JPH10159586A - ガスタービン発電設備の運転方法およびガスタービン発電設備 - Google Patents

ガスタービン発電設備の運転方法およびガスタービン発電設備

Info

Publication number
JPH10159586A
JPH10159586A JP31804296A JP31804296A JPH10159586A JP H10159586 A JPH10159586 A JP H10159586A JP 31804296 A JP31804296 A JP 31804296A JP 31804296 A JP31804296 A JP 31804296A JP H10159586 A JPH10159586 A JP H10159586A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
compressor
gas turbine
air compressor
air
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.)
Pending
Application number
JP31804296A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroharu Hayashi
弘治 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Steel Corp filed Critical Kawasaki Steel Corp
Priority to JP31804296A priority Critical patent/JPH10159586A/ja
Publication of JPH10159586A publication Critical patent/JPH10159586A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービンでの部分負荷時におけるエネル
ギーロスを回避し得る、ガスタービン発電設備の運転方
法を提案する。 【解決手段】 ガスタービンの同軸上に、ガス圧縮機、
空気圧縮機および発電機をそなえるガスタービン発電設
備において、ガス圧縮機および空気圧縮機の容量を調整
するに当たり、該ガス圧縮機および空気圧縮機での吸い
込み量をそれぞれ制御するとともに、ガス圧縮機および
空気圧縮機の回転軸の回転数を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンの同
軸上にガス圧縮機、空気圧縮機および発電機を有するガ
スタービン発電設備の有利な運転方法, とくに部分負荷
時における高効率運転のための方法およびその方法の実
施に当たって用いるガスタービン発電設備に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、ガスタービンは、圧縮−加熱
(燃焼)−膨張−放熱の等圧燃焼サイクルを利用したも
のである。このガスタービンによる発電、例えば一軸式
の燃料ガス焚き式ガスタービンを用いた発電は、図1に
示すように、ガスタービン1の回転軸2に、ガス圧縮機
3および空気圧縮機4、そして発電機5を直結し、それ
ぞれを回転駆動することによって、ガス圧縮機3および
空気圧縮機4にて昇圧したガス燃料および空気をガスタ
ービン1に供給して行う。すなわち、ガスタービン1に
供給されたガス燃料および空気は、ガスタービン1にて
燃焼、そして膨張することによって、ガスタービン1の
回転軸2を回転させ、この回転力を利用して発電機5で
発電が行われる。
【0003】ここで、ガス圧縮機3は、燃料ガスを収容
したガスホルダー6と、吸い込みベ−ン7を介して接続
され、吸い込みベ−ン7による流量調整の下に、ガスホ
ルダー6からガス圧縮機3へ燃料ガスが導入される。そ
して、ガス圧縮機3で昇圧した燃料ガスはガスタービン
1に導かれるが、この導入経路に分岐管8を設けて、必
要に応じて燃料ガスを吸い込みベ−ン7の入側に戻して
いる。同様に、空気圧縮機4には、吸い込みベ−ン9に
よる流量調整の下に、空気が導入され、空気圧縮機4で
圧縮した空気をガスタービン1に供給している。
【0004】上記構成のガスタービン発電設備におい
て、燃料ガスの不足が生じた場合 (例えば、製鉄所に設
置したガスタービン発電設備に対する燃料ガス発生源の
高炉が休風したような場合等) 、ガスタービン1が部分
負荷の状態になるが、この時、ガス圧縮機3および空気
圧縮機4もガスタービン1の部分負荷の状態に対応して
それらの容量を適切に調整してやる必要がある。この場
合、ある程度の変化までは、ガス圧縮機3または空気圧
縮機4の入側の吸い込みベーン7または10によって、
該ガス圧縮機3と空気圧縮機4の容量を調整して対処で
きるが、さらに大きな幅で負荷特性が変動すると、前記
吸い込みベーン7による制御範囲を超えるため、例えば
燃焼に必要とする以上の燃料ガスは、上記した分岐管8
を介して、吸い込みベ−ン7の入側からガスホルダー6
等に、減圧減温して戻している。
【0005】一方、空気圧縮機4は、制御方法が簡単で
設備コストも低いことが必要条件であることから、ガス
圧縮機3の分岐管8に相当する部分を持たないベーン制
御型のものが使用され、そのままガスタービンの燃焼室
内に流入させるのが普通であり、結果的に負荷変動時の
空気比が高くなり、燃焼効率が低下することは避けられ
ない。
【0006】すなわち、ガスホルダー6側に戻した燃料
ガスの圧縮動力分のエネルギーロスが生じることや、燃
焼効率の低下により、例えば、定格以上の運転でのガス
タービンの運転に比べて、ガスタービン出力当たりのガ
ス圧縮機と空気圧縮機の動力の比率が高くなり、このた
め負荷変動時の効率が低下する問題があった。
【0007】そこで、特開平4−187831号公報に
は、ガスホルダー側に戻す燃料ガスをガスタービンとは
別に設けた膨張タービンに導いて、この膨張タービンに
よって補助空気圧縮機を作動し、圧縮空気をガスタービ
ンに供給してガスタービンの燃焼を助成することが、提
案されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
提案では、ガスタービンの設備列とは別に膨張タービン
および補助空気圧縮機を設ける必要があり、設備コスト
が嵩むところが不利であった。また、この提案は、ガス
カロリーが変化した時に、ガス空気圧縮機のバランスが
くずれた時の燃料圧縮機の容量調整法に関する技術であ
ることから、同一ガスカロリー下における部分負荷時の
対策にはならない。即ち、このような場合、空気比が同
じであるため、膨張タービンで発生した空気を燃料圧縮
機に戻して燃焼させることができないからである。つま
り、上記の提案は、ガスカロリーが変わった時のみの制
御方法であり、同一カロリーのときにおける部分負荷の
場合には適用できない方法である。
【0009】そこで、本願発明の目的は、ガスタービン
での部分負荷時のエネルギーロスを回避し得る、ガスタ
ービン発電設備の運転方法を提案するとともに、この方
法を既存の設備に対して僅かの変更を加えることによっ
て実現し得る設備を提供しようとするところにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】発明者らは、ガスタービ
ンの負荷変動, すなわち、部分負荷性能の著しい変動に
際して、ガス圧縮機および空気圧縮機の入側の各吸い込
みベ−ンによる流量制御のみでは吸収し切れない場合、
燃料ガスをガス圧縮機入側に戻す結果、空気量過剰で高
空気比の燃焼になり、エネルギー効率が低下していた問
題に対して、このエネルギー効率の低下を抑制するため
に、ガス圧縮機および空気圧縮機の容量調整を、そのガ
スタービン負荷に応じて行うために、上記吸い込みベー
ン制御に、ガス圧縮機および空気圧縮機の回転数制御を
併用することが、その制御範囲を広げ、負荷変動時のガ
スタービン燃焼空気比を理想状態に近づけ、従来戻して
いた燃料ガスを少なくするかあるいは皆無にすることが
でき、しかもガス圧縮機および空気圧縮機の軸動力が軽
減されるとともに、負荷変動時のガスタービンの効率が
向上して発電出力の増加が見込めることを見出した。
【0011】すなわち、本発明は、ガスタービンの同軸
上に、ガス圧縮機、空気圧縮機および発電機をそなえる
ガスタービン発電設備において、ガス圧縮機および空気
圧縮機の容量を調整するに当たり、該ガス圧縮機および
空気圧縮機での吸い込み量をそれぞれ制御するととも
に、ガス圧縮機および空気圧縮機の回転軸の回転数を制
御することを特徴とするガスタービン発電設備の運転方
法である。
【0012】また、本発明の方法には、ガスタービンの
同軸上に、ガス圧縮機、空気圧縮機および発電機を配置
したガスタービン発電設備であって、該ガス圧縮機およ
び空気圧縮機と、ガスタービンとの間に、ガス圧縮機お
よび空気圧縮機の回転軸の回転数をガスタービンとは独
立に制御する、回転制御装置を設置してなるガスタービ
ン発電設備を、使用することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】さて、本発明の発電設備は、図2
に示すように、図1に示した設備において、ガス圧縮機
3および空気圧縮機4とガスタービン1との間に、ガス
圧縮機3および空気圧縮機4の回転軸の回転数(以下、
単に回転数という)を制御する、回転制御装置10を設
けたところに特徴がある。なお、この回転制御装置10
は、空気圧縮機4およびガスタービン1と、それぞれカ
ップリング11を介して連結され、ガス圧縮機3および
空気圧縮機4の回転数をガスタービン1の回転軸回転数
とは独立して制御する。
【0014】ここで、回転数制御装置10は、例えば流
体継手や油圧クラッチ等を用いることができ、ベーン制
御と併用してガス、空気圧縮機の容量調整を行い、ガス
タービン燃焼に必要最小限のガス、空気条件を設定する
ことが可能となり、リターンガス量を削減するととも
に、ガス、空気圧縮機の軸動力を軽減し、ガスタービン
の部分負荷効率を向上させるものである。
【0015】すなわち、ガスタービン発電設備が定格負
荷で運転しているときは、定格回転数、例えば3600rpm
で全ての機械(ガスタービン、空気圧縮機、ガス圧縮
機、発電機)が動作している。ここで、部分負荷が発生
すると、ガスタービンに必要なガス量、空気量が減少
し、これに応じた最適な空気比で燃焼するために、駆動
側であるガスタービンの回転数と発電機の回転数はその
ままで、空気圧縮機とガス圧縮機の回転数を変化、例え
ば、ガスタービンおよび発電機の回転数:3600rpmに対
して、ガス圧縮機および空気圧縮機の回転数を3000rpm
に変更する。すると、ガス圧縮機および空気圧縮機の容
量が変化し、ベーン制御だけでなく、各圧縮機の回転数
の変化にて軸動力が低下する結果、ガスタービンからの
軸動力は軽減され、部分負荷時の熱効率は向上し、発電
増加の効果が得られる。
【0016】従って、吸い込みベーン制御のみによるガ
ス圧縮機および空気圧縮機の容量調整に比較して、ガス
圧縮機および空気圧縮機の回転数制御を吸い込みベーン
制御に併用した場合、ガス圧縮機および空気圧縮機の容
量調整範囲が広くなるのである。
【0017】なお、部分負荷時における、空気圧縮機お
よびガス圧縮機の回転数変更は、例えば、部分負荷時に
最適の圧力比, 空気比に応じて必要な回転数とベーン開
度を求めておき、この値に従って、行うことができる。
【0018】また、本発明の方法に使用する設備として
は、ガス圧縮機や空気圧縮機をガスタービン本体から、
別に配置し、電動機等で駆動する形式も考えられるが、
電動機等の効率を考慮すると、定格負荷時のガスタービ
ンのシステムの効率が低下する問題があるため、不適当
である。これに対して、本発明の設備は、定格時は、ガ
スタービン、空気圧縮機、ガス圧縮機を完全に直結する
ことが可能で、定格時の効率の維持と部分負荷時の効率
をも高く維持することができる。
【0019】さらに、図2は、ガスタービン1とガス圧
縮機3および空気圧縮機4との間に回転制御装置10を
設けた例示であるが、さらにガス圧縮機3と空気圧縮機
4との間にも回転制御装置を増設して、ガス圧縮機3お
よび空気圧縮機4の回転数を別に制御することも可能で
ある。
【0020】
【実施例】図2に示したガスタービン発電設備を用い
た、ガスタービン出力:92Mwの運転において、燃焼
負荷が100%未満に変動した際、ガス圧縮機3および
空気圧縮機4の回転数を、最適の圧力比, 空気比となる
ようなベーン開度に応じて制御した。なお、上記の回転
制御装置10には、油圧クラッチを使用した。また、比
較例として、同様の制御を吸い込みベーン制御のみによ
る方法を行った。
【0021】図3に、各燃焼負荷率における発電量を示
すように、ガス圧縮機および空気圧縮機の回転数制御と
吸い込みベーン制御との併用により、ガスタービン負荷
変動時のエネルギーロスの削減ができ、発電量の増加が
得られた。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、ガスタービンの部分負
荷時の必要ガス量に応じたガス、空気圧縮機の運転が実
現でき、ガス、空気圧縮機の軸動力が低減される結果、
ガスタービンの部分負荷時のエネルギーロスを削減で
き、それによる発電量の増加が見込める。また、本発明
の設備によれば、定格時には、ガスタービン、ガス圧縮
機および空気圧縮機を完全に直結状態にすることがで
き、定格時のガスタービンの効率をも維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のガスタービンの構成を示す模式図であ
る。
【図2】本発明のガスタービンの構成を示す模式図であ
る。
【図3】各燃焼負荷率と発電量との関係を示すグラフで
ある。
【符号の説明】
1 ガスタービン 2 回転軸 3 ガス圧縮機 4 空気圧縮機 5 発電機 6 ガスホルダー 7 吸い込みベーン 8 分岐管 9 吸い込みベーン 10 回転制御装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガスタービンの同軸上に、ガス圧縮機、
    空気圧縮機および発電機をそなえるガスタービン発電設
    備において、ガス圧縮機および空気圧縮機の容量を調整
    するに当たり、該ガス圧縮機および空気圧縮機での吸い
    込み量をそれぞれ制御するとともに、ガス圧縮機および
    空気圧縮機の回転軸の回転数を制御することを特徴とす
    るガスタービン発電設備の運転方法。
  2. 【請求項2】 ガスタービンの同軸上に、ガス圧縮機、
    空気圧縮機および発電機を配置したガスタービン発電設
    備であって、該ガス圧縮機および空気圧縮機と、ガスタ
    ービンとの間に、ガス圧縮機および空気圧縮機の回転軸
    の回転数をガスタービンとは独立に制御する、回転制御
    装置を設置してなるガスタービン発電設備。
JP31804296A 1996-11-28 1996-11-28 ガスタービン発電設備の運転方法およびガスタービン発電設備 Pending JPH10159586A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31804296A JPH10159586A (ja) 1996-11-28 1996-11-28 ガスタービン発電設備の運転方法およびガスタービン発電設備

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31804296A JPH10159586A (ja) 1996-11-28 1996-11-28 ガスタービン発電設備の運転方法およびガスタービン発電設備

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH10159586A true JPH10159586A (ja) 1998-06-16

Family

ID=18094854

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP31804296A Pending JPH10159586A (ja) 1996-11-28 1996-11-28 ガスタービン発電設備の運転方法およびガスタービン発電設備

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH10159586A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014141483A1 (ja) * 2013-03-15 2014-09-18 株式会社日立製作所 ガスタービン設備
US11441488B2 (en) 2020-01-10 2022-09-13 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation Gas turbine power generation system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014141483A1 (ja) * 2013-03-15 2014-09-18 株式会社日立製作所 ガスタービン設備
JP5951885B2 (ja) * 2013-03-15 2016-07-13 株式会社日立製作所 ガスタービン設備
JPWO2014141483A1 (ja) * 2013-03-15 2017-02-16 株式会社日立製作所 ガスタービン設備
US11441488B2 (en) 2020-01-10 2022-09-13 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation Gas turbine power generation system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5799484A (en) Dual turbogenerator auxiliary power system
JP3162479B2 (ja) ガス/蒸気複合動力プラント
JP4923014B2 (ja) 2軸式ガスタービン
CA1229493A (en) Fluid injection gas turbine engine and method for operating
EP0699272B1 (en) High efficiency multi-shaft reheat turbine with intercooling and recuperation
US6615585B2 (en) Intake-air cooling type gas turbine power equipment and combined power plant using same
JPH04159402A (ja) コンバインドサイクル発電プラント
JP5143060B2 (ja) 2軸ガスタービン
US20130318965A1 (en) Supercharged Combined Cycle System With Air Flow Bypass To HRSG And Hydraulically Coupled Fan
CN105587351A (zh) 发电站设备及其运行方法
US3394265A (en) Spinning reserve with inlet throttling and compressor recirculation
US4920276A (en) Heat-and-electricity supply system
JP3677536B2 (ja) ガスタービン発電制御装置
EP0735254A1 (en) Cycle for steam cooled gas turbines
US20070077459A1 (en) Compressor-expander with high to idle air flow to fuel cell
CN210003340U (zh) 一种多级膨胀发电机启动阶段排气调节系统
JPS60261905A (ja) 蒸気タービンのグランドシール制御装置
EP1548236A2 (en) Two-shaft gas turbine control method, two-shaft gas turbine, and two-shaft gas turbine control system
US6751940B1 (en) High efficiency gas turbine power generator
JPH10159586A (ja) ガスタービン発電設備の運転方法およびガスタービン発電設備
CN114439559B (zh) 一种汽轮机发电机组凝汽式与高背压相互切换的供热方法
CA1298615C (en) Gas turbine unit for combined production of electricity and heat and method for operating such unit
JPH0650105A (ja) 部分周蒸気タービンの熱消費率改善方法
JPH04187831A (ja) 燃料ガス焚き式ガスタービンへの燃料ガスおよび空気の供給制御装置
JP3177767B2 (ja) コンバインド発電プラントの起動/停止方法