JP5959861B2 - ガスタービン発電設備 - Google Patents
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Description
ガスタービン発電設備51は、発電機2を駆動するガスタービン3と、発電機冷却装置4と、吸気冷却装置5と、吸気加熱装置6(図7参照)と、を備えている。
圧縮機11の吸気入口11aには、ダクト15を介して吸気が導かれるようになっている。
熱交換器21は、配管24内を循環する媒体(例えば、水)と、発電機2内に封入されている窒素ガスとを熱交換させて、発電機2で発生した熱を吸収して(奪い去って)、発電機2を冷却するものである。発電機2で発生した熱を吸収した(奪い去った)媒体(ここでは40℃の媒体)は、配管24を介して熱交換器22に導かれる。
熱交換器23は、配管24を介して熱交換器22から導かれた媒体と、後述する冷凍機31から送出されてバイパス管32を循環する媒体とを熱交換させて、熱交換器22から導かれた媒体が持っている熱を(二次的に)吸収して、熱交換器22から導かれた媒体を(二次的に)冷却するものである。熱交換器23で(二次的に)放熱された媒体(ここでは30℃の媒体)は、配管24を介して熱交換器21に導かれる。
冷凍機31は、バイパス管32を介して熱交換器23から導かれた媒体(例えば、水)、および配管35を介して熱交換器34から導かれた媒体を冷却する(ここでは25℃で戻ってきた(流入してきた)媒体を5℃に冷却して送出する)装置である。
バイパス管32は、一端(上流端)が冷凍機31の出口近傍に位置する配管35に接続され、他端(下流端)が冷凍機31の入口近傍に位置する配管35に接続されており、熱交換器23よりも上流側に位置するバイパス管32の途中には、媒体を循環させる循環ポンプP1が設けられている。
熱交換器(第2の熱交換器)34は、吸気の温度が高い場合(ここでは吸気の温度が35℃のとき)に、配管35を介して冷凍機31から導かれた媒体と、ダクト15の入口15aから取り込まれた吸気(ここでは35℃の吸気)とを熱交換させて、ダクト15の入口15aから取り込まれた吸気が持っている熱を吸収して、ダクト15の入口15aから取り込まれた吸気を(ここでは15℃まで)冷却する熱交換器である。吸気が持つ熱を吸収した(奪い去った)媒体は、配管35を介して冷凍機31に導かれる。
加熱器41は、吸気の温度が低い場合(ここでは吸気の温度が0℃のとき)に、配管42を介して熱交換器34に暖かい(熱い)媒体を供給する装置である。
配管42は、加熱器41で加熱された媒体を熱交換器34に導く配管である。
抽気管45は、圧縮機11で圧縮された吸気の一部を熱交換器34に導く配管であり、吸気加熱装置6の代わりに抽気管45を備えているものでは、抽気管45を介して熱交換器34に暖かい(熱い)吸気が供給され、抽気管45を介して圧縮機11から導かれた吸気と、ダクト15の入口15aから取り込まれた吸気(ここでは0℃の吸気)とを熱交換させて、ダクト15の入口15aから取り込まれた吸気に熱を与えて、ダクト15の入口15aから取り込まれた吸気が(ここでは10℃まで)加熱されることになる。
なお、吸気の温度tがT1(例えば、20℃)以下になると、開かれていた弁Aおよび弁Bが閉じられるとともに、運転されていた循環ポンプP1,P2および冷凍機31が停止され、冷凍機31で冷却された媒体の熱交換器23,34への供給が停止されることになる。
なお、吸気の温度tがT2(例えば、10℃)以上になると、弁Aおよび弁Bは閉じられたまま、循環ポンプP1,P2および冷凍機31は停止されたままで、暖かい(熱い)媒体の熱交換器34への供給が停止されることになる。
本発明に係るガスタービン発電設備は、吸気ダクトの入口から取り込まれ、前記吸気ダクトを介して導かれた空気を圧縮する圧縮機、前記圧縮機で圧縮された空気に燃料を混合して燃焼させる燃焼器、および前記燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンを有するガスタービンと、前記ガスタービンにより駆動される発電機と、吸気冷却兼加熱装置と、を備え、前記吸気冷却兼加熱装置は、前記発電機を冷却する媒体と熱交換する第1の熱交換器と、前記第1の熱交換器により昇温した媒体を降温する冷凍機と、前記冷凍機により降温した媒体と前記吸気ダクトの入口から取り込まれ前記吸気ダクトを介して前記圧縮機の吸気入口に導かれる空気とを熱交換する前記吸気ダクト内に設けられた第2の熱交換器と、前記第1の熱交換器により昇温された媒体を前記冷凍機に導き、前記冷凍機により降温された媒体を前記第2の熱交換器に導くとともに前記第2の熱交換器により昇温された媒体を前記第1の熱交換器に導く第1の流路と、前記第1の熱交換器において昇温した媒体を前記第2の熱交換器に導き、前記吸気ダクトの入口から取り込まれ前記吸気ダクトを介して前記圧縮機の吸気入口に導かれる空気を加熱し前記第2の熱交換器において降温した媒体を前記第1の熱交換器に導く第2の流路と、を備えている。
また、例えば、吸気の温度が低いときや、部分負荷で運転するときには、第2の流路を介して、第1の熱交換器において発電機を冷却する媒体と熱交換されて昇温した媒体を第2の熱交換器に導き、吸気ダクトの入口から取り込まれ、吸気ダクトを介して圧縮機の吸気入口に導かれる空気が加熱されることにより、アイシングが防止されることになる。
これにより、従来必要とされた吸気加熱装置や抽気管を不要とすることができ、設備費の高騰やプラント効率の低下を回避することができる。
また、本発明に係るガスタービン発電設備によれば、部分負荷(ベース負荷の30%〜70%の負荷)で運転するときにも、第2の流路を介して、第1の熱交換器において発電機を冷却する媒体と熱交換されて昇温した媒体が第2の熱交換器に導かれ、吸気ダクトの入口から取り込まれ、吸気ダクトを介して圧縮機の吸気入口に導かれる空気が加熱されることになる。
これにより、部分負荷運転における(プラント)効率を向上させることができる。
また、例えば、吸気の温度が低いときや、部分負荷で運転するときには、第2の流路を介して、第1の熱交換器において発電機を冷却する媒体と熱交換されて昇温した媒体を第2の熱交換器に導き、吸気ダクトの入口から取り込まれ、吸気ダクトを介して圧縮機の吸気入口に導かれる空気が加熱されることにより、アイシングが防止されることになる。
これにより、従来必要とされた吸気加熱装置や抽気管を不要とすることができ、設備費の高騰やプラント効率の低下を回避することができる。
これにより、部分負荷運転における(プラント)効率を向上させることができる。
図1は本実施形態に係るガスタービン発電設備の概略構成図であって、吸気の温度が高いとき、あるいはベース負荷付近で運転するときの状態を示す図、図2は本実施形態に係るガスタービン発電設備の概略構成図であって、吸気の温度が低いとき、あるいは部分負荷で運転するときの状態を示す図、図3は吸気の温度が高いとき、あるいはベース負荷付近で運転するときの各弁および各機器のON−OFF状態を示す図表、図4は吸気の温度が低いとき、あるいは部分負荷で運転するときの各弁および各機器のON−OFF状態を示す図表、図5は本実施形態に係るガスタービン発電設備(コンバインドサイクル)の(プラント)効率と、(プラント)出力と、圧縮機の吸気入口に導かれる吸気の温度との関係を示す図表である。
なお、図1および図2において開状態のスイッチ記号は、弁が閉状態(オフ)であることを示し、閉状態のスイッチ記号は、弁が開状態(オン)であることを示している。
なお、図6から図9を用いて説明したガスタービン発電設備51と同一の構成要素には同一の符号を付している。
バイパス管61は、一端(上流端)が冷凍機31の入口近傍に位置する配管62に接続され、他端(下流端)が冷凍機31の出口近傍に位置する配管62に接続されており、その途中には、(オンオフ)弁Cが設けられている。
配管62は、冷凍機31と熱交換器34とを連通(接続)し、熱交換器34と熱交換器23とを連通(接続)するとともに、熱交換器23と冷凍機31とを連通(接続)する配管であり、熱交換器23よりも下流側に位置し、かつ、バイパス管61の一端との接続点(分岐点)よりも下流側に位置する配管62の途中には、(オンオフ)弁Aが設けられている。また、冷凍機31よりも下流側に位置し、かつ、バイパス管61の他端との接続点(分岐点)よりも上流側に位置する配管62の途中には、(オンオフ)弁Bが設けられている。さらに、熱交換器34よりも上流側に位置し、かつ、バイパス管61の他端との接続点(分岐点)よりも下流側に位置する配管62の途中には、媒体を循環させる循環ポンプPが設けられている。
なお、吸気の温度tがT1(例えば、20℃)以下になると、開かれていた弁Aおよび弁Bが閉じられ、閉じられていた弁Cが開かれるとともに、運転されていた循環ポンプPおよび冷凍機31が停止され、冷凍機31で冷却された媒体の熱交換器34への供給が停止されることになる。
なお、吸気の温度tがT2(例えば、10℃)以上になると、弁Aおよび弁Bは閉じられたまま、弁Cは開かれたまま、冷凍機31は停止されたままで、循環ポンプPが停止され、暖かい(熱い)媒体の熱交換器34への供給が停止されることになる。
そこで、本発明では、部分負荷(ベース負荷の30%〜70%の負荷)でガスタービン発電設備1が運転される場合にも、図2に示すように、弁Aおよび弁Bは閉じたまま、弁Cは開いたまま、冷凍機31は停止したままで、循環ポンプPを運転し、配管62、バイパス管61、配管62を介して熱交換器34に暖かい(熱い)媒体が導かれるようにして、ダクト15の入口15aから取り込まれた吸気を加熱するようにした。
また、例えば、吸気の温度が低いときや、部分負荷で運転するときには、第2の流路を介して、第1の熱交換器において発電機を冷却する媒体と熱交換されて昇温した媒体を第2の熱交換器に導き、吸気ダクトの入口から取り込まれ、吸気ダクトを介して圧縮機の吸気入口に導かれる空気が加熱されることにより、アイシングが防止されることになる。
これにより、従来必要とされた吸気加熱装置6や抽気管45(図7参照)を不要とすることができ、設備費の高騰やプラント効率の低下を回避することができる。
また、本発明に係るガスタービン発電設備1および本実施形態に係るガスタービン発電設備1の運転方法によれば、部分負荷(ベース負荷の30%〜70%の負荷)で運転するときにも、第2の流路を介して、熱交換器23において発電機2を冷却する媒体と熱交換されて昇温した媒体が熱交換器34に導かれ、吸気ダクト15の入口15aから取り込まれ、吸気ダクト15を介して圧縮機11の吸気入口11aに導かれる空気が加熱されることになる。
これにより、部分負荷運転における(プラント)効率を向上させることができる。
2 発電機
3 ガスタービン
7 吸気冷却兼加熱装置
11 圧縮機
11a 吸気入口
12 燃焼器
13 タービン
15 吸気ダクト
15a 入口
23 熱交換器(第1の熱交換器)
31 冷凍機
34 熱交換器(第2の熱交換器)
61 バイパス管(第2の流路)
62 配管(第1の流路:第2の流路)
Claims (5)
- 吸気ダクトの入口から取り込まれ、前記吸気ダクトを介して導かれた空気を圧縮する圧縮機、前記圧縮機で圧縮された空気に燃料を混合して燃焼させる燃焼器、および前記燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンを有するガスタービンと、
前記ガスタービンにより駆動される発電機と、
吸気冷却兼加熱装置と、を備え、
前記吸気冷却兼加熱装置は、
前記発電機を冷却する媒体と熱交換する第1の熱交換器と、
前記第1の熱交換器により昇温した媒体を降温する冷凍機と、
前記冷凍機により降温した媒体と前記吸気ダクトの入口から取り込まれ前記吸気ダクトを介して前記圧縮機の吸気入口に導かれる空気とを熱交換する前記吸気ダクト内に設けられた第2の熱交換器と、
前記第1の熱交換器により昇温された媒体を前記冷凍機に導き、前記冷凍機により降温された媒体を前記第2の熱交換器に導くとともに前記第2の熱交換器により昇温された媒体を前記第1の熱交換器に導く第1の流路と、
前記第1の熱交換器において昇温した媒体を前記第2の熱交換器に導き、前記吸気ダクトの入口から取り込まれ前記吸気ダクトを介して前記圧縮機の吸気入口に導かれる空気を加熱し前記第2の熱交換器において降温した媒体を前記第1の熱交換器に導く第2の流路と、を備えていることを特徴とするガスタービン発電設備。 - 前記第1の熱交換器により昇温された媒体を、前記冷凍機をバイパスさせて前記第2の熱交換器に導くバイパス管を有し、前記吸気ダクトの入口から取り込まれた空気の温度に応じて、前記第1の熱交換器により昇温された媒体を前記バイパス管に流す請求項1に記載のガスタービン発電設備。
- 吸気ダクトの入口から取り込まれ、前記吸気ダクトを介して導かれた空気を圧縮する圧縮機、前記圧縮機で圧縮された空気に燃料を混合して燃焼させる燃焼器、および前記燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるタービンを有するガスタービンと、
前記ガスタービンにより駆動される発電機と、
吸気冷却兼加熱装置と、を備え、
前記吸気冷却兼加熱装置は、
前記発電機を冷却する媒体と熱交換する第1の熱交換器と、
前記第1の熱交換器により昇温した媒体を降温する冷凍機と、
前記冷凍機により降温した媒体と前記吸気ダクトの入口から取り込まれ前記吸気ダクトを介して前記圧縮機の吸気入口に導かれる空気とを熱交換する前記吸気ダクト内に設けられた第2の熱交換器と、
前記第1の熱交換器により昇温された媒体を前記冷凍機に導き、前記冷凍機により降温された媒体を前記第2の熱交換器に導くとともに前記第2の熱交換器により昇温された媒体を前記第1の熱交換器に導く第1の流路と、
前記第1の熱交換器において昇温した媒体を前記第2の熱交換器に導き、前記吸気ダクトの入口から取り込まれ前記吸気ダクトを介して前記圧縮機の吸気入口に導かれる空気を加熱し前記第2の熱交換器において降温した媒体を前記第1の熱交換器に導く第2の流路と、を備えたガスタービン発電設備の運転方法であって、
前記吸気ダクトの入口から取り込まれた空気の温度が第1の温度よりも高い場合、前記第1の流路を介して、前記冷凍機において降温した媒体を前記吸気ダクト内に設けられた前記第2の熱交換器に導き、前記吸気ダクトの入口から取り込まれ、前記吸気ダクトを介して前記圧縮機の吸気入口に導かれる空気を冷却し、
前記吸気ダクトの入口から取り込まれた空気の温度が前記第1の温度よりも低い第2の温度よりも低い場合、前記第2の流路を介して、前記第1の熱交換器において前記発電機を冷却する媒体と熱交換されて昇温した媒体を前記第2の熱交換器に導き、前記吸気ダクトの入口から取り込まれ、前記吸気ダクトを介して前記圧縮機の吸気入口に導かれる空気を加熱するようにしたことを特徴とするガスタービン発電設備の運転方法。 - 部分負荷で運転される場合、前記第2の流路を介して、前記第1の熱交換器において前記発電機を冷却する媒体と熱交換されて昇温した媒体を前記第2の熱交換器に導き、前記吸気ダクトの入口から取り込まれ、前記吸気ダクトを介して前記圧縮機の吸気入口に導かれる空気を加熱するようにした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の運転方法。
- 前記吸気ダクトの入口から取り込まれた空気の温度が前記第1の温度よりも低い第2の温度よりも低い場合、前記第1の熱交換器において前記発電機を冷却する媒体と熱交換されて昇温した媒体を、前記冷凍機をバイパスさせて前記第2の熱交換器に導く請求項3又は4に記載のガスタービン発電設備の運転方法。
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