JP2001317378A

JP2001317378A - ガスタービン発電装置

Info

Publication number: JP2001317378A
Application number: JP2000130773A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Funatsu; 津徹也船; Yasuo Takagi; 木康夫高
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-11-16

Abstract

(57)【要約】【課題】廃熱等を利用して製造される蒸気を高効率に
利用することができるガスタービン発電装置を提供する
こと。【解決手段】本発明のガスタービン発電装置１０は、
回転軸１１ａを有する空気圧縮機１１と、燃料ガス圧縮
機１２と、空気圧縮機１１及び燃料ガス圧縮機１２に接
続された燃焼器１３と、を備えている。燃焼器１３に
は、空気圧縮機１１と同軸上の位置関係に配置された回
転軸１４ａを有するガスタービン１４が接続されてい
る。空気圧縮機１１の回転軸１１ａとガスタービン１４
の回転軸１４ａとは、それぞれ回転数変換装置１６に接
続されている。ガスタービン１４には発電機２３が接続
されている。燃料ガス圧縮機１２は、空気圧縮機１１の
回転数に対して独立に作動されるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン発電
装置に係り、とりわけ、廃熱等を利用して製造される蒸
気を高効率に利用することができるガスタービン発電装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のガスタービン発電装置の一例が、
特開平１０−１５９５８６号公報に記載されている。同
公報に記載されたガスタービン発電装置の概略を、図２
に示す。

【０００３】図２に示すガスタービン発電装置５０は、
回転軸５１ａを有する空気圧縮機５１と、回転軸５２ａ
を有する燃料ガス圧縮機５２と、空気圧縮機５１及び燃
料ガス圧縮機５２に接続された燃焼器５３と、を備えて
いる。空気圧縮機５１の回転軸５１ａと燃料ガス圧縮機
５２の回転軸５２ａとは、同軸上の位置関係に配置され
ている。

【０００４】燃焼器５３には、空気圧縮機５１の回転軸
５１ａ及び燃料ガス圧縮機５２の回転軸５２ａと同軸上
の位置関係に配置された回転軸５４ａを有するガスター
ビン５４が接続されている。

【０００５】空気圧縮機５１の回転軸５１ａとガスター
ビン５４の回転軸５４ａとは、それぞれカップリング５
５を介して回転数変換装置５６に接続されている。一
方、空気圧縮機５１の回転軸５１ａと燃料ガス圧縮機５
２の回転軸５２ａとは、直接的に接続されている。

【０００６】このような構成により、燃料ガス圧縮機５
２及び空気圧縮機５１の回転数は、回転数変換装置５６
によって、ガスタービン５３の回転数に対して可変に制
御され得るようになっている。

【０００７】燃料ガス圧縮機５２は、燃料ガス吸い込み
ベーン５８を介して、燃料ガスホルダー５７に接続され
ている。また、燃料ガス圧縮機５２から燃焼器５３に至
る途中から、燃料ガスホルダー５７と燃料ガス吸い込み
ベーン５８との間にまで、還元ベーン５９ａを有する分
岐管５９が配置されている。

【０００８】また、空気圧縮機５１は、空気吸い込みベ
ーン６０を介して、外界（大気）に接続されている。そ
の他、ガスタービン５４の回転軸５４ａには、発電機６
１が接続されている。

【０００９】以上のような構成からなる従来のガスター
ビン発電装装置５０は、以下のように作用する。

【００１０】燃料ガスは、燃料ガスホルダー５７から、
燃料ガス吸い込みベーン５８によってガス流量を調整さ
れつつ、燃料ガス圧縮機５２に送られて圧縮される。圧
縮された燃料ガスは、燃焼器５３に送られる。

【００１１】一方、空気は、空気吸い込みベーン６０に
よって流量を調整されつつ、空気圧縮機５１に送られて
圧縮される。圧縮された空気は、燃焼器５３に送られ
る。

【００１２】燃焼器５３に送られた圧縮燃料ガスと圧縮
空気とは、燃焼器５３内で反応し、燃焼ガスとなってガ
スタービン５４に送られ、ガスタービンを駆動する。こ
の時のガスタービンの回転エネルギーが、回転軸５４ａ
を介して発電機６１に伝達され、電気エネルギーとして
取出される。

【００１３】ここで、ガスタービン発電装置５０を部分
負荷運転する場合、ガスタービン５４に必要な燃料ガス
量及び空気量が減少する。従って、ガスタービン５４の
回転数はそのままで、空気圧縮機５１及び燃料ガス圧縮
機５５２の回転数を減少させることが好ましい（燃料ガ
ス圧縮機５２及び空気圧縮機５１の回転数は、回転数変
換装置５６によって、ガスタービン５３の回転数に対し
て可変に制御され得るようになっている）。これによ
り、部分負荷運転時の熱効率を向上させることができ
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような従来のガスタービン発電装置５０では、以下のよ
うな問題があった。

【００１５】例えば、ゴミ焼却熱などの廃熱を利用して
製造される多量の蒸気をガスタービン発電装置５０の燃
焼器５３に導入して発電効率を向上させる場合、ガスタ
ービン５４の設計流量を維持すると共に空気圧縮機５１
のサージを防止するため、空気流量を減少させる必要が
ある。しかし、この時、燃料ガスは、ガスタービン５４
の入口温度を維持するために、その流量を減少させるこ
とが不適な場合がある。空気流量と燃料ガス流量とを同
時に増減させる前記のガスタービン発電装置５０では、
そのような場合に対応することが不可能である。

【００１６】また、一般に、ガスタービン及び空気圧縮
機は高速（１万回転以上）で回転するのに対し、燃料ガ
ス圧縮機はそれ程に高速回転させる必要がないため、例
えば周波数変換器を各系統に接続するようなガスタービ
ン発電装置では、効率が良くない。

【００１７】本発明は、このような点を考慮してなされ
たものであり、廃熱等を利用して製造される蒸気を高効
率に利用することができるガスタービン発電装置を提供
することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、回転軸を有す
る空気圧縮機と、燃料ガス圧縮機と、空気圧縮機及び燃
料ガス圧縮機に接続された燃焼器と、燃焼器に接続され
ると共に、空気圧縮機と同軸上の位置関係に配置された
回転軸を有するガスタービンと、空気圧縮機の回転軸と
ガスタービンの回転軸とにそれぞれ接続された回転数変
換装置と、ガスタービンに接続された発電機と、を備
え、燃料ガス圧縮機は、空気圧縮機の回転数に対して独
立に作動されるようになっていることを特徴とするガス
タービン発電装置である。

【００１９】本発明によれば、燃料ガス圧縮機が、空気
圧縮機の回転数に対して独立に作動されるようになって
いるため、例えば多量の蒸気を燃焼器に導入するような
場合において、極めて高効率な発電が可能である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。

【００２１】図１は、本発明の一実施の形態によるガス
タービン発電装置を示す構成概略図である。図１に示す
ように、本発明の一実施の形態のガスタービン発電装置
１０は、回転軸１１ａを有する空気圧縮機１１と、回転
軸１２ａを有する燃料ガス圧縮機１２と、空気圧縮機１
１及び燃料ガス圧縮機１２に接続された燃焼器１３と、
を備えている。本実施の形態では、空気圧縮機１１の回
転軸１１ａと燃料ガス圧縮機１２の回転軸１２ａとは、
同軸上の位置関係に配置されているが、必ずしもその必
要はない。

【００２２】燃焼器１３には、空気圧縮機１１の回転軸
１１ａと同軸上の位置関係に配置された回転軸１４ａを
有するガスタービン１４が接続されている。

【００２３】空気圧縮機１１の回転軸１１ａとガスター
ビン１４の回転軸１４ａとは、それぞれカップリング１
５を介して回転数変換装置１６に接続されている。この
ような構成により、空気圧縮機１１の回転数は、ガスタ
ービン１４の回転数に対して可変に制御され得るように
なっている。

【００２４】燃料ガス圧縮機１２は、燃料ガス吸い込み
ベーン１８を介して、燃料ガスホルダー１７に接続され
ている。燃料ガスとしては、例えば都市ガスが利用され
得る。この場合、燃料ガスの流量調整弁１９ａが、燃料
ガス圧縮機１２から燃焼器１３に至る途中に設けられい
る。

【００２５】また、空気圧縮機１１は、空気吸い込みベ
ーン２０を介して、外界（大気）に接続されている。こ
の場合、空気圧縮機１１から燃焼器１３に至る途中に、
ガスタービン１４からの排気ガスと熱交換するための再
生器２１が設けられている。

【００２６】また、燃焼器１３には、ゴミ焼却等の廃熱
を利用する蒸気製造装置２２が接続されており、多量の
蒸気が燃焼器１３に導入され得るようになっている。

【００２７】その他、ガスタービン１４の回転軸１４ａ
には、発電機２３が接続されている。発電機２３には、
周波数変換装置２４が接続されている。周波数変換装置
２４には、電力系統（図示せず）が接続されている。

【００２８】以上のような構成からなる本実施の形態の
ガスタービン発電装装置１０は、以下のように作用す
る。

【００２９】燃料ガスは、燃料ガスホルダー１７から、
燃料ガス吸い込みベーン１８によってガス流量を調整さ
れつつ、燃料ガス圧縮機１２に送られて圧縮される。圧
縮された燃料ガスは、燃焼器１３に送られる。

【００３０】一方、酸化剤である空気は、空気吸い込み
ベーン２０によって流量を調整されつつ、空気圧縮機１
１に送られて圧縮される。圧縮された空気は、再生器２
１によってガスタービン１４からの排気ガスと熱交換を
行った後、燃焼器１３に送られる。

【００３１】燃焼器１３に送られた圧縮燃料ガスと圧縮
空気とは、燃焼器１３内で反応し、燃焼ガスとなってガ
スタービン１４に送られ、ガスタービン１４を駆動す
る。この時のガスタービン１４の回転エネルギーが、回
転軸１４ａを介して発電機２３に伝達され、周波数変換
装置２４を介して電気エネルギーとして取出される。

【００３２】ガスタービン１４からの排気ガスの熱エネ
ルギーは、再生器２１にて、圧縮空気の加熱のために利
用される。

【００３３】ここで、ガスタービン発電装置１０を部分
負荷運転する場合、ガスタービン１４に必要な燃料ガス
量及び空気量が減少する。本実施の形態では、空気圧縮
機１１の回転数は、回転数変換装置１６によって、ガス
タービン１４の回転数に対して可変に制御され、燃料ガ
ス圧縮機１２は、ガスタービン１４とは無関係に作動さ
れ得る。従って、ガスタービンの回転数はそのままで、
空気圧縮機１１及び燃料ガス圧縮機１２の回転数を適宜
に減少させることができる。これにより、部分負荷運転
時の熱効率を向上させることができる。

【００３４】また、蒸気製造装置２２からの蒸気が燃焼
器１３に導入される場合であって、蒸気の流入によりガ
スタービン１４の通過流量が増加して、タービンの設計
流量を大きく上回る可能性がある場合、空気流量を減少
させる必要がある。本実施の形態では、空気吸い込みベ
ーン２０の開度調整に加えて、空気圧縮機１１の回転軸
１１ａの回転数を減少させることによって、タービンを
通過する空気流量を所望の流量に調整可能である。これ
により、空気圧縮機１１のサージを防止することができ
る。

【００３５】この時、燃料ガスは、ガスタービン入口温
度またはガスタービン出口温度を所定の温度に維持する
ように導入される。従って、流入する蒸気の温度によっ
ては、燃料ガス流量が増加することも減少することもあ
り得る。このため、この場合、燃料ガス圧縮機１２は一
定の回転数での運転を行って、流量調整弁１９ａの開閉
によって燃料ガス流量を調整する。これにより、適切な
燃料ガス流量を常に燃焼器１３に供給することができ、
ガスタービン１４による高効率な発電を維持することが
できる。

【００３６】なお、本実施の形態において、燃料器１３
に導入される蒸気は、ゴミ焼却等の廃熱を利用して製造
される蒸気に限定されない。例えば、ガスタービン１４
の排気通路の再生器２１の下流に排熱回収ボイラを設置
して、これを用いて製造した蒸気を導入するようにして
もよい。

【００３７】また、空気吸い込みベーン２０は、空気圧
縮機１１のタイプに応じて、空気圧縮機１１の入口に設
置するのが困難である時には、空気圧縮機１１の出口に
設置したり、あるいは、設置を省略してもよい。

【００３８】回転数変換装置１６は、例えば、トルクコ
ンバータや、クラッチ及びギアを有するトランスミッシ
ョンなどを用いることができる。これらにより、例え
ば、ガスタービン１４と空気圧縮機１１との回転数の比
率を予め設定した比率で変化させることにより、定常運
転時の回転数変換による損失を低減することができる。

【００３９】以上のように、本実施の形態によれば、燃
焼器１３に蒸気を導入する際に、燃料ガス流量と空気流
量とをそれぞれ独立に制御することができるため、ガス
タービン１４の流量を所定の範囲内に維持すると共に、
高効率な発電を維持することができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、燃料ガス圧縮機が、空
気圧縮機の回転数に対して独立に作動されるようになっ
ているため、例えば多量の蒸気を燃焼器に導入するよう
な場合において、極めて高効率な発電が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態によるガスタービン発電
装置を示す構成概略図。

【図２】従来のガスタービン発電装置を示す構成概略
図。

【符号の説明】

１０ガスタービン発電装置１１空気圧縮機１１ａ回転数１２燃料ガス圧縮機１２ａ回転数１３燃焼器１４ガスタービン１４ａ回転軸１５カップリング１６回転数変換装置１７燃料ガスホルダー１８燃料ガス吸い込みベーン１９ａ流量調整弁２０空気吸い込みベーン２１再生器２２蒸気製造装置２３発電機２４周波数変換装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸を有する空気圧縮機と、燃料ガス圧縮機と、空気圧縮機及び燃料ガス圧縮機に接続された燃焼器と、燃焼器に接続されると共に、空気圧縮機と同軸上の位置
関係に配置された回転軸を有するガスタービンと、空気圧縮機の回転軸とガスタービンの回転軸とにそれぞ
れ接続された回転数変換装置と、ガスタービンに接続された発電機と、を備え、燃料ガス圧縮機は、空気圧縮機の回転数に対して独立に
作動されるようになっていることを特徴とするガスター
ビン発電装置。
【請求項２】空気圧縮機の回転数は、回転数変換装置に
よって、ガスタービンの回転数に対して可変に制御され
るようになっていることを特徴とする請求項１に記載の
ガスタービン発電装置。
【請求項３】回転数変換装置は、トルクコンバータであ
ることを特徴とする請求項１または２に記載のガスター
ビン発電装置。
【請求項４】回転数変換装置は、クラッチ及びギアから
なるトランスミッションであることを特徴とする請求項
１または２に記載のガスタービン発電装置。
【請求項５】発電機には、周波数変換装置が接続されて
いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載
のガスタービン発電装置。