ガスタービン設備の吸気冷却システム及び方法
【課題】外気温が高いときにもガスタービンの出力を向上できると共に、圧縮機の損傷を防止できること。
【解決手段】圧縮機に吸気を導入する吸気ダクト内に吸気冷却スプレイが設置され、前記吸気冷却スプレイにより、圧縮機へ導入される前の吸気に冷却水が噴霧されるガスタービン設備の吸気冷却システムにおいて、吸気ダクト内で吸気冷却スプレイ上流側の吸気のプロセス量を計測するプロセス量計測器２４と、スプレイ流量算出器２６及び調整回路２７を備えた制御装置２５とを有し、スプレイ流量算出器２６は、プロセス量計測器にて計測されたプロセス量に基づき、吸気ダクト内の吸気の相対湿度を１００％とするために冷却水スプレイから噴霧する冷却水のスプレイ流量要求値Ｐを算出し、調整回路２７は、吸気ダクト内の吸気の相対湿度を１００％に近い値に設定するためにスプレイ流量要求値Ｐを調整してスプレイ流量要求値Ｑとするよう構成されたものである。
【解決手段】圧縮機に吸気を導入する吸気ダクト内に吸気冷却スプレイが設置され、前記吸気冷却スプレイにより、圧縮機へ導入される前の吸気に冷却水が噴霧されるガスタービン設備の吸気冷却システムにおいて、吸気ダクト内で吸気冷却スプレイ上流側の吸気のプロセス量を計測するプロセス量計測器２４と、スプレイ流量算出器２６及び調整回路２７を備えた制御装置２５とを有し、スプレイ流量算出器２６は、プロセス量計測器にて計測されたプロセス量に基づき、吸気ダクト内の吸気の相対湿度を１００％とするために冷却水スプレイから噴霧する冷却水のスプレイ流量要求値Ｐを算出し、調整回路２７は、吸気ダクト内の吸気の相対湿度を１００％に近い値に設定するためにスプレイ流量要求値Ｐを調整してスプレイ流量要求値Ｑとするよう構成されたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ガスタービン設備の吸気冷却システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンを用いた発電設備は、火力発電設備の主要な方式の一つであり、国内外で広く使用されている。夏の気温が特に高い地域では気温の高い時期に消費電力量が多くなるので、これに合わせて気温の高い時期に発電量を多くする必要がある。ところが、気温の上昇によって空気密度が低下すると、ガスタービン発電設備及びガスタービンを使用したコンバインドサイクル等の複合発電設備の最大発電量は低下してしまう。
【０００３】
そこで、圧縮機に導入される吸気中に冷却水を噴霧することにより吸気温度を低下させ、これにより、気温が高いときにも最大発電量の低下を防止するガスタービン設備の吸気冷却システムが、特許文献１及び２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２０１９５８号公報
【特許文献２】特開昭５９−３９９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のようなガスタービン設備の吸気冷却システムでは、理論的には、圧縮機へ導入される吸気が相対湿度１００％になるまで冷却水を噴霧すれば最大の冷却効果が得られる。しかしながら実際には、相対湿度１００％では気化しない冷却水が発生し、この気化しない冷却水が多量に発生すると、圧縮機内に流入して圧縮機の翼等に損傷を与える恐れがある。
【０００６】
従って、相対湿度１００％の代わりに、ある適切な飽和に近い相対湿度となるように冷却水を噴霧することが望まれる。ところが、適切な相対湿度を得るために必要な冷却水流量の具体的な計算方法は知られておらず、また、機械システムの損失なども含めると必ずしも状況によって一致せず、吸気の状態を表すプロセス量から適切な相対湿度を計算することは困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、外気温が高いときにもガスタービンの出力を向上できると共に、圧縮機の損傷を防止できるガスタービン設備の吸気冷却システム及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態におけるガスタービン設備の吸気冷却システムは、吸気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された吸気と共に燃料を燃焼する燃焼器と、この燃焼器で生じた燃焼ガスの熱エネルギーを回転運動エネルギーに変換するガスタービンと、を有するガスタービン設備であって、前記圧縮機に吸気を導入する吸気ダクト内に吸気冷却スプレイが設置され、この吸気冷却スプレイにより、前記圧縮機へ導入される前の吸気に冷却水が噴霧されるガスタービン設備の吸気冷却システムにおいて、前記吸気ダクト内で前記吸気冷却スプレイ上流側の吸気のプロセス量を計測するプロセス量計測手段と、スプレイ流量計算手段及び調整回路を備えた制御装置とを有し、前記スプレイ流量計算手段は、前記プロセス量計測手段にて計測されたプロセス量に基づき、前記吸気ダクト内の吸気の相対湿度を１００％とするために前記吸気冷却スプレイから噴霧する冷却水のスプレイ流量要求値を算出し、前記調整回路は、前記吸気ダクト内の吸気の相対湿度を１００％に近い値に設定するために前記スプレイ流量要求値を調整するよう構成されたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本実施形態におけるガスタービン設備の吸気冷却方法は、吸気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された吸気と共に燃料を燃焼する燃焼器と、この燃焼器で生じた燃焼ガスの熱エネルギーを回転運動エネルギーに変換するガスタービンと、を有するガスタービン設備であって、前記圧縮機に吸気を導入する吸気ダクト内に設置された吸気冷却スプレイから、前記圧縮機へ導入される前の吸気に冷却水を噴霧するガスタービン設備の吸気冷却方法において、前記吸気ダクト内で前記吸気冷却スプレイ上流側の吸気のプロセス量をプロセス量計測手段が計測し、このプロセス量に基づき、前記吸気ダクト内の吸気の相対湿度を１００％とするために前記吸気冷却スプレイから噴霧する冷却水のスプレイ流量要求値を算出し、その後、前記吸気ダクト内の吸気の相対湿度を１００％に近い値に設定するために前記スプレイ流量要求値を調整することを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るガスタービン設備の吸気冷却システムにおける第１実施形態を示す構成図。
【図２】図１の制御装置を示すブロック図。
【図３】湿り蒸気線図を示すグラフ。
【図４】図２の制御装置から出力されるスプレイ流量要求値Ｑと、スプレイ流量算出器が算出したスプレイ流量要求値Ｐとの関係を示すグラフ。
【図５】本発明に係るガスタービン設備の吸気冷却システムにおける第２実施形態の制御装置を示すブロック図。
【図６】発電機出力等と絶対湿度との関係を示すグラフ。
【図７】図５の制御装置から出力されるスプレイ流量要求値Ｒと、スプレイ流量算出器が算出したスプレイ流量要求値Ｐとの関係を示すグラフ。
【図８】本発明に係るガスタービン設備の吸気冷却システムにおける第３実施形態の制御装置を示すブロック図。
【図９】図８の制御装置から出力されるスプレイ流量要求値Ｒと、スプレイ流量算出器が算出したスプレイ流量要求値Ｐとの関係に、制御回路による制限値を加算して示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１〜図４）
図１は、本発明に係るガスタービン設備の吸気冷却システムにおける第１実施形態を示す構成図であり、図２は、図１の制御装置を示すブロック図である。
【００１２】
図１に示すガスタービン発電設備１０は、圧縮機１１、燃焼器１２、ガスタービン１３及び発電機１４を有して構成される。圧縮機１１は、大気から吸気ダクト１５を経て導入される空気（つまり吸気１６）を圧縮する。また、燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された吸気１６と共に燃料を燃焼して燃焼ガス１７を生成する。
【００１３】
ガスタービン１３は、燃焼器１２にて生じた燃焼ガス１７の熱エネルギーを回転運動エネルギーに変換して、圧縮機１１及び発電機１４を駆動する。発電機１４は、ガスタービン１３により駆動されて電気を発生する。また、ガスタービン１３を駆動した燃焼ガス１７は、排ガス１８となって大気へ排出される。
【００１４】
上述のガスタービン発電設備１０における吸気冷却システム２０は、圧縮機１１に吸気１６を導入する吸気ダクト１５内に設置された吸気冷却スプレイ２１から、圧縮機１１へ導入される前の吸気１６に冷却水を噴霧するものである。この冷却水の噴霧により、冷却水の蒸発潜熱によって吸気１６の温度を低下させることが可能になり、圧縮機１１に導入される吸気１６の質量流量を増大させることができる。この吸気１６の質量流量が増大すると、吸気１６（空気）と燃料との比率に基づいて決定される、燃焼器１２に供給される燃料の最大投入量も増大できるので、ガスタービン１３の最大出力を上昇させることができる。
【００１５】
このような吸気冷却システム２０は、前記吸気冷却スプレイ２１のほかに、冷却水タンク２２と、冷却水供給ポンプ２３と、プロセス量計測手段としてのプロセス量計測器２４と、スプレイ流量計算手段としてのスプレイ流量算出器２６及び調整回路２７（共に図２）を備える制御装置２５と、を有して構成される。
【００１６】
吸気冷却スプレイ２１は、吸気ダクト１５内に例えば複数本設置される。また、冷却水タンク２２は冷却水を供給する。冷却水供給ポンプ２３は、複数本の吸気冷却スプレイ２１に対応して複数台設置され、各吸気冷却スプレイ２１に１台の冷却水供給ポンプ２３が接続される。各冷却水供給ポンプ２３は、冷却水タンク２２に貯水された冷却水を吸気冷却スプレイ２１へ供給する。この吸気冷却スプレイ２１への冷却水の供給流量は、冷却水供給ポンプ２３の回転数によって変更可能に構成される。
【００１７】
図２に示すように、プロセス量計測器２４は、吸気ダクト１５内で吸気冷却スプレイ２１の上流側の吸気１６の状態を表すプロセス量を計測する。このプロセス量としては、図２に示すように、乾球温度、湿球温度、大気圧力、吸気流量などである。この場合、吸気ダクト１５内で吸気冷却スプレイ２１の上流側における吸気１６の相対湿度を直接計測してもよい。本実施形態では、後述の如く、吸気ダクト１５内で吸気冷却スプレイ２１の上流側における吸気１６の相対湿度は、プロセス量計測器２４により計測された乾球温度と湿球温度から求められる。ここで、相対湿度とは、空気中に含まれる水蒸気量とその温度と同じ温度における飽和水蒸気量との比の１００倍をいう。
【００１８】
図２に示すように、制御装置２５のスプレイ流量算出器２６は、プロセス量計測器２４にて計測された吸気ダクト１５内における吸気１６のプロセス量に基づき、例えば湿り蒸気線図（図３）などを用いて、吸気ダクト１５内における吸気１６の相対湿度を１００％とするために吸気冷却スプレイ２１から噴霧する冷却水のスプレイ流量要求値Ｐを算出する。
【００１９】
例えば図３に示す湿り蒸気線図（Ｐｓｙｃｈｏｍｅｔｒｉｃ Ｃｈａｒｔ）において、プロセス量計測器２４にて計測された乾球温度Ａと湿球温度Ｂとの交点Ｘが位置する相対湿度ラインＣから、この相対湿度ラインＣが示す相対湿度を、吸気ダクト１５内でプロセス量計測器２４が設置された吸気冷却スプレイ２１上流側の吸気１６の相対湿度として求める。そして、この位置での絶対湿度α（ｋｇ／ｋｇ）を、交点Ｘを通り横軸（乾球温度軸）に平行な直線が縦軸（絶対湿度軸）と交わる点が示す絶対湿度の値から求める。ここで、絶対湿度とは、湿り空気１ｍ３中に含まれる水蒸気の重量をいう。
【００２０】
次に、交点Ｘから湿球温度一定のラインＤが相対湿度１００％ラインＥと交わる交点Ｙを求める。そして、この交点Ｙを通り横軸に平行な直線が縦軸と交わる点が示す絶対湿度の値から、相対湿度１００％における絶対湿度β（ｋｇ／ｋｇ）の値を求める。スプレイ流量算出器２６は、上述のようにして求めた絶対湿度βと絶対湿度αとの差分量（β−α）に、プロセス量計測器２４にて計測された吸気１６の吸気流量を乗ずることで、スプレイ流量要求値Ｐを算出する。
【００２１】
尚、スプレイ流量算出器２６が上述のスプレイ流量要求値Ｐを算出する方法は、湿り蒸気線図を用いる場合に限らず、例えばプロセス量計測器２４により吸気ダクト１５内における吸気冷却スプレイ２１上流側の相対湿度を直接計測し、この相対湿度の値に基づいて、吸気ダクト１５内における吸気１６の相対湿度を１００％とする上記スプレイ流量要求値Ｐを算出してもよい。
【００２２】
吸気ダクト１５の調整回路２７は、図２に示すように、吸気ダクト１５内における吸気冷却スプレイ２１下流の吸気１６の相対湿度を１００％に近い値（例えば相対湿度９５％程度）に設定するためにスプレイ流量要求値Ｐを調整して、調整後のスプレイ流量要求値Ｑを求める回路である。具体的には、この調整回路２７は、スプレイ流量算出器２６が算出したスプレイ流量要求値Ｐに対する割合（％）を調整する比率調整手段としての比率調整部２８と、スプレイ流量算出器２６が算出したスプレイ流量要求値Ｐに対する加減バイアス（＋／−）を調整するバイアス調整手段としてのバイアス調整部２９との少なくとも一方（本実施形態では両者）を備えて構成される。
【００２３】
オペレータは、ガスタービン発電設備１０の運転状態や発電量などから判断して、入力装置３０を用い、比率調整部２８における割合（％）を調整し、バイアス調整部２９における加減バイアス（＋／−）を調整して、スプレイ流量要求値Ｐを調整してスプレイ流量要求値Ｑを設定する。
【００２４】
これらのスプレイ流量要求値Ｐとスプレイ流量要求値Ｑとの関係は、図４に示すように、比率調整部２８、バイアス調整部２９による調整がなされない場合には、直線Ｎに示すように、スプレイ流量要求値Ｐとスプレイ流量要求値Ｑとは１対１の関係にあるが、比率調整部２８による割合、バイアス調整部２９による加減バイアスがそれぞれ調整されたときには、直線Ｍ１に示すように、スプレイ流量要求値Ｑはスプレイ流量要求値Ｐよりも低い値に調整される。
【００２５】
図２に示すように、調整回路２７からのスプレイ流量要求値Ｑは、冷却水供給ポンプ２３へ出力されてその回転数が設定される。これにより、冷却水供給ポンプ２３は、吸気ダクト１５内における吸気１６の相対湿度が１００％に近い値になるように、吸気冷却スプレイ２１へ供給する冷却水の流量を調整する。尚、調整回路２７からのスプレイ流量要求値Ｑは、冷却水供給ポンプ２３と吸気冷却スプレイ２１との間に設置された流量調整手段、例えば調整弁３１（図１）や電動弁などへ出力されてその弁開度が設定され、これにより、吸気冷却スプレイ２１へ供給する冷却水流量が調整されてもよい。
【００２６】
以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（１）及び（２）を奏する。
（１）制御装置２５におけるスプレイ流量算出器２６が、吸気ダクト１５内における吸気１６の相対湿度を１００％とするために吸気ダクト１５内における吸気冷却スプレイ２１から噴霧する冷却水のスプレイ流量要求値Ｐを、吸気ダクト１５内における吸気１６のプロセス量から算出する。その後、制御装置２５における調整回路２７をオペレータが入力装置３０を用いて操作することで、算出されたスプレイ流量要求値Ｐを、吸気ダクト１５内における吸気１６の相対湿度を１００％に近い値に設定するために調整して、スプレイ流量要求値Ｑを求めている。このため、吸気ダクト１５内に噴霧された冷却水の蒸発潜熱によって、圧縮機１１へ供給される吸気１６の温度を低下できるので、外気温が高いときにもガスタービン１３の出力を向上できると共に、気化しない冷却水が圧縮機１１へ供給されることがないので、圧縮機１１の特に翼などに損傷を及ぼすことを防止できる。
【００２７】
（２）本実施形態の吸気冷却システム２０では、前述の如く、吸気ダクト１５内における吸気１６の相対湿度が１００％に近い値になるように吸気冷却スプレイ２１から冷却水を噴霧して、圧縮機１１の入口で冷却水が全て気化するように考慮されているが、この相対湿度が１００％に近い値は、大雨時に発生する高湿度の大気条件と略同等である。従って、吸気冷却システムを具備しない既存のガスタービン発電設備１０に対しても、その機械的設計バランスを崩すことなく、本実施形態の吸気冷却システム２０を適用することができる。
【００２８】
［Ｂ］第２実施形態（図５〜図７）
図５は、本発明に係るガスタービン設備の吸気冷却システムにおける第２実施形態の制御装置を示すブロック図である。この第２実施形態において、前記第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００２９】
本実施形態におけるガスタービン発電設備１０の吸気冷却システム４０における制御装置４１が第１実施形態の吸気冷却システム２０の制御装置２５と異なる点は、比率調整部２８が調整する割合（％）が比率可変設定部４２により、バイアス調整部２９が調整する加減バイアス（＋／−）がバイアス可変設定部４３により、それぞれガスタービン１３の運転状態を表す信号に対応して変更して設定可能に構成された点である。ここで、ガスタービン１３の運転状態を表す信号は、例えば発電機出力、排ガス流量、吸気ダクト１５内の吸気流量などである。
【００３０】
本実施形態では、発電機出力、排ガス流量、吸気ダクト１５内の吸気流量と吸気ダクト１５内の絶対湿度との関係を、図６の直線Ｇに示すように予め求めておく。比率可変設定部４２、バイアス可変設定部４３は、図６において、発電機出力、排ガス流量、吸気流量の１つまたは複数の信号の値Ｆから、そのときの吸気ダクト１５内における吸気１６の絶対湿度γを求める。次に、比率可変設定部４２、バイアス可変設定部４３は、この求めた絶対湿度γと、相対湿度１００％における絶対湿度β（図３）との差分量（β−γ）に基づいて、それぞれ、比率調整部２８が調整する割合（％）、バイアス調整部２９が調整する加減バイアス（＋／−）を決定する(図５)。
【００３１】
図５に示すように、スプレイ流量算出器２６により算出されたスプレイ流量要求値Ｐは、比率可変設定部４２により決定された割合に基づいて比率調整部２８により調整され、更に、バイアス可変設定部４３により決定された加減バイアスに基づいてバイアス調整部２９により調整されることでスプレイ流量要求値Ｒとなる。このスプレイ流量要求値Ｒが冷却水供給ポンプ２３、または調整弁３１等の流量調整手段へ出力され、これらの冷却水供給ポンプ２３または調整弁３１等から、スプレイ流量要求値Ｒ相当の冷却水、即ち吸気ダクト１５内における吸気１６の相対湿度を１００％に近い値にするために必要な冷却水が吸気冷却スプレイ２１へ供給される。
【００３２】
上記スプレイ流量要求値Ｒとスプレイ流量要求値Ｑとは、図７に示すように、比率調整部２８、バイアス調整部２９による調整がなされていない場合には、直線Ｎに示すように１対１の関係になる。これに対し、比率可変設定部４２により決定された割合で比率調整部２８により、バイアス可変設定部４３により決定された加減バイアスでバイアス調整部２９により、スプレイ流量要求値Ｐが調整されてスプレイ流量要求値Ｒが設定されたときには、このスプレイ流量要求値Ｒは、曲線Ｍ２に示すように、スプレイ流量要求値Ｐよりも低い値に調整される。
【００３３】
尚、本実施形態では、図５に示すように、比率調整部２８と比率可変設定部４２との間、バイアス調整部２９とバイアス可変設定部４３との間にそれぞれ切換器４４が設置されてもよい。そして、この切換器４４を用いた切り換え操作によって、比率調整部２８が調整する割合と、バイアス調整部２９が調整する加減バイアスとは、ガスタービン１３の運転状態を示す信号に対応して比率可変設定部４２、バイアス可変設定部４３により、またはオペレータが入力装置３０を操作することにより、択一に切り換えて変更されてもよい。
【００３４】
以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、前記第１実施形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏するほか、次の効果（３）および（４）を奏する。
【００３５】
（３）比率調整部２８が調整する割合（％）が比率可変設定部４２により、バイアス調整部２９が調整する加減バイアス（＋／−）がバイアス可変設定部４３により、それぞれガスタービン１３の運転状態を表す信号に対応して変更して設定される場合には、比率調整部２８の割合とバイアス調整部２９の加減バイアスとをオペレータが変更する必要がない。このため、ガスタービン１３の出力向上と圧縮機１１の損傷防止に関し、オペレータの負担を低減でき、更に誤操作を防止できる。
【００３６】
（４）比率調整部２８が調整する割合（％）が比率可変設定部４２により、バイアス調整部２９が調整する加減バイアス（＋／−）がバイアス可変設定部４３により、それぞれガスタービン１３の運転状態を表す信号に対応して変更して設定される場合には、ガスタービン１３の運転状態が突然変化したときに、その変化に対応して比率調整部２８の割合、バイアス調整部２９の加減バイアスを直ちに調整できる。この結果、ガスタービン１３の運転状態の突然の変化に対応して、吸気冷却スプレイ２１からの冷却水の噴霧量を迅速に変化させることができるので、圧縮機１１へ供給される吸気１６の相対湿度を常に適切な値に保持できる。
【００３７】
［Ｃ］第３実施形態（図８、図９）
図８は、本発明に係るガスタービン設備の吸気冷却システムにおける第３実施形態の制御装置を示すブロック図である。この第３実施形態において、前記第１及び第２実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００３８】
本実施形態の吸気冷却システム５０における制御装置５１が前記第２実施形態の吸気冷却システム４０における制御装置４１と異なる点は、比率調整部２８、バイアス調整部２９にて調整されたスプレイ流量要求値Ｒに対し制限値（つまり上限値）を設定する制限回路５２が最終段に設けられた点である。
【００３９】
この制限回路５２が設定する制限値は、図９に示すように、スプレイ流量算出器２６にて算出されたスプレイ流量要求値Ｐに所定値Ｔを加算することで設定される。図９の直線Ｈは、スプレイ流量要求値Ｐに所定値Ｔが付加された制限値の直線を示す。
【００４０】
従って、本実施形態によれば、前記第１及び第２実施形態の効果（１）〜（４）と同等な効果を奏するほか、次の効果（５）を奏する。
【００４１】
（５）吸気冷却システム５０の制御装置５１に制限回路５２が設置されたことで、オペレータが誤操作によって比率調整部２８の割合、バイアス調整部２９の加減バイアスを調整した後、吸気冷却スプレイ２１へ供給される冷却水の状態（例えば温度など）が変化した場合、または、吸気ダクト１５内における吸気１６のプロセス量やガスタービン１３の運転状態を表す信号に異常が発生した場合であっても、制御装置５１から冷却水供給ポンプ２３等へ出力されるスプレイ流量要求値Ｒを制限値内に収めることができる。この結果、冷却水供給ポンプ２３等から吸気冷却スプレイ２１へ供給される冷却水量を安定化できる。
【００４２】
以上、本発明を上記実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を種々変形してもよく、また、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１０ ガスタービン発電設備（ガスタービン設備）
１１ 圧縮機
１２ 燃焼器
１３ ガスタービン
１５ 吸気ダクト
１６ 吸気
２０ 吸気冷却システム
２１ 吸気冷却スプレイ
２３ 冷却水供給ポンプ
２４ プロセス量計測器（プロセス量計測手段）
２５ 制御装置
２６ スプレイ流量算出器（スプレイ流量計算手段）
２７ 調整回路
２８ 比率調整部（比率調整手段）
２９ バイアス調整部（バイアス調整手段）
３０ 入力装置
３１ 調整弁（流量調整手段）
４０ 吸気冷却システム
４１ 制御装置
４２ 比率可変設定部
４３ バイアス可変設定部
４４ 切換器
５０ 吸気冷却システム
５１ 制御装置
５２ 制限回路
Ｐ、Ｑ、Ｒ スプレイ流量要求値
Ｔ 所定値
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ガスタービン設備の吸気冷却システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンを用いた発電設備は、火力発電設備の主要な方式の一つであり、国内外で広く使用されている。夏の気温が特に高い地域では気温の高い時期に消費電力量が多くなるので、これに合わせて気温の高い時期に発電量を多くする必要がある。ところが、気温の上昇によって空気密度が低下すると、ガスタービン発電設備及びガスタービンを使用したコンバインドサイクル等の複合発電設備の最大発電量は低下してしまう。
【０００３】
そこで、圧縮機に導入される吸気中に冷却水を噴霧することにより吸気温度を低下させ、これにより、気温が高いときにも最大発電量の低下を防止するガスタービン設備の吸気冷却システムが、特許文献１及び２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２０１９５８号公報
【特許文献２】特開昭５９−３９９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のようなガスタービン設備の吸気冷却システムでは、理論的には、圧縮機へ導入される吸気が相対湿度１００％になるまで冷却水を噴霧すれば最大の冷却効果が得られる。しかしながら実際には、相対湿度１００％では気化しない冷却水が発生し、この気化しない冷却水が多量に発生すると、圧縮機内に流入して圧縮機の翼等に損傷を与える恐れがある。
【０００６】
従って、相対湿度１００％の代わりに、ある適切な飽和に近い相対湿度となるように冷却水を噴霧することが望まれる。ところが、適切な相対湿度を得るために必要な冷却水流量の具体的な計算方法は知られておらず、また、機械システムの損失なども含めると必ずしも状況によって一致せず、吸気の状態を表すプロセス量から適切な相対湿度を計算することは困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、外気温が高いときにもガスタービンの出力を向上できると共に、圧縮機の損傷を防止できるガスタービン設備の吸気冷却システム及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態におけるガスタービン設備の吸気冷却システムは、吸気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された吸気と共に燃料を燃焼する燃焼器と、この燃焼器で生じた燃焼ガスの熱エネルギーを回転運動エネルギーに変換するガスタービンと、を有するガスタービン設備であって、前記圧縮機に吸気を導入する吸気ダクト内に吸気冷却スプレイが設置され、この吸気冷却スプレイにより、前記圧縮機へ導入される前の吸気に冷却水が噴霧されるガスタービン設備の吸気冷却システムにおいて、前記吸気ダクト内で前記吸気冷却スプレイ上流側の吸気のプロセス量を計測するプロセス量計測手段と、スプレイ流量計算手段及び調整回路を備えた制御装置とを有し、前記スプレイ流量計算手段は、前記プロセス量計測手段にて計測されたプロセス量に基づき、前記吸気ダクト内の吸気の相対湿度を１００％とするために前記吸気冷却スプレイから噴霧する冷却水のスプレイ流量要求値を算出し、前記調整回路は、前記吸気ダクト内の吸気の相対湿度を１００％に近い値に設定するために前記スプレイ流量要求値を調整するよう構成されたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本実施形態におけるガスタービン設備の吸気冷却方法は、吸気を圧縮する圧縮機と、この圧縮機で圧縮された吸気と共に燃料を燃焼する燃焼器と、この燃焼器で生じた燃焼ガスの熱エネルギーを回転運動エネルギーに変換するガスタービンと、を有するガスタービン設備であって、前記圧縮機に吸気を導入する吸気ダクト内に設置された吸気冷却スプレイから、前記圧縮機へ導入される前の吸気に冷却水を噴霧するガスタービン設備の吸気冷却方法において、前記吸気ダクト内で前記吸気冷却スプレイ上流側の吸気のプロセス量をプロセス量計測手段が計測し、このプロセス量に基づき、前記吸気ダクト内の吸気の相対湿度を１００％とするために前記吸気冷却スプレイから噴霧する冷却水のスプレイ流量要求値を算出し、その後、前記吸気ダクト内の吸気の相対湿度を１００％に近い値に設定するために前記スプレイ流量要求値を調整することを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るガスタービン設備の吸気冷却システムにおける第１実施形態を示す構成図。
【図２】図１の制御装置を示すブロック図。
【図３】湿り蒸気線図を示すグラフ。
【図４】図２の制御装置から出力されるスプレイ流量要求値Ｑと、スプレイ流量算出器が算出したスプレイ流量要求値Ｐとの関係を示すグラフ。
【図５】本発明に係るガスタービン設備の吸気冷却システムにおける第２実施形態の制御装置を示すブロック図。
【図６】発電機出力等と絶対湿度との関係を示すグラフ。
【図７】図５の制御装置から出力されるスプレイ流量要求値Ｒと、スプレイ流量算出器が算出したスプレイ流量要求値Ｐとの関係を示すグラフ。
【図８】本発明に係るガスタービン設備の吸気冷却システムにおける第３実施形態の制御装置を示すブロック図。
【図９】図８の制御装置から出力されるスプレイ流量要求値Ｒと、スプレイ流量算出器が算出したスプレイ流量要求値Ｐとの関係に、制御回路による制限値を加算して示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１〜図４）
図１は、本発明に係るガスタービン設備の吸気冷却システムにおける第１実施形態を示す構成図であり、図２は、図１の制御装置を示すブロック図である。
【００１２】
図１に示すガスタービン発電設備１０は、圧縮機１１、燃焼器１２、ガスタービン１３及び発電機１４を有して構成される。圧縮機１１は、大気から吸気ダクト１５を経て導入される空気（つまり吸気１６）を圧縮する。また、燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された吸気１６と共に燃料を燃焼して燃焼ガス１７を生成する。
【００１３】
ガスタービン１３は、燃焼器１２にて生じた燃焼ガス１７の熱エネルギーを回転運動エネルギーに変換して、圧縮機１１及び発電機１４を駆動する。発電機１４は、ガスタービン１３により駆動されて電気を発生する。また、ガスタービン１３を駆動した燃焼ガス１７は、排ガス１８となって大気へ排出される。
【００１４】
上述のガスタービン発電設備１０における吸気冷却システム２０は、圧縮機１１に吸気１６を導入する吸気ダクト１５内に設置された吸気冷却スプレイ２１から、圧縮機１１へ導入される前の吸気１６に冷却水を噴霧するものである。この冷却水の噴霧により、冷却水の蒸発潜熱によって吸気１６の温度を低下させることが可能になり、圧縮機１１に導入される吸気１６の質量流量を増大させることができる。この吸気１６の質量流量が増大すると、吸気１６（空気）と燃料との比率に基づいて決定される、燃焼器１２に供給される燃料の最大投入量も増大できるので、ガスタービン１３の最大出力を上昇させることができる。
【００１５】
このような吸気冷却システム２０は、前記吸気冷却スプレイ２１のほかに、冷却水タンク２２と、冷却水供給ポンプ２３と、プロセス量計測手段としてのプロセス量計測器２４と、スプレイ流量計算手段としてのスプレイ流量算出器２６及び調整回路２７（共に図２）を備える制御装置２５と、を有して構成される。
【００１６】
吸気冷却スプレイ２１は、吸気ダクト１５内に例えば複数本設置される。また、冷却水タンク２２は冷却水を供給する。冷却水供給ポンプ２３は、複数本の吸気冷却スプレイ２１に対応して複数台設置され、各吸気冷却スプレイ２１に１台の冷却水供給ポンプ２３が接続される。各冷却水供給ポンプ２３は、冷却水タンク２２に貯水された冷却水を吸気冷却スプレイ２１へ供給する。この吸気冷却スプレイ２１への冷却水の供給流量は、冷却水供給ポンプ２３の回転数によって変更可能に構成される。
【００１７】
図２に示すように、プロセス量計測器２４は、吸気ダクト１５内で吸気冷却スプレイ２１の上流側の吸気１６の状態を表すプロセス量を計測する。このプロセス量としては、図２に示すように、乾球温度、湿球温度、大気圧力、吸気流量などである。この場合、吸気ダクト１５内で吸気冷却スプレイ２１の上流側における吸気１６の相対湿度を直接計測してもよい。本実施形態では、後述の如く、吸気ダクト１５内で吸気冷却スプレイ２１の上流側における吸気１６の相対湿度は、プロセス量計測器２４により計測された乾球温度と湿球温度から求められる。ここで、相対湿度とは、空気中に含まれる水蒸気量とその温度と同じ温度における飽和水蒸気量との比の１００倍をいう。
【００１８】
図２に示すように、制御装置２５のスプレイ流量算出器２６は、プロセス量計測器２４にて計測された吸気ダクト１５内における吸気１６のプロセス量に基づき、例えば湿り蒸気線図（図３）などを用いて、吸気ダクト１５内における吸気１６の相対湿度を１００％とするために吸気冷却スプレイ２１から噴霧する冷却水のスプレイ流量要求値Ｐを算出する。
【００１９】
例えば図３に示す湿り蒸気線図（Ｐｓｙｃｈｏｍｅｔｒｉｃ Ｃｈａｒｔ）において、プロセス量計測器２４にて計測された乾球温度Ａと湿球温度Ｂとの交点Ｘが位置する相対湿度ラインＣから、この相対湿度ラインＣが示す相対湿度を、吸気ダクト１５内でプロセス量計測器２４が設置された吸気冷却スプレイ２１上流側の吸気１６の相対湿度として求める。そして、この位置での絶対湿度α（ｋｇ／ｋｇ）を、交点Ｘを通り横軸（乾球温度軸）に平行な直線が縦軸（絶対湿度軸）と交わる点が示す絶対湿度の値から求める。ここで、絶対湿度とは、湿り空気１ｍ３中に含まれる水蒸気の重量をいう。
【００２０】
次に、交点Ｘから湿球温度一定のラインＤが相対湿度１００％ラインＥと交わる交点Ｙを求める。そして、この交点Ｙを通り横軸に平行な直線が縦軸と交わる点が示す絶対湿度の値から、相対湿度１００％における絶対湿度β（ｋｇ／ｋｇ）の値を求める。スプレイ流量算出器２６は、上述のようにして求めた絶対湿度βと絶対湿度αとの差分量（β−α）に、プロセス量計測器２４にて計測された吸気１６の吸気流量を乗ずることで、スプレイ流量要求値Ｐを算出する。
【００２１】
尚、スプレイ流量算出器２６が上述のスプレイ流量要求値Ｐを算出する方法は、湿り蒸気線図を用いる場合に限らず、例えばプロセス量計測器２４により吸気ダクト１５内における吸気冷却スプレイ２１上流側の相対湿度を直接計測し、この相対湿度の値に基づいて、吸気ダクト１５内における吸気１６の相対湿度を１００％とする上記スプレイ流量要求値Ｐを算出してもよい。
【００２２】
吸気ダクト１５の調整回路２７は、図２に示すように、吸気ダクト１５内における吸気冷却スプレイ２１下流の吸気１６の相対湿度を１００％に近い値（例えば相対湿度９５％程度）に設定するためにスプレイ流量要求値Ｐを調整して、調整後のスプレイ流量要求値Ｑを求める回路である。具体的には、この調整回路２７は、スプレイ流量算出器２６が算出したスプレイ流量要求値Ｐに対する割合（％）を調整する比率調整手段としての比率調整部２８と、スプレイ流量算出器２６が算出したスプレイ流量要求値Ｐに対する加減バイアス（＋／−）を調整するバイアス調整手段としてのバイアス調整部２９との少なくとも一方（本実施形態では両者）を備えて構成される。
【００２３】
オペレータは、ガスタービン発電設備１０の運転状態や発電量などから判断して、入力装置３０を用い、比率調整部２８における割合（％）を調整し、バイアス調整部２９における加減バイアス（＋／−）を調整して、スプレイ流量要求値Ｐを調整してスプレイ流量要求値Ｑを設定する。
【００２４】
これらのスプレイ流量要求値Ｐとスプレイ流量要求値Ｑとの関係は、図４に示すように、比率調整部２８、バイアス調整部２９による調整がなされない場合には、直線Ｎに示すように、スプレイ流量要求値Ｐとスプレイ流量要求値Ｑとは１対１の関係にあるが、比率調整部２８による割合、バイアス調整部２９による加減バイアスがそれぞれ調整されたときには、直線Ｍ１に示すように、スプレイ流量要求値Ｑはスプレイ流量要求値Ｐよりも低い値に調整される。
【００２５】
図２に示すように、調整回路２７からのスプレイ流量要求値Ｑは、冷却水供給ポンプ２３へ出力されてその回転数が設定される。これにより、冷却水供給ポンプ２３は、吸気ダクト１５内における吸気１６の相対湿度が１００％に近い値になるように、吸気冷却スプレイ２１へ供給する冷却水の流量を調整する。尚、調整回路２７からのスプレイ流量要求値Ｑは、冷却水供給ポンプ２３と吸気冷却スプレイ２１との間に設置された流量調整手段、例えば調整弁３１（図１）や電動弁などへ出力されてその弁開度が設定され、これにより、吸気冷却スプレイ２１へ供給する冷却水流量が調整されてもよい。
【００２６】
以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（１）及び（２）を奏する。
（１）制御装置２５におけるスプレイ流量算出器２６が、吸気ダクト１５内における吸気１６の相対湿度を１００％とするために吸気ダクト１５内における吸気冷却スプレイ２１から噴霧する冷却水のスプレイ流量要求値Ｐを、吸気ダクト１５内における吸気１６のプロセス量から算出する。その後、制御装置２５における調整回路２７をオペレータが入力装置３０を用いて操作することで、算出されたスプレイ流量要求値Ｐを、吸気ダクト１５内における吸気１６の相対湿度を１００％に近い値に設定するために調整して、スプレイ流量要求値Ｑを求めている。このため、吸気ダクト１５内に噴霧された冷却水の蒸発潜熱によって、圧縮機１１へ供給される吸気１６の温度を低下できるので、外気温が高いときにもガスタービン１３の出力を向上できると共に、気化しない冷却水が圧縮機１１へ供給されることがないので、圧縮機１１の特に翼などに損傷を及ぼすことを防止できる。
【００２７】
（２）本実施形態の吸気冷却システム２０では、前述の如く、吸気ダクト１５内における吸気１６の相対湿度が１００％に近い値になるように吸気冷却スプレイ２１から冷却水を噴霧して、圧縮機１１の入口で冷却水が全て気化するように考慮されているが、この相対湿度が１００％に近い値は、大雨時に発生する高湿度の大気条件と略同等である。従って、吸気冷却システムを具備しない既存のガスタービン発電設備１０に対しても、その機械的設計バランスを崩すことなく、本実施形態の吸気冷却システム２０を適用することができる。
【００２８】
［Ｂ］第２実施形態（図５〜図７）
図５は、本発明に係るガスタービン設備の吸気冷却システムにおける第２実施形態の制御装置を示すブロック図である。この第２実施形態において、前記第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００２９】
本実施形態におけるガスタービン発電設備１０の吸気冷却システム４０における制御装置４１が第１実施形態の吸気冷却システム２０の制御装置２５と異なる点は、比率調整部２８が調整する割合（％）が比率可変設定部４２により、バイアス調整部２９が調整する加減バイアス（＋／−）がバイアス可変設定部４３により、それぞれガスタービン１３の運転状態を表す信号に対応して変更して設定可能に構成された点である。ここで、ガスタービン１３の運転状態を表す信号は、例えば発電機出力、排ガス流量、吸気ダクト１５内の吸気流量などである。
【００３０】
本実施形態では、発電機出力、排ガス流量、吸気ダクト１５内の吸気流量と吸気ダクト１５内の絶対湿度との関係を、図６の直線Ｇに示すように予め求めておく。比率可変設定部４２、バイアス可変設定部４３は、図６において、発電機出力、排ガス流量、吸気流量の１つまたは複数の信号の値Ｆから、そのときの吸気ダクト１５内における吸気１６の絶対湿度γを求める。次に、比率可変設定部４２、バイアス可変設定部４３は、この求めた絶対湿度γと、相対湿度１００％における絶対湿度β（図３）との差分量（β−γ）に基づいて、それぞれ、比率調整部２８が調整する割合（％）、バイアス調整部２９が調整する加減バイアス（＋／−）を決定する(図５)。
【００３１】
図５に示すように、スプレイ流量算出器２６により算出されたスプレイ流量要求値Ｐは、比率可変設定部４２により決定された割合に基づいて比率調整部２８により調整され、更に、バイアス可変設定部４３により決定された加減バイアスに基づいてバイアス調整部２９により調整されることでスプレイ流量要求値Ｒとなる。このスプレイ流量要求値Ｒが冷却水供給ポンプ２３、または調整弁３１等の流量調整手段へ出力され、これらの冷却水供給ポンプ２３または調整弁３１等から、スプレイ流量要求値Ｒ相当の冷却水、即ち吸気ダクト１５内における吸気１６の相対湿度を１００％に近い値にするために必要な冷却水が吸気冷却スプレイ２１へ供給される。
【００３２】
上記スプレイ流量要求値Ｒとスプレイ流量要求値Ｑとは、図７に示すように、比率調整部２８、バイアス調整部２９による調整がなされていない場合には、直線Ｎに示すように１対１の関係になる。これに対し、比率可変設定部４２により決定された割合で比率調整部２８により、バイアス可変設定部４３により決定された加減バイアスでバイアス調整部２９により、スプレイ流量要求値Ｐが調整されてスプレイ流量要求値Ｒが設定されたときには、このスプレイ流量要求値Ｒは、曲線Ｍ２に示すように、スプレイ流量要求値Ｐよりも低い値に調整される。
【００３３】
尚、本実施形態では、図５に示すように、比率調整部２８と比率可変設定部４２との間、バイアス調整部２９とバイアス可変設定部４３との間にそれぞれ切換器４４が設置されてもよい。そして、この切換器４４を用いた切り換え操作によって、比率調整部２８が調整する割合と、バイアス調整部２９が調整する加減バイアスとは、ガスタービン１３の運転状態を示す信号に対応して比率可変設定部４２、バイアス可変設定部４３により、またはオペレータが入力装置３０を操作することにより、択一に切り換えて変更されてもよい。
【００３４】
以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、前記第１実施形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏するほか、次の効果（３）および（４）を奏する。
【００３５】
（３）比率調整部２８が調整する割合（％）が比率可変設定部４２により、バイアス調整部２９が調整する加減バイアス（＋／−）がバイアス可変設定部４３により、それぞれガスタービン１３の運転状態を表す信号に対応して変更して設定される場合には、比率調整部２８の割合とバイアス調整部２９の加減バイアスとをオペレータが変更する必要がない。このため、ガスタービン１３の出力向上と圧縮機１１の損傷防止に関し、オペレータの負担を低減でき、更に誤操作を防止できる。
【００３６】
（４）比率調整部２８が調整する割合（％）が比率可変設定部４２により、バイアス調整部２９が調整する加減バイアス（＋／−）がバイアス可変設定部４３により、それぞれガスタービン１３の運転状態を表す信号に対応して変更して設定される場合には、ガスタービン１３の運転状態が突然変化したときに、その変化に対応して比率調整部２８の割合、バイアス調整部２９の加減バイアスを直ちに調整できる。この結果、ガスタービン１３の運転状態の突然の変化に対応して、吸気冷却スプレイ２１からの冷却水の噴霧量を迅速に変化させることができるので、圧縮機１１へ供給される吸気１６の相対湿度を常に適切な値に保持できる。
【００３７】
［Ｃ］第３実施形態（図８、図９）
図８は、本発明に係るガスタービン設備の吸気冷却システムにおける第３実施形態の制御装置を示すブロック図である。この第３実施形態において、前記第１及び第２実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００３８】
本実施形態の吸気冷却システム５０における制御装置５１が前記第２実施形態の吸気冷却システム４０における制御装置４１と異なる点は、比率調整部２８、バイアス調整部２９にて調整されたスプレイ流量要求値Ｒに対し制限値（つまり上限値）を設定する制限回路５２が最終段に設けられた点である。
【００３９】
この制限回路５２が設定する制限値は、図９に示すように、スプレイ流量算出器２６にて算出されたスプレイ流量要求値Ｐに所定値Ｔを加算することで設定される。図９の直線Ｈは、スプレイ流量要求値Ｐに所定値Ｔが付加された制限値の直線を示す。
【００４０】
従って、本実施形態によれば、前記第１及び第２実施形態の効果（１）〜（４）と同等な効果を奏するほか、次の効果（５）を奏する。
【００４１】
（５）吸気冷却システム５０の制御装置５１に制限回路５２が設置されたことで、オペレータが誤操作によって比率調整部２８の割合、バイアス調整部２９の加減バイアスを調整した後、吸気冷却スプレイ２１へ供給される冷却水の状態（例えば温度など）が変化した場合、または、吸気ダクト１５内における吸気１６のプロセス量やガスタービン１３の運転状態を表す信号に異常が発生した場合であっても、制御装置５１から冷却水供給ポンプ２３等へ出力されるスプレイ流量要求値Ｒを制限値内に収めることができる。この結果、冷却水供給ポンプ２３等から吸気冷却スプレイ２１へ供給される冷却水量を安定化できる。
【００４２】
以上、本発明を上記実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を種々変形してもよく、また、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１０ ガスタービン発電設備（ガスタービン設備）
１１ 圧縮機
１２ 燃焼器
１３ ガスタービン
１５ 吸気ダクト
１６ 吸気
２０ 吸気冷却システム
２１ 吸気冷却スプレイ
２３ 冷却水供給ポンプ
２４ プロセス量計測器（プロセス量計測手段）
２５ 制御装置
２６ スプレイ流量算出器（スプレイ流量計算手段）
２７ 調整回路
２８ 比率調整部（比率調整手段）
２９ バイアス調整部（バイアス調整手段）
３０ 入力装置
３１ 調整弁（流量調整手段）
４０ 吸気冷却システム
４１ 制御装置
４２ 比率可変設定部
４３ バイアス可変設定部
４４ 切換器
５０ 吸気冷却システム
５１ 制御装置
５２ 制限回路
Ｐ、Ｑ、Ｒ スプレイ流量要求値
Ｔ 所定値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された吸気と共に燃料を燃焼する燃焼器と、前記燃焼器で生じた燃焼ガスの熱エネルギーを回転運動エネルギーに変換するガスタービンと、を有するガスタービン設備を備え、
前記圧縮機に吸気を導入する吸気ダクト内に吸気冷却スプレイが設置され、前記吸気冷却スプレイにより、前記圧縮機へ導入される前の吸気に冷却水が噴霧されるガスタービン設備の吸気冷却システムであって、
前記吸気ダクト内で前記吸気冷却スプレイ上流側の吸気のプロセス量を計測するプロセス量計測手段と、
スプレイ流量計算手段及び調整回路を備えた制御装置とを有し、
前記スプレイ流量計算手段は、前記プロセス量計測手段にて計測されたプロセス量に基づき、前記吸気ダクト内の吸気の相対湿度を１００％とするために前記吸気冷却スプレイから噴霧する冷却水のスプレイ流量要求値を算出し、
前記調整回路は、前記吸気ダクト内の吸気の相対湿度を１００％に近い値に設定するために前記スプレイ流量要求値を調整するよう構成されたことを特徴とするガスタービン設備の吸気冷却システム。
【請求項２】
前記調整回路は、スプレイ流量計算手段が算出したスプレイ流量要求値に対して、その割合を調整する比率調整手段と、加減バイアスを調整するバイアス調整手段との少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン設備の吸気冷却システム。
【請求項３】
前記比率調整手段が調整する割合が比率可変設定部により、バイアス調整手段が調整する加減バイアスがバイアス可変設定部により、それぞれ、ガスタービンの運転状態を表す信号に対応して変更可能に構成されたことを特徴とする請求項２に記載のガスタービン設備の吸気冷却システム。
【請求項４】
前記比率調整手段が調整する割合が比率可変設定部により、バイアス調整手段が調整する加減バイアスがバイアス可変設定部により、それぞれ、ガスタービンの運転状態を表す信号に対応して、またはオペレータの操作により、択一に切り換えて変更可能に構成されたことを特徴とする請求項２に記載のガスタービン設備の吸気冷却システム。
【請求項５】
前記調整回路からの出力により、前記吸気冷却スプレイへ冷却水を供給する冷却水供給ポンプの回転数、または前記冷却水供給ポンプと前記吸気冷却スプレイとの間に設置された流量調整手段の開度が、それぞれ設定されるよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガスタービン設備の吸気冷却システム。
【請求項６】
前記制御装置は、スプレイ流量計算手段にて算出されたスプレイ流量要求値に対し制限値を設定する制限回路を最終段に備え、
前記制限値が、前記スプレイ流量要求値に所定値を加算して決定されたものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガスタービン設備の吸気冷却システム。
【請求項７】
吸気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された吸気と共に燃料を燃焼する燃焼器と、前記燃焼器で生じた燃焼ガスの熱エネルギーを回転運動エネルギーに変換するガスタービンと、を有するガスタービン設備を備え、
前記圧縮機に吸気を導入する吸気ダクト内に設置された吸気冷却スプレイから、前記圧縮機へ導入される前の吸気に冷却水を噴霧するガスタービン設備の吸気冷却方法であって、
前記吸気ダクト内で前記吸気冷却スプレイ上流側の吸気のプロセス量をプロセス量計測手段が計測し、
前記プロセス量に基づき、前記吸気ダクト内の吸気の相対湿度を１００％とするために前記吸気冷却スプレイから噴霧する冷却水のスプレイ流量要求値を算出し、
前記吸気ダクト内の吸気の相対湿度を１００％に近い値に設定するために前記スプレイ流量要求値を調整することを特徴とするガスタービン設備の吸気冷却方法。
【請求項１】
吸気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された吸気と共に燃料を燃焼する燃焼器と、前記燃焼器で生じた燃焼ガスの熱エネルギーを回転運動エネルギーに変換するガスタービンと、を有するガスタービン設備を備え、
前記圧縮機に吸気を導入する吸気ダクト内に吸気冷却スプレイが設置され、前記吸気冷却スプレイにより、前記圧縮機へ導入される前の吸気に冷却水が噴霧されるガスタービン設備の吸気冷却システムであって、
前記吸気ダクト内で前記吸気冷却スプレイ上流側の吸気のプロセス量を計測するプロセス量計測手段と、
スプレイ流量計算手段及び調整回路を備えた制御装置とを有し、
前記スプレイ流量計算手段は、前記プロセス量計測手段にて計測されたプロセス量に基づき、前記吸気ダクト内の吸気の相対湿度を１００％とするために前記吸気冷却スプレイから噴霧する冷却水のスプレイ流量要求値を算出し、
前記調整回路は、前記吸気ダクト内の吸気の相対湿度を１００％に近い値に設定するために前記スプレイ流量要求値を調整するよう構成されたことを特徴とするガスタービン設備の吸気冷却システム。
【請求項２】
前記調整回路は、スプレイ流量計算手段が算出したスプレイ流量要求値に対して、その割合を調整する比率調整手段と、加減バイアスを調整するバイアス調整手段との少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン設備の吸気冷却システム。
【請求項３】
前記比率調整手段が調整する割合が比率可変設定部により、バイアス調整手段が調整する加減バイアスがバイアス可変設定部により、それぞれ、ガスタービンの運転状態を表す信号に対応して変更可能に構成されたことを特徴とする請求項２に記載のガスタービン設備の吸気冷却システム。
【請求項４】
前記比率調整手段が調整する割合が比率可変設定部により、バイアス調整手段が調整する加減バイアスがバイアス可変設定部により、それぞれ、ガスタービンの運転状態を表す信号に対応して、またはオペレータの操作により、択一に切り換えて変更可能に構成されたことを特徴とする請求項２に記載のガスタービン設備の吸気冷却システム。
【請求項５】
前記調整回路からの出力により、前記吸気冷却スプレイへ冷却水を供給する冷却水供給ポンプの回転数、または前記冷却水供給ポンプと前記吸気冷却スプレイとの間に設置された流量調整手段の開度が、それぞれ設定されるよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガスタービン設備の吸気冷却システム。
【請求項６】
前記制御装置は、スプレイ流量計算手段にて算出されたスプレイ流量要求値に対し制限値を設定する制限回路を最終段に備え、
前記制限値が、前記スプレイ流量要求値に所定値を加算して決定されたものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガスタービン設備の吸気冷却システム。
【請求項７】
吸気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された吸気と共に燃料を燃焼する燃焼器と、前記燃焼器で生じた燃焼ガスの熱エネルギーを回転運動エネルギーに変換するガスタービンと、を有するガスタービン設備を備え、
前記圧縮機に吸気を導入する吸気ダクト内に設置された吸気冷却スプレイから、前記圧縮機へ導入される前の吸気に冷却水を噴霧するガスタービン設備の吸気冷却方法であって、
前記吸気ダクト内で前記吸気冷却スプレイ上流側の吸気のプロセス量をプロセス量計測手段が計測し、
前記プロセス量に基づき、前記吸気ダクト内の吸気の相対湿度を１００％とするために前記吸気冷却スプレイから噴霧する冷却水のスプレイ流量要求値を算出し、
前記吸気ダクト内の吸気の相対湿度を１００％に近い値に設定するために前記スプレイ流量要求値を調整することを特徴とするガスタービン設備の吸気冷却方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−７６３４８（Ｐ２０１３−７６３４８Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１５９２１（Ｐ２０１１−２１５９２１）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
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