JP4684968B2 - High humidity gas turbine plant and control method thereof - Google Patents
High humidity gas turbine plant and control method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP4684968B2 JP4684968B2 JP2006228652A JP2006228652A JP4684968B2 JP 4684968 B2 JP4684968 B2 JP 4684968B2 JP 2006228652 A JP2006228652 A JP 2006228652A JP 2006228652 A JP2006228652 A JP 2006228652A JP 4684968 B2 JP4684968 B2 JP 4684968B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- compressor
- turbine
- exhaust
- gas
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 110
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 109
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 claims description 82
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 63
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 51
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims description 26
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 16
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 27
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 9
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
Description
本発明は湿分を含む空気と燃料を燃焼させて得た燃焼ガスによって駆動されるタービンを有する高湿分ガスタービンプラント及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a high-humidity gas turbine plant having a turbine driven by combustion gas obtained by burning air containing moisture and fuel, and a control method therefor.
いわゆる高湿分ガスタービンとは、増湿塔等の加湿装置で燃焼用の空気に多量の湿分を加えた後に、再生熱交換器でタービンを駆動した燃焼ガスの排気を利用して加熱し、こうして得た空気を燃料と共に燃焼させてタービンを駆動するものであり、単独でコンバインドサイクルと同等、若しくはそれ以上の出力及び効率を得ることができる。 A so-called high-humidity gas turbine is a system that uses a humidifier such as a humidification tower to add a large amount of moisture to combustion air, and then uses a regenerative heat exchanger to heat the exhaust gas from the combustion gas that drives the turbine. The turbine is driven by burning the air thus obtained together with the fuel, and the output and efficiency equivalent to or higher than that of the combined cycle can be obtained independently.
こうした高湿分ガスタービンも含めて、ガスタービンの出力及び効率を向上させるためには、燃焼室における燃焼の状況(例えば、負荷変動や、燃焼対象の性状(空気への加湿量等)等)に応じて燃焼ガスの温度を最適に制御することが求められる。また、ガスタービンの出力は燃焼ガス温度を高くするほど上昇するが、燃焼ガスに晒される部材(例えば、燃焼器、タービン等)を熱から保護する観点から燃焼ガスの温度には上限値が決められている。したがって、燃焼ガス温度の制御には、その上限値を超えないようにして出力及び効率を可能な限り向上させることが要求される。 In order to improve the output and efficiency of gas turbines, including these high-humidity gas turbines, the status of combustion in the combustion chamber (for example, load fluctuations, characteristics of the combustion target (humidity to the air, etc.), etc.) Accordingly, it is required to optimally control the temperature of the combustion gas. Further, the output of the gas turbine increases as the temperature of the combustion gas increases, but an upper limit value is determined for the temperature of the combustion gas from the viewpoint of protecting members exposed to the combustion gas (eg, combustor, turbine, etc.) from heat. It has been. Therefore, the control of the combustion gas temperature is required to improve the output and efficiency as much as possible without exceeding the upper limit.
ところで、燃焼ガス温度を制御する際にはその温度を直接測定することは一般的に行われない。燃焼ガス温度を直接測定しようとしても、測定位置によって温度が大きくばらつき、その平均温度を測定することは困難だからである。したがって、検出器等で検出した圧縮機の出口圧力と燃焼ガスの排気温度等を基に燃焼ガス温度を間接的に求め、この間接的に求めた燃焼ガス温度が許容値を超えないように出力を制御する方法がとられている。そして、高湿分タービンのように燃焼用空気に水を加え、これを燃料とともに燃焼させて燃焼ガスを得る場合には、燃焼用空気への加湿量も考慮する必要があり、その制御方法は水を加えない場合と比較して複雑になる。 By the way, when controlling the combustion gas temperature, it is not generally performed to directly measure the temperature. This is because even if it is attempted to directly measure the combustion gas temperature, the temperature varies greatly depending on the measurement position, and it is difficult to measure the average temperature. Therefore, the combustion gas temperature is obtained indirectly based on the compressor outlet pressure detected by the detector, etc., and the exhaust temperature of the combustion gas, and output so that the indirectly obtained combustion gas temperature does not exceed the allowable value. The method of controlling is taken. And when adding water to combustion air like a high humidity turbine, and burning this with fuel and obtaining combustion gas, it is necessary to consider the humidification amount to combustion air, and the control method is Compared to the case where water is not added.
燃焼用空気に噴霧した水量に応じた制御を行う方法には、高湿分ガスタービンでの適用例ではないが、圧縮機の出口圧力によって燃焼ガスの排気温度の設定値を規定する関数に対して、空気に噴霧した水量を検出する水量検出器の検出値に応じた補正を施し、この補正した関数によって求めた設定値にタービン稼働時の排気温度が保持されるように燃料の量を調節して燃焼ガス温度の間接的な制御を図った技術がある(特許文献1等参照)。 Although the method of performing control according to the amount of water sprayed on the combustion air is not an example of application in a high-humidity gas turbine, a function that defines the set value of the exhaust temperature of the combustion gas by the outlet pressure of the compressor is used. Then, a correction is made according to the detection value of the water detector that detects the amount of water sprayed on the air, and the amount of fuel is adjusted so that the exhaust temperature during turbine operation is maintained at the set value obtained by this corrected function. Thus, there is a technique for controlling the combustion gas temperature indirectly (see Patent Document 1).
しかし、上記の技術は、一般的なガスタービンの定格負荷運転時における燃焼ガス温度の間接的な制御方法であり、高湿分ガスタービン起動後の負荷上昇時や部分負荷運転時等のいわゆる非定格負荷運転時に利用すると次のような不都合が生じる。 However, the above technique is an indirect control method of the combustion gas temperature during rated load operation of a general gas turbine, and is a so-called non-control method such as when the load increases after starting a high-humidity gas turbine or during partial load operation. The following inconveniences occur when used during rated load operation.
部分負荷運転時に何らかの要因(例えば、増湿塔の故障等)で空気中の湿分量が低下した場合には潜熱の減少によって排気温度が上昇するが、この場合に上記技術を利用すると、排気温度上昇の対処策として燃料供給量の調節による排気温度制御しか行うことができない。したがって、湿分低下に伴う排気温度上昇を抑制するために燃料供給量を低減させる制御が働いてタービンの出力が低下する場合がある。また、燃料供給量だけで排気温度を制御した結果、排気温度が低下した場合には、再生熱交換器の加熱力が低減してしまい、燃焼器に導入される空気の温度が低下して燃料の使用量が増加する場合がある。このように、高湿分ガスタービンの部分負荷運転時に上記技術を利用すると、プラントの効率が低下してしまう。これは一般的なタービンと比較して部分負荷運転時の効率が良いという高湿分ガスタービンの特長を損なうことになる。 If the moisture content in the air decreases due to some factor (for example, failure of the humidification tower) during partial load operation, the exhaust temperature rises due to the decrease in latent heat. As countermeasures against the rise, only exhaust temperature control by adjusting the fuel supply amount can be performed. Therefore, there is a case where the output of the turbine is lowered due to the control for reducing the fuel supply amount in order to suppress the increase in the exhaust gas temperature accompanying the decrease in moisture. In addition, when the exhaust gas temperature is reduced as a result of controlling the exhaust gas temperature only by the fuel supply amount, the heating power of the regenerative heat exchanger is reduced, and the temperature of the air introduced into the combustor is lowered, resulting in the fuel The amount of use may increase. Thus, if the above technique is used during partial load operation of the high-humidity gas turbine, the efficiency of the plant is reduced. This impairs the characteristics of the high-humidity gas turbine that is more efficient during partial load operation than a general turbine.
また、高湿分ガスタービンプラントで燃焼空気の加湿に用いる増湿塔は、流下する水と空気全体を直接接触させて飽和状態まで一気に加湿するものであり、上記の技術のように噴霧して水を添加する場合と比較して大量の加湿を行う点で加湿方法が著しく異なる。そのため、燃焼ガス温度の制御方法も異なり、同様の制御方法をそのまま適用することもできない。 In addition, the humidification tower used for humidifying combustion air in a high-humidity gas turbine plant directly contacts the flowing water and the entire air to humidify all the way to saturation, and sprays like the above technique. Compared with the case of adding water, the humidification method is significantly different in that a large amount of humidification is performed. Therefore, the control method of the combustion gas temperature is also different, and the same control method cannot be applied as it is.
本発明の目的は、非定格負荷運転時における出力及び効率に優れた高湿分ガスタービンプラント及びその制御方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a high-humidity gas turbine plant excellent in output and efficiency during non-rated load operation and a control method thereof.
(1)本発明は、上記目的を達成するために、燃焼ガスによって駆動されるタービンと、燃焼用の空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機によって圧縮された空気を加湿する増湿塔と、この増湿塔によって加湿された空気を前記タービンを駆動させた燃焼ガスの排気によって加熱する再生熱交換器と、この再生熱交換器によって加熱された空気と燃料を燃焼して、前記タービンを駆動させる燃焼ガスを発生する燃焼器と、前記圧縮機に導入される燃焼用の空気の流量を調節する圧縮機入口案内翼と、前記圧縮機の出口側に設けられ、前記圧縮機の出口圧力を検出する圧縮機出口圧力検出器と、前記タービンを駆動させた排気の流通経路に設けられ、その排気の温度を検出する排気温度検出器と、前記増湿塔へ供給される水の量を検出する給水量検出器と、前記増湿塔への給水量に応じて補正される関数であって、ガスタービンの部分負荷運転時における燃焼ガスの温度を間接的に制御するための前記排気温度の設定値を前記圧縮機の出口圧力に応じて規定する関数を用いて、前記圧縮機出口圧力検出器によって検出された出口圧力、及び前記給水量検出器によって検出された給水量から前記排気温度の設定値を算出し、前記排気温度検出器によって検出された排気温度が前記算出した設定値に近づくように前記圧縮機入口案内翼の開度を調節する制御装置とを備えるものとする。 (1) In order to achieve the above object, the present invention provides a turbine driven by combustion gas, a compressor that compresses combustion air, and a humidification tower that humidifies the air compressed by the compressor. A regenerative heat exchanger that heats the air humidified by the humidification tower by exhaust of the combustion gas that drives the turbine, and burns the air and fuel heated by the regenerative heat exchanger to A combustor for generating combustion gas to be driven; a compressor inlet guide vane for adjusting a flow rate of combustion air introduced into the compressor; and an outlet pressure of the compressor provided on an outlet side of the compressor A compressor outlet pressure detector for detecting the exhaust gas, an exhaust gas temperature detector for detecting the temperature of the exhaust gas provided in the exhaust flow path for driving the turbine, and an amount of water supplied to the humidification tower. Detected water supply A function corrected according to the amount of water supplied to the discharger and the humidifying tower, and a set value of the exhaust temperature for indirectly controlling the temperature of the combustion gas during partial load operation of the gas turbine. Using a function defined according to the outlet pressure of the compressor, the set value of the exhaust temperature is calculated from the outlet pressure detected by the compressor outlet pressure detector and the water supply amount detected by the water supply amount detector. A controller that calculates and adjusts the opening of the compressor inlet guide vane so that the exhaust temperature detected by the exhaust temperature detector approaches the calculated set value.
(2)また、本発明は、上記目的を達成するために、燃焼ガスによって駆動されるタービンと、燃焼用の空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機によって圧縮された空気を加湿する増湿塔と、この増湿塔によって加湿された空気を前記タービンを駆動させた燃焼ガスの排気によって加熱する再生熱交換器と、この再生熱交換器によって加熱された空気と燃料を燃焼して、前記タービンを駆動させる燃焼ガスを発生する燃焼器と、この燃焼器へ導入される燃料の量を調節する燃料調節弁と、前記圧縮機の出口側に設けられ、前記圧縮機の出口圧力を検出する圧縮機出口圧力検出器と、前記タービンを駆動させた排気の流通経路に設けられ、その排気の温度を検出する排気温度検出器と、前記増湿塔が稼働しているか否かに応じて補正される関数であって、ガスタービンの負荷上昇時における燃焼ガスの温度を間接的に制御するための前記排気温度の設定値を前記圧縮機の出口圧力に応じて規定する関数を用いて、前記圧縮機出口圧力検出器によって検出された出口圧力、及び前記増湿塔への給水量から前記排気温度の設定値を算出し、前記排気温度検出器によって検出された排気温度が前記算出した設定値に近づくように前記燃料調節弁の開度を調節する制御装置とを備えるものとする。 (2) Further, in order to achieve the above object, the present invention provides a turbine driven by combustion gas, a compressor that compresses combustion air, and a humidifier that humidifies the air compressed by the compressor. A tower, a regenerative heat exchanger that heats the air humidified by the humidifying tower by exhaust of combustion gas that has driven the turbine, and burns the air and fuel heated by the regenerative heat exchanger, A combustor that generates combustion gas for driving a turbine, a fuel control valve that adjusts the amount of fuel introduced into the combustor, and an outlet side of the compressor that detects an outlet pressure of the compressor Compressor outlet pressure detector, exhaust temperature detector provided in the exhaust flow path that drives the turbine and detecting the temperature of the exhaust, and correction depending on whether the humidification tower is operating Function Thus, the compressor outlet pressure is determined using a function that defines a set value of the exhaust temperature for indirectly controlling the temperature of the combustion gas when the load of the gas turbine rises, according to the outlet pressure of the compressor. A set value of the exhaust temperature is calculated from the outlet pressure detected by the detector and the amount of water supplied to the humidification tower, and the exhaust temperature detected by the exhaust temperature detector approaches the calculated set value. And a control device for adjusting the opening of the fuel control valve.
(3)上記(1)は、好ましくは、前記燃焼器へ導入される燃料の量を調節する燃料調節弁を備え、前記制御装置は、前記増湿塔が稼働しているか否かに応じて補正される関数であって、ガスタービンの負荷上昇時における燃焼ガスの温度を間接的に制御するための前記排気温度の設定値を前記圧縮機の出口圧力に応じて規定する関数を用いて、前記圧縮機出口圧力検出器によって検出された出口圧力、及び前記増湿塔への給水量から前記排気温度の設定値を算出し、前記排気温度検出器によって検出された排気温度が前記算出した設定値に近づくように前記燃料調節弁の開度を調節するものとする。 (3) The above (1) preferably includes a fuel adjustment valve that adjusts the amount of fuel introduced into the combustor, and the control device depends on whether or not the humidification tower is operating. Using a function that is corrected and that defines a set value of the exhaust temperature for indirectly controlling the temperature of the combustion gas when the load of the gas turbine increases, according to the outlet pressure of the compressor, A setting value of the exhaust temperature is calculated from the outlet pressure detected by the compressor outlet pressure detector and the amount of water supplied to the humidification tower, and the exhaust temperature detected by the exhaust temperature detector is the calculated setting. The opening degree of the fuel control valve is adjusted so as to approach the value.
(4)上記(2)又は(3)は、好ましくは、前記ガスタービンの負荷上昇時における燃焼ガスの温度を間接的に制御するための関数は、前記増湿塔を起動させる前に利用する起動前用の関数、及び前記増湿塔を起動させた後に利用する起動後用の関数であり、前記制御装置は、前記起動前用の関数及び前記起動後用の関数を前記増湿塔が稼働しているか否かに応じて選択して用いて前記排気温度の設定値を算出し、前記排気温度検出器によって検出された排気温度が前記算出した設定値に近づくように前記燃料調節弁の開度を調節するものとする。 (4) In the above (2) or (3), preferably, a function for indirectly controlling the temperature of the combustion gas at the time of increasing the load of the gas turbine is used before starting the humidification tower. function for pre-activation, and a function for after starting to use the after starting the said humidifying tower (5), wherein the control device, function and the humidifying tower (5) a function for after the activation for the pre-boot is A set value of the exhaust gas temperature is selected and used according to whether or not the engine is operating, and the fuel control valve is adjusted so that the exhaust gas temperature detected by the exhaust gas temperature detector approaches the calculated set value. The opening is to be adjusted.
(5)上記(1)から(4)いずれかは、好ましくは、前記圧縮機の空気流通方向上流側に設けられ、前記圧縮機に導入される燃焼用の空気に水を噴霧する吸気噴霧器を備えているものとする。 (5) Any of the above (1) to (4) is preferably provided with an intake sprayer provided on the upstream side in the air flow direction of the compressor and spraying water on the combustion air introduced into the compressor. It shall be provided.
(6)本発明は、燃焼ガスによって駆動されるタービンと、燃焼用の空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機によって圧縮された空気を加湿する増湿塔と、この増湿塔によって加湿された空気を前記タービンを駆動させた燃焼ガスの排気によって加熱する再生熱交換器と、この再生熱交換器によって加熱された空気と燃料を燃焼して、前記タービンを駆動させる燃焼ガスを発生する燃焼器と、前記圧縮機に導入される燃焼用の空気の流量を調節する圧縮機入口案内翼とを備えるガスタービンプラントの制御方法において、前記増湿塔への給水量に応じて補正される関数であって、ガスタービンの部分負荷運転時における燃焼ガスの温度を間接的に制御するための排気温度の設定値を前記圧縮機の出口圧力に応じて規定する関数を用いて、前記圧縮機の出口圧力及び前記増湿塔へ供給される水の量から前記排気温度の設定値を算出し、前記タービンを駆動させた燃焼ガスの排気温度が前記算出した設定値に近づくように前記圧縮機入口案内翼の開度を調節するものとする。 (6) The present invention includes a turbine driven by combustion gas, a compressor that compresses combustion air, a humidifying tower that humidifies air compressed by the compressor, and a humidifier that is humidified by the humidifying tower. A regenerative heat exchanger that heats the heated air by exhaust of the combustion gas that has driven the turbine, and combustion that generates the combustion gas that drives the turbine by burning the air and fuel heated by the regenerative heat exchanger vessels and the control method of the compressor inlet guide vanes Ru and a gas turbine plant to adjust the flow rate of the air for combustion introduced into the compressor is corrected according to the amount of water supplied to the humidifying tower (5) a function, using the function defining according the set value of the exhaust temperature in order to indirectly control the temperature of the combustion gas during partial load operation of the gas turbine to the outlet pressure of the compressor, the pressure Wherein the amount of water supplied to the outlet pressure and the increase tower of the machine to calculate the set value of the exhaust temperature, the compressing said turbine so that the exhaust temperature of the combustion gas is driven approaches the set value the calculated The opening of the aircraft inlet guide vanes shall be adjusted.
(7)また、本発明は、燃焼ガスによって駆動されるタービンと、燃焼用の空気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機によって圧縮された空気を加湿する増湿塔と、この増湿塔によって加湿された空気を前記タービンを駆動させた燃焼ガスの排気によって加熱する再生熱交換器と、この再生熱交換器によって加熱された空気と燃料を燃焼して、前記タービンを駆動させる燃焼ガスを発生する燃焼器と、この燃焼器へ導入される燃料の量を調節する燃料調節弁とを備えるガスタービンプラントの制御方法において、前記増湿塔が稼働しているか否かに応じて補正される関数であって、ガスタービンの負荷上昇時における燃焼ガスの温度を間接的に制御するための排気温度の設定値を前記圧縮機の出口圧力に応じて規定する関数を用いて、前記圧縮機の出口圧力から前記排気温度の設定値を算出し、前記タービンを駆動させた燃焼ガスの排気温度が前記算出した設定値に近づくように前記燃料調節弁の開度を調節するものとする。 (7) Further, the present invention provides a turbine driven by combustion gas, a compressor that compresses combustion air, a humidifying tower that humidifies air compressed by the compressor, and a humidifying tower. A regenerative heat exchanger that heats humidified air by exhausting the combustion gas that has driven the turbine, and generates combustion gas that drives the turbine by burning the air and fuel heated by the regenerative heat exchanger a combustor for a control method of the fuel control valve and the gas turbine plant Ru provided with adjusting the amount of fuel introduced into the combustor is adjusted in response to whether the up tower is running a function, using the function defining according the set value of the exhaust temperature in order to indirectly control the temperature of the combustion gas during the load increasing stage of the gas turbine to the outlet pressure of the compressor, the compressor Calculating the set value of the exhaust temperature from the outlet pressure, it is assumed that the exhaust gas temperature of the combustion gases by driving the turbines to adjust the opening degree of the fuel adjusting valve so as to approach the set value described above is calculated.
本発明によれば、高湿分ガスタービンプラントにおける非定格負荷運転時の燃焼ガス温度を状況に応じて適切に制御することができるので、非定格負荷運転時の出力及び効率を向上させることができる。 According to the present invention, the combustion gas temperature during non-rated load operation in a high-humidity gas turbine plant can be appropriately controlled according to the situation, so that the output and efficiency during non-rated load operation can be improved. it can.
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の実施の形態である高湿分ガスタービンプラントの系統図である。
図に示す高湿分ガスタービンプラントは、燃焼ガスによって駆動されるタービン1と、吸入した燃焼用の空気に水を噴霧する吸気噴霧器2と、吸気噴霧器2から空気流通方向下流側に設けられ、水を噴霧された燃焼用空気を圧縮する圧縮機3と、圧縮機3によって圧縮された空気を加湿する増湿塔4と、燃焼ガスの排気の流通経路に設けられ、増湿塔4によって加湿された空気をタービン1を駆動させた燃焼ガスの排気によって加熱する再生熱交換器5と、再生熱交換器5によって加熱された空気と燃料を燃焼して、タービン1を駆動させる燃焼ガスを発生する燃焼器6と、燃焼器6へ導入される燃料の量を開度によって調節する燃料調節弁7と、吸気噴霧器2から空気流通方向上流側に設けられ、圧縮機3に導入される燃焼用の空気の流量を開度によって調節する圧縮機入口案内翼8と、圧縮機3の出口側に設けられ、圧縮機3の出口圧力を検出する圧縮機出口圧力検出器9と、タービン1を駆動させた燃焼ガスの排気の流通経路に設けられ、その排気の温度を検出する排気温度検出器10と、増湿塔4へ供給される水の流通経路に設けられ、増湿塔4へ供給される水の量を検出する給水量検出器11と、燃焼器6における燃焼の状況に応じて燃焼ガスの排気温度の設定値を設定し、その設定値に応じて排気温度を制御する制御装置12とを主に備えている。
FIG. 1 is a system diagram of a high humidity gas turbine plant according to an embodiment of the present invention.
The high-humidity gas turbine plant shown in the figure is provided on the downstream side of the air flow direction from the turbine 1 driven by the combustion gas, the intake sprayer 2 that sprays water on the intake combustion air,
タービン1の回転軸(ロータ)は発電機13と接続されており、燃焼ガスによって回転駆動されるタービン1によって発電機13は電気を発生している。なお、図に示すように、本実施の形態ではタービン1、圧縮機3、及び発電機13は同一軸線上に配置されているが、これら3者の配置はこれに限られない。例えば、タービン1の駆動力によって発電機13で発電するという観点からは、タービン1及び発電機13の軸線上とは異なる場所に圧縮機3を配置しても良い。
The rotating shaft (rotor) of the turbine 1 is connected to the
吸気噴霧器2は、圧縮機入口案内翼8を介して導入された燃焼用空気に水を噴霧している。噴霧する水の供給源は特に図示していないが、例えば、プラント内を流通する水分を回収する水回収装置18(後述)と接続し、ここから水を供給するように構成しても良い。空気に噴霧された水はその際に一部が蒸発して空気の熱を奪うので空気を冷却する。冷却された空気は、密度が増加して圧縮機3へ流入する際の重量流量を増加させるので、タービン出力を増加させる。また、圧縮機3内では圧縮による温度上昇で空気中の水分が更に蒸発するので、圧縮機3の出口における圧縮空気の温度を低く抑えることができる。したがって、圧縮機3の圧縮仕事が低減するので、本実施の形態のようにタービン1の駆動力によって圧縮機3が駆動されるように構成する場合には、ガスタービンの出力を更に増加することができる。
The intake sprayer 2 sprays water on the combustion air introduced through the compressor inlet guide vanes 8. Although the supply source of the water to be sprayed is not particularly shown, for example, it may be configured to be connected to a water recovery device 18 (described later) for recovering water flowing through the plant and supply water therefrom. The water sprayed on the air partly evaporates and takes away the heat of the air, so the air is cooled. The cooled air increases in density and increases the weight flow rate when flowing into the
増湿塔4は、その上部に給水加熱器15(後述)と接続して設けられ、圧縮空気を加湿する水が導入される給水部4aと、増湿塔4の下部に給水加熱器15と接続して設けられ、圧縮空気を加湿して内部に貯留した水が排出される排水部4bと、増湿塔4の下部に圧縮機3と接続して設けられ、圧縮機3によって圧縮された圧縮空気が導入される給気部4cと、増湿塔4の上部に再生熱交換器5と接続して設けられ、加湿された空気が排出される排気部4dとを有している。
The humidification tower 4 is provided at an upper portion thereof connected to a feed water heater 15 (described later), a
増湿塔4は、タービン起動後、負荷を上昇させて定格負荷運転まで遷移させる間において、タービン出力が所定の値(例えば、50%負荷)まで上昇したところで起動され、燃焼空気の加湿を開始する。増湿塔4の内部にはその表面積が大きくなるように形成されたラシヒリング等の充填物が納められている。この充填物には、給水部4aから導入された水が散水されて、下方へ流下する水によって表面に水膜が形成されている。給気部4cから導入された圧縮空気は、増湿塔4内を下部から上方に向かう過程で上記の充填物を通過し、そこで流下する水と直接接触して加湿される。このように空気と水を直接接触させる加湿方式は、蒸気や水を空気に噴霧するものと比べて大量の加湿が可能であり、燃焼空気を飽和状態まで加湿することができる。このように燃焼空気に多量の湿分を含めると、湿分の分だけ流量が増加してタービン出力が増加するとともに、燃焼空気より比熱が大きい水蒸気が混入されることで混合気体の比熱が大きくなり、タービン1で混合気体が膨張する際に取り出せる仕事が増大して更にタービン出力が増加する。また、空気に加える水は容易に蒸発するように温度が高いものが好ましく、本実施の形態のプラントでは、増湿塔4で加湿に用いられる水を給水加熱器15(後述)において加熱している。
The humidifying tower 4 is started when the turbine output is increased to a predetermined value (for example, 50% load) during the transition from the turbine to the rated load operation after starting the turbine, and starts humidifying the combustion air. To do. The inside of the humidification tower 4 is filled with a packing such as a Raschig ring formed so as to increase its surface area. In this filling material, water introduced from the
再生熱交換器5は、タービン1を駆動した燃焼ガスの排気の流通経路に設けられており、増湿塔4において加湿された空気と排気とを熱交換させて空気を予熱している。このように燃焼器6に導入する前に燃焼空気を予熱しておくと、燃焼器6における燃料使用量を削減することができるので、再生熱交換器5を設置しないプラント(例えば、一般的なガスタービンプラント)と比較してタービン効率が向上する。 The regenerative heat exchanger 5 is provided in the exhaust gas distribution path that drives the turbine 1, and preheats the air by exchanging heat between the air humidified in the humidification tower 4 and the exhaust. If the combustion air is preheated before being introduced into the combustor 6 in this way, the amount of fuel used in the combustor 6 can be reduced. Therefore, a plant in which the regenerative heat exchanger 5 is not installed (for example, a general The turbine efficiency is improved as compared with a gas turbine plant.
給水加熱器15は、再生熱交換器5から燃焼ガスの排気の流通方向の下流側に配置されており、給水ポンプ16によって増湿塔4から供給される水を排気熱によって加熱している。この排気熱によって加熱された水の流通方向下流側は増湿塔4の給水部4aと接続されており、給水部4aへの経路には増湿塔4への給水量を調節する水量調節弁14が設けられている。給水加熱器15から更に排気流通方向下流側には、排気の流通路である煙道17を介して水回収装置18が設けられており、排気は水回収装置18へ導かれている。
The
水回収装置18は、再生熱交換器5及び給水加熱器15で熱交換した後の排気を冷水で冷却し、排気中に含まれる水分を凝集、落下させて回収している。ここで回収された水は給水ポンプ19によって増湿塔4へ送られ、空気の加湿に用いられる。本実施の形態で採用している排気の冷却方法は、水回収装置18内に貯留した水を給水ポンプ20で冷却器21へ送り、そこで冷却した水をスプレー噴霧して排気を冷却するものである。水回収装置18によって水を回収された排気は煙突22を介して大気へ放出される。煙突22から大気に放出された水分は、給水ポンプ23によって水の供給源から水回収装置18へ適宜補給される。
The
圧縮機出口圧力検出器9は、圧縮機3の出口側に設けられ、圧縮機3の出口圧力を検出している。圧縮機3の出口圧力は、タービンの運転状況や、燃焼空気へ加えられる湿分量の増減等に応じて増減し、その変化は排気温制御に影響を与える。
The compressor outlet pressure detector 9 is provided on the outlet side of the
給水量検出器11は、給水加熱器15と増湿塔4の給水部4aとを接続する管路に備えられた水量調節弁14の下流側に設けられており、増湿塔4への給水量を検出している。高湿分ガスタービンは、上記したように、増湿塔4内部の充填物において燃焼空気全体を水と直接接触させて積極的に加湿しているので、直接的に加湿量を計測することが難しい。そのため、本実施の形態では、増湿塔4への給水量を空気への加湿量と同定し、給水量検出器11の検出値を空気への加湿量とみなしている。
The water supply amount detector 11 is provided on the downstream side of the water amount adjustment valve 14 provided in the pipe line connecting the
制御装置12は、圧縮機出口圧力検出器9、排気温度検出器10、及び給水量検出器11と接続されて、これら各検出器9,10,11からの検出信号を受信し、また、燃料調節弁7及び圧縮機入口案内翼8と接続されて、これら各調節手段7,8へ適宜操作信号を送信している。制御装置12は、燃料調節弁7及び圧縮機入口案内翼8に操作信号を送信するに際して、次に説明するような制御を行う。
The
制御装置12は、増湿塔4への給水量に応じて補正される関数であって、ガスタービンの部分負荷運転時における燃焼ガス温度を間接的に制御するための排気温度の設定値を圧縮機3の出口圧力に応じて規定する部分負荷運転用制御関数30に基づいて圧縮機入口案内翼8の開度を調節している。
The
図2は本発明の実施の形態である高湿分ガスタービンプラントの部分負荷運転時における制御関数30を表す図である。
FIG. 2 is a diagram showing the
制御関数30は、図中の縦軸付近から圧縮機3の出口圧力が増加する方向(図中右方向)へ向かって横軸と平行に延びる平行部31と、平行部31と連続し、出口圧力が増加する方向へ向かって排気温度の設定値が単調に低下するように描かれる斜線部32とを有している。この制御関数30は、給水量検出器11によって検出される増湿塔4への給水量に応じて斜線部32の位置を横軸に沿って(図中の左右方向に)移動させることによって補正される。これにより、制御関数30は、燃焼空気中の水分量の増減により圧縮機3の出口圧力が増減するのに伴って、排気温度の設定値が不必要に増減することを防止している。
The
ここで、制御関数30の補正について具体例を挙げて説明する。例えば、部分負荷で安定運転していた場合に、何らかの要因(水回収装置18や増湿塔4の故障等)によって増湿塔4への給水量が減少し、燃焼空気への加湿量が突然低下したときには、斜線部32が横軸に沿って負の方向(図中左方向)へ平行移動するように制御関数30は補正される(図中の点線で示す制御線に補正される)。すなわち、給水量が減少した場合の制御関数は、補正前の関数で設定される排気温度を同じ出口圧力で比較すると、その排気温度が低く設定されるように補正される。これにより、燃焼空気中の水分量の減少に伴い圧縮機3の出口圧力が減少することによってガスタービン排気温度の設定値が上昇して規定値を超えてしまうことを防止し、燃焼器2等を熱から保護することができる。
Here, the correction of the
また、反対に、増湿塔4への給水量が部分負荷運転中に増加すると斜線部32は横軸に沿って正の方向(図中右方向)へ平行移動する。これにより、燃焼空気中の水分量の増加に伴い圧縮機3の出口圧力が増加することによってガスタービン排気温度の設定値が低下してガスタービンの効率が低下してしまうことを防止し、ガスタービンを効率よく利用することができる。
On the contrary, when the amount of water supplied to the humidification tower 4 increases during the partial load operation, the hatched
なお、図中に制御関数30の上方に示されている関数は、定格負荷運転時に利用する排気温度制御関数50であり、制御関数30より高い排気温度(例えば5度程度高い温度)で制御するように設定されている。
The function shown above the
制御装置12は、給水量検出器11によって検出された給水量に基づいて制御関数30に上記のような補正を施し、補正した関数30を用いて圧縮機出口圧力検出器9によって検出された出口圧力から排気温度の設定値を算出し、排気温度検出器10によって検出された排気温度が算出した設定値に近づくように圧縮機入口案内翼8の開度を調節して燃焼ガス温度を間接的に制御している。即ち、排気温度検出器10の検出値が、制御関数30から得られた設定値より大きければ圧縮機入口案内翼8の開度を大きくして圧縮吸気流量を増加させ、設定値より小さければ圧縮機入口案内翼8の開度を小さくして圧縮吸気流量を減少させる。
The
図3は本発明の実施の形態である高湿分ガスタービンプラントが定格負荷運転から負荷を減少させる場合に利用する制御の説明図である。 FIG. 3 is an explanatory diagram of the control used when the high humidity gas turbine plant according to the embodiment of the present invention reduces the load from the rated load operation.
ここで、図に示すA点は定格負荷運転時に利用する制御関数50上の点であり、定格負荷運転時においてこのA点で燃焼ガス温度を間接的に制御しているとする。この状態から部分負荷運転に移行する際には、まず、圧縮機入口案内翼8を定格負荷運転時のA点と同じ開度のまま保持するとともに燃料調節弁7を絞って負荷を下げることにより、部分負荷運転時に利用する制御関数30上のB点まで移行させる。この場合、空気流量が同じまま燃料供給量を絞るため排気温度は下がる。さらに負荷をさげる場合には、B点に達した時点から排気温度が制御関数30上になるように圧縮機入口案内翼8の開度を絞り、制御関数30上をB点からC点へ、そしてD点へと順に移行させる。D点では圧縮機入口案内翼8の開度は最小となっており、D点からさらに負荷を下げるには、燃料調節弁7を絞る必要があるため、排気温度の設定値はD点からE点へ単調に減少することになる。このように制御線30上で排気温度が制御されるように、圧縮機入口案内翼8の開度を調節して空気流量を変化させることで、部分負荷運転時においても排気温度を高く保つことができる。したがって、再生熱交換器5における排気と燃焼用空気の交換熱量を高く維持することができるので、燃料消費量を抑制することができ、タービン効率を向上させることができる。圧縮機入口案内翼8を利用する制御を利用することで、部分負荷運転時の発電効率は同制御を適用しない場合に対し、0.5〜1.0%程度向上する。
Here, point A shown in the figure is a point on the
また一方で、制御装置12は、増湿塔4の稼働状態に応じて補正される関数であって、ガスタービン起動後にタービン回転数が最大となって負荷を上昇させる場合(負荷上昇時)における燃焼ガス温度を間接的に制御するための排気温度の設定値を圧縮機3の出口圧力に応じて規定する負荷上昇時用制御関数40に基づいて燃料調節弁7の開度を調節している。
On the other hand, the
図4は本発明の実施の形態である高湿分ガスタービンプラントの負荷上昇時における制御関数40を表す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating the
制御関数40は、本実施の形態では、増湿塔4を起動させる前に利用する増湿塔起動前用の制御関数40Aと、増湿塔4を起動させた後に利用する増湿塔起動後用の制御関数40Bとの2種類から成っている。制御関数40Aは増湿塔4による湿分が燃焼空気に含まれていない状態における燃焼ガス温度を間接的に制御するための関数であり、制御関数40Bは増湿塔4による湿分が燃焼空気に含まれた定格負荷運転時における燃焼ガス温度を間接的に制御するための関数である。制御関数40Aは、制御関数30同様の平行部41a及び斜線部42aを有しており、これと同様に制御関数40Bは平行部41b及び斜線部42bを有している。制御関数40Bは、増湿塔4によって燃焼空気に加えられる水分量に応じて補正されており、制御関数40Aの斜線部42aを空気中の湿分量に応じて横軸に沿って正の方向(図4中右方向)へ平行移動させた形状となっている。
In this embodiment, the
制御装置12は、増湿塔4の稼働状態に応じて起動前用の関数40A及び起動後用の関数40Bを選択し、各関数40A,40Bを用いて圧縮機出口圧力検出器9によって検出された出口圧力から排気温度の設定値を算出し、排気温度検出器10によって検出された排気温度が算出した設定値に近づくように燃料調節弁7の開度を調節して燃焼ガス温度を間接的に制御している。即ち、排気温度検出器10の検出値が、制御関数40A又は40Bから得られた設定値より大きければ燃料調節弁7の開度を小さくして燃料量を減少させ、設定値より小さければ燃料調節弁7の開度を大きくして燃料量を増加させる。
The
タービン起動後、負荷を上昇させて定格負荷運転まで遷移させるまでの間、制御装置12は次のように動作する。制御装置12は、タービンを起動させてその回転数を最大にした後タービン負荷を0%から設定値(例えば50%)まで上昇させるまでの間、増湿塔4は停止されているので、まず起動前用の関数40Aを利用して燃焼ガス温度を間接的に制御する。この後、タービン負荷が設定値まで上昇した時点で増湿塔4が起動されて燃焼空気の加湿が開始される。増湿塔4による加湿が開始されたら、制御装置12は、燃焼ガス温度の間接的制御に利用する制御関数を関数40Aから関数40Bに変更する。そして、関数40Bに基づいて燃焼ガス温度の間接的制御を行いながら、負荷を100%まで上昇させて定格負荷運転に移行させる。
After the turbine is started, the
次に本実施の形態の作用及び効果を説明する。 Next, the operation and effect of the present embodiment will be described.
まず、部分負荷運転時において制御関数30を利用する制御の作用及び効果について説明する。
First, the operation and effect of control using the
図5は本発明の実施の形態である高湿分ガスタービンプラントの部分負荷運転時における各パラメータの変動を示すタイムチャートである。ここでは本発明の効果の理解を容易にするために比較例を挙げて説明する。ここで用いる比較例は、圧縮機の出口圧力によって燃焼ガスの排気温度の設定値を規定する関数に対して、空気中の水分量に応じた補正を施し、この補正した関数によって求めた設定値にタービン運転中の排気温度が保持されるように燃料の量を調節することによって燃焼ガス温度を間接的に制御する方法を高湿分ガスタービンプラントに適用すると想定したプラントであり、その場合のタイムチャートを図5中の点線502で示す。これに対して、図中の実線501は本発明の実施の形態である高湿分ガスタービンプラントにおけるタイムチャートを示している。 FIG. 5 is a time chart showing the variation of each parameter during partial load operation of the high humidity gas turbine plant according to the embodiment of the present invention. Here, in order to facilitate understanding of the effects of the present invention, a comparative example will be described. In the comparative example used here, a correction value corresponding to the amount of moisture in the air is applied to a function that defines the setting value of the exhaust temperature of the combustion gas by the outlet pressure of the compressor, and the setting value obtained by this corrected function In this case, it is assumed that the method of indirectly controlling the combustion gas temperature by adjusting the amount of fuel so that the exhaust temperature during turbine operation is maintained is applied to a high-humidity gas turbine plant. A time chart is indicated by a dotted line 502 in FIG. On the other hand, a solid line 501 in the figure shows a time chart in the high humidity gas turbine plant according to the embodiment of the present invention.
図5に示す比較例の場合において、安定して部分負荷運転をしている場合に増湿塔による加湿量が低下すると、圧縮機出口圧力が減少するとともに潜熱減少により排気温度が上昇する。しかし、圧縮機出口圧力が減少しても、排気温度の設定値を加湿量低下前と同様に保持するために関数の斜線部を左に移動させる補正が制御関数になされる。制御装置はその補正された制御関数に基づき燃料供給量を減少させて排気温度を低下させる制御を行うので、加湿量低下による排気温度上昇は解消されて加湿量低下前の排気温度に回復する。しかし、排気温度が回復する一方で、加湿量及び燃料供給量の低減によってガスタービン出力は大幅に低下してしまう。また、燃料供給量の調節だけで排気温度を制御するには限界があるので、加湿量低下前と比較して排気温度が低下してしまうことも場合によっては発生する。排気温度の低下という問題は、排気熱を利用する再生熱交換器を備え、これにより燃焼空気の加熱を行っている高湿分ガスタービンでは、タービン効率を更に低下させる要因となってしまう。これは一般的なガスタービンと比較して部分負荷運転の効率が良いとされる高湿分ガスタービンの特長を損ねてしまう。 In the case of the comparative example shown in FIG. 5, when the humidification amount by the humidification tower decreases when the partial load operation is stably performed, the compressor outlet pressure decreases and the exhaust temperature increases due to the latent heat reduction. However, even if the compressor outlet pressure decreases, the control function is corrected to move the hatched portion of the function to the left in order to maintain the set value of the exhaust temperature in the same manner as before the decrease in the humidification amount. Based on the corrected control function, the control device performs control to decrease the exhaust gas temperature by decreasing the fuel supply amount, so that the exhaust temperature increase due to the decrease in the humidification amount is eliminated, and the exhaust temperature before the decrease in the humidification amount is restored. However, while the exhaust gas temperature recovers, the gas turbine output is greatly reduced due to the reduction of the humidification amount and the fuel supply amount. In addition, since there is a limit in controlling the exhaust temperature only by adjusting the fuel supply amount, the exhaust temperature may be lowered in some cases as compared to before the humidification amount is lowered. The problem of a decrease in exhaust temperature is a factor that further reduces turbine efficiency in a high-humidity gas turbine that includes a regenerative heat exchanger that uses exhaust heat and heats combustion air. This impairs the features of the high-humidity gas turbine, which is considered to be more efficient for partial load operation than a general gas turbine.
このような比較例に対して、本実施の形態は、増湿塔4へ供給される水の量を検出する給水量検出器11と、増湿塔4への給水量に応じて補正される関数であって、ガスタービンの部分負荷運転時における燃焼ガスの温度を間接的に制御するための排気温度の設定値を圧縮機3の出口圧力に応じて規定する制御関数30を用いて、圧縮機出口圧力検出器9によって検出された出口圧力、及び給水量検出器11によって検出された給水量から排気温度の設定値を算出し、排気温度検出器10によって検出された排気温度が算出した設定値に近づくように圧縮機入口案内翼8の開度を調節する制御装置12とを備えている。
In contrast to such a comparative example, the present embodiment is corrected in accordance with the water supply amount detector 11 that detects the amount of water supplied to the humidification tower 4 and the water supply amount to the humidification tower 4. Compression function using a
このような構成により、図5に示すように、排気温度を一定にして部分負荷運転をしている場合に増湿塔4による加湿量が低下しても、圧縮機入口案内翼8の開度を大きくして圧縮機吸気流量を増加させることによって加湿量低下前の値まで排気温度を回復することができる。したがって、燃料供給量を保持したまま運転することができるので、タービン出力を低減させることなく運転することができる。しかも、吸気流量の増加はタービン出力の増加に寄与するので、加湿量低下による出力低下もカバーすることができる。 With such a configuration, as shown in FIG. 5, even when the partial load operation is performed at a constant exhaust temperature, the opening degree of the compressor inlet guide vanes 8 is reduced even if the humidification amount by the humidification tower 4 is reduced. The exhaust gas temperature can be recovered to the value before the decrease in the humidification amount by increasing the compressor intake flow rate. Therefore, since it can drive | operate, hold | maintaining the amount of fuel supply, it can drive | operate, without reducing a turbine output. In addition, since the increase in the intake flow rate contributes to the increase in the turbine output, it is possible to cover the output decrease due to the decrease in the humidification amount.
また、本実施の形態では、圧縮機入口案内翼8によって圧縮機吸気流量を調節しており、部分負荷運転時にも排気温度を高く保持する制御を行うことができる。したがって、再生熱交換器5における排気と燃焼用空気の交換熱量を高く維持することができるので、燃料消費量を抑制することができ、タービン効率を向上させることができる。圧縮機入口案内翼8を利用する制御を利用することで、部分負荷運転時の発電効率は同制御を適用しない場合に対し、0.5〜1.0%程度向上する。なお、上記の説明では燃焼空気への加湿量が突然減少した場合の効果を主に説明したが、加湿量が増加した場合にも燃料供給量を抑制しながら排気温度を保持することができるのでタービン効率は向上する。 Further, in the present embodiment, the compressor intake flow rate is adjusted by the compressor inlet guide vanes 8, and it is possible to control to keep the exhaust temperature high even during partial load operation. Therefore, since the exchange heat quantity of the exhaust gas and the combustion air in the regenerative heat exchanger 5 can be kept high, the fuel consumption can be suppressed and the turbine efficiency can be improved. By using the control using the compressor inlet guide vanes 8, the power generation efficiency during partial load operation is improved by about 0.5 to 1.0% compared to the case where the control is not applied. In the above description, the effect when the humidification amount to the combustion air suddenly decreases has been mainly described. However, even when the humidification amount increases, the exhaust temperature can be maintained while suppressing the fuel supply amount. Turbine efficiency is improved.
このように、本実施の形態によれば、非定格負荷運転時において増湿塔4による加湿量が変化した場合でも燃焼ガス温度を間接的に適切に制御することができるので、プラントの出力及び効率を向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, the combustion gas temperature can be indirectly controlled appropriately even when the humidification amount by the humidification tower 4 changes during non-rated load operation. Efficiency can be improved.
また、本実施の形態では、増湿塔4への給水量を空気への加湿量と同定し、給水量検出器11の検出値を空気への加湿量として利用しているので、高湿分ガスタービンの燃焼空気中における概ねの水量を測定することができる。これにより、加湿量の変化に応じて制御関数30に適切な補正を加えることができるので、加湿量の変化に適した排気温度制御を行うことができる。
In the present embodiment, the amount of water supplied to the humidification tower 4 is identified as the amount of humidification to the air, and the detection value of the water supply amount detector 11 is used as the amount of humidification to the air. The approximate amount of water in the combustion air of the gas turbine can be measured. Thereby, since appropriate correction can be added to the
次に、タービンの負荷上昇時において制御関数40を利用する制御の作用及び効果について説明する。
Next, the operation and effect of control using the
高湿分ガスタービンプラントで燃焼空気の加湿に用いる増湿塔は、流下する水と空気全体を直接接触させて飽和状態まで一気に加湿するものであり、増湿塔の起動前と起動後では空気に含まれる水分量が著しく異なる。そのため、増湿塔への吸水量を随時検出しながら、その検出値の変化に応じて制御関数を補正する制御方法を採用すると、頻繁に排気温度制御が作動してしまい、プラント負荷運転性能が低下する恐れがある。 The humidification tower used for humidifying combustion air in a high-humidity gas turbine plant is to bring the flowing water and the entire air into direct contact and humidify all the way to saturation. The amount of water contained in is significantly different. Therefore, if a control method that corrects the control function according to the change in the detected value while detecting the amount of water absorption to the humidification tower as needed, the exhaust temperature control frequently operates, and the plant load operation performance is reduced. May fall.
これに対して、本実施の形態は、燃焼器6へ導入される燃料の量を調節する燃料調節弁7と、増湿塔4の稼働状態に応じて補正される関数であって、ガスタービンの負荷上昇時における燃焼ガスの温度を間接的に制御するための排気温度の設定値を圧縮機3の出口圧力に応じて規定する関数40を用いて、圧縮機出口圧力検出器9によって検出された出口圧力から排気温度の設定値を算出し、排気温度検出器10によって検出された排気温度が算出した設定値に近づくように燃料調節弁7の開度を調節する制御装置12とを備えている。
On the other hand, the present embodiment is a function that is corrected in accordance with the operating state of the fuel adjustment valve 7 that adjusts the amount of fuel introduced into the combustor 6 and the humidifying tower 4. Is detected by the compressor outlet pressure detector 9 using a
これにより、負荷上昇時に加湿量が大幅に変化される燃焼空気に最適な補正が加えられた制御関数を利用して排気温度の設定値を決定することができるので、効率良くタービンを運転することができる。また、負荷上昇時中の排気温度を高く維持することができるので、燃料消費量を抑制することができ、タービン効率を更に向上させることができる。したがって、本実施の形態によれば、高湿分ガスタービン起動後の負荷上昇時において、増湿塔4による加湿量が変化した場合でも燃焼ガス温度を適切に制御することができるので、プラントの出力及び効率を向上させることができる。 This makes it possible to determine the exhaust temperature setpoint using a control function that is optimally corrected for the combustion air whose humidification amount changes significantly when the load increases. Can do. In addition, since the exhaust temperature during the load increase can be kept high, the fuel consumption can be suppressed and the turbine efficiency can be further improved. Therefore, according to the present embodiment, the combustion gas temperature can be appropriately controlled even when the amount of humidification by the humidifying tower 4 changes when the load increases after the high-humidity gas turbine is started. Output and efficiency can be improved.
なお、以上において説明してきた制御関数30及び制御関数40を用いた制御は、それぞれを個別に利用してもその効果を阻害するものではないが、併せて利用すると、非定格負荷運転時における燃焼ガス温度制御を総合的に行うことができるので、個別に利用する場合と比較して優れた効果を発揮する。
In addition, although the control using the
1 タービン
2 吸気噴霧器
3 圧縮機
4 増湿塔
5 再生熱交換器
6 燃焼器
7 燃料調節弁
8 圧縮機入口案内翼
9 圧縮機出口圧力検出器
10 排気温度検出器
11 給水量検出器
12 制御装置
18 水回収装置
30 部分負荷運転用制御関数
31 平行部
32 斜線部
50 定格負荷運転用制御関数
40 負荷上昇時用制御関数
40A 増湿塔起動前用制御関数
40B 増湿塔起動後用制御関数
41a,b 平行部
42a,b 斜線部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbine 2
Claims (7)
燃焼用の空気を圧縮する圧縮機と、
この圧縮機によって圧縮された空気を加湿する増湿塔と、
この増湿塔によって加湿された空気を前記タービンを駆動させた燃焼ガスの排気によって加熱する再生熱交換器と、
この再生熱交換器によって加熱された空気と燃料を燃焼して、前記タービンを駆動させる燃焼ガスを発生する燃焼器と、
前記圧縮機に導入される燃焼用の空気の流量を調節する圧縮機入口案内翼と、
前記圧縮機の出口側に設けられ、前記圧縮機の出口圧力を検出する圧縮機出口圧力検出器と、
前記タービンを駆動させた排気の流通経路に設けられ、その排気の温度を検出する排気温度検出器と、
前記増湿塔へ供給される水の量を検出する給水量検出器と、
前記増湿塔への給水量に応じて補正される関数であって、ガスタービンの部分負荷運転時における燃焼ガスの温度を間接的に制御するための前記排気温度の設定値を前記圧縮機の出口圧力に応じて規定する関数を用いて、前記圧縮機出口圧力検出器によって検出された出口圧力、及び前記給水量検出器によって検出された給水量から前記排気温度の設定値を算出し、前記排気温度検出器によって検出された排気温度が前記算出した設定値に近づくように前記圧縮機入口案内翼の開度を調節する制御装置とを備えることを特徴とする高湿分ガスタービンプラント。 A turbine driven by combustion gas;
A compressor for compressing combustion air;
A humidifying tower for humidifying the air compressed by the compressor;
A regenerative heat exchanger that heats the air humidified by the humidification tower by exhaust of combustion gas that has driven the turbine;
A combustor for combusting air and fuel heated by the regenerative heat exchanger to generate combustion gas for driving the turbine;
A compressor inlet guide vane for adjusting the flow rate of combustion air introduced into the compressor;
A compressor outlet pressure detector that is provided on the outlet side of the compressor and detects an outlet pressure of the compressor;
An exhaust gas temperature detector that is provided in a flow path of exhaust gas that drives the turbine and detects the temperature of the exhaust gas;
A water supply amount detector for detecting the amount of water supplied to the humidification tower;
A function that is corrected in accordance with the amount of water supplied to the humidification tower, wherein a set value of the exhaust temperature for indirectly controlling the temperature of the combustion gas during partial load operation of the gas turbine is Using a function defined according to the outlet pressure, the exhaust pressure set value is calculated from the outlet pressure detected by the compressor outlet pressure detector and the water supply amount detected by the water supply amount detector, A high-humidity gas turbine plant, comprising: a control device that adjusts an opening degree of the compressor inlet guide blade so that an exhaust temperature detected by an exhaust temperature detector approaches the calculated set value.
燃焼用の空気を圧縮する圧縮機と、
この圧縮機によって圧縮された空気を加湿する増湿塔と、
この増湿塔によって加湿された空気を前記タービンを駆動させた燃焼ガスの排気によって加熱する再生熱交換器と、
この再生熱交換器によって加熱された空気と燃料を燃焼して、前記タービンを駆動させる燃焼ガスを発生する燃焼器と、
この燃焼器へ導入される燃料の量を調節する燃料調節弁と、
前記圧縮機の出口側に設けられ、前記圧縮機の出口圧力を検出する圧縮機出口圧力検出器と、
前記タービンを駆動させた排気の流通経路に設けられ、その排気の温度を検出する排気温度検出器と、
前記増湿塔が稼働しているか否かに応じて補正される関数であって、ガスタービンの負荷上昇時における燃焼ガスの温度を間接的に制御するための前記排気温度の設定値を前記圧縮機の出口圧力に応じて規定する関数を用いて、前記圧縮機出口圧力検出器によって検出された出口圧力から前記排気温度の設定値を算出し、前記排気温度検出器によって検出された排気温度が前記算出した設定値に近づくように前記燃料調節弁の開度を調節する制御装置とを備えることを特徴とする高湿分ガスタービンプラント。 A turbine driven by combustion gas;
A compressor for compressing combustion air;
A humidifying tower for humidifying the air compressed by the compressor;
A regenerative heat exchanger that heats the air humidified by the humidification tower by exhaust of combustion gas that has driven the turbine;
A combustor for combusting air and fuel heated by the regenerative heat exchanger to generate combustion gas for driving the turbine;
A fuel control valve for adjusting the amount of fuel introduced into the combustor;
A compressor outlet pressure detector that is provided on the outlet side of the compressor and detects an outlet pressure of the compressor;
An exhaust gas temperature detector that is provided in a flow path of exhaust gas that drives the turbine and detects the temperature of the exhaust gas;
A function that is corrected according to whether or not the humidification tower is in operation, and is configured to compress the set value of the exhaust temperature for indirectly controlling the temperature of the combustion gas when the load of the gas turbine increases. A set value of the exhaust temperature is calculated from the outlet pressure detected by the compressor outlet pressure detector using a function defined according to the outlet pressure of the machine, and the exhaust temperature detected by the exhaust temperature detector is calculated. A high-humidity gas turbine plant, comprising: a control device that adjusts an opening of the fuel control valve so as to approach the calculated set value.
前記燃焼器へ導入される燃料の量を調節する燃料調節弁を備え、
前記制御装置は、前記増湿塔が稼働しているか否かに応じて補正される関数であって、ガスタービンの負荷上昇時における燃焼ガスの温度を間接的に制御するための前記排気温度の設定値を前記圧縮機の出口圧力に応じて規定する関数を用いて、前記圧縮機出口圧力検出器によって検出された出口圧力から前記排気温度の設定値を算出し、前記排気温度検出器によって検出された排気温度が前記算出した設定値に近づくように前記燃料調節弁の開度を調節することを特徴とする高湿分ガスタービンプラント。 The high-humidity gas turbine plant according to claim 1,
A fuel control valve for adjusting the amount of fuel introduced into the combustor;
The control device is a function that is corrected according to whether or not the humidification tower is in operation, and is configured to control the temperature of the exhaust gas for indirectly controlling the temperature of the combustion gas when the load of the gas turbine increases. The exhaust temperature set value is calculated from the outlet pressure detected by the compressor outlet pressure detector using a function that defines the set value according to the compressor outlet pressure, and detected by the exhaust temperature detector. The high-humidity gas turbine plant is characterized in that the opening degree of the fuel control valve is adjusted so that the exhaust temperature thus obtained approaches the calculated set value.
前記ガスタービンの負荷上昇時における燃焼ガスの温度を間接的に制御するための関数は、前記増湿塔を起動させる前に利用する起動前用の関数、及び前記増湿塔を起動させた後に利用する起動後用の関数であり、
前記制御装置は、前記起動前用の関数及び前記起動後用の関数を前記増湿塔が稼働しているか否かに応じて選択し、その選択した関数を用いて、前記圧縮機出口圧力検出器によって検出された出口圧力から前記排気温度の設定値を算出し、前記排気温度検出器によって検出された排気温度が前記算出した設定値に近づくように前記燃料調節弁の開度を調節することを特徴とする高湿分ガスタービンプラント。 In the high-humidity gas turbine plant according to claim 2 or 3,
The function for indirectly controlling the temperature of the combustion gas when the load of the gas turbine is increased is a function for starting before starting the humidifying tower, and after starting the humidifying tower. This is a post-startup function to use,
The control device selects the pre-start function and the post-start function depending on whether or not the humidification tower is operating , and uses the selected function to detect the compressor outlet pressure. A set value of the exhaust temperature is calculated from the outlet pressure detected by the gas detector, and the opening of the fuel control valve is adjusted so that the exhaust temperature detected by the exhaust temperature detector approaches the calculated set value. A high-humidity gas turbine plant.
前記圧縮機の空気流通方向上流側に設けられ、前記圧縮機に導入される燃焼用の空気に水を噴霧する吸気噴霧器を備えていることを特徴とする高湿分ガスタービンプラント。 In the high-humidity gas turbine plant according to any one of claims 1 to 4,
A high-humidity gas turbine plant comprising an intake sprayer that is provided upstream of the compressor in the air flow direction and sprays water onto combustion air introduced into the compressor.
燃焼用の空気を圧縮する圧縮機と、
この圧縮機によって圧縮された空気を加湿する増湿塔と、
この増湿塔によって加湿された空気を前記タービンを駆動させた燃焼ガスの排気によって加熱する再生熱交換器と、
この再生熱交換器によって加熱された空気と燃料を燃焼して、前記タービンを駆動させる燃焼ガスを発生する燃焼器と、
前記圧縮機に導入される燃焼用の空気の流量を調節する圧縮機入口案内翼とを備えるガスタービンプラントの制御方法において、
前記増湿塔への給水量に応じて補正される関数であって、ガスタービンの部分負荷運転時における燃焼ガスの温度を間接的に制御するための排気温度の設定値を前記圧縮機の出口圧力に応じて規定する関数を用いて、前記圧縮機の出口圧力及び前記増湿塔へ供給される水の量から前記排気温度の設定値を算出し、
前記タービンを駆動させた燃焼ガスの排気温度が前記算出した設定値に近づくように前記圧縮機入口案内翼の開度を調節することを特徴とする高湿分ガスタービンプラントの制御方法。 A turbine driven by combustion gas;
A compressor for compressing combustion air;
A humidifying tower for humidifying the air compressed by the compressor;
A regenerative heat exchanger that heats the air humidified by the humidification tower by exhaust of combustion gas that has driven the turbine;
A combustor for combusting air and fuel heated by the regenerative heat exchanger to generate combustion gas for driving the turbine;
A method of controlling a compressor inlet guide vane Ru and a gas turbine plant to adjust the flow rate of the air for combustion introduced into the compressor,
A function that is corrected in accordance with the amount of water supplied to the humidification tower, and a set value of the exhaust temperature for indirectly controlling the temperature of the combustion gas during partial load operation of the gas turbine is set at the outlet of the compressor. Using a function defined according to pressure, calculate a set value of the exhaust temperature from the outlet pressure of the compressor and the amount of water supplied to the humidification tower ,
A control method for a high-humidity gas turbine plant, wherein the opening degree of the compressor inlet guide vanes is adjusted so that the exhaust temperature of the combustion gas driving the turbine approaches the calculated set value.
燃焼用の空気を圧縮する圧縮機と、
この圧縮機によって圧縮された空気を加湿する増湿塔と、
この増湿塔によって加湿された空気を前記タービンを駆動させた燃焼ガスの排気によって加熱する再生熱交換器と、
この再生熱交換器によって加熱された空気と燃料を燃焼して、前記タービンを駆動させる燃焼ガスを発生する燃焼器と、
この燃焼器へ導入される燃料の量を調節する燃料調節弁とを備えるガスタービンプラントの制御方法において、
前記増湿塔が稼働しているか否かに応じて補正される関数であって、ガスタービンの負荷上昇時における燃焼ガスの温度を間接的に制御するための排気温度の設定値を前記圧縮機の出口圧力に応じて規定する関数を用いて、前記圧縮機の出口圧力から前記排気温度の設定値を算出し、
前記タービンを駆動させた燃焼ガスの排気温度が前記算出した設定値に近づくように前記燃料調節弁の開度を調節することを特徴とする高湿分ガスタービンプラントの制御方法。 A turbine driven by combustion gas;
A compressor for compressing combustion air;
A humidifying tower for humidifying the air compressed by the compressor;
A regenerative heat exchanger that heats the air humidified by the humidification tower by exhaust of combustion gas that has driven the turbine;
A combustor for combusting air and fuel heated by the regenerative heat exchanger to generate combustion gas for driving the turbine;
A method for controlling a gas turbine plant Ru and a fuel control valve for adjusting the amount of fuel introduced into the combustor,
It is a function that is corrected according to whether or not the humidification tower is in operation, and a set value of the exhaust gas temperature for indirectly controlling the temperature of the combustion gas when the load of the gas turbine rises. Using the function defined according to the outlet pressure of the compressor , the set value of the exhaust temperature is calculated from the outlet pressure of the compressor ,
A control method for a high-humidity gas turbine plant, wherein the opening of the fuel control valve is adjusted so that the exhaust temperature of the combustion gas that drives the turbine approaches the calculated set value.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006228652A JP4684968B2 (en) | 2006-08-25 | 2006-08-25 | High humidity gas turbine plant and control method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006228652A JP4684968B2 (en) | 2006-08-25 | 2006-08-25 | High humidity gas turbine plant and control method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008051013A JP2008051013A (en) | 2008-03-06 |
JP4684968B2 true JP4684968B2 (en) | 2011-05-18 |
Family
ID=39235313
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006228652A Expired - Fee Related JP4684968B2 (en) | 2006-08-25 | 2006-08-25 | High humidity gas turbine plant and control method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4684968B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2642092A1 (en) | 2012-03-19 | 2013-09-25 | Alstom Technology Ltd | Method for operating a combined cycle power plant and plant to carry out such a method |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5745640B2 (en) * | 2011-11-09 | 2015-07-08 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Control device for gas turbine power plant |
JP6795419B2 (en) | 2017-02-06 | 2020-12-02 | 三菱パワー株式会社 | Moisture utilization gas turbine |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001214754A (en) * | 2000-01-27 | 2001-08-10 | Hitachi Ltd | Humidification tower for high moisture gas turbine system |
JP2002138852A (en) * | 1997-04-22 | 2002-05-17 | Hitachi Ltd | Gas turbine facilities |
JP2003206749A (en) * | 2002-01-17 | 2003-07-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Turbine equipment and operation method |
JP2005105907A (en) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | Hitachi Ltd | Gas turbine facility and its control method |
JP2005127203A (en) * | 2003-10-23 | 2005-05-19 | Hitachi Ltd | Control device for gas turbine facilities |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61286537A (en) * | 1985-06-12 | 1986-12-17 | Hitachi Ltd | Exhaust gas temperature control method of gas turbine |
-
2006
- 2006-08-25 JP JP2006228652A patent/JP4684968B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002138852A (en) * | 1997-04-22 | 2002-05-17 | Hitachi Ltd | Gas turbine facilities |
JP2001214754A (en) * | 2000-01-27 | 2001-08-10 | Hitachi Ltd | Humidification tower for high moisture gas turbine system |
JP2003206749A (en) * | 2002-01-17 | 2003-07-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Turbine equipment and operation method |
JP2005105907A (en) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | Hitachi Ltd | Gas turbine facility and its control method |
JP2005127203A (en) * | 2003-10-23 | 2005-05-19 | Hitachi Ltd | Control device for gas turbine facilities |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2642092A1 (en) | 2012-03-19 | 2013-09-25 | Alstom Technology Ltd | Method for operating a combined cycle power plant and plant to carry out such a method |
US9394808B2 (en) | 2012-03-19 | 2016-07-19 | General Electric Technology Gmbh | Method for operating a combined cycle power plant and plant to carry out such a method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008051013A (en) | 2008-03-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4811991B2 (en) | High humidity gas turbine equipment | |
JP4275690B2 (en) | Gas turbine system | |
RU2552885C2 (en) | Method of combined cycle power unit operation and unit for its implementation | |
US9228501B2 (en) | Bleed valve override schedule on off-load transients | |
JP5787857B2 (en) | Control method for gas turbine cooling system, control device for executing the method, and gas turbine equipment equipped with the control device | |
US9657585B2 (en) | Axial compressor and operation method of the same | |
US9382848B2 (en) | System and method for start-up of a combined cycle power plant | |
JPH1172027A (en) | Exhaust gas recirculation type combined plant | |
JP2015098787A (en) | Compressor with air intake spray cooler | |
JP4684968B2 (en) | High humidity gas turbine plant and control method thereof | |
JP5480833B2 (en) | Remodeling method of 2-shaft gas turbine | |
JP3793910B2 (en) | Gas turbine combined power plant and operation method thereof | |
JP5256335B2 (en) | Gas turbine equipment | |
JPWO2012042641A1 (en) | Solar-powered combined cycle plant | |
JP6967912B2 (en) | Systems and Methods to Improve Shutdown Purge Flow in Gas Turbine Systems | |
JP4648152B2 (en) | Gas turbine system and method of operating gas turbine system | |
US10731568B2 (en) | Systems and methods for reducing airflow imbalances in turbines | |
CN115263565A (en) | Wide-load energy-saving control method for gas turbine | |
JP4464226B2 (en) | High-humidity gas turbine power plant control device and high-humidity gas turbine power plant control method | |
JP2005105907A (en) | Gas turbine facility and its control method | |
JP4515330B2 (en) | High humidity gas turbine equipment, control device and control method thereof | |
JP4550677B2 (en) | High humidity gas turbine equipment and operation method thereof | |
JP5675527B2 (en) | Gas turbine control device and gas turbine control method | |
JP2000213373A (en) | Gas turbine power plant | |
JP6590650B2 (en) | Combined cycle plant, control device therefor, and operation method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080501 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100825 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101026 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101209 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110208 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110209 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140218 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4684968 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |