JP2003239760A

JP2003239760A - ガスタービンの吸気温度調整システムおよびこれを使用したガスタービン

Info

Publication number: JP2003239760A
Application number: JP2002038951A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Koga; 勉古賀
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2003-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】吸気温度の調整に使用する設備をコンパクト
にすること。【解決手段】このガスタービンの吸気温度調整システ
ム１００は、ガスタービン２０の起動から所定時間は温
水タンク５０に貯えた温水を吸気温度調整手段である吸
気加熱器１０に供給して、ガスタービン２０に供給する
燃焼用の空気である外気を温める。ガスタービン２０の
起動後所定の時間が経過して、ガスタービン２０の圧縮
機２１における圧縮空気の温度やガスタービン排ガスの
温度が十分に高くなったら、ガスタービン２０に設けら
れた第一温水加熱器２７および第二温水加熱器２８によ
って吸気加熱器１０を通過した後の温水を再加熱する。
そして、ポンプ８０によってこの温水を再び吸気加熱器
１０に供給し、ガスタービン２０に供給する燃焼用の空
気である外気を温める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ガスタービンに
関し、更に詳しくは、ガスタービンの燃焼用空気温度を
調整するガスタービンの吸気温度調整システムおよびこ
れを使用したガスタービン並びにガスタービンの吸気温
度調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンは、起動から定格運転に達
するまでの立ち上がりが早く、また、軽油や重軽油等の
液体燃料、あるいは天然ガスや石炭をガス化したガス燃
料等の気体燃料を使用できるので、使用燃料の種類が広
いという特徴がある。また、ガスタービンの排ガスは温
度が高いため、この排ガスの熱を回収していわゆるガス
タービン複合サイクルを構成することによって、プラン
ト全体の熱効率を高めることができる。このため、省エ
ネルギーの要請から、ガスタービンを使用したガスター
ビン複合発電が注目され、現在使用されつつある。

【０００３】ガスタービンは多段軸流式の圧縮機と燃焼
器、およびタービンから構成されており、このうち圧縮
機は直接外気を吸い込んで作動流体としている。このた
め、極寒冷地に設置されるガスタービンにおいては、圧
縮機の翼が極低温の外気にさらされる結果、翼材料の低
温脆化による強度低下、およびこの低温脆化にともなう
損傷という問題がある。

【０００４】かかる問題点を解決するために、ガスター
ビンの圧縮機から圧縮空気を抽気して外気を加熱する方
法がある。また、特開平９−３１７４９６号には、ガス
タービンに空気を供給する吸気通路に設けられて、この
空気と熱媒体との間で熱交換を行う第一の熱交換器と、
熱媒体と加熱流体との間で熱交換を行う第二の熱交換器
とを備えたガスタービン吸気加温及び冷却システムが開
示されている。さらに、特開平１０−２４６１２６号に
は、吸込空気の温度が第一の設定温度以上の場合には吸
込空気の加熱冷却装置に冷却水供給装置から冷却水を導
入し、吸込空気の温度が第一の設定温度以下である第二
の設定温度以下の場合には前記加熱冷却装置に加熱水供
給装置から加熱水を導入するガスタービン吸気装置が開
示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガスタ
ービンの圧縮機から抽気する方法では、本来ガスタービ
ンの燃焼器へ供給するための圧縮空気を使用することに
なるので、ガスタービンの性能が低下してしまう。これ
により、プラントの効率低下を招くという問題がある。
また、ガスタービンの起動時においては熱源として圧縮
空気が使用できないため、ガスタービンの起動からしば
らくの間は燃焼用の空気である外気を十分に温めること
ができない。したがって、ガスタービンの起動時に使用
するための空気加熱設備を別途設ける必要があり、設置
費用が高くなったり設置スペースを余分に要したりする
という問題がある。

【０００６】特開平９−３１７４９６号に開示されたガ
スタービンの吸気加温及び冷却システムでは、加熱流体
と熱媒体とを熱交換させる熱交換器および熱媒体と空気
とを熱交換させる熱交換器が必要である。このため、シ
ステムが複雑になり保守や点検に手間を要することがあ
る。さらに、熱交換器を二つ使用するためシステムも大
きくなるので、設置費用が高額となったり設置スペース
を余分に要したりするという問題がある。また、加熱流
体によって一旦熱媒体を加熱してから空気を加熱するた
め、熱の逃げ等によって空気の加熱効率が低くなる。そ
の結果、燃焼用の空気を加熱するためにより多くのエネ
ルギーを必要とするので、プラント効率を低下させると
いう問題もある。

【０００７】特開平１０−２４６１２６号に開示された
ガスタービン吸気装置では、冷却水供給装置と加熱水供
給装置とが必要である。そして、ガスタービンの運転中
は加熱冷却装置へ加熱水を供給し続ける必要があるた
め、冷却水供給手段等の容量は大きいものが必要とな
り、設置費用が高額となったり設置スペースを余分に要
したりするという問題がある。また、大量の水を冷却ま
たは加熱しておくために多くのエネルギーを要するの
で、プラント効率を低下させるという問題もある。

【０００８】そこで、この発明は、上記に鑑みてなされ
たものであって、極寒冷地における運転でもプラント効
率の低下を抑えつつガスタービン圧縮機翼の低温脆化を
抑えること、吸気温度の調整に使用する設備をコンパク
トにすることのうち少なくとも一つを達成できるガスタ
ービンの吸気温度調整システムおよびこれを使用したガ
スタービン並びにガスタービンの吸気温度調整方法を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１に係るガスタービンの吸気温度調整シス
テムは、加熱用媒体によってガスタービンに供給する燃
焼用の空気を加熱する吸気温度調整手段と、この吸気温
度調整手段に加熱用媒体を供給する加熱用媒体供給手段
と、空気加熱後の加熱用媒体をガスタービンの熱によっ
て加熱する媒体加熱手段と、空気を加熱した後の加熱用
媒体を貯える加熱用媒体貯蔵手段と、を備え、前記ガス
タービンの起動後から所定時間経過するまでは前記加熱
用媒体供給手段から加熱用媒体を前記吸気温度調整手段
へ供給し、且つ前記媒体加熱手段を通過した加熱用媒体
を前記加熱用媒体貯蔵手段に貯え、前記所定時間が経過
した後は前記媒体加熱手段を通過した加熱用媒体を前記
吸気温度調整手段に供給することを特徴とする。

【００１０】このガスタービンの吸気温度調整システム
は、ガスタービンの起動から所定時間はタンク等の加熱
用媒体供給手段に貯えた加熱用媒体を吸気温度調整手段
に供給してガスタービンに供給する燃焼用の空気を温め
る。ガスタービンの起動後、所定の時間が経過して、ガ
スタービンの圧縮機空気温度や排ガス温度が十分に高く
なったら、ガスタービンの排ガス等を利用する媒体加熱
手段によって空気を温めた後の加熱用媒体を再加熱す
る。そして、この加熱用媒体を吸気温度調整手段に供給
してガスタービンに供給する燃焼用の空気を温める。

【００１１】このため、ガスタービンの排ガス温度等が
加熱用媒体を再加熱するのに十分な温度になるまでの一
定の時間だけ、予め加熱した加熱用媒体を加熱用媒体供
給手段から供給すればよいので、加熱用媒体供給手段の
体積を小さくできる。これによって、吸気温度調整シス
テムをコンパクトにできる。また、ガスタービンの起動
開始前に予め加熱しておく加熱用媒体の量も少なくて済
むので、これを加熱するためのエネルギーも小さくて済
む。そして、ガスタービンの排ガス等の温度が十分に上
昇したら、この排ガス等によって加熱用媒体を再加熱し
て燃焼用の空気を加熱するため、排ガスの熱エネルギー
を有効に使用できる。これらの作用によって、圧縮機翼
の低温脆化を抑えつつプラント全体の効率低下も小さく
抑えることができる。なお、加熱用媒体供給手段に加熱
手段を備えて、内部に貯えた加熱用媒体を加熱してもよ
い。また、運転前に加熱用媒体供給手段へ温水を供給し
てからガスタービンの運転を開始してもよい。

【００１２】また、請求項２に係るガスタービンの吸気
温度調整システムは、上記ガスタービンの吸気温度調整
システムにおいて、さらに、上記吸気温度調整手段の上
流に、ダンパを設けたことを特徴とする。このため、ガ
スタービンが停止している時、且つ外気が極低温となる
場合にはこのダンパを閉じて、極低温の外気が吸気温度
調整手段やガスタービンの圧縮機へ流れ込むことを防止
して、これらの温度低下を抑えることができる。その結
果、次の運転時においては急激な温度上昇に起因して吸
気温度調整手段や圧縮機翼に発生する衝撃的な熱応力を
低減できる。これによって、これらの破損を抑えて信頼
性の高い運転ができ、また、寿命も長くできる。

【００１３】また、請求項３に係るガスタービンの吸気
温度調整システムは、上記ガスタービンの吸気温度調整
システムにおいて、さらに、上記加熱用媒体を流すため
の加熱用媒体供給用配管に上記加熱用媒体を加熱する加
熱手段を備え、ガスタービンの運転停止後には加熱用媒
体を前記加熱手段で加熱することを特徴とする。このガ
スタービンの吸気温度調整システムは、加熱用媒体を流
すための加熱用媒体供給用配管にこれを加熱する加熱手
段を備えてある。これによって、ガスタービンの運転停
止時、且つ外気が極低温となる場合においても加熱用媒
体の凍結を防止できる。その結果、加熱用媒体を供給す
る配管の破裂を防止できるので、極寒期においても安定
してガスタービンを運転できる。

【００１４】また、請求項４に係るガスタービンの吸気
温度調整システムは、上記ガスタービンの吸気温度調整
システムにおいて、さらに、上記吸気温度調整手段と上
記加熱用媒体貯蔵手段とを結ぶ配管を備え、且つ上記加
熱用媒体供給手段には上記ガスタービンに供給する空気
の温度よりも低い温度の冷却媒体を貯えておき、前記空
気の温度が所定の温度よりも高い場合には上記吸気温度
調整手段に前記冷却媒体を供給して上記ガスタービンに
供給する燃焼用の空気を冷却し、空気冷却後の冷却媒体
は前記配管を通じて上記加熱用媒体貯蔵手段に貯えるこ
とを特徴とする。

【００１５】このガスタービンの吸気温度調整システム
は、加熱用媒体の代わりに冷却用媒体を加熱用媒体供給
手段に貯えておき、夏場の昼間のように気温が高くなっ
たときにはこの冷却媒体を吸気温度調整手段に供給し
て、ガスタービンの燃焼に使用する空気を冷却する。こ
れによって、夏場の昼間のように電力需要が多いにもか
かわらず、気温が高くなってガスタービンの効率が低下
する時間帯であっても、ガスタービンの出力を従来より
も増加させることができるので、電力供給に対する信頼
性を向上できる。また、冬場の極寒期においては加熱用
媒体によってガスタービンの燃焼用空気温度を加熱する
ので、圧縮機翼の低温脆化を抑えて信頼性の高い運転が
できる。これによって、年間を通じて安定して電力を供
給できる。なお、空気を冷却した後の冷却媒体は加熱用
媒体貯蔵手段に貯えておくので、冷却用媒体を無駄にす
ることもない。

【００１６】また、請求項５に係るガスタービンの吸気
温度調整システムは、上記ガスタービンの吸気温度調整
システムにおいて、さらに、上記加熱用媒体供給手段に
は内部に貯える冷却媒体を冷やすための冷却手段を備え
たことを特徴とする。このガスタービンの吸気温度調整
システムは、冷却媒体の冷却手段を備えているので、効
率よく冷却媒体を冷やすことができる。また、燃焼用空
気の冷却によってガスタービンの出力を増加させること
ができるため、夜間の余剰電力を使用して冷却媒体を冷
却すれば、夜間の余剰電力を昼間の電力需要が多くなる
時間帯で使用できることになる。これによって、電力需
要の偏りを緩和することもできる。

【００１７】また、請求項６に係るガスタービンの吸気
温度調整システムは、上記ガスタービンの吸気温度調整
システムにおいて、さらに、上記加熱用媒体貯蔵手段に
は上記ガスタービンに供給する空気の温度よりも低い温
度の冷却媒体を貯えておき、前記空気の温度が所定の温
度よりも高い場合には上記吸気温度調整手段に前記冷却
媒体を供給して上記ガスタービンに供給する燃焼用の空
気を冷却することを特徴とする。

【００１８】このガスタービンの吸気温度調整システム
は、加熱用媒体の代わりに冷却用媒体を加熱用媒体貯蔵
手段に貯えておき、夏場の昼間のように気温が高くなっ
たときにはこの冷却媒体を吸気温度調整手段に供給し
て、ガスタービンの燃焼に使用する空気を冷却する。加
熱用媒体貯蔵手段に貯えた冷却媒体は、夜間の気温が低
い時間帯に冷却される。そして、この加熱用媒体貯蔵手
段に貯えられた冷却媒体は熱容量が大きいため、一旦温
度が下がると昼間になってもすぐには温度が上昇しな
い。このため、この外気よりも温度の低い冷却媒体を吸
気温度調整手段に供給すれば、ガスタービンの燃焼に使
用する空気である外気を冷却できるのである。

【００１９】これによって、夏場の昼間のように電力需
要が多いにもかかわらず、気温が高くなってガスタービ
ンの効率が低下する時間帯であっても、ガスタービンの
出力を従来よりも増加させることができるので、電力供
給に対する信頼性を向上できる。また、加熱用媒体貯蔵
手段には体積の大きいものを使用するので、上記加熱用
媒体供給手段を使用するよりも長時間吸気温度調整手段
に冷却媒体を供給できる。これによって、より長時間に
わたってガスタービンの出力低下を抑えることができ
る。

【００２０】また、請求項７に係るガスタービンは、上
記ガスタービンの吸気温度調整システムと、このガスタ
ービン吸気温度調整システムで温度調整された空気を圧
縮して燃焼用空気を作る圧縮機と、この燃焼用空気に燃
料を供給して燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記燃焼ガスによって駆動されるタービンとを備えたこ
とを特徴とする。

【００２１】このガスタービンは、上記吸気温度調整シ
ステムを備えているので、圧縮機翼の低温脆化を抑えつ
つ、ガスタービンプラントの効率低下を抑えることがで
きる。また、プラント全体をコンパクトにできるので、
設置スペースを有効に利用できる。

【００２２】また、請求項８に係るガスタービンの吸気
温度調整方法は、ガスタービンの起動後から所定の時間
が経過するまでは加熱用媒体供給手段に貯えたガスター
ビンに供給する空気よりも高い温度の加熱用媒体によっ
てガスタービンに供給する燃焼用の空気を加熱し、且つ
ガスタービンに供給する空気を加熱した後の加熱用媒体
は加熱用媒体貯蔵手段に貯え、前記所定時間が経過した
後は燃焼用の空気を加熱した後の加熱用媒体をガスター
ビンの熱によって加熱してから再び燃焼用の空気を加熱
するために使用することを特徴とする。

【００２３】このガスタービンの吸気温度調整方法は、
ガスタービンの起動から所定時間は加熱用媒体供給手段
に貯えた加熱用媒体を吸気温度調整手段に供給してガス
タービンに供給する燃焼用の空気を温める。ガスタービ
ンの起動後、所定時間が経過して、ガスタービンの圧縮
機で圧縮される空気や排ガスの温度が加熱用媒体を加熱
できる程度に高くなったら、ガスタービンの熱によって
加熱用媒体を再加熱する。そして、この加熱用媒体を吸
気温度調整手段に供給してガスタービンに供給する燃焼
用の空気を温める。

【００２４】このため、ガスタービンの排ガス温度等が
加熱用媒体を再加熱するのに十分な温度になるまでの一
定時間だけ、タンク等の加熱用媒体供給手段から予め加
熱した加熱用媒体を供給すればよいので、加熱用媒体供
給手段の体積を小さくできる。これによって、ガスター
ビンプラントをコンパクトにできる。また、ガスタービ
ンの起動後一定時間使用する、予め加熱した加熱用媒体
の量も少なくて済むので、これを加熱するためのエネル
ギーも小さくて済む。そして、ガスタービンの排ガス等
の温度が十分に上昇したら、この排ガス等によって加熱
用媒体を再加熱して燃焼用の空気を加熱するため、排ガ
スの熱エネルギーを有効に使用できる。これらの作用に
よって、圧縮機翼の低温脆化を抑えつつプラント全体の
効率低下も小さく抑えることができる。なお、加熱用媒
体供給手段には加熱手段を備えて内部の加熱用媒体を昇
温させておいてもよい。また、運転前に加熱用媒体供給
手段へ温水を供給してからガスタービンの運転を開始し
てもよい。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、この発明につき図面を参照
しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこ
の発明が限定されるものではない。また、下記実施の形
態における構成要素には、当業者が容易に想定できるも
の或いは実質的に同一のものが含まれる。

【００２６】（実施の形態１）図１は、この発明の実施
の形態１に係るガスタービンの吸気温度調整システムを
示す説明図である。このガスタービンの吸気温度調整シ
ステムは、吸気加熱器と、温水タンクと、プラント貯水
タンクとを備え、ガスタービンの起動時には温水タンク
の温水によって吸気を加熱し、ガスタービンの排ガスで
加熱した吸気加熱後の温水は貯水タンクに貯える点に特
徴がある。まず、ガスタービン２０について説明する。

【００２７】燃焼用の空気である外気はガスタービン２
０の空気取り入れ口２６から圧縮機２１に取り込まれ、
ここで高温・高圧の空気に圧縮された後、燃焼器２２へ
送り込まれる。なお、空気取り入れ口２６の上流側には
吸気温度調整手段である吸気加熱器１０が備えられてお
り、ガスタービン２０の圧縮機２１に取り込まれる燃焼
用の空気を加熱するが、吸気加熱器１０については後述
する。燃焼器２２に送り込まれた燃焼用の空気は、燃焼
器２２で供給される天然ガスや軽重油等の燃料によって
燃焼し、高温・高圧の燃焼ガスを発生する。この燃焼ガ
スは、タービン２３に噴射されてこれを駆動する。ター
ビン２３は圧縮機２１を回転させるとともに、タービン
軸２４に連結された発電機２５を駆動して電力を発生す
る。

【００２８】いま、極寒冷地のような外気温の極めて低
い地方に、このガスタービン２０が設置されている場合
を考える。このような地方では、厳寒期においては外気
温が−５０℃以下に及ぶことがある。そのため、この極
低温である外気が燃焼用空気としてそのままガスタービ
ン２０の圧縮機２１に取り込まれると、圧縮機翼（図示
せず）の低温脆化による強度低下およびこれに伴う損傷
の危険性が大きくなる。そこで、この実施の形態１に係
るガスタービンにおいては、圧縮機２１の入り口に吸気
加熱器１０が備えられており、極低温の外気を温めてか
ら圧縮機２１に供給する。

【００２９】吸気加熱器１０は加熱用媒体供給手段であ
る温水タンク５０から送られる加熱用媒体である温水に
よって、ガスタービン２０の圧縮機２１に供給する燃焼
用の空気である外気を加熱する。なお、加熱用媒体には
水の代わりにエチレングリコールやプロピレングリコー
ル等の不凍液を使用してもよい。このような不凍液を使
用すると、ガスタービン２０の運転停止時、且つ外気が
極低温となる場合であっても加熱用媒体が凍結しないの
で、配管８１や８２等の破裂事故を未然に防止できる。
また、極低温環境であってこの不凍液が凍るような場合
であっても、後述するヒーターによる加熱は必要最小限
で済むので、凍結防止に要するエネルギーを低減でき
る。

【００３０】吸気加熱器１０の上流側には外気を遮断で
きるダンパ３０が備えられている。そして、ガスタービ
ン２０が休止している間にはこのダンパ３０を閉じて、
吸気加熱器１０内へ外気が流入することを防止できるよ
うになっている。これは、ガスタービン２０が休止して
いる間に極低温の外気が吸気加熱器１０や圧縮機２１等
を冷やさないようにするためである。また、この吸気温
度調整システム１００は、極寒冷地における極低温から
システム全体を保護するために、建屋３６内に設置され
ている。温水タンク５０には加熱手段であるヒーター５
０ａが備えられており、吸気加熱器１０へ供給する水を
加熱して温水を作る。この加熱手段は、電気によるジュ
ール発熱によってもよいし、中空のヒートコイルに蒸気
を供給して温水タンク５０内の水と熱交換させるように
してもよい。後者の場合には、例えばプラントに備えら
れた補助ボイラの蒸気を使用することができる。温水タ
ンク５０で加熱されて所定の温度になった温水は、ポン
プ８０によって吸気加熱器１０へ供給される。

【００３１】外気を加熱した後の温水は、燃焼用の空気
である外気と熱交換してその温度が下がる。熱交換後の
温水は、ガスタービン２０の圧縮機２１で作られる圧縮
空気によってこの温水を加熱する媒体加熱手段である第
一温水加熱器２７に導かれる。そして、ここで加熱され
た温水は、ガスタービン２０の排ガスによって温水を加
熱する媒体加熱手段である第二温水加熱器２８へ送られ
て、ここでさらに加熱される。第二温水加熱器２８の下
流には三方弁７２が備えられている。そして、三方弁７
２を切替えることによって、第二温水加熱器２８で温め
られた温水をポンプ８０側または貯水タンク４０側いず
れか一方に流すようにしてある。なお、この例のよう
に、媒体加熱手段を二つ設けてもよいし、いずれか一方
を使用してもよい。いずれか一方を使用する場合には、
温水の再加熱を素早くする観点から、温度レベルの高い
ガスタービン排ガスを利用できる第二温水加熱器２８を
使用することが望ましい。

【００３２】ここで、ガスタービン２０の起動直後にお
いては、圧縮機２１で圧縮された燃焼用空気温度および
ガスタービン２０の排ガス温度は、外気の加熱に使用で
きる程度まで吸気加熱器１０に供給する温水の温度を上
昇させることができない。そこで、第一温水加熱器２７
および第二温水加熱器２８で温水の温度を十分に加熱で
きるまで、第一温水加熱器２７等で加熱された温水を加
熱用媒体貯蔵手段である貯水タンク４０に貯えておく。
そして、吸気加熱器１０には、温水タンク５０で十分に
温められた温水を供給するのである。

【００３３】ガスタービン２０の起動後しばらく経過し
て、圧縮機２１における燃焼用空気および排ガスの温度
が十分に上昇したら三方弁７２を切替えて、第一温水加
熱器２７等で加熱された温水を吸気加熱器１０に供給す
る。なお、三方弁７２の切替えは、温水温度測定手段で
ある温度計３２によって測定された温水温度が予め設定
された温度（ここでは８０℃）になったら、制御装置３
１に備えられたコントローラが三方弁７２を切替える。
また、制御装置３１によらなくとも、マニュアル操作に
よって三方弁７２を切替えてもよい。

【００３４】ガスタービンの吸気温度調整システム１０
０の運転が終了した後は、加熱用媒体供給用配管の一つ
である配管８１に備えられた加熱手段である保温ヒータ
ー３４によって、加熱用媒体供給用配管である配管８２
や８４等の内部に残った水を保温する。これによって、
ガスタービンの停止時、且つ外気が極低温となる場合に
おいても配管８２や８４等内部に残った水の凍結を防止
して、配管８２や８４等の破裂を防止できる。その結
果、極寒地においても安定してガスタービンの吸気温度
調整システム１００を運転することができるので、この
ような地方においても安定して電力を供給できる。な
お、保温ヒーター３４は配管８２や８４に備えてもよい
し、配管８１、８２および８４にそれぞれ設けてもよ
い。後者のようにすると、配管８１等の内部を循環する
水の温度低下を小さくできるので、凍結防止に対する信
頼性が向上する。

【００３５】また、保温ヒーター３４等を設けなくと
も、ポンプ８０を作動させてガスタービンの吸気温度調
整システム１００の停止期間中、配管８２や８４等内部
の水を常に循環させるようにしてもよい。このようにし
ても、配管８２や８４等内部の水が凍結することを防止
できる。さらに、保温ヒーター３４によって配管８２や
８４等内部の水を保温すると同時にポンプ８０も作動さ
せて、配管８２等の内部に水を循環させてもよい。この
ようにすると、より確実に配管８２等内の水が凍結する
ことを防止できるので、極寒冷地においても安定してガ
スタービンの吸気温度調整システム１００を運転できる
ので、電力供給の信頼性を高くすることができる。

【００３６】この吸気温度調整システム１００において
は、ガスタービン２０の起動時のように燃焼用空気温度
や排ガス温度が十分に高くない場合であっても外気を加
熱できるので、圧縮機翼（図示せず）の低温脆化による
強度低下およびこれに伴う損傷の危険性を低くできる。
また、このときには温水タンク５０に貯えた温水を利用
するが、ガスタービン２０の燃焼用空気温度や排ガス温
度が高くなるまでの間だけこの温水タンク５０から吸気
加熱器１０に温水を供給すればよい。このため、温水タ
ンク５０の容量を小さくすることができるので、プラン
トの建設費を抑えることができる。

【００３７】（実施の形態２）図２は、この発明の実施
の形態２に係るガスタービンの吸気温度調整システムを
示す説明図である。このガスタービンの吸気温度調整シ
ステム１０１は、上記実施の形態１に係るガスタービン
の吸気温度調整システム１００（図１参照）と略同一の
構成であるが、上記温水タンクへさらに冷却手段を備え
て冷水を作り、夏場等の気温が高い場合にはこの冷水を
吸気加熱器へ供給して外気を冷却する点に特徴がある。
その他の構成は実施の形態１と同様であるからその説明
を省略すると共に同一の構成要素には同一の符号を付す
る。

【００３８】温水タンク５１にはヒーター５０ａの他に
冷却手段である冷却器５１ｃが備えられており、加熱用
媒体供給手段である温水タンク５１に貯えられた水を冷
却して、冷却媒体である冷水を作る。この冷水は、ポン
プ８０によって吸気温度調整手段である吸気加熱器１０
に供給される。この冷水は、夜間の余剰電力を使用して
冷凍機（図示せず）を作動させること等によって作るこ
とができる。また、既存の冷凍設備等がある場合には、
ここで作った冷水を温水タンク５１に供給してもよい。
このようにすると、温水タンク５１には冷却器５１ｃが
不要になるので、システムの設備費を抑えることができ
る。吸気加熱器１０とガスタービン２０に備えられた第
一温水加熱器２７とを結ぶ配管８２の途中には三方弁７
４が備えられている。また、三方弁７４の一つの出口７
４ａと貯水タンク４０とは、第一温水加熱器２７等をバ
イパスする配管８８によって結ばれている。そして、前
記三方弁７４を切替えることによって、第一温水加熱器
２７または貯水タンク４０のいずれか一方に吸気加熱器
１０で外気と熱交換した後の水を送るようにしてある。

【００３９】夏の昼間のように外気温が高い場合には、
空気の密度が低くなるためガスタービン２０の出力が低
下する結果、発電出力も低下する。また、一般に夏場の
昼間においては電力需要がピークを迎えるため、この時
間帯における発電出力の低下は回避すべきであり、より
好ましくは発電出力を増加させるようにしたい。したが
って、燃焼用の空気として使用する外気温が高い場合に
は、温水タンク５１に貯えられた冷水を吸気加熱器１０
に送って外気を冷却する。ここで、外気温度が高い場合
とは、気温がおよそ３５℃を超えるような場合である
が、気温が３０℃を超えるような場合には外気を冷却し
てガスタービン２０に供給することが好ましい。また、
気温が高くなれば電力の需要が増えるのが一般的である
から、電力の需要と気温との関係から冷水で外気を冷や
す温度を決定してもよい。

【００４０】このようにすることで、外気をそのままガ
スタービン２０に供給する場合と比較して、ガスタービ
ン２０の出力を大きくすることができる。これによっ
て、夏場の昼間のように電力需要がピークにある時間帯
であっても、発電出力が低下することなく電力を供給で
きる。また、温水タンク５１は建屋３６内に設置されて
いるので、夏場の暑い時期においても外気による水温上
昇を抑えることができる。これによって、外気をより安
定して冷却できるので、ガスタービン２０にも低温の燃
焼用空気を安定して供給でき、ガスタービン２０の出力
変動を抑えることができる。

【００４１】例えば、２５０ＭＷクラスのガスタービン
発電プラントにおいて、温水タンク５１の容量を８０ｍ
³とした場合であって、８０ｍ³の冷水を４０分間で流す
と、ガスタービン２０の出力は３％高くなる。これにと
もなって発電出力も増加する。また６０分間で流したと
きには、ガスタービン出力が２％高くなる。ただし、外
気温が３５℃で、冷水の水温が１０℃の場合である。

【００４２】（変形例１）図３は、実施の形態２の変形
例１に係るガスタービンの吸気温度調整システムを示す
説明図である。このガスタービンの吸気温度調整システ
ム１０２は、上記実施の形態２に係るガスタービンの吸
気温度調整システム１０１（図２参照）と略同一の構成
であるが、上記貯水タンク４０に貯めた水を吸気加熱器
１０へ供給して、夏場等の気温が高い場合にガスタービ
ン２０に供給する外気を冷却する点に特徴がある。その
他の構成は実施の形態２と同様であるからその説明を省
略すると共に同一の構成要素には同一の符号を付する。

【００４３】図３（ａ）に示すように、加熱用媒体貯蔵
手段である貯水タンク４０と温水タンク５１とをつなぐ
配管８６の途中には三方弁７６が備えられている。三方
弁７６の一方の出口７６ａには配管８１がつながれてお
り、三方弁７６を切替えることによって貯水タンク４０
に貯えられた水をポンプ８０に供給するようになってい
る。貯水タンク４０に貯えられた水は、夜間の気温が低
い時間帯に冷却される。貯水タンク４０には大量の水が
貯えられるようになっているので、一旦温度が下がると
昼間になって気温が高くなってもすぐには水温が上昇し
ない。

【００４４】昼間の電力需要が多い時間帯には三方弁７
６を切替え、ポンプ８０を作動させて、吸気加熱器１０
に貯水タンク４０の水を供給する。この貯水タンク４０
から供給される水によって外気を冷却して、ガスタービ
ン２０の出力低下を抑制する。そして、外気を冷却した
後の水は、三方弁７４を通って貯水タンク４０に戻され
る。ここで、このガスタービンの吸気温度調整システム
１０２の夏場における出力について説明する。例えば、
２５０ＭＷクラスのガスタービン発電プラントにおい
て、貯水タンク４０の容量を３０００ｍ³とした場合を
考える。このとき、３０００ｍ³の水を３時間で流す
と、ガスタービン２０の出力は１％高くなる。これにと
もなって、発電出力も上昇する。ただし、外気温が３５
℃で、冷水の水温が３０℃の場合である。

【００４５】なお、極寒冷地でガスタービン発電プラン
トを使用する場合には、凍結を防止するため、貯水タン
ク４０を建屋３６内に設置する場合がある。この場合に
は、夜間に建屋３６に設けた開閉可能な窓３６ａを開け
て外気を建屋３６内に取り込み、貯水タンク４０内の水
を冷却するようにしてもよい。このようにすると、より
効率よく貯水タンク４０内の水を冷却できるので、吸気
加熱器１０においてはより外気を冷却できる。これによ
って、ガスタービン２０の出力もより増加できる。

【００４６】また、図３（ｂ）に示すように、貯水タン
ク４０の下流に水の冷却手段である冷却装置３８を設
け、これによって貯水タンク４０内の水を冷却しながら
吸気加熱器１０へ供給してもよい。このようにすると、
より外気を効率よく冷却できるので、ガスタービン２０
の出力もより大きくできる。このときの冷却装置３８に
は、例えば後述する吸収冷凍機を使用することができ
る。

【００４７】（変形例２）図４は、実施の形態２の変形
例２に係るガスタービンの吸気温度調整システムを示す
説明図である。このガスタービンの吸気温度調整システ
ム１０３は、上記実施の形態２に係るガスタービンの吸
気温度調整システム１０１（図２参照）と略同一の構成
であるが、水噴射手段３３を備えた吸気温度調整手段で
ある吸気加熱器１１によって外気を冷却する点に特徴が
ある。その他の構成は実施の形態２と同様であるからそ
の説明を省略すると共に同一の構成要素には同一の符号
を付する。

【００４８】図４に示すように、吸気加熱器１１には水
噴射手段である高圧ポンプ３３ａとスプレーノズル３３
ｂとが備えられている。また、配管８１および８２には
三方弁７１および７３が備えられており、これらの三方
弁を切替えることによって、温水タンク５１から送られ
る冷水を高圧ポンプ３３ａに供給するようになってい
る。なお、冬季には三方弁７１と７３とを切替えて、温
水タンク５１から供給される温水を吸気加熱器１１に供
給する。

【００４９】夏場の昼間のように、外気温度が高く電力
需要の大きい時間帯には、温水タンク５１の冷水を高圧
ポンプ３３ａに供給する。高圧ポンプ３３ａで圧力を高
められた冷水は、スプレーノズル３３ｂから吸気加熱器
１１内部に噴射されて、ここを通過する外気の温度を下
げる。冷却に使用された水はドレン配管８５を通って貯
水タンク４０へ回収される。

【００５０】この吸気加熱器１１は、冷水を外気通路１
１ａに噴射するため、冷水と外気通路１１ａとの熱伝達
を促進して、より効率的に外気の温度を下げることがで
きる。また、スプレーノズル３３ｂによって霧状の冷水
が外気通路１１ａに噴射されるので、冷水が気化しやす
くなる。そして、冷水が気化する際の気化熱によって、
より外気が冷却される。これらの作用によって、実施の
形態２に係るガスタービンの吸気温度調整システム１０
１（図２参照）と比較して、さらに外気の冷却が促進さ
れるので、ガスタービン２０の出力もより大きくでき
る。その結果、電力需要の大きい時間帯でも、発電出力
を低下させることなく電力を供給できる。

【００５１】（実施の形態３）図５は、実施の形態３に
係るガスタービンの吸気温度調整システムを示す説明図
である。このガスタービンの吸気温度調整システム１０
４は、ガスタービンの排ガスを利用して蒸気を生成し、
この蒸気を吸収冷凍機に供給して低温空気や冷水その他
の外気冷却媒体を作る点に特徴がある。ガスタービン２
０のタービン２３を駆動した燃焼ガスは排ガスとなって
ガスタービン２０の外部へ排出される。この排ガスはま
だ温度が高いため、ＨＲＳＧ（Heat Recovery Steam Ge
nerator：排熱回収ボイラ）３５や排ガスエコノマイザ
（図示せず）等の熱回収手段によってその熱が回収され
る。

【００５２】ＨＲＳＧ３５では蒸気が作られ、蒸気温度
や蒸気圧力に応じて高圧、中圧および低圧の蒸気タービ
ン３９に供給されて、発電機３９ａを駆動する。そし
て、蒸気タービン３９を駆動した後の蒸気を吸収冷凍機
３７に供給して、冷水や低温空気を作り、これらを温水
タンク５１に備えられた冷却器５１ｃに供給して、温水
タンク５１内の水を冷却する。なお、吸収冷凍機３７に
は、ＨＲＳＧ３５で作られた蒸気を直接供給してもよ
い。また、冷却器５１ｃを介して温水タンク５１内の水
を冷却せずに、低温空気や冷水を直接温水タンク５１内
の水に供給して、これを冷却してもよい。さらに、吸収
冷凍機３７で作られた低温空気を直接ガスタービン２０
の圧縮機２１に供給してもよい。このようにすると、温
水タンク５１内の冷水と熱交換しなくてもよいので、よ
り効率よくガスタービン２０の出力を高くできる。この
ガスタービンの吸気温度調整システム１０４は、温水タ
ンク５１内の水を介することによって、ＨＲＳＧ３５で
回収したガスタービン２０の排熱を、ガスタービン２０
の出力を高めるために利用できる。これによってガスタ
ービン２０排熱をより有効に利用してプラントの効率を
高くすることができる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のガスタ
ービンの吸気温度調整システム（請求項１）では、ガス
タービンの起動から所定時間はタンク等の加熱用媒体供
給手段に貯えた加熱用媒体を吸気温度調整手段に供給し
てガスタービンに供給する燃焼用の空気を温め、ガスタ
ービンの起動後所定の時間が経過したら、ガスタービン
の排ガス等を利用する媒体加熱手段によって空気を温め
た後の加熱用媒体を再加熱するようにした。このため、
ガスタービンの排ガス温度等が加熱用媒体を再加熱する
のに十分な温度になるまでの一定の時間だけ、予め加熱
した加熱用媒体を加熱用媒体供給手段から供給すればよ
いので、加熱用媒体供給手段の体積を小さくできる。こ
れによって、吸気温度調整システムをコンパクトにでき
る。また、ガスタービンの起動開始前に予め加熱してお
く加熱用媒体の量も少なくて済むので、これを加熱する
ためのエネルギーも小さくて済む。さらに、ガスタービ
ン排ガス等の温度が十分に上昇したら、この排ガス等に
よって加熱用媒体を再加熱して燃焼用の空気を加熱する
ため、排ガス等の熱エネルギーを有効に使用できる。そ
の結果、圧縮機翼の低温脆化を抑えつつプラント全体の
効率低下も小さく抑えることができる。

【００５４】また、この発明のガスタービンの吸気温度
調整システム（請求項２）では、吸気温度調整手段の上
流にダンパを設けた。このため、気温の低下する夜間に
はこのダンパを閉じることにより極低温の外気が吸気温
度調整手段等に流れ込むことを防止できる。その結果、
これらの温度低下を抑えることができるので、次の運転
時においては急激な温度上昇に起因して吸気温度調整手
段や圧縮機翼に発生する衝撃的な熱応力を低減できる。
これによって、吸気温度調整手段等の破損を抑えて信頼
性の高い運転ができる。

【００５５】また、この発明のガスタービンの吸気温度
調整システム（請求項３）では、加熱用媒体を流すため
の加熱用媒体供給用配管にこれを加熱する加熱手段を備
えた。これによって、ガスタービンの運転を停止する極
低温の夜間においても加熱用媒体の凍結を防止できるの
で、加熱用媒体を供給する配管の破裂を防止して極寒期
においても安定してガスタービンを運転できる。

【００５６】また、この発明のガスタービンの吸気温度
調整システム（請求項４）では、加熱用媒体の代わりに
冷却用媒体を加熱用媒体供給手段に貯えておき、夏場の
昼間のように気温が高くなったときにはこの冷却媒体を
吸気温度調整手段に供給して、ガスタービンの燃焼に使
用する空気を冷却するようにした。これによって、夏場
の昼間のように電力需要が多い時間帯であっても、ガス
タービンの出力を従来よりも増加させることができるの
で、電力供給に対する信頼性を向上できる。また、冬場
の極寒期においては加熱用媒体によってガスタービンの
燃焼用空気温度を加熱するので、圧縮機翼の低温脆化を
抑えて信頼性の高い運転ができる。これによって、年間
を通じて安定して電力を供給できる。

【００５７】また、この発明のガスタービンの吸気温度
調整システム（請求項５）では、冷却媒体の冷却手段を
備えるようにしたので、効率よく冷却媒体を冷やして、
プラント効率を向上させることができる。

【００５８】また、この発明のガスタービンの吸気温度
調整システム（請求項６）では、加熱用媒体の代わりに
冷却用媒体を加熱用媒体貯蔵手段に貯えておき、夏場の
昼間のように気温が高くなったときにはこの冷却媒体を
吸気温度調整手段に供給して、ガスタービンの燃焼に使
用する空気を冷却するようにした。これによって、夏場
の昼間のように電力需要が多い時間帯であっても、ガス
タービンの出力の低下を抑制できるので、従来よりも電
力供給に対する信頼性を向上させることができる。ま
た、加熱用媒体貯蔵手段には加熱用媒体供給手段よりも
体積の大きいものを使用するので、より長時間にわたっ
て吸気温度調整手段に冷却媒体を供給できる。これによ
って、より長時間ガスタービンの出力低下を抑えること
ができる。

【００５９】また、この発明のガスタービン（請求項
７）では、上記吸気温度調整システムを備えたので、圧
縮機翼の低温脆化を抑えつつ、ガスタービンプラントの
効率低下を抑えることができる。また、プラント全体を
コンパクトにできるので、設置スペースを有効に利用で
きる。

【００６０】また、この発明のガスタービンの吸気温度
調整方法（請求項８）では、ガスタービンの起動から所
定時間は加熱用媒体供給手段に貯えた加熱用媒体を吸気
温度調整手段に供給してガスタービンに供給する燃焼用
の空気を温める。ガスタービンの起動後、所定時間が経
過して、ガスタービンの圧縮機で圧縮される空気や排ガ
スの温度が加熱用媒体を加熱できる程度に高くなった
ら、ガスタービンの熱によって加熱用媒体を再加熱す
る。そして、この加熱用媒体を吸気温度調整手段に供給
してガスタービンに供給する燃焼用の空気を温める。

【００６１】このため、ガスタービンの排ガス温度等が
加熱用媒体を再加熱するのに十分な温度になるまでの一
定時間だけ、タンク等の加熱用媒体供給手段から予め加
熱した加熱用媒体を供給すればよいので、加熱用媒体供
給手段の体積を小さくできる。これによって、ガスター
ビンプラントをコンパクトにできる。また、ガスタービ
ンの起動後一定時間使用する、予め加熱した加熱用媒体
の量も少なくて済むので、これを加熱するためのエネル
ギーも小さくて済む。さらに、ガスタービンの排ガス等
の温度が十分に上昇したら、この排ガス等によって加熱
用媒体を再加熱して燃焼用の空気を加熱するため、排ガ
ス等の熱エネルギーを有効に使用できる。その結果、圧
縮機翼の低温脆化を抑えつつプラント全体の効率低下も
小さく抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係るガスタービンの
吸気温度調整システムを示す説明図である。

【図２】この発明の実施の形態２に係るガスタービンの
吸気温度調整システムを示す説明図である。

【図３】実施の形態２の変形例１に係るガスタービンの
吸気温度調整システムを示す説明図である。

【図４】実施の形態２の変形例２に係るガスタービンの
吸気温度調整システムを示す説明図である。

【図５】図５は、実施の形態３に係るガスタービンの吸
気温度調整システムを示す説明図である。

【符号の説明】

１０、１１吸気加熱器１１ａ外気通路２０ガスタービン２１圧縮機２２燃焼器２３タービン２６空気取り入れ口２７第一温水加熱器２８第二温水加熱器３０ダンパ３４保温ヒーター４０貯水タンク５０、５１温水タンク５０ａ、５１ａヒーター５１ｃ冷却器８１、８２、８４、８６、８８配管８５ドレン配管１００、１０１、１０２、１０３、１０４吸気温度調
整システム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱用媒体によってガスタービンに供給
する燃焼用の空気を加熱する吸気温度調整手段と、この吸気温度調整手段に加熱用媒体を供給する加熱用媒
体供給手段と、空気加熱後の加熱用媒体をガスタービンの熱によって加
熱する媒体加熱手段と、空気を加熱した後の加熱用媒体を貯える加熱用媒体貯蔵
手段と、を備え、前記ガスタービンの起動後から所定時間経過す
るまでは前記加熱用媒体供給手段から加熱用媒体を前記
吸気温度調整手段へ供給し、且つ前記媒体加熱手段を通
過した加熱用媒体を前記加熱用媒体貯蔵手段に貯え、前
記所定時間が経過した後は前記媒体加熱手段を通過した
加熱用媒体を前記吸気温度調整手段に供給することを特
徴とするガスタービンの吸気温度調整システム。
【請求項２】さらに、上記吸気温度調整手段の上流
に、ダンパを設けたことを特徴とする請求項１に記載の
ガスタービンの吸気温度調整システム。
【請求項３】さらに、上記加熱用媒体を流すための加
熱用媒体供給用配管に上記加熱用媒体を加熱する加熱手
段を備え、ガスタービンの運転停止後には加熱用媒体を
前記加熱手段で加熱することを特徴とする請求項１また
は２のいずれか一つに記載のガスタービンの吸気温度調
整システム。
【請求項４】さらに、上記吸気温度調整手段と上記加
熱用媒体貯蔵手段とを結ぶ配管を備え、且つ上記加熱用
媒体供給手段には上記ガスタービンに供給する空気の温
度よりも低い温度の冷却媒体を貯えておき、前記空気の
温度が所定の温度よりも高い場合には上記吸気温度調整
手段に前記冷却媒体を供給して上記ガスタービンに供給
する燃焼用の空気を冷却し、空気冷却後の冷却媒体は前
記配管を通じて上記加熱用媒体貯蔵手段に貯えることを
特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のガスタ
ービンの吸気温度調整システム。
【請求項５】さらに、上記加熱用媒体供給手段には内
部に貯える冷却媒体を冷やすための冷却手段を備えたこ
とを特徴とする請求項４に記載のガスタービンの吸気温
度調整システム。
【請求項６】さらに、上記加熱用媒体貯蔵手段には上
記ガスタービンに供給する空気の温度よりも低い温度の
冷却媒体を貯えておき、前記空気の温度が所定の温度よ
りも高い場合には上記吸気温度調整手段に前記冷却媒体
を供給して上記ガスタービンに供給する燃焼用の空気を
冷却することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つ
に記載のガスタービンの吸気温度調整システム。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか一つに記載のガ
スタービンの吸気温度調整システムと、このガスタービン吸気温度調整システムで温度調整され
た空気を圧縮して燃焼用空気を作る圧縮機と、この燃焼用空気に燃料を供給して燃焼させ、燃焼ガスを
生成する燃焼器と、前記燃焼ガスによって駆動されるタービンと、を備えたことを特徴とするガスタービン。
【請求項８】ガスタービンの起動後から所定の時間が
経過するまでは加熱用媒体供給手段に貯えたガスタービ
ンに供給する空気よりも高い温度の加熱用媒体によって
ガスタービンに供給する燃焼用の空気を加熱し、且つガ
スタービンに供給する空気を加熱した後の加熱用媒体は
加熱用媒体貯蔵手段に貯え、前記所定時間が経過した後
は燃焼用の空気を加熱した後の加熱用媒体をガスタービ
ンの熱によって加熱してから再び燃焼用の空気を加熱す
るために使用することを特徴とするガスタービンの吸気
温度調整方法。