ガスタービンプラント
【課題】全体のエネルギー効率の低下を抑えつつ純水を生成することが可能なガスタービンプラントを提供する。
【解決手段】ガスタービンプラント１は、圧縮機２ａ及びタービン２ｃを有するガスタービン２と、タービン２から排出される排ガスＧ１を利用するタービン排ガス利用手段３と、復水器１２及び復水器１２と連通して内部を負圧状態に設定されたボイラ本体１１を有し、タービン排ガス利用手段３で利用後の排ガスの熱を利用してボイラ本体１１で蒸気を生成し、復水器１２で蒸気から水を生成する水生成手段１０とを備える。
【解決手段】ガスタービンプラント１は、圧縮機２ａ及びタービン２ｃを有するガスタービン２と、タービン２から排出される排ガスＧ１を利用するタービン排ガス利用手段３と、復水器１２及び復水器１２と連通して内部を負圧状態に設定されたボイラ本体１１を有し、タービン排ガス利用手段３で利用後の排ガスの熱を利用してボイラ本体１１で蒸気を生成し、復水器１２で蒸気から水を生成する水生成手段１０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンを備えるガスタービンプラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機、燃焼器及びタービンを基本構成とするガスタービンを備えたガスタービンプラントでは、タービンから排出される排熱を利用した排熱利用設備を備えるものが知られている。具体的には、例えば、排熱利用設備としてボイラを備えるとともに、このボイラで生成された蒸気を利用する蒸気タービンを備えたガスタービンプラントが知られている。このようなガスタービンプラントでは、ガスタービンを稼働させるとともに、タービンの排熱を利用して、蒸気タービンにより発電を行うことが可能である。そして、排熱を利用して電気エネルギー等さらにエネルギーを生成することができるので、全体としてエネルギー効率の向上を図ることができる。
【０００３】
また、排熱利用設備としてボイラを含む水生成設備を備えたガスタービンプラントが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなガスタービンプラントでは、排熱を利用して純水を生産することができる。このように生産された純粋は、プラント内において例えば出力増大を目的としてガスタービンに供給され、あるいは、プラント外に、例えば洗浄などの用途を目的として供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−７０８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたガスタービンプラントでは、水の気化熱としてタービンの排熱が利用されてしまうため、前述の蒸気タービンを備えたもののようにエネルギー効率の向上を図ることができなくなってしまう問題があった。また、生産した純水をガスタービンに供給することで出力増大を図るものとしても、純水を生産するのに上記のとおりタービンの排熱を利用してしまっているので、結果として十分なエネルギー効率の向上を図ることができない。また、前述の蒸気タービンを備えたガスタービンプラントにおいて、蒸気タービンに蒸気を供給するボイラで生成される蒸気の一部を水生成に利用することも考えられるが、この場合にも結局蒸気タービンで利用可能な蒸気の一部を消費することとなってしまい、全体のエネルギー効率が低下してしまうこととなる。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、全体のエネルギー効率の低下を抑えつつ純水を生成することが可能なガスタービンプラントを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明のガスタービンプラントは、圧縮機及びタービンを有するガスタービンと、前記タービンから排出される排ガスを利用するタービン排ガス利用手段と、復水器及び該復水器と連通して内部を負圧状態に設定されたボイラ本体を有し、前記タービン排ガス利用手段で利用後の排ガスの熱を利用して前記ボイラ本体で蒸気を生成し、前記復水器で該蒸気から水を生成する水生成手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
この構成によれば、タービンから排出される排ガスを利用するタービン排ガス利用手段で利用後の排ガスの熱を利用して水生成手段によって水を生成する。このため、水生成手段による水の生成の影響を受けること無く、タービン排ガス利用手段によってタービンから排出される排ガスに含まれる熱を有効に利用することができ、全体のエネルギー効率の低下を抑えることができる。一方、水生成手段では、復水器によって負圧状態に設定されたボイラ本体によって負圧環境下において蒸気を生成するため、タービンの排ガスを利用した後にタービン排ガス利用手段で利用後の排ガスの熱による比較的低い温度の熱でも効率良く蒸気を生成することができ、これにより復水器で水を生成することができる。
【０００９】
本発明のガスタービンプラントは、圧縮機及びタービンを有するガスタービンと、前記圧縮機から生成される圧縮流体を冷却する冷却手段と、復水器及び該復水器と連通して内部を負圧状態に設定されたボイラ本体を有し、前記圧縮流体を冷却することにより発生する熱を利用して前記ボイラ本体で蒸気を生成し、前記復水器で該蒸気から水を生成する水生成手段とを備えることを特徴としている。
【００１０】
この構成によれば、圧縮機から生成される圧縮流体を冷却する際に発生する熱を利用して水生成手段によって水を生成する。このため、水生成手段による水の生成の影響を受けること無く、タービンから排出される排ガスに含まれる熱を別途有効に利用することができ、全体のエネルギー効率の低下を抑えることができる。一方、水生成手段は、復水器によって負圧状態に設定されたボイラ本体によって負圧環境下において蒸気を生成するため、圧縮機で生成された圧縮流体を冷却した際発生する熱による比較的低い温度の熱でも効率良く蒸気を生成することができ、これにより復水器で水を生成することができる。また、圧縮流体を冷却した際に発生する熱エネルギーを有効利用することができ、全体のエネルギー効率の向上も図ることができる。
【００１１】
また、上記のガスタービンプラントにおいて、前記水生成手段は、前記ボイラ本体に水を供給する給水管に設けられて開閉自在のボイラ入口バルブと、前記ボイラ本体と前記復水器との間に設けられて開閉自在のボイラ出口バルブと、生成する必要水量、前記ボイラ本体で利用される前記熱を含み蒸気を生成するために前記ボイラ本体に供給される供給ガスの温度、及び、前記復水器内の圧力に基づいて前記ボイラ入口バルブ及び前記ボイラ出口バルブの開度を制御するボイラ制御手段とを有することが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、ボイラ制御手段によって、必要水量、供給ガスの温度及び復水器内の圧力に基づいてボイラ入口バルブ及びボイラ出口バルブの開度を制御することで、ボイラ本体内部の圧力を調整して、給水管からボイラ本体へ必要水量に応じた水量の水を供給し、また、ボイラ本体から復水器へ必要水量に応じた蒸気を送り出し、復水器で水を生成することができる。
【００１３】
さらに、上記のガスタービンプラントにおいて、前記ボイラ制御手段は、前記必要水量に基づいて前記供給ガスと生成する蒸気との温度差として要求されるピンチ温度を演算するピンチ温度演算部と、該ピンチ温度演算部で演算された前記ピンチ温度及び前記供給ガスの温度に基づいて、前記ボイラ本体内で発生させるべきボイラ圧力を演算するボイラ圧力演算部と、該ボイラ圧力演算部で演算された前記ボイラ圧力及び前記必要水量に基づいて、前記ボイラ入口バルブの開度を演算し該ボイラ入口バルブの開度を制御する入口バルブ制御部と、前記ボイラ圧力演算部で演算された前記ボイラ圧力、前記必要水量及び前記復水器内の圧力に基づいて、前記ボイラ出口バルブの開度を演算し該ボイラ出口バルブの開度を制御する出口バルブ制御部とを具備することが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、ピンチ温度演算部で必要水量に対応した量の蒸気をボイラ本体で生成するのに要求される供給ガスと生成する蒸気との温度差であるピンチ温度を求め、ボイラ圧力演算部でこのピンチ温度と供給ガスの温度とに応じたボイラ圧力を求めることができる。そして、入口バルブ制御部では、このボイラ圧力と必要水量とに基づいてボイラ入口バルブの開度を演算し制御することで、ボイラ本体内と供給側との圧力差を考慮して、生成すべき蒸気の量に応じた水を給水管からボイラ本体へ供給することができる。また、出口バルブ制御部では、ボイラ圧力、必要水量及び復水器の圧力に基づいてボイラ出口バルブの開度を演算し制御することで、ボイラ本体内と復水器内との圧力差を考慮して、生成すべき量の蒸気をボイラ本体から復水器へ送り出すことができる。
【００１５】
また、上記のガスタービンプラントにおいて、前記ガスタービンの必要出力に基づいて前記必要水量を演算する必要水量演算手段を備え、前記水生成手段で生成される水の少なくとも一部が前記ガスタービンに供給されることが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、必要水量演算手段によって、ガスタービンの必要出力に応じた必要水量を演算することができ、演算した必要水量に基づいて水生成手段で水を生成し、その一部をガスタービンに供給することで、ガスタービンによって効率良く必要出力分の出力を発生させることができる。
【００１７】
また、上記のガスタービンプラントにおいて、蒸気タービンを備え、前記タービン排ガス利用手段は、該蒸気タービンに供給する蒸気を生成する蒸気生成手段であることが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、蒸気生成手段によってタービンの排ガスを利用して蒸気を生成し、これにより蒸気タービンを駆動させることができるとともに、蒸気生成手段から排出される熱を利用して水生成手段によって水を生成することができる。
【００１９】
また、上記のガスタービンプラントにおいて、前記タービン排ガス利用手段は、前記排ガスによって流体を加熱して熱利用設備に供給する熱交換器であるものとしても良い。
【００２０】
この構成によれば、熱交換器でタービンの排ガスによって流体を加熱して熱利用設備に供給することで、熱利用設備で排ガスに含まれる熱を有効に利用することができるとともに、熱交換器で流体を加熱した後の低温となった排ガスの熱を利用して水生成手段によって水を生成することができる。
【００２１】
また、上記のガスタービンプラントにおいて、前記水生成手段は、前記冷却手段を兼ねて、前記圧縮流体を冷却しつつ、該圧縮流体の熱を利用して前記ボイラ本体で蒸気を生成することが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、水生成手段が冷却手段を兼ねて、圧縮流体を冷却しつつ、該圧縮流体の熱を利用して前記ボイラ本体で蒸気を生成することで、全体のエネルギー効率の低下を抑えつつ水を生成することができるとともに、装置構成の簡略化、装置コストの低減を図ることができる。
【００２３】
また、上記のガスタービンプラントにおいて、前記ガスタービンは、前記圧縮機を複数段有し、前記冷却手段は、複数段の前記圧縮機間の中間冷却を行うことが好ましい。
【００２４】
この構成によれば、冷却手段によって複数段の圧縮機間の中間冷却を効果的に行いつつ、その際に発生する熱を有効利用して水生成手段によって水を生成することができる。
【００２５】
また、上記のガスタービンプラントにおいて、前記ガスタービンは、前記圧縮機から抽気して前記タービン内部の冷却を行う冷却経路を有し、前記冷却手段は、前記冷却経路を流通する冷却ガスの冷却を行うものとしても良い。
【００２６】
この構成によれば、冷却手段によって冷却経路を流通する冷却ガスを冷却することで、タービン内部を効果的に冷却しつつ、冷却ガスを冷却する際に発生する熱を有効利用して水生成手段によって水を生成することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のガスタービンプラントによれば、上記の復水器とボイラ本体とを有する水生成手段を備えることによって、全体のエネルギー効率の低下を抑えつつ純水を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態のガスタービンプラントの構成を示す概要図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のガスタービンプラントにおいて、水生成手段のボイラ本体の詳細図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のガスタービンプラントの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態のガスタービンプラントにおいて、ボイラ制御手段の入口バルブ制御部に記憶されている必要水量とボイラ入口バルブの開度との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態のガスタービンプラントにおいて、ボイラ制御手段の出口バルブ制御部に記憶されている必要水量とボイラ出口バルブの開度との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施形態の変形例のガスタービンプラントの構成を示す概要図である。
【図７】本発明の第２の実施形態のガスタービンプラントの構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２の実施形態のガスタービンプラントにおいて、ガスタービン制御手段に記憶されている必要出力と吸気温度との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の第３の実施形態のガスタービンプラントの構成を示す概要図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態のガスタービンプラントの構成を示す概要図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態の変形例のガスタービンプラントの構成を示す概要図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態のガスタービンプラントの構成を示す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（第１の実施形態）
以下、本発明に係る実施形態について図１から図５を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態のガスタービンプラント１は、圧縮機２ａ、燃焼器２ｂ及びタービン２ｃを有するガスタービン２と、ガスタービン２のタービン２ｃから排出される排ガスを利用して蒸気を生成する排ガス利用手段である蒸気生成手段３と、蒸気生成手段３で生成された蒸気で駆動する高圧蒸気タービン４及び低圧蒸気タービン５と、蒸気生成手段３から排出された熱を利用して水を生成する水生成手段１０とを備える。
【００３０】
ガスタービン２は、圧縮機２ａによって吸気した空気を圧縮して燃焼器２ｂに供給し、燃焼器２ｂで燃料と混合して燃焼させて燃焼ガスを生成し、これをタービン２ｃ内に供給することで、図示しない翼構造によりロータ２ｄを回転させて第一の発電機６Ａで発電を行うことが可能である。また、タービン２ｃ内を流通した燃焼ガスは、一次排ガスＧ１として蒸気生成手段３に供給される。一次排ガスＧ１の温度は、ガスタービン２の性能によって異なるが、一般的に４００〜６００℃程度である。
【００３１】
タービン排ガス利用手段である蒸気生成手段３は、本実施形態では、高圧過熱器３ａと、高圧蒸発器３ｂと、高圧節炭器３ｃと、低圧過熱器３ｄと、低圧蒸発器３ｅと、低圧節炭器３ｆとを有し、供給される一次排ガスＧ１がこの順に流通し、それぞれ一次排ガスＧ１から熱の供給を受けるとともに、熱を供給した後のより低温となったガスは二次排ガスＧ２として排出される。ここで、二次排ガスＧ２の温度としては、一次排ガスＧ１の温度及び蒸気生成手段３の規格によって異なるが、例えば、８０℃程度となる。
【００３２】
低圧節炭器３ｆでは、後述する水生成手段１０の復水器１２から水が供給され、供給された水をタービン２ｃからの一次排ガスＧ１から供給された熱によって予熱して低圧蒸発器３ｅ及び高圧節炭器３ｃに供給する。低圧蒸発器３ｅでは、低圧節炭器３ｆで予熱された水を一次排ガスＧ１から供給された熱によって加熱して蒸気を生成して低圧過熱器３ｄに供給する。低圧過熱器３ｄでは、供給された蒸気をタービン２ｃからの一次排ガスＧ１から供給された熱によって加熱し、過熱蒸気を生成し低圧蒸気タービン５に供給する。
【００３３】
また、高圧節炭器３ｃは、低圧節炭器３ｆからポンプ３ｇによって加圧されて供給された水がタービン２ｃからの一次排ガスＧ１から供給された熱によってさらに予熱されて高圧蒸発器３ｂに供給される。高圧蒸発器３ｂでは、高圧節炭器３ｃで予熱された水が一次排ガスＧ１から供給された熱によって加熱され蒸気が生成されて高圧過熱器３ａに供給される。高圧過熱器３ａでは、供給された蒸気をタービン２ｃからの一次排ガスＧ１から供給された熱によって加熱し、過熱蒸気を生成し高圧蒸気タービン４に供給する。
【００３４】
そして、高圧蒸気タービン４では、高圧過熱器３ａから供給された蒸気によって駆動し、第二の発電機６Ｂで発電を行うことが可能である。また、高圧蒸気タービン４内を流通した蒸気は、低圧過熱器３ｄからの蒸気とともに低圧蒸気タービン５に供給され、これにより低圧蒸気タービン５は駆動し、第三の発電機６Ｃで発電を行うことが可能である。なお、低圧蒸気タービン５内を流通した蒸気は、後述する水生成手段１０の復水器１２に供給される。
【００３５】
次に、水生成手段１０の詳細について説明する。水生成手段１０は、排ガス利用手段である蒸気生成手段３から排出される二次排ガスＧ２が供給され、二次排ガスＧ２に含まれる熱を利用して蒸気Ｖを生成するボイラ本体１１と、ボイラ本体１１と連通してボイラ本体１１を負圧状態とするとともに、ボイラ本体１１から供給される蒸気Ｖから水Ｗ１を生成する復水器１２とを有する。図２に示すように、ボイラ本体１１は、水Ｗ０が供給される蒸気ドラム１１ａと、蒸気ドラム１１ａの下部に接続された降水管１１ｂと、蒸発器入口管寄せ１１ｃにより一端で降水管１１ｂに接続される略Ｕ字状の蒸発器管１１ｄと、蒸発器出口管寄せ１１ｅにより蒸発器管１１ｄの他端と接続されるとともに蒸気ドラム１１ａの上部に接続された連結管１１ｆとを有する。
【００３６】
また、ボイラ本体１１の上部には、水Ｗ０を供給する給水管１３と、蒸気を送り出す飽和蒸気管１４とが接続されている。給水管１３は、給水源と接続されている。給水源は、例えば海等であり、海水等の不純物の混入した水Ｗ０が供給される。給水管１３には、ボイラ入口バルブ１５が設けられており、後述するボイラ制御手段による制御によって開度Ｖ１を調整することによってボイラ本体１１に供給される水Ｗ０の量を調整することが可能となっている。また、飽和蒸気管１４は、復水器１２と接続されている。飽和蒸気管１４には、ボイラ出口バルブ１６が設けられており、後述するボイラ制御手段２０による制御によって開度Ｖ２を調整することによって復水器１２に供給される蒸気の量を調整することが可能となっている。
【００３７】
また、蒸発器管１１ｄは、蒸気生成手段３から供給される二次排ガスＧ２が流通する経路に配されており、二次排ガスＧ２の熱によって加熱され、内部を流通する水Ｗ０を蒸気Ｖにすることが可能となっている。また、蒸発器管１１ｄとボイラ本体１１に接続された降水管１１ｂとを接続する蒸発器入口管寄せ１１ｃには、不純物排出管１７がさらに接続されている。不純物排出管１７には、排出用バルブ１８と、ドレインポンプ１９とが設けられており、ドレインポンプ１９で吸引するとともに、排出用バルブ１８の開度を調整することによって降水管１１ｂを流通する水の一部とともに不純物を排出することが可能となっている。
【００３８】
そして、以上のような構成のボイラ本体１１では、給水管１３から供給されて蒸気ドラム１１ａに貯留した水Ｗ０は、降水管１１ｂから蒸発器管１１ｄへと流入して、蒸発器管１１ｄで加熱されて蒸気Ｖとなり、飽和蒸気管１４から復水器１２へと送り出されるとともに、蒸気Ｖと分離された不純物は、不純物排出管１７から外部へと排出される。ここで、蒸発器管１１ｄを加熱する二次排ガスＧ２は、タービン２ｃから排出される一次排ガスＧ１と比較して低温であり、上記のとおり１００℃以下となる場合がある。しかしながら、ボイラ本体１１は、復水器１２と連通して負圧状態となっていることで、低温状態でも蒸発器管１１ｄ内において流通する水Ｗ０から蒸気Ｖを生成することができる。
【００３９】
そして、ボイラ本体１１で生成された蒸気は、飽和蒸気管１４を経て復水器１２に供給される。また、本実施形態では、当該復水器１２には、さらに、低圧蒸気タービン５から排出された蒸気も供給される。そして、復水器１２では、供給された蒸気が冷却媒体により冷却されることにより水Ｗ１が生成される。復水器１２で生成された水Ｗ１は、本実施形態では、ポンプ１２ａによって加圧された後に、一部がガスタービン２の圧縮機２ａの吸気に混合され、また、他の一部が蒸気生成手段３の低圧節炭器３ｆに供給されて、高圧蒸気タービン４及び低圧蒸気タービン５で使用される蒸気となる。なお、ガスタービン２の圧縮機２ａに送られる水の流量と、蒸気生成手段３の低圧節炭器３ｆに送られる水の流量とは、ポンプ１２ａと圧縮機２ａとの間の配管に設けられたバルブ１２ｂによって調整されている。
【００４０】
ここで、図３に示すように、ガスタービンプラント１は、水生成手段１０の復水器１２によって生成すべき必要水量Ｇｗを設定する必要水量設定手段７と、蒸気生成手段３から排出される二次排ガスＧ２の排ガス温度Ｔｅｘを測定する排ガス温度測定手段８と、水生成手段１０の復水器１２内の復水器圧力Ｐｃを測定する復水器圧力測定手段９とを備える。また、水生成手段１０は、ボイラ入口バルブ１５及びボイラ出口バルブ１６の開度を制御するボイラ制御手段２０を有し、ボイラ制御手段２０は、必要水量設定手段７、排ガス温度測定手段８及び復水器圧力測定手段９から入力される必要水量Ｇｗ、排ガス温度Ｔｅｘ及び復水器圧力Ｐｃに基づいて、ボイラ入口バルブ１５及びボイラ出口バルブ１６の開度を制御し、復水器１２で必要水量Ｇｗに応じた量の水を生成することが可能となっている。以下にボイラ制御手段２０の構成及び制御の詳細について説明する。
【００４１】
図３に示すように、ボイラ制御手段２０は、ボイラ本体１１に供給される供給ガスとなる二次排ガスＧ２と生成する蒸気Ｖとの温度差として要求されるピンチ温度ΔＴを演算するピンチ温度演算部２１と、ボイラ本体１１内で発生させるべきボイラ圧力Ｐｂを演算するボイラ圧力演算部２２と、ボイラ入口バルブ１５の開度を制御する入口バルブ制御部２３と、ボイラ出口バルブ１６の開度を制御する出口バルブ制御部２４とを具備する。
【００４２】
ピンチ温度演算部２１には、必要水量設定手段７で入力設定された必要水量Ｇｗが入力されている。また、ピンチ温度演算部２１には、ボイラ本体１１の固有値であるボイラ伝熱面積Ａｂ及びボイラ熱伝達率Ｈｂ、並びに、水の気化熱ｒが記憶されている。ここで、ボイラにおいて、必要水量Ｇｗに応じた量の蒸気を生成するために要求されるピンチ温度ΔＴは、必要水量Ｇｗ、ボイラ伝熱面積Ａｂ、ボイラ熱伝達率Ｈｂ及び水の気化熱ｒの関数であり、以下の＜数１＞で示す関係式で表わされる。そして、ピンチ温度演算部２１では、＜数１＞が記憶されており、入力された必要水量Ｇｗからピンチ温度ΔＴを演算する。
【００４３】
【数１】
【００４４】
また、ボイラ圧力演算部２２には、ピンチ温度演算部２１で演算されたピンチ温度ΔＴが入力されるとともに、排ガス温度測定手段８から、ボイラ本体１１に供給される供給ガスである二次排ガスＧ２の排ガス温度Ｔｅｘが入力されている。ここで、必要水量Ｇｗに応じた量の蒸気Ｖを生成するために、供給される二次排ガスＧ２の温度に応じて要求されるボイラ本体１１に供給される水の飽和温度Ｔｂは、以下の＜数２＞で示す関係式で表わされる。
【００４５】
【数２】
【００４６】
また、水が供給されるボイラ本体１１内のボイラ圧力Ｐｂと、供給される水の飽和温度Ｔｂとは、相関関係にあり、従ってボイラ圧力Ｐｂは、以下の＜数３＞で示す関係式で表わされる。なお、具体的な相関関係は、例えば「機械実用便覧改定第６版、社団法人日本機械学会、１９９０年３月２０日、ｐ５８６−５８７」に開示されている。
【００４７】
【数３】
【００４８】
そして、ボイラ圧力演算部２２では、上記＜数２＞及び＜数３＞が記憶されており、入力されたピンチ温度ΔＴ及び排ガス温度Ｔｅｘからボイラ圧力Ｐｂを演算する。
【００４９】
また、入口バルブ制御部２３には、ボイラ圧力演算部２２で演算されたボイラ圧力Ｐｂ入力され、また、必要水量設定手段７から必要水量Ｇｗが入力されているとともに、供給源側から供給される水Ｗ０の供給圧力Ｐｗが記憶されている。なお、供給圧力Ｐｗについては、供給圧力Ｐｗを測定する測定手段を備え、測定された供給圧力Ｐｗが適時入力されるものとしても良い。ここで、必要水量Ｇｗに応じた量の水Ｗ０を給水管１３を通してボイラ本体１１に供給するためのボイラ入口バルブ１５の開度Ｖ１は、その必要水量Ｇｗと、供給源側から供給される水Ｗ０の供給圧力Ｐｗとボイラ本体１１内部のボイラ圧力Ｐｂとの差分との関数であり、以下の＜数４＞に示す関係式で表わされる。
【００５０】
【数４】
【００５１】
そして、例えば図４に示すように、供給圧力Ｐｗとボイラ圧力Ｐｂとの差分値毎にボイラ入口バルブ１５の開度Ｖ１と必要水量Ｇｗとの具体的な関係を予め測定しておき、この関係が入口バルブ制御部２３に記憶されている。そして、入口バルブ制御部２３では、必要水量Ｇｗ、ボイラ圧力Ｐｂ及び供給圧力Ｐｗから、記憶されている図４に示すグラフを参照して、必要水量Ｇｗに応じたボイラ入口バルブ１５の開度Ｖ１を決定し、当該開度Ｖ１となるようにボイラ入口バルブ１５を制御する。
【００５２】
また、出口バルブ制御部２４には、ボイラ圧力演算部２２で演算されたボイラ圧力Ｐｂが入力されるとともに、必要水量設定手段７から必要水量Ｇｗが入力され、また、復水器圧力測定手段９から復水器圧力Ｐｃが入力されている。ここで、必要水量Ｇｗに応じた量の蒸気を飽和蒸気管１４を通して復水器１２に供給するためのボイラ出口バルブ１６の開度Ｖ２は、その必要水量Ｇｗと、ボイラ圧力Ｐｂと復水器圧力Ｐｃとの差分との関数であり、以下の＜数５＞に示す関係式で表わされる。
【００５３】
【数５】
【００５４】
そして、例えば図５に示すように、ボイラ圧力Ｐｂと復水器圧力Ｐｃとの差分値毎にボイラ出口バルブ１６の開度Ｖ２と必要水量Ｇｗとの具体的な関係を予め測定しておき、この関係が出口バルブ制御部２４に記憶されている。そして、出口バルブ制御部２４では、必要水量Ｇｗ、ボイラ圧力Ｐｂ及び復水器圧力Ｐｃから、記憶されている図５に示すグラフを参照して、必要水量Ｇｗに応じたボイラ出口バルブ１６の開度Ｖ２を決定し、当該開度Ｖ２となるようにボイラ出口バルブ１６を制御する。これにより水生成手段１０では、設定された必要水量Ｇｗに応じてボイラ本体１１内に水Ｗ０を供給して蒸発させることで蒸気Ｖを生成し、該蒸気Ｖから復水器１２によって必要水量Ｇｗだけ水Ｗ１を生成することができる。
【００５５】
以上のように、本実施形態のガスタービンプラント１では、タービン２ｃから排出される一次排ガスＧ１に含まれる熱は、蒸気生成手段３で蒸気生成に利用し、この蒸気を利用して高圧蒸気タービン４及び低圧蒸気タービン５で発電を行うことができる。そして、水生成手段１０は、この蒸気生成手段３から排出される二次排ガスＧ２に含まる熱を利用して水Ｗ１を生成する。すなわち、水生成手段１０による水の生成の影響を受けること無く、蒸気生成手段３によってタービン２ｃから排出される一次排ガスＧ１に含まれる熱を有効に利用することができ、全体のエネルギー効率の低下を抑えることができる。一方、水生成手段１０では、復水器１２によって負圧状態に設定されたボイラ本体１１によって負圧環境下において蒸気を生成するため、タービン２ｃからの一次排ガスＧ１を利用した後に蒸気生成手段３から排出される二次排ガスＧ２に含まれる熱による比較的低い温度の熱でも効率良く蒸気Ｖを生成することができ、これにより復水器１２で水Ｗ１を生成することができる。このため、全体のエネルギー効率の低下を抑えつつ純水を生成することができる。
【００５６】
そして、本実施形態では、水生成手段１０で生成された水を、ガスタービン２の圧縮機２ａの吸気に混合することによりタービン２ｃにおける出力増大を図ることができ、これにより全体としてエネルギーの効率化を図ることができる。また、本実施形態では、高圧蒸気タービン４及び低圧蒸気タービン５で使用する蒸気を生成する蒸気生成手段３で使用される水も、水生成手段１０で生成されたものを利用することで、別途エネルギーを消費して水を生成する必要がなく、さらに全体としてエネルギーの効率化を図ることができる。
【００５７】
また、本実施形態では、必要水量設定手段７を備えるとともに、ボイラ制御手段２０を備えることで、ボイラ制御手段２０による制御のもと、ボイラ入口バルブ１５及びボイラ出口バルブ１６の開度を調整して、必要水量設定手段７で設定した必要水量Ｇｗ分の水を水生成手段１０により生成することができる。また、ボイラ制御手段２０が、上記入口バルブ制御部２３を有することで、ボイラ本体１１内と供給側との圧力差を考慮して、生成すべき蒸気の量に応じた水を給水管からボイラ本体１１へ供給することができ、また、上記出口バルブ制御部２４を有することで、ボイラ本体１１内と復水器１２内との圧力差を考慮して、生成すべき量の蒸気をボイラ本体１１から復水器１２へ送り出すことができ、復水器１２で必要水量Ｇｗ分の水Ｗ１を生成することができる。
【００５８】
なお、本実施形態では、水生成手段１０で生成された水Ｗ１は、ガスタービン２、及び、蒸気生成手段３に供給されるものとしたが、これに限るものではなく、いずれか一方のみ供給されるものとしても良い。また、ガスタービン２において、圧縮機２ａに供給するものとしたが、これに限るものではなく、燃焼器２ｂやタービン２ｃ内に供給するものとしても良い。図６は、この実施形態の変形例を示している。図６に示すように、この変形例のガスタービンプラント２５では、水生成手段１０で生成された水の一部がガスタービン２の燃焼器２ｂに供給されている。ここで、水を供給するタイミングとしては、燃焼器２での燃焼工程前の圧縮流体、または、燃焼工程後の燃焼ガスのいずれに供給しても良く、いずれにおいても出力増大の効果を期待することができる。また、上記の場合はいずれも水生成手段１０で生成された水をガスタービンプラント１の構成のいずれかに供給するものとしたが、これに限るものではなく、外部の水利用設備に供給するものとしても良い。
【００５９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７及び図８は、本発明の第２の実施形態を示したものである。なお、本実施形態のガスタービンプラントの基本構成は、第１の実施形態と同様であり、図１に基づくものであり、同様に図１も参照して説明する。そして、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００６０】
図７に示すように、この実施形態のガスタービンプラント３０では、ガスタービン２を制御するガスタービン制御手段３１と、ガスタービン２で出力すべき必要出力を入力する必要出力入力手段３２と、気温を測定する気温測定手段３３と、大気湿度を測定する大気湿度測定手段３４とを備える。ガスタービン制御手段３１では、必要出力入力手段３２からの入力に基づいて出力が必要出力となるようにガスタービン２を駆動させる。また、ガスタービン制御手段３１は、気温測定手段３３から気温Ｔａｍｂが入力され、また、大気湿度測定手段３４から大気湿度ψａｍｂが入力されており、必要水量演算手段として、これらの入力に基づいて必要出力Ｐ０とするに吸気に混合すべき水の必要水量を演算することが可能となっている。
【００６１】
ここで、圧縮機２ａに吸気される空気の吸気温度Ｔｉと、ガスタービン２の出力とは、以下の＜数６＞及び図８のグラフに示すような相関関係にある。また、吸気に水を混合することにより吸気温度Ｔｉを下げることが可能であり、気温Ｔａｍｂ、湿度ψａｍｂの空気を所定の吸気温度Ｔｉとするために要求される必要水量Ｇｗは、以下の＜数７＞に示すような関係式から求められる。ここで、具体的な＜数６＞及び図８に示される関係式、並びに、＜数７＞に示される関係式は、実機において試験的に運用して求めるものとしても良いし、あるいは、例えば「ガスタービンセオリー第５版（ＧＡＳ ＴＵＢＩＮＥ ＴＨＥＯＲＹ ５ＴＨ ＥＤＩＴＩＯＮ）、パーソンエデュケーションリミテッド（Ｐｅｒｓｏｎ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｌｉｍｉｔｅｄ）、２００１年、ｐ３７５−３９７」に基づいて理論式を求めるものとしても良い。
【００６２】
【数６】
【数７】
【００６３】
そして、ガスタービン制御手段３１では、上記の＜数６＞及び＜数７＞が記憶されており、必要出力Ｐ０と対応する吸気温度Ｔｉを求め、現在の気温Ｔａｍｂ、大気湿度ψａｍｂにおいて求めた吸気温度Ｔｉとするのに必要な必要水量Ｇｗを求めることができる。ここで、水生成手段１０で生成された水の全てを圧縮機２ａに供給する場合には、上記で求めた必要水量Ｇｗをボイラ制御手段２０に入力すれば良いし、図１に示すように蒸気生成手段３にも供給する場合には、蒸気生成手段３に供給すべき分を加算して必要水量Ｇｗとしてボイラ制御手段２０に入力すれば良い。
【００６４】
以上のように、本実施形態のガスタービンプラント３０では、ガスタービン制御手段３１によって、ガスタービン２の必要出力Ｐ０に応じた必要水量Ｇｗを演算することができ、演算した必要水量Ｇｗに基づいて水生成手段１０で水Ｗ１を生成しガスタービン２に供給することで、ガスタービン２によって効率良く必要出力Ｐ０分の出力を発生させることができる。また、上記のように必要出力Ｐ０に応じた最適となる必要水量Ｇｗを求めて、当該量だけ水を供給するようにすることで、供給する水量が多くなって、圧縮機２ａを損傷してしまうことを防止し、また、水を生成するために、さらに排水するためのポンプ等の設備を不要に稼働させるために、エネルギーを無駄に消費してしまうことを防止することができる。また、供給する水量が少なくなって要求される出力を得ることができなくなってしまうことを防止することができる。
【００６５】
なお、上記においては、ガスタービン制御手段３１が、必要水量演算手段として、必要出力Ｐ０に応じた必要水量Ｇｗを演算するものとしたが、必要水量演算手段を別構成としても良い。また、本実施形態では、水生成手段１０によって生成する水を圧縮機２ａの吸気に供給する場合として必要水量演算手段を構成するものとしたが、これに限らず、例えば水生成手段１０で生成された水を燃焼器２ｂやタービン２ｃに供給するものとして、必要水量演算手段によって必要出力Ｐ０に応じた必要水量Ｇｗを演算するものとしても良い。この場合においても、予め必要出力Ｐ０と必要水量Ｇｗの相関関係を、実機において試験的に運用して求めるものとしても良いし、あるいは、例えば上述の「ガスタービンセオリー第５版」に基づいて理論式を求めるものとしても良い。
【００６６】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図９は、本発明の第２の実施形態を示したものである。なお、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００６７】
この実施形態のガスタービンプラント４０では、排ガス利用手段として、第１の実施形態の蒸気生成手段に変えて熱交換器４１を備えている。熱交換器４１は、タービン２ｃからの一次排ガスＧ１が流入する伝熱管４１ａと、被加熱媒体となる流体が流通する被加熱配管４１とを有する。被加熱配管４１は、上流側で水生成手段１０の復水器１２と接続されており、生成された水の一部が被加熱媒体として供給され、伝熱管４１ａを流通する一次排ガスＧ１に含まれる熱によって加熱される。被加熱配管４１を流通して加熱された水は、熱利用設備４２に供給される。一方、伝熱管４１ａを流通して被加熱配管４１を加熱することで冷却された一次排ガスＧ１は、二次排ガスＧ２として水生成手段１０のボイラ本体１１に供給される。
【００６８】
本実施形態のガスタービンプラント４０では、熱交換器４１でタービン２ｃの一次排ガスＧ１によって被加熱媒体として供給される水を加熱して熱利用設備４２に供給することで、熱利用設備４２で一次排ガスＧ１に含まれる熱を有効に利用することができる。そして、熱交換器４１で水を加熱した後の低温となった二次排ガスＧ２の熱を利用して水生成手段１０によって水を生成することができる。また、本実施形態では、この生成した水を熱交換器４１における被加熱媒体として利用することで、より効率的なものとすることができる。
【００６９】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図１０は、本発明の第４の実施形態を示したものである。なお、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００７０】
図１０に示すように、この実施形態のガスタービンプラント５０のガスタービン５１は、第一の圧縮機５１ａと第二の圧縮機５１と圧縮機を複数段に備え、第一の圧縮機５１ａで吸気し圧縮した圧縮流体を連絡配管５２を流通させて第二の圧縮機５１ｂに送り込み、第二の圧縮機５１ｂでさらに圧縮した後に燃焼器２ｂに供給している。ここで、第一の圧縮機５１ａと第二の圧縮機５１ｂとの間の連絡配管５２の間には、中間冷却を行う冷却手段として水冷却手段１０のボイラ本体１１が設けられている。すなわち、ボイラ本体１１には、第一の圧縮機５１ａで圧縮された圧縮流体が供給ガスとして供給され、図２に示す蒸発器管１１ｄを流通した後に第二の圧縮機５１ｂに吸気される。
【００７１】
ここで、ボイラ本体１１は、第１の実施形態で既に述べたとおり、復水器１２によって負圧状態に設定されていることから、第一の圧縮機５１ａから排出される比較的低温の圧縮流体によっても蒸気を生成することができる。一方、ボイラ本体１１から第二の圧縮機５１ｂに送り出される圧縮流体は、ボイラ本体１１で熱を奪われて冷却されることとなり、第二の圧縮機５１では冷却された圧縮流体が吸気されることにより効率良くさらに圧縮させて燃焼器２ｂに供給することができる。
【００７２】
以上のように、本実施形態のガスタービンプラント５０では、第一の圧縮機５１ａから生成される圧縮流体を冷却する際に発生する熱を利用して水生成手段１０によって水を生成する。このため、水生成手段１０による水の生成の影響を受けること無く、タービン２ｃから排出される一次排ガスＧ１に含まれる熱を別途、蒸発生成手段３で蒸気を生成し高圧蒸気タービン４及び低圧蒸気タービン５を駆動させるのに有効に利用することができ、全体のエネルギー効率の低下を抑えることができる。一方、水生成手段１０では、圧縮流体を冷却した際に発生する熱エネルギーを有効利用して水を生成することができ、全体のエネルギー効率の向上をさらに図ることができる。また、水生成手段１０のボイラ本体１１を冷却手段として、圧縮流体を冷却することで、別途冷却手段となる構成を設ける必要が無く、装置構成の簡略化、装置コストの低減も図ることができる。
【００７３】
なお、本実施形態においても、水生成手段１０で生成された水は、第一の圧縮機５１ａの吸気に供給され、また、蒸気生成手段３に供給されるものとしたが、燃焼器２ｂやタービン２ｃへの供給や、外部設備への供給としても良い。また、本実施形態では、水冷却手段１０のボイラ本体１１が圧縮流体を冷却する冷却手段を兼ねるものとしたが、これに限るものではない。図１１は、本実施形態の変形例を示していて、この変形例のガスタービンプラント５５では、第一の圧縮機５１ａと第二の圧縮機５１ｂとの連絡配管５２の間には冷却手段として熱交換器５６が設けられている。熱交換器５６は、連絡配管５２を流通する圧縮流体を、伝熱配管５６ａを流通する冷却用ガスにより冷却するものである。そして、熱交換器５６で圧縮流体を冷却することで加熱された冷却用ガスがボイラ本体１１に供給ガスとして供給されて、これにより水を加熱し蒸気を生成することができる。
【００７４】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図１２は、本発明の第５の実施形態を示したものである。なお、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００７５】
図１２に示すように、この実施形態のガスタービンプラント６０のガスタービン６１は、圧縮機２ａから抽気してタービン２ｃの内部の冷却を行う冷却経路６２を有している。また、冷却経路６２には、圧縮機２ａから抽気された圧縮流体を冷却するために冷却手段として熱交換器６３が設けられている。熱交換器６３には、冷却経路６２を流通する圧縮流体を、伝熱配管６３ａを流通する冷却用ガスにより冷却するものである。そして、熱交換器３６で圧縮流体を冷却することで加熱された冷却用ガスがボイラ本体１１に供給ガスとして供給されて、これにより水を加熱し蒸気を生成することができる。
【００７６】
本実施形態のガスタービンプラント６０では、熱交換器６３によって冷却経路６２を流通する冷却ガスを冷却することで、タービン２ｃ内部を効果的に冷却しつつ、冷却ガスを冷却する際に発生する熱を有効利用して水生成手段１０によって水を生成することができる。なお、本実施形態においても、水生成手段１０のボイラ本体１１を冷却手段を兼ねて冷却経路６２の間に設けるものとしても良い。
【００７７】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００７８】
１、２５、３０、４０、５０、５５、６０ ガスタービンプラント
２、５１、６１ ガスタービン
２ａ 圧縮機
２ｂ 燃焼器
２ｃ タービン
３ 蒸気生成手段（排ガス利用手段）
１０ 水生成手段
１１ ボイラ本体（冷却手段）
１２ 復水器
１３ 供給管
１５ ボイラ入口バルブ
１６ ボイラ出口バルブ
２０ ボイラ制御手段
２１ ピンチ温度演算部
２２ ボイラ圧力演算部
２３ 入口バルブ制御部
２４ 出口バルブ制御部
３１ ガスタービン制御手段（必要水量演算手段）
４１ 熱交換器（排ガス利用手段）
５１ａ 第一の圧縮機（圧縮機）
５１ｂ 第二の圧縮機（圧縮機）
５６ 熱交換器（冷却手段）
６２ 冷却経路
Ｇ１ 一次排ガス（排ガス）
Ｇ２ 二次排ガス（供給ガス）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンを備えるガスタービンプラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機、燃焼器及びタービンを基本構成とするガスタービンを備えたガスタービンプラントでは、タービンから排出される排熱を利用した排熱利用設備を備えるものが知られている。具体的には、例えば、排熱利用設備としてボイラを備えるとともに、このボイラで生成された蒸気を利用する蒸気タービンを備えたガスタービンプラントが知られている。このようなガスタービンプラントでは、ガスタービンを稼働させるとともに、タービンの排熱を利用して、蒸気タービンにより発電を行うことが可能である。そして、排熱を利用して電気エネルギー等さらにエネルギーを生成することができるので、全体としてエネルギー効率の向上を図ることができる。
【０００３】
また、排熱利用設備としてボイラを含む水生成設備を備えたガスタービンプラントが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなガスタービンプラントでは、排熱を利用して純水を生産することができる。このように生産された純粋は、プラント内において例えば出力増大を目的としてガスタービンに供給され、あるいは、プラント外に、例えば洗浄などの用途を目的として供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−７０８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたガスタービンプラントでは、水の気化熱としてタービンの排熱が利用されてしまうため、前述の蒸気タービンを備えたもののようにエネルギー効率の向上を図ることができなくなってしまう問題があった。また、生産した純水をガスタービンに供給することで出力増大を図るものとしても、純水を生産するのに上記のとおりタービンの排熱を利用してしまっているので、結果として十分なエネルギー効率の向上を図ることができない。また、前述の蒸気タービンを備えたガスタービンプラントにおいて、蒸気タービンに蒸気を供給するボイラで生成される蒸気の一部を水生成に利用することも考えられるが、この場合にも結局蒸気タービンで利用可能な蒸気の一部を消費することとなってしまい、全体のエネルギー効率が低下してしまうこととなる。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、全体のエネルギー効率の低下を抑えつつ純水を生成することが可能なガスタービンプラントを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明のガスタービンプラントは、圧縮機及びタービンを有するガスタービンと、前記タービンから排出される排ガスを利用するタービン排ガス利用手段と、復水器及び該復水器と連通して内部を負圧状態に設定されたボイラ本体を有し、前記タービン排ガス利用手段で利用後の排ガスの熱を利用して前記ボイラ本体で蒸気を生成し、前記復水器で該蒸気から水を生成する水生成手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
この構成によれば、タービンから排出される排ガスを利用するタービン排ガス利用手段で利用後の排ガスの熱を利用して水生成手段によって水を生成する。このため、水生成手段による水の生成の影響を受けること無く、タービン排ガス利用手段によってタービンから排出される排ガスに含まれる熱を有効に利用することができ、全体のエネルギー効率の低下を抑えることができる。一方、水生成手段では、復水器によって負圧状態に設定されたボイラ本体によって負圧環境下において蒸気を生成するため、タービンの排ガスを利用した後にタービン排ガス利用手段で利用後の排ガスの熱による比較的低い温度の熱でも効率良く蒸気を生成することができ、これにより復水器で水を生成することができる。
【０００９】
本発明のガスタービンプラントは、圧縮機及びタービンを有するガスタービンと、前記圧縮機から生成される圧縮流体を冷却する冷却手段と、復水器及び該復水器と連通して内部を負圧状態に設定されたボイラ本体を有し、前記圧縮流体を冷却することにより発生する熱を利用して前記ボイラ本体で蒸気を生成し、前記復水器で該蒸気から水を生成する水生成手段とを備えることを特徴としている。
【００１０】
この構成によれば、圧縮機から生成される圧縮流体を冷却する際に発生する熱を利用して水生成手段によって水を生成する。このため、水生成手段による水の生成の影響を受けること無く、タービンから排出される排ガスに含まれる熱を別途有効に利用することができ、全体のエネルギー効率の低下を抑えることができる。一方、水生成手段は、復水器によって負圧状態に設定されたボイラ本体によって負圧環境下において蒸気を生成するため、圧縮機で生成された圧縮流体を冷却した際発生する熱による比較的低い温度の熱でも効率良く蒸気を生成することができ、これにより復水器で水を生成することができる。また、圧縮流体を冷却した際に発生する熱エネルギーを有効利用することができ、全体のエネルギー効率の向上も図ることができる。
【００１１】
また、上記のガスタービンプラントにおいて、前記水生成手段は、前記ボイラ本体に水を供給する給水管に設けられて開閉自在のボイラ入口バルブと、前記ボイラ本体と前記復水器との間に設けられて開閉自在のボイラ出口バルブと、生成する必要水量、前記ボイラ本体で利用される前記熱を含み蒸気を生成するために前記ボイラ本体に供給される供給ガスの温度、及び、前記復水器内の圧力に基づいて前記ボイラ入口バルブ及び前記ボイラ出口バルブの開度を制御するボイラ制御手段とを有することが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、ボイラ制御手段によって、必要水量、供給ガスの温度及び復水器内の圧力に基づいてボイラ入口バルブ及びボイラ出口バルブの開度を制御することで、ボイラ本体内部の圧力を調整して、給水管からボイラ本体へ必要水量に応じた水量の水を供給し、また、ボイラ本体から復水器へ必要水量に応じた蒸気を送り出し、復水器で水を生成することができる。
【００１３】
さらに、上記のガスタービンプラントにおいて、前記ボイラ制御手段は、前記必要水量に基づいて前記供給ガスと生成する蒸気との温度差として要求されるピンチ温度を演算するピンチ温度演算部と、該ピンチ温度演算部で演算された前記ピンチ温度及び前記供給ガスの温度に基づいて、前記ボイラ本体内で発生させるべきボイラ圧力を演算するボイラ圧力演算部と、該ボイラ圧力演算部で演算された前記ボイラ圧力及び前記必要水量に基づいて、前記ボイラ入口バルブの開度を演算し該ボイラ入口バルブの開度を制御する入口バルブ制御部と、前記ボイラ圧力演算部で演算された前記ボイラ圧力、前記必要水量及び前記復水器内の圧力に基づいて、前記ボイラ出口バルブの開度を演算し該ボイラ出口バルブの開度を制御する出口バルブ制御部とを具備することが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、ピンチ温度演算部で必要水量に対応した量の蒸気をボイラ本体で生成するのに要求される供給ガスと生成する蒸気との温度差であるピンチ温度を求め、ボイラ圧力演算部でこのピンチ温度と供給ガスの温度とに応じたボイラ圧力を求めることができる。そして、入口バルブ制御部では、このボイラ圧力と必要水量とに基づいてボイラ入口バルブの開度を演算し制御することで、ボイラ本体内と供給側との圧力差を考慮して、生成すべき蒸気の量に応じた水を給水管からボイラ本体へ供給することができる。また、出口バルブ制御部では、ボイラ圧力、必要水量及び復水器の圧力に基づいてボイラ出口バルブの開度を演算し制御することで、ボイラ本体内と復水器内との圧力差を考慮して、生成すべき量の蒸気をボイラ本体から復水器へ送り出すことができる。
【００１５】
また、上記のガスタービンプラントにおいて、前記ガスタービンの必要出力に基づいて前記必要水量を演算する必要水量演算手段を備え、前記水生成手段で生成される水の少なくとも一部が前記ガスタービンに供給されることが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、必要水量演算手段によって、ガスタービンの必要出力に応じた必要水量を演算することができ、演算した必要水量に基づいて水生成手段で水を生成し、その一部をガスタービンに供給することで、ガスタービンによって効率良く必要出力分の出力を発生させることができる。
【００１７】
また、上記のガスタービンプラントにおいて、蒸気タービンを備え、前記タービン排ガス利用手段は、該蒸気タービンに供給する蒸気を生成する蒸気生成手段であることが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、蒸気生成手段によってタービンの排ガスを利用して蒸気を生成し、これにより蒸気タービンを駆動させることができるとともに、蒸気生成手段から排出される熱を利用して水生成手段によって水を生成することができる。
【００１９】
また、上記のガスタービンプラントにおいて、前記タービン排ガス利用手段は、前記排ガスによって流体を加熱して熱利用設備に供給する熱交換器であるものとしても良い。
【００２０】
この構成によれば、熱交換器でタービンの排ガスによって流体を加熱して熱利用設備に供給することで、熱利用設備で排ガスに含まれる熱を有効に利用することができるとともに、熱交換器で流体を加熱した後の低温となった排ガスの熱を利用して水生成手段によって水を生成することができる。
【００２１】
また、上記のガスタービンプラントにおいて、前記水生成手段は、前記冷却手段を兼ねて、前記圧縮流体を冷却しつつ、該圧縮流体の熱を利用して前記ボイラ本体で蒸気を生成することが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、水生成手段が冷却手段を兼ねて、圧縮流体を冷却しつつ、該圧縮流体の熱を利用して前記ボイラ本体で蒸気を生成することで、全体のエネルギー効率の低下を抑えつつ水を生成することができるとともに、装置構成の簡略化、装置コストの低減を図ることができる。
【００２３】
また、上記のガスタービンプラントにおいて、前記ガスタービンは、前記圧縮機を複数段有し、前記冷却手段は、複数段の前記圧縮機間の中間冷却を行うことが好ましい。
【００２４】
この構成によれば、冷却手段によって複数段の圧縮機間の中間冷却を効果的に行いつつ、その際に発生する熱を有効利用して水生成手段によって水を生成することができる。
【００２５】
また、上記のガスタービンプラントにおいて、前記ガスタービンは、前記圧縮機から抽気して前記タービン内部の冷却を行う冷却経路を有し、前記冷却手段は、前記冷却経路を流通する冷却ガスの冷却を行うものとしても良い。
【００２６】
この構成によれば、冷却手段によって冷却経路を流通する冷却ガスを冷却することで、タービン内部を効果的に冷却しつつ、冷却ガスを冷却する際に発生する熱を有効利用して水生成手段によって水を生成することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のガスタービンプラントによれば、上記の復水器とボイラ本体とを有する水生成手段を備えることによって、全体のエネルギー効率の低下を抑えつつ純水を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態のガスタービンプラントの構成を示す概要図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のガスタービンプラントにおいて、水生成手段のボイラ本体の詳細図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のガスタービンプラントの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態のガスタービンプラントにおいて、ボイラ制御手段の入口バルブ制御部に記憶されている必要水量とボイラ入口バルブの開度との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態のガスタービンプラントにおいて、ボイラ制御手段の出口バルブ制御部に記憶されている必要水量とボイラ出口バルブの開度との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施形態の変形例のガスタービンプラントの構成を示す概要図である。
【図７】本発明の第２の実施形態のガスタービンプラントの構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２の実施形態のガスタービンプラントにおいて、ガスタービン制御手段に記憶されている必要出力と吸気温度との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の第３の実施形態のガスタービンプラントの構成を示す概要図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態のガスタービンプラントの構成を示す概要図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態の変形例のガスタービンプラントの構成を示す概要図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態のガスタービンプラントの構成を示す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（第１の実施形態）
以下、本発明に係る実施形態について図１から図５を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態のガスタービンプラント１は、圧縮機２ａ、燃焼器２ｂ及びタービン２ｃを有するガスタービン２と、ガスタービン２のタービン２ｃから排出される排ガスを利用して蒸気を生成する排ガス利用手段である蒸気生成手段３と、蒸気生成手段３で生成された蒸気で駆動する高圧蒸気タービン４及び低圧蒸気タービン５と、蒸気生成手段３から排出された熱を利用して水を生成する水生成手段１０とを備える。
【００３０】
ガスタービン２は、圧縮機２ａによって吸気した空気を圧縮して燃焼器２ｂに供給し、燃焼器２ｂで燃料と混合して燃焼させて燃焼ガスを生成し、これをタービン２ｃ内に供給することで、図示しない翼構造によりロータ２ｄを回転させて第一の発電機６Ａで発電を行うことが可能である。また、タービン２ｃ内を流通した燃焼ガスは、一次排ガスＧ１として蒸気生成手段３に供給される。一次排ガスＧ１の温度は、ガスタービン２の性能によって異なるが、一般的に４００〜６００℃程度である。
【００３１】
タービン排ガス利用手段である蒸気生成手段３は、本実施形態では、高圧過熱器３ａと、高圧蒸発器３ｂと、高圧節炭器３ｃと、低圧過熱器３ｄと、低圧蒸発器３ｅと、低圧節炭器３ｆとを有し、供給される一次排ガスＧ１がこの順に流通し、それぞれ一次排ガスＧ１から熱の供給を受けるとともに、熱を供給した後のより低温となったガスは二次排ガスＧ２として排出される。ここで、二次排ガスＧ２の温度としては、一次排ガスＧ１の温度及び蒸気生成手段３の規格によって異なるが、例えば、８０℃程度となる。
【００３２】
低圧節炭器３ｆでは、後述する水生成手段１０の復水器１２から水が供給され、供給された水をタービン２ｃからの一次排ガスＧ１から供給された熱によって予熱して低圧蒸発器３ｅ及び高圧節炭器３ｃに供給する。低圧蒸発器３ｅでは、低圧節炭器３ｆで予熱された水を一次排ガスＧ１から供給された熱によって加熱して蒸気を生成して低圧過熱器３ｄに供給する。低圧過熱器３ｄでは、供給された蒸気をタービン２ｃからの一次排ガスＧ１から供給された熱によって加熱し、過熱蒸気を生成し低圧蒸気タービン５に供給する。
【００３３】
また、高圧節炭器３ｃは、低圧節炭器３ｆからポンプ３ｇによって加圧されて供給された水がタービン２ｃからの一次排ガスＧ１から供給された熱によってさらに予熱されて高圧蒸発器３ｂに供給される。高圧蒸発器３ｂでは、高圧節炭器３ｃで予熱された水が一次排ガスＧ１から供給された熱によって加熱され蒸気が生成されて高圧過熱器３ａに供給される。高圧過熱器３ａでは、供給された蒸気をタービン２ｃからの一次排ガスＧ１から供給された熱によって加熱し、過熱蒸気を生成し高圧蒸気タービン４に供給する。
【００３４】
そして、高圧蒸気タービン４では、高圧過熱器３ａから供給された蒸気によって駆動し、第二の発電機６Ｂで発電を行うことが可能である。また、高圧蒸気タービン４内を流通した蒸気は、低圧過熱器３ｄからの蒸気とともに低圧蒸気タービン５に供給され、これにより低圧蒸気タービン５は駆動し、第三の発電機６Ｃで発電を行うことが可能である。なお、低圧蒸気タービン５内を流通した蒸気は、後述する水生成手段１０の復水器１２に供給される。
【００３５】
次に、水生成手段１０の詳細について説明する。水生成手段１０は、排ガス利用手段である蒸気生成手段３から排出される二次排ガスＧ２が供給され、二次排ガスＧ２に含まれる熱を利用して蒸気Ｖを生成するボイラ本体１１と、ボイラ本体１１と連通してボイラ本体１１を負圧状態とするとともに、ボイラ本体１１から供給される蒸気Ｖから水Ｗ１を生成する復水器１２とを有する。図２に示すように、ボイラ本体１１は、水Ｗ０が供給される蒸気ドラム１１ａと、蒸気ドラム１１ａの下部に接続された降水管１１ｂと、蒸発器入口管寄せ１１ｃにより一端で降水管１１ｂに接続される略Ｕ字状の蒸発器管１１ｄと、蒸発器出口管寄せ１１ｅにより蒸発器管１１ｄの他端と接続されるとともに蒸気ドラム１１ａの上部に接続された連結管１１ｆとを有する。
【００３６】
また、ボイラ本体１１の上部には、水Ｗ０を供給する給水管１３と、蒸気を送り出す飽和蒸気管１４とが接続されている。給水管１３は、給水源と接続されている。給水源は、例えば海等であり、海水等の不純物の混入した水Ｗ０が供給される。給水管１３には、ボイラ入口バルブ１５が設けられており、後述するボイラ制御手段による制御によって開度Ｖ１を調整することによってボイラ本体１１に供給される水Ｗ０の量を調整することが可能となっている。また、飽和蒸気管１４は、復水器１２と接続されている。飽和蒸気管１４には、ボイラ出口バルブ１６が設けられており、後述するボイラ制御手段２０による制御によって開度Ｖ２を調整することによって復水器１２に供給される蒸気の量を調整することが可能となっている。
【００３７】
また、蒸発器管１１ｄは、蒸気生成手段３から供給される二次排ガスＧ２が流通する経路に配されており、二次排ガスＧ２の熱によって加熱され、内部を流通する水Ｗ０を蒸気Ｖにすることが可能となっている。また、蒸発器管１１ｄとボイラ本体１１に接続された降水管１１ｂとを接続する蒸発器入口管寄せ１１ｃには、不純物排出管１７がさらに接続されている。不純物排出管１７には、排出用バルブ１８と、ドレインポンプ１９とが設けられており、ドレインポンプ１９で吸引するとともに、排出用バルブ１８の開度を調整することによって降水管１１ｂを流通する水の一部とともに不純物を排出することが可能となっている。
【００３８】
そして、以上のような構成のボイラ本体１１では、給水管１３から供給されて蒸気ドラム１１ａに貯留した水Ｗ０は、降水管１１ｂから蒸発器管１１ｄへと流入して、蒸発器管１１ｄで加熱されて蒸気Ｖとなり、飽和蒸気管１４から復水器１２へと送り出されるとともに、蒸気Ｖと分離された不純物は、不純物排出管１７から外部へと排出される。ここで、蒸発器管１１ｄを加熱する二次排ガスＧ２は、タービン２ｃから排出される一次排ガスＧ１と比較して低温であり、上記のとおり１００℃以下となる場合がある。しかしながら、ボイラ本体１１は、復水器１２と連通して負圧状態となっていることで、低温状態でも蒸発器管１１ｄ内において流通する水Ｗ０から蒸気Ｖを生成することができる。
【００３９】
そして、ボイラ本体１１で生成された蒸気は、飽和蒸気管１４を経て復水器１２に供給される。また、本実施形態では、当該復水器１２には、さらに、低圧蒸気タービン５から排出された蒸気も供給される。そして、復水器１２では、供給された蒸気が冷却媒体により冷却されることにより水Ｗ１が生成される。復水器１２で生成された水Ｗ１は、本実施形態では、ポンプ１２ａによって加圧された後に、一部がガスタービン２の圧縮機２ａの吸気に混合され、また、他の一部が蒸気生成手段３の低圧節炭器３ｆに供給されて、高圧蒸気タービン４及び低圧蒸気タービン５で使用される蒸気となる。なお、ガスタービン２の圧縮機２ａに送られる水の流量と、蒸気生成手段３の低圧節炭器３ｆに送られる水の流量とは、ポンプ１２ａと圧縮機２ａとの間の配管に設けられたバルブ１２ｂによって調整されている。
【００４０】
ここで、図３に示すように、ガスタービンプラント１は、水生成手段１０の復水器１２によって生成すべき必要水量Ｇｗを設定する必要水量設定手段７と、蒸気生成手段３から排出される二次排ガスＧ２の排ガス温度Ｔｅｘを測定する排ガス温度測定手段８と、水生成手段１０の復水器１２内の復水器圧力Ｐｃを測定する復水器圧力測定手段９とを備える。また、水生成手段１０は、ボイラ入口バルブ１５及びボイラ出口バルブ１６の開度を制御するボイラ制御手段２０を有し、ボイラ制御手段２０は、必要水量設定手段７、排ガス温度測定手段８及び復水器圧力測定手段９から入力される必要水量Ｇｗ、排ガス温度Ｔｅｘ及び復水器圧力Ｐｃに基づいて、ボイラ入口バルブ１５及びボイラ出口バルブ１６の開度を制御し、復水器１２で必要水量Ｇｗに応じた量の水を生成することが可能となっている。以下にボイラ制御手段２０の構成及び制御の詳細について説明する。
【００４１】
図３に示すように、ボイラ制御手段２０は、ボイラ本体１１に供給される供給ガスとなる二次排ガスＧ２と生成する蒸気Ｖとの温度差として要求されるピンチ温度ΔＴを演算するピンチ温度演算部２１と、ボイラ本体１１内で発生させるべきボイラ圧力Ｐｂを演算するボイラ圧力演算部２２と、ボイラ入口バルブ１５の開度を制御する入口バルブ制御部２３と、ボイラ出口バルブ１６の開度を制御する出口バルブ制御部２４とを具備する。
【００４２】
ピンチ温度演算部２１には、必要水量設定手段７で入力設定された必要水量Ｇｗが入力されている。また、ピンチ温度演算部２１には、ボイラ本体１１の固有値であるボイラ伝熱面積Ａｂ及びボイラ熱伝達率Ｈｂ、並びに、水の気化熱ｒが記憶されている。ここで、ボイラにおいて、必要水量Ｇｗに応じた量の蒸気を生成するために要求されるピンチ温度ΔＴは、必要水量Ｇｗ、ボイラ伝熱面積Ａｂ、ボイラ熱伝達率Ｈｂ及び水の気化熱ｒの関数であり、以下の＜数１＞で示す関係式で表わされる。そして、ピンチ温度演算部２１では、＜数１＞が記憶されており、入力された必要水量Ｇｗからピンチ温度ΔＴを演算する。
【００４３】
【数１】
【００４４】
また、ボイラ圧力演算部２２には、ピンチ温度演算部２１で演算されたピンチ温度ΔＴが入力されるとともに、排ガス温度測定手段８から、ボイラ本体１１に供給される供給ガスである二次排ガスＧ２の排ガス温度Ｔｅｘが入力されている。ここで、必要水量Ｇｗに応じた量の蒸気Ｖを生成するために、供給される二次排ガスＧ２の温度に応じて要求されるボイラ本体１１に供給される水の飽和温度Ｔｂは、以下の＜数２＞で示す関係式で表わされる。
【００４５】
【数２】
【００４６】
また、水が供給されるボイラ本体１１内のボイラ圧力Ｐｂと、供給される水の飽和温度Ｔｂとは、相関関係にあり、従ってボイラ圧力Ｐｂは、以下の＜数３＞で示す関係式で表わされる。なお、具体的な相関関係は、例えば「機械実用便覧改定第６版、社団法人日本機械学会、１９９０年３月２０日、ｐ５８６−５８７」に開示されている。
【００４７】
【数３】
【００４８】
そして、ボイラ圧力演算部２２では、上記＜数２＞及び＜数３＞が記憶されており、入力されたピンチ温度ΔＴ及び排ガス温度Ｔｅｘからボイラ圧力Ｐｂを演算する。
【００４９】
また、入口バルブ制御部２３には、ボイラ圧力演算部２２で演算されたボイラ圧力Ｐｂ入力され、また、必要水量設定手段７から必要水量Ｇｗが入力されているとともに、供給源側から供給される水Ｗ０の供給圧力Ｐｗが記憶されている。なお、供給圧力Ｐｗについては、供給圧力Ｐｗを測定する測定手段を備え、測定された供給圧力Ｐｗが適時入力されるものとしても良い。ここで、必要水量Ｇｗに応じた量の水Ｗ０を給水管１３を通してボイラ本体１１に供給するためのボイラ入口バルブ１５の開度Ｖ１は、その必要水量Ｇｗと、供給源側から供給される水Ｗ０の供給圧力Ｐｗとボイラ本体１１内部のボイラ圧力Ｐｂとの差分との関数であり、以下の＜数４＞に示す関係式で表わされる。
【００５０】
【数４】
【００５１】
そして、例えば図４に示すように、供給圧力Ｐｗとボイラ圧力Ｐｂとの差分値毎にボイラ入口バルブ１５の開度Ｖ１と必要水量Ｇｗとの具体的な関係を予め測定しておき、この関係が入口バルブ制御部２３に記憶されている。そして、入口バルブ制御部２３では、必要水量Ｇｗ、ボイラ圧力Ｐｂ及び供給圧力Ｐｗから、記憶されている図４に示すグラフを参照して、必要水量Ｇｗに応じたボイラ入口バルブ１５の開度Ｖ１を決定し、当該開度Ｖ１となるようにボイラ入口バルブ１５を制御する。
【００５２】
また、出口バルブ制御部２４には、ボイラ圧力演算部２２で演算されたボイラ圧力Ｐｂが入力されるとともに、必要水量設定手段７から必要水量Ｇｗが入力され、また、復水器圧力測定手段９から復水器圧力Ｐｃが入力されている。ここで、必要水量Ｇｗに応じた量の蒸気を飽和蒸気管１４を通して復水器１２に供給するためのボイラ出口バルブ１６の開度Ｖ２は、その必要水量Ｇｗと、ボイラ圧力Ｐｂと復水器圧力Ｐｃとの差分との関数であり、以下の＜数５＞に示す関係式で表わされる。
【００５３】
【数５】
【００５４】
そして、例えば図５に示すように、ボイラ圧力Ｐｂと復水器圧力Ｐｃとの差分値毎にボイラ出口バルブ１６の開度Ｖ２と必要水量Ｇｗとの具体的な関係を予め測定しておき、この関係が出口バルブ制御部２４に記憶されている。そして、出口バルブ制御部２４では、必要水量Ｇｗ、ボイラ圧力Ｐｂ及び復水器圧力Ｐｃから、記憶されている図５に示すグラフを参照して、必要水量Ｇｗに応じたボイラ出口バルブ１６の開度Ｖ２を決定し、当該開度Ｖ２となるようにボイラ出口バルブ１６を制御する。これにより水生成手段１０では、設定された必要水量Ｇｗに応じてボイラ本体１１内に水Ｗ０を供給して蒸発させることで蒸気Ｖを生成し、該蒸気Ｖから復水器１２によって必要水量Ｇｗだけ水Ｗ１を生成することができる。
【００５５】
以上のように、本実施形態のガスタービンプラント１では、タービン２ｃから排出される一次排ガスＧ１に含まれる熱は、蒸気生成手段３で蒸気生成に利用し、この蒸気を利用して高圧蒸気タービン４及び低圧蒸気タービン５で発電を行うことができる。そして、水生成手段１０は、この蒸気生成手段３から排出される二次排ガスＧ２に含まる熱を利用して水Ｗ１を生成する。すなわち、水生成手段１０による水の生成の影響を受けること無く、蒸気生成手段３によってタービン２ｃから排出される一次排ガスＧ１に含まれる熱を有効に利用することができ、全体のエネルギー効率の低下を抑えることができる。一方、水生成手段１０では、復水器１２によって負圧状態に設定されたボイラ本体１１によって負圧環境下において蒸気を生成するため、タービン２ｃからの一次排ガスＧ１を利用した後に蒸気生成手段３から排出される二次排ガスＧ２に含まれる熱による比較的低い温度の熱でも効率良く蒸気Ｖを生成することができ、これにより復水器１２で水Ｗ１を生成することができる。このため、全体のエネルギー効率の低下を抑えつつ純水を生成することができる。
【００５６】
そして、本実施形態では、水生成手段１０で生成された水を、ガスタービン２の圧縮機２ａの吸気に混合することによりタービン２ｃにおける出力増大を図ることができ、これにより全体としてエネルギーの効率化を図ることができる。また、本実施形態では、高圧蒸気タービン４及び低圧蒸気タービン５で使用する蒸気を生成する蒸気生成手段３で使用される水も、水生成手段１０で生成されたものを利用することで、別途エネルギーを消費して水を生成する必要がなく、さらに全体としてエネルギーの効率化を図ることができる。
【００５７】
また、本実施形態では、必要水量設定手段７を備えるとともに、ボイラ制御手段２０を備えることで、ボイラ制御手段２０による制御のもと、ボイラ入口バルブ１５及びボイラ出口バルブ１６の開度を調整して、必要水量設定手段７で設定した必要水量Ｇｗ分の水を水生成手段１０により生成することができる。また、ボイラ制御手段２０が、上記入口バルブ制御部２３を有することで、ボイラ本体１１内と供給側との圧力差を考慮して、生成すべき蒸気の量に応じた水を給水管からボイラ本体１１へ供給することができ、また、上記出口バルブ制御部２４を有することで、ボイラ本体１１内と復水器１２内との圧力差を考慮して、生成すべき量の蒸気をボイラ本体１１から復水器１２へ送り出すことができ、復水器１２で必要水量Ｇｗ分の水Ｗ１を生成することができる。
【００５８】
なお、本実施形態では、水生成手段１０で生成された水Ｗ１は、ガスタービン２、及び、蒸気生成手段３に供給されるものとしたが、これに限るものではなく、いずれか一方のみ供給されるものとしても良い。また、ガスタービン２において、圧縮機２ａに供給するものとしたが、これに限るものではなく、燃焼器２ｂやタービン２ｃ内に供給するものとしても良い。図６は、この実施形態の変形例を示している。図６に示すように、この変形例のガスタービンプラント２５では、水生成手段１０で生成された水の一部がガスタービン２の燃焼器２ｂに供給されている。ここで、水を供給するタイミングとしては、燃焼器２での燃焼工程前の圧縮流体、または、燃焼工程後の燃焼ガスのいずれに供給しても良く、いずれにおいても出力増大の効果を期待することができる。また、上記の場合はいずれも水生成手段１０で生成された水をガスタービンプラント１の構成のいずれかに供給するものとしたが、これに限るものではなく、外部の水利用設備に供給するものとしても良い。
【００５９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７及び図８は、本発明の第２の実施形態を示したものである。なお、本実施形態のガスタービンプラントの基本構成は、第１の実施形態と同様であり、図１に基づくものであり、同様に図１も参照して説明する。そして、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００６０】
図７に示すように、この実施形態のガスタービンプラント３０では、ガスタービン２を制御するガスタービン制御手段３１と、ガスタービン２で出力すべき必要出力を入力する必要出力入力手段３２と、気温を測定する気温測定手段３３と、大気湿度を測定する大気湿度測定手段３４とを備える。ガスタービン制御手段３１では、必要出力入力手段３２からの入力に基づいて出力が必要出力となるようにガスタービン２を駆動させる。また、ガスタービン制御手段３１は、気温測定手段３３から気温Ｔａｍｂが入力され、また、大気湿度測定手段３４から大気湿度ψａｍｂが入力されており、必要水量演算手段として、これらの入力に基づいて必要出力Ｐ０とするに吸気に混合すべき水の必要水量を演算することが可能となっている。
【００６１】
ここで、圧縮機２ａに吸気される空気の吸気温度Ｔｉと、ガスタービン２の出力とは、以下の＜数６＞及び図８のグラフに示すような相関関係にある。また、吸気に水を混合することにより吸気温度Ｔｉを下げることが可能であり、気温Ｔａｍｂ、湿度ψａｍｂの空気を所定の吸気温度Ｔｉとするために要求される必要水量Ｇｗは、以下の＜数７＞に示すような関係式から求められる。ここで、具体的な＜数６＞及び図８に示される関係式、並びに、＜数７＞に示される関係式は、実機において試験的に運用して求めるものとしても良いし、あるいは、例えば「ガスタービンセオリー第５版（ＧＡＳ ＴＵＢＩＮＥ ＴＨＥＯＲＹ ５ＴＨ ＥＤＩＴＩＯＮ）、パーソンエデュケーションリミテッド（Ｐｅｒｓｏｎ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｌｉｍｉｔｅｄ）、２００１年、ｐ３７５−３９７」に基づいて理論式を求めるものとしても良い。
【００６２】
【数６】
【数７】
【００６３】
そして、ガスタービン制御手段３１では、上記の＜数６＞及び＜数７＞が記憶されており、必要出力Ｐ０と対応する吸気温度Ｔｉを求め、現在の気温Ｔａｍｂ、大気湿度ψａｍｂにおいて求めた吸気温度Ｔｉとするのに必要な必要水量Ｇｗを求めることができる。ここで、水生成手段１０で生成された水の全てを圧縮機２ａに供給する場合には、上記で求めた必要水量Ｇｗをボイラ制御手段２０に入力すれば良いし、図１に示すように蒸気生成手段３にも供給する場合には、蒸気生成手段３に供給すべき分を加算して必要水量Ｇｗとしてボイラ制御手段２０に入力すれば良い。
【００６４】
以上のように、本実施形態のガスタービンプラント３０では、ガスタービン制御手段３１によって、ガスタービン２の必要出力Ｐ０に応じた必要水量Ｇｗを演算することができ、演算した必要水量Ｇｗに基づいて水生成手段１０で水Ｗ１を生成しガスタービン２に供給することで、ガスタービン２によって効率良く必要出力Ｐ０分の出力を発生させることができる。また、上記のように必要出力Ｐ０に応じた最適となる必要水量Ｇｗを求めて、当該量だけ水を供給するようにすることで、供給する水量が多くなって、圧縮機２ａを損傷してしまうことを防止し、また、水を生成するために、さらに排水するためのポンプ等の設備を不要に稼働させるために、エネルギーを無駄に消費してしまうことを防止することができる。また、供給する水量が少なくなって要求される出力を得ることができなくなってしまうことを防止することができる。
【００６５】
なお、上記においては、ガスタービン制御手段３１が、必要水量演算手段として、必要出力Ｐ０に応じた必要水量Ｇｗを演算するものとしたが、必要水量演算手段を別構成としても良い。また、本実施形態では、水生成手段１０によって生成する水を圧縮機２ａの吸気に供給する場合として必要水量演算手段を構成するものとしたが、これに限らず、例えば水生成手段１０で生成された水を燃焼器２ｂやタービン２ｃに供給するものとして、必要水量演算手段によって必要出力Ｐ０に応じた必要水量Ｇｗを演算するものとしても良い。この場合においても、予め必要出力Ｐ０と必要水量Ｇｗの相関関係を、実機において試験的に運用して求めるものとしても良いし、あるいは、例えば上述の「ガスタービンセオリー第５版」に基づいて理論式を求めるものとしても良い。
【００６６】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図９は、本発明の第２の実施形態を示したものである。なお、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００６７】
この実施形態のガスタービンプラント４０では、排ガス利用手段として、第１の実施形態の蒸気生成手段に変えて熱交換器４１を備えている。熱交換器４１は、タービン２ｃからの一次排ガスＧ１が流入する伝熱管４１ａと、被加熱媒体となる流体が流通する被加熱配管４１とを有する。被加熱配管４１は、上流側で水生成手段１０の復水器１２と接続されており、生成された水の一部が被加熱媒体として供給され、伝熱管４１ａを流通する一次排ガスＧ１に含まれる熱によって加熱される。被加熱配管４１を流通して加熱された水は、熱利用設備４２に供給される。一方、伝熱管４１ａを流通して被加熱配管４１を加熱することで冷却された一次排ガスＧ１は、二次排ガスＧ２として水生成手段１０のボイラ本体１１に供給される。
【００６８】
本実施形態のガスタービンプラント４０では、熱交換器４１でタービン２ｃの一次排ガスＧ１によって被加熱媒体として供給される水を加熱して熱利用設備４２に供給することで、熱利用設備４２で一次排ガスＧ１に含まれる熱を有効に利用することができる。そして、熱交換器４１で水を加熱した後の低温となった二次排ガスＧ２の熱を利用して水生成手段１０によって水を生成することができる。また、本実施形態では、この生成した水を熱交換器４１における被加熱媒体として利用することで、より効率的なものとすることができる。
【００６９】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図１０は、本発明の第４の実施形態を示したものである。なお、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００７０】
図１０に示すように、この実施形態のガスタービンプラント５０のガスタービン５１は、第一の圧縮機５１ａと第二の圧縮機５１と圧縮機を複数段に備え、第一の圧縮機５１ａで吸気し圧縮した圧縮流体を連絡配管５２を流通させて第二の圧縮機５１ｂに送り込み、第二の圧縮機５１ｂでさらに圧縮した後に燃焼器２ｂに供給している。ここで、第一の圧縮機５１ａと第二の圧縮機５１ｂとの間の連絡配管５２の間には、中間冷却を行う冷却手段として水冷却手段１０のボイラ本体１１が設けられている。すなわち、ボイラ本体１１には、第一の圧縮機５１ａで圧縮された圧縮流体が供給ガスとして供給され、図２に示す蒸発器管１１ｄを流通した後に第二の圧縮機５１ｂに吸気される。
【００７１】
ここで、ボイラ本体１１は、第１の実施形態で既に述べたとおり、復水器１２によって負圧状態に設定されていることから、第一の圧縮機５１ａから排出される比較的低温の圧縮流体によっても蒸気を生成することができる。一方、ボイラ本体１１から第二の圧縮機５１ｂに送り出される圧縮流体は、ボイラ本体１１で熱を奪われて冷却されることとなり、第二の圧縮機５１では冷却された圧縮流体が吸気されることにより効率良くさらに圧縮させて燃焼器２ｂに供給することができる。
【００７２】
以上のように、本実施形態のガスタービンプラント５０では、第一の圧縮機５１ａから生成される圧縮流体を冷却する際に発生する熱を利用して水生成手段１０によって水を生成する。このため、水生成手段１０による水の生成の影響を受けること無く、タービン２ｃから排出される一次排ガスＧ１に含まれる熱を別途、蒸発生成手段３で蒸気を生成し高圧蒸気タービン４及び低圧蒸気タービン５を駆動させるのに有効に利用することができ、全体のエネルギー効率の低下を抑えることができる。一方、水生成手段１０では、圧縮流体を冷却した際に発生する熱エネルギーを有効利用して水を生成することができ、全体のエネルギー効率の向上をさらに図ることができる。また、水生成手段１０のボイラ本体１１を冷却手段として、圧縮流体を冷却することで、別途冷却手段となる構成を設ける必要が無く、装置構成の簡略化、装置コストの低減も図ることができる。
【００７３】
なお、本実施形態においても、水生成手段１０で生成された水は、第一の圧縮機５１ａの吸気に供給され、また、蒸気生成手段３に供給されるものとしたが、燃焼器２ｂやタービン２ｃへの供給や、外部設備への供給としても良い。また、本実施形態では、水冷却手段１０のボイラ本体１１が圧縮流体を冷却する冷却手段を兼ねるものとしたが、これに限るものではない。図１１は、本実施形態の変形例を示していて、この変形例のガスタービンプラント５５では、第一の圧縮機５１ａと第二の圧縮機５１ｂとの連絡配管５２の間には冷却手段として熱交換器５６が設けられている。熱交換器５６は、連絡配管５２を流通する圧縮流体を、伝熱配管５６ａを流通する冷却用ガスにより冷却するものである。そして、熱交換器５６で圧縮流体を冷却することで加熱された冷却用ガスがボイラ本体１１に供給ガスとして供給されて、これにより水を加熱し蒸気を生成することができる。
【００７４】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図１２は、本発明の第５の実施形態を示したものである。なお、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００７５】
図１２に示すように、この実施形態のガスタービンプラント６０のガスタービン６１は、圧縮機２ａから抽気してタービン２ｃの内部の冷却を行う冷却経路６２を有している。また、冷却経路６２には、圧縮機２ａから抽気された圧縮流体を冷却するために冷却手段として熱交換器６３が設けられている。熱交換器６３には、冷却経路６２を流通する圧縮流体を、伝熱配管６３ａを流通する冷却用ガスにより冷却するものである。そして、熱交換器３６で圧縮流体を冷却することで加熱された冷却用ガスがボイラ本体１１に供給ガスとして供給されて、これにより水を加熱し蒸気を生成することができる。
【００７６】
本実施形態のガスタービンプラント６０では、熱交換器６３によって冷却経路６２を流通する冷却ガスを冷却することで、タービン２ｃ内部を効果的に冷却しつつ、冷却ガスを冷却する際に発生する熱を有効利用して水生成手段１０によって水を生成することができる。なお、本実施形態においても、水生成手段１０のボイラ本体１１を冷却手段を兼ねて冷却経路６２の間に設けるものとしても良い。
【００７７】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００７８】
１、２５、３０、４０、５０、５５、６０ ガスタービンプラント
２、５１、６１ ガスタービン
２ａ 圧縮機
２ｂ 燃焼器
２ｃ タービン
３ 蒸気生成手段（排ガス利用手段）
１０ 水生成手段
１１ ボイラ本体（冷却手段）
１２ 復水器
１３ 供給管
１５ ボイラ入口バルブ
１６ ボイラ出口バルブ
２０ ボイラ制御手段
２１ ピンチ温度演算部
２２ ボイラ圧力演算部
２３ 入口バルブ制御部
２４ 出口バルブ制御部
３１ ガスタービン制御手段（必要水量演算手段）
４１ 熱交換器（排ガス利用手段）
５１ａ 第一の圧縮機（圧縮機）
５１ｂ 第二の圧縮機（圧縮機）
５６ 熱交換器（冷却手段）
６２ 冷却経路
Ｇ１ 一次排ガス（排ガス）
Ｇ２ 二次排ガス（供給ガス）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機及びタービンを有するガスタービンと、
前記タービンから排出される排ガスを利用するタービン排ガス利用手段と、
復水器及び該復水器と連通して内部を負圧状態に設定されたボイラ本体を有し、前記タービン排ガス利用手段で利用後の排ガスの熱を利用して前記ボイラ本体で蒸気を生成し、前記復水器で該蒸気から水を生成する水生成手段とを備えることを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項２】
圧縮機及びタービンを有するガスタービンと、
前記圧縮機から生成される圧縮流体を冷却する冷却手段と、
復水器及び該復水器と連通して内部を負圧状態に設定されたボイラ本体を有し、前記圧縮流体を冷却することにより発生する熱を利用して前記ボイラ本体で蒸気を生成し、前記復水器で該蒸気から水を生成する水生成手段とを備えることを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記水生成手段は、前記ボイラ本体に水を供給する給水管に設けられて開閉自在のボイラ入口バルブと、
前記ボイラ本体と前記復水器との間に設けられて開閉自在のボイラ出口バルブと、
生成する必要水量、前記ボイラ本体で利用される前記熱を含み蒸気を生成するために前記ボイラ本体に供給される供給ガスの温度、及び、前記復水器内の圧力に基づいて前記ボイラ入口バルブ及び前記ボイラ出口バルブの開度を制御するボイラ制御手段とを有することを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項４】
請求項３に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記ボイラ制御手段は、前記必要水量に基づいて前記供給ガスと生成する蒸気との温度差として要求されるピンチ温度を演算するピンチ温度演算部と、
該ピンチ温度演算部で演算された前記ピンチ温度及び前記供給ガスの温度に基づいて、前記ボイラ本体内で発生させるべきボイラ圧力を演算するボイラ圧力演算部と、
該ボイラ圧力演算部で演算された前記ボイラ圧力及び前記必要水量に基づいて、前記ボイラ入口バルブの開度を演算し該ボイラ入口バルブの開度を制御する入口バルブ制御部と、
前記ボイラ圧力演算部で演算された前記ボイラ圧力、前記必要水量及び前記復水器内の圧力に基づいて、前記ボイラ出口バルブの開度を演算し該ボイラ出口バルブの開度を制御する出口バルブ制御部とを具備することを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記ガスタービンの必要出力に基づいて前記必要水量を演算する必要水量演算手段を備え、
前記水生成手段で生成される水の少なくとも一部が前記ガスタービンに供給されることを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項６】
請求項１に記載のガスタービンプラントにおいて、
蒸気タービンを備え、
前記タービン排ガス利用手段は、該蒸気タービンに供給する蒸気を生成する蒸気生成手段であることを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項７】
請求項１に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記タービン排ガス利用手段は、前記排ガスによって流体を加熱して熱利用設備に供給する熱交換器であることを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項８】
請求項２に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記水生成手段は、前記冷却手段を兼ねて、前記圧縮流体を冷却しつつ、該圧縮流体の熱を利用して前記ボイラ本体で蒸気を生成することを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項９】
請求項２または請求項８に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記ガスタービンは、前記圧縮機を複数段有し、
前記冷却手段は、複数段の前記圧縮機間の中間冷却を行うことを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項１０】
請求項２または請求項８に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記ガスタービンは、前記圧縮機から抽気して前記タービン内部の冷却を行う冷却経路を有し、
前記冷却手段は、前記冷却経路を流通する冷却ガスの冷却を行うことを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項１】
圧縮機及びタービンを有するガスタービンと、
前記タービンから排出される排ガスを利用するタービン排ガス利用手段と、
復水器及び該復水器と連通して内部を負圧状態に設定されたボイラ本体を有し、前記タービン排ガス利用手段で利用後の排ガスの熱を利用して前記ボイラ本体で蒸気を生成し、前記復水器で該蒸気から水を生成する水生成手段とを備えることを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項２】
圧縮機及びタービンを有するガスタービンと、
前記圧縮機から生成される圧縮流体を冷却する冷却手段と、
復水器及び該復水器と連通して内部を負圧状態に設定されたボイラ本体を有し、前記圧縮流体を冷却することにより発生する熱を利用して前記ボイラ本体で蒸気を生成し、前記復水器で該蒸気から水を生成する水生成手段とを備えることを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記水生成手段は、前記ボイラ本体に水を供給する給水管に設けられて開閉自在のボイラ入口バルブと、
前記ボイラ本体と前記復水器との間に設けられて開閉自在のボイラ出口バルブと、
生成する必要水量、前記ボイラ本体で利用される前記熱を含み蒸気を生成するために前記ボイラ本体に供給される供給ガスの温度、及び、前記復水器内の圧力に基づいて前記ボイラ入口バルブ及び前記ボイラ出口バルブの開度を制御するボイラ制御手段とを有することを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項４】
請求項３に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記ボイラ制御手段は、前記必要水量に基づいて前記供給ガスと生成する蒸気との温度差として要求されるピンチ温度を演算するピンチ温度演算部と、
該ピンチ温度演算部で演算された前記ピンチ温度及び前記供給ガスの温度に基づいて、前記ボイラ本体内で発生させるべきボイラ圧力を演算するボイラ圧力演算部と、
該ボイラ圧力演算部で演算された前記ボイラ圧力及び前記必要水量に基づいて、前記ボイラ入口バルブの開度を演算し該ボイラ入口バルブの開度を制御する入口バルブ制御部と、
前記ボイラ圧力演算部で演算された前記ボイラ圧力、前記必要水量及び前記復水器内の圧力に基づいて、前記ボイラ出口バルブの開度を演算し該ボイラ出口バルブの開度を制御する出口バルブ制御部とを具備することを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記ガスタービンの必要出力に基づいて前記必要水量を演算する必要水量演算手段を備え、
前記水生成手段で生成される水の少なくとも一部が前記ガスタービンに供給されることを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項６】
請求項１に記載のガスタービンプラントにおいて、
蒸気タービンを備え、
前記タービン排ガス利用手段は、該蒸気タービンに供給する蒸気を生成する蒸気生成手段であることを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項７】
請求項１に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記タービン排ガス利用手段は、前記排ガスによって流体を加熱して熱利用設備に供給する熱交換器であることを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項８】
請求項２に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記水生成手段は、前記冷却手段を兼ねて、前記圧縮流体を冷却しつつ、該圧縮流体の熱を利用して前記ボイラ本体で蒸気を生成することを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項９】
請求項２または請求項８に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記ガスタービンは、前記圧縮機を複数段有し、
前記冷却手段は、複数段の前記圧縮機間の中間冷却を行うことを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項１０】
請求項２または請求項８に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記ガスタービンは、前記圧縮機から抽気して前記タービン内部の冷却を行う冷却経路を有し、
前記冷却手段は、前記冷却経路を流通する冷却ガスの冷却を行うことを特徴とするガスタービンプラント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１９６６５６（Ｐ２０１０−１９６６５６Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４４７１３（Ｐ２００９−４４７１３）
【出願日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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