JP4648152B2 - ガスタービンシステム及びガスタービンシステムの運転方法 - Google Patents
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Description
8bと、この充填物8bに加湿用の水を散布させる散水ノズル8aが配設されている。増湿塔8の下部には、外部から給水する給水ポンプ22を備えた配管45を通じて供給されている。そして、増湿塔8の下部に溜まった給水は、増湿器である増湿塔8に散布する水を供給する給水系統を構成する増湿塔循環水ポンプ24を備えた配管41と、増湿塔入口流量調整弁16を備えた配管42を通して前記散水ノズル8aに散布用の水を供給するようになっている。また、この給水系統を構成する配管42から分岐して、この給水系統を流れる水を系外に排出する排水系統を構成する増湿塔ブロー弁17を備えた配管26が配設されている。
32へと供給され、さらに混合器18を経て給水系統を構成する配管42を通じて散布水として供給され、増湿塔8の内部に散水ノズル8aから散布される。そして、増湿塔8の水散布停止時には、配管42の増湿塔入口流量調整弁16を閉じ、排水系統を構成する配管26の増湿塔ブロー弁17を開いて、散布水を配管26を通じて系外にブローする。また、増湿塔8の水散布開始時には、逆に、配管42の増湿塔入口流量調整弁16を開き、配管26の増湿塔ブロー弁17を閉じる。
MWDである。
(数2)
Ps=fstm_sat(max(Ta,Tw))
空気温度Taに対して散布水温度Twが高い場合には、散布水が空気を加温することにより空気温度が加湿水温度Twに近づくと考えられる。そのため、数2では飽和圧力の計算にTaとTwのうち高い数値を採用している。なお、実現象では加湿水からの空気への伝熱には時間遅れを伴う。そのため、数1の最大空気加湿量Gawは、空気が含みうる湿分の将来値に相当する。
111で演算した最大空気加湿量Gawに基づいて、数3を用いて加湿後の燃空比rFAwを求める。
(燃空比マージン)ΔrFAを、ΔrFA=rFAw−rFAwxとして算出し、この
ΔrFAの値に基づいて、次時刻の増湿塔の状態V0を決定している。
ΔrFAがΔrFA1よりも大きい場合には、燃空比マージンΔrFAは常に正となる。すなわち、燃空比の過渡的な低下によっても燃焼器3は失火することなく増湿塔8の運転を安全に起動できる。
ΔrFA0)、且つ、増湿塔8が起動している場合には、増湿塔8の運転を停止状態
(V0=停止)とする。増湿塔8を停止すると、燃焼空気中の湿分量が急激に低下して燃空比ΔrFAが過渡的に上昇する。そこで、ΔrFA0を燃空比ΔrFAの推定誤差の絶対値とすると、ΔrFAがΔrFA0を下回らない範囲で増湿塔8の運転を停止することにより、増湿塔8が起動中における燃焼器3の失火を防ぐことができる。
(数4)
V1=V0
(数5)
V2=100%−V1 (但しV1=0〜100%)
なお、本実施例では、増湿塔起動指令計算手順114に負荷指令MWDを入力している。これは、規定負荷以下において燃空比マージンが閾値を超えた場合(例えばタービン起動の際の昇速運転中)に、誤って増湿塔8が起動しないよう負荷に対して制限を設けたものである。
16の開度を求めて開度指令V1として次時刻t02又はt1に増湿塔入口流量調整弁
16を制御し、また、増湿塔ブロー弁開度指令計算手順117で増湿塔ブロー弁17の開度を求めて次時刻t02又はt1に開度指令V2を制御する。
18の上流に配し、これらの弁の切り替えにより増湿塔を起動・停止する構成としてもよい。
16の開度を求めて開度指令V1として次時刻t02′又はt1′に増湿塔入口流量調整弁16を制御し、また、増湿塔ブロー弁開度指令計算手順117で増湿塔ブロー弁17の開度を求めて次時刻t02′又はt1′に開度指令V2を制御する。
Gfの増量に対応して負荷追従性が向上し、燃焼ガス温度や排気ガス温度には変化を与えずにほぼ一定に保持できる。よって、MWDとタービン負荷の発電出力(MW)との間に生じる偏差を大幅に抑制できる。
t1′から徐々に蒸発するので、増湿塔の出口における空気加湿量Gawが時刻t1′から定格よりGaw1に徐々に低下して、燃料流量のアンダーシュート幅は小さくなり、発電出力MWの減少に応じた燃料流量Gfの減量に対応でき、燃焼ガス温度や排気ガス温度には大きな変化を与えずにほぼ一定に保持できる。よって、MWDとタービン負荷の発電出力(MW)との間に生じる偏差を大幅に抑制できる。
42と、給水系統42から分岐してこの給水系統の水を系外に排出する排水系統26とを配設し、加湿後燃空比計算手順112から得られる燃焼器3における燃空比rFAwを演算して、この燃空比が失火限界となる燃空比rFAwxよりも大きくなるように給水系統及び排水系統の少なくとも一方の系統を流れる水の流量を制御している。即ち、図4において増湿塔を起動した場合、燃焼器3における加湿のない燃空比rFA(点b2)が、本来予測される加湿後燃空比rFAw(点b3)より低下した場合でも、失火限界となる燃空比rFAwxより大きくなるように給水系統を構成する配管42、及び排水系統を構成する配管26の少なくとも一方の系統を流れる水の流量を制御する。そのため、発電出力MWの増加に応じた燃料流量Gfの増量に対応して増湿塔の起動・停止を含めた広い運用負荷帯内での負荷追従性が大幅に向上し、燃焼ガス温度や排気ガス温度には変化を与えずにほぼ一定に保持できる。よって、MWDとタービン負荷の発電出力(MW)との間に生じる偏差を大幅に抑制できる。
45を備えることで、燃焼器3で燃料の燃焼により生成された水分を燃焼排ガスから回収しているため、ガスタービンシステムの系外から供給する水量を低減することが出来る。
26の少なくとも一方の系統を流れる水の流量を、負荷減少に後行させて減少させるように制御する。即ち、図5に示すように、負荷増加(発電出力の増加)させるt02より
T2時間だけ先行させて給水系統42を流れる水の流量を増加させている。そうすると、増湿塔8の出口における空気加湿量Gawが時刻t2から徐々に増加するので、発電出力MWの増加に応じた燃料流量Gfの増量に対応して負荷追従性が向上し、燃焼ガス温度や排気ガス温度には変化を与えずにほぼ一定に保持できる。よって、MWDとタービン負荷の発電出力(MW)との間に生じる偏差を大幅に抑制できる。また、負荷減少(発電出力の減少)させるt01よりT1時間だけ後行させて給水系統42を流れる水の流量を減少させている。そうすると、増湿塔内に残留する散布水が負荷変化中の時刻t1から除々に蒸発するので、増湿塔8の出口における空気加湿量Gawが時刻t1から定格より徐々に減少して、燃料流量のアンダーシュート幅は小さくなり、発電出力MWの減少に応じた燃料流量Gfの減量に対応でき、燃焼ガス温度や排気ガス温度には大きな変化を与えずにほぼ一定に保持できる。よって、MWDとタービン負荷の発電出力(MW)との間に生じる偏差を大幅に抑制できる。燃焼器の燃空比は常に失火限界を回避した値に保持され、タービンのトリップは防止される。
29に供給する系統を備えたものである。水回収装置29では、排ガス中に含まれる水分、すなわち増湿塔8で加湿した空気加湿分及び燃焼器3で燃料の燃焼により生成された水分を燃焼排ガスから回収する。前記水回収装置29は水を貯留するタンクの機能を有し、貯留した下部水を給水ポンプ34,熱交換器33,除熱装置35,配管48を通じて供給し、ノズル30から水回収装置29の内部で散布して、排ガス中の水分を凝縮・落下させて水を回収する。また、燃焼排ガスは煙道28を通じて水回収装置29に導かれた後に排気塔31から外部に排出される。また、水回収装置29からは貯留した下部水を配管45を通じて給水として増湿塔8の底部に供給している。
35で冷却する構成とし、除熱した給水を装置上部から散布している。
48…配管、14,28…煙道、16…増湿塔入口流量調整弁、17…増湿塔ブロー弁、18…混合器、20…シャフト、22,34…給水ポンプ、24…増湿塔循環水ポンプ、29…水回収装置、30…ノズル、31…排気塔、32…空気冷却器、33…熱交換器、35…除熱装置、100…ガスタービン制御装置、101…増湿塔制御装置、102…燃料流量制御装置、110…空気流量計算手順、111…最大空気加湿量計算手順、112…加湿後燃空比計算手順、113…加湿後失火限界燃空比計算手順、114…増湿塔起動指令計算手順、115…記憶手段、116…増湿塔入口流量調整弁開度指令計算手順。
Claims (2)
- 空気を圧縮する圧縮機と、燃料と空気を燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で燃焼した燃焼ガスにより駆動するタービンと、該圧縮機で圧縮した空気を加湿して前記燃焼器に加湿空気を供給する増湿器を備えたガスタービンシステムにおいて、
前記増湿器に散布する水を供給する給水系統と、該増湿器をバイパスして該給水系統の水を前記水回収装置に排出する排水系統とを配設し、
前記燃焼器における燃空比を、燃焼器への燃料流量,圧縮機から吐出される空気圧力、及び増湿器から燃焼器に供給される空気温度から算出される加湿量に基づいて演算し、失火限界となる燃空比の値には加算すべき閾値を設定し、前記閾値は燃焼器の燃料流量を増加する場合の閾値が燃料流量を減少する場合の閾値よりも大きくなるよう設定し、この演算した前記燃空比が失火限界の燃空比に閾値を加算した値よりも大きくなるように、前記給水系統、及び排水系統の少なくとも一方の系統を流れる水の流量を制御することにより前記増湿器の水散布の運転を行う制御装置を設けたことを特徴とするガスタービンシステム。 - 空気を圧縮する圧縮機と、燃料と空気を燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で燃焼した燃焼ガスにより駆動するタービンと、該圧縮機で圧縮した空気を加湿して前記燃焼器に加湿空気を供給する増湿器を備えたガスタービンシステムの運転方法において、
前記燃焼器における燃空比を燃焼器への燃料流量,圧縮機から吐出される空気圧力、及び増湿器から燃焼器に供給される空気温度から算出される加湿量に基づいて演算し、失火限界となる燃空比の値には加算すべき閾値を設定し、前記閾値は燃焼器の燃料流量を増加する場合の閾値が燃料流量を減少する場合の閾値よりも大きくなるよう設定し、この演算した前記燃空比が失火限界の燃空比に該閾値を加算した値よりも大きくなるように、前記給水系統、及び排水系統の少なくとも一方の系統を流れる水の流量を制御することによって前記増湿器の水散布の運転を行うことを特徴とするガスタービンシステムの運転方法。
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