が小さい場合は第１蒸気量の最大値がほぼ一定となり、第２蒸気量の流量がある値を越えて大きくなった場合は第１蒸気量の最大値が徐々に減少するような関係の特性を有するように、第１の演算器４０１から出力する第１の蒸気流量指令値４１１を演算するように構成されている。
【０１１９】
また、図２に示した制御器４００では、前記第３の演算器４０３で演算した第２の蒸気流量指令値４１２を前記第１の演算器４０１に入力するようにフィードバックするように構成しているので、前記第１の演算器４０１は第３の演算器４０３からフィードバックした第２の蒸気流量指令値４１２を反映して第１の蒸気流量調節弁３１１を操作する第１の蒸気流量指令値４１１を演算している。
【０１２０】
図３〜図８に示された第１の蒸気３２１の流量である第１蒸気量と、第２の蒸気３２２の流量である第２蒸気量との関係特性において、前記制御器４００の第１の演算器４０１では、図６に示した第１蒸気量と第２蒸気量との関係特性となるように、例えば、第２蒸気量の流量が小さい場合は第１蒸気量の最大値がほぼ一定となり、第２蒸気量の流量がある値を越えて大きくなった場合は第１蒸気量の最大値が徐々に減少するような関係の特性を有するように、第１の演算器４０１から出力する第１の蒸気流量指令値４１１を演算することによって、ガスタービン燃焼器２に供給される燃焼空気１０４および２次燃焼空気１１０に含まれる湿分が適切になるように制御している。
【０１２１】
このように制御することにより、第２の蒸気３２２の蒸気流量が増減した場合でも、ガスタービン燃焼器２で低ＮＯｘ燃焼、且つ安定な燃焼を維持することができる。
【０１２２】
また、第２の蒸気３２２の蒸気流量の増減と独立して燃料２０１の燃焼流量や空気流量が変化した場合にも、前述の場合と同様に低ＮＯｘ燃焼を維持できる。
【０１２３】
さらには、蒸気消費設備６での熱の需要が大きくなって、排熱回収ボイラ５で発生した蒸気を供給する蒸気供給系統３００から第１の蒸気系統３０１と第２の蒸気系統３０２とに分岐した蒸気系統のうち、第２の蒸気系統３０２を通じてガスタービン燃焼器２内に供給される第２の蒸気３２２の蒸気流量が小さくなった場合でも、第１の蒸気系統３０１を通じてガスタービン燃焼器２内に供給される第１の蒸気３２１がガスタービン燃焼器２の内部で燃焼空気１０４に混入するので、第２の蒸気３２２だけで低ＮＯｘ化を図る場合に比べて、低ＮＯｘ化に必要な蒸気量を減らすことができるため、より多くの熱需要に応えられる。
【０１２４】
以上説明したように、本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいては、蒸気の消費量が小さいときに、ＮＯｘ排出量抑制を兼ねて、ガスタービン燃焼器２に余剰蒸気を注入して発電量を増加させる熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、第２の蒸気３２２の一部をガスタービン燃焼器２に供給し、燃焼空気に混合して低ＮＯｘ化を図った場合でも、燃料流量、空気流量、第２の蒸気流量の変化に対して消炎することを防止でき、低ＮＯｘ燃焼、且つ安定な信頼性の高いガスタービンを有する熱電可変型コジェネレーションシステムを提供できる。
【０１２５】
また、多量の余剰蒸気をガスタービン燃焼器２に注入することができるので、熱電比の変化幅を大きくして、使い勝手を向上した熱電可変型コジェネレーションシステムを提供できる。
【０１２６】
逆に蒸気の消費量が大きく燃焼器に注入することができる蒸気が少量の時でも、ＮＯｘ生成量への感度が大きい燃焼空気１０４に第１の蒸気を混合することができるので、低ＮＯｘ効果を維持する熱電可変型コジェネレーションシステムを提供できる。
【０１２７】
本実施例によれば、ガスタービン負荷変化による燃料流量、又は、蒸気消費設備で使用される蒸気量に変化が生じた場合に、ガスタービン燃焼器の燃焼安定性を確保すると共に、ガスタービン燃焼器から排出されるＮＯｘ排出量を低減することを可能にした熱電可変型コジェネレーションシステムが実現できる。
【実施例２】
【０１２８】
次に、本発明の第２の実施例である熱電可変型コジェネレーションシステムについて、図９を用いて説明する。
【０１２９】
図９に示した本発明の第２実施例である熱電可変型コジェネレーションシステムが、図１〜図８に示した第１実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムと基本的な構成は同じなので、共通した構成についての説明は省略し、相違する構成についてのみ以下に説明する。
【０１３０】
図９に示した本発明の第２実施例である熱電可変型コジェネレーションシステムが第２実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムと異なっているのは、第２の蒸気系統３０２を通じて供給する第２の蒸気３２２をガスタービン燃焼器２に直接供給する構成に替えて、第２の蒸気系統３０２を通じて第２の蒸気３２２を新たに設置した再生器２７に供給するようにした構成にある。
【０１３１】
図９に示した本発明の第２実施例である熱電可変型コジェネレーションシステムでは、更に、圧縮機１で圧縮された空気１０１を、一旦、ガスタービン４の外に抽気された後に、前記再生器２７に供給してタービン排ガス１０８で加熱し、第２の蒸気３２２が注入されて加熱された高温空気１１１をガスタービン燃焼器２に供給するように構成している。
【０１３２】
前記再生器２７においては、タービン３のガスジェネレータタービン３ａ及びパワータービン３ｂを順次駆動し、パワータービン３ｂから排出されたタービン排ガス１０８の排熱を熱源として利用して、圧縮機１から抽気した圧縮空気１０１を加熱し、この第２の蒸気３２２が注入されて加熱された高温空気１１１をガスタービン燃焼器２に供給することによって、ガスタービン燃料器２で必要な燃料の流量を節約して高効率化を図ることができる。
【０１３３】
本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムでは、排熱回収ボイラ５から発生した蒸気が供給される蒸気供給系統３００と接続された第２の蒸気流入系統３０２を通じて供給される第２の蒸気３２２が、再生器２７の上流側にて高圧空気１０１に注入されるように構成されている。
【０１３４】
そして再生器２７によってタービン排ガス１０８の排熱で高圧空気１０１が加熱されて高温空気１１１となり、この高温空気１１１が燃焼器ケーシング内に流入して、第１の実施例における熱電可変型コジェネレーションシステムで説明したように、冷却空気１０２、希釈空気１０３、燃焼空気１０４、及び、２次空気１１０として使用される。
【０１３５】
このとき、大部分の空気が冷却空気１０２、希釈空気１０３として、ガスタービン燃焼器２の内部の火炎帯１２０には流入せずに、燃焼後の燃焼ガス１０５と合流するため、上述した第１の実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムと同様に、火炎の安定性を損なうことなく、蒸気をガスタービン燃焼器２に注入できる。
【０１３６】
また、本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムの利点は、蒸気だけでなく高圧空気でもガスタービン排ガス１０８の排熱を回収することができるため、最大の蒸気発生量が少なくできるために、蒸気消費設備６での要求蒸気量が少なく、電力要求量が大きいシステム、すなわち、熱電比の小さいシステムに好適である。
【０１３７】
上記した本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいても、上述したような蒸気制御を用いた蒸気注入によって、安定した燃焼を維持しつつＮＯｘ排出量を最小限に抑えることができる。
【０１３８】
本実施例によれば、ガスタービン負荷変化による燃料流量、又は、蒸気消費設備で使用される蒸気量に変化が生じた場合に、ガスタービン燃焼器の燃焼安定性を確保すると共に、ガスタービン燃焼器から排出されるＮＯｘ排出量を低減することを可能にした熱電可変型コジェネレーションシステムが実現できる。
【符号の説明】
【０１３９】
１：圧縮機、２：ガスタービン燃焼器、３：タービン、３ａ：ガスジェネレータタービン、３ｂ：パワータービン、４：ガスタービン、５：排熱回収ボイラ、６：蒸気消費設備、７：燃焼器ケーシング、８：燃焼器カバー、９：燃料ノズル、１０：燃焼器ライナ、１１：ライナフロースリーブ、１２：尾筒、１３：尾筒フロースリーブ、１４：希釈孔、１５：蒸気注入ポート、１６：蒸気注入孔、１７：空気旋回器、１８：隔壁、１９：入口案内翼（圧縮機）、２０：発電機、２１ａ：軸（ガスジェネレータ）、            ２１ｂ：軸（パワータービン）、２２：回転数検出器、２３：タービンケーシング、２４：給水加熱器、２５：ボイラ、２６：蒸気過熱器、３０：燃焼孔、５０：燃焼室、６０：第２蒸気流量検出手段、１００：ガスタービン吸い込み空気（大気圧）、１０１：圧縮空気、１０２：ライナ冷却空気、１０３：希釈空気、        １０４：燃焼空気、１０５：燃焼ガス、１０６：燃焼ガス、１０７：ガスジェネレータ排気ガス、１０８：タービン排ガス、１０９：排気ガス、１１０：２次燃焼空気、１２０：火炎帯、２００：燃料系統、２０１：燃料、２０２：燃料流量調節弁、２０３：燃料流量計、３００：蒸気供給系統、３０１：第１の蒸気系統、３０２：第２の蒸気系統、３０３：蒸気消費設備への蒸気送気系統、３０４：蒸気放出系統、３０５：蒸気圧力検出器、３０６：蒸気温度検出器、３１１：第１の蒸気流量調節弁、３１２：第２の蒸気流量調節弁、３１３：蒸気消費設備へ送気する蒸気流量調節弁、３１４：蒸気放出弁、３２１：第１の蒸気、３２２：第２の蒸気、３２２ａ：第２の蒸気の他の一部の蒸気、３２２ｂ：第２の蒸気の一部の蒸気、４００：制御器、４０１：第１の演算器、４０２：第２の演算器、４０３：第３の演算器、４０４：第４の演算器、４０５：蒸気密度演算器、４１１：第１の蒸気流量指令値、４１２：第２の蒸気流量指令値、４２１：第１の蒸気流量調節弁の弁開度指令値、４２２：第２の蒸気流量調節弁の弁開度指令値。
【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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【図９】
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