特許 7589216 ガスタービンコジェネシステム、ガスタービンコジェネシステムの運転方法、および、ガスタービンコジェネシステムの改造方法

(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】

(24)【登録日】2024-11-15

(45)【発行日】2024-11-25

(54)【発明の名称】ガスタービンコジェネシステム、ガスタービンコジェネシステムの運転方法、および、ガスタービンコジェネシステムの改造方法

(51)【国際特許分類】

   F02C 9/40 20060101AFI20241118BHJP

   F02C 7/22 20060101ALI20241118BHJP

   F02C 6/18 20060101ALI20241118BHJP

   F02C 3/30 20060101ALI20241118BHJP

   F02C 9/48 20060101ALI20241118BHJP

【ＦＩ】

F02C9/40 A

F02C7/22 A

F02C6/18 A

F02C3/30 C

F02C9/48

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022189714

(22)【出願日】2022-11-29

(65)【公開番号】P2024077646

(43)【公開日】2024-06-10

【審査請求日】2024-02-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】麻尾 孝志

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】吉田 正平

(72)【発明者】

【氏名】秋山 陵

【審査官】津田 真吾

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１７３５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１７４８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２１７２５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｃ ９／４０

Ｆ０２Ｃ ７／２２

Ｆ０２Ｃ ６／１８

Ｆ０２Ｃ ３／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機、燃焼器、および、タービンを含むガスタービンと、
前記燃焼器に第１燃料を供給するための第１燃料供給設備と、
単位質量における発熱量が前記第１燃料よりも低い第２燃料を供給するための第２燃料供給設備と、
前記タービンから排出される排ガスを用いて蒸気を生成するための排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラから排出される前記蒸気を蒸気需要体に供給するための蒸気供給ラインと、
前記蒸気供給ラインから抽気した前記蒸気を、前記燃焼器におけるヘッドエンド側及び前記ヘッドエンドよりも前記タービン側の双方に供給するための蒸気抽気ラインと、
前記蒸気抽気ラインによる前記蒸気の抽気量の減少に伴い前記第１燃料の供給量が減少し、かつ前記第２燃料の供給量が増大するよう、前記第１燃料供給設備および前記第２燃料供給設備を制御するための燃料制御部と、
を備えるガスタービンコジェネシステム。

【請求項2】

前記燃料制御部は、前記圧縮機における圧力比が許容上限圧力比未満となる条件を充足させながら、前記第２燃料の供給量を増やすように構成される
請求項１に記載のガスタービンコジェネシステム。

【請求項3】

前記圧縮機の前記圧力比を計測するための空気圧力計測器の計測結果に基づいて算出される前記圧力比が前記許容上限圧力比以下であるかを判定するための圧力比判定部をさらに備え、
前記燃料制御部は、前記圧力比が前記許容上限圧力比を上回ると判定された場合、前記第２燃料の供給量を低減させるための第２燃料低減制御部を含む
請求項２に記載のガスタービンコジェネシステム。

【請求項4】

前記蒸気需要体への前記蒸気の供給量を増加させるための需要体蒸気増加指令によって示される量の前記蒸気が供給されていると判定された後に計測される前記ガスタービンの出力と、前記ガスタービンの目標出力とに基づいて、前記第１燃料の供給量及び前記第２燃料の供給量を取得する燃料供給量取得部をさらに備え、
前記燃料制御部は、前記燃料供給量取得部によって取得された前記供給量だけ前記第１燃料及び前記第２燃料が供給されるよう、前記第１燃料供給設備及び前記第２燃料供給設備を制御するように構成される
請求項１乃至３の何れか１項に記載のガスタービンコジェネシステム。

【請求項5】

前記排熱回収ボイラの前記排ガスと冷媒水との熱交換によって前記排ガスから水分を回収するための水回収システムと、
前記水回収システムによって回収された回収水を、前記排熱回収ボイラに供給するためのボイラ給水を貯める補給水タンクと、
をさらに備える
請求項１乃至３の何れか１項に記載のガスタービンコジェネシステム。

【請求項6】

前記第１燃料は、天然ガス、オフガス、または、水素ガスを主成分とする水素ガス燃料のいずれかである
請求項１乃至３の何れか１項に記載のガスタービンコジェネシステム。

【請求項7】

前記第２燃料は、アンモニア又はメタノールのいずれかを主成分とする燃料である
請求項１乃至３の何れか１項に記載のガスタービンコジェネシステム。

【請求項8】

ガスタービンコジェネシステムの運転方法であって、
前記ガスタービンコジェネシステムは、
圧縮機、燃焼器、および、タービンを含むガスタービンと、
前記燃焼器に第１燃料を供給するための第１燃料供給設備と、
単位質量における発熱量が前記第１燃料よりも低い第２燃料を供給するための第２燃料供給設備と、
前記タービンから排出される排ガスを用いて蒸気を生成するための排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラから排出される前記蒸気を蒸気需要体に供給するための蒸気供給ラインと、
前記蒸気供給ラインから抽気した前記蒸気を、前記燃焼器におけるヘッドエンド側及び前記ヘッドエンドよりも前記タービン側の双方に供給するための蒸気抽気ラインと、
を含み、
前記蒸気抽気ラインによる前記蒸気の抽気量の減少に伴い前記第１燃料の供給量が減少し、かつ前記第２燃料の供給量が増大するよう、前記第１燃料供給設備及び前記第２燃料供給設備を制御するための燃料制御ステップを備える
ガスタービンコジェネシステムの運転方法。

【請求項9】

ガスタービンコジェネシステムの改造方法であって、
前記ガスタービンコジェネシステムは、
圧縮機、燃焼器、および、タービンを含むガスタービンと、
前記燃焼器に第１燃料を供給するための第１燃料供給設備と、
前記タービンから排出される排ガスを用いて蒸気を生成するための排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラから排出される前記蒸気を蒸気需要体に供給するための蒸気供給ラインと、
前記蒸気供給ラインから抽気した前記蒸気を、前記燃焼器におけるヘッドエンド側及び前記ヘッドエンドよりも前記タービン側の双方に供給するための蒸気抽気ラインと、
を含み、
前記第１燃料が専ら燃焼するように構成される前記燃焼器を、前記第１燃料と、単位質量における発熱量が前記第１燃料よりも低い第２燃料とが混焼するように構成される燃焼器に交換する燃焼器交換工程と、
前記第２燃料を供給するための第２燃料供給設備を追設する燃料供給設備追設工程と、
燃料として専ら前記第１燃料が供給されるように前記第１燃料供給設備を制御するためのコントローラを、前記蒸気抽気ラインによる前記蒸気の抽気量の減少に伴い前記第１燃料の供給量が減少し、かつ前記第２燃料の供給量が増大するよう、前記第１燃料供給設備および前記第２燃料供給設備を制御するためのコントローラに変更するコントローラ変更工程と、
を備える
ガスタービンコジェネシステムの改造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、排熱回収ボイラで生成された蒸気を蒸気需要体とガスタービンとに供給するガスタービンコジェネシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１で開示されるガスタービンシステムでは、ガスタービンの燃焼器に、アンモニアガスおよび水蒸気を含む混合気体と、天然ガスなどの燃料とが供給される。アンモニアガスは、ガスタービンシステムの排熱回収ボイラから排出されるタービン用の駆動媒体流体である排ガスを熱源にして、被処理液から生成される。排熱回収ボイラで生成される蒸気は、蒸気需要体としての蒸気利用設備に供給される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２２－０６７４６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のガスタービンシステムにおいて、ガスタービンの出力の向上を目的に、排熱回収ボイラで生成された蒸気の一部をタービンの入口側に供給することが考えられる。しかしながら、蒸気需要体に供給する蒸気の量を増大させると、タービンに供給する蒸気の供給量が減少し、ガスタービンの出力が低下してしまう。その低下を補う方法として、燃料の供給量を増加して駆動媒体流体の温度を上げることが考えられる。しかし、燃焼器やタービン翼などの高温部品においてはその高温強度／耐久性の点からその温度には限界があり、また駆動媒体流体の高温化によりＮＯｘが増加する。このため燃料の供給量を増加させることには限界がある。

【0005】

本開示の目的は、蒸気需要体に供給する蒸気量を増大させても、ガスタービンの出力を維持できるガスタービンコジェネシステム、ガスタービンコジェネシステムの運転方法、および、ガスタービンコジェネシステムの改造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の少なくとも一実施形態に係るガスタービンコジェネシステムは、
圧縮機、燃焼器、および、タービンを含むガスタービンと、
前記燃焼器に第１燃料を供給するための第１燃料供給設備と、
単位質量における発熱量が前記第１燃料よりも低い第２燃料を供給するための第２燃料供給設備と、
前記タービンから排出される排ガスを用いて蒸気を生成するための排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラから排出される前記蒸気を蒸気需要体に供給するための蒸気供給ラインと、
前記蒸気供給ラインから抽気した前記蒸気を、前記燃焼器におけるヘッドエンド側及び前記ヘッドエンドよりも前記タービン側の双方に供給するための蒸気抽気ラインと、
前記蒸気抽気ラインによる前記蒸気の抽気量の減少に伴い前記第１燃料の供給量が減少し、かつ前記第２燃料の供給量が増大するよう、前記第１燃料供給設備および前記第２燃料供給設備を制御するための燃料制御部と、
を備える。

【0007】

本開示の少なくとも一実施形態では、
ガスタービンコジェネシステムの運転方法であって、
前記ガスタービンコジェネシステムは、
圧縮機、燃焼器、および、タービンを含むガスタービンと、
前記燃焼器に第１燃料を供給するための第１燃料供給設備と、
単位質量における発熱量が前記第１燃料よりも低い第２燃料を供給するための第２燃料供給設備と、
前記タービンから排出される排ガスを用いて蒸気を生成するための排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラから排出される前記蒸気を蒸気需要体に供給するための蒸気供給ラインと、
前記蒸気供給ラインから抽気した前記蒸気を、前記燃焼器におけるヘッドエンド側及び前記ヘッドエンドよりも前記タービン側の双方に供給するための蒸気抽気ラインと、
を含み、
前記蒸気抽気ラインによる前記蒸気の抽気量の減少に伴い前記第１燃料の供給量が減少し、かつ前記第２燃料の供給量が増大するよう、前記第１燃料供給設備および前記第２燃料供給設備を制御するための燃料制御ステップを備える。

【0008】

本開示の少なくとも一実施形態では、
ガスタービンコジェネシステムの改造方法であって、
前記ガスタービンコジェネシステムは、
圧縮機、燃焼器、および、タービンを含むガスタービンと、
前記燃焼器に第１燃料を供給するための第１燃料供給設備と、
前記タービンから排出される排ガスを用いて蒸気を生成するための排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラから排出される前記蒸気を蒸気需要体に供給するための蒸気供給ラインと、
前記蒸気供給ラインから抽気した前記蒸気を、前記燃焼器におけるヘッドエンド側及び前記ヘッドエンドよりも前記タービン側の双方に供給するための蒸気抽気ラインと、
を含み、
前記第１燃料が専ら燃焼するように構成される前記燃焼器を、前記第１燃料と、単位質量における発熱量が前記第１燃料よりも低い第２燃料とが混焼するように構成される燃焼器に交換する燃焼器交換工程と、
前記第２燃料を供給するための第２燃料供給設備を追設する燃料供給設備追設工程と、
燃料として専ら前記第１燃料が供給されるように前記第１燃料供給設備を制御するためのコントローラを、前記蒸気抽気ラインによる前記蒸気の抽気量の減少に伴い前記第１燃料の供給量が減少し、かつ前記第２燃料の供給量が増大するよう、前記第１燃料供給設備および前記第２燃料供給設備を制御するためのコントローラに変更するコントローラ変更工程と、
を備える。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、蒸気需要体に供給する蒸気量を増大させても、ガスタービンの出力を維持できるガスタービンコジェネシステム、ガスタービンコジェネシステムの運転方法、および、ガスタービンコジェネシステムの改造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施形態に係るガスタービンコジェネシステムを示す概略図である。

【図2】一実施形態に係る燃焼器を示す概略図である。

【図3】一実施形態に係るガスタービンのＴ－Ｓ線図である。

【図4】一実施形態に係る水回収システムを示す概略図である。

【図5】一実施形態に係るコントローラを示す概略図である。

【図6】一実施形態に係るコジェネシステム制御処理のフローチャートである。

【図7】図６に続く、コジェネシステム制御処理のフローチャートである。

【図8】一実施形態に係るコジェネシステムの改造方法を示すフローチャートである。

【図9】一実施形態に係る改造前のコジェネシステムを示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
なお、同様の構成については同じ符号を付し説明を省略することがある。

【0012】

＜ガスタービンコジェネシステム１００の概要＞
図１は、本開示の一実施形態に係るガスタービンコジェネシステム１００（以下、「コジェネシステム１００」という場合がある）を示す概略図である。例えば発電プラントであってもよいコジェネシステム１００は、ガスタービン９と排熱回収ボイラ１４とを備える。ガスタービン９は、大気６から圧縮空気７を生成するための圧縮機１と、圧縮空気７中の酸素を酸化剤として燃料を燃焼させるとともに圧縮空気７を高温化して燃焼ガス１２を生成するための燃焼器３と、燃焼器３から排出される燃焼ガス１２を駆動源として回転するためのタービン２と、タービン２に連結される発電機５とを備える。燃焼器３に供給される燃料は第１燃料と第２燃料を含む（詳細は後述する）。排熱回収ボイラ１４は、タービン２から排出される排ガス１３から回収した熱を利用してボイラ給水から蒸気を生成するように構成される。なお、ボイラ給水は排熱回収ボイラ１４に供給されるための水である。

【0013】

コジェネシステム１００は、排熱回収ボイラ１４から排出される蒸気を蒸気需要体１０に供給するための蒸気供給ライン２１を備える。蒸気供給ライン２１は、排熱回収ボイラ１４と蒸気需要体１０とに接続される蒸気配管２１Ａと、蒸気配管２１Ａに設けられる蒸気流調弁２１Ｂとを含む。蒸気流調弁２１Ｂの開度が後述のコントローラ９０により制御されることで、蒸気需要体１０に供給される蒸気の量である需要体蒸気供給量は制御される。なお、蒸気需要体１０は例えば蒸気タービンである。蒸気需要体１０は、複合発電プラントの蒸気タービン、或いは産業用プロセス装置などであってもよい。さらに、コジェネシステム１００は、蒸気供給ライン２１から抽気した蒸気を燃焼器３に供給するための蒸気抽気ライン１３０を備える。蒸気抽気ライン１３０の構成の詳細は後述する。

【0014】

本開示の必須の構成要素ではないが、コジェネシステム１００は、排熱回収ボイラ１４から排出される排ガス１３に含まれる水分を回収するための水回収システム４０と、水回収システム４０から回収した水分を含む回収水をボイラ給水として貯める補給水タンク１７と、補給水タンク１７にボイラ給水を供給するための給水ライン１５と、補給水タンク１７と排熱回収ボイラ１４とに接続される給水ライン１９と、給水ライン１９に設けられる給水ポンプ１８とを備える。給水ポンプ１８が駆動すると、補給水タンク１７に貯留されるボイラ給水は給水ライン１９を流れて排熱回収ボイラ１４に供給される。排熱回収ボイラ１４に供給されるボイラ給水の温度は高い方が好ましい。排熱回収ボイラ１４が蒸気を生成するために必要とする熱量が低減し、コジェネシステム１００の効率は向上するからである。

【0015】

本開示の必須の構成要素ではないが、コジェネシステム１００は、排熱回収ボイラ１４から水回収システム４０までの排ガス１３の供給ラインである排ガス供給ライン５７と、排ガス供給ライン５７から分岐して設けられる排気ライン２９と、排気ライン２９に設けられる排気ダンパ３１とを備える。排気ライン２９を流れる排ガス１３は、排気塔３０から外部に排出される。本開示の一実施形態では、コジェネシステム１００から水回収システム４０に排ガス１３が供給される場合、排気ダンパ３１が閉止されて、排気ライン２９には排ガス１３が流れない。

【0016】

＜燃焼器３の概略構成＞
図２は、本開示の一実施形態に係る燃焼器３を示す概略図である。燃焼器３は、筒状に形成される燃焼器ケーシング２３と、燃焼器ケーシング２３の一端部に設けられるヘッドエンド２４と、ヘッドエンド２４に設けられる燃料ノズル２５と、未燃の空気と既燃の燃焼ガス１２を隔てる円筒状の燃焼器ライナ２６と、燃焼器ライナ２６の下流側に連結した燃焼器尾筒２７とを備える。圧縮空気７は燃焼器ケーシング２３に供給される。燃焼器ケーシング２３内において、圧縮空気７は、燃焼器ライナ２６の外側に形成される環状空間を通って、ヘッドエンド２４側に向かって流れる。環状空間を流れる圧縮空気７は、燃焼器ライナ２６の内部に流入し、燃料ノズル２５から燃焼器ライナ２６の内部に噴射される燃料と混ざる。燃焼器ライナ２６の内部で燃料は燃焼し、火炎２８が燃焼器ライナ２６の内部で発生する。燃焼器ライナ２６の内部で発生した燃焼ガス１２は、燃焼器尾筒２７から排出されてタービン２に流入するようになっている。

【0017】

＜燃焼器３の燃料の供給系統＞
図１に戻り、燃焼器３に供給される燃料は第１燃料と第２燃料を含む。コジェネシステム１００は、燃焼器３に第１燃料を供給するための第１燃料供給設備５１と、燃焼器３に第２燃料を供給するための第２燃料供給設備５２とを備える。第１燃料供給設備５１は、第１燃料の供給源である第１供給源５３と、第１燃料を第１供給源５３から燃焼器３の燃料ノズル２５（図２参照）に導くための第１配管１５１と、第１配管１５１に設けられる第１燃料流調弁１５３とを含む。同様に、第２燃料供給設備５２は、第２燃料の供給源である第２供給源５４と、第２供給源５４から燃料ノズル２５に第２燃料を導くための第２配管１５２と、第２配管１５２に設けられる第２燃料流調弁１５４とを含む。第１燃料流調弁１５３の開度と第２燃料流調弁１５４の開度とが後述のコントローラ９０によって制御されることで、第１燃料の供給量である第１燃料供給量と第２燃料の供給量である第２燃料供給量とが調整される。つまり、コントローラ９０は、燃焼器３における第２燃料混焼率を調整可能である。第２燃料混焼率は、燃焼器３に供給される燃料のうち第２燃料が占める割合である。当該割合は、熱量ベースまたは重量ベースで算出される値である。

【0018】

第２燃料の単位質量における熱量は第１燃料のそれよりも低い。第１燃料は、高カロリーな発熱量の燃料ガスであって、例えば天然ガス、オフガス、または、水素ガスを主成分とする水素ガス燃料のいずれかである。第２燃料は、第１の燃料の４０％程度の発熱量を有する高水素化合物の中カロリーな発熱量の燃料ガスであって、例えばアンモニアまたはメタノールのいずれかを主成分とする燃料である。より好ましくは、第１燃料は天然ガスまたはオフガスであり、第２燃料はアンモニアガスを主成分とする燃料である。この場合、第２燃料混焼率はいわゆるアンモニア混焼率である。

【0019】

なお前述した課題解決のために、アンモニアガス専焼のガスタービンを使用するか、または、専ら第１燃料を燃焼させるためのガスタービンをアンモニアガス専焼のガスタービンに改造することも課題解決のための選択肢としてありうる。しかしながら現時点では燃料コストの点で、本開示の実施形態で対処することが有利である。

【0020】

図３は、本開示の一実施形態に係るガスタービン９のＴ－Ｓ線図である。同図のグラフにおいて、実線は第１燃料専焼時の運転サイクル図でであり、破線は第２燃料混焼率の高い運転時のサイクル図を示す。実線で示すサイクルと破線で示すサイクルとでは一部重なる範囲がある。同図で示される通り、第２燃料混焼率が上昇する方が、サイクル図の面積が小さいため、ガスタービン９の運転効率は向上することが了解される。

【0021】

なお、第２燃料が例えばアンモニアのような燃焼に伴って発生する水の量が第１燃料と比べて多い燃料である場合、燃焼により発生する水の蒸発潜熱により燃焼ガス１２の温度が大きく下がるため、タービン２の入口温度の上昇を抑制することができる。図３におけるΔＴは、タービン２の入口温度（タービン入口温度）の低下量を示す。このことから、第１燃料供給量の許容上限供給量よりも、第２燃料供給量の許容上限供給量の方が高いことが了解される。燃料の許容上限供給量は、ガスタービン入口温度がタービン２の耐熱温度を上回るのを回避するための燃料供給量である。第２燃料は、発熱量が第１燃料の発熱量の４０％程度となる水素化合物（高水素化合物）であるため、第１燃料と同等の燃焼器投入エネルギーを第２燃料で達成するためには、第２燃料の専焼時に質量流量で第１燃料の２．５倍の流量が必要であり、燃焼生成水分量もこの質量流量の変化に対応して増加する。

【0022】

＜蒸気抽気ライン１３０の構成＞
図１、図２で示される蒸気抽気ライン１３０は、蒸気供給ライン２１から抽気した蒸気を燃焼器３におけるヘッドエンド２４側および燃焼器３におけるタービン２側の双方に供給するように構成される。燃焼器３におけるヘッドエンド２４側とは、燃焼器ケーシング２３において火炎２８が形成される領域よりも、燃焼ガス流れ方向において上流側を示す。また、燃焼ガス流れ方向は燃焼器ライナ２６において燃焼ガス１２が流れる方向を示し、矢印Ｃによって例示される。さらに、燃焼器３におけるタービン２側とは、燃焼器ケーシング２３において火炎２８が形成される領域よりも燃焼ガス流れ方向において下流側を示す。

【0023】

図２に示すように、蒸気抽気ライン１３０は、蒸気供給ライン２１の蒸気配管２１Ａから抽気した蒸気を燃焼器３におけるヘッドエンド２４側に供給するための上流側蒸気ライン１３１と、抽気した蒸気を燃焼器３におけるタービン２側に供給するための下流側蒸気ライン１３２とを含む。

【0024】

上流側蒸気ライン１３１は、抽気した蒸気をヘッドエンド２４と燃焼器ライナ２６との間に供給するための上流側蒸気配管１３１Ａと、上流側蒸気配管１３１Ａに設けられる上流側蒸気流調弁１３１Ｂとを有する。上流側蒸気流調弁１３１Ｂの開度が後述のコントローラ９０によって制御されることで、上流側蒸気配管１３１Ａによって燃焼器３に導かれる蒸気の流量である上流側蒸気供給量は調整される。上流側蒸気供給量が増えるほど、火炎帯の温度を下げる効果が大きいため、燃焼器３において発生する窒素酸化物の量は低下する。

【0025】

下流側蒸気ライン１３２は、抽気した蒸気を燃焼器ライナ２６の下流側に供給するための下流側蒸気配管１３２Ａと、下流側蒸気配管１３２Ａに設けられる下流側蒸気流調弁１３２Ｂとを有する。下流側蒸気流調弁１３２Ｂの開度が後述のコントローラ９０によって制御されることで、下流側蒸気配管１３２Ａによって燃焼器３に導かれる蒸気の流量である下流側蒸気供給量は調整される。燃焼器への蒸気供給量すなわち上流側蒸気供給量と下流側蒸気供給量の合計量である合計蒸気供給量が増えるほど、タービン２に流入して仕事をする蒸気の流量が増え、ガスタービン９の出力である発電機５の発電量は増大する。反対に合計蒸気供給量が減ると、燃焼器３における燃料供給状態が変わらないのであれば、ガスタービン９の出力は減少する。

【0026】

図１に戻り、本開示の必須の構成要素ではないが、蒸気抽気ライン１３０は、蒸気供給ライン２１から抽気された蒸気の温度を下げるための減温器２２をさらに備える。蒸気が流れる方向において上流側蒸気配管１３１Ａおよび下流側蒸気配管１３２Ａよりも上流側に配置される減温器２２は、例えば、排熱回収ボイラ１４に供給されるボイラ給水の一部が冷水として流入するように構成されており（矢印Ｂ参照）、該冷水が減温器２２の内部で噴射されることによって蒸気は冷まされる。冷まされた蒸気は、上流側蒸気配管１３１Ａおよび下流側蒸気配管１３２Ａを流れる。

【0027】

＜コジェネシステム１００の計測器＞
図１で例示されるコジェネシステム１００は、発電機５の発電量を計測するための発電機出力計測器６５、圧縮機１の入口の空気圧力を計測するための圧縮機入口空気圧力計測器６２、圧縮機１の出口の空気圧力を計測するための圧縮機出口空気圧力計測器６３、需要体蒸気供給量を計測するための蒸気流量計６６、上流側蒸気供給量を計測するための上流側蒸気流量計６７、下流側蒸気供給量を計測するための下流側蒸気流量計６８、タービン２の出口における窒素酸化物の量を計測するためのタービン出口ＮＯｘ計測器６９、および、排熱回収ボイラ１４から排出される排ガス１３に含まれる窒素酸化物の量を計測するための排熱回収ボイラ出口ＮＯｘ計測器７０を備える。これらの計測器の計測結果はいずれも、コジェネシステム１００の構成要素である後述のコントローラ９０に送られるようになっている。以下では、圧縮機入口空気圧力計測器６２と圧縮機出口空気圧力計測器６３を総称して「空気圧力計測器６１」という場合があり、窒素酸化物を「ＮＯｘ」という場合がある。排熱回収ボイラ出口ＮＯｘ計測器７０とタービン出口ＮＯｘ計測器６９はＮＯｘの濃度を計測するように構成される。

【0028】

＜水回収システム４０＞
図４は本開示の一実施形態に係る水回収システム４０を示す概略図である。水回収システム４０の概要は以下の通りである。水回収システム４０の構成要素である水回収装置３３は、排ガス供給ライン５７によって導かれる排ガス１３と冷媒水とを気液接触させることで排ガス１３中の水分を回収水として回収するように構成される。より詳細な一例として、水回収装置３３は、排ガス１３と冷媒水とが流入する熱交換容器１３５と、熱交換容器１３５の内部で冷媒水を散水するための散水装置３４と、熱交換容器１３５の内部で散水装置３４の下方に位置する充填物３５とを含む。熱交換容器１３５には、排ガス供給ライン５７によって導かれる排ガス１３が流入する。散水装置３４によって散水される冷媒水は充填物３５に付着し、熱交換容器１３５に流入する排ガス１３と熱交換を行う。これにより、排ガス１３の水分が凝縮する。凝縮した水分と熱交換を終えた冷媒水とを含む回収水は落下し、熱交換容器１３５の下部を構成する貯水槽１３６に貯まる。

【0029】

水回収システム４０は、水回収装置３３の貯水槽１３６から排出される回収水を冷却するための回収水冷却装置１１０と、水回収装置３３の貯水槽１３６から排出される回収水を回収水冷却装置１１０に導くための回収水排出ライン３９と、回収水冷却装置１１０から排出される冷却された回収水を冷媒水として熱交換容器１３５に導くための回収水供給ライン４２とをさらに備える。本例の回収水冷却装置１１０は、例えば海水などであってもよい冷却水によって、回収水を冷却するように構成される。回収水冷却装置１１０に冷却水を供給するための冷却水供給ライン４１には冷却水供給ポンプ５５が設けられる。

【0030】

なお、水回収システム４０は、回収水を補給水タンク１７に導くための給水ライン４をさらに備え、給水ライン４は、高温給水ライン４４と低温給水ライン４７とを含む。高温給水ライン４４は、回収水排出ライン３９に接続されており、回収水排出ライン３９から取り出された回収水を補給水タンク１７に導くように構成される。回収水排出ライン３９から取り出される回収水は、排ガス１３から回収された熱を有するため、比較的高い温度を有する。低温給水ライン４７は、回収水供給ライン４２に接続されており、回収水供給ライン４２から取り出された回収水を補給水タンク１７に導くように構成される。回収水供給ライン４２から取り出される回収水は、回収水冷却装置１１０による冷却処理が施されているため、比較的低い温度を有する。

【0031】

低温給水ライン４７には、水回収システム４０の構成要素である水処理装置４６が設けられている。水処理装置４６は、低温給水ライン４７を流れる回収水に対して例えば硫黄などの不純物を除去する処理を施すように構成される。不純物は燃焼器３（図１参照）での燃焼に伴って生じ、排ガス１３に混入することがある。この不純物の少なくとも一部は、水回収装置３３での排ガス１３と冷媒水との熱交換により、回収水に溶解する。水処理装置４６が、回収水に含まれる不純物を除去することで、補給水タンク１７に貯留されるボイラ給水に不純物が含まれることが抑制される。一般に、処理される水の温度が低い方が、水処理装置４６における不純物除去の処理能力は向上する。回収水の温度が高い場合、水処理装置４６を構成するイオン交換樹脂１４６が損傷する可能性があり、不純物除去の処理能力が低下する虞がある。

【0032】

高温給水ライン４４には高温給水開閉弁４８が設けられ、低温給水ライン４７には低温給水開閉弁４５が設けられており、いずれの開閉弁も上述のコントローラ９０によって制御される。例えば、オフガスなどであってもよい第１燃料の燃焼器３への供給量が多い場合（即ち、第２燃料混焼率が低い場合）であって、排ガス１３に混入する硫黄成分が許容値より高く、かつ許容上限以下で存在する場合、コントローラ９０は、高温給水開閉弁４８を閉止し、低温給水開閉弁４５を開放する。これにより、不純物の除去処理を要する低温の回収水が、低温給水ライン４７に設けられる水処理装置４６を経由して、補給水タンク１７に流入する。よって、給水ライン１９および排熱回収ボイラ１４などのコジェネシステム１００を構成する機器に不純物が付着するのが回避され、コジェネシステム１００の劣化を抑制できる。他方で、第２燃料混焼率が比較的高い場合、即ち、排ガス１３に混入する硫黄成分が許容値以下の場合は、コントローラ９０は、高温給水開閉弁４８を開放し、低温給水開閉弁４５を閉止する。これにより、不純物の除去処理を要さない高温の回収水が、高温給水ライン４４を経由して補給水タンク１７に流入する。補給水タンク１７から排熱回収ボイラ１４に供給されるボイラ給水の温度を高くできるので、コジェネシステム１００の効率は向上する。このように、本例の水回収システム４０では、第２燃料混焼率に応じて、補給水タンク１７に送る回収水の供給ラインを切り替えることが可能になる。

【0033】

＜コントローラ９０の基本構成＞
図５は、本開示の一実施形態に係るコントローラ９０を示す概略図である。コントローラ９０はコンピュータによって構成されており、プロセッサ、メモリ、及び外部通信インタフェースを備える。プロセッサは、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＭＰＵ、ＤＳＰ、又はこれらの組み合わせなどである。他の実施形態に係るプロセッサは、ＰＬＤ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはＭＣＵ等の集積回路により実現されてもよい。メモリは、各種データを一時的または非一時的に記憶するように構成され、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、またはフラッシュメモリの少なくとも１つによって実現される。メモリにロードされたプログラムの命令にしたがって、プロセッサは各種制御処理を実行する。また、コントローラ９０は、コジェネシステム１００を構成する複数の制御盤の一つを構成するＤＣＳ盤であってもよい。

【0034】

このようなハードウェア構成を有するコントローラ９０は、蒸気需要体１０の出力向上を目的に需要体蒸気供給量を増加させるための制御を実行する。さらにこのとき、コントローラ９０は、燃焼器３への上流側蒸気供給量と下流側蒸気供給量の合計量である合計蒸気供給量を低減させるための制御、および、第２燃料混焼率を増大させるための制御を併せて実行する。これらの制御では、コントローラ９０が蒸気流調弁２１Ｂ、上流側蒸気流調弁１３１Ｂ、下流側蒸気流調弁１３２Ｂ、第１燃料流調弁１５３、および、第２燃料流調弁１５４に制御信号を送る。このような制御を実行するためのコントローラ９０の機能構成は以下の通りである。

【0035】

コントローラ９０は、需要体蒸気供給量を増加させる需要体蒸気増加指令を取得するための需要体指令取得部９４と、蒸気供給ライン２１を制御するための蒸気供給ライン制御部９５と、蒸気抽気ライン１３０を制御するための蒸気抽気ライン制御部９６と、ガスタービン９の出力指令に基づいて燃焼器３に供給すべき燃料の供給量を取得するための燃料供給量取得部９３を備える。

【0036】

蒸気供給ライン制御部９５は、需要体蒸気増加指令が示す需要体蒸気供給量が実現されるよう蒸気供給ライン２１の蒸気流調弁２１Ｂの開度を増大させる制御を実行する。需要体蒸気供給量の増大に伴って、ガスタービン９に供給される蒸気の供給量を減らす必要があり、蒸気抽気ライン制御部９６は、蒸気抽気ライン１３０によって導かれる蒸気の流量（供給量）を低減するように構成される。本例の蒸気抽気ライン制御部９６は、上流側蒸気流調弁１３１Ｂの開度を制御するための上流側蒸気制御部８１と、下流側蒸気流調弁１３２Ｂの開度を制御するための下流側蒸気制御部８２とを含む。上流側蒸気流調弁１３１Ｂからの蒸気は、主に燃焼器３でのＮＯｘ発生を抑制することを目的としており、ガスタービン９の増出力は副次的な効果である。一方、下流側蒸気流調弁１３２Ｂからの蒸気の用途は、専ら増出力用である。本実施形態では、蒸気流調弁２１Ｂの開度は、ＮＯｘ発生抑制の観点より開度を保持し、下流側蒸気流調弁１３２Ｂの開度を減少させる。アンモニア燃焼によりＦｕｅｌ ＮＯｘ値が増加した場合は、必要に応じて上流側蒸気流調弁１３１Ｂの開度を制御し、合計蒸気供給量は減少させつつも上流側蒸気流調弁１３１Ｂの開度を増加させる場合もある。

【0037】

燃料供給量取得部９３によって取得されるガスタービン９の出力指令について説明する。本例では、需要体蒸気供給量の増大に伴い蒸気抽気ライン１３０による蒸気の抽気量が減少した後もガスタービン９の出力が維持されるような出力指令が、燃料供給量取得部９３によって取得される。このような出力指令は、第１燃料専焼時の燃焼器投入エネルギーと同等になるように第１燃料の供給量を減少させ、かつ第２燃料の供給量を増大させて、第２燃料混焼率を増大させるための指令である。第２燃料の単位質量当たりの発熱量は第１燃料の単位質量当たりの発熱量と比べて低く（４０％程度）、また第２燃料は高水素化合物なので、タービン入口温度が耐熱温度を超えるのを避けつつ、第２燃料供給量を増大させることができる。

【0038】

さらに、コントローラ９０は、燃料供給量取得部９３によって取得された燃料供給が実現されるよう第１燃料供給設備５１および第２燃料供給設備５２をそれぞれ制御するための第１燃料制御部９１および第２燃料制御部９２を備える。本開示の一実施形態では、蒸気抽気ライン１３０による蒸気の抽気量の減少に伴って、第１燃料制御部９１は第１燃料流調弁１５３の開度を減少させる制御を実行し、第２燃料制御部９２は第２燃料流調弁１５４の開度を増大させる制御を実行する。

【0039】

需要体蒸気供給量を増大させることで蒸気需要体１０の出力を向上させるためには、蒸気抽気ライン１３０の抽気量を減少させる必要がある。上記構成によれば、この場合、第１燃料制御部９１は第１燃料供給量を減少させ、第２燃料制御部９２は第２燃料供給量を増大させて、ガスタービン９の出力を維持する。タービン入口温度が既定の温度を超えないように、すなわちタービン入口から後流に位置するタービン翼などの高温部品の耐熱温度を超えないように第２燃料は供給される必要があるが、第２燃料の単位質量当たりの発熱量が低いので、第２燃料の許容上限供給量は第１燃料の許容上限供給量に比べて高い。つまり、第２燃料の供給によって、ガスタービン９の出力の維持は十分に可能になるので、需要体蒸気供給量を従来よりも増大させることができる。以上より、需要体蒸気供給量を増大させても、ガスタービン９の出力を維持できるコジェネシステム１００が実現される。

【0040】

また、第１燃料が、天然ガス若しくはオフガスなどのガス燃料、または、水素ガスを主燃料とする水素ガス燃料となる実施形態によれば、第１燃料の専焼がなされる場合および第１燃料が重油などの油燃料である場合に比べて、炭素排出量を低減することができる。

【0041】

また、第２燃料が、アンモニアまたはメタノールのいずれかを主成分とする燃料である実施形態によれば、第２燃料の燃焼によって生じる水の蒸発潜熱によって、燃焼器出口温度の上昇を抑制できる。第１燃料専焼時の燃焼器投入エネルギーと同等になるように第１燃料供給量を減少させ、かつ第２燃料供給量を増大させてもタービン入口温度の上昇を抑制できるので、第２燃料の許容上限供給量を高めることができる。従って、蒸気抽気ライン１３０による蒸気の抽気量をより低減することができ、需要体蒸気供給量をさらに増大させることができる。
特に、第２燃料としてアンモニアを第１燃料に混焼する場合、アンモニアは第１燃料と比べ発熱量が４０％程度と低い水素化合物（高水素化合物）であるため、第２燃料流量を増加させても燃焼温度の上昇を抑制でき、第２燃料の許容上限供給量をより高めることが可能となり、さらなる出力維持または増出力運転が可能となる。一方、燃料用アンモニアの価格が現状高価であることを踏まえると、熱電可変型ガスタービンコジェネの蒸気需要体側の蒸気増加、出力維持運用においては、アンモニアタンクに燃料用アンモニアを貯蔵し、オンサイト発電が可能なスポット運用になると想定される。なお今後、水素キャリア、脱炭素化燃料の普及で燃料用アンモニアの価格低減も期待でき、各ユーザは燃料転換の意向を示している。

【0042】

蒸気抽気ライン１３０によって蒸気がガスタービン９に供給されるため、ガスタービン９の排ガス１３に含まれる水分が増大する。この点、コジェネシステム１００が水回収システム４０と補給水タンク１７を備える実施形態によれば、水回収システム４０によって回収された水分を排熱回収ボイラ１４に供給されるボイラ給水として再利用でき、コジェネシステム１００は造水プラントとしても機能することができる。水回収システム４０での回収水は、排ガス１３中の水分（燃焼生成水分、蒸気噴射水分）である。蒸気噴射水分は、回収され再利用されるという効果があり、また燃焼生成水分は造水効果がある。

【0043】

＜コントローラ９０の追加的な機能構成＞
図５で示される第２燃料制御部９２は、圧縮機１における圧力比が、圧縮機１におけるサージングを回避するための許容上限圧力比を下回る条件を充足させながら、第１燃料供給量を減らしかつ第２燃料供給量を増やすように構成されてもよい。より詳細には、圧縮機１における圧力比が許容上限圧力比以下となるよう、第１燃料制御部９１は第１燃料流調弁１５３の開度を減らし、第２燃料制御部９２は第２燃料流調弁１５４の開度を増大させてもよい。上記構成によれば、圧縮機１のサージングを回避しつつ、ガスタービン９の出力を維持することができる。また、蒸気抽気ライン１３０による蒸気の抽気量を従来よりも低減させることができる分、圧縮機１の出口側の圧力を従来よりも低減させることができるので、圧縮機１のサージングをより確実に回避することが可能になる。

【0044】

本開示の必須の構成要素ではないが、コントローラ９０は圧力比判定部９７をさらに備え、第２燃料制御部９２は第２燃料低減制御部９９を含む。圧力比判定部９７は、圧縮機１の圧力比を計測するための上述した空気圧力計測器６１の計測結果に基づいて算出される圧力比が、許容上限圧力比以下であるかを判定するように構成される。本例の圧力比判定部９７は、圧縮機入口空気圧力計測器６２と圧縮機出口空気圧力計測器６３の計測結果に基づいて圧力比を算出する。第２燃料低減制御部９９は、圧力比が許容上限圧力比を上回ると判定された場合、第２燃料供給量を低減させる制御を実行するように構成される。より詳細には、第２燃料低減制御部９９は第２燃料流調弁１５４の開度を低減させる制御を実行するように構成される。

【0045】

上記構成によれば、圧力比判定部９７が許容上限圧力比と実際の圧力比とを比較するので、圧縮機１のサージングをより確実に回避することができる。なお、空気圧力計測器６１は圧縮機入口空気圧力計測器６２を含まなくてもよい。この場合、圧力比判定部９７は、例えば特定のウェブサイトにおいて開示される気象データを取得することで、圧縮機１の入口空気圧力を取得してもよい。この場合であっても実際の圧力比に基づいた判定を圧力比判定部９７は実行できる。

【0046】

上述の燃料供給量取得部９３は、蒸気流量計６６によって計測される需要体蒸気供給量が需要体蒸気増加指令によって示される需要体蒸気供給量に到達したと判定された後に計測されるガスタービン９の出力と、ガスタービン９の目標出力とに基づいて、第２燃料供給量を取得してもよい。そして、第２燃料制御部９２は、燃料供給量取得部９３によって取得された第２燃料供給量だけ第２燃料が供給されるよう、第２燃料流調弁１５４を制御してもよい。

【0047】

上記構成によれば、需要体蒸気増加指令に基づく蒸気が蒸気需要体１０に供給されるようになった後、ガスタービン９の実際の出力に基づいて第２燃料供給量は増大する。よって、蒸気需要体１０に供給する蒸気量を増やしても、ガスタービン９の出力を確実に維持できる。

【0048】

＜コジェネシステム１００の運転方法＞
図６、図７は、本開示の一実施形態に係るコジェネシステム制御処理を示すフローチャートであり、コジェネシステム１００の運転方法の一例を示す。コジェネシステム制御処理は、需要体蒸気供給量を増やし、且つ、第１燃料供給量を減少させ、第２燃料供給量を増加させることで第２燃料混焼率を上昇させるための制御処理である。この制御処理は、コントローラ９０のプロセッサによって実行される。以下の説明では、「コントローラ９０のプロセッサ」を「プロセッサ」と略記し、「ステップ」を「Ｓ」と略記する場合がある。なお、コジェネシステム制御処理の開始前、燃焼器３では第１燃料と第２燃料との混焼が既に起こっている。

【0049】

はじめに、プロセッサは、需要体蒸気増加指令を取得し（Ｓ１１）、ガスタービン出力指令を取得する（Ｓ１３）。Ｓ１１を実行するプロセッサは、需要体指令取得部９４の一例である。Ｓ１３において取得されるガスタービン出力指令は、需要体蒸気供給量が需要体蒸気増加指令に応じて増大した後においてもガスタービン出力を維持するための目標発電量を示す。

【0050】

プロセッサは、Ｓ１１で取得された需要体蒸気供給量と、Ｓ１３で取得されたガスタービン出力指令に基づき、第２燃料混焼率を仮決定する（Ｓ１５）。例えば、需要体蒸気供給量によって規定される蒸気抽気ライン１３０の抽気量（より詳細には上流側蒸気供給量）と、ガスタービン出力指令によって示される目標発電量とが所定のソフトウェアモジュールに入力され、プロセッサはソフトウェアモジュールから出力される第２燃料混焼率を取得する。ソフトウェアモジュールは、関数式、データテーブル、または、機械学習を終えた学習モデルを記憶する演算装置であり、当該演算装置はコントローラ９０に組み込まれてもよい。コントローラ９０は、演算装置に記憶される関数式、データテーブル、または、学習モデルを用いて、仮の第２燃料混焼率を取得する。

【0051】

プロセッサは、Ｓ１５で仮決定された第２燃料混焼率に基づいて、上流側蒸気供給量を低減させる制御を実行する（Ｓ１７）。より詳細には、プロセッサは、仮決定された第２燃料混焼率において発生すると推定されるＮＯｘ量を算出し、さらに、タービン出口におけるＮＯｘ量を目標値にするための上流側蒸気量を算出する。このような算出は、プロセッサが所定のソフトウェアモジュールを利用することで実現可能である。そして、プロセッサは、算出された上流側蒸気供給量が実現されるよう、上流側蒸気流調弁１３１Ｂの開度を小さくする制御を実行する。さらに詳細な具体例を挙げると、Ｓ１５で仮決定される第２燃料混焼率は、現在の第２燃料混焼率よりも高い値であり、第１燃料供給量を減らす必要がある。燃焼器３にて発生するＮＯｘの量は低減することとなるので、プロセッサは弁開度を低減させる制御信号を上流側蒸気流調弁１３１Ｂに送り。上流側蒸気供給量は低減する。Ｓ１７を実行するプロセッサは、上流側蒸気制御部８１の一例である。

【0052】

プロセッサは、ガスタービン出口の実際のＮＯｘ排出量が目標値以下になるかをタービン出口ＮＯｘ計測器６９の計測結果に基づき判定する（Ｓ１９）。計測により求まる実際のＮＯｘ排出量が目標値を上回ると判定された場合（Ｓ１９：ＮＯ）、プロセッサは、上流側蒸気流調弁１３１Ｂの開度を増加させる制御を実行する（Ｓ２１）。上流側蒸気供給量は増大し、プロセッサは処理をＳ１９に戻す。

【0053】

実際のＮＯｘ排出量が目標値以下になると判定された場合（Ｓ１９：ＹＥＳ）、プロセッサは、Ｓ１１で取得された需要体蒸気増加指令に基づき、需要体蒸気供給量が増大するよう蒸気流調弁２１Ｂの開度を増大させる制御を実行する（Ｓ２３）。Ｓ２３を実行するプロセッサは蒸気供給ライン制御部９５の一例である。

【0054】

プロセッサは、Ｓ１１で取得された需要体蒸気増加指令に基づいて、下流側蒸気流調弁１３２Ｂの開度を制御する（Ｓ２５）。より詳細には、プロセッサは、需要体蒸気増加指令によって示される需要体蒸気供給量の増分に応じて下流側蒸気供給量が低減するよう、下流側蒸気流調弁１３２Ｂの開度を低減させる制御を実行する。Ｓ２５を実行するプロセッサは、下流側蒸気制御部８２の一例である。

【0055】

プロセッサは、圧縮機１における圧力比が許容上限圧力比以下であるかを空気圧力計測器６１の計測結果に基づき判定する（Ｓ２７）。圧力比が許容上限圧力比を上回ると判定されると（Ｓ２７：ＮＯ）、プロセッサは、下流側蒸気流調弁１３２Ｂの開度を低減させる制御を実行する（Ｓ２９）。下流側蒸気供給量は低減し、ガスタービン９の出力は低減する。プロセッサは処理をＳ２７戻す。

【0056】

圧力比が許容上限圧力比以下であると判定されると（Ｓ２７：ＹＥＳ）、プロセッサは、現在の需要体蒸気供給量が、Ｓ１１で取得された需要体蒸気増加指令によって示される目標需要体蒸気供給量に到達したかを、蒸気流量計６６の計測結果に基づき判定する（Ｓ３１）。現在の需要体蒸気供給量が目標需要体蒸気供給量に到達していないと判定された場合（Ｓ３１：ＮＯ）、プロセッサは、蒸気流調弁２１Ｂの開度を増大させる制御を実行する（Ｓ３３）。需要体蒸気供給量は増大し、プロセッサは処理をＳ３１に戻す。Ｓ３３の実行時、下流側蒸気流調弁１３２Ｂの開度を低減させる制御が併せて実行されてもよい。

【0057】

現在の需要体蒸気供給量が目標需要体蒸気供給量に到達したと判定された場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）、需要体蒸気増加指令によって示される量の蒸気が蒸気需要体１０に供給されていると判定されたこととなる。この場合、プロセッサは、現在のガスタービン出力と、ガスタービン９の目標出力とに基づいて、第２燃料混焼率を決定する（Ｓ３５）。より詳細には、発電機出力計測器６５によって計測される現在の発電量と、Ｓ１３で取得されたガスタービン出力指令が示す目標発電量との偏差を規定値未満にするための第２燃料混焼率をプロセッサは決定する。Ｓ３５を実行するプロセッサは、燃料供給量取得部９３の一例である。

【0058】

プロセッサは、Ｓ３５で決定された第２燃料混焼率が実現されるよう、第１燃料供給量を制御し（Ｓ３７）、且つ、第２燃料供給量を制御する（Ｓ３９）。Ｓ３７では、第１燃料流調弁１５３の開度を低減させる制御が実行され、Ｓ３９では第２燃料流調弁１５４の開度を増大させる制御が実行される。Ｓ３７を実行するプロセッサは第１燃料制御部９１の一例であり、Ｓ３９を実行するプロセッサは第２燃料制御部９２の一例である。

【0059】

プロセッサは、圧縮機１における圧力比が許容上限圧力比以下であるかを空気圧力計測器６１の計測結果に基づき判定する（Ｓ４１）。Ｓ４１の処理はＳ２７の処理と同様である。圧力比が許容上限圧力比を上回ると判定された場合（Ｓ４１：ＮＯ）、プロセッサは、第２燃料混焼率を再設定し（Ｓ４３）、第１燃料供給量と第２燃料供給量を制御し（Ｓ４５）、処理をＳ４１に戻す。Ｓ４３では、目標発電量をより低い値に更新する処理が実行される。Ｓ４５では、第１燃料供給量と第２燃料供給量がいずれも低減するよう、第１燃料流調弁１５３の開度と第２燃料流調弁１５４の開度を低減させる処理が実行される。

【0060】

圧力比が許容上限圧力比以下であると判定された場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）、プロセッサは、ガスタービン９の出力である発電量が目標発電量と一致するかを、発電機出力計測器６５の計測結果に基づき判定する（Ｓ４７）。発電機出力計測器６５によって計測される発電量が目標発電量に一致しないと判定された場合（Ｓ４７：ＮＯ）、プロセッサは、上述したＳ４３に処理を戻す。例えば、計測される発電量が目標発電量よりも低い場合には、Ｓ４５において目標発電量をより低い値に更新する処理が実行される。計測される発電量が目標発電量に一致すると判定された場合（Ｓ４７：ＹＥＳ）、プロセッサはコジェネシステム制御処理を終了する。

【0061】

＜コジェネシステム１００の改造方法＞
図１、図８、図９を参照し、コジェネシステム１００の改造方法を例示する。図８は、本開示の一実施形態に係るコジェネシステム１００の改造方法を示すフローチャートである。図９は、本開示の一実施形態に係る改造前のコジェネシステム１００であるコジェネシステム１００Ａを示す概略図である。図９で示されるコジェネシステム１００Ａは、図１に示される第２燃料供給設備５２を備えない点と、燃焼器３に代えて燃焼器３Ａを備える点と、コントローラ９０に代えてコントローラ９０Ａを備える点で、コジェネシステム１００とは異なる。燃焼器３Ａは、第１燃料が専ら燃焼するように構成される。コントローラ９０Ａは、燃料として専ら第１燃料が燃焼器３Ａに供給されるように第１燃料供給設備５１を制御するように構成される。

【0062】

改造前のコジェネシステム１００Ａに対して以下の工程が実行されることで、コジェネシステム１００は完成する。はじめに、燃焼器３Ａを燃焼器３に交換する燃焼器交換工程が実行される（Ｓ１０１）。次いで、第２燃料供給設備５２を追設する燃焼供給設備追設工程が実行される（Ｓ１０３）。次いで、コントローラ９０Ａをコントローラ９０に変更するコントローラ変更工程（Ｓ１０５）が実行される。Ｓ１０５では、コントローラ９０Ａのソフトウェアの変更が行われてもよいし、コントローラ９０Ａをコントローラ９０に物理的に交換する変更が行われてもよい。Ｓ１０１～Ｓ１０５の実行により、コジェネシステム１００Ａをコジェネシステム１００に改造することができる。Ｓ１０１、Ｓ１０３は、人によって実行されてもよいし、人が操作する作業用ロボットによって実行されてもよい。Ｓ１０５は、人がソフトウェアを改変することによって実行されてもよい。あるいは、コントローラ９０Ａ，９０の交換作業を人が行うことでＳ１０５は実行されてもよい。

【0063】

＜まとめ＞
上述した幾つかの実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

【0064】

１）本開示の少なくとも一実施形態に係るガスタービンコジェネレーションシステム（１００）は、
圧縮機（１）、燃焼器（３）、および、タービン（２）を含むガスタービン（９）と、
前記燃焼器（３）に第１燃料を供給するための第１燃料供給設備（５１）と、
単位質量における発熱量が前記第１燃料よりも低い第２燃料を供給するための第２燃料供給設備（５２）と、
前記タービン（２）から排出される排ガス（１３）を用いて蒸気を生成するための排熱回収ボイラ（１４）と、
前記排熱回収ボイラ（１４）から排出される前記蒸気を蒸気需要体（１０）に供給するための蒸気供給ライン（２１）と、
前記蒸気供給ライン（２１）から抽気した前記蒸気を、前記燃焼器（３）におけるヘッドエンド（２４）側及び前記ヘッドエンド（２４）よりも前記タービン（２）側の双方に供給するための蒸気抽気ライン（１３０）と、
前記蒸気抽気ライン（１３０）による前記蒸気の抽気量の減少に伴い前記第１燃料の供給量が減少し、かつ前記第２燃料の供給量が増大するよう、前記第１燃料供給設備（５１）及び前記第２燃料供給設備（５２）を制御するための燃料制御部（第１燃料制御部９１、第２燃料制御部９２）と、
を備える。

【0065】

蒸気需要体（１０）に供給する蒸気量を増大させるためには、蒸気抽気ライン（１３０）による蒸気の抽気量を減少させる必要がある。上記１）の構成によれば、この場合、第１燃料制御部（９１）は第１燃料の供給量を減少させ、第２燃料制御部（９２）は第２燃料の供給量を増大させて、ガスタービン（９）の出力を維持する。タービン入口温度が既定の温度すなわち後流のタービン翼などに関して元々設定されている耐熱温度を超えないように第２燃料は供給される必要があるが、第２燃料の単位質量当たりの発熱量が低いので、第２燃料の許容上限供給量は第１燃料の許容上限供給量に比べて高い。つまり、第２燃料の供給によって、ガスタービン（９）の出力の維持は十分に可能になるので、蒸気需要体（１０）に供給する蒸気量を従来よりも増大させることができる。以上より、タービン出力増強のために燃焼器内に噴射する蒸気を減らして蒸気需要体（１０）に供給する蒸気量を増大させても、ガスタービン（９）の出力を維持できるガスタービンコジェネレーションシステム（１００）が実現される。

【0066】

２）幾つかの実施形態では、上記１）に記載のガスタービンコジェネレーションシステム（１００）であって、
前記燃料制御部（第１燃料制御部９１及び第２燃料制御部９２）は、前記圧縮機（１）における圧力比が許容上限圧力比未満となる条件を充足させながら、前記第１燃料の供給量を減らし、かつ前記第２燃料の供給量を増やすように構成される。

【0067】

上記２）の構成によれば、圧縮機（１）のサージングを回避しつつ、ガスタービン（９）の出力を維持することができる。また、蒸気抽気ライン（１３０）による蒸気の抽気量を従来よりも低減させることができる分、圧縮機（１）の出口側の圧力を従来よりも低減させることができるので、圧縮機（１）のサージングをより確実に回避することが可能になる。

【0068】

３）幾つかの実施形態では、上記２）に記載のガスタービンコジェネレーションシステム（１００）であって、
前記圧縮機（１）の前記圧力比を計測するための空気圧力計測器（６１）の計測結果に基づいて算出される前記圧力比が前記許容上限圧力比以下であるかを判定するための圧力比判定部（９７）をさらに備え、
前記燃料制御部（第２燃料制御部９２）は、前記圧力比が前記許容上限圧力比を上回ると判定された場合、前記第２燃料の供給量を低減させるための第２燃料低減制御部（９９）を含む。

【0069】

上記３）の構成によれば、圧力比判定部（９７）が許容上限圧力比と実際の圧力比とを比較するので、圧縮機（１）のサージングをより確実に回避することができる。

【0070】

４）幾つかの実施形態では、上記１）から３）のいずれかに記載のガスタービンコジェネレーションシステム（１００）であって、
前記蒸気需要体（１０）への前記蒸気の供給量を増加させるための需要体蒸気増加指令によって示される量の前記蒸気が供給されていると判定された後に計測される前記ガスタービン（９）の出力と、前記ガスタービン（９）の目標出力とに基づいて、前記第２燃料の供給量を取得する燃料供給量取得部（９３）をさらに備え、
前記燃料制御部（第２燃料制御部９２）は、前記燃料供給量取得部（９３）によって取得された前記供給量だけ前記第２燃料が供給されるよう、前記第２燃料供給設備（５２）を制御するように構成される。

【0071】

上記４）の構成によれば、需要体蒸気増加指令に基づく蒸気が蒸気需要体（１０）に供給されるようになった後、実際のガスタービン（９）出力に基づいて第２燃料の供給量は増大する。よって、蒸気需要体（１０）に供給する蒸気量を増やしても、ガスタービン（９）の出力を確実に維持できる。

【0072】

５）幾つかの実施形態では、上記１）から４）のいずれかに記載のガスタービンコジェネレーションシステム（１００）であって、
前記排熱回収ボイラ（１４）の前記排ガスと冷媒水との熱交換によって前記排ガスから水分を回収するための水回収システム（４０）と、
前記水回収システム（４０）によって回収された回収水を、前記排熱回収ボイラ（１４）に供給するためのボイラ給水を貯める補給水タンク（１７）と、
をさらに備える。

【0073】

蒸気抽気ライン（１３０）によって蒸気がガスタービン（９）に供給されるため、ガスタービン（９）の排ガスに含まれる水分が増大する。この点、上記５）の構成によれば、水回収システム（４０）によって回収された水分を排熱回収ボイラ（１４）に供給されるボイラ給水として再利用でき、ガスタービンコジェネレーションシステム（１００）は造水プラントとしても機能することができる。

【0074】

６）幾つかの実施形態では、上記１）から５）のいずれかに記載のガスタービンコジェネレーションシステム（１００）であって、
前記第１燃料は、天然ガス、オフガス、または、水素ガスを主成分とする水素ガス燃料のいずれかである。

【0075】

上記６）の構成によれば、第１燃料が重油などの油燃料である場合に比べて、炭素排出量を低減することができる。

【0076】

７）幾つかの実施形態では、上記１）から６）のいずれかに記載のガスタービンコジェネレーションシステム（１００）であって、
前記第２燃料は、アンモニアまたはメタノールのいずれかを主成分とする燃料である。

【0077】

上記７）の構成によれば、第２燃料の燃焼によって生じる水の蒸発潜熱によって、燃焼器（３）出口温度の上昇を抑制できる。第２燃料の供給量を増大させてもタービン入口温度の上昇を抑制できるので、第２燃料の許容上限供給量を高めることができる。従って、蒸気抽気ライン（１３０）による蒸気の抽気量をより低減することができる結果、蒸気需要体（１０）に供給する蒸気量をさらに増大させることができる。

【0078】

８）本開示の少なくとも一実施形態では、ガスタービンコジェネレーションシステム（１００）の運転方法であって、
前記ガスタービンコジェネレーションシステム（１００）は、
圧縮機（１）、燃焼器（３）、および、タービン（２）を含むガスタービン（９）と、
前記燃焼器（３）に第１燃料を供給するための第１燃料供給設備と、
単位質量における発熱量が前記第１燃料よりも低い第２燃料を供給するための第２燃料供給設備（５２）と、
前記タービン（２）から排出される排ガスを用いて蒸気を生成するための排熱回収ボイラ（１４）と、
前記排熱回収ボイラ（１４）から排出される前記蒸気を蒸気需要体（１０）に供給するための蒸気供給ライン（２１）と、
前記蒸気供給ライン（２１）から抽気した前記蒸気を、前記燃焼器（３）におけるヘッドエンド（２４）側及び前記ヘッドエンド（２４）よりも前記タービン（２）側の双方に供給するための蒸気抽気ライン（１３０）と、
を含み、
前記蒸気抽気ライン（１３０）による前記蒸気の抽気量の減少に伴い、前記第１燃料の供給量が減少し、かつ前記第２燃料の供給量が増大するよう、前記第１燃料供給設備（５１）及び前記第２燃料供給設備（５２）を制御するための燃料制御ステップ（Ｓ３７、Ｓ３９）を備える。

【0079】

上記８）の構成によれば、上記１）と同様の理由により、蒸気需要体（１０）に供給する蒸気量を増やしても、ガスタービン（９）の出力を維持できるガスタービンコジェネレーションシステム（１００）の運転方法が実現される。

【0080】

９）本開示の少なくとも一実施形態では、ガスタービンコジェネレーションシステム（１００Ａ）の改造方法であって、
前記ガスタービンコジェネレーションシステム（１００Ａ）は、
圧縮機（１）、燃焼器（３Ａ）、および、タービン（２）を含むガスタービン（９）と、
前記燃焼器（３Ａ）に第１燃料を供給するための第１燃料供給設備（５１）と、
前記タービン（２）から排出される排ガスを用いて蒸気を生成するための排熱回収ボイラ（１４）と、
前記排熱回収ボイラ（１４）から排出される前記蒸気を蒸気需要体（１０）に供給するための蒸気供給ライン（２１）と、
前記蒸気供給ライン（２１）から抽気した前記蒸気を、前記燃焼器（３Ａ）におけるヘッドエンド（２４）側及び前記ヘッドエンド（２４）よりも前記タービン（２）側の双方に供給するための蒸気抽気ライン（１３０）と、
を含み、
前記第１燃料が専ら燃焼するように構成される前記燃焼器（３Ａ）を、前記第１燃料と、単位質量における発熱量が前記第１燃料よりも低い第２燃料とが混焼するように構成される燃焼器（３）に交換する燃焼器交換工程（Ｓ１０１）と、
前記第２燃料を供給するための第２燃料供給設備（５２）を追設する燃料供給設備追設工程（Ｓ１０３）と、
燃料として専ら前記第１燃料が供給されるように前記第１燃料供給設備を制御するためのコントローラ（９０Ａ）を、前記蒸気抽気ライン（１３０）による前記蒸気の抽気量の減少に伴い前記第１燃料の供給量が減少し、かつ前記第２燃料の供給量が増大するよう、前記第１燃料供給設備（５１）および前記第２燃料供給設備（５２）を制御するためのコントローラ（９０）に変更するコントローラ変更工程（Ｓ１０５）と、
を備える。

【0081】

上記９）の構成によれば、上記１）と同様の理由により、蒸気需要体（１０）に供給する蒸気量を増やしても、ガスタービン（９）の出力を維持できるガスタービンコジェネレーションシステム（１００Ａ）の改造方法が実現される。

【符号の説明】

【0082】

１ ：圧縮機
２ ：タービン
３，３Ａ ：燃焼器
３Ａ ：燃焼器
９ ：ガスタービン
１０ ：蒸気需要体
１３ ：排ガス
１４ ：排熱回収ボイラ
１７ ：補給水タンク
２１ ：蒸気供給ライン
２４ ：ヘッドエンド
４０ ：水回収システム
５１ ：第１燃料供給設備
５２ ：第２燃料供給設備
６１ ：圧力計測器
６２ ：圧縮機入口空気圧力計測器
６３ ：圧縮機出口空気圧力計測器
９０，９０Ａ ：コントローラ
９３ ：燃料供給量取得部
９７ ：圧力比判定部
９９ ：第２燃料低減制御部
１００，１００Ａ ：コジェネシステム（ガスタービンコジェネシステム）
１３０ ：蒸気抽気ライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】