JPH03185224A - ガスタービン設備及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ガスタービン単独又はガスタービンを組み込
んだプラント（以下これらを総称してガスタービン設備
と言う）に適用して好適な圧縮機空気の冷却技術に関す
る。

従来の技術 従来の一般的なガスタービン設備の構成例を、第１５図
（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）に基づき説明すると、
符号１は圧縮機、２は燃焼器、３はタービン、４は発電
機、５は冷却空気冷却器、６は煙突、７はボイラ、８は
蒸気タービン、９は復水器を示している。

ガスタービンを運転する際の流体の作動流動状況を説明
すると、第１５図（ａ）では、圧縮機１は、濾過されか
つ必要に応じて消音された空気（又は吸気）ａを吸込み
、ここで昇圧された燃焼用空気す及び燃料ｄは燃焼器２
内に役人されて、高温の燃焼ガスを発生させ、タービン
３の必要な人口温度を確保する。そして、燃焼ガスの膨
張作用によりタービン翼、ロータが回転し、タービン３
に直結された発電機４か駆動される。

この場合、タービン翼やロータを空気冷却する際には、
タービン段落に見合った圧力の一部の圧縮空気ｅを圧縮
機１の中間段から抽気し、冷却空気冷却器５で所定の温
度に調整し、冷却空気としてタービン３部に役人する。

そして、タービン３で動力回収した後のタービン排気Ｃ
は煙突６から系外（大気）に放出される。

又、第１５図（ｂ）に示すタービン排気Ｃから熱回収を
行う場合は、タービン３の後流側にボイラ７を設け、更
に温度の低下したボイラ排気ｆを煙突６から系外に放出
する。

ボイラ７で発生する蒸気ｇはプロセス用など多目的に利
用されるが、第１５図（Ｃ）のコンバインド発電の場合
は、ガスタービンと同軸直結あるいは別置された蒸気タ
ービン８の駆動蒸気として用いた後、排蒸気を復水器９
で復水させ、ボイラ８用の給水りとして循環使用される
。この給水りは蒸気ｇとバランスが取れるように適宜補
給される。

発明か解決しようとする課題 以上述べた従来のガスタービン設備は、しかし、次のよ
うな問題がある。

第１６図（ａ）〜（ｄ）には、吸気温度１５℃、定格出
力時の設計基準値を１００％として相対的に表示した、
ガスタービンの性能特性の例が示されている。即ち、（
ａ）はガスタービン出力、（ｂ）はガスタービン効率、
（ｃ）は吸気流量であって、これらを各縦軸に、そして
吸気温度（℃）を各横軸に取ったものである。又、（ｄ
）はガスタービン部分負荷効率の特性を示しており、ガ
スタービン効率を縦軸に、ガスタービン出力（％）を横
軸に取ったものである。

これらの性能特性から、次の相関関係が導き出される。

即ち、ガスタービン出力は、タービン３の人口温度一定
運転にて、圧縮機の空気吸込流量、即ちタービン通過ガ
ス量の少ないものほど低くなる。

これは、発電用の一定回転数運用では段落を流れる流体
の容積流量、つまり流速がほぼ一定に保たれるという軸
流機械の特徴によっており、吸気温度が高いと圧縮機吸
込流量が減少することによるものである。

ここで、（ａ）〜（ｄ）のいずれの特性の場合にも、吸
気温度の高いガスタービンはどその出力・効率が悪く、
吸気流量が低いという傾向をもっことがわかるが、この
現象の基本的な原因は、前述の如＜（ｃ）における吸気
温度の上昇に対して吸気流量か減少することであり、他
の特性（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｄ）については（Ｃ
）の特性によって派生したものである、と考えることが
できる。

そこで、ガスタービン３の出力及び効率を向上させるた
めに、タービン入口温度を高め、いわゆるピーク運転点
Ｐとすることができるが、実際には、タービン材料の強
度上及び寿命上、短時間の運転に限られ、ベースとして
連続運転を行うことが困難である。

ガスタービン排熱まで利用する設備についても同様の特
性をもっている。例えば、第１７図に排熱を蒸気タービ
ン発電にて利用するコンバインドプラントの性能特性を
示す。この例でも、吸気温度１５℃、定格出力時の設計
基準値を　１００％として相対的に表示している。

第１７図の例は、ガスタービンの排熱回収で発生した蒸
気で蒸気タービン発電をも行い、プラント総出力がガス
タービンの約１５倍となる場合を示している。前記のガ
スタービン傾向がプラント性能傾向の多くを支配するこ
とから、コンバインドプラントにおいても吸気温度を操
作することによって大幅な性能改善を図ることができる
。

但し、エネルギを総合利用するプラントでは、第１７図
（ｂ）に見られるように、ガスタービン単独の場合の第
１６図（ｄ）と逆の吸気温度特性となる場合がある。同
一プラント出力では吸気温度が高い場合に、ガスタービ
ン負荷が定格に近くなる。吸気温度特性の傾向は、高い
吸気温度での効率低減と部分負荷による効率低減との兼
合で決り、第１７図（ｂ）の例は、後者の低減量が勝っ
ている場合といえる。

又、ガスタービン及びそれを適用した系統は、ＩＳＯ（
大気温度１５°Ｃ１大気湿度６０％相対湿度）の大気条
件で設計することが多い。従って、中近東、東南アジア
などの高温地域での保証点（例えば３０℃）性能は低下
せざるを得す、本来の性能が出せない上に、出力換算の
設備費が割高となる。

課題を解決するための手段 本発明は、このような従来技術における課題を解決する
ために、ガスタービン圧縮機の吸気ラインに熱交換器を
設け、この熱交換器の冷却媒体として冷凍機からの低温
流体を供給するようにし、かつ前記低温流体の制御を行
って前記圧縮機への吸気温度の制御を行う制御手段を有
するようにしている。

本発明は又、冷凍機と熱交換器との間に冷熱貯槽を設け
、エネルギの時間差利用を可能にしている。

更に、本発明は、熱交換器の後流側又は熱交換器と平行
に加温用熱交換器を設け、圧縮機への吸気温度の制御性
向上を可能にしている。

作用 上記手段によれば、ガスタービン圧縮機の吸気ラインに
熱交換器を設け、冷却媒体として冷凍機からの低温流体
、即ちその冷凍機が吸収式冷凍機であれば主に冷水を、
又、ターボ式冷凍機であれば冷水又はブライン等を制御
手段により流量制御して熱交換器（こ直接又は冷熱貯槽
を介して供給するので、吸気ラインを流れる空気を所定
の温度に調整することができる。

又、加温用熱交換器を追設することで、ガスタービンの
吸気温度を冷却及び加温操作することができ、タービン
設備の運用範囲を拡大することができる。

ガスタービンをベースロード（タービン人口温度一定）
で運転する場合、系統の効率は望み得る最良の値となる
ことが多い。その値は吸気温度毎に一義的に決ってしま
うので、制御手段が吸気温度を系統に固有の特定値に設
定し、制御することで系統の効率を最高点に保持できる
。

実施例 以下第１〜１４図を参照して、本発明の実施例について
詳述する。なお、これらの図において第１５図と同一の
部分には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略す
る。

第１図〜第４図に本発明によるガスタービン設備の各種
構成例を示す。

これらの図において、吸気フィルタ・吸気消音器（図示
しない）を通過した後の清浄な空気（又は吸気）ａを圧
縮機Ｉに導く前に熱交換器を通過させるようにしている
。この熱交換器は、好適な実施例では吸気冷却器８とし
ている。

第１図は吸気冷却幅が湿分検出まで至らないか、又は検
出湿分（ヒユーム、水滴など）を積極的に圧縮機１に投
入する場合で、吸気冷却流体！を冷凍機から直接供給さ
れる例を示す。

第２図は吸気ラインに設けたデミスタ１０により検出湿
分を除去し、水分飽和状態の空気を圧縮機１に投入する
場合で、同じく吸気冷却流体ｉを冷凍機から直接受ける
例を示す。

第３図は冷凍機と吸気冷却器８との間に冷熱貯槽Ｂを設
け、吸気冷却流体ｉを冷熱貯槽Ｂに貯めてから吸気冷却
器８に供給する別の実施例を示したもので、この冷熱貯
槽Ｂは冷却流体の生成と使用の過不足をその容量で保証
するリザーバとして、あるいは最小限の容量で冷却流体
の供給・戻りをスムーズにし、又、流体脈動・膨張をキ
ャンセルするクッンヨンタンクとして使用する場合であ
る。

第４図は吸気ラインに加温用熱交換器１１を設け、吸気
冷却器８における吸気冷却で析出する湿分をデミスタ１
０で除去した後、加温用熱交換器１１で若干吸気加温し
て空気ａの湿度調整をする場合を示したもので、加温用
熱交換器１１への吸気加温流体には温熱貯槽Ｇから供給
される。冷熱貯槽Ｂ及び温熱貯槽Ｇをリザーバとして使
用するときは、吸気冷却流体ｉ及び吸気加温流体にの貯
留と系統での消費とを必ずしも同時に行う必要はなく、
いわゆる時間差供給が可能である。

第５図にタービン設備の制御手段の構成を示す。

第５図に示した構成において、ガスタービン系統Ａ及び
ガスタービン制御系統Ｅが従来の設備であり、本発明で
は、これに冷熱貯槽Ｂ１冷凍機系統Ｃ１吸気温度制御系
統Ｄ１吸気温度相関パターン生成系統ＤＤ、吸気冷却系
統Ｆ１吸気加温系統ＦＦ、温熱貯槽Ｇを追設している。

この構成は、設備の新設、既設の別を問わず適用するこ
とができる。

冷凍機駆動エネルギ（電力、蒸気、温水）、低温流体又
は高温流体の往還は、まず系内でバランスさせるように
しく系内からの冷凍機駆動エネルギ源の流れ■）、過不
足がある場合に系外と連係させるようにしている（系外
からの冷凍機駆動エネルギ源の流れ■、別系統との間の
低温流体又は高温流体■）。

系続出力αを目標値ＰＴにする場合、従来は所定値との
差をガスタービン制御系統Ｅで評価して燃料制御βを実
施しており、出力の上限は大気温度Ｔ、に対するベース
定格出力Ｐ、である。

これに対し、本発明では吸気温度制御系統りによってα
〜δの制御を行う。

吸気温度制御系統りではまず、目標値阿とベース定格出
力Ｐ、との比較を行い、阿≦Ｐ、の場合は従来と同じく
燃料制御のみを行い（γ、）、Ｆｒ＞Ｐ。

の場合はベースロード上で目標値阿に対応する吸気温度
ＴＴに吸気冷却を行う（γ２）。

なお、温熱貯槽Ｇと吸気加温系統ＦＦとが併設されてい
る場合であって、ｐＴ＜Ｐ、のときでも、ガスタービン
ベースロード特性に沿わせる方が良好な特性となる場合
には、吸気温度ＴＴに吸気加温を行うこともある（γ３
）。

吸気温度制御系統りは又、冷熱貯槽Ｂ及び温熱貯槽Ｇの
温度調整及びレベル調整を行い、必要に応じて、冷凍機
系統Ｃを制御しくδ１）、あるいは別系統との間の低温
流体又は高温流体■を制御する（δ２）。

冷熱貯槽Ｂ及び温熱貯槽Ｇは、吸気冷却流体ｉ及び吸気
加温流体にの各温度、更には吸気仕上り温度を木目細か
く制御するための容積要素で、特に系外から流体■を受
は入れる場合は必ず使用する。系外からの流体■の導入
がなく、制御温度に変動幅が許容される場合には省略す
ることができる。

吸気温度制御系統りでは、吸気温度に対する系続出力の
特性パターンをいくつか設定しておき、モード指定によ
ってパターン選択を行い、選ばれた吸気温度−出力の相
関関係（パターン）上で目標出力に対応する吸気温度と
なるよう制御する。

このような出力制御では予め決めたパターン上で特定さ
れた吸気温度（目標）は目標出力に対応しているが、こ
の温度で設定された出力は、ガスタービン性能の変化等
で目標出力との間にずれが出てくる。ベースロード以下
の出力域ではガスタービン制御系統Ｅヘフィードバック
し、燃料量の加減で対応できるが、ベースロード上の出
力についてはガスタービン制御系統Ｅで制御できない。

この点を解決するため、この出力の違いを吸気温度相関
パターン生成系統ＤＤにフィードバックして、更に吸気
塩度を若干量加減するか又は、吸気温度相関パターン生
成系統ＤＤは当初のパターン計画値で構成しておき、上
述の変更が生じた場合は必要に応じてその変更量を電算
処理し、吸気温度−出力の相関関係（パターン）の変更
を行うようにする。この変更後は、訂正制御の完了時間
は短くなる。

第６図にガスタービン設備の制御特性を示す。

第６図（ａ）において、ガスタービン設備の制御領域は
定格点Ａよりも高出力（領域Ｉ）側と、低出力（領域■
）側とに２分され、いずれもガスタービンはベースロー
ドを保持しつつ吸気温度を操作することで制御が達成さ
れる。

設備上達成できる吸気温度の上下限（Ｔｍａｘ　。

Ｔｍ１ｎ　）は吸気冷却流体ｉの温度と吸気冷却器８の
伝熱設計、吸気加温流体にの温度と加温用熱交換器１１
の伝熱設計から規定される。大気温度Ｔｍａｘにおいて
吸気温度Ｔｍ１ｎが達成できる冷却設計においては大気
温度が低くなるに従って交換熱量が減少する。これは例
えば、吸気冷却流体ｉの供給温度を一定にした状況を考
えた場合、吸気との対数平均温度差が小さくなるためで
ある。

一方、発電機容量で決る系統の最大出力Ｐｍａｘに対応
する吸気温度Ｔｍ１ｎから加温でＴｍａｘとする加温設
計でも同様に、大気温度が高くなるに従って交換熱量が
低下する。以上の２点から伝熱能力に対応する系続出力
は定格点Ａと平行ではなく、Δ１゜Δ２だけ能力低下し
た　Ｂ’　、　Ｃ’　　となる。

この　Ｂ′−Ｃ′　間の領域が、ガスタービンヘースロ
ード運転（タービン入口温度一定）のままで制御できる
出力範囲である。

第６図（ｂ）は系統出力増減操作の基本を示したもので
ある。

系統出力増加の場合は、大気温度Ｔ１でのベースロード
運転出力Ｐ、よりも高いＦ２を得るには、吸気冷却によ
って吸気温度をＴ、からＴ、に減じて出力向上を図る。

この場合、性能特性上での運転点は点１から点２に移動
し、見１卦は上は点１から点２′の出力変化となる。

出ツノ低減の場合は、点２から点１へは吸気冷却量を減
少させ、それ以下は点１から点３又は点４の２通りで対
応できる。

点１から点３へは、吸気温度をＴ１で一定のままにし、
燃料量（タービン人口温度）を減じる部分負荷とすれば
よい。

点１から点４へは、ベースロード運転を維持しながら吸
気温度を増加させる制御をすればよい。

第６図（ｃ）は出力維持を説明したもので、大気温度Ｔ
、のときの定格点出力Ｐ、を大気温度変化範囲で維持す
る場合、領域Ｉで吸気冷却、領域■で吸気加温（又は部
分負荷運転）を行えばよい。

第７図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）にガスタービン
の制御特性を示す。

これらは吸気温度冷却によるガスタービン出力と効率の
改善状況を示したものである。

例えば大気温度３０℃のときに１５℃の減温を行った場
合、ピーク運転（第１６図（ａ）のＰ）より若干良好な
出力・効率Ｈとなる。定格点Ａはベース運転であるのに
対してピーク運転点Ｐは機械強度が限界に達し各部の寿
命消費が著しいため運転時間は短く制約される。

従って、吸気温度を１５℃冷却する場合は、ベース運転
の寿命消費においてピーク運転又はそれ以上の性能を発
揮することが可能になる。

第７図（ａ）　、　（ｂ）のＦｌ、　Ｆ２のように、ガ
スタービン出力、ガスタービン効率の吸気温度特性を制
御することにより、大気温度の影響を相殺してフラット
な特性とすることができる。

又、第７図（ｃ）のＩｌ、　　１２のように吸気温度を
０℃まで下げる場合は、大気温度３０℃ではＸ３％〜Ｘ
３％の負荷範囲、１５℃ではＸ１％〜１００％の範囲を
各々の定格負荷での効率に維持することができ、ガスタ
ービン効率が部分負荷で低下する傾向を改善することが
できる。

次に、吸気冷却器８の吸気冷却流体ｉに関する系統及び
加温用熱交換器１１の吸気加熱流体ｋに関する系統の具
体例について説明する。

第８図において、ガスタービン圧縮機の吸気ラインには
吸気冷却器８、デミスタ１０及び加温用熱交換器１１を
直列に接続した構成が設置されており、これに冷熱貯槽
ＢＳ温熱貯槽Ｇ１冷凍機系統Ｃ及び冷却塔１２が接続さ
れている。

冷熱貯槽Ｂ及び温熱貯槽Ｇは、吸気冷却流体ｉ及び吸気
加温流体にの供給槽と戻り槽とが完全に分れているもの
、図示のように中に仕切りがあって、互いにオーバフロ
ーできるようにしたもの、あるいは供給槽を二重槽とし
、内槽のオーバフロー分を戻り槽へ供給するようにした
ものなど、各種のものか採用される。冷凍機系統Ｃはそ
のエネルギ源として系内及び系外より電力、蒸気、温水
の形で供給され、ここで作られた冷却流体は冷熱貯槽Ｂ
へ供給される。

加温用熱交換器ｌｌ用の吸気加温流体には、ここでは冷
凍機系統Ｃにおける冷凍機冷却水を利用している。冷却
塔１２は加温用熱交換器１１で使用した残余の冷却水を
放冷する。温熱貯槽Ｇは必要に応じて別途熱源を受ける
ことができるよう構成されている。

吸気加温流体には別の例として、ガスタービン冷却器の
冷却流体、例えば冷却空気冷却器及び潤滑油冷却器の冷
却流体を使用してもよい。

又、吸気ラインに吸気冷却器８、デミスタＩＯ及び加温
用熱交換器１１が並ぶ構成では、加塩用熱交換器１１を
第２の冷却器として作用させることができる。この場合
、加温用冷却器１１は、第８図の温熱貯槽Ｇの代りに設
けられて冷熱貯槽Ｂより若干温度の高い冷熱貯槽に接続
され、加温用熱交換器ｌｌの冷却に伴う回収熱をその冷
熱貯槽に接続された図示しない冷熱熱交換器を介して冷
凍機系統でＣで冷却するようになる。

吸気冷却器８での吸気の冷却能力を高めるには、この位
置に冷熱蒸発伝熱管を配し、これに吸収冷凍機、ターボ
冷凍機を接続するとよい。

逆に、吸気を大気温度以上に加温するには、加温用熱交
換器１１の後流に別の加温手段を追設するなどすればよ
い。

第９図〜第１１図に吸気冷却の具体的な系統を示す。

第９図は、ターボ冷凍機１５及びターボ冷凍機駆動用電
動機１６を備え、その電源は発電機４又は受電のいずれ
かが選択される。

冷熱貯槽Ｂは、ガスタービン停止中に、商用電源により
ターボ冷凍機１５を運転して冷却流体を貯えるリザーバ
として機能し、ガスタービン及びターボ冷凍機１５が同
時運転の場合はクツションタンクとして機能し、更に、
系外で生成される冷却流体を供給側に加える場合又は消
費される冷却流体を受は取り側に加える場合には県外の
冷却流体との交換を行うに十分なバランス容量を備えて
バランスタンクとしての機能も有する。

又、図示はしないが、第９図の電動機駆動のターボ冷凍
機１５は、電動機の代りに、歯車装置及び嵌脱装置又は
嵌脱装置のみから成る伝達手段を介してタービン３から
動力を得るようにしてもよい。

第１０図はガスタービンと蒸気タービン駆動ターボ冷凍
機及び蒸気及び温水熱源の吸収冷凍機とを組み合わせた
系統を示している。

タービン３から出たタービン排気Ｃは、排熱回収、助燃
、再燃などのボイラで７で廃熱を回収され、ボイラ排気
ｆとして放出される。

ボイラ７への給水は、系外のプロセス・負荷側系統２４
からの戻り水と系内の戻り水Ｓ２とか使われ、ボイラ７
で蒸気ｇに転換される。

蒸気ｇは一部かプロセス・負荷側系統２４へ、残りの蒸
気ｇ、が系内冷凍系へ供給される。

蒸気ｇ、はまず背圧蒸気タービン２５でターボ冷凍機２
６を作動させた後、蒸気を熱源とする吸収冷凍機２２で
高温のトレン戻り水Ｓ、となり、更に、温水熱源吸収冷
凍機２３てより低温の戻り水Ｓ２となる。

この系統の特徴は、発生蒸気ｇを蒸気タービン２５、吸
収冷凍機２２．２３でシリーズ的に使用する点（トッピ
ングシステムと称す）で吸気冷却熱量を徹底的に取り出
すことにある。

第１０図の別の実施例として、ボイラ７からの蒸気ｇで
重圧又は復圧蒸気タービンを駆動し、この蒸気タービン
からの抽気でトッピングシステムを駆動するようにして
、蒸気タービンに連結された発電機からもエネルギを得
る構成にしてもよい。

又、第１０図の別の実施例として、トッピングシステム
の代りにボイラ７からの蒸気ｇの一部を利用した蒸気熱
源吸収冷凍機２２だけの構成、ボイラ温水を利用した温
水熱源吸収冷凍機２３だけの構成、ボイラ７からの蒸気
ｇを利用した蒸気タービン及び発電機と電動機駆動によ
る電動ターボ冷凍機との組み合わせ、又はボイラ７から
の蒸気ｇを利用した蒸気タービン及び発電機とその蒸気
タービンから抽気した蒸気ｇ１を利用する蒸気熱源吸収
冷凍機２２とそのドレン戻り水Ｓ１を利用した温水熱源
吸収冷凍機２３との組み合わせとすることもできる。

第１１図はガスタービン内熱源を利用した系統の例であ
る。即ち、圧縮機１の出口空気の一部である冷却空気ｅ
（又は圧縮機段間抽気）でタービン３の高温部品の冷却
を行っている系において、冷却空気冷却器５にて回収し
た冷却空気ｅからの熱を吸収冷凍機２３の熱源としてい
る。この例では、冷却塔２９を備えて、吸収冷凍機２３
の停止時又は低負荷時に、冷却器冷却流体Ｗを所用の供
給温度に制御している。

この第１１図の別な実施例として、冷却空気冷却器５の
代りに蒸発器、給水加熱器、熱媒気液分離ドラム、及び
その関連機器を設け、そこで発生された蒸気を熱源とし
て蒸気熱源吸収冷凍機を駆動するようにしてもよい。

又、冷熱貯槽Ｂに系外からの別途エネルギを受けるよう
に構成して、高負荷運用あるいはガスタービン停止で系
内熱源が使用できない場合に冷熱貯槽Ｂへの蓄熱操作を
行うようにすることができる。

更に、ガスタービン内熱源として潤滑油冷却器があり、
これに係る機器を併設することによって、別の温水熱源
吸収冷凍機を運用して吸気冷却流体を生成することもで
きる。

第１２図は吸気ラインに挿置される吸気冷却及び加温系
統が直列配列された構成及びその制御系統の構成の例を
示す。

機器構成としては吸気冷却部分及び吸気加温部分から戒
り、吸気冷却部分は吸気冷却器８、デミスタｌＯ１冷熱
貯槽Ｂ１、伝熱機器Ｈ１及び冷凍機系統Ｃを包含し、吸
気加温部分は加温用熱交換器１１゜温熱貯槽Ｇ１冷熱貯
槽Ｂ２、及び冷熱熱交換器４６を包含している。なお、
吸気冷却器８上流側の吸気ライン上にある符号４７は吸
気フィルタ・吸気消音器である。

系統制御手順として、モード指定及び目標出力指定があ
る。

モード指定の手順において、系続出力の特性曲線が例え
ば高効率特性を有する場合、低温制御が高効率の場合、
高温制御が高効率の場合等、系統の特性によって増出力
・減出力と吸気温度との兼ね合いが異なる。

このような高効率パターンの他、数パターンの吸気温度
−出力の関係を取り決めておき、モード指定によってパ
ターン選択を行う。

次に、吸気温度−出力の変更経路も数通り存在するので
モード指定により経路選択を行う。

但し、パターン・経路とも一種類に固定できる場合はこ
のモード指定は不要である。

目標出力指定の手順においては、モード指定で選ばれた
、吸気温度−出力の相関関係（パターン）上で目標出力
に対応する吸気温度が特定され、吸気温度ＴＣ２が吸気
温度制御系統りによってその特定値に調整される。系続
出力はその時々の吸気温度がいかなる値となってもガス
タービン制御系統Ｅにて正確に設定される。

ガスタービン制御系統Ｅはそれ単独にてガスタービンを
安定運転できるもので、−例を示すと、ガスタービン排
気温度ＴＣ，がベースロード等の運転制御範囲を守るよ
うに燃料制御弁Ｖ−１１にて燃料ｄの流量を加減した上
で目標出力に制御する、という方法が挙げられる。

運転出力が目標出力とずれる場合は必要に応じて吸気温
度にフィードバックし、目標温度を変更する。その変更
量は電算処理し、必要に応じて吸気温度−出力の相関関
係（パターン）を実情に合ったものに更新する。

吸気温度制御系統りはり１、Ｄ２の基本系統とＤ３〜Ｄ
、の制御調整系統で構成される。

系統り、はモード指定による吸気温度−出力の相関関係
（パターン）上で目標出力に対応する吸気温度ＴＣ，の
目標値を特定するとともに、加温用熱交換器１１への加
温流体の熱源を中温の冷熱貯槽Ｇとから温度調整に必要
な組み合わせ量にて流量配分（供給弁ｖ−６、戻り弁Ｖ
−１０）を行い、温度調整弁Ｖ−１によってＴＣ，の制
御を行う。冷熱貯槽Ｂ２と温熱貯槽Ｇとの流量配分は必
要に応じて、冷熱貯槽Ｂ２のみ又は温熱貯槽Ｇのみに完
全に切り替えてもよい。

中温水供給ポンプＰ−６及び温水供給ポンプＰ−５で送
り出された加温流体は温度調整弁Ｖ−１で加温用熱交換
器１１をバイパス制御する。このため中温水供給ポンプ
Ｐ−６及び温水供給ポンプＰ−５は一定循環運用である
。

系統Ｄ２は系統り、からの目標温度ＴＣ２とそのときの
吸気温度Ｔ、との相関を予め設定した減温・加温モード
と照合し、冷却目標温度ＴＣ，を特定するとともに吸気
冷却器８への吸気冷却流体の温度調整弁Ｖ−２によって
丁Ｃ，の制御を行う。

冷却流体供給ポンプＰ−１で送り出された冷却流体は温
度調整弁Ｖ−２で吸気冷却器８をバイパス制御する。こ
の冷却流体ポンプＰ−１も一定循環運用である。

系統Ｄｓは冷熱貯槽Ｂ１１槽のレベルＬＳ、の下限、温
度Ｔｅａの制御のために温度調整弁Ｖ−３を操作する。

系統Ｄ４は冷熱貯槽Ｂ１１のレベルＬＳ、の上限を温度
調整弁Ｖ−４で制御する。

系統り、は伝熱機器Ｈ内監視温度ＴＣ，及び送り出し温
度ＴＣ，を温度調整弁Ｖ−５で制御する。

系統り、は冷凍機系統Ｃの送り出し温度ＴＣ，を制御す
るために冷凍機系統Ｃを操作する。

系統Ｄ７は中温冷熱貯槽ＢａｔのレベルＬＳ２の下限、
温度ＴＣ，の制御のために温度調整弁Ｖ−８を操作する
。

系統り、は中温冷熱貯槽Ｂ２１のレベルＬＳ２の上限を
温度調整弁Ｖ−８で制御する。

系統り、は冷熱交換器４６の送り出し温度ＴＣ，を温度
調整弁Ｖ−９で制御する。冷熱貯＋ｌ＋＋から循環ポン
プＰ−４で送り出された冷却流体は冷熱熱交換器４６で
必要熱ｍを交換吸収した後、冷熱貯槽Ｂ１２へ送り戻さ
れる。

第１３図は吸気ラインにおける吸気冷却及び加温の能力
向上を図った別の実施例を示す。

第１３図の構成において、吸気量１１部分は冷媒気液分
離ドラム３８、冷媒蒸発伝熱管３９、及びターボ冷凍機
１５を包含し、吸気加温部分は加温用熱交換器１１′、
中温冷熱貯槽Ｂ２、蒸発器４０、加温用熱交換器１１及
び温熱貯槽Ｇ、を包含している。なお、本例では冷凍機
としてターボ冷凍機１５を使用しているが、他の型式の
冷凍機でもよい。又、冷凍機冷却水を加温用に使用して
いる関係で温熱貯槽Ｇ１、凝縮器４２の系統が加わって
いる。

系統制御手順は第３０図の例と共通であり、吸気温度制
御系統りの基本系統Ｄ＋、Ｄａ及び制御調整系統Ｄ７〜
Ｄ、も共通の思想によっている。

この系統において、凝縮器４２の冷却水には冷熱貯槽Ｇ
、へ回収熱を供給し、加温用熱交換器１１又は冷却塔１
２を使用する制御調整系統り、。によって所定値ＴＣ，
。に冷却された後、凝縮器４２に循環使用される。冷却
水は循環ポンプＰ−９で移迭され、凝縮器４２への冷却
水温度ＴＣ，，はバイパス弁Ｖ−１２によって制御され
る。ＴＣ，。が既定値上昇するときは冷却塔１２とバイ
パス弁■−１３とを使用して調整制御を行つ。

大気温度Ｔ１及び冷却温度ＴＣ，に対するＴＣ，との差
を加温するが、加温量の小さいときは温度調整弁Ｖ−Ｉ
Ａのバイパス制御で加温用熱交換器１１′を使用し、更
に加温が必要な場合は加温用熱交換器１１を温度調整弁
Ｖ−１でバイパス制御して所定のＴＣ，を得る。

加温熱源は冷凍機冷却水の温熱貯槽Ｇ１と更に高温の温
熱貯槽Ｇの２種であり、加温量の小さいときは温熱貯槽
Ｇ、から、加温量か増加するに従って温熱貯槽Ｇからも
混入を行えるよう供給弁Ｖ−６と戻り弁Ｖ〜１０で流量
配分を行う。

第１４図はガスタービン圧縮機の吸気ラインに設置され
る吸気冷却及び吸気加温部分を平行に構成した例の吸気
バイパス系統制御を示している。

第１４図において、冷却ダクトにダンパ弁４８．４９か
設けられ、加温ダクトにはダンパ弁５０．５１が設けら
れて各吸気ａＩ＋　　ａ＝の流量を按分するようにして
いる。これら冷却ダクト側ダンパ弁４８．４９及び加温
ダクト側ダンパ５０．５１の開閉操作は、ガスタービン
の吸気圧力損失が過大とならないよう相互に連動されて
いる。

機器構成としては、吸気冷却部分は吸気冷却器８、デミ
スタＩＯ１及び図示はしないが冷熱貯槽Ｂｌ。

伝熱機器Ｈ及び冷凍機系統Ｃ１それに吸気温度制御系統
りの基本系統ＤＩ、　Ｄ２及び制御調整系統Ｄ３〜Ｄ６
を包含し、吸気加温部分は加温用熱交換器１１゜及び図
示はしないが温熱貯槽Ｇ１、冷熱貯槽Ｂ２及び冷熱熱交
換器４６、それに吸気温度制御系統りの基本系統Ｄ８及
び制御調整系統Ｄ７〜Ｄ、を包含している。

系統り、では、特定のＴＣ，、ＴＣ，、ＴＣ”及び吸気
量の按分特定値を設定し、更に各ダンパ弁に対する操作
信号を発信する。ＴＣ２が特定値に合致しないときは、
按分特定値又は特定値ＴＣ”、　ＴＣ，の変更を行うよ
うにしたフィードバック機能が作用する。

発明の効果 本発明のガスタービン設備によれば、以下のような効果
を奏することができる。

（１）ガスタービン設備を望み得る最大の性能（出力、
効率）に維持することができる。

即ち、積極的に高性能（高出力、高効率）を発揮するた
めに最適の吸気温度−出力の相関関係（パターン）を決
めて、吸気温度を制御するので、ガスタービン設備の効
率は定格一部分負荷の全出力域で最高効率点を保持でき
る。

一方、吸気温度は大気温度よりも冷却する場合と加温す
る場合との両方に対応できるダクト構成、機器構成とし
ているので、現実の大気温度変化幅よりも低温域、高温
域を拡張でき、吸気温度の自由な制御が可能である。

（２）ガスタービン設備の性能が吸気温度特性を持つの
で、高温の夏季あるいは砂漠・熱帯地方で性能（出力、
効率）か低下する場合は、吸気温度の下げ幅を調整する
ことによって低下傾向を緩和することかできる。

又、ガスタービン設備の性能が長時間使用で経時的に低
下する場合も同様に吸気温度の下げ幅の調整で低下傾向
の緩和が図れる。例えば、中近東や東南アジアでは設計
気温か３０〜４０°Ｃであるため、本来の１５℃設計標
準品だと設備費が割高となってしまうが、本発明によれ
ば、 ａ、１５℃標準温度あるいはＯ−１，５℃の低温域での
高性能を設計値として提供できる、 ｂ　更に、年間を通じて一定出力（しかもガスタービン
はベース運用）に保持できる、 等の技術的にも経済的にも優れたものとすることができ
る。

（３）タービン入口温度を一定（ベース、設計値）にし
たままでガスタービン設備の性能（出力、効率）を高め
ることができ、ピーク運転やシステムリザーブ（短期最
大）運転のようにタービン入口温度を上昇させる場合の
ようなタービン寿命の消耗は起らない。

（４）冷熱源が電動ターボ冷凍機による場合、電力の貯
蔵ができる。即ち、電動ターボ冷凍機によって余剰電力
を冷熱に転換し、冷水（氷も含む）、ブラインあるいは
冷媒の形で貯蔵する。電力が必要なときに、この冷熱を
冷却流体によってガスタービンに時間差供給し、吸気冷
却することで系統性能（出力、効率）を向上させること
ができる。

例えば夜間電力を貯蔵して昼間に系続出力を高めること
が可能であり、この場合、経済上の効果も非常に大きい
。

（５）冷却流体の時間差供給、同時供給のいずれにおい
ても冷熱に転換したエネルギ以上の電力エネルギを系統
から取り出せる。例えば、ｒｓｏ　　（大気温度１５°
Ｃ）で１０．０００ｋＷの定格出力を発揮するガスター
ビンは、大気温度３０℃では出力が低く、８．９００ｋ
Ｗとなるか、１２０ｋＷの電動ターボ人力で吸気温度を
１５℃とすることにより、１０，０ＯＯｋＷに、２５０
ｋＷの電動ターボ人力で０℃吸気とすることにより１１
．２００ｋＷにもなり、それぞれ１，１００ｋＷ、　　
２，３００ｋＷの電力増強となる。

（６）吸気冷却流体をもって出力増強（電力、駆動力）
を図ることができるが、その冷却流体を作るエネルギ源
は、余剰電力、余剰蒸気、余剰温水、系内の冷却損失（
回収熱として）、系外の蒸気・温水なと、多種多様なも
のが使用でき、これらを蓄積して利用する場合は一種類
のエネルギ量か多量である必要はない。

（７）吸気冷却により水噴射あるいは蒸気噴射に相当す
る出力、効率の増強やＮＯｘ低減が図れる。特に嵩湿度
の時期や地方に有効で、噴射水や蒸気を別途投入するこ
となく水分（湿分）が得られるため、噴射ラインが不要
あるいは少量化できる。

（８）吸気冷却部の平行ダクト構成では、不要の伝熱管
側のダクトを閉止できる点、及びダクト混用の場合は一
方のダクトだけを使用するときよりもダクト内流速が減
る点から、直列配列に比べて圧力損失を小さくできる。

又、平行ダクト混用の場合は、圧縮機入力空気温度制御
要因が、吸気冷却流体、（温度、流量）及び吸気加温流
体（温度、流量）の他に、ダクト間空気量配分が付加さ
れ、より木目の細かな吸気温度制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明によるガスタービン設備の
実施例を示し、第５図は系統制御の構成図、第６図は系
統の制御特性図、第７図はガスタービンの特性図、第８
図は吸気温度処理の構成図、第９図は電動ターボ冷凍機
併設ガスタービンの系統図、第１０図は蒸気タービン駆
動ターボ冷凍機併設ガスタービンの系統図、第１１図は
ガスタービン内熱源（冷却空気）利用系統図、第１２図
及び第１３図は系統制御の全体構成図、第１４図は吸気
バイパス系統制御の全体構成図、第１５図は従来のガス
タービン及びコンバインドを示す構成図、第１６図は従
来のガスタービンの性能特性図、第１７図は従来のコン
バインドプラントの性能特性図である。 １・・圧縮機、２・・燃焼器、３・・タービン、４・・
発電機、５・・冷却空気冷却器、７・・ボイラ、８・・
吸気冷却器、ｌＯ・・デミスタ、１１’１１・・加温用
熱交換器、１２・・冷却塔、１５・・ターボ冷凍機、１
６・・電動機、２２．２３・・吸収冷凍機、２４・・プ
ロセス・負荷側系統、２５・・蒸気タービン、２６・・
ターボ冷凍機、２９・・冷却塔、４０・・蒸発器、４２
・・凝縮器、４６・・冷熱熱交換器、４７・・吸気フィ
ルタ・吸気消音器、４８．４９．５０゜５１・・ダンパ
弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ガスタービン圧縮機の吸気ラインに熱交換器を設け
   、この熱交換器の冷却媒体として冷凍機からの低温流体
   を供給するようにし、かつ前記低温流体の制御を行って
   前記圧縮機への吸気温度の制御を行う制御手段を有して
   いることを特徴とするガスタービン設備。 ２　請求項１記載のガスタービン設備において、冷凍機
   と熱交換器との間に冷熱貯槽を追設したことを特徴とす
   るガスタービン設備。 ３　請求項２記載のガスタービン設備において、熱交換
   器と圧縮機との間又は熱交換器と平行に加温用熱交換器
   を設け、かつこの加温用熱交換器に接続された温熱貯槽
   を有していることを特徴とするガスタービン設備。