JP5562822B2 - ガスタービン発電設備およびその運転方法 - Google Patents
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Description
はじめに、図1ないし図3を参照して、本発明に係るガスタービン発電設備の第1の実施形態について説明する。ここで、図1は本発明に係るガスタービン発電設備の第1ないし第3の実施形態の全体構成を示す模式図である。図2は、本発明に係るガスタービン発電設備の第1ないし第3の実施形態における制御装置の構成を示す制御ブロック図である。図3は、本発明に係るガスタービン発電設備の第1の実施形態における制御装置の圧縮機入口相対湿度計算部の処理手順を示すフロー図である。
ここでf1は、飽和水蒸気圧力と温度の関係を表す関数である。
なお「*」は掛け算を意味する(以下同様)。
吸気が持っているエネルギー流量E1を、次式で求める。
冷却水が持っているエネルギー流量E3を次式で求める。
温度Tr2の飽和水蒸気分圧ps2fを計算する。
ここでf1は、飽和水蒸気圧力と温度の関係を表す関数である。
ここで、以下の(a)か(b)のいずれかの判断をする(ステップS5)。この判断の結果により、圧縮機入口の絶対湿度z2と相対湿度r2を算出する。
これは飽和する以上に冷却水が供給されている状態を示す。飽和分以上の過剰な冷却水はドレンとして系外へ排出される。このドレン流量をMw4とおくと、
Mw4=Ms1+Mw3−z2f*Md1
圧縮機入口は飽和しているので、
z2=z2f、 r2=1
この時、蒸発した冷却水流量Ms2を、次式で計算しておく。
(b) (Ms1+Mw3)/Md1<z2fの場合(ステップS7)
この場合は飽和に達していないので、ドレンとして系外へ排出される水の流量Mw4はゼロである。
z2=(Ms1+Mw3)/Md1、 r2=z2/z2f
このとき、蒸発した冷却水流量Ms2を、次式で計算しておく。
つぎに、冷却水1kgが温度Tr2で蒸発するときに必要なエンタルピーdHを次式によって求める(ステップS8)。
ここで、h1(p,T)は、圧力p、温度Tの水のエンタルピーを計算するための関数を示し、h2(p,T)は、温度Tの水蒸気のエンタルピーを計算するための関数を示す。
エネルギー保存則より、E1+E3=E2となるはずであり、これはTr2の値が適切なときに成立する。そこで、エネルギー流量のアンバランス値dEを
dE=E1+E3−E2
として計算する。
Q2=Qr2とする(ステップS10)。
Tr2=Tr2+α*dE
として(ステップS11)、上記ステップS4の処理へ移動する。
第2の実施形態では、図1に示す全体構成および図2に示す制御装置の基本構成は第1の実施形態と同様である。
圧縮機入口相対湿度r2を算出するための関数の具体例として各プロセス値の2次までの多項式で表現した例を上に示したが、関数の形は三角関数や対数関数や有理式や3次以上の多項式やこれらの組み合わせなどが使用可能である。関数の係数b1からb36は、十分多数の入力条件に対して前述の第1の実施形態の収束計算を予め解いて、最小二乗法などにより予め決定することができる。
次に、第3の実施形態について、図4を用いて説明する。図4は、本発明に係るガスタービン発電設備の第3の実施形態における制御装置の圧縮機入口相対湿度計算部の構成を示す制御ブロック図である。第1の実施形態として説明した図1および図2に示す基本構成はこの実施形態でも共通である。また、第1の実施形態と同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
x=(x1、x2,x3,x4,x5,x6,x7)
=(pa1,T1,r1,T3,Md1,Mw3,pa2) ・・・(式1)
とおいて、
r2=f(x) ・・・(式2)
と書くことができる(非特許文献2)。
Xi≦x≦Xi+1 (ただし、i=1,・・・,4) であるようなXiとXi+1と
を用いて、
r2=q0+Σq1,・・・,q6f(X) ・・・(式3)
ただし、(式3)のΣはXiとXi+1の全ての組み合わせについて和を取ることを表しており、6変数であるので26乗=64項の足し算となる(非特許文献2)。
以上説明した各実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。
2 吸気冷却システム
3 燃焼器
4 ガスタービン
5 発電機
6 吸気ダクト
7 制御装置
11 冷却水タンク
12 ポンプ
13 調節弁
14 グリッド
20、21、22 プロセス量計測器
31 圧縮機入口相対湿度計算部
32 引き算器
33 PI制御器
Claims (9)
- 空気を吸入して圧縮する圧縮機と、
この圧縮機に吸入される前の空気の中に冷却水を噴霧する吸気冷却システムと、
前記圧縮機によって圧縮された空気とともに燃料を燃焼させる燃焼器と、
回転駆動されて発電を行なう発電機と、
前記燃焼器で発生する燃焼ガスの熱エネルギーを回転エネルギーに変換して前記圧縮機および前記発電機を駆動するガスタービンと、
前記圧縮機に吸入される圧縮機入口空気の湿度を所定の湿度目標値に近づけるように制御する制御装置と、
を有するガスタービン発電設備であって、
前記制御装置は、前記圧縮機に吸入される圧縮機入口空気の湿度を推定計算する湿度計算部を備えていることを特徴とするガスタービン発電設備。 - 前記制御装置は、前記吸気冷却システムが噴霧する冷却水の流量を、前記圧縮機に吸入される圧縮機入口空気の湿度に対応させて操作すること、を特徴とする請求項1に記載のガスタービン発電設備。
- 前記湿度計算部は、前記吸気冷却システムに関係する少なくとも一つのプロセス値を使用して前記圧縮機に吸入される圧縮機入口空気の湿度を推定計算すること、を特徴とする請求項1または請求項2に記載のガスタービン発電設備。
- 前記湿度計算部は、物理的な物質収支およびエネルギー収支を表わす式の収束計算を行なうことにより前記圧縮機に吸入される圧縮機入口空気の湿度を推定計算すること、を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のガスタービン発電設備。
- 前記湿度計算部は、前記吸気冷却システムに関係する少なくとも一つのプロセス値を使用して、あらかじめ定めた関数により、前記圧縮機に吸入される圧縮機入口空気の湿度を推定計算すること、を特徴とする請求項3に記載のガスタービン発電設備。
- 前記湿度計算部は、前記吸気冷却システムに関係する少なくとも二つのプロセス値を使用して、多次元空間の線形補間式により、前記圧縮機に吸入される圧縮機入口空気の湿度を推定計算すること、を特徴とする請求項3に記載のガスタービン発電設備。
- 前記プロセス値は、前記圧縮機の吸気圧力、前記圧縮機の吸気温度、前記圧縮機の吸気湿度、前記冷却水の温度、前記圧縮機に吸引される乾燥空気の流量、前記冷却水の流量、前記圧縮機の入口圧力のうちのいずれか少なくとも一つの実測値または計算値を含むこと、を特徴とする請求項3または請求項5に記載のガスタービン発電設備。
- 前記制御装置は、所定の制御周期ごとに制御を行なうものであって、前記湿度計算部は、前記制御周期ごとに推定計算を行なうこと、を特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載のガスタービン発電設備。
- 空気を吸入して圧縮する圧縮機と、この圧縮機に吸入される前の空気の中に冷却水を噴霧する吸気冷却システムと、前記圧縮機によって圧縮された空気とともに燃料を燃焼させる燃焼器と、回転駆動されて発電を行なう発電機と、前記燃焼器で発生する燃焼ガスの熱エネルギーを回転エネルギーに変換して前記圧縮機および前記発電機を駆動するガスタービンと、を有するガスタービン発電設備の運転方法であって、
前記圧縮機に吸入される圧縮機入口空気の湿度を推定計算する湿度計算ステップと、
前記湿度計算ステップで推定計算された湿度に基づいて、前記圧縮機に吸入される圧縮機入口空気の湿度を所定の湿度目標値に近づけるように制御する湿度制御ステップと、
を有することを特徴とするガスタービン発電設備運転方法。
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