JP2011085102A - Apparatus and method for cooling intake air of gas turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスタービンが吸入する空気を冷却させて発電出力を向上させ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方法に関する。 The present invention relates to a gas turbine intake air cooling device and a gas turbine intake air cooling method that improve power generation output by cooling air taken in by a gas turbine.
ガスタービンが吸入する空気に対し、微粒化した水を噴霧し冷却することで発電出力を向上させることができる。 The power generation output can be improved by spraying atomized water and cooling the air sucked by the gas turbine.
このガスタービン吸気冷却に関する技術として、例えば、サイレンサ下流に噴霧装置を設け、ポンプで高圧に昇圧した冷却水を粒径50μm以下の水滴としてガスタービン吸入空気に対して噴霧し、この空気の温度を下げて重量流量の増加を図ったものがある(特許文献1参照)。 As a technique related to this gas turbine intake air cooling, for example, a spray device is provided downstream of the silencer, and cooling water whose pressure has been increased by a pump is sprayed on the gas turbine intake air as water droplets having a particle size of 50 μm or less. Some of them have been lowered to increase the weight flow rate (see Patent Document 1).
また、噴霧流量を調節するために出力の異なる容積式ポンプを複数台使用し、ポンプ台数を制御することにより噴霧する冷却水の流量制御を行うものもある(特許文献2参照)。 Also, there are some which use a plurality of positive displacement pumps having different outputs to adjust the spray flow rate, and control the flow rate of the cooling water sprayed by controlling the number of pumps (see Patent Document 2).
図3に、このような従来のガスタービン吸気冷却技術を利用したガスタービン設備の一例を示す。 FIG. 3 shows an example of gas turbine equipment using such a conventional gas turbine intake air cooling technique.
このガスタービン設備50は、流体の流れ方向に向かって順に、吸気部1、ガスタービン圧縮機2、ガスタービン3、および発電機4を備えている。
The
吸気部1は、吸気フィルタ5及び吸気室9を有し、吸気室9は、流体の流れ方向に向かって順に、吸気サイレンサ6及び複数の噴霧ノズル7a・・・7nを備えている。
The
また、吸気部1の外方には、給水系統と接続された給水ポンプシステム11が形成されている。この給水ポンプシステム11は、給水流量を調節する調節弁12と、その下流側で多段に分岐し、それぞれ噴霧ノズル7a・・・7nと接続された給水経路13a、13b、・・・13nと、これらの給水経路13a、13b、・・・13nにそれぞれ設けられた容積式ポンプ14a、14b、・・・14nと、これらの容積式ポンプ14a、14b、・・・14nの後段にそれぞれ配設された開閉弁15a、15b、・・・15nとを備えている。
In addition, a water supply pump system 11 connected to the water supply system is formed outside the
上記構成を備えたガスタービン設備50では、吸気は、入口側に設けられた吸気フィルタ5で除塵された後、吸気室9内で吸気サイレンサ6を通過し、ガスタービン圧縮機2方向へ導入される。その際、給水ポンプシステム11から噴霧ノズル7a・・・7nを通して霧状の水が供給される。
In the
ここで、給水ポンプシステム11では、容積式ポンプ14a、14b、・・・14nで水を圧送し、開閉弁15a、15b、・・・15nで流量制御して噴霧ノズル7a、7b、・・・7nに供給される。この場合、開閉弁15a、15b、・・・15nは、吸気室9が吸い込む空気量に対して噴霧する水の量が見合うように制御される。
Here, in the water supply pump system 11, the
このように制御された冷却水は、噴霧ノズル7a、7b、・・・7nから霧状に噴出され、空気を冷却させる。この際、水滴は、重力の作用で吸気室9の底部に集められ、ドレン水として系外へ排出される。
The cooling water thus controlled is ejected in a mist form from the
一方、冷却された空気は、ガスタービン圧縮機2で圧縮されて高温、高圧化し、その高温高圧空気を燃料(図示せず)とともにガスタービン燃焼器(図示せず)に供給され、ここで燃焼ガスを生成し、生成した燃焼ガスをガスタービン3で膨張仕事をさせ、そのとき、発生するトルクで発電機4を駆動する。
On the other hand, the cooled air is compressed by the
しかしながら、上記のガスタービン設備50では、ガスタービン圧縮機2へのエロージョン(粒体が衝突した場合、表面がキャビテーションなどで機械的損傷を受けて削れていくこと)防止のために、吸込空気に噴霧する水滴粒径を圧力噴霧により微粒化する必要があった。このため、20MPaを越えるような超高圧容積型ポンプ14を使用しなければならなかった。
However, in the
加えて、広範な流量範囲をカバーするために、高圧ポンプを複数台設置しなければならず、噴霧圧力を高圧にて一定にしながらポンプ起動台数を選択することで流量制御を実施する必要があった。 In addition, in order to cover a wide flow range, multiple high-pressure pumps must be installed, and it is necessary to perform flow control by selecting the number of pumps to start while keeping the spray pressure constant at high pressure. It was.
このため、従来のガスタービン設備50では、容積型ポンプを複数台使用することによりシステム全体として大型化し、かつ容積型のデメリットである高い機械振動や摺動部の摩耗により、機器信頼性の低下やメンテナンス上の寿命低下が生じるという課題があった。
For this reason, in the conventional
本発明は、ポンプ吐出圧が低く振動の小さい遠心式ポンプを使用することができ、機器信頼性を向上させ、メンテナンス上の寿命を向上させることが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方法を提供することを目的とする。 The present invention can use a centrifugal pump having a low pump discharge pressure and a small vibration, improve equipment reliability, and improve maintenance life, and a gas turbine intake cooling method and gas turbine intake cooling method The purpose is to provide.
更に、本発明は、システム全体として小型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方法を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a gas turbine intake air cooling device and a gas turbine intake air cooling method that can be downsized as a whole system.
上述の目的を達成するため、本発明のガスタービン吸気冷却装置は、吸気室内に設けられた噴霧ノズルと、前記噴霧ノズルに吸気冷却用の冷却水を供給するためのポンプを配設した冷却水供給系統と、前記噴霧ノズルに昇圧された空気を供給するためのアトマイズ空気系統と、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, a gas turbine intake air cooling device according to the present invention is a cooling water in which a spray nozzle provided in an intake chamber and a pump for supplying cooling water for intake air cooling to the spray nozzle are arranged. A supply system and an atomizing air system for supplying pressurized air to the spray nozzle are provided.
また、本発明のガスタービン吸気冷却方法は、吸気室内に設けられた噴霧ノズルに、吸気冷却用の冷却水を供給すると同時に、昇圧された空気を供給し、前記冷却水を前記空気で微粒化することを特徴とする。 Further, the gas turbine intake air cooling method of the present invention supplies intake water cooling water to a spray nozzle provided in the intake air chamber, and simultaneously supplies pressurized air to atomize the cooling water with the air. It is characterized by doing.
本発明によれば、機器信頼性を向上させ、メンテナンス上の寿命を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, apparatus reliability can be improved and the lifetime in a maintenance can be improved.
また、本発明によれば、システム全体として小型化することが可能となる。 Further, according to the present invention, the entire system can be reduced in size.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明に係るガスタービン吸気冷却装置をガスタービン設備に適用した第1の実施の形態の構成を示すものである。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a configuration of a first embodiment in which a gas turbine intake air cooling device according to the present invention is applied to gas turbine equipment.
このガスタービン設備10は、流体の流れ方向に向かって順に、吸気部1、ガスタービン圧縮機2、ガスタービン3、及び発電機4を備えている点は図3に示す従来のガスタービン吸気冷却装置50と同様である。
The
しかし、このガスタービン設備10は、吸気部1の外方に、冷却水供給系統16、アトマイズ空気系統(空気噴霧系統)25を有し、吸気室9の内部に噴霧ノズル8を備えている点が従来のガスタービン設備50と異なっている。
However, the
冷却水供給系統16は、吸気室1内に空気冷却用の冷却水を供給する遠心式ポンプ17、このポンプ17を回転させるモータ18、冷却水の流量を計測する流量計19及び冷却水圧を測定する圧力計21を備えている。
The cooling
また、ポンプ17の台数は、最大流量と最大圧力を満足するポンプの一台とし、広範な流量範囲をカバーするために、ポンプ駆動モータ18にはインバータ機能を備えた制御器22によりインバータ制御が行われるようになっている。
Further, the number of
更に、冷却水供給系統16には、圧力計21で測定された冷却水圧に基づき噴霧ノズル8の前圧力を制御するための圧力調節弁23を備えたバイパス戻し系統24と、ポンプ17の回転数及び圧力調整弁23を制御する制御器22が設けられている。
Further, the cooling
一方、アトマイズ空気系統25には、昇圧された空気を供給するための空気圧縮機26が設けられている。
On the other hand, the atomizing
このガスタービン設備10では、冷却水供給系統16より供給される昇圧された冷却水と、アトマイズ空気系統25より供給される昇圧された空気とが噴霧ノズル8から吸気室9へ同時に噴射される。冷却水供給系統16より供給される冷却水に対してアトマイズ空気系統25より供給される空気を供給することで、冷却水を低圧で微粒化することが可能となる。これにより、従来の容積型ポンプと比べてポンプ吐出圧が低く、振動の小さい遠心式ポンプを使用することが可能になる。
In the
また、噴霧ノズル8前圧力は、ポンプ17出口のバイパス戻し系統24に設けた圧力調節弁23により圧力制御され、余剰の流量はバイパス戻し系統24でポンプ17入口に戻される。
Further, the pressure before the
更に、噴霧ノズル8から噴射される冷却水圧力が一定となるように、冷却水流量に応じて圧力調節弁23とポンプ17のモータ18を制御器22により制御しているため、ポンプ動力を低減することが可能になる。
Further, since the
本構成により、低圧ポンプが一台でも微粒化が可能で、かつ広範な流量範囲をカバーすることができる吸気冷却装置を提供することができる。これより、機器信頼性を向上させ、メンテナンス上の寿命を向上させることができる。更に、システム全体として小型化することが可能となる。 With this configuration, it is possible to provide an intake air cooling device that can be atomized even with a single low-pressure pump and that can cover a wide flow rate range. Thereby, device reliability can be improved and the lifetime in maintenance can be improved. Furthermore, the entire system can be reduced in size.
(第2の実施の形態)
図2は、本発明に係るガスタービン吸気冷却装置をガスタービン設備に適用した第2の実施の形態の構成を示すものである。なお、第1の実施の形態と同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 2 shows a configuration of a second embodiment in which the gas turbine intake air cooling apparatus according to the present invention is applied to gas turbine equipment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as 1st Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
このガスタービン設備20は、ガスタービン圧縮機2から抽気した抽気系統27を設け、この抽気系統27より昇圧された空気を噴霧ノズル8に供給する点が図1に示すガスタービン設備10と異なっている。
The
このように構成されたガスタービン設備20では、図1に示すような昇圧用の空気圧縮機26が不要となる。
In the
従って、このガスタービン設備20によれば、第1の実施の形態のガスタービン設備10と同様の効果を奏する他、空気圧縮機を設置せずに、噴霧冷却水の微粒化に必要な昇圧空気をガスタービン圧縮機2より供給できるため、システムの更なる簡略化が可能である。
Therefore, according to this
1…吸気部、2…ガスタービン圧縮機、3…タービン、4…発電機、5…吸気フィルタ、6…吸気サイレンサ、7,8…噴霧ノズル、9…吸気室、10,20,50…ガスタービン設備、11…ポンプシステム、12…調節弁、13…給水経路、14…容積式ポンプ、15…開閉弁、16…冷却水供給系統、17…ポンプ、18…モータ、19…流量計、21…圧力計、22…制御器、23…圧力調節弁、24…バイパス戻り系統、25…アトマイズ空気系統、26…空気圧縮機、27…抽気系統
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記噴霧ノズルに吸気冷却用の冷却水を供給するためのポンプを配設した冷却水供給系統と、
前記噴霧ノズルに昇圧された空気を供給するためのアトマイズ空気系統と、
を備えたことを特徴とするガスタービン吸気冷却装置。 A spray nozzle provided in the intake chamber;
A cooling water supply system provided with a pump for supplying cooling water for intake air cooling to the spray nozzle;
An atomizing air system for supplying pressurized air to the spray nozzle;
A gas turbine intake air cooling device comprising:
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