JP3114005B2 - ガスタービン吸気冷却システム及びその運転方法 - Google Patents
ガスタービン吸気冷却システム及びその運転方法Info
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Description
冷却して出力を増加するシステムの冷却系に係り、特に
ガスタービン吸気冷却システムをコンバインドプラント
に適用した場合の冷却系の構成とその運転方法に関す
る。
ントは、従来の汽力発電設備より熱効率が高いため、近
年電力供給量に占める割合が増大している。その主機の
1つであるガスタービンは、回転圧縮機により大気を吸
引、加圧した後に燃焼させて得た、加圧高温ガスをター
ビンで膨張させることによって出力を発生する。ガスタ
ービンは一定速度で回転しており、大気の比重が出力に
与える影響が大きい。すなわち、図3に示すように大気
温度が高いほど大気の比重は小さくなり、ガスタービン
の出力は減少するという特徴を有している。
季節要因があり、大気温度の高い夏場により多くの電力
が必要となっている。これは、ガスタービンの特性とは
相反するものであるが、これに対して大気温度が高いと
きでもガスタービンの出力を下げない方法が提案されて
いる。その1つに、夏場にガスタービンの吸気を大気温
度より下げてガスタービンに供給することにより、夏場
のガスタービン出力減少を防ぐガスタービン吸気の冷却
方法がある。
特開平1−142219に記載された技術がある。しか
し、LNGは使用可能な立地が限定されるので、普遍性
のあるものとして、EPRI GS−6874(199
0 June)に記載のチラーを利用するシステムがあ
る。図2はチラーを利用したガスタービン吸気冷却シス
テムの従来例を示している。同図においてチラー22
は、低沸点の熱媒体を断熱圧縮した後、除熱し、更に断
熱膨張させることにより冷媒を生成し、これを空気冷却
器24に導くことによりコンプレッサ2に流入する大気
を冷却している。チラー22で発生する熱はクーリング
タワー37で大気に散逸させている。除熱の他の方法と
して海や河川から冷却水を汲み上げる方法も知られてい
る。
のガスタービン吸気冷却システムには以下の問題点があ
る。すなわち、一般にガスタービンの吸気冷却システム
は、既存のプラントに追設する場合が多いが、その場合
クーリングタワーの増設あるいは海や河川を冷水源にす
る時の冷却水配管の敷設などチラーの除熱系に大規模な
工事を伴いガスタービン吸気冷却システム追設の経済的
メリットを減じていた。
質的に水質を管理できないことに起因して除熱系を構成
する機器の防蝕に特別な対策が必要であった。
ものであり、チラーを有するガスタービン吸気冷却シス
テムを対象にして追設費用の大幅低減及びチラー冷却系
統の信頼性の向上を図ったガスタービン吸気冷却システ
ム及びその運転方法を提供することを目的とする。
が高いコンバインドプラントへの追設を前提にして、プ
ラントに既設の軸受冷却水系統の冷却水をチラーの除熱
源とする方法を採択する。コンバインドプラントの軸受
冷却水系統は回転機器の軸受部で発生する熱を除去する
もので、熱交換器、ポンプ及び配管から構成されてい
る。また軸受冷却水は機器の長期信頼性を確保する必要
から水質が高度に管理され、かつ上記熱交換器またはポ
ンプの万一の故障にも対応できるように予備機が設けら
れている。軸受部から発生する熱は熱交換器を介して、
最終的に海または河川に放散される。
ムのチラーを冷却するための配管を軸受冷却水系統の一
部に接続する。配管のうちチラーへの冷却水供給配管
は、軸受冷却水系統における軸冷ポンプの吐出側であっ
て、かつ熱交換器の出口側に接続され、チラーからの戻
り配管は軸冷ポンプの吸入側であって、かつ熱交換器の
入口側に接続されているものとする。
冷却水送水ポンプは不要となる。
建屋の内部もしくは隣接する屋外に配置されているの
で、チラーとの接続に要する配管長は、海または河川か
ら導水する従来方法に比べて著しく短くまた敷設工事も
容易である。
チラー冷却系の動作原理を以下に示す。チラーの運転時
は、既設の軸受冷却水系統を構成する熱交換器とポンプ
の予備機を駆動して軸受冷却水の一部をチラーに供給す
ることによりチラーからの廃熱を除去する。
内蔵するコンプレッサが相当量の電力を消費するので、
単価の安い夜間電力を利用して蓄冷し昼間の電力ピーク
時間帯に合わせて蓄積した冷熱を空気冷却器に供給する
ことも可能である。このようにすれば経済的なメリット
は更に増加する。
る。図1には本発明に係るガスタービン吸気冷却システ
ムの一実施例の構成が示されている。同図において本発
明の適用対象であるコンバインドプラントの構成は、コ
ンプレッサ2、燃焼器3、ガスタービン4から成る。ガ
スタービン4と蒸気タービン5が発電機1と同軸上に配
置されているが蒸気タービン5とガスタービン4が切り
離され別な軸上に配置されても良い。コンプレッサ2の
吸気26は燃焼器3で昇温し、ガスタービン4で仕事を
する。
ラ6で蒸気28を発生する。この蒸気28は蒸気タービ
ン5で仕事をした後、復水器8で冷却され、給水ポンプ
9で再びボイラ6に送水される。
スタービン4と蒸気タービン5の組み合わせで発電して
おり、一般に一つの発電所はこの組み合わせ(以下軸と
称す)を複数セット有している。このプラントを構成す
る回転機器の軸受を冷却する軸受冷却水系統は、軸冷ポ
ンプ17a、17b、17c、熱交換器12a、12
b、12cの組み合わせがヘッダ13、15、33によ
り並列に配置されて回路を構成している。
環水ポンプ10a、10b、10cにより水源11から
冷却水が供給されている。熱交換器12a、12b、1
2cを出た軸冷水は各軸の設備へ連絡管14を介して供
給され、軸設備で熱交換した後、連絡管16を介してヘ
ッダ15に戻る回路を形成している。
10c、熱交換器12c、軸冷ポンプ17cの組み合せ
の一つを予備機18として待機させ、他の組み合わせに
異常が発生したときに予備機18を起動することにより
系統の信頼性を向上している。
気冷却システムは以下の様に結合されている。熱交換器
出口管27に接続された抽水管29は管31に連結さ
れ、弁21を介してチラー22に結合されている。
下流側で戻り管30に分岐し、軸冷ポンプ17a、17
b、17cの吸込管28に結合されている。
て空気冷却器24に搬送され、大気25と熱交換した
後、再びチラー22に戻る閉回路を循環している。大気
25は空気冷却器24で冷却され、冷風26がコンプレ
ッサ2に供給される。
ムの運転方法を以下に示す。まず弁20、21を開き、
予備機18の弁19cを閉じたのち、循環水ポンプ10
c、軸冷ポンプ17cを起動すると、軸冷水の一部がチ
ラー22に供給される。
動して冷媒を空気冷却器24に搬送することにより所要
の冷風(吸気)26を得て、ガスタービン4の出力を増
加することができる。
本実施例は前記実施例に蓄冷装置33とポンプ34を追
設し、これらを介しチラー22と空気冷却器24を結合
したものである。この構成では、冷熱を蓄積する操作と
蓄積された冷熱を空気冷却器24に搬送する操作を時間
的に分離することが可能である。チラー22を有するガ
スタービン吸気冷却システムの主要な消費動力はチラー
22に内蔵されているコンプレッサの動力なので、電力
単価の安い夜間に蓄冷し、昼間に冷熱を開放する運転を
行なえば、本システムの運転費を節約できるという効果
がある。
す。本実施例は図1に示した実施例における弁20、2
1の代わりに分岐管29、30上に開度調節が可能なコ
ントロール弁35a、35b、35cとコントロール弁
36a、36b、36cを設けたものである。
弁35a、35b、35cまたはコントロール弁36
a、36b、36cの開度調節によって抽水管29への
軸冷水量を均等に分配できるので熱交換器12a、12
b、12cの熱負荷を均等にできるという好ましい運転
状態を実現できる。
への供給水量が不変であるのに対し、本実施例では連結
管14とガスタービン吸気冷却システムへの冷却水の供
給を、各々の熱負荷に応じて最適に分配できるという効
果がある。
って軸冷系の能力に十分な余裕がある場合には、弁19
c、コントロール弁35cを閉とし、予備機18′を立
ち上げることなしに稼働中の熱交換器の出口から抽水す
ることも可能であり、軸冷ポンプの動力を節約すること
ができるという効果がある。
トを停止せずに配管の追設工事が可能であるという効果
がある。すなわち、予備機18の弁19c、37c、3
8c、40cを閉じて管内の残留水を抜いて、抽水管2
9と戻り管30を溶接する。溶接完了後は、予備機を稼
働すると共に予備機を系統a、bに切り替えて同様の工
事を順次、行なうことができる。
す。既述した三つの各実施例では配管31は抽水管29
を介して熱交換器12a、12b、12cの出口管27
に接続され、配管32は戻り管30を介してポンプ17
a、17b、17cの下流側配管28に接続されてい
た。これに対して本実施例では配管31は熱交換器12
の出口に位置するヘッダ13、配管32はポンプ17の
下流に位置するヘッダ15に接続されている。
ドプラントを新規立地する場合、もしくはコンバインド
プラントを長期停止等、軸冷系を停止する場合に工事が
可能となるが、上述した三つの各実施例に比べて配管構
成が簡単化できるという効果がある。
システムのチラーの冷却水として既設の軸受冷却水を利
用するので、チラーの冷却設備追設に伴う建設コストを
大幅に低減でき、かつ軸冷水質が優れているので機器の
腐食を低減できる効果がある。
一実施例を示す構成図である。
示す構成図である。
性図である。
他の実施例を示す構成図である。
他の実施例を示す構成図である。
更に他の実施例を示す構成図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 チラーを用いてガスタービンの吸い込み
空気を冷却し、コンバインドプラントの出力を増加させ
るガスタービン吸気冷却システムにおいて、前記チラ−で生成される冷媒と熱交換して前記ガスター
ビンの空気を冷却する空気冷却器と、 前記コンバインド
プラントの軸受冷却系統から冷却水の一部を分岐し、前
記チラーを経由させて該チラ−を冷却した後、前記軸受
冷却系統に戻す冷却水供給手段を有することを特徴とす
るガスタービン吸気冷却システム。 - 【請求項2】 前記冷却水供給手段は、第1の配管が、
前記軸受冷却系統における軸冷ポンプの吐出側に設けら
れた各熱交換器の各熱交換器出口管に接続される抽水管
及び第1の弁を介して各熱交換器出口管と前記チラーの
入水側との間に接続されると共に、前記チラーの出水側
から第2の配管が、第2の弁を介して該第2の弁の下流
側で、かつ前記軸冷ポンプの吸込側に設けられた前記各
熱交換器の各吸込管にそれぞれ接続されている各戻り管
に分岐して接続されるように構成された配管系統を有す
ることを特徴とする請求項1に記載のガスタービン吸気
冷却システム。 - 【請求項3】 前記冷却水供給手段は、第1の配管が、
前記軸受冷却系統における軸冷ポンプの吐出側に設けら
れた各熱交換器の各熱交換器出口管に接続される各抽水
管を介して各熱交換器出口管と前記前記チラーの入水側
との間に接続されると共に、前記チラーの出水側から第
2の配管が、前記軸冷ポンプの吸込側に設けられた前記
各熱交換器の各吸込管にそれぞれ接続されている各戻り
管に分岐して接続され、分岐した前記各抽水管に弁開度
が調整可能な第1のコントロール弁群を、また分岐した
前記各戻り管に弁開度が調整可能な第2のコントロール
弁群を有するように構成された配管系統を有することを
特徴とする請求項1に記載のガスタービン吸気冷却シス
テム。 - 【請求項4】 前記冷却水供給手段は、第1の配管が、
前記軸受冷却系統における軸冷ポンプの吐出側に設けら
れた各熱交換器の各熱交換器出口管が共通に接続される
第1のヘッダと前記チラーの入水側との間に第1の弁を
介して接続されると共に、前記チラーの出水側から第2
の配管が、第2の弁を介して該第2の弁の下流側で、か
つ前記軸冷ポンプの吸込側に設けられた前記各熱交換器
の各吸込管が共通接続される第2のヘッダとの間に接続
されるように構成された配管系統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吸気冷却システム。 - 【請求項5】 前記チラーが動作する際に、前記軸受冷
却系統を構成し通常は待機状態にある既設のポンプと熱
交換器の組合せを運転することにより前記チラーに前記
軸受冷却系統の冷却水の一部を供給することを特徴とす
る請求項1乃至4のいずれかに記載のガスタービン吸気
冷却システム。 - 【請求項6】 前記チラーと前記ガスタービンに冷却さ
れた吸気を供給する空気冷却器との間に設けられ、前記
チラーにより生成された冷媒を一時的に蓄積することに
より蓄冷する蓄冷装置と、該蓄冷装置に蓄積された冷媒
を前記空気冷却器に圧送するポンプとを有することを特
徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のガスタービ
ン吸気冷却システム。 - 【請求項7】 前記チラーを夜間に運転して蓄冷し、蓄
冷された冷熱を電力が必要となる昼間に消費してガスタ
ービンの吸い込み空気を冷却することを特徴とする請求
項6に記載のガスタービン吸気冷却システムの運転方
法。
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