JP7455918B1 - コジェネレーション設備並びにその制御方法及び改造方法 - Google Patents

コジェネレーション設備並びにその制御方法及び改造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】圧縮機のサージの発生を抑制しつつ熱電可変範囲を拡大することが可能なコジェネレーション設備を提供する。【解決手段】ガスタービンの圧縮機から抽気した空気をタービンの第1冷却対象部に冷却空気として供給するための第1冷却空気配管と、第1冷却空気流量調節弁と、排熱回収ボイラで生成された蒸気をガスタービンにおける圧縮機の出口部から燃焼器までの区間内の位置に供給する第1蒸気配管と、第1蒸気配管に設けられた第1蒸気流量調節弁と、排熱回収ボイラで生成された蒸気をタービンの入口部に供給する第2蒸気配管と、第2蒸気配管に設けられた第2蒸気流量調節弁と、排熱回収ボイラで生成された蒸気を第1冷却空気配管における第1冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給するための第1冷却蒸気配管と、第1冷却蒸気配管に設けられた第1冷却蒸気流量調節弁と、を備える。【選択図】 図1

Description

本開示は、コジェネレーション設備並びにその制御方法及び改造方法に関する。
特許文献1には、ガスタービンと排熱ボイラとを備えるコジェネレーション設備が開示されている。このコジェネレーション設備は、排熱ボイラからの蒸気をガスタービンの燃焼器、タービンの静翼およびその他の外部蒸気負荷に供給する蒸気系統と、外部蒸気負荷に蒸気を優先的に供給するとともに、燃焼器への蒸気供給量を調整して残りの蒸気を静翼に供給する供給調整手段とを備える。
特開2001-289058号公報
ところで、ガスタービンと排熱回収ボイラとを備えるコジェネレーション設備において、排熱回収ボイラで生成された蒸気の一部をガスタービンにおける圧縮機の出口部からタービンの入口部までの区間内の位置に供給する場合、タービンの出力増加に寄与し得る一方で、供給された蒸気によって圧縮機の背圧が上昇するため、圧縮機にサージ(逆流)が発生してコジェネレーション設備の熱電可変範囲を拡大することが困難になる場合がある。特許文献1には、このような課題及びその解決策は開示されていない。
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態は、圧縮機のサージの発生を抑制しつつ熱電可変範囲を拡大することが可能なコジェネレーション設備並びにその制御方法及び改造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係るコジェネレーション設備は、
圧縮機、燃焼器、タービンを含むガスタービンと、
前記ガスタービンに連結された発電機と、
前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記圧縮機から抽気した空気を前記タービンの第1冷却対象部に冷却空気として供給するための第1冷却空気配管と、
前記第1冷却空気配管に設けられ、前記第1冷却空気配管を流れる前記冷却空気の流量を調節可能な第1冷却空気流量調節弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を供給するための蒸気系統と、
を備え、
前記蒸気系統は、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第1蒸気配管と、
前記第1蒸気配管に設けられた第1蒸気流量調節弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンの入口部に供給するように構成された第2蒸気配管と、
前記第2蒸気配管に設けられた第2蒸気流量調節弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記第1冷却空気配管における前記第1冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給するための第1冷却蒸気配管と、
前記第1冷却蒸気配管に設けられた第1冷却蒸気流量調節弁と、
を備える。
上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係るコジェネレーション設備の制御方法において、
前記コジェネレーション設備は、
圧縮機、燃焼器、タービンを含むガスタービンと、
前記ガスタービンに連結された発電機と、
前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記圧縮機から抽気した空気を前記タービンの第1冷却対象部に冷却空気として供給するための第1冷却空気配管と、
前記第1冷却空気配管に設けられ、前記第1冷却空気配管を流れる前記冷却空気の流量を調節可能な第1冷却空気流量調節弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を供給するための蒸気系統と、
を備え、
前記蒸気系統は、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第1蒸気配管と、
前記第1蒸気配管に設けられた第1蒸気流量調節弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記タービンの入口部に供給するように構成された第2蒸気配管と、
前記第2蒸気配管に設けられた第2蒸気流量調節弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記第1冷却空気配管における前記第1冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給するための第1冷却蒸気配管と、
前記第1冷却蒸気配管に設けられた第1冷却蒸気流量調節弁と、
を備え、
前記制御方法は、
前記排熱回収ボイラから前記ガスタービンに供給される蒸気の総流量が閾値以下である場合に、前記第1冷却蒸気配管の蒸気の流量が0または前記第1蒸気配管の蒸気の流量と前記第2蒸気配管の蒸気の流量との合計よりも小さい流量となるように前記第1蒸気流量調節弁、前記第2蒸気流量調節弁及び前記第1冷却蒸気流量調節弁を制御するステップと、
前記排熱回収ボイラから前記ガスタービンに供給される蒸気の総流量が前記閾値よりも大きい場合に、前記第1蒸気配管の蒸気の流量と前記第2蒸気配管の蒸気の流量との合計が前記閾値以下となるように前記第1蒸気流量調節弁、前記第2蒸気流量調節弁及び前記第1冷却蒸気流量調節弁を制御するステップと、
を備える。
上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係るコジェネレーション設備の改造方法において、
前記コジェネレーション設備は、
圧縮機、燃焼器、タービンを含むガスタービンと、
前記ガスタービンに連結された発電機と、
前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記圧縮機から抽気した空気を前記タービンの第1冷却対象部に冷却空気として供給するための第1冷却空気配管と、
前記第1冷却空気配管に設けられ、前記第1冷却空気配管を流れる前記冷却空気の流量を調節可能な第1冷却空気流量調節弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第1蒸気配管と、
前記第1蒸気配管に設けられた第1蒸気流量調節弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンの入口部に供給するように構成された第2蒸気配管と、
前記第2蒸気配管に設けられた第2蒸気流量調節弁と、
を備え、
前記改造方法は、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記第1冷却空気配管における前記第1冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給するための第1冷却蒸気配管と、
前記第1冷却蒸気配管に設けられた第1冷却蒸気流量調節弁と、
を前記コジェネレーション設備に追設するステップを備える。
上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係るコジェネレーション設備の改造方法において、
前記コジェネレーション設備は、
圧縮機、燃焼器、タービンを含むガスタービンと、
前記ガスタービンに連結された発電機と、
前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記圧縮機から抽気した空気を前記タービンの第1冷却対象部に冷却空気として供給するための第1冷却空気配管と、
前記第1冷却空気配管に設けられ、前記第1冷却空気配管を流れる前記冷却空気の流量を調節可能な第1冷却空気流量調節弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第1蒸気配管と、
前記第1蒸気配管に設けられた第1蒸気流量調節弁と、
を備え、
前記改造方法は、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンの入口部に供給するように構成された第2蒸気配管と、
前記第2蒸気配管に設けられた第2蒸気流量調節弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記第1冷却空気配管における前記第1冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給するための第1冷却蒸気配管と、
前記第1冷却蒸気配管に設けられた第1冷却蒸気流量調節弁と、
を前記コジェネレーション設備に追設するステップを備える。
本開示の少なくとも一実施形態によれば、圧縮機のサージの発生を抑制しつつ熱電可変範囲を拡大することが可能なコジェネレーション設備並びにその制御方法及び改造方法が提供される。
一実施形態に係るコジェネレーション設備300Aの概略構成図である。 図1に示した制御装置150のハードウェア構成の一例を示す図である。 圧縮機1の運転特性曲線を示す図である。 コジェネレーション設備300Aにおける発電機6の出力に対する各噴射点の蒸気噴射流量特性を示す図である。 コジェネレーション設備300Aにおける熱電可変範囲の拡大を説明するための図である。 図1に示した制御装置150の制御フローの一例の一部を示す図である。 図6に示した制御フローの続きの一部を示す図である。 図7に示した制御フローの続きの一部を示す図である。 図8に示した制御フローの続きを示す図である。 他の実施形態に係るコジェネレーション設備300Bの概略構成図である。
以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図1は、一実施形態に係るコジェネレーション設備300Aの概略構成図である。
図1に示す例示的形態では、コジェネレーション設備300Aは、ガスタービン5、発電機6、排熱回収ボイラ15、高圧冷却空気配管30、高圧冷却空気流量調節弁31、中圧冷却空気配管35、中圧冷却空気流量調節弁36、蒸気系統12及び制御装置150を備える。
ガスタービン5は、圧縮機1、燃焼器3及びタービン2を含む。図示する構成では、ガスタービン5は1軸型のガスタービンであり、圧縮機1とタービン2とは連結軸40で連結されて一体的に回転するように構成される。タービンと発電機6とは連結軸41を介して連結されており、発電機6はタービン2に駆動されて発電を行う。
圧縮機1は、空気7(大気)を圧縮して圧縮空気8を生成し、圧縮空気8を燃焼器3に供給する。図示する例示的形態では、コジェネレーション設備300Aは、圧縮機1の吸込流量を調節するために圧縮機1の入口に設けられた入口案内翼42(以下、入口案内翼をIGVという。)と、IGV42を駆動するためのIGV駆動装置43と、IGV42の開度を計測するためのIGV開度計測装置44と、ガスタービン5を起動するための起動装置4とを含む。
IGV42を通った空気は、圧縮機1で圧縮されて圧縮空気8となり、燃焼器3に供給される。燃焼器3は、圧縮機1から供給された圧縮空気8を燃料ライン48から供給された燃料と混合して燃焼することで燃焼ガスを生成する。図示するコジェネレーション設備300Aでは、燃焼器3は例えば拡散燃焼方式の燃焼器であってもよい。燃料ライン48は、燃料供給系統設備9と燃焼器3とを接続しており、燃料ライン48には、燃焼器3へ供給する燃料の流量を調節可能な燃料流量調節弁10が設けられている。
燃焼器3で生成された燃焼ガスは、タービン2に流入してタービン2を駆動し、これにより、タービン2に連結された圧縮機1及び発電機6がそれぞれ駆動され、発電機6が電力を生成する。タービン2を通過した燃焼ガスは、ガスタービン5の排ガス14として排熱回収ボイラ15に供給される。
排熱回収ボイラ15は、ボイラ給水19をガスタービン5の排ガス14との熱交換により蒸発させて蒸気を生成する。図示する構成では、コジェネレーション設備300Aは、補給水16を貯める補給水タンク17及びボイラ給水ポンプ18を備えており、補給水タンク17を出た水がボイラ給水ポンプ18によって昇圧されてボイラ給水19として排熱回収ボイラ15に供給される。排熱回収ボイラ15を通過したガスタービン5の排ガスは、配管28を通って排気塔29から排出される。
高圧冷却空気配管30は、圧縮機1から抽気した空気をタービン2の第1冷却対象部26aに冷却空気として供給するように構成されている。タービンの第1冷却対象部26aは、例えばタービン2のタービン翼及び/又はタービンケーシング等の高温部であってもよい。高圧冷却空気配管30の上流端は、圧縮機1の途中の位置(圧縮機1の入口と出口の間の位置)に接続し、高圧冷却空気配管30の下流端は、タービン2の第1冷却対象部26aに対応する位置に接続する。高圧冷却空気配管30には、タービン2の第1冷却対象部26aに供給する冷却空気の流量を調節するための高圧冷却空気流量調節弁31が設けられている。
中圧冷却空気配管35は、圧縮機1における高圧冷却空気配管30が接続する位置よりも上流側の位置から抽気した空気を、タービン2の第2冷却対象部26b及び第3冷却対象部26cに冷却空気として供給するように構成されている。第2冷却対象部26bは、タービン2における第1冷却対象部26aよりも下流側に位置し、第3冷却対象部26cは、タービン2における第2冷却対象部26bよりも下流側に位置する。タービンの第2冷却対象部26b及び第3冷却対象部26cの各々は、例えばタービン2のタービン翼及び/又はタービンケーシング等の高温部であってもよい。中圧冷却空気配管35の上流端は、圧縮機1における高圧冷却空気配管30が接続する位置よりも上流側の位置に接続する。中圧冷却空気配管35は、後述する混合器38の下流側で分岐しており、中圧冷却空気配管35の下流端は、タービン2の第2冷却対象部26bに対応する位置及び第3冷却対象部26cに対応する位置にそれぞれ接続する。
中圧冷却空気配管35には、タービン2の第2冷却対象部26b及び第3冷却対象部26cの各々に供給する冷却空気の流量(混合器38に供給する冷却空気の流量)を調節するための中圧冷却空気流量調節弁36が設けられている。
蒸気系統12は、排熱回収ボイラ15で生成された蒸気をプロセス装置23及びガスタービン5に供給可能に構成されている。蒸気系統12は、排熱回収ボイラ15における蒸気の出口に接続された蒸気配管20を含む。蒸気配管20は分岐位置P0でプロセス装置側蒸気配管21とガスタービン側蒸気配管24とに分岐する。プロセス装置側蒸気配管21は、排熱回収ボイラ15で生成された蒸気をプロセス用蒸気としてプロセス装置23へ供給可能に構成されている。プロセス装置側蒸気配管21におけるプロセス装置23の上流側には、プロセス装置23へ供給するプロセス用蒸気の流量を調節可能なプロセス用蒸気流量調節弁22が設けられている。
ガスタービン側蒸気配管24は、燃焼器側蒸気配管24a、タービン入口側蒸気配管24b、高圧冷却蒸気配管32及び中圧冷却蒸気配管37に分岐する。図示する例では、燃焼器側蒸気配管24aは、ガスタービン側蒸気配管24からタービン入口側蒸気配管24bが分岐する分岐位置Pbよりも下流側の分岐位置Paでガスタービン側蒸気配管24から分岐し、高圧冷却蒸気配管32及び中圧冷却蒸気配管37は、ガスタービン側蒸気配管24における分岐位置Paよりも下流側の分岐位置Pcで分岐する。
燃焼器側蒸気配管24aの下流端は、ガスタービン5における圧縮機1の出口部と燃焼器3との間に位置する燃焼器ヘッドエンドEaに接続し、燃焼器ヘッドエンドEaに蒸気を噴射可能に構成されている。また、タービン入口側蒸気配管24bの下流端は、タービン2の入口部(例えばタービン2の第1段の静翼)であるタービン入口部Ebに接続し、タービン入口部Ebに蒸気を噴射可能に構成されている。
ガスタービン側蒸気配管24における分岐位置Pbよりも上流側には、蒸気噴射用減温器25が設けられている。蒸気噴射用減温器25には、減温水供給ライン49が接続されている。蒸気噴射用減温器25は、ガスタービン側蒸気配管24を流れる蒸気に減温水供給ライン49から供給された水を噴射して該蒸気の温度を減温させるように構成されている。減温水供給ライン49には、蒸気噴射用減温器25に供給する水の流量を調節するための減温水流量調節弁25aが設けられている。
燃焼器側蒸気配管24aには、燃焼器側蒸気配管24aから燃焼器ヘッドエンドEaへの蒸気の噴射量である燃焼器側蒸気噴射量(燃焼器側蒸気配管24aにおける蒸気の流量)を調節するための燃焼器側蒸気流量調節弁27aが設けられている。タービン入口側蒸気配管24bには、タービン入口側蒸気配管24bからタービン入口部Ebへの蒸気の噴射量であるタービン入口側蒸気噴射量(タービン入口側蒸気配管24bにおける蒸気の流量)を調節するためのタービン入口側蒸気流量調節弁27bが設けられている。
高圧冷却蒸気配管32は、排熱回収ボイラ15で生成された蒸気を高圧冷却空気配管30における高圧冷却空気流量調節弁31の下流側の位置に冷却蒸気として供給するように構成されている。図示する例では、高圧冷却空気配管30と高圧冷却蒸気配管32とが接続する位置には混合器33が設けられており、混合器33は、高圧冷却空気配管30から供給される冷却空気と高圧冷却蒸気配管32から供給される冷却蒸気とを混合可能に構成されている。混合器33で混合された冷却空気及び冷却蒸気は、高圧冷却空気配管30における混合器33の下流側の部分を通ってタービン2の第1冷却対象部26aに供給される。
高圧冷却蒸気配管32には、混合器33に供給する冷却蒸気の流量(高圧冷却空気配管30に供給する冷却蒸気の流量)を調節可能な高圧冷却蒸気流量調節弁32dが設けられている。高圧冷却蒸気配管32における高圧冷却蒸気流量調節弁32dよりも上流側には、高圧冷却蒸気減温器32bが設けられている。
高圧冷却蒸気減温器32bは、排熱回収ボイラ15に給水するためのボイラ給水ポンプ18から排熱回収ボイラ15を経由して高圧冷却蒸気配管32に供給された蒸気を、ボイラ給水ポンプ18から排熱回収ボイラ15を経由せずに供給される給水によって減温するように構成される。図示する構成では、高圧冷却蒸気減温器32bに供給する減温用の給水の流量を調節するための減温水流量調節弁32cが設けられており、減温水流量調節弁32cの開度を調節することによって混合器33に供給する冷却蒸気の温度が調節される。高圧冷却蒸気配管32における高圧冷却蒸気減温器32bの上流側には、高圧冷却蒸気配管32を流れる冷却蒸気の圧力を調節するための高圧冷却蒸気圧力調節弁32aが設けられている。高圧冷却蒸気圧力調節弁32aの開度を調節することによって混合器33に供給する冷却蒸気の圧力が調節される。
中圧冷却蒸気配管37は、排熱回収ボイラ15で生成された蒸気を中圧冷却空気配管35における中圧冷却空気流量調節弁36の下流側の位置に冷却蒸気として供給するように構成されている。図示する例では、中圧冷却空気配管35と中圧冷却蒸気配管37とが接続する位置には混合器38が設けられており、混合器38は、中圧冷却空気配管35から供給される冷却空気と中圧冷却蒸気配管37から供給される冷却蒸気とを混合可能に構成されている。混合器38で混合された冷却空気及び冷却蒸気は、中圧冷却空気配管35における混合器38の下流側の部分を通ってタービン2の第2冷却対象部26b及び第3冷却対象部26cに供給される。
中圧冷却蒸気配管37には、混合器38に供給する冷却蒸気の流量(中圧冷却空気配管35に供給する冷却蒸気の流量)を調節可能な中圧冷却蒸気流量調節弁37dが設けられている。中圧冷却蒸気配管37における中圧冷却蒸気流量調節弁37dよりも上流側には、中圧冷却蒸気減温器37bが設けられている。
中圧冷却蒸気減温器37bは、排熱回収ボイラ15に給水するためのボイラ給水ポンプ18から排熱回収ボイラ15を経由して高圧冷却蒸気配管32に供給された蒸気を、ボイラ給水ポンプ18から排熱回収ボイラ15を経由せずに供給される給水によって減温するように構成される。図示する構成では、中圧冷却蒸気減温器37bに供給する減温用の給水の流量を調節するための減温水流量調節弁37cが設けられており、減温水流量調節弁37cの開度を調節することによって混合器38に供給する冷却蒸気の温度が調節される。中圧冷却蒸気配管37における中圧冷却蒸気減温器37bの上流側には、中圧冷却蒸気配管37を流れる冷却蒸気の圧力を調節するための中圧冷却蒸気圧力調節弁37aが設けられている。中圧冷却蒸気圧力調節弁37aの開度を調節することによって混合器38に供給する冷却蒸気の圧力が調節される。
また、図1に示す例示的形態では、コジェネレーション設備300Aは、圧縮機回転数検出器45、発電機出力検出器46、圧縮機入口空気圧力検出器50、圧縮機入口空気温度検出器51、圧縮機入口空気流量検出器52、圧縮機出口圧力検出器53、ガスタービン出口排ガス温度検出器54、燃料圧力検出器60、燃料温度検出器61、燃料流量検出器62、ボイラ出口蒸気圧力検出器70、ボイラ出口蒸気温度検出器71、プロセス用蒸気流量検出器72、減温後蒸気温度検出器73、減温後蒸気圧力検出器74、燃焼器側蒸気流量検出器75、タービン入口側蒸気流量検出器76、低圧タービン入口側蒸気流量検出器77、燃焼器側弁開度検出器79、タービン入口側弁開度検出器80、NOx濃度検出器81、高圧冷却空気圧力検出器90、高圧冷却空気温度検出器91、高圧冷却空気流量検出器92、中圧冷却空気圧力検出器93、中圧冷却空気温度検出器94、中圧冷却空気流量検出器95、高圧冷却蒸気圧力検出器100、高圧冷却蒸気温度検出器101、高圧冷却蒸気流量検出器102、中圧冷却蒸気圧力検出器103、中圧冷却蒸気温度検出器104及び中圧冷却蒸気流量検出器105を備える。
圧縮機回転数検出器45は、圧縮機1の回転数すなわちタービン2の回転数を検出する。発電機出力検出器46は、発電機6の出力を検出する。圧縮機入口空気圧力検出器50は、圧縮機1の入口における空気の圧力を検出する。圧縮機入口空気温度検出器51は、圧縮機1の入口における空気の温度を検出する。圧縮機入口空気流量検出器52は、圧縮機1の入口における空気の流量を検出する。圧縮機出口圧力検出器53は、圧縮機1の出口の空気の圧力を検出する。
ガスタービン出口排ガス温度検出器54は、ガスタービン5の出口における排ガスの温度を検出する。図示する例では、ガスタービン出口排ガス温度検出器54は、低圧タービン2bの出口と排熱回収ボイラ15との間の位置におけるガスタービン5の排ガスの温度を検出する。
燃料圧力検出器60は、燃料ライン48の燃料の圧力すなわち燃焼器3に供給する燃料の圧力を検出する。燃料温度検出器61は、燃料ライン48の燃料の温度力すなわち燃焼器3に供給する燃料の温度を検出する。燃料流量検出器62は、燃料ライン48の燃料の流量すなわち燃焼器3に供給する燃料の流量を検出する。
ボイラ出口蒸気圧力検出器70は、排熱回収ボイラ15の出口における蒸気の圧力を検出する。ボイラ出口蒸気温度検出器71は、排熱回収ボイラ15の出口における蒸気の温度を検出する。プロセス用蒸気流量検出器72は、プロセス装置側蒸気配管21のプロセス蒸気の流量を検出する。
減温後蒸気温度検出器73は、ガスタービン側蒸気配管24における蒸気噴射用減温器25の下流側の蒸気の温度を検出する。図示する例では、減温後蒸気温度検出器73は、ガスタービン側蒸気配管24における蒸気噴射用減温器25と分岐位置Paとの間の位置の蒸気の温度を検出する。
減温後蒸気圧力検出器74は、ガスタービン側蒸気配管24における蒸気噴射用減温器25の下流側の蒸気の圧力を検出する。図示する例では、減温後蒸気圧力検出器74は、ガスタービン側蒸気配管24における蒸気噴射用減温器25と分岐位置Paとの間の位置の蒸気の圧力を検出する。
燃焼器側蒸気流量検出器75は、燃焼器側蒸気配管24aにおける蒸気の流量すなわち燃焼器側蒸気噴射量を検出する。タービン入口側蒸気流量検出器76は、タービン入口側蒸気配管24bにおける蒸気の流量すなわちタービン入口側蒸気噴射量を検出する。
燃焼器側弁開度検出器79は、燃焼器側蒸気流量調節弁27aの弁開度を検出する。タービン入口側弁開度検出器80は、タービン入口側蒸気流量調節弁27bの弁開度を検出する。
NOx濃度検出器81は、ガスタービン5の排ガスにおけるNOxの濃度(以下、NOxの濃度を「NOx値」という。)を検出する。図示する例では、NOx濃度検出器81は、ガスタービン5の出口における排ガスのNOx値を検出する。
高圧冷却空気圧力検出器90は、高圧冷却空気配管30における高圧冷却空気流量調節弁31の上流側に設けられ、高圧冷却空気配管30から混合器33に供給する冷却空気の圧力を検出する。高圧冷却空気温度検出器91は、高圧冷却空気配管30における高圧冷却空気流量調節弁31の上流側に設けられ、高圧冷却空気配管30から混合器33に供給する冷却空気の温度を検出する。高圧冷却空気流量検出器92は、高圧冷却空気配管30における高圧冷却空気流量調節弁31の上流側に設けられ、高圧冷却空気配管30から混合器33に供給する冷却空気の流量(高圧冷却空気配管30から第1冷却対象部26aに供給する冷却空気の流量)を検出する。
中圧冷却空気圧力検出器93は、中圧冷却空気配管35における中圧冷却空気流量調節弁36の上流側に設けられ、中圧冷却空気配管35から混合器38に供給する冷却空気の圧力を検出する。中圧冷却空気温度検出器94は、中圧冷却空気配管35における中圧冷却空気流量調節弁36の上流側に設けられ、中圧冷却空気配管35から混合器38に供給する冷却空気の温度を検出する。中圧冷却空気流量検出器95は、中圧冷却空気配管35における中圧冷却空気流量調節弁36の上流側に設けられ、中圧冷却空気配管35から混合器38に供給する冷却空気の流量(中圧冷却空気配管35から第2冷却対象部26bに供給する冷却空気の流量と中圧冷却空気配管35から第3冷却対象部26cに供給する冷却空気の流量の合計)を検出する。
高圧冷却蒸気圧力検出器100は、高圧冷却蒸気配管32における高圧冷却蒸気流量調節弁32dの上流側に設けられ、高圧冷却蒸気配管32から混合器33に供給する冷却蒸気の圧力を検出する。高圧冷却蒸気温度検出器101は、高圧冷却蒸気配管32における高圧冷却蒸気流量調節弁32dの上流側に設けられ、高圧冷却蒸気配管32から混合器33に供給する冷却蒸気の温度を検出する。高圧冷却蒸気流量検出器102は、高圧冷却蒸気配管32における高圧冷却蒸気流量調節弁32dの上流側に設けられ、高圧冷却蒸気配管32における冷却蒸気の流量、すなわち高圧冷却蒸気配管32から混合器33に供給する冷却蒸気の流量(高圧冷却蒸気配管32を介して第1冷却対象部26aに供給する冷却蒸気の流量)を検出する。以下、高圧冷却蒸気配管32を介して第1冷却対象部26aに供給する冷却蒸気の流量を「高圧冷却蒸気噴射量」という場合がある。
中圧冷却蒸気圧力検出器103は、中圧冷却蒸気配管37における中圧冷却蒸気流量調節弁37dの上流側に設けられ、中圧冷却蒸気配管37から混合器38に供給する冷却蒸気の圧力を検出する。中圧冷却蒸気温度検出器104は、中圧冷却蒸気配管37における中圧冷却蒸気流量調節弁37dの上流側に設けられ、中圧冷却蒸気配管37から混合器38に供給する冷却蒸気の温度を検出する。中圧冷却蒸気流量検出器105は、中圧冷却蒸気配管37における中圧冷却蒸気流量調節弁37dの上流側に設けられ、中圧冷却蒸気配管37における冷却蒸気の流量、すなわち中圧冷却蒸気配管37から混合器38に供給する冷却蒸気の流量(中圧冷却蒸気配管37を介して第2冷却対象部26b及び第3冷却対象部26cに供給する冷却蒸気の流量)を検出する。以下、中圧冷却蒸気配管37を介して第2冷却対象部26b及び第3冷却対象部26cに供給する冷却蒸気の流量の合計を「中圧冷却蒸気噴射量」という場合がある。
図2は、図1に示した制御装置150のハードウェア構成の一例を示す図である。
図2に示すように、制御装置150は、例えばプロセッサ151、RAM(Random Access Memory)152、ROM(Read Only Memory)153、HDD (Hard Disk Drive)154、入力I/F155、及び出力I/F156を含み、これらがバス157を介して互いに接続されたコンピュータを用いて構成される。なお、制御装置150のハードウェア構成は上記に限定されず、制御回路と記憶装置との組み合わせにより構成されてもよい。また制御装置150は、制御装置150の各機能を実現するプログラムをコンピュータが実行することにより構成される。以下で説明する制御装置150における各部の機能は、例えばROM153に保持されるプログラムをRAM152にロードしてプロセッサ151で実行するとともに、RAM152やROM153におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。制御装置150を構成するハードウェアは、1つの場所に集約されていてもよいし、複数の場所に分散して設けられていてもよい。
図2に示す制御装置150は、後に一部詳述するように、IGV開度計測装置44、圧縮機回転数検出器45、発電機出力検出器46、圧縮機入口空気圧力検出器50、圧縮機入口空気温度検出器51、圧縮機入口空気流量検出器52、圧縮機出口圧力検出器53、ガスタービン出口排ガス温度検出器54、燃料圧力検出器60、燃料温度検出器61、燃料流量検出器62、ボイラ出口蒸気圧力検出器70、ボイラ出口蒸気温度検出器71、プロセス用蒸気流量検出器72、減温後蒸気温度検出器73、減温後蒸気圧力検出器74、燃焼器側蒸気流量検出器75、タービン入口側蒸気流量検出器76、燃焼器側弁開度検出器79、タービン入口側弁開度検出器80、NOx濃度検出器81、高圧冷却空気圧力検出器90、高圧冷却空気温度検出器91、高圧冷却空気流量検出器92、中圧冷却空気圧力検出器93、中圧冷却空気温度検出器94、中圧冷却空気流量検出器95、高圧冷却蒸気圧力検出器100、高圧冷却蒸気温度検出器101、高圧冷却蒸気流量検出器102、中圧冷却蒸気圧力検出器103、中圧冷却蒸気温度検出器104及び中圧冷却蒸気流量検出器105からそれぞれ入力された各検出信号(計測信号)に基づいて、燃料流量調節弁10、プロセス用蒸気流量調節弁22、減温水流量調節弁25a、燃焼器側蒸気流量調節弁27a、タービン入口側蒸気流量調節弁27b、高圧冷却空気流量調節弁31、高圧冷却蒸気圧力調節弁32a、減温水流量調節弁32c、高圧冷却蒸気流量調節弁32d、中圧冷却蒸気圧力調節弁37a、減温水流量調節弁37c、中圧冷却蒸気流量調節弁37dの各々の開度並びにIGV駆動装置43を制御する。
幾つかの実施形態では、上記制御装置150は、排熱回収ボイラ15からガスタービン5に供給される蒸気の総流量Fttが圧縮機1のサージ限界に基づいて設定された閾値Fth以下である場合に、高圧冷却蒸気配管32の蒸気の流量及び中圧冷却蒸気配管37の蒸気の流量の各々が0又は燃焼器側蒸気配管24aの蒸気の流量とタービン入口側蒸気配管24bの蒸気の流量との合計よりも小さい蒸気の流量となるように、燃焼器側蒸気流量調節弁27a、タービン入口側蒸気流量調節弁27b、高圧冷却蒸気流量調節弁32d及び中圧冷却蒸気流量調節弁37dの各々の開度を制御してもよい。高圧冷却蒸気配管32の蒸気の流量及び中圧冷却蒸気配管37の蒸気の流量の各々が0又は実質的に0となるように各々の開度を制御することが望ましい。ここで蒸気の流量が実質的に0とは、蒸気配管32及び/又は蒸気配管37に蒸気を流しても、第1冷却対象部26a、第2冷却対象部26b及び第3冷却対象部26cを冷却するために圧縮機1から抽気される冷却空気の流量(抽気量)を低減するという効果をなしえない程度の小さい蒸気の流量を意味する。また、当該実施形態では、制御装置150は、排熱回収ボイラ15からガスタービン5に供給される蒸気の総流量Fttが閾値Fthよりも大きい場合に、燃焼器側蒸気配管24aの蒸気の流量とタービン入口側蒸気配管24bの蒸気の流量との合計が閾値Fth以下となるように燃焼器側蒸気流量調節弁27a、タービン入口側蒸気流量調節弁27b、高圧冷却蒸気流量調節弁32d及び中圧冷却蒸気流量調節弁37dの各々の開度を制御してもよい。
ここで、排熱回収ボイラ15からガスタービン5に供給される蒸気の総流量Fttは、燃焼器側蒸気配管24aから燃焼器ヘッドエンドEaに供給される蒸気の流量とタービン入口側蒸気配管24bからタービン入口部Ebに供給される蒸気の流量と高圧冷却蒸気配管32から混合器33及び高圧冷却空気配管30における混合器33の下流側の部分を介してタービン2の第1冷却対象部26aに供給される蒸気の流量と中圧冷却蒸気配管37から混合器38及び中圧冷却空気配管35における混合器38の下流側の部分を介してタービン2の第2冷却対象部26b及び第3冷却対象部26cに供給される蒸気の流量との合計、すなわち、燃焼器側蒸気流量検出器75によって検出される蒸気の流量とタービン入口側蒸気流量検出器76によって検出される蒸気の流量と高圧冷却蒸気流量検出器102によって検出される蒸気の流量と中圧冷却蒸気流量検出器105によって検出される蒸気の流量との合計である。また、閾値Fthは、圧縮機1の圧力比が圧縮機1のサージ限界を示すサージライン(図3参照)を超えないように所定のマージンを考慮して設定された閾値であり、図4に示すように、発電機6の出力が増加するにつれて閾値Fthは増加する。
図4は、排熱回収ボイラ15からガスタービン5に供給される蒸気の総流量Fttに占める燃焼器側蒸気噴射量、タービン入口側蒸気噴射量、高圧冷却蒸気噴射量及び中圧冷却蒸気噴射量の関係の一例を説明するための図である。
図4において、例えば発電機6の出力と、排熱回収ボイラ15からガスタービン5に供給される蒸気の総流量Fttとの組み合わせが燃焼器側蒸気噴射領域内の点Q1に位置する場合(総流量Fttが燃焼器側蒸気噴射量の上限Fa以下である場合)には、制御装置150は、排熱回収ボイラ15からガスタービン5に供給される蒸気の総流量Fttの全量又は実質的に全量が燃焼器側蒸気配管24aから供給されるように、燃焼器側蒸気流量調節弁27a、タービン入口側蒸気流量調節弁27b、高圧冷却蒸気流量調節弁32d及び中圧冷却蒸気流量調節弁37dの各々の開度を制御する。なおNOx低減を目的として燃焼器側蒸気配管24aからの蒸気噴射量には適正な範囲があり、それに対応して燃焼器側蒸気流量調節弁27aの開度の可変範囲が決められる。この場合、例えばタービン入口側蒸気流量調節弁27b、高圧冷却蒸気流量調節弁32dの開度及び中圧冷却蒸気流量調節弁37dの開度をそれぞれ対応する最小の開度Ab,Ah,Amに制御してもよい。なお、最小の開度Abは、タービン入口側蒸気流量調節弁27bの開度の可変範囲における最小の開度であって、例えば0すなわち全閉状態を示す開度であってもよいし、例えば10%以下の開度であってもよい。また、最小の開度Ahは、高圧冷却蒸気流量調節弁32dの開度の可変範囲における最小の開度であって、例えば0すなわち全閉状態を示す開度であってもよいし、例えば10%以下の開度であってもよい。また、最小の開度Amは、中圧冷却蒸気流量調節弁37dの開度の可変範囲における最小の開度であって、例えば0すなわち全閉状態を示す開度であってもよいし、例えば10%以下の開度であってもよい。
また、図4において、例えば発電機6の出力と、排熱回収ボイラ15からガスタービン5に供給される蒸気の総流量Fttとの組み合わせがタービン入口側噴射領域内の点Q2に位置する場合(総流量Fttが上記閾値Fth以下である場合、すなわち、総流量Fttが燃焼器側蒸気噴射量の上限Faとタービン入口側蒸気噴射量の上限Fbの合計以下である場合)には、制御装置150は、排熱回収ボイラ15からガスタービン5に供給される蒸気の総流量Fttの全量又は実質的に全量が燃焼器側蒸気配管24a及びタービン入口側蒸気配管24bから供給されるように、燃焼器側蒸気流量調節弁27a、タービン入口側蒸気流量調節弁27b、高圧冷却蒸気流量調節弁32d及び中圧冷却蒸気流量調節弁37dの各々の開度を制御する。この場合、例えば高圧冷却蒸気流量調節弁32dの開度及び中圧冷却蒸気流量調節弁37dの開度をそれぞれ対応する最小の開度Ah,Amに制御してもよい。また、燃焼器側蒸気噴射量を上限Faに制御するとともに、タービン入口側蒸気噴射量を総流量Fttから上限Faを減じた量に制御してもよい。
また、図4において、例えば発電機6の出力と、排熱回収ボイラ15からガスタービン5に供給される蒸気の総流量Fttとの組み合わせが高圧冷却蒸気噴射領域内の点Q3に位置する場合(総流量Fttが上記閾値Fthと高圧冷却蒸気噴射量の上限Fhとの合計以下である場合)には、制御装置150は、排熱回収ボイラ15からガスタービン5に供給される蒸気の総流量Fttの全量又は実質的に全量が燃焼器側蒸気配管24a、タービン入口側蒸気配管24b及び高圧冷却蒸気配管32から供給されるように、燃焼器側蒸気流量調節弁27a、タービン入口側蒸気流量調節弁27b、高圧冷却蒸気流量調節弁32d及び中圧冷却蒸気流量調節弁37dの各々の開度を制御する。この場合、例えば中圧冷却蒸気流量調節弁37dの開度を最小の開度Amに制御してもよい。また、燃焼器側蒸気噴射量を燃焼器側蒸気噴射量の上限Faに制御し、タービン入口側蒸気噴射量をタービン入口側蒸気噴射量の上限Fbに制御し、高圧冷却蒸気噴射量を総流量Fttから上限Faと上限Fbとを減じた量に制御してもよい。
また、図4において、例えば発電機6の出力と、排熱回収ボイラ15からガスタービン5に供給される蒸気の総流量Fttとの組み合わせが中圧冷却蒸気噴射領域内の点Q4に位置する場合(総流量Fttが上記閾値Fthと高圧冷却蒸気噴射量の上限Fhと中圧冷却蒸気噴射量の上限Fmの合計以下である場合)には、制御装置150は、排熱回収ボイラ15からガスタービン5に供給される蒸気の総流量Fttの全量が燃焼器側蒸気配管24a、タービン入口側蒸気配管24b、高圧冷却蒸気配管32及び中圧冷却蒸気配管37から供給されるように、燃焼器側蒸気流量調節弁27a、タービン入口側蒸気流量調節弁27b、高圧冷却蒸気流量調節弁32d及び中圧冷却蒸気流量調節弁37dの各々の開度を制御する。この場合、燃焼器側蒸気噴射量を燃焼器側蒸気噴射量の上限Faに制御し、タービン入口側蒸気噴射量をタービン入口側蒸気噴射量の上限Fbに制御し、高圧冷却蒸気噴射量を高圧冷却蒸気噴射量の上限Fhに制御し、中圧冷却蒸気噴射量を総流量Fttから上限Faと上限Fbと上限Fhとを減じた量に制御してもよい。
このように、上記制御装置150によれば、排熱回収ボイラ15からガスタービン5に供給される蒸気の総流量Fttが閾値Fth以下である場合には、圧縮機1の圧力比がサージ限界を超えない範囲で総流量Fttの全部又は実質的に全部を燃焼器ヘッドエンドEa及びタービン入口部Ebに供給する。また、総流量Fttが閾値Fthよりも大きい場合には、圧縮機1の圧力比がサージ限界を超えない範囲で燃焼器ヘッドエンドEa及びタービン入口部Ebに蒸気を最大限供給する(すなわち燃焼器側蒸気配管24aの蒸気の流量とタービン入口側蒸気配管24bの蒸気の流量との合計が閾値Fthとなるように供給する)とともに、高圧冷却蒸気流量調節弁32dの開度及び中圧冷却蒸気流量調節弁37dの開度のうち少なくとも一方(好ましくは少なくとも高圧冷却蒸気流量調節弁32dの開度)を対応する最小の開度Ah,Amよりも大きくして残りの蒸気の流量(FttからFthを減じた流量)を第1冷却対象部26a、第2冷却対象部26b及び第3冷却対象部26cのうち少なくとも1つに供給する。これにより、第1冷却対象部26a、第2冷却対象部26b及び第3冷却対象部26cを冷却するために圧縮機1から抽気される冷却空気の流量(抽気量)を低減することができるため、圧縮機1の動力を低減してタービン2の軸端出力を増加させ、発電機6の出力を増加させることができる。したがって、圧縮機1のサージの発生を抑制しつつコジェネレーション設備300Aの熱電可変範囲を拡大することができる。例えば図5に示すように、従来は、プロセス装置側蒸気配管21からプロセス装置23へ供給可能なプロセス蒸気量と発電機6によって発電可能な電力である発電端出力との組み合わせは、X領域内で運用可能であったのに対し、コジェネレーション設備300Aでは、Y領域まで拡大することが可能となる。
幾つかの実施形態では、発電機6の出力を増加させる増出力指令(以下、単に「増出力指令」という。)を上記制御装置150が受けた場合において、制御装置150は、圧縮機1の圧力比が圧縮機1の圧力比が圧縮機1のサージ限界に基づいて設定された閾値Rth以下である場合に、燃焼器側蒸気流量調節弁27aの開度及びタービン入口側蒸気流量調節弁27bの開度のうち少なくとも一方を大きくしてもよい。また、当該実施形態では、上記制御装置150は、圧縮機1の圧力比が閾値Rthより大きい場合に、燃焼器側蒸気流量調節弁27aの開度及びタービン入口側蒸気流量調節弁27bの開度のうち少なくとも一方を小さくするとともに高圧冷却蒸気流量調節弁32dの開度及び中圧冷却蒸気流量調節弁37dの開度のうち少なくとも一方を大きくしてもよい。
これにより、増出力指令に応じて発電機6の出力を増加させつつ、圧縮機1のサージの発生を抑制することができる。なお、図3に示すように、閾値Rthは、圧縮機1のサージ限界を示すサージラインに対して所定のマージンを考慮して設定された閾値であり、圧縮機1の流量(修正流量)が増加するにつれて閾値Rthは増加する。また、「燃焼器側蒸気流量調節弁27aの開度及びタービン入口側蒸気流量調節弁27bの開度のうち少なくとも一方」とは、燃焼器側蒸気流量調節弁27aの開度のみであってもよいし、タービン入口側蒸気流量調節弁27bの開度のみであってもよいし、燃焼器側蒸気流量調節弁27aの開度とタービン入口側蒸気流量調節弁27bの開度の両方であってもよい。また、「高圧冷却蒸気流量調節弁32dの開度及び中圧冷却蒸気流量調節弁37dの開度の少なくとも一方」とは、高圧冷却蒸気流量調節弁32dの開度のみであってもよいし、中圧冷却蒸気流量調節弁37dの開度度のみであってもよいし、高圧冷却蒸気流量調節弁32dの開度と中圧冷却蒸気流量調節弁37dの開度の両方であってもよい。また、制御装置150は、圧縮機出口圧力検出器53によって検出した圧縮機1の出口の空気の圧力を圧縮機入口空気圧力検出器50によって検出した圧縮機1の入口の空気の圧力で除することで算出した圧縮機1の圧力比を閾値Rthと比較してもよい。
図6は、図1に示した制御装置150の制御フローの一例の一部を示す図である。図7は、図6に示した制御フローの続きの一部を示す図である。図8は、図7に示した制御フローの続きの一部を示す図である。図9は、図8に示した制御フローの続きを示す図である。
図6に示すように、S101において、制御装置150が増出力指令を受けると、S102において、制御装置150は、増出力指令に基づく発電機6の増出力目標値(以下、単に増出力目標値という。)に応じて、燃焼器側蒸気流量調節弁27aの開度を拡大させる量である燃焼器側開度拡大量、タービン入口側蒸気流量調節弁27bの開度を拡大させる量であるタービン入口側開度拡大量、高圧冷却蒸気流量調節弁32dの開度を拡大させる量である高圧側開度拡大量、及び、中圧冷却蒸気流量調節弁37dの開度を拡大させる量である中圧側開度拡大量を設定する。
S103において、制御装置150は、増出力目標値に応じて、IGV42の開度を増加させるためのIGV開度指令をIGV駆動装置43に出力してIGV42の開度を増加させる。
S104において、制御装置150は、ガスタービンの排ガスのNOxの濃度の目標値である目標NOx値に基づいて、燃焼器側蒸気噴射量を設定する。
S105において、制御装置150は、燃焼器側蒸気流量調節弁27a、タービン入口側蒸気流量調節弁27b、高圧冷却蒸気流量調節弁32d及び中圧冷却蒸気流量調節弁37dに対して、それぞれ、S102で設定した燃焼器側開度拡大量、タービン入口側開度拡大量、高圧側開度拡大量及び中圧側開度拡大量を含む蒸気噴射指令を送って各弁27a,27b,32d,37dを制御し、S104で設定した燃焼器側蒸気噴射量を実現するように燃焼器側蒸気流量調節弁27aの開度を調節する。
S106において、制御装置150は、NOx濃度検出器81によって検出したガスタービン5の排ガスのNOx値が目標NOx値以下であるか否かを判定する。S106において、NOx濃度検出器81によって検出したガスタービン5の排ガスのNOx値が目標NOx値以下でないと制御装置150が判定した場合には、S104に戻って、制御装置150は、燃焼器側蒸気噴射量を増加させるように燃焼器側蒸気噴射量を再設定し、S105で燃焼器側蒸気流量調節弁27aの開度を大きくする。
S106において、NOx濃度検出器81によって計測したガスタービン5の排ガスのNOx値が目標NOx値以下であると制御装置150が判定した場合には、S107において、制御装置150は、燃焼器側蒸気流量調節弁27aの開度をS105で調節した開度に決定する。以降のステップでは、燃焼器側蒸気流量調節弁27aの開度はS107で決定した開度に制御される。
図7に示すように、S108において、制御装置150は、増出力目標値に基づいてタービン入口側蒸気噴射量を設定する。
S109において、制御装置150は、S108で設定したタービン入口側蒸気噴射量を実現するように、タービン入口側蒸気流量調節弁27bに蒸気噴射指令を送ってタービン入口側蒸気流量調節弁27bの開度を調節する。
S110において、制御装置150は、圧縮機出口圧力検出器53によって検出した圧縮機1の出口の空気の圧力を圧縮機入口空気圧力検出器50によって検出した圧縮機1の入口の空気の圧力で除することで、圧縮機1の圧力比を検知する。
S111において、制御装置150は、S110で検知した圧縮機1の圧力比が上述の閾値Rth以下であるか否かを判定する。S111において、S110で検知した圧縮機1の圧力比が閾値Rth以下でないと制御装置150が判定した場合には、S108に戻って、制御装置150は、タービン入口側蒸気噴射量を減少させるようにタービン入口側蒸気噴射量を再設定し、S109でタービン入口側蒸気流量調節弁27bの開度を小さくする。
S111において、S110で検知した圧縮機1の圧力比が閾値Rth以下であると制御装置150が判定した場合には、S112において、制御装置150は、タービン入口側蒸気流量調節弁27bの開度をS109で調節した開度に決定する。以降のステップでは、タービン入口側蒸気流量調節弁27bの開度はS112で決定した開度に制御される。
S113において、制御装置150は、発電機出力検出器46の検出結果に基づいて発電機6の出力の増加を検知する。S114において、制御装置150は、発電機出力検出器46によって検出された発電機6の出力が第1目標出力に到達したか否かを判定する。S114において発電機6の出力が第1目標出力に到達したと判定した場合には、制御装置150は、燃焼器側蒸気流量調節弁27aの開度、タービン入口側蒸気流量調節弁27bの開度、高圧冷却蒸気流量調節弁32dの開度及び中圧冷却蒸気流量調節弁37dの開度を、上記フローにより決定された開度となるように制御する。
S114において発電機6の出力が第1目標出力に到達していないと判定した場合には、図8に示すように、S115において、高圧冷却空気配管30から混合器33に供給する冷却空気の圧力を高圧冷却空気圧力検出器90によって検出するとともに高圧冷却蒸気配管32から混合器33に供給する冷却蒸気の圧力を高圧冷却蒸気圧力検出器100によって検出し、制御装置150は、高圧冷却蒸気圧力検出器100によって検出した冷却蒸気の圧力と高圧冷却空気圧力検出器90によって検出した冷却空気の圧力との偏差が許容偏差内に収まるように高圧冷却蒸気圧力調節弁32aの開度を制御する。
S116において、高圧冷却空気配管30から混合器33に供給する冷却空気の温度を高圧冷却空気温度検出器91によって検出するとともに高圧冷却蒸気配管32から混合器33に供給する冷却蒸気の温度を高圧冷却蒸気温度検出器101によって検出し、高圧冷却蒸気温度検出器101によって検出した冷却蒸気の温度と高圧冷却空気温度検出器91によって検出した冷却空気の温度との偏差が許容偏差内に収まるように、減温水流量調節弁32cの開度を制御する。
S117において、高圧冷却空気配管30から混合器33に供給する冷却空気の流量を高圧冷却空気流量検出器92によって検出し、制御装置150は、高圧冷却空気流量検出器92によって検出した冷却空気の流量に基づいて高圧冷却空気流量調節弁31の開度を小さくする。
S118において、制御装置150は、増出力目標値に基づいて高圧冷却蒸気噴射量を設定する。
S119において、制御装置150は、S118で設定した高圧冷却蒸気噴射量を実現するように、高圧冷却蒸気流量調節弁32dに蒸気噴射指令を送って高圧冷却蒸気流量調節弁32dの開度を調節する。
S120において、高圧冷却蒸気流量検出器102によって検出した高圧冷却蒸気噴射量(高圧冷却蒸気配管32における冷却蒸気の流量)が発電機6の出力に応じた高圧冷却蒸気噴射量の上限値Fh(図4参照)以下であるか否かを判定する。S120において、高圧冷却蒸気流量検出器102によって検出した高圧冷却蒸気噴射量が上限値Fh以下ではないと判定された場合には、S118に戻って、制御装置150は、高圧冷却蒸気噴射量を減少させるように高圧冷却蒸気噴射量を再設定し、S119で高圧冷却蒸気流量調節弁32dの開度を小さくする。S120において、高圧冷却蒸気流量検出器102によって検出した高圧冷却蒸気噴射量が上限Fh以下であると判定された場合には、S121において、制御装置150は、発電機出力検出器46によって検出された発電機6の出力が第2目標出力に到達したか否かを判定する。
S121において、発電機出力検出器46によって検出された発電機6の出力が第2目標出力に到達したと判定した場合には、制御装置150は、燃焼器側蒸気流量調節弁27aの開度、タービン入口側蒸気流量調節弁27bの開度、高圧冷却蒸気流量調節弁32dの開度及び中圧冷却蒸気流量調節弁37dの開度を、上記フローにより決定された開度となるように制御する。
S121において、発電機出力検出器46によって検出された発電機6の出力が第2目標出力に到達していないと判定した場合には、図9に示すように、S122において、中圧冷却空気配管35から混合器38に供給する冷却空気の圧力を中圧冷却空気圧力検出器93によって検出するとともに中圧冷却蒸気配管37から混合器38に供給する冷却蒸気の圧力を中圧冷却蒸気圧力検出器103によって検出し、制御装置150は、中圧冷却蒸気圧力検出器103によって検出した冷却蒸気の圧力と中圧冷却空気圧力検出器93によって検出した冷却空気の圧力との偏差が許容偏差内に収まるように中圧冷却蒸気圧力調節弁37aの開度を制御する。
S123において、中圧冷却空気配管35から混合器38に供給する冷却空気の温度を中圧冷却空気温度検出器94によって検出するとともに中圧冷却蒸気配管37から混合器38に供給する冷却蒸気の温度を中圧冷却蒸気温度検出器104によって検出し、中圧冷却蒸気温度検出器104によって検出した冷却蒸気の温度と中圧冷却空気温度検出器94によって検出した冷却空気の温度との偏差が許容偏差内に収まるように、減温水流量調節弁37cの開度を制御する。
S124において、中圧冷却空気配管35から混合器38に供給する冷却空気の流量を中圧冷却空気流量検出器95によって検出し、制御装置150は、中圧冷却空気流量検出器95によって検出した冷却空気の流量に基づいて中圧冷却空気流量調節弁36の開度を小さくする。
S125において、制御装置150は、増出力目標値に基づいて中圧冷却蒸気噴射量を設定する。
S126において、制御装置150は、S125で設定した中圧冷却蒸気噴射量を実現するように、中圧冷却蒸気流量調節弁37dに蒸気噴射指令を送って中圧冷却蒸気流量調節弁37dの開度を調節する。
S127において、中圧冷却蒸気流量検出器105によって検出した中圧冷却蒸気噴射量(中圧冷却蒸気配管37における冷却蒸気の流量)が発電機6の出力に応じた中圧冷却蒸気噴射量の上限Fm(図4参照)以下であるか否かを判定する。S120において、中圧冷却蒸気流量検出器105によって検出した中圧冷却蒸気噴射量が上限Fm以下ではないと判定された場合には、S125に戻って、制御装置150は、中圧冷却蒸気噴射量を減少させるように中圧冷却蒸気噴射量を再設定し、S126で中圧冷却蒸気流量調節弁37dの開度を小さくする。
S127において、中圧冷却蒸気流量検出器105によって検出した中圧冷却蒸気噴射量が上限Fm以下であると判定された場合には、制御装置150は、中圧冷却蒸気流量調節弁37dの開度をS126で調節した開度に決定し、S128において、制御装置150は、発電機出力検出器46によって検出された発電機6の出力が第3目標出力に到達したか否かを判定する。
S128において、発電機出力検出器46によって検出された発電機6の出力が第3目標出力に到達したと判定した場合には、増出力指令に基づく制御装置150の制御フローを終了する。
S128において、発電機出力検出器46によって検出された発電機6の出力が第3目標出力に到達していないと判定した場合には、制御装置150は、更に、発電機6の出力が第3目標出力に到達するように燃料流量調節弁10の開度を増加させてガスタービン5の負荷を増加させる。
以上のように、制御装置150は、増出力指令を受けた場合に、燃焼器側蒸気流量調節弁27aの開度、タービン入口側蒸気流量調節弁27bの開度、高圧冷却蒸気流量調節弁32dの開度及び中圧冷却蒸気流量調節弁37dの開度を、上記フローにより決定された開度となるように制御する。これにより、上述のように、増出力指令に応じて発電機6の出力を増加させつつ、圧縮機1のサージの発生を抑制することができ、コジェネレーション設備300Aの熱電可変範囲を拡大することができる。
図10は、他の実施形態に係るコジェネレーション設備300Bの概略構成図である。
コジェネレーション設備300Bにおいて、上述したコジェネレーション設備300Aの各構成と共通の符号は、特記しない限りコジェネレーション設備300Aの各構成と同様の構成を示すものとし、説明を省略する。
コジェネレーション設備300Bは、ガスタービン5の排ガスの水分を回収する水回収システム200を備える点がコジェネレーション設備300Aと異なり、その他の構成はコジェネレーション設備300Aと同一である。なお、コジェネレーション設備300Bの制御装置150の制御内容もコジェネレーション設備300Aの制御装置150の制御内容と同一である。
水回収システム200は、排気塔通気ダンパ201、水回収装置通気ダンパ202、水回収装置203、水回収循環水ポンプ208、水回収循環水冷却器210、循環水供給弁213、低温回収水弁215、水処理装置216、中温回収水弁218及びスピルオーバー弁220を備える。
コジェネレーション設備300Bでは、排熱回収ボイラ15の排ガスの出口に接続された配管28が分岐しており、排気塔29と水回収装置203とにそれぞれ接続している。排気塔通気ダンパ201は配管28における分岐位置よりも排気塔29側に設けられており、水回収装置通気ダンパ202は配管28における分岐位置よりも水回収装置203側に設けられている。
水回収装置203の内部には散水装置204及び充填物205が設置され、散水装置204は、充填物205に循環水212を散水することによって、充填物205を冷却する。排熱回収ボイラ15から排出される排ガスは、散水装置204によって冷却される充填物205と接触することによって気液分離される。分離される気体成分は、排ガス207として大気に排出される。分離される液体成分は、重力により下方に落下し、水回収装置203の底部に設けられた水回収装置貯水槽206に貯水される。
水回収装置貯水槽206を出た水回収循環水209は、水回収循環水ポンプ208によって水回収循環水冷却器210に供給され、水回収循環水冷却器210で冷却水との熱交換によって冷却される。水回収循環水冷却器210で冷却された水は、循環水供給弁213を通って循環水として散水装置204に供給され、散水装置204から上述のように散水される。また、水回収循環水冷却器210で冷却された水は、低温回収水弁215を通って低温回収水として水処理装置216に供給され、適切な水処理が行われた後、補給水タンク17に補給される。また、水回収装置貯水槽206を出た水回収循環水209は、水回収循環水冷却器210を通らずに中温回収水弁218を通って補給水タンク17に供給可能となっている。補給水タンク17を出た水は、ボイラ給水ポンプ18によって排熱回収ボイラ15にボイラ給水19として供給可能となっており、補給水タンク17を出た水のうち排熱回収ボイラ15に供給されない余剰水219(スピルオーバー水)は、スピルオーバー弁220を介して水回収システム200の外部に排出される。
コジェネレーション設備300Bによれば、排熱回収ボイラ15に含まれる燃焼生成水分、タービン2への蒸気噴射に用いられた蒸気噴射水分、第1冷却対象部26a~第3冷却対象部26cの冷却のために用いられた冷却蒸気水分を水回収システム200によって回収し、排熱回収ボイラ15へ供給するボイラ給水として再利用することができる。
本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
幾つかの実施形態では、上述したコジェネレーション設備300A又はコジェネレーション設備300Bは、既存のコジェネレーション設備に対して例えば高圧冷却蒸気配管32、高圧冷却蒸気圧力調節弁32a、高圧冷却蒸気減温器32b、減温水流量調節弁32c、高圧冷却蒸気流量調節弁32d、混合器33、中圧冷却蒸気配管37、中圧冷却蒸気圧力調節弁37a、中圧冷却蒸気減温器37b、減温水流量調節弁37c、中圧冷却蒸気流量調節弁37d及び混合器38を追設する改造を行うことで製造されてもよい。なお、この場合の既存のコジェネレーション設備は、図1又は図9に示した構成のうち、高圧冷却蒸気配管32、高圧冷却蒸気圧力調節弁32a、高圧冷却蒸気減温器32b、減温水流量調節弁32c、高圧冷却蒸気流量調節弁32d、混合器33、中圧冷却蒸気配管37、中圧冷却蒸気圧力調節弁37a、中圧冷却蒸気減温器37b、減温水流量調節弁37c、中圧冷却蒸気流量調節弁37d及び混合器38を除く全ての構成を備えているものとする。
また、既存のコジェネレーション設備を上述のように改造することによってコジェネレーション設備300A又はコジェネレーション設備300Bを製造する場合、上述した制御装置150の各機能を制御装置150の制御プログラムを修正することにより実現してもよい。例えば、排熱回収ボイラ15からガスタービン5に供給される蒸気の総流量Fttが圧縮機1のサージ限界に基づいて設定された閾値Fth以下である場合に、高圧冷却蒸気配管32の蒸気の流量及び中圧冷却蒸気配管37の蒸気の流量の各々が0又は燃焼器側蒸気配管24aの蒸気の流量とタービン入口側蒸気配管24bの蒸気の流量との合計よりも小さい蒸気の流量となるように、燃焼器側蒸気流量調節弁27a、タービン入口側蒸気流量調節弁27b、高圧冷却蒸気流量調節弁32d及び中圧冷却蒸気流量調節弁37dの各々の開度を制御し、排熱回収ボイラ15からガスタービン5に供給される蒸気の総流量Fttが閾値Fthよりも大きい場合に、燃焼器側蒸気配管24aの蒸気の流量とタービン入口側蒸気配管24bの蒸気の流量との合計が閾値Fth以下となるように燃焼器側蒸気流量調節弁27a、タービン入口側蒸気流量調節弁27b、高圧冷却蒸気流量調節弁32d及び中圧冷却蒸気流量調節弁37dの各々の開度を制御するように、制御装置150のプログラムを修正してもよい。なお排熱回収ボイラ15からガスタービン5に供給される蒸気の総流量Fttが圧縮機1のサージ限界に基づいて設定された閾値Fth以下である場合には、高圧冷却蒸気配管32の蒸気の流量及び中圧冷却蒸気配管37の蒸気の流量の各々が0又は実質的に0となるように各々の開度を制御することが望ましい。ここで蒸気の流量が実質的に0とは、蒸気配管32及び/又は蒸気配管37に蒸気を流しても、第1冷却対象部26a、第2冷却対象部26b及び第3冷却対象部26cを冷却するために圧縮機1から抽気される冷却空気の流量(抽気量)を低減するという効果をなしえない程度の小さい蒸気の流量を意味する。
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
(1)本開示の少なくとも一実施形態に係るコジェネレーション設備(例えば上述のコジェネレーション設備300A,300B)は、
圧縮機(例えば上述の圧縮機1)、燃焼器(例えば上述の燃焼器3)及びタービン(例えば上述のタービン2)を含むガスタービン(例えば上述のガスタービン5)と、
前記ガスタービンに連結された発電機(例えば上述の発電機6)と、
前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラ(例えば上述の排熱回収ボイラ15)と、
前記圧縮機から抽気した空気を前記タービンの第1冷却対象部(例えば上述の第1冷却対象部26a)に冷却空気として供給するための第1冷却空気配管(例えば上述の高圧冷却空気配管30,中圧冷却空気配管35)と、
前記第1冷却空気配管に設けられ、前記第1冷却空気配管を流れる前記冷却空気の流量を調節可能な第1冷却空気流量調節弁(例えば上述の高圧冷却空気流量調節弁31,中圧冷却空気流量調節弁36)と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を供給するための蒸気系統(例えば上述の蒸気系統12)と、
を備え、
前記蒸気系統は、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第1蒸気配管(例えば上述の燃焼器側蒸気配管24a)と、
前記第1蒸気配管に設けられた第1蒸気流量調節弁(例えば上述の燃焼器側蒸気流量調節弁27a)と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンの入口部に供給するように構成された第2蒸気配管(例えば上述のタービン入口側蒸気配管24b)と、
前記第2蒸気配管に設けられた第2蒸気流量調節弁(例えば上述のタービン入口側蒸気配管24b)と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記第1冷却空気配管における前記第1冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給するための第1冷却蒸気配管(例えば上述の高圧冷却蒸気配管32,中圧冷却蒸気配管37)と、
前記第1冷却蒸気配管に設けられた第1冷却蒸気流量調節弁(例えば上述の高圧冷却蒸気流量調節弁32d,中圧冷却蒸気流量調節弁37d)と、
を備える。
排熱回収ボイラで生成された蒸気をガスタービンにおける圧縮機の出口部からタービンの入口部までの区間内の位置に供給すると、タービンの出力増加に寄与し得る一方で、圧縮機の背圧(圧縮機の出口部の圧力)が上昇して圧縮機の圧力比が上昇するため、圧縮機のサージが発生する場合がある。この点、上記(1)に記載のコジェネレーション設備では、第1蒸気流量調節弁及び第2蒸気流量調節弁の弁開度を調節することにより、圧縮機の圧力比がサージ限界を超えない範囲でガスタービンにおける圧縮機の出口部からタービンの入口部までの区間内の位置に蒸気を供給することができ、さらに第1冷却蒸気流量調節弁の開度を大きくすることによって、タービンの第1冷却対象部を冷却するための冷却空気の一部を排熱回収ボイラで生成された蒸気によって代替することができ、圧縮機から抽気する冷却空気の流量を低減することができる。これにより、圧縮機の動力を低減してタービンの軸端出力を増加させ、発電機の出力を増加させることができる。したがって、圧縮機のサージの発生を抑制しつつコジェネレーション設備の熱電可変範囲を拡大することができる。
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)に記載のコジェネレーション設備において、
前記コジェネレーション設備は、前記第1蒸気流量調節弁、前記第2蒸気流量調節弁及び前記第1冷却蒸気流量調節弁を制御するように構成された制御装置(例えば上述の制御装置150)を更に備え、
前記制御装置は、
前記排熱回収ボイラから前記ガスタービンに供給される蒸気の総流量(例えば上述の総流量Ftt)が閾値(例えば上述の閾値Fth)以下である場合に、前記第1冷却蒸気配管の蒸気の流量が0または前記第1蒸気配管の蒸気の流量と前記第2蒸気配管の蒸気の流量との合計よりも小さい流量となるように前記第1蒸気流量調節弁、前記第2蒸気流量調節弁及び前記第1冷却蒸気流量調節弁を制御し、
前記排熱回収ボイラから前記ガスタービンに供給される蒸気の総流量(例えば上述の総流量Ftt)が前記閾値よりも大きい場合には、前記第1蒸気配管の蒸気の流量と前記第2蒸気配管の蒸気の流量との合計が前記閾値以下の量となるように前記第1蒸気流量調節弁、前記第2蒸気流量調節弁及び前記第1冷却蒸気流量調節弁を制御する。
上記(2)に記載のコジェネレーション設備によれば、圧縮機の圧力比が圧縮機のサージ限界を示すサージラインを超えないように所定のマージンを考慮して上記閾値を設定することにより、排熱回収ボイラで発生する蒸気を圧縮機の圧力比がサージ限界を超えない範囲では第1冷却蒸気配管よりも第1蒸気配管と第2蒸気配管から優先的に蒸気を供給し、ガスタービンに連結された発電機の出力を効率的に高めることができる。また、排熱回収ボイラからガスタービンに供給される蒸気の総流量が閾値よりも大きい場合には、第1蒸気配管の蒸気の流量と第2蒸気配管の蒸気の流量の合計を上記閾値以下としつつ残りの蒸気の少なくとも一部を第1冷却蒸気配管から第1冷却空気配管における第1冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給することができる。これにより、圧縮機から抽気する冷却空気の流量を低減することができるため、圧縮機の動力を低減してタービンの軸端出力を増加させ、発電機の出力を更に増加させることができる。このため、圧縮機のサージの発生を抑制しつつ熱電可変範囲を拡大することができる。
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)に記載のコジェネレーション設備において、
前記コジェネレーション設備は、前記第1蒸気流量調節弁、前記第2蒸気流量調節弁及び前記第1冷却蒸気流量調節弁を制御するように構成された制御装置(例えば上述の制御装置150)を更に備え、
前記制御装置は、前記発電機の出力を増加させる増出力指令を受けた場合において、前記圧縮機の圧力比が閾値(例えば上述の閾値Rth)以下である場合に前記第1蒸気流量調節弁の開度及び前記第2蒸気流量調節弁の開度のうち少なくとも一方を大きくし、前記圧縮機の圧力比が前記閾値より大きい場合に前記第1冷却蒸気流量調節弁の開度を大きくするように構成される。
上記(3)に記載のコジェネレーション設備によれば、圧縮機の圧力比がサージ限界を超えないように所定のマージンを考慮して上記閾値を設定することにより、増出力指令に応じて発電機の出力を増加させつつ、圧縮機のサージの発生を抑制することができる。
(4)幾つかの実施形態では、上記(3)に記載のコジェネレーション設備において、
前記制御装置は、前記増出力指令を受けた場合において、前記圧縮機の圧力比が前記閾値以下である場合に前記第1蒸気流量調節弁の開度及び前記第2蒸気流量調節弁の開度のうち少なくとも一方を大きくし、前記圧縮機の圧力比が前記閾値より大きい場合に前記第1蒸気流量調節弁の開度及び前記第2蒸気流量調節弁の開度のうち少なくとも一方を小さくするとともに前記第1冷却蒸気流量調節弁の開度を大きくするように構成される。
上記(4)に記載のコジェネレーション設備によれば、圧縮機の圧力比がサージ限界を超えないように所定のマージンを考慮して上記閾値を設定することにより、増出力指令に応じて発電機の出力を増加させつつ、圧縮機のサージの発生を抑制することができる。
(5)幾つかの実施形態では、上記(2)乃至(4)の何れかに記載のコジェネレーション設備において、
前記閾値は、前記発電機の出力が増加するにつれて大きくなる。
上記(5)に記載のコジェネレーション設備によれば、圧縮機のサージの発生を効果的に抑制しつつ熱電可変範囲を拡大することができる。
(6)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(5)の何れかに記載のコジェネレーション設備において、
前記第1冷却蒸気配管における前記前記第1冷却蒸気流量調節弁よりも上流側に設置された第1減温器(例えば上述の高圧冷却蒸気減温器32b)を更に備え、
前記第1減温器は、前記排熱回収ボイラに給水するためのボイラ給水ポンプから前記排熱回収ボイラを経由して前記第1冷却蒸気配管に供給された蒸気を、前記ボイラ給水ポンプから前記排熱回収ボイラを経由せずに供給される給水によって減温するように構成される。
上記(6)に記載のコジェネレーション設備によれば、第1冷却蒸気配管から第1冷却空気配管に供給される蒸気の温度を第1減温器によって低下させて第1冷却空気配管の冷却空気の温度に近づけることができるため、第1冷却蒸気配管から第1冷却空気配管に供給される蒸気の流量の変化等に起因して第1冷却対象部に供給される流体(冷却空気及び冷却蒸気)の温度が急激に変化することを抑制し、第1冷却対象部における熱衝撃(ヒートショック)を低減することができる。
(7)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(6)の何れかに記載のコジェネレーション設備において、
前記コジェネレーション設備は、
前記圧縮機における前記第1冷却空気供給管が接続する位置よりも上流側の位置に接続し、前記圧縮機から抽気した空気を前記タービンにおける前記第1冷却対象部よりも下流側の第2冷却対象部に冷却空気として供給するための第2冷却空気配管(例えば上述の中圧冷却空気配管35)と、
前記第2冷却空気配管に設けられた第2冷却空気流量調節弁(例えば上述の中圧冷却空気流量調節弁36)と、
を更に備え、
前記蒸気系統は、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記第2冷却空気配管における前記第2冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給するための第2冷却蒸気配管(例えば上述の中圧冷却蒸気配管37)と、
前記第2冷却蒸気配管に設けられた第2冷却蒸気流量調節弁(例えば上述の中圧冷却蒸気流量調節弁37d)と、
を備える。
上記(7)に記載のコジェネレーション設備によれば、第2冷却蒸気流量調節弁の開度を大きくすることによって、タービンの第2冷却対象部を冷却するための冷却空気の一部を排熱回収ボイラで生成された蒸気によって代替することができ、圧縮機から抽気する冷却空気の流量を低減することができる。これにより、圧縮機の動力を低減してタービンの軸端出力を増加させ、発電機の出力を増加させることができる。したがって、圧縮機1のサージの発生を抑制しつつコジェネレーション設備の熱電可変範囲を拡大することができる。
(8)幾つかの実施形態では、上記(7)に記載のコジェネレーション設備において、
前記第2冷却蒸気配管における前記前記第2冷却蒸気流量調節弁よりも上流側に設置され、前記排熱回収ボイラに給水するためのボイラ給水ポンプから前記排熱回収ボイラを経由して前記第2冷却蒸気配管に供給された蒸気を、前記ボイラ給水ポンプから前記排熱回収ボイラを経由せずに供給される給水によって減温するように構成された第2減温器(例えば上述の中圧冷却蒸気減温器37b)を更に備える。
上記(8)に記載のコジェネレーション設備によれば、第2冷却蒸気配管から第2冷却空気配管に供給される蒸気の温度を第2減温器によって低下させて第2冷却空気配管の冷却空気の温度に近づけることができるため、第2冷却蒸気配管から第2冷却空気配管に供給される蒸気の流量の変化等に起因して第2冷却対象部に供給される流体(冷却空気及び冷却蒸気)の温度が急激に変化することを抑制し、第2冷却対象部における熱衝撃(ヒートショック)を低減することができる。
(9)本開示の少なくとも一実施形態に係るコジェネレーション設備の制御方法において、
前記コジェネレーション設備は、
圧縮機(例えば上述の圧縮機1)、燃焼器(例えば上述の燃焼器3)及びタービン(例えば上述のタービン2)を含むガスタービン(例えば上述のガスタービン5)と、
前記ガスタービンに連結された発電機(例えば上述の発電機6)と、
前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラ(例えば上述の排熱回収ボイラ15)と、
前記圧縮機から抽気した空気を前記タービンの第1冷却対象部(例えば上述の第1冷却対象部26a)に冷却空気として供給するための第1冷却空気配管(例えば上述の高圧冷却空気配管30,中圧冷却空気配管35)と、
前記第1冷却空気配管に設けられ、前記第1冷却空気配管を流れる前記冷却空気の流量を調節可能な第1冷却空気流量調節弁(例えば上述の高圧冷却空気流量調節弁31,中圧冷却空気流量調節弁36)と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を供給するための蒸気系統(例えば上述の蒸気系統12)と、
を備え、
前記蒸気系統は、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第1蒸気配管(例えば上述の燃焼器側蒸気配管24a)と、
前記第1蒸気配管に設けられた第1蒸気流量調節弁(例えば上述の燃焼器側蒸気流量調節弁27a)と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記タービンの入口部に供給するように構成された第2蒸気配管(例えば上述のタービン入口側蒸気配管24b)と、
前記第2蒸気配管に設けられた第2蒸気流量調節弁(例えば上述のタービン入口側蒸気流量調節弁27b)と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記第1冷却空気配管における前記第1冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給するための第1冷却蒸気配管(例えば上述の高圧冷却蒸気配管32,中圧冷却蒸気配管37)と、
前記第1冷却蒸気配管に設けられた第1冷却蒸気流量調節弁(例えば上述の高圧冷却蒸気流量調節弁32d,中圧冷却蒸気流量調節弁37d)と、
を備え、
前記制御方法は、
前記排熱回収ボイラから前記ガスタービンに供給される蒸気の総流量(例えば上述の総流量Ftt)が閾値(例えば上述の閾値Fth)以下である場合に、前記第1冷却蒸気配管の蒸気の流量が0または前記第1蒸気配管の蒸気の流量と前記第2蒸気配管の蒸気の流量との合計よりも小さい流量となるように前記第1蒸気流量調節弁、前記第2蒸気流量調節弁及び前記第1冷却蒸気流量調節弁を制御するステップと、
前記排熱回収ボイラから前記ガスタービンに供給される蒸気の総流量(例えば上述の総流量Ftt)が前記閾値よりも大きい場合に、前記第1蒸気配管の蒸気の流量と前記第2蒸気配管の蒸気の流量との合計が前記閾値以下となるように前記第1蒸気流量調節弁、前記第2蒸気流量調節弁及び前記第1冷却蒸気流量調節弁を制御するステップと、
を備える。
上記(9)に記載のコジェネレーション設備の制御方法によれば、圧縮機の圧力比が圧縮機のサージ限界を示すサージラインを超えないように所定のマージンを考慮して上記閾値を設定することにより、排熱回収ボイラで発生する蒸気を圧縮機の圧力比がサージ限界を超えない範囲では第1冷却蒸気配管よりも第1蒸気配管と第2蒸気配管から優先的に蒸気を供給し、ガスタービンに連結された発電機の出力を効率的に高めることができる。また、排熱回収ボイラからガスタービンに供給される蒸気の総流量が閾値よりも大きい場合には、第1蒸気配管の蒸気の流量と第2蒸気配管の蒸気の流量の合計を上記閾値以下としつつ残りの蒸気の少なくとも一部を第1冷却蒸気配管から第1冷却空気配管における第1冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給することができる。これにより、圧縮機から抽気する冷却空気の流量を低減することができるため、圧縮機の動力を低減してタービンの軸端出力を増加させ、発電機の出力を更に増加させることができる。このため、圧縮機のサージの発生を抑制しつつ熱電可変範囲を拡大することができる。
(10)本開示の少なくとも一実施形態に係るコジェネレーション設備の改造方法において、
前記コジェネレーション設備は、
圧縮機(例えば上述の圧縮機1)、燃焼器(例えば上述の燃焼器3)及びタービン(例えば上述のタービン2)を含むガスタービン(例えば上述のガスタービン5)と、
前記ガスタービンに連結された発電機(例えば上述の発電機6)と、
前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラ(例えば上述の排熱回収ボイラ15)と、
前記圧縮機から抽気した空気を前記タービンの第1冷却対象部(例えば上述の第1冷却対象部26a)に冷却空気として供給するための第1冷却空気配管(例えば上述の高圧冷却空気配管30,中圧冷却空気配管35)と、
前記第1冷却空気配管に設けられ、前記第1冷却空気配管を流れる前記冷却空気の流量を調節可能な第1冷却空気流量調節弁(例えば上述の高圧冷却空気流量調節弁31,中圧冷却空気流量調節弁36)と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第1蒸気配管(例えば上述の燃焼器側蒸気配管24a)と、
前記第1蒸気配管に設けられた第1蒸気流量調節弁(例えば上述の燃焼器側蒸気流量調節弁27a)と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンの入口部に供給するように構成された第2蒸気配管(例えば上述のタービン入口側蒸気配管24b)と、
前記第2蒸気配管に設けられた第2蒸気流量調節弁(例えば上述のタービン入口側蒸気配管24b)と、
を備え、
前記改造方法は、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記第1冷却空気配管における前記第1冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給するための第1冷却蒸気配管(例えば上述の高圧冷却蒸気配管32,中圧冷却蒸気配管37)と、
前記第1冷却蒸気配管に設けられた第1冷却蒸気流量調節弁(例えば上述の高圧冷却蒸気流量調節弁32d,中圧冷却蒸気流量調節弁37d)と、
を前記コジェネレーション設備に追設するステップを備える。
排熱回収ボイラで生成された蒸気をガスタービンにおける圧縮機の出口部からタービンの入口部までの区間内の位置に供給すると、タービンの出力増加に寄与し得る一方で、圧縮機の背圧(圧縮機の出口部の圧力)が上昇して圧縮機の圧力比が上昇するため、圧縮機のサージが発生する場合がある。この点、上記(10)に記載のコジェネレーション設備の改造方法では、第1蒸気流量調節弁及び第2蒸気流量調節弁の弁開度を調節することにより、圧縮機の圧力比がサージ限界を超えない範囲でガスタービンにおける圧縮機の出口部からタービンの入口部までの区間内の位置に蒸気を供給することができ、さらに第1冷却蒸気流量調節弁の開度を大きくすることによって、タービンの第1冷却対象部を冷却するための冷却空気の一部を排熱回収ボイラで生成された蒸気によって代替することができ、圧縮機から抽気する冷却空気の流量を低減することができる。これにより、圧縮機の動力を低減してタービンの軸端出力を増加させ、発電機の出力を増加させることができる。したがって、圧縮機のサージの発生を抑制しつつコジェネレーション設備の熱電可変範囲を拡大することができる。
(11)本開示の少なくとも一実施形態に係るコジェネレーション設備の改造方法において、
前記コジェネレーション設備は、
圧縮機(例えば上述の圧縮機1)、燃焼器(例えば上述の燃焼器3)及びタービン(例えば上述のタービン2)を含むガスタービン(例えば上述のガスタービン5)と、
前記ガスタービンに連結された発電機(例えば上述の発電機6)と、
前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラ(例えば上述の排熱回収ボイラ15)と、
前記圧縮機から抽気した空気を前記タービンの第1冷却対象部(例えば上述の第1冷却対象部26a)に冷却空気として供給するための第1冷却空気配管(例えば上述の高圧冷却空気配管30,中圧冷却空気配管35)と、
前記第1冷却空気配管に設けられ、前記第1冷却空気配管を流れる前記冷却空気の流量を調節可能な第1冷却空気流量調節弁(例えば上述の高圧冷却空気流量調節弁31,中圧冷却空気流量調節弁36)と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第1蒸気配管(例えば上述の燃焼器側蒸気配管24a)と、
前記第1蒸気配管に設けられた第1蒸気流量調節弁(例えば上述の燃焼器側蒸気流量調節弁27a)と、
を備え、
前記改造方法は、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンの入口部に供給するように構成された第2蒸気配管(例えば上述のタービン入口側蒸気配管24b)と、
前記第2蒸気配管に設けられた第2蒸気流量調節弁(例えば上述のタービン入口側蒸気配管24b)と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記第1冷却空気配管における前記第1冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給するための第1冷却蒸気配管(例えば上述の高圧冷却蒸気配管32,中圧冷却蒸気配管37)と、
前記第1冷却蒸気配管に設けられた第1冷却蒸気流量調節弁(例えば上述の高圧冷却蒸気流量調節弁32d,中圧冷却蒸気流量調節弁37d)と、
を前記コジェネレーション設備に追設するステップを備える。
排熱回収ボイラで生成された蒸気をガスタービンにおける圧縮機の出口部からタービンの入口部までの区間内の位置に供給すると、タービンの出力増加に寄与し得る一方で、圧縮機の背圧(圧縮機の出口部の圧力)が上昇して圧縮機の圧力比が上昇するため、圧縮機のサージが発生する場合がある。この点、上記(11)に記載のコジェネレーション設備の改造方法では、第1蒸気流量調節弁及び第2蒸気流量調節弁の弁開度を調節することにより、圧縮機の圧力比がサージ限界を超えない範囲でガスタービンにおける圧縮機の出口部からタービンの入口部までの区間内の位置に蒸気を供給することができ、さらに第1冷却蒸気流量調節弁の開度を大きくすることによって、タービンの第1冷却対象部を冷却するための冷却空気の一部を排熱回収ボイラで生成された蒸気によって代替することができ、圧縮機から抽気する冷却空気の流量を低減することができる。これにより、圧縮機の動力を低減してタービンの軸端出力を増加させ、発電機の出力を増加させることができる。したがって、圧縮機のサージの発生を抑制しつつコジェネレーション設備の熱電可変範囲を拡大することができる。
(12)幾つかの実施形態では、上記(10)又は(11)に記載のコジェネレーション設備の改造方法において、
前記第1冷却蒸気配管における前記前記第1冷却蒸気流量調節弁よりも上流側に第1減温器(例えば上述の高圧冷却蒸気減温器32b,中圧冷却蒸気減温器37b)を設置するステップを更に備え、
前記第1減温器は、前記排熱回収ボイラに給水するためのボイラ給水ポンプから前記排熱回収ボイラを経由して前記第1冷却蒸気配管に供給された蒸気を、前記ボイラ給水ポンプから前記排熱回収ボイラを経由せずに供給される給水によって減温するように構成される。
上記(12)に記載のコジェネレーション設備によれば、第1冷却蒸気配管から第1冷却空気配管に供給される蒸気の温度を第1減温器によって低下させて第1冷却空気配管の冷却空気の温度に近づけることができるため、第1冷却蒸気配管から第1冷却空気配管に供給される蒸気の流量の変化等に起因して第1冷却対象部に供給される流体(冷却空気及び冷却蒸気)の温度が急激に変化することを抑制し、第1冷却対象部における熱衝撃(ヒートショック)を低減することができる。
(13)幾つかの実施形態では、上記(10)乃至(12)の何れかに記載のコジェネレーション設備の改造方法において、
前記コジェネレーション設備は、
前記圧縮機における前記第1冷却空気供給管が接続する位置よりも上流側の位置に接続し、前記圧縮機から抽気した空気を前記タービンにおける前記第1冷却対象部よりも下流側の第2冷却対象部に冷却空気として供給するための第2冷却空気配管(例えば上述の中圧冷却空気配管35)と、
前記第2冷却空気配管に設けられた第2冷却空気流量調節弁(例えば上述の中圧冷却空気流量調節弁36)と、
を更に備え、
前記改造方法は、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記第2冷却空気配管における前記第2冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給するための第2冷却蒸気配管(例えば上述の中圧冷却蒸気配管37)と、
前記第2冷却蒸気配管に設けられた第2冷却蒸気流量調節弁(例えば上述の中圧冷却蒸気流量調節弁37d)と、
を追設するステップを更に備える。
上記(13)に記載のコジェネレーション設備によれば、第2冷却蒸気流量調節弁の開度を大きくすることによって、タービンの第2冷却対象部を冷却するための冷却空気の一部を排熱回収ボイラで生成された蒸気によって代替することができ、圧縮機から抽気する冷却空気の流量を低減することができる。これにより、圧縮機の動力を低減してタービンの軸端出力を増加させ、発電機の出力を増加させることができる。したがって、圧縮機1のサージの発生を抑制しつつコジェネレーション設備の熱電可変範囲を拡大することができる。
(14)幾つかの実施形態では、上記(13)に記載のコジェネレーション設備の改造方法において、
前記第2冷却蒸気配管における前記前記第2冷却蒸気流量調節弁よりも上流側に第2減温器(例えば上述の中圧冷却蒸気減温器37b)を設置するステップを更に備え、
前記第2減温器は、前記排熱回収ボイラに給水するためのボイラ給水ポンプから前記排熱回収ボイラを経由して前記第2冷却蒸気配管に供給された蒸気を、前記ボイラ給水ポンプから前記排熱回収ボイラを経由せずに供給される給水によって減温するように構成される。
上記(14)に記載のコジェネレーション設備によれば、第2冷却蒸気配管から第2冷却空気配管に供給される蒸気の温度を第2減温器によって低下させて第2冷却空気配管の冷却空気の温度に近づけることができるため、第2冷却蒸気配管から第2冷却空気配管に供給される蒸気の流量の変化等に起因して第2冷却対象部に供給される流体(冷却空気及び冷却蒸気)の温度が急激に変化することを抑制し、第2冷却対象部における熱衝撃(ヒートショック)を低減することができる。
(15)幾つかの実施形態では、上記(10)乃至(14)の何れかに記載のコジェネレーション設備の改造方法において、
前記コジェネレーション設備を改造するステップは、前記第1蒸気流量調節弁、前記第2蒸気流量調節弁及び前記第1冷却蒸気流量調節弁を制御するように構成された制御装置(例えば上述の制御装置150)を改造するステップを更に備え、
前記制御装置を改造するステップは、
前記排熱回収ボイラから前記ガスタービンに供給される蒸気の総流量(例えば上述の総流量Ftt)が閾値(例えば上述の閾値Fth)以下である場合に、前記第1冷却蒸気配管の蒸気の流量が0または前記第1蒸気配管の蒸気の流量と前記第2蒸気配管の蒸気の流量との合計よりも小さい流量となるように前記第1蒸気流量調節弁、前記第2蒸気流量調節弁及び前記第1冷却蒸気流量調節弁を制御し、前記排熱回収ボイラから前記ガスタービンに供給される蒸気の総流量(例えば上述の総流量Ftt)が前記閾値よりも大きい場合に、前記第1蒸気配管の蒸気の流量と前記第2蒸気配管の蒸気の流量との合計が前記閾値以下の量となるように前記第1蒸気流量調節弁、前記第2蒸気流量調節弁及び前記第1冷却蒸気流量調節弁を制御するように、前記制御装置の制御プログラムを修正するステップを含む。
上記(15)に記載のコジェネレーション設備によれば、圧縮機の圧力比が圧縮機のサージ限界を示すサージラインを超えないように所定のマージンを考慮して上記閾値を設定することにより、排熱回収ボイラで発生する蒸気を圧縮機の圧力比がサージ限界を超えない範囲では第1冷却蒸気配管よりも第1蒸気配管と第2蒸気配管から優先的に蒸気を供給し、ガスタービンに連結された発電機の出力を効率的に高めることができる。また、排熱回収ボイラからガスタービンに供給される蒸気の総流量が閾値よりも大きい場合には、第1蒸気配管の蒸気の流量と第2蒸気配管の蒸気の流量の合計を上記閾値以下としつつ残りの蒸気の少なくとも一部を第1冷却蒸気配管から第1冷却空気配管における第1冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給することができる。これにより、圧縮機から抽気する冷却空気の流量を低減することができるため、圧縮機の動力を低減してタービンの軸端出力を増加させ、発電機の出力を更に増加させることができる。このため、圧縮機のサージの発生を抑制しつつ熱電可変範囲を拡大することができる。
1 圧縮機
2 タービン
2b 低圧タービン
3 燃焼器
4 起動装置
5 ガスタービン
6 発電機
7 空気
8 圧縮空気
9 燃料供給系統設備
10 燃料流量調節弁
12 蒸気系統
14 排ガス
15 排熱回収ボイラ
16 補給水
17 補給水タンク
18 ボイラ給水ポンプ
19 ボイラ給水
20 蒸気配管
21 プロセス装置側蒸気配管
22 プロセス用蒸気流量調節弁
23 プロセス装置
24 ガスタービン側蒸気配管
24a 燃焼器側蒸気配管
24b タービン入口側蒸気配管
25 蒸気噴射用減温器
25a 減温水流量調節弁
26a 第1冷却対象部
26b 第2冷却対象部
26c 第3冷却対象部
27a 燃焼器側蒸気流量調節弁
27b タービン入口側蒸気流量調節弁
28 配管
29 排気塔
30 高圧冷却空気配管
31 高圧冷却空気流量調節弁
32 高圧冷却蒸気配管
32a 高圧冷却蒸気圧力調節弁
32b 高圧冷却蒸気減温器
32c 減温水流量調節弁
32d 高圧冷却蒸気流量調節弁
33 混合器
35 中圧冷却空気配管
36 中圧冷却空気流量調節弁
37 中圧冷却蒸気配管
37a 中圧冷却蒸気圧力調節弁
37b 中圧冷却蒸気減温器
37c 減温水流量調節弁
37d 中圧冷却蒸気流量調節弁
38 混合器
40,41 連結軸
42 入口案内翼
43 IGV駆動装置
44 IGV開度計測装置
45 圧縮機回転数検出器
46 発電機出力検出器
48 燃料ライン
49 減温水供給ライン
50 圧縮機入口空気圧力検出器
51 圧縮機入口空気温度検出器
52 圧縮機入口空気流量検出器
53 圧縮機出口圧力検出器
54 ガスタービン出口排ガス温度検出器
60 燃料圧力検出器
61 燃料温度検出器
62 燃料流量検出器
70 ボイラ出口蒸気圧力検出器
71 ボイラ出口蒸気温度検出器
72 プロセス用蒸気流量検出器
73 蒸気温度検出器
74 蒸気圧力検出器
75 燃焼器側蒸気流量検出器
76 タービン入口側蒸気流量検出器
77 低圧タービン入口側蒸気流量検出器
79 燃焼器側弁開度検出器
80 タービン入口側弁開度検出器
81 NOx濃度検出器
90 高圧冷却空気圧力検出器
91 高圧冷却空気温度検出器
92 高圧冷却空気流量検出器
93 中圧冷却空気圧力検出器
94 中圧冷却空気温度検出器
95 中圧冷却空気流量検出器
100 高圧冷却蒸気圧力検出器
101 高圧冷却蒸気温度検出器
102 高圧冷却蒸気流量検出器
103 中圧冷却蒸気圧力検出器
104 中圧冷却蒸気温度検出器
105 中圧冷却蒸気流量検出器
150 制御装置
151 プロセッサ
152 RAM
153 ROM
154 HDD
155 入力I/F
156 出力I/F
157 バス
200 水回収システム
201 排気塔通気ダンパ
202 水回収装置通気ダンパ
203 水回収装置
204 散水装置
205 充填物
206 水回収装置貯水槽
207 排ガス
208 水回収循環水ポンプ
209 水回収循環水
210 水回収循環水冷却器
212 循環水
213 循環水供給弁
215 低温回収水弁
216 水処理装置
218 中温回収水弁
219 余剰水
220 スピルオーバー弁
300A,300B コジェネレーション設備
Ea 燃焼器ヘッドエンド
Eb タービン入口部

Claims (14)

  1. 圧縮機、燃焼器、タービンを含むガスタービンと、
    前記ガスタービンに連結された発電機と、
    前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
    前記圧縮機から抽気した空気を前記タービンの第1冷却対象部に冷却空気として供給するための第1冷却空気配管と、
    前記第1冷却空気配管に設けられ、前記第1冷却空気配管を流れる前記冷却空気の流量を調節可能な第1冷却空気流量調節弁と、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を供給するための蒸気系統と、
    を備えるコジェネレーション設備であって、
    前記蒸気系統は、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第1蒸気配管と、
    前記第1蒸気配管に設けられた第1蒸気流量調節弁と、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンの入口部に供給するように構成された第2蒸気配管と、
    前記第2蒸気配管に設けられた第2蒸気流量調節弁と、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記第1冷却空気配管における前記第1冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給するための第1冷却蒸気配管と、
    前記第1冷却蒸気配管に設けられた第1冷却蒸気流量調節弁と、
    を備え、
    前記コジェネレーション設備は、前記第1蒸気流量調節弁、前記第2蒸気流量調節弁及び前記第1冷却蒸気流量調節弁を制御するように構成された制御装置を更に備え、
    前記制御装置は、
    前記排熱回収ボイラから前記ガスタービンに供給される蒸気の総流量が閾値以下である場合に、前記第1冷却蒸気配管の蒸気の流量が0または前記第1蒸気配管の蒸気の流量と前記第2蒸気配管の蒸気の流量との合計よりも小さい流量となるように前記第1蒸気流量調節弁、前記第2蒸気流量調節弁及び前記第1冷却蒸気流量調節弁を制御し、
    前記排熱回収ボイラから前記ガスタービンに供給される蒸気の総流量が前記閾値よりも大きい場合には、前記第1蒸気配管の蒸気の流量と前記第2蒸気配管の蒸気の流量との合計が前記閾値以下の量となるように前記第1蒸気流量調節弁、前記第2蒸気流量調節弁及び前記第1冷却蒸気流量調節弁を制御する、コジェネレーション設備。
  2. 圧縮機、燃焼器、タービンを含むガスタービンと、
    前記ガスタービンに連結された発電機と、
    前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
    前記圧縮機から抽気した空気を前記タービンの第1冷却対象部に冷却空気として供給するための第1冷却空気配管と、
    前記第1冷却空気配管に設けられ、前記第1冷却空気配管を流れる前記冷却空気の流量を調節可能な第1冷却空気流量調節弁と、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を供給するための蒸気系統と、
    を備えるコジェネレーション設備であって、
    前記蒸気系統は、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第1蒸気配管と、
    前記第1蒸気配管に設けられた第1蒸気流量調節弁と、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンの入口部に供給するように構成された第2蒸気配管と、
    前記第2蒸気配管に設けられた第2蒸気流量調節弁と、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記第1冷却空気配管における前記第1冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給するための第1冷却蒸気配管と、
    前記第1冷却蒸気配管に設けられた第1冷却蒸気流量調節弁と、
    を備え、
    前記コジェネレーション設備は、前記第1蒸気流量調節弁、前記第2蒸気流量調節弁及び前記第1冷却蒸気流量調節弁を制御するように構成された制御装置を更に備え、
    前記制御装置は、前記発電機の出力を増加させる増出力指令を受けた場合において、前記圧縮機の圧力比が閾値以下である場合に前記第1蒸気流量調節弁の開度及び前記第2蒸気流量調節弁の開度のうち少なくとも一方を大きくし、前記圧縮機の圧力比が前記閾値より大きい場合に前記第1冷却蒸気流量調節弁の開度を大きくするように構成された、コジェネレーション設備。
  3. 前記制御装置は、前記増出力指令を受けた場合において、前記圧縮機の圧力比が前記閾値以下である場合に前記第1蒸気流量調節弁の開度及び前記第2蒸気流量調節弁の開度のうち少なくとも一方を大きくし、前記圧縮機の圧力比が前記閾値より大きい場合に前記第1蒸気流量調節弁の開度及び前記第2蒸気流量調節弁の開度のうち少なくとも一方を小さくするとともに前記第1冷却蒸気流量調節弁の開度を大きくするように構成された、請求項2に記載のコジェネレーション設備。
  4. 前記閾値は、前記発電機の出力が増加するにつれて大きくなる、請求項1乃至3の何れか1項に記載のコジェネレーション設備。
  5. 前記第1冷却蒸気配管における前記第1冷却蒸気流量調節弁よりも上流側に設置された第1減温器を更に備え、
    前記第1減温器は、前記排熱回収ボイラに給水するためのボイラ給水ポンプから前記排熱回収ボイラを経由して前記第1冷却蒸気配管に供給された蒸気を、前記ボイラ給水ポンプから前記排熱回収ボイラを経由せずに供給される給水によって減温するように構成された、請求項1乃至3の何れか1項に記載のコジェネレーション設備。
  6. 圧縮機、燃焼器、タービンを含むガスタービンと、
    前記ガスタービンに連結された発電機と、
    前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
    前記圧縮機から抽気した空気を前記タービンの第1冷却対象部に冷却空気として供給するための第1冷却空気配管と、
    前記第1冷却空気配管に設けられ、前記第1冷却空気配管を流れる前記冷却空気の流量を調節可能な第1冷却空気流量調節弁と、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を供給するための蒸気系統と、
    を備えるコジェネレーション設備であって、
    前記蒸気系統は、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第1蒸気配管と、
    前記第1蒸気配管に設けられた第1蒸気流量調節弁と、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンの入口部に供給するように構成された第2蒸気配管と、
    前記第2蒸気配管に設けられた第2蒸気流量調節弁と、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記第1冷却空気配管における前記第1冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給するための第1冷却蒸気配管と、
    前記第1冷却蒸気配管に設けられた第1冷却蒸気流量調節弁と、
    を備え、
    前記コジェネレーション設備は、
    前記圧縮機における前記第1冷却空気配管が接続する位置よりも上流側の位置に接続し、前記圧縮機から抽気した空気を前記タービンにおける前記第1冷却対象部よりも下流側の第2冷却対象部に冷却空気として供給するための第2冷却空気配管と、
    前記第2冷却空気配管に設けられた第2冷却空気流量調節弁と、
    を更に備え、
    前記蒸気系統は、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記第2冷却空気配管における前記第2冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給するための第2冷却蒸気配管と、
    前記第2冷却蒸気配管に設けられた第2冷却蒸気流量調節弁と、
    を備える、コジェネレーション設備。
  7. 前記第2冷却蒸気配管における前記第2冷却蒸気流量調節弁よりも上流側に設置され、前記排熱回収ボイラに給水するためのボイラ給水ポンプから前記排熱回収ボイラを経由して前記第2冷却蒸気配管に供給された蒸気を、前記ボイラ給水ポンプから前記排熱回収ボイラを経由せずに供給される給水によって減温するように構成された第2減温器を更に備える、請求項6に記載のコジェネレーション設備。
  8. コジェネレーション設備の制御方法であって、
    前記コジェネレーション設備は、
    圧縮機、燃焼器、タービンを含むガスタービンと、
    前記ガスタービンに連結された発電機と、
    前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
    前記圧縮機から抽気した空気を前記タービンの第1冷却対象部に冷却空気として供給するための第1冷却空気配管と、
    前記第1冷却空気配管に設けられ、前記第1冷却空気配管を流れる前記冷却空気の流量を調節可能な第1冷却空気流量調節弁と、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を供給するための蒸気系統と、
    を備え、
    前記蒸気系統は、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第1蒸気配管と、
    前記第1蒸気配管に設けられた第1蒸気流量調節弁と、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記タービンの入口部に供給するように構成された第2蒸気配管と、
    前記第2蒸気配管に設けられた第2蒸気流量調節弁と、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記第1冷却空気配管における前記第1冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給するための第1冷却蒸気配管と、
    前記第1冷却蒸気配管に設けられた第1冷却蒸気流量調節弁と、
    を備え、
    前記制御方法は、
    前記排熱回収ボイラから前記ガスタービンに供給される蒸気の総流量が閾値以下である場合に、前記第1冷却蒸気配管の蒸気の流量が0または前記第1蒸気配管の蒸気の流量と前記第2蒸気配管の蒸気の流量との合計よりも小さい流量となるように前記第1蒸気流量調節弁、前記第2蒸気流量調節弁及び前記第1冷却蒸気流量調節弁を制御するステップと、
    前記排熱回収ボイラから前記ガスタービンに供給される蒸気の総流量が前記閾値よりも大きい場合に、前記第1蒸気配管の蒸気の流量と前記第2蒸気配管の蒸気の流量との合計が前記閾値以下となるように前記第1蒸気流量調節弁、前記第2蒸気流量調節弁及び前記第1冷却蒸気流量調節弁を制御するステップと、
    を備える、コジェネレーション設備の制御方法。
  9. コジェネレーション設備の改造方法であって、
    前記コジェネレーション設備は、
    圧縮機、燃焼器、タービンを含むガスタービンと、
    前記ガスタービンに連結された発電機と、
    前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
    前記圧縮機から抽気した空気を前記タービンの第1冷却対象部に冷却空気として供給するための第1冷却空気配管と、
    前記第1冷却空気配管に設けられ、前記第1冷却空気配管を流れる前記冷却空気の流量を調節可能な第1冷却空気流量調節弁と、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第1蒸気配管と、
    前記第1蒸気配管に設けられた第1蒸気流量調節弁と、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンの入口部に供給するように構成された第2蒸気配管と、
    前記第2蒸気配管に設けられた第2蒸気流量調節弁と、
    を備え、
    前記改造方法は、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記第1冷却空気配管における前記第1冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給するための第1冷却蒸気配管と、
    前記第1冷却蒸気配管に設けられた第1冷却蒸気流量調節弁と、
    を前記コジェネレーション設備に追設するステップを備え、
    前記コジェネレーション設備は、
    前記圧縮機における前記第1冷却空気配管が接続する位置よりも上流側の位置に接続し、前記圧縮機から抽気した空気を前記タービンにおける前記第1冷却対象部よりも下流側の第2冷却対象部に冷却空気として供給するための第2冷却空気配管と、
    前記第2冷却空気配管に設けられた第2冷却空気流量調節弁と、
    を更に備え、
    前記改造方法は、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記第2冷却空気配管における前記第2冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給するための第2冷却蒸気配管と、
    前記第2冷却蒸気配管に設けられた第2冷却蒸気流量調節弁と、
    を追設するステップを更に備える、コジェネレーション設備の改造方法。
  10. コジェネレーション設備の改造方法であって、
    前記コジェネレーション設備は、
    圧縮機、燃焼器、タービンを含むガスタービンと、
    前記ガスタービンに連結された発電機と、
    前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
    前記圧縮機から抽気した空気を前記タービンの第1冷却対象部に冷却空気として供給するための第1冷却空気配管と、
    前記第1冷却空気配管に設けられ、前記第1冷却空気配管を流れる前記冷却空気の流量を調節可能な第1冷却空気流量調節弁と、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第1蒸気配管と、
    前記第1蒸気配管に設けられた第1蒸気流量調節弁と、
    を備え、
    前記改造方法は、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンの入口部に供給するように構成された第2蒸気配管と、
    前記第2蒸気配管に設けられた第2蒸気流量調節弁と、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記第1冷却空気配管における前記第1冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給するための第1冷却蒸気配管と、
    前記第1冷却蒸気配管に設けられた第1冷却蒸気流量調節弁と、
    を前記コジェネレーション設備に追設するステップを備え、
    前記コジェネレーション設備は、
    前記圧縮機における前記第1冷却空気配管が接続する位置よりも上流側の位置に接続し、前記圧縮機から抽気した空気を前記タービンにおける前記第1冷却対象部よりも下流側の第2冷却対象部に冷却空気として供給するための第2冷却空気配管と、
    前記第2冷却空気配管に設けられた第2冷却空気流量調節弁と、
    を更に備え、
    前記改造方法は、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記第2冷却空気配管における前記第2冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給するための第2冷却蒸気配管と、
    前記第2冷却蒸気配管に設けられた第2冷却蒸気流量調節弁と、
    を追設するステップを更に備える、コジェネレーション設備の改造方法。
  11. 前記第1冷却蒸気配管における前記第1冷却蒸気流量調節弁よりも上流側に第1減温器を設置するステップを更に備え、
    前記第1減温器は、前記排熱回収ボイラに給水するためのボイラ給水ポンプから前記排熱回収ボイラを経由して前記第1冷却蒸気配管に供給された蒸気を、前記ボイラ給水ポンプから前記排熱回収ボイラを経由せずに供給される給水によって減温するように構成された、請求項9又は10に記載のコジェネレーション設備の改造方法。
  12. 前記第2冷却蒸気配管における前記第2冷却蒸気流量調節弁よりも上流側に第2減温器を設置するステップを更に備え、
    前記第2減温器は、前記排熱回収ボイラに給水するためのボイラ給水ポンプから前記排熱回収ボイラを経由して前記第2冷却蒸気配管に供給された蒸気を、前記ボイラ給水ポンプから前記排熱回収ボイラを経由せずに供給される給水によって減温するように構成された、請求項9又は10に記載のコジェネレーション設備の改造方法。
  13. コジェネレーション設備の改造方法であって、
    前記コジェネレーション設備は、
    圧縮機、燃焼器、タービンを含むガスタービンと、
    前記ガスタービンに連結された発電機と、
    前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
    前記圧縮機から抽気した空気を前記タービンの第1冷却対象部に冷却空気として供給するための第1冷却空気配管と、
    前記第1冷却空気配管に設けられ、前記第1冷却空気配管を流れる前記冷却空気の流量を調節可能な第1冷却空気流量調節弁と、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第1蒸気配管と、
    前記第1蒸気配管に設けられた第1蒸気流量調節弁と、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンの入口部に供給するように構成された第2蒸気配管と、
    前記第2蒸気配管に設けられた第2蒸気流量調節弁と、
    を備え、
    前記改造方法は、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記第1冷却空気配管における前記第1冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給するための第1冷却蒸気配管と、
    前記第1冷却蒸気配管に設けられた第1冷却蒸気流量調節弁と、
    を前記コジェネレーション設備に追設するステップを備え、
    前記コジェネレーション設備を改造するステップは、前記第1蒸気流量調節弁、前記第2蒸気流量調節弁及び前記第1冷却蒸気流量調節弁を制御するように構成された制御装置を改造するステップを更に備え、
    前記制御装置を改造するステップは、
    前記排熱回収ボイラから前記ガスタービンに供給される蒸気の総流量が閾値以下である場合に、前記第1冷却蒸気配管の蒸気の流量が0または前記第1蒸気配管の蒸気の流量と前記第2蒸気配管の蒸気の流量との合計よりも小さい流量となるように前記第1蒸気流量調節弁、前記第2蒸気流量調節弁及び前記第1冷却蒸気流量調節弁を制御し、前記排熱回収ボイラから前記ガスタービンに供給される蒸気の総流量が前記閾値よりも大きい場合に、前記第1蒸気配管の蒸気の流量と前記第2蒸気配管の蒸気の流量との合計が前記閾値以下の量となるように前記第1蒸気流量調節弁、前記第2蒸気流量調節弁及び前記第1冷却蒸気流量調節弁を制御するように、前記制御装置の制御プログラムを修正するステップを含む、コジェネレーション設備の改造方法。
  14. コジェネレーション設備の改造方法であって、
    前記コジェネレーション設備は、
    圧縮機、燃焼器、タービンを含むガスタービンと、
    前記ガスタービンに連結された発電機と、
    前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
    前記圧縮機から抽気した空気を前記タービンの第1冷却対象部に冷却空気として供給するための第1冷却空気配管と、
    前記第1冷却空気配管に設けられ、前記第1冷却空気配管を流れる前記冷却空気の流量を調節可能な第1冷却空気流量調節弁と、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第1蒸気配管と、
    前記第1蒸気配管に設けられた第1蒸気流量調節弁と、
    を備え、
    前記改造方法は、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンの入口部に供給するように構成された第2蒸気配管と、
    前記第2蒸気配管に設けられた第2蒸気流量調節弁と、
    前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記第1冷却空気配管における前記第1冷却空気流量調節弁の下流側の位置に供給するための第1冷却蒸気配管と、
    前記第1冷却蒸気配管に設けられた第1冷却蒸気流量調節弁と、
    を前記コジェネレーション設備に追設するステップを備え、
    前記コジェネレーション設備を改造するステップは、前記第1蒸気流量調節弁、前記第2蒸気流量調節弁及び前記第1冷却蒸気流量調節弁を制御するように構成された制御装置を改造するステップを更に備え、
    前記制御装置を改造するステップは、
    前記排熱回収ボイラから前記ガスタービンに供給される蒸気の総流量が閾値以下である場合に、前記第1冷却蒸気配管の蒸気の流量が0または前記第1蒸気配管の蒸気の流量と前記第2蒸気配管の蒸気の流量との合計よりも小さい流量となるように前記第1蒸気流量調節弁、前記第2蒸気流量調節弁及び前記第1冷却蒸気流量調節弁を制御し、前記排熱回収ボイラから前記ガスタービンに供給される蒸気の総流量が前記閾値よりも大きい場合に、前記第1蒸気配管の蒸気の流量と前記第2蒸気配管の蒸気の流量との合計が前記閾値以下の量となるように前記第1蒸気流量調節弁、前記第2蒸気流量調節弁及び前記第1冷却蒸気流量調節弁を制御するように、前記制御装置の制御プログラムを修正するステップを含む、コジェネレーション設備の改造方法。
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