特許 6858821 ガスタービンの吸気温調システムおよび発電プラント

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6858821

(24)【登録日】2021年3月26日

(45)【発行日】2021年4月14日

(54)【発明の名称】ガスタービンの吸気温調システムおよび発電プラント

(51)【国際特許分類】

   F02C 7/08 20060101AFI20210405BHJP

   F01D 25/10 20060101ALI20210405BHJP

【ＦＩ】

   F02C7/08 B

   F01D25/10 C

   F01D25/10 D

【請求項の数】10

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2019-174681(P2019-174681)

(22)【出願日】2019年9月25日

(65)【公開番号】特開2021-50671(P2021-50671A)

(43)【公開日】2021年4月1日

【審査請求日】2019年9月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】390014568

【氏名又は名称】東芝プラントシステム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100150717

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 和也

(72)【発明者】

【氏名】岸 俊人

(72)【発明者】

【氏名】及川 治翁

(72)【発明者】

【氏名】桧山 直矢

(72)【発明者】

【氏名】順毛 栄治

(72)【発明者】

【氏名】岩田 貴雅

(72)【発明者】

【氏名】鳥海 章久

【審査官】 谿花 正由輝

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２０６７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０９８２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５００８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０７３７９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｃ ７／０８

Ｆ０１Ｄ ２５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発電プラントの大気放出部から大気に放出される排ガスを排出するガスタービンに吸入される吸入空気の温度を調整するガスタービンの吸気温調システムであって、
前記大気放出部内を流れる前記排ガスと熱媒体とを熱交換させる第１熱交換器と、
前記熱媒体と前記吸入空気とを熱交換させる第２熱交換器と、
前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間で前記熱媒体を循環させる循環流路と、 前記大気放出部内を流れる前記排ガスの一部を流入させ、流入した前記排ガスを前記大気放出部内に流出させるバイパス流路と、を備え、
前記第１熱交換器は、前記バイパス流路に設けられて、前記バイパス流路内を流れる前記排ガスと前記熱媒体とを熱交換させ、
前記大気放出部は、前記ガスタービンから排熱回収ボイラを通って排出された前記排ガスを大気に放出する排気煙突を含み、
前記バイパス流路は、前記排気煙突内を流れる前記排ガスの一部を流入させる第１バイパス入口と、前記排ガスを前記排気煙突内に流出させる第１バイパス出口と、を有している、ガスタービンの吸気温調システム。

【請求項2】

前記大気放出部は、排熱回収ボイラを通ることなく前記ガスタービンから排出された前記排ガスを大気に放出するバイパススタックを更に含み、
前記バイパス流路は、前記バイパススタック内を流れる前記排ガスの一部を流入させる第２バイパス入口と、前記排ガスを前記バイパススタックに流出させる第２バイパス出口と、前記第１バイパス入口および前記第２バイパス入口に連通するとともに前記第１バイパス出口および前記第２バイパス出口に連通し、前記第１熱交換器が設けられた本体流路と、を更に有している、請求項１に記載のガスタービンの吸気温調システム。

【請求項3】

前記バイパス流路は、前記第１バイパス入口からの前記排ガスの流入を制御する第１入口流路弁と、前記第２バイパス入口からの前記排ガスの流入を制御する第２入口流路弁と、を更に有している、請求項２に記載のガスタービンの吸気温調システム。

【請求項4】

前記バイパス流路は、前記第１バイパス出口からの前記排ガスの流出を制御する第１出口流路弁と、前記第２バイパス出口からの前記排ガスの流出を制御する第２出口流路弁と、を更に有している、請求項２または３に記載のガスタービンの吸気温調システム。

【請求項5】

発電プラントの大気放出部から大気に放出される排ガスを排出するガスタービンに吸入される吸入空気の温度を調整するガスタービンの吸気温調システムであって、
前記大気放出部内を流れる前記排ガスと熱媒体とを熱交換させる第１熱交換器と、
前記熱媒体と前記吸入空気とを熱交換させる第２熱交換器と、
前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間で前記熱媒体を循環させる循環流路と、 前記大気放出部内を流れる前記排ガスの一部を流入させ、流入した前記排ガスを前記大気放出部内に流出させるバイパス流路と、を備え、
前記第１熱交換器は、前記バイパス流路に設けられて、前記バイパス流路内を流れる前記排ガスと前記熱媒体とを熱交換させ、
前記大気放出部は、排熱回収ボイラを通ることなく前記ガスタービンから排出された前記排ガスを大気に放出するバイパススタックを含み、
前記バイパス流路は、前記バイパススタック内を流れる前記排ガスの一部を流入させる第２バイパス入口と、前記排ガスを前記バイパススタックに流出させる第２バイパス出口と、を有している、ガスタービンの吸気温調システム。

【請求項6】

前記バイパス流路に設けられ、前記排ガスを流入させる排ガスファンを更に備えた、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガスタービンの吸気温調システム。

【請求項7】

前記循環流路のうち前記第２熱交換器と前記第１熱交換器との間の部分から分岐した分岐流路と、
前記分岐流路に設けられ、前記熱媒体を冷却する冷却装置と、を更に備え、
前記冷却装置で冷却された前記熱媒体は、前記第２熱交換器に供給される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のガスタービンの吸気温調システム。

【請求項8】

発電プラントの大気放出部から大気に放出される排ガスを排出するガスタービンに吸入される吸入空気の温度を調整するガスタービンの吸気温調システムであって、
前記大気放出部内を流れる前記排ガスと熱媒体とを熱交換させる第１熱交換器と、
前記熱媒体と前記吸入空気とを熱交換させる第２熱交換器と、
前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間で前記熱媒体を循環させる循環流路と、を備え、
前記大気放出部は、前記ガスタービンから排熱回収ボイラを通って排出された前記排ガスを大気に放出する排気煙突を含み、
前記第１熱交換器は、前記排気煙突内に設けられ、
前記循環流路のうち前記第２熱交換器と前記第１熱交換器との間の部分から分岐した分岐流路と、
前記分岐流路に設けられ、前記熱媒体を冷却する冷却装置と、を更に備え、
前記冷却装置で冷却された前記熱媒体は、前記第２熱交換器に供給される、ガスタービンの吸気温調システム。

【請求項9】

前記冷却装置は、前記熱媒体を冷却するチラー装置と、前記チラー装置により冷却された熱媒体を貯留する貯留タンクと、を有している、請求項７または８に記載のガスタービンの吸気温調システム。

【請求項10】

ガスタービンと、
前記ガスタービンから排出される排ガスを大気に放出する大気放出部と、
前記ガスタービンに吸入される吸入空気の温度を調整する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のガスタービンの吸気温調システムと、を備えた、発電プラント。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスタービンの吸気温調システムおよび発電プラントに関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンを備えた複合火力発電プラントは、発電出力の変動制御が比較的容易である。このため、近年の再生可能エネルギの台頭により、複合火力発電プラントには調整電源の役割が要求されている。一般に、電力需要が大きい場合には、複合火力発電プラントの発電出力を増加させる運転が行われ、電力需要が小さい場合には、発電出力を減少させる運転が行われる。このようにして、複合火力発電プラントにおける柔軟な出力変動が行われている。今後、発電出力の変動が大きくなり、制御が比較的困難とされる再生可能エネルギが基幹電力となると、電力需要だけでなく、再生可能エネルギの出力変動に合わせた部分負荷運転などのより柔軟な運用が要求される。

【0003】

一般に複合火力発電プラントでは、最大発電出力時に最高効率となるように設計されている。このため、最大発電出力時よりも出力が小さくなる部分負荷運転時では、最大発電出力時よりも効率が低下し得る。

【0004】

ガスタービンでは吸入空気の温度や圧力などが変化すると、出力や効率などが変化し得る。これに対して、吸入空気の温度を上昇させることにより、部分負荷運転時の効率の改善を行うことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７−３１５２１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、ガスタービンの排ガスの排熱回収をしながらガスタービンの部分負荷時の効率を改善することができるガスタービンの吸気温調システムおよび発電プラント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】

【0007】

実施の形態によるガスタービンの吸気温調システムは、発電プラントの大気放出部から大気に放出される排ガスを排出するガスタービンに吸入される吸入空気の温度を調整するガスタービンの吸気温調システムである。この吸気温調システムは、大気放出部内を流れる排ガスの一部を流入させ、流入した排ガスを大気放出部内に流出させるバイパス流路と、バイパス流路に設けられ、排ガスと熱媒体とを熱交換させる第１熱交換器と、熱媒体と吸入空気とを熱交換させる第２熱交換器と、を備えている。第１熱交換器と第２熱交換器との間で熱媒体が循環流路によって循環する。

【0008】

また、実施の形態による発電プラントは、ガスタービンと、ガスタービンから排出される排ガスを大気に放出する大気放出部と、ガスタービンに吸入される吸入空気の温度を調整する上述したガスタービンの吸気温調システムと、を備えている。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、ガスタービンの排ガスの排熱回収をしながらガスタービンの部分負荷時の効率を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の第１の実施の形態におけるガスタービンの吸気加温システムを備えた発電プラントを示す概略図である。

【図2】図２は、本発明の第２の実施の形態におけるガスタービンの吸気加温システムを備えた発電プラントを示す概略図である。

【図3】図３は、本発明の第３の実施の形態におけるガスタービンの吸気加温システムを備えた発電プラントを示す概略図である。

【図4】図４は、本発明の第４の実施の形態におけるガスタービンの吸気加温システムを備えた発電プラントを示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態におけるガスタービンの吸気加温システムおよび発電プラントについて説明する。

【0012】

（第１の実施の形態）
図１を用いて、本発明の第１の実施の形態におけるガスタービンの吸気加温システムおよび発電プラントについて説明する。

【0013】

まず、図１を用いて、本実施の形態による発電プラント１について説明する。本実施の形態による発電プラント１としては、ガスタービン４を備えた発電プラントであれば任意の構成とすることができるが、ここでは、ガスタービン４と蒸気タービンとを備えた複合火力発電プラント（コンバインドサイクル発電プラント）を例にとって説明する。

【0014】

図１に示す発電プラント１は、圧縮機２と、燃焼器３と、ガスタービン４と、排熱回収ボイラ５と、排ガスを大気に放出する大気放出部６と、蒸気タービン（図示せず）と、発電機（図示せず）と、を備えている。

【0015】

圧縮機２には、吸気ダクト７が接続されており、外気が吸気ダクト７から吸入されて、吸入空気（図１に示す符号Ｆ１）として圧縮機２に供給される。圧縮機２は、ガスタービン４で得られる回転駆動力を用いて吸入空気を圧縮し、圧縮空気を生成する。生成された圧縮空気は、燃焼器３に供給される。燃焼器３は、圧縮空気と燃料ガスとを燃焼して燃焼ガスを生成する。生成された燃焼ガスは、ガスタービン４に供給される。ガスタービン４は、燃焼ガスの流体エネルギを回転エネルギに変換し、タービンロータ（図示せず）を回転駆動する。この回転エネルギは発電機に伝達される。

【0016】

排熱回収ボイラ５は、ガスタービン４から排出される排ガス（図１に示す符号Ｆ２）の排熱を回収して蒸気を生成する。生成された蒸気は、蒸気タービンに供給される。蒸気タービンは、蒸気の流体エネルギを回転エネルギに変換し、タービンロータ（図示せず）を回転駆動する。この回転エネルギは、上述した発電機に伝達される。蒸気タービンから排出された蒸気は、図示しない復水器で復水となって、排熱回収ボイラ５に戻される。

【0017】

発電機は、ガスタービン４で得られた回転エネルギと、蒸気タービンで得られた回転エネルギとで発電を行う。なお、ガスタービン４の回転エネルギと蒸気タービンの回転エネルギが、別々の発電機に伝達されて、別々に発電を行うようにしてもよい。

【0018】

排熱回収ボイラ５の下流側には、大気放出部６の一例としての排気煙突８が設けられている。ガスタービン４から排熱回収ボイラ５を通って排出された排ガスは、この排気煙突８から大気に放出される。排気煙突８から排出される際の排ガスの温度は、例えば、８０℃〜１００℃である。排熱回収ボイラ５は、排ガスを排出する接続開口９を有している。この接続開口９に排気煙突８が接続されており、接続開口９から排気煙突８に排ガスが流入するようになっている。排気煙突８は、接続開口９の下端から、接続開口９の上端を越えて上方に延びている。

【0019】

また、ガスタービン４と排熱回収ボイラ５とは、排ガスダクト１０を介して接続されている。ガスタービン４から排出された排ガスは、この排ガスダクト１０を通って排熱回収ボイラ５に供給される。排ガスダクト１０には、大気放出部６の一例としてのバイパススタック１１が設けられている。バイパススタック１１は、排ガスダクト１０から上方に延びており、ガスタービン４から排出された排ガスを、排熱回収ボイラ５を通ることなく大気に放出する。

【0020】

排ガスダクト１０には、排気ダンパー弁１２が設けられている。この排気ダンパー弁１２は、主として、ガスタービン４から排出される排ガスの供給先を切り替える機能を有しており、支点１２ａを中心にして回動可能になっている。図１に示す排気ダンパー弁１２は、ガスタービン４から排出される排ガスを排熱回収ボイラ５に供給する状態を示している。この状態では、排気ダンパー弁１２は、バイパススタック１１の側の流路を塞ぎ、排ガスがバイパススタック１１に供給されることが防止される。この状態では、排ガスの排熱を利用して蒸気が生成され、発電プラント１の効率の向上を図ることができる。一方、排ガスをバイパススタック１１に供給する場合には、排気ダンパー弁１２は、排熱回収ボイラ５の側の流路を塞ぎ、排ガスが、排熱回収ボイラ５に供給されることが防止される。この状態では、ガスタービン４単独での運転を行うことができる。

【0021】

このような発電プラント１に、本実施の形態によるガスタービンの吸気温調システム２０（以下、単に吸気温調システム２０と記す）が設けられている。ここで、吸気温調システム２０は、発電プラント１の大気放出部６から大気に放出される排ガスを排出するガスタービン４に吸入される吸入空気の温度を調整するためのシステムである。この吸気温調システム２０は、主として、排ガスの排熱を利用してガスタービン４に供給される吸入空気の温度を加熱するように構成されている。

【0022】

図１に示すように、吸気温調システム２０は、大気放出部６内を流れる排ガスの一部を流入させ（引き込み）、流入した排ガスを大気放出部６内に流出させる（戻す）バイパス流路２１と、排ガスと熱媒体（図１に示す符号Ｆ３）とを熱交換させる第１熱交換器２２と、熱媒体と吸入空気とを熱交換させる第２熱交換器２３と、熱媒体を循環させる循環流路２４と、を備えている。図１に示す発電プラント１では、大気放出部６は、上述した排気煙突８と、バイパススタック１１と、を含んでいる。しかしながら、本実施の形態においては、大気放出部６の一例としての排気煙突８内を流れる排ガスの排熱を利用する吸気温調システム２０の例について説明する。

【0023】

本実施の形態におけるバイパス流路２１には、排ガスをバイパス流路２１内に流入させる排ガスファン２５が設けられている。図１に示す例では、排ガスファン２５は、第１熱交換器２２の下流側に設けられているが、第１熱交換器２２の上流側に設けられていてもよい。しかしながら、このような排ガスファン２５を用いなくてもバイパス流路２１内を排ガスが自然循環可能であれば、排ガスファン２５は設けられていなくてもよい。

【0024】

また、バイパス流路２１は、排熱回収ボイラ５から排出された排ガスを大気に放出する排気煙突８（大気放出部６）内を流れる排ガスの一部を流入させる第１バイパス入口２６と、排ガスを排気煙突８内に流出させる第１バイパス出口２７と、を有している。このようにして、排気煙突８内の排ガスの一部が、第１バイパス入口２６からバイパス流路２１に流入し、バイパス流路２１を通って、第１バイパス出口２７から排気煙突８内に戻るようになっている。本実施の形態では、第１バイパス入口２６は、排気煙突８と接続する排熱回収ボイラ５の接続開口９よりも上方に配置されていてもよい。第１バイパス出口２７は、排気煙突８において第１バイパス入口２６よりも下流側（上方）に配置されていてもよい。なお、第１バイパス出口２７は、排気煙突８の上部に設けられている計器（図示せず）よりも下方に配置されていてもよい。

【0025】

第１熱交換器２２は、バイパス流路２１に設けられている。この第１熱交換器２２に、熱媒体が供給されることにより、バイパス流路２１を流れる排ガスと熱媒体とが熱交換する。第１熱交換器２２には、第２熱交換器２３から排出された熱媒体が供給される。第１熱交換器２２に供給される排ガスの温度は、第１熱交換器２２に供給される熱媒体の温度よりも高い。このことにより、第１熱交換器２２において、熱媒体が排ガスによって加熱されて、熱媒体の温度が上昇する。ここで、熱媒体としては、排ガスの排熱を回収して吸気空気を加熱することができれば、任意の流体を用いることができるが、例えば水を用いてもよい。

【0026】

第２熱交換器２３は、吸気ダクト７内に設けられている。この第２熱交換器２３に、熱媒体が供給されることにより、吸気ダクト７内を流れる吸入空気と熱媒体とが熱交換する。第２熱交換器２３には、第１熱交換器２２から排出された熱媒体が供給される。第２熱交換器２３に供給される熱媒体の温度が、第２熱交換器２３に供給される吸入空気の温度よりも高い場合、熱媒体は加熱媒体として機能し、吸入空気は熱媒体によって加熱される。このことにより、吸入空気の温度が上昇する。一方、第２熱交換器２３に供給される熱媒体の温度が、第２熱交換器２３に供給される吸入空気の温度よりも低い場合、熱媒体は、冷熱媒体として機能し、吸入空気は熱媒体によって冷却される。このことにより、吸入空気の温度が低下する。

【0027】

循環流路２４は、第１熱交換器２２と第２熱交換器２３との間で熱媒体を循環させるように構成されている。図１に示す例では、循環流路２４は、第１熱交換器２２から第２熱交換器２３に熱媒体を案内する第１循環流路部分２４ａと、第２熱交換器２３から第１熱交換器２２に熱媒体を案内する第２循環流路部分２４ｂと、を有している。熱媒体は、第１熱交換器２２、第１循環流路部分２４ａ、第２熱交換器２３および第２循環流路部分２４ｂを、この順番で繰り返し通過するようになっている。

【0028】

循環流路２４の第２循環流路部分２４ｂには、循環ポンプ２８が設けられている。この循環ポンプ２８によって、熱媒体が循環流路２４を強制循環するようになっている。

【0029】

図１に示すように、本実施の形態における吸気温調システム２０は、循環流路２４のうち第２熱交換器２３と第１熱交換器２２との間の部分から分岐した分岐流路３０を更に備えている。この分岐流路３０は、第２循環流路部分２４ｂから分岐し、第１循環流路部分２４ａに合流するように構成されており、熱媒体が第１熱交換器２２を通過しないようになっている。そして、分岐流路３０には、熱媒体を冷却する冷却装置３１が設けられている。本実施の形態では、冷却装置３１は、熱媒体を冷却するチラー装置３２を有している。そして、本実施の形態による冷却装置３１は、チラー装置３２により冷却された熱媒体を貯留する貯留タンク３３を更に有していてもよい。貯留タンク３３は、チラー装置３２で冷却された熱媒体の温度が維持されるように、温度が上昇することを防止可能な保冷タンクとして構成されていてもよい。貯留タンク３３は、チラー装置３２の下流側に配置されている。例えば、夜間などの余剰電力を用いてチラー装置３２において冷却した熱媒体を、貯留タンク３３に保冷しながら貯留させておいてもよい。この場合、予め熱媒体を冷却しておくことができ、チラー装置３２の電力消費が集中することを抑制することができる（ピークシフト）。さらに、電力消費を集中させずに夜間にゆっくりと熱媒体を冷却することでチラー装置３２の冷却容量を小さくすることもできる。貯留されていた熱媒体は、貯留タンク３３から第２熱交換器２３に供給される。

【0030】

分岐流路３０には、分岐ポンプ３４が設けられている。この分岐ポンプ３４は、例えば、分岐流路３０のうち、チラー装置３２の上流側に設けられていてもよい。

【0031】

循環流路２４および分岐流路３０には、各種弁が設けられている。

【0032】

より具体的には、循環流路２４の第１循環流路部分２４ａには、第１循環流路弁４０が設けられている。この第１循環流路弁４０は、第１循環流路部分２４ａのうち分岐流路３０の合流点Ｐ１と第１熱交換器２２との間に配置されている。循環流路２４の第２循環流路部分２４ｂに、第２循環流路弁４１が設けられている。この第２循環流路弁４１は、第２循環流路部分２４ｂのうち分岐流路３０の分岐点Ｐ２と、循環ポンプ２８との間に配置されている。

【0033】

分岐流路３０においては、循環流路２４との分岐点Ｐ２と分岐ポンプ３４との間に第１分岐流路弁４２が設けられている。また、循環流路２４との合流点Ｐ１と貯留タンク３３との間に第２分岐流路弁４３が設けられている。

【0034】

熱媒体を第１熱交換器２２で加熱する場合には、第１循環流路弁４０および第２循環流路弁４１を開き、第１分岐流路弁４２および第２分岐流路弁４３を閉じる。このことにより、熱媒体を第１熱交換器２２に供給して第１熱交換器２２で加熱することができる。一方、熱媒体をチラー装置３２で冷却する場合には、第１循環流路弁４０および第２循環流路弁４１を閉じ、第１分岐流路弁４２および第２分岐流路弁４３を開く。このことにより、熱媒体をチラー装置３２に供給してチラー装置３２で冷却することができる。

【0035】

上述した各循環流路弁４０、４１および各分岐流路弁４２、４３は、電動弁であってもよく、この場合には、各流路弁４０〜４３を、図示しない制御装置で制御することができる。しかしながら、このことに限られることはなく、各流路弁４０〜４３は、手動弁または空気作動弁であってもよい。

【0036】

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

【0037】

図１に示す発電プラント１の運転時には、吸気ダクト７から外気が吸入されて吸入空気として圧縮機２に供給される。吸入空気は圧縮機２で圧縮され、圧縮空気が生成される。生成された圧縮空気は、燃焼器３に供給されて燃焼ガスと燃焼し、燃焼ガスが生成される。生成された燃焼ガスは、ガスタービン４に供給されて、燃焼ガスの流体エネルギが回転エネルギに変換される。ガスタービン４から排出された排ガスは、排熱回収ボイラ５に供給されて、蒸気タービンに供給するための蒸気が生成される。排熱回収ボイラ５から排出された排ガスは排気煙突８に供給されて、排気煙突８から大気に放出される。

【0038】

吸気ダクト７に吸入された吸入空気を加熱する場合、バイパス流路２１に設けられた排ガスファン２５が駆動される。このことにより、排気煙突８内を流れる排ガスの一部が第１バイパス入口２６からバイパス流路２１に流入し、バイパス流路２１を流れる。バイパス流路２１を流れる排ガスは、第１熱交換器２２を通って第１バイパス出口２７から排気煙突８内に流出される。排気煙突８内に流出された排ガスは、バイパス流路２１を通っていない排ガスとともに、大気に放出される。

【0039】

また、第１循環流路弁４０および第２循環流路弁４１を開き、第１分岐流路弁４２および第２分岐流路弁４３を閉じる。このことにより、熱媒体は、第１熱交換器２２および第２熱交換器２３を通って循環流路２４を循環する（図１における符号Ｆ３の実線矢印参照）。

【0040】

第１熱交換器２２において、熱媒体は、排ガスによって加熱されて、熱媒体の温度が上昇する。加熱された熱媒体は、第１循環流路部分２４ａを通って第２熱交換器２３に供給される。

【0041】

第２熱交換器２３に供給された熱媒体は、加熱媒体として、吸気ダクト７内を流れる吸入空気を加熱し、吸入空気の温度が上昇する。このことにより、部分負荷運転時のガスタービン４の効率を改善することができる。第２熱交換器２３において吸入空気を加熱した熱媒体は、第２循環流路部分２４ｂを通って第１熱交換器２２に供給され、排ガスによって再び加熱される。

【0042】

このようにして熱媒体が循環流路２４を循環し、吸入空気が連続的に加熱される。

【0043】

吸気ダクト７に吸入された吸入空気を冷却する場合には、第１循環流路弁４０および第２循環流路弁４１を閉じ、第１分岐流路弁４２および第２分岐流路弁４３を開く。このことにより、熱媒体は、第２熱交換器２３およびチラー装置３２を通過しながら循環流路２４の一部と分岐流路３０を流れて循環する（図１における符号Ｆ３の破線矢印参照）。

【0044】

より具体的には、チラー装置３２において、熱媒体は冷却されて、熱媒体の温度が低下する。冷却された熱媒体は、貯留タンク３３に一旦貯留されて保冷され、貯留タンク３３から排出された熱媒体が、第２熱交換器２３に供給される。

【0045】

第２熱交換器２３に供給された熱媒体は、冷却媒体として、吸気ダクト７内を流れる吸入空気を冷却し、吸入空気の温度が低下する。このことにより、ガスタービン４の出力を増加させることができる。第２熱交換器２３において吸入空気を冷却した熱媒体は、第２循環流路部分２４ｂの一部および分岐流路３０を通ってチラー装置３２に供給され、再び冷却される。

【0046】

このようにして熱媒体が循環流路２４の一部と分岐流路３０を循環し、吸入空気が連続的に冷却される。

【0047】

このように本実施の形態によれば、ガスタービン４の排ガスを大気に放出させる排気煙突８内を流れる排ガスによって熱媒体が加熱されて、加熱された熱媒体が第２熱交換器２３において吸入空気と熱交換する。このことにより、ガスタービン４の排ガスから回収した排熱で、吸入空気を加熱することができる。このため、ガスタービン４の排ガスの排熱を回収しながらガスタービン４の部分負荷運転時の効率を改善することができる。

【0048】

また、本実施の形態によれば、排ガスと熱媒体とを熱交換させる第１熱交換器２２が、バイパス流路２１に設けられている。このことにより、大気放出部６内（ここでは排気煙突８内）における排ガスの流れが、圧力損失を受けることを抑制でき、排ガスをスムースに流すことができる。このため、ガスタービン４の性能低下を抑制することができる。

【0049】

また、本実施の形態によれば、ガスタービン４から排熱回収ボイラ５を通って排出された排ガスを大気に放出する排気煙突８内を流れる排ガスの一部が、バイパス流路２１に流入される。このことにより、排気煙突８内を流れる排ガスから排熱を回収することができ、この回収した排熱で吸入空気を加熱することができる。

【0050】

また、本実施の形態によれば、バイパス流路２１に排ガスを流入させる第１バイパス入口２６が、排気煙突８と接続する排熱回収ボイラ５の接続開口９よりも上方に配置されている。このことにより、第１バイパス入口２６に流入される排ガスの温度が低下することを防止できる。すなわち、排気煙突８の下部（例えば、接続開口９の下部）では、排ガスの温度が低下する傾向にあるが、このように温度が低下した排ガスがバイパス流路２１に流入されることを防止できる。このため、第１熱交換器２２において、熱媒体の加熱が不十分になることを防止でき、排ガスの排熱を効果的に利用して吸入空気を加熱することができる。

【0051】

また、本実施の形態によれば、バイパス流路２１に、排ガスを流入させる排ガスファン２５が設けられている。このことにより、排気煙突８内を流れる排ガスを効果的にバイパス流路２１に流入させることができ、第１熱交換器２２において、熱媒体を効果的に加熱することができる。このため、排ガスの排熱を効果的に利用して吸入空気を加熱することができる。

【0052】

また、本実施の形態によれば、循環流路２４のうち第２熱交換器２３と第１熱交換器２２との間の部分から分岐した分岐流路３０に、熱媒体を冷却する冷却装置３１が設けられている。そして、冷却装置３１で冷却された熱媒体は、第２熱交換器２３に供給されるようになっている。このことにより、吸入空気を冷却することができ、吸入空気の温度を低下させることができる。このため、ガスタービン４の出力を増加させることができる。

【0053】

さらに、本実施の形態によれば、冷却装置３１のチラー装置３２で冷却された熱媒体が、貯留タンク３３で貯留される。このことにより、冷却された熱媒体を予め確保しておくことができ、第２熱交換器２３に迅速に冷却された熱媒体を供給することができる。このため、第２熱交換器２３において吸入空気を迅速に冷却することができる。

【0054】

なお、上述した本実施の形態においては、第１バイパス入口２６が、排気煙突８と接続する排熱回収ボイラ５の接続開口９よりも上方に配置されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、第１バイパス入口２６は、排気煙突８のうち接続開口９の下端から接続開口９の上端までの部分に配置されていてもよい。この場合、第１バイパス入口２６を低い位置に設置することができ、バイパス流路２１の設置作業を容易化させることができる。

【0055】

（第２の実施の形態）
次に、図２を用いて、第２の実施の形態によるガスタービンの吸気加温システムおよび発電プラントについて説明する。

【0056】

図２に示す第２の実施の形態においては、バイパススタック内を流れる排ガスの一部がバイパス流路に流入される点が主に異なり、他の構成は、図１に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図２において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0057】

本実施の形態においては、大気放出部６の一例としてのバイパススタック１１内を流れる排ガスの排熱を利用する吸気温調システム２０の例について説明する。

【0058】

本実施の形態では、図２に示すように、バイパス流路２１は、バイパススタック１１内を流れる排ガスの一部を流入させる第２バイパス入口５０と、排ガスをバイパススタック１１に流出させる第２バイパス出口５１と、を有している。すなわち、本実施の形態における吸気温調システム２０は、排気煙突８内を流れる排ガスではなく、大気放出部６の一例としてのバイパススタック１１内を流れる排ガスの排熱を利用するようになっている。このようにして、バイパススタック１１内の排ガスの一部が、第２バイパス入口５０からバイパス流路２１に流入し、バイパス流路２１を通って、第２バイパス出口５１からバイパススタック１１内に流出されるようになっている。

【0059】

このように本実施の形態によれば、バイパススタック１１内を流れる排ガスの一部が、バイパス流路２１に流入される。このことにより、バイパススタック１１内を流れる排ガスから排熱を回収することができ、この回収した排熱で吸入空気を加熱することができる。とりわけ、バイパススタック１１内を流れる排ガスの温度は、排気煙突８内を流れる排ガスの温度よりも高い。このため、熱媒体を介して吸入空気をより一層加熱することができ、吸入空気の温度を高めることができる。また、バイパススタック１１内を流れる排ガスの排熱で吸入空気を加熱することができるため、発電プラント１の排熱回収ボイラ５の停止時（ガスタービン４単独運転時）に、ガスタービン４の排ガスの排熱を回収して吸入空気を加熱することができる。

【0060】

（第３の実施の形態）
次に、図３を用いて、第３の実施の形態によるガスタービンの吸気加温システムおよび発電プラントについて説明する。

【0061】

図３に示す第３の実施の形態においては、排気煙突内を流れる排ガスの一部およびバイパススタック内を流れる排ガスの一部のいずれかが選択的にバイパス流路に流入される点が主に異なり、他の構成は、図１に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図３において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0062】

本実施の形態においては、大気放出部６の一例としての排気煙突８内を流れる排ガスの排熱と、バイパススタック１１内を流れる排ガスの排熱とを選択的に利用する吸気温調システム２０の例について説明する。

【0063】

本実施の形態においては、図３に示すように、バイパス流路２１は、バイパススタック１１内を流れる排ガスの一部を流入させる第２バイパス入口５０と、排ガスをバイパススタック１１に流出させる第２バイパス出口５１と、第１熱交換器２２が設けられた本体流路６０と、を更に有している。本体流路６０は、上流側で、第１バイパス入口２６および第２バイパス入口５０に連通するとともに、下流側で、第１バイパス出口２７および第２バイパス出口５１に連通している。すなわち、第１バイパス入口２６と本体流路６０とは、第１入口流路６１で連通し、第２バイパス入口５０と本体流路６０とは、第２入口流路６２で連通している。同様に、第１バイパス出口２７と本体流路６０とは、第１出口流路６３で連通し、第２バイパス出口５１と本体流路６０とは、第２出口流路６４で連通している。

【0064】

バイパス流路２１は、第１バイパス入口２６からの排ガスの流入を制御する第１入口ダンパー弁７０（第１入口流路弁）と、第２バイパス入口５０からの排ガスの流入を制御する第２入口ダンパー弁７１（第２入口流路弁）と、を有している。より具体的には、上述した第１入口流路６１に、第１入口ダンパー弁７０が設けられており、上述した第２入口流路６２に、第２入口ダンパー弁７１が設けられている。

【0065】

バイパス流路２１は、第１バイパス出口２７から排気煙突８への排ガスの流出を制御する第１出口ダンパー弁７２（第１出口流路弁）と、第２バイパス出口５１からバイパススタック１１への排ガスの流出を制御する第２出口ダンパー弁７３（第２出口流路弁）と、を有している。より具体的には、上述した第１出口流路６３に、第１出口ダンパー弁７２が設けられており、上述した第２出口流路６４に、第２出口ダンパー弁７３が設けられている。

【0066】

図３における符号Ｆ２の実線矢印のように、排気煙突８内の排ガスの一部をバイパス流路２１に流入させる場合には、第１入口ダンパー弁７０および第１出口ダンパー弁７２を開き、第２入口ダンパー弁７１および第２出口ダンパー弁７３を閉じる。一方、図３における符号Ｆ２の破線矢印のように、バイパススタック１１内の排ガスの一部をバイパス流路２１に流入させる場合には、第２入口ダンパー弁７１および第２出口ダンパー弁７３を開き、第１入口ダンパー弁７０および第１出口ダンパー弁７２を閉じる。

【0067】

このように本実施の形態によれば、バイパス流路２１が、バイパススタック１１内を流れる排ガスの一部を流入させる第２バイパス入口５０と、排ガスをバイパススタック１１に流出させる第２バイパス出口５１と、第１熱交換器２２が設けられた本体流路６０と、を更に有している。そして、本体流路６０は、第１バイパス入口２６および第２バイパス入口５０に連通するとともに、第１バイパス出口２７および第２バイパス出口５１に連通している。このことにより、排気煙突８内を流れる排ガスの排熱と、バイパススタック１１内を流れる排ガスの排熱とを利用して、吸入空気を加熱することができる。このため、発電プラント１の排熱回収ボイラ５の運転時および停止時のいずれにおいても、ガスタービン４の排ガスの排熱を回収して吸入空気を加熱することができ、汎用性を向上させることができる。

【0068】

また、本実施の形態によれば、第１バイパス入口２６からの排ガスの流入が第１入口ダンパー弁７０によって制御され、第２バイパス入口５０からの排ガスの流入が第２入口ダンパー弁７１によって制御される。このことにより、排気煙突８内を流れる排ガスと、バイパススタック１１内を流れる排ガスとを、バイパス流路２１に選択的に流入させることができ、これらの排ガスを選択的に利用して吸入空気を加熱することができる。

【0069】

また、本実施の形態によれば、第１バイパス出口２７からの排ガスの流出が第１出口ダンパー弁７２によって制御され、第２バイパス出口５１からの排ガスの流出が第２出口ダンパー弁７３によって制御される。このことにより、排気煙突８内を流れる排ガスと、バイパススタック１１内を流れる排ガスとを、バイパス流路２１に選択的に流入させることができ、これらの排ガスを選択的に利用して吸入空気を加熱することができる。

【0070】

（第４の実施の形態）
次に、図４を用いて、第４の実施の形態によるガスタービンの吸気加温システムおよび発電プラントについて説明する。

【0071】

図４に示す第４の実施の形態においては、第１熱交換器が、排気煙突内に設けられている点が主に異なり、他の構成は、図１に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図４において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0072】

本実施の形態においては、図４に示すように、バイパス流路２１は設けられておらず、第１熱交換器２２は、大気放出部６の一例としての排気煙突８内に設けられている。第１熱交換器２２は、排気煙突８と接続する排熱回収ボイラ５の接続開口９よりも上方に配置されていてもよい。しかしながら、第１熱交換器２２は、排気煙突８のうち接続開口９の下端から接続開口９の上端までの部分に配置されていてもよい。

【0073】

このように本実施の形態によれば、ガスタービン４の排ガスを大気に放出させる排気煙突８内に、排ガスと熱媒体とを熱交換させる第１熱交換器２２が設けられている。このことにより、バイパス流路２１を設けることを不要にでき、吸気温調システム２０の構造を簡素化させることができる。また、排ガスファン２５も不要にすることができ、排ガスファン２５のための消費電力を削減でき、発電プラント１のプラント効率を向上させることができる。

【0074】

以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0075】

１：発電プラント、４：ガスタービン、５：排熱回収ボイラ、６：大気放出部、８：排気煙突、９：接続開口、１１：バイパススタック、２０：吸気温調システム、２１：バイパス流路、２２：第１熱交換器、２３：第２熱交換器、２４：循環流路、２５：排ガスファン、２６：第１バイパス入口、２７：第１バイパス出口、３０：分岐流路、３１：冷却装置、３２：チラー装置、３３：貯留タンク、５０：第２バイパス入口、５１：第２バイパス出口、７０：第１入口ダンパー弁、７１：第２入口ダンパー弁、７２：第１出口ダンパー弁、７３：第２出口ダンパー弁、Ｆ１：吸入空気、Ｆ２：排ガス、Ｆ３：熱媒体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】