JP2023160930A - ガスタービンおよびその制御方法並びにコンバインドサイクルプラント - Google Patents

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Abstract

【課題】ガスタービンおよびその制御方法並びにコンバインドサイクルプラントにおいて、ガスタービンの出力を高精度に調整することができる。【解決手段】空気Ａを圧縮する圧縮機１１と、圧縮機１１が圧縮した圧縮空気ＣＡと燃料Ｆを混合して燃焼する燃焼器１２と、燃焼器１２が生成した燃焼ガスＣＧにより回転動力を得るタービン１３と、圧縮空気ＣＡを冷却して熱交換用空気とする圧縮空気冷却用熱交換器（第３熱交換器３３）と、空気Ａと圧縮空気ＣＡとの間で熱交換する空気温度調整用熱交換器（第１、第２熱交換器３１，３２）と、圧縮空気冷却用熱交換器および空気温度調整用熱交換器の熱交換量を調整する熱交換量調整装置と、熱交換量調整装置を制御する制御装置１４とを備え、制御装置１４は、圧縮機１１が取り込む空気Ａの温度に基づいて熱交換量調整装置を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスタービン、ガスタービンの制御方法、ガスタービンを備えるコンバインドサイクルプラントに関するものである。
ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンを備える。圧縮機は、空気取入口から取り込まれた空気を圧縮することで高温・高圧の圧縮空気とする。燃焼器は、圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガスを生成する。タービンは、燃焼ガスにより駆動し、同軸上に連結された発電機を駆動する。
ところで、ガスタービンを用いた発電プラントでは、定格負荷運転だけでなく、部分負荷運転でも高効率運転を可能とすることが望まれている。ガスタービンは、吸気温度に応じて出力特性が変動する。そのため、ガスタービンの出力を下げたいとき、ガスタービンを部分負荷で運転せずに、吸気温度を上昇させることで出力を下げることができる。また、部分負荷で運転されるガスタービンにて、ターンダウン範囲を広げることで、排出規制遵守を維持して燃料消費を最小限に抑えることができる。これらのようなガスタービンの吸気加熱装置としては、下記特許文献に記載されたものがある。
特開２０１３－１６０２２７号公報 特開２０１７－１５５７３６号公報
ところで、圧縮機は、取り込んだ空気を圧縮することで圧縮空気を生成するものであり、上述した従来のガスタービンの吸気加熱装置は、圧縮機が取り込む空気を排熱回収ボイラにより生成された蒸気などにより加熱して温度を上昇させている。この場合、圧縮機が取り込む空気は、天候や季節などにより変動する。そのため、圧縮機に取り込まれる空気の温度がばらつき、ガスタービンの出力を所望の出力に調整することが困難となる。
本発明は、上述した課題を解決するものであり、ガスタービンの出力を高精度に調整することができるガスタービンおよびその制御方法並びにコンバインドサイクルプラントを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するための本発明のガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器と、前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、前記圧縮空気を冷却して熱交換用空気とする圧縮空気冷却用熱交換器と、前記圧縮空気と前記圧縮機に供給される前記空気との間で熱交換する空気温度調整用熱交換器と、前記圧縮空気冷却用熱交換器および前記空気温度調整用熱交換器の熱交換量を調整する熱交換量調整装置と、ガスタービン出力が上限値と下限値との間に設定される運転可能領域に維持されるように前記熱交換量調整装置を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記熱交換量調整装置を制御して前記空気を昇温することで、前記運転可能領域における前記下限値を下げる、ことを特徴とするものである。
従って、空気温度調整用熱交換器は、空気と圧縮空気との間で熱交換することで、圧縮空気により空気が加熱され、加熱されて温度上昇した空気が圧縮機に取り込まれる。このとき、制御装置は、圧縮機が取り込む空気の温度に基づいて熱交換量調整装置により空気温度調整用熱交換器の熱交換量を調整する。即ち、空気温度調整用熱交換器の熱交換量を調整すると、圧縮空気により加熱される空気の温度が調整される。ここで、圧縮機に取り込まれる空気の温度に応じてガスタービンの出力が変化することから、ガスタービンの負荷に拘わらず、ガスタービンの出力を目標出力に高精度に調整することができる。
本発明のガスタービンでは、前記空気温度調整用熱交換器により熱交換された空気の温度を計測する第１温度センサが設けられ、前記制御装置は、前記第１温度センサが計測した前記空気の温度が目標温度に近づくように前記熱交換量調整装置により前記空気温度調整用熱交換器における熱交換量を制御することを特徴としている。
従って、制御装置は、空気温度調整用熱交換器により熱交換された空気の温度が目標温度に近づくように熱交換量調整装置により空気温度調整用熱交換器における熱交換量を制御することから、圧縮機に取り込まれる空気の温度を高精度に制御することができる。
本発明のガスタービンでは、前記圧縮空気冷却用熱交換器により冷却された圧縮空気の温度を計測する第２温度センサが設けられ、前記制御装置は、前記第２温度センサが計測した前記圧縮空気の温度が目標温度に保持されるように前記熱交換量調整装置により前記圧縮空気冷却用熱交換器における熱交換量を制御することを特徴としている。
従って、制御装置は、圧縮空気冷却用熱交換器により冷却された圧縮空気の温度が目標温度に保持されるように熱交換量調整装置により圧縮空気冷却用熱交換器における熱交換量を制御することから、タービンに供給される熱交換用空気の温度を高精度に制御することができる。
本発明のガスタービンでは、前記空気温度調整用熱交換器は、前記空気と第１媒体との間で熱交換する第１熱交換器と、前記圧縮空気と前記第１媒体との間で熱交換する第２熱交換器とを有し、前記熱交換量調整装置は、前記第２熱交換器における熱交換量を調整することを特徴としている。
従って、第２熱交換器は、圧縮空気と第１媒体との間で熱交換することで、圧縮空気により第１媒体が加熱され、第１熱交換器は、空気と第１媒体との間で熱交換することで、第１媒体により空気が加熱され、加熱されて温度上昇した空気が圧縮機に取り込まれる。このとき、制御装置は、圧縮機が取り込む空気の温度に基づいて熱交換量調整装置を制御し、第２熱交換器における熱交換量を調整する。即ち、圧縮空気の熱量を調整することで、第１媒体を介して空気を昇温することとなり、圧縮機に取り込まれる空気の温度を高精度に制御することができる。
本発明のガスタービンでは、前記圧縮機が圧縮した圧縮空気を冷却空気として前記タービンに供給する第１冷却空気供給ラインおよび第２冷却空気供給ラインが並列に設けられ、前記第１冷却空気供給ラインに前記第２熱交換器が設けられ、前記第２冷却空気供給ラインに前記圧縮空気と第２媒体との間で熱交換する前記圧縮空気冷却用熱交換器が設けられ、前記熱交換量調整装置として、前記第１冷却空気供給ラインと前記第２冷却空気供給ラインの少なくともいずれか一方に流量調整弁が設けられることを特徴としている。
従って、流量調整弁の開度を調整して第１冷却空気供給ラインを流れる圧縮空気の流量を調整することで、第１冷却空気供給ラインに設けられた第２熱交換器にて、圧縮空気から第１媒体へ供給する熱量を調整することができ、第１媒体により圧縮機に取り込まれる空気の温度を高精度に調整することができる。
本発明のガスタービンでは、前記圧縮機が圧縮した圧縮空気を冷却空気として前記タービンに供給する冷却空気供給ラインが設けられ、前記冷却空気供給ラインに前記第２熱交換器および前記圧縮空気と第２媒体との間で熱交換する前記圧縮空気冷却用熱交換器が直列に設けられ、前記熱交換量調整装置として、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間で前記第１媒体を循環する第１媒体循環ラインに流量調整弁が設けられることを特徴としている。
従って、流量調整弁の開度を調整して第１媒体循環ラインを流れる第１媒体の流量を調整することで、冷却空気供給ラインに設けられた第２熱交換器にて、圧縮空気から第１媒体へ供給する熱量を調整することができ、第１媒体により圧縮機に取り込まれる空気の温度を高精度に調整することができる。
本発明のガスタービンでは、前記第２媒体は、空気または水であることを特徴としている。
従って、第２媒体を空気または水とすることで、周辺に存在するものを使用することで、使用する配管の長さを短くして設備の小型化やコストの増加を抑制することができる。
本発明のガスタービンでは、前記圧縮空気冷却用熱交換器は、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間で前記第１媒体を循環する第１媒体循環ラインに設けられることを特徴としている。
従って、圧縮空気冷却用熱交換器を第１媒体循環ラインに設けることで、圧縮空気冷却用熱交換器と第１熱交換器と第２熱交換器を第１媒体循環ライン上に配置することができ、装置のコンパクト化を図ることができる。
本発明のガスタービンでは、前記圧縮空気冷却用熱交換器は、冷却塔であることを特徴としている。
従って、前記圧縮空気冷却用熱交換器を冷却塔とすることで、構造の簡素化を図ることができる。
本発明のガスタービンでは、前記熱交換量調整装置は、前記空気温度調整用熱交換器をバイパスして前記空気を前記圧縮機に供給する空気バイパスラインと、空気バイパスラインに設けられる流量調整弁とを有することを特徴としている。
従って、圧縮機が取り込む空気の温度を調整する必要がないとき、流量調整弁により空気を空気温度調整用熱交換器を通さずに空気バイパスラインから圧縮機に供給することができる。
本発明のガスタービンでは、前記空気温度調整用熱交換器は、前記空気と前記圧縮空気との間で熱交換する第１熱交換器と、前記圧縮空気と第３媒体との間で熱交換する第２熱交換器とを有し、前記熱交換量調整装置は、前記第２熱交換器における熱交換量を調整することを特徴としている。
従って、第２熱交換器は、圧縮空気と第３媒体との間で熱交換することで、第３媒体により圧縮空気が温度調整され、第１熱交換器は、空気と圧縮空気との間で熱交換することで、圧縮空気により空気が加熱され、加熱されて温度上昇した空気が圧縮機に取り込まれる。このとき、制御装置は、圧縮機が取り込む空気の温度に基づいて熱交換量調整装置を制御し、第２熱交換器における熱交換量を調整する。即ち、圧縮空気の熱量を調整することで、圧縮機に取り込まれる空気の温度を高精度に制御することができる。
また、本発明のガスタービンの制御方法は、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器と、前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、を備えるガスタービンにおいて、前記圧縮空気を冷却する工程と、前記圧縮空気を冷却することで回収した熱量により前記空気を昇温させる工程と、ガスタービン出力が上限値と下限値との間に設定される運転可能領域に維持されるように前記圧縮機が取り込む前記空気の温度に基づいて前記空気を昇温させると共に前記運転可能領域における前記下限値を下げるように前記圧縮空気の熱量を調整する工程と、を有することを特徴とするものである。
従って、圧縮空気の熱量を調整すると、圧縮空気により加熱される空気の温度が調整される。ここで、圧縮機に取り込まれる空気の温度に応じてガスタービンの出力が変化することから、ガスタービンの負荷に拘わらず、ガスタービンの出力を目標出力に高精度に調整することができる。
また、本発明のコンバインドサイクルプラントは、前記ガスタービンと、前記ガスタービンからの排ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気により駆動するタービンを有する蒸気タービンと、を備えることを特徴とするものである。
従って、圧縮機に取り込まれる空気の温度に応じてガスタービンの出力が変化することから、ガスタービンの負荷に拘わらず、ガスタービンの出力を目標出力に高精度に調整することができ、コンバインドサイクルプラントでの運転領域を拡大することができる。
本発明のガスタービンおよびその制御方法並びにコンバインドサイクルプラントによれば、ガスタービンの出力を高精度に調整することができる。
図１は、第１実施形態のガスタービンを表す概略構成図である。 図２は、ガスタービン吸気温度に対するガスタービン出力を表すグラフである。 図３は、第２実施形態のコンバインドプラントを表す概略構成図である。 図４は、第３実施形態のコンバインドプラントを表す概略構成図である。 図５は、第４実施形態のガスタービンを表す概略構成図である。 図６は、第５実施形態のコンバインドプラントを表す概略構成図である。 図７は、第６実施形態のガスタービンを表す概略構成図である。 図８は、第７実施形態のガスタービンを表す概略構成図である。 図９は、第８実施形態のガスタービンを表す概略構成図である。
以下、添付図面を参照して、本発明に係るガスタービンおよびその制御方法並びにコンバインドサイクルプラントの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のガスタービンを表す概略構成図である。
第１実施形態において、図１に示すように、ガスタービン１０は、圧縮機１１と、燃焼器１２と、タービン１３と、制御装置１４とを備える。
圧縮機１１とタービン１３は、回転軸２１により一体回転可能に連結され、この回転軸２１に発電機２２が連結される。圧縮機１１は、空気取り込みラインＬ１から取り込んだ空気Ａを圧縮する。燃焼器１２は、圧縮機１１から圧縮空気供給ラインＬ２を通して供給された圧縮空気ＣＡと、燃料ガス供給ラインＬ３から供給された燃料Ｆとを混合して燃焼する。タービン１３は、燃焼器１２から燃焼ガス供給ラインＬ４を通して供給された燃焼ガスＣＧにより回転駆動する。発電機２２は、タービン１３が回転することで伝達される回転力により駆動する。また、タービン１３は、排ガスＥＧを排出する排ガス排出ラインＬ５が連結される。
そのため、ガスタービン１０の運転時、圧縮機１１は空気Ａを圧縮し、燃焼器１２は供給された圧縮空気ＣＡと燃料Ｆとを混合して燃焼する。タービン１３は燃焼器１２から供給された燃焼ガスＣＧにより回転駆動し、発電機２２が発電を行う。そして、ガスタービン１０（タービン１３）は、排ガスＥＧを排出する。
また、ガスタービン１０は、第１熱交換器（例えば、吸気加熱器）３１と、第２熱交換器３２と、第３熱交換器３３と、第１流量調整弁（熱交換量調整装置）３４と、第２流量調整弁（熱交換量調整装置）３５とを備える。第１実施形態では、第１熱交換器３１と第２熱交換器３２が本発明の空気温度調整用熱交換器に相当し、第３熱交換器３３が圧縮空気冷却用熱交換器に相当する。そして、第１実施形態は、圧縮機１１が取り込む空気Ａと圧縮機１１が生成した圧縮空気ＣＡとの間で第１媒体を介して間接的に熱交換するものである。
第１熱交換器３１は、空気取り込みラインＬ１に設けられる。第１熱交換器３１は、空気取り込みラインＬ１から取り込まれる空気Ａと第１媒体（例えば、温水）ＨＷとの間で熱交換する。即ち、空気取り込みラインＬ１を流れる空気Ａは、第１熱交換器３１で第１媒体（例えば、水）ＨＷにより加熱されてから圧縮機１１に取り込まれる。
圧縮機１１とタービン１３との間に第１冷却空気供給ラインＬ１１と第２冷却空気供給ラインＬ１２とが並列に設けられる。第１冷却空気供給ラインＬ１１および第２冷却空気供給ラインＬ１２は、圧縮機１１が圧縮した圧縮空気ＣＡの一部を冷却空気としてタービン１３に供給する。第１冷却空気供給ラインＬ１１および第２冷却空気供給ラインＬ１２は、一端部が合流して圧縮機１１の車室（図示略）に連結され、他端部が合流してタービン１３の高温部に連結される。
第２熱交換器３２は、第１冷却空気供給ラインＬ１１に設けられ、第３熱交換器３３は、第２冷却空気供給ラインＬ１２に設けられる。また、第１流量調整弁３４は、第１冷却空気供給ラインＬ１１における第２熱交換器３２より上流側に設けられる。第２流量調整弁３５は、第２冷却空気供給ラインＬ１２における第３熱交換器３３より上流側に設けられる。
第１熱交換器３１と第２熱交換器３２との間に第１媒体循環ラインＬ１３が設けられる。第１媒体循環ラインＬ１３は、循環ポンプ４１が設けられる。そのため、循環ポンプ４１を駆動することで、第１媒体ＨＷを第１媒体循環ラインＬ１３により第１熱交換器３１と第２熱交換器３２との間で循環させることができる。すると、第１媒体循環ラインＬ１３を循環する第１媒体ＨＷは、第２熱交換器３２で第１冷却空気供給ラインＬ１１を流れる圧縮空気ＣＡ１により加熱され、第１熱交換器３１で空気取り込みラインＬ１を流れる空気Ａを加熱する。ここで、第２熱交換器３２は、例えば、ＴＣＡ（Turbine Cooling Air）クーラである。第１冷却空気供給ラインＬ１１を流れる圧縮空気ＣＡ１は、第２熱交換器３２で第１媒体循環ラインＬ１３を循環する第１媒体ＨＷにより冷却される。
第３熱交換器３３は、第２媒体供給ラインＬ１４が設けられる。第２媒体供給ラインＬ１４は、供給ポンプ４２が設けられる。ここで、第３熱交換器３３は、例えば、ＴＣＡクーラであって、冷却塔としてもよい。そのため、供給ポンプ４２を駆動することで、第２媒体（例えば、空気）Ａ１を第２媒体供給ラインＬ１４に流動させる。すると、第２冷却空気供給ラインＬ１２を流れる圧縮空気ＣＡ２は、第３熱交換器３３で第２媒体供給ラインＬ１４を流れる第２媒体Ａ１により冷却される。
第１流量調整弁３４と第２流量調整弁３５は、第２熱交換器３２へ供給する圧縮空気ＣＡ１の熱量を調整する熱交換量調整装置として機能する。即ち、圧縮機１１が圧縮した圧縮空気ＣＡは、一部を冷却空気として第１冷却空気供給ラインＬ１１および第２冷却空気供給ラインＬ１２を通してタービン１３に供給する。第１流量調整弁３４の開度を大きくして第２流量調整弁３５の開度を小さくすると、圧縮空気ＣＡは、第１冷却空気供給ラインＬ１１側に多く流れる。すると、第１冷却空気供給ラインＬ１１の圧縮空気ＣＡ１の熱量が多くなり、第１媒体循環ラインＬ１３を循環する第１媒体ＨＷは、第２熱交換器３２で加熱されることで、流量調整弁３４，３６の開度を変更する前よりも温度がより高くなる。その結果、空気取り込みラインＬ１の空気Ａは、第１熱交換器３１で第１媒体循環ラインＬ１３を循環する高温の第１媒体ＨＷで加熱されることで開度を変更する前より温度が高くなる。
一方、第１流量調整弁３４の開度を小さくして第２流量調整弁３５の開度を大きくすると、圧縮空気ＣＡは、第２冷却空気供給ラインＬ１２側に多く流れる。すると、第１冷却空気供給ラインＬ１１の圧縮空気ＣＡ１の熱量が少なくなり、第１媒体循環ラインＬ１３を循環する第１媒体ＨＷは、第２熱交換器３２で加熱されるものの、流量調整弁３４，３６の開度を変更する前よりも温度がより低くなる。その結果、空気取り込みラインＬ１の空気Ａは、第１熱交換器３１で第１媒体循環ラインＬ１３を循環する低温の第１媒体ＨＷで加熱されても開度を変更する前より温度が低くなる。
制御装置１４は、圧縮機１１が取り込む空気Ａの温度に基づいて熱交換量調整装置としての第１流量調整弁３４および第２流量調整弁３５を制御する。空気取り込みラインＬ１における第１熱交換器３１の下流側に第１温度センサ４３が設けられる。第１温度センサ４３は、空気取り込みラインＬ１を流れて第１熱交換器３１で加熱された空気Ａの温度を計測し、制御装置１４に出力する。制御装置１４は、第１温度センサ４３が計測した空気Ａの温度が目標温度になるように第１流量調整弁３４および第２流量調整弁３５の開度を調整する。
また、制御装置１４は、タービン１３に供給する冷却空気としての圧縮空気ＣＡ（ＣＡ１＋ＣＡ２）の温度に基づいて供給ポンプ４２を制御する。冷却空気供給ラインＬ１１，Ｌ１２における第２熱交換器３２および第３熱交換器３３より下流側の合流ラインに第２温度センサ４４が設けられる。第２温度センサ４４は、冷却空気供給ラインＬ１１，Ｌ１２を流れてタービン１３に供給される圧縮空気ＣＡ（ＣＡ１＋ＣＡ２）の温度を計測し、制御装置１４に出力する。制御装置１４は、第２温度センサ４４が計測した圧縮空気ＣＡ（ＣＡ１＋ＣＡ２）の温度が目標温度になるように供給ポンプ４２の回転数を調整する。
冷却空気供給ラインＬ１１，Ｌ１２からタービン１３に供給される圧縮空気ＣＡ（ＣＡ１＋ＣＡ２）は、図示しないロータや動翼などの冷却に用いられる。そのため、タービン１３に供給される圧縮空気ＣＡ（ＣＡ１＋ＣＡ２）の温度を冷却に必要な所定の冷却温度に維持する必要がある。即ち、タービン１３に供給される圧縮空気ＣＡ（ＣＡ１＋ＣＡ２）の温度が所定の冷却温度まで低下するように供給ポンプ４２の回転数を調整し、第２冷却空気供給ラインＬ１２を流れる圧縮空気ＣＡ２の除熱量を調整する。
ここで、ガスタービン１０の制御方法について説明する。図２は、ガスタービン吸気温度に対するガスタービン出力を表すグラフである。
図２に示すように、ガスタービン出力は、ガスタービン吸気温度の上昇に伴って低下する傾向にある。ここで、ガスタービン吸気温度とは、圧縮機１１が取り込む空気の温度であり、第１温度センサ４３が計測した温度である。また、ガスタービン出力とは、ガスタービン１０に連結された発電機２２の発電量である。
一般的に、ガスタービン１０は、ガスタービン出力に対する運転可能領域が設定されており、上限値が負荷１００％であり、下限値が負荷Ｌａ％である。燃焼器１２に対する燃料Ｆの供給量を低下させると、ガスタービン出力が低下する。燃料Ｆの供給量が低下すると、燃焼温度が低下し、有害物質（例えば、ＮＯｘ）の発生量が増加する。下限値としての負荷Ｌａ％は、有害物質の規制量に基づいて設定される。
例えば、ガスタービン吸気温度が１５℃であるとき、負荷１００％でのガスタービン出力が１００ＭＷとすると、負荷Ｌａ％で５０ＭＷ（Ｌａ１５）となる。このとき、第１熱交換器３１により圧縮機１１が取り込む空気Ａを加熱すると、ガスタービン吸気温度が２０℃まで上昇する。すると、負荷Ｌａ％でのガスタービン出力が４５ＭＷ（Ｌａ２０）となる。この負荷Ｌａ％でのガスタービン出力４５ＭＷ（Ｌａ２０）は、ガスタービン吸気温度が１５℃のときの負荷Ｌｂ％でのガスタービン出力４５ＭＷ（Ｌｂ１５）と同じになる。そのため、ガスタービン１０の運転可能領域における下限値を負荷Ｌａ％から負荷Ｌｂ％まで下げることで、運転可能領域を負荷１００％（１００ＭＷ）から負荷Ｌｂ％（４５ＭＷ）の範囲に拡大することができる。
このように第１実施形態のガスタービンにあっては、空気Ａを圧縮する圧縮機１１と、圧縮機１１が圧縮した圧縮空気ＣＡと燃料Ｆを混合して燃焼する燃焼器１２と、燃焼器１２が生成した燃焼ガスＣＧにより回転動力を得るタービン１３と、圧縮空気ＣＡを冷却してタービン冷却空気とする圧縮空気冷却用熱交換器（第３熱交換器３３）と、空気Ａと圧縮空気ＣＡとの間で熱交換する空気温度調整用熱交換器（第１、第２熱交換器３１，３２）と、圧縮空気冷却用熱交換器および空気温度調整用熱交換器の熱交換量を調整する熱交換量調整装置と、熱交換量調整装置を制御する制御装置１４とを備え、制御装置１４は、圧縮機１１が取り込む空気Ａの温度に基づいて熱交換量調整装置を制御する。
従って、空気温度調整用熱交換器は、空気Ａと圧縮空気ＣＡとの間で熱交換することで、圧縮空気ＣＡにより空気Ａが加熱され、加熱されて温度上昇した空気Ａが圧縮機１１に取り込まれる。このとき、制御装置１４は、圧縮機１１が取り込む空気Ａの温度に基づいて熱交換量調整装置により空気温度調整用熱交換器の熱交換量を調整する。即ち、空気温度調整用熱交換器の熱交換量を調整すると、圧縮空気ＣＡにより加熱される空気Ａの温度が調整される。ここで、圧縮機１１に取り込まれる空気Ａの温度に応じてガスタービン１０の出力が変化することから、ガスタービン１０の負荷に拘わらず、ガスタービン１０の出力を目標出力に高精度に調整することができ、ガスタービン１０単体で運転領域を拡大することができる。
また、第１実施形態では、圧縮機１１が圧縮してタービン１３の冷却空気として使用する圧縮空気ＣＡにより圧縮機１１に取り込まれる空気Ａを加熱している。このとき、空気Ａを加熱した圧縮空気ＣＡは、空気Ａにより冷却されてタービン１３に送られ、捨てられることがない。そのため、タービン１３の冷却空気として使用する圧縮空気ＣＡの熱を空気Ａにより効率良く回収することができる。
第１実施形態のガスタービンでは、空気温度調整用熱交換器により熱交換された空気Ａの温度を計測する第１温度センサ４３を設け、制御装置１４は、第１温度センサ４３が計測した空気Ａの温度が目標温度に近づくように熱交換量調整装置により空気温度調整用熱交換器における熱交換量を制御する。従って、圧縮機１１に取り込まれる空気Ａの温度を高精度に制御することができる。
第１実施形態のガスタービンでは、第３熱交換器３３により冷却された圧縮空気ＣＡの温度を計測する第２温度センサ４４を設け、制御装置１４は、第２温度センサ４４が計測した圧縮空気ＣＡの温度が目標温度に保持されるように熱交換量調整装置により第３熱交換器３３における熱交換量を制御する。従って、タービン１３に供給される冷却空気としての圧縮空気ＣＡの温度を高精度に制御することができる。
第１実施形態のガスタービンでは、空気温度調整用熱交換器は、空気Ａと第１媒体ＨＷとの間で熱交換する第１熱交換器３１と、圧縮空気ＣＡと第１媒体ＨＷとの間で熱交換する第２熱交換器３２とを有し、熱交換量調整装置は、第２熱交換器における熱交換量を調整する。従って、第２熱交換器３２は、圧縮空気ＣＡと第１媒体ＨＷとの間で熱交換することで、圧縮空気ＣＡにより第１媒体ＨＷが加熱され、第１熱交換器３１は、空気Ａと第１媒体ＨＷとの間で熱交換することで、第１媒体ＨＷにより空気Ａが加熱され、加熱されて温度上昇した空気Ａが圧縮機１１に取り込まれる。このとき、制御装置１４は、圧縮機が取り込む空気Ａの温度に基づいて熱交換量調整装置により第２熱交換器３２へ供給する圧縮空気ＣＡの熱量を調整する。即ち、圧縮空気ＣＡの熱量を調整することで、第１媒体ＨＷを介して空気Ａを昇温することとなり、圧縮機１１に取り込まれる空気Ａの温度を高精度に制御することができる。
第１実施形態のガスタービンでは、圧縮機１１が圧縮した圧縮空気ＣＡを冷却空気としてタービン１３に供給する第１冷却空気供給ラインＬ１１および第２冷却空気供給ラインＬ１２を並列に設け、第１冷却空気供給ラインＬ１１に第２熱交換器３２を設け、第２冷却空気供給ラインＬ１２に圧縮空気ＣＡと第２媒体Ａ１との間で熱交換する第３熱交換器３３を設け、熱交換量調整装置として、第１冷却空気供給ラインＬ１１と第２冷却空気供給ラインＬ１２に流量調整弁３４，３５をそれぞれ設ける。従って、流量調整弁３４，３５の開度を調整して第１冷却空気供給ラインＬ１１を流れる圧縮空気ＣＡの流量を調整することで、第１冷却空気供給ラインＬ１１に設けられた第２熱交換器３２にて、圧縮空気ＣＡから第１媒体ＨＷへ供給する熱量を調整することができ、第１媒体ＨＷにより圧縮機１１に取り込まれる空気Ａの温度を高精度に調整することができる。
また、第３熱交換器３３は、圧縮空気ＣＡと空気などの第２媒体Ａ１との間で熱交換することにより、周辺に存在するものを使用することで、使用する配管の長さを短くして設備の小型化、低コスト化に寄与することができる。
なお、熱交換量調整装置として、第１冷却空気供給ラインＬ１１と第２冷却空気供給ラインＬ１２の両方に流量調整弁３４，３５を設けたが、第１冷却空気供給ラインＬ１１と第２冷却空気供給ラインＬ１２のいずれか一方に流量調整弁３４，３５を設けてもよい。第１冷却空気供給ラインＬ１１だけに流量調整弁３４を設けることで、第１冷却空気供給ラインＬ１１に流れる圧縮空気ＣＡの流量を直接的に調整することができる。また、第２冷却空気供給ラインＬ１２だけに流量調整弁３５を設けることで、第２冷却空気供給ラインＬ１２に流れる圧縮空気ＣＡの流量が調整され、圧縮空気ＣＡの流動抵抗が変動し、第１冷却空気供給ラインＬ１１に流れる圧縮空気ＣＡの流量を間接的に調整することができる。
第１実施形態のガスタービンでは、第２媒体Ａ１を空気としている。従って、使用する配管の長さを短くして設備の小型化を図ることができると共に、周辺に存在する空気を使用することで、コストの増加を抑制することができる。
第１実施形態のガスタービンでは、第３熱交換器３３を冷却塔としている。従って、構造の簡素化を図ることができる。
また、第１実施形態のガスタービンの制御方法にあっては、圧縮空気ＣＡを冷却してタービン１３に供給する工程と、圧縮空気ＣＡにより空気Ａを昇温させる工程と、圧縮機１１が取り込む空気Ａの温度に基づいて空気Ａを昇温させる圧縮空気ＣＡの熱量を調整する工程とを有する。
従って、圧縮空気ＣＡの熱量を調整すると、圧縮空気ＣＡにより加熱される空気Ａの温度が調整される。ここで、圧縮機１１に取り込まれる空気Ａの温度に応じてガスタービン１０の出力が変化することから、ガスタービン１０の負荷に拘わらず、ガスタービン１０の出力を目標出力に高精度に調整することができる。
［第２実施形態］
図３は、第２実施形態のコンバインドプラントを表す概略構成図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
第２実施形態において、図３に示すように、コンバインドサイクルプラント５０は、ガスタービン１０と、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）５１と、蒸気タービン５２と、発電機５３とを備えている。
ガスタービン１０は、圧縮機１１と、燃焼器１２と、タービン１３と、制御装置１４とを備える。ガスタービン１０は、上述した第１実施形態とほぼ同様であることから説明は省略する。
排熱回収ボイラ５１は、ガスタービン１０（タービン１３）から排ガス排出ラインＬ５を介して排出された排ガスＥＧの排熱によって蒸気（過熱蒸気）ＳＴを発生させる。排熱回収ボイラ５１は、図示しないが、熱交換器として、過熱器と蒸発器と節炭器とを有する。排熱回収ボイラ５１は、ガスタービン１０からの排ガスＥＧが内部を通過することで、過熱器、蒸発器、節炭器の順に熱回収を行うことで蒸気ＳＴを生成する。そして、排熱回収ボイラ５１は、蒸気ＳＴを生成した使用済の排ガスＥＧを排出する排ガス排出ラインＬ６を介して煙突６１が連結される。
蒸気タービン５２は、排熱回収ボイラ５１により生成された蒸気ＳＴにより駆動するものであり、タービン６２を有する。タービン６２は、例えば、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンとが回転軸により一体回転可能に連結される。タービン６２は、回転軸６３を介して発電機５３が連結される。排熱回収ボイラ５１の蒸気ＳＴをタービンに供給する蒸気供給ラインＬ７が設けられる。蒸気タービン５２は、排熱回収ボイラ５１からの蒸気ＳＴによりタービン６２が回転し、発電機５３は、タービン６２が回転することで伝達される回転力により駆動する。
蒸気タービン５２は、タービン６２を駆動した蒸気ＳＴを冷却する復水器６４が設けられる。復水器６４は、タービン６２から排出された蒸気を冷却水（例えば、海水）により冷却して復水とする。復水器６４は、生成した復水を給水ＷＳとして給水ラインＬ８を介して排熱回収ボイラ５１に送る。給水ラインＬ８は、復水ポンプ６５が設けられる。また、復水器６４は、蒸気ＳＴを冷却水により冷却する冷却水ラインＬ９が設けられる。
給水ラインＬ８は、復水ポンプ６５と排熱回収ボイラ５１との間から分岐する給水循環ライン（第２媒体供給ライン）Ｌ１０が設けられる。給水循環ラインＬ１０は、給水ラインＬ８から第３熱交換器３３を通って給水ラインＬ８に戻る。給水ラインＬ８は、流量調整弁６６が設けられる。そのため、流量調整弁６６の開度を調整することで、給水ラインＬ８を流れる給水ＷＳの一部を第２媒体として給水循環ラインＬ１０に循環させる。すると、第２冷却空気供給ラインＬ１２を流れる圧縮空気ＣＡ２は、第３熱交換器３３で給水循環ラインＬ１０を流れる給水ＷＳにより冷却される。なお、第３熱交換器３３への給水循環ラインＬ１０は、この位置から分岐して設けるものに限定されるものではない。例えば、排熱回収ボイラ５１の内部の系統から分岐して設けてもよい。また、給水循環ラインＬ１０の戻る先も、排熱回収ボイラ５１の上流側に限らず、排熱回収ボイラ５１の内部の系統に戻してもよい。
そのため、コンバインドサイクルプラント５０の稼働時、ガスタービン１０にて、圧縮機１１は空気Ａを圧縮し、燃焼器１２は供給された圧縮空気ＣＡと燃料Ｆとを混合して燃焼する。タービン１３は燃焼器１２から供給された燃焼ガスＣＧにより回転駆動し、発電機２２が発電を行う。また、ガスタービン１０（タービン１３）から排出された排ガスＥＧは、排熱回収ボイラ５１に送られ、排熱回収ボイラ５１は蒸気ＳＴを生成し、蒸気ＳＴが蒸気タービン５２に送られる。蒸気タービン５２は、タービン６２が蒸気ＳＴにより回転駆動し、発電機５３が発電を行う。タービン６２で使用された蒸気ＳＴは、復水器６４で冷却されて復水となり、給水ＷＳとして排熱回収ボイラ５１に戻される。
制御装置１４は、圧縮機１１が取り込む空気Ａの温度に基づいて熱交換量調整装置としての第１流量調整弁３４および第２流量調整弁３５を制御する。即ち、制御装置１４は、第１温度センサ４３が計測した空気Ａの温度が目標温度になるように第１流量調整弁３４および第２流量調整弁３５の開度を調整する。
また、制御装置１４は、タービン１３に供給する冷却空気としての圧縮空気ＣＡ（ＣＡ１＋ＣＡ２）の温度に基づいて流量調整弁６６の開度を制御する。制御装置１４は、第２温度センサ４４が計測した圧縮空気ＣＡ（ＣＡ１＋ＣＡ２）の温度が目標温度になるように流量調整弁６６の開度を調整し、第２冷却空気供給ラインＬ１２を流れる圧縮空気ＣＡ２の除熱量を調整する。
ここで、コンバインドサイクルプラント５０におけるガスタービン１０の制御について説明する。
ガスタービン１０を負荷１００％での運転状態（ガスタービン出力１００ＭＷ）から、部分負荷での運転状態（ガスタービン出力４５ＭＷ）に移行したいとき、制御装置１４は、燃焼器１２に供給する燃料Ｆの量を低下させる。すると、ガスタービン１０が負荷Ｌａ％での運転状態（ガスタービン出力５０ＭＷ）まで低下する。
制御装置１４は、ガスタービン吸気温度を上昇させる。このとき、制御装置１４は、第１温度センサ４３から空気取り込みラインＬ１を流れて第１熱交換器３１より加熱された空気Ａの温度が入力されており、この第１温度センサ４３の計測温度が目標温度になるように第１流量調整弁３４および第２流量調整弁３５の開度を調整する。制御装置１４が第１流量調整弁３４および第２流量調整弁３５の開度を調整することで、第１冷却空気供給ラインＬ１１側に流れる圧縮空気ＣＡ１の流量が増加すると、第１媒体ＨＷの温度が上昇し、空気Ａの温度、つまり、ガスタービン吸気温度が目標温度まで上昇する。その結果、ガスタービン１０が負荷Ｌａ％で出力４５ＭＷまで低下する。
また、制御装置１４は、タービン１３に供給する冷却空気としての圧縮空気ＣＡ（ＣＡ１＋ＣＡ２）の温度に基づいて流量調整弁６６を制御する。制御装置１４は、第２温度センサ４４が計測した圧縮空気ＣＡ（ＣＡ１＋ＣＡ２）の温度が目標温度になるように流量調整弁６６の開度を調整する。すると、第３熱交換器３３へ供給される給水ＷＳの流量が調整され、第３熱交換器３３にて、給水ＷＳにより冷却される圧縮空気ＣＡ２の温度が調整される。その結果、適正温度まで低下した圧縮空気ＣＡ（ＣＡ１＋ＣＡ２）をタービン１３に供給することができ、このタービン１３を適正に冷却することができる。
このように第２実施形態のガスタービンにあっては、第１冷却空気供給ラインＬ１１に第２熱交換器３２を設け、第２冷却空気供給ラインＬ１２に圧縮空気ＣＡと給水ＷＳとの間で熱交換する第３熱交換器３３を設け、制御装置１４は、圧縮機１１が取り込む空気Ａの温度に基づいて熱交換量調整装置を制御する。従って、ガスタービン１０の負荷に拘わらず、ガスタービン１０の出力を目標出力に高精度に調整することができ、ガスタービン１０単体で運転領域を拡大することができる。
第２実施形態のガスタービンでは、第２媒体を排熱回収ボイラ５１に戻す給水ＷＳとしている。従って、周辺に存在する給水ＷＳを使用することで、コストの増加を抑制することができる。
また、第２実施形態のコンバインドサイクルプラントにあっては、ガスタービン１０と、ガスタービン１０からの排ガスＥＧの排熱により蒸気ＳＴを生成する排熱回収ボイラ５１と、排熱回収ボイラ５１により生成された蒸気ＳＴにより駆動するタービン６２を有する蒸気タービン５２とを備える。従って、ガスタービン１０の負荷に拘わらず、ガスタービン１０と蒸気タービン５２を合わせたコンバインドサイクルプラント５０の出力を目標出力に調整することができ、吸気加熱したときの蒸気タービン５２の変化率は、ガスタービン１０の出力の変化率に対して小さいため、コンバインドサイクル運転のときのガスタービン１０の出力調整により、コンバインドサイクルプラント５０での運転領域を拡大することができる。
［第３実施形態］
図４は、第３実施形態のコンバインドプラントを表す概略構成図である。なお、上述した第２実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
第３実施形態において、図４に示すように、圧縮機１１とタービン１３との間に冷却空気供給ラインＬ１５が設けられる。冷却空気供給ラインＬ１５は、圧縮機１１が圧縮した圧縮空気ＣＡの一部を冷却空気としてタービン１３に供給する。冷却空気供給ラインＬ１５は、一端部が圧縮機１１の車室（図示略）に連結され、他端部がタービン１３のロータ（図示略）の内部に形成された空間に連結される。
第２熱交換器３２と第３熱交換器３３は、冷却空気供給ラインＬ１５に直列に設けられる。冷却空気供給ラインＬ１５には、圧縮空気ＣＡの流れ方向の上流側に第３熱交換器３３が設けられ、下流側に第２熱交換器３２が設けられる。
第１熱交換器３１と第２熱交換器３２との間に第１媒体循環ラインＬ１３が設けられる。第１媒体循環ラインＬ１３は、循環ポンプ４１と流量調整弁４５が設けられる。第３熱交換器３３は、給水循環ラインＬ１０に設けられる。
制御装置１４は、圧縮機１１が取り込む空気Ａの温度に基づいて熱交換量調整装置としての流量調整弁４５を制御する。制御装置１４は、第１温度センサ４３が計測した空気Ａの温度が目標温度になるように流量調整弁４５の開度を調整する。
ここで、コンバインドサイクルプラント５０におけるガスタービン１０の制御について説明する。
ガスタービン１０を負荷１００％での運転状態（ガスタービン出力１００ＭＷ）から、部分負荷での運転状態（ガスタービン出力４５ＭＷ）に移行したいとき、制御装置１４は、燃焼器１２に供給する燃料Ｆの量を低下させる。すると、ガスタービン１０が負荷Ｌａ％での運転状態（ガスタービン出力５０ＭＷ）まで低下する。
制御装置１４は、ガスタービン吸気温度を上昇させる。このとき、制御装置１４は、第１温度センサ４３から空気取り込みラインＬ１を流れて第１熱交換器３１より加熱された空気Ａの温度が入力されており、この第１温度センサ４３の計測温度が目標温度になるように流量調整弁４５の開度を調整する。制御装置１４が流量調整弁４５の開度を調整することで、第１媒体循環ラインＬ１３を流れる第１媒体ＨＷの流量が上昇すると、第１熱交換器３１にて、第１媒体ＨＷから空気Ａへの熱交換量が増加して温度が上昇し、空気Ａの温度、つまり、ガスタービン吸気温度が目標温度まで上昇する。その結果、ガスタービン１０が負荷Ｌａ％で出力４５ＭＷまで低下する。
また、制御装置１４は、タービン１３に供給する冷却空気としての圧縮空気ＣＡの温度に基づいて流量調整弁６６を制御する。制御装置１４は、第２温度センサ４４が計測した圧縮空気ＣＡの温度が目標温度になるように流量調整弁６６の開度を調整する。すると、第３熱交換器３３へ供給される給水ＷＳの流量が調整され、第３熱交換器３３にて、給水ＷＳにより冷却される圧縮空気ＣＡの温度が調整される。その結果、適正温度の圧縮空気ＣＡをタービン１３に供給することができ、このタービン１３を適正に冷却することができる。
このように第３実施形態のガスタービンにあっては、圧縮機１１が圧縮した圧縮空気ＣＡを冷却空気としてタービン１３に供給する冷却空気供給ラインＬ１５を設け、冷却空気供給ラインＬ１５に第２熱交換器３２と第３熱交換器３３とを直列に設け、熱交換量調整装置として、第１熱交換器３１と第２熱交換器３２との間で第１媒体ＨＷを循環する第１媒体循環ラインＬ１３に流量調整弁４５を設ける。
従って、流量調整弁４５の開度を調整して第１媒体循環ラインＬ１３を流れる第１媒体ＨＷの流量を調整することで、冷却空気供給ラインＬ１５に設けられた第２熱交換器３２にて、圧縮空気ＣＡから第１媒体ＨＷへ供給する熱量を調整することができ、第１媒体ＨＷにより圧縮機１１に取り込まれる空気Ａの温度を高精度に調整することができる。
なお、上述した第２、第３実施形態にて、第３熱交換器３３は、例えば、ＴＣＡクーラであって、冷却塔としてもよい。
［第４実施形態］
図５は、第４実施形態のガスタービンを表す概略構成図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
第４実施形態において、図５に示すように、ガスタービン１０は、第１熱交換器３１と、第３熱交換器３３と、第１流量調整弁３４と、第２流量調整弁３５とを備える。第４実施形態では、第１熱交換器３１が本発明の空気温度調整用熱交換器に相当し、圧縮機１１が取り込む空気Ａと圧縮機１１が生成した圧縮空気ＣＡとの間で直接的に熱交換するものである。
第１熱交換器３１は、空気取り込みラインＬ１に設けられる。圧縮機１１とタービン１３との間に第１冷却空気供給ラインＬ１１と第２冷却空気供給ラインＬ１２とが並列に設けられる。第１冷却空気供給ラインＬ１１は、第１熱交換器３１が設けられ、第２冷却空気供給ラインＬ１２は、第３熱交換器３３が設けられる。そのため、第１冷却空気供給ラインＬ１１を流れる圧縮空気ＣＡ１は、第１熱交換器３１で空気取り込みラインＬ１を流れる空気Ａを加熱し、冷却される。
第１流量調整弁３４は、第１冷却空気供給ラインＬ１１における第１熱交換器３１より上流側に設けられる。第２流量調整弁３５は、第２冷却空気供給ラインＬ１２における第３熱交換器３３より上流側に設けられる。第１流量調整弁３４と第２流量調整弁３５は、第１熱交換器３１へ供給する圧縮空気ＣＡ１の熱量を調整する熱交換量調整装置として機能する。制御装置１４は、圧縮機１１が取り込む空気Ａの温度に基づいて熱交換量調整装置としての第１流量調整弁３４および第２流量調整弁３５を制御する。第１温度センサ４３は、空気取り込みラインＬ１を流れて第１熱交換器３１で加熱された空気Ａの温度を計測し、制御装置１４は、第１温度センサ４３が計測した空気Ａの温度が目標温度になるように第１流量調整弁３４および第２流量調整弁３５の開度を調整する。
このように第４実施形態のガスタービンにあっては、空気Ａと圧縮空気ＣＡとの間で直接熱交換する第１熱交換器３１と、第１熱交換器３１へ供給する圧縮空気ＣＡの熱量を調整する熱交換量調整装置と、圧縮機１１が取り込む空気Ａの温度に基づいて熱交換量調整装置を制御する制御装置１４とを備える。
従って、圧縮機１１に取り込まれる空気Ａの温度に応じてガスタービン１０の出力が変化することから、ガスタービン１０の負荷に拘わらず、ガスタービン１０の出力を目標出力に調整することができ、ガスタービン１０単体で運転領域を拡大することができる。また、圧縮機１１が取り込む空気Ａと圧縮機１１が生成した圧縮空気ＣＡとを直接的に熱交換することから、系統の簡素化を図ることができる。
［第５実施形態］
図６は、第５実施形態のコンバインドプラントを表す概略構成図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
第５実施形態において、図６に示すように、ガスタービン１０は、第１熱交換器３１と、第３熱交換器３３と、熱交換量調整装置とを備える。第５実施形態では、第１熱交換器３１が本発明の空気温度調整用熱交換器に相当し、圧縮機１１が取り込む空気Ａと圧縮機１１が生成した圧縮空気ＣＡとの間で直接的に熱交換するものである。
圧縮機１１とタービン１３との間に冷却空気供給ラインＬ１５が設けられる。冷却空気供給ラインＬ１５は、第１熱交換器３１と第３熱交換器３３が直列に設けられる。即ち、冷却空気供給ラインＬ１５には、第１熱交換器３１が設けられ、上流側に第３熱交換器３３が設けられる。第３熱交換器３３は、給水循環ラインＬ１０が設けられ、給水循環ラインＬ１０に流量調整弁６６が設けられる。また、熱交換量調整装置として、空気バイパスラインＬ１６と、流量調整弁７１とを有する。空気バイパスラインＬ１６は、一端部が空気取り込みラインＬ１における第１熱交換器３１より上流側に接続され、他端部が空気取り込みラインＬ１における第１熱交換器３１より下流側に接続される。流量調整弁７１は、空気バイパスラインＬ１６に設けられる。
制御装置１４は、圧縮機１１が取り込む空気Ａの温度に基づいて熱交換量調整装置としての流量調整弁６６，７１を制御する。制御装置１４は、第１温度センサ４３が計測した空気Ａの温度が目標温度になるように、流量調整弁６６，７１の開度を調整する。すなわち、制御装置１４は、圧縮機１１が取り込む空気Ａの温度を調整する必要がないとき、流量調整弁７１を開放して空気Ａを第１熱交換器３１を通さずに空気バイパスラインＬ１６から圧縮機１１に供給する。
このように第５実施形態のガスタービンにあっては、冷却空気供給ラインＬ１５に第１熱交換器３１と第３熱交換器３３とを直列に設け、熱交換量調整装置として、第３熱交換器３３に第２媒体としての給水ＷＳを供給する第２媒体供給ラインとしての給水循環ラインＬ１０に流量調整弁６６を設ける。
従って、流量調整弁６６の開度を調整して給水循環ラインＬ１０を流れる給水ＷＳの流量を調整することで、冷却空気供給ラインＬ１５に設けられた第３熱交換器３３にて、圧縮空気ＣＡから給水ＷＳへ供給する熱量を調整することができ、圧縮空気ＣＡにより圧縮機１１に取り込まれる空気Ａの温度を高精度に調整することができる。
第５実施形態のガスタービンでは、熱交換量調整装置として、第１熱交換器３１をバイパスして空気Ａを圧縮機１１に供給する空気バイパスラインＬ１６と、空気バイパスラインＬ１６に設けられる流量調整弁７１を設ける。従って、圧縮機１１が取り込む空気Ａの温度を調整する必要がないとき、流量調整弁７１により空気Ａを第１交換器３１を通さずに空気バイパスラインＬ１６から圧縮機１１に供給することができる。なお、上述した第５実施形態にて、第３熱交換器３３は、例えば、ＴＣＡクーラであって、冷却塔としてもよい。
［第６実施形態］
図７は、第６実施形態のガスタービンを表す概略構成図である。なお、上述した各実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
第６実施形態において、図７に示すように、ガスタービン１０は、第１熱交換器３１と、第２熱交換器３２と、第３熱交換器３３と、熱交換量調整装置とを備える。
第１熱交換器３１は、空気取り込みラインＬ１に設けられる。圧縮機１１と冷却対象部材８０との間に冷却空気供給ラインＬ１７が設けられる。冷却空気供給ラインＬ１７は、圧縮機１１が圧縮した圧縮空気ＣＡの一部を冷却空気として冷却対象部材８０に供給する。
第２熱交換器３２は、冷却空気供給ラインＬ１７に設けられる。第１熱交換器３１と第２熱交換器３２との間に第１媒体循環ラインＬ１３が設けられる。第１媒体循環ラインＬ１３は、循環ポンプ４１と流量調整弁４５が設けられる。そのため、循環ポンプ４１を駆動することで、第１媒体ＨＷを第１媒体循環ラインＬ１３により第１熱交換器３１と第２熱交換器３２との間で循環させることができる。
第３熱交換器３３は、第１媒体循環ラインＬ１３に設けられる。第１媒体循環ラインＬ１３は、第１媒体ＨＷが第１熱交換器３１から第２熱交換器３２に流れる側に循環ポンプ４１と流量調整弁４５が設けられ、第１媒体ＨＷが第２熱交換器３２から第１熱交換器３１に流れる側に第３熱交換器３３が設けられる。第３熱交換器３３は、第２媒体供給ラインＬ１４が設けられ、第２媒体供給ラインＬ１４に供給ポンプ４２が設けられる。第２媒体供給ラインＬ１４は、第２媒体（例えば、空気）Ａ１を第２媒体供給ラインＬ１４に流動させる。なお、第１媒体循環ラインＬ１３における第１媒体ＨＷが第２熱交換器３２から第１熱交換器３１に流れる側に循環ポンプ４１や流量調整弁４５を設けてもよいし、第１媒体ＨＷが第１熱交換器３１から第２熱交換器３２に流れる側に第３熱交換器３３を設けてもよい。
制御装置１４は、圧縮機１１が取り込む空気Ａの温度に基づいて熱交換量調整装置としての供給ポンプ４２を制御する。制御装置１４は、第１温度センサ４３が計測した空気Ａの温度が目標温度になるように供給ポンプ４２の回転数を調整する。また、冷却空気供給ラインＬ１７は、第２熱交換器３２と冷却対象部材８０との間に圧縮空気ＣＡの温度を計測する第３温度センサ４６が設けられる。制御装置１４は、第２熱交換器３２が冷却した圧縮空気ＣＡの温度に基づいて流量調整弁４５を制御する。制御装置１４は、第３温度センサ４６が計測した圧縮空気ＣＡの温度が目標温度になるように流量調整弁４５の開度を調整する。
このように第６実施形態のガスタービンにあっては、圧縮機１１から抽気した一部の圧縮空気ＣＡと第１媒体ＨＷとを第２熱交換器３２で熱交換し、冷却された圧縮空気ＣＡを冷却対象部材８０に供給する一方、加熱された第１媒体ＨＷと空気Ａとを第１熱交換器３１で熱交換し、制御装置１４は、空気Ａの温度が目標温度になるように供給ポンプ４２を制御する。
従って、ガスタービン１０の負荷に拘わらず、ガスタービン１０の出力を目標出力に高精度に調整することができ、ガスタービン１０単体で運転領域を拡大することができる。
本実施形態のガスタービンでは、圧縮空気冷却用熱交換器としての第３熱交換器３３を第１熱交換器３１と第２熱交換器３２との間で第１媒体ＨＷを循環する第１媒体循環ラインＬ１３に設けている。従って、第１熱交換器３１と第２熱交換器３２と第３熱交換器３３を第１媒体循環ラインＬ１３上に配置することができ、装置のコンパクト化を図ることができる。
［第７実施形態］
図８は、第７実施形態のガスタービンを表す概略構成図である。なお、上述した第６実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
第７実施形態において、図８に示すように、ガスタービン１０は、第１熱交換器３１と、第２熱交換器３２と、第３熱交換器３３と、熱交換量調整装置とを備える。
第１熱交換器３１は、空気取り込みラインＬ１に設けられる。圧縮機１１と冷却対象部材８０との間に冷却空気供給ラインＬ１７が設けられる。第２熱交換器３２は、冷却空気供給ラインＬ１７に設けられる。第１熱交換器３１と第２熱交換器３２との間に第１媒体循環ラインＬ１３が設けられる。第１媒体循環ラインＬ１３は、循環ポンプ４１と流量調整弁４５第３熱交換器３３が設けられる。第１媒体循環ラインＬ１３は、第１媒体ＨＷが第１熱交換器３１から第２熱交換器３２に流れる側に循環ポンプ４１と流量調整弁４５と第３熱交換器３３が設けられる。なお、第１媒体循環ラインＬ１３における第１媒体ＨＷが第２熱交換器３２から第１熱交換器３１に流れる側に循環ポンプ４１、流量調整弁４５、第３熱交換器３３を設けてもよい。
制御装置１４は、圧縮機１１が取り込む空気Ａの温度に基づいて熱交換量調整装置としての流量調整弁４５を制御する。制御装置１４は、第１温度センサ４３が計測した空気Ａの温度が目標温度になるように流量調整弁４５の開度を調整する。また、制御装置１４は、第２熱交換器３２が冷却した圧縮空気ＣＡの温度に基づいて供給ポンプ４２を制御する。制御装置１４は、第３温度センサ４６が計測した圧縮空気ＣＡの温度が目標温度になるように供給ポンプ４２の回転数を調整する。
このように第７実施形態のガスタービンにあっては、圧縮機１１から抽気した一部の圧縮空気ＣＡと第１媒体ＨＷとを第２熱交換器３２で熱交換し、冷却された圧縮空気ＣＡを冷却対象部材８０に供給する一方、加熱された第１媒体ＨＷと空気Ａとを第１熱交換器３１で熱交換し、制御装置１４は、空気Ａの温度が目標温度になるように流量調整弁４５を制御する。
従って、ガスタービン１０の負荷に拘わらず、ガスタービン１０の出力を目標出力に高精度に調整することができ、ガスタービン１０単体で運転領域を拡大することができる。
［第８実施形態］
図９は、第８実施形態のガスタービンを表す概略構成図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
第８実施形態において、図９に示すように、ガスタービン１０は、第１熱交換器３１と、第２熱交換器３２と、第３熱交換器３３と、熱交換量調整装置とを備える。
第１熱交換器３１は、空気取り込みラインＬ１に設けられる。圧縮機１１と冷却対象部材８０との間に冷却空気供給ラインＬ１７が設けられる。冷却空気供給ラインＬ１７は、圧縮空気ＣＡの流れ方向における上流側から順に、第２熱交換器３２、第１熱交換器３１、第３熱交換器３３が設けられる。また、冷却空気供給ラインＬ１７は、第１熱交換器３１と第３熱交換器３３の間に供給ポンプ９１が設けられる。
第２熱交換器３２は、第３媒体供給ラインＬ１８が設けられ、第３媒体供給ラインＬ１８に供給ポンプ９２が設けられる。第３媒体供給ラインＬ１８は、第３媒体（例えば、空気）Ａ２を第３媒体供給ラインＬ１８に流動させる。第３熱交換器３３は、第２媒体供給ラインＬ１４が設けられ、第２媒体供給ラインＬ１４に供給ポンプ４２が設けられる。
制御装置１４は、圧縮機１１が取り込む空気Ａの温度に基づいて熱交換量調整装置としての供給ポンプ９２を制御する。制御装置１４は、第１温度センサ４３が計測した空気Ａの温度が目標温度になるように供給ポンプ９２の回転数を調整する。また、制御装置１４は、第３熱交換器３３が冷却した圧縮空気ＣＡの温度に基づいて供給ポンプ４２を制御する。制御装置１４は、第３温度センサ４６が計測した圧縮空気ＣＡの温度が目標温度になるように供給ポンプ４２の回転数を調整する。
このように第８実施形態のガスタービンにあっては、圧縮機１１から抽気した一部の圧縮空気ＣＡと第３媒体Ａ２とを第２熱交換器３２で熱交換し、温度調整された圧縮空気ＣＡと空気Ａとを第１熱交換器３１で熱交換し、冷却された圧縮空気ＣＡを冷却対象部材８０に供給する。一方、制御装置１４は、空気Ａの温度が目標温度になるように供給ポンプ９２を制御する。
従って、ガスタービン１０の負荷に拘わらず、ガスタービン１０の出力を目標出力に高精度に調整することができ、ガスタービン１０単体で運転領域を拡大することができる。
なお、第５実施形態における空気バイパスラインＬ１６と流量調整弁７１の構成を、第１実施形態から第４実施形態や第６実施形態から第８実施形態に用いてもよい。その場合、全体のシステムは、ガスタービン単体であっても、コンバインドプラントであってもよい。
例えば、空気バイパスラインＬ１６と流量調整弁７１の構成を第１、第２、第４実施形態に適用した場合、流量調整弁３４，３５による制御をやめてもよい。空気バイパスラインＬ１６と流量調整弁７１の構成を第３実施形態に適用した場合、流量調整弁４５，６６による制御をやめてもよい。また、空気バイパスラインＬ１６と流量調整弁７１の構成を第６～第８実施形態に適用した場合、流量調整弁４５、供給ポンプ４２，９２による制御をやめてもよい。
また、上述の実施形態では、圧縮機１１が取り込む空気Ａの温度を空気取り込みラインＬ１に設けた第１温度センサ４３により計測するように構成したが、この構成に限定されるものではない。例えば、圧縮機が取り込む空気の温度を外気温度としたり、季節、天候、時間などに応じて設定された温度を用いてもよい。
また、上述の実施形態では、温度調整対象部材としてタービン１３や冷却対象部材８０を適用し、熱交換用空気を冷却空気とし、冷却空気によりタービン１３や冷却対象部材８０を冷却するように構成したが、この構成に限定されるものではない。例えば、温度調整対象部材として加熱対象部材を適用し、熱交換用空気を加熱空気とし、加熱空気により加熱対象部材を加熱するように構成してもよい。
また、上述した第１～第８実施形態では、本発明のガスタービン単体またはコンバインドプラントに適用して説明したが、ガスタービン単体に適用した本発明をコンバインドプラントに適用することができ、逆に、コンバインドプラントに適用した本発明をガスタービン単体に適用することもできる。そして、各実施形態で適用した熱交換量調整装置を複数組み合わせて適用することもできる。
１０ ガスタービン
１１ 圧縮機
１２ 燃焼器
１３ タービン
１４ 制御装置
２１ 回転軸
２２ 発電機
３１ 第１熱交換器（空気温度調整用熱交換器）
３２ 第２熱交換器（空気温度調整用熱交換器）
３３ 第３熱交換器（圧縮空気冷却用熱交換器）
３４ 第１流量調整弁（熱交換量調整装置）
３５ 第２流量調整弁（熱交換量調整装置）
４１ 循環ポンプ
４２ 供給ポンプ
４３ 第１温度センサ
４４ 第２温度センサ
４５ 流量調整弁（熱交換量調整装置）
４６ 第３温度センサ
５０ コンバインドサイクルプラント
５１ 排熱回収ボイラ
５２ 蒸気タービン
５３ 発電機
６１ 煙突
６２ タービン
６３ 回転軸
６４ 復水器
６５ 復水ポンプ
６６ 流量調整弁（熱交換量調整装置）
７１ 流量調整弁（熱交換量調整装置）
８０ 冷却対象部材
９１ 供給ポンプ
９２ 供給ポンプ
Ｌ１ 空気取り込みライン
Ｌ２ 圧縮空気供給ライン
Ｌ３ 燃料ガス供給ライン
Ｌ４ 燃焼ガス供給ライン
Ｌ５ 排ガス排出ライン
Ｌ６ 排ガス排出ライン
Ｌ７ 蒸気供給ライン
Ｌ８ 給水ライン
Ｌ９ 冷却水ライン
Ｌ１０ 給水循環ライン（第２媒体供給ライン）
Ｌ１１ 第１冷却空気供給ライン
Ｌ１２ 第２冷却空気供給ライン
Ｌ１３ 第１媒体循環ライン
Ｌ１４ 第２媒体供給ライン
Ｌ１５ 冷却空気供給ライン
Ｌ１６ 空気バイパスライン
Ｌ１７ 冷却空気供給ライン
Ｌ１８ 第３媒体供給ライン
Ａ 空気
Ａ１ 第２媒体
Ａ２ 第３媒体
ＣＡ，ＣＡ１，ＣＡ２ 圧縮空気
ＣＧ 燃焼ガス
ＥＧ 排ガス
Ｆ 燃料
ＨＷ 第１媒体
ＳＴ 蒸気
ＷＳ 給水

Claims (13)

  1. 空気を圧縮する圧縮機と、
    前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器と、
    前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、
    前記圧縮空気を冷却して熱交換用空気とする圧縮空気冷却用熱交換器と、
    前記圧縮空気と前記圧縮機に供給される前記空気との間で熱交換する空気温度調整用熱交換器と、
    前記圧縮空気冷却用熱交換器および前記空気温度調整用熱交換器の熱交換量を調整する熱交換量調整装置と、
    ガスタービン出力が上限値と下限値との間に設定される運転可能領域に維持されるように前記熱交換量調整装置を制御する制御装置と、
    を備え、
    前記制御装置は、前記熱交換量調整装置を制御して前記空気を昇温することで、前記運転可能領域における前記下限値を下げる、
    ことを特徴とするガスタービン。
  2. 前記空気温度調整用熱交換器により熱交換された空気の温度を計測する第１温度センサが設けられ、前記制御装置は、前記第１温度センサが計測した前記空気の温度が目標温度に近づくように前記熱交換量調整装置により前記空気温度調整用熱交換器における熱交換量を制御することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン。
  3. 前記圧縮空気冷却用熱交換器により冷却された圧縮空気の温度を計測する第２温度センサが設けられ、前記制御装置は、前記第２温度センサが計測した前記圧縮空気の温度が目標温度に保持されるように前記熱交換量調整装置により前記圧縮空気冷却用熱交換器における熱交換量を制御することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン。
  4. 前記空気温度調整用熱交換器は、前記空気と第１媒体との間で熱交換する第１熱交換器と、前記圧縮空気と前記第１媒体との間で熱交換する第２熱交換器とを有し、前記熱交換量調整装置は、前記第２熱交換器における熱交換量を調整することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のガスタービン。
  5. 前記圧縮機が圧縮した圧縮空気を冷却空気として前記タービンに供給する第１冷却空気供給ラインおよび第２冷却空気供給ラインが並列に設けられ、前記第１冷却空気供給ラインに前記第２熱交換器が設けられ、前記第２冷却空気供給ラインに前記圧縮空気と第２媒体との間で熱交換する前記圧縮空気冷却用熱交換器が設けられ、前記熱交換量調整装置として、前記第１冷却空気供給ラインと前記第２冷却空気供給ラインの少なくともいずれか一方に流量調整弁が設けられることを特徴とする請求項４に記載のガスタービン。
  6. 前記圧縮機が圧縮した圧縮空気を冷却空気として前記タービンに供給する冷却空気供給ラインが設けられ、前記冷却空気供給ラインに前記第２熱交換器および前記圧縮空気と第２媒体との間で熱交換する前記圧縮空気冷却用熱交換器が直列に設けられ、前記熱交換量調整装置として、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間で前記第１媒体を循環する第１媒体循環ラインに流量調整弁が設けられることを特徴とする請求項４に記載のガスタービン。
  7. 前記第２媒体は、空気または水であることを特徴とする請求項５に記載のガスタービン。
  8. 前記圧縮空気冷却用熱交換器は、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間で前記第１媒体を循環する第１媒体循環ラインに設けられることを特徴とする請求項４に記載のガスタービン。
  9. 前記空気温度調整用熱交換器は、前記空気と前記圧縮空気との間で熱交換する第１熱交換器と、前記圧縮空気と第３媒体との間で熱交換する第２熱交換器とを有し、前記熱交換量調整装置は、前記第２熱交換器における熱交換量を調整することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン。
  10. 前記圧縮空気冷却用熱交換器は、冷却塔であることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン。
  11. 前記熱交換量調整装置は、前記空気温度調整用熱交換器をバイパスして前記空気を前記圧縮機に供給する空気バイパスラインと、空気バイパスラインに設けられる流量調整弁とを有することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン。
  12. 空気を圧縮する圧縮機と、
    前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器と、
    前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、
    を備えるガスタービンにおいて、
    前記圧縮空気を冷却する工程と、
    前記圧縮空気を冷却することで回収した熱量により前記空気を昇温させる工程と、
    ガスタービン出力が上限値と下限値との間に設定される運転可能領域に維持されるように前記圧縮機が取り込む前記空気の温度に基づいて前記空気を昇温させると共に前記運転可能領域における前記下限値を下げるように前記圧縮空気の熱量を調整する工程と、
    を有することを特徴とするガスタービンの制御方法。
  13. 請求項１に記載のガスタービンと、
    前記ガスタービンからの排ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
    前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気により駆動するタービンを有する蒸気タービンと、
    を備えることを特徴とするコンバインドサイクルプラント。
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