JP2011202521A - Intake system, gas turbine having the intake system, and power generation plant having the gas turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、吸気システム、これを備えたガスタービンおよびこれを備えた発電プラントに関し、特に、圧縮機に導かれる空気への噴霧に関するものである。 The present invention relates to an intake system, a gas turbine including the intake system, and a power plant including the intake system, and more particularly to spraying air introduced into a compressor.
一般に、ガスタービンは、外気温度が上昇した場合には、空気が希薄になるため出力が低下する。ガスタービンの出力回復のために、圧縮機に導かれる空気に水を噴霧して、その気化熱によって空気の温度を低下させる霧噴霧吸気冷却方式が用いられている。これにより、圧縮機に導かれる空気は、その密度が高まり圧縮機の効率が改善される(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献4から特許文献6)。
In general, when the outside air temperature rises, the output of the gas turbine decreases because the air becomes lean. In order to recover the output of the gas turbine, a mist spray intake cooling system is used in which water is sprayed on the air guided to the compressor and the temperature of the air is lowered by the heat of vaporization. Thereby, the density of the air led to the compressor increases and the efficiency of the compressor is improved (for example, Patent Document 1,
引用文献3には、圧縮機によって圧縮された空気に水を噴霧して、燃焼器に供給する空気中の水分量を増加させて、タービンの燃焼ガスの流量を増加させて、発電効率を向上したガスタービン発電プラントが開示されている。
In
しかしながら、特許文献4に記載の発明は、空気に噴霧する水を圧縮空気を用いて噴霧させる二流体ノズル方式であり、特許文献5に記載の発明は、空気に噴霧する水の液滴を均一に微粒子化することができないため、噴霧させた液滴がドレン化や粗大化して圧縮機の翼に衝突しエロージョンやコーティングの剥離を発生する恐れがある。そのため、圧縮機の点検期間を短くし、かつ、予備品を確保する必要があるためガスタービンの維持管理に費用を要するという問題があった。
However, the invention described in
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、圧縮機に導かれる流体中の液滴がドレン化や粗大化を防止することが可能な吸気システム、これを備えたガスタービンおよびこれを備えた発電プラントを提供することを目的とする。
本発明により、定期点検のインターバルを延長し、発電プラントのライフサイクルコストを削減し、稼働率向上とピーク発電量の増加により燃料消費量を削減し発電プラントのライフサイクルCO2排出量を削減する。
本発明により、発電プラント運転中の吸気供給状態を可視化にて遠隔監視し、ヒューマンエラーによる機器の損傷を未然に防止する。
本発明により、根本原因分析(RCA)やリスクアセスメントやインパクト解析に基づく、エネルギーセキュリティーに関するマネジメントシステムの構築に向けて、長期気象予測情報に基づき、発電可能最大量の予測を実施する。
電力の有効利用で、地域住民とのヒートアイランド現象削減対策に対するリスクコミュニケーション活動に基づき、将来の電気自動車への電力供給・水面の増加事業・河川湖水の浄化事業・海水淡水化事業・緑化事業の普及に貢献する。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an intake system capable of preventing droplets in a fluid guided to a compressor from being drained or coarsened, and a gas turbine provided with the intake system And it aims at providing a power plant provided with this.
According to the present invention, the periodic inspection interval is extended, the life cycle cost of the power plant is reduced, the fuel consumption is reduced by improving the operation rate and increasing the peak power generation amount, and the life cycle CO 2 emission amount of the power plant is reduced. .
According to the present invention, the intake air supply state during operation of the power plant is remotely monitored by visualization, and damage to the equipment due to human error is prevented in advance.
According to the present invention, the maximum possible amount of power generation is predicted based on long-term weather forecast information for the construction of an energy security management system based on root cause analysis (RCA), risk assessment, and impact analysis.
Based on risk communication activities for reducing heat island phenomenon with local residents through effective use of electric power, dissemination of electric power supply to future electric vehicles, water surface increase business, river lake water purification business, seawater desalination business, and greening business To contribute.
上記課題を解決するために、本発明の吸気システム、これを備えたガスタービンおよびこれを備えた発電プラントは、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る吸気システムによれば、圧縮機に流体を導く流路と、該流路内に導かれた流体に対向して液体を噴霧する液体噴霧手段と、前記流路に導かれる流体の外気温度を計測する入口用温度計測手段と、前記流路に導かれる流体の外気湿度を計測する入口用湿度計測手段と、前記流路に導かれる流体の外気圧力を計測する入口用圧力計測手段と、流体に噴霧した液体の状態を監視する入口流体用監視手段と、を備え、前記液体噴霧手段は、前記入口流体用監視手段によって監視された液体が蒸発していない場合には、前記外気温度と前記外気圧力と前記外気湿度とを用いて噴霧する液体を飽和状態以下にするように流量が制御されることを特徴とする。
In order to solve the above problems, an intake system, a gas turbine including the intake system, and a power plant including the intake system of the present invention employ the following means.
That is, according to the intake system of the present invention, the flow path for guiding the fluid to the compressor, the liquid spraying means for spraying the liquid opposite to the fluid guided into the flow path, and the flow path are guided. Inlet temperature measuring means for measuring the outside air temperature of the fluid, Inlet humidity measuring means for measuring the outside air humidity of the fluid guided to the flow path, and Inlet pressure for measuring the outside air pressure of the fluid guided to the flow path Measuring means and inlet fluid monitoring means for monitoring the state of the liquid sprayed on the fluid, the liquid spraying means, when the liquid monitored by the inlet fluid monitoring means is not evaporated, The flow rate is controlled so that the liquid to be sprayed is brought into a saturated state or less using the outside air temperature, the outside air pressure, and the outside air humidity.
入口流体用監視手段によって監視される液体が蒸発していない場合には、外気温度と外気圧力と外気湿度とを用いて、圧縮機に導かれる流体に対向して噴霧する液体の量を飽和状態以下になるように制御することとした。そのため、噴霧された流体が気化する際の気化熱によって流路を通過した流体の温度を低下させることができる。また、流路内に導かれた流体には、その流れに対向するように液体を噴霧することとした。そのため、噴霧された液体を流体が通過することによって、流体内に含まれる液体を圧縮機と流路との間で十分に蒸発させることができる。したがって、圧縮機に導かれる流体の密度を高めることができると共に、流路内に設けられる機器に液体が粗大化して衝突することを回避することができる。 When the liquid monitored by the inlet fluid monitoring means has not evaporated, the amount of liquid sprayed against the fluid introduced to the compressor is saturated using the outside air temperature, outside air pressure, and outside air humidity. It was decided to control to be as follows. Therefore, the temperature of the fluid that has passed through the flow path can be lowered by the heat of vaporization when the sprayed fluid is vaporized. In addition, the fluid guided into the flow path is sprayed with a liquid so as to face the flow. Therefore, when the fluid passes through the sprayed liquid, the liquid contained in the fluid can be sufficiently evaporated between the compressor and the flow path. Therefore, the density of the fluid guided to the compressor can be increased, and the liquid can be prevented from coarsening and colliding with the device provided in the flow path.
また、流体中の腐食成分は、液体が噴霧された流路内を通過することによって液体に吸着する。これにより、腐食成分は、粗大化する。したがって、圧縮機に導かれる腐食成分を容易に捕捉することができる。 Further, the corrosive component in the fluid is adsorbed to the liquid by passing through the flow path in which the liquid is sprayed. Thereby, a corrosion component coarsens. Therefore, the corrosive component led to the compressor can be easily captured.
さらに、本発明に係る吸気システムによれば、前記圧縮機の入口に設けられて、該圧縮機に導かれる流体の吸気温度を計測する吸気用温度計測手段と、前記圧縮機の入口に設けられて、該圧縮機に導かれる流体の吸気湿度を計測する吸気用湿度計測手段と、前記圧縮機の入口に設けられて、該圧縮機に導かれる流体の吸気圧力を計測する吸気用圧力計測手段と、前記圧縮機の入口に設けられて、該圧縮機に導かれる流体の吸気速度を計測する吸気用速度計測手段と、前記圧縮機に設けられて、該圧縮機の回転数を計測する回転数計測手段と、前記圧縮機の入口に設けられて、該圧縮機に導かれる流体の状態を監視する吸気流体用監視手段と、を備え、前記液体噴霧手段は、前記吸気流体用監視手段によって監視された流体中の液体が蒸発していない場合には、前記吸気温度と前記吸気湿度と前記吸気圧力と前記吸気速度と前記回転数とを用いて噴霧する液体の流量が制御されることを特徴とする。 Further, according to the intake system of the present invention, the intake temperature measuring means provided at the inlet of the compressor for measuring the intake temperature of the fluid led to the compressor, and provided at the inlet of the compressor. An intake humidity measuring means for measuring the intake humidity of the fluid led to the compressor, and an intake pressure measuring means for measuring the intake pressure of the fluid led to the compressor provided at the inlet of the compressor And an intake speed measuring means for measuring the intake speed of the fluid guided to the compressor, and a rotation provided for the compressor for measuring the rotational speed of the compressor. Number measuring means, and intake fluid monitoring means provided at the inlet of the compressor and monitoring the state of the fluid guided to the compressor, the liquid spraying means by the intake fluid monitoring means The liquid in the monitored fluid evaporates If not, characterized in that the flow rate of the liquid to be sprayed using the intake temperature and the intake humidity the intake pressure and the intake speed and the rotational speed is controlled.
吸気流体用監視手段によって監視される流体中の液体が蒸発していない場合には、圧縮機に導かれる流体の圧縮機の入口の吸気温度、吸気湿度、吸気圧力と、圧縮機に導かれる流体の吸気速度と、圧縮機の回転数とを用いて、液体噴霧手段が噴霧する液体の流量を制御することとした。そのため、圧縮機に導かれる流体の圧縮機の入口の露点条件を圧縮機の回転数に応じて制御することができる。したがって、圧縮機に導かれる流体の密度を高めることができると共に、圧縮機内に結露が発生することを防止することができる。 When the liquid in the fluid monitored by the intake fluid monitoring means has not evaporated, the intake temperature, intake humidity, intake pressure of the fluid inlet to the compressor and the fluid introduced to the compressor The flow rate of the liquid sprayed by the liquid spraying means is controlled using the intake speed of the compressor and the rotational speed of the compressor. Therefore, the dew point condition of the inlet of the compressor of the fluid led to the compressor can be controlled according to the rotation speed of the compressor. Therefore, it is possible to increase the density of the fluid guided to the compressor, and it is possible to prevent condensation from occurring in the compressor.
さらに、本発明に係る吸気システムによれば、前記外気温度と、前記外気湿度と、前記外気圧力とは、気象情報より得られることを特徴とする。 Furthermore, according to the intake system according to the present invention, the outside air temperature, the outside air humidity, and the outside air pressure are obtained from weather information.
気象情報に基づいて外気温度と外気湿度と外気圧力とを求めることとした。そのため、予め、噴霧量を設定することができる。 The outside air temperature, outside air humidity, and outside air pressure were determined based on the weather information. Therefore, the spray amount can be set in advance.
さらに、本発明に係るガスタービンによれば、上記のいずれかに記載の吸気システムを備える圧縮機と、燃料を燃焼して排ガスを排出する燃焼器と、該燃焼器から排出された排ガスによって回転駆動されるタービンと、前記タービンと前記圧縮機との間を接続するタービン軸と、を有することを特徴とする。 Further, according to the gas turbine of the present invention, the compressor provided with any one of the intake systems described above, a combustor that burns fuel and discharges exhaust gas, and is rotated by the exhaust gas discharged from the combustor. It has a turbine driven, and a turbine shaft connecting between the turbine and the compressor.
圧縮機に導かれる流体の密度を高めることができると共に、流路内および圧縮機内に生じる結露の防止が可能な吸気システムを備える圧縮機を用いることとした。そのため、結露によって、流路内に設けられる機器や圧縮機が損傷することを防止することができる。したがって、ガスタービンの運転の健全性を向上すると共に、タービン効率を改善することができる。 The density of the fluid guided to the compressor can be increased, and a compressor having an intake system that can prevent condensation in the flow path and the compressor is used. Therefore, it is possible to prevent damage to equipment and the compressor provided in the flow path due to condensation. Therefore, the soundness of the operation of the gas turbine can be improved and the turbine efficiency can be improved.
さらに、本発明に係る発電プラントによれば、上記に記載のガスタービンを備えることを特徴とする。 Furthermore, the power plant according to the present invention is characterized by including the gas turbine described above.
ガスタービンの運転の健全性を向上すると共に、タービン効率の改善が可能なガスタービンを用いることとした。そのため、発電プラントの運転の健全性を向上させ、かつ、発電効率を改善することができる。 A gas turbine that can improve the soundness of the operation of the gas turbine and improve the turbine efficiency is used. Therefore, the soundness of the operation of the power plant can be improved and the power generation efficiency can be improved.
入口流体用監視手段によって監視される液体が蒸発していない場合には、外気温度と外気圧力と外気湿度とを用いて、圧縮機に導かれる流体に対向して噴霧する液体の量を制御することとした。そのため、噴霧された流体が気化する際の気化熱によって流路を通過した流体の温度を低下させることができる。また、流路内に導かれた流体には、その流れに対向するように液体を噴霧することとした。そのため、噴霧された液体を流体が通過することによって、流体内に含まれる液体を圧縮機と流路との間で十分に蒸発させることができる。したがって、圧縮機に導かれる流体の密度を高めることができると共に、流路内に設けられる機器に液体が粗大化して衝突することを回避することができる。 When the liquid monitored by the inlet fluid monitoring means has not evaporated, the amount of liquid sprayed opposite to the fluid guided to the compressor is controlled using the outside air temperature, the outside air pressure, and the outside air humidity. It was decided. Therefore, the temperature of the fluid that has passed through the flow path can be lowered by the heat of vaporization when the sprayed fluid is vaporized. In addition, the fluid guided into the flow path is sprayed with a liquid so as to face the flow. Therefore, when the fluid passes through the sprayed liquid, the liquid contained in the fluid can be sufficiently evaporated between the compressor and the flow path. Therefore, the density of the fluid guided to the compressor can be increased, and the liquid can be prevented from coarsening and colliding with the device provided in the flow path.
[第1実施形態]
図1には、本発明の第1実施形態に係る発電プラントのガスタービンに設けられている吸気システムの概略構成図が示されている。
吸気システム1は、ガスタービン(図示せず)に空気(流体)を導くダクト(流路)4と、ダクト4内の空気に純水(液体)を噴霧する複数のノズル(液体噴霧手段)2と、ノズル2によって純水が噴霧された空気の状態を監視する入口流体用ボアスコープ(入口流体用監視手段)21と、外気温度を計測する入口用温度計(入口用温度計測手段)と、外気相対湿度を計測する入口用湿度計(入口用湿度計測手段)と、外気圧力を計測する入口用圧力計(入口用圧力計測手段)とを備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of an intake system provided in a gas turbine of a power plant according to a first embodiment of the present invention.
The intake system 1 includes a duct (flow path) 4 that guides air (fluid) to a gas turbine (not shown), and a plurality of nozzles (liquid spray means) 2 that spray pure water (liquid) onto the air in the
ガスタービンは、吸気した空気を圧縮する図示しない空気圧縮機(圧縮機)と、燃料を燃焼して排ガスを排出する燃焼器(図示せず)と、燃焼器から排出された排ガスによって駆動されるタービン(図示せず)と、空気圧縮機およびタービンが接続されているタービン軸(図示せず)とを備えている。 The gas turbine is driven by an air compressor (compressor) (not shown) that compresses intake air, a combustor (not shown) that combusts fuel and discharges exhaust gas, and exhaust gas discharged from the combustor. A turbine (not shown) and a turbine shaft (not shown) to which the air compressor and the turbine are connected are provided.
空気圧縮機(図示せず)の入口には、ダクト4が接続されている。ダクト4は、その内部に吸気フィルタ(図示せず)および吸気サイレンサ(図示せず)を有している。空気圧縮機には、吸気ファイルタおよび吸気サイレンサを介して外気空気(以下、「空気」という。)が導かれる。空気圧縮機に導かれた空気は、空気圧縮機が回転駆動することによって圧縮される。
A
タービンは、排ガスが導かれることによって回転駆動される。タービンには、空気圧縮機との間を接続しているタービン軸が接続されている。タービンが排ガスによって回転駆動されることによりタービン軸が回転駆動される。タービン軸が回転駆動されることによって、空気圧縮機が回転駆動されて空気を圧縮する。タービン軸は、空気圧縮機とタービンとの間を接続している。 The turbine is driven to rotate by introducing exhaust gas. A turbine shaft connected to the air compressor is connected to the turbine. The turbine shaft is rotationally driven when the turbine is rotationally driven by the exhaust gas. When the turbine shaft is rotationally driven, the air compressor is rotationally driven to compress the air. The turbine shaft connects between the air compressor and the turbine.
燃焼器は、空気圧縮機によって圧縮された空気が導かれて燃料を燃焼する。燃焼器は、燃料と、空気圧縮機によって圧縮された空気とを燃焼することによって排ガスを排出する。 In the combustor, the air compressed by the air compressor is guided to burn the fuel. A combustor discharges exhaust gas by burning fuel and air compressed by an air compressor.
空気圧縮機の入口側には、ダクト4が接続されている。ダクト4は、その内部に空気が導かれるものである。ダクト4の形状は、熱流動解析計算に基づく形状寸法であり、後述するノズル2によってダクト4内に導かれた空気に噴霧された純水がほぼ完全に十分に蒸発可能な形状とされている。空気が導入されるダクト4の入口側には、吸気フィルタが設けられている。吸気フィルタは、ダクト4内に導かれる空気中の異物を取り除くものである。
A
吸気フィルタと空気圧縮機との間には、吸気サイレンサ(図示せず)が設けられている。吸気サイレンサは、後述するノズル2の下流側のダクト4内に設けられている。吸気サイレンサは、その内部に内部吸音材(図示せず)を備えている。これにより、吸気サイレンサは、ダクト4内に導かれる空気音を吸収する。
An intake silencer (not shown) is provided between the intake filter and the air compressor. The intake silencer is provided in a
ダクト4は、その延在している方向の途中位置において、ダクト4の延在方向に対して90°に曲がる(図1において下方)屈曲部4aを有している。屈曲部4aのダクト4内には、ダクト4内を流れる空気の流れを整流する整流装置12が設けられている。
The
ダクト4は、後述するノズル設置面4bに複数のノズル2が設けられている。ダクト4は、ノズル設置面4bから距離Lだけ下流側であり、ノズル設置面4bに平行な面(以下、「入口流体用監視手段設置面」という。)4cの中心部には、後述する入口流体用ボアスコープ21が設けられている。
The
ダクト4のノズル設置面4bから入口流体用監視手段設置面4cまでの間の領域(以下、「完全蒸発領域」という。)11は、ここに導かれた空気中の純水が完全に蒸発するのに十分な距離Lを有するものとされている。完全蒸発領域11は、前述した屈曲部4aの上流側に設けられている。完全蒸発領域11は、ダクト4の設計段階において設定した外気空気の条件(設計条件)に対応した距離Lに設定されている。
In a region (hereinafter referred to as “complete evaporation region”) 11 from the
ノズル2は、純水を空気圧縮機が吸気する空気へと噴霧するものである。ノズル2は、ダクト4内に複数設けられている(図1には、4箇所のみを示す)。各ノズル2には、純水供給タンク6内の純水が純水供給用ポンプ5によって昇圧されて供給される。ノズル2によってダクト4内の空気に噴霧される純水は、10μmから20μm以下の粒子径とされる。
各ノズル2から噴霧される流速は、100m/sec以上で高速であり、各ノズル2からの噴霧広がり角度αは、相互に干渉しないので、各独立した微粒子は空気と衝突し表面形状が球形から破壊変形し蒸発表面積を更に拡大し完全蒸発を促進する。
The
The flow velocity sprayed from each
ダクト4内には、例えば、4つのノズル2a、2b、2c、2dが設けられている。ノズル2a、2b、2c、2dは、ダクト4の延在する方向に垂直な面(以下、「ノズル設置面」という)4bに設けられている。ノズル2b、2cは、ダクト4内に流入する空気の流れに対向する方向に純水を噴霧するように、各噴霧孔(図示せず)がダクト4の入口側に向いている。ダクト4を構成している壁部同士が隣接する近傍に設けられているノズル2a、2dは、各噴霧孔がダクト4の入口側、かつ、ダクト4の長手方向の中心軸方向に向かって斜め方向になるように設けられている。すなわち、ノズル2a、2dは、ダクト4の長手方向に対して噴霧広がり角度がαとなるようにダクト4の内側に向かって設けられている。
In the
このようにダクト4内に流入する空気流れに対してノズル2a、2b、2c、2dから噴霧される純水が対向して噴霧されるので、ダクト4内には、噴霧された純水が流動攪拌することになる。そのため、ダクト4の入口からノズル設置面4bまでの間には、噴霧された純水の水滴が微小に渦巻きながら滞留することとなる。ノズル2a、2dの噴霧広がり角度αは、ダクト4内の空気の流れに対して対向して噴霧される純水がダクト4内を流動することが可能な角度とされている。
Thus, since the pure water sprayed from the
入口流体用ボアスコープ21は、ダクト4内の純水を含んだ空気の状態を監視するものである。入口流体用ボアスコープ21は、入口流体用監視手段設置面4cの中心に設けられている。入口流体用ボアスコープ21によって撮像(監視)された空気の状態は、図示しない制御装置によって、空気中の純水が十分に蒸発したか、蒸発が不十分かが判断され。
The
入口用温度計(図示せず)と、入口用湿度計(図示せず)と、入口用圧力計(図示せず)とは、ダクト4の外に設けられている。入口用温度計は、外気空気の温度(外気温度)を計測するものである。入口用湿度計は、外気空気の相対湿度(外気湿度)を計測するものである。入口用圧力計は、外気空気の圧力(外気圧力)を計測するものである。
An inlet thermometer (not shown), an inlet hygrometer (not shown), and an inlet pressure gauge (not shown) are provided outside the
制御装置(図示せず)は、ダクト4の外に設けられている。制御装置は、計測された外気温度と、外気湿度と、外気圧力とを用いて、ダクト4内に導かれる空気にノズル2から噴霧する純水の流量を制御する。また、制御装置は、入口流体用ボアスコープ21純水が撮像している空気の状態を判断し、その判断結果に応じて純水供給用ポンプ5が吐出する純水の流量を調整する。
なお、制御装置は、空気圧縮機が停止時や、ノズル2が破損するなどの異常時による噴霧圧力の急激な低下やノズル2の閉塞などの異常時による噴霧圧力の上昇や、純水供給用ポンプ5の異常時に、ノズル2への純水の供給を停止するインターロック機構(図示せず)を備えている。
A control device (not shown) is provided outside the
The control device is used for supplying the pure water or for increasing the spray pressure due to a sudden drop in the spray pressure due to an abnormality such as when the air compressor is stopped or when the
次に、空気圧縮機へと導かれる空気の流れについて説明する。
燃焼器によって燃料が燃焼されることによって、タービンが回転駆動される。タービンが回転駆動されることによってタービン軸が回転駆動する。タービン軸が回転駆動するので、タービン軸に接続されている空気圧縮機が回転駆動する。空気圧縮機が回転駆動することによって外気の空気が吸気フィルタを介してダクト4内に吸引される。
Next, the flow of air guided to the air compressor will be described.
As the fuel is burned by the combustor, the turbine is driven to rotate. The turbine shaft is rotationally driven by rotationally driving the turbine. Since the turbine shaft is rotationally driven, the air compressor connected to the turbine shaft is rotationally driven. When the air compressor is driven to rotate, outside air is sucked into the
ダクト4内に吸引された空気は、ダクト4の入口からノズル設置面4bへと導かれる。ダクト4の入口と、ノズル設置面4bとの間には、ノズル2によって噴霧された純水の水滴が滞留している。そのため、ダクト4の入口からノズル設置面4bへと導かれた空気には、水滴が含まれることとなる。
The air sucked into the
水滴が含まれた空気は、ノズル設置面4bの下流側の完全蒸発領域11へと導かれる。完全蒸発領域11に導かれた水滴を含有している空気は、完全蒸発領域11を通過中に純水が十分に蒸発する。純水が蒸発する際には、その気化熱によって空気の温度が低下する。空気の温度が低下することによって、空気の密度が増加する。密度が増加した空気は、完全蒸発領域11の下流側の屈曲部4a内に設けられている整流装置12によって流れが整流される。また、整流装置12がダクト4の屈曲部4aに沿うように屈曲しているため、空気は整流されて流れ方向が変えられる(図1においては、上方向流から右方向へ流れる)。
The air containing the water droplets is guided to the
整流装置12によって整流された密度の増加した空気は、空気圧縮機へと導かれる。空気圧縮機は、密度が増加した空気を圧縮する。空気圧縮機が吐出した圧縮空気は、燃焼器へと導かれる。燃焼器に導かれた圧縮空気は、供給された燃料と共に燃焼されて燃焼ガスとなる。
The increased density air rectified by the
次に、空気圧縮機へと導かれる空気に噴霧される純水の噴霧量の制御について説明する。
ダクト4外に設けられている入口用温度計と、入口用湿度計と、入口用圧力計とにより計測される外気温度と、外気湿度と、外気圧力と用いて、制御装置は、純水供給用ポンプ5が吐出する純水の流量を調整する。制御装置は、ノズル設置面4bを通過した純水を含んだ空気が飽和状態以下で飽和状態を超えないように純水供給用ポンプ5が吐出する純水の流量を調整する。
Next, control of the spray amount of pure water sprayed on the air guided to the air compressor will be described.
Using the outside air temperature, outside air humidity, and outside air pressure measured by the inlet thermometer, the inlet hygrometer, and the inlet pressure gauge provided outside the
純水を含んだ空気は、ノズル設置面4bを通過してダクト4内の完全蒸発領域11へと導かれる。ここで、ノズル設置面4bから距離Lだけ離反している入口流体用監視手段設置面4cとの間に形成されている完全蒸発領域11は、ダクト4の設計段階において設定された外気空気の条件(設計条件)に対応した距離Lとして設定されている。そのため、ダクト4を設置後に機器の異常やノズル2の経年劣化による噴霧粒子径の増大や噴霧水質の劣化他により設計条件外になった場合には、距離Lの完全蒸発領域11内で空気中の純水が十分に蒸発しないことがある。
The air containing pure water passes through the
そこで、入口流体用ボアスコープ21によって完全蒸発領域11を通過した空気の状態を常時監視することとした。入口流体用ボアスコープ21を用いて撮像(監視)している空気の状態より、制御装置が空気中の純水が十分に蒸発していないと判断した場合には、純水供給用ポンプ5が吐出する純水の流量を減少させるように調整する。
Therefore, the state of air that has passed through the
このように、制御装置は、外気温度、外気湿度、外気圧力によって純水供給用ポンプ5の吐出する流量を調整した後に、完全蒸発領域11を通過した空気の状態を入口流体用ボアスコープ21を用いて撮像して空気中の純水の蒸発状態によってさらに純水供給用ポンプ5を調整する。これにより、完全蒸発領域11から下流側のダクト4内に空気中の純水が結露することが防止される。また、ノズル2より空気に水を噴霧することによって、水が蒸発(気化)する際の気化熱を用いて空気の温度を下げて、密度の高まった空気を空気圧縮機へと導くことができる。
As described above, the control device adjusts the flow rate discharged from the pure
以上の通り、本実施形態に係る吸気システム、これを備えたガスタービンおよびこれを備えた発電プラントによれば、以下の作用効果を奏する。
入口流体用ボアスコープ(入口流体用監視手段)21によって撮像(監視)されている空気(流体)中の純水(液体)が十分に蒸発していない場合には、外気温度と、外気圧力と、外気湿度とを用いて、空気圧縮機(圧縮機)に導かれる空気に対向して噴霧する純水の流量(量)を制御することとした。そのため、純水を噴霧した気化熱によってダクト(流路)4内を通過する空気の温度を低下させることができると共に、噴霧された純水をダクト4内で十分に蒸発させることができる。したがって、空気圧縮機に導かれる空気の密度を高めることができると共に、ダクト4内に設けられている機器(図示せず)に空気中に含まれている純水の液滴が粗大化(結露)して衝突することを回避することができる。
As described above, according to the intake system according to the present embodiment, the gas turbine including the intake system, and the power plant including the gas turbine, the following operational effects can be achieved.
When pure water (liquid) in the air (fluid) imaged (monitored) by the inlet fluid borescope (inlet fluid monitoring means) 21 is not sufficiently evaporated, the outside air temperature, the outside air pressure, The flow rate (amount) of pure water sprayed opposite to the air guided to the air compressor (compressor) was controlled using the outside air humidity. Therefore, the temperature of the air passing through the duct (flow path) 4 can be lowered by the heat of vaporization sprayed with pure water, and the sprayed pure water can be sufficiently evaporated in the
空気に含まれている腐食成分は、純水が噴霧されたダクト4内を通過することによって純水に吸着する。これにより、腐食成分は、粗大化する。したがって、空気圧縮機に導かれる空気中の腐食成分を容易に捕捉することができる。
The corrosive component contained in the air is adsorbed to the pure water by passing through the
空気圧縮機に導かれる空気の密度を高めることができると共に、ダクト4内に生じる結露の防止が可能な吸気システム1を用いることとした。そのため、結露によってダクト4内に設けられている機器の損傷を防止することができる。したがって、タービン効率を改善すると共に、ガスタービンの運転の健全性を向上させることができる。
The air intake system 1 that can increase the density of the air guided to the air compressor and can prevent condensation in the
運転の健全性を向上すると共に、タービン効率の改善が可能なガスタービンを用いることとした。そのため、発電プラントの運転の健全性を向上させ、かつ、発電効率を改善することができる。 A gas turbine capable of improving the soundness of operation and improving the turbine efficiency was used. Therefore, the soundness of the operation of the power plant can be improved and the power generation efficiency can be improved.
なお、本実施形態では、入口流体用監視手段として入口流体用ボアスコープ21を用いるとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、空気中に含まれている純水の状態を常時監視できるものであれば良い。
また、入口温度計測手段、入口湿度計測手段、入口圧力計測手段として、入口用温度計、入口用湿度計、入口用圧力計を用いるとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、外気空気の温度、相対湿度、圧力を計測できるものであれば良い。
発電プラントを短時間で急速に起動する場合には、吸気流量の計画増加曲線に合わせて必要な純水の噴霧量を事前に計算し、計画的に噴霧を制御しても良い。
In the present embodiment, the
In addition, the inlet temperature measuring means, the inlet humidity measuring means, and the inlet pressure measuring means have been described as using an inlet thermometer, an inlet hygrometer, and an inlet pressure gauge, but the present invention is not limited to this. Any device that can measure the temperature, relative humidity, and pressure of the outside air can be used.
When the power plant is started up rapidly in a short time, the spray amount of pure water required may be calculated in advance according to the planned increase curve of the intake flow rate, and the spray may be controlled in a planned manner.
また、ダクト4は、90°下方に曲がる屈曲部4aを有しているとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、屈曲部4aが斜め方向や、横に延在しているものとしても良い。
さらに、ノズル2は純水を噴霧するとして説明したが、純水以外の物質であっても良い。
純水の過飽和運転を予防し、純水の噴霧過多による空気圧縮機他の機器の水没を予防する。
入口流体用ボアスコープ21等の常時監視で、予期せぬ噴霧停止を予防するフェールセーフやフールプルーフの構成システムとする。
ノズル2は、寒冷地域では、凍結防止のために、取り外し可能とする。
乾燥地域や高温地域では、サンドストームの発生に伴い、砂塵がダクト4内部に侵入する事を防止するために、ノズル2の上流側のダクト4入口部に追加のフィルタを設置する。
長期間の発電プラントの停止期間中も、取り外し可能とする。
各構成機器は、迅速に点検や交換が可能な構造や配置とする。
In addition, the
Further, although the
Prevents supersaturated operation of pure water and prevents submersion of air compressors and other equipment due to excessive spraying of pure water.
A fail-safe and fool-proof configuration system that prevents unexpected spray stoppage by constantly monitoring the
The
In a dry region or a high temperature region, an additional filter is installed at the inlet of the
It can be removed even during long-term power plant outages.
Each component device shall be structured and arranged so that it can be inspected and replaced quickly.
[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態の吸気システム、これを備えたガスタービンおよびこれを備えた発電プラントは、空気圧縮機の入口の空気を監視することによってノズルが噴霧する流量が制御される点で第1実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成、同一の流れおよび同一の制御方法については、同一の符号を付してその説明を省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described. The intake system of the present embodiment, the gas turbine equipped with the intake system, and the power plant equipped with the intake system are different from those of the first embodiment in that the flow rate sprayed by the nozzle is controlled by monitoring the air at the inlet of the air compressor. The other is the same. Therefore, the same configuration, the same flow, and the same control method are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図2には、本発明の第2実施形態に係る吸気システムを備えた発電プラントのガスタービンの概略構成図が示されている。
吸気システム1は、ガスタービン10に空気(流体)を導くダクト(流路)4と、ダクト4内の空気に純水(液体)を噴霧するノズル(液体噴霧手段)2と、外気温度を計測する入口用温度計18と、外気相対湿度を計測する入口用湿度計19と、外気圧力を計測する入口用圧力計20と、空気圧縮機9の入口の吸気温度を計測する吸気用温度計(吸気用温度計測手段)13と、空気圧縮機9の入口の吸気湿度を計測する吸気用湿度計(吸気用湿度計測手段)14と、空気圧縮機9の入口の吸気圧力を計測する吸気用圧力計(吸気用圧力計測手段)15と、空気圧縮機9の入口の空気の流速を計測する流速計(吸気用速度計測手段)16と、空気圧縮機9の回転数を計測する回転計(回転数計測手段)17とを備えている。
The schematic block diagram of the gas turbine of the power plant provided with the intake system which concerns on 2nd Embodiment of this invention is shown by FIG.
The intake system 1 measures a duct (flow path) 4 that guides air (fluid) to the gas turbine 10, a nozzle (liquid spray means) 2 that sprays pure water (liquid) onto the air in the
ガスタービン10は、吸気した空気を圧縮する空気圧縮機9と、燃料を燃焼して排ガスを排出する燃焼器8と、燃焼器8から排出された排ガスによって駆動されるタービン7と、空気圧縮機9およびタービン7が接続されているタービン軸(図示せず)とを備えている。
The gas turbine 10 includes an
制御装置(図示せず)は、ダクト4の外に設けられている。制御装置は、入口用温度計18と、入口用湿度計19と、入口用圧力計20とによって計測された外気温度と、外気湿度と、外気圧力とから純水が噴霧された空気の露点温度(以下、「ダクト内露点温度」という。)を算出する。また、制御装置は、吸気用温度計13と、吸気用湿度計14と、吸気用圧力計15と、流速計16とによって計測された空気圧縮機9の入口の吸気温度、吸気湿度、吸気圧力、吸気速度とから空気圧縮機9内に導かれる空気の露点温度(以下、「空気圧縮機内露点温度」という。)を算出する。また、制御装置は、純水供給用ポンプ5の開度を制御する。
A control device (not shown) is provided outside the
吸気用温度計13と、吸気用湿度計14と、吸気用圧力計15と、流速計16とは、空気圧縮機9の入口近傍のダクト4内に設けられている。吸気用温度計13は、空気圧縮機9の入口の吸気温度を計測するものである。吸気用湿度計14は、空気圧縮機9の入口の吸気湿度を計測するものである。吸気用圧力計15は、空気圧縮機9の入口の吸気圧力を計測するものである。流速計16は、空気圧縮機9の入口の空気の流速を計測するものである。
回転計17は、空気圧縮機9に設けられている。回転計17は、空気圧縮機9の回転数を計測するものである。
The
The
吸気流体用ボアスコープ(吸気流体用監視手段)21は、空気圧縮機9入口のダクト4内の純水を含んだ空気の状態を監視するものである。吸気流体用ボアスコープ21は、空気圧縮機9の入口近傍の空気圧縮機9の中心に設けられている。空気圧縮機9の入口において撮像(監視)された空気の状態は、図示しない制御装置によって、飽和状態に近い空気と超高速で回転する空気圧縮機9の翼(図示せず)との衝突により、境界領域での入口空気の状態量の急激な変化により、再結露が発生しないかを監視する。
The intake fluid borescope (intake fluid monitoring means) 21 monitors the state of air containing pure water in the
空気圧縮機9の翼周りの空気の境界層の領域では、空気の圧力や流速や温度条件が急激に変化し結露する条件も変化する。結露する粒子径が大きくなるほど、空気圧縮機9の各部構成機器へ損傷を与える可能性が大きくなる。そのため、吸気流体用ボアスコープ21を用いて、大きな粒子径の結露の無い事を監視する。
In the region of the boundary layer of air around the blades of the
次に、空気圧縮機へと導かれる空気に散布される純水の噴霧量の制御について説明する。
制御装置は、外気温度、外気湿度、外気圧力によって純水供給用ポンプ5の吐出する流量を調整した後に、完全蒸発領域を通過した空気の状態を入口流体用ボアスコープ(図示せず)を用いて撮像して空気中の純水の蒸発状態によってさらに純水供給用ポンプ5を調整する。
Next, control of the amount of pure water sprayed on the air guided to the air compressor will be described.
The control device uses an inlet fluid borescope (not shown) to adjust the flow rate discharged from the pure
空気圧縮機9が回転することによって、空気圧縮機9内に設けられている翼の周りの空気は、ダクト4から導かれた空気と圧力、流速、温度といった条件が変化する。そのため、空気圧縮機9内に結露を生じる可能性がある。
As the
そこで、空気圧縮機9の入口に設けられている吸気流体用ボアスコープ21によって空気圧縮機9に導かれる空気の状態を常時監視する。吸気流体用ボアスコープ21を用いて撮像(監視)している空気の状態より、制御装置が空気中の純水が十分に蒸発していないと判断した場合には、純水供給用ポンプ5が吐出する純水の流量をさらに減少させるように調整する。制御装置は、吸気流体用ボアスコープ21により撮像される空気中の純水が十分に蒸発するまで純水供給用ポンプ5が吐出する純水の流量をさらに減少する。
Therefore, the state of the air guided to the
以上の通り、本実施形態に係る吸気システム、これを備えたガスタービンおよびこれを備えた発電プラントによれば、以下の作用効果を奏する。
吸気流体用ボアスコープ(吸気流体用監視手段)21によって撮像(監視)されている空気(流体)中の純水(液体)が蒸発していない場合には、空気圧縮機(圧縮機)9に導かれる空気の空気圧縮機9の入口の吸気温度、吸気湿度、吸気圧力と、空気圧縮機9に導かれる空気の吸気速度と、空気圧縮機9の回転数とを用いて、ノズル(液体噴霧手段)2が噴霧する純水の流量(量)を制御することとした。そのため、空気圧縮機9に導かれる空気の空気圧縮機9の入口の露点条件を空気圧縮機9の回転数に応じて制御することができる。したがって、空気圧縮機9に導かれる空気の密度を高めることができると共に、空気圧縮機9内に生じる結露を防止することができる。
As described above, according to the intake system according to the present embodiment, the gas turbine including the intake system, and the power plant including the gas turbine, the following operational effects can be achieved.
When pure water (liquid) in the air (fluid) imaged (monitored) by the intake fluid borescope (intake fluid monitoring means) 21 is not evaporated, the air compressor (compressor) 9 Using the intake air temperature, the intake humidity, the intake pressure of the air introduced into the
[第3実施形態]
以下、本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態の吸気システム、これを備えたガスタービンおよびこれを備えた発電プラントは、気象情報より得られるデータを用いる点で第1実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成および同一の流れについては、同一の符号を付してその説明を省略する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described. The intake system of this embodiment, the gas turbine equipped with the same, and the power plant equipped with the same differ from the first embodiment in that data obtained from weather information is used, and the others are the same. Therefore, the same configuration and the same flow are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
制御装置は、入口用温度計、入口用湿度計、入口用圧力計から得られるデータの代わりに、気象情報より得られる外気温度と、外気湿度と、外気圧力とを用いて純水供給用ポンプが吐出する流量を制御する。 The control device is a pump for supplying pure water using the outside air temperature, the outside air humidity, and the outside air pressure obtained from the weather information instead of the data obtained from the inlet thermometer, the inlet hygrometer, and the inlet pressure gauge. Controls the flow rate discharged by the.
以上の通り、本実施形態に係る吸気システム、これを備えたガスタービンおよびこれを備えた発電プラントによれば、以下の作用効果を奏する。
気象情報に基づいて外気温度と、外気湿度と、外気圧力とを求めることとした。そのため、予め、噴霧量を設定することができる。
As described above, according to the intake system according to the present embodiment, the gas turbine including the intake system, and the power plant including the gas turbine, the following operational effects can be achieved.
Based on the weather information, the outside air temperature, the outside air humidity, and the outside air pressure were determined. Therefore, the spray amount can be set in advance.
また、天候の急変を予測し、事前に純水の噴霧量の設定値を変更する、フィードフォワード制御を適用する。
過去の気象情報や発電プラントの運用実績に基づき、将来の運用予定を計画し、需要を予測する。
In addition, feedforward control is applied to predict sudden changes in weather and to change the setting value of the spray amount of pure water in advance.
Based on past weather information and power plant operation results, plan future operations and forecast demand.
1 吸気システム
2 ノズル(液体噴霧手段)
4 ダクト(流路)
5 純水供給用ポンプ(液体噴霧手段)
21 入口流体用ボアスコープ(入口流体用監視手段)
1
4 Duct (flow path)
5 Pure water supply pump (liquid spraying means)
21 Borescope for inlet fluid (monitoring means for inlet fluid)
Claims (5)
該流路内に導かれた流体に対向して液体を噴霧する液体噴霧手段と、
前記流路に導かれる流体の外気温度を計測する入口用温度計測手段と、
前記流路に導かれる流体の外気湿度を計測する入口用湿度計測手段と、
前記流路に導かれる流体の外気圧力を計測する入口用圧力計測手段と、
流体に噴霧した液体の状態を監視する入口流体用監視手段と、
を備え、
前記液体噴霧手段は、前記入口流体用監視手段によって監視された液体が蒸発していない場合には、前記外気温度と前記外気圧力と前記外気湿度とを用いて噴霧する液体を飽和状態以下にするように流量が制御される吸気システム。 A flow path for guiding fluid to the compressor;
A liquid spraying means for spraying a liquid opposite to the fluid guided into the flow path;
Inlet temperature measuring means for measuring the outside temperature of the fluid guided to the flow path;
Inlet humidity measuring means for measuring the outside air humidity of the fluid guided to the flow path;
An inlet pressure measuring means for measuring the outside air pressure of the fluid guided to the flow path;
An inlet fluid monitoring means for monitoring the state of the liquid sprayed on the fluid;
With
When the liquid monitored by the inlet fluid monitoring means has not evaporated, the liquid spraying means uses the outside air temperature, the outside air pressure, and the outside air humidity to bring the liquid to be sprayed into a saturated state or less. So that the flow rate is controlled.
前記圧縮機の入口に設けられて、該圧縮機に導かれる流体の吸気湿度を計測する吸気用湿度計測手段と、
前記圧縮機の入口に設けられて、該圧縮機に導かれる流体の吸気圧力を計測する吸気用圧力計測手段と、
前記圧縮機の入口に設けられて、該圧縮機に導かれる流体の吸気速度を計測する吸気用速度計測手段と、
前記圧縮機に設けられて、該圧縮機の回転数を計測する回転数計測手段と、
前記圧縮機の入口に設けられて、該圧縮機に導かれる流体の状態を監視する吸気流体用監視手段と、を備え、
前記液体噴霧手段は、前記吸気流体用監視手段によって監視された流体中の液体が蒸発していない場合には、前記吸気温度と前記吸気湿度と前記吸気圧力と前記吸気速度と前記回転数とを用いて噴霧する液体の流量が制御される請求項1に記載の吸気システム。 An intake air temperature measuring means provided at an inlet of the compressor for measuring an intake air temperature of a fluid guided to the compressor;
Intake humidity measuring means that is provided at the inlet of the compressor and measures the intake humidity of the fluid guided to the compressor;
An intake pressure measuring means provided at an inlet of the compressor for measuring an intake pressure of a fluid led to the compressor;
An intake speed measuring means which is provided at an inlet of the compressor and measures an intake speed of a fluid guided to the compressor;
A rotational speed measuring means provided in the compressor for measuring the rotational speed of the compressor;
An intake fluid monitoring means provided at an inlet of the compressor for monitoring a state of fluid guided to the compressor;
When the liquid in the fluid monitored by the intake fluid monitoring means has not evaporated, the liquid spraying means calculates the intake air temperature, the intake humidity, the intake pressure, the intake speed, and the rotation speed. The intake system according to claim 1, wherein the flow rate of the liquid to be sprayed is controlled.
燃料を燃焼して排ガスを排出する燃焼器と、
該燃焼器から排出された排ガスによって回転駆動されるタービンと、
該タービンと前記圧縮機との間を接続するタービン軸と、を有するガスタービン。 A compressor comprising the intake system according to any one of claims 1 to 3,
A combustor that burns fuel and discharges exhaust gas;
A turbine that is rotationally driven by exhaust gas discharged from the combustor;
A gas turbine having a turbine shaft connecting between the turbine and the compressor.
A power plant comprising the gas turbine according to claim 4.
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