JPH04187831A - 燃料ガス焚き式ガスタービンへの燃料ガスおよび空気の供給制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、燃料ガス焚き式ガスタービンへの燃料ガスお
よび空気の供給制御装置に関する。

〈従来の技術〉 一般に、ガスタービンは圧縮−加熱（燃焼）−膨張−放
熱の４過程よりなる等圧燃焼サイクルを利用したもので
ある。

このガスタービンでの発電方式としては、たとえば−軸
式ガスタービン発ｉＸｔ機で燃料ガス焚き式ガスタービ
ンを用いた場合について説明すると、第２図に示すよう
に、ガスタービン１と、このガスタービンの回転軸２と
連結されて回転駆動される発電機３．燃料ガス圧縮機４
．空気圧縮機５とから構成される。

そして、燃料ガス圧縮機４には燃料ガス導入管６を介し
て燃料ガスＦが供給され、燃料ガス圧縮機４で昇圧され
た燃料ガスは燃料ガス送給管７を介してガスタービン１
に送給される。燃料ガス送給管７には分岐管８が設けら
れ、燃料ガスの一部が燃料ガス戻し量制御弁９と減圧冷
却装置１０を介して量、圧力、温度が調整されて燃料ガ
ス圧縮機４の入側の燃料ガス導入管６に戻される。

また、空気吸引ｇ１１を介して空気圧縮機５によって吸
引された空気Ａは昇圧され、燃焼用空気供給管１２を介
して燃焼用空気としてガスタービン１に送り込まれ、ガ
スタービン１の入口で燃料ガスと高圧燃焼して膨張しな
がらガスタービン１を回転駆動して、排気管１３から外
部へ排出される。

そこで、ガスタービンＩを一定回転数で回転させること
により、燃料ガス圧縮機４と空気圧縮機５はいずれもガ
スタービン１の回転軸２に連結されているから一定の回
転数で回転するが、燃料ガスＦの流量が変化するなどに
よりガスタービン１での燃焼負荷が変化する場合は、燃
料ガス圧縮機４と空気圧ｍ機５の静翼の角度を加減する
などの操作を行うことにより燃料と空気の流量を調整す
る方法がとられている。

しかし、このような静翼角度を加減する従来の方法では
、燃料や空気の流量は１００％負荷からせいぜい６０〜
８０％程度に調整し得る能力しか有していないので、そ
のため上記の範囲を超えて調整しよう一番する場合は、
分岐管８に取付けられた燃料ガス戻し量制御弁９の開度
を調整して、燃料ガスの一部を燃料ガス圧縮ｍ４の入側
にバイパスして調節するなどの方法が講じられている。

すなわち、たとえばガスタービン１や燃料ガス圧縮機４
．空気圧縮８５１５がそれぞれ１００％負荷で運転して
いる定常状態において、仮に燃料ガスの熱量（カロリー
）が２倍に増加した場合には、そのときの必要燃料ガス
の流量は定常状態に比べて見掛は上半分に減少させるこ
とになる。

そこで、燃料ガス圧縮ｍ４の静翼角度を加減して燃料ガ
スを定常状態の６０〜７０％に絞るとともに、燃料ガス
戻し量制御弁９の開度を調整して残り１０〜２０％の燃
料ガスを燃料ガス圧縮１４の入側に戻すという制御ｎが
なされる。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記のような制御方法では、空気圧縮機
５の負荷は１００％で運転されていて空気量をこれ以上
増加できないため、以下のような問題が発生する。

■　ガスタービン１人側での燃焼ガスの量の減少を燃焼
ガス温度の上昇によってカバーできないため、ガスター
ビン１の回転数が低下して発電機３の出力が低下するこ
とになる。

■　燃焼ガス温度が上昇してガスタービン１の損傷を招
く恐れがあるため、燃焼ガス温度一定の制御を行う必要
があるが、そうするとガスタービン１への燃料供給量を
さらに減少させる必要が生じ、その結果ガスタービン１
の効率と出力の低下を招き、発電機３の出力がさらに低
下することになる。

本発明は、上記のような課題を解決した燃料ガス焚き式
ガスタービンへの燃料ガスおよび空気の供給制御装置を
提供することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、燃料ガス焚き式ガスタービンと、このガスタ
ービンの回転軸と同軸に連結されて回転駆動される発電
機および燃料ガス圧縮機、空気圧縮機と、前記燃料ガス
圧縮機で昇圧された燃料ガスを前記ガスタービンへ送給
する燃料ガス送給管と、この燃料ガス送給管から前記燃
料ガス圧縮機の入側に配管される分岐管と、この分岐管
に取イ」けられる燃料ガス戻し量制御弁とからなる一軸
式ガスタービン発′Ｎ、機を用いて発電する際に、前記
ガスタービンに供給する燃料ガスおよび空気の供給を制
御する装置であって、前記分岐管の途中に接続されて、
燃料ガスの熱量が増加したときに前記燃料ガス戻し量制
御弁を介して前記燃料ガス圧縮機の入側に戻される燃料
ガスによって回転駆動される膨張タービンと、この膨張
タービンによって回転駆動される補助燃焼用空気圧縮機
と、この補助燃焼用空気圧縮機によって昇圧された空気
を補助燃焼用として前記ガスタービンに供給する補助空
気供給管とを備えたことを特徴とする燃料ガス焚き式ガ
スタービンへの燃料ガスおよび空気の供給制御装置であ
る。

なお、前記膨張タービンもしくは前記補助空気圧縮機の
少なくとも一方に燃焼用補助空気の量を調整する可動静
翼を設けてもよい。

〈作　用〉 本発明によれば、燃料ガス送給管の分岐管に膨張タービ
ンを接続し、バイパスされる燃料ガスの量に応じて膨張
タービンを駆動するようにし、さらにこの膨張タービン
によって補助燃焼用空気圧縮機を回転駆動して、補助燃
焼用空気をガスタービンに送り込むようにしたので、た
とえ燃料ガスのカロリーが増加方向に変動したとしても
ガスタービン内での燃焼ガス温度を所定値に制御するこ
とができ、これによってガスタービンの回転数を安定さ
せて、発電機の出力を維持することができる。

なお、膨張タービンあるいは補助燃焼用空気圧縮機に可
動静翼を設けて調整するようにすれば、燃料ガス流量に
応じた最適な空気流量を得ることができる。

〈実施例〉 以下に、本発明の実施例について、第１図を参照して詳
しく説明する。

図に示すように、膨張タービン１４が分岐管９に接続さ
れ、この膨張タービン１４の回転軸１５に補助燃焼用空
気圧縮機１６が結合される。補助燃焼用空気圧縮８ｓ１
１６の入側には空気吸引管１７が接続され、またその出
側から空気圧縮機５の出側の空気配管１２まで補助空気
供給管１８が配管される。そして、補助燃焼用空気圧縮
［１６で１引された空気は圧縮されて補助空気供給管１
８を介してガスタービン１に送り込まれることになる。

なお、補助空気供給管１８には空気放出制御弁１９が設
けられている。

いま、発熱量１０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３の燃料ガスを燃
料ガス圧縮機４で昇圧して、ガスタービン１に２５００
０ＯＮ１／ｈ投入し、コンバインドサイクルで１４５０
００ｋＨの発電をしているときの燃焼用空気流量は７０
０００ＯＮｍ’／ｈであるとする。

そこで、燃料ガスの発熱量が２倍の２０００ｋｃａ　ｌ
／Ｎｌ１１３に増加したとすると、発電１１４５０００
ｂｗを維持するために必要な燃料ガス流量は半分の１２
５００ＯＮｍ’／ｈに減少させる必要がある。このとき
、空気流量に変化がなければ、燃料ガスのカロリーが高
くなった分だけ燃焼ガス温度が上昇することになる。

それで、所定の燃焼ガス温度に抑制するために、空気流
量の増加が必要となるが、燃料ガス圧縮機４の負荷は５
０％まで低下しており、静翼角度の変更などで制御し得
る範囲を超えているから、分岐管８を介して燃料ガス圧
縮機４の入側への戻りガスが発生する。

燃料ガス圧縮機４の静翼角度の調整で７０％まで減少し
得たとすると、燃料ガス圧縮機４から送給される燃料ガ
ス流量は、 ２５０００ＯＮｍ’／ｈ　Ｘ　７０％−１７５０００８
ｍ３／ｈとなって、分岐管８による戻りガスの量は１７
５００ＯＮｍ″／ｈ　　１２５００ＯＮｍ’／ｈ　＝５
０００ＯＮｍ’／ｈとなる。

この戻りガスで膨張タービン１４を回転させて補助空気
圧縮機１６から昇圧された約５０００ＯＮ＋ｎ″／ｈの
高圧空気を補助燃焼用空気としてガスタービン１に吹き
込む。これにより、燃焼ガス温度は所定の温度に制御す
ることができる。

これによって、従来は燃料ガス圧縮機４で昇圧された高
圧燃料ガスをその入側に単に戻すことによって生じる効
率ロスと、燃焼ガス温度の上昇のために負荷の低下を余
儀無くされる出力ロスとが大幅に改善されることになる
。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、燃料ガスのカロリ
ーが増加方向に変動したときに、燃料ガス圧縮機からの
戻りガスの有するエネルギーを膨張タービンを用いて回
収し、この膨張タービンによって補助燃焼用空気を昇圧
してガスタービンに吹き込むようにしたので、安定して
ガスタービンを駆動することができ、したがって発電機
の出力を安定に維持することができ、省エネルギーに大
いに寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す系統図、第２図は従来例
を示す系統図である。 １・・・ガスタービン、　　３・・・発電機、　　４・
・・燃料ガス圧縮機、　　５・・・空気圧縮機、　　７
・・・燃料ガス送給管、　　８・・・分岐管、　　９・
・・燃料ガス戻し量制御弁、１２・・・燃焼用空気供給
管、１４・・・膨張クービン、１６・・・補助燃焼用空
気圧ｗＩ機、１８・・・補助空気供給管、１９・・・空
気放出制御弁。 特許出願人　　　川崎製鉄株式会社 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料ガス焚き式ガスタービンと、このガスタービン
   の回転軸と同軸に連結されて回転駆動される発電機およ
   び燃料ガス圧縮機、空気圧縮機と、前記燃料ガス圧縮機
   で昇圧された燃料ガスを前記ガスタービンへ送給する燃
   料ガス送給管と、この燃料ガス送給管から前記燃料ガス
   圧縮機の入側に配管される分岐管と、この分岐管に取付
   けられる燃料ガス戻し量制御弁とからなる一軸式ガスタ
   ービン発電機を用いて発電する際に、前記ガスタービン
   に供給する燃料ガスおよび空気の供給を制御する装置で
   あって、 前記分岐管の途中に接続されて、燃料ガス の熱量が増加したときに前記燃料ガス戻し量制御弁を介
   して前記燃料ガス圧縮機の入側に戻される燃料ガスによ
   って回転駆動される膨張タービンと、 この膨張タービンによって回転駆動される 補助燃焼用空気圧縮機と、 この補助燃焼用空気圧縮機によって昇圧さ れた空気を補助燃焼用として前記ガスタービンに供給す
   る補助空気供給管と、 を備えたことを特徴とする燃料ガス焚き式ガスタービン
   への燃料ガスおよび空気の供給制御装置。 ２、前記膨張タービンもしくは前記補助燃焼用空気圧縮
   機の少なくとも一方に燃焼用補助空気の量を調整する可
   動静翼を設けたことを特徴とする請求項１記載の燃料ガ
   ス焚き式ガスタービンへの燃料ガスおよび空気の供給制
   御装置。