JP2010229921A

JP2010229921A - ガスタービン発電設備

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Publication number: JP2010229921A
Application number: JP2009079466A
Authority: JP
Inventors: Kazufumi Okada; 和文岡田; Yasunori Yamamoto; 保紀山本
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-10-14

Abstract

【課題】燃料圧縮機の動翼の磨耗を監視可能なガスタービン発電設備を提供する。
【解決手段】湿式電気集じん機５２で燃料ガス中のダストを除去した後、燃料圧縮機３２で燃料ガスを圧縮し燃焼器３４に送出するガスタービン発電設備１において、燃料圧縮機３２に送り込まれる燃料ガス中のダスト量を、ダスト濃度測定装置１１で計測する。コンピュータ１２は、ダスト濃度測定装置１１から送られるダスト濃度、燃料ガス流量からダスト量を算出し、予め取得した動翼の磨耗量とダスト量との関係から燃料圧縮機３２の動翼の磨耗量を算出し、デイスプレイなどの表示装置又はプリンタなどの出力装置を介して動翼の磨耗量を表示又は出力する。また磨耗量が許容値を超えると、警報装置１３を介して警報を発する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉ガス等の低圧の燃料ガスを昇圧する燃料圧縮機を備えるガスタービン発電設備に関する。

製鉄所の操業に伴い発生する高炉ガス等の副生ガスを燃料とするガスタービン発電設備では、高炉ガスにミックスガスなどの高発熱量ガスを混合、発熱量を調節し燃料ガスとしている。製鉄所から送られる副生ガスの圧力は０．１１ＭＰａ（ａｂｓ）程度と低いため、燃料ガスを軸流式の燃料圧縮機で昇圧した後、燃焼器に送出するのが一般的である。このようなタービン発電設備において、燃料ガス中に多くのダストが含まれると燃料圧縮機の動翼が磨耗し、最悪の場合には動翼が破損してしまう。製鉄所側でも高炉ガスなどの除じんを行っているが、更にガスタービン発電設備においても、燃料圧縮機に燃料ガスを送る管路の途中に除じん装置として湿式電気集じん機を設け、除じんを行っている。

一般的に上記燃料圧縮機を始めガスタービンなど高速回転する回転体には、ダストを含まない燃料ガスが使用されるか、又は上流側にダストを除去する除じん装置が設けられている。しかしながら除じん装置を用いても必ずしも完全にダストを除去できるとは限らない。このため除じん装置を通過したダスト量を測定し、ダスト量が所定の量を超えると警報を発する装置も提案されている。例えば、高炉の炉頂圧タービンでは、炉頂圧タービンの前段にバグフィルターが配設されている。バグフィルター出口の高炉ガスが流れる管路内にダストの検出コイルが設置されており、検出コイルの自己インダクタンスから導電性ダストの量を検知している。バグフィルターの破損等によるダスト量の急激な増加に対し警報器を作動させる（特許文献１参照）。

特開平７−２６５６３０号公報

特許文献１には、湿式集じん方式の場合には、ダストは除じん水によって取り除かれるので、ダストの問題はないとの指摘があるが、設計条件を超えるダストが発生したときは、湿式集じん方式であっても、多くのダストが湿式集じん装置をすり抜けてしまう。上記ガスタービン発電設備では、燃料ガスに含まれるダストを除去する湿式電気集じん機を備えるけれども、製鉄所側の事情で湿式電気集じん機の除じん能力を超えるダストが高炉ガスに含まれる場合、又は湿式電気集じん機が不調の場合は、計画値以上のダストが燃料圧縮機に送り込まれる。高性能の除じん装置を設けることで、燃料圧縮機の動翼の磨耗を抑制することができるけれども、完全に捕集できるとは限らず、また必要以上にオーバースペックの除じん装置を設けることはコストの面からも現実的とは言い難い。

燃料圧縮機の動翼の磨耗量は、ダスト量が湿式電気集じん機の計画値以下の量であれば、定期的な点検で補修時期を予測できるけれども、ダスト量が湿式電気集じん機の計画値を超えるような場合には燃料圧縮機の動翼の磨耗量又は動翼の交換時期を、定期的な点検のみで予測することは困難である。特に、製鉄所側の事情で高炉ガスに含まれるダスト量が一時的に極端に多くなるような場合は特に予測が困難であり、一時的に多量のダストが燃料圧縮機に送り込まれると動翼の磨耗量も極端に多くなる。動翼は、特殊で精密な構造であるため製作に時間を要する。このため定期的な点検で動翼の磨耗を発見し、その後動翼の手配を行うと、燃料圧縮機の補修期間が長くなり、ガスタービン発電設備の稼働率が低下する。事前に予備翼を製作し保管することで、燃料圧縮機の補修期間を短縮することができるけれども、高価な動翼の予備翼を製作し保管しておくことは経済的ではない。これらのことから燃料圧縮機の動翼の磨耗を経時的に監視可能なガスタービン発電設備の開発が待たれているところである。

本発明の目的は、燃料圧縮機の動翼の磨耗を監視可能なガスタービン発電設備を提供することである。

請求項１に記載の本発明は、低圧の燃料ガスを昇圧し燃焼器に送出する燃料圧縮機を備えるガスタービン発電設備であって、前記燃料圧縮機に送られる燃料ガス中のダスト量を測定し、燃料圧縮機の動翼の磨耗を監視する動翼磨耗監視装置を備えることを特徴とするガスタービン発電設備である。

請求項２に記載の本発明は、低圧の燃料ガスを昇圧し燃焼器に送出する燃料圧縮機を備えるガスタービン発電設備であって、稼動中の燃料圧縮機の１段動翼をストロボ装置付き小型カメラで撮影し、燃料圧縮機の動翼の磨耗を監視する動翼磨耗監視装置を備えることを特徴とするガスタービン発電設備である。

請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載のガスタービン発電設備において、前記ガスタービン発電設備は、前記燃料圧縮機に燃料ガスを送る燃料ガス管に湿式電気集じん機を備え、前記動翼磨耗監視装置は、直接的又は間接的に燃料ガス中のダスト濃度を測定可能なダスト濃度測定手段を有し、前記ダスト濃度測定手段が、前記湿式電気集じん機の下流側燃料ガス中のダスト濃度を測定するダスト濃度測定装置、前記湿式電気集じん機の洗浄排水の濁度を測定する濁度測定装置、前記湿式電気集じん機の電流を測定する電流計、及び前記湿式電気集じん機の上流側燃料ガスの温度を測定する温度計のいずれか１以上であることを特徴とする。

請求項４に記載の本発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載のガスタービン発電設備において、低圧の燃料ガスが、高炉ガスを主成分とする製鉄所副生ガスであることを特徴とする。

請求項１に記載の本発明によれば、本発明に係るガスタービン発電設備は、燃料圧縮機に送られる燃料ガス中のダスト量を測定し、燃料圧縮機の動翼の磨耗を監視する動翼磨耗監視装置を備えるので、燃料圧縮機の動翼の磨耗の進行状況を知ることができる。これにより磨耗による緊急停止、動翼の破損、動翼の破損に伴う燃料圧縮機の破損事故等を防止することができ、ガスタービン発電設備の安定運転が確保される。また、事前に動翼の製作期間を考慮した効率的な補修工程を設定できることから、ガスタービン発電設備を高い稼働率で運用できる。

請求項２に記載の本発明によれば、本発明に係るガスタービン発電設備は、稼動中の燃料圧縮機の１段動翼をストロボ装置付き小型カメラで撮影し、燃料圧縮機の動翼の磨耗を監視する動翼磨耗監視装置を備えるので、燃料圧縮機の動翼の磨耗の進行状況を知ることができる。これにより磨耗による緊急停止、動翼の破損、動翼の破損に伴う燃料圧縮機の破損事故等を防止することができ、ガスタービン発電設備の安定運転が確保される。また、事前に動翼の製作期間を考慮した効率的な補修工程を設定できることから、ガスタービン発電設備を高い稼働率で運用できる。

請求項３に記載の本発明によれば、燃料ガス中のダスト濃度の測定に、直接的又は間接的な種々の測定装置を使用可能なので、高炉ガスを送り出す製鉄所などの状況、精度、価格等に応じて好ましいダスト濃度測定装置を選択することができる。さらにダスト濃度測定装置を２つ以上設けることで、信頼性を高めることができる。

請求項４に記載の本発明によれば、高炉ガスを主成分とする製鉄所副生ガスを燃料とすることができるので、高炉ガス焚きガスタービン発電設備に本発明に係るガスタービン発電設備を適用することができる。

本発明の第１実施形態としてのガスタービン発電設備１の概略的な構成を示すプロセスフロー図である。本発明の第２実施形態としてのガスタービン発電設備２の概略的な構成を示すプロセスフロー図である。本発明の第３実施形態としてのガスタービン発電設備３の概略的な構成を示すプロセスフロー図である。本発明の第４実施形態としてのガスタービン発電設備４の概略的な構成を示すプロセスフロー図である。本発明の第５実施形態としてのガスタービン発電設備５の概略的な構成を示すプロセスフロー図である。

本発明の第１実施形態としてのガスタービン発電設備１の概略的な構成を示すプロセスフロー図である。ガスタービン発電設備１は、燃料圧縮機の動翼（図示を省略）の磨耗を監視可能な動翼磨耗監視装置１０を備える点に大きな特徴がある。ここではガスタービン発電設備１の燃料として製鉄所の操業に伴い発生する高炉ガス、ミックスガスを使用する例を示す。

ガスタービン発電設備１は、燃料である副生ガスを所定の圧力まで昇圧し燃焼器３４に送る燃料圧縮機３２、高圧の空気を燃焼器３４に送る空気圧縮機３６、燃焼器３４から排出される高温、高圧の燃焼ガスで駆動するガスタービン３８、ガスタービン３８に連結し発電を行う発電機４０、及び動翼磨耗監視装置１０を主要機器とする。

製鉄所から送られてくる高炉ガスは、混合器７６を介して高発熱量ガスであるミックスガスと混合され発熱量が調節される。発熱量が調節された燃料ガスは、燃料ガスライン７８の途中に設けられた湿式電気集じん機５２で酸化鉄などのダストが除去された後、燃料圧縮機３２へ送られる。製鉄所から送られてくる高炉ガスなどの副生ガスは、圧力が約０．１１ＭＰａ（ａｂｓ）と低いため、燃料圧縮機３２で所定の圧力まで昇圧され、ガス供給管路３３を通じて、燃焼器３４へ送られる。ガス供給管路３３には、管路途中に燃焼器３４への燃料供給を遮断する燃料遮断弁３５が設けられている。

燃焼器３４には、空気圧縮機３６から高圧の空気が供給される。空気圧縮機３６は、吸込管３７に備えられる吸気フィルタ３９を介して外気を吸気し、所定の圧力まで圧縮する。高圧の燃料ガスは、燃焼器３４で高圧の空気と混合、燃焼し高温、高圧の燃焼ガスを生成する。高温、高圧の燃焼ガスは、ガスタービン３８に導かれ、ガスタービン３８を駆動する。ガスタービン３８には、燃料圧縮機３２、空気圧縮機３６及び発電機４０が連結し、ガスタービン３８の駆動に伴い発電機４０が駆動され発電が行われる。

燃料圧縮機３２は、軸流式圧縮機であり、サージングの範囲が広く、吸込む燃料ガス流量が所定の流量以下になるとサージングが発生するため、これを回避する目的で、出力が低下し燃焼器３４への燃料ガスの供給量が減少しても、吸込む燃料ガス量が所定の流量以下とならないように、吐出ガス（燃料ガス）の一部を燃料圧縮機３２の入口部に返送するための燃料ガス戻りライン４２を備える。

燃料ガス戻りライン４２は、ラインの途中に戻りガス（循環ガス）量を調節するための第１ガス戻量制御弁４４を有し、さらにその下流に戻りガス冷却器４６が設けられている。戻りガス冷却器４６は、直冷式の冷却器であり、戻りガスに直接、冷却水を吹きかけ戻りガスを冷却する。戻りガス冷却器４６は、ガス密度を大きくし、燃料圧縮機３２の圧縮効率を高める目的で設置され、戻りガスは所定の温度まで冷却された後、燃料圧縮機３２の入口部、より正確には湿式電気集じん機５２の下流側の燃料ガスライン７８に返送される。

また燃料ガス戻りライン４２には、大量の戻りガスを処理するための第２ガス戻量制御弁４８を備えるバイパスライン５０が連結する。バイパスライン５０は、第１ガス戻量制御弁４４をバイパスし、一端を燃料ガス戻りライン４２の入口部に、他端を戻りガス冷却器４６の上流部に接続する。第２ガス戻量制御弁４８は、第１ガス戻量制御弁４４に比較して、多量の戻りガスを流通させることが可能なため、バイパスライン５０は、ユニットトリップなど流量変動の大きい場合に使用される。

燃料ガスライン７８に設けられている湿式電気集じん機５２は、燃料ガスに含まれる酸化鉄などのダストを捕集するための装置であり、電極上に水を噴霧し捕集したダストを洗い流すことで高い集じん性能を確保する。このため湿式電気集じん機５２に噴霧用の水を送る一方、捕集したダストを含む洗浄排水を回収するための洗浄設備５４が付設されている。

洗浄設備５４は、洗浄水を溜める洗浄水槽５６と洗浄後の洗浄排水を溜める排水槽５８と備える給水ピット６０を有する。洗浄水槽５６の洗浄水は、洗浄水ポンプ６２をラインの途中に備える洗浄水ライン６４を介して湿式電気集じん機５２に送られ、捕集したダストが付着している捕集電極面（図示を省略）を洗浄する。洗浄水は、補給水ライン６６から洗浄水槽５６に供給されている。一方、洗浄後のダストを含む洗浄排水は、洗浄排水ライン６８を通り、排水槽５８に送られ、排水槽５８のダストを含む洗浄排水は、排水ポンプ７０を備える排水ライン７２を介して図示を省略した排水処理設備に送られ、ここで所定の処理が行われる。

上記構成からなるガスタービン発電設備１は、燃料圧縮機３２の動翼の磨耗を監視可能な動翼磨耗監視装置１０を除き、従来のガスタービン発電設備と同じ構成である。このようなガスタービン発電設備１は、ガスタービン３８から排出される排ガスの熱を排熱回収ボイラ（図示を省略）で回収し、蒸気を発生させ、図示を省略した蒸気タービン、発電機を駆動させて発電する汽力発電装置と組み合わせ、発電効率を高めることができるガスタービン複合発電プラントとして利用されることが多い。

製鉄所から送出される高炉ガスを主燃料とする上記ガスタービン発電設備１は、高炉の運用条件に大きく影響され、高炉の負荷変化等により高炉ガス量、発熱量、高炉ガス中のダスト量等が時間的に変化する。湿式電気集じん機５２は、十分に高い除じん性能を有するけれども、湿式電気集じん機の計画値を超えるダストが含まれる高炉ガスが送られると、捕集されなかったダストが燃料ガスと共に燃料圧縮機３２に入り動翼（図示を省略）を徐々に磨耗する。動翼の磨耗が進行した場合は、運転を停止し磨耗した動翼を新しい動翼に交換することになる。また、ダスト量が多い期間が続くと、予想外に磨耗が進行し、動翼や燃料圧縮機３２が破損する等の事故が起こすため、燃料圧縮機３２の動翼の磨耗を監視することが重要な課題になる。このため本ガスタービン発電設備１は、燃料圧縮機３２の動翼の磨耗を監視可能な動翼磨耗監視装置１０を備える。

動翼磨耗監視装置１０は、燃料圧縮機３２に送られるダスト量を測定することで燃料圧縮機３２の動翼の磨耗を監視する装置であり、燃料圧縮機３２の動翼の磨耗量が、基本的にダスト量に比例することに基づくものである。動翼磨耗監視装置１０は、ダスト濃度測定装置１１、コンピュータ１２、警報装置１３を含む。

ダスト濃度測定装置１１は、湿式電気集じん機５２の下流であって循環ガスが燃料ガスライン７８に合流する前の燃料ガスライン７８に取り付けられており、燃料圧縮機３２の入口部の燃料ガス中のダスト濃度を測定する。ダスト濃度測定装置１１としては、連続測定が可能な光透過式又は光散乱式によるダスト計など公知のダスト濃度測定装置１１を使用することができる。ダスト濃度の測定は連続測定が好ましく、特に一時的に極端にダスト濃度が高くなるようなケースにあっては、連続測定がより好ましいが、ＪＩＳ（ＪＩＳＺ８８０８）で定められた等速吸引法でダスト濃度を測定してもよい。特にダスト濃度が低いケースでは燃料圧縮機３２の動翼の磨耗は、比較的長期間かけて徐徐に進行するため、手分析でも十分に対応可能である。

コンピュータ１２は、燃料ガス中のダスト量を算出し燃料圧縮機３２の動翼の磨耗量を監視する監視手段であり、ダスト濃度測定装置１１から送られるダスト濃度及び燃料ガス流量から燃料ガス中のダスト量を算出し、これまでのダスト量に加算しダスト量の積算値を求める。得られた積算ダスト量と、予め取得した動翼の磨耗量（実測値）と積算ダスト量との関係から燃料圧縮機３２の動翼の磨耗量を算出し、デイスプレイなどの表示装置又はプリンタなどの出力装置を介して動翼の磨耗量を表示又は出力する。さらに算出した動翼の磨耗量が許容値（設定値）を越えた場合には、警報装置１３を介して警報を発する。なお、ダスト濃度を等速吸引法で取得した場合は、キーボードを介してダスト濃度を入力すればよい。燃料圧縮機３２の入口のダスト量を測定し燃料圧縮機３２の動翼の磨耗を監視する動翼磨耗監視装置１０は、燃料圧縮機３２の動翼を摩耗するダスト量を直接測定し、動翼の磨耗量を算出する方法ゆえ高い精度で動翼の摩耗監視を行うことができる。

図２は、本発明の第２実施形態としてのガスタービン発電設備２の概略的な構成を示すプロセスフロー図である。図１と同一の部材には、同一の符号を付して説明を省略する。図２に示すガスタービン発電設備２も図１に示すガスタービン発電設備１と同様、燃料圧縮機３２の動翼の磨耗を監視可能な動翼磨耗監視装置１５を備える。但し、図１に示す動翼磨耗監視装置１０と構成が異なる。図２に示す動翼磨耗監視装置１５は、湿式電気集じん機５２の洗浄排水の濁度を測定し、燃料圧縮機３２の動翼の磨耗を監視する装置であり、濁度計１６、コンピュータ１２、警報装置１３を含む。

燃料ガス中のダスト量が増加すると、湿式電気集じん機５２で捕集されるダスト量も増加し、洗浄排水の濁度も上昇する。同時に湿式電気集じん機５２で捕集されないダスト量も増加し、燃料圧縮機３２に送り込まれるダスト量も増加する。動翼磨耗監視装置１５は、湿式電気集じん機５２の洗浄排水の濁度と、湿式電気集じん機５２で捕集されず燃料圧縮機３２に送り込まれるダスト量との間に相関関係があり、さらに上記の通り燃料圧縮機３２に送り込まれるダスト量と動翼の磨耗量との間に相関関係があることから、湿式電気集じん機５２の洗浄排水の濁度を測定し、燃料圧縮機３２の動翼の磨耗量を算出、監視する。

濁度計１６は、湿式電気集じん機５２と給水ピット６０の排水槽５８とを結ぶ洗浄排水ライン６８の途中に取り付けられており、洗浄排水中のダスト濃度を測定する。濁度計１６としては、連続測定が可能な光透過式又は光散乱式による濁度計など公知の濁度計１６を使用することができる。洗浄排水中のダスト濃度の測定は連続測定が好ましく、特に一時的に極端にダスト濃度が高くなるようなケースにあっては、連続測定がより好ましいが、洗浄排水をろ過し手分析でダスト量を求めてもよい。特にダスト濃度が低いケースでは燃料圧縮機３２の動翼の磨耗は、比較的長期間かけて徐徐に進行するため、手分析でも十分に対応可能である。

コンピュータ１２は、濁度計１６の測定する濁度データから湿式電気集じん機５２で捕集されず、燃料圧縮機３２に送り込まれたダスト量（積算値）を算出し、予め取得した動翼の磨耗量（実測値）と積算ダスト量との関係から燃料圧縮機３２の動翼の磨耗量を算出、監視する。警報の発生等は、第１実施形態に示す動翼磨耗監視装置１０と同一であるので、説明を省略する。湿式電気集じん機５２の洗浄排水中のダスト量から湿式電気集じん機５２で捕集されず、燃料圧縮機３２に送り込まれたダスト量を求め燃料圧縮機３２の動翼の磨耗を監視する動翼磨耗監視装置１５は、一酸化炭素など有害成分を含む燃料ガスに触れることがないため安全な手法である。また、燃料ガスの圧力、温度に直接影響を受けないため、これらに制限されることがなく広く適用することができる。

図３は、本発明の第３実施形態としてのガスタービン発電設備３の概略的な構成を示すプロセスフロー図である。図１及び図２と同一の部材には、同一の符号を付して説明を省略する。図３に示すガスタービン発電設備３も図１及び図２に示すガスタービン発電設備１、２と同様、燃料圧縮機３２の動翼の磨耗を監視可能な動翼磨耗監視装置２０を備える。但し、図１及び図２に示す動翼磨耗監視装置１０、１５と構成が異なる。図３に示す動翼磨耗監視装置２０は、湿式電気集じん機５２の電流値を測定し、動翼磨耗を監視する装置であり、電流計２１、コンピュータ１２、警報装置１３を含む。

湿式電気集じん機５２は、高電圧の印加によるコロナ放電によりダストを負に帯電させ正電荷を持つ極版へ移動させダストを捕集する方法であり、ダストの捕集に必要な電流値は捕集したダスト量と相関関係を持っている。また、先に述べたように捕集したダスト量は、湿式電気集じん機５２で捕集されず燃料圧縮機３２に送り込まれるダスト量と相関関係を有し、さらに燃料圧縮機３２に送られる燃料ガス中のダスト量と動翼の磨耗量との間に相関関係があることから、湿式電気集じん機５２の電流値を測定し、燃料圧縮機３２の動翼の磨耗量を算出、監視する。

コンピュータ１２は、電流値から湿式電気集じん機５２で捕集されず、燃料圧縮機３２に送り込まれたダスト量（積算値）を算出し、予め取得した動翼の磨耗量（実測値）と積算ダスト量との関係から燃料圧縮機３２の動翼の磨耗量を算出、監視する。警報の発生等は、第１実施形態に示す動翼磨耗監視装置１０と同一であるので、説明を省略する。湿式電気集じん機５２の電流値から湿式電気集じん機５２で捕集されず、燃料圧縮機３２に送り込まれたダスト量を求め燃料圧縮機３２の動翼の磨耗を監視する動翼磨耗監視装置２０は、第１実施形態及び第２実施形態に示す動翼磨耗監視装置１０、１５に比べ、比べ精度は低いが、安価であり安全で信頼性が高い手法である。

図４は、本発明の第４実施形態としてのガスタービン発電設備４の概略的な構成を示すプロセスフロー図である。図１から図３と同一の部材には、同一の符号を付して説明を省略する。図４に示すガスタービン発電設備４も図１から図３に示すガスタービン発電設備１、２、３と同様、燃料圧縮機３２の動翼の磨耗を監視可能な動翼磨耗監視装置２５を備える。但し、図１から図３に示す動翼磨耗監視装置１０、１５、２０と構成が異なる。図４に示す動翼磨耗監視装置２５は、燃料ガスの温度を測定し、動翼の磨耗を監視する装置であり、温度検出装置２６、コンピュータ１２、警報装置１３を含む。

高炉ガスは、温度が上昇すると高炉ガス中のダスト濃度が上昇する傾向がある。例えば高炉の炉頂圧タービン（図示を省略）が緊急停止すると、高炉ガスからエネルギー回収ができないために高炉ガスの温度が上昇し、バイパスラインを通じて高炉ガスが送出されるため飛散ダスト量が増加する。燃料ガス中のダスト量と燃料圧縮機３２の動翼の磨耗量に相関関係があることは既に記載の通りである。このため動翼磨耗監視装置２５は、燃料ガスの温度を測定することで、動翼の磨耗を監視する。燃料ガスの温度を測定する温度検出装置２６は、混合器７６出口であって、湿式電気集じん機５２の上流側の燃料ガスライン７８に装着されている。この温度検出装置２６には、公知の熱電対などを使用することができる。燃料ガスライン７８を流通する燃料ガスの温度は３０〜５０℃、圧力は０．１１ＭＰａ（ａｂｓ）程度であり、燃料ガスライン７８への温度検出装置２６の装着は容易である。

コンピュータ１２は、燃料ガスの温度データ（積算値）と、予め取得した動翼の磨耗量（実測値）と燃料ガスの温度データ（積算値）との関係に基づき、燃料圧縮機３２の動翼の磨耗量を算出、監視する。警報の発生等は、第１実施形態に示す動翼磨耗監視装置１０と同一であるので説明を省略する。温度の測定は、安価であり信頼性が高く簡便に実施することができる。

図５は、本発明の第５実施形態としてのガスタービン発電設備５の概略的な構成を示すプロセスフロー図である。図１から図４と同一の部材には、同一の符号を付して説明を省略する。図５に示すガスタービン発電設備５も図１から図４に示すガスタービン発電設備１、２、３、４と同様、燃料圧縮機３２の動翼の磨耗を監視可能な動翼磨耗監視装置８０を備える。但し図１から図４に示す動翼磨耗監視装置１０、１５、２０、２５と構成が異なる。図５に示す動翼磨耗監視装置８０は、図１に示す動翼磨耗監視装置１０を構成するダスト濃度測定装置１１、コンピュータ１２、警報装置１３の他、稼動中の燃料圧縮機３２の１段動翼を撮影可能な撮影手段８１を有し、この画像データに基づき燃料圧縮機３２の動翼の磨耗量を算出、監視することができる。

撮影手段８１は、ストロボ装置付き小型カメラであり、燃料圧縮機３２の動翼の磨耗は、燃料ガスに最初に接する１段動翼が最も顕著に起こるため、ストロボ装置付き小型カメラは、燃料圧縮機３２の１段動翼が監視できる位置に装着されている。なお、燃料圧縮機３２の入口圧力は、圧力０．１１ＭＰａ（ａｂｓ）、温度３０〜５０℃程度であるので、特殊なストロボ装置及び小型カメラでなくてもよい。ストロボ装置付き小型カメラは、ストロボの発光を回転する動翼と同期させさることで動翼を静止画像として撮影できる。この静止画像を解析することで、動翼の形状、磨耗部の輝度など時間的な磨耗の状況を知ることができる。なお、静止画像を解析するための解析ソフトウエアは、一般的に市販されている公知の解析ソフトウエアを利用することがでる。

コンピュータ１２は、小型カメラが撮影した画像データを解析し、新品の動翼形状、以前の磨耗部の輝度状況や予め取得した動翼の磨耗量の実測値と画像データとの関係に基づき燃料圧縮機３２の１段動翼の磨耗量を算出し、デイスプレイなどの表示装置又はプリンタなどの出力装置を介して動翼の磨耗量を表示又は出力する。また、第１実施形態に示す動翼磨耗監視装置１０と同様に、ダスト量に基づき算出した燃料圧縮機３２の動翼の磨耗量を、デイスプレイなどの表示装置又はプリンタなどの出力装置を介して動翼の磨耗量を表示又は出力する。またコンピュータ１２は、画像データに基づき算出した燃料圧縮機３２の１段動翼の磨耗量又はダスト量に基づき算出した燃料圧縮機３２の動翼の磨耗量の少なくともいずれか一方の値が許容値（設定値）を越えた場合には、警報装置１３を介して警報を発する。

ダスト量を測定することにより動翼の磨耗を監視する方法は、動翼を磨耗させる磨耗材であるダストに着目した磨耗監視方法であるが、ストロボ装置付き小型カメラにより動翼の磨耗を監視する方法は、監視対象物である動翼の表面状況を監視する方法であり評価手法が異なる。ダスト量による動翼の磨耗の監視は、動翼の平均的な磨耗量を求めることができる。一方、ストロボ装置付き小型カメラにより動翼の磨耗を監視する方法は、平均的な磨耗量を求めると同時に局部的な磨耗の状況を把握することができるため、動翼の磨耗の状況を総合的に評価できる。

第５実施形態に示す動翼磨耗監視装置８０は、ダスト濃度測定装置１１及びストロボ装置付き小型カメラの両方を有するけれども、ストロボ装置付き小型カメラのみでも燃料圧縮機３２の動翼の磨耗量の監視を行うことが可能なことは上記の通りである。一方、第５実施形態に示す動翼磨耗監視装置８０のように評価手法の異なる二つの監視方法を採用することで精度が高まる。また、一方の測定手段に不調が生じた場合、それぞれが異なった磨耗量を示すため、即座に測定手段を点検し修理することで正常な測定に戻すことができ、精度及び信頼性の高い測定が可能となる。なお、ダスト濃度測定装置１１に代え、第２から第４実施形態に示すに示す動翼磨耗監視手法を用いてもよいことはもちろんである。

また図１から図４に示す動翼磨耗監視装置１０、１５、２０、２５は、基本的に燃料圧縮機３２へ送られる燃料ガスに含まれるダスト量を直接的又は間接的に求め、動翼の磨耗を監視する装置であるが、各々ダスト量の測定方法、算出方法が異なるため、複数の動翼磨耗監視装置を装着することで、装置の誤作動、誤検出等を相互に監視することが可能となり信頼性が増す。複数の動翼磨耗監視装置を装着するときは、動翼磨耗量算出手段であるコンピュータ１２は一つでよく、また各データに重み付けをし、動翼磨耗量を算出するようにしてもよい。

１ガスタービン発電設備
２ガスタービン発電設備
３ガスタービン発電設備
４ガスタービン発電設備
５ガスタービン発電設備
１０動翼磨耗監視装置
１１ダスト濃度測定装置
１２コンピュータ
１３警報装置
１５動翼磨耗監視装置
１６濁度計
２０動翼磨耗監視装置
２１電流計
２５動翼磨耗監視装置
２６温度検出装置
３２燃料圧縮機
３４燃焼器
５２湿式電気集じん機
７８燃料ガスライン
８０動翼磨耗監視装置
８１撮影手段

Claims

低圧の燃料ガスを昇圧し燃焼器に送出する燃料圧縮機を備えるガスタービン発電設備であって、
前記燃料圧縮機に送られる燃料ガス中のダスト量を測定し、燃料圧縮機の動翼の磨耗を監視する動翼磨耗監視装置を備えることを特徴とするガスタービン発電設備。
低圧の燃料ガスを昇圧し燃焼器に送出する燃料圧縮機を備えるガスタービン発電設備であって、
稼動中の燃料圧縮機の１段動翼をストロボ装置付き小型カメラで撮影し、燃料圧縮機の動翼の磨耗を監視する動翼磨耗監視装置を備えることを特徴とするガスタービン発電設備。
前記ガスタービン発電設備は、前記燃料圧縮機に燃料ガスを送る燃料ガス管に湿式電気集じん機を備え、
前記動翼磨耗監視装置は、直接的又は間接的に燃料ガス中のダスト濃度を測定可能なダスト濃度測定手段を有し、
前記ダスト濃度測定手段が、前記湿式電気集じん機の下流側燃料ガス中のダスト濃度を測定するダスト濃度測定装置、前記湿式電気集じん機の洗浄排水の濁度を測定する濁度測定装置、前記湿式電気集じん機の電流を測定する電流計、及び前記湿式電気集じん機の上流側燃料ガスの温度を測定する温度計のいずれか１以上であることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン発電設備。
低圧の燃料ガスが、高炉ガスを主成分とする製鉄所副生ガスであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のガスタービン発電設備。