JP2002129980A - コンバインドサイクル発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービンへの吸気を伝熱面への着氷や着
霜のおそれなく、ＬＮＧで冷却し、コンバインドサイク
ルによる発電を高効率化し、かつ信頼性も高くする。 【解決手段】 空気冷却器２では、ＬＮＧの冷熱で、空
気を０℃以上に予冷し、一部を乾燥させた後で−１００
℃以下に深冷する。深冷した空気と予冷した空気とを混
合し、ガスタービン発電システムの空気圧縮機３の吸気
とし、効率を高める。蒸気タービン発電システムでは、
ＬＮＧ復水器１２と冷却水復水器１３とを用いる。ＬＮ
Ｇ復水器１２は、ＬＮＧ気化器としても動作し、発電出
力が低下して気化熱源が不足するときは、温水ボイラー
１９などでバックアップできるので、信頼性を高めるこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液化天然ガス（以
下、「ＬＮＧ」と略称する）の冷熱を利用したガスター
ビン発電システムと蒸気タービン発電システムとで構成
するコンバインドサイクル発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ＬＮＧを燃料とするガスター
ビン発電と、ガスタービンの廃ガスを熱源とする蒸気タ
ービン発電とを組合わせて発電を行うコンバインドサイ
クル発電装置は、高効率な発電システムとして注目され
ている。ガスタービンは、吸気温度が高いと出力が低下
することが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】コンバンドサイクル発
電装置では、夏季においてガスタービン発電出力の低下
を防止するため、ガスタービン圧縮機の吸気を冷却する
ことは行われているが、連続的に吸気温度を０℃以下に
冷却することは、伝熱面への着氷の問題などがあり行わ
れていない。また、蒸気タービンの排蒸気熱源で直接Ｌ
ＮＧを気化させることは、ガスタービンや蒸気タービン
の故障などによる信頼性やガスと電力の供給バランスの
問題のため行われていない。

【０００４】本発明の目的は、伝熱面への着氷や着霜に
よる問題を克服し、連続的に、外気を０℃以下に冷却
し、また蒸気タービン出口の蒸気を１０℃前後に凝縮す
ることによって、高い発電効率を有するコンバンドサイ
クル発電装置を提供することである。

【０００５】さらに本発明は、ガスタービンあるいは蒸
気タービンの停止時においてＬＮＧの気化運転に対する
信頼性を高めるとともに、ＬＮＧの気化量の変化に係わ
らず安定した発電量を確保できるシステムを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するべく鋭意研究を重ねた結果、空気圧縮機に吸
気する空気をＬＮＧ冷熱により０℃以下に冷却する空気
冷却器及び蒸気タービン出口の蒸気をＬＮＧ冷熱により
復水とする復水器および冷却水により復水とする復水器
を備えることにより、従来のコンバインドサイクル発電
に比較して高効率な発電システムを構築できることを見
出し、本発明を完成させるに至った。

【０００７】すなわち本発明は、空気圧縮機を備えるガ
スタービン発電システムと、復水器を備える蒸気タービ
ン発電システムとを含んで、コンバインドサイクルが構
成されるコンバインドサイクル発電装置において、空気
圧縮機に吸気する空気を、乾燥させてからＬＮＧ冷熱に
より０℃以下に冷却する空気冷却器と、冷却水を供給可
能な外部冷却装置とをさらに含み、復水器は、蒸気ター
ビン出口の蒸気を、ＬＮＧ冷熱と外部冷却装置からの冷
却水とによって、復水とすることが可能であることを特
徴とするコンバインドサイクル発電装置である。

【０００８】本発明に従えば、ガスタービン発電システ
ムの空気圧縮機に吸引する空気を、乾燥させてからＬＮ
Ｇ冷熱で０℃以下に冷却するので、伝熱面への着氷や着
霜による問題を克服することができる。連続的に、外気
を０℃以下に冷却し、ガスタービン発電システムの空気
圧縮機に吸気させるので、高い発電効率を有するコンバ
ンドサイクル発電装置を提供することができる。さら
に、蒸気タービン発電システムは、蒸気タービン出口の
蒸気を、ＬＮＧ冷熱と外部冷却装置からの冷却水とによ
って、復水とすることが可能な復水器を備えるので、Ｌ
ＮＧの気化量の変化に係わらず安定した発電量を確保す
ることができる。

【０００９】また本発明で、前記空気冷却器は、常温の
空気を、ＬＮＧの冷熱で、０℃以上の温度の範囲で予冷
するＬＮＧ空気予冷器と、ＬＮＧ空気予冷器で予冷され
た空気の一部を、露点が０℃以下となるまで乾燥する乾
燥器と、露点が０℃以下の空気を、ＬＮＧの冷熱で、０
℃以下の温度に深冷するＬＮＧ空気深冷器とを備え、Ｌ
ＮＧ空気予冷器で予冷された空気と、ＬＮＧ空気深冷器
で深冷された空気を混合し、所定の低温空気を得ること
を特徴とする。

【００１０】本発明に従えば、ガスタービン発電システ
ムの空気圧縮機に吸気する空気冷却器は、ＬＮＧ予冷器
で常温の空気を、０℃以上の温度の範囲で予冷する。予
冷された空気の一部は、乾燥器で露点が０℃以下となる
まで乾燥し、空気深冷器で０℃以下の温度に深冷する。
深冷された空気は、ＬＮＧ予冷器で予冷された空気と混
合される。予冷された空気中には水分が残存するけれど
も、深冷された０℃以下の乾燥した空気との混合で、水
分はダイヤモンドダストと呼ばれる微細な氷の結晶とな
り、過飽和の状態で空気中に浮遊する。この状態に空気
をガスタービンの空気圧縮機に直接吸込んでも、圧縮の
過程で氷が蒸発し、タービン燃焼器が失火する恐れはな
いことが知られている。

【００１１】また本発明で、前記空気冷却器は、前記乾
燥器として回転ロータ式吸着乾燥器を備え、前記ガスタ
ービン発電システムからの排ガスを、該回転ロータ式吸
着乾燥器の再生熱源として利用することを特徴とする。

【００１２】本発明に従えば、ガスタービン発電システ
ムの排ガスを回転ロータ式吸着乾燥器の再生熱源として
利用して、空気冷却器の吸気を乾燥させるので、効率よ
く回転ロータ式吸着乾燥器を運転しながら吸気の乾燥を
行うことができる。

【００１３】また本発明は、前記蒸気タービン発電シス
テムの出口からの蒸気の圧力を検出する圧力検出器と、
前記外部冷却装置から前記復水器に循環させる冷却水の
量を調整可能な冷水調整弁とをさらに含み、ＬＮＧの利
用可能量が低下し、蒸気タービン発電システムの出口か
らの蒸気の圧力が上昇した場合、該圧力検出器からの出
力に基づいて冷水調整弁を制御することによって、前記
外部冷却装置からの冷却水の循環量を増やし、前記コン
バインドサイクルとしての継続運転が可能であることを
特徴とする。

【００１４】本発明に従えば、蒸気タービン発電システ
ムの出口からの蒸気を復水させる復水器は、ＬＮＧ冷熱
と外部冷却装置からの冷却水とで冷却するので、ＬＮＧ
の利用可能量が低下しても、蒸気タービン発電システム
での発電を効率よく行い、コンバインドサイクルとして
の運転を継続することができる。

【００１５】また本発明は、外気温度を検出する温度検
出器をさらに含み、前記コンバインドサイクルとしての
発電出力が低下し、前記圧力検出器によって検出される
前記蒸気タービン発電システム出口からの蒸気の圧力が
降下した場合、その圧力と外気温度とに基づいて、外部
冷却装置からの冷却水により熱の補給が可能な場合は、
前記冷水調節弁の開度を制御して冷却水の循環量を増や
し、コンバインドサイクルとしてのＬＮＧ流量を一定に
して、継続運転が可能であることを特徴とする。

【００１６】本発明に従えば、蒸気タービン発電システ
ム出口からの蒸気の圧力が降下した場合、その圧力と外
気温度とに基づいて、外部冷却装置からの冷却水により
熱の補給が可能な場合は、冷却水の循環量を増やし、コ
ンバインドサイクルとしてのＬＮＧ流量を一定にして、
運転を継続させることが可能である。

【００１７】また本発明で、前記蒸気タービン発電シス
テムは、蒸気タービンをバイパス可能な蒸気タービンバ
イパス弁を備え、前記圧力検出器によって検出される蒸
気タービン発電システム出口での蒸気の圧力が降下した
場合であって、前記外部冷却装置からの冷却水による熱
の補給ができない場合は、蒸気タービンバイパス弁によ
って蒸気タービンをバイパスして蒸気を流し、蒸気ター
ビン出口圧力を維持することで、前記コンバインドサイ
クルとしてのＬＮＧ流量を一定にして継続運転が可能で
あることを特徴とする。

【００１８】本発明に従えば、負荷が極端に低下して、
コンバインドサイクル発電装置としての発電出力が低下
あるいは停止するような場合で、しかも外部からの熱の
取得を充分に行うことができない場合は、蒸気タービン
発電システム出口での蒸気の圧力が降下する。蒸気ター
ビンバイパス弁で蒸気タービンをバイパスすることがで
きるので、蒸気タービン出口圧力を維持し、ＬＮＧ気化
の熱源として蒸気を有効に利用することができる。

【００１９】また本発明は、前記外部冷却装置からの冷
却水を加熱して温水にする温水ボイラーをさらに含み、
前記コンバインドサイクルが停止あるいは発電負荷が極
端に低下し、また外部冷却装置で冷却水を充分に加熱で
きない場合、冷却水を温水ボイラーで加温し、前記復水
器に流すことによって、コンバインドサイクルとしての
ＬＮＧ流量を一定にして継続運転が可能であることを特
徴とする。

【００２０】本発明に従えば、コンバインドサイクルと
しての発電に伴う熱を充分に利用することができなくて
も、温水ボイラーでＬＮＧ気化用の熱を補うことができ
るので、ＬＮＧの気化を確実に行い、ガスタービンある
いは蒸気タービンの停止時においてＬＮＧの気化運転に
対する信頼性を高めることができる。

【００２１】また本発明で、前記ガスタービン発電シス
テムは、ガスタービンに供給される低温空気流量を調節
する流量調節手段を備え、流量調節手段による低温空気
流量の調節で、前記コンバインドサイクルとしての発電
出力が高い効率で制御可能であることを特徴とする。

【００２２】本発明に従えば、ガスタービン発電システ
ムの空気圧縮機に供給する低温の吸気の流量を調整し
て、発電出力を高い効率で制御可能である。ガスタービ
ンとして航空機用のガスタービンなどを転用すると、地
上では実空気流量が増え、燃焼温度を一定とすると出力
が高くなってタービンの軸強度に問題を生じるおそれが
ある。インバーター方式の吸気ブロワーやタービンのイ
ンレットガイドベーンなどの流量調整手段でガスタービ
ンに入る空気の流量を制限することによって、定格の燃
焼ガス温度で、高い効率を維持することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態と
してのコンバインドサイクル発電装置の概略的な配管系
統を示す。本実施形態のコンバインドサイクル発電装置
は、吸気ブロアー１、空気冷却器２、空気圧縮機３、燃
焼器４、ガスタービン５および発電機などを含むガスタ
ービン発電システムを備える。また、発電機６、蒸気過
熱器７、蒸気ボイラー８、給水過熱器９、蒸気タービン
１０、冷水調整弁１１、ＬＮＧ復水器１２、冷却水復水
器１３、給水ポンプ１４、冷水塔またはエアフィンクー
ラー１５、冷却水ポンプ１６などを含む蒸気タービン発
電システムを備える。発電機６は、ガスタービン５と蒸
気タービン１０とに、それぞれ別個に設けるようにする
こともでき、また両方のタービンの軸出力を機械的に合
成して単一の発電機６を駆動することもできる。

【００２４】ガスタービン発電システムでは、外気を吸
気ブロアー１で吸込み、空気冷却器２で冷却してから空
気圧縮機３に供給する。空気圧縮機３で圧縮された空気
は、燃焼器４で燃料を燃焼させる。燃料としては、ＬＮ
Ｇを気化させた天然ガスなどを使用することができる。
燃焼ガスは、ガスタービン５を回転させ、回転出力で発
電機６を駆動し、発電を行う。

【００２５】ガスタービン発電システムのガスタービン
５からの排ガスは、蒸気タービン発電システムの蒸気過
熱器７、蒸気ボイラー８、および給水過熱器９に順次供
給され、温度が低下する。給水過熱器９では、蒸気ボイ
ラー８に給水する水の温度を高め、蒸気ボイラー８で蒸
気を発生させ、蒸気過熱器７で蒸気を過熱する。過熱さ
れた蒸気は、蒸気タービン１０を回転させ、回転出力で
発電機６を駆動し、発電を行う。

【００２６】蒸気タービン発電システムでは、蒸気ター
ビン１０からの排蒸気を、復水用熱交換器としてのＬＮ
Ｇ復水器１２および冷却水復水器１３に導く。ＬＮＧ復
水器１２には、空気冷却器２で空気と熱交換して空気を
冷却するとともに昇温されたＬＮＧ、あるいは気化され
た天然ガス（以下、「ＮＧ」と略称することもある）が
導かれる。排蒸気は、ＬＮＧまたはＮＧの冷熱を奪って
凝縮して復水するとともに、ＬＮＧを昇温気化させる。
本実施形態の復水用熱交換器には、冷却水復水器１３も
設けられ、冷却水ポンプ１６によって循環する冷却水に
よっても、排蒸気を復水することができる。冷却水の循
環経路には、冷水塔またはエアフィンクーラー１５も設
けられ、外気と熱交換する。

【００２７】冷却水の循環量は、冷水調節弁１１で調整
することができる。冷水調整弁１１の開度は、蒸気ター
ビン１０から出てくる排蒸気の圧力を、復水用熱交換器
中で、圧力検出器１７によって検出し、検出結果に従っ
て制御する。蒸気タービン１０には、蒸気タービンバイ
パス弁１８が設けられ、必要に応じて蒸気をバイパス
し、復水用熱交換器に直接導くことができる。ＬＮＧ復
水器１２または冷却水復水器１３によって復水した水
は、給水ポンプ１４に吸引され、給水過熱器９に送られ
て、蒸気ボイラー８および蒸気過熱器７で過熱蒸気を発
生させる。

【００２８】空気冷却器２では、後述するように、回転
ロータ式吸着乾燥器を使用する。脱湿用のロータを再生
させるための空気として、蒸気ボイラー８または給水過
熱器９で給水と熱交換した排ガスの残熱で予熱した空気
を使用し、空気の予熱のために脱湿器再生空気予熱器２
０が設けられる。脱湿器再生空気予熱器２０は、蒸気過
熱器７、蒸気ボイラー８、および給水過熱器９ととも
に、排熱回収ボイラーを形成する。また、ガスタービン
５用の空気圧縮機３に吸引される空気が低温に冷却され
るので、インレットガイドベーン２１を設けて、流量を
制限する。

【００２９】図２は、本実施形態の空気冷却器２の概略
的な構成を示す。空気冷却器２は、保冷ダクト３０内に
形成され、ＬＮＧ空気予冷器３１、回転ロータ式吸着乾
燥器３２およびＬＮＧ深冷器３３を含む。常温の外気
は、保冷ダクト３０の外気入口からＬＮＧ空気予冷器３
１に導入され、ＬＮＧの冷熱によって、０℃以上の温度
範囲で予冷される。予冷された空気は、エリミネーター
３４を介してファン３５で吸引され、凝縮している水分
はエリミネーター３４でドレンとして除去される。空気
予冷器３１およびエリミネーター３４で予冷脱湿された
０℃以上の空気の一部は、回転ロータ式吸着乾燥器３２
で、露点が０℃以下となるまで乾燥され、ＬＮＧの冷熱
によって、０℃以下の温度にまで深冷される。乾燥さ
れ、深冷された空気は、たとえば−１００℃以下とな
り、０℃以上の予冷されただけの空気と混合され、たと
えば−３０℃〜−１０℃の低温空気が得られる。回転ロ
ータ式吸着乾燥器３２は、前述の排熱回収ボイラーを構
成する脱湿器再生空気予熱器２０からの再生用高温空気
で水分の吸着乾燥能力を再生しながら、ＬＮＧ空気深冷
器３３で低温まで冷却する空気の脱湿乾燥を行う。

【００３０】空気冷却器２は、ＬＮＧの気化器としても
動作する。すなわち、ＬＮＧ深冷器３３には、たとえば
−１５５℃のＬＮＧが導入され、脱湿乾燥された０℃以
上の空気を、前述のように−１００℃以下に冷却する。
この際の熱交換で、ＬＮＧの冷熱が空気側に移行し、Ｌ
ＮＧ側には、空気から熱が移行する。この入熱で、ＬＮ
Ｇの一部は気化してＮＧになる。一部が気化したＬＮＧ
は、ＬＮＧ空気予冷器３１で空気を予冷する熱交換を行
い、空気からの入熱で気化する。なお、ＬＮＧ空気予冷
器３１に導入するＬＮＧは、空気予冷温度制御弁３６で
バイパスし、空気の予冷温度が０℃以下にならないよう
にする。空気の予冷温度が０℃以下になると、ＬＮＧ空
気予冷器３１やエリミネーター３４に霜が付着して成長
し、空気の流路を塞ぐおそれがあるからである。

【００３１】図３は、図２に示す回転ロータ式吸着乾燥
器３２のロータ４０について示す。ロータ４０は、回転
軸４０ａを中心として回転し、回転方向に沿って、脱湿
ゾーン４１と再生ゾーン４２とが設けられる。ロータ４
０は、ハニカムなどの多孔性の担体で、シリカゲルやゼ
オライトなどの吸着剤を担持する。脱湿ゾーン４１で
は、吸着剤に水分を吸着させることによって、脱湿して
空気を乾燥させる。再生ゾーン４２では、再生用高温空
気で吸着剤から吸着している水分を脱着させ、吸着能力
を再生する。

【００３２】ロータ４０に代えて、回転式熱交換器を用
いることもできる。再生ゾーン４２に相当する部分で
は、再生用高温空気で回転式熱交換器を乾燥させた後、
低温に冷却する。脱湿ゾーン４１では、低温に冷却され
ている回転式熱交換器に空気中の水分が霜として付着
し、脱湿乾燥が行われる。再生用高温空気は、回転式熱
交換器に付着した空気を除去する。ただし、本実施形態
のように、吸着剤を使用する方が効率よく空気を乾燥さ
せることができる。

【００３３】一般に空気冷却器２は、回転ロータ式吸着
乾燥器３２の処理空気流量に応じて設備費が決まる。そ
のため、発明者らは、ＬＮＧ空気予冷器３１で０℃以上
に予冷した空気と、ＬＮＧ空気深冷器３３でたとえば−
１２５℃前後に冷却した空気とを混合させ、たとえば、
−２０℃に空気を冷却する方法を考案した。これにより
回転ローター式吸着乾燥器３２での空気処理量を全量処
理の約３０％に軽減でき、設備のコンパクト化と、さら
に再生に必要とされる外部熱や設備費を同じ割合で減ら
すことができる。

【００３４】０℃以上の予冷空気の水分は、乾燥空気１
ｋｇあたり、約５ｇである。一方、−１２５℃の冷却空
気には、水分はほとんど含まれていない。混合してたと
えば−２０℃に冷却すると、残存水分は、ダイヤモンド
ダストと呼ばれる微細な氷の結晶となり、過飽和の状態
で空中に浮遊する。この状態の空気を直接空気圧縮機３
のタービンに吸い込んでも、圧縮の過程で蒸発し、ガス
タービン５の燃焼器４が失火する恐れはないことが知ら
れている。

【００３５】なお、ＬＮＧ空気予冷器３１では、外気中
の水分が伝熱管およびフィン上で着氷し、徐々に性能が
低下するため、空気予冷温度制御弁３６の開閉操作にて
ＬＮＧの流量を制限し、外気を熱源として、着霜および
着氷を除去することを可能にしている。そのため、予冷
空気の温度は、０℃以上となる。

【００３６】表１に、温度１５℃の外気をＬＮＧ冷熱で
冷却した吸気温度に対するガスタービンの吸気流量、燃
料流量、ガスタービンの発電出力とその効率を入口燃焼
温度１１００℃、圧力比１５の条件で示した。なお、１
列目の「吸気空気」は、標準状態に換算した流量であ
り、同じタービンにおいて、２列目の空気圧縮機３に供
給される「吸気温度」を下げると増加する。３列目は、
タービン入口燃焼温度を１１００℃にするための燃料流
量である。計算した発電出力や発電効率は、ガスタービ
ンと空気圧縮機の効率を一定として計算した値である。

【００３７】

【表１】

【００３８】ガスタービン５は、寒冷地や上空での使用
を考慮し、吸気温度−２０℃から−３０℃に耐えること
ができる。温暖な５℃から３５℃の使用条件に対し、吸
気温度を−２０℃にした場合、同じ機種であっても発電
機６の容量を高めるだけでガスタービン５の発電出力を
表１に示すように３０％以上向上できる。実際には、吸
気流量の増加に応じて、ガスタービンや空気圧縮機の効
率が悪くなるため、機種によって異なるが、発電出力は
約２０％の向上となる。またこの場合のガスタービン排
気温度は一定で、排ガス量が増加するため、蒸気タービ
ン１０の発電出力も排ガス量に応じて増加する。

【００３９】さらに、低温の空気を圧縮すると、所要動
力が低減するため、それに伴い発電効率も向上する。た
とえば、１５℃の吸気を−２０℃に冷却した場合は、
４．８％効率が向上する。

【００４０】ＬＮＧの利用可能量が少ない場合は、ガス
タービン５の吸気の冷却だけにＬＮＧの冷熱を用いる。
たとえば温度３２℃相対湿度７０％の外気を標準状態に
換算して１０，０００ｍ³ ／ｈ（１０，０００Ｎｍ³ ／
ｈ）を−２０℃に冷却するには、ＬＮＧが約１．４トン
／ｈ必要である。この場合、蒸気タービン１０を出た蒸
気は、外部冷却装置である冷水塔またはエアフィンクー
ラー１５からの冷却水で冷却され、冷却水の温度に応じ
一般に４０℃から４５℃の復水となる。

【００４１】ＬＮＧの利用可能量が十分ある場合は、上
記の条件でＬＮＧを最大約５．１トン／ｈ流すことがで
きる。この場合、外部の冷却水は冷却水復水器１３に導
入されないため、復水の温度を例えば１５℃前後に下げ
ることができ、蒸気の凝縮圧力を７３３１Ｐａ（５ｍｍ
Ｈｇ）から１７３３Ｐａ（１３ｍｍＨｇ）にすることで
蒸気タービン１０の発電出力を高めることができる。

【００４２】またコンバインドサイクルの発電出力が下
がり、所定のＬＮＧを処理できない場合、外部冷却水の
温度が２０℃以上であれば、蒸気タービンバイパス弁１
８でバイパスさせた蒸気を用いることなく、ＬＮＧを０
℃以上に気化昇温させることができる。

【００４３】さらに、コンバインドサイクル発電装置が
停止あるいは負荷が極端に低下場合で、しかも外気から
の熱の取得が十分出来ない場合は、温水ボイラー１９で
冷却水を加熱し、ＬＮＧの気化を継続することができ
る。

【００４４】実際の装置では、従来の復水器のチューブ
バンドルの上部に、ＬＮＧが管内を流れる復水用熱交換
器を配置し、ＬＮＧで冷却され過冷却になった蒸気ター
ビン凝縮液をこの温められた冷却水で蒸発させる。

【００４５】図４は、本実施形態に用いる復水用熱交換
器の概略的な構成を示す。前述のように、本実施形態の
復水用熱交換器は、ＬＮＧ復水器１２および冷却水復水
器１３を備えており、ハイブリッド復水器５０を形成を
形成して、その胴体５１内に収容される。冷却水復水器
１３は、基本的に、従来の復水器としての構成を有し、
胴体５１の中間から下方に配置される複数本の伝熱管が
チューブバンドル５２を形成する。胴体５１内で、チュ
ーブバンドル５２の上方には、ＬＮＧ復水器１２の主要
な部分である伝熱管５３を配置する。ＬＮＧ復水器１２
の伝熱管５３中には、一部気化したＮＧを含むＬＮＧが
流れ、周囲の蒸気を冷却して凝縮させる。凝縮した水分
からは、凝縮熱がＬＮＧに与えられ、ＬＮＧは気化昇温
される。凝縮した水分は、胴体５１の下方に溜り、給水
ポンプ１４で給水過熱器９などの排熱回収ボイラーに送
られる。

【００４６】冷却水復水器１３のチューブバンドル５２
は、前述のように、ＬＮＧ復水器１２で蒸気を凝縮させ
ているときは、ＬＮＧで過冷却になっている蒸気タービ
ン凝縮液を再蒸発させる機能を有する。また、発電出力
の需要が低下し、外気温も低下しているときは、図１の
温水ボイラー１９から温水を発生させて、チューブバン
ドル５２に流し、伝熱管５３を流れるＬＮＧを気化させ
るための熱源とすることもできる。

【００４７】こうしたバックアップ機能を設けることで
従来の海水を熱源としたＬＮＧ気化器と同等の信頼性・
運転性を与えることができるため、本コンバインドサイ
クル設備の設備費からＬＮＧ気化に要する費用をガスの
製造設備として控除することができる。

【００４８】さらに、ＬＮＧの気化に要した熱量に相当
する燃料費を投入した燃料費から控除できるため、大幅
に発電単価に占める燃料費の低減が可能となる。

【００４９】航空機転用などのガスタービンでは、地上
において低温空気を吸い込むと実空気流量が増え、ガス
タービン燃焼温度を高めると機器の軸強度に問題を生じ
る。そこで、インバーター方式の吸気ブロアーもしくは
タービンのインレットガイドベーン２１にて、ガスター
ビンに入る空気流量を制限し、定格の燃焼ガス温度によ
る運転で、高いガスタービンでの効率を維持することが
できる。

【００５０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、空気を連
続的に０℃以下に冷却し、ガスタービン発電システムの
空気圧縮機に供給することにより、高発電効率のコンバ
ンドサイクル発電装置を構築することができる。ガスタ
ービン発電システムの空気圧縮機に吸引する空気は、乾
燥させてからＬＮＧ冷熱で０℃以下に冷却するので、伝
熱面への着氷や着霜による問題を克服することができ
る。さらに、蒸気タービン発電システムは、蒸気タービ
ン出口の蒸気を、ＬＮＧ冷熱と外部冷却装置からの冷却
水とによって、復水とすることが可能であるので、ＬＮ
Ｇの気化量の変化に係わらず安定した発電量を確保する
ことができる。

【００５１】また本発明によれば、ガスタービン発電シ
ステムの空気圧縮機への吸気は、常温の空気を、０℃以
上の温度の範囲で予冷し、予冷された空気の一部を、露
点が０℃以下となるまで乾燥してから０℃以下の温度に
深冷する。予冷されただけの空気中には水分が残存する
けれども、深冷された０℃以下の乾燥した空気との混合
で、水分はダイヤモンドダストと呼ばれる微細な氷の結
晶となり、過飽和の状態で空気中に浮遊する。この状態
に空気をガスタービンの空気圧縮機に直接吸込んでも、
圧縮の過程で氷が蒸発し、タービン燃焼器が失火する恐
れはないことが知られている。吸気の一部を乾燥させれ
ばよいので、乾燥器の容量を小さくして、設備の小型化
と低コスト化とを図ることができる。

【００５２】また本発明によれば、空気予冷器で吸気を
乾燥させる乾燥器として回転ロータ式吸着乾燥器を用い
るので、ロータの回転で乾燥と再生とを連続して行うこ
とができる。再生熱源として、ガスタービン発電システ
ムの排ガスを利用するので、効率よく回転ロータ式吸着
乾燥器を運転しながら吸気の乾燥を行うことができる。

【００５３】また本発明によれば、蒸気タービン発電シ
ステムの出口からの蒸気を復水させる復水器は、ＬＮＧ
冷熱と外部冷却装置からの冷却水とで冷却するので、Ｌ
ＮＧの利用可能量が低下しても、ＬＮＧ冷熱量の低下を
外部冷却装置からの冷却水で補い、蒸気タービン発電シ
ステムでの発電を効率よく行って、コンバインドサイク
ルとしての運転を継続することができる。

【００５４】また本発明によれば、蒸気タービン発電シ
ステム出口からの蒸気の圧力が降下した場合でも、外気
温度が高く、外部冷却装置からの冷却水により熱の補給
が可能な場合は、冷却水の循環量を増やし、コンバイン
ドサイクルとしてのＬＮＧ流量を一定にして、運転を継
続させることが可能である。

【００５５】また本発明によれば、負荷が極端に低下し
て、コンバインドサイクル発電装置としての発電出力が
低下あるいは停止するような場合で、しかも外気温度が
低いことなどで外部からの熱の取得を充分に行うことが
できない場合であっても、蒸気タービンバイパス弁で蒸
気タービンをバイパスし、ＬＮＧ気化の熱源として蒸気
を有効に利用することができる。

【００５６】また本発明によれば、コンバインドサイク
ルとしての発電出力が低下しても、温水ボイラーでＬＮ
Ｇ気化用の熱を補うことができるので、ＬＮＧの気化を
確実に行い、ガスタービンあるいは蒸気タービンの停止
時においてＬＮＧの気化運転に対する信頼性を高めるこ
とができる。

【００５７】また本発明によれば、ガスタービン発電シ
ステムの空気圧縮機に供給する低温の吸気の流量を調整
して、燃焼温度が高くなり過ぎないように制限し、発電
出力を高い効率で制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態としてのコンバインドサ
イクル発電装置の概略的な配管系統を示すブロック図で
ある。

【図２】図１の空気冷却器２の構成を示すブロック図で
ある。

【図３】図２の回転ロータ式吸着乾燥器３２のロータ４
０の使用区分を示す図である。

【図４】図１のＬＮＧ復水器１２および冷却水復水器１
３を組合わせたハイブリッド復水器５０の構成を示す簡
略化した断面図である。

【符号の説明】

１ 吸気ブロア− ２ 空気冷却器 ３ 空気圧縮機 ４ 燃焼器 ５ ガスタービン ６ 発電機 ７ 蒸気過熱器 ８ 蒸気ボイラー ９ 給水加熱器 １０ 蒸気タービン １１ 冷水調節弁 １２ ＬＮＧ復水器 １３ 冷却水復水器 １４ 給水ポンプ １５ 冷水塔またはエアフィンクーラー １６ 冷却水ポンプ １７ 圧力検出器 １８ 蒸気タービンバイパス弁 １９ 温水ボイラー ２０ 脱湿器用再生空気予熱器 ２１ インレットガイドベーン ３１ ＬＮＧ空気予冷器 ３２ 回転ロータ式吸着乾燥器 ３３ ＬＮＧ空気深冷器 ３６ 空気予冷温度制御弁 ４０ ロータ ５０ ハイブリッド復水器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阪井 敦 京都府京都市下京区中堂寺南町17 京都リ サーチパーク 関西新技術研究所内 (72)発明者 岡村 隆成 青森県八戸市大字妙字大開88−１ 八戸工 業大学内 Ｆターム(参考） 3G081 BA02 BB00 BC07 BD01 DA17 DA22

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気圧縮機を備えるガスタービン発電シ
   ステムと、復水器を備える蒸気タービン発電システムと
   を含んで、コンバインドサイクルが構成されるコンバイ
   ンドサイクル発電装置において、 空気圧縮機に吸気する空気を、乾燥させてからＬＮＧ冷
   熱により０℃以下に冷却する空気冷却器と、 冷却水を供給可能な外部冷却装置とをさらに含み、 復水器は、蒸気タービン出口の蒸気を、ＬＮＧ冷熱と外
   部冷却装置からの冷却水とによって、復水とすることが
   可能であることを特徴とするコンバインドサイクル発電
   装置。
2. 【請求項２】 前記空気冷却器は、 常温の空気を、ＬＮＧの冷熱で、０℃以上の温度の範囲
   で予冷するＬＮＧ空気予冷器と、 ＬＮＧ空気予冷器で予冷された空気の一部を、露点が０
   ℃以下となるまで乾燥する乾燥器と、 露点が０℃以下の空気を、ＬＮＧの冷熱で、０℃以下の
   温度に深冷するＬＮＧ空気深冷器とを備え、 ＬＮＧ空気予冷器で予冷脱湿された空気と、ＬＮＧ空気
   深冷器で深冷された空気を混合し、所定の低温空気を得
   ることを特徴とする請求項１記載のコンバンドサイクル
   発電装置。
3. 【請求項３】 前記空気冷却器は、 前記乾燥器として回転ロータ式吸着乾燥器を備え、 前記ガスタービン発電システムからの排ガスを、該回転
   ロータ式吸着乾燥器の再生熱源として利用することを特
   徴とする請求項１または２のいずれかに記載のコンバイ
   ンドサイクル発電装置。
4. 【請求項４】 前記蒸気タービン発電システムの出口か
   らの蒸気の圧力を検出する圧力検出器と、 前記外部冷却装置から前記復水器に循環させる冷却水の
   量を調整可能な冷水調整弁とをさらに含み、 ＬＮＧの利用可能量が低下し、蒸気タービン発電システ
   ムの出口からの蒸気の圧力が上昇した場合、該圧力検出
   器からの出力に基づいて冷水調整弁を制御することによ
   って、前記外部冷却装置からの冷却水の循環量を増や
   し、前記コンバインドサイクルとしての継続運転が可能
   であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載
   のコンバインドサイクル発電装置。
5. 【請求項５】 外気温度を検出する温度検出器をさらに
   含み、 前記コンバインドサイクルとしての発電出力が低下し、
   前記圧力検出器によって検出される前記蒸気タービン発
   電システム出口からの蒸気の圧力が降下した場合、その
   圧力と外気温度とに基づいて、外部冷却装置からの冷却
   水により熱の補給が可能な場合は、前記冷水調節弁の開
   度を制御して冷却水の循環量を増やし、コンバインドサ
   イクルとしてのＬＮＧ流量を一定にして、継続運転が可
   能であることを特徴とする請求項４記載のコンバインド
   サイクル発電装置。
6. 【請求項６】 前記蒸気タービン発電システムは、蒸気
   タービンをバイパス可能な蒸気タービンバイパス弁を備
   え、 前記圧力検出器によって検出される蒸気タービン発電シ
   ステム出口での蒸気の圧力が降下した場合であって、前
   記外部冷却装置からの冷却水による熱の補給ができない
   場合は、蒸気タービンバイパス弁によって蒸気タービン
   をバイパスして蒸気を流し、タービン出口圧力を維持す
   ることで、前記コンバインドサイクルとしてのＬＮＧ流
   量を一定にして継続運転が可能であることを特徴とする
   請求項４または５記載のコンバインドサイクル発電装
   置。
7. 【請求項７】 前記外部冷却装置からの冷却水を加熱し
   て温水にする温水ボイラーをさらに含み、 前記コンバインドサイクルが停止あるいは発電負荷が極
   端に低下し、また外部冷却装置で冷却水を充分に加熱で
   きない場合、冷却水を温水ボイラーで加温し、前記復水
   器に流すことによって、コンバインドサイクルとしての
   ＬＮＧ流量を一定にして継続運転が可能であることを特
   徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のコンバインド
   サイクル発電装置。
8. 【請求項８】 前記ガスタービン発電システムは、ガス
   タービンに供給される低温空気流量を調節する流量調節
   手段を備え、 流量調節手段による低温空気流量の調節で、前記コンバ
   インドサイクルとしての発電出力が高い効率で制御可能
   であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載
   のコンバインドサイクル発電装置。