(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で発生する燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンと、該ガスタービンから排出されるガスタービン排ガスと前記燃焼器に導かれる圧縮空気とを熱交換する再生熱交換器とを有するガスタービンシステムであって、
前記圧縮機で圧縮して分岐された第１の空気を加湿する第１の加湿装置と、該第１の加湿装置で加湿された第１の空気と、前記圧縮機で圧縮して分岐された第２の空気とを熱交換する熱交換器と、該熱交換器で熱交換された第２の空気を加湿する第２の加湿装置とを備え、前記第１及び第２の空気は異なる温度となるように加湿されて前記再生熱交換器に導かれることを特徴とするガスタービンシステム。
【請求項２】
空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で発生する燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンと、該ガスタービンから排出されるガスタービン排ガスと前記燃焼器に導かれる圧縮空気とを熱交換する熱回収熱交換器と、前記圧縮機で圧縮し複数に分岐された空気を各々異なる温度に加湿して、該加湿空気を前記熱回収熱交換器に導く複数の加湿装置とを備え、前記熱回収熱交換器に導かれる加湿空気のうち、温度の低い加湿空気を熱回収熱交換器のよりガスタービン排ガス下流側位置に導くことを特徴とするガスタービンシステム。
【請求項３】
空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で発生する燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンと、該ガスタービンから排出されるガスタービン排ガスと前記燃焼器に導かれる圧縮空気とを熱交換する熱回収熱交換器とを有するガスタービンシステムであって、
前記圧縮機で圧縮して分岐された第１の空気を加湿して、加湿された該第１の空気を前記熱回収熱交換器に導く第１の加湿装置と、前記圧縮機から分岐された第２の空気を前記第１の空気より低温に加湿し、前記第１の空気よりガスタービン排ガス下流側位置の熱回収熱交換器に導く第２の加湿装置とを備えたことを特徴とするガスタービンシステム。
【請求項４】
空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で発生する燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンと、該ガスタービンから排出されるガスタービン排ガスと前記燃焼器に導かれる圧縮空気とを熱交換する再生熱交換器とを有するガスタービンシステムであって、
前記圧縮機で圧縮された空気を分岐する分岐装置と、該分岐装置で分岐された第１の空気を加湿する第１の加湿装置と、該第１の加湿装置で加湿された第１の空気と、前記分岐装置で分岐された第２の空気とを熱交換する熱交換器と、該熱交換器で熱交換された第２の空気を加湿する第２の加湿装置とを備え、前記第１及び第２の空気は異なる温度となるように加湿されて、前記第２の加湿装置で加湿された第２の空気を前記再生熱交換器に導き、前記第１の加湿装置で加湿され前記熱交換器を経た第１の空気を前記再生熱交換器に導かれる第２の空気よりもガスタービン排ガス上流側に供給することを特徴とするガスタービンシステム。
【請求項５】
空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で発生する燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンと、該ガスタービンから排出されるガスタービン排ガスと前記燃焼器に導かれる圧縮空気とを熱交換する再生熱交換器とを有するガスタービンシステムであって、
前記圧縮機で圧縮された空気を分岐する分岐装置と、該分岐装置で分岐された第１の空気を加湿する第１の加湿装置と、該第１の加湿装置で加湿された第１の空気と、前記分岐装置で分岐された第２の空気とを熱交換する熱交換器と、該熱交換器で熱交換された第２の空気を加湿する第２の加湿装置と、前記圧縮機に取り込まれる吸気を加湿する第３の加湿装置とを備え、前記第１及び第２の空気は異なる温度となるように加湿されて前記再生熱交換器に導かれることを特徴とするガスタービンシステム。
【請求項６】
空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で発生する燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンと、該ガスタービンから排出されるガスタービン排ガスと前記燃焼器に導かれる圧縮空気とを熱交換する再生熱交換器とを有するガスタービンシステムであって、
前記圧縮機で圧縮された空気を分岐する第１の分岐装置と、該第１の分岐装置で分岐された第１の空気を加湿する第１の加湿装置と、該第１の加湿装置で加湿された第１の空気と、前記第１の分岐装置で分岐された第２の空気とを熱交換する第１の熱交換器と、該第１の熱交換器で熱交換された第２の空気を分岐する第２の分岐装置と、該第２の分岐装置を経た第２の空気を加湿する第２の加湿装置と、該第２の加湿装置で加湿された第２の空気と、前記第２の分岐装置で分岐された第３の空気とを熱交換する第２の熱交換器と、該第２の熱交換器を経た第３の空気を加湿する第３の加湿装置とを備え、
前記第１及び第２，第３の空気は異なる温度となるように加湿されて、前記第３の加湿装置で加湿された第３の空気を前記再生熱交換器に導き、前記第２の加湿装置で加湿され前記第２の熱交換器を経た第２の空気を前記再生熱交換器に導かれる第３の空気よりもガスタービン排ガス上流側に導き、前記第１の加湿装置で加湿され前記第１の熱交換器を経た第１の空気を前記再生熱交換器に導かれる第２の空気よりもガスタービン排ガス上流側に導くことを特徴とするガスタービンシステム。
【請求項７】
請求項１に記載のガスタービンシステムにおいて、前記圧縮機で圧縮された圧縮空気に対して、第１の空気の流量を４０〜６０％に分岐されることを特徴とするガスタービンシステム。
【請求項８】
請求項１に記載のガスタービンシステムにおいて、前記再生熱交換器は該再生熱交換器に供給された前記第１の空気或いは第２の空気に水又は蒸気を噴霧する噴霧器を備えたことを特徴とするガスタービンシステム。
【請求項９】
請求項１に記載のガスタービンシステムにおいて、前記再生熱交換器から排出された前記ガスタービン排ガスを利用して前記第１の加湿装置、または第２の加湿装置へ供給する水または蒸気を加熱する給水加熱器を備えたことを特徴とするガスタービンシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水分を含む燃焼ガスにより作動するタービンを備えたガスタービンシステムに係り、特に、燃焼器へ供給する空気の水分量を増加して前記燃焼ガスの水分の量を増加したガスタービンシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
加湿空気を用いたガスタービンシステムに関する従来の技術として、例えば、特公平1−31012号公報や特開平9−264158 号公報には、圧縮機で圧縮してなる圧縮空気と熱回収媒体として用い加熱された液相水とを加湿塔で接触させ、加湿空気（空気／水蒸気の混合物）及び冷却された液相水を得て、加湿空気でタービン排気の熱回収を、また冷却された液相水を熱回収媒体としてタービン排気の熱回収および圧縮機の中間冷却を行い、さらに交換塔（増湿塔）で圧縮空気中に水蒸気として移行した量に当たる液相水を交換塔で得られる冷却された液相水による圧縮機の中間冷却器の後流の冷却媒体として使用し交換塔及び熱回収に供せられる液相中に補給するガスタービンサイクルが開示されている。
【０００３】
また、空気を加湿減温する加湿装置としては、Journal of Engineering for  Gas Turbines and Power Ｖol.119／893−897(１９９７）で、J. De Ruyck らがガスタービン発電設備の圧縮機中間冷却器や後置冷却器の低温側熱源として、圧縮空気に水を噴霧することで得た加湿空気を用いた例が報告されている。また、前記した文献（以下、従来技術と称する）には、原料空気に水滴を噴霧して加湿減温した空気を分流して、一方はそのまま取り出し、他方は原料空気と熱交換して原料空気の温度を下げることにより加湿減温後の空気温度を下げる方式が述べられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術では、原料空気の温度が高い場合には、水を噴霧した後の加湿空気の温度も高く、例えばガスタービンサイクルにおいてタービン排ガスから熱交換を行うための媒体として用いる場合、排熱が十分回収できず、プラント効率が低くとどまることがある。
【０００５】
本発明の目的は、プラントの発電効率を向上させたガスタービンシステムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のガスタービンシステムは、空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で発生する燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンと、該ガスタービンから排出されるガスタービン排ガスと前記燃焼器に導かれる圧縮空気とを熱交換する再生熱交換器とを有するガスタービンシステムであって、前記圧縮機で圧縮して分岐された第１の空気を加湿する第１の加湿装置と、該第１の加湿装置で加湿された第１の空気と、前記分岐装置で分岐された第２の空気とを熱交換する熱交換器と、該熱交換器で熱交換された第２の空気を加湿する第２の加湿装置とを備え、前記第１及び第２の空気は異なる温度となるように加湿されて前記再生熱交換器に導かれることを特徴とする。
また、空気を圧縮する圧縮機と、該圧縮機で圧縮された空気と燃料とを燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で発生する燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンと、該ガスタービンから排出されるガスタービン排ガスと前記燃焼器に導かれる圧縮空気とを熱交換する熱回収熱交換器と、前記圧縮機で圧縮し複数に分岐された空気を各々異なる温度に加湿して、該加湿空気を前記熱回収熱交換器に導く複数の加湿装置とを備え、前記熱回収熱交換器に導かれる加湿空気のうち、温度の低い加湿空気を熱回収熱交換器のよりガスタービン排ガス下流側位置に導くことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は本発明の一実施例であるガスタービンシステムの系統図を示したものである。
【０００９】
図１に示す本実施例のガスタービンシステムは、空気１０を圧縮する圧縮機１と、圧縮機からの圧縮空気が加湿された加湿空気１５０と燃料６とを混合し燃焼して燃焼ガスを発生する燃焼器５と、燃焼器５からの燃焼ガスによって作動するタービン７と、タービン７により駆動されてその機械エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する発電機２０と、タービン７から排出された排気ガス８の熱を回収する再生熱交換器３と、同じくタービン７から排出される排気ガス８の熱を利用して給水を加熱する給水加熱器９と、タービン７を起動する（タービンに連結され、燃焼器に燃料が投入されてタービンが自立作動できるまでタービンを回転させる）電動機（スタータ）２５と、圧縮機１で圧縮された圧縮空気１０１を分岐すると共にその分岐割合（圧縮空気の吐出流量の配分）を変更する分岐装置３０とを備えている。
【００１０】
また、本実施例では、給水加熱器９から排出された排気ガス８ａ中の湿分を除去する水回収塔１３と、水回収塔１３で湿分を除去された排気ガス８ｂと給水加熱器９から排出された排気ガス８ａとを熱交換するガス／ガス熱交換器１２と、湿分が回収された排気ガス８ｂを大気中へ放出する煙突２９と、海水を汲み上げる海水ポンプ１４と、水回収塔１３で回収された回収水を昇圧する復水ポンプ
１５と、回収水を浄化する水処理装置１６と、浄化された回収水(以下、「給水」と称す。）を昇圧して給水加熱器９に給水する給水ポンプ１７とを備えている。
さらに、図１に示す本実施例では、分岐装置３０で分岐された圧縮空気１１０中に水又は蒸気（冷却媒体）を噴射又は噴霧する第１の噴霧器（加湿装置）２１と、分岐装置３０で分岐されたもう一方の圧縮空気１３０中に水又は蒸気（冷却媒体）を噴射又は噴霧する第２の噴霧器（加湿装置）２２とを備え、また、分岐装置３０で分岐される圧縮空気１３０と第１の噴霧器２１で加湿された圧縮空気とを熱交換する熱交換器２３を設置している。なお、第１の噴霧器２１と第２の噴霧器２２には、給水加熱器９によって加熱された給水が給水ポンプ１８を介して供給される。
【００１１】
以上のように構成された本実施例では、まず外気から取り込まれた空気１０は圧縮機１で圧縮され圧縮空気１０１となる。圧縮空気１０１は、分岐装置３０で圧縮空気１１０及び圧縮空気１３０に分岐される。圧縮空気１１０は第１の噴霧器２１へ導入され、噴霧器２１内で圧縮空気中に気化可能な量の水が噴霧され加湿される。ここで、噴霧器２１で水が噴霧されることによって、圧縮空気１１０から水が気化するための蒸発潜熱が奪われるため圧縮空気１１０は減温される。よって、噴霧器２１の出口空気は、噴霧器２１に導入される圧縮空気１１０に比べて水分を多く含み、温度の低い加湿空気１１１となる。この温度が低下した加湿空気１１１は熱交換器２３へと供給される。
【００１２】
熱交換器２３では、分岐装置３０で分岐されたもう一方の圧縮空気１３０が導かれ、ここで噴霧器２１にて加湿された加湿空気１１１との間で熱交換が行われる。加湿空気１１１は圧縮空気１３０に比べると温度が低いので、加湿空気111は熱交換器２３では圧縮空気１３０によって加熱され、高温加湿空気１１２となる。一方、熱交換器２３において冷却された圧縮空気１３１は第２の噴霧器２２へ導入される。噴霧器２２内では圧縮空気１３１に水を気化可能な量だけ噴霧し、低温加湿空気１３２とする。
【００１３】
噴霧器２２で加湿された低温加湿空気１３２は、ガスタービン排ガス後流から再生熱交換器３へ導入され、ここでガスタービン排ガス８と熱交換を行って温度を高くされる。また、熱交換器２３によって加熱された高温加湿空気１１２は低温加湿空気１３２の導入位置よりもガスタービン排ガス上流側から再生熱交換器３へ導入して、温度の高くなった低温加湿空気１３２と混合してガスタービン排熱を回収する。再生熱交換器３で加熱された温度の高い加湿空気１５０は、燃焼器５へ導入されて燃料６の支燃剤あるいは燃焼器冷却空気あるいはその両方として用いられる。
【００１４】
燃焼器５から排出された高温高圧の燃焼ガスは、ガスタービンへ導入され、タービン７を回転させ、タービン７と結ばれた発電機２０を回転させることによって発電を行う。さらに、タービン７を出たガスタービン排ガス８は高温であるため、該ガスを用いて燃焼器での支燃剤あるいは燃焼器冷却空気あるいはその両方に用いるための加湿空気等の予熱に用いる。
【００１５】
また、噴霧器２１および噴霧器２２で用いる水は、再生熱交換器３よりもガスタービン排ガス後流に設けた給水加熱器９で予熱して、ガスタービン排ガスからの熱回収を行ってもよい。なお、ここでは高温の圧縮空気１０１の分岐割合、第１の噴霧器２１及び第２の噴霧器２２で用いる噴霧水の流量は調整することが可能であり、これらを調整することによって任意の温度の高温加湿空気１１２及び低温加湿空気１３２を発生させることが可能である。また、図示はしていないが高温加湿空気１１２にさらに水を噴霧することによって温度を下げることも可能である。
【００１６】
以上のように本実施例によれば、圧縮機１の出口空気温度が比較的高い場合においても、圧縮機吐出空気を分岐してから水噴霧，熱交換を行うことによって、従来よりも温度の低い加湿空気を含む温度の異なる加湿空気を発生させることができるため、高温空気を用いて低い温度の加湿空気を発生させることが可能となり、再生熱交換器３においてガスタービン排ガスから充分低い温度まで熱を回収できるので、プラントの発電効率を高めることができるという効果がある。また、噴霧器２１，２２での加湿量や熱交換器後流での分岐割合を変化させることによってガスタービン発電システムの負荷を変動させることが可能であり、従来の加湿塔を用いた加湿減温装置を用いて圧縮機出口空気の加湿減温を行うガスタービン発電システムに比べ、システムが簡素化，コストの低減も可能となる。
【００１７】
図２は、図１に示す本実施例の圧縮空気分岐量について、分岐量と効率増加分の関係を示したものである。なお、図２中で横軸は圧縮機出口の全圧縮空気量に対する分流した圧縮空気１３０の流量割合を百分率で示したものであり、縦軸は圧縮空気１３０の流量割合が０のときに対するプラントの発電効率の増加分を相対値で示している。なお、圧縮空気１３０の流量割合が０のときは分岐を行わずに噴霧器２０での減温加湿のみが行われた場合を示す。また、図２に記載した  （Ａ）は圧縮空気１０１から分岐した圧縮空気１１０の流量、（Ｂ）は分岐したもう一方の圧縮空気１３０の流量を示したものである。
【００１８】
図２に示すように、プラント発電効率の増加分は圧縮空気１３０の流量割合を増加させるにしたがって増加するが、圧縮空気１３０の流量割合が５０％付近で最大となり、それ以上流量割合を増加させると発電効率の増加分は減少する。したがって、プラント発電効率を高めるには、圧縮空気Ｂの流量割合を５０％前後とすることが好適である。
【００１９】
次に従来の加湿減温装置と本実施例とを同一条件で比較したものについて図３を用いて説明する。図中に示す４０は熱交換器、４１は噴霧器、１５０は高温空気、１５１，１５２は低温加湿空気、１５３は高温加湿空気を示す。
【００２０】
図３に示す従来の加湿減温装置では、例えば３００℃程度の高温空気１５０の全量と加湿減温した空気１５１とを熱交換して高温空気の温度を下げている。このとき、低温加湿空気１５１と低温加湿空気１５２との比が１：１であるとすれば、高温空気１５０の流量は低温加湿空気１５１の流量の約２倍であるため、熱交換器２３出口の空気温度（被冷却側）は熱交換の温度効率を考慮すると２１０℃程度になる。そのため、この約２１０℃の空気を水噴霧により冷却した低温加湿空気の温度は、１１３℃程度にとどまる。
【００２１】
これに対して図１に示す本実施例によれば、例えば３００℃程度の高温の圧縮空気１０１を１：１に分岐する。この分岐した一方の高温の圧縮空気１１０を第１の噴霧器２１で加湿減温することによって、約１２５℃の加湿空気を発生させることが可能である。また、分岐された高温の圧縮空気１３０（約３００℃）はほぼ同流量の加湿空気１１１（約１２５℃）と熱交換を行うので、１４０℃程度まで減温される。この約１４０℃の低温の圧縮空気１３１に第２の噴霧器２２で水を噴霧することにより、従来技術よりも温度の低い約１００℃の低温加湿空気１３２を得ることが可能となる。
【００２２】
図４は本発明の第二の実施例を示したものである。図４に示す本実施例においては、圧縮空気１０１を高中低温と３段階の加湿空気に分けた構成としている。
本実施例では、圧縮機１で圧縮された高温の圧縮空気１０１は第１の分岐装置３０によってまず２つのルートに分岐される。分岐された一方の圧縮空気１１０は第１の噴霧器２１によって加湿される。噴霧器２１で加湿され低温になった加湿空気１１１は熱交換器２３に導かれ、ここで分岐装置３０でもう一方のルートに分岐された高温の圧縮空気１３０と熱交換がなされ、高温加湿空気１１２となる。
【００２３】
ここで、本実施例では、分岐装置３０で分岐された圧縮空気１３０は熱交換器２３を通過した後に、第２の分岐装置にて再度２つのルートに分岐される。分岐装置３０で分岐された一方の圧縮空気１２０は、第２の噴霧器２２に導かれて加湿される。噴霧器２２で加湿された加湿空気１２１は第２の熱交換器２６に供給され、第２の分岐装置３１で分岐されたもう一方の圧縮空気１４０と熱交換される。圧縮空気１４０は加湿空気１２１と比べて高温であるため、加湿空気１２１は加熱されて中温加湿空気１２２となる。
【００２４】
また、前述したように分岐されたもう一方の圧縮空気１４０は、第２の熱交換器２６で低温の加湿空気１２１と熱交換されることで空気温度が低下される。次に、温度が低下した圧縮空気１４１は第３の噴霧器２４に導かれ、ここで加湿されることにより、さらに低温状態となった低温加湿空気１４２が得られる。
【００２５】
以上により得られた低温加湿空気１４２は、再生熱交換器３のガスタービン排ガス８後流側に導入され、ガスタービン排ガス８の熱回収が行われる。また、中温加湿空気１２２は低温加湿空気１４２導入点よりガスタービン排気上流側に供給され、温度が高くなった低温加湿空気１４２と混合してさらにガスタービン排ガスの熱回収が行われる。高温加湿空気１１２は、中温加湿空気１２２の導入点よりさらに上流側に供給され、同様に低温加湿空気１４２及び中温加湿空気122と混合されて熱回収が行われる。
【００２６】
以上述べたように、本実施例によれば、低温加湿空気１４２の温度は第２の噴霧器２２で加湿された加湿空気１２１と比べて低くすることができ、本実施例の加湿減温装置に導入する高温空気が同じ条件であれば、図１に示した実施例よりも低い温度の加湿空気を得ることが可能となる。また、高温空気の分岐回数、すなわち熱交換器の台数をさらに多くすることによって、より低い温度の加湿空気を得ることが可能となる。
【００２７】
次に、図４に示した本実施例の効果について、図５を用いて説明する。図５は空気の分岐段数と低温加湿空気温度との関係を示す図である。図中の高温空気は空気温度３００℃，相対湿度０.０％ とした。また、各分岐点では減温された空気を１：１に分岐している。また、縦軸は本発明の加湿減温装置で発生させた温度の異なる加湿空気のうち最も温度の低い加湿空気の温度を示している。横軸は被加湿空気の分岐回数を示しており、該分岐とは被加湿空気を分岐して一方を水噴霧冷却したのち他方と熱交換を行うという一連の流れを指している。なお、ここでの被加湿空気とは本実施例の加湿減温装置に導入された後に加湿されていない空気のことである。図５より、熱交換器後流での空気の分岐回数を多くするほど、低温加湿空気の温度を低くできることがわかる。熱交換器後流での分岐は、分岐を行わない場合に比べて３０〜７０℃低い温度の加湿空気を発生させることができる。
【００２８】
次に、本発明の第３の実施例であるガスタービンシステムについて図６を用いて説明する。
【００２９】
加湿空気を用いてガスタービン排ガスの熱回収を行うガスタービンシステムの効率は、他の条件が等しいとすれば熱回収を行ったのち大気へ放出されるガスタービン排ガスの温度が低いほど高くなる。図１に示したガスタービンシステムでは、再生熱交換器３出口のガスタービン排ガス温度が、加湿減温装置である噴霧器２２で発生させた低温加湿空気１３２に比べて２００℃程度高く、更なる熱回収が可能である。そこで、図６に示す本実施例では、図１のガスタービンシステムに再生熱交換器部３へ水を噴霧する噴霧器４と、圧縮機吸気へ水を噴霧する吸気噴霧器２８を設置して、さらにガスタービン排ガス８からの水回収を図ったものである。
【００３０】
本実施例のガスタービンシステムでは、圧縮機１に取り込まれる空気１０は始めに吸気噴霧器２８へと導入され、この空気１０に水を噴霧することによって空気１０を減温加湿している。減温加湿された空気は圧縮機１で圧縮して圧縮空気１０１とする。圧縮機１出口の圧縮空気１０１は、分岐装置３０で圧縮空気110と圧縮空気１３０に分岐される。分岐された圧縮空気１１０は第１の噴霧器２１へ導入され、噴霧器２１内で圧縮空気１１０中に気化可能な量の水が噴霧され加湿される。また、水が気化するための蒸発潜熱を圧縮空気１１０から奪うために圧縮空気１１０は減温される。よって、噴霧器２１の出口空気である加湿空気１１１は、加湿される前の圧縮空気１１０と比べて水分を多く含み、温度の低い加湿空気となる。この加湿空気１１１は、分岐されたもう一方の圧縮空気１３０に比べると温度が低いので、熱交換器２３において高温の圧縮空気１３０と熱交換を行い、高温加湿空気１１２とする。
【００３１】
一方、熱交換器２３において冷却された圧縮空気１３１は第２の噴霧器２２へ導入される。噴霧器２２内では圧縮空気１３１に水を気化可能な量だけ噴霧し、低温加湿空気１３２とする。この低温加湿空気１３２は高温加湿空気１１２に比べて温度が低いことを特徴としている。低温加湿空気１３２はガスタービン排ガス後流から再生熱交換器３へ導入して、ガスタービン排ガス８と熱交換を行って温度を高くし、高温加湿空気１１２は低温加湿空気１３２の導入位置よりもガスタービン排ガス上流側から再生熱交換器３へ導入して、温度の高くなった低温加湿空気１１２と混合してガスタービン排熱を回収する。
【００３２】
再生熱交換器３で加熱された温度の高い加湿空気１５０は、燃焼器５へ導入されて燃料６の支燃剤あるいは燃焼器冷却空気として用いられる。燃焼器５から排出された高温高圧の燃焼ガスは、ガスタービン７へ導入され、タービンを回転させ、タービンと結ばれた発電機を回転させることによって発電を行う。さらに、タービン７を出たガスタービン排ガス８は高温であるため、該ガスを用いて燃焼器での支燃剤に用いるための加湿空気等の予熱に用いる。また、噴霧器２１および噴霧器２２で用いる水も、給水加熱器９で予熱、ガスタービン排ガスからの更なる熱回収を行ってもよい。ここで、圧縮空気１００の分岐割合、噴霧器２１及び噴霧器２２で用いる噴霧水の流量は調整することが可能であり、これらを調整することによってガスタービン負荷に応じて適当な温度と湿度と流量の高温加湿空気１１２及び低温加湿空気１３２を発生させることが可能である。また、図示はしていないが高温加湿空気１１２にさらに水を噴霧することによって温度を下げることも可能である。
【００３３】
一般に他の条件が同一であれば、システム系外に排出されるガスタービン排ガスの温度が低下することによって、ガスタービンシステムの効率が向上する。本実施例では、再生熱交換器３には１つまたは複数の再生熱交噴霧器４が設置されており、再生熱交換器３よりもガスタービン排ガス下流に設置した給水加熱器９で予熱した水を、再生熱交換器で加熱した加湿空気へ噴霧し、加湿空気温度を減温する。これによって、再生熱交換器でのガスタービン排熱回収量が増加し、システムから系外に排出されるガスタービン排ガスの温度を任意の温度まで下げることが可能となる。ただし、再生熱交換器出口でのガスタービン排ガス温度は、再生熱交換器被加熱側の加湿空気温度を下回ることはできないため、本発明のガス加湿減温装置によって発生させた低温加湿空気の利用が有効である。
【００３４】
また、空気１０を圧縮機１へ導入する前に加湿減温することによって、圧縮機での被圧縮空気の比体積が小さくなり圧縮機１の所用動力の低減が可能となる。さらに、本実施例のガスタービンシステムにおいては、圧縮機出口の圧縮空気温度が下がることに伴って熱交換器２３出口の高温加湿空気１１２の温度が低下し加湿空気による回収可能熱量の増加する。
【００３５】
また、本実施例ではガスタービン排ガス中に大量の水が含まれており、これをガスタービン排ガス８と共に大気へ放出することによって、新たに大量の水を必要とする。本実施例のガスタービンシステムの吸気噴霧器２８，噴霧器２１，２２、及び再生熱交換器３に設置される噴霧器４で利用する水は、気化したのち高温のガスタービン作動流体となるため、燃焼器やガスタービンの寿命を縮めないように水処理を行う必要がある。そこで本発明では、ガスタービン排ガス８中の水分を、大気へ放出する前に水回収塔１３において回収することにより、系外から新たに水を補給する必要なく、システムを運用することが可能となる。
【００３６】
本実施例のガスタービンサイクルの効果を加湿減温特性に関して、従来技術の加湿減温装置をガスタービンサイクルに適用した場合と比較検討を行ったものを図７に示す。本検討では、本願と従来技術とで圧縮機出口の圧縮空気条件（温度：約３００℃，圧力：約１５kg／cm2，水分：約４vol％）を同一としている。
【００３７】
同図の縦軸には、それぞれの方式で得られる低温加湿空気の温度と低温域熱回収能力（相対値）を示している。ここでの低温加湿空気を得る目的は、ガスタービン排熱をできるだけ低温まで熱回収することを可能とするためであり、低温の空気を多く得られる方式が望ましい。したがってガスタービン排ガス温度が比較的低い領域でのそれぞれの方式の熱回収能力を比較するため、ここでは低温域熱回収能力を次式で定義した。
【００３８】
低温域熱回収能力＝低温加湿空気側への流量分岐割合×（再生器出口付近のガスタービン排ガス温度−低温側加湿空気温度）
図７に示すように従来技術を適用した場合には、上記で定義した低温域熱回収能力は分岐点での流量分岐割合５０％付近で最大となる。しかし、流量分岐割合の増加とともに低温側加湿空気温度が上昇しているため、低温域熱回収能力の増加量は比較的小さい。
【００３９】
一方、本実施例の方式においても前期で定義した低温域熱回収能力は、流量分岐割合５０％付近で最大となる。本実施例における低温側加湿空気温度は、流量分岐割合が約５０％までほぼ１００℃で一定である。また、流量分岐割合が約５０％では従来技術に比べて低温側加湿空気温度を低くできる。そのため、従来技術に比べて低温域熱回収能力が大きくなるというメリットがある。
【００４０】
従って、本実施例のガスタービンサイクルでは、従来技術の加湿減温装置を適用したものに比べて低温域の熱回収能力を大きくすることができ、ガスタービン排ガスからの熱回収を低温まで行うことができるので、プラントの発電効率を高くできるという効果がある。また、本実施例を適用した場合には、圧縮空気の分岐段数を２段以上に構成することにより、低温側加湿空気の温度を更に低くすることが可能であるため、ガスタービン排ガスからの熱回収をより多くし、発電効率の更なる向上の可能性がある。
【００４１】
さらに、再生器熱交換器３出口のガスタービン排ガス温度を一定温度以上とする場合には、ガスタービン排ガスと加湿減温空気の温度差を大きくできるので、再生器の伝熱面積を小さくできるという効果がある。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、ガスタービン排ガスを低温まで熱回収することが可能となるので、プラントの発電効率を向上させたガスタービンシステムを提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明一実施例であるガスタービンシステムの系統図。
【図２】分岐する圧縮空気の流量割合と効率増加分との関係図。
【図３】従来のガスタービンシステムの系統図。
【図４】本発明の第２の実施例であるガスタービンシステムの系統図。
【図５】圧縮空気の分岐段数と低温加湿空気温度との関係図。
【図６】本発明の第３の実施例であるガスタービンシステムの系統図。
【図７】圧縮空気の流量分岐割合と低温側加湿空気温度及び低温域熱回収能力との関係図。
【符号の説明】
１…圧縮機、３…再生熱交換器、４…再生熱交噴霧器、５…燃焼器、６…燃料、７…タービン、８…ガスタービン排ガス、９…給水加熱器、１０…空気、１１…圧縮空気、１２…ガス／ガス熱交換器、１３…水回収塔、１４…海水ポンプ、１５…復水ポンプ、１６…水処理装置、１７，１８…給水ポンプ、２０…発電機、２１，２２…噴霧器、２３…熱交換器、３０，３１…分岐装置、１１２…高温加湿空気、１３２…低温加湿空気。
【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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