JP2006266258A

JP2006266258A - 発電造水複合プラント及びその運転方法

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Publication number: JP2006266258A
Application number: JP2006033590A
Authority: JP
Inventors: Koichi Goto; 功一後藤; Yoichi Sugimori; 洋一杉森
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2026-02-10
Also published as: JP4828954B2

Abstract

【課題】発電造水複合プラントが電気需要や淡水需要に合わせた部分負荷運転を実施する際、コンバインドサイクルの発電効率を向上させ、年間トータルの燃料消費量を低減することにある。
【解決手段】ガスタービン１と、ダクト燃焼器３１を具備し、且つガスタービンから導入される排ガスの熱により給水を加熱して蒸気を発生させる排ガスボイラ９と、この排ガスボイラで発生した蒸気を作動流体として稼動させる蒸気タービン１１とを備えたコンバインドサイクル発電設備に、蒸気タービン１１の排出蒸気を熱源として淡水を製造する造水設備１４を接続し、ガスタービン１の運転負荷率と、ダクト燃焼器３１の燃焼量を調節し、発電量と淡水量を共に所望値とする運転を実施する発電造水複合プラントの運転方法において、ガスタービン１を、蒸気タービン１１の排出蒸気の内、造水設備１４に使用しない余剰蒸気１５の流量がゼロから所定許容値の間となる運転負荷率で運転する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンバインドサイクル発電設備と、前記発電設備の排出蒸気を利用した造水設備の複合プラント及びその運転方法に関する。

最近、コンバインドサイクル発電設備と、この発電設備の排出蒸気を利用して、溶質が溶け込んでいる水から淡水を製造する造水設備を複合した発電造水複合プラントが急増している。

図１８は、造水設備として海水を淡水化する場合の発電造水複合プラントの一例を示す構成図である。

図１８において、コンバインドサイクル発電設備は、ガスタービン1で発電すると同時にガスタービン１の燃焼排ガス８を熱源にして排ガスボイラ９で発生させた蒸気１０により稼動する蒸気タービン１１で発電するプラントである。

ガスタービン１は、圧縮機２、燃焼器３、膨張機４から構成される。圧縮機２は大気を導入して圧縮し、燃焼用空気６とするものである。燃焼器３は、圧縮された燃焼用空気６により、燃料流量調節弁５０を介して流入するガスタービン燃料７を燃焼し、膨張機４を通して高温の燃焼排ガス８を製造する。前記ガスタービン燃料７としては、例えば天然ガスが使用される。ガスタービン１は、燃焼排ガス８により回転し、回転軸に接続された発電機１２を運転して発電する。

さて、膨張機４から排出される燃焼排ガス８は排ガスボイラ９に導かれ、燃焼排ガス８から回収した熱により、給水３２を加熱して蒸気１０を発生させる。この時、排ガスボイラ９に設けられたダクト燃焼器３１により、必要に応じて助燃する。このダクト燃焼器３１に供給される例えば天然ガスからなるダクト燃焼器燃料２５は、流量調節弁５１により流量調節され、助燃量を制御する。ダクト燃焼器３１で発生した燃焼排ガス８は冷却されながら排ガスボイラ９を通過し、排気４３となって大気に放出される。

一方、排ガスボイラ９で給水３２の加熱により発生した蒸気１０を蒸気タービン１１に導いて、この蒸気タービン１１を回転させ、その回転軸に接続された発電機１２を運転して発電する。

蒸気タービン１１から排出された排気蒸気１３は、流量調節弁５２を通して造水設備熱源用蒸気７１として造水設備１４に導かれ、余剰蒸気１５はダンプコンデンサ１６に導かれる。造水設備１４としては、例えば多段フラッシュ式や多段効用式があるが、図１８では多段効用式が採用されている。

造水設備１４は、タービン排気蒸気１３から回収された熱により、海から図示しないポンプにより汲み上げた海水３３を蒸発させ、淡水蒸気と濃縮塩水１７に分離し、淡水蒸気を凝縮させて淡水２６とし、これを例えば図示しないタンク内に集めて飲料水等に供され、また濃縮塩水は海に排出される。

また、ダンプコンデンサ１６は、余剰蒸気１５を図示しないポンプにより海から汲み上げた冷却用海水３５により冷却し復水する復水器で、この復水器で余剰蒸気の冷却に供された冷却海水３５は放水４８として海に流される。

これら造水設備１４の出口から流出する造水設備出口水２１とダンプコンデンサ１６の出口から流出するダンプコンデンサ出口水２２は合流し、ポンプ５３によって排ガスボイラ９へ給水弁５４を介して給水３２として搬送される。

ところで、このような構成の発電造水複合プラントは、電気需要と淡水需要を満たすように運転するが、その際、ガスタービン燃料７とダクト燃焼器燃料２５の合計消費量をエネルギの有効利用及び経済性の観点から極力少なくすることが好ましい。しかし、電気需要や淡水需要が季節によって変動するので、その年格差の大きな地域では、1年の多くが部分負荷運転期間である。

このように前述した発電造水複合プラントにおいては、以下のような２つの課題がある。

電気需要と淡水需要の最大値が出力できる構成の発電造水複合プラントにおいて、季節によって変動する電気需要や淡水需要に合わせて、その出力を満足する部分負荷運転を実施する場合、次のようにしている。

ガスタービン１の運転負荷率とダクト燃焼器３１の燃焼量を調節して、発電量と淡水量を共に所望値以上にする。また、ガスタービン１が複数台設置されている場合は、ガスタービン１の運転台数と運転負荷率、ダクト燃焼器３１の燃焼量を調節する。

この際、排ガスボイラ９とダクト燃焼器３１に使用される材料の耐熱性の制約から、全てのダクト燃焼器３１の出口温度を許容温度以下にする必要がある。また、適当な調節によってコンバインドサイクルの発電効率を向上させることにより、年間トータルの燃料消費量、即ちガスタービン燃料７とダクト燃焼器燃料２５の合計消費量を低減したい。

また、発電造水複合プラントの運転中、短時間の淡水需要増大に遭遇する場合がある。この場合、発電量を所望値のままで、造水量を増加させるには、ガスタービン１の運転負荷率を下げ、ダクト燃焼器３１による助燃量を増やせば実現できる。

この場合、淡水需要量が大きいほどダクト燃焼器３１の出口温度は高くなるが、この出口温度が許容温度以上になる可能性があるので、運転負荷率を下げないで、造水量を増やしたい。

また、ダクト燃焼器３１による助燃量を増やすのみで、ガスタービン運転負荷率を下げることをしなければ、発電量は蒸気タービン１１の発電量増加分、所望値より大きくなるので、発電量不足にはならないが、コンバインドサイクルの合計消費燃料はダクト燃焼器燃料２５の増加分、増加するので、ガスタービン運転負荷率を下げたい。なお、ガスタービン１の運転台数は短時間で変更できない。

本発明は、発電造水複合プラントが季節によって変動する電気需要や淡水需要に併せた部分負荷運転を実施する際、コンバインドサイクルの発電効率を向上させ、年間トータルの燃料消費量を低減することができる発電造水複合プラント及びその運転方法を提供することを目的とする。

本発明は上記の目的を達成するため、以下のような方法及び手段により発電造水複合プラントを運転するものである。

第１の発明は、ガスタービンの運転負荷率を蒸気タービンのタービン排気蒸気の内、造水設備に使用しない余剰蒸気の単位時間当たりの流量、即ち余剰蒸気量がゼロから所定許容値の間となる運転負荷率にして運転する。

第２の発明は、ガスタービンの設置台数が複数で、かつ運転台数が調節できる場合は、ガスタービンの運転台数を所望発電量が実現できる最小台数とし、その上でガスタービンの運転負荷率を蒸気タービンの排気蒸気の内、造水設備に使用しない余剰蒸気の単位時間当たりの流量、即ち余剰蒸気量がゼロから所定許容値の間となる運転負荷率にして運転する。

第３の発明は、ガスタービンの運転台数を、所望発電量が実現でき、かつ、排ガスボイラに設置した全てのダクト燃焼器の出口温度が許容温度以下になる、最小台数として運転する。

第４の発明は、排ガスボイラから蒸気を抽気し、蒸気タービンのタービン排気蒸気と混合し、造水設備の熱源として利用すると共に、ガスタービンの運転負荷率を所望発電量が実現できる値にする運転に切換可能にする。

本発明によれば、上記のような方法及び手段により発電造水複合プラントを運転することにより、造水設備への熱源用蒸気の必要量と所望発電量とを同時に満足させながら部分負荷運転時の発電効率を最大にすることが可能となるので、季節によって変動する電気需要や淡水需要に併せた部分負荷運転を実施する際、コンバインドサイクルの発電効率を向上させ、年間トータルの燃料消費量を低減することができる。

以下本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明による発電造水複合プラント及びその運転方法を説明するための第１の実施形態を示す構成図で、図１８と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。

図１に示すように、ガスタービン１に接続した発電機１２にガスタービン発電機用電力計５８を設置し、また、蒸気タービン１１からダンプコンデンサ１６に流入するタービン排気蒸気１３の余剰蒸気量１５を計測する流量計７０を設置する。

さらに、蒸気タービン１１に接続した発電機１２及びガスタービン１に接続した発電機１２で発電した電力から、ポンプ５３等の発電造水複合プラント内の機器運転で消費する電力を差引いた送電端電力値を計測する送電端電力計７３を設ける。

これらガスタービン発電機用電力計５８、流量計７０及び送電端電力計７３でそれぞれ計測されたガスタービン用発電機電力値７４と送電端電力値６０及び余剰蒸気量３０を図２に示すように制御器５９に入力する。

この制御器５９は、ガスタービン燃料流量調整弁５０の開度６３及びダクト燃焼器燃料流量調整弁５１の開度６４を予め図３から得られるガスタービン運転負荷率の特性に基づいて制御するものである。

なお、図２においては、３台のガスタービンが設置されていることを想定して示してあるが、図１の例では１台のガスタービン１が設置されているので、ガスタービン用発電機電力値７４、ガスタービン燃料流量調整弁５０の開度６３及びダクト燃焼器燃料流量調整弁５１の開度６４としてはそれぞれ１つである。

図３はコンバインドサイクルの発電量、即ちガスタービン１と蒸気タービン１１の発電量の合計値が所望発電量と一致し、さらにガスタービン１の運転台数（図１の例では１台）を固定した場合のガスタービン１の運転負荷率に対するコンバインドサイクルの発電効率２９、余剰蒸気量３０の関係を示す特性図である。

部分負荷運転時は、ガスタービン１の運転負荷率が１００％より低くても所望発電量は発電できる。

ガスタービン運転負荷率が高いほど、ガスタービン１の発電量とガスタービン１の排熱による蒸気タービン１１の発電量の合計値が、その合計値にダクト燃焼器３１の助燃による蒸気タービン１１の発電量を加えたコンバインドサイクル発電量に占める比率が大きいので、発電効率２９は高くなる。

また、ガスタービン１の発電量が小さいほど、排ガスボイラ９の助燃量を増やして蒸気タービン１１の発電量を増やすことになるので、発生蒸気量は多くなる。よって、ガスタービン運転負荷率が高いほど、タービン排気蒸気１３の量は少なく、運転負荷率が充分に低いときは、造水設備１４の必要蒸気量より大きくなるので、余剰蒸気量３０が多くなる。

したがって、運転負荷率に対する余剰蒸気量３０のグラフは右下がりになる。

上記とは逆にガスタービン運転負荷率を上げていくと、発電効率２９が高くなっていくが、余剰蒸気量３０が少なくなり、ある運転負荷率で造水設備１４の必要蒸気量が確保できなくなる。造水設備１４に対して蒸気不足の場合は、運転不成立となるので、余剰蒸気量３０がゼロになるとき、発電効率２９は最高になる。

ガスタービン１の発電出力や燃焼排ガス８の状態値は、大気の温度、湿度、圧力によって変化するが、図３に示す特性は定性的には変化しない。短時間では小さな電気需要の変動もあり、電気需要が大きくなる場合を想定して、ゼロよりわずかに大きい値にしてもよい。この値は発電造水複合プラントの運転者が定めた所定の許容値である。

したがって、余剰蒸気量３０がゼロから所定許容値の間になるガスタービン運転負荷率で発電造水複合プラントを運転すれば、部分負荷運転時にて最高の発電効率２９の運転が実現できることになる。

次に、このような運転を実現するための作用を説明する。

まず、造水設備熱源用蒸気流量調整弁５２の開度は、製造される淡水量の調節により別途制御される。すなわち、製造淡水量を増やしたい場合は蒸気流量調整弁５２の開度をより大きく、減らしたい場合は開度をより小さくする。

このような制御を実施しながら、制御器５９では、余剰蒸気量３０がゼロから所定許容値の間となるガスタービン運転負荷率になるようにガスタービン燃料流量調整弁５０の開度６３を制御し、ガスタービン燃料７の流量を調節する。

ガスタービン運転負荷率は、予め図３に示した特性から得られており、ガスタービン１に関してガスタービン用発電機１２の電力値が、定格発電電力値に運転負荷率を掛合わせた値になるように、ガスタービン１のガスタービン燃焼量を調節する。その上で、送電端電力値が所望の発電量になるように、ダクト燃焼器３１の燃料流量調整弁５１の開度６４を制御して、ダクト燃焼器３１の燃料２５の流量を調節し、ダクト燃焼器３１の助燃量を調節する。

仮に短時間の微量の淡水需要増加があった場合は、熱源用蒸気流量調整弁５２の開度を大きくすれば、所定許容値までの値であった余剰蒸気量３０が減り、熱源用蒸気の流量を増やすことができる。また、発電造水複合プラント自体の内部の変動にも、同様に対応できる。

上記では造水設備熱源用蒸気流量調整弁５２の開度を製造淡水量から制御するようにしたが、造水設備熱源用蒸気７１の流量値と温度値と圧力値を計測して熱源用蒸気７１のエンタルピを算出し、淡水需要分を造水するのに必要なエンタルピ値と等しくなるように制御してもよい。

また、造水設備熱源用蒸気７１の圧力値は、大きく変化しないとして、流量値と温度値のみから造水設備熱源用蒸気７１の熱量を算出して、淡水需要分を造水するのに必要な熱量値と等しくなればよく、造水設備熱源用蒸気流量調整弁５２の開度を制御してもよい。

上記第１の実施形態では、ガスタービン１側の発電機１２の電力値７４を電力計５８により計測し監視しながらガスタービン燃料７の流量を調節するようにしたが、ガスタービン1の特性に基づき、運転負荷率の目標値に対応するガスタービン燃料７の流量を算出し、ガスタービン燃料流量調整弁５０の開度６３を制御してもよい。

また、前記では送電端電力値を監視しながら所望発電量に合うようにダクト燃焼器燃料２５の流量を調節しているが、発電造水複合プラントの特性に基づき、所望発電量に対応するダクト燃焼器燃料２５の流量を算出し、ダクト燃焼器燃料流量調整弁５１の開度６４を制御してもよい。

さらに、ガスタービン1とダクト燃焼器３１の燃焼量はそれぞれガスタービン燃料７とダクト燃焼器燃料２５の流量で制御しなくても、燃焼用空気６の流量調節などといった他の方法を用いてもよい。

図１ではガスタービン１、蒸気タービン１１、造水設備１４がそれぞれ1台の場合について示したが、これら構成機器の台数としては何台であってもよい。

例えば、図４に示すように３台のガスタービン１を設置した発電造水複合ブラントであっても、前述同様の運転を行うことができる。

また、図１及び図４では、ダクト燃焼器３１の設置箇所として排ガスボイラ９の熱交換器より燃焼排ガス８の流れ方向の上流側としたが、図５に示すように熱交換器部分の途中にダクト燃焼器３１を設置してもよい。さらに、図１、図４及び図５では、排ガスボイラ９の燃焼排ガス８の流れ方向に１個のダクト燃焼器３１を設置したが、図６に示すように燃焼排ガス８の流れ方向に複数台のダクト燃焼器３１、ここでは２台のダクト燃焼器を排ガスボイラ９の高圧過熱器の上流側と、蒸発器の上流側に設置するようにしてもよい。

さらに、上記のように燃焼排ガス８の流れ方向に複数台のダクト燃焼器３１を設置してあっても、これらを全て稼動する必要はなく、例えば図６において蒸気タービン１１から排出されるタービン排気蒸気１３の温度制御を実施しやすくするために、下流側のダクト燃焼器３１の１台のみを稼動するようにしてもよい。

このように第１の実施形態では、発電造水複合プラントのガスタービン１の運転負荷率を蒸気タービン１１のタービン排気蒸気１３の内、造水設備１４に使用しない余剰蒸気１５の単位時間当たりの流量、即ち余剰蒸気量３０がゼロから所定許容値の間となる運転負荷率にして運転することにより、部分負荷運転時の発電効率を向上させることができ、年間トータルの燃料消費量を低減することができる。また、ガスタービン１の設置台数が複数で、かつ運転台数が調節できる場合も前述同様の作用効果を得ることができる。

さて、第１の実施形態では図２に示す制御器５９により制御しているが、制御器５９を用いない場合でも運転負荷率が適切であればよい。即ち、例えば、季節や時間帯などの期間に応じて運転パラメータを決めておき、造水設備熱源用蒸気流量調節弁５２の開度を決めておき、運転してもよい。また、自動制御でなく、運転操作員による制御であってもよい。

本発明の第２の実施形態を図４乃至図７により説明する。

図４乃至図６は第１の実施形態で述べたのと同様なので、その構成についての説明を省略し、ここでは図７に示す特性図を中心に述べる。

コンバインドサイクルの発電量が所望発電量と一致した場合、コンバインドサイクル発電量に占めるガスタービン発電量の比率が高いほど、発電効率は高い。これはガスタービン発電量とガスタービン排熱による蒸気タービン発電量の合計値が大きく、排ガスボイラ９の助燃燃料２５が少なくなるためである。

ガスタービン燃料７は、ガスタービン１の発電と蒸気タービン１１の発電及び造水設備１４に利用されているが、ダクト燃焼器３１の燃料２５は蒸気タービン１１の発電と造水設備１４にしか利用できないので、ガスタービン１で燃料が消費されるほど発電効率は高くなる。

同じガスタービン発電量の時、ガスタービン運転台数が少ないほどガスタービン運転負荷率は高くなるが、コンバインドサイクルの発電効率はより高くなる。これはガスタービン１の特性上、運転負荷率が高いほど、タービン内部効率が高く、ガスタービン１のシステム熱効率が高いので、ガスタービン燃料７が少なくなるからである。

図７は、図３における発電効率２８と余剰蒸気量３０について、ガスタービン運転台数が多い場合と少ない場合を示した特性図である。

図７において、運転台数のより多い時と少ない時の発電効率はそれぞれ発電効率３８，３９であり、余剰蒸気量はそれぞれ４０，４１である。余剰蒸気量４０,４１がゼロになる時にそれぞれ対応するガスタービン運転負荷率での発電効率３８,３９を比較すると、ガスタービン台数がより少ない時の発電効率３９がより高い。

しかし、ガスタービン運転台数を充分に減らすと、運転負荷率を１００％にしても、コンバインドサイクル総発電量や造水量が所望量に不足する状態になる。不足しないぎりぎりの台数が所望発電量を実現できる最小台数であり、台数は状況により異なる。

したがって、ガスタービン１の運転台数を所望発電量が実現できる最小台数とし、その上で、余剰蒸気量がゼロまたはゼロよりわずかに大きい値になるガスタービン運転負荷率で発電造水複合プラントを運転することにより、部分負荷運転時にて最高の発電効率の運転が実現できることになる。

そこで、第２の実施形態では、図４乃至図６に示す３組のガスタービン１において、運転台数を所望発電量が実現できる最小台数とし、その上でガスタービン１の運転負荷率を蒸気タービン１１の排気蒸気１３の内、造水設備１４に使用しない余剰蒸気１５の単位時間当たりの流量、即ち余剰蒸気量がゼロから所定許容値までの値となる運転負荷率にして、発電造水複合プラントを運転する。この場合、運転していないガスタービン１の燃焼排ガス８が流れる排ガスボイラ９への給水弁５４のみ閉じる。

図４乃至図６ではガスタービン１が３台で蒸気タービン１１と造水設備１４がそれぞれ１台の場合について示したが、これらの構成機器の台数としては何台であってもよい。

このように第２の実施形態では、発電造水複合プラントのガスタービン１の運転台数を所望発電量が実現できる最小台数とし、その上で、余剰蒸気量がゼロまたはゼロよりわずかに大きい値になるガスタービン運転負荷率で運転することにより、部分負荷運転時の発電効率を向上させることができ、年間トータルの燃料消費量を低減することができる。

本発明の第３の実施形態を図８により説明する。

図８は発電造水複合プラントの構成図で、図４と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。

第３の実施形態では、図８に示すようにダクト燃焼器３１の出口に温度計６９を設置し、この温度計６９により測定されたダクト燃焼器３１の出口温度をもとに、発電造水複合プラントを運転するものである。この場合、ガスタービン1の運転台数は、所望発電量が実現でき、かつ排ガスボイラ９に設置した全てのダクト燃焼器３１の出口温度が許容温度以下になる最小台数とする。

なお、ダクト燃焼器３１の出口温度は、温度計６９からではなく、予め得られている特性値を用いてもよい。

図９は、ガスタービン運転負荷率に対するダクト燃焼器３１の出口温度２７を図３に加えた特性図である。

図９において、ガスタービン運転負荷率が高いほど、蒸気タービン１１の負荷分担が減少するので、排ガスボイラ９の助燃量が小さくなり、ダクト燃焼器出口温度２７は低くなる。

ところで、1台の排ガスボイラ９に設置するダクト燃焼器３１の設置箇所は燃焼排ガス８の流れ方向に１箇所だけでなく、図６に示すように２箇所以上でもよい。図９のダクト燃焼器３１の出口温度２７はダクト燃焼器３１が燃焼排ガス８の流れ方向の１箇所のみの場合であるが、図６に示すようにダクト燃焼器３１が燃焼排ガス８の流れ方向の２箇所での運転時に、ダクト燃焼器３１の１箇所の出口温度２７を固定すると、もう1箇所のダクト燃焼器３１の出口温度２７は、ダクト燃焼器３１の１箇所のみの運転時のダクト燃焼器３１の出口温度２７と同様に右下がりのグラフになる。

さて、ダクト燃焼器３１の出口温度２７が許容温度以上になった場合、コンバインドサイクルは運転不成立である。また、余剰蒸気量３０がゼロであるガスタービン運転負荷率にて、仮にダクト燃焼器３１の出口温度２７が許容温度以上ならば、造水設備１４用の蒸気とダクト燃焼器３１の出口温度２７の両方を同時に満足するガスタービン運転負荷率はないので、その時のガスタービン運転台数やそれ以下の運転台数では運転不成立である。

そこで、ガスタービン１の運転台数を排ガスボイラ９に設置した全てのダクト燃焼器３１の出口温度２７が許容温度以下になる最小台数として運転する。

このようにして発電造水プラントを運転すれば、排ガスボイラ９とダクト燃焼器３１の使用材料の制約を守りながら、部分負荷運転時の発電効率を向上させることにより、年間トータルの燃料消費量を低減することができる。

本発明の第４の実施形態を図１０により説明する。

ここでは、図４乃至図６のいずれかの発電造水プラントを対象にして述べる。

第４の実施形態では、図４乃至図６のいずれかに示す発電造水複合プラントにおいて、全てのガスタービン１に接続した発電機１２にガスタービン発電機用電力計５８を設置し、また、蒸気タービン１１からダンプコンデンサ１６に流入するタービン排気蒸気１３の余剰蒸気量を計測する流量計７０を設置する。

さらに、図示していないが蒸気タービン１１に接続した発電機１２及び全てのガスタービン１に接続した発電機１２で発電した電力から、ポンプ５３等により発電造水複合プラント内で消費する電力を差引いた送電端電力値を計測する送電端電力計を設ける。

これらガスタービン発電機用電力計５８、流量計７０及び送電端電力計でそれぞれ計測されたガスタービン用発電機電力値７４と送電端電力値６０及び余剰蒸気量３０を図１０に示すように制御器５９に入力する。

この制御器５９は、ガスタービン１に対して発停信号６６を与えるとともに、ガスタービン燃料流量調整弁５０の開度６３及びダクト燃焼器燃料流量調整弁５１の開度６４を予め図３から得られるガスタービン運転負荷率の特性に基づいて制御するものである。

次にこの制御器５９による発電造水複合プラントの運転について述べる。

造水設備熱源用蒸気流量調整弁５２の開度は、製造される淡水量を調節するように別途制御する。製造される淡水量を増やしたい場合は開度をより大きく、減らしたい場合は開度をより小さくする。

この制御を実施しながら、まずガスタービン１の運転台数が、所望発電量が実現できる最小台数になるように、制御器５９からガスタービン１とポンプ５３への発停信号６６を出す。これにより、最小台数のガスタービン１のみ運転し、他のガスタービンは停止させ、運転していないガスタービン１の燃焼排ガス８が流れる排ガスボイラ９への給水弁５４のみ閉じる。

そして、制御器５９にて、余剰蒸気量３０がゼロから所定許容値の間となるガスタービン運転負荷率になるように全てのガスタービン燃料流量調整弁５０の開度６３を制御し、全てのガスタービン１の燃焼量を調節する。

ガスタービン運転負荷率は予め、図３に示した特性から得られており、各ガスタービン１に関してガスタービン用発電機電力値が定格発電電力値に運転負荷率を掛合わせた値になるように、各ガスタービン１のガスタービン燃焼量を調節する。その上で送電端電力値６０が所望の発電量になるように、ダクト燃焼器燃料流量調整弁５１の開度６４を制御して、ダクト燃焼器３１の助燃量を調節する。

仮に短時間の微量の淡水需要増加があった場合は、熱源用蒸気流量調整弁５２の開度を大きくすれば、所定許容値まであった余剰蒸気量３０が減り、熱源用蒸気７１の流量を増やすことができる。また、発電造水複合プラント自体の内部の変動にも、同様に対応できる。

造水設備熱源用蒸気流量調整弁５２の開度は、前記のように製造淡水量から制御しなくても、造水設備熱源用蒸気７１の流量値と温度値と圧力値を計測し、熱源用蒸気７１のエンタルピを算出し、淡水需要分を造水するのに必要なエンタルピ値と等しくなるように制御してもよい。

また、造水設備熱源用蒸気７１の圧力値は大きく変化しないとして、流量値と温度値のみから造水設備熱源用蒸気７１の熱量を算出して、淡水需要分を造水するのに必要な熱量値と等しくなればよいとして、開度を制御してもよい。

さらに、季節や時間帯などの期間に応じて造水設備熱源用蒸気流量調整弁５２の開度を定めておき、運転してもよい。

前記ではガスタービン用発電機１２の電力値を監視しながらガスタービン燃料７の流量を調節しているが、ガスタービン１の特性に基づき、運転負荷率の目標値に対応するガスタービン燃料７の流量を算出し、ガスタービン燃料流量調整弁５０の開度を制御してもよい。

さらに、前記では送電端電力値を監視しながら所望発電量に合うようにダクト燃焼器燃料２５の流量を調節しているが、発電造水複合プラントの特性に基づき、所望発電量に対応するダクト燃焼器燃料２５の流量を算出し、ダクト燃焼器燃料流量調整弁５１の開度６４を制御してもよい。

さらに、ガスタービン１とダクト燃焼器３１の燃焼量はそれぞれガスタービン燃料７とダクト燃焼器燃料２５の流量で制御しなくても、燃焼用空気６の流量調節などといった他の方法を用いてもよい。

図４乃至図６では、ガスタービン1が３台で、蒸気タービン１１と造水設備１４がそれぞれ1台の場合について示したが、これらの構成機器の台数としては何台であってもよい。

さて、排ガスボイラ９とダクト燃焼器３１に使用される材料の耐熱性の制約から、全てのダクト燃焼器３１の出口温度を許容温度以下にする必要がある。このような場合は、以下のように制御する。

まず、造水設備熱源用蒸気流量調整弁５２の開度は、製造される淡水量を調節するように別途制御する。製造淡水量を増やしたい場合は造水設備熱源用蒸気流量調整弁５２の開度をより大きく、減らしたい場合は開度をより小さくする。

この制御を実施しながら、まずガスタービン1の運転台数が、所望発電量が実現でき、かつ、排ガスボイラ９に設置した全てのダクト燃焼器出口温度が許容温度以下になる最小台数になるように、制御器５９からガスタービン１とポンプ５３への発停信号を出す。この時、ダクト燃焼器出口温度は予め、図９に示した特性から得ている。

これにより、最小台数のガスタービン１のみ運転し、他のガスタービンは停止させ、運転していないガスタービン１の燃焼排ガス８が流れる排ガスボイラ９への給水弁５４のみ閉じる。

そして、制御器５９にて、余剰蒸気量３０がゼロから所定許容値の間となるガスタービン運転負荷率になるように全てのガスタービン燃料流量調整弁５０の開度を制御し、全てのガスタービン１の燃焼量を調節する。

ガスタービン運転負荷率は予め、図３に示した特性から得られており、各ガスタービン１に関してガスタービン用発電機１２の電力値が、定格発電電力値に運転負荷率を掛合わせた値になるように、各ガスタービン１のガスタービン燃焼量を調節する。その上で送電端電力値が所望の発電量になるように、ダクト燃焼器燃料流量調整弁５１の開度を制御して、ダクト燃焼器３１の助燃量を調節する。

このようにして発電造水プラントを運転すれば、排ガスボイラ９とダクト燃焼器３１の使用材料の制約を守りながら、部分負荷運転時の発電効率を向上させることにより年間トータルの燃料消費量を低減することができる。また、自動化により誤操作の可能性がなくなり、信頼性が高くなる。

本発明の第５の実施形態を図１１により説明する。

第５の実施形態では、図４乃至図６のいずれかに示す発電造水複合プラントにおいて、全てのガスタービン１に接続した発電機１２にガスタービン発電機用電力計５８を設置し、また、蒸気タービン１１からダンプコンデンサ１６に流入するタービン排気蒸気１３の余剰蒸気量を計測する流量計７０を設置し、さらに全てのダクト燃焼器３１の出口に温度計６９を設置する。

さらに、図示していないが蒸気タービン１１に接続した発電機１２及び全てのガスタービンに接続した発電機１２で発電した電力から、ポンプ５３等により発電造水複合プラント内で消費する電力を差引いた送電端電力値を計測する送電端電力計を設ける。計測したガスタービン用発電機１２の電力値の全てと送電端電力値及び余剰蒸気量３０と全てのダクト燃焼器３１の出口温度値６８は、図１１の制御器５９に入力される。

この制御器５９は、ガスタービン１に対して発停信号を与えるとともに、ガスタービン燃料流量調整弁５０の開度６３及びダクト燃焼器燃料流量調整弁５１の開度６４を予め図９から得られるガスタービン運転負荷率の特性に基づいて制御するものである。

この制御を実施しながら、まずガスタービン１の運転台数が、所望発電量が実現でき、かつ、排ガスボイラ９に設置した全てのダクト燃焼器３１の出口温度が許容温度以下になる最小台数になるように、制御器５９からガスタービン１への発停信号を出す。この時、ダクト燃焼器３１の出口温度は、予め図９に示した特性から得られた値を用いて制御するが、ガスタービン１の特性は経年劣化したり、大気の気温、湿度、圧力が変化したりすると、その値と実際に計測しているダクト燃焼器３１の出口温度値の差が大きくなる。

そこで、ダクト燃焼器３１の出口温度値が許容温度以上になった場合は、ガスタービン１の運転台数として、所望発電量が実現でき、かつ、実測している全てのダクト燃焼器３１の出口温度値が許容温度以下になる最小台数になるように、制御器５９からガスタービン１への発停信号を出す。

ガスタービン運転負荷率は予め、図３に示した特性から得られており、各ガスタービン１に関して、ガスタービン用発電機１２の電力値が、定格発電電力値に運転負荷率を掛合わせた値になるように各ガスタービン１のガスタービン燃焼量を調節する。

その上で、送電端電力値が所望の発電量になるように、ダクト燃焼器燃料流量調整弁５１の開度を制御して、ダクト燃焼器３１の助燃量を調節する。この時、実測しているダクト燃焼器３１の出口温度値が許容温度以上にならないことを監視し、許容温度以上になった場合は、ガスタービン１の最小台数の決定ルーチンから、やり直す。

仮に短時間の微量の淡水需要増加があった場合は、熱源用蒸気流量調整弁５２の開度を大きくすれば、所定許容値までの値であった余剰蒸気量３０が減り、熱源用蒸気７１の流量を増やすことができる。また、発電造水複合プラント自体の内部の変動にも、同様に対応できる。

さらに、前記では送電端電力値を監視しながら所望発電量に合うようにダクト燃焼器燃料２５の流量を調節しているが、発電造水複合プラントの特性に基づき、所望発電量に対応するダクト燃焼器燃料２５の流量を算出し、ダクト燃焼器燃料流量調整弁５１の開度を制御してもよい。

図４乃至図６では、ガスタービン１が3台で、蒸気タービン１１と造水設備１４がそれぞれ1台の場合について示したが、これらの構成機器の台数としては何台であってもよい。

このようにして発電造水プラントを運転すれば、排ガスボイラ９とダクト燃焼器３１の使用材料の制約を守りながら、部分負荷時の発電効率を向上させることにより年間トータルの燃料消費量を低減することができる。また自動化により誤操作の可能性がなくなり、信頼性が高くなる。

本発明の第６の実施形態を図１２により説明する。

図１２において、図８と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。

第６の実施形態では、図１２に示すように造水設備１４を例えば多段フラッシュ式または多段効用式とする。また排ガスボイラ９から抽気した抽気蒸気１８の全部あるいは一部をエジェクタ用抽気蒸気（第１の抽気蒸気）５６として、造水設備１４内のエジェクタ１９に導く。

このエジェクタ１９を用いて造水設備１４の淡水化ライン内部を減圧し、低圧化により海水３３の蒸発を促進する。通過したエジェクタ用抽気蒸気５６は濃縮海水１７と共に海に排出する。海に排出されたエジェクタ用抽気蒸気５６に相当する水は、ダンプコンデンサ１６にて補給水４４として補給する。

そして、余剰蒸気量３０がゼロから所定許容値の間となる運転負荷率にして、発電造水複合プラントを運転する。この場合、排ガスボイラ９が製造した蒸気の全てが造水設備用熱源用蒸気７１になるわけではないが、ガスタービン運転負荷率が変化してもエジェクタ用抽気蒸気５６の流量は大きく変化しないので、図３、図７、図９と同じ特性曲線を描くため、前述した第１乃至第５の実施形態と同様の作用効果が得られる。

また、図１３に示すような排ガスボイラ９の燃焼排ガス８の流れ方向に２台のダクト燃焼器３１が設置された構成にしてもよい。

図１２及び図１３では、ガスタービン１が３台で、これら３台全ての抽気蒸気１８をエジェクタ用抽気蒸気５６として造水設備１４に導く配管構成になっているが、１台又は２台のガスタービン１の抽気蒸気１８の全部あるいは一部をエジェクタ用抽気蒸気５６として造水設備１４に導く配管構成にしてもよい。

本発明の第７の実施形態を図１４により説明する。

図１４において、図１２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。

既設の造水設備１４に新規のコンバインドサイクル発電設備を接続するときなど、タービン排気蒸気１３が造水設備１４への必要蒸気圧力より低い場合がある。

そこで、本実施形態では、図１４に示すように排ガスボイラ９から抽気した抽気蒸気１８の全部あるいは一部をサーマルコンプレッサ用抽気蒸気（第２の抽気蒸気）５７としてサーマルコンプレッサ２３の主流流路に流し、タービン排出蒸気１３の一部を喉部から流入させ、これらを合流させた造水設備熱源用蒸気７１を造水設備１４へ流入するようにしたものである。

このようにすれば、サーマルコンプレッサ２３により昇圧されたタービン排気蒸気１３の一部と、サーマルコンプレッサ用抽気蒸気５７が合流し、造水設備熱源用蒸気７１になって造水設備１４に流れることで、淡水化の熱源として使用できる。

この場合、蒸気タービン１１から排出されない抽気蒸気１８が、造水設備用熱源用蒸気７１の一部になるが、ガスタービン運転負荷率が変化してもサーマルコンプレッサ用抽気蒸気５７の流量は大きく変化しないので、図３，図７及び図９と同じ特性曲線を描くため、前述した第１の実施形態乃至第７の実施形態と同様の作用効果が得られる。

図１４ではガスタービン１が３台で、これら３台全ての抽気蒸気１８をサーマルコンプレッサ用抽気蒸気５７として造水設備１４に導く配管構成になっているが、１台又は２台のガスタービン１の抽気蒸気１８の全部あるいは一部をサーマルコンプレッサ用抽気蒸気５７として造水設備１４に導く配管構成にしてもよい。

本発明の第８の実施形態を図１５により説明する。

図１５において、図１２と同一部品には同一不号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について述べる。

第８の実施形態では、排ガスボイラ９から抽気した抽気蒸気１８の全部あるいは一部を造水設備熱源追加用抽気蒸気（第３の抽出蒸気）３４として流し、蒸気タービン１１のタービン排気蒸気１３と混合する配管を設けるとともに、この配管に造水設備熱源追加用抽気蒸気流量弁４２を設け、造水設備熱源追加用抽気蒸気５８をタービン排気蒸気１３と合流させ、造水設備熱源用蒸気７１として造水設備１４に流入させる構成とするものである。すなわち、造水設備熱源追加用抽気蒸気５８の分だけ、造水設備１４の熱源が増える。

通常は第１の実施形態及び第２の実施形態に示す制御を実施しながら運転している発電造水複合プラントにおいて、所望発電量が変わらず、短時間だけ所望造水量が増加した場合は、造水設備熱源追加用抽気蒸気流量弁４２を開き、造水設備熱源用蒸気７１を所望造水量が実現できるのに過不足ない流量にし、ガスタービン運転負荷率を所望発電量が実現できる値にして運転する。

この場合、配管に設けた造水設備熱源追加用抽気蒸気流量調整弁４２の開度を調節することにより、造水設備１４への熱源用蒸気７１が不足する場合も過不足なしにでき、この時、余剰蒸気量３０はゼロである。

ここで、コンバインドサイクルの発電効率２９と造水設備熱源用抽気蒸気５８を、図９に点線で追加した特性図を図１６に示す。

このような構成としたときの発電効率と造水設備熱源用抽気蒸気５８の流量は、それぞれ発電効率４５と抽気蒸気量４６である。

同時にガスタービン運転負荷率を、所望発電量が実現できる値とする。よって、所望発電量が変わらず、短時間だけ所望造水量が増加した場合は、造水設備熱源追加用抽気蒸気流量弁４２を開き、造水設備熱源用蒸気７１を所望造水量が実現できるのに過不足ない流量にし、かつガスタービン運転負荷率として所望発電量を実現できる値にして運転する。

この造水設備熱源用抽気蒸気３４によりガスタービン１の運転可能なガスタービン運転負荷率の範囲は拡大するが、蒸気タービン１１への蒸気量が減少するので発電効率２９は、抽気蒸気１８がない時の最高効率より低くなる。拡大した運転負荷率は範囲４７である。ダクト燃焼器３１の出口温度２７は運転負荷率が高いほど低いので、この運転切換により許容値以上になることはない。

図１５ではガスタービン１が３台で、これら３台全ての抽気蒸気１８の全部あるいは一部を造水設備熱源追加用抽気蒸気３４として造水設備１４に導く配管構成になっているが、１台又は２台のガスタービン１の抽気蒸気１８を造水設備１４に導く配管構成にしてもよい。

本発明の第９の実施形態を図１６及び図１７により説明する。

ここでは、図１５の発電造水プラントを対象にして述べる。

第９の実施形態では、図１５に示す発電造水複合プラントにおいて、全てのガスタービン１に接続した発電機１２にガスタービン発電機用電力計５８を設置し、また、蒸気タービン１１からダンプコンデンサ１６に流入するタービン排気蒸気１３の余剰蒸気量を計測する流量計７０を設置する。

これらガスタービン発電機用電力計５８、流量計７０及び送電端電力計でそれぞれ計測されたガスタービン用発電機電力値７４と送電端電力値６０及び余剰蒸気量３０、さらに造水設備１４から製造淡水量値７６を、図１７の制御器５９に入力する。

この制御器５９は、ガスタービン１に対して発停信号６６を与えるとともに、ガスタービン燃料流量調整弁５０の開度６３及びダクト燃焼器燃料流量調整弁５１の開度６４を予め図３から得られるガスタービン運転負荷率の特性に基づいて制御し、また所望発電量が変わらず、短時間だけ所望造水量が増加した場合は造水設備熱源追加用蒸気流量調整弁４２の開度６７を調整するものである。

発電造水複合プラントにおいて、通常は第１の実施形態乃至第３の実施形態で述べた制御を実施しながら運転しているとき、所望発電量が変わらず、短時間だけ所望造水量が増加した場合は、以下のように運転する。

製造淡水量値７６が所望造水量になるように、造水設備熱源追加用蒸気流量調整弁４３の開度６７を調整し、造水設備熱源用蒸気流量７１を増加させながら、ガスタービン運転負荷率が所望発電量を実現できる値になるように全てのガスタービン燃料流量調整弁５０の開度６３を制御し、全てのガスタービン1の燃焼量を調節する。

ガスタービン運転負荷率は、予め図３に示した特性から得られており、各ガスタービン１に関してガスタービン用発電機電力値７４の値が、定格発電電力値に運転負荷率を掛合わせた値になるように、各ガスタービン１のガスタービン燃焼量を調節する。その上で送電端電力値６０が所望の発電量になるように、ダクト燃焼器燃料流量調整弁５１の開度６４を制御して、ダクト燃焼器３１の助燃量を調節する。

造水設備熱源追加用蒸気流量調整弁４２の開度６７は、前記のように製造淡水量値７６から制御しなくても、造水設備熱源用蒸気７１の流量値と温度値と圧力値を計測し、造水設備熱源用蒸気７１のエンタルピを算出し、淡水需要分を造水するのに必要なエンタルピ値と等しくなるように制御してもよい。

前記ではガスタービン用発電機の電力値７４を監視しながらガスタービン燃料７の流量を調節しているが、ガスタービン１の特性に基づき、運転負荷率の目標値に対応するガスタービン燃料７の流量を算出し、ガスタービン燃料流量調整弁５０の開度を制御してもよい。

さらに、前記では送電端電力値６０を監視しながら所望発電量に合うようにダクト燃焼器３１の燃料の流量を調節しているが、発電造水複合プラントの特性に基づき、所望発電量に対応するダクト燃焼器燃料２５の流量を算出し、ダクト燃焼器燃料流量調整弁３１の開度６４を制御してもよい。

また、ガスタービン１とダクト燃焼器３１の燃焼量はそれぞれガスタービン燃料７とダクト燃焼器燃料２５の流量で制御しなくても、燃焼用空気６の流量調節などといった他の方法を用いてもよい。

図１５では、ガスタービン1が３台で、蒸気タービン１１と造水設備１４がそれぞれ1台の場合について示したが、これらの構成機器の台数としては何台であってもよい。

次に本発明による発電造水複合プラントの第１０の実施形態を図１４により説明する。

図１４の構成は前述しているので、その説明は省略し、ここでは所望発電量が変わらず、短時間だけ所望造水量が増加した場合の運転方法について述べる。

図１４に示すような発電造水複合プラントにおいて、通常は第１の実施形態乃至第３の実施形態で述べた制御を実施しながら運転しているとき、所望発電量が変わらず、短時間だけ所望造水量が増加した場合は、サーマルコンプレッサ用抽気蒸気流量弁６２を開き、サーマルコンプレッサ用抽気蒸気５７の流量を増やす。

すると、サーマルコンプレッサ２３の喉部から吸込まれる蒸気タービン排出蒸気１３の一部の流量も増加する。サーマルコンプレッサ２３に吸込まれる蒸気タービン排出蒸気１３の一部とサーマルコンプレッサ用抽気蒸気５７の合計である造水設備熱源用蒸気７１は増える。

これにより、造水設備熱源用蒸気７１を所望造水量が実現できるのに過不足ない流量にし、ガスタービン運転負荷率を所望発電量が実現できる値にして運転する。ダクト燃焼器出口温度は運転負荷率が高いほど低いので、この運転切換により許容値以上になることはない。

図１４ではガスタービン１が３台で、これら３台全ての抽気蒸気１８の全部あるいは一部をサーマルコンプレッサ用抽気蒸気５７として造水設備１４に導く配管構成になっているが、１台又は２台のガスタービン１の抽気蒸気１８を造水設備１４に導く配管構成にしてもよい。

図１４では、ガスタービン１が３台で、蒸気タービン１１と造水設備１４がそれぞれ１台の場合について示したが、これらの構成機器の台数としては何台であってもよい。

次に本発明による発電造水複合プラントの第１１の実施形態を図１４、図１６及び図１７により明する。

図１４に示す発電造水複合プラントにおいて、全てのガスタービン１に接続した発電機１２にガスタービン発電機用電力計５８を設置し、余剰蒸気量３０を計測する流量計７０を設置する。図示していないが、蒸気タービン１１に接続した発電機１２を含む全ての発電機１２で発電した電力から、ポンプ５３等により発電造水複合プラント２４内で消費する電力を差引いた送電端電力値６０を計測する送電端電力計を設ける。

計測したガスタービン用発電機電力値７６の全てと送電端電力値６０と余剰蒸気量３０は、図１７の制御器５９に入力される。さらに、造水設備１４から製造淡水量値７６が、制御器５９に入力される。

図１４に示すような発電造水複合プラントにおいて、通常は第１の実施形態乃至第３の実施形態で述べた制御を実施しながら運転しているとき、所望発電量が変わらず、短時間だけ所望造水量が増加した場合は、以下のように運転する。なお、図１７において、造水設備熱源追加用蒸気流量調整弁４３の開度６７をサーマルコンプレッサ用蒸気流量調整弁６２の開度７７として述べる。

製造淡水量値７６が所望造水量になるように、サーマルコンプレッサ用蒸気流量調整弁６２の開度７７を調整する。この開度７７を大きくすると、サーマルコンプレッサ用抽気蒸気５７が増え、サーマルコンプレッサ２３の喉部から吸込まれる蒸気タービン排出蒸気１３の一部の流量も増加するので、造水設備熱源用蒸気７１は増える。

造水設備熱源用蒸気流量７１を増加させながら、ガスタービン運転負荷率が所望発電量を実現できる値になるように全てのガスタービン燃料流量調整弁５０の開度６３を制御し、全てのガスタービン１の燃焼量を調節する。ガスタービン運転負荷率は、予め図３に示した特性から得られており、各ガスタービン１に関してガスタービン用発電機電力値７６の値が、定格発電電力値に運転負荷率を掛合わせた値になるように、各ガスタービン１のガスタービン燃焼量を調節する。その上で送電端電力値６０が所望の発電量になるように、ダクト燃焼器燃料流量調整弁５１の開度６４を制御して、ダクト燃焼器３１の助燃量を調節する。

サーマルコンプレッサ用蒸気流量調整弁６２の開度７７は、前記のように製造淡水量値７６から制御しなくても、造水設備熱源用蒸気７１の流量値と温度値と圧力値を計測し、熱源用蒸気７１のエンタルピを算出し、淡水需要分を造水するのに必要なエンタルピ値と等しくなるように制御してもよい。

また、造水設備熱源用蒸気７１の圧力値は大きく変化しないとして、流量値と温度値のみから造水設備熱源用蒸気７１の熱量を算出して、淡水需要分を造水するのに必要な熱量値と等しくなればよいとして、造水設備熱源用蒸気流量調整弁５２の開度を制御してもよい。

図１４ではガスタービン１が３台で、これら３台全ての抽気蒸気１８の全部あるいは一部をサーマルコンプレッサ用抽気蒸気５７として造水設備１４に導く配管構成になっているが、１台または２台のガスタービン１の抽気蒸気１８を造水設備１４に導く配管構成にしてもよい。

図１４では、ガスタービン1が３台で、蒸気タービン１１と造水設備１４がそれぞれ1台の場合について示したが、これらの構成機器の台数としては何台であってもよい。

前述した第１乃至第１１の実施形態では、造水設備１４において、海水から淡水を製造する場合について説明したが、海水に代えて排水（汚水）を造水設備１４に導入することにより、同様の方法で排水（汚水）から濃縮水と浄水を製造することができる。

この場合、造水設備１４は排水浄化装置として使用され、また冷却用海水の代わりに河川水等を冷却水として使用してもよい。

このようにすれば、排水（汚水）を浄水にすることができるため、排水処理が可能になるとともに、製造した浄水を有効活用することができる。

本発明による発電造水複合プラント及びその運転方法を説明するための第１の実施形態を示す構成図。同実施の形態における制御を説明するためのブロック図。同実施形態におけるガスタービンの運転負荷率に対するコンバインドサイクルの発電効率、余剰蒸気量の関係を示す特性図。同実施形態において、３台のガスタービンを設置した発電造水複合ブラントの構成図。同実施形態の発電造水複合ブラントにおいて、熱交換器部分の途中にダクト燃焼器を設置した発電造水複合ブラントの構成図。同実施形態の発電造水複合ブラントにおいて、燃焼排ガスの流れ方向に複数台のダクト燃焼器を設置した発電造水複合ブラントの構成図。本発明の第２の実施形態におけるガスタービンの運転負荷率に対するコンバインドサイクルの発電効率、余剰蒸気量の関係についてガスタービン運転台数が多い場合と少ない場合を示す特性図。本発明による発電造水複合プラント及びその運転方法を説明するための第３の実施形態を示す構成図。同実施形態において、図３にガスタービン運転負荷率に対するダクト燃焼器の出口温度を加えた特性図。本発明の第４の実施形態における制御を説明するためのブロック図。本発明の第５の実施形態における制御を説明するためのブロック図。本発明による発電造水複合プラント及びその運転方法を説明するための第６の実施形態を示す構成図。同実施形態において、２台のダクト燃焼器が設置された発電造水複合プラントの構成図。本発明による発電造水複合プラント及びその運転方法を説明するための第７の実施形態を示す構成図。本発明による発電造水複合プラント及びその運転方法を説明するための第８の実施形態を示す構成図。同実施形態において、図９にコンバインドサイクルの発電効率と造水設備熱源用抽気蒸気を点線で追加して示す特性図。本発明の第９の実施形態における制御を説明するためのブロック図。従来の発電造水複合プラント及びその運転方法を説明するための構成例を示す図。

符号の説明

１…ガスタービン、２…圧縮機、３…燃焼器、４…膨張機、６…燃焼用空気、７…ガスタービン燃料、８…燃焼排ガス、９…排ガスボイラ、１０…蒸気、１１…蒸気タービン、１２…発電機、１３…タービン排気蒸気、１４…造水設備、１５…余剰蒸気、１６…ダンプコンデンサ、１７…濃縮塩水、１８…抽気蒸気、１９…エジェクタ、２１…造水設備出口水、２２…ダンプコンデンサ出口水、２３…サーマルコンプレッサ、２５…ダクト燃焼器燃料、２６…淡水、２７…ダクト燃焼器出口温度、２９…コンバインドサイクルの発電効率、３０…余剰蒸気量、３１…ダクト燃焼器、３２…給水、３３…海水、３４…造水設備熱源追加用抽気蒸気、３５…冷却用海水、３８…ガスタービン多台数時の発電効率、３９…ガスタービン少台数時の発電効率、４０…ガスタービン多台数時の余剰蒸気量、４１…ガスタービン少台数時の余剰蒸気量、４２…造水設備熱源追加用抽気蒸気流量調整弁、４３…排気、４４…補給水、５０…ガスタービン燃料流量調整弁、５１…ダクト燃焼器燃料流量調整弁、５２…造水設備熱源用蒸気流量調整弁、５３…ポンプ、５４…給水弁、５５…温度計、５６…エジェクタ用抽気蒸気、５７…サーマルコンプレッサ用抽気蒸気、５８…ガスタービン用発電機電力計、５９…制御器、６０…送電端電力値、６１…エジェクタ用抽気蒸気流量調整弁、６２…サーマルコンプレッサ用抽気蒸気流量調整弁、６３…ガスタービン燃料流量調整弁開度、６４…ダクト燃焼器燃料流量調整弁開度、６５…造水設備熱源用蒸気流量調整弁開度、６６…ガスタービンとポンプの発停信号、６７…造水設備熱源追加用抽気蒸気流量調整弁開度、６９…温度計、７０…流量計、７３…送電端電力計、７４…ガスタービン用発電機電力値。

Claims

ガスタービンと、ダクト燃焼器を具備し且つ前記ガスタービンから導入される排ガスの熱により給水を加熱して蒸気を発生させる排ガスボイラと、この排ガスボイラで発生した蒸気を作動流体として稼動させる蒸気タービンとを備えたコンバインドサイクル発電設備に、前記蒸気タービンの排出蒸気を熱源として利用して淡水を製造する造水設備を接続し、前記ガスタービンの運転負荷率と、前記ダクト燃焼器の燃焼量を調節し、発電量と淡水量を共に所望値とする運転を実施する発電造水複合プラントの運転方法において、前記ガスタービンを、前記蒸気タービンの排出蒸気の内、前記造水設備に使用しない余剰蒸気量がゼロから所定許容値の間となる運転負荷率で運転することを特徴とした発電造水複合プラントの運転方法。
請求項１記載の発電造水複合プラントの運転方法において、前記造水設備で使用しない蒸気の流量を計測して余剰蒸気量を求め、この余剰蒸気量がゼロから所定許容値の間となる前記ガスタービンの運転負荷率になるように前記ガスタービンの燃焼量、前記ダクト燃焼器の燃焼量及び前記造水設備に熱源として利用する前記蒸気の流量をそれぞれ制御することを特徴とする発電造水複合プラントの運転方法。
複数台数のガスタービンと、ダクト燃焼器を具備し且つ前記ガスタービンから導入される排ガスの熱により給水を加熱して蒸気を発生させる排ガスボイラと、この排ガスボイラで発生した蒸気を作動流体とする蒸気タービンとを備えたコンバインドサイクル発電設備に、前記蒸気タービンの排出蒸気を熱源として利用して淡水を製造する造水設備を接続し、前記ガスタービンの運転台数及び運転負荷率と、前記ダクト燃焼器の燃焼量を調節し、発電量と淡水量を共に所望値とする運転を実施する発電造水複合プラントの運転方法において、前記ガスタービンの運転台数を所望発電量が実現できる最小台数とし、且つ前記ガスタービンを、前記蒸気タービンの排出蒸気の内、前記造水設備に使用しない余剰蒸気量がゼロから所定許容値の間となる運転負荷率で運転することを特徴とする発電造水複合プラントの運転方法。
請求項３に記載の発電造水複合プラントの運転方法において、前記ガスタービンの運転台数は、所望発電量が実現でき且つ前記ダクト燃焼器の全ての出口温度が許容温度以下となる最小台数であることを特徴とする発電造水複合プラントの運転方法。
請求項３又は請求項４記載の発電造水複合プラントの運転方法において、前記造水設備で使用しない蒸気の流量を計測して余剰蒸気量を求め、この余剰蒸気量がゼロから所定許容値の間となる前記ガスタービンの運転負荷率になるように前記ガスタービンの運転台数と燃焼量、前記ダクト燃焼器の燃焼量及び前記造水設備に熱源として利用する前記蒸気の流量をそれぞれ制御することを特徴とする発電造水複合プラントの運転方法。
請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の発電造水複合プラントの運転方法において、前記造水設備で使用しない蒸気の流量及び前記ダクト燃焼器の出口温度をそれぞれ計測し、このダクト燃焼器の出口温度の計測値をもとに前記タービンの運転台数を前記ダクト燃焼器の全ての出口温度が許容温度以下となる最小台数に制御し、且つ造水設備で使用しない蒸気流量の測定値をもとに、余剰蒸気量がゼロから所定許容値の間となる前記ガスタービンの運転負荷率になるように前記ガスタービンの燃焼量、前記ダクト燃焼器の燃焼量及び前記造水設備に熱源として利用する前記蒸気の流量を制御することを特徴とした発電造水複合プラントの運転方法。
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の発電造水複合プラントの運転方法において、前記排ガスボイラの内部から抽気した第１の抽気蒸気をエジェクタの作動流体として流通させ、前記エジェクタにより前記造水設備の淡水ライン内部の減圧を行うことを特徴とする発電造水複合プラントの運転方法。
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の発電造水複合プラントの運転方法において、前記排ガスボイラの内部から抽気した第２の抽気蒸気をサーマルコンプレッサの作動流体として流通させ、前記蒸気タービンの排出蒸気を前記サーマルコンプレッサにより昇圧してから、前記造水設備に供給することを特徴とする発電造水複合プラントの運転方法。
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の発電造水複合プラントの運転方法において、前記排ガスボイラの内部から抽気した第３の抽気蒸気を前記蒸気タービンの排気蒸気と混合する配管を設け、前記第３の抽気蒸気を造水設備に用いる熱源として供給し、且つ前記ガスタービンの運転負荷率を所望発電量が実現できる値にする運転に切換可能にしたことを特徴とする発電造水複合プラントの運転方法。
請求項９記載の発電造水複合プラントの運転方法において、前記造水設備に熱源として利用する前記蒸気の流量が所望造水量の製造に対して不足しないように、前記第３の抽気蒸気の流量を制御しながら、前記ガスタービンの運転台数と燃焼量及び前記ダクト燃焼器の燃焼量をそれぞれ制御することを特徴とする発電造水複合プラントの運転方法。
請求項８記載の発電造水複合プラントの運転方法において、前記サーマルコンプレッサへ流入する前記第２の抽気蒸気の流量を増やし、且つ前記ガスタービンの運転負荷率を所望発電量が実現できる値にする運転に切換可能にしたことを特徴とする発電造水複合プラントの運転方法。
請求項１１記載の発電造水複合プラントの運転方法において、前記造水設備で熱源として利用する前記蒸気の流量が、所望造水量の製造に対して不足しないように前記第２の抽気蒸気の流量を制御しながら、前記ガスタービンの運転台数及び燃焼量と、前記ダクト燃焼器の燃焼量を制御することを特徴とする発電造水複合プラントの運転方法。
前記請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の発電造水複合プラントの運転方法において、造水設備は海水から淡水を製造することを特徴とする発電造水複合プラントの運転方法。
前記請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の発電造水複合プラントの運転方法において、造水設備は排水や汚水から浄水を製造することを特徴とする発電造水複合プラントの運転方法。
少なくとも１台のガスタービンと、ダクト燃焼器を具備し且つ前記ガスタービンから導入される排ガスの熱により給水を加熱して蒸気を発生させる排ガスボイラと、この排ガスボイラで発生した蒸気を作動流体として稼動させる蒸気タービンとを備えたコンバインドサイクル発電設備に、前記蒸気タービンの排出蒸気を熱源として利用して淡水を製造する造水設備を接続し、前記ガスタービンの運転負荷率と、前記ダクト燃焼器の燃焼量を調節し、発電量と淡水量を共に所望値とする運転を実施する運転装置を備えた発電造水複合プラントにおいて、前記運転装置は、前記ガスタービンにより駆動される発電機の電力を計測するガスタービン発電機用電力計と、前記蒸気タービンから造水設備に流入するタービン排気蒸気の余剰蒸気量を計測する流量計と、蒸気タービン用発電機及びガスタービン用発電機で発電した電力から、プラント内の機器運転で消費する電力を差引いた送電端電力値を計測する送電端電力計と、これら各計測機器により計測された電力値及び余剰蒸気量が入力され、前記ガスタービンの運転負荷率が前記蒸気タービンの排出蒸気の内、前記造水設備に使用しない蒸気の流量がゼロから所定許容値の間となる運転負荷率になるように前記ガスタービンに供給される燃料流量及び排ガスボイラに具備するダクト燃焼器に供給される燃料流量を制御する制御手段とからなることを特徴とする発電造水複合プラント。