JP2007120479A - ガスタービン吸気冷却装置及びガスタービン吸気冷却装置を備えたガスタービンプラント - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、空気圧縮機に流入するミストを減少させ、吸気ダクトをコンパクト化できるガスタービン吸気冷却装置及びガスタービン吸気冷却装置を備えたガスタービンプラントを得ることにある。
【解決手段】
ガスタービン２の空気圧縮機１の上流に設置される吸気ダクト５内に設けられ、水などの冷媒をミスト状にしてノズルより噴霧して吸気を冷却する噴霧器９と、前記噴霧器９に給水する給水系統１７と、吸気ダクト５内ドレンを回収するドレン回収系統と、前記噴霧器９の吸気ダクト５内の下流側に設けられ、蒸発していないミストを捕獲して吸気からミストを除去するミスト除去手段とを備えたことを特徴とするガスタービン吸気冷却装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気圧縮機内に流入するミストを低減できるガスタービン吸気冷却装置及びガスタービン吸気冷却装置を備えたガスタービンプラントに関する。

ガスタービンの吸気を冷却する装置には、吸気ダクト内で水などの冷媒を加圧してノズルより噴霧し、吸気に混入させ、冷媒が蒸発する際の気化熱で吸気を直接冷却する装置が知られている。

図５は、このような吸気冷却装置を備えたガスタービンプラントの構成図である。

吸気ダクト５の吸気ダクト入口部５ｄより取り込まれた吸気１３は、フィルタ４にて不純物が取り除かれ、水平部である吸気ダクト水平部５ａ、コーナ部である吸気ダクトコーナ部５ｃ、鉛直部である吸気ダクト鉛直部５ｂを通過し、圧縮機１にて圧縮される。タービン燃焼器３は、圧縮機１にて圧縮された吸気１３及び燃料１６を取り込み燃焼ガスを発生させ、その燃焼ガスでタービン２を駆動する。図示されていない発電機は、ガスタービン２の動力を電力に変換する。排気ダクト６は、ガスタービン２の下流に設置されている。

噴霧器９は、吸気ダクト５内で水などの冷媒を加圧してノズルより噴霧し、吸気１３に混入させ、冷媒が蒸発する際の気化熱で吸気１３を直接冷却する。吸気ダクト５内で凝縮したり、蒸発しきれなかったミストは、ドレンとして吸気ダクト５の下部のドレン回収溝１０で回収され、給水としてタンク７に戻される。噴霧冷媒として再度ポンプ８により昇圧し調節弁１１を通って噴霧器９へ送り込まれる。
特開平１１−１７３１６２ 特開平１１−３０３６５０ 特開２０００−１６１０８１

水などの冷媒をミスト状にしてノズルより噴霧して吸気を冷却する吸気冷却装置を備えたガスタービンプラントでは、吸気に含まれるミストは、その粒径が大きい場合には吸気ダクト内で蒸発しきれず、圧縮機の動静翼に直接衝突してエロージョンの発生要因となる。したがって、エロージョン発生を抑制するためには、出来るだけ均一で小さいミスト粒子とした状態でガスタービン圧縮機へ導く必要がある。

しかし、実際にはミスト粒子は粒径が均一ではない。図２は、横軸にミスト径、縦軸に度数をとった、ミスト径と度数の関係を示すミスト径度数分布図である。噴霧されるミストは、図２に示すような粒径の度数分布を持ち、一部粒径の大きなミストを含んでいる。

また、図６は、横軸にミスト径、縦軸に蒸発時間をとった、ミスト径と蒸発時間の関係を示すグラフである。この図６からわかるように、粒径が大きいほど蒸発時間が長くなる。このため、相対的に粒径の大きいミストは吸気ダクト内で蒸発しきれず、圧縮機内に流入し、しかも、吸気ダクト内で充分な吸気冷却効果が得られない事態が生じる。また、粒径の大きいミストを吸気ダクト内で蒸発させるには、必然的にダクトを長くする必要があり、ガスタービンプラントコンパクト化とは逆行する。

本発明の目的は、空気圧縮機に流入するミストを減少させ、吸気ダクトをコンパクト化できるガスタービン吸気冷却装置及びガスタービン吸気冷却装置を備えたガスタービンプラントを得ることにある。

上記目的を達成するために、本発明においては、
ガスタービンの空気圧縮機の上流に設置される吸気ダクト内に設けられ、水などの冷媒をミスト状にしてノズルより噴霧して吸気を冷却する噴霧器と、
前記噴霧器に給水する給水系統と、
吸気ダクト内のドレンを回収するドレン回収系統と、
前記噴霧器の吸気ダクト内の下流側に設けられ、蒸発していないミストを捕獲して吸気からミストを除去するミスト除去手段とを備えたことを特徴とするガスタービン吸気冷却装置を提供する。

また、本発明においては、
空気圧縮機と、
前記空気圧縮機にて圧縮された空気及び燃料を取り込んで燃焼ガスを発生させるタービン燃焼器と、
前記燃焼ガスで駆動するガスタービンと、
前記ガスタービンの動力を電力に変換する発電機と、
前記空気圧縮機の上流に設置された吸気ダクト内に設けられ、水などの冷媒をミスト状にしてノズルより噴霧して吸気を冷却する噴霧器と、
前記噴霧器に給水する給水系統と、
吸気ダクト内のドレンを回収するドレン回収系統と、
前記噴霧器の吸気ダクト内の下流側に設けられ、蒸発していないミストを捕獲して吸気からミストを除去するミスト除去手段とを備えたことを特徴とするガスタービンプラントを提供する。

本発明によれば、ミストを除去する手段を設けたので、空気圧縮機へのミストの流入を減少でき、吸気ダクトをコンパクト化できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例１を示す吸気冷却装置を備えたガスタービンプラントの構成図である。図１において、図５と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

噴霧器９の下流側には一定の水平距離を置いてミスト除去手段であるミスト除去装置１２が設けられている。このミスト除去装置１２は長繊維グラスファイバー製の薄い板状であり、ほぼダクト断面全域に設置されている。吸気ダクト５内に設置した噴霧器９より一様にミストが噴霧されると、ミストは吸気ダクト５内部の吸気１３の流れに沿って下流へと流されていく過程において蒸発していく。図６に示したように、粒径の大きいミストは蒸発しにくいが、噴霧器９のから吸気ダクト水平部５ａの下流側一定の距離にミスト除去装置１２が設けられているので、ミスト除去装置１２までの間で蒸発しきれないミストは、ミスト除去装置に捕獲される。これにより、圧縮機１へのミストの流入を防止できる。噴霧器９から噴霧されるミスト粒径度数分布は、図２に示すとおり、この実施例では８０％以上が３０μｍ内になるように設定されている。さらに吸気ダクト５内を流れる吸気１３の平均流速をＶ［ｍ／ｓ］とした場合、前記ミスト除去装置１２は、噴霧器９から下流側に０．５Ｖ［ｍ］以上の位置に設置されている。こうすることでミスト除去装置１２に到達する段階では、ほとんどのミストは蒸発しており、蒸発しきれない粒径の大きい一部のミストのみが捕獲される。

ミスト除去装置１２に到達したミストは、長繊維グラスファイバー内に捕獲され、一部はミスト除去装置１２を通過する吸気により蒸発して冷却作用を及ぼし、残りは内部を通ってドレンとしてダクト下面側に設けたドレン回収溝１０に流入し、最終的にタンク７に回収される。

ミスト除去装置１２を設けたので、蒸発作用による吸気冷却効率を高めることができ、さらに圧縮機１へのミストの流入を減少でき、最終的には圧縮機１の高速で回転している動翼への液滴衝突によるエロージョンを減少することができる。また、ドレンをタンク７へ回収することにより、再噴霧できるため、水の使用効率を高めることができる。

図３は、本発明の実施例２を示す吸気冷却装置を備えたガスタービンプラントの構成図である。図３において、図１と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

実施例１に示した構成に対して、ミスト除去装置１２を流れ方向に２段の構成としている。上流側ミスト除去手段である上流側ミスト除去装置１２ａは、吸気ダクト水平部５ａの上面側に設置され、かつ下面側は空間とし下面側を通る吸気１３は上流側ミスト除去装置１２ａを通過しないようにしている。下流側ミスト除去手段である下流側ミスト除去装置１２ｂは、吸気ダクト５が吸気ダクト水平部５ａから吸気ダクト鉛直部５ｂに曲がる吸気ダクトコーナ部５ｃの外径側の鉛直部壁面に設置され、内径壁面側は空間としこの部位を通る吸気は下流側ミスト除去装置１２ｂを通過しないようにしている。他の構成は実施例１と同一である。

図４は、実施例２に係る吸気１３の流れを説明する構成図である。図４において、図３と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図４に示すように、吸気１３の大部分がミスト除去装置１２ａの無い空間部分を通過するため、上流側ミスト除去装置１２ａを通過する吸気量は減少し、かつ通過時に未蒸発のミスト１５は捕獲される。一方、空間部分を通過する吸気１３は吸気ダクトコーナ部５ｃの外壁側に流され、かつ吸気ダクトコーナ部５ｃで急速に吸気ダクト鉛直部５ｂに方向転換する。この段階で粒径の大きいミスト１５は、自身の慣性力により流れに沿うことが出来ず、吸気ダクト５の外壁側に付着する。更に壁面に付着したミスト１５はドレン１４としてドレン回収溝１０に流入する。更に、残ったミスト１５は下流側ミスト除去装置１２ｂにて捕獲され同様にドレン１４として回収される。

ミスト除去装置１２を２段構成としたので、ミスト除去装置１２を通過する吸気１３の圧力損失を実施例１よりも低減することができる。

なお、この実施例では、下流側ミスト除去装置１２ｂを吸気ダクト鉛直部５ｂ壁面に設置したが、より下方の吸気ダクトコーナ部５ｃ外径側壁面に設置してもよい。

実施例１の吸気冷却装置を備えたガスタービンプラントの構成図。 本発明に係るミスト径度数分布図。 本発明の第２の実施形態を示す吸気冷却装置を備えたガスタービンプラントの構成図。 実施例２に係る吸気の流れを説明する構成図。 従来の吸気冷却装置を備えたガスタービンプラントの構成図。 ミスト径と蒸発速度の関係を示すグラフ。

符号の説明

１…圧縮機、２…タービン、３…燃焼器、４…フィルタ、５…吸気ダクト、５ａ…吸気ダクト水平部、５ｂ…吸気ダクト鉛直部、５ｃ…吸気ダクトコーナ部、５ｃ…吸気ダクト入口部、６…排気ダクト、７…タンク、８…ポンプ、９…噴霧器、１０…ドレン回収溝、
１１…調整弁、１２…ミスト除去装置、１２ａ…上流側ミスト除去装置、１２ｂ…下流側ミスト除去装置、１３…吸気、１４…ドレン、１５…ミスト、１６…燃料。

Claims (7)

1. ガスタービンの空気圧縮機の上流に設置される吸気ダクト内に設けられ、水などの冷媒をミスト状にしてノズルより噴霧して吸気を冷却する噴霧器と、
   前記噴霧器に給水する給水系統と、
   吸気ダクト内のドレンを回収するドレン回収系統と、
   前記噴霧器の吸気ダクト内の下流側に設けられ、蒸発していないミストを捕獲して吸気からミストを除去するミスト除去手段とを備えたことを特徴とするガスタービン吸気冷却装置。
2. 前記ドレン回収系統は、前記ミスト除去手段で捕獲したミストをドレンとして回収し、前記給水系統に給水として戻すことを特徴とする請求項１記載のガスタービン吸気冷却装置。
3. 前記ミスト除去手段は、長繊維グラスファイバー等で構成された水分捕獲機能を有する板状であることを特徴とする請求項１記載のガスタービン吸気冷却装置。
4. 前記吸気ダクトはガスタービンの下方に設けられた水平部とこの水平部の下流に接続されて他方を前記空気圧縮機に接続する鉛直部からなり、前記ミスト除去手段は前記水平部の下流部に設置されることを特徴とする請求項１記載のガスタービン吸気冷却装置。
5. 前記噴霧器から噴霧されるミストはミスト径度数分布が３０μｍ内に８０％以上の個数を有するように噴霧され、吸気ダクト内を流れる気体の平均流速をＶ[ｍ／ｓ]とした場合、前記ミスト除去手段は、前記噴霧器から下流側に０．５Ｖ[ｍ]以上の距離を保って設置されることを特徴とする請求項１記載のガスタービン吸気冷却装置。
6. 前記ミスト除去手段は上流側ミスト除去手段と下流側ミスト除去手段とから構成され、上流側ミスト除去手段は前記水平部の下流部のダクト上面側に設置され、下面側は空間とし、下流側ミスト除去手段は吸気ダクトが前記水平部から前記鉛直部に曲がるコーナ部外径側の鉛直部壁面または前記コーナ部外径側壁面に設置され、内径壁面側は空間とすることを特徴とする請求項４記載のガスタービン吸気冷却装置。
7. 空気圧縮機と、
   前記空気圧縮機にて圧縮された空気及び燃料を取り込んで燃焼ガスを発生させるタービン燃焼器と、
   前記燃焼ガスで駆動するガスタービンと、
   前記ガスタービンの動力を電力に変換する発電機と、
   前記空気圧縮機の上流に設置された吸気ダクト内に設けられ、水などの冷媒をミスト状にしてノズルより噴霧して吸気を冷却する噴霧器と、
   前記噴霧器に給水する給水系統と、
   吸気ダクト内のドレンを回収するドレン回収系統と、
   前記噴霧器の吸気ダクト内の下流側に設けられ、蒸発していないミストを捕獲して吸気からミストを除去するミスト除去手段とを備えたことを特徴とするガスタービンプラント。

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