JP2017020346A - Thermoelectric variable cogeneration system - Google Patents

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Tomoki Koganezawa
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermoelectric variable cogeneration system which secures combustion stability of a gas turbine combustor to reduce an amount of NOx emission when variation occurs in fuel flow of a gas turbine or an amount of used steam of a steam consumption facility.SOLUTION: In a thermoelectric variable cogeneration system, it is provided with: a first steam system for infusing a part of steam to a position on an upstream side of a flame zone in a gas turbine combustor; a second steam system for infusing the other part of steam to a position on a downstream side of the flame zone; a fuel flow rate detector of fuel to be supplied to the gas turbine combustor; steam flow rate detection means of steam to be infused to the gas turbine combustor through the second steam system; a steam supply system for supplying steam provided with a steam pressure detector, from an exhaust heat recovery boiler; and a steam temperature detector, and a controller for controlling an amount of infused steam to be supplied to the gas turbine combustor by adjusting aperture of a first steam flow rate adjustment valve provided in the first steam system on the basis of detection values of the fuel flow rate detector and the steam flow rate detection means is installed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明はガスタービンの排熱を熱源にして生成した蒸気の一部をガスタービンに注入する蒸気注入ガスタービンを備えて、ガスタービンに注入する蒸気注入量を変化させることで、前記ガスタービンから外部へ供給できる熱(蒸気)と電力の割合を変化させることが可能な熱電可変型コジェネレーションシステムに係わり、特にガスタービンに注入する蒸気注入量を制御する熱電可変型コジェネレーションシステムに関する。   The present invention includes a steam injection gas turbine that injects a part of steam generated by using exhaust heat of the gas turbine as a heat source into the gas turbine, and changes the amount of steam injection injected into the gas turbine. The present invention relates to a variable thermoelectric cogeneration system capable of changing the ratio of heat (steam) and electric power that can be supplied to the outside, and more particularly to a variable thermoelectric cogeneration system that controls the amount of steam injected into a gas turbine.

熱と電力の双方を供給でき、かつ、要求された熱と電力の需要比に応じて、熱(蒸気)と電力の割合である熱電比を変化させることができる熱電可変ガスタービンを備えた熱電可変型コジェネレーションシステムは、エネルギーロスの小さい高効率分散電源として期待されている。   A thermoelectric power generator equipped with a thermoelectric variable gas turbine that can supply both heat and electric power and can change the thermoelectric ratio, which is the ratio of heat (steam) and electric power, according to the demand ratio of the required heat and electric power. The variable cogeneration system is expected as a highly efficient distributed power source with low energy loss.

この熱電可変型コジェネレーションシステムのうち、熱電可変ガスタービンのガスタービン燃焼器に蒸気を注入する蒸気注入系統として、ガスタービン燃焼器における燃焼ガスの流れに対して火炎帯の上流側に蒸気を注入する第1の蒸気系統と、火炎帯の下流側に蒸気を注入する第2の蒸気系統との2系統を備え、燃料の流量および燃料の組成に応じて第1の蒸気系統を通じて注入する第1蒸気流量を制御し、蒸気消費設備で必要な蒸気要求量に応じて第2の蒸気系統を通じて注入する第2蒸気流量を制御するように構成した熱電可変型コジェネレーションシステムの技術が特開2014−173572号公報(特許文献1)に開示されている。   Among this thermoelectric variable cogeneration system, as a steam injection system that injects steam into the gas turbine combustor of the thermoelectric variable gas turbine, steam is injected upstream of the flame zone with respect to the flow of combustion gas in the gas turbine combustor. A first steam system and a second steam system that injects steam downstream of the flame zone, and the first steam system injects through the first steam system according to the fuel flow rate and fuel composition. The technology of a variable thermoelectric cogeneration system configured to control the flow rate of steam and control the flow rate of the second steam injected through the second steam system according to the required steam requirement in the steam consuming equipment is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-2014. No. 173572 (Patent Document 1).

特開2014−173572号公報JP 2014-173572 A

特開2014−173572号公報に開示された熱電可変型コジェネレーションシステムにおいては、ガスタービン燃焼器内で火炎帯の上流側に第1の蒸気系統から注入する第1蒸気流量が増加すると生成される窒素酸化物(NOx)は低減するが、注入する蒸気流量がNOx低減に必要な流量よりも過剰になった場合は消炎をまねく可能性がある。   In the thermoelectric variable cogeneration system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-173572, it is generated when the first steam flow rate injected from the first steam system is increased upstream of the flame zone in the gas turbine combustor. Nitrogen oxide (NOx) is reduced, but if the flow rate of the injected steam is excessive than the flow rate required for NOx reduction, there is a possibility of extinguishing the flame.

そのため、特開2014−173572号公報に開示された熱電可変型コジェネレーションシステムは、燃料流量および燃料組成に応じてガスタービン燃焼器内に注入する第1の蒸気量を制御する手段が開示されている。   Therefore, the thermoelectric variable cogeneration system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-173572 discloses means for controlling the first steam amount injected into the gas turbine combustor according to the fuel flow rate and the fuel composition. Yes.

しかしながら、燃料流量が増加するとガスタービン燃焼器内に形成される火炎が長炎化して、増加した燃料の一部が、第1の蒸気が混合していない乾いた燃焼空気(たとえば燃焼孔から流入する2次燃焼空気)で燃焼するようになり、生成されるNOx排出量が増加する。   However, as the fuel flow rate increases, the flame formed in the gas turbine combustor becomes longer, and a part of the increased fuel flows into dry combustion air (for example, through the combustion holes) in which the first steam is not mixed. Secondary combustion air), and the amount of NOx emissions generated increases.

そこで、NOx排出量を低減させるためにガスタービン燃焼器内に注入する第1の蒸気量を増加させることが考えられるが、注入する蒸気で火炎基部の湿分が増加することによって火炎温度と酸素濃度が低下し、消炎の可能性が高くなってしまう。   Therefore, it is conceivable to increase the amount of the first steam injected into the gas turbine combustor in order to reduce the NOx emission amount. However, as the moisture at the flame base increases due to the injected steam, the flame temperature and oxygen are increased. The concentration decreases and the possibility of extinction increases.

一方、ガスタービン燃焼器において、NOxの発生源となっている乾いた燃焼空気で燃料を燃焼している部分は、湿分が混合されないため、NOxの低減効果は限られてしまう。   On the other hand, in the gas turbine combustor, the portion where the fuel is burned with the dry combustion air that is the source of NOx is not mixed with moisture, so the NOx reduction effect is limited.

ガスタービン燃焼器内に注入される第1の蒸気流量及び第2の蒸気流量のうち、第2の蒸気流量は、蒸気消費設備で必要な蒸気要求量に応じて制御されているため、注入される第2の蒸気流量が多くて燃料流量が少ない場合や、注入される第2の蒸気流量が多くて空気流量が多い場合には、ガスタービン燃焼器内で火炎帯の下流側に第2の蒸気系統を通じて蒸気を注入する第2の蒸気の一部を燃焼空気に混合する際に、前述した注入する第1の蒸気流量と第2の蒸気流量の一部の合計の蒸気流量が過剰となってしまい、消炎をまねく可能性がある。   Of the first steam flow and the second steam flow injected into the gas turbine combustor, the second steam flow is controlled according to the required steam requirement in the steam consuming equipment, and thus the injection is performed. When the second steam flow rate is high and the fuel flow rate is low, or when the injected second steam flow rate is high and the air flow rate is high, the second steam flow rate is set downstream of the flame zone in the gas turbine combustor. When a part of the second steam to be injected through the steam system is mixed with the combustion air, the total steam flow of the first and second steam flows to be injected becomes excessive. May cause extinction.

本発明の目的は、ガスタービン負荷変化による燃料流量、又は、蒸気消費設備で使用される蒸気量に変化が生じた場合に、ガスタービン燃焼器の燃焼安定性を確保すると共に、ガスタービン燃焼器から排出されるNOx排出量を低減することを可能にした熱電可変型コジェネレーションシステムを提供することにある。   It is an object of the present invention to ensure the combustion stability of a gas turbine combustor when the fuel flow rate due to a gas turbine load change or the amount of steam used in a steam consuming facility changes, and the gas turbine combustor It is an object to provide a variable thermoelectric cogeneration system that makes it possible to reduce the amount of NOx discharged from the boiler.

本発明の熱電可変型コジェネレーションシステムは、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮用空気を用いて燃料を燃焼して燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスによって駆動されるタービンを備えたガスタービンと、ガスタービンのタービンから排出された排気ガスを熱源として蒸気を発生する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気を蒸気消費設備に供給する蒸気供給系統と、蒸気供給系統に供給された蒸気の一部を該蒸気供給系統と接続した蒸気注入系統を通じてガスタービンに注入する熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、前記蒸気注入系統として、ガスタービン燃焼器内で燃焼ガスの流れに対して火炎帯の上流側の位置に蒸気の一部を注入する第1の蒸気系統と、ガスタービン燃焼器内で燃焼ガスの流れに対して火炎帯の下流側の位置に蒸気の他の一部を注入する第2の蒸気系統を配設し、第1の蒸気系統を通じて注入する第1の蒸気の流量を調節する第1の蒸気流量調整弁及び第2の蒸気系統を通じて注入する第2の蒸気の流量を調節する第2の蒸気流量調整弁を第1の蒸気系統及び第2の蒸気系統にそれぞれ設置し、前記ガスタービン燃焼器に供給する燃料の燃料流量を検出する燃料流量検出器を設置し、前記第2の蒸気系統にガスタービン燃焼器に注入する第2の蒸気の流量を検出する蒸気流量検出手段を設置し、前記蒸気供給系統に蒸気圧力検出器及び蒸気温度検出器をそれぞれ設置し、前記燃料流量検出器で検出した燃料流量の検出値及び前記蒸気流量検出手段で検出した第2の蒸気流量の検出値に基づいて、前記第1の蒸気系統に設けた第1の蒸気流量調整弁の開度を調節してガスタービン燃焼器に供給する注入蒸気量を制御する制御器を設置したことを特徴とする。   The thermoelectric variable cogeneration system of the present invention includes a compressor that compresses air, a gas turbine combustor that generates combustion gas by burning fuel using the compression air compressed by the compressor, and gas turbine combustion A gas turbine equipped with a turbine driven by combustion gas generated by the generator, an exhaust heat recovery boiler that generates steam using exhaust gas discharged from the turbine of the gas turbine as a heat source, and steam generated by the exhaust heat recovery boiler A steam supply system that supplies steam to a steam consumption facility, and a thermoelectric variable cogeneration system that injects a part of the steam supplied to the steam supply system into a gas turbine through a steam injection system connected to the steam supply system. As a system, a first part of the steam is injected into a position upstream of the flame zone with respect to the flow of the combustion gas in the gas turbine combustor. A steam system and a second steam system for injecting another part of the steam to a position downstream of the flame zone with respect to the flow of the combustion gas in the gas turbine combustor are disposed, and through the first steam system A first steam flow adjusting valve for adjusting a flow rate of the first steam to be injected and a second steam flow adjusting valve for adjusting a flow rate of the second steam to be injected through the second steam system; A second fuel flow detector is installed in each of the second steam systems to detect the fuel flow rate of the fuel supplied to the gas turbine combustor, and the second steam system is injected into the gas turbine combustor. A steam flow detection means for detecting a steam flow is installed, a steam pressure detector and a steam temperature detector are installed in the steam supply system, respectively, and a detected value of the fuel flow detected by the fuel flow detector and the steam flow The second detected by the detecting means A controller for controlling the amount of injected steam supplied to the gas turbine combustor by adjusting the opening degree of the first steam flow rate adjusting valve provided in the first steam system based on the detected value of the steam flow rate is installed. It is characterized by that.

また、本発明の熱電可変型コジェネレーションシステムは、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮用空気を用いて燃料を燃焼して燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスによって駆動されるタービンを備えたガスタービンと、ガスタービンのタービンから排出された排気ガスを熱源として蒸気を発生する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気を蒸気消費設備に供給する蒸気供給系統と、蒸気供給系統に供給された蒸気の一部を該蒸気供給系統と接続した蒸気注入系統を通じてガスタービンに注入する熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、前記蒸気注入系統として、ガスタービン燃焼器内で燃焼ガスの流れに対して火炎帯の上流側の位置に注入する蒸気の一部を注入する第1の蒸気系統と、ガスタービン燃焼器内で燃焼ガスの流れに対して火炎帯の下流側の位置に注入する蒸気の他の一部を注入する第2の蒸気系統を配設し、第1の蒸気系統を通じて注入する第1の蒸気の流量を調節する第1の蒸気流量調整弁及び第2の蒸気系統を通じて注入する第2の蒸気の流量を調節する第2の蒸気流量調整弁を第1の蒸気系統及び第2の蒸気系統にそれぞれ設置し、前記ガスタービン燃焼器に供給する燃料の燃料流量を検出する燃料流量検出器を設置し、前記第2の蒸気系統にガスタービン燃焼器に注入する第2の蒸気の流量を検出する蒸気流量検出手段を設置し、前記蒸気供給系統に蒸気圧力検出器及び蒸気温度検出器をそれぞれ設置し、前記燃料流量検出器で検出した燃料流量の検出値に基づいて、前記第1の蒸気系統に設けた第1の蒸気流量調整弁の開度を調節してガスタービン燃焼器に供給する注入蒸気量を制御する制御器を設置し、前記制御器は、前記燃料流量検出器に基づいて前記第1の蒸気系統を通じてガスタービン燃焼器に供給する注入蒸気量となる第1の蒸気の蒸気流量を演算して第1の蒸気流量調整弁の開度を制御する第1の蒸気流量指令値を出力する第1の演算器と、前記蒸気圧力検出器で検出した蒸気圧力の検出値に基づいて前記第2の蒸気系統を通じてガスタービン燃焼器に供給する注入蒸気量となる第2の蒸気の蒸気流量を演算して第2の蒸気流量調整弁の開度を制御する第2の蒸気流量指令値を出力する第2の演算器が備えられており、前記第1の演算器では、前記第2の演算器で演算された第2の蒸気流量指令値を入力させて前記第1の蒸気流量指令値を出力するように構成し、前記蒸気温度検出器及び蒸気圧力検出器の検出値に基づいて第1の蒸気流量調整弁の開度及び第2の蒸気流量調整弁の開度を制限するように構成していることを特徴とする。   The thermoelectric variable cogeneration system of the present invention includes a compressor that compresses air, a gas turbine combustor that generates combustion gas by burning fuel using the compression air compressed by the compressor, and a gas Generated in a gas turbine equipped with a turbine driven by combustion gas generated in a turbine combustor, an exhaust heat recovery boiler that generates steam using the exhaust gas discharged from the turbine of the gas turbine as a heat source, and an exhaust heat recovery boiler In a steam supply system for supplying steam to a steam consuming facility, and a thermoelectric variable cogeneration system for injecting a part of the steam supplied to the steam supply system into a gas turbine through a steam injection system connected to the steam supply system, As part of the steam injection system, a part of steam injected into the upstream side of the flame zone with respect to the flow of combustion gas in the gas turbine combustor A first steam system for injecting, and a second steam system for injecting another part of the steam to be injected into a position downstream of the flame zone with respect to the flow of the combustion gas in the gas turbine combustor. A first steam flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the first steam injected through the first steam system and a second steam flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the second steam injected through the second steam system Are installed in the first steam system and the second steam system, respectively, a fuel flow detector for detecting the fuel flow rate of the fuel supplied to the gas turbine combustor is installed, and the gas turbine combustion is installed in the second steam system. A fuel flow rate detecting means for detecting the flow rate of the second steam injected into the vessel, a steam pressure detector and a steam temperature detector are installed in the steam supply system, respectively, and the fuel flow rate detected by the fuel flow rate detector Based on the detected value of A controller for controlling the amount of injected steam to be supplied to the gas turbine combustor by adjusting the opening of a first steam flow rate adjusting valve provided in one steam system, the controller comprising the fuel flow rate detector; The first steam for controlling the opening degree of the first steam flow rate adjusting valve by calculating the steam flow rate of the first steam that is the amount of injected steam supplied to the gas turbine combustor through the first steam system based on A first computing unit that outputs a flow rate command value, and a second amount of injected steam that is supplied to the gas turbine combustor through the second steam system based on the detected value of the steam pressure detected by the steam pressure detector. A second arithmetic unit that outputs a second steam flow command value for controlling the opening degree of the second steam flow control valve by calculating the steam flow rate of the first steam, The second steam flow rate command value calculated by the second calculator is The first steam flow rate command value is input and the first steam flow rate command value is output, and the opening degree of the first steam flow rate adjustment valve and the second steam are determined based on the detected values of the steam temperature detector and the steam pressure detector. It is configured to limit the opening degree of the flow regulating valve.

本発明によれば、ガスタービン負荷変化による燃料流量、又は、蒸気消費設備で使用される蒸気量に変化が生じた場合に、ガスタービン燃焼器の燃焼安定性を確保すると共に、ガスタービン燃焼器から排出されるNOx排出量を低減することを可能にした熱電可変型コジェネレーションシステムが実現できる。   According to the present invention, when the fuel flow rate due to the gas turbine load change or the amount of steam used in the steam consuming equipment changes, the combustion stability of the gas turbine combustor is ensured, and the gas turbine combustor A variable thermoelectric cogeneration system that makes it possible to reduce the amount of NOx discharged from the engine can be realized.

本発明の第1実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムの構成を表すシステムフロー図である。It is a system flow figure showing composition of a thermoelectric variable type cogeneration system of the 1st example of the present invention. 本発明の第1実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおける蒸気弁を制御する制御器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the controller which controls the steam valve in the thermoelectric variable type cogeneration system of 1st Example of this invention. 本発明の第1実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおける蒸気流量制御の一例である燃料流量と第1の蒸気流量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the fuel flow rate which is an example of the steam flow control in the thermoelectric variable type cogeneration system of 1st Example of this invention, and the 1st steam flow rate. 本発明の第1実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおける蒸気流量制御の一例であるIGV開度と第1の蒸気流量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the IGV opening degree which is an example of the steam flow control in the thermoelectric variable type cogeneration system of 1st Example of this invention, and the 1st steam flow. 本発明の第1実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおける蒸気流量制御の一例である圧縮機回転数と第1の蒸気流量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the compressor rotation speed which is an example of the steam flow control in the thermoelectric variable type cogeneration system of 1st Example of this invention, and the 1st steam flow. 本発明の第1実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおける蒸気流量制御の一例である第2の蒸気流量と第1の蒸気流量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the 2nd steam flow which is an example of the steam flow control in the thermoelectric variable type cogeneration system of 1st Example of this invention, and the 1st steam flow. 本発明の第1実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおける蒸気流量制御の一例である蒸気圧力と第2の蒸気流量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the steam pressure which is an example of the steam flow control in the thermoelectric variable type cogeneration system of 1st Example of this invention, and a 2nd steam flow rate. 本発明の第1実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおける蒸気流量制御の一例であるガスタービンの圧力比と第2の蒸気流量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the pressure ratio of the gas turbine which is an example of the steam flow control in the thermoelectric variable type cogeneration system of 1st Example of this invention, and a 2nd steam flow rate. 本発明の第2実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムの構成を表すシステムフロー図である。It is a system flow figure showing the structure of the thermoelectric variable type cogeneration system of 2nd Example of this invention.

本発明の第1実施例である熱電可変型コジェネレーションシステムについて、図面を用いて以下に説明する。   A thermoelectric variable cogeneration system according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明の第1実施例である熱電可変型コジェネレーションシステムの全体構成を示すシステムフロー図である。   FIG. 1 is a system flow diagram showing an overall configuration of a thermoelectric variable cogeneration system according to a first embodiment of the present invention.

図1に示すように、本発明の第1実施例である熱電可変型コジェネレーションシステムは、主要機器として、ガスタービン4と、前記ガスタービン4の排ガスを熱源として蒸気を発生する排熱回収ボイラ5と、前記排熱回収ボイラ5で発生した蒸気を供給する蒸気供給系統300から構成されている。   As shown in FIG. 1, a thermoelectric variable cogeneration system according to a first embodiment of the present invention includes, as main devices, a gas turbine 4 and an exhaust heat recovery boiler that generates steam using the exhaust gas of the gas turbine 4 as a heat source. 5 and a steam supply system 300 for supplying steam generated in the exhaust heat recovery boiler 5.

このうち、ガスタービン4は、主として、空気100を圧縮して高圧の燃焼用空気101を生成する圧縮機1と、この圧縮機1から導入される圧縮空気101を燃焼室50に供給して外部から供給した燃料201を燃焼させて高温高圧の燃焼ガス106を生成する複数個のガスタービン燃焼器2と、これらのガスタービン燃焼器2の燃焼室50で生成された高温高圧の燃焼ガス106をガスタービン燃焼器2から導入して駆動されるタービン3とから構成されている。   Among them, the gas turbine 4 mainly supplies the compressor 1 that compresses the air 100 to generate high-pressure combustion air 101 and the compressed air 101 introduced from the compressor 1 to the combustion chamber 50 to externally. A plurality of gas turbine combustors 2 that combust the fuel 201 supplied from the engine to generate high-temperature and high-pressure combustion gases 106, and high-temperature and high-pressure combustion gases 106 generated in the combustion chambers 50 of these gas turbine combustors 2. The turbine 3 is introduced from the gas turbine combustor 2 and driven.

圧縮機1の吸気部には入口案内翼(IGV)19が設置されていて、圧縮機1に吸込む空気100の吸込み流量を調節している。   An inlet guide vane (IGV) 19 is installed in the intake portion of the compressor 1 to adjust the suction flow rate of the air 100 sucked into the compressor 1.

また、タービン3はガスジェネレータ3aとパワータービン3bに分かれており、ガスジェネレータ3aはガスジェネレータの軸21aによって圧縮機1と連結しており、ガスジェネレータ3aの回転によって圧縮機1を駆動する。   The turbine 3 is divided into a gas generator 3a and a power turbine 3b. The gas generator 3a is connected to the compressor 1 through a shaft 21a of the gas generator, and the compressor 1 is driven by the rotation of the gas generator 3a.

一方、パワータービン3bはパワータービンの軸21bによって発電機20と連結しており、パワータービン3bの回転によって発電機20を駆動する。この軸21aには回転数検出器22が取り付けられており、圧縮機1の回転数を知ることができる。   On the other hand, the power turbine 3b is connected to the generator 20 by a power turbine shaft 21b, and drives the generator 20 by the rotation of the power turbine 3b. A rotation speed detector 22 is attached to the shaft 21a so that the rotation speed of the compressor 1 can be known.

ガスタービン燃焼器2は、燃焼器ケーシング7の内部に格納されており、燃焼器ケーシング7の一端には燃焼器カバー8が取り付けられている。そして、燃焼器ケーシング7はタービンケーシング23に取り付けられている。   The gas turbine combustor 2 is stored inside a combustor casing 7, and a combustor cover 8 is attached to one end of the combustor casing 7. The combustor casing 7 is attached to the turbine casing 23.

ガスタービン燃焼器2の上流端中央には燃料ノズル9が設置されており、この燃料ノズル9の下流側には、未燃の空気と既燃の燃焼ガスを隔てる概略円筒状の燃焼器ライナ10が設置されている。   A fuel nozzle 9 is installed at the center of the upstream end of the gas turbine combustor 2, and a substantially cylindrical combustor liner 10 that separates unburned air and burned combustion gas is provided downstream of the fuel nozzle 9. Is installed.

この燃焼器ライナ10の内側には、供給された圧縮空気101によって外部から供給した燃料201を燃焼させて高温高圧の燃焼ガス106を生成する前記燃焼室50が形成されている。   Inside the combustor liner 10, the combustion chamber 50 is formed in which the fuel 201 supplied from the outside is burned by the supplied compressed air 101 to generate the high-temperature and high-pressure combustion gas 106.

また、燃焼器ライナ10の外周側には、ライナフロースリーブ11が設置されている。ライナフロースリーブ11は概略円筒状で燃焼器ライナ10と概略同軸となるように燃焼器外筒7の内部に締結されている。   A liner flow sleeve 11 is installed on the outer peripheral side of the combustor liner 10. The liner flow sleeve 11 is generally cylindrical and fastened inside the combustor outer cylinder 7 so as to be substantially coaxial with the combustor liner 10.

燃焼器ライナ10の下流には前記燃焼室50で生成した燃焼ガス106をタービン3へと導く尾筒12が設置されている。燃焼器ライナ10の下流端は尾筒12の上流端に差し込まれている。   A tail cylinder 12 that guides the combustion gas 106 generated in the combustion chamber 50 to the turbine 3 is installed downstream of the combustor liner 10. The downstream end of the combustor liner 10 is inserted into the upstream end of the transition piece 12.

尾筒12の外周側には尾筒フロースリーブ13が設置されている。ライナフロースリーブ11の下流端は尾筒フロースリーブ13の上流端に差し込まれている。   A tail tube flow sleeve 13 is installed on the outer peripheral side of the tail tube 12. The downstream end of the liner flow sleeve 11 is inserted into the upstream end of the transition piece flow sleeve 13.

前記構成の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、圧縮機1で加圧された高圧の燃焼用空気101は、タービンケーシング23内の空間から、尾筒12と尾筒フロースリーブ13の間の空間にタービン側(下流側)の開口部から流入する。   In the thermoelectric variable cogeneration system having the above-described configuration, the high-pressure combustion air 101 pressurized by the compressor 1 is moved from the space in the turbine casing 23 to the space between the transition piece 12 and the transition piece flow sleeve 13. It flows in from the opening on the side (downstream side).

そしてこの燃焼用空気101は、燃焼器ライナ10側(上流側)へ流れる際に尾筒12を外側から冷却する。
その後、燃焼用空気101は燃焼器ライナ10とライナフロースリーブ11の間の概略円環状の空間を通ってガスタービン燃焼器2の上流側へ向かって流れるが、その際に、燃焼器ライナ10を外側から冷却する。
When the combustion air 101 flows to the combustor liner 10 side (upstream side), the tail cylinder 12 is cooled from the outside.
Thereafter, the combustion air 101 flows through the generally annular space between the combustor liner 10 and the liner flow sleeve 11 toward the upstream side of the gas turbine combustor 2. Cool from outside.

また、燃焼用空気101の一部102は燃焼器ライナ10に設けられた冷却孔から燃焼器ライナ10内へ流入し、フィルム冷却に使用される。   Further, a part 102 of the combustion air 101 flows into the combustor liner 10 from the cooling holes provided in the combustor liner 10 and is used for film cooling.

燃焼用空気101の別の一部103は、燃焼器ライナ10に設けられた複数の希釈孔14から燃焼器ライナ10内へ流入して、燃焼器ライナ10内を流下する燃焼ガス105と混合して尾筒12内へと流入する。   Another portion 103 of the combustion air 101 flows into the combustor liner 10 through a plurality of dilution holes 14 provided in the combustor liner 10 and mixes with the combustion gas 105 flowing down in the combustor liner 10. Then flows into the tail cylinder 12.

また、燃焼用空気101の別の一部である2次燃焼空気110は、燃焼器ライナ10に設けられた複数の燃焼孔30から燃焼器ライナ10内へ流入し、後述する燃焼空気104で燃焼しきれなかった燃料とともに燃焼に使用される。   Further, the secondary combustion air 110 which is another part of the combustion air 101 flows into the combustor liner 10 from a plurality of combustion holes 30 provided in the combustor liner 10 and is combusted by the combustion air 104 described later. Used for combustion with fuel that could not be exhausted.

燃焼用空気101の残りの燃焼空気104は、燃料ノズル9の外周に設けた旋回器17から燃焼器ライナ10内に流入して、燃料ノズル9から噴出される燃料とともに燃焼に使用される。   The remaining combustion air 104 of the combustion air 101 flows into the combustor liner 10 from the swirler 17 provided on the outer periphery of the fuel nozzle 9 and is used for combustion together with the fuel ejected from the fuel nozzle 9.

このとき、燃料流量が多い場合は、噴出された燃料のすべてが燃焼空気104では燃焼しきれないので、燃焼器ライナ10の下流側で前述の2次燃焼空気110とともに燃焼する。   At this time, when the fuel flow rate is large, not all of the injected fuel can be combusted by the combustion air 104, so that it combusts with the secondary combustion air 110 on the downstream side of the combustor liner 10.

そして、この燃焼によって高温の燃焼ガス105となり、さらに冷却空気102および希釈空気103と混合した燃焼ガス106がガスタービン燃焼器2からタービン3へと送られて前記タービン3を駆動する。   The combustion results in a high-temperature combustion gas 105, and the combustion gas 106 mixed with the cooling air 102 and the dilution air 103 is sent from the gas turbine combustor 2 to the turbine 3 to drive the turbine 3.

タービン3を出た低圧のタービン排ガス108は、熱源として排熱回収ボイラ5に供給されてこの排熱回収ボイラ5にて蒸気を発生させ、前記排熱回収ボイラ5で熱回収された後に、排気ガス109として排熱回収ボイラ5から外部に排気される。   The low-pressure turbine exhaust gas 108 exiting the turbine 3 is supplied to the exhaust heat recovery boiler 5 as a heat source, generates steam in the exhaust heat recovery boiler 5, and is recovered by the exhaust heat recovery boiler 5 before being exhausted. The gas 109 is exhausted from the exhaust heat recovery boiler 5 to the outside.

ガスタービン燃焼器2に燃料を供給する燃料系統200には燃料流量調整弁202が設けられており、この燃料流量調整弁202によって燃料流量を調整することによりガスタービンの発電出力を調整できる。   The fuel system 200 that supplies fuel to the gas turbine combustor 2 is provided with a fuel flow rate adjustment valve 202. By adjusting the fuel flow rate with the fuel flow rate adjustment valve 202, the power generation output of the gas turbine can be adjusted.

また、燃料流量検出手段となる燃料流量計203が設置されており、燃料の流量を検出することができる。   In addition, a fuel flow meter 203 serving as a fuel flow rate detecting means is provided, and the fuel flow rate can be detected.

ここで、燃料流量検出手段としては、本実施例に述べた燃料流量計203に代えて、たとえば、流量調節弁の開度や、流量調節弁への開度指令などを利用することもできる。燃料の圧力、温度がほぼ一定であれば、燃料流量は弁の開度の関数になるからである。   Here, as the fuel flow rate detecting means, instead of the fuel flow meter 203 described in the present embodiment, for example, an opening degree of the flow rate control valve, an opening degree command to the flow rate control valve, or the like can be used. This is because if the fuel pressure and temperature are substantially constant, the fuel flow rate is a function of the valve opening.

一方、燃料の圧力、温度が変化する場合には、燃料の圧力、温度をそれぞれ検出して流量の算出に用いると、より精度の高い燃料流量の検出が可能になる。   On the other hand, when the fuel pressure and temperature change, the fuel flow rate can be detected with higher accuracy by detecting the fuel pressure and temperature and using them to calculate the flow rate.

次に本発明の第1実施例である熱電可変型コジェネレーションシステムの蒸気系統について、図1を用いて説明する。   Next, the steam system of the thermoelectric variable cogeneration system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図1に示した本発明の第1実施例である熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、排熱回収ボイラ5は、給水を加熱する給水加熱器24と、給水加熱器24から供給された給水を加熱して蒸気を発生するボイラ25と、ボイラ25から供給された蒸気を過熱する蒸気過熱器26から構成されており、蒸気過熱器26で発生した過熱された蒸気は、排熱回収ボイラ5から蒸気供給系統300を通じて蒸気消費設備6に供給されて消費される。   In the variable thermoelectric cogeneration system according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the exhaust heat recovery boiler 5 heats the feed water supplied from the feed water heater 24 and the feed water heater 24 for heating the feed water. The steam 25 is generated by the steam 25 and the steam superheater 26 that superheats the steam supplied from the boiler 25, and the superheated steam generated by the steam superheater 26 is steamed from the exhaust heat recovery boiler 5. It is supplied to the steam consuming equipment 6 through the supply system 300 and consumed.

蒸気消費設備6としては工場などの熱源を必要とする設備が考えられる。   The steam consuming equipment 6 may be equipment requiring a heat source such as a factory.

蒸気供給系統300を通じて供給された蒸気を蒸気消費設備6に供給するため、蒸気供給系統300に接続したプロセス蒸気配管303にはプロセス蒸気流量制御弁313が設置されており、このプロセス蒸気流量制御弁313の調節によってプロセス蒸気配管303を通じて蒸気消費設備6に供給される蒸気の送気蒸気量を制御している。   In order to supply the steam supplied through the steam supply system 300 to the steam consuming equipment 6, a process steam flow control valve 313 is installed in the process steam pipe 303 connected to the steam supply system 300, and this process steam flow control valve By adjusting 313, the amount of steam supplied to the steam consuming equipment 6 through the process steam pipe 303 is controlled.

一方、排熱回収ボイラ5で発生した蒸気量が蒸気消費設備6で必要な蒸気量を上回った場合には、余剰の蒸気をガスタービン燃焼器2へ注入してガスタービン4の発電機20の出力を増加させて、熱電比を可変とするのが熱電可変コジェネレーションシステムである。   On the other hand, when the amount of steam generated in the exhaust heat recovery boiler 5 exceeds the amount of steam necessary for the steam consuming equipment 6, surplus steam is injected into the gas turbine combustor 2 and the generator 20 of the gas turbine 4 The thermoelectric variable cogeneration system makes the thermoelectric ratio variable by increasing the output.

第1実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムでは、排熱回収ボイラ5から発生した蒸気が供給される蒸気供給系統300に接続しており、この蒸気供給系統300を通じて供給された蒸気の一部をガスタービン燃焼器2に供給する蒸気系統は、第1の蒸気系統301と、第2の蒸気系統302の2系統に分かれて配設されている。   In the thermoelectric variable cogeneration system of the first embodiment, the steam generated from the exhaust heat recovery boiler 5 is connected to a steam supply system 300 to which steam is supplied, and a part of the steam supplied through the steam supply system 300 is used. The steam system supplied to the gas turbine combustor 2 is divided into two systems of a first steam system 301 and a second steam system 302.

排熱回収ボイラ5から発生した蒸気が供給された蒸気供給系統300にそれぞれ接続された前記第1の蒸気系統301及び第2の蒸気系統302には、蒸気流量調整弁311及び蒸気流量調整弁312がそれぞれ設けられており、後述する制御器400の制御操作によって第1の蒸気系統301及び第2の蒸気系統302を流れてガスタービン燃焼器2に注入する蒸気の流量をそれぞれ調節できるように構成されている。   A steam flow rate adjusting valve 311 and a steam flow rate adjusting valve 312 are connected to the first steam system 301 and the second steam system 302 respectively connected to the steam supply system 300 to which the steam generated from the exhaust heat recovery boiler 5 is supplied. Are provided so that the flow rate of the steam flowing through the first steam system 301 and the second steam system 302 and injected into the gas turbine combustor 2 can be adjusted by the control operation of the controller 400 described later. Has been.

そして、これらの第1の蒸気系統301及び第2の蒸気系統302のうち、第1の蒸気系統301を通じてガスタービン燃焼器2に蒸気を注入するガスタービン燃焼器2の蒸気噴射位置は、燃焼ガスの流れに対して火炎帯120の上流側で、噴射した蒸気の大部分が燃焼空気104または燃料201と混合する蒸気注入位置aに設定されている。   Of these first steam system 301 and second steam system 302, the steam injection position of the gas turbine combustor 2 that injects steam into the gas turbine combustor 2 through the first steam system 301 is the combustion gas. The steam injection position a where most of the injected steam is mixed with the combustion air 104 or the fuel 201 is set on the upstream side of the flame zone 120 with respect to this flow.

より具体的には、図1のガスタービン燃焼器2に蒸気注入位置aとして示すように、燃焼器ライナ10の外側であって、燃焼器ケーシング7と燃焼器カバー8と燃焼器ライナ10で囲まれた空間に、第1の蒸気系統301を通じて供給された蒸気を第1の蒸気321として噴射している。   More specifically, as shown in the gas turbine combustor 2 of FIG. 1 as a steam injection position a, it is outside the combustor liner 10 and is surrounded by the combustor casing 7, the combustor cover 8, and the combustor liner 10. The steam supplied through the first steam system 301 is injected into the space as the first steam 321.

ガスタービン燃焼器2のこの蒸気注入位置aにおける燃焼空気104は、高圧空気101がライナ冷却空気102や希釈空気103と分岐した後の燃焼空気104であり、その大部分が燃料201との燃焼に消費されるため、この蒸気注入位置aで燃焼空気104に混合された第1の蒸気321は火炎帯120の温度を下げる効果が大きく、低NOx化に寄与する度合いが大きい。   The combustion air 104 at the steam injection position a of the gas turbine combustor 2 is the combustion air 104 after the high-pressure air 101 branches off from the liner cooling air 102 and the dilution air 103, and most of the combustion air 104 is combusted with the fuel 201. Since it is consumed, the first steam 321 mixed with the combustion air 104 at the steam injection position a has a large effect of lowering the temperature of the flame zone 120 and greatly contributes to the reduction of NOx.

次に第2の蒸気系統302を通じてガスタービン燃焼器2に蒸気を注入する蒸気噴射位置について説明する。   Next, a steam injection position for injecting steam into the gas turbine combustor 2 through the second steam system 302 will be described.

燃焼器外筒7には蒸気注入ポート15が設けられており、この蒸気注入ポート15に、排熱回収ボイラ5で発生した蒸気が供給された蒸気供給系統300にそれぞれ接続された第1の蒸気系統301及び第2の蒸気系統302のうち、第2の蒸気系統302が接続されている。     The combustor outer cylinder 7 is provided with a steam injection port 15, and the first steam connected to the steam supply system 300 to which the steam generated in the exhaust heat recovery boiler 5 is supplied. Of the system 301 and the second steam system 302, the second steam system 302 is connected.

そして、第2の蒸気系統302を通じて供給され、ガスタービン燃焼器2の内部に注入された第2の蒸気322は、まず、燃焼器外筒7とライナフロースリーブ11の間の概略円環状の空間を流れる。   The second steam 322 supplied through the second steam system 302 and injected into the gas turbine combustor 2 is first a generally annular space between the combustor outer cylinder 7 and the liner flow sleeve 11. Flowing.

この空間と、タービンケーシング23内の空間は、隔壁18によって隔てられている。それによって、ガスタービン燃焼器2に流入した蒸気322と、タービンケーシング23内の圧縮空気101が混合することが抑制されている。   This space and the space in the turbine casing 23 are separated by a partition wall 18. Accordingly, mixing of the steam 322 flowing into the gas turbine combustor 2 and the compressed air 101 in the turbine casing 23 is suppressed.

また、注入された第2の蒸気322はフロースリーブ11の外周側に、周方向の全域に流れる。そのため、燃焼器外筒7の1つに対して蒸気ポート15が1ヵ所であっても、ガスタービン燃焼器2の周方向の湿分の均一化を図ることができる。   The injected second steam 322 flows on the outer peripheral side of the flow sleeve 11 in the entire circumferential direction. Therefore, even if there is one steam port 15 with respect to one of the combustor outer cylinders 7, the moisture in the circumferential direction of the gas turbine combustor 2 can be made uniform.

ライナフロースリーブ11には蒸気注入孔16が周方向に複数設けられている。また、この蒸気注入孔16のうちの全部または一部は、ライナ10に設けられた希釈孔14の全部または一部と対向している。   The liner flow sleeve 11 is provided with a plurality of steam injection holes 16 in the circumferential direction. Further, all or part of the vapor injection hole 16 faces all or part of the dilution hole 14 provided in the liner 10.

このうち、希釈孔14と対向している蒸気注入孔16を通過した第2の蒸気322は、その大部分が希釈孔14を通って燃焼器ライナ10内に流入する。   Of these, most of the second steam 322 that has passed through the steam injection hole 16 facing the dilution hole 14 flows into the combustor liner 10 through the dilution hole 14.

したがって、第2の蒸気322の大部分は、ガスタービン燃焼器2内を流れる燃焼ガス105の流れに対して火炎帯120の下流側において、燃焼ガス105と燃焼後に混合する。   Therefore, most of the second steam 322 is mixed with the combustion gas 105 after combustion on the downstream side of the flame zone 120 with respect to the flow of the combustion gas 105 flowing in the gas turbine combustor 2.

具体的には、図1にガスタービン燃焼器2内の蒸気噴射位置bとして示すように、ガスタービン燃焼器2内の燃焼ガス105の流れに対して燃焼器ライナ10の下流側であって、かつ、燃焼器ライナ10の内部である燃焼室50となる蒸気噴射位置bに、第2の蒸気系統302を通じて供給された第2の蒸気322を噴射している。   Specifically, as shown as a steam injection position b in the gas turbine combustor 2 in FIG. 1, downstream of the combustor liner 10 with respect to the flow of the combustion gas 105 in the gas turbine combustor 2, In addition, the second steam 322 supplied through the second steam system 302 is injected into the steam injection position b which becomes the combustion chamber 50 inside the combustor liner 10.

この蒸気噴射位置bでは、第2の蒸気系統302を通じて供給されて噴射した第2の蒸気322は、ガスタービン燃焼器2の燃焼室50内で燃焼後の燃焼ガス105や希釈空気103と混合するため、火炎帯120へは直接影響を及ぼさない。   At the steam injection position b, the second steam 322 supplied and injected through the second steam system 302 is mixed with the combustion gas 105 and the diluted air 103 after combustion in the combustion chamber 50 of the gas turbine combustor 2. Therefore, the flame zone 120 is not directly affected.

したがって、ガスタービン燃焼器2における燃焼の安定性に影響することなく、ガスタービン燃焼器2に余剰蒸気としての第2の蒸気322を噴射して出力を増加させることができる。   Therefore, the output can be increased by injecting the second steam 322 as surplus steam into the gas turbine combustor 2 without affecting the stability of combustion in the gas turbine combustor 2.

また、第2の蒸気322を噴射するガスタービン燃焼器2内の蒸気噴射位置bは、タービン3よりもガス流の上流側に位置しているため、蒸気の持つエネルギーをタービン3にて有効に動力に変換できる。   In addition, since the steam injection position b in the gas turbine combustor 2 that injects the second steam 322 is located on the upstream side of the gas flow with respect to the turbine 3, the energy of the steam is effectively made in the turbine 3. It can be converted into power.

また、ガスタービン燃焼器2で生成した燃焼ガス105、106がタービン3のガスジェネレータタービン3aへ流入する際には、蒸気と混合して温度が低下するため、同じ出力であれば燃焼器尾筒11やタービン3を構成するガスジェネレータタービン3aのメタル温度を下げることができて信頼性や寿命が向上する。   Further, when the combustion gas 105, 106 generated in the gas turbine combustor 2 flows into the gas generator turbine 3a of the turbine 3, the temperature is lowered by mixing with the steam. 11 and the metal temperature of the gas generator turbine 3a constituting the turbine 3 can be lowered, and the reliability and life are improved.

また、蒸気混合分だけガスタービン燃焼器2に供給する燃料201の燃料流量を増加させることもできるため、タービン3に流入する燃焼ガス106の温度が同じタービン流入温度であれば、蒸気が混合した分だけ、出力や効率を向上させることができる。   Further, since the fuel flow rate of the fuel 201 supplied to the gas turbine combustor 2 can be increased by the amount of the steam mixture, if the temperature of the combustion gas 106 flowing into the turbine 3 is the same turbine inlet temperature, the steam is mixed. The output and efficiency can be improved by the amount.

また、第2の蒸気322のうち、第2の蒸気322の他の一部の蒸気322aは、燃焼空気101の流れによって流れ方向を変えられ、2次燃焼空気110および燃焼空気104と混合して燃焼に用いられる。   In addition, among the second steam 322, the other part of the steam 322 a of the second steam 322 is changed in flow direction by the flow of the combustion air 101 and mixed with the secondary combustion air 110 and the combustion air 104. Used for combustion.

第2の蒸気322のすべてが希釈孔14から燃焼器ライナ10内に流入する場合、燃焼空気104には第1の蒸気321が混合しているため低NOx化を図ることができるが、2次燃焼空気110には湿分が含まれないため、燃料流量が多くなると第1の蒸気321によるNOx低減効果は小さくなる。   When all of the second steam 322 flows into the combustor liner 10 from the dilution hole 14, the first steam 321 is mixed with the combustion air 104, so that NOx can be reduced. Since the combustion air 110 does not contain moisture, the NOx reduction effect by the first steam 321 decreases as the fuel flow rate increases.

一方、本実施例のように、第2の蒸気322の他の一部の蒸気322aが2次燃焼空気110に混合する場合は、燃料流量が多くなっても2次空気に混合した第2の蒸気322の他の一部の蒸気322aの効果で低NOx化が図れる。   On the other hand, when the other steam 322a of the second steam 322 is mixed with the secondary combustion air 110 as in the present embodiment, the second steam mixed with the secondary air even if the fuel flow rate increases. Reduction of NOx can be achieved by the effect of the other part of the steam 322.

次に、ガスタービン燃焼器2に注入する蒸気の蒸気流量の制御について説明する。   Next, control of the steam flow rate of the steam injected into the gas turbine combustor 2 will be described.

図1に示した本発明の第1実施例である熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、ガスタービン4を起動し、圧縮機1から導入される圧縮空気101を供給してガスタービン燃焼器2で燃料201を燃焼させて高温の燃焼ガス106を生成し、このガスタービン燃焼器2で生成された燃焼ガス105、106によってタービン3を構成するガスジェネレータタービン3aを駆動する。   In the thermoelectric variable cogeneration system according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the gas turbine 4 is started, compressed air 101 introduced from the compressor 1 is supplied, and fuel is produced in the gas turbine combustor 2. 201 is combusted to generate a high-temperature combustion gas 106, and the gas generator turbine 3 a constituting the turbine 3 is driven by the combustion gases 105 and 106 generated by the gas turbine combustor 2.

タービン3のガスジェネレータタービン3aを駆動して排出されたガスタービン排ガス107は、次にパワータービン3bに流入してパワータービン3bを駆動する。そして、パワータービン3bを駆動して排出されたガスタービン排ガス108は、排熱回収ボイラ5に供給されるが、この排熱回収ボイラ5ではガスタービン排ガス108を熱源として蒸気を発生させる。   The gas turbine exhaust gas 107 discharged by driving the gas generator turbine 3a of the turbine 3 then flows into the power turbine 3b and drives the power turbine 3b. The gas turbine exhaust gas 108 discharged by driving the power turbine 3b is supplied to the exhaust heat recovery boiler 5. The exhaust heat recovery boiler 5 generates steam using the gas turbine exhaust gas 108 as a heat source.

排熱回収ボイラ5で発生した蒸気は、排熱回収ボイラ5で発生した蒸気を供給する蒸気供給系統300に設置された蒸気圧力計305及び蒸気温度検出器306によって蒸気圧力と蒸気温度をそれぞれ計測して、制御器400にそれらの計測値を入力する。   The steam generated in the exhaust heat recovery boiler 5 measures the steam pressure and the steam temperature by the steam pressure gauge 305 and the steam temperature detector 306 installed in the steam supply system 300 for supplying the steam generated in the exhaust heat recovery boiler 5, respectively. Then, those measured values are input to the controller 400.

前記制御器400では、蒸気圧力計305で計測した蒸気圧力が予め定めた設定圧力よりも大きくなると、前記蒸気供給系統300に接続する第1の蒸気系統301に設置した第1の蒸気流量調節弁311を開弁操作して、前記第1の蒸気系統301を通じてガスタービン燃焼器2の蒸気噴射位置aに第1の蒸気321の注入を開始する。   In the controller 400, when the steam pressure measured by the steam pressure gauge 305 becomes larger than a predetermined set pressure, a first steam flow control valve installed in the first steam system 301 connected to the steam supply system 300 is used. The valve 311 is opened to inject the first steam 321 into the steam injection position a of the gas turbine combustor 2 through the first steam system 301.

また、排熱回収ボイラ5で発生した蒸気を供給する蒸気供給系統300は、蒸気を消費する設備である蒸気消費設備6に蒸気を供給する蒸気送気系統303に接続されており、この蒸気送気系統303には蒸気消費設備6に供給する蒸気量を調節する蒸気流量調節弁313が設置されている。   A steam supply system 300 that supplies steam generated in the exhaust heat recovery boiler 5 is connected to a steam supply system 303 that supplies steam to the steam consumption facility 6 that is a facility that consumes steam. The air system 303 is provided with a steam flow rate adjusting valve 313 for adjusting the amount of steam supplied to the steam consuming facility 6.

前記制御器400では、蒸気圧力計305で計測した蒸気圧力と予め定めた設定圧力に基づいて前記蒸気系統303に設置した流量調節弁313を開弁操作して、蒸気消費設備6に必要とする消費量の蒸気の供給を開始する。   The controller 400 requires the steam consuming equipment 6 to open the flow control valve 313 installed in the steam system 303 based on the steam pressure measured by the steam pressure gauge 305 and a preset set pressure. Start supplying steam for consumption.

蒸気系統303を通じて蒸気消費設備6に蒸気の供給が開始されると、排熱回収ボイラ5から蒸気供給系統300に供給された蒸気の圧力である蒸気圧力計305で計測する蒸気圧力305aが低下する。   When the supply of steam to the steam consuming facility 6 is started through the steam system 303, the steam pressure 305a measured by the steam pressure gauge 305, which is the pressure of the steam supplied from the exhaust heat recovery boiler 5 to the steam supply system 300, decreases. .

そこで、前記蒸気供給系統300を流下する蒸気の蒸気圧力305aを所定の圧力に維持しようとして、ガスタービン負荷指令値または回転数指令値が大きくなり、ガスタービン燃焼器2に燃料201を供給する燃料系統200に設けた燃料流量調整弁202の開度を更に開弁操作することになる。   Therefore, in order to maintain the steam pressure 305a of the steam flowing down the steam supply system 300 at a predetermined pressure, the gas turbine load command value or the rotational speed command value increases, and the fuel that supplies the fuel 201 to the gas turbine combustor 2 The opening degree of the fuel flow rate adjustment valve 202 provided in the system 200 is further opened.

こうして、前記蒸気供給系統300を流下する蒸気の蒸気圧力305aを一定にすることを制御目標にして燃料流量を制御する本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいては熱優先の蒸気制御となる。   Thus, in the thermoelectric variable cogeneration system of the present embodiment that controls the fuel flow rate with the control target of making the steam pressure 305a of the steam flowing down the steam supply system 300 constant, steam control with priority to heat is performed.

この場合、ガスタービン4を構成する発電機20の発電量は変化するため、電力消費量との差分は電力系統からの送電量を調節することになる。   In this case, since the power generation amount of the generator 20 constituting the gas turbine 4 changes, the difference from the power consumption amount adjusts the power transmission amount from the power system.

一方、本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムでは、発電機20が電力系統に接続していない場合など、熱よりも電力の制御を優先する場合には、電力要求指令値が大きくなった場合に燃料流量が増加して、前記蒸気供給系統300を流下する蒸気の蒸気圧力305aが高くなる。   On the other hand, in the thermoelectric variable cogeneration system of the present embodiment, when the power control command is given priority over heat, such as when the generator 20 is not connected to the power system, the power request command value becomes large. As the fuel flow rate increases, the steam pressure 305a of the steam flowing down the steam supply system 300 increases.

ところで、前記蒸気供給系統300を流下する蒸気の蒸気圧力305aが高くなると、蒸気供給系統300と蒸気系統303を通じて蒸気が供給される蒸気消費設備6で使用できる蒸気の最大蒸気量も大きくなる。   By the way, when the steam pressure 305a of the steam flowing down the steam supply system 300 increases, the maximum amount of steam that can be used in the steam consuming facility 6 to which steam is supplied through the steam supply system 300 and the steam system 303 also increases.

また、排熱回収ボイラ5で発生する蒸気の発生蒸気量が増えたり、消費設備6での蒸気の消費量が減ったりして、前記蒸気供給系統300を流下する蒸気の蒸気圧力305aがさらに高くなると、蒸気供給系統300から分岐した第2の蒸気系統302に設けた第2の蒸気流量調節弁312を開弁して、第2の蒸気系統302を通じてガスタービン燃焼器2内への蒸気注入を開始する。   In addition, the amount of steam generated in the exhaust heat recovery boiler 5 increases or the amount of steam consumed in the consumption facility 6 decreases, so that the steam pressure 305a of the steam flowing down the steam supply system 300 is further increased. Then, the second steam flow rate adjustment valve 312 provided in the second steam system 302 branched from the steam supply system 300 is opened, and steam is injected into the gas turbine combustor 2 through the second steam system 302. Start.

第2の蒸気流量調節弁312の制御は、たとえば後述する図7に示すように、蒸気供給系統300に設置した蒸気圧力検出器305で計測する蒸気の蒸気圧力305aの計測値をほぼ一定に維持するように、制御器400から指令する弁開度指令値422によって第2の蒸気流量調節弁312の開度を操作して制御する。   For example, as shown in FIG. 7 to be described later, the second steam flow rate control valve 312 controls the steam steam pressure 305a measured by the steam pressure detector 305 installed in the steam supply system 300 so that the measured value of the steam is almost constant. As described above, the opening degree of the second steam flow rate adjustment valve 312 is controlled by the valve opening degree command value 422 commanded from the controller 400.

第1の蒸気系統301に設置した第1の蒸気流量調節弁311の開度は、図2に示す制御器400によって次の通り決定されて制御される。   The opening degree of the first steam flow control valve 311 installed in the first steam system 301 is determined and controlled as follows by the controller 400 shown in FIG.

即ち、制御器400には、燃料系統200に設置した燃料流量計203で検出した燃料流量信号、ガスタービン燃焼器2に供給する注入蒸気量となる第2の蒸気流量322を検出するために第2の蒸気系統302に設置した第2の蒸気流量検出手段60で検出した第2の蒸気流量322の検出信号、及び、排熱回収ボイラ5で発生した蒸気を供給する蒸気供給系統300に設置した蒸気圧力検出器305で検出した蒸気の圧力信号と、該蒸気供給系統300に設置した蒸気温度計306で検出した蒸気の温度信号がそれぞれ入力されている。   That is, the controller 400 detects the fuel flow rate signal detected by the fuel flow meter 203 installed in the fuel system 200 and the second steam flow rate 322 that is the amount of injected steam supplied to the gas turbine combustor 2. The detection signal of the second steam flow rate 322 detected by the second steam flow rate detection means 60 installed in the second steam system 302 and the steam supply system 300 that supplies the steam generated in the exhaust heat recovery boiler 5 are installed. The steam pressure signal detected by the steam pressure detector 305 and the steam temperature signal detected by the steam thermometer 306 installed in the steam supply system 300 are input.

また、制御器400には、圧縮機1の入り口に設置した圧縮機入口案内翼(IGV)の開度検出器19で検出したIGV開度信号、ガスタービン4の軸21aに設置した圧縮機回転数検出器22で検出した圧縮機回転数信号を入力するように構成しても良い。   Further, the controller 400 includes an IGV opening signal detected by an opening detector 19 of a compressor inlet guide vane (IGV) installed at the inlet of the compressor 1, and a compressor rotation installed on the shaft 21 a of the gas turbine 4. You may comprise so that the compressor rotation speed signal detected with the number detector 22 may be input.

前記燃料流量、IGV開度、回転数の各検出信号、第2の蒸気流量検出手段60で検出した第2の蒸気流量322の検出信号のうち、少なくとも燃料流量計203で検出した燃料流量信号と、第2の蒸気系統302に設置した第2の蒸気流量検出手段60で検出した第2の蒸気流量322の検出信号は制御器400に設置された第1の蒸気流量指令値411を求める第1の演算器401にそれぞれ入力され、この第1の演算器401の演算によって前記第1の蒸気系統301に設置した第1の蒸気流量調節弁311を操作する第1の蒸気流量指令値411が算出される。   Of the fuel flow rate, the IGV opening degree, the number of rotation detection signals, and the detection signal of the second steam flow rate 322 detected by the second steam flow rate detection means 60, at least the fuel flow rate signal detected by the fuel flow meter 203 The detection signal of the second steam flow rate 322 detected by the second steam flow rate detection means 60 installed in the second steam system 302 is the first to obtain the first steam flow command value 411 installed in the controller 400. The first steam flow rate command value 411 for operating the first steam flow rate control valve 311 installed in the first steam system 301 is calculated by the calculation of the first computing unit 401. Is done.

具体的には、前記第1の演算器401において、燃料流量計203で検出した燃料201の燃料流量信号に対しては、図3に示した第1蒸気量と燃料流量との関係特性となるように設定されており、燃料流量が大きくなると第1の蒸気流量が増加するように設定されている。これにより、燃料流量が増加した際のNOx排出量増加を抑制できる。   Specifically, in the first computing unit 401, the fuel flow rate signal of the fuel 201 detected by the fuel flow meter 203 has the relational characteristic between the first steam amount and the fuel flow rate shown in FIG. The first steam flow rate is set to increase when the fuel flow rate increases. Thereby, the increase in NOx emission amount when the fuel flow rate increases can be suppressed.

また、前記第1の演算器401では、必要に応じて、圧縮機入口案内翼(IGV)の開度検出器19で検出したIGV開度信号に対して、図4に示した第1蒸気量とIGV開度との関係特性となるように前記第1の蒸気流量指令値411を演算するように設定されており、前記圧縮機入口案内翼(IGV)の開度検出器19で検出したIGV開度信号が大きくなると第1の蒸気流量が減少するように前記第1の蒸気流量指令値411の演算を行なっている。   Moreover, in the said 1st calculator 401, the 1st steam volume shown in FIG. 4 with respect to the IGV opening degree signal detected with the opening degree detector 19 of the compressor inlet guide vane (IGV) as needed. The IGV detected by the opening detector 19 of the compressor inlet guide vane (IGV) is set so as to calculate the first steam flow rate command value 411 so as to have a relational characteristic between the IGV opening and the IGV opening. The first steam flow rate command value 411 is calculated so that the first steam flow rate decreases as the opening degree signal increases.

同様に、前記第1の演算器401では、必要に応じて、圧縮機回転数検出器22で検出した圧縮機回転数信号に対して、図5に示した第1蒸気量と圧縮機回転数との関係特性となるように前記第1の蒸気流量指令値411を演算するように設定されており、前記圧縮機回転数検出器22で検出した圧縮機回転数が大きくなると第1の蒸気流量が減少するように前記第1の蒸気流量指令値411の演算を行なっている。   Similarly, in the first computing unit 401, the first steam amount and the compressor rotational speed shown in FIG. 5 are applied to the compressor rotational speed signal detected by the compressor rotational speed detector 22 as necessary. Is set to calculate the first steam flow rate command value 411 so that the first steam flow rate increases when the compressor rotational speed detected by the compressor rotational speed detector 22 increases. The first steam flow rate command value 411 is calculated so as to decrease.

ところで、圧縮機のIGV開度あるいは圧縮機回転数が大きくなると、燃焼空気量が増加して燃焼が不安定になる可能性がある。これに対しては、必要に応じて、第1の演算器401による上記した制御をおこなうことによって燃焼空気中の湿分を低下させてガスタービン燃焼器2の燃焼安定性を維持することができる。   By the way, when the IGV opening of the compressor or the compressor rotational speed increases, the amount of combustion air may increase and combustion may become unstable. In response to this, if necessary, the moisture in the combustion air can be reduced by performing the above-described control by the first computing unit 401 to maintain the combustion stability of the gas turbine combustor 2. .

本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいては、図2に示すように、制御器400に備えられた第1の演算器401で演算して出力された第1の蒸気流量指令値411は、この制御器400に備えられて第1の蒸気流量調節弁311の開度を求める第2の演算器402の入力となり、この第2の演算器402による演算によって第1の蒸気流量指令値411に基づいた第1の蒸気流量調節弁311の開度指令となる弁開度指令値421が算出され、この弁開度指令値421によって第1の蒸気系統301を通じてガスタービン燃焼器2内に注入する第1の蒸気321の流量を調節する第1の蒸気流量調節弁311の開度を操作する。   In the thermoelectric variable cogeneration system of the present embodiment, as shown in FIG. 2, the first steam flow rate command value 411 calculated and output by the first calculator 401 provided in the controller 400 is: The controller 400 is provided with an input of a second computing unit 402 for obtaining the opening degree of the first steam flow rate adjusting valve 311, and the first steam flow rate command value 411 is calculated by the calculation by the second computing unit 402. A valve opening command value 421 serving as an opening command for the first steam flow control valve 311 is calculated, and injected into the gas turbine combustor 2 through the first steam system 301 based on the valve opening command value 421. The opening degree of the first steam flow rate adjusting valve 311 for adjusting the flow rate of the first steam 321 is operated.

この弁開度指令値421を算出する際に、前記第2の演算器402の演算において、蒸気供給系統300に設置した蒸気圧力検出器305及び蒸気温度計306でそれぞれ検出した蒸気の圧力信号及び蒸気の温度信号に基づいて制御器400に備えられた蒸気密度演算器405による演算によって蒸気の密度ρが計算できる。   When calculating the valve opening command value 421, the steam pressure signal detected by the steam pressure detector 305 and the steam thermometer 306 respectively installed in the steam supply system 300 in the calculation of the second calculator 402, and Based on the steam temperature signal, the steam density ρ can be calculated by the calculation by the steam density calculator 405 provided in the controller 400.

前記蒸気密度演算器405で演算した蒸気の密度ρを前記第2の演算器402の演算に反映することで、第2の演算器402で演算する第1の蒸気流量調節弁311の弁開度指令値421を正確に演算することが可能となるので、蒸気圧力検出器305及び蒸気温度計306でそれぞれ検出した蒸気の圧力信号及び蒸気の温度信号に基づいて蒸気密度演算器405で計算した蒸気の密度ρを前記第2の演算器402の演算に反映することによって、前記第1の蒸気流量調節弁311で調節する第1の蒸気321の流量をさらに高精度に制御することができる。   By reflecting the steam density ρ calculated by the steam density calculator 405 in the calculation of the second calculator 402, the valve opening degree of the first steam flow rate adjustment valve 311 calculated by the second calculator 402 is calculated. Since the command value 421 can be accurately calculated, the steam calculated by the steam density calculator 405 based on the steam pressure signal and the steam temperature signal detected by the steam pressure detector 305 and the steam thermometer 306, respectively. Is reflected in the calculation of the second calculator 402, whereby the flow rate of the first steam 321 adjusted by the first steam flow rate adjustment valve 311 can be controlled with higher accuracy.

即ち、前記第2の演算器402の演算においては、蒸気温度計306で検出した蒸気の温度が高くなり、蒸気圧力検出器305及び蒸気温度計306で検出した蒸気の圧力信号及び蒸気の温度信号から蒸気密度演算器405の計算で得られる蒸気の密度ρが低くなると、第1の蒸気系統301を通じてガスタービン燃焼器2内に注入する第1の蒸気321の流量を調節する第1の蒸気流量調節弁311の開度を開く方向に第2の演算器402から弁開度指令値421を出力して第1の蒸気流量調節弁311の開度を制御する。   That is, in the calculation of the second calculator 402, the temperature of the steam detected by the steam thermometer 306 becomes high, the steam pressure signal and the steam temperature signal detected by the steam pressure detector 305 and the steam thermometer 306. The first steam flow rate for adjusting the flow rate of the first steam 321 injected into the gas turbine combustor 2 through the first steam system 301 when the steam density ρ obtained from the calculation by the steam density computing unit 405 decreases. A valve opening command value 421 is output from the second computing unit 402 in a direction to open the opening of the control valve 311 to control the opening of the first steam flow control valve 311.

逆に、蒸気温度計306で検出した蒸気の温度が低くなり、蒸気圧力検出器305及び蒸気温度計306で検出した蒸気の圧力信号及び蒸気の温度信号から蒸気密度演算器405の計算で得られる蒸気の密度ρが高くなると、第1の蒸気流量調節弁311の開度を閉じる方向に第2の演算器402から弁開度指令値421を出力して第1の蒸気流量調節弁311の開度を制御するように構成している。   On the contrary, the temperature of the steam detected by the steam thermometer 306 is lowered, and it is obtained by calculation of the steam density calculator 405 from the steam pressure signal and the steam temperature signal detected by the steam pressure detector 305 and the steam thermometer 306. When the steam density ρ increases, a valve opening command value 421 is output from the second calculator 402 in a direction to close the opening of the first steam flow control valve 311 to open the first steam flow control valve 311. It is configured to control the degree.

本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいては、図2に示すように、第2の蒸気系統302を通じてガスタービン燃焼器2内に供給する注入蒸気量となる第2の蒸気流量322を検出する第2の蒸気流量検出手段60が第2の蒸気系統302に設置されており、この第2の蒸気流量検出手段60で検出した第2の蒸気系統302を通じてガスタービン燃焼器2内に供給される第2の蒸気流量322の検出値が制御器400の第1の演算器401に入力するように構成されている。   In the thermoelectric variable cogeneration system of the present embodiment, as shown in FIG. 2, the second steam flow rate 322 that is the amount of injected steam supplied into the gas turbine combustor 2 through the second steam system 302 is detected. The second steam flow rate detection means 60 is installed in the second steam system 302 and is supplied into the gas turbine combustor 2 through the second steam system 302 detected by the second steam flow rate detection means 60. The detected value of the second steam flow rate 322 is configured to be input to the first calculator 401 of the controller 400.

そして第2の蒸気流量検出手段60で検出した第2の蒸気流量322の検出値が制御器400の第1の演算器401に入力されるので、この第1の演算器401では、第2の蒸気系統302を通じてガスタービン燃焼器2内に供給される第2の蒸気流量322の実測値である前記第2の蒸気流量検出手段60で検出した第2の蒸気流量322の検出値に基づいて第1の蒸気流量調節弁311を操作する第1の蒸気流量指令値411を演算している。   The detected value of the second steam flow rate 322 detected by the second steam flow rate detection means 60 is input to the first computing unit 401 of the controller 400, so that the first computing unit 401 Based on the detected value of the second steam flow rate 322 detected by the second steam flow rate detection means 60, which is an actual measurement value of the second steam flow rate 322 supplied into the gas turbine combustor 2 through the steam system 302. The first steam flow command value 411 for operating the first steam flow control valve 311 is calculated.

尚、第2の蒸気系統302を流れる第2の蒸気322の蒸気流量を検出する前記第2の蒸気流量検出手段60としては、図1及び図9にそれぞれ示したように、前記第2の蒸気系統302に設置され、この第2の蒸気系統302を流れる第2の蒸気322の蒸気流量を検出する流量計60が考えられる。   As the second steam flow rate detecting means 60 for detecting the steam flow rate of the second steam 322 flowing through the second steam system 302, the second steam is detected as shown in FIGS. A flow meter 60 that is installed in the system 302 and detects the steam flow rate of the second steam 322 flowing through the second steam system 302 can be considered.

または、前記第2の蒸気流量検出手段60として、第2の蒸気系統302に設置した第2の蒸気流量調整弁312の開度を検知する弁開度検出器(図示せず)、又は前記第2の蒸気流量調整弁312に対して弁開度を指令する指令値の検出器(図示せず)等が考えられる。   Alternatively, as the second steam flow rate detection means 60, a valve opening degree detector (not shown) for detecting the opening degree of the second steam flow rate adjustment valve 312 installed in the second steam system 302, or the first A command value detector (not shown) for commanding the valve opening degree to the second steam flow rate adjusting valve 312 may be considered.

また本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムでは、図2の制御器400に示すように、制御器400には第2の蒸気流量指令値412を求める前記第3の演算器403が備えられており、この第3の演算器403では蒸気圧力検出器305で検出した蒸気圧力を入力信号として、演算によって前記第2の蒸気系統302を流下して該第2の蒸気系統302に設置した第2の蒸気流量調節弁312によって流量が調節される第2の蒸気322の蒸気流量を指令する第2の蒸気流量指令値412が算出され、第4の演算器404に出力される。   Further, in the thermoelectric variable cogeneration system of this embodiment, as shown in the controller 400 of FIG. 2, the controller 400 is provided with the third arithmetic unit 403 for obtaining the second steam flow rate command value 412. The third computing unit 403 uses the steam pressure detected by the steam pressure detector 305 as an input signal, and flows down the second steam system 302 by computation and is installed in the second steam system 302. The second steam flow rate command value 412 for commanding the steam flow rate of the second steam 322 whose flow rate is regulated by the steam flow rate regulating valve 312 is calculated and output to the fourth computing unit 404.

そして、第4の演算器404では第3の演算器403で演算された第2の蒸気流量指令値412に基づいて第2の蒸気流量調節弁312の開度指令となる弁開度指令値422を算出し、この第2の蒸気流量調節弁312の開度を調節する。   Then, in the fourth computing unit 404, a valve opening command value 422 that serves as an opening command for the second steam flow rate control valve 312 based on the second steam flow rate command value 412 computed by the third computing unit 403. And the opening degree of the second steam flow rate adjustment valve 312 is adjusted.

また、前記第3の演算器403で演算した第2の蒸気流量指令値412は、第2の蒸気流量322を検出する第2の蒸気流量検出手段60に替えて、前記第1の演算器401に入力するように構成しても良い。この場合、前記第2の蒸気流量検出手段60の設置を不要にすることができる。   Further, the second steam flow rate command value 412 calculated by the third computing unit 403 is replaced with the second steam flow rate detecting means 60 for detecting the second steam flow rate 322, and the first computing unit 401 is replaced. You may comprise so that it may input into. In this case, the installation of the second steam flow rate detection means 60 can be eliminated.

本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、前記制御器400に第3の演算器403を設置する場合に、この第3の演算器403では、図7に示した第2蒸気量と蒸気圧力との関係特性となるように、蒸気圧力検出器305で検出した蒸気圧力が高くなって予め定めた値に達した時に第2の蒸気流量調節弁312が開き始め、蒸気圧力305がほぼ一定となる第2の蒸気流量指令値412を出力するように設定されている。   In the thermoelectrically variable cogeneration system of the present embodiment, when the third computing unit 403 is installed in the controller 400, the third computing unit 403 uses the second steam amount and the steam pressure shown in FIG. When the steam pressure detected by the steam pressure detector 305 increases and reaches a predetermined value, the second steam flow control valve 312 starts to open, and the steam pressure 305 is substantially constant. The second steam flow rate command value 412 is set to be output.

前記第3の演算器403をこのように構成することによって、燃料201の燃料流量203が変化して排熱回収ボイラ5で発生する蒸気量が変化したり、蒸気消費設備6で使用される蒸気量が変化したりした場合にも、排熱回収ボイラ5から蒸気供給系統300に供給される蒸気の蒸気圧力を一定に保つことができる。   By configuring the third computing unit 403 in this way, the fuel flow rate 203 of the fuel 201 changes to change the amount of steam generated in the exhaust heat recovery boiler 5, or the steam used in the steam consuming facility 6. Even when the amount changes, the steam pressure of the steam supplied from the exhaust heat recovery boiler 5 to the steam supply system 300 can be kept constant.

本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいては、図2に示すように、制御器400に備えられた前記第3の演算器403で演算して出力された第2の蒸気流量指令値412は、制御器400に備えられた第2の蒸気流量調節弁312の開度を求める第4の演算器404の入力となり、この第4の演算器404による演算によって第2の蒸気流量指令値412に基づいた第2の蒸気流量調節弁312の開度指令となる弁開度指令値422が算出される。   In the thermoelectric variable cogeneration system of the present embodiment, as shown in FIG. 2, the second steam flow rate command value 412 calculated and output by the third calculator 403 provided in the controller 400 is The input of the fourth arithmetic unit 404 for obtaining the opening degree of the second steam flow rate adjusting valve 312 provided in the controller 400 becomes an input to the second steam flow rate command value 412 by the calculation by the fourth arithmetic unit 404. A valve opening command value 422 serving as an opening command for the second steam flow rate control valve 312 is calculated.

この弁開度指令値422を算出する際に、前記第5の演算器405の演算において、蒸気供給系統300に設置した蒸気圧力検出器305及び蒸気温度計306で検出した蒸気の圧力信号及び蒸気の温度信号から蒸気の密度ρが分かるので、これらの蒸気の圧力信号及び蒸気の温度信号を前記第4の演算器404の演算に反映することで、前記第2の蒸気流量調節弁312で調節する第2の蒸気322の流量をさらに高精度に制御することができる。   When calculating the valve opening command value 422, the steam pressure signal and steam detected by the steam pressure detector 305 and the steam thermometer 306 installed in the steam supply system 300 in the calculation of the fifth calculator 405. Therefore, the steam pressure signal and the steam temperature signal are reflected in the calculation of the fourth computing unit 404 to be adjusted by the second steam flow rate control valve 312. Thus, the flow rate of the second steam 322 can be controlled with higher accuracy.

即ち、前記第4の演算器404の演算においては、蒸気温度計306で検出した蒸気の温度が高く、蒸気圧力検出器305及び蒸気温度計306で検出した蒸気の圧力信号及び蒸気の温度信号から得られる蒸気の密度ρが低くなると、第2の蒸気系統302を通じてガスタービン燃焼器2内に注入する第2の蒸気322の流量を調節する第2の蒸気322の流量を調節する第2の蒸気流量調節弁312の開度を開く方向に制御する。   That is, in the calculation of the fourth calculator 404, the steam temperature detected by the steam thermometer 306 is high, and the steam pressure signal and steam temperature signal detected by the steam pressure detector 305 and the steam thermometer 306 are used. When the density ρ of the obtained steam decreases, the second steam that adjusts the flow rate of the second steam 322 that adjusts the flow rate of the second steam 322 that is injected into the gas turbine combustor 2 through the second steam system 302. The opening degree of the flow control valve 312 is controlled to open.

逆に、蒸気温度計306で検出した蒸気の温度が低く、蒸気圧力検出器305及び蒸気温度計306で検出した蒸気の圧力信号及び蒸気の温度信号から得られる蒸気の密度ρが高くなると、第2の蒸気322の流量を調節する第2の蒸気流量調節弁312の開度を閉じる方向に制御するように構成している。   Conversely, when the steam temperature detected by the steam thermometer 306 is low and the steam pressure ρ obtained from the steam pressure signal and the steam temperature signal detected by the steam pressure detector 305 and the steam thermometer 306 increases, The second steam flow rate adjusting valve 312 for adjusting the flow rate of the second steam 322 is configured to be controlled in the closing direction.

また、前記第4の演算器404の演算において、第2の蒸気流量指令値412の最大値を、図8に示した第2蒸気量とGT圧力比との関係特性となるように、流量値に制限を設けることでガスタービンの圧力比を基に制限することもできる。   Further, in the calculation of the fourth calculator 404, the flow rate value is set so that the maximum value of the second steam flow rate command value 412 becomes the relational characteristic between the second steam amount and the GT pressure ratio shown in FIG. It is also possible to limit based on the pressure ratio of the gas turbine.

このように構成することによって、第2の蒸気322の流量が大きくなりすぎてガスタービンの圧力比が高くなり、圧縮機サージマージンが小さくなりすぎることを防止できる。   By configuring in this way, it is possible to prevent the flow rate of the second steam 322 from becoming too large, the pressure ratio of the gas turbine from becoming high, and the compressor surge margin from becoming too small.

以上説明したように、本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいては、蒸気消費設備6で必要な蒸気量が変化した場合に、ガスタービン4に注入される蒸気量を変化させて熱電比可変の運用をおこなう際にも、安定した燃焼を維持しつつNOx排出量を最小限に抑えることができる。   As described above, in the thermoelectric variable cogeneration system of the present embodiment, when the amount of steam necessary for the steam consuming equipment 6 changes, the amount of steam injected into the gas turbine 4 is changed to change the thermoelectric ratio. When performing the operation, NOx emission can be minimized while maintaining stable combustion.

次に、本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、第2の蒸気322の蒸気流量を考慮した第1の蒸気321の蒸気流量制御について説明する。   Next, steam flow control of the first steam 321 in consideration of the steam flow rate of the second steam 322 in the thermoelectric variable cogeneration system of the present embodiment will be described.

排熱回収ボイラ5で発生した蒸気を供給する蒸気供給系統300に接続され、この蒸気供給系統300から第1の蒸気系統301と第2の蒸気系統302とに分岐した蒸気系統のうち、第2の蒸気系統302を通じてガスタービン燃焼器2の燃焼器ライナ10内に供給される蒸気は、図1に示したように、燃焼器ライナ10に設けられた希釈孔14よりも上流側に位置する該燃焼器ライナ10に設けた燃焼孔30から燃焼器ライナ10内に注入される第2の蒸気322の他の一部の蒸気322aと、燃焼器ライナ10に設けた前記希釈孔14から燃焼器ライナ10内に注入される第2の蒸気322の一部の蒸気322bである。   Of the steam systems that are connected to the steam supply system 300 that supplies the steam generated in the exhaust heat recovery boiler 5 and branched from the steam supply system 300 to the first steam system 301 and the second steam system 302, the second As shown in FIG. 1, the steam supplied into the combustor liner 10 of the gas turbine combustor 2 through the steam system 302 is upstream of the dilution hole 14 provided in the combustor liner 10. Another part of the steam 322 a injected into the combustor liner 10 from the combustion hole 30 provided in the combustor liner 10 and the dilution hole 14 provided in the combustor liner 10, the combustor liner. 10 is a part of the second steam 322 injected into the steam 322b.

そして、燃焼孔30から燃焼器ライナ10内に注入された第2の蒸気322の他の一部の蒸気322aは、ガスタービン燃焼器2の燃焼器ライナ10の内部で2次燃焼空気110および燃焼空気104と混合して燃料201の燃焼に用いられることでNOx排出量低減に寄与する。   The other steam 322a of the second steam 322 injected into the combustor liner 10 from the combustion hole 30 is generated in the combustor liner 10 of the gas turbine combustor 2 with the secondary combustion air 110 and the combustion. Mixing with air 104 and using it for the combustion of fuel 201 contributes to a reduction in NOx emissions.

その際に、第2の蒸気系統302を通じてガスタービン燃焼器2内に注入される第2の蒸気322の蒸気流量が増減すると、燃焼器ライナ10に設けた希釈孔14から該燃焼器ライナ10内へ流入する第2の蒸気322の一部の蒸気322bと、燃焼器ライナ10で該希釈孔14よりも上流側に位置する該燃焼器ライナ10に設けた燃焼孔30から該燃焼器ライナ10内に注入され、低NOx化に寄与する第2の蒸気322の他の一部の蒸気322aとの流量比、および、前記第2の蒸気322の一部の蒸気322bと前記第2の蒸気322の他の一部の蒸気322aのそれぞれの流量が増減する。   At this time, if the steam flow rate of the second steam 322 injected into the gas turbine combustor 2 through the second steam system 302 increases or decreases, the inside of the combustor liner 10 passes through the dilution hole 14 provided in the combustor liner 10. In the combustor liner 10, a part of the steam 322 b of the second steam 322 flowing into the combustor liner 10 and a combustion hole 30 provided in the combustor liner 10 located upstream of the dilution hole 14 in the combustor liner 10. The flow rate ratio of the second steam 322 to another part of the steam 322a that contributes to the reduction of NOx, and the part of the steam 322b of the second steam 322 and the second steam 322 The flow rates of the other partial steams 322a increase or decrease.

本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムでは、低NOx化に寄与する第2の蒸気322の他の一部の蒸気322aの流量が増減しても、ガスタービン燃焼器2の火炎の燃焼安定性と低NOx性能を両立させるため、図2に示した制御器400の第3の演算器403で演算した第2の蒸気流量指令値412の信号を、第1の演算器401に入力している。   In the thermoelectric variable cogeneration system of the present embodiment, even if the flow rate of the other steam 322a of the second steam 322 contributing to low NOx is increased or decreased, the combustion stability of the flame of the gas turbine combustor 2 2 and the low NOx performance, the signal of the second steam flow rate command value 412 calculated by the third calculator 403 of the controller 400 shown in FIG. 2 is input to the first calculator 401. .

前記第1の演算器401では、図6に示した第1蒸気量と第2蒸気量との関係特性となるように、例えば、第2蒸気量の流量が小さい場合は第1蒸気量の最大値がほぼ一定となり、第2蒸気量の流量がある値を越えて大きくなった場合は第1蒸気量の最大値が徐々に減少するような関係の特性を有するように、第1の演算器401から出力する第1の蒸気流量指令値411を演算するように構成されている。   In the first computing unit 401, for example, when the flow rate of the second steam amount is small, the maximum of the first steam amount is obtained so that the relational characteristic between the first steam amount and the second steam amount shown in FIG. 6 is obtained. The first computing unit has such a characteristic that the value becomes substantially constant and the maximum value of the first steam amount gradually decreases when the flow rate of the second steam amount increases beyond a certain value. The first steam flow rate command value 411 output from 401 is calculated.

また、図2に示した制御器400では、前記第3の演算器403で演算した第2の蒸気流量指令値412を前記第1の演算器401に入力するようにフィードバックするように構成しているので、前記第1の演算器401は第3の演算器403からフィードバックした第2の蒸気流量指令値412を反映して第1の蒸気流量調節弁311を操作する第1の蒸気流量指令値411を演算している。   Further, the controller 400 shown in FIG. 2 is configured to feed back the second steam flow rate command value 412 calculated by the third calculator 403 so as to be input to the first calculator 401. Therefore, the first computing unit 401 reflects the second steam flow rate command value 412 fed back from the third computing unit 403, and operates the first steam flow rate control valve 311. 411 is calculated.

図3〜図8に示された第1の蒸気321の流量である第1蒸気量と、第2の蒸気322の流量である第2蒸気量との関係特性において、前記制御器400の第1の演算器401では、図6に示した第1蒸気量と第2蒸気量との関係特性となるように、例えば、第2蒸気量の流量が小さい場合は第1蒸気量の最大値がほぼ一定となり、第2蒸気量の流量がある値を越えて大きくなった場合は第1蒸気量の最大値が徐々に減少するような関係の特性を有するように、第1の演算器401から出力する第1の蒸気流量指令値411を演算することによって、ガスタービン燃焼器2に供給される燃焼空気104および2次燃焼空気110に含まれる湿分が適切になるように制御している。     In the relational characteristic between the first steam amount that is the flow rate of the first steam 321 and the second steam amount that is the flow rate of the second steam 322 shown in FIGS. 6, for example, when the flow rate of the second steam amount is small, the maximum value of the first steam amount is almost equal so that the relational characteristic between the first steam amount and the second steam amount shown in FIG. When the flow rate of the second steam amount increases beyond a certain value, the output from the first computing unit 401 is such that the maximum value of the first steam amount gradually decreases. By calculating the first steam flow rate command value 411, the moisture contained in the combustion air 104 and the secondary combustion air 110 supplied to the gas turbine combustor 2 is controlled to be appropriate.

このように制御することにより、第2の蒸気322の蒸気流量が増減した場合でも、ガスタービン燃焼器2で低NOx燃焼、且つ安定な燃焼を維持することができる。   By controlling in this way, even when the steam flow rate of the second steam 322 increases or decreases, low NOx combustion and stable combustion can be maintained in the gas turbine combustor 2.

また、第2の蒸気322の蒸気流量の増減と独立して燃料201の燃焼流量や空気流量が変化した場合にも、前述の場合と同様に低NOx燃焼を維持できる。   Further, even when the combustion flow rate or the air flow rate of the fuel 201 changes independently of the increase or decrease of the steam flow rate of the second steam 322, low NOx combustion can be maintained as in the case described above.

さらには、蒸気消費設備6での熱の需要が大きくなって、排熱回収ボイラ5で発生した蒸気を供給する蒸気供給系統300から第1の蒸気系統301と第2の蒸気系統302とに分岐した蒸気系統のうち、第2の蒸気系統302を通じてガスタービン燃焼器2内に供給される第2の蒸気322の蒸気流量が小さくなった場合でも、第1の蒸気系統301を通じてガスタービン燃焼器2内に供給される第1の蒸気321がガスタービン燃焼器2の内部で燃焼空気104に混入するので、第2の蒸気322だけで低NOx化を図る場合に比べて、低NOx化に必要な蒸気量を減らすことができるため、より多くの熱需要に応えられる。   Furthermore, the demand for heat in the steam consuming facility 6 increases, and the steam supply system 300 that supplies the steam generated in the exhaust heat recovery boiler 5 branches to the first steam system 301 and the second steam system 302. Even when the steam flow rate of the second steam 322 supplied into the gas turbine combustor 2 through the second steam system 302 is reduced, the gas turbine combustor 2 through the first steam system 301. Since the first steam 321 supplied into the inside of the gas turbine combustor 2 is mixed into the combustion air 104, it is necessary for reducing NOx compared to the case where the NOx is reduced only by the second steam 322. Since the amount of steam can be reduced, more heat demand can be met.

以上説明したように、本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいては、蒸気の消費量が小さいときに、NOx排出量抑制を兼ねて、ガスタービン燃焼器2に余剰蒸気を注入して発電量を増加させる熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、第2の蒸気322の一部をガスタービン燃焼器2に供給し、燃焼空気に混合して低NOx化を図った場合でも、燃料流量、空気流量、第2の蒸気流量の変化に対して消炎することを防止でき、低NOx燃焼、且つ安定な信頼性の高いガスタービンを有する熱電可変型コジェネレーションシステムを提供できる。   As described above, in the thermoelectrically variable cogeneration system of the present embodiment, when steam consumption is small, surplus steam is injected into the gas turbine combustor 2 to reduce NOx emissions, and the amount of power generated In the thermoelectric variable cogeneration system that increases the amount of fuel, even when a part of the second steam 322 is supplied to the gas turbine combustor 2 and mixed with the combustion air to reduce NOx, the fuel flow rate, air flow rate, It is possible to provide a thermoelectric variable cogeneration system having a gas turbine that can be prevented from extinguishing with respect to the change in the second steam flow rate, has low NOx combustion, and is stable and highly reliable.

また、多量の余剰蒸気をガスタービン燃焼器2に注入することができるので、熱電比の変化幅を大きくして、使い勝手を向上した熱電可変型コジェネレーションシステムを提供できる。   In addition, since a large amount of surplus steam can be injected into the gas turbine combustor 2, it is possible to provide a variable thermoelectric cogeneration system with an improved usability by increasing the variation range of the thermoelectric ratio.

逆に蒸気の消費量が大きく燃焼器に注入することができる蒸気が少量の時でも、NOx生成量への感度が大きい燃焼空気104に第1の蒸気を混合することができるので、低NOx効果を維持する熱電可変型コジェネレーションシステムを提供できる。   Conversely, even when the amount of steam consumed is large and the amount of steam that can be injected into the combustor is small, the first steam can be mixed with the combustion air 104 having a high sensitivity to the amount of NOx produced. Thermoelectric variable cogeneration system can be provided.

本実施例によれば、ガスタービン負荷変化による燃料流量、又は、蒸気消費設備で使用される蒸気量に変化が生じた場合に、ガスタービン燃焼器の燃焼安定性を確保すると共に、ガスタービン燃焼器から排出されるNOx排出量を低減することを可能にした熱電可変型コジェネレーションシステムが実現できる。   According to this embodiment, when the fuel flow rate due to the gas turbine load change or the steam amount used in the steam consuming equipment changes, the combustion stability of the gas turbine combustor is ensured and the gas turbine combustion is ensured. A variable thermoelectric cogeneration system that can reduce the amount of NOx discharged from the vessel can be realized.

次に、本発明の第2の実施例である熱電可変型コジェネレーションシステムについて、図9を用いて説明する。   Next, a thermoelectric variable cogeneration system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図9に示した本発明の第2実施例である熱電可変型コジェネレーションシステムが、図1〜図8に示した第1実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムと基本的な構成は同じなので、共通した構成についての説明は省略し、相違する構成についてのみ以下に説明する。   The thermoelectric variable cogeneration system according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 9 has the same basic configuration as the thermoelectric variable cogeneration system according to the first embodiment shown in FIGS. A description of the common configuration is omitted, and only a different configuration will be described below.

図9に示した本発明の第2実施例である熱電可変型コジェネレーションシステムが第2実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムと異なっているのは、第2の蒸気系統302を通じて供給する第2の蒸気322をガスタービン燃焼器2に直接供給する構成に替えて、第2の蒸気系統302を通じて第2の蒸気322を新たに設置した再生器27に供給するようにした構成にある。   The thermoelectric variable cogeneration system according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 9 is different from the thermoelectric variable cogeneration system according to the second embodiment in that the second supply through the second steam system 302 is different. Instead of directly supplying the steam 322 to the gas turbine combustor 2, the second steam 322 is supplied to the newly installed regenerator 27 through the second steam system 302.

図9に示した本発明の第2実施例である熱電可変型コジェネレーションシステムでは、更に、圧縮機1で圧縮された空気101を、一旦、ガスタービン4の外に抽気された後に、前記再生器27に供給してタービン排ガス108で加熱し、第2の蒸気322が注入されて加熱された高温空気111をガスタービン燃焼器2に供給するように構成している。   In the thermoelectric variable cogeneration system according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 9, the air 101 compressed by the compressor 1 is once extracted outside the gas turbine 4 and then regenerated. The high-temperature air 111 is supplied to the gas turbine combustor 2 by supplying the second steam 322 to the gas turbine combustor 2.

前記再生器27においては、タービン3のガスジェネレータタービン3a及びパワータービン3bを順次駆動し、パワータービン3bから排出されたタービン排ガス108の排熱を熱源として利用して、圧縮機1から抽気した圧縮空気101を加熱し、この第2の蒸気322が注入されて加熱された高温空気111をガスタービン燃焼器2に供給することによって、ガスタービン燃料器2で必要な燃料の流量を節約して高効率化を図ることができる。   In the regenerator 27, the gas generator turbine 3a and the power turbine 3b of the turbine 3 are sequentially driven, and the exhaust heat of the turbine exhaust gas 108 discharged from the power turbine 3b is used as a heat source to compress the air extracted from the compressor 1. By heating the air 101 and supplying the gas turbine combustor 2 with the high-temperature air 111 that is heated by the injection of the second steam 322, the flow rate of fuel required in the gas turbine fuel unit 2 is saved and increased. Efficiency can be improved.

本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムでは、排熱回収ボイラ5から発生した蒸気が供給される蒸気供給系統300と接続された第2の蒸気流入系統302を通じて供給される第2の蒸気322が、再生器27の上流側にて高圧空気101に注入されるように構成されている。   In the thermoelectric variable cogeneration system of the present embodiment, the second steam 322 supplied through the second steam inflow system 302 connected to the steam supply system 300 to which the steam generated from the exhaust heat recovery boiler 5 is supplied is provided. The high pressure air 101 is injected on the upstream side of the regenerator 27.

そして再生器27によってタービン排ガス108の排熱で高圧空気101が加熱されて高温空気111となり、この高温空気111が燃焼器ケーシング内に流入して、第1の実施例における熱電可変型コジェネレーションシステムで説明したように、冷却空気102、希釈空気103、燃焼空気104、及び、2次空気110として使用される。   The high-pressure air 101 is heated by the regenerator 27 by the exhaust heat of the turbine exhaust gas 108 to become high-temperature air 111. This high-temperature air 111 flows into the combustor casing, and the thermoelectric variable cogeneration system in the first embodiment. As described above, the cooling air 102, the dilution air 103, the combustion air 104, and the secondary air 110 are used.

このとき、大部分の空気が冷却空気102、希釈空気103として、ガスタービン燃焼器2の内部の火炎帯120には流入せずに、燃焼後の燃焼ガス105と合流するため、上述した第1の実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムと同様に、火炎の安定性を損なうことなく、蒸気をガスタービン燃焼器2に注入できる。   At this time, most of the air does not flow into the flame zone 120 inside the gas turbine combustor 2 as the cooling air 102 and the dilution air 103, but merges with the combustion gas 105 after combustion. Similarly to the thermoelectric variable cogeneration system of the embodiment, steam can be injected into the gas turbine combustor 2 without impairing the stability of the flame.

また、本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムの利点は、蒸気だけでなく高圧空気でもガスタービン排ガス108の排熱を回収することができるため、最大の蒸気発生量が少なくできるために、蒸気消費設備6での要求蒸気量が少なく、電力要求量が大きいシステム、すなわち、熱電比の小さいシステムに好適である。   Further, the advantage of the thermoelectric variable cogeneration system of the present embodiment is that the exhaust heat of the gas turbine exhaust gas 108 can be recovered not only with steam but also with high-pressure air, so that the maximum amount of steam generated can be reduced. It is suitable for a system that requires a small amount of steam and consumes a large amount of power, that is, a system with a small thermoelectric ratio.

上記した本実施例の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいても、上述したような蒸気制御を用いた蒸気注入によって、安定した燃焼を維持しつつNOx排出量を最小限に抑えることができる。   Also in the thermoelectric variable cogeneration system of the present embodiment described above, the NOx emission amount can be minimized while maintaining stable combustion by the steam injection using the steam control as described above.

本実施例によれば、ガスタービン負荷変化による燃料流量、又は、蒸気消費設備で使用される蒸気量に変化が生じた場合に、ガスタービン燃焼器の燃焼安定性を確保すると共に、ガスタービン燃焼器から排出されるNOx排出量を低減することを可能にした熱電可変型コジェネレーションシステムが実現できる。   According to this embodiment, when the fuel flow rate due to the gas turbine load change or the steam amount used in the steam consuming equipment changes, the combustion stability of the gas turbine combustor is ensured and the gas turbine combustion is ensured. A variable thermoelectric cogeneration system that can reduce the amount of NOx discharged from the vessel can be realized.

1:圧縮機、2:ガスタービン燃焼器、3:タービン、3a:ガスジェネレータタービン、3b:パワータービン、4:ガスタービン、5:排熱回収ボイラ、6:蒸気消費設備、7:燃焼器ケーシング、8:燃焼器カバー、9:燃料ノズル、10:燃焼器ライナ、11:ライナフロースリーブ、12:尾筒、13:尾筒フロースリーブ、14:希釈孔、15:蒸気注入ポート、16:蒸気注入孔、17:空気旋回器、18:隔壁、19:入口案内翼(圧縮機)、20:発電機、21a:軸(ガスジェネレータ)、 21b:軸(パワータービン)、22:回転数検出器、23:タービンケーシング、24:給水加熱器、25:ボイラ、26:蒸気過熱器、30:燃焼孔、50:燃焼室、60:第2蒸気流量検出手段、100:ガスタービン吸い込み空気(大気圧)、101:圧縮空気、102:ライナ冷却空気、103:希釈空気、 104:燃焼空気、105:燃焼ガス、106:燃焼ガス、107:ガスジェネレータ排気ガス、108:タービン排ガス、109:排気ガス、110:2次燃焼空気、120:火炎帯、200:燃料系統、201:燃料、202:燃料流量調節弁、203:燃料流量計、300:蒸気供給系統、301:第1の蒸気系統、302:第2の蒸気系統、303:蒸気消費設備への蒸気送気系統、304:蒸気放出系統、305:蒸気圧力検出器、306:蒸気温度検出器、311:第1の蒸気流量調節弁、312:第2の蒸気流量調節弁、313:蒸気消費設備へ送気する蒸気流量調節弁、314:蒸気放出弁、321:第1の蒸気、322:第2の蒸気、322a:第2の蒸気の他の一部の蒸気、322b:第2の蒸気の一部の蒸気、400:制御器、401:第1の演算器、402:第2の演算器、403:第3の演算器、404:第4の演算器、405:蒸気密度演算器、411:第1の蒸気流量指令値、412:第2の蒸気流量指令値、421:第1の蒸気流量調節弁の弁開度指令値、422:第2の蒸気流量調節弁の弁開度指令値。   1: compressor, 2: gas turbine combustor, 3: turbine, 3a: gas generator turbine, 3b: power turbine, 4: gas turbine, 5: exhaust heat recovery boiler, 6: steam consumption equipment, 7: combustor casing 8, combustor cover, 9: fuel nozzle, 10: combustor liner, 11: liner flow sleeve, 12: tail tube, 13: tail tube flow sleeve, 14: dilution hole, 15: steam injection port, 16: steam Injection hole, 17: air swirler, 18: partition, 19: inlet guide vane (compressor), 20: generator, 21a: shaft (gas generator), 21b: shaft (power turbine), 22: rotation speed detector , 23: Turbine casing, 24: Feed water heater, 25: Boiler, 26: Steam superheater, 30: Combustion hole, 50: Combustion chamber, 60: Second steam flow rate detection means, 100: Gaster Suction air (atmospheric pressure), 101: compressed air, 102: liner cooling air, 103: dilution air, 104: combustion air, 105: combustion gas, 106: combustion gas, 107: gas generator exhaust gas, 108: turbine exhaust gas 109: exhaust gas, 110: secondary combustion air, 120: flame zone, 200: fuel system, 201: fuel, 202: fuel flow control valve, 203: fuel flow meter, 300: steam supply system, 301: first Steam system, 302: second steam system, 303: steam supply system to steam consuming equipment, 304: steam discharge system, 305: steam pressure detector, 306: steam temperature detector, 311: first steam Flow rate control valve, 312: Second steam flow rate control valve, 313: Steam flow rate control valve for sending air to the steam consumption facility, 314: Steam release valve, 321: First steam, 322 : Second steam, 322a: other part of steam of second steam, 322b: part of steam of second steam, 400: controller, 401: first computing unit, 402: second Computing unit 403: third computing unit 404: fourth computing unit 405: steam density computing unit 411: first steam flow rate command value 412: second steam flow rate command value 421: first The valve opening command value of the steam flow control valve of 422: The valve opening command value of the second steam flow control valve.

Claims (7)

空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮用空気を用いて燃料を燃焼して燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスによって駆動されるタービンを備えたガスタービンと、ガスタービンのタービンから排出された排気ガスを熱源として蒸気を発生する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気を蒸気消費設備に供給する蒸気供給系統と、蒸気供給系統に供給された蒸気の一部を該蒸気供給系統と接続した蒸気注入系統を通じてガスタービンに注入する熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、
前記蒸気注入系統として、ガスタービン燃焼器内で燃焼ガスの流れに対して火炎帯の上流側の位置に蒸気の一部を注入する第1の蒸気系統と、ガスタービン燃焼器内で燃焼ガスの流れに対して火炎帯の下流側の位置に蒸気の他の一部を注入する第2の蒸気系統を配設し、
第1の蒸気系統を通じて注入する第1の蒸気の流量を調節する第1の蒸気流量調整弁及び第2の蒸気系統を通じて注入する第2の蒸気の流量を調節する第2の蒸気流量調整弁を第1の蒸気系統及び第2の蒸気系統にそれぞれ設置し、
前記ガスタービン燃焼器に供給する燃料の燃料流量を検出する燃料流量検出器を設置し、
前記第2の蒸気系統にガスタービン燃焼器に注入する第2の蒸気の流量を検出する蒸気流量検出手段を設置し、
前記蒸気供給系統に蒸気圧力検出器及び蒸気温度検出器をそれぞれ設置し、
前記燃料流量検出器で検出した燃料流量の検出値及び前記蒸気流量検出手段で検出した第2の蒸気流量の検出値に基づいて、前記第1の蒸気系統に設けた第1の蒸気流量調整弁の開度を調節してガスタービン燃焼器に供給する注入蒸気量を制御する制御器を設置したことを特徴とする熱電可変型コジェネレーションシステム。
Compressor for compressing air, gas turbine combustor for combusting fuel using compression air compressed by compressor and generating combustion gas, and turbine driven by combustion gas generated by gas turbine combustor A gas turbine equipped with an exhaust heat recovery boiler that generates steam using exhaust gas discharged from the turbine of the gas turbine as a heat source, a steam supply system that supplies steam generated in the exhaust heat recovery boiler to a steam consuming facility, In a thermoelectric variable cogeneration system that injects a part of steam supplied to a steam supply system into a gas turbine through a steam injection system connected to the steam supply system,
As the steam injection system, a first steam system for injecting a part of the steam to a position upstream of the flame zone with respect to the flow of the combustion gas in the gas turbine combustor, and a combustion gas in the gas turbine combustor Arranging a second steam system for injecting another part of the steam at a position downstream of the flame zone with respect to the flow;
A first steam flow rate adjusting valve for adjusting a flow rate of the first steam injected through the first steam system, and a second steam flow rate adjusting valve for adjusting a flow rate of the second steam injected through the second steam system. Installed in the first steam system and the second steam system,
A fuel flow detector for detecting the fuel flow rate of the fuel to be supplied to the gas turbine combustor;
Installing a steam flow rate detecting means for detecting a flow rate of the second steam injected into the gas turbine combustor in the second steam system;
A steam pressure detector and a steam temperature detector are respectively installed in the steam supply system,
A first steam flow rate adjusting valve provided in the first steam system based on a detected value of the fuel flow rate detected by the fuel flow rate detector and a detected value of the second steam flow rate detected by the steam flow rate detecting means. The thermoelectric variable cogeneration system is equipped with a controller for controlling the amount of injected steam supplied to the gas turbine combustor by adjusting the opening of the gas turbine.
請求項1に記載の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、
前記蒸気流量検出手段は、前記第2の蒸気系統を流れる蒸気の流量を検出する流量計、前記第2の蒸気系統に設置した第2の蒸気流量調整弁の開度を検知する検出器、又は前記第2の蒸気流量調整弁の開度を指令する指令値の検出器であることを特徴とする熱電可変型コジェネレーションシステム。
In the thermoelectric variable cogeneration system according to claim 1,
The steam flow rate detecting means is a flow meter for detecting a flow rate of steam flowing through the second steam system, a detector for detecting an opening degree of a second steam flow rate adjusting valve installed in the second steam system, or A thermoelectrically variable cogeneration system, characterized by being a command value detector for commanding the opening degree of the second steam flow rate regulating valve.
請求項1に記載の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、
前記制御器は、蒸気消費設備に供給される蒸気の状態を検出する蒸気検出手段で検出した検出信号に応じて前記第2の蒸気系統に供給する第2の蒸気の蒸気流量の指令値を算出し、この算出した蒸気流量の指令値に基づいて前記第2の蒸気系統に設けた第2の蒸気流量調整弁を制御することを特徴とする熱電可変型コジェネレーションシステム。
In the thermoelectric variable cogeneration system according to claim 1,
The controller calculates a command value of a steam flow rate of the second steam supplied to the second steam system in accordance with a detection signal detected by a steam detection means for detecting a state of steam supplied to the steam consuming facility. And a second steam flow regulating valve provided in the second steam system is controlled based on the calculated steam flow command value.
請求項3に記載の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、
蒸気消費設備に供給される蒸気の状態を検出する蒸気検出手段は、排熱回収ボイラで発生した蒸気を供給する蒸気系統に設置した蒸気の圧力を検出する蒸気圧力検出器、前記蒸気供給系統を経て前記蒸気消費設備に蒸気を供給する蒸気系統に設置された第3の蒸気流量調整弁の開度を検知する検出器、又は前記第3の蒸気流量調整弁の開度を指令する指令値の検出器であることを特徴とする熱電可変型コジェネレーションシステム。
The thermoelectric variable cogeneration system according to claim 3,
The steam detection means for detecting the state of the steam supplied to the steam consuming equipment includes a steam pressure detector for detecting the pressure of the steam installed in the steam system for supplying the steam generated in the exhaust heat recovery boiler, and the steam supply system. A detector that detects the opening of a third steam flow rate adjusting valve installed in a steam system that supplies steam to the steam consuming equipment, or a command value that commands the opening of the third steam flow rate adjusting valve; A thermoelectric variable cogeneration system characterized by being a detector.
空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮用空気を用いて燃料を燃焼して燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器で生成した燃焼ガスによって駆動されるタービンを備えたガスタービンと、ガスタービンのタービンから排出された排気ガスを熱源として蒸気を発生する排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気を蒸気消費設備に供給する蒸気供給系統と、蒸気供給系統に供給された蒸気の一部を該蒸気供給系統と接続した蒸気注入系統を通じてガスタービンに注入する熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、
前記蒸気注入系統として、ガスタービン燃焼器内で燃焼ガスの流れに対して火炎帯の上流側の位置に注入する蒸気の一部を注入する第1の蒸気系統と、ガスタービン燃焼器内で燃焼ガスの流れに対して火炎帯の下流側の位置に注入する蒸気の他の一部を注入する第2の蒸気系統を配設し、
第1の蒸気系統を通じて注入する第1の蒸気の流量を調節する第1の蒸気流量調整弁及び第2の蒸気系統を通じて注入する第2の蒸気の流量を調節する第2の蒸気流量調整弁を第1の蒸気系統及び第2の蒸気系統にそれぞれ設置し、
前記ガスタービン燃焼器に供給する燃料の燃料流量を検出する燃料流量検出器を設置し、
前記第2の蒸気系統にガスタービン燃焼器に注入する第2の蒸気の流量を検出する蒸気流量検出手段を設置し、
前記蒸気供給系統に蒸気圧力検出器及び蒸気温度検出器をそれぞれ設置し、
前記燃料流量検出器で検出した燃料流量の検出値に基づいて、前記第1の蒸気系統に設けた第1の蒸気流量調整弁の開度を調節してガスタービン燃焼器に供給する注入蒸気量を制御する制御器を設置し、
前記制御器は、前記燃料流量検出器に基づいて前記第1の蒸気系統を通じてガスタービン燃焼器に供給する注入蒸気量となる第1の蒸気の蒸気流量を演算して第1の蒸気流量調整弁の開度を制御する第1の蒸気流量指令値を出力する第1の演算器と、
前記蒸気圧力検出器で検出した蒸気圧力の検出値に基づいて前記第2の蒸気系統を通じてガスタービン燃焼器に供給する注入蒸気量となる第2の蒸気の蒸気流量を演算して第2の蒸気流量調整弁の開度を制御する第2の蒸気流量指令値を出力する第2の演算器が備えられており、
前記第1の演算器では、前記第2の演算器で演算された第2の蒸気流量指令値を入力させて前記第1の蒸気流量指令値を出力するように構成し、
前記蒸気温度検出器及び蒸気圧力検出器の検出値に基づいて第1の蒸気流量調整弁の開度及び第2の蒸気流量調整弁の開度を制限するように構成していることを特徴とする熱電可変型コジェネレーションシステム。
Compressor for compressing air, gas turbine combustor for combusting fuel using compression air compressed by compressor and generating combustion gas, and turbine driven by combustion gas generated by gas turbine combustor A gas turbine equipped with an exhaust heat recovery boiler that generates steam using exhaust gas discharged from the turbine of the gas turbine as a heat source, a steam supply system that supplies steam generated in the exhaust heat recovery boiler to a steam consuming facility, In a thermoelectric variable cogeneration system that injects a part of steam supplied to a steam supply system into a gas turbine through a steam injection system connected to the steam supply system,
As the steam injection system, a first steam system for injecting a part of steam injected into a position upstream of the flame zone with respect to the flow of combustion gas in the gas turbine combustor, and combustion in the gas turbine combustor A second steam system for injecting another part of the steam to be injected at a position downstream of the flame zone with respect to the gas flow;
A first steam flow rate adjusting valve for adjusting a flow rate of the first steam injected through the first steam system, and a second steam flow rate adjusting valve for adjusting a flow rate of the second steam injected through the second steam system. Installed in the first steam system and the second steam system,
A fuel flow detector for detecting the fuel flow rate of the fuel to be supplied to the gas turbine combustor;
Installing a steam flow rate detecting means for detecting a flow rate of the second steam injected into the gas turbine combustor in the second steam system;
A steam pressure detector and a steam temperature detector are respectively installed in the steam supply system,
The amount of injected steam supplied to the gas turbine combustor by adjusting the opening of the first steam flow rate adjusting valve provided in the first steam system based on the detected value of the fuel flow rate detected by the fuel flow rate detector. Installed a controller to control
The controller calculates a steam flow rate of the first steam, which is an injection steam amount supplied to the gas turbine combustor through the first steam system based on the fuel flow rate detector, and calculates a first steam flow rate adjustment valve. A first computing unit that outputs a first steam flow rate command value that controls the opening degree of
Based on the detected value of the steam pressure detected by the steam pressure detector, the second steam is calculated by calculating the steam flow rate of the second steam that is the amount of injected steam supplied to the gas turbine combustor through the second steam system. A second computing unit for outputting a second steam flow rate command value for controlling the opening degree of the flow rate regulating valve;
The first computing unit is configured to input the second steam flow rate command value computed by the second computing unit and output the first steam flow rate command value,
The opening degree of the first steam flow rate adjustment valve and the opening degree of the second steam flow rate adjustment valve are limited based on the detection values of the steam temperature detector and the steam pressure detector. Thermoelectric variable cogeneration system.
請求項5に記載の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、
前記制御器に設けた第2の演算器は、蒸気消費設備に供給される蒸気の状態を検出する蒸気検出手段で検出した検出信号に応じて前記第2の蒸気系統に供給する第2の蒸気の蒸気流量指令値を算出し、この算出した第2蒸気流量指令値に基づいて前記第2の蒸気系統に設けた第2の蒸気流量調整弁を制御することを特徴とする熱電可変型コジェネレーションシステム。
The thermoelectric variable cogeneration system according to claim 5,
The second computing unit provided in the controller is a second steam supplied to the second steam system according to a detection signal detected by a steam detection means for detecting a state of the steam supplied to the steam consuming equipment. The steam flow command value is calculated, and the second steam flow control valve provided in the second steam system is controlled based on the calculated second steam flow command value. system.
請求項6に記載の熱電可変型コジェネレーションシステムにおいて、
蒸気消費設備に供給される蒸気の状態を検出する蒸気検出手段は、排熱回収ボイラで発生した蒸気を蒸気消費設備に供給する前記蒸気供給系統に設置した蒸気の圧力を検出する蒸気圧力検出器、前記蒸気供給系統を経て前記蒸気消費設備に蒸気を供給する蒸気系統に設置された第3の蒸気流量調整弁の開度を検知する検出器、又は前記第3の蒸気流量調整弁の開度を指令する指令値の検出器であることを特徴とする熱電可変型コジェネレーションシステム。
The thermoelectric variable cogeneration system according to claim 6,
Steam detection means for detecting the state of the steam supplied to the steam consuming equipment is a steam pressure detector for detecting the pressure of the steam installed in the steam supply system for supplying the steam generated in the exhaust heat recovery boiler to the steam consuming equipment. , A detector for detecting an opening degree of a third steam flow rate adjusting valve installed in the steam system for supplying steam to the steam consuming equipment via the steam supply system, or an opening degree of the third steam flow rate adjusting valve A thermoelectrically variable cogeneration system, characterized by being a detector for command values for commanding.
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