(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧空気圧縮機からの圧縮空気をインタークーラにより冷却して高圧空気圧縮機に供給し、高圧空気圧縮機からの圧縮空気を増湿塔により増湿し燃焼器に導入して燃焼を行い、燃焼後のガスを高圧ガスタービン及び低圧ガスタービンに順次導入する湿り空気ガスタービン設備のインタークーラ切替制御装置であって、
低圧空気圧縮機にて圧縮した圧縮空気をインタークーラを介し高圧空気圧縮機に供給する空気配管に、インタークーラをバイパスするように設けたバイパス管と、
該バイパス管に設けたバイパス弁と、
バイパス管よりインタークーラ側の空気配管に設けたインタークーラ側弁と、
高圧空気圧縮機の出口温度を検出する温度計と、
ガスタービン起動時、高圧空気圧縮機出口温度が設定温度に達するまではバイパス弁を開、インタークーラ側弁を閉に切替え、高圧空気圧縮機出口温度が設定温度に達するとインタークーラ側弁を開、バイパス弁を閉に切替える起動時切替回路と、ガスタービン停止時、ガスタービン負荷指令が設定負荷より低下するとバイパス弁を開、インタークーラ側弁を閉に切替える停止時切替回路とを有した制御装置と
を備えたことを特徴とする湿り空気ガスタービン設備のインタークーラ切替制御装置。
【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設備のインタークーラ切替制御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設備の一例を示すものであり、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はインタークーラ８にて冷却されるようになっており、冷却された圧縮空気７が高圧空気圧縮機３に導入されて更に圧縮され、高圧となった圧縮空気７は増湿塔９に導かれて蒸気が混合されることにより体積が増加されるようになっている。
【０００４】
増湿塔９で蒸気が混合されて湿り空気となった圧縮空気７’は、燃焼器１０に導入されて天然ガス等の燃料１１と共に燃焼し、高温高圧のガス１２となって高圧ガスタービン４に導入されて該高圧ガスタービン４を駆動し、続いて低圧ガスタービン５に導入されて該低圧ガスタービン５を駆動し、その後排気されるようになっている。
【０００５】
前記インタークーラ８には、水１３が供給されるようになっており、供給された水１３は前記低圧空気圧縮機２から高圧空気圧縮機３に導かれる圧縮空気７を冷却すると同時に自身が加熱されて加熱水１３’となり、前記増湿塔９に導かれて蒸気が分離されて圧縮空気７に混合され、蒸発しなかった加熱水１３’は前記水１３に混合されてインタークーラ８に再び戻される循環が行われるようになっている。
【０００６】
前記湿り空気ガスタービン設備では、低圧空気圧縮機２にて圧縮された圧縮空気７を、インタークーラ８で水１３と熱交換することにより冷却して体積を減少させた後、高圧空気圧縮機３で圧縮することにより、圧縮効率を高めることができるようになっている。
【０００７】
更に、高圧空気圧縮機３で高圧となった圧縮空気７は、増湿塔９にて蒸気が混合されることにより体積が増加される。このように蒸気の混合によって体積が増加された圧縮空気７’（湿り空気）は燃焼器１０で燃焼されて高温高圧のガス１２となり、この高温高圧のガス１２によって高圧ガスタービン４及び低圧ガスタービン５が駆動されるので、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。
【０００８】
図４に示した従来の湿り空気ガスタービン設備では、ガスタービン４，５を起動、停止する時、及びガスタービン４，５をガスタービン負荷指令に基づいて運転する通常運転時の何れの状態の時も、常時インタークーラ８を使用して、低圧空気圧縮機２から高圧空気圧縮機３に導かれる圧縮空気７の冷却を行うようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記したように、ガスタービン４，５の起動時、停止時、通常運転時の何れの場合にも、常時インタークーラ８を作動させていると、特に圧縮空気７の流量が低下しているガスタービン４，５の起動初期、及び停止直前時には、インタークーラ８による冷却によって圧縮空気７が過冷却されてしまい、このために燃焼器１０に導かれる湿り空気である圧縮空気７’の温度が低下されてしまうことによって、燃焼器１０での燃焼が不安定になったり、場合によっては失火してしまう可能性があるといった問題を有していた。
【００１０】
本発明は、圧縮空気の流量が低下するガスタービンの起動及び停止時に、圧縮空気が過冷却されるのを防止して、燃焼器における燃焼を安定させるようにした湿り空気ガスタービン設備のインタークーラ切替制御装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、低圧空気圧縮機からの圧縮空気をインタークーラにより冷却して高圧空気圧縮機に供給し、高圧空気圧縮機からの圧縮空気を増湿塔により増湿し燃焼器に導入して燃焼を行い、燃焼後のガスを高圧ガスタービン及び低圧ガスタービンに順次導入する湿り空気ガスタービン設備のインタークーラ切替制御装置であって、
低圧空気圧縮機にて圧縮した圧縮空気をインタークーラを介し高圧空気圧縮機に供給する空気配管に、インタークーラをバイパスするように設けたバイパス管と、
該バイパス管に設けたバイパス弁と、
バイパス管よりインタークーラ側の空気配管に設けたインタークーラ側弁と、高圧空気圧縮機の出口温度を検出する温度計と、
ガスタービン起動時、高圧空気圧縮機出口温度が設定温度に達するまではバイパス弁を開、インタークーラ側弁を閉に切替え、高圧空気圧縮機出口温度が設定温度に達するとインタークーラ側弁を開、バイパス弁を閉に切替える起動時切替回路と、ガスタービン停止時、ガスタービン負荷指令が設定負荷より低下するとバイパス弁を開、インタークーラ側弁を閉に切替える停止時切替回路とを有した制御装置と
を備えたことを特徴とする湿り空気ガスタービン設備のインタークーラ切替制御装置、に係るものである。
【００１２】
本発明では、湿り空気ガスタービン設備の起動、停止時に、圧縮空気をバイパス管にバイパスさせるようにしたことにより、圧縮空気がインタークーラによって過冷却されるのを防止して、従来の湿りガスタービン設備の起動、停止時に発生していた燃焼器の燃焼の不安定、失火といった問題の発生を防止する。
【００１３】
【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。
【００１４】
図１は、前記図４の従来の湿り空気ガスタービン設備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。
【００１５】
図１に示すように、低圧空気圧縮機２にて圧縮した圧縮空気７をインタークーラ８を介して高圧空気圧縮機３に供給する空気配管１４に、インタークーラ８をバイパスするようにしたバイパス管１４ａを設け、該バイパス管１４ａに、バイパス弁１５を配設する。
【００１６】
前記空気配管１４におけるバイパス管１４ａよりインタークーラ８側の空気配管１４ｂには、インタークーラ側弁１６を設ける。図１の例では、インタークーラ側弁１６を、インタークーラ８の入側に設けた入口弁１６ａと、インタークーラ８の出側に設けた出口弁１６ｂにより構成した場合を示しており、以下の説明では上記入口弁１６ａと出口弁１６ｂとを備えた場合について述べる。尚、インタークーラ側弁１６は、必要に応じて入口弁１６ａと出口弁１６ｂの何れか一方のみを備えるようにしてもよい。
【００１７】
また、高圧空気圧縮機３の出口部に、圧縮空気７の温度を検出するようにした温度計１７を設置し、該温度計１７にて検出した出口温度１８と、ガスタービン起動指令１９Ａ、ガスタービン停止指令１９Ｂ、ガスタービン負荷指令１９Ｃ等からなるガスタービン制御信号１９とを入力し、前記バイパス弁１５とインタークーラ側弁１６である入口弁１６ａ及び出口弁１６ｂに切替信号２０を出力する制御装置２１を配設する。
【００１８】
図２は、前記制御装置２１のロジック回路を示したもので、該ロジック回路は大きく分けて起動時切替回路２２と停止時切替回路２３とから構成されている。
【００１９】
起動時切替回路２２は、ガスタービン起動指令１９Ａが発せられると、その指令１９Ａがホールド回路２４のセット側Ｓを介してＡＮＤ回路２５に入力されるようなっている。
【００２０】
また、通常運転時、図１のインタークーラ８にて冷却されて高圧空気圧縮機３に導入される圧縮空気７の温度は例えば６０℃前後であり、この時の高圧空気圧縮機３出口の温度は例えば２８０℃前後であり、このような場合において、高圧空気圧縮機３の出口温度１８に例えば１５０℃の設定温度を設定し、温度計１７で検出された高圧空気圧縮機３出口温度１８が設定温度Ｔ以上になると、信号２６がタイマー２７に出力され、該タイマー２７に設定された所定時間だけ遅れた後にその信号２６が前記ＡＮＤ回路２５に出力されるようになっている。
【００２１】
前記ホールド回路２４からのガスタービン起動指令１９Ａとタイマー２７からの信号２６とが揃ってＡＮＤ回路２５に入力された時に、ＡＮＤ回路２５からインタークーラ運転信号２８がＡＮＤ回路２９に出力されるようになっている。
【００２２】
前記ホールド回路２４のリセット側Ｒには、ガスタービン停止指令１９Ｂが発せられた時に、その指令１９Ｂがリセット信号として入力されるようになっている。
【００２３】
また、前記起動時切替回路２２には、前記インタークーラ側弁１６である入口弁１６ａ全開による信号３０と出口弁１６ｂ全開による信号３１が揃った時に前記ＡＮＤ回路２９にインタークーラ側弁全開信号３２を出力するＡＮＤ回路３３を備えており、前記インタークーラ運転信号２８とインタークーラ側弁全開信号３２とが揃ってＡＮＤ回路２９に入力された時に、ホールド回路３４のセット側Ｓを介してバイパス弁１５に全閉信号３５を出力するようになっている。上記ホールド回路３４のリセット側Ｒには、後述するＯＲ回路４７からのリセット信号４９が入力されるようになっている。
【００２４】
更に、前記ホールド回路３４から出力される全閉信号３５がノット回路３６に入力されており、前記全閉信号３５が入力されている時には信号を出力せず、前記全閉信号３５が入力されない時にバイパス弁１５に全開信号３７を出力するようになっている。
【００２５】
停止時切替回路２３は、前記起動時切替回路２２のＡＮＤ回路２５からのインタークーラ運転信号２８を入力するホールド回路３８を備えており、該ホールド回路３８にインタークーラ運転信号２８が入力されると、セット側Ｓを介してインタークーラ側弁１６の入口弁１６ａと出口弁１６ｂの夫々に全開信号３９を出力するようにしている。
【００２６】
前記ホールド回路３８から出力される全開信号３９が夫々ノット回路４０，４１に入力されるようになっており、該ノット回路４０，４１は、インタークーラ運転信号２８が入力されている時には信号を出力せず、前記インタークーラ運転信号２８が入力されない時に前記入口弁１６ａと出口弁１６ｂとに全閉信号４２を出力するようにしている。
【００２７】
更に、停止時切替回路２３は、ガスタービン停止指令１９Ｂが発せられると、その指令１９Ｂがホールド回路４３のセット側Ｓを介してＡＮＤ回路４４に入力されるようになっている。
【００２８】
また、湿り空気ガスタービン設備の最大負荷が例えば２５０ＭＷＤの場合において、ガスタービン４，５の負荷指令１９Ｃに例えば４０ＭＷＤの設定負荷Ｐを設定し、ガスタービン負荷指令１９Ｃが設定負荷Ｐ以下になった時に信号４５が前記ＡＮＤ回路４４に出力されるようにしている。
【００２９】
前記ホールド回路４３からの指令１９Ｂと信号４５とがＡＮＤ回路４４に揃って入力された時にＡＮＤ回路４４からバイパス信号４６がＯＲ回路４７に出力されるようにしている。
【００３０】
更に、前記ＡＮＤ回路４４からのバイパス信号４６がタイマー４８に入力されており、該タイマー４８に設定された時間だけ遅れて前記ホールド回路３８のリセット側Ｒにリセット信号として入力されるようになっている。
【００３１】
また、前記ＯＲ回路４７にガスタービン起動指令１９Ａが入力されており、前記バイパス信号４６とガスタービン起動指令１９Ａの何れかがＯＲ回路４７に入力された時に、ＯＲ回路４７から前記起動時切替回路２２のホールド回路３４におけるリセット側Ｒにリセット信号４９が出力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、前記ガスタービン起動時、ガスタービン通常運転時、ガスタービン停止時におけるバイパス弁１５と、インタークーラ側弁１６である入口弁１６ａと出口弁１６ｂの開閉作動を示す作動図である。
【００３４】
ガスタービン起動時には、図２に示すように、ガスタービン起動指令１９Ａが発せられることにより、起動時切替回路２２のホールド回路２４のセット側Ｓにその指令１９Ａが入力される。しかし、高圧空気圧縮機３の出口温度１８は起動初期では低いために設定温度Ｔの例えば１５０℃以下であるので、信号２６は出力されず、従ってＡＮＤ回路２５からインタークーラ運転信号２８は出力されず、ＡＮＤ回路２９からの全閉信号３５も出力されない。
【００３５】
このために、ホールド回路３４からの全閉信号３５がないことによって、ノット回路３６からは全開信号３７が出力されて、バイパス弁１５が全開となっている。
【００３６】
また、前記インタークーラ運転信号２８が出力されていないために、停止時切替回路２３のホールド回路３８からの全開信号３９も出力されないので、ノット回路４０，４１からの全閉信号４２がインタークーラ側弁１６の入口弁１６ａ及び出口弁１６ｂに出力されて入口弁１６ａ及び出口弁１６ｂは全閉となっている。
【００３７】
このように、図１の低圧空気圧縮機２から高圧空気圧縮機３に導かれる圧縮空気７が、バイパス管１４ａにバイパスされた状態において湿り空気ガスタービン設備の起動が行われるので、圧縮空気７がインタークーラ８によって過冷却されることが防止され、よって燃焼器１０の燃焼を安定させることができる。
【００３８】
ガスタービン負荷指令の増加に伴って圧縮空気７の流量が増大することにより、高圧空気圧縮機３の出口温度１８が徐々に上昇して、例えば設定温度Ｔの１５０℃に達すると、信号２６がタイマー２７に出力され、該タイマー２７によって所定時間遅れた後にその信号２６がＡＮＤ回路２５に出力される。
【００３９】
すると、ホールド回路２４からのガスタービン起動指令１９Ａと、タイマー２７からの信号２６とがＡＮＤ回路２５に揃って入力されることにより、ＡＮＤ回路２５はインタークーラ運転信号２８をＡＮＤ回路２９に出力するようになる。この時、前記入口弁１６ａ及び出口弁１６ｂは全閉状態であるので、ＡＮＤ回路３３からインタークーラ側弁全開信号３２は出力されず、よってＡＮＤ回路２９からの全閉信号３５も出力されない。
【００４０】
前記ＡＮＤ回路２５からのインタークーラ運転信号２８が停止時切替回路２３のホールド回路３８に入力されることにより、全開信号３９によって、入口弁１６ａと出口弁１６ｂが同時に全開される。
【００４１】
入口弁１６ａと出口弁１６ｂが全開されると、前記起動時切替回路２２の信号３０と３１がＡＮＤ回路３３に入力されることにより、インタークーラ側弁全開信号３２がＡＮＤ回路２９に出され、これによってＡＮＤ回路２９は全閉信号３５をバイパス弁１５に出力して、バイパス弁１５を全閉させる。上記したように高圧空気圧縮機３の出口の圧縮空気７の温度が設定温度Ｔの１５０℃を越えた後は、湿り空気ガスタービン設備における通常の運転が行われる。
【００４２】
尚、上記したように、ガスタービン４，５の起動状態から通常運転状態に切替える際に、入口弁１６ａ及び出口弁１６ｂを全開にしてからバイパス弁１５を全閉させるようにしているので、安全に切替えを行うことができる。
【００４３】
上記通常の運転状態から、ガスタービン停止指令１９Ｂが発せられると、その指令１９Ｂがホールド回路４３を介してＡＮＤ回路４４に出力される。しかし、この時ガスタービン負荷指令１９Ｃは設定負荷Ｐの例えば４０ＭＷＤより通常高いために、信号４５がＡＮＤ回路４４に入力されず、ＡＮＤ回路４４からバイパス信号４６は出力されない。
【００４４】
一方、ガスタービン停止指令１９Ｂが前記起動時切替回路２２のホールド回路２４のリセット側Ｒに入力されるので、ガスタービン起動指令１９Ａがないことによりホールド回路２４からＡＮＤ回路２５に出力されていた信号がなくなる。これによりＡＮＤ回路２５からのインタークーラ運転信号２８がなくなり、ＡＮＤ回路２９からの全閉信号３５もなくなる。しかし、ホールド回路３４にはリセット信号４９がまだ入力されていないので、全閉信号３５がホールドされており、従ってバイパス弁１５は全閉状態を維持している。
【００４５】
また、停止時切替回路２３のホールド回路３８にもＡＮＤ回路２５からのインタークーラ運転信号２８が入力されなくなるが、ホールド回路３８にもまだバイパス信号４６が入力されていないので、全開信号３９がホールドされており、従って入口弁１６ａ及び出口弁１６ｂは全開状態を維持している。
【００４６】
ガスタービン負荷指令１９Ｃが徐々に低下して、設定負荷Ｐの例えば４０ＭＷＤより低くなると、信号４５が出力されることにより、前記ガスタービン停止指令１９Ｂによるホールド回路４３からの指令１９Ｂと、信号４５とが揃ってＡＮＤ回路４４に入力されることにより、ＡＮＤ回路４４からバイパス信号４６が出力される。
【００４７】
バイパス信号４６が出力されると、ＯＲ回路４７によりリセット信号４９が直ちに前記ホールド回路３４のリセット側Ｒに入力されてホールド回路３４がリセットされ、これによりホールドされていたバイパス弁１５の全閉信号３５がなくなり、これによりノット回路３６からの全開信号３７によりバイパス弁１５が全開される。
【００４８】
また、前記バイパス信号４６がタイマー４８に入力されるので、バイパス弁１５の全開から所定の時間遅れた後、バイパス信号４６がホールド回路３８のリセット側Ｒに入力されてホールド回路３８がリセットされ、これによりホールドされていた入口弁１６ａ及び出口弁１６ｂの全開信号３９がなくなり、これによりノット回路４０，４１からの全閉信号４２により入口弁１６ａ及び出口弁１６ｂが全閉されるようになる。
【００４９】
これにより、図１のガスタービン４，５の停止時に、ガスタービン負荷指令１９Ｃが設定負荷Ｐより低くなると、低圧空気圧縮機２から高圧空気圧縮機３に導かれる圧縮空気７が、バイパス管１４ａにバイパスされるようになるので、湿り空気ガスタービン設備の停止時に、圧縮空気７がインタークーラ８によって過冷却されるのが防止され、よって燃焼器１０の燃焼を安定させることができる。
【００５０】
尚、上記したように、ガスタービン４，５の通常運転状態からガスタービン４，５を停止させる際に、バイパス弁１５を全開にしてから入口弁１６ａ及び出口弁１６ｂを全閉させるようにしているので、安全に切替えを行うことができる。
【００５１】
上記したガスタービン停止の状態から再びガスタービン起動指令１９Ａが発せられると、指令１９Ａによって停止時切替回路２３のホールド回路４３がリセットされ、又ＯＲ回路４７からのリセット信号４９によって起動時切替回路２２のホールド回路３４がリセットされるようになる。
【００５２】
上記したように、湿り空気ガスタービン設備の起動時、高圧空気圧縮機３出口温度１８が設定温度Ｔに達するまでの圧縮空気７の流量が少ないときに、圧縮空気７をバイパス管１４ａにバイパスさせることにより、圧縮空気７がインタークーラ８によって過冷却されるのを防止し、また湿り空気ガスタービン設備の停止時、ガスタービン負荷指令１９Ｃが設定負荷Ｐまで低下した時に、流量が低下している圧縮空気７をバイパス管１４ａにバイパスさせることにより圧縮空気７がインタークーラ８によって過冷却されるのを防止するようにしたので、湿り空気ガスタービン設備の起動、停止時に、圧縮空気７の温度が低下することによって従来発生していた燃焼器１０の燃焼の不安定、或いは失火といった問題の発生を確実に防止できる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、湿り空気ガスタービン設備の起動、停止時に、圧縮空気をバイパス管にバイパスさせるようにしたことにより、圧縮空気がインタークーラによって過冷却されるのを防止して、従来の湿りガスタービン設備の起動、停止時に発生していた燃焼器の燃焼の不安定、或いは失火といった問題の発生を確実に防止することができる優れた効果を奏し得る。
【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の制御装置のロジック回路図である。
【図３】ガスタービン起動時、ガスタービン通常運転時、ガスタービン停止時におけるバイパス弁と、インタークーラ側弁である入口弁と出口弁の開閉作動状態を示す作動図である。
【図４】従来の湿り空気ガスタービン設備の一例を示す全体ブロック図である。
【符号の説明】
２          低圧空気圧縮機
３          高圧空気圧縮機
４          高圧ガスタービン
５          低圧ガスタービン
７          圧縮空気
８          インタークーラ
９          増湿塔
１０          燃焼器
１２          ガス
１４          空気配管
１４ａ        バイパス管
１４ｂ        空気配管
１５          バイパス弁
１６          インタークーラ側弁
１７          温度計
１８          出口温度
１９Ｃ        ガスタービン負荷指令
２１          制御装置
２２          起動時切替回路
２３          停止時切替回路
Ｐ          設定負荷
Ｔ          設定温度
【図１】
0003769827.tif 000002
【図２】
0003769827.tif 000003
【図３】
0003769827.tif 000004
【図４】
0003769827.tif 000005