JP2008136929A - ノズル洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】洗浄水を供給する際に大きな動力を必要としないノズル洗浄装置の提供
【解決手段】油燃料によって燃焼を行うガスタービンの油燃料供給ノズル４の先端部から洗浄水を噴出するノズル洗浄装置１は、内部に高圧空気と洗浄水とを保持するアキュムレータ６と、アキュムレータ６から油燃料供給ノズル４に流出する洗浄水の流れを制御する洗浄水供給バルブ１３ａと、を備える。そして、洗浄水供給バルブ１３ａを開けることでアキュムレータ６に保持されている高圧空気によって洗浄水が押し出され、油燃料供給ノズル４が洗浄される。このように、洗浄水供給バルブ１３ａを開けるという動作のみでノズル洗浄装置１を動作させることができる。
【選択図】図１

Description

油燃料を用いて燃焼を行うガスタービンの燃焼器に備えられた油燃料供給ノズルを洗浄するノズル洗浄装置に関する。

燃料を燃焼させることによって発生する燃焼ガスによってタービンを回転させるガスタービンは、燃料に天然ガスなどの気体燃料を用いるガス焚き方式と、重油などの油燃料を用いる油焚き方式とがあり、これらの両方の方式を備え状況に応じてガス焚きと油焚きとを切り替えるデュアル方式のものもある。これらの方式のうち油焚き方式やデュアル方式では、油燃料を用いて燃焼を行っている際にガスタービンを停止させる場合や、油焚きからガス焚きへと切り替える場合において、油燃料の供給を停止する必要がある。

油燃料の供給を停止すると、油燃料を燃焼器内に供給する油燃料供給ノズルの先端部には油が残留することになる。すると、油燃料供給ノズルの先端部は燃焼器の燃焼に伴い高温となるために、油燃料供給ノズルの先端部に残留した油が加熱されて炭化及び固形化する。そして、この固形物によって油燃料供給ノズルの先端部が詰まってしまうコーキングという現象が発生する。

このコーキングを防止するために、油燃料供給停止時に油燃料供給ノズルを高圧空気によってパージする方法が従来知られている。しかし、この方法は油焚きの停止をもって燃焼を停止する場合には適用できるが、デュアル方式において油燃料からガス燃料に切り替える場合に用いてしまうと、残留した油と空気とが燃焼器内に同時に噴射されるため燃焼器内で異常な燃焼が発生し、ガスタービンの動作が不安定となる要因になる。

そのため、油焚きからガス焚きに変更する場合において、油燃料供給ノズルから洗浄水を噴射させることで洗浄するものがあり、この従来のノズル洗浄装置のブロック図を図２に示す。

図２に示すように、油焚き方式を備えるガスタービンは、燃料を内部で燃焼させる燃焼器１０１と、燃焼器１０１のケーシングである車室１０２と、車室１０２から燃焼器１０１の内部に突出してその先端部から油燃料を供給する油燃料供給ノズル１０３と、油燃料供給ノズル１０３の先端部に油燃料供給ノズル１０３の内部から接続するとともに油燃料を供給する油燃料供給ライン１０４と、油燃料供給ライン１０４に備えられ供給される油燃料の流量を制御する油燃料供給バルブ１０４ａと、を備える。なお、図２では車室１０２を模式的な断面図で示すことで、その内部に備えられた油燃料供給ノズル１０３を示している。

また、ガスタービンは、油燃料供給ノズル１０３の先端部から洗浄水を噴射させることで油燃料供給ノズル１０３の洗浄を行うノズル洗浄装置１００を備え、ノズル洗浄装置１００は、洗浄用の水を貯蔵する洗浄水タンク１０５と、洗浄水タンク１０５に洗浄水を補給する洗浄水補給ライン１０６と、洗浄水補給ライン１０６に設けられ洗浄水タンク１０５への洗浄水の補給を制御する止め弁１０６ａと、油燃料供給ライン１０４の油燃料供給バルブ１０４ａと油燃料供給ノズル１０３との間に接続するとともに油燃料供給ライン１０４に洗浄水を供給する洗浄水供給ライン１０７と、洗浄水供給ライン１０７に設けられるとともに洗浄水を輸送する洗浄水輸送用ポンプ１０７ａと、洗浄水輸送用ポンプ１０７ａによって輸送されてきた洗浄水を油燃料供給ノズル１０３から噴射するために洗浄水の圧力を上げる高圧水噴射ポンプ１０７ｂと、高圧となった洗浄水の流量を制御する洗浄水供給バルブ１０７ｃと、洗浄水供給ライン１０７の油燃料供給ライン１０４に接続する点と洗浄水供給バルブ１０７ｃとの間に設けられ洗浄水供給ライン１０７の洗浄水タンク１０５側に油燃料や洗浄水が流れ込むことを防ぐ逆止弁１０７ｄと、を備える。

さらに、油燃料の供給元に油燃料や洗浄水が流れ込むことを防ぐため、油燃料供給ライン１０４上の洗浄水供給ライン１０７が接続する点と油燃料供給バルブ１０４ａとの間に逆止弁１０４ｂが設けられている。

このように構成することで、洗浄水タンク１０５に貯蔵された洗浄水が、洗浄水輸送用ポンプ１０７ａ及び高圧水噴射ポンプ１０７ｂによって油燃料供給ノズル１０３まで送られ、油燃料供給ノズル１０３の先端から残留した油とともに噴射される。このとき、残留した油は洗浄水と混合されて排出されるため燃焼しにくくなり、燃焼器１０１内で異常な燃焼が発生することを防ぐことができる。

しかし、このような洗浄水を油燃料供給ノズル１０３に供給する場合に、洗浄水を輸送及び高圧にするためのポンプ１０７ｂ、１０７ｃを備えなければならず、ノズル洗浄装置１００が大型化するとともに設置が困難となる問題が生じていた。

そこで、この問題を解決するために本願の出願人は、洗浄水を輸送及び高圧にするポンプを備える代わりに洗浄水タンクに高圧空気を加える構成として、高圧空気の圧力を利用して洗浄水を供給する洗浄装置を提案した（特許文献１参照）。
特開平１１−３２４７２２号公報

しかしながら、図２で示した従来のノズル洗浄装置や特許文献１に記載のノズル洗浄装置では、油焚きを行っていた時に地震などの災害が発生した場合、油燃料の供給は即座に非常停止するが、油燃料供給ノズルに洗浄水を供給するためのポンプや洗浄水タンクに高圧空気を供給するためのコンプレッサなども動力源の停止に伴い停止してしまい、ポンプを動作させることや洗浄水タンクを十分加圧することができないためにノズル洗浄装置を動作させることができなくなり、その結果、油燃料供給ノズルの先端にコーキングが発生してしまうという問題があった。特に、発電プラントなどにガスタービンを利用していた場合では非常停止後の迅速な復旧が望まれるため、非常停止時においてコーキングの発生を防止することは重要な課題となる。

そこで、本発明はこの課題を解決するため、非常停止時においても洗浄水を供給することができるノズル洗浄装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、ガスタービンの燃焼器に油燃料を供給する油燃料供給ラインに接続するとともに燃焼器内に突出した油燃料供給ノズルに対し、油燃料供給ノズルから洗浄水を噴射させることにより洗浄するノズル洗浄装置において、洗浄水と高圧空気とを保持するアキュムレータと、当該アキュムレータと油燃料供給ラインとを接続するとともに、内部を洗浄水が流れる洗浄水供給ラインと、当該洗浄水供給ラインに備えられ、アキュムレータから洗浄水供給ラインに流出する洗浄水の流れを制御する洗浄水制御バルブと、を備えることを特徴とする。

また、上記構成のノズル洗浄装置において、油燃料の供給が停止すると同時に洗浄水制御バルブに信号が発せられ、当該信号によって、洗浄水制御バルブが開くとともにアキュムレータから洗浄水供給ラインに洗浄水を流出させることとしても構わない。

また、上記構成のノズル洗浄装置において、洗浄水にマイクロバブルを混入させることとしても構わないし、油を除去する成分を含んだ薬剤を混入させることとしても構わない。このように構成することで、洗浄水の洗浄能力を向上させることができる。

また、上記構成のノズル洗浄装置において、高圧空気の圧力が、２０ｂａｒから２４ｂａｒの間としても構わない。なお、この高圧空気の圧力の値は、油燃料供給ノズルを高圧空気によってパージする場合に用いる圧力と略等しいものである。このような構成にすることによって、この高圧空気を生成するコンプレッサを本発明のノズル洗浄装置に用いることができる。したがって、既存の装置を利用することができるため、本発明のノズル洗浄装置を容易に設置することができる。

本発明の構成によれば、アキュムレータ内に高圧空気と洗浄水とを保持することができるため、予め高圧空気と洗浄水とをアキュムレータ内に補給しておくことができる。そのため、地震などの災害によって非常停止した場合においても、アキュムレータと油燃料供給ノズルとの間に設けられた洗浄水制御バルブを開けるだけで、アキュムレータ内に保持された高圧空気によって洗浄水が供給され、油燃料供給ノズルから洗浄水が噴射される。したがって、油燃料供給ノズルにコーキングが発生することを防ぐことが可能となりガスタービンを迅速に復旧させることができる。

以下、本発明の実施形態について図１を用いて説明する。

図１を用いて、本発明の実施形態におけるノズル洗浄装置の構成について説明する。図１は本発明の実施形態におけるノズル洗浄装置の構成について示したブロック図であり、従来例について示した図２に相当するものである。

図１に示すように、ガスタービンは、燃料を内部で燃焼させる燃焼器２と、燃焼器２のケーシングである車室３と、車室３から燃焼器２の内部に突出するとともに先端部から油燃料を供給する油燃料供給ノズル４と、油燃料供給ノズル４の先端部に油燃料供給ノズル４の内部から接続するとともに油燃料を供給する油燃料供給ライン５と、油燃料供給ライン５に備えられ油燃料の流量を制御する油燃料供給バルブ５ａと、を備える。なお、図１では車室３を模式的な断面図で示すことで、その内部に備えられた油燃料供給ノズル４を示している。

また、本発明の実施形態におけるノズル洗浄装置１は、内部に高圧空気及び洗浄水を保持することができるアキュムレータ６と、アキュムレータ６に高圧空気を補給する高圧空気補給ライン７と、高圧空気補給ライン７上に設けられアキュムレータ６から高圧空気の補給元へ高圧空気や洗浄水が流れ込むことを防ぐ逆止弁７ａと、同じく高圧空気補給ライン７上のアキュムレータ６と逆止弁７ａとの間に設けられ高圧空気の補給を制御する止め弁７ｂと、アキュムレータ６に洗浄水を補給する洗浄水補給ライン８と、洗浄水補給ライン８上に設けられアキュムレータ６から洗浄水の補給元へ洗浄水や高圧空気が流れ込むことを防ぐ逆止弁８ａと、同じく洗浄水補給ライン８上のアキュムレータ６と逆止弁８ａとの間に設けられ洗浄水の補給を制御する止め弁８ｂと、アキュムレータ６に接続しアキュムレータ６内の圧力を示す圧力計９と、アキュムレータ６内の圧力が所定の値より高くなった場合に内部の高圧空気を放出する安全弁１０と、アキュムレータ６内の洗浄水の水面６ａの位置を示す水面計１１と、アキュムレータ６内の洗浄水を排水するドレン１２と、ドレン１２に設けられ洗浄水の排水を制御する止め弁１２ａと、を備える。なお、図１ではアキュムレータ６を模式的な断面図で示すことで、内部の水面６ａを示している。

さらに、油燃料供給ライン５の油燃料供給バルブ５ａと油燃料供給ノズル４との間に接続するとともに油燃料供給ライン５に洗浄水を供給する洗浄水供給ライン１３と、洗浄水供給ライン１３に設けられるとともに供給される洗浄水の流量を制御する洗浄水供給バルブ１３ａと、洗浄水供給ライン１３の油燃料供給ライン５に接続する点と洗浄水供給バルブ１３ａとの間に設けられアキュムレータ６側に油燃料や洗浄水が流れ込むことを防ぐ逆止弁１３ｂと、を備える。

また、本発明の実施形態におけるノズル洗浄装置１を油燃料供給ライン５に接続する場合は、油燃料の供給元に油燃料や洗浄水が流れ込むことを防ぐため、油燃料供給ライン５上の洗浄水供給ライン１３と接続する点と油燃料供給バルブ５ａとの間に逆止弁５ｂを備える。

次に本発明の実施形態におけるノズル洗浄装置の動作について、引き続き図１を用いて説明する。

まず、動作前の準備段階として、ノズル洗浄装置１のアキュムレータ６に高圧空気と洗浄水が補給される。最初に洗浄水の補給が行われ、このとき、洗浄水供給バルブ１３ａと、ドレンの止め弁１２ａと、高圧空気補給ライン７の止め弁７ｂと、が完全に閉められている。そして、洗浄水補給ライン８の止め弁８ｂが開けられるとともに洗浄水がアキュムレータ６内に補給される。補給される洗浄水の一部は水面計１１にも流れ込み、水面６ａの位置は水面計１１の水面１１ａの位置によって計測される。そして、水面１１が所定の位置となったことが確認されると同時に洗浄水補給ライン８の止め弁８ｂが閉められ洗浄水の補給が終了する。また、ドレン１２の止め弁１２ａは、アキュムレータ６の保守点検を行う場合や洗浄水が補給され過ぎた場合などにおいてアキュムレータ６の排水を行う場合に開けられる。

次に、高圧空気補給ライン７の止め弁７ｂが開けられ高圧空気が補給される。高圧空気が補給されると、補給された空気の圧力が圧力計９に加えられ、アキュムレータ６内の圧力が計測される。そして、所定の圧力となったことが確認されると同時に高圧空気補給ライン７の止め弁７ｂが閉められ高圧空気の補給が終了する。

この洗浄水と高圧空気との補給動作は事前に行われるものであり、油燃料供給ノズル４に洗浄水を供給する指示があればいつでも供給することができるように準備されている。洗浄水と高圧空気とが補給されてから供給の指示が出されるまでの期間においては、洗浄水と高圧空気はアキュムレータ６内に保持され、内部の洗浄水や高圧空気の状態は圧力計９及び水面計１１によって確認される。

そして、洗浄水を油燃料供給ノズル４に供給する指示が出た場合は、洗浄水供給バルブ１３ａが開くとともに、アキュムレータ６内に保持された高圧空気が洗浄水を押し出して、洗浄水供給ライン１３、油燃料供給ライン５、油燃料供給ノズル４を洗浄水が順に流れる。そして、油燃料供給ノズル４から残留した油燃料とともに噴射される。

この時、時間にして数分程度洗浄水が噴射される。具体的には３、４分程度の時間であるが、その程度の時間で十分に洗浄効果を得ることができる。また、アキュムレータ６から洗浄水が供給されている間は、アキュムレータ６内に洗浄水及び高圧空気の補給がされないため、アキュムレータ６は少なくとも数分程度洗浄水を供給できる容量を備えている。

ノズル洗浄装置１をこのように構成することで、地震などによってほとんどの動力源が停止した場合においても、予備電源を用いる方法や直接的な方法により洗浄水供給バルブ１３ａを開くことさえできれば、洗浄水を油燃料供給ノズル４から噴射させることができる。そのため、動力源が停止してしまうような非常停止時においても、油燃料供給ノズル４に洗浄水を供給することができるためコーキングを防止することが可能となる。したがって、ガスタービンを迅速に復旧させることができる。

また、アキュムレータ６の容量は、数分程度洗浄水を供給できる容量で足りるため、ノズル洗浄装置１を小型化することができる。

なお、アキュムレータ６に補給及び保持される高圧空気は、油燃料供給ノズル４をパージするために備えられたコンプレッサが生成するものを利用することとしても構わない。この高圧空気の圧力は２０〜２４ｂａｒ程度であるが、油燃料供給ノズル４の先端は狭くなっているため、この程度の圧力を洗浄水にかけるだけで十分洗浄を行うことができる。また、同様にアキュムレータ６に補給及び保持される洗浄水も、例えば、燃焼器２に圧縮した空気を供給する圧縮機を洗浄するために用いられるものなどを利用することとしても構わない。

このように構成することで、既存の装置を利用することができるため、別途コンプレッサや洗浄水の供給元を設ける必要がない。また、上述したようにアキュムレータ６の容量も小さいものでよいため、既存のガスタービンに容易に設置することができる。

また、洗浄水にマイクロバブルを混入させることとしても構わない。特に、アキュムレータ６内では高圧空気と洗浄水とが保持されているため洗浄水に過剰な空気が溶け込んでおり、洗浄水供給ライン１３の内部にフィルタやスクリューなどのキャビティーを発生させるものを配置することによって、洗浄水にマイクロバブルを混入させることができる。また、洗浄水供給ライン１３の外部からマイクロバブルを混入させる装置を接続しても構わない。

このように構成することで、マイクロバブルの油の吸着性を利用することができ、洗浄水の洗浄能力を高めることができる。また、マイクロバブルを混入させることにより脈動が生じやすくなり、この脈動によって油燃料供給ノズル４から噴射される洗浄水が広がりやすくなるため、油燃料供給ノズル４の噴射孔周辺の油燃料を除去することができる。

また、油を洗浄する成分を含んだ薬剤を予めアキュムレータ６に投入しておき、洗浄水の洗浄能力を高めることとしても構わないし、洗浄水供給ライン１３の外部から薬剤を供給するラインを接続して洗浄水に薬剤を混入させる構成としても構わない。

また、これまで本発明の実施形態におけるノズル洗浄装置１を非常停止時に用いるものとして説明したが、本発明の実施形態におけるノズル洗浄装置１を非常停止時のみ使用することとしても構わないし、通常運転時と非常停止時の両方に使用することとしても構わない。

また、本発明の実施形態におけるノズル洗浄装置１のみ設けることとしても構わないし、本発明の実施形態におけるノズル洗浄装置１と他のノズル洗浄装置とを併設することとしても構わない。併設する他のノズル洗浄装置としては、図１に示したようなポンプを用いて洗浄水を供給するものや、特許文献１に示したような洗浄水タンクに高圧空気を供給することによって洗浄水を供給するもの、また、高圧空気を用いて油燃料供給ノズル４をパージするものなど、どのようなノズル洗浄装置でも構わない。

また、洗浄水制御バルブ１３ａは、油燃料の供給が停止したときに発せられる信号を検知して自動的に開くこととしても構わないし、直接的に操作することによって開くこととしても構わない。

以上、本発明の実施形態におけるノズル洗浄装置について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実行することができる。

本発明は、油燃料を用いて燃焼を行うガスタービンの燃焼器が備える油燃料供給ノズルを洗浄するノズル洗浄装置において利用可能である。

は、本発明の実施形態におけるノズル洗浄装置のブロック図である。 は、従来のノズル洗浄装置のブロック図である。

符号の説明

１ ノズル洗浄装置
２ 燃焼器
３ 車室
４ 油燃料供給ノズル
５ 油燃料供給ライン
５ａ 油燃料制御バルブ
５ｂ 逆止弁
６ アキュムレータ
６ａ 水面
７ 高圧空気補給ライン
７ａ 逆止弁
７ｂ 止め弁
８ 洗浄水補給ライン
８ａ 逆止弁
８ｂ 止め弁
９ 圧力計
１０ 安全弁
１１ 水面計
１２ ドレン
１２ａ 止め弁
１３ 洗浄水供給ライン
１３ａ 洗浄水制御バルブ
１３ｂ 止め弁

Claims (5)

1. ガスタービンの燃焼器に油燃料を供給する油燃料供給ラインに接続するとともに燃焼器内に突出した油燃料供給ノズルに対し、当該油燃料供給ノズルから洗浄水を噴射させることにより洗浄するノズル洗浄装置において、
   前記洗浄水と高圧空気とを保持するアキュムレータと、
   当該アキュムレータと前記油燃料供給ラインとを接続するとともに、内部を前記洗浄水が流れる洗浄水供給ラインと、
   当該洗浄水供給ラインに備えられ、前記アキュムレータから前記洗浄水供給ラインに流出する前記洗浄水の流れを制御する洗浄水制御バルブと、を備えることを特徴としたノズル洗浄装置。
2. 前記油燃料の供給が停止すると同時に前記洗浄水制御バルブに信号が発せられ、当該信号によって、前記洗浄水制御バルブが開くとともに前記アキュムレータから前記洗浄水供給ラインに前記洗浄水が流出することを特徴とする請求項１に記載のノズル洗浄装置。
3. 前記洗浄水にマイクロバブルを混入させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のノズル洗浄装置。
4. 前記洗浄水に油を除去する成分を含んだ薬剤を混入させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のノズル洗浄装置。
5. 前記高圧空気の圧力が、２０ｂａｒから２４ｂａｒの間であることを特徴とする請求項１に記載のノズル洗浄装置。

Images