(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧空気圧縮機の出口を出側切換制御弁を介して増湿塔の入口に連通する圧縮機出側流路と、増湿塔の出口を入側切換制御弁及び燃焼器を順次介して高圧ガスタービンの入口に接続するタービン入側流路と、高圧空気圧縮機の出口を中間切換制御弁を介してタービン入側流路の入側切換制御弁と燃焼器との間に連通する中間流路とを備えた湿り空気ガスタービンの増湿塔切換装置であって、圧縮機出側流路に出側切換制御弁をバイパスするバイパス流路を備え、且つ該バイパス流路に、高圧空気圧縮機出口の圧縮空気の一部を増湿塔に供給し得る増湿塔昇圧用小流量弁を備えたことを特徴とする湿り空気ガスタービンの増湿塔切換装置。
【請求項２】
増湿塔昇圧用小流量弁の開閉を検出する弁開閉検出器と、増湿塔の圧力を検出する増湿塔圧力検出器と、タービン入側流路における入側切換制御弁の出口圧力を検出する入側圧力検出器と、増湿塔昇圧開始指令により増湿塔昇圧用小流量弁を開作動すると共に、弁開閉検出器からの小流量弁開信号が入力され、且つ増湿塔圧力検出器からの増湿塔検出圧力が入側圧力検出器の燃焼器入口検出圧力より大きくなった時に、出側切換制御弁及び入側切換制御弁を開作動すると共に、中間切換制御弁を閉作動し、設定時間経過後に増湿塔昇圧用小流量弁を閉作動する制御器とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の湿り空気ガスタービンの増湿塔切換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湿り空気ガスタービンの増湿塔切換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来の湿り空気ガスタービンの一例を示したものであり、同一の軸１上に、低圧空気圧縮機２と、高圧空気圧縮機３と、高圧ガスタービン４と、低圧ガスタービン５とが設けられており、更に前記軸１の端部には発電機６が接続されている。
【０００３】
大気が前記低圧空気圧縮機２に吸引されて圧縮され、低圧空気圧縮機２で圧縮された圧縮空気７は高圧空気圧縮機３に導かれて更に圧縮され、高圧となった圧縮空気７は、高圧空気圧縮機３の出口に接続され途中に出側切換制御弁８を備えた圧縮機出側流路９を介して増湿塔１０に導入されるようになっている。
【０００４】
増湿塔１０は、蒸気１１ａを圧縮空気７に供給することにより圧縮空気７に湿りを与えて体積を増加するようになっている。１１は前記低圧空気圧縮機２と高圧空気圧縮機３との間に備えて圧縮空気７と水とを熱交換するクーラであり、該クーラ１１により圧縮空気７を冷却して高圧空気圧縮機３の圧縮効率を高めると同時に、蒸発した蒸気１１ａを前記増湿塔１０に供給するようになっている。
【０００５】
増湿塔１０で蒸気１１ａが混合されて湿り空気となった圧縮空気７’は、増湿塔１０の出口に接続されたタービン入側流路１３により入側切換制御弁１２を介して燃焼器１４に導入され、燃焼器１４に供給されているガス或いは油等の燃料１５と共に燃焼して、高温高圧のガス１６となって前記高圧ガスタービン４に導かれることにより仕事を行うようになっている。
【０００６】
高圧ガスタービン４を出たガス１６は、低圧ガスタービン５に導かれて更に仕事を行った後、必要な場合には図示しない熱回収装置等で熱回収を行った後、排ガスとして排出されるようになっている。
【０００７】
また、前記湿り空気ガスタービンの起動時には、蒸気１１ａが得られないために増湿塔１０を使用することができず、そのために単純サイクルＣ1の運転を行えるようにしている。
【０００８】
即ち、高圧空気圧縮機３の出口を、タービン入側流路１３の入側切換制御弁１２と燃焼器１４との間に連通する中間流路１８を設け、該中間流路１８に中間切換制御弁１７を備えるようにしている。図中１９は入側切換制御弁１２の開作動時に、中間流路１８の圧縮空気７が増湿塔１０方向に逆流しないようにタービン入側流路１３の入側切換制御弁１２出口に備えた逆止弁である。
【０００９】
前記図４に示した湿り空気ガスタービンの起動時には、増湿塔１０を使用しない単純サイクルＣ1の運転が行われるが、この単純サイクルＣ1の運転時は、出側切換制御弁８及び入側切換制御弁１２は全閉とされ、中間切換制御弁１７は全開とされている。
【００１０】
これにより、低圧空気圧縮機２にて大気を取入れて圧縮された圧縮空気７は、高圧空気圧縮機３で更に圧縮されて圧力が高められた後、中間流路１８を経て燃焼器１４に導かれて燃料１５と共に燃焼され、燃焼により高温高圧となったガス１６は高圧ガスタービン４及び低圧ガスタービン５に順次導かれて駆動を行うようになる。
【００１１】
上記増湿塔１０を使用しない単純サイクルＣ1の運転から、増湿塔１０を使用する湿り空気サイクルＣ2の運転に切換える際には、前記出側切換制御弁８及び入側切換制御弁１２を徐々に開く作動を行うと同時に、中間切換制御弁１７を徐々に閉じる作動を行う。これにより、高圧空気圧縮機３からの圧縮空気７は、増湿塔１０に導かれて蒸気１１ａが混合されることにより体積が増加されるようになる。このように蒸気１１ａが混合されて体積が増加された圧縮空気７’（湿り空気）は、燃焼器１４で燃焼されることにより更に圧力が高められたガス１６となって、高圧ガスタービン４及び低圧ガスタービン５に導かれることにより、高圧ガスタービン４及び低圧ガスタービン５が高い効率で駆動されるようになる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記したように、図４の湿り空気ガスタービンにおいて、増湿塔１０を使用しない単純サイクルＣ1の運転から増湿塔１０を使用する湿り空気サイクルＣ2の運転に切換える時に、出側切換制御弁８及び入側切換制御弁１２を徐々に開け、中間切換制御弁１７を徐々に閉じる作動を行うが、増湿塔１０の内部は略大気圧であって温度も低くなっており、更に該増湿塔１０はかなり大きな容量をもっているために、前記出側切換制御弁８の開作動の開始と同時に、高圧空気圧縮機３からの圧縮空気７が大量に増湿塔１０に流れることになり、このために中間流路１８を介して燃焼器１４に供給されている圧縮空気７の圧力が急激に低下し、これによって燃焼器１４で燃焼させた後のガス１６の圧力も低下することになり、よって高圧ガスタービン４及び低圧ガスタービン５のタービン出力が急激に低下することになり、これにより発電機６の出力が変動してしまうという問題を生じていた。
【００１３】
尚、増湿塔１０を使用している湿り空気サイクルＣ2の運転から、増湿塔１０を使用しない単純サイクルＣ1の運転に切換える際には、前記したような燃焼器１４に供給されている圧縮空気７の圧力が急激に低下するような問題を生じることはない。
【００１４】
本発明は、増湿塔を使用しない運転から増湿塔を使用する運転に切換える際に、燃焼器入口の圧縮空気の圧力が低下するのを防止して、ガスタービン出力が低下するのを防止し得る湿り空気ガスタービンの増湿塔切換装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、高圧空気圧縮機の出口を出側切換制御弁を介して増湿塔の入口に連通する圧縮機出側流路と、増湿塔の出口を入側切換制御弁及び燃焼器を順次介して高圧ガスタービンの入口に接続するタービン入側流路と、高圧空気圧縮機の出口を中間切換制御弁を介してタービン入側流路の入側切換制御弁と燃焼器との間に連通する中間流路とを備えた湿り空気ガスタービンの増湿塔切換装置であって、圧縮機出側流路に出側切換制御弁をバイパスするバイパス流路を備え、且つバイパス流路に、高圧空気圧縮機出口の圧縮空気の一部を増湿塔に供給し得る増湿塔昇圧用小流量弁を備えたことを特徴とする湿り空気ガスタービンの増湿塔切換装置、に係るものである。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、増湿塔昇圧用小流量弁の開閉を検出する弁開閉検出器と、増湿塔の圧力を検出する増湿塔圧力検出器と、タービン入側流路における入側切換制御弁の出口圧力を検出する入側圧力検出器と、増湿塔昇圧開始指令により増湿塔昇圧用小流量弁を開作動すると共に、弁開閉検出器からの小流量弁開信号が入力され、且つ増湿塔圧力検出器からの増湿塔検出圧力が入側圧力検出器の燃焼器入口検出圧力より大きくなった時に、出側切換制御弁及び入側切換制御弁を開作動すると共に、中間切換制御弁を閉作動し、設定時間経過後に増湿塔昇圧用小流量弁を閉作動する制御器とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の湿り空気ガスタービンの増湿塔切換装置、に係るものである。
【００１７】
請求項１に記載の発明では、増湿塔を使用しない運転から増湿塔を使用した運転に切換える際に、増湿塔昇圧用小流量弁を開作動して、バイパス流路を介して高圧空気圧縮機からの圧縮空気の一部を僅かずつ増湿塔に供給して増湿塔の内部圧力を徐々に上昇させることができるようにしているので、燃焼器入口圧力に対して増湿器内部の圧力が高くなった時に前記切換を行うようにすれば、該切換時に燃焼器入口の圧縮空気の圧力が低下することがなくなり、よって前記切換時に高圧ガスタービン及び低圧ガスタービンの出力が低下する問題を防止できる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、増湿塔昇圧開始指令により増湿塔昇圧用小流量弁を開作動すると共に、弁開閉検出器からの小流量弁開信号が入力されて且つ増湿塔圧力検出器からの増湿塔検出圧力が入側圧力検出器の燃焼器入口検出圧力より大きくなった時に、出側切換制御弁及び入側切換制御弁を開作動すると共に、中間切換制御弁を閉作動し、設定時間経過後に増湿塔昇圧用小流量弁を閉作動する制御器を備えているので、増湿塔を使用しない運転と増湿塔を使用する運転とに切換える作動を自動的に且つ安定して行うことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図示例と共に説明する。
【００２０】
図１は、前記図４の従来の湿り空気ガスタービンに適用した本発明を実施する形態の一例を示したもので、図中図４と同一の符号を付したものは同一物を表わしている。
【００２１】
図１に示すように、前記図４に示した構成と同様の湿り空気ガスタービンにおいて、圧縮機出側流路９に出側切換制御弁８をバイパスするバイパス流路２０を備え、且つ該バイパス流路２０に、増湿塔１０の使用に先立って高圧空気圧縮機３出口の圧縮空気７の一部を増湿塔１０に供給して増湿塔１０の圧力を増加し得るようにした増湿塔昇圧用小流量弁２１を備える。
【００２２】
この増湿塔昇圧用小流量弁２１は、それが全開した時に、前記出側切換制御弁８の全開によって圧縮機出側流路９を流れる圧縮空気７の流量の１／１００〜１／１０００程度の流量が流れるようにした小容量の弁となっている。
【００２３】
図１中２４は、前記出側切換制御弁８、入側切換制御弁１２、中間切換制御弁１７及び増湿塔昇圧用小流量弁２１の開閉を制御する制御器である。
【００２４】
制御器２４には、リミットスイッチ等によって増湿塔昇圧用小流量弁２１の開閉を検出するようにした弁開閉検出器２５からの小流量弁開信号２６と、増湿塔１０内部の圧力を検出するようにした増湿塔圧力検出器２７からの増湿塔検出圧力Ｐ1と、タービン入側流路１３における入側切換制御弁１２の出口に備えた入側圧力検出器２８からの燃焼器入口検出圧力Ｐ0とが入力されるようになっており、更に増湿塔昇圧開始指令２９、及びプラント停止指令３０が入力されている。
【００２５】
図２は、前記制御器２４の回路の一例を示したロジック回路図であり、制御器２４には、セットＳ側とリセットＲ側とを有するホールド回路３１と、ａ側の１００％信号とｂ側の０％信号が入力された切換器３２とを備えており、前記増湿塔昇圧開始指令２９が制御器２４に発せられると、ホールド回路３１のセットＳ側によって前記切換器３２にＯＮの信号３３が出し続けられ、これにより切換器３２はａ側の１００％信号を出力するように切換えられ、増湿塔昇圧用小流量弁２１が全開されるようになっている。また、前記ホールド回路３１のリセットＲ側に信号４５が入力されると、リセットされることによって前記ＯＮの信号３３がなくなり、これにより切換器３２がｂ側の０％信号を出力するように切換えられて、増湿塔昇圧用小流量弁２１が全閉されるようになっている。
【００２６】
制御器２４には、増湿塔圧力検出器２７からの増湿塔検出圧力Ｐ1と、入側圧力検出器２８からの燃焼器入口検出圧力Ｐ0とが入力されており、増湿塔検出圧力Ｐ1と燃焼器入口検出圧力Ｐ0とを比較してＰ1＞Ｐ2の時にＯＮの信号３４を出力する比較器３５を備えており、更に該比較器３５からのＯＮの信号３４と、前記したように増湿塔昇圧用小流量弁２１が全開にされたことにより弁開閉検出器２５からの小流量弁開信号２６とが入力された時にＯＮの信号３６を出力するようにしたＡＮＤ回路３７を備えている。
【００２７】
図２中３８は、セットＳ側とリセットＲ側とを有するホールド回路であり、該ホールド回路３８のセットＳ側に前記ＡＮＤ回路３７からのＯＮの信号３６が入力されると、ホールド回路３８はＯＮの信号３９を出し続けるようになっている。
【００２８】
４０は、ａ側の１００％信号とｂ側の０％信号とが入力されている切換器であり、前記ホールド回路３８からのＯＮの信号３９が切換器４０に入力されることによって１００％信号を出力するように切換えられ、また前記ホールド回路３８からのＯＮの信号３９がなくなることによって０％信号を出力するように切換えられるようになっている。切換器４０によって切換えられる１００％信号又は０％信号は、変化率制限器４１を介して前記出側切換制御弁８及び入側切換制御弁１２に同時に出力されるようになっており、該出側切換制御弁８及び入側切換制御弁１２は、前記変化率制限器４１に設定された所要の変化率で同時に開閉が制御されるようになっている。
【００２９】
４２は、ａ側の０％信号とｂ側の１００％信号とが入力されている切換器であり、前記ホールド回路３８からのＯＮの信号３９が切換器４２に入力されることによって０％信号を出力するように切換えられ、また前記ホールド回路３８からのＯＮの信号３９がなくなることによって１００％信号を出力するように切換えられるようになっている。切換器４２によって切換えられる０％信号又は１００％信号は、変化率制限器４３を介して前記中間切換制御弁１７に出力されるようになっており、該中間切換制御弁１７は前記変化率制限器４３に設定された所要の変化率で開閉が制御されるようになっている。
【００３０】
更に、前記ホールド回路３８からのＯＮの信号３９が入力されるタイマー４４を備えており、該タイマー４４は、前記ＯＮの信号３９が入力されてから所要の時間経過後に信号４５を前記ホールド回路３１のリセットＲ側に出力してホールド回路３１のリセットを行うようになっており、これにより、ホールド回路３１からのＯＮの信号３３がなくなるので、切換器３２は０％信号を出力するように切換えられて前記増湿塔昇圧用小流量弁２１を全閉するようになっている。
【００３１】
また、前記ホールド回路３８のリセットＲ側にプラント停止指令３０が入力されるようになっており、プラントを停止する際にホールド回路３８のリセットＲ側にプラント停止指令３０が入力すると、ホールド回路３８がリセットされ、これにより、ホールド回路３８からのＯＮの信号３９がなくなり、これによって切換器４０が０％信号を出力するように切換えられて出側切換制御弁８及び入側切換制御弁１２が同時に全閉作動され、同時に、切換器４２が１００％信号を出力するように切換えられて中間切換制御弁１７が全開作動されるようになっている。
【００３２】
次に上記実施の形態例の作用を説明する。
【００３３】
図３は、前記形態例の作動を線図化して示したもので、図１の湿り空気ガスタービンにおいて、出側切換制御弁８及び入側切換制御弁１２が全閉され、中間切換制御弁１７が全開されて、増湿塔１０を使用しない単純サイクルＣ1の運転が行われている間（例えば起動時）は、前記したように出側切換制御弁８及び入側切換制御弁１２が全閉されていることにより増湿塔１０内部は略大気圧となっている。従って図３に破線で示すように、増湿塔圧力検出器２７の増湿塔検出圧力Ｐ1は低く、また入側圧力検出器２８の燃焼器入口検出圧力Ｐ0は実線で示すように高圧空気圧縮機３からの圧縮空気７によって高い圧力となっている。
【００３４】
上記状態から、増湿塔１０を使用する湿り空気サイクルＣ2に切換えてタービン出力を増加する際には、増湿塔昇圧開始指令２９を制御器２４に入力させる。
【００３５】
すると、図２に示すように、ホールド回路３１が増湿塔昇圧開始指令２９によってＯＮの信号３３を切換器３２に出力し、これにより切換器３２はａ側の１００％信号を増湿塔昇圧用小流量弁２１に出力して、該増湿塔昇圧用小流量弁２１を図３に示すように開作動させる。増湿塔昇圧用小流量弁２１が全開されると、弁開閉検出器２５は図２に示すように小流量弁開信号２６を制御器２４のＡＮＤ回路３７に出力するようになる。
【００３６】
増湿塔昇圧用小流量弁２１が開けられると、図１に示すように、バイパス流路２０を介して高圧空気圧縮機３からの圧縮空気７の一部が僅かずつ増湿塔１０に供給され、これにより増湿塔１０の内部圧力が徐々に上昇するようになる。
【００３７】
この時、増湿塔昇圧用小流量弁２１が開けられても、バイパス流路２０を流れる圧縮空気７の流量は僅かであるため、燃焼器１４に供給されている圧縮空気７の圧力が低下するようなことがなく、よって高圧ガスタービン４及び低圧ガスタービン５の出力が低下することはない。
【００３８】
前記増湿塔昇圧用小流量弁２１の開により増湿塔１０の圧力が上昇され、更に蒸気１１ａが供給されることによって更に増湿塔１０の圧力が増加されることにより、ついには増湿塔検出圧力Ｐ1が燃焼器入口検出圧力Ｐ0より高くなる逆転の現象を生じる。
【００３９】
このように、増湿塔検出圧力Ｐ1が燃焼器入口検出圧力Ｐ0より高くなると、そのＰ1＞Ｐ0によって図２における比較器３５がＯＮの信号３４をＡＮＤ回路３７に出力するようになり、この時、前記したようにＡＮＤ回路３７に弁開閉検出器２５からの小流量弁開信号２６が入力されているので、ＡＮＤ回路３７からＯＮの信号３６がホールド回路３８に出力されるようになり、これによりホールド回路３８はＯＮの信号３９を出し続けることになる。
【００４０】
前記ホールド回路３８からＯＮの信号３９が発せられると、切換器４０はａ側の１００％信号を出力するように切換えられ、この１００％信号を受けた変化率制限器４１は所要の変化率Ｌ1（図３）で前記出側切換制御弁８及び入側切換制御弁１２を同時に開作動させて全開にする。
【００４１】
又同時に、前記ホールド回路３８からＯＮの信号３９によって切換器４２がａ側の０％信号を出力するように切換えられ、この０％信号を受けた変化率制限器４３は所要の変化率Ｌ2（図３）で前記中間切換制御弁１７を閉作動させて全閉にする。
【００４２】
更に、前記ホールド回路３８からのＯＮの信号３９がタイマー４４に入力され、タイマー４４はＯＮの信号３９が入力されてから所要の時間経過後に信号４５を前記ホールド回路３１のリセットＲ側に出力してホールド回路３１のリセットを行う。このリセットによりホールド回路３１からのＯＮの信号３３がなくなることにより、切換器３２はｂ側の０％信号を増湿塔昇圧用小流量弁２１に出力するように切換わり、増湿塔昇圧用小流量弁２１は全閉される。
【００４３】
このとき、前記タイマー４４は、図３に示すように前記ホールド回路３８からＯＮの信号３９が出力されてから前記出側切換制御弁８と入側切換制御弁１２の全開、中間切換制御弁１７の全閉が完了した後に増湿塔昇圧用小流量弁２１を全閉とするように設定時間Ｔを設定している。
【００４４】
また、プラントが停止される時には、前記ホールド回路３８のリセットＲ側にプラント停止指令３０が入力されるのでホールド回路３８がリセットされ、これにより、ホールド回路３８からのＯＮの信号３９がなくなる。従って、切換器４０が０％信号を出力するように切換えられて出側切換制御弁８及び入側切換制御弁１２が同時に全閉作動され、また同時に、切換器４２が１００％信号を出力するように切換えられて中間切換制御弁１７が全開作動される。このように、プラントが停止される場合には、増湿塔１０を使用しない単純サイクルＣ1の状態に自動的に切換えられる。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、増湿塔を使用しない運転から増湿塔を使用した運転に切換える際に、増湿塔昇圧用小流量弁を開作動して、バイパス流路を介して高圧空気圧縮機からの圧縮空気の一部を僅かずつ増湿塔に供給して増湿塔の内部圧力を徐々に上昇させることができるようにしているので、燃焼器入口圧力に対して増湿器内部の圧力が高くなった時に前記切換を行うようにすれば、該切換時に燃焼器に供給されている圧縮空気の圧力が低下するのを防止することができ、よって前記切換時に高圧ガスタービン及び低圧ガスタービンの出力が低下する問題を防止できる効果を奏する。
【００４６】
請求項２に記載の発明によれば、増湿塔昇圧開始指令により増湿塔昇圧用小流量弁を開作動すると共に、弁開閉検出器からの小流量弁開信号が入力されて且つ増湿塔圧力検出器からの増湿塔検出圧力が入側圧力検出器の燃焼器入口検出圧力より大きくなった時に、出側切換制御弁及び入側切換制御弁を開作動すると共に、中間切換制御弁を閉作動し、設定時間経過後に増湿塔昇圧用小流量弁を閉作動する制御器を備えているので、増湿塔を使用しない運転と増湿塔を使用する運転とに切換える作動を自動的に且つ安定して行える効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す全体ブロック図である。
【図２】図１の制御器のロジック回路図である。
【図３】本発明の実施の形態における燃焼器入口検出圧力と増湿塔検出圧力との関係及び、増湿塔昇圧用小流量弁、出側切換制御弁、入側切換制御弁、中間切換制御弁の開閉作動との関係を示した線図である。
【図４】従来の湿り空気ガスタービンの一例を示す全体ブロック図である。
【符号の説明】
３          高圧空気圧縮機
４          高圧ガスタービン
７          圧縮空気
８          出側切換制御弁
９          圧縮機出側流路
１０          増湿塔
１２          入側切換制御弁
１３          タービン入側流路
１４          燃焼器
１７          中間切換制御弁
１８          中間流路
２０          バイパス流路
２１          増湿塔昇圧用小流量弁
２４          制御器
２５          弁開閉検出器
２６          小流量弁開信号
２７          増湿塔圧力検出器
２８          入側圧力検出器
２９          増湿塔昇圧開始指令
Ｐ0           燃焼器入口検出圧力
Ｐ1           増湿塔検出圧力
Ｔ            設定時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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