JP2005207292A - Air intake/ dust collecting device and air intake/ dust collecting method for gas turbines - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、吸気(吸気ガス)中に含まれる煤塵等の不純物を除去するとともに冷却効果を有したガスタービン用吸気集塵装置および吸気集塵方法に関する。 The present invention relates to an intake dust collection apparatus and an intake dust collection method for a gas turbine that removes impurities such as dust contained in intake air (intake gas) and has a cooling effect.
ガスタービン(GT)では、空気を大量に吸い込み、その空気を圧縮器で圧縮してから燃料を添加して使用する。通常、このガスタービンには、タービン翼等の汚れによる出力低下防止を図るため、吸気側にエアフィルター(A/F)を配置する等、清浄な空気を供給する処置が施されている(特許文献1参照)。
しかしながら、エアフィルターはろ過集塵であるために、集塵した濾布は経時的に目詰まり等によって消耗品となり、新品に交換する必要が生じる。そのため、エアフィルターの濾布を交換する作業が定期的に行われ、新品交換費などが発生し、ランニングコストを悪化させる問題があった。そして、使用された濾布については、廃棄物として処理する必要があり、廃棄処理費などが発生していた。
また、吸気側にエアフィルターを配置するシステムでは、吸気に際しての抵抗が発生してしまう。特に、ガスタービンの前段において大空気量を吸気する場合、フィルターの空気抵抗によって圧力損失が大きくなってしまうという問題があった。そして、ガスタービンシステムでは、吸気に伴う動力費のロスに繋がってしまっていた。
In a gas turbine (GT), a large amount of air is sucked, and the air is compressed by a compressor before adding fuel. Usually, this gas turbine is provided with clean air supply measures such as arranging an air filter (A / F) on the intake side in order to prevent output reduction due to dirt on the turbine blades (patent) Reference 1).
However, since the air filter is filtered and collected, the collected filter cloth becomes a consumable product due to clogging or the like over time and needs to be replaced with a new one. For this reason, the work of replacing the filter cloth of the air filter is periodically performed, and there is a problem in that a new article replacement cost is generated and the running cost is deteriorated. And it was necessary to process the used filter cloth as a waste, and the disposal cost etc. had generate | occur | produced.
Further, in a system in which an air filter is arranged on the intake side, resistance during intake occurs. In particular, when a large amount of air is sucked in the front stage of the gas turbine, there is a problem that the pressure loss increases due to the air resistance of the filter. And in the gas turbine system, it has led to the loss of the power cost accompanying intake.
一方、ガスタービン前段には吸気ガス冷却装置を設けることで、吸気を冷却してガスの比重を増大させることにより、GTの効率、出力が向上することが知られている(特許文献2、特許文献3等)。特に、吸気する空気温度が高い夏場では、高出力運転を行うために吸気ガス温度を低下させることが有効である。そしてガス冷却は、タービン翼の温度に一定の制限があることからも好ましい。
この効率向上を目的としては、吸気に水を噴霧することにより水の潜熱で吸気ガス温度を下げる装置が考えられる(特許文献2参照)。
しかしながら、水を噴霧したガスでは、随伴する水ミストあるいは氷微粒子等によりGTタービンを損傷する問題が生じる。また、上記したようにガスタービン前段でエアフィルターを用いる場合、水ミストにより目詰まりの問題がより多く発生し、交換作業や廃棄物処理がより多く必要となる。
また、水を噴霧する代わりに、LNGなどの冷熱を利用した熱交換器によりガスを冷却し、吸気ガス温度を下げる装置も考えられる(特許文献3参照)。
しかしながら、熱交換器を用いる場合、冷却によりガス中の水分が伝熱面表面に凝縮・付着する。この凝縮した水がミストとなり吸気に随伴し、ガスタービンを損傷する問題が生じる。また、上記したエアフィルターを用いる場合、水ミストにより目詰まりの問題がより多く発生してしまう。
また、夏場などでは温度の高い昼間にピーク電力が必要とされ、ガスタービンも高い出力が要求されるが、夜間はさほど電力を必要としないため、ピーク電力の対策としての負荷平準化の必要性からは昼間だけの高出力化の要請もある。
On the other hand, it is known that by providing an intake gas cooling device in the front stage of the gas turbine, the efficiency and output of the GT are improved by cooling the intake air and increasing the specific gravity of the gas (Patent Document 2, Patent)
For the purpose of improving the efficiency, a device that lowers the intake gas temperature by the latent heat of water by spraying water into the intake air can be considered (see Patent Document 2).
However, the gas sprayed with water has a problem of damaging the GT turbine due to the accompanying water mist or ice fine particles. Further, as described above, when an air filter is used in the upstream stage of the gas turbine, more clogging problems occur due to water mist, and more replacement work and waste disposal are required.
Further, instead of spraying water, a device is also conceivable in which the gas is cooled by a heat exchanger using cold heat such as LNG to lower the intake gas temperature (see Patent Document 3).
However, when a heat exchanger is used, moisture in the gas condenses and adheres to the heat transfer surface due to cooling. This condensed water becomes a mist and accompanies the intake air, causing a problem of damaging the gas turbine. In addition, when the above-described air filter is used, more clogging problems occur due to water mist.
Also, in summertime, peak power is required during the daytime when the temperature is high, and the gas turbine is also required to have high power output. However, since it does not require much power at night, there is a need for load leveling as a countermeasure for peak power. There is also a demand for higher output only during the daytime.
本発明者らは、上記問題点に鑑み、吸い込んだガスを清浄化させるとともに、吸い込んだガスを冷却させてそのガス密度を高め、出力のより一層の向上を可能とする吸気装置を開発すべく、鋭意検討した。この際、吸気に際しては装置内の抵抗による圧力損失が少なく、吸気に伴う動力費が少なくて足りることも重要である。
その結果、本発明者らは、エアフィルターを用いず、噴霧水による冷却領域(冷却ゾーン)の後段に電気集塵器を組み合わせた吸気集塵装置によって、かかる問題点が一気に解決されて、ガスタービンの出力低下や翼の損傷等が回避され、システムのランニングコスト低減及びガス冷却効率の向上が図れることを見出した。本発明は、かかる見地より完成されたものである。
In view of the above problems, the present inventors have developed an intake device that cleans the sucked gas and cools the sucked gas to increase the gas density and further improve the output. , Earnestly studied. At this time, it is also important that the pressure loss due to the resistance in the apparatus is small at the time of intake, and the power cost associated with intake is small.
As a result, the present inventors solved this problem all at once by using an intake air dust collector in which an electrostatic precipitator was combined in the subsequent stage of the cooling area (cooling zone) with spray water without using an air filter, It has been found that a reduction in turbine output and blade damage can be avoided, and that the running cost of the system can be reduced and the gas cooling efficiency can be improved. The present invention has been completed from such a viewpoint.
すなわち、本発明は、ガスタービンの前段に設置され、吸気を冷却してから除塵するガスタービン用吸気集塵装置であって、冷熱源に接続されて水を冷却する、冷却手段と、該冷却手段で冷却された水を吸気に噴霧する、噴霧手段と、噴霧された水と吸気とを接触させる、冷却ゾーンと、該冷却ゾーンの後段に設けられ、水と接触した吸気ガス中の成分を静電気により回収除去する、電気集塵器と、を備えるガスタービン用吸気集塵装置を提供するものである。本発明の装置は、吸気を冷水で冷却し、その冷却時に発生する凝縮ミスト類の除去および吸気自体に含まれているダストの除塵を兼ね備えた装置である。ここで、電気集塵器により回収除去される吸気ガス中の成分には、吸気に含まれていた煤塵等の他に、前段の噴霧手段で噴霧された水のミストも含まれる。
本発明の装置は、例えば冷却塔を設置して、その冷却塔内の上部に前記噴霧手段、該冷却塔内の下部に前記冷却手段を設けることができる。電気集塵器の下部には、通常、水ミストや洗浄水等を貯える液回収部が設けられている。そして、この液回収部の後流には、貯えられた液を分離回収するSS(浮遊物質)除去装置を設けることができる。
That is, the present invention is an intake dust collector for a gas turbine that is installed in a front stage of a gas turbine and removes dust after cooling the intake air, and is connected to a cold heat source to cool water, and the cooling means Spraying the water cooled by the means to the intake air, the spray means, the sprayed water and the intake air are brought into contact with each other, a cooling zone, and a component in the intake gas that is provided in the subsequent stage of the cooling zone and in contact with the water. An intake dust collecting apparatus for a gas turbine including an electrostatic precipitator that collects and removes by static electricity is provided. The apparatus of the present invention is an apparatus that cools the intake air with cold water, removes condensed mist generated during the cooling, and removes dust contained in the intake air itself. Here, the components in the intake gas collected and removed by the electric precipitator include mist of water sprayed by the preceding spraying means in addition to the dust etc. contained in the intake air.
In the apparatus of the present invention, for example, a cooling tower can be installed, and the spraying means can be provided in the upper part of the cooling tower, and the cooling means can be provided in the lower part of the cooling tower. In the lower part of the electric dust collector, a liquid recovery part for storing water mist, washing water and the like is usually provided. Further, an SS (floating matter) removing device that separates and collects the stored liquid can be provided downstream of the liquid recovery unit.
本発明のガスタービン用吸気集塵装置では、前記噴霧手段で噴霧された水を回収し、循環水として再度噴霧する循環ラインを備える態様が好適である。この場合、前記噴霧手段で噴霧された水を、前記冷却手段を介さずに分離回収する、分離手段を更に備えることもできる。また、前記噴霧手段に加えて、前記冷却ゾーンを介さずに前記循環水を前記冷却手段へ供給する冷却供給ライン19を備え、前記噴霧手段へ送る循環水の流量と、該冷却供給ラインへ送る循環水の流量とを調整できるバルブ機構を有する態様も可能である。これにより、噴霧された循環水を冷却手段のゾーンと、それをバイパスするゾーンに分けて、夜間の電力を必要としない時間帯においては、循環水を冷却手段を通さず、冷熱源からの冷熱によって水を冷却して凍結させ、昼間の電力を必要とする時間帯においては、凍結した冷却手段に循環水を流すことにより、効率よく氷を解凍させ、循環水を冷却することができる。
また、前記循環ラインに温度計測器が設置されており、循環水の温度によってバルブの開閉度を調整できるように、該温度計測器と前記バルブ機構とが接続されている態様も好ましい。この態様では、循環水のラインの温度を計測し、循環水の温度コントロールを上記バルブで実施することができる。
In the gas turbine intake dust collecting apparatus of the present invention, an aspect including a circulation line for collecting water sprayed by the spraying means and spraying it again as circulating water is preferable. In this case, the water sprayed with the said spraying means can further be equipped with the isolation | separation means which isolate | separates and collects without passing through the said cooling means. Further, in addition to the spraying means, a
In addition, it is also preferable that a temperature measuring device is installed in the circulation line, and the temperature measuring device and the valve mechanism are connected so that the opening / closing degree of the valve can be adjusted by the temperature of the circulating water. In this embodiment, the temperature of the circulating water line can be measured, and the temperature of the circulating water can be controlled by the valve.
さらに、本発明は、ガスタービンの前段にて、吸気を冷却してから除塵する吸気集塵方法であって、冷熱源からの冷熱によって水を冷却する、冷却工程と、該冷却工程で冷却された水を吸気へ噴霧する、噴霧工程と、水と接触した吸気ガス中の成分を静電気により回収除去する、電気集塵工程と、を含む吸気集塵方法を提供するものである。ここで、前記噴霧工程にて噴霧された水は、前記冷却工程を経て冷却してから回収し、循環水として再度噴霧工程で用いる態様が好ましい。また、循環水には、前記冷却工程を経て冷却された補給水を混合することができる。加えて、前記噴霧工程にて噴霧された水を、前記冷却工程を経ずに回収し、前記循環水の一部として再度噴霧工程で用いることもできる。
そして、上記した本発明に係るガスタービン用吸気集塵装置は、その後段にガスタービンを設置することでガスタービン発電システムとして好適に利用できる。
Further, the present invention is an intake air dust collection method for removing dust after cooling the intake air at the front stage of the gas turbine, wherein the water is cooled by cold heat from a cold heat source, and is cooled in the cooling step. The intake dust collecting method includes a spraying step of spraying water to the intake air, and an electrostatic dust collecting step of recovering and removing components in the intake gas in contact with water by static electricity. Here, the water sprayed in the spraying step is preferably recovered after being cooled through the cooling step and used again in the spraying step as circulating water. Moreover, the replenishing water cooled through the cooling step can be mixed with the circulating water. In addition, the water sprayed in the spraying process can be recovered without passing through the cooling process and used again in the spraying process as part of the circulating water.
And the above-described gas turbine intake dust collector according to the present invention can be suitably used as a gas turbine power generation system by installing a gas turbine in the subsequent stage.
本発明のガスタービン用吸気集塵装置によれば、第1に、吸気の高効率な冷却が可能となる。つまり、電気集塵器の前段では、例えば伝熱面を介して間接的に冷却する熱交換器(例えばフィンアンドチューブ式熱交換器等)ではなく、冷水を吸気に直接噴霧(スプレー)し、冷却ゾーンで効率的に冷却する。すなわち、冷却水を噴霧水(ホギング水)にして直接的に吸気と接触させることで、水の表面全体でガスの冷却を行わせることができる。それと同時に、噴霧手段と冷却ゾーンにおいてガス中の煤塵(ダスト)も一定程度除去される。 According to the gas turbine intake dust collector of the present invention, first, highly efficient cooling of intake air is possible. That is, in the front stage of the electrostatic precipitator, for example, cold water is directly sprayed into the intake air (spray) instead of a heat exchanger (for example, a fin-and-tube heat exchanger) that indirectly cools through a heat transfer surface, Cool efficiently in the cooling zone. That is, the cooling water can be sprayed water (hogging water) and brought into direct contact with the intake air to cool the gas over the entire surface of the water. At the same time, a certain amount of dust in the gas is removed in the spraying means and the cooling zone.
第2に、本発明の吸気集塵装置によれば、煤塵の2段階の除去作用による高効率除去が可能となる。つまり、電気集塵器の前段において噴霧される噴霧水は、吸気ガス中の煤塵と接触できる面積が多く、効果的な不純物の吸着を行うことができる。次いで、後段の電気集塵器では、除去されていない残りの煤塵成分を完全に除去することができる。それと共に、電気集塵器では、前段で噴霧された水のミスト成分を除去する。これにより、例えばガスタービンの翼等に煤塵や水ミスト等の不純物を付着させることなく、タービンの出力を設計値どおりに高く維持させることができる。 Secondly, according to the intake dust collecting apparatus of the present invention, high-efficiency removal by two-stage removal action of soot can be performed. That is, the spray water sprayed at the front stage of the electrostatic precipitator has a large area that can come into contact with the dust in the intake gas, and can effectively adsorb impurities. Next, in the subsequent electrostatic precipitator, the remaining dust components that have not been removed can be completely removed. At the same time, the electrostatic precipitator removes the mist component of the water sprayed in the previous stage. Thereby, for example, the turbine output can be maintained as high as the design value without attaching impurities such as dust and water mist to the blades of the gas turbine.
第3に、本発明の吸気集塵装置によれば、電気集塵器において自浄作用による電極の浄化が可能となる。ここで、電気集塵器は、通常の湿式電気集塵器のように、電極を洗浄するために上部から洗浄水を流すこともできるが、前段の噴霧水によって水ミストが送られてくることによって、流通する吸気ガス中の水(水ミスト)の浄化作用によって自浄が行われる。よって、運転中に電気集塵器の上部から、電極等への専用の洗浄水を流す工程は通常必要とされない。
加えて、本発明では、特に後述の図2に示す態様において、昼間と夜間に運用方法を使い分けることが有効である。つまり、夜間は、冷却ゾーンを循環させる水の多くを仕切板等の分離手段によって冷却手段をバイパスさせ、一方で冷却手段近傍の水を冷熱源の冷熱を利用して、蓄熱効果の高い氷に変換させる。昼間は、当該冷却手段を通過する循環水量を調節することで、冷却手段における氷を溶かしながら運転することで、冷熱源の容量を大きくすること無く、一定の温度に循環水の制御が可能である。具体的には、設定値より温度が高い場合は、冷却供給ラインに流れる流量を増す。逆に、温度が下がった場合には、バルブ機構を閉じて冷却ゾーンをバイパスさせることで、吸気の温度に左右されず、一定の温度に制御が可能である。その結果、負荷の平準化も可能となる。
Thirdly, according to the intake air dust collector of the present invention, it is possible to purify the electrode by self-cleaning in the electrostatic precipitator. Here, the electrostatic precipitator can be flushed with water from the top in order to clean the electrodes, like a normal wet electrostatic precipitator, but water mist is sent by the spray water in the previous stage. Thus, self-cleaning is performed by the purification action of water (water mist) in the flowing intake gas. Therefore, a process of flowing dedicated cleaning water from the upper part of the electrostatic precipitator to the electrodes or the like during operation is not usually required.
In addition, in the present invention, it is effective to use different operation methods for daytime and nighttime, particularly in the embodiment shown in FIG. In other words, at night, most of the water circulating in the cooling zone is bypassed by the separating means such as a partition plate, while the water in the vicinity of the cooling means is made into ice with a high heat storage effect by using the cold heat of the cold heat source. Convert it. By adjusting the amount of circulating water that passes through the cooling means during the daytime, it is possible to control the circulating water at a constant temperature without increasing the capacity of the cooling heat source by operating while melting the ice in the cooling means. is there. Specifically, when the temperature is higher than the set value, the flow rate flowing through the cooling supply line is increased. Conversely, when the temperature falls, the valve mechanism is closed and the cooling zone is bypassed, so that the temperature can be controlled to be constant regardless of the intake air temperature. As a result, the load can be leveled.
以上説明したように、本発明に係る吸気集塵装置は、吸気への噴霧水スプレーによる効率的な冷却と煤塵除去、および、電気集塵器による水ミスト除去と煤塵除去、を同時に行うことが可能である。吸気ガス中の煤塵等を高効率に清浄化させるので、浄化された吸気によりガスタービンの出力低下や翼の損傷等が回避される。また、吸気は十分に冷却されるので、そのガス密度を高めることができ、ガスタービン出力のより一層の向上を可能とする。更に、電気集塵器を用いるので、吸気に際しては装置内の抵抗による圧力損失が殆どなく、吸気に伴う動力費が少なくて足りる。加えて、エアフィルター等の消耗品を必要とせず、長期間メンテナンスなしでも運転可能なので、ランニングコスト低減及び廃棄物の削減にも寄与する。
また、本発明では、昼間と夜間に運用方法を使い分け、夜間は、冷却手段内の水を冷熱源の冷熱を利用して、蓄熱効果の高い氷に変換させ、昼間は該氷を溶かしながら運転することで、冷熱源の容量を大きくすること無く、一定の温度に循環水の制御が可能である。その結果、余力の有る夜間のエネルギーを昼間に有効に利用でき、負荷の平準化も可能となる。
As described above, the intake dust collector according to the present invention can perform efficient cooling and dust removal by spraying water spray on the intake air, and water mist removal and dust removal by an electric dust collector at the same time. Is possible. Since dust and the like in the intake gas are cleaned with high efficiency, a reduction in output of the gas turbine, damage to the blades, and the like are avoided by the purified intake air. Further, since the intake air is sufficiently cooled, the gas density can be increased, and the gas turbine output can be further improved. Furthermore, since an electrostatic precipitator is used, there is almost no pressure loss due to resistance in the apparatus during intake, and the power cost associated with intake is sufficient. In addition, it does not require consumables such as air filters and can be operated without maintenance for a long period of time, contributing to a reduction in running costs and waste.
In the present invention, the operation method is selectively used during the daytime and at night, and at night, the water in the cooling means is converted into ice having a high heat storage effect by using the cold energy of the cold heat source, and the daytime operation is performed while melting the ice. By doing so, it is possible to control the circulating water at a constant temperature without increasing the capacity of the cold heat source. As a result, it is possible to effectively use the nighttime energy with sufficient capacity in the daytime, and it is possible to level the load.
本発明を実施する最良の形態によって詳細に説明するが、本発明はこれらの実施の形態によって何ら限定されるものではない。以下、本発明に係るガスタービン用吸気集塵装置の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。
実施の形態(その1)
本実施の形態は、本発明の基本的なシステム構成の一例を示すためのものであり、冷却手段3を冷却塔1の内部に設ける形態である。すなわち、本実施の形態の装置は、冷却手段3(氷製造タンク)を冷却塔1内の底部に設置し、冷却塔1内の冷却水の一部もしくは全部が循環ライン22等を経由して循環される冷却塔1と、その後段に連続して設置される電気集塵器10とを備える吸気集塵装置である。なお、本発明の吸気集塵装置は、冷却手段3を冷却塔1の外部に別置きする形態も含むものであり、本実施の形態に限定されるものではない。
図1に、本実施の形態のシステム構成の概略を示し、この図1に基づいて説明する。
The best mode for carrying out the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to these embodiments. Embodiments of a gas turbine intake dust collector according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Embodiment (Part 1)
This embodiment is for showing an example of a basic system configuration of the present invention, and is a form in which the cooling means 3 is provided inside the cooling tower 1. That is, in the apparatus of the present embodiment, the cooling means 3 (ice production tank) is installed at the bottom of the cooling tower 1, and a part or all of the cooling water in the cooling tower 1 passes through the
FIG. 1 shows an outline of the system configuration of the present embodiment, which will be described with reference to FIG.
冷却塔1の上部より、吸気として空気が導入される。冷却塔1内では、その上部に循環水配管23に取り付けられた噴霧手段16(噴霧ノズル)が設置されている。バルブ13を開状態にすることで、噴霧手段16から水が噴霧(スプレー)されて霧状に飛散する。これによって、冷却塔1内の冷却ゾーン29にて、吸気は噴霧された水と直接的に接触して、効率よく冷却される。冷却塔1の上部より噴霧された水は、その大部分が冷却ゾーン29を通過して冷却塔1下部へと流下するが、水成分の一部は、水ミストとして吸気と共に移動する。
冷却された吸気は、配管を通って後段に設けられる電気集塵器10へと送られる。電気集塵器は電極間の電界場に煤塵を含むガスを流通させて、煤塵等にコロナ放電により電荷を与えて、静電気によって集塵する装置である。この電気集塵器10では、冷却塔1で噴霧された水ミストおよびガス中の煤塵を除去する。電気集塵器10の上部には、バルブ14を介して、配管24に取り付けられた噴霧ノズル17が設けられているが、バルブ14は通常、閉状態にて水を噴霧することなく運転できる。但し、定期的な電気集塵器10内の洗浄、電極の洗浄などの際には、バルブ14を開状態にして水を噴霧することができる。
Air is introduced from the top of the cooling tower 1 as intake air. In the cooling tower 1, the spray means 16 (spray nozzle) attached to the circulating
The cooled intake air is sent to the
電気集塵器10の下部には、液回収部8が設けられている。液回収部8には、通常の運転中には、噴霧手段16によって噴霧された後に捕集された水ミストによる液、あるいは吸気ガス中に含まれて回収された煤塵等が集められる。また、電気集塵器10内の洗浄に際しては、バルブ14から噴霧された洗浄液についても回収される。液回収部8に貯えられた液は、配管25を通ってSS(浮遊物質)除去装置7へ送られる。SS除去装置7では、煤塵等の成分を除去した後に、浄化された液に関しては冷却塔1下部へ戻す。汚れた液に関しては、排水として系外へ放出して、排水処理設備等へ送ることにより、循環する系内の液の水質を制御・管理する。排水を出した場合には、通常、系内に補給水を入れることで冷却用の水量を一定以上に保持する。なお、本発明で対象とする吸気は、通常空気であり含まれる煤塵量も少ないので、集塵して回収した液に関しても、汚れる液量は通常少ない。SS除去装置7には、通常、濾過装置が用いられる。
A
一方、本実施の形態では冷却塔1の内部に冷却手段3が設けられている。よって、冷却塔1の上部より噴霧されて冷却ゾーン29を通過した水成分は、冷却塔1下部に設けられた冷却手段3(氷製造タンク)へと流下する。冷却手段3の内部には、冷却用配管4が張り巡らされており、製造された氷あるいは製造中の氷等によって、流下した水は20℃以下、好ましくは15℃以下にまで冷却される。冷却用配管4は、冷却塔1外部の冷熱源2へ配管27および28を介して接続されており、氷製造時には内部に冷媒が流通する。
冷却手段3に接触等して冷却された水、あるいは、氷製造タンク内の容量を超える分のオーバーフローした水は、更に冷却塔1内を流下する。冷却塔1内の最下部には、液溜め5が設けられており、上記冷却手段3より流下した水や、冷却ゾーン29を通過した水の一部が溜まる。
On the other hand, in the present embodiment, the cooling means 3 is provided inside the cooling tower 1. Therefore, the water component sprayed from the upper part of the cooling tower 1 and passed through the cooling
The water cooled by contact with the cooling means 3 or the overflowed water exceeding the capacity in the ice production tank further flows down in the cooling tower 1. A
液溜め5に溜められた水は、循環ポンプ6によって循環ライン21へ送られる。循環ライン21は、上記補給水からのライン20と流量調整弁であるバルブ12を介して接続されている。補給水からのラインと接続された後の循環ライン22は、冷却塔1の上部で分岐の前にバルブ13を備える。流量調整弁であるバルブ13の後では、冷却塔1の上部へ繋がる循環水配管23と、電気集塵器10の上部へバルブ14を介して至る洗浄用配管24へと分岐する。
本実施の形態では、冷却塔1内の冷却手段3の上部には、補給水入口のバルブ11を介して、補給水を送液する配管ライン20が設けられている。このライン20には冷却手段3の上部で分岐が設けられており、分岐ラインには補給水を冷却手段3へ供給するためのノズル15が備えられている。この補給水の分岐ラインを用いれば、例えば、ノズル15より補給水を冷却手段3に供給することにより、補給水を冷却された状態にして、循環ライン21へ送り込むことが可能である。
The water stored in the
In the present embodiment, a
本実施の形態で冷却手段3に接続される冷熱源2としては、具体的には、例えばガスタービン発電プラントの燃料である液化天然ガス(LNG)の冷熱を利用する方式が挙げられる。かかる方式は、ガスタービン発電プラントがLNG基地の近傍に設けられている場合に有効である。
また、夜間時の安い電気料金、あるいは負荷に余裕がある時間帯に、電気エネルギーで冷媒を相変化させて凍結させて冷熱源とする方式(エコアイス方式)も挙げられる。この方式の場合には、昼間の温度が高い条件下で、凍結させた冷媒を冷却手段において循環水で溶かす。夜間の電力に余裕がある時間帯に氷を製造し、該氷を昼間の時間帯の冷却手段として利用する方法である。この方式は、負荷変動の大きい、夏場の昼間などのピーク電力需要に対応でき、負荷を平準化させる手段として特に有効である。
Specific examples of the cold heat source 2 connected to the cooling means 3 in the present embodiment include a method that uses cold heat of liquefied natural gas (LNG) that is a fuel of a gas turbine power plant. Such a method is effective when the gas turbine power plant is provided in the vicinity of the LNG terminal.
In addition, there is also a method (eco ice method) in which a cold electricity source is obtained by changing the phase of the refrigerant with electric energy and freezing it at a cheap electricity rate at night or when there is a sufficient load. In the case of this method, the frozen refrigerant is melted with circulating water in the cooling means under conditions where the daytime temperature is high. In this method, ice is produced in a time zone in which there is a surplus in nighttime power, and the ice is used as a cooling means in the daytime time zone. This method is particularly effective as a means for leveling the load because it can cope with peak power demands such as daytime in summer when load fluctuation is large.
以下、本実施の形態の吸気集塵装置を用いた場合の運転方法の一例について、説明する。
例えば、冷熱源として、上記エコアイス方式を採用する場合、夜間時には安価な電力を利用して、冷却手段3(氷製造タンク)に氷を製造する。この際、バルブ12は閉状態もしくは最も閉じた状態にて、補給水により氷を製造する。バルブ13、14は閉状態で行うことが可能である。なお、有害ガスが吸気される条件では、バルブ13を開状態にて吸収させながら運転することで対応できるが、この場合には、氷製造タンクは冷却塔1と別置きで配置することが好ましい。
次いで、昼間時には、バルブ13の開度調整により、水循環量の調整を行い、噴霧ノズル16からの噴霧水による吸気ガス温度の調整を行う。必要に応じて、循環ポンプ6により水循環量を増大させて、冷却効果を高める。この際、噴霧水の液量は、運転時の環境温度や湿度、吸気の清浄等によって適宜変化して定めることができ、特に限定されるものではないが、例えば、冷却対象の吸気量(1Nm3/h)に対して通常0.5〜10リットル、好ましくは0.5〜2リットル供給される。また、噴霧水の液滴径に関しても同様に限定されるものではないが、通常100μm〜5mm、好ましくは150μm〜250μmの範囲である。
Hereinafter, an example of an operation method in the case of using the intake air dust collector of the present embodiment will be described.
For example, when the above-mentioned eco ice method is adopted as a cold heat source, ice is produced in the cooling means 3 (ice production tank) using cheap electric power at night. At this time, the
Next, during the daytime, the amount of water circulation is adjusted by adjusting the opening of the
また、装置の循環水を用いて冷却効果を制御する運転方法の一例について、説明する。
本発明の吸気集塵装置では、噴霧した水を循環させて循環水として用いることができるが、装置内からは一定程度の水が系外に出ていくので、運転中にはバルブ11を開けて一定量の補給水を供給することが必要である。この補給水を供給する際には、バルブ12の開度調整により、氷が製造される冷却手段3部分を流れる補給水を量の調整することで、循環水温をコントロールすることができる。
すなわち、循環水の温度は冷却手段3により冷却されているので低く、補給水の温度は高い。よって、補給水を直接バルブ12を介して循環ライン22へ送液する場合、補給水の熱量により循環水の温度は一定程度上昇する。これに対して、バルブ12を閉状態あるいは閉状態に近づけることで、補給水をノズル15を介して冷却手段3へ送る場合、補給水は冷却されてからオーバーフロー等により液溜め5に貯まる。この液溜め5から循環水と共に循環ライン21で送液されるので、循環水の温度は低い状態が維持される。このように、バルブ12の開度調整により、吸気に噴霧される循環水の温度をコントロールし、ひいてはガス冷却装置としての吸気の冷却効果を制御することができる。
Moreover, an example of the driving | running method which controls a cooling effect using the circulating water of an apparatus is demonstrated.
In the intake dust collecting apparatus of the present invention, the sprayed water can be circulated and used as circulating water. However, since a certain amount of water comes out of the system from the inside of the apparatus, the
That is, since the temperature of circulating water is cooled by the cooling means 3, the temperature of makeup water is high. Therefore, when supplying makeup water directly to the
実施の形態(その2)
本実施の形態は、上記実施の形態(その1)の基本的なシステム構成に加えて、噴霧された水を分離回収する分離手段、冷却供給ラインおよびその流量を調整できるバルブ機構などを有するシステムの一例を示す。
図2に、本実施の形態のシステム構成の概略を示し、この図2に基づいて説明する。
Embodiment (2)
In addition to the basic system configuration of the first embodiment (part 1), the present embodiment includes a separation unit that separates and collects sprayed water, a cooling supply line, a valve mechanism that can adjust the flow rate, and the like. An example is shown.
FIG. 2 shows an outline of the system configuration of the present embodiment, which will be described with reference to FIG.
上記実施の形態(その1)と同様に、噴霧手段16で噴霧された水は、下方へ霧状に飛散する。冷却塔1内の冷却ゾーン29にて、吸気は噴霧された水と直接的に接触して、効率よく冷却される。冷却塔1の上部より噴霧された水は、冷却ゾーン29を通過して冷却塔1下部へと流下するが、その際に、分離手段である仕切板9の存在によって、その大部分が冷却手段3を介さずにバイパスして液溜め5に至る。
液溜め5に溜められた水は、循環ポンプ6によって循環ライン21へ送られる。循環ライン21は、上記補給水からのライン20と流量調整弁であるバルブ12を介して接続されている。補給水からのラインと接続された後、本実施の形態では、循環水の流路は循環ライン22と冷却供給ライン19とに分岐する。冷却供給ライン19は、その入口部でバルブ機構18を備える。流量調整弁であるバルブ18を閉じれば、循環水は循環ライン22へと導かれて、冷却塔1の上部へ繋がる循環水配管23と、電気集塵器10の上部へバルブ14を介して至る洗浄用配管24へと分岐する。流量調整弁であるバルブ18を開ければ、循環水の一部は冷却供給ライン19へと導かれて、冷却ゾーン29を介さずに冷却手段3へ供給される。噴霧手段16へ送る循環水の流量と、冷却供給ライン19へ送る循環水の流量とは、バルブ18の調整によってコントロールすることができる。
Similar to the first embodiment (part 1), the water sprayed by the spraying means 16 scatters downward in the form of a mist. In the
The water stored in the
また、本実施の形態では、循環ライン21に循環水の温度を計測できるように温度計測器38が設置されている。循環水の温度を測定して、設定値より温度が高い場合は、冷却供給ライン19に流れる流量を増すように、接続するバルブ18に指令を送り、開度を増す。これにより、循環水は冷却手段3に直接的に吹きかけられるので、冷却作用を大きく受けて温度低下する。
逆に、循環水の温度が下がった場合には、バルブ18を閉じるように指令を送り、循環ライン22を通って噴霧手段16から噴霧する。噴霧手段16から噴霧された水は、仕切板9の存在によって冷却手段3を介さずにバイパスして液溜め5に至る。これにより、循環水は冷却手段3の冷却作用を受けず、温度は低下し難くなる。このように、噴霧工程にて噴霧された水を、冷却手段の冷却工程を経ずに回収し、循環水の一部として再度噴霧可能とすることで、吸気の温度に左右されず、一定の温度に制御が可能である。その結果として、負荷の平準化も可能となる。
図2に示す本実施の形態では、特に、昼間と夜間に運用方法を使い分けることが有効である。夜間は、冷却ゾーン29を循環させる水の多くを仕切板9等の分離手段によって冷却手段3をバイパスさせ、一方で冷却手段3近傍の水を冷熱源2の冷熱を利用して、蓄熱効果の高い氷に変換させる。昼間は、当該冷却手段3を通過する循環水量を調節することで、冷却手段3における氷を溶かしながら運転することで、冷熱源2の容量を大きくすること無く、一定の温度に循環水の制御が可能である。
In the present embodiment, a
On the other hand, when the temperature of the circulating water falls, a command is sent to close the
In the present embodiment shown in FIG. 2, it is particularly effective to use different operation methods during daytime and at night. At night, most of the water circulating in the
実施の形態(その3)
本実施の形態は、冷却塔を用いずに、電気集塵器10を納める容器内に、噴霧手段37および冷却ゾーン29を設けた、一体型の吸気集塵装置30である。また、本形態の装置では、電気集塵器10の下部に冷却手段3が設置されているが、この形態に限定されるものではない。図3に、本実施の形態のシステムの概略構成図を示す。
吸気集塵装置30の上部40には、バルブ31を介してその内部に噴霧手段37が設けられ、さらに冷却ゾーン29および電気集塵器10が収められている。吸気集塵装置30の上部40は、吸気集塵装置30の下部41よりも吸気の流れ方向に対して長く、その前流部分に噴霧手段37、後流部分に電気集塵器10が設けられる。吸気集塵装置30の下部41は、上部の後流部分に設置される電気集塵器10の下に設けられる。
Embodiment (Part 3)
The present embodiment is an integrated intake
A spray means 37 is provided in the
吸気集塵装置30の下部41には、冷却手段3と循環水の液溜め部分42とが仕切板35によって仕切られている。冷却手段3は、外部の冷熱源2と配管27および28を介して接続されている。液溜め部分42からは、回収した液をSS除去装置7へ送るように配管が設けられている。浄化された液に関しては、循環水として循環ポンプ6のラインへ送る。汚れた液に関しては、SS除去装置7から排水として系外へ放出して、循環する系内の液の水質を制御・管理する。
SS除去装置7で浄化された循環水は、循環ポンプ6によって吸気集塵装置上部40へ送られ、分岐する。通常は、バルブ31を介して噴霧手段37に導かれてスプレーされるが、電気集塵器10洗浄時にはバルブ33を介して噴霧ノズル36へ送られる。また、補給水はバルブ32の開度調整により供給量を調整されて、吸気集塵装置下部41へ送られる。冷却手段3に供給することによって、冷却されてから液溜め部分42にオーバーフローされる点は、上記実施の形態(その1)における作用と同様である。
In the
The circulating water purified by the
実施の形態(その4)
本実施の形態は、本発明に係る吸気集塵装置をガスタービンプラントの前段に設置したシステムである。図4および図5に、本実施の形態のシステムの概略構成図を示す。
Embodiment (part 4)
The present embodiment is a system in which an intake dust collecting apparatus according to the present invention is installed in the front stage of a gas turbine plant. 4 and 5 are schematic configuration diagrams of the system according to the present embodiment.
図4のシステムは、火力発電プラントのガスタービンプラントの前段に吸気集塵装置を取り付けた形態である。
ガスタービン発電プラントは、空気圧縮機50、ガスタービン燃焼器51、ガスタービン52、発電機53を備える。空気圧縮機51で吸い込んだガス(空気)を圧縮して高圧化し、その高圧空気を燃料とともにガスタービン燃焼器51に供給し、ここで燃焼ガスを生成し、その燃焼ガスをガスタービン52で膨張仕事をさせ、その際に発生する回転トルクで発電機53を駆動する。
本実施の形態のシステムでは、空気圧縮機50の前段には本発明に係る吸気集塵装置を備え、吸気の流れに沿って順に、噴霧手段を有する冷却塔1、電気集塵器10を備えるとともに、吸気集塵装置の外側に冷熱源(図示せず)を備えている。また、冷却塔1内には、氷製造タンク等の冷却手段3を有している。
The system of FIG. 4 is a form in which an intake dust collector is attached to the front stage of the gas turbine plant of the thermal power plant.
The gas turbine power plant includes an
In the system according to the present embodiment, the intake air dust collector according to the present invention is provided in the front stage of the
例えば、冬場のように気温の低い起動運転時には、冷却塔1における冷却水の噴霧を止めて電気集塵器10を運転することも可能である。この場合、電気集塵器10の電極の洗浄等のためには、冷却塔1内の噴霧を定期的に行うこともできる。また、夏場のように気温の高い起動運転時には、冷却塔1における冷却水の噴霧を行いながら電気集塵器10を運転する。冷却手段3には、電力量の安価な夜間などに氷を製造しておき、効率的に循環水を冷却する。
このように、本実施形態は、ガスタービンプラントの前段に吸気集塵装置を設けたので、空気圧縮機翼やガスタービン翼等に不純物を付着させることがなく、また、空気圧縮機の安定運転の下、空気を冷却させその密度を高くしてガスタービンの出力を高く維持することができ、ひいてはプラント熱効率を向上させることができる。
For example, at the time of start-up operation where the temperature is low as in winter, it is possible to stop the spraying of cooling water in the cooling tower 1 and operate the
Thus, in this embodiment, since the intake dust collecting device is provided in the front stage of the gas turbine plant, impurities are not attached to the air compressor blades and the gas turbine blades, and the stable operation of the air compressor is achieved. Therefore, the air can be cooled and the density thereof can be increased to maintain the output of the gas turbine high, thereby improving the plant thermal efficiency.
図5のシステムは、火力発電プラントのコンバインドサイクル発電プラントの前段に吸気集塵装置を取り付けた形態である。コンバインドサイクル発電プラントは、高温域と低温域とで作動する異なるサイクルを組み合せたもので、このコンバインドサイクル発電プラントとして、排気再燃式を用いたプラントの構成を図5に示す。
コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンプラントに、蒸気タービンプラントおよび排熱ボイラ55を組み合せて構成されている。ガスタービンプラントは、空気圧縮機50、ガスタービン燃焼器51、ガスタービン52を備える。空気圧縮機50で吸い込んだガス(空気)を圧縮して高圧空気にし、その高圧空気を燃料とともにガスタービン燃焼器51に供給する。ここで燃焼ガスを生成し、その燃焼ガスをガスタービン52で膨張仕事をさせ、その際、蒸気タービンプラントを駆動する回転トルクを発生させる。
The system of FIG. 5 is a form in which an intake air dust collector is attached to the front stage of the combined cycle power plant of the thermal power plant. The combined cycle power plant is a combination of different cycles that operate in a high temperature region and a low temperature region. As this combined cycle power plant, a configuration of a plant that uses an exhaust reburning type is shown in FIG.
The combined cycle power plant is configured by combining a gas turbine plant with a steam turbine plant and an
排熱ボイラ55は、通常複数の熱交換器56を備えており、ガスタービン52で膨張仕事を終えたガスタービン排ガスを熱源として蒸気を発生させ、その蒸気を蒸気タービンプラントに供給する。
蒸気タービンプラントは、ガスタービンプラントのタービン軸に軸直結された発電機53、蒸気タービン54を備えるとともに、復水器57、ポンプ58を備えている。排熱回収ボイラ55の熱交換器56から供給された蒸気を、蒸気タービン54で膨張仕事をさせて発電機53を駆動する。蒸気タービン54で膨張仕事を終えたタービン排気は、復水器57で凝縮して復水し、その復水ポンプ58を介して排熱回収ボイラ55へ還流させる。
The
The steam turbine plant includes a
図5のシステムでは、上記した図4のシステムと同様、空気圧縮機50の前段には本発明に係る吸気集塵装置を備え、吸気の流れに沿って順に、噴霧手段を有する冷却塔1、電気集塵器10を備えるとともに、吸気集塵装置の外側に冷熱源(図示せず)を備えている。また、冷却塔1内には、氷製造タンク等の冷却手段3を有している。これにより、特に夏場の気温が高い時期、比重量の少なくなった吸気を冷却させて、流量重量を増加させ、夏場でも高い出力を維持できる。
また、コンバインドサイクル発電プラントでは、通常、ガスタービン燃焼器51に使用する燃料に液化天然ガス(LNG)を多量に消費している。そのため、LNG基地の近傍にGT発電所を設置されることが多く、LNGがガス化する際の冷熱が利用可能である。よって、本発明の吸気集塵装置と組み合わせることによって、冷却手段3に用いられる冷熱源として、LNGの冷熱が有効に利用できる。
In the system of FIG. 5, similarly to the system of FIG. 4 described above, the
Further, in a combined cycle power plant, a large amount of liquefied natural gas (LNG) is usually consumed as fuel used for the gas turbine combustor 51. For this reason, a GT power plant is often installed near the LNG terminal, and the cold energy generated when LNG is gasified can be used. Therefore, by combining with the intake air dust collector of the present invention, the cold heat of LNG can be effectively used as the cold heat source used for the cooling means 3.
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形及び変更が可能である。 While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be variously modified and changed based on the technical idea of the present invention.
本発明のガスタービン用吸気集塵装置は、ガスタービン発電プラントの前段に設けられる吸気装置として好適に利用できる。高効率に浄化された吸気によりガスタービンの出力低下や翼の損傷等が回避され、システムのランニングコスト低減及びガス冷却効率の向上が図れる。また、長期間運転してもエアフィルター等の廃棄物が出ないので、クリーンなシステムとして、産業上の意義は極めて大きい。 The gas turbine intake dust collector of the present invention can be suitably used as an intake device provided in the front stage of a gas turbine power plant. The highly purified intake air avoids a decrease in the output of the gas turbine, damage to the blades, etc., thereby reducing the running cost of the system and improving the gas cooling efficiency. In addition, since waste such as air filters does not come out even if operated for a long period of time, the industrial significance is extremely large as a clean system.
1 冷却塔
2 冷熱源
3 冷却手段
6 循環ポンプ
7 SS除去装置
9 仕切板
10 電気集塵器
30 吸気集塵装置
50 空気圧縮機
51 ガスタービン燃焼器
52 ガスタービン
53 発電機
54 蒸気タービン
55 排熱ボイラ
56 熱交換器
57 復水器
58 ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cooling tower 2
Claims (13)
冷熱源に接続されて水を冷却する、冷却手段と、該冷却手段で冷却された水を吸気に噴霧する、噴霧手段と、噴霧された水と吸気とを接触させる、冷却ゾーンと、該冷却ゾーンの後段に設けられ、水と接触した吸気中の成分を静電気により回収除去する、電気集塵器と、を備えることを特徴とするガスタービン用吸気集塵装置。 An intake dust collector for a gas turbine that removes dust after cooling the intake air,
Cooling means connected to a cold heat source to cool water, spraying water cooled by the cooling means to the intake air, spray means, cooling zone for contacting the sprayed water and the intake air, and the cooling An air dust collector for a gas turbine, comprising: an electrostatic precipitator that is provided downstream of the zone and collects and removes components in the intake air that come into contact with water by static electricity.
冷熱源からの冷熱によって水を冷却する、冷却工程と、該冷却工程で冷却された水を吸気へ噴霧する、噴霧工程と、水と接触した吸気中の成分を静電気により回収除去する、電気集塵工程と、を含むことを特徴とする吸気集塵方法。 An intake air dust collection method for removing dust after cooling the intake air at the front stage of the gas turbine,
Water is cooled by cold heat from a cold source, a cooling step, water cooled in the cooling step is sprayed on the intake air, the spraying step, and components in the intake air that have contacted the water are recovered and removed by static electricity. And a dust process.
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