JPH11303650A

JPH11303650A - ガスタ―ビンプラント及びその吸気冷却方法と運転方法

Info

Publication number: JPH11303650A
Application number: JP37665798A
Authority: JP
Inventors: Yoshihide Nakamura; 吉秀中村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1998-12-05
Publication date: 1999-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】吸気に水を噴霧ガスタービンプラントにおい
て、（１）コンプレッサーに入る前に蒸発熱で吸気温度
を出来るだけ下げること、（２）コンプレッサー内の堆
積物を出来るだけ少なくすること及び噴霧に用いる水を
純水化処理するコストを下げること、（３）水を噴霧し
ない場合のコンプレッサー効率の低下を防ぐこと。【解決手段】（１）噴霧水が蒸発しやすいように、噴霧
個所をコンプレッサーから遠くとし、粒子径を小さくし
た専用噴霧器を設ける。（２）噴霧水を純水化処理・蒸
留処理して、かつ噴霧時間を制限し、一方水処理設備は
長時間稼動する。（３）第１段静翼を翼角度可変とし、
水を噴霧しないときはこの個所で圧縮圧力を高める方向
に翼角度を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本出願は、ガスタービンを有
する電力・動力発生用ガスタービンプラントにおいて、
コンプレッサー前で水噴霧する機能を有し、ガスタービ
ンの作動流体（空気）をコンプレサーの入り口前後にか
けて冷却して出力を増加することに関することで、水噴
霧の配置、噴霧水滴径、噴霧時間、噴霧水の水処理、コ
ンプレッサーの翼角度可変静翼の角度設定に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、電力・動力発生用ガスタービン
が、コンバインドサイクルシステム、石炭ガス化発電シ
ステムなどに広く使用されつつある。

【０００３】しかし、ガスタービンにおいては、夏期の
吸気温度が高くなった場合に空気密度が低下して吸入空
気質量が減少するが、しかし吸入空気容積は減少しない
のでコンプレッサーの圧縮仕事は大きく変わらない。そ
のためにガスタービン出力が大きく低下する現象があ
る。この結果、夏場のガスタービン出力は冬場の８５〜
８０％程度にも低下する。

【０００４】一方、北海道地方を除けば、年間を通じて
の電力需要のピークは夏期の昼間に起きているが、この
最も出力が望まれる場合にガスタービンの出力が大幅に
低下することは、ガスタービンの設置が漸次増加するに
つれて、電力供給能力への影響は大きいものになりつつ
ある。

【０００５】この最も出力が望まれる場合に陥る出力低
下に対して従来から種々の技術が提案されている。それ
らの提案の多くはガスタービンの吸気を冷却して出力を
回復するものである。

【０００６】従来からガスタービンの吸気を冷却する方
法としては、その燃料であるＬＮＧの蒸発熱エネルギー
で冷却する方法、夜間電力で製氷してその融解熱で冷却
する方法、液体空気で冷却する方法、水を噴霧する方法
及び廃熱回収熱交換器から排出されたガスの熱エネルギ
ーを吸収冷却サブシステムの加熱熱源として利用して、
このシステムからの冷熱を利用する方法などが知られて
いる。これらの方法の中で、費用の面からは水を噴霧す
る方法が最も有利に構築できる可能性がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし吸気に水を噴射
する方法では下記に記載するいくつかの課題がある。

【０００８】水が蒸発してコンプレッサー内の途中から
作動空気の温度が低下すれば、そこから作動空気容積が
小さくなり、コンプレッサー駆動動力を減少させること
でガスタービンプラントの出力を増加することになる。
しかし、作動空気自体の吸入質量の増加は少ないので、
水噴霧により出力を大幅にあげるには多量の噴霧水が必
要である。一方、吸気がコンプレッサーに入るまでに冷
却すれば、吸入質量の増大に直結する。吸入質量が増大
すれば出力を増加し易い。

【０００９】そのために噴霧した水をコンプレッサー前
で蒸発すればその蒸発熱で吸気を冷却できる。したがっ
てコンプレッサー入り口までに吸気を出来るだけ蒸発冷
却で温度が低下させることが重要である。ただし、水蒸
気には飽和量があり、水滴は水蒸気飽和に近づくと蒸発
し難くなる。したがって、コンプレッサー入り口前まで
に、水滴を出来るだけ蒸発し易い状態にする必要があ
る。

【００１０】また、水噴霧時に吸入質量を増加させるた
めにコンプレサー入り口側の動翼の送風量を増加する
と、当然、水噴霧時に出力増加に寄与する。しかし、水
噴霧しない場合は、その全負荷時でも入り口案内翼を絞
ることが必要になり、コンプレッサーの効率が低下して
ガスタービンの熱効率も低下することになる。

【００１１】なおコンバインドサイクルシステムの場合
には吸気量の増加がそのまま蒸気タービンの出力増加に
もつながる。それゆえコンプレッサー前までに吸気を冷
却して吸入質量を増大させることはコンバインドサイク
ルシステム全体の出力増加に対して大きな意義を持つ。

【００１２】また、吸気に水を噴霧する方法では、水に
含まれているコンプレッサー内堆積物質とくにＣａイオ
ンに代表される金属イオンなどの溶解物が水滴の蒸発と
ともに微細な粒子となってコンプレッサー翼にスケール
となって付着する。例えば噴霧水に堆積性物質が１リッ
トル中に１０ｍｇ在れば、吸気が６５０ｋｇ／秒の場合
にその質量の１％の水を噴霧すると、１時間では２３４
ｇの堆積性物質が吸入される。この中の一部が堆積す
る。

【００１３】コンプレッサー内の堆積物はケーシングを
開けると除去出来るが、ケーシングを閉じたままでは除
去が難しい。ケーシングは定期点検時に開く程度であ
り、この作業は日数を要する大作業なので通常時は行わ
ない。コンプレッサー翼にこの付着物があるとコンプレ
ッサーの効率が低下して所定の出力が達成出来ない。コ
ンプレッサー内堆積物質は前記以外にも微粒子、シリカ
などがある。よって噴霧する水をより純水化（本出願で
はより純水に近づけることを意味する）する水処理装置
が必要であり、このためのコストが付加される。

【００１４】また、水滴はコンプレッサー翼の腐食にも
悪影響がある。したがって、水滴は性能の面からは常時
コンプレッサーに入れることは好ましくない。

【００１５】そこで、本出願は、コンプレッサー吸気に
水を噴霧するガスタービンプラント及びその吸気冷却方
法と運転方法のそれぞれの改良に関する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１では、空気を圧
縮するコンプレッサーと、コンプレッサーから圧縮空気
を受けて燃料を燃焼してその燃焼ガスで駆動するガスタ
ービン及びガスタービンの発生動力を電力等に変換する
機器からなり、コンプレッサーの吸気に水を噴霧するガ
スタービンプラントにおいて、水を噴霧する個所を複数
有し、噴霧個所とその噴霧した水滴が蒸発する個所を比
較して、コンプレッサー前で蒸発させてその際の熱吸収
で吸気を冷却する水滴は、主にコンプレッサーから遠い
個所で噴霧した水滴からなり、一方、コンプレッサー内
で蒸発させる水滴は、主にコンプレッサーから近い個所
で噴霧した水滴からなることを特徴とするガスタービン
プラントからなる。

【００１７】コンプレッサーから遠い個所で噴霧した水
は、滞留時間が長いので、蒸発しやすいのいでコンプレ
ッサーに入るまでに蒸発しやすい。蒸発すると吸気をコ
ンプレッサーに入る前で冷却できる。一方コンプレッサ
ー内で主に蒸発させる水滴はコンプレッサーから近い個
所で噴霧するのでコンプレッサーに到達するまでに壁面
に付着するロスが少ない。また、請求項１では、コンプ
レッサー前で蒸発する用途、もう一方はコンプレッサー
内で蒸発する用途という具合に用途を区分したことが特
徴である。但し、噴霧する水滴の粒子径や吸気内での広
がりを理想的にコントロールは不可能なので両者の粒子
の機能は多少オーバーラップする。

【００１８】なお、コンプレッサーから遠い個所で噴霧
する場合にその下流にサイレンサー類などが存在したほ
うが好ましい。言い換えれば気液接触促進機能物を備え
ることが好ましい。なぜなら噴霧水がサイレンサーで濡
れて、より気化し易くなるためである。この場合のサイ
レンサー類は、化学プラントでの気液接触用充填材の役
割を果たす。なお噴霧水で濡れたサイレンサーは、水噴
霧を停止した時の運転で乾燥できる。

【００１９】請求項２では、空気を圧縮するコンプレッ
サーと、コンプレッサーから圧縮空気を受けて燃料を燃
焼してその燃焼ガスで駆動するガスタービン及びガスタ
ービンの発生動力を電力等に変換する機器からなり、コ
ンプレッサーの吸気に水を噴霧するガスタービンプラン
トにおいて、噴霧する水滴の平均粒子径が異なる噴霧部
（ノズル）を有し、平均粒子径とその水滴が蒸発する位
置を比較して、蒸発させてその際の熱吸収で吸気を冷却
する水滴は、主に平均粒子径が小さい方の噴霧部からの
水滴からなり、一方、コンプレッサー内で蒸発させる水
滴は、主に平均粒子径が大きい方の噴霧部（ノズル）か
らの水滴からなることを特徴とするガスタービンプラン
トからなる。

【００２０】水滴を蒸発させるには粒子径が小さいほう
が良い。また、コンプレッサー内で蒸発させる水は、そ
の中で温度の上昇とともに速やかに蒸発する。したがっ
てコンプレッサー入り口までに噴霧する水滴径は、小さ
い方が好ましいが、絶対必要条件には至らない。そこ
で、請求項２では主に蒸発して吸気冷却に供する水滴の
径をより小さくするものである。また、この場合の噴霧
部（ノズル）の位置は同等でもかまわない。なお水滴の
粒子径はレーザー法によるザウター平均粒径による。

【００２１】水を噴霧する方法は、一般的には、（１）
圧力水を噴霧する方法，（２）圧力水と圧縮空気を混合
して噴霧する方法、（３）圧縮空気を吹き出して水を吸
引して噴霧する方法などがある。小さい水滴径を得るに
は圧縮空気を用いる（２）、（３）の方法が一般的に有
利であり、大噴霧量を得るには圧力水を用いる（１）、
（２）の方法が一般的には有利である。一方、設備コス
トの面からは（１）の圧力水だけを用いる方法が構造的
に簡素でありコスト的に有利である。

【００２２】請求項３では、空気を圧縮するコンプレッ
サーと、コンプレッサーから圧縮空気を受けて燃料を燃
焼してその燃焼ガスで駆動するガスタービン及びガスタ
ービンの発生動力を電力に変換する機器からなり、コン
プレッサーの吸気に水を噴霧するガスタービンプラント
の吸気冷却方法において、夏期１日の電力需要のピーク
時には、コンプレッサーの吸気に水を噴霧して、その蒸
発熱でコンプレッサーに入る前の吸気の温度を低下さ
せ、さらにコンプレッサー内で蒸発して作動空気の温度
を低下させるが、一方このピーク時の前及び又は後に
は、コンプレッサー内で蒸発する水の方を（実質的に）
停止することを特徴とするガスタービンプラントの吸気
冷却方法からなる。

【００２３】上記を言い換えると、コンプレッサーに入
る前の吸気の温度を低下させる効果を吸気冷却の基本と
することである。ここで基本とすることは作用時間が長
いと言うことで、必ずしも効果の大小ではない。別の表
現では、コンプレッサーに入る前の吸気の温度を低下さ
せる作用を長時間行い、一方のコンプレッサー内で蒸発
させる作用をそれより短い時間行うことである。

【００２４】水噴霧による吸気冷却を、コンプレッサー
に入る前の吸気の温度を低下させる効果を吸気冷却の基
本とすることで、コンプレッサーに入る吸気量を多くで
きるので、水噴霧量に対して出力向上効果が大きい。

【００２５】請求項４では、空気を圧縮するコンプレッ
サーと、コンプレッサーから圧縮空気を受けて燃料を燃
焼してその燃焼ガスで駆動するガスタービン及びガスタ
ービンの発生動力を電力に変換する機器からなり、コン
プレッサーの吸気に水を噴霧するガスタービンプラント
の吸気冷却方法において、夏期昼間の電力需要ピーク時
を中心とした時間にコンプレッサーの吸気に水を噴霧
し、一方夜間はコンプレッサーの吸気への水の噴霧は実
質的に停止し、そして噴霧する水のコンプレッサー内堆
積性物質を減少する水処理は、昼間及び夜間に行い、こ
の夜間に処理した水は一時貯蔵して昼間の噴霧に使用す
ることを特徴とするガスタービンプラントの吸気冷却方
法からなる。

【００２６】昼間のピーク時およびその前後の時間に限
定して、コンプレッサー内堆積性物質を減少した水を噴
霧することにより、コンプレッサー内の堆積物を極力少
なくできる。さらにコンプレッサー内堆積物を減少する
水処理装置を昼間および夜間運転すること及び夜間運転
分の精製水を貯めて次の昼間に使用することで、この装
置の処理容量を極力小さくできる。したがって全プラン
トコストへの影響を小さく出来る。

【００２７】請求項５では、空気を圧縮するコンプレッ
サーと、コンプレッサーから圧縮空気を受けて燃料を燃
焼してその燃焼ガスで駆動するガスタービン及びガスタ
ービンの発生動力を電力に変換する機器からなり、コン
プレッサーの吸気に水を噴霧するガスタービンプラント
の吸気冷却方法において、夏期昼間の電力需要ピーク時
を中心とした時間にコンプレッサーの吸気に水を噴霧
し、一方夜間はコンプレッサーの吸気への水の噴霧は実
質的に停止し、そして噴霧する水のコンプレッサー内堆
積性金属イオンを減少する水処理は、昼間及び夜間の間
に行い、この夜間に処理した水は一時貯蔵して昼間の噴
霧に使用することを特徴とするガスタービンプラントの
吸気冷却方法からなる。

【００２８】Ｃａイオンに代表される金属イオンは、堆
積性があるので出来るだけ取り除いた水を吸気に噴霧す
ると、コンプレッサー内の堆積量は少なくできる。

【００２９】請求項６では、空気を圧縮するコンプレッ
サーと、コンプレッサーから圧縮空気を受けて燃料を燃
焼してその燃焼ガスで駆動するガスタービン及びガスタ
ービンの発生動力を電力等に変換する機器からなり、コ
ンプレッサーの吸気に水を噴霧するガスタービンプラン
トの運転方法において、ガスタービンのプラントを複数
有し、全プラントの合計出力を段階的に低下させる場合
に、まず水の噴霧を停止してガスタービン出力を低下さ
せ、次にガスタービンの入り口案内翼の設定角度を変化
して出力を低下させることを特徴とするガスタービンプ
ラントの運転方法からなる。

【００３０】電力需要が減少して出力を絞る場合は、ガ
スタービンの入り口案内翼設定角度を変化して出力を低
下させることが一般的であるが、この操作では熱効率の
低下が大きい。そこで、請求項６では、先に水噴霧を停
止してから、つぎに入り口案内翼を絞る。これにより、
水噴霧量を減少出来る。したがって、コンプレッサー内
の堆積物量を少なく出来る。また、コンプレッサー入り
口案内翼（ＩＧＶとも言う）操作を後に行うことで、そ
の間の熱効率の低下を少なくすることが出来、その間の
燃料を節約できる。

【００３１】この内容について図４を参照して表１に示
す。図４は夏期１日の電力需要を指数で示している。最
大需要は１５時頃で、それ以降は漸次低下している。表
１は実施例である。この表では１６時から２３時までの
間に段階的に出力を減少させている。減少方法はまず水
噴霧を漸次停止し、その後に入り口案内翼操作からなる
出力減少が続いている。これにより、水噴霧量の全体量
を少なく出来る。

【００３２】表２は実施例である。この表では水噴霧の
効果を２段階にしたパターンを組み込んでいる。１００
％出力は、コンプレッサー前での水蒸発による効果とコ
ンプレッサー内での水蒸発効果からなる。もう一方の９
０％出力はコンプレッサー前での水蒸発による効果だけ
からなる。

【００３３】また、表３は比較例である。表３のパター
ンは水噴霧量が多く、コンプレッサー内の堆積に不利で
ある。表１〜表３における時刻と出力の関係は、他の発
電プラントの稼動にも関係するので、図４における時刻
と需要量に対してそのまま単純に比例したものではな
い。

【００３４】請求項７では、空気を圧縮するコンプレッ
サーと、コンプレッサーから圧縮空気を受けて燃料を燃
焼してその燃焼ガスで駆動するガスタービン及びガスタ
ービンの発生動力を電力等に変換する機器からなり、コ
ンプレッサーの吸気に水を噴霧する機能を有するガスタ
ービンプラントの運転方法において、コンプレッサー流
量を調節する手段として、コンプレッサー入り口案内翼
及び噴霧水が蒸発する個所に翼角度可変静翼を有し、コ
ンプレッサー内で噴霧水を蒸発させる場合の全負荷時に
は、コンプレッサー入り口案内翼及び翼角度可変静翼の
角度を調節して、コンプレッサー入り口吸気の流速を増
加するが、一方、水を噴霧しない場合の全負荷時には、
翼角度可変静翼を前記とは異なる傾斜角度とし、その個
所での作動空気圧縮圧力を増加させる角度に設定するこ
とを特徴とするガスタービンプラントの運転方法からな
る。

【００３５】ガスタービンのコンプレッサーにおいて、
ミストが蒸発すると作動流体（空気）を冷却するが、そ
れによって同圧力対比の容積が小さくなり、コンプレッ
サー駆動動力が減少して出力が増大する。しかし、作動
空気の流量（質量）は、コンプレッサー入り口までの空
気密度にほぼ比例するので、冬場に比べて夏場の流量は
少ない。

【００３６】これを改善するために、コンプレッサー部
の水滴が蒸発する部分の流量を増加する必要がある。こ
の流量を増加させるにはコンプレッサー入り口側にある
１〜３段程度の動翼容量を増加させる。

【００３７】しかし、この容量増加は水噴霧と組み合わ
せた時には有効であるが水噴霧しない場合は、過剰な空
気を送ることになり、サージングなどのトラブル原因と
なるので、コンプレッサー流量を絞る必要がある。しか
し、入り口案内翼で流量を絞ると吸気抵抗が増えて熱効
率が低下して燃料ロスになる。

【００３８】前記ロスを防ぐため、水を噴霧しない場合
などには、第１段の静翼を角度可変として、この角度を
圧力が上昇する方向に調整して、空気を送り込む力をよ
り高い圧力上昇に変える。この操作をすることで、コン
プレッサー流量を絞ることが出来る。入り口案内翼で絞
る場合に比べてロスを少なく出来る。

【００３９】図３は請求項７についても説明する図であ
る。可変入り口案内翼４３及び又は翼角度可変静翼（第
１段静翼）４４の翼角度を変化させることでコンプレッ
サーに送り込む速度または流量を変えることができる。
コンプレッサー内で噴霧水が蒸発しない全負荷の場合に
は、第１段静翼を角度可変として、この角度を圧力が上
昇する方向に調整してコンプレッサー流量を絞る際のロ
スを少なくする。

【００４０】可変入り口案内翼４３は広い範囲でコンプ
レッサー流量を調整できるが、流量を絞る際にロスが発
生する。一方、第１段静翼を角度可変とすると、コンプ
レッサー流量を調整できる範囲は少ないが、ロスは少な
い。翼角度可変静翼の角度設定は、夏期の１日の中で条
件に追従して行っても良いし、また、夏期とそれ以外の
季節に境目で行っても良い。

【００４１】本出願でのガスタービンプラントとは、コ
ンプレッサー，ガスタービン及び発電機類などからなる
ガスタービンシステムであるが、ガスタービンの廃熱を
利用する廃熱回収熱交換器（ボイラー）、蒸気タービン
類を備える場合はこれらを含むプラントのことである。

【００４２】請求項８では、空気を圧縮するコンプレッ
サーと、コンプレッサーから圧縮空気を受けて燃料を燃
焼してその燃焼ガスで駆動するガスタービン及びガスタ
ービンの発生動力を電力に変換する機器からなり、コン
プレッサーの吸気に水を噴霧するガスタービンプラント
において、夏期昼間の電力需要ピーク時を中心とした時
間帯に蒸留処理した水を噴霧することを特徴とするガス
タービンプラントからなる。蒸留水からなる水を噴霧す
ることで、コンプレッサー内の堆積物の量を少なくでき
る。また、上記以外の時間帯では、蒸留水噴霧は減少ま
たは実質的に停止することが好ましい。蒸留水はタンク
に一時保存してからを集中して噴霧することが、蒸留装
置能力を小さくできるので好ましい。

【００４３】請求項９では、空気を圧縮するコンプレッ
サーと、コンプレッサーから圧縮空気を受けて燃料を燃
焼してその燃焼ガスで駆動するガスタービン及びガスタ
ービンの発生動力を電力に変換する機器からなり、コン
プレッサーの吸気に水を噴霧するガスタービンプラント
において、コンプレッサーの吸気に噴霧する水が、ガス
タービンの駆動中にその廃熱を利用して蒸留処理した水
からなることを特徴とするガスタービンプラントからな
る。噴霧水の蒸留処理に、ガスタービンの廃熱を利用す
ることで、蒸留用に新たな熱エネルギーを必要としな
い。

【００４４】請求項１０では、空気を圧縮するコンプレ
ッサーと、コンプレッサーから圧縮空気を受けて燃料を
燃焼してその燃焼ガスで駆動するガスタービン及びガス
タービンの発生動力を電力に変換する機器からなり、コ
ンプレッサーの吸気に水を噴霧するガスタービンプラン
トの吸気冷却方法において、夏期昼間の電力需要ピーク
時を中心とした時間帯にコンプレッサーの吸気に水を噴
霧し、その前後にはコンプレッサーの吸気への水の噴霧
は電力需要ピーク時より減少させるかまたは実質的に停
止し、そしてコンプレッサーの吸気に噴霧する水が、ガ
スタービンの駆動中にその廃熱を利用して蒸留処理した
水からなることを特徴とするガスタービンプラントの吸
気冷却方法からなる。コンプレッサーの吸気に噴霧する
水を蒸留水としてさらに噴霧時間を制限することで、コ
ンプレッサー翼への堆積及び同翼の腐食を出来るだけ少
なくとどめる。

【００４５】請求項１１では、空気を圧縮するコンプレ
ッサーと、コンプレッサーから圧縮空気を受けて燃料を
燃焼してその燃焼ガスで駆動するガスタービン及びガス
タービンの発生動力を電力等に変換する機器からなり、
コンプレッサーの吸気に水を噴霧するガスタービンプラ
ントにおいて、ガスタービンの廃熱を回収する熱交換器
を有し、蒸気タービンに供給する水を加熱する経路から
蒸気を取り出し、この蒸気で水を多段蒸留し、そしてコ
ンプレッサーの吸気に噴霧する水がこの多段蒸留した水
からなることを特徴とするガスタービンプラントからな
る。蒸気タービンに供給する蒸気は温度が１００℃以上
で、多段蒸留に使用できる。多段蒸留することで、エネ
ルギーロスを少なくする。

【００４６】請求項１２では、空気を圧縮するコンプレ
ッサーと、コンプレッサーから圧縮空気を受けて燃料を
燃焼してその燃焼ガスで駆動するガスタービン及びガス
タービンの発生動力を電力等に変換する機器からなり、
コンプレッサーの吸気に水を噴霧するガスタービンプラ
ントにおいて、ガスタービンの廃熱を回収する熱交換器
を有し、蒸気タービンに供給する水を加熱する経路から
温水を取り出し、この温水で水を多段蒸留し、そしてコ
ンプレッサーの吸気に噴霧する水がこの多段蒸留した水
からなることを特徴とするガスタービンプラントからな
る。多段蒸留することで、エネルギーロスを少なくす
る。

【００４７】請求項１３では、空気を圧縮するコンプレ
ッサーと、コンプレッサーから圧縮空気を受けて燃料を
燃焼してその燃焼ガスで駆動するガスタービン及びガス
タービンの発生動力を電力等に変換する機器からなり、
コンプレッサーの吸気に水を噴霧するガスタービンプラ
ントにおいて、ガスタービンの廃熱を回収する熱交換器
を有し、蒸気タービンに供給する水を加熱した排ガスで
水を加熱して温水を取り出し、この温水で水を単段蒸留
し、そしてコンプレッサーの吸気に噴霧する水がこの単
段蒸留した水からなることを特徴とするガスタービンプ
ラント。蒸気タービンに供給する水を加熱した排ガス
は、温度が低いが、熱量的には大きい、したがって無理
に多段蒸留しなくても大きな熱量を受けられる。そのた
め単段蒸留方式として、蒸留装置を簡素化する。

【００４８】請求項１４では、空気を圧縮するコンプレ
ッサーと、コンプレッサーから圧縮空気を受けて燃料を
燃焼してその燃焼ガスで駆動するガスタービン及びガス
タービンの発生動力を電力等に変換する機器からなり、
コンプレッサーの吸気に水を噴霧するガスタービンプラ
ントにおいて、まずガスタービンの吸気を冷却し、この
冷却時にミストを発生させ、ミストを含む吸気に、ガス
タービンの駆動中にその廃熱を利用して蒸留処理した水
からなる水滴を噴霧し、コンプレッサー内で冷却時発生
ミストと蒸留水からなる水滴の両方を蒸発させることを
特徴とするガスタービンプラントからなる。ガスタービ
ンの吸気を冷却してから水を噴霧するので、水噴霧量を
同効果で比較すると、水噴霧量を少なく出来る。そのた
め、コンプレッサー翼の腐食及びコンプレッサー翼への
堆積物を少なく出来る。

【００４９】

【発明の実施の形態】図１は請求項１〜５対応の実施の
形態である。ガスタービン８に入る空気は、吸気室１
で、フィルター２を通り、噴霧器３で水滴を混合され
る。噴霧器は水と空気の２流体混合噴霧型である。噴霧
した水粒子の平均粒子径は２０〜３０ミクロンである。
この水滴はサイレンサーを経てコンプレッサーに入る
が、途中にこの水滴は主に蒸発して吸気を冷却する。蒸
発しない部分はコンプレッサー７に送る。噴霧は上方に
密度を高く偏って行う。なおサイレンサーは噴霧水で濡
れるが、濡れた面でも蒸発出来るのでより蒸発量を増加
できる。

【００５０】サイレンサーを通過した吸気は噴霧器５で
再度水滴を混合される。この図において噴霧器は水の加
圧噴霧型であるが、２流体混合噴霧型でも良い。噴霧し
た水粒子の平均粒子径はこの場合５０〜７０ミクロンで
ある。この水滴はコンプレッサー前で蒸発する割合は少
なく、コンプレッサーに入り、コンプレッサー内で蒸発
する。吸気室１や吸気プレナム６の壁に付着した水は回
収して、再度噴霧する。夏期の全負荷の場合では、噴霧
器からの噴霧量は噴霧器５からの量の方が噴霧器３から
の量よりも多い。

【００５１】そして、噴霧する水は外部から供給を受け
て濾過装置９、脱塩装置１０（Ｃａなどの金属イオンを
除去する装置）をへてタンクに貯えられる。コンプレッ
サー堆積性の混入物、溶解物を減少させて、噴霧器に供
給する。これらの濾過装置、脱塩装置は夏期の電力需要
ピーク時期では１日２４時間稼動が好ましく、一方噴霧
時間は１日数時間程度が好ましい。

【００５２】図２は請求項６を説明する図である。噴霧
用の水は外部から送られて、濾過装置２５、脱塩装置２
６をへて、より純水化されてタンク２７に一時貯える。
タンク２７から出た水は、第１〜４号ガスタービンプラ
ントに送る。第１〜４号ガスタービンプラントは、それ
ぞれコンプレッサー入り口より前に水噴霧器を備えたガ
スタービンプラントからなる。なお、これらのプラント
には廃熱回収熱交換器（ボイラー）及びこの蒸気を使用
して動力を発生する蒸気タービンを備えることもでき
る。これらのプラントでの水噴霧の状況と出力パターン
を表１に示す。

【００５３】図３は請求項７対応の実施の形態であり、
コンプレッサーの動翼及び静翼の並びの例である。シャ
フト側４１に付いているのが動翼で、ケーシング４２に
一部を埋めた形のものが静翼である。なお入り口には可
変式のコンプレッサー入り口案内翼４３がある。

【００５４】図５は請求項８，９，１０，１３対応の実
施の形態である。ガスタービン５８に入る空気は、吸気
室５１で、フィルター５２を通り、噴霧器５３で蒸留水
の水滴を混合される。噴霧器は水と空気の２流体混合噴
霧型である。この水滴はサイレンサー５４を経てコンプ
レッサー５７に入るが、途中にこの水滴は多少蒸発して
吸気を冷却する。蒸発しない部分はコンプレッサー５７
に送る。なおサイレンサー５４は噴霧水で濡れるが、濡
れた面でも蒸発出来るのでより蒸発量を増加できる。コ
ンプレッサー５７に入る前に噴霧器５５で蒸留水の水滴
を噴霧する。そしてコンプレッサー５７の入り口に近い
翼でこれらの水滴は蒸発する。この時の冷却熱で空気温
度上昇を押さえ、コンプレッサーの駆動動力減少させ
る。これによってガスタービンプラントの出力が増加す
る。コンプレッサー５７を出た空気に燃料を入れて燃焼
し、ガスタービン５８に入る。燃焼ガスはガスタービン
５８で膨張して出力を発生する。ガスタービンから出た
廃ガスは廃熱回収熱交換器５９に入り水蒸気を発生して
蒸気タービンを駆動する。廃熱回収熱交換器５９の低温
側から熱を取り出し、この熱を蒸留器６１で水の蒸留に
使用する。蒸留した水はタンク６２に貯えられ、吸気に
噴霧器５３，５５から噴霧する。蒸留水には、溶解物が
皆無なので、噴霧に使用しても、コンプレッサー内で蒸
発する際に堆積物をほとんど生成しない。廃熱回収熱交
換器５９内の蒸留用配管が、蒸気タービン用の配管と共
用し、そして蒸留を多段蒸留にすれば請求項１２に対応
し、また廃熱回収熱交換器５９内の蒸留用配管が蒸気タ
ービン用の配管よりスタック６０側の配置である場合は
請求項１３に対応する。

【００５５】図６は請求項８，９，１０，１１，１４対
応の実施の形態である。ガスタービン７８に入る空気
は、吸気室７１で、フィルター７２を通り、冷却器７３
で冷却される。冷却の際にミストを生成して、吸気に混
合する。このミストはサイレンサー７４を経てコンプレ
ッサー７７に入るが、途中に噴霧器７５で水滴を付加す
る。この水滴は主にコンプレッサー７７内で蒸発する。
コンプレッサー７７を出た空気に燃料を入れて燃焼し、
ガスタービン７８に入る。燃焼ガスはガスタービン７８
で膨張し出力を発生する。ガスタービン７８から出た廃
ガスは廃熱回収熱交換器７９に入り水蒸気を発生して蒸
気タービンを駆動する。廃熱回収熱交換器７９の低温側
から蒸気を取り出し、この蒸気の熱を多段蒸留ユニット
８２で水の蒸留に使用する。蒸留した水はタンク８３に
貯えられ、吸気に噴霧器７５から噴霧する。蒸留水に
は、溶解物が皆無なので、噴霧に使用しても、コンプレ
ッサー内で蒸発する際に堆積物をほとんど生成しない。

【００５６】図７は請求項１１の多段蒸留ユニットの形
態である。廃熱回収熱交換器からの蒸気は、蒸発兼凝縮
器９１で供給水を蒸発し、そして凝縮する。凝縮水は廃
熱回収熱交換器に戻る。蒸発兼凝縮器は９１から９２、
９３、９４の順序で蒸発圧力を低くする。また凝縮圧
力、凝縮温度も同じ順序で低くなる。蒸発兼凝縮器９１
で蒸発しなかった供給水は、次の蒸発兼凝縮器９２で噴
霧される。この噴霧の際には器内の圧力はその前のより
低い。なお、より勢い良く噴霧すると蒸発し易くなる
が、このためにはポンプで加圧しても良い。供給水は順
次圧力を下げて蒸発する。このような多段式の蒸発兼凝
縮器は蒸発した水蒸気が凝縮する際に供給水を蒸発する
ので、加熱用蒸気の消費量は少なくて済む。

【００５７】以上の実施の形態においては調整弁，ポン
プは必要に応じて新たに設けることができる。

【００５８】また、ガスタービンの廃熱を利用して蒸留
した水は、他のガスタービンプラントのコンプレッサー
吸気への水噴霧にももちろん融通できる。

【００５９】また、噴霧する蒸留水は、この使用目的か
らして、非堆積性の物質を混合することは妨げない。も
ちろんガスタービン性能に対して影響が少ないことが重
要である。

【００６０】この出願の技術は、ガスタービンを有する
システムであればこの技術的範囲内において当然使用で
きる。例えば、石炭ガス化発電システム（ＩＧＣＣ）な
どである。表１と表２での、（使用せず）とは、たまたま条件が合
わなかったもので、条件次第ではそのパターンを使用す
る。

【００６１】

【発明の効果】吸気に水を噴霧するガスタービンプラン
トにおいて、（１）コンプレッサーに入る前に蒸発熱で
吸気温度を大幅に下げることが出来る。（２）コンプレ
ッサー内の堆積物を出来るだけ少なくすること及び水処
理コストを下げることが出来る。（３）水を噴霧しない
場合のコンプレッサー効率の低下を防ぐことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態である。

【図２】請求項６を説明する図である。

【図３】実施の形態であり、コンプレサーの一部断面図
である。

【図４】夏期１日の電力需要（指数）の例である。

【図５】実施の形態である。

【図６】実施の形態である。

【図７】多段蒸留ユニットの形態である。

【符号の説明】

１，５１，７１吸気室２，５２，７２フィルター３，５，５３，５５，７５噴霧器４，５４，７４サイレンサー６，５６，７６吸気プレナム７，５７，７７コンプレッサー８，５８，７８ガスタービン９，２５濾過装置１０，２６脱塩装置１１，２７，６２，８２タンク１２〜１５，２８〜３０，６３〜６５，８４〜８５，９
９〜１０２ポンプ１６〜１８，３１〜３４，８６，１０３〜１０５調整
弁２１第１号ガスタービンプラント２２第２号ガスタービンプラント２３第３号ガスタービンプラント２４第４号ガスタービンプラント４１シャフト側４２ケーシング４３コンプレッサー入り口案内翼４４翼角度可変静翼４５第１段動翼４６第２段動翼５９，７９廃熱回収熱交換器６１蒸留器７３冷却器８２多段蒸留ユニット９５脱気器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気を圧縮するコンプレッサーと、コンプ
レッサーから圧縮空気を受けて燃料を燃焼してその燃焼
ガスで駆動するガスタービン及びガスタービンの発生動
力を電力等に変換する機器からなり、コンプレッサーの
吸気に水を噴霧するガスタービンプラントにおいて、水
を噴霧する個所を複数有し、噴霧個所とその噴霧した水
滴が蒸発する個所を比較して、コンプレッサー前で蒸発
させてその際の熱吸収で吸気を冷却する水滴は、主にコ
ンプレッサーから遠い個所で噴霧した水滴からなり、一
方、コンプレッサー内で蒸発させる水滴は、主にコンプ
レッサーから近い個所で噴霧した水滴からなることを特
徴とするガスタービンプラント。
【請求項２】空気を圧縮するコンプレッサーと、コンプ
レッサーから圧縮空気を受けて燃料を燃焼してその燃焼
ガスで駆動するガスタービン及びガスタービンの発生動
力を電力等に変換する機器からなり、コンプレッサーの
吸気に水を噴霧するガスタービンプラントにおいて、噴
霧する水滴の平均粒子径が異なる噴霧部（ノズル）を有
し、平均粒子径とその水滴が蒸発する位置を比較して、
蒸発させてその際の熱吸収で吸気を冷却する水滴は、主
に平均粒子径が小さい方の噴霧部からの水滴からなり、
一方、コンプレッサー内で蒸発させる水滴は、主に平均
粒子径が大きい方の噴霧部（ノズル）からの水滴からな
ることを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項３】空気を圧縮するコンプレッサーと、コンプ
レッサーから圧縮空気を受けて燃料を燃焼してその燃焼
ガスで駆動するガスタービン及びガスタービンの発生動
力を電力に変換する機器からなり、コンプレッサーの吸
気に水を噴霧するガスタービンプラントの吸気冷却方法
において、夏期１日の電力需要のピーク時には、コンプ
レッサーの吸気に水を噴霧して、その蒸発熱でコンプレ
ッサーに入る前の吸気の温度を低下させ、さらにコンプ
レッサー内で蒸発して作動空気の温度を低下させるが、
一方このピーク時の前及び又は後には、コンプレッサー
内で蒸発する水の方を停止することを特徴とするガスタ
ービンプラントの吸気冷却方法。
【請求項４】空気を圧縮するコンプレッサーと、コンプ
レッサーから圧縮空気を受けて燃料を燃焼してその燃焼
ガスで駆動するガスタービン及びガスタービンの発生動
力を電力に変換する機器からなり、コンプレッサーの吸
気に水を噴霧するガスタービンプラントの吸気冷却方法
において、夏期昼間の電力需要ピーク時を中心とした時
間にコンプレッサーの吸気に水を噴霧し、一方夜間はコ
ンプレッサーの吸気への水の噴霧は実質的に停止し、そ
して噴霧する水のコンプレッサー内堆積性物質を減少す
る水処理は、昼間及び夜間に行い、この夜間に処理した
水は一時貯蔵して昼間の噴霧に使用することを特徴とす
るガスタービンプラントの吸気冷却方法。
【請求項５】空気を圧縮するコンプレッサーと、コンプ
レッサーから圧縮空気を受けて燃料を燃焼してその燃焼
ガスで駆動するガスタービン及びガスタービンの発生動
力を電力に変換する機器からなり、コンプレッサーの吸
気に水を噴霧するガスタービンプラントの吸気冷却方法
において、夏期昼間の電力需要ピーク時を中心とした時
間にコンプレッサーの吸気に水を噴霧し、一方夜間はコ
ンプレッサーの吸気への水の噴霧は実質的に停止し、そ
して噴霧する水のコンプレッサー内堆積性金属イオンを
減少する水処理は、昼間及び夜間の間に行い、この夜間
に処理した水は一時貯蔵して昼間の噴霧に使用すること
を特徴とするガスタービンプラントの吸気冷却方法。
【請求項６】空気を圧縮するコンプレッサーと、コンプ
レッサーから圧縮空気を受けて燃料を燃焼してその燃焼
ガスで駆動するガスタービン及びガスタービンの発生動
力を電力等に変換する機器からなり、コンプレッサーの
吸気に水を噴霧するガスタービンプラントの運転方法に
おいて、ガスタービンのプラントを複数有し、全プラン
トの合計出力を段階的に低下させる場合に、まず水の噴
霧を停止してガスタービン出力を低下させ、次にガスタ
ービンの入り口案内弁の設定角度を変化して出力を低下
させることを特徴とするガスタービンプラントの運転方
法。
【請求項７】空気を圧縮するコンプレッサーと、コンプ
レッサーから圧縮空気を受けて燃料を燃焼してその燃焼
ガスで駆動するガスタービン及びガスタービンの発生動
力を電力等に変換する機器からなり、コンプレッサーの
吸気に水を噴霧する機能を有するガスタービンプラント
の運転方法において、コンプレッサー流量を調節する手
段として、コンプレッサー入り口案内翼及び噴霧水が蒸
発する個所に翼角度可変静翼を有し、コンプレッサー内
で噴霧水を蒸発させる場合の全負荷時には、コンプレッ
サー入り口案内翼及び翼角度可変静翼の角度を調節し
て、コンプレッサー入り口吸気の流速を増加するが、一
方、水を噴霧しない場合の全負荷時には、翼角度可変静
翼を前記とは異なる傾斜角度とし、その個所での作動空
気圧縮圧力を増加させる角度に設定することを特徴とす
るガスタービンプラントの運転方法。
【請求項８】空気を圧縮するコンプレッサーと、コンプ
レッサーから圧縮空気を受けて燃料を燃焼してその燃焼
ガスで駆動するガスタービン及びガスタービンの発生動
力を電力に変換する機器からなり、コンプレッサーの吸
気に水を噴霧するガスタービンプラントにおいて、夏期
昼間の電力需要ピーク時を中心とした時間帯に蒸留処理
した水を噴霧することを特徴とするガスタービンプラン
ト。
【請求項９】空気を圧縮するコンプレッサーと、コンプ
レッサーから圧縮空気を受けて燃料を燃焼してその燃焼
ガスで駆動するガスタービン及びガスタービンの発生動
力を電力に変換する機器からなり、コンプレッサーの吸
気に水を噴霧するガスタービンプラントにおいて、コン
プレッサーの吸気に噴霧する水が、ガスタービンの駆動
中にその廃熱を利用して蒸留処理した水からなることを
特徴とするガスタービンプラント。
【請求項１０】空気を圧縮するコンプレッサーと、コン
プレッサーから圧縮空気を受けて燃料を燃焼してその燃
焼ガスで駆動するガスタービン及びガスタービンの発生
動力を電力に変換する機器からなり、コンプレッサーの
吸気に水を噴霧するガスタービンプラントの吸気冷却方
法において、夏期昼間の電力需要ピーク時を中心とした
時間帯にコンプレッサーの吸気に水を噴霧し、その前後
にはコンプレッサーの吸気への水の噴霧は電力需要ピー
ク時より減少させるかまたは実質的に停止し、そしてコ
ンプレッサーの吸気に噴霧する水が、ガスタービンの駆
動中にその廃熱を利用して蒸留処理した水からなること
を特徴とするガスタービンプラントの吸気冷却方法。
【請求項１１】空気を圧縮するコンプレッサーと、コン
プレッサーから圧縮空気を受けて燃料を燃焼してその燃
焼ガスで駆動するガスタービン及びガスタービンの発生
動力を電力等に変換する機器からなり、コンプレッサー
の吸気に水を噴霧するガスタービンプラントにおいて、
ガスタービンの廃熱を回収する熱交換器を有し、蒸気タ
ービンに供給する水を加熱する経路から蒸気を取り出
し、この蒸気で水を多段蒸留し、そしてコンプレッサー
の吸気に噴霧する水がこの多段蒸留した水からなること
を特徴とするガスタービンプラント。
【請求項１２】空気を圧縮するコンプレッサーと、コン
プレッサーから圧縮空気を受けて燃料を燃焼してその燃
焼ガスで駆動するガスタービン及びガスタービンの発生
動力を電力等に変換する機器からなり、コンプレッサー
の吸気に水を噴霧するガスタービンプラントにおいて、
ガスタービンの廃熱を回収する熱交換器を有し、蒸気タ
ービンに供給する水を加熱する経路から温水を取り出
し、この温水で水を多段蒸留し、そしてコンプレッサー
の吸気に噴霧する水がこの多段蒸留した水からなること
を特徴とするガスタービンプラント。
【請求項１３】空気を圧縮するコンプレッサーと、コン
プレッサーから圧縮空気を受けて燃料を燃焼してその燃
焼ガスで駆動するガスタービン及びガスタービンの発生
動力を電力等に変換する機器からなり、コンプレッサー
の吸気に水を噴霧するガスタービンプラントにおいて、
ガスタービンの廃熱を回収する熱交換器を有し、蒸気タ
ービンに供給する水を加熱した排ガスで水を加熱して温
水を取り出し、この温水で水を単段蒸留し、そしてコン
プレッサーの吸気に噴霧する水がこの単段蒸留した水か
らなることを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項１４】空気を圧縮するコンプレッサーと、コン
プレッサーから圧縮空気を受けて燃料を燃焼してその燃
焼ガスで駆動するガスタービン及びガスタービンの発生
動力を電力等に変換する機器からなり、コンプレッサー
の吸気に水を噴霧するガスタービンプラントにおいて、
まずガスタービンの吸気を冷却し、この冷却時にミスト
を発生させ、ミストを含む吸気に、ガスタービンの駆動
中にその廃熱を利用して蒸留処理した水からなる水滴を
噴霧し、コンプレッサー内で冷却時発生ミストと蒸留水
からなる水滴の両方を蒸発させることを特徴とするガス
タービンプラント。