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公開番号2024038719
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-21
出願番号2022142954
出願日2022-09-08
発明の名称コジェネレーション設備並びにその制御方法及び改造方法
出願人三菱重工業株式会社
代理人SSIP弁理士法人
主分類F02C 3/30 20060101AFI20240313BHJP(燃焼機関;熱ガスまたは燃焼生成物を利用する機関設備)
要約【課題】圧縮機のサージの発生を抑制しつつ熱電可変範囲を拡大することが可能なコジェネレーション設備を提供する。
【解決手段】コジェネレーション設備であって、排熱回収ボイラで生成された蒸気をガスタービンにおける圧縮機の出口部から燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第1蒸気配管と、第1蒸気配管に設けられた第1流量調節弁と、排熱回収ボイラで生成された蒸気をタービンにおける入口部に供給するように構成された第2蒸気配管と、第2蒸気配管に設けられた第2流量調節弁と、排熱回収ボイラで生成された蒸気をタービンにおける入口部よりも下流側の位置に供給するように構成された第3蒸気配管と、第3蒸気配管に設けられた第3流量調節弁とを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
圧縮機、燃焼器及びタービンを含むガスタービンと、
前記ガスタービンに連結された発電機と、
前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第１蒸気配管と、
前記第１蒸気配管に設けられた第１流量調節弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンの入口部に供給するように構成された第２蒸気配管と、
前記第２蒸気配管に設けられた第２流量調節弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンにおける前記入口部よりも下流側の位置に供給するように構成された第３蒸気配管と、
前記第３蒸気配管に設けられた第３流量調節弁と、
を備える、コジェネレーション設備。
続きを表示（約 2,800 文字）【請求項２】
前記第１流量調節弁、前記第２流量調節弁及び前記第３流量調節弁を制御するように構成された制御装置を更に備え、
前記制御装置は、
前記排熱回収ボイラから前記ガスタービンに供給される蒸気の総流量が閾値以下である場合に、前記第３蒸気配管の蒸気の流量が０または前記第１蒸気配管の蒸気の流量と前記第２蒸気配管の蒸気の流量との合計よりも小さい蒸気の流量となるように前記第１流量調節弁、前記第２流量調節弁及び前記第３流量調節弁を制御し、
前記排熱回収ボイラから前記ガスタービンに供給される蒸気の総流量が前記閾値よりも大きい場合には、前記第１蒸気配管の蒸気の流量と前記第２蒸気配管の蒸気の流量との合計が前記閾値以下の量となるように前記第１流量調節弁、前記第２流量調節弁及び前記第３流量調節弁を制御する、請求項１に記載のコジェネレーション設備。
【請求項３】
前記第１流量調節弁、前記第２流量調節弁及び前記第３流量調節弁を制御するように構成された制御装置を更に備え、
前記制御装置は、前記発電機の出力を増加させる増出力指令を受けた場合において、前記圧縮機の圧力比が閾値以下である場合に前記第１流量調節弁の開度及び前記第２流量調節弁の開度のうち少なくとも一方を大きくし、前記圧縮機の圧力比が前記閾値より大きい場合に前記第３流量調節弁の開度を大きくするように構成された、請求項１に記載のコジェネレーション設備。
【請求項４】
前記制御装置は、前記増出力指令を受けた場合おいて、前記圧縮機の圧力比が閾値以下である場合に前記第１流量調節弁の開度及び前記第２流量調節弁の開度のうち少なくとも一方を大きくし、前記圧縮機の圧力比が前記閾値より大きい場合に前記第１流量調節弁の開度及び前記第２流量調節弁の開度のうち少なくとも一方を小さくするとともに前記第３流量調節弁の開度を大きくするように構成された、請求項３に記載のコジェネレーション設備。
【請求項５】
前記閾値は、前記発電機の出力が増加するにつれて大きくなる、請求項２乃至４の何れか１項に記載のコジェネレーション設備。
【請求項６】
前記タービンは、
前記圧縮機に連結され、前記燃焼器で発生した燃焼ガスが流入する高圧タービンと、
前記発電機に連結され、前記高圧タービンを通過した燃焼ガスが流入する低圧タービンと、
を含み、
前記第２蒸気配管は、前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記高圧タービンの入口部に供給するように構成され、
前記第３蒸気配管は、前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記低圧タービンの入口部に供給するように構成された、請求項１に記載のコジェネレーション設備。
【請求項７】
前記圧縮機と前記タービンとは１つの連結軸で連結されて一体的に回転するように構成された、請求項１に記載のコジェネレーション設備。
【請求項８】
前記第３蒸気配管は、前記タービンにおける前記入口部よりも下流側の中間段の位置に接続し、前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記中間段に供給するように構成され、
前記コジェネレーション設備は、
前記タービンにおける前記第２蒸気配管が接続する位置よりも下流側の下流段の位置に接続し、前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記下流段に供給するように構成された下流段側蒸気配管を更に備える、請求項７に記載のコジェネレーション設備。
【請求項９】
コジェネレーション設備の制御方法であって、
前記コジェネレーション設備は、
圧縮機、燃焼器及びタービンを含むガスタービンと、
前記ガスタービンに連結された発電機と、
前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第１蒸気配管と、
前記第１蒸気配管に設けられた第１流量調節弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記タービンの入口部に供給するように構成された第２蒸気配管と、
前記第２蒸気配管に設けられた第２流量調節弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンにおける前記入口部よりも下流側の位置に供給するように構成された第３蒸気配管と、
前記第３蒸気配管に設けられた第３流量調節弁と、
を備え、
前記制御方法は、
前記排熱回収ボイラから前記ガスタービンに供給される蒸気の総流量が閾値以下である場合に、前記第３蒸気配管の蒸気の流量が０または前記第１蒸気配管の蒸気の流量と前記第２蒸気配管の蒸気の流量との合計よりも小さい蒸気の流量となるように前記第１流量調節弁、前記第２流量調節弁及び前記第３流量調節弁を制御するステップと、
前記排熱回収ボイラから前記ガスタービンに供給される蒸気の総流量が前記閾値よりも大きい場合に、前記第１蒸気配管の蒸気の流量と前記第２蒸気配管の蒸気の流量の合計が前記閾値以下となるように前記第１流量調節弁、前記第２流量調節弁及び前記第３流量調節弁を制御するステップと、
を備える、コジェネレーション設備の制御方法。
【請求項１０】
コジェネレーション設備の改造方法であって、
前記コジェネレーション設備は、
圧縮機、燃焼器及びタービンを含むガスタービンと、
前記ガスタービンに連結された発電機と、
前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第１蒸気配管と、
前記第１蒸気配管に設けられた第１流量調節弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンの入口部に供給するように構成された第２蒸気配管と、
前記第２蒸気配管に設けられた第２流量調節弁と、
を備え、
前記改造方法は、
前記コジェネレーション設備に対して、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンにおける前記入口部よりも下流側の位置に供給するように構成された第３蒸気配管と、
前記第３蒸気配管に設けられた第３流量調節弁と、
を追設するステップを備える、コジェネレーション設備の改造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、コジェネレーション設備並びにその制御方法及び改造方法に関する。
続きを表示（約 3,500 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ガスタービンと排熱回収ボイラとを備えるコジェネレーション設備において、ガスタービンの排ガスを用いて排熱回収ボイラで蒸気を生成し、生成された蒸気の一部をガスタービンの燃焼器又はタービンの入口に噴射することにより、余剰蒸気を有効に活用して総合効率を向上しうることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００３－１０６１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ガスタービンと排熱回収ボイラとを備えるコジェネレーション設備において、排熱回収ボイラで生成された蒸気の一部をガスタービンにおける圧縮機の出口部からタービンの入口部までの区間内の位置に供給する場合、タービンの出力増加に寄与し得る一方で、供給された蒸気によって圧縮機の背圧が上昇するため、圧縮機にサージ（逆流）が発生してコジェネレーション設備の熱電可変範囲を拡大することが困難になる場合がある。特許文献１には、このような課題及びその解決策は開示されていない。
【０００５】
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態は、圧縮機のサージの発生を抑制しつつ熱電可変範囲を拡大することが可能なコジェネレーション設備並びにその制御方法及び改造方法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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係るコジェネレーション設備は、
圧縮機、燃焼器及びタービンを含むガスタービンと、
前記ガスタービンに連結された発電機と、
前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第１蒸気配管と、
前記第１蒸気配管に設けられた第１流量調節弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンの入口部に供給するように構成された第２蒸気配管と、
前記第２蒸気配管に設けられた第２流量調節弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンにおける前記入口部よりも下流側の位置に供給するように構成された第３蒸気配管と、
前記第３蒸気配管に設けられた第３流量調節弁と、
を備える。
【０００７】
上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係るコジェネレーション設備の制御方法において、
前記コジェネレーション設備は、
圧縮機、燃焼器及びタービンを含むガスタービンと、
前記ガスタービンに連結された発電機と、
前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第１蒸気配管と、
前記第１蒸気配管に設けられた第１流量調節弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記タービンの入口部に供給するように構成された第２蒸気配管と、
前記第２蒸気配管に設けられた第２流量調節弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンにおける前記入口部よりも下流側の位置に供給するように構成された第３蒸気配管と、
前記第３蒸気配管に設けられた第３流量調節弁と、
を備え、
前記制御方法は、
前記排熱回収ボイラから前記ガスタービンに供給される蒸気の総流量が閾値以下である場合に、前記第３蒸気配管の蒸気の流量が０または前記第１蒸気配管の蒸気の流量と前記第２蒸気配管の蒸気の流量との合計よりも小さい蒸気の流量となるように前記第１流量調節弁、前記第２流量調節弁及び前記第３流量調節弁を制御するステップと、
前記排熱回収ボイラから前記ガスタービンに供給される蒸気の総流量が前記閾値よりも大きい場合に、前記第１蒸気配管の蒸気の流量と前記第２蒸気配管の蒸気の流量の合計が前記閾値以下となるように前記第１流量調節弁、前記第２流量調節弁及び前記第３流量調節弁を制御するステップと、
を備える。
【０００８】
上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係るコジェネレーション設備の改造方法において、
前記コジェネレーション設備は、
圧縮機、燃焼器及びタービンを含むガスタービンと、
前記ガスタービンに連結された発電機と、
前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第１蒸気配管と、
前記第１蒸気配管に設けられた第１流量調節弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンの入口部に供給するように構成された第２蒸気配管と、
前記第２蒸気配管に設けられた第２流量調節弁と、
を備え、
前記改造方法は、
前記コジェネレーション設備に対して、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンにおける前記入口部よりも下流側の位置に供給するように構成された第３蒸気配管と、
前記第３蒸気配管に設けられた第３流量調節弁と、
を追設するステップを備える。
【０００９】
上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係るコジェネレーション設備の改造方法において、
コジェネレーション設備の改造方法であって、
前記コジェネレーション設備は、
圧縮機、燃焼器及びタービンを含むガスタービンと、
前記ガスタービンに連結された発電機と、
前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第１蒸気配管と、
前記第１蒸気配管に設けられた第１流量調節弁と、
を備え、
前記改造方法は、
前記コジェネレーション設備に対して、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンの入口部に供給するように構成された第２蒸気配管と、
前記第２蒸気配管に設けられた第２流量調節弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンにおける前記入口部よりも下流側の位置に供給するように構成された第３蒸気配管と、
前記第３蒸気配管に設けられた第３流量調節弁と、
を追設するステップを備える。
【００１０】
上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係るコジェネレーション設備の改造方法において、
前記コジェネレーション設備は、
圧縮機、燃焼器及びタービンを含むガスタービンと、
前記ガスタービンに連結された発電機と、
前記ガスタービンの排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
を備え、
前記改造方法は、
前記コジェネレーション設備に対して、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記圧縮機の出口部から前記燃焼器までの区間内の位置に供給するように構成された第１蒸気配管と、
前記第１蒸気配管に設けられた第１流量調節弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記ガスタービンにおける前記タービンの入口部に供給するように構成された第２蒸気配管と、
前記第２蒸気配管に設けられた第２流量調節弁と、
前記排熱回収ボイラで生成された蒸気を前記タービンにおける前記入口部よりも下流側の位置に供給するように構成された第３蒸気配管と、
前記第３蒸気配管に設けられた第３流量調節弁と、
を追設するステップを備える。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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