JP5384300B2 - Intake air cooling device for gas turbine, gas turbine plant, reconstruction method of existing gas turbine plant, and intake air cooling method of gas turbine - Google Patents
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Description
本発明は、ガスタービンの吸気冷却を行うことが可能なガスタービン用吸気冷却装置、ガスタービンプラント、既設ガスタービンプラントの再構築方法、及び、ガスタービンの吸気冷却方法に関する。 The present invention relates to an intake air cooling device for a gas turbine capable of performing intake air cooling of a gas turbine, a gas turbine plant, a reconstructing method of an existing gas turbine plant, and an intake air cooling method of a gas turbine.
従来、圧縮機、燃焼器及びタービンを基本構成とする発電用ガスタービンでは、圧縮機へ吸気される吸込空気の温度によってタービンにおける出力が影響を受ける。すなわち、特に夏季においては、大気温度が上昇するために、吸込空気の密度が低下して、質量流量が低下し、出力が低下する。このような出力低下を抑止するために、上記吸込空気を冷却する吸気冷却装置を備えるものがある。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a power generation gas turbine that basically includes a compressor, a combustor, and a turbine, the output of the turbine is affected by the temperature of intake air that is sucked into the compressor. That is, especially in the summer, the atmospheric temperature rises, so the density of the intake air decreases, the mass flow rate decreases, and the output decreases. In order to suppress such a decrease in output, some have an intake air cooling device that cools the intake air.
吸気冷却装置には、冷凍機によって冷却された冷媒との間で熱交換させることによって吸込空気を冷却させる冷凍冷却を行うタイプと、吸込空気に加湿を行い、加湿された水分が蒸発することによって吸込空気を冷却させる加湿冷却を行うタイプとがあり、冷凍冷却と加湿冷却とを両者具備するタイプも存在する。また、冷凍冷却と加湿冷却とを具備するタイプでは、吸込空気を、相対湿度が100%となるとともに、最高効率となる温度に近い温度となるように、冷凍冷却と加湿冷却とを使い分ける技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In the intake air cooling device, there is a type that performs refrigeration cooling that cools the intake air by exchanging heat with the refrigerant cooled by the refrigerator, and by humidifying the intake air and evaporating the humidified water There are types that perform humidification cooling that cools the intake air, and there are types that include both refrigeration cooling and humidification cooling. In addition, in the type having refrigeration cooling and humidification cooling, there is a technology that uses refrigeration cooling and humidification cooling separately so that the intake air has a relative humidity of 100% and a temperature close to the maximum efficiency. It has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、加湿冷却によるタイプの吸気冷却装置では、加湿により吸込空気に与えられた水分を蒸発させて潜熱を奪うことによって冷却するため、比較的低コストで冷却を行うことができる一方、吸込空気の相対湿度が100%になってしまう、すなわち湿球温度まで低下してしまうと、それ以上冷却することができなくなってしまう。このため、特に大気の湿度が高い気象条件下では、十分な出力増大を図ることができない問題があった。
また、冷凍冷却によるタイプの吸気冷却装置では、冷凍機によって冷却することで、大気の状態に係らず目的とする温度まで冷却することができる一方、冷凍機を駆動させる動力が必要となり、ガスタービンによって高出力を得ることができても、冷凍動力分のロスが生じてしまい経済性が悪化してしまう問題があった。
両者を具備する特許文献1のような吸気冷却装置においても、加湿冷却と冷凍冷却とを使い分けることでガスタービンにより高効率で出力できるものの、冷凍冷却を行う場合には冷凍動力分のロスにより必ずしも経済性の良い運転を行っているとは限らなかった。
However, in the intake air cooling device of the type by humidification cooling, since the cooling is performed by evaporating the moisture given to the intake air by humidification and taking away the latent heat, the cooling can be performed at a relatively low cost. If the relative humidity becomes 100%, that is, if the temperature falls to the wet bulb temperature, it will not be possible to cool any more. For this reason, there was a problem that the output could not be increased sufficiently, especially under weather conditions where the atmospheric humidity was high.
In addition, in a type of intake air cooling device using refrigeration cooling, cooling with a chiller can cool to a target temperature regardless of the state of the atmosphere, while power for driving the chiller is required. Even if a high output can be obtained by this, there is a problem that the loss of the refrigeration power occurs and the economic efficiency deteriorates.
Even in the intake air cooling apparatus such as
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、吸気冷却を行うことで発電用ガスタービンによる発電の高出力化と経済性向上との両立を図ることが可能なガスタービン用吸気冷却装置、ガスタービンプラント、既設ガスタービンプラントの再構築方法、及び、ガスタービンの吸気冷却方法を提供することを課題としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is an intake for a gas turbine that can achieve both high output power generation by a gas turbine for power generation and improved economic efficiency by performing intake air cooling. It is an object of the present invention to provide a cooling device, a gas turbine plant, a rebuilding method for an existing gas turbine plant, and a gas turbine intake air cooling method.
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。
本発明は、圧縮機、燃焼器及びタービンを有する発電用ガスタービンの吸気冷却に用いられるガスタービン用吸気冷却装置であって、冷凍機を駆動させて前記発電用ガスタービンに吸気される空気を冷却する第一の冷却手段と、加湿することで前記発電用ガスタービンに吸気される空気を冷却する第二の冷却手段と、前記第一の冷却手段及び前記第二の冷却手段のそれぞれを稼動または非稼動に切替可能な冷却制御部とを備え、該冷却制御部は、前記第一の冷却手段で吸気冷却を行って予め取得される要求出力で前記発電用ガスタービンによって発電することによる発電収支の差分である第一の発電収支差分と、前記第二の冷却手段で吸気冷却を行うことにより可能な最大出力で前記発電用ガスタービンで発電することによる発電収支の差分である第二の発電収支差分との大小比較に基づいて、前記第一の冷却手段及び前記第二の冷却手段のそれぞれの稼動または非稼動を決定することを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The present invention is a gas turbine intake air cooling device used for intake air cooling of a power generation gas turbine having a compressor, a combustor, and a turbine, and drives air to be drawn into the power generation gas turbine by driving a refrigerator. Each of the first cooling means for cooling, the second cooling means for cooling the air sucked into the power generation gas turbine by humidification, and the first cooling means and the second cooling means are operated. Or a cooling control unit that can be switched to non-operation, wherein the cooling control unit performs intake air cooling with the first cooling means and generates power by the power generation gas turbine with a required output acquired in advance. The difference between the first power generation balance, which is the difference in the balance, and the difference between the power generation balance, which is generated by the gas turbine for power generation at the maximum output possible by performing intake air cooling with the second cooling means. Based on the comparison between certain second power balance difference, it is characterized by determining the respective operating or non-operation of the first cooling means and the second cooling unit.
また、本発明は、圧縮機、燃焼器及びタービンを有する発電用ガスタービンの吸気を、冷凍機を駆動させて前記発電用ガスタービンに吸気される空気を冷却する第一の冷却手段及び加湿することで前記発電用ガスタービンに吸気される空気を冷却する第二の冷却手段で冷却させるガスタービンの吸気冷却方法であって、前記第一の冷却手段で吸気冷却を行って予め取得される要求出力で前記発電用ガスタービンによって発電することによる発電収支の差分である第一の発電収支差分と、前記第二の冷却手段で吸気冷却を行うことにより可能な最大出力で前記発電用ガスタービンで発電することによる発電収支の差分である第二の発電収支差分との大小比較に基づいて、前記第一の冷却手段及び前記第二の冷却手段のそれぞれの稼動または非稼動を決定することを特徴としている。 Further, the present invention humidifies the intake air of a power generation gas turbine having a compressor, a combustor, and a turbine by driving a refrigerator to cool the air taken into the power generation gas turbine. A gas turbine intake air cooling method in which the air sucked into the power generation gas turbine is cooled by a second cooling means for cooling the intake air by the first cooling means. The first power generation balance difference, which is the difference in power generation balance due to power generation by the power generation gas turbine at the output, and the power generation gas turbine at the maximum output possible by performing intake air cooling with the second cooling means. Based on the magnitude comparison with the second power generation balance difference, which is the difference in power generation balance due to power generation, each of the first cooling means and the second cooling means is operated or not earned. It is characterized by determining the.
この構成及び方法によれば、第一の冷却手段で吸気冷却を行って要求出力で発電することによる第一の発電収支差分と、第二の冷却手段で吸気冷却を行うことにより可能な最大出力で発電することによる第二の発電収支差分との大小比較に基づいて、前記第一の冷却手段及び前記第二の冷却手段のそれぞれの稼動または非稼動を決定している。このため、第二の発電収支差分に対して第一の発電収支差分が大きい場合、すなわち第一の冷却手段で冷凍機を駆動させて吸気冷却を行っても収支が見合う場合には、第一の冷却手段によって吸気冷却を行うことで、大気の湿度の状態に係らず要求出力で発電用タービンから出力させることができる。一方、第二の発電収支差分に対して第一の発電収支差分が小さい場合、すなわち第一の冷却手段で冷凍機を駆動させて吸気冷却を行うと収支が見合わない場合には、第二の冷却手段によって吸気冷却を行うことで、経済性を確保しつつ発電用ガスタービンより最大限出力させることができる。 According to this configuration and method, the first power balance difference obtained by performing the intake air cooling with the first cooling means and generating power with the required output, and the maximum output possible by performing the intake air cooling with the second cooling means. Based on the magnitude comparison with the second power generation balance difference generated by the power generation, the operation or non-operation of each of the first cooling means and the second cooling means is determined. For this reason, when the first power generation balance difference is larger than the second power generation balance difference, that is, when the balance is commensurate with the intake air cooling by driving the refrigerator with the first cooling means, the first By performing the intake air cooling by the cooling means, it is possible to output from the power generation turbine with the required output regardless of the atmospheric humidity state. On the other hand, when the first power generation balance difference is smaller than the second power generation balance difference, that is, when the intake and output cooling is not performed when the refrigerator is driven by the first cooling means, the second By performing the intake air cooling by the cooling means, it is possible to make the maximum output from the power generation gas turbine while ensuring the economy.
また、上記のガスタービン用吸気冷却装置において、前記冷却制御部は、前記発電用ガスタービンが前記要求出力で出力可能となる吸気温度である要求入口温度に、吸気される空気を前記第一の冷却手段によって冷却するのに前記冷凍機で必要とされる動力である必要冷凍動力を演算する必要冷凍動力演算手段と、前記要求出力と前記第二の冷却手段で吸気冷却を行うことにより前記発電用ガスタービンで出力可能な最大出力との差分出力を演算する差分出力演算手段と、前記必要冷凍動力演算手段で求められた前記必要冷凍動力と前記差分出力演算手段で求められた前記差分出力とに基づいて、前記第一の冷却手段で吸気冷却して前記要求出力で発電用ガスタービンから出力させた場合と、前記第二の冷却手段で吸気冷却して前記最大出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合との発電による収入の差である差分収入を演算する差分収入演算手段と、前記差分出力演算手段で求められた前記差分出力に基づいて、前記第一の冷却手段で吸気冷却して前記要求出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合と、前記第二の冷却手段で吸気冷却して前記最大出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合との発電に伴う支出の差である差分コストを演算する差分コスト演算手段と、前記差分収入と前記差分コストとの大小比較を行い、前記差分収入が前記差分コスト以下である場合には前記第一の冷却手段を非稼動、前記第二の冷却手段を稼動とし、前記差分収入が前記差分コストより大きい場合には少なくとも前記第一の冷却手段を稼動とする稼動決定手段とを有することがより好ましい。 In the above-described gas turbine intake air cooling device, the cooling control unit supplies the intake air to the required inlet temperature that is the intake air temperature at which the power generation gas turbine can output with the required output. Necessary refrigeration power calculating means for calculating required refrigeration power that is required for the refrigerator to cool by the cooling means, and the power generation by performing intake air cooling with the required output and the second cooling means. Difference output calculation means for calculating a difference output from the maximum output that can be output by the gas turbine, the required refrigeration power obtained by the required refrigeration power calculation means, and the difference output obtained by the difference output calculation means On the basis of the intake air cooling by the first cooling means and output from the gas turbine for power generation at the required output, and the maximum output by cooling the intake air by the second cooling means Based on the difference output calculated by the difference output calculation means, the difference income calculation means for calculating the difference income that is the difference of the income from the power generation when output from the gas turbine for power generation, the first output When the intake air is cooled by the cooling means and output from the power generation gas turbine at the required output, and when the intake air is cooled by the second cooling means and output from the power generation gas turbine at the maximum output Difference cost calculation means for calculating a difference cost that is a difference in expenditure accompanying power generation, and the difference income and the difference cost are compared, and when the difference income is equal to or less than the difference cost, the first And an operation determining means for operating at least the first cooling means when the cooling means is inactive, the second cooling means is in operation, and the differential income is greater than the differential cost. Rukoto is more preferable.
また、上記のガスタービンの吸気冷却方法において、前記要求出力で前記発電用ガスタービンが出力可能となる吸気温度である要求入口温度に、吸気される空気を前記第一の冷却手段によって冷却するのに前記冷凍機で必要とされる動力である必要冷凍動力を演算する必要冷凍動力演算工程と、前記要求出力と前記第二の冷却手段で吸気冷却を行うことにより前記発電用ガスタービンで出力可能な最大出力との差分出力を演算する差分出力演算工程と、前記必要冷凍動力演算工程で求められた前記必要冷凍動力と前記差分出力演算工程で求められた前記差分出力とに基づいて、前記第一の冷却手段で吸気冷却して前記要求出力で発電用ガスタービンから出力させた場合と、前記第二の冷却手段で吸気冷却して前記最大出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合との発電による収入の差である差分収入を演算する差分収入演算工程と、前記差分出力演算工程で求められた前記差分出力に基づいて、前記第一の冷却手段で吸気冷却して前記要求出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合と、前記第二の冷却手段で吸気冷却して前記最大出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合との発電に伴う支出の差である差分コストを演算する差分コスト演算工程と、前記差分収入と前記差分コストとの大小比較を行い、前記差分収入が前記差分コスト以下である場合には前記第一の冷却手段を非稼動、前記第二の冷却手段を稼動とし、前記差分収入が前記差分コストより大きい場合には少なくとも前記第一の冷却手段を稼動とする稼動決定工程とを備えることがより好ましい。 In the above-described gas turbine intake air cooling method, the intake air is cooled by the first cooling means to a required inlet temperature that is an intake air temperature at which the power generation gas turbine can output with the required output. The required refrigeration power calculation step for calculating the required refrigeration power, which is the power required by the refrigerator, and the required output and the second cooling means perform intake air cooling, and can be output by the power generation gas turbine A difference output calculation step for calculating a difference output from the maximum output, the required refrigeration power obtained in the required refrigeration power calculation step, and the difference output obtained in the difference output calculation step. Intake air cooling by one cooling means and output from the power generation gas turbine at the required output, and intake power cooling by the second cooling means and the power generation gas turbine at the maximum output Based on the differential income calculation step for calculating the differential income, which is the difference in income from power generation with the output from the bin, and the differential output obtained in the differential output calculation step, the first cooling means takes in the air Expenditure associated with power generation when cooled and output from the power generation gas turbine at the required output, and when cooled by intake air by the second cooling means and output from the power generation gas turbine at the maximum output A difference cost calculation step of calculating a difference cost that is a difference between the difference income and the difference cost, and if the difference income is equal to or less than the difference cost, the first cooling means is not used. It is more preferable to include an operation determining step of operating, when the second cooling means is operating, and when the difference revenue is larger than the difference cost, at least the first cooling means is operating. There.
この構成及び方法によれば、要求出力と対応する要求入口温度に、吸気される空気を第一の冷却手段によって冷却するのに冷凍機で必要とされる必要冷凍動力を求めることができる。また、要求出力と第二の冷却手段で吸気冷却を行うことにより可能な最大出力との差分出力を求めることができる。そして、求めた必要冷凍動力と差分出力とに基づいて、第一の冷却手段で吸気冷却して要求出力で発電用ガスタービンから出力させた場合と、第二の冷却手段で吸気冷却して最大出力で発電用ガスタービンから出力させた場合との発電による収入の差である差分収入が求められる。さらに、求めた差分出力に基づいて、第一の冷却手段で吸気冷却して要求出力で発電用ガスタービンから出力させた場合と、第二の冷却手段で吸気冷却して最大出力で発電用ガスタービンから出力させた場合との発電に伴う支出の差である差分コストを求めることができる。そして、これら求めた差分収入と差分コストとの大小比較を行うことで、第一の発電収支差分と第二の発電収支差分との大小比較を行うことができる。そして、前記差分収入が前記差分コスト以下である場合に、すなわち第二の発電収支差分に対して第一の発電収支差分が小さい場合には、前記第一の冷却手段を非稼動、前記第二の冷却手段を稼動とすることで、経済性を確保しつつ発電用ガスタービンより最大限出力させることができる。また、差分収入が差分コストより大きい場合に、すなわち第二の発電収支差分に対して第一の発電収支差分が大きい場合には、少なくとも第一の冷却手段を稼動とすることで、大気の湿度の状態に係らず要求出力で発電用タービンから出力させることができる。 According to this configuration and method, the required refrigeration power required for the refrigerator to cool the intake air by the first cooling means can be obtained at the required inlet temperature corresponding to the required output. Further, a differential output between the required output and the maximum output possible by performing the intake air cooling with the second cooling means can be obtained. Based on the required refrigeration power and the differential output, the intake air is cooled by the first cooling means and output from the power generation gas turbine at the required output, and the intake air is cooled by the second cooling means and the maximum The differential income, which is the difference in income from power generation with the output from the gas turbine for power generation, is obtained. Furthermore, based on the obtained differential output, the first cooling means cools the intake air and outputs the required output from the power generation gas turbine, and the second cooling means cools the intake air and generates the maximum power output gas. It is possible to obtain a differential cost that is a difference in expenditure associated with power generation from the case of output from the turbine. And the magnitude comparison of the 1st power generation balance difference and the 2nd power generation balance difference can be performed by performing the size comparison with these calculated | required difference income and difference costs. When the difference revenue is equal to or less than the difference cost, that is, when the first power generation balance difference is smaller than the second power generation balance difference, the first cooling means is not operated, and the second By operating the cooling means, it is possible to make the maximum output from the gas turbine for power generation while ensuring the economy. Further, when the differential revenue is larger than the differential cost, that is, when the first power generation balance difference is larger than the second power generation balance difference, the humidity of the atmosphere is increased by operating at least the first cooling means. Regardless of the state, it can be output from the power generation turbine with the required output.
また、上記のガスタービン用吸気冷却装置において、予め取得される前記要求出力に基づいて前記要求入口温度を演算する要求入口温度演算手段と、取得する大気の乾球温度及び湿度に基づいて、大気の露点温度及び湿球温度を演算する温度演算手段とを備え、前記必要冷凍動力演算手段は、前記要求入口温度演算手段で演算された前記要求入口温度及び前記温度演算手段で演算された前記露点温度に基づいて前記必要冷凍動力を演算し、前記差分出力演算手段は、前記要求出力及び前記温度演算手段で演算された前記湿球温度に基づいて前記差分出力を演算することがより好ましい。 Further, in the above-described gas turbine intake air cooling device, the required inlet temperature calculating means for calculating the required inlet temperature based on the required output acquired in advance, and the atmospheric air based on the acquired dry bulb temperature and humidity Temperature calculating means for calculating the dew point temperature and wet bulb temperature of the required refrigeration power, the required refrigeration power calculating means is the required inlet temperature calculated by the required inlet temperature calculating means and the dew point calculated by the temperature calculating means More preferably, the required refrigeration power is calculated based on temperature, and the difference output calculation means calculates the difference output based on the required output and the wet bulb temperature calculated by the temperature calculation means.
また、上記のガスタービンの吸気冷却方法において、予め取得される前記要求出力に基づいて前記要求入口温度を演算する要求入口温度演算工程と、取得する大気の乾球温度及び大気湿度に基づいて、大気の露点温度及び湿球温度を演算する温度演算工程とを備え、前記必要冷凍動力演算工程では、前記要求入口温度演算工程で演算された前記要求入口温度及び前記温度演算工程で演算された前記露点温度に基づいて前記必要冷凍動力を演算し、前記差分出力演算工程では、前記要求出力及び前記温度演算工程で演算された前記湿球温度に基づいて前記差分出力を演算することがより好ましい。 Further, in the above-described gas turbine intake air cooling method, based on the required inlet temperature calculation step of calculating the required inlet temperature based on the required output acquired in advance, and the acquired air dry bulb temperature and atmospheric humidity, A temperature calculation step of calculating the dew point temperature and wet bulb temperature of the atmosphere, and in the required refrigeration power calculation step, the required inlet temperature calculated in the required inlet temperature calculation step and the temperature calculated in the temperature calculation step More preferably, the required refrigeration power is calculated based on a dew point temperature, and in the differential output calculation step, the differential output is calculated based on the required output and the wet bulb temperature calculated in the temperature calculation step.
この構成及び方法によれば、要求出力に基づいて要求入口温度を求めることができる。また、取得する大気温度及び大気湿度に基づいて、大気の露点温度及び湿球温度を求めることができる。このため、求めた前記要求入口温度及び露点温度に基づいて、必要冷凍動力を求めることができ、さらに、要求出力及び求めた前記湿球温度に基づいて差分出力を演算することができる。 According to this configuration and method, the required inlet temperature can be obtained based on the required output. Further, based on the acquired atmospheric temperature and atmospheric humidity, the atmospheric dew point temperature and wet bulb temperature can be obtained. For this reason, required refrigeration power can be calculated | required based on the calculated | required said required inlet_port | entrance temperature and dew point temperature, and also a difference output can be calculated based on a required output and the calculated | required said wet bulb temperature.
また、上記のガスタービン用吸気冷却装置において、前記稼動決定手段は、大気の乾球温度、及び、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記乾球温度以上である場合には、前記第一の発電収支差分と前記第二の発電収支差分との大小に係らず前記第一の冷却手段及び前記第二の冷却手段を非稼動とすることがより好ましい。 Further, in the above-described gas turbine intake air cooling device, the operation determining means obtains the atmospheric dry bulb temperature and the required inlet temperature and compares them, and the required inlet temperature is equal to or higher than the dry bulb temperature. In this case, it is more preferable that the first cooling unit and the second cooling unit are inoperative regardless of the size of the first power generation balance difference and the second power generation balance difference.
また、上記のガスタービンの吸気冷却方法において、前記稼動決定工程では、大気の乾球温度、及び、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記乾球温度以上である場合には、前記第一の発電収支差分と前記第二の発電収支差分との大小に係らず前記第一の冷却手段及び前記第二の冷却手段を非稼動とすることがより好ましい。 In the above-described gas turbine intake air cooling method, in the operation determination step, the dry-bulb temperature of the atmosphere and the required inlet temperature are acquired and compared, and the required inlet temperature is equal to or higher than the dry-bulb temperature. In this case, it is more preferable that the first cooling unit and the second cooling unit are inoperative regardless of the size of the first power generation balance difference and the second power generation balance difference.
この構成及び方法によれば、大気の乾球温度、及び、要求出力と対応する要求入口温度を取得して大小比較することで、現在の大気を吸気して発電用ガスタービンで要求出力分だけ出力するのに冷却する必要があるかどうかを判断することができる。すなわち、要求入口温度が乾球温度以上である場合には、吸気を冷却しなくても十分に低温の空気を吸気できると判断することができ、第一の冷却手段及び第二の冷却手段を非稼動として発電用ガスタービンから少なくとも要求出力分の出力を得ることができる。 According to this configuration and method, by obtaining the dry bulb temperature of the atmosphere and the required inlet temperature corresponding to the required output and comparing the magnitude, the current atmosphere is sucked into the power generation gas turbine for the required output. It can be determined whether cooling is required for output. That is, when the required inlet temperature is equal to or higher than the dry bulb temperature, it can be determined that sufficiently low-temperature air can be sucked without cooling the intake air, and the first cooling means and the second cooling means are As a non-operation, an output corresponding to at least the required output can be obtained from the power generation gas turbine.
また、上記のガスタービン用吸気冷却装置において、前記稼動決定手段は、大気の乾球温度及び湿球温度、並びに、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記乾球温度未満、前記湿球温度から求めた加湿冷却最低温度以上である場合には、前記第一の発電収支差分と前記第二の発電収支差分との大小に係らず前記第一の冷却手段を非稼動とし、前記第二の冷却手段を稼動とすることがより好ましい。 Further, in the above-described gas turbine intake air cooling apparatus, the operation determining means obtains the atmospheric dry bulb temperature and wet bulb temperature, and the required inlet temperature, compares the required magnitude, and the required inlet temperature is the dry bulb temperature. If the temperature is lower than the temperature and not less than the minimum humidification cooling temperature obtained from the wet bulb temperature, the first cooling means is not used regardless of the magnitude of the first power generation balance difference and the second power generation balance difference. More preferably, the second cooling means is in operation.
また、上記のガスタービンの吸気冷却方法において、前記稼動決定工程では、大気の乾球温度及び湿球温度、並びに、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記乾球温度未満、前記湿球温度から求めた加湿冷却最低温度以上である場合には、前記第一の発電収支差分と前記第二の発電収支差分との大小に係らず前記第一の冷却手段を非稼動とし、前記第二の冷却手段を稼動とすることがより好ましい。 Further, in the above-described gas turbine intake air cooling method, in the operation determining step, the dry-bulb temperature and wet-bulb temperature of the atmosphere and the required inlet temperature are acquired and compared in magnitude, and the required inlet temperature is the dry bulb temperature. If the temperature is lower than the temperature and not less than the minimum humidification cooling temperature obtained from the wet bulb temperature, the first cooling means is not used regardless of the magnitude of the first power generation balance difference and the second power generation balance difference. More preferably, the second cooling means is in operation.
この構成及び方法によれば、大気の乾球温度及び露点温度、並びに、要求出力と対応する要求入口温度を取得して大小比較することで、第二の冷却手段による加湿冷却だけでも、要求入口温度以下まで冷却することができるかどうかを判断することができる。すなわち、要求入口温度が乾球温度未満、前記湿球温度から求めた加湿冷却最低温度以上である場合には、第二の冷却手段による加湿冷却だけでも湿球温度になる前に要求入口温度まで冷却することができ、第一の冷却手段を非稼動とし、第二の冷却手段を稼動として発電用ガスタービンから要求出力分だけの出力を得ることができる。 According to this configuration and method, the required dry inlet temperature and the dew point temperature, and the required inlet temperature corresponding to the required output are obtained and compared, so that the required inlet can be obtained only by humidification cooling by the second cooling means. It can be determined whether or not it can be cooled to below the temperature. That is, when the required inlet temperature is less than the dry bulb temperature and is equal to or higher than the minimum humidification cooling temperature obtained from the wet bulb temperature, the humidification cooling only by the second cooling means is used until the required inlet temperature reaches the wet bulb temperature. The first cooling means can be deactivated and the second cooling means can be activated to obtain an output corresponding to the required output from the power generation gas turbine.
また、上記のガスタービン用吸気冷却装置において、前記稼動決定手段は、大気の露点温度、及び、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記露点温度以下、かつ、前記差分収入が前記差分コストより大きい場合には前記第二の冷却手段を非稼動とし、前記要求入口温度が前記露点温度より高く、かつ、前記差分収入が前記差分コストより大きい場合には前記第一の冷却手段とともに前記第二の冷却手段も稼動とすることがより好ましい。 Further, in the above-described gas turbine intake air cooling device, the operation determining means acquires the atmospheric dew point temperature and the required inlet temperature, compares the required magnitude, the required inlet temperature is equal to or lower than the dew point temperature, and When the differential revenue is greater than the differential cost, the second cooling means is deactivated, and when the required inlet temperature is higher than the dew point temperature and the differential revenue is greater than the differential cost, the first More preferably, the second cooling means is also operated together with the cooling means.
また、上記のガスタービンの吸気冷却方法において、前記稼動決定工程では、大気の露点温度、及び、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記露点温度以下、かつ、前記差分収入が前記差分コストより大きい場合には前記第二の冷却手段を非稼動とし、前記要求入口温度が前記露点温度より高く、かつ、前記差分収入が前記差分コストより大きい場合には前記第一の冷却手段とともに前記第二の冷却手段も稼動とすることがより好ましい。 Further, in the above-described gas turbine intake air cooling method, in the operation determining step, the atmospheric dew point temperature and the required inlet temperature are acquired and compared in magnitude, and the required inlet temperature is equal to or lower than the dew point temperature, and When the differential revenue is greater than the differential cost, the second cooling means is deactivated, and when the required inlet temperature is higher than the dew point temperature and the differential revenue is greater than the differential cost, the first More preferably, the second cooling means is also operated together with the cooling means.
この構成及び方法によれば、大気の露点温度、及び、要求出力と対応する要求入口温度を取得して大小比較することで、大気を第一の冷却手段で露点まで冷却した場合に、要求入口温度よりも高くなるか否かを判断することができる。ここで、第一の冷却手段で露点まで冷却した場合に、要求入口温度よりも低くなる場合には、冷却の一部を第二の冷却手段で行っても要求入口温度まで降温させることができることを意味する。そして、このような場合に、冷却の一部を第二の冷却手段によって行うことにより第一の冷却手段を稼動させることによって生じる冷凍動力分のロスを最小限に抑えることができ、経済性をさらに向上させることができる。 According to this configuration and method, when the atmosphere is cooled to the dew point by the first cooling means by obtaining the dew point temperature of the atmosphere and the required inlet temperature corresponding to the required output and comparing the magnitude, the required inlet port is obtained. It can be determined whether or not the temperature is higher. Here, if the temperature is lower than the required inlet temperature when the first cooling means cools to the dew point, the temperature can be lowered to the required inlet temperature even if part of the cooling is performed by the second cooling means. Means. In such a case, the loss of the refrigeration power caused by operating the first cooling means can be minimized by performing a part of the cooling by the second cooling means, thereby reducing the cost. Further improvement can be achieved.
また、本発明のガスタービンプラントは、上記のガスタービン用吸気冷却装置と、前記発電用ガスタービンとを備えることを特徴としている。 A gas turbine plant according to the present invention includes the above-described gas turbine intake air cooling device and the power generation gas turbine.
この構成によれば、上記のガスタービン用吸気冷却装置を備えることで、発電用ガスタービンによって、経済的、かつ、高出力で発電することができる。 According to this configuration, by providing the above-described gas turbine intake air cooling device, the power generation gas turbine can generate power economically and with high output.
また、本発明の既設ガスタービンプラントの再構築方法は、既設である前記発電用ガスタービンに対して前記ガスタービン用吸気冷却装置を追設することで上記のガスタービンプラントを構築することを特徴としている。 Further, the reconstructing method of an existing gas turbine plant of the present invention is characterized in that the gas turbine plant is constructed by adding the gas turbine intake air cooling device to the existing gas turbine for power generation. It is said.
この方法によれば、上記のガスタービン用吸気冷却装置を追設するだけで、既設の発電用ガスタービンによる発電を、経済的、かつ、高出力のものとすることができる。なお、ここでいうガスタービン用吸気冷却装置の追設とは、既設の発電用ガスタービンに、ガスタービン用吸気冷却装置の構成である第一の冷却手段、第二の冷却手段及び冷却制御部を新設するのに限られない。すなわち、発電用ガスタービンと、第一の冷却手段または第二の冷却手段の一方とが既設設備として構成されているのに対して、第一の冷却手段または第二の冷却手段の他方及び冷却制御部を新設するもの、また、第一の冷却手段及び第二の冷却手段が既設設備として構成されているのに対して、冷却制御部を新設するものも含まれる概念である。 According to this method, the power generation by the existing gas turbine for power generation can be made economical and high output only by additionally installing the above-described gas turbine intake air cooling device. Here, the additional installation of the gas turbine intake air cooling device refers to the first cooling means, the second cooling means, and the cooling control unit, which are the configuration of the gas turbine intake air cooling device, in addition to the existing power generation gas turbine. It is not limited to establishing a new. That is, while the power generation gas turbine and one of the first cooling means or the second cooling means are configured as existing equipment, the other of the first cooling means or the second cooling means and the cooling This is a concept that includes a new control unit, and a configuration in which a first cooling unit and a second cooling unit are configured as existing facilities, whereas a new cooling control unit is included.
本発明のガスタービン用吸気冷却装置によれば、冷却制御部による制御のもと、第一の冷却手段による冷凍冷却と第二の冷却手段による加湿冷却とにより吸気冷却を行うことで、発電用ガスタービンによる発電の高出力化と経済性向上との両立を図ることができる。
また、本発明のガスタービンの吸気冷却方法によれば、上記工程に従って第一の冷却手段による冷凍冷却と第二の冷却手段による加湿冷却とにより吸気冷却を行うことで、発電用ガスタービンによる発電の高出力化と経済性向上との両立を図ることができる。
また、本発明のガスタービンプラントによれば、上記ガスタービン用吸気冷却装置によって発電の高出力化と経済性向上との両立を図ることができる。
また、既設ガスタービンプラントの再構築方法によれば、上記ガスタービン用吸気冷却装置を追設することにより、既設発電用ガスタービンの発電の高出力化と経済性向上との両立を図ることができる。
According to the gas turbine intake air cooling apparatus of the present invention, under the control of the cooling control unit, the intake air cooling is performed by the refrigeration cooling by the first cooling means and the humidification cooling by the second cooling means. It is possible to achieve both high power generation by the gas turbine and improved economic efficiency.
According to the gas turbine intake air cooling method of the present invention, the power generation by the power generation gas turbine is performed by performing the intake air cooling by the refrigeration cooling by the first cooling means and the humidification cooling by the second cooling means in accordance with the above steps. It is possible to achieve both higher output and improved economic efficiency.
In addition, according to the gas turbine plant of the present invention, it is possible to achieve both higher power generation and improved economic efficiency by the gas turbine intake cooling device.
In addition, according to the rebuilding method of the existing gas turbine plant, it is possible to achieve both higher power generation and improved economic efficiency of the existing power gas turbine by additionally installing the gas turbine intake air cooling device. it can.
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。図1は、以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るガスタービンプラントの概略構成図である。図1に示すように、ガスタービンプラント1は、発電用ガスタービン2と、発電用ガスタービン2と接続された発電機3と、発電用ガスタービン2の吸気冷却を行うガスタービン用吸気冷却装置10とを備える。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating an embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gas turbine plant according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a
発電用ガスタービン2は、大気から空気A1を吸気圧縮して圧縮空気A2を生成する圧縮機2aと、圧縮機2aで生成された圧縮空気A2に燃料Fを混合させて燃焼ガスGを生成する燃焼器2bと、燃焼器2bで生成された燃焼ガスGにより回転駆動するタービン2cと、圧縮機2a及びタービン2cを貫通するロータ2dと、各構成を制御するガスタービン制御部2eとを備える。発電機3はロータ2dに接続されている。また、ロータ2dには圧縮機2a及びタービン2cの各翼構造が設けられている。そして、ガスタービン制御部2eによる制御のもと、圧縮機2aでは翼構造により空気A1を圧縮して圧縮空気A2を生成し、燃焼器2bで燃焼ガスGを生成してタービン2cに供給することで、タービン2cでは翼構造によりロータ2dを回転させて発電機3で発電を行うことが可能となっている。ガスタービン制御部2eには、稼働時の電力需要に応じた要求出力WPRが入力されており、ガスタービン制御部2eは、該要求出力WPRを出力するように、圧縮機2a、燃焼器2b及びタービン2cの制御を行う。ここで、電力需要は、販売可能な電力を含んでおり、例えば、自家発電で売電可能な場合には、売電することができる電力、電気事業者で顧客に販売した電力の残りを他の電力事業者に売電できる場合には、他の電気事業者に売電することができる電力を含むものである。
The power
ガスタービン用吸気冷却装置10は、冷凍機11を駆動させて発電用ガスタービン2に吸気される空気A1を冷却する第一の冷却手段12と、加湿することで発電用ガスタービン2に吸気される空気A1を冷却する第二の冷却手段13と、第一の冷却手段12及び第二の冷却手段13のそれぞれを稼動または非稼動に切替可能な冷却制御部20とを備える。本実施形態では、圧縮機2aの吸気流路には、上流側から第一の冷却手段12、第二の冷却手段13の順で配置されている。
The gas turbine intake
第一の冷却手段12は、吸気される空気A1との間で熱交換を行い冷却させる第一熱交換器12aと、外気との間で熱交換を行い放熱させる第二熱交換器12bと、第一熱交換器12aと第二熱交換器12bの間に設けられて電力により駆動する冷凍機11と、冷凍機11の駆動を制御する冷凍機制御部12cとを有する。第一熱交換器12aと冷凍機11との間には循環路をなす第一配管12dが配されており、内部に冷水が循環している。同様に第二熱交換器12bと冷凍機11との間にも循環路をなす第二配管12eが配されており、内部に冷却水が循環している。そして、冷凍機11は、冷凍機制御部12cによる制御のもと、内部の冷媒から第二配管12eを循環する冷却水に放熱し、第一配管12dを循環する冷水との間で吸熱することで、第一配管12dを循環する冷水を冷却させる。そして、第一熱交換器12aにおいて、冷凍機11で冷却された第一配管12dを循環する冷水と吸気される空気A1との間で熱交換を行うことで、空気A1は冷却される。ここで、冷凍機制御部12cは、冷却制御部20と接続されており、冷却制御部20から入力される制御信号に基づいて、冷凍機11を駆動させて第一熱交換器12aで空気A1を所望の温度まで冷却することが可能となっている。
The first cooling means 12 includes a
また、第二の冷却手段13は、吸気される空気A1が流通する蒸発冷却器13aと、加湿用の水Lが貯留されている貯留部13bと、貯留部13bの水Lを蒸発冷却器13aに供給する加湿用ポンプ13cと、加湿用ポンプ13cを制御する加湿制御部13dとを有する。蒸発冷却器13aは、空気A1が流入、流出する冷却室13eと、冷却室13e内部で空気A1の流路を遮るように設けられた多孔質部材13fと、加湿用ポンプ13cによって供給された水Lを多孔質部材13fに散水する散水ノズル13gとを有する。また、加湿制御部13dは、冷却制御部20と接続されており、冷却制御部20から入力される制御信号に基づいて、加湿用ポンプ13cを駆動させて多孔質部材13fに散水を行い、蒸発させることで、潜熱により多孔質部材13fを通過する空気A1から熱を奪い所望の温度まで冷却することができる。
The second cooling means 13 includes an evaporative cooler 13a through which the inhaled air A1 flows, a
また、図2に示すように、ガスタービン用吸気冷却装置10は、大気の乾球温度Tambを測定する大気温度測定部15と、大気の絶対湿度φambを測定する大気湿度測定部16とを備える。大気温度測定部15及び大気湿度測定部16において取得された乾球温度Tamb及び絶対湿度φambは、冷却制御部20へ出力される。また、冷却制御部20は、ガスタービン制御部2eと接続されている。そして、冷却制御部20は、該ガスタービン制御部2eから入力される要求出力WPR、大気温度測定部15から入力される大気の乾球温度Tamb、及び、大気湿度測定部16から入力される絶対湿度φambに基づいて、第一の冷却手段12及び第二の冷却手段13を稼動させる。以下に、冷却制御部20の詳細を述べる。
As shown in FIG. 2, the gas turbine intake
図2に示すように、冷却制御部20は、温度演算手段21と、要求入口温度演算手段22と、必要冷凍動力演算手段23と、差分出力演算手段24と、差分収入演算手段25と、差分コスト演算手段26と、稼動決定手段27と、各種データが記憶された記憶部28とを備える。そして、冷却制御部20は、これらの構成により温度演算工程と、要求入口温度演算工程と、必要冷凍動力演算工程と、差分出力演算工程と、差分収入演算工程と、差分コスト演算工程と、稼動決定工程とを実施し、第一の冷却手段12及び第二の冷却手段13に吸気冷却を行わせる。
As shown in FIG. 2, the cooling
温度演算手段21は、温度演算工程として、大気の露点温度Td及び湿球温度TWbを演算する。温度演算手段21は、大気の露点温度Tdを演算する大気露点温度演算部21aと、大気の湿球温度TWbを演算し、該湿球温度TWbから加湿冷却によって冷却可能な最低温度である加湿冷却最低温度Thminを演算する加湿冷却最低温度演算部21bとを有する。大気露点温度演算部21aは、大気温度測定部15及び大気湿度測定部16のそれぞれから入力される乾球温度Tamb及び絶対湿度φambに基づいて大気の露点温度Tdを演算する。具体的には、本実施形態では、記憶部28に、図3に示すNC線図(例えば、「徹底マスター 空気線図の読み方・使い方」,空気調和・衛生工学会編,1998,pp16等で公知)が記憶されており、大気露点温度演算部21aは、記憶部28に記憶された該NC線図(図2の(1))を参照し、乾球温度Tamb及び絶対湿度φambを当て嵌めることで、露点温度Tdを求める。そして、大気露点温度演算部21aは、求めた露点温度Tdを必要冷凍動力演算手段23へ出力する。同様に、加湿冷却最低温度演算部21bは、記憶部28に記憶された該NC線図(図2の(1))を参照し、乾球温度Tamb及び絶対湿度φambを当て嵌めることで、湿球温度TWbを求める。更に加湿冷却最低温度演算部21bは、湿球温度TWbから加湿冷却を行う場合の圧縮機2cの入口温度の最低値である加湿冷却最低温度Thminを求める。加湿冷却最低温度Thminは、例えば、試運転や設計計算等から得た加湿冷却効率ηhcを与えて、以下の<数1>で計算することができる。
Temperature calculating means 21, the temperature calculating step calculates the dew point temperature T d and a wet-bulb temperature T Wb of the atmosphere. The temperature calculation means 21 calculates the atmospheric dew point
そして、加湿冷却最低温度演算部21bは、求めた加湿冷却最低温度Thminを差分出力演算手段24へ出力する。なお、大気の乾球温度Tamb及び絶対湿度φambから露点温度Td及び湿球温度TWbを求めるものとしたが、露点温度計及び湿球温度計を備えるものとし、直接露点温度Tdや湿球温度TWbを計測するものとしても良い。
Then, the humidification cooling minimum
要求入口温度演算手段22は、要求入口温度演算工程として、ガスタービン制御部2eから入力される要求出力WPRに基づいて、発電用ガスタービン2が要求出力WPRで出力可能となる吸気温度である要求入口温度TPRを演算する。具体的には、本実施形態では、記憶部28には、圧縮機2aの入口における吸気温度Tと、本構成の発電用ガスタービンにおけるタービン出力との関係(図2の(2))が予め記憶されている。そして、要求入口温度演算手段22は、記憶部28に記憶された吸気温度Tとタービン出力の関係を参照して、タービン出力として要求出力WPRを当て嵌めることで、対応する吸気温度Tとなる要求入口温度TPRを求めることができる。そして、要求入口温度演算手段22は、求めた要求入口温度TPRを後述する必要冷凍動力演算手段23へ出力する。なお、吸気温度Tとタービン出力との関係は、例えば、”Gas Turbine Theory 5th Edition”,Sarabanamuttoo,HIH,et al.,2001“等に示されるものを用いることができる。
Request inlet temperature calculation means 22, as the required inlet temperature calculating step, based on the required output W PR inputted from the gas
必要冷凍動力演算手段23は、必要冷凍動力演算工程として、第一の冷却手段12によって要求入口温度TPRまで、吸気される空気を冷却するのに冷凍機11で必要とされる動力である必要冷凍動力WINを演算する。より詳しくは、必要冷凍動力演算手段23は、第一の冷却手段12によって目的とする温度まで冷却するのに奪う必要がある比エンタルピ差Δhを演算する比エンタルピ差演算部23aと、演算された比エンタルピ差Δhに基づいて第一の冷却手段12の冷凍機11で必要とされる必要冷凍能力ΔHを演算する必要冷凍能力演算部23bと、演算された必要冷凍能力ΔHに基づいて冷凍機11で必要とされる動力である必要冷凍動力WINを演算する必要冷凍動力演算部23cとを有する。
The necessary refrigeration power calculation means 23 needs to be the power required in the
なお、以下においては、簡単のため、<数1>における加湿冷却効率ηhcが100%、すなわち、「Thmin=TWb」であるものとして説明を行う。
比エンタルピ差演算部23aは、要求入口温度演算手段22から入力される要求入口温度TPRと、大気露点温度演算部21aから入力される露点温度Tdと、大気温度測定部15から入力される乾球温度Tamb(図2の(5))と、大気湿度測定部16から入力される絶対湿度φamb(図2の(4))とに基づいて、現在の大気を第一の冷却手段12で要求入口温度TPRまで冷却するのに現在の大気から奪う必要のある比エンタルピ差Δhを演算する。具体的には、比エンタルピ差演算部23aは、図3に示す記憶部28に記憶されたNC線図(図2の(1))を参照し、入力された乾球温度Tamb及び絶対湿度φambを入力し、現在の大気の状態を表す点Bを求める。さらに、比エンタルピ差演算部23aは、要求入口温度TPRを入力し、吸気温度Tが要求入口温度TPRで相対湿度100%である点Aを求める。次に、現在の大気の状態を表す点Bが、点Aを通る湿球温度一定線Laよりも低温側にあるかどうか判定する。そして、現在の大気の状態を表す点Bが湿球温度一定線Laよりも低温側にあると判定された場合には、比エンタルピ差Δhを「0」として出力する。これは、乾球温度Tambが要求入口温度TPR以下である場合には、冷却する必要がなく、また、乾球温度Tambが要求入口温度TPRより高くても湿球温度一定線Laよりも低温側にある場合には、加湿冷却だけで良いからである。詳細は後述する。なお、現在の大気の状態を表す点Bが湿球温度一定線Laよりも低温側とは、図3において、大気の状態を表す点BがT=TPR一定の線よりも吸気温度Tが小さい領域Xに位置(例えば、点B1)するか、または、T=TPR一定の線と点Aを通る湿球温度一定線Laとで挟まれた領域Y1に位置(例えば、点B2)することを意味する。
In the following, for the sake of simplicity, the description will be made assuming that the humidification cooling efficiency η hc in < Equation 1> is 100%, that is, “T hmin = T Wb ”.
Specific enthalpy
また、比エンタルピ差演算部23aは、現在の大気の状態を表す点Bが湿球温度一定線Laよりも高温側にある場合には、次に露点温度Tdと要求入口温度TPRとの大小比較を行い、露点温度Tdが要求入口温度TPR未満である場合と、露点温度Tdが要求入口温度TPR以上である場合とで異なる演算を行う。ここで、露点温度Tdが要求入口温度TPR未満であるとは、図3において、現在の大気の状態を表す点Bが湿球温度一定線Laよりも高温側で、かつ、点Bの絶対湿度φambが点Aにおける絶対湿度φA未満となる領域Y2に位置(例えば、点B3)することである。また、露点温度Tdが要求入口温度TPR以上になるとは、図3において、大気の絶対湿度φambが点Aにおける絶対湿度φA以上となる領域Zに位置(例えば、点B4)することである。
Also, the specific enthalpy
まず、露点温度Tdが要求入口温度TPR以下である場合(領域Y2)では、現在の大気の状態である点B3から、点Aと湿球温度TWbが同一となる点B3´まで冷却するのに奪う必要がある比エンタルピ差Δhを求める。これは後述するように、点B3´の状態から要求入口温度TPRまでは第二の冷却手段13によっても冷却可能であることによる。また、露点温度Tdが要求入口温度TPRより高い場合(領域Z)では、現在の大気の状態である点B4から、露点温度Td4となるまで冷却し、さらに要求入口温度TPRとなる点Aまで冷却するのに奪う必要がある比エンタルピ差Δhを求める。なお、具体的な比エンタルピ差Δhの算出は、以下の<数2>により行われる。ここで、<数2>において、関数fはNC線図によって求められるものである。そして、比エンタルピ差演算部23aは、求めた比エンタルピ差Δhを必要冷凍能力演算部23bへ出力する。
First, in case dew point temperature T d is less than required inlet temperature T PR (region Y2), cooled from B3 that it is the current state of the atmosphere, to B3' that points A and wet bulb temperature T Wb are the same The specific enthalpy difference Δh that needs to be taken away is obtained. This is due to, as described later, from the state of point B3' to the required inlet temperature T PR is possible cooling by the second cooling means 13. Further, in case dew point temperature T d is higher than the required inlet temperature T PR (area Z), the B4 that it is the current state of the atmosphere, and cooled to a dew point temperature T d4, a further request inlet temperature T PR The specific enthalpy difference Δh that needs to be taken to cool to the point A is obtained. A specific specific enthalpy difference Δh is calculated by the following <
必要冷凍能力演算部23bは、比エンタルピ差演算部23aで演算された比エンタルピ差Δhに基づいて、第一の冷却手段12で要求入口温度TPRとなるまで冷却するのに必要となる必要冷凍能力ΔHを演算する。具体的には、必要冷凍能力演算部23bには、ガスタービン制御部2eからガスタービン2cの圧縮機2aにおける吸気流量GINが入力されているとともに、比エンタルピ差演算部23aから比エンタルピ差Δhが入力されている。そして、必要冷凍能力演算部23bは、入力された吸気流量GIN及び比エンタルピ差Δhに基づいて、以下の<数3>により必要冷凍能力ΔHを求める。そして、必要冷凍能力演算部23bは、求めた必要冷凍能力ΔHを必要冷凍動力演算部23cに入力する。
Required cooling capacity calculating unit 23b, based on the specific enthalpy
必要冷凍動力演算部23cは、必要冷凍能力ΔHを出力するのに必要となる必要冷凍動力WINを演算する。具体的には、必要冷凍動力演算部23cには、必要冷凍能力演算部23bから必要冷凍能力ΔHが入力されているとともに、冷凍機制御部12cから、第一の冷却手段12の冷凍機11固有の成績係数COPが入力されている。そして、必要冷凍能力演算部23bは、入力された必要冷凍能力ΔH及び成績係数COPに基づいて、以下の<数4>により必要冷凍動力WINを求める。そして、必要冷凍動力演算部23cは、求めた必要冷凍動力WINを差分収入演算手段25へ出力する。
Necessary refrigeration
また、差分出力演算手段24は、差分出力演算工程として、要求出力WPRと第二の冷却手段13で吸気冷却を行うことにより発電用ガスタービン2で出力可能な最大出力である加湿冷却最大出力Whmaxとの差分出力ΔWを演算するものである。具体的には、差分出力演算手段24は、吸気温度Tが加湿冷却最低温度Thminとなる時のガスタービン2の出力である加湿冷却最大出力Whmaxを演算する加湿冷却最大出力演算部24aと、差分出力ΔWを演算する差分出力演算部24bとを有する。加湿冷却最大出力演算部24aには、加湿冷却最低温度演算部21bから現在の加湿冷却最低温度Thminが入力されている。そして、加湿冷却最大出力演算部24aは、記憶部28に記憶された図3に示す吸気温度Tとタービン出力の関係(図2の(2))を参照して加湿冷却最大出力Whmaxを求める。ここで、加湿冷却では、対象空気に加湿を行い、加湿した水分が蒸発して潜熱を奪うことで冷却するものであり、従って加湿冷却である第二の冷却手段13では、湿潤状態での温度を測定した湿球温度TWbに加湿冷却効率ηhcを加味した温度である加湿冷却最低温度Thmin未満には冷却することができず、言い換えれば加湿冷却最低温度Thminとは現在の大気の状態において第二の冷却手段13によって冷却可能な最低温度を表わしている。従って、加湿冷却最低温度Thminと対応する出力を求めることは、第二の冷却手段13で吸気冷却を行うことによる発電用ガスタービン2で出力可能な加湿冷却最大出力Whmaxを求めることになる。従って、差分出力演算部24bで、要求出力WPRと加湿冷却最大出力Whmaxとの差分を演算することにより、要求出力WPRと加湿冷却最大出力Whmaxとの差分出力ΔWを求めることができる。そして、差分出力演算部24bは、求めた差分出力ΔWを差分収入演算手段25及び差分コスト演算手段26へそれぞれ出力する。
In addition, the differential output calculation means 24, as a differential output calculation step, performs humidification cooling maximum output that is the maximum output that can be output by the power
差分収入演算手段25は、差分収入演算工程として、第一の冷却手段12で吸気冷却して要求出力WPRで発電用ガスタービン2から出力させた場合と、第二の冷却手段13で吸気冷却してその加湿冷却最大出力Whmaxで発電用ガスタービン2から出力させた場合との発電による収入の差である差分収入INCを演算する。具体的には、差分収入演算手段25には、必要冷凍動力演算手段23の必要冷凍動力演算部23cから必要冷凍動力WINが入力されているとともに、差分出力演算手段24の差分出力演算部24bから差分出力ΔWが入力されている。また、記憶部28には、単位出力当りの電力価格である電力単価PEが記憶されている。そして、差分収入演算手段25は、記憶部28の電力単価PEを参照して、電力単価PE、差分出力ΔW及び必要冷凍動力WINに基づいて、下記の<数5>により差分収入INCを演算する。すなわち、第一の冷却手段12で吸気冷却することで発電用ガスタービン2で出力可能な要求出力WPRと、第二の冷却手段13で吸気冷却することで発電用ガスタービン2で出力可能な加湿冷却最大出力Whmaxとの差分出力ΔWから、第一の冷却手段12で吸気冷却することで実際にはロス分となる必要冷凍動力WIN分を控除することで、実際の出力差が求められ、該出力差に電力単価PEを乗じることで、第一の冷却手段12を利用した場合と第二の冷却手段13を利用した場合との発電用ガスタービン2で発電した場合の電力収入の差を差分収入INCとして求めることができる。そして、差分収入演算手段25は、求めた差分収入INCを稼動決定手段27へ出力する。なお、上記において、電力単価PEは記憶部28に記憶されているものとしたが、外部から適時入力されるものとしても良い。このようにすることで、現在における電力単価PEを反映させて差分収入INCの演算を行うことができる。
Difference income calculation means 25 as a difference income calculation step, and Combined Output power
差分コスト演算手段26は、差分コスト演算工程として、第一の冷却手段12で吸気冷却して要求出力WPRで発電用ガスタービン2から出力させた場合と、第二の冷却手段13で吸気冷却して加湿冷却最大出力Whmaxで発電用ガスタービン2から出力させた場合との発電に伴う支出の差である差分コストCcを演算する。具体的には、差分コスト演算手段26には、差分出力演算手段24から差分出力ΔWが入力されているとともに、ガスタービン制御部2eから発電機3における発電効率EG、すなわち単位出力当りの発電量が入力されている。また、記憶部28には、単位発熱量当りの燃料価格である燃料単価PFが記憶されている。そして、差分コスト演算手段26は、記憶部28の燃料単価PFを参照して、該燃料単価PF、差分出力ΔW及び発電効率EG(図2の(3))に基づいて、以下の<数6>により差分コストCcを演算する。すなわち、差分出力ΔWと発電効率EGから、第一の冷却手段12を利用した場合と第二の冷却手段13を利用した場合との発電量の差を求めることができ、これに燃料単価PFを乗じることで、発電に伴って消費した燃料コストの差CFを差分コストCcとして求めることができる。そして、差分コスト演算手段26は、求めた差分コストCcを稼動決定手段27へ出力する。なお、発電に伴うコストとしては、実際には燃料コストに限られず、例えば発電用ガスタービン2を稼動させることで、動翼等各部材の消耗による交換・修理コストなどがあり、該交換・修理コストなども考慮しても良い。しかしながら、発電に伴うコストの大部分は、燃料コストで占められており、本実施形態では燃料コストのみを考慮して差分コストCcを演算している。また、上記において、燃料単価PFは記憶部28に記憶されているものとしたが、外部から適時入力されるものとしても良い。このようにすることで、現在における燃料単価PFを反映させて差分コストCcの演算を行うことができる。
Difference cost calculation means 26 as the difference cost calculation step, a Combined Output power
稼動決定手段27は、稼動決定工程として、第一の冷却手段12及び第二の冷却手段13の稼動、非稼動を決定し、非稼働の場合には駆動停止とする制御信号を、また、稼働の場合には所望の吸気冷却となるように制御信号を、第一の冷却手段12の冷凍機制御部12c介して冷凍機11に、また、加湿制御部13dを介して第二の冷却手段13の加湿用ポンプ13cにそれぞれ出力する。ここで、稼動決定手段27には、差分収入演算手段25から差分収入INC、差分コスト演算手段26から差分コストCc、大気温度測定部15から乾球温度Tamb(図2の(5))、大気露点温度演算部21aから露点温度Td(図2の(6))、加湿冷却最低温度演算部21bから湿球温度TWb(図2の(7))、また、要求入口温度演算手段22から要求入口温度TPR(図2の(8))がそれぞれ入力されている。そして、稼動決定手段27は、これら入力された差分収入INC、差分コストCc、乾球温度Tamb、露点温度Td、湿球温度TWb及び要求入口温度TPRに基づいて、図4に示す判定フローに基づいて第一の冷却手段12及び第二の冷却手段13のそれぞれの稼動、非稼動の決定を行っている。以下に詳細を示す。
The
図4に示すように、稼動決定手段27は、まず、大気の乾球温度Tambが要求入口温度TPR以下かどうかを判定する(ステップS1)。そして、乾球温度Tambが要求入口温度TPR以下である場合(YES)、すなわち現在の大気の状態が図3に示す領域Xであり、冷却しないまま大気を吸気しても発電用ガスタービン2で要求出力WPRを得ることができる場合となり、稼動決定手段27は、第一の冷却手段12及び第二の冷却手段13ともに非稼動(OFF)と決定する(ステップS11)。一方、乾球温度Tambが要求入口温度TPRよりも高い場合(NO)、すなわち発電用ガスタービン2で要求出力WPRを得るには吸気冷却を行う必要がある場合には、次の判定ステップに移行する。
As shown in FIG. 4, the operation determining means 27 first determines whether or not the dry bulb temperature T amb in the atmosphere is equal to or lower than the required inlet temperature T PR (step S1). When the dry bulb temperature T amb is equal to or lower than the required inlet temperature T PR (YES), that is, the current atmospheric state is the region X shown in FIG. 2 will be able to obtain a required output W PR,
すなわち、稼動決定手段27は、次に大気の加湿冷却最低温度Thminが要求入口温度TPR以下かどうか判定する(ステップS2)。そして、加湿冷却最低温度Thminが要求入口温度TPR以下である場合(YES)、すなわち現在の大気の状態が図3に示す領域Yの内、点Aを通る湿球温度一定線Laよりも低温側の領域Y1となる場合には、稼動決定手段27は、第一の冷却手段12を非稼動(OFF)とするとともに、第二の冷却手段13を稼動(ON)とする(ステップS12)。これにより、発電用ガスタービン2の吸気は、第二の冷却手段13のみで加湿冷却されることとなる。ここで、領域Y1は、吸気温度Tが要求入口温度TPRとなる点Aを通る湿球温度一定線Laよりも低温側であることから、加湿冷却を行うと、例えば点B2で表わされる大気の状態から、加湿冷却最低温度Thminに達するまでに目標とする要求入口温度TPRとなる点B2´まで冷却することができ、発電用ガスタービン2により要求出力WPR分だけ出力することが可能となる。一方、加湿冷却最低温度Thminが要求入口温度TPRより高い場合(NO)、すなわち現在の大気の状態が図3に示す湿球温度一定線Laよりも高温側となる場合には、次の判定ステップに移行する。
That is,
そして、稼動決定手段27は、大気の露点温度Tdが要求入口温度TPRより低いかどうか判定する(ステップS3)。そして、露点温度Tdが要求入口温度TPR以上である場合(NO)、すなわち現在の大気の状態が図3に示す領域Zである場合は、ステップS4に移行し、また、露点温度Tdが要求入口温度TPR以下である場合(YES)、すなわち現在の大気の状態が図3に示す領域Yの内、点Aを通る湿球温度一定線Laよりも高温側の領域Y2となる場合には、ステップS5に移行する。そして、各ステップS4、S5では、稼動決定手段27は、差分収入INCと差分コストCcの大小を比較する。
The
ここで、差分収入INCが差分コストCcよりも大きいということは、第一の冷却手段12で吸気を要求入口温度TPRまで冷却して要求出力WPRで発電させた時の電力収入と第二の冷却手段13で可能な範囲で冷却して加湿冷却最大出力Whmaxで発電させた時の電力収入の差が、同発電コスト同士の差よりも大きいことを意味する。すなわち言い換えれば、差分収入INCが差分コストCcよりも大きいということは、第一の冷却手段12で冷却して発電させた時の発電収支の差分である第一の発電収支差分が、第二の冷却手段13で冷却して発電させた時の発電収支の差分である第二の発電収支差分よりも大きく、第一の冷却手段12で要求入口温度TPRまで冷却する方が第二の冷却手段13で可能な範囲で冷却するよりも経済的であることを意味している。一方、差分収入INCが差分コストCc以下であるということは、第一の冷却手段12による第一の発電収支差分が第二の冷却手段13による第二の発電収支差分以下ということであり、第二の冷却手段13で可能な範囲で冷却する方が第一の冷却手段12で要求入口温度TPRまで冷却するよりも経済的であることを意味している。 Here, the fact that the difference income INC is greater than the difference cost C c is a power revenue when were generated by first requesting intake air cooling means 12 inlet temperature T PR until cooled to the required output W PR No. This means that the difference in power revenue when the second cooling means 13 cools to the extent possible and generates power at the humidified cooling maximum output W hmax is larger than the difference between the power generation costs. That other words, that the difference income INC is greater than the difference cost C c, the first power balance difference which is a difference between power balance when were generated by cooling in the first cooling means 12, the second of greater than the second power balance difference which is a difference between power balance when cooled to was generated by the cooling means 13, is better to cool to the required inlet temperature T PR by the first cooling means 12 second cooling This means that it is more economical than cooling by means 13 as much as possible. On the other hand, the fact that the difference income INC is less than the difference cost C c is that the first power balance difference by the first cooling means 12 second of power balance difference below by the second cooling means 13, This means that the cooling by the second cooling means 13 as much as possible is more economical than the cooling by the first cooling means 12 to the required inlet temperature TPR .
すなわち、ステップS4において、差分収入INCが差分コストCc以下である場合(NO)には、第二の冷却手段13による冷却の方が経済的であるとして、第一の冷却手段12を非稼動(OFF)とし、第二の冷却手段13を稼動(ON)とする(ステップS13)。これにより、発電用ガスタービン2の吸気は、第二の冷却手段13のみで加湿冷却されることとなる。ここで、この場合における大気の状態は、領域Zに位置することから、例えば図3に示す点B4に位置する大気は、加湿されることにより点B4を通る湿球温度一定線Lb4に沿って相対湿度が100%となる点B4´まで冷却されることとなり、当該吸気温度Tで吸気されて発電用ガスタービン2を駆動し加湿冷却最大出力Whmaxを得ることができる。
That is, in step S4, when the difference income INC is less than the difference cost C c (NO), as the direction of cooling by the second cooling means 13 is economical, non-operating the first cooling unit 12 (OFF), and the second cooling means 13 is activated (ON) (step S13). As a result, the intake air of the power
一方、ステップS4において、差分収入INCが差分コストCcよりも大きい場合(YES)には、第一の冷却手段12による冷却の方が経済的であるとして、第一の冷却手段12を稼動(ON)とし要求入口温度TPRまで冷却するように制御信号を出力するとともに、第二の冷却手段13を非稼働(OFF)とする(ステップS14)。これにより、発電用ガスタービン2の吸気は、第一の冷却手段12のみで冷凍冷却されることとなる。このため、例えば点B4に位置する大気は、絶対湿度φamb一定のまま相対湿度が100%となるまで降温して露点B4d(露点温度Td4)に達し、相対湿度100%曲線に沿って降温して要求入口温度TPRとなる点Aの状態となるまで冷却される。このため、要求入口温度TPRで吸気されて発電用ガスタービン2を駆動し要求出力WPRを得ることができる。
On the other hand, in step S4, when the difference income INC is greater than the difference cost C c (YES), as a direction of cooling by the first cooling means 12 is economical, operation of the first cooling means 12 ( The control signal is output so as to cool to the required inlet temperature TPR , and the second cooling means 13 is deactivated (OFF) (step S14). As a result, the intake air of the power
また、ステップS5において、差分収入INCが差分コストCc未満である場合(NO)には、第二の冷却手段13による冷却の方が経済的であるとして、第一の冷却手段12を非稼動(OFF)とし、第二の冷却手段13を稼動(ON)とする(ステップS15)。これにより、発電用ガスタービン2の吸気は、第二の冷却手段13のみで加湿冷却されることとなる。ここで、この場合における大気の状態は、図3に示す領域Y1に位置することから、例えば点B3に位置する大気は、加湿されることにより点Bを通る湿球温度一定線Lb3に沿って相対湿度が100%となる点B3´´まで冷却されることとなり、当該吸気温度Tで吸気されて発電用ガスタービン2を駆動し加湿冷却最大出力Whmaxを得ることができる。
Further, in step S5, when the difference income INC is less than the difference cost C c (NO), as the direction of cooling by the second cooling means 13 is economical, non-operating the first cooling unit 12 (OFF), and the second cooling means 13 is activated (ON) (step S15). As a result, the intake air of the power
一方、ステップS5において、差分収入INCが差分コストCc以上である場合(YES)には、第一の冷却手段12による冷却の方が経済的であるとして、第一の冷却手段12を稼動(ON)とするが、ここではさらに第二の冷却手段13も稼働(ON)とする(ステップS16)。そして、稼動決定手段27は、第一の冷却手段12に対して、現在の大気の状態である点B3と絶対湿度が同じで点Aと湿球温度が同じである点B3´となる温度まで冷却するように制御信号を出力する。また、稼動決定手段27は、第二の冷却手段13に対して、点B3´から点Aまで加湿冷却するように制御信号を出力する。これにより、点B3である現在の大気は、まず上流側に配置された第一の冷却手段12で冷却されて点B3´まで移行し、さらに下流側に配置された第二の冷却手段13で冷却されて湿球温度一定線Laに沿って点Aまで移行して要求入口温度TPRまで冷却された状態となる。このため、要求入口温度TPRで吸気されて発電用ガスタービン2を駆動し要求出力WPRを得ることができる。
On the other hand, in step S5, when the difference income INC is the difference cost C c higher (YES), the direction of cooling by the first cooling means 12 is economical, operation of the first cooling means 12 ( Here, the second cooling means 13 is also operated (ON) (step S16). Then, the
以上のように、本実施形態の冷却制御部20では、稼動決定手段27により、稼動決定工程のステップS4、S5で、第一の冷却手段12で吸気冷却を行って要求出力WPRで発電することによる第一の発電収支差分と、第二の冷却手段13で吸気冷却を行うことにより可能な加湿冷却最大出力Whmaxで発電することによる第二の発電収支差分との大小比較に基づいて、第一の冷却手段12及び第二の冷却手段13のそれぞれの稼動または非稼動を決定している。このため、第二の発電収支差分に対して第一の発電収支差分が大きい場合、すなわち第一の冷却手段12で冷凍機11を駆動させて吸気冷却を行っても収支が見合う場合には、第一の冷却手段12によって吸気冷却を行うことで、大気の湿度の状態に係らず要求出力WPRで発電用ガスタービン2から出力させることができる。一方、第二の発電収支差分に対して第一の発電収支差分が小さい場合、すなわち第一の冷却手段12で冷凍機11を駆動させて吸気冷却を行うと収支が見合わない場合には、第二の冷却手段13によって吸気冷却を行うことで、経済性を確保しつつ発電用ガスタービン2より最大限出力させることができる。このため、冷却制御部20による制御のもと、第一の冷却手段12による冷凍冷却と第二の冷却手段13による加湿冷却とにより吸気冷却を行うことで、発電用ガスタービン2による発電の高出力化と経済性向上との両立を図ることができる。
As described above, the cooling
また、本実施形態の冷却制御部20では、稼動決定工程のステップS16の場合、すなわち第一の冷却手段12で露点まで冷却すると要求入口温度TPRよりも低くなる場合に、稼動決定手段27は、冷却の一部を第二の冷却手段13によって行って要求入口温度TPRまで冷却させている。このため、第一の冷却手段12を稼動させることによって生じる冷凍動力WIN分のロスを最小限に抑えることができ、経済性をさらに向上させることができる。なお、本ステップS16においては、必ずしも第一の冷却手段12と第二の冷却手段13を併用させる必要はなく、第一の冷却手段12のみで要求入口温度TPRまで吸気冷却を行っても良い。
Furthermore, the cooling
また、本実施形態の冷却制御部20では、稼動決定手段27が稼動決定工程のステップS2を実施し、要求入口温度TPRが乾球温度Tamb未満、加湿冷却最低温度Thmin以上である場合には、ステップS3に移行することなく第二の冷却手段13のみでの吸気冷却を実施させている。このような場合には、第二の冷却手段13による加湿冷却でも吸気温度Tを要求入口温度TPRとして、発電用ガスタービン2から要求出力WPR分だけの出力を得ることができ、さらに経済性向上と高出力化を図ることができる。また、本実施形態の冷却制御部20では、稼動決定手段27が稼動決定工程のステップS1を実施し、要求入口温度TPRが乾球温度Tamb以上である場合には、第一の冷却手段12及び第二の冷却手段13を非稼動として発電用ガスタービン2から少なくとも要求出力WPR分の出力を得ることができ、不必要に第一の冷却手段12及び第二の冷却手段13を稼動させないようにすることができる。
Furthermore, the cooling
なお、上記実施形態では、発電用ガスタービン2の吸気経路において、上流側に第一の冷却手段12を配置し、下流側に第二の冷却手段13を配置するものとしたが、これに限るものではなく、配置する順を逆にしても良い。この場合には、上流側に加湿を行う第二の冷却手段13が配置されて、加湿された空気は、第一の冷却手段12を通過した後に発電用ガスタービン2の圧縮機2aに吸気される。このため、第二の冷却手段13によって供給された水分(ミスト)が圧縮機2aに入り難くなり、水分によるエロージョンなどの損傷の発生をより確実に防止することができる。なお、第二の冷却手段13が上流側に配置された場合には、第二の冷却手段13による冷却が第一の冷却手段12による冷却よりも先行して行われることから、稼動決定工程においてステップS16では、図3に示すように第二の冷却手段13によって点B3から相対湿度が100%となる点B3´´まで湿球温度一定線Lb3に沿って加湿冷却が行われ、第一の冷却手段12によって点B3´´から点Aまで冷凍冷却が行われる。
In the above embodiment, the first cooling means 12 is arranged on the upstream side and the second cooling means 13 is arranged on the downstream side in the intake path of the power
また、第二の冷却手段13としては、多孔質材を吸気流路に設けた構成としたが、これに限るものではなく、吸気に対して加湿可能な構成であればどのような構成を選択しても良い。例えば、図5に示す第1の変形例のように、蒸発冷却器13aに代えて、水噴霧器13hを備え、該水噴霧器13hのノズル13iを吸気流路に多数配置してノズル13iから水を噴霧させることで吸気に加湿を行うものとしても良い。
In addition, the second cooling means 13 has a structure in which a porous material is provided in the intake flow path, but is not limited to this, and any structure can be selected as long as the structure can humidify the intake air. You may do it. For example, as in the first modification shown in FIG. 5, a
また、上記実施形態では、ガスタービンプラント1として、発電用ガスタービン2、発電機3及びガスタービン用吸気冷却装置10を備えるものとしたが、さらに発電用ガスタービン2における排気ガスを利用した排気ガス利用手段を備えたガスタービンコンバインプラントとして構成しても良い。図6は、ガスタービンコンバインプラントとした第2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30は、発電用ガスタービン2と、発電機3と、ガスタービン用吸気冷却装置10と、排気ガス利用手段である蒸気生成手段31と、蒸気生成手段31から排出された蒸気で駆動する高圧蒸気タービン32及び低圧蒸気タービン33と、低圧蒸気タービン33から排出された蒸気から水を生成する復水器34とを備えている。
In the above embodiment, the
蒸気生成手段31は、本実施形態では、高圧過熱器31aと、高圧蒸発器31bと、高圧節炭器31cと、低圧過熱器31dと、低圧蒸発器31eと、低圧節炭器31fとを有し、発電用ガスタービン2から供給される排気ガスがこの順に流通し、それぞれ排気ガスから熱の供給を受ける。
In this embodiment, the steam generating means 31 includes a
低圧節炭器31fでは、復水器34からポンプ34aによって水が供給され、供給された水をタービン2cからの排気ガスから供給された熱によって予熱して低圧蒸発器31e及び高圧節炭器31cに供給する。低圧蒸発器31eでは、低圧節炭器31fで予熱された水を排気ガス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31dに供給する。低圧過熱器31dでは、供給された蒸気をタービン2cからの排気ガス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33に供給する。
In the
また、高圧節炭器31cは、低圧節炭器31fからポンプ31gによって加圧されて供給された水がタービン2cからの排気ガス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31bに供給される。高圧蒸発器31bでは、高圧節炭器31cで予熱された水が排気ガス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31aに供給される。高圧過熱器31aでは、供給された蒸気をタービン2cからの排気ガス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32に供給する。
In the
そして、高圧蒸気タービン32では、高圧過熱器31aから供給された蒸気によって駆動し、発電機35で発電を行うことが可能である。また、高圧蒸気タービン32内を流通した蒸気は、低圧過熱器31dからの蒸気とともに低圧蒸気タービン33に供給され、これにより低圧蒸気タービン33は駆動し、発電機36で発電を行うことが可能である。なお、低圧蒸気タービン33内を流通した蒸気は、復水器34に供給され、再び蒸気生成手段31に供給される。
The high-
以上のように、排気ガス利用手段として蒸気生成手段31を備えたガスタービンプラント30では、排気ガスを利用して高圧蒸気タービン32及び低圧蒸気タービン33を駆動させて発電させることができ、発電効率及び経済性をさらに向上させることができる。
As described above, in the
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。 As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.
例えば、上記各実施形態では、第一の冷却手段12と第二の冷却手段13が直列に接続されているが、並列に接続されていずれかを選択的に利用するような構成でも構わない。
また、本発明は、新設のガスタービンプラントのみ適用される技術ではなく、既設のガスタービンプラントにも適用可能である。すなわち、既設のガスタービンプラントとして、発電用ガスタービン2が備えられていて、ここにガスタービン用吸気冷却装置10を設置する。あるいは、既設のガスタービンプラントとして、発電用ガスタービン2と第一の冷却手段12または第二の冷却手段13の少なくとも一方が備えられていて、ここに第一の冷却手段12または第二の冷却手段13の他方及び冷却制御部12を設置することでガスタービン用吸気冷却装置10を構成させる。さらには、第一の冷却手段12及び第二の冷却手段13がともに既設として備えられていて、そこに冷却制御部12を組み込んでガスタービン用吸気冷却装置10を構成しても良い。
いずれのパターンにおいても、再構築されることで構成された上記実施形態のようなガスタービンプラント1、30では、既設の発電用ガスタービンによる発電を、経済的、かつ、高出力のものとすることができる。
For example, in each of the above-described embodiments, the
In addition, the present invention is not a technology that is applied only to a newly installed gas turbine plant, but can also be applied to an existing gas turbine plant. That is, the
In any pattern, in the
1、30 ガスタービンプラント
2 発電用ガスタービン
2a 圧縮機
2b 燃焼器
2c タービン
10 ガスタービン用吸気冷却装置
11 冷凍機
12 第一の冷却手段
13 第二の冷却手段
20 冷却制御部
21 温度演算手段
22 要求入口温度演算手段
23 必要冷凍動力演算手段
24 差分出力演算手段
25 差分収入演算手段
26 差分コスト演算手段
27 稼働決定手段
Cc 差分コスト(≒CF)
INC 差分収入
Tamb 乾球温度
TPR 要求入口温度
Td 露点温度
TWb 湿球温度
WIN 必要冷凍動力
WPR 要求出力
Whmax 加湿冷却最大出力
φamb 絶対湿度
ΔW 差分出力
DESCRIPTION OF
INC differential income T amb dry bulb temperature T PR required inlet temperature T d dew point temperature T Wb wet bulb temperature W IN required refrigeration power W PR required output W hmax humidification cooling maximum output φ amb absolute humidity ΔW differential output
Claims (14)
冷凍機を駆動させて前記発電用ガスタービンに吸気される空気を冷却する第一の冷却手段と、
加湿することで前記発電用ガスタービンに吸気される空気を冷却する第二の冷却手段と、
前記第一の冷却手段及び前記第二の冷却手段のそれぞれを稼動または非稼動に切替可能な冷却制御部とを備え、
該冷却制御部は、前記第一の冷却手段で吸気冷却を行って予め取得される要求出力で前記発電用ガスタービンによって発電することによる発電収支の差分である第一の発電収支差分と、前記第二の冷却手段で吸気冷却を行うことにより可能な最大出力で前記発電用ガスタービンで発電することによる発電収支の差分である第二の発電収支差分との大小比較に基づいて、前記第一の冷却手段及び前記第二の冷却手段のそれぞれの稼動または非稼動を決定することを特徴とするガスタービン用吸気冷却装置。 An intake air cooling device for a gas turbine used for intake air cooling of a power generation gas turbine having a compressor, a combustor, and a turbine,
First cooling means for driving a refrigerator to cool the air taken into the power generation gas turbine;
A second cooling means for cooling the air taken into the power generation gas turbine by humidification;
A cooling control unit capable of switching each of the first cooling means and the second cooling means to operation or non-operation;
The cooling control unit is configured to perform a first air generation cooling difference by generating an electric power by the power generation gas turbine with a required output acquired in advance by performing intake air cooling with the first cooling means; and Based on the magnitude comparison with the second power generation balance difference, which is the difference in power generation balance by generating power with the power generation gas turbine at the maximum output possible by performing intake air cooling with the second cooling means, An intake air cooling device for a gas turbine that determines whether each of the cooling means and the second cooling means are in operation or not.
前記冷却制御部は、前記発電用ガスタービンが前記要求出力で出力可能となる吸気温度である要求入口温度に、吸気される空気を前記第一の冷却手段によって冷却するのに前記冷凍機で必要とされる動力である必要冷凍動力を演算する必要冷凍動力演算手段と、
前記要求出力と前記第二の冷却手段で吸気冷却を行うことにより前記発電用ガスタービンで出力可能な最大出力との差分出力を演算する差分出力演算手段と、
前記必要冷凍動力演算手段で求められた前記必要冷凍動力と前記差分出力演算手段で求められた前記差分出力とに基づいて、前記第一の冷却手段で吸気冷却して前記要求出力で発電用ガスタービンから出力させた場合と、前記第二の冷却手段で吸気冷却して前記最大出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合との発電による収入の差である差分収入を演算する差分収入演算手段と、
前記差分出力演算手段で求められた前記差分出力に基づいて、前記第一の冷却手段で吸気冷却して前記要求出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合と、前記第二の冷却手段で吸気冷却して前記最大出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合との発電に伴う支出の差である差分コストを演算する差分コスト演算手段と、
前記差分収入と前記差分コストとの大小比較を行い、前記差分収入が前記差分コスト以下である場合には前記第一の冷却手段を非稼動、前記第二の冷却手段を稼動とし、前記差分収入が前記差分コストより大きい場合には少なくとも前記第一の冷却手段を稼動とする稼動決定手段とを有することを特徴とするガスタービン用吸気冷却装置。 The intake-air cooling apparatus for a gas turbine according to claim 1,
The cooling control unit is necessary for the refrigerator to cool the intake air by the first cooling means to a required inlet temperature that is an intake temperature at which the power generation gas turbine can output at the required output. Necessary refrigeration power calculating means for calculating the required refrigeration power that is assumed to be power,
Differential output calculation means for calculating a differential output between the required output and the maximum output that can be output by the power generation gas turbine by performing intake air cooling with the second cooling means;
Based on the required refrigeration power obtained by the necessary refrigeration power calculating means and the difference output obtained by the differential output calculating means, the first cooling means cools the intake air and generates the power generation gas at the required output. Differential income calculation for calculating differential income, which is the difference in income from power generation between when output from a turbine and when the intake air is cooled by the second cooling means and output from the gas turbine for power generation at the maximum output Means,
Based on the differential output obtained by the differential output calculation means, when the intake air is cooled by the first cooling means and output from the gas turbine for power generation at the required output, and the second cooling means Differential cost calculating means for calculating a differential cost, which is a difference in expenditure associated with power generation when the intake gas is cooled and output from the power generation gas turbine at the maximum output;
The difference income and the difference cost are compared, and when the difference income is equal to or less than the difference cost, the first cooling means is inactive, the second cooling means is in operation, and the difference income is The gas turbine intake air cooling device further includes an operation determining unit that operates at least the first cooling unit when the difference is larger than the differential cost.
予め取得される前記要求出力に基づいて前記要求入口温度を演算する要求入口温度演算手段と、
取得する大気の乾球温度及び湿度に基づいて、大気の露点温度及び湿球温度を演算する温度演算手段とを備え、
前記必要冷凍動力演算手段は、前記要求入口温度演算手段で演算された前記要求入口温度及び前記温度演算手段で演算された前記露点温度に基づいて前記必要冷凍動力を演算し、
前記差分出力演算手段は、前記要求出力及び前記温度演算手段で演算された前記湿球温度に基づいて前記差分出力を演算することを特徴とするガスタービン用吸気冷却装置。 The intake air cooling device for a gas turbine according to claim 2,
Requested inlet temperature calculating means for calculating the required inlet temperature based on the required output acquired in advance;
Temperature calculating means for calculating the dew point temperature and wet bulb temperature of the atmosphere based on the dry bulb temperature and humidity of the atmosphere to be acquired,
The required refrigeration power calculating means calculates the required refrigeration power based on the required inlet temperature calculated by the required inlet temperature calculating means and the dew point temperature calculated by the temperature calculating means,
The difference output calculating means calculates the difference output based on the required output and the wet bulb temperature calculated by the temperature calculating means.
前記稼動決定手段は、大気の乾球温度、及び、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記乾球温度以上である場合には、前記第一の発電収支差分と前記第二の発電収支差分との大小に係らず前記第一の冷却手段及び前記第二の冷却手段を非稼動とすることを特徴とするガスタービン用吸気冷却装置。 In the intake-air cooling apparatus for gas turbines of Claim 2 or Claim 3,
The operation determining means acquires the dry bulb temperature of the atmosphere and the required inlet temperature, compares the magnitude, and if the required inlet temperature is equal to or higher than the dry bulb temperature, the first power generation balance difference and An intake air cooling apparatus for a gas turbine, wherein the first cooling means and the second cooling means are inoperative regardless of the magnitude of the second power generation balance difference.
前記稼動決定手段は、大気の乾球温度及び湿球温度、並びに、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記乾球温度未満、前記湿球温度から求めた加湿冷却最低温度以上である場合には、前記第一の発電収支差分と前記第二の発電収支差分との大小に係らず前記第一の冷却手段を非稼動とし、前記第二の冷却手段を稼動とすることを特徴とするガスタービン用吸気冷却装置。 In the intake-air cooling apparatus for gas turbines as described in any one of Claims 2-4,
The operation determining means obtains the atmospheric dry bulb temperature and wet bulb temperature, and the required inlet temperature, compares the magnitude, and the required inlet temperature is less than the dry bulb temperature, humidified cooling obtained from the wet bulb temperature. When the temperature is not less than the minimum temperature, the first cooling means is deactivated regardless of the magnitude of the first power generation balance difference and the second power generation balance difference, and the second cooling means is activated. An intake air cooling device for a gas turbine.
前記稼動決定手段は、大気の露点温度、及び、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記露点温度以下、かつ、前記差分収入が前記差分コストより大きい場合には前記第二の冷却手段を非稼動とし、前記要求入口温度が前記露点温度より高く、かつ、前記差分収入が前記差分コストより大きい場合には前記第一の冷却手段とともに前記第二の冷却手段も稼動とすることを特徴とするガスタービン用吸気冷却装置。 In the intake-air cooling apparatus for a gas turbine according to any one of claims 2 to 5,
The operation determining means obtains the atmospheric dew point temperature and the required inlet temperature and compares them, and if the required inlet temperature is equal to or lower than the dew point temperature and the differential income is greater than the differential cost, When the second cooling means is deactivated, the required inlet temperature is higher than the dew point temperature, and the differential income is larger than the differential cost, the second cooling means is also operated together with the first cooling means. An intake air cooling device for a gas turbine, characterized in that
前記発電用ガスタービンとを備えることを特徴とするガスタービンプラント。 An intake air cooling device for a gas turbine according to any one of claims 1 to 6,
A gas turbine plant comprising the gas turbine for power generation.
前記第一の冷却手段で吸気冷却を行って予め取得される要求出力で前記発電用ガスタービンによって発電することによる発電収支の差分である第一の発電収支差分と、前記第二の冷却手段で吸気冷却を行うことにより可能な最大出力で前記発電用ガスタービンで発電することによる発電収支の差分である第二の発電収支差分との大小比較に基づいて、前記第一の冷却手段及び前記第二の冷却手段のそれぞれの稼動または非稼動を決定することを特徴とするガスタービンの吸気冷却方法。 A power generation gas turbine having a compressor, a combustor, and a turbine drives the refrigerator to cool the air sucked into the power generation gas turbine and humidifies the power generation gas. A gas turbine intake air cooling method for cooling air taken into the turbine by a second cooling means for cooling,
A first power generation balance difference, which is a difference in power generation balance by performing intake air cooling with the first cooling means and generating power by the power generation gas turbine with a required output acquired in advance, and the second cooling means. Based on the magnitude comparison with a second power generation balance difference that is a difference in power generation balance by generating power with the power generation gas turbine at the maximum output possible by performing intake air cooling, the first cooling means and the first An intake air cooling method for a gas turbine, characterized in that operation or non-operation of each of the second cooling means is determined.
前記要求出力で前記発電用ガスタービンが出力可能となる吸気温度である要求入口温度に、吸気される空気を前記第一の冷却手段によって冷却するのに前記冷凍機で必要とされる動力である必要冷凍動力を演算する必要冷凍動力演算工程と、
前記要求出力と前記第二の冷却手段で吸気冷却を行うことにより前記発電用ガスタービンで出力可能な最大出力との差分出力を演算する差分出力演算工程と、
前記必要冷凍動力演算工程で求められた前記必要冷凍動力と前記差分出力演算工程で求められた前記差分出力とに基づいて、前記第一の冷却手段で吸気冷却して前記要求出力で発電用ガスタービンから出力させた場合と、前記第二の冷却手段で吸気冷却して前記最大出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合との発電による収入の差である差分収入を演算する差分収入演算工程と、
前記差分出力演算工程で求められた前記差分出力に基づいて、前記第一の冷却手段で吸気冷却して前記要求出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合と、前記第二の冷却手段で吸気冷却して前記最大出力で前記発電用ガスタービンから出力させた場合との発電に伴う支出の差である差分コストを演算する差分コスト演算工程と、
前記差分収入と前記差分コストとの大小比較を行い、前記差分収入が前記差分コスト以上である場合には前記第一の冷却手段を非稼動、前記第二の冷却手段を稼動とし、前記差分収入が前記差分コストより大きい場合には少なくとも前記第一の冷却手段を稼動とする稼動決定工程とを備えることを特徴とするガスタービンの吸気冷却方法。 The gas turbine intake air cooling method according to claim 9,
Power required by the refrigerator to cool the intake air by the first cooling means to a required inlet temperature that is an intake temperature at which the power generation gas turbine can output at the required output. A required refrigeration power calculation step for calculating the required refrigeration power;
A differential output calculation step of calculating a differential output between the required output and the maximum output that can be output by the power generation gas turbine by performing intake air cooling with the second cooling means;
Based on the required refrigeration power obtained in the necessary refrigeration power calculation step and the difference output obtained in the difference output calculation step, the first cooling means cools the intake air and generates the power generation gas at the required output. Differential income calculation for calculating differential income, which is the difference in income from power generation between when output from a turbine and when the intake air is cooled by the second cooling means and output from the gas turbine for power generation at the maximum output Process,
Based on the differential output obtained in the differential output calculation step, the first cooling means cools the intake air and outputs the required output from the gas turbine for power generation, and the second cooling means A differential cost calculation step of calculating a differential cost that is a difference in expenditure associated with power generation when the intake gas is cooled and output from the power generation gas turbine at the maximum output;
The difference income and the difference cost are compared, and when the difference income is equal to or greater than the difference cost, the first cooling means is inactive, the second cooling means is in operation, and the difference income is And an operation determining step of operating at least the first cooling means when the difference cost is greater than the differential cost.
予め取得される前記要求出力に基づいて前記要求入口温度を演算する要求入口温度演算工程と、
取得する大気の乾球温度及び大気湿度に基づいて、大気の露点温度及び湿球温度を演算する温度演算工程とを備え、
前記必要冷凍動力演算工程では、前記要求入口温度演算工程で演算された前記要求入口温度及び前記温度演算工程で演算された前記露点温度に基づいて前記必要冷凍動力を演算し、
前記差分出力演算工程では、前記要求出力及び前記温度演算工程で演算された前記湿球温度に基づいて前記差分出力を演算することを特徴とするガスタービンの吸気冷却方法。 In the gas turbine intake air cooling method according to claim 10,
A required inlet temperature calculating step of calculating the required inlet temperature based on the required output acquired in advance;
A temperature calculation step for calculating the dew point temperature and the wet bulb temperature of the atmosphere based on the dry bulb temperature and the atmospheric humidity of the atmosphere to be acquired;
In the required refrigeration power calculation step, the required refrigeration power is calculated based on the required inlet temperature calculated in the required inlet temperature calculation step and the dew point temperature calculated in the temperature calculation step,
In the differential output calculation step, the differential output is calculated based on the required output and the wet bulb temperature calculated in the temperature calculation step.
前記稼動決定工程では、大気の乾球温度、及び、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記乾球温度以上である場合には、前記第一の発電収支差分と前記第二の発電収支差分との大小に係らず前記第一の冷却手段及び前記第二の冷却手段を非稼動とすることを特徴とするガスタービンの吸気冷却方法。 The gas turbine intake air cooling method according to claim 10 or 11,
In the operation determining step, the dry-bulb temperature of the atmosphere and the required inlet temperature are acquired and compared in magnitude, and when the required inlet temperature is equal to or higher than the dry-bulb temperature, the first power generation balance difference and A gas turbine intake air cooling method, wherein the first cooling means and the second cooling means are deactivated regardless of the magnitude of the second power generation balance difference.
前記稼動決定工程では、大気の乾球温度及び湿球温度、並びに、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記乾球温度未満、前記湿球温度から求めた加湿冷却最低温度以上である場合には、前記第一の発電収支差分と前記第二の発電収支差分との大小に係らず前記第一の冷却手段を非稼動とし、前記第二の冷却手段を稼動とすることを特徴とするガスタービンの吸気冷却方法。 In the gas turbine intake air cooling method according to any one of claims 10 to 12,
In the operation determination step, the dry bulb temperature and wet bulb temperature of the atmosphere, and the required inlet temperature are obtained and compared in magnitude, and the required inlet temperature is less than the dry bulb temperature and humidification cooling obtained from the wet bulb temperature. When the temperature is not less than the minimum temperature, the first cooling means is deactivated regardless of the magnitude of the first power generation balance difference and the second power generation balance difference, and the second cooling means is activated. An intake air cooling method for a gas turbine.
前記稼動決定工程では、大気の露点温度、及び、前記要求入口温度を取得して大小比較し、前記要求入口温度が前記露点温度未満、かつ、前記差分収入が前記差分コスト未満である場合には前記第二の冷却手段を非稼動とし、前記要求入口温度が前記露点温度以上、かつ、前記差分収入が前記差分コスト未満である場合には前記第一の冷却手段とともに前記第二の冷却手段も稼動とすることを特徴とするガスタービンの吸気冷却方法。 In the gas turbine intake air cooling method according to any one of claims 10 to 13,
In the operation determination step, when the dew point temperature of the atmosphere and the required inlet temperature are acquired and compared, the required inlet temperature is less than the dew point temperature and the difference income is less than the difference cost. When the second cooling means is deactivated, the required inlet temperature is equal to or higher than the dew point temperature, and the differential income is less than the differential cost, the second cooling means is also used together with the first cooling means. An intake air cooling method for a gas turbine, wherein the gas turbine is operated.
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