JP2014521015A - 固定式ガスタービンを運転する方法、および、ガスタービンで取り込んだ空気のための吸気ダクト - Google Patents

Abstract

本発明は、固定式ガスタービン（１０）の外気吸気ダクト（３０）に関する。吸気ダクトは少なくとも１つのフィルター（３２、３４）を有する。フィルターは、吸気ダクト（３０）の中に配置され、吸気ダクト（３０）の中に流すことができる外気（Ａ）を浄化する。本発明はさらに、外気（Ａ）をきれいにするためのフィルター（３２、３４）を装備した固定式ガスタービン（１０）を運転する方法に関する。迅速により大きなガスタービン動力を発電機２０に供給するために、バイパスによって、または、フィルター（３２、３４）の下流に配置したフラップ（３６）によって、一部または全てがフィルターに通されていない外気（Ａ）が随時圧縮機入口（２６）に流入できるようにする。

Description

本発明は、取り込んだ空気を浄化するためにフィルターが装備された固定式ガスタービン(static gas turbine)の運転方法に関する。本発明はまた、固定式ガスタービンで取り込んだ空気のための吸気ダクトであって、吸気ダクトに流すことができる取り込まれた空気を浄化するために吸気ダクトに配置された少なくとも１つのフィルターを有する吸気ダクトに関する。

固定式ガスタービンは、通常、フィルターが装備されている。このフィルターは、吸気ダクトまたは吸気ハウジングの中に配置され、圧縮機が引き込んだ外気の浄化を目的としている。このような事情から、多くの場合、複数のフィルターが前後に連結されていて、引き込んだ外気から、これは吸気ともいうが、最初に比較的粗いほこり粒子を取り除き、次に比較的小さいほこり粒子を取り除く。吸気を浄化することが必要であるのは、１つには、圧縮機のブレードへの付着物、および、付随する圧縮機の経年変化過程を回避するためである。経年変化は、圧縮機の効率の低下につながり、ひいては、ガスタービンの効率の低下につながりうる。さらに必要なことは、特にきれいな冷却空気を、ガスタービンで利用されている高温ガス構成要素に供給することである。これは、このようにしなければ、付着物のために構成要素を確実に冷却することが危うくなる可能性があるからである。

これも知られていることであるが、当面の発電に必要なエネルギーの他に、固定式ガスタービンは、多くの場合、予備の動力をいつでも出せるよう用意し、電気分配送電網(electrical distribution grid)に、送電網周波数の変化という形で現れる変動を制限できるようにしなければならない。この点で、以下のことが知られている。すなわち、いわゆる周波数維持のために、予備の動力を投入して、迅速に利用可能にすることが、圧縮機入口の上流で流体を導入し、それによって迅速に、短い期間、質量流量を増大させ、ひいては、ガスタービンの動力出力を増大させることによってできる。この方法は、湿り圧縮による周波数維持として知られている。

ガスタービンの定格運転の間、ガスタービンを短時間オーバーファイアーさせ、それによってガスタービンの動力出力を定格負荷の１００％よりも上げることを、必要な送電網維持(grid support)を果たすために行うことがさらに知られている。この目的のために開始されたこのような周波数維持手段は、通常、１５分より長くは続かない。これは、この間に、他の送電網維持手段が導入、使用され、この結果、稼働している設備での迅速な対応、すなわち湿り圧縮またはオーバーファイアーを取りやめることができるからである。

本発明の目的は、ガスタービンの動力出力を迅速に、例えば周波数維持のために増大させることができる代替方法を提供することである。本発明の他の目的は、このような方法を実行できる、ガスタービンのための吸気ダクトを提供することである。

方法に対して定められた目的は、請求項１の特徴による方法によって達成される。装置に対して定められた目的は、請求項３の特徴による吸気ダクトによって達成される。本発明の有益な構成は、従属項に示されている。

本発明は、ガスタービンの運転時に、吸気ダクト内で空気をフィルターに通すために圧力損失が生じる、という知見に基づいたものである。この圧力損失によりガスタービンが生成する動力が低下し、ガスタービンの効率が下がる。本発明によれば、この圧力損失を迅速に、短時間で、ガスタービンに連結された発電機で利用できるガスタービンの動力を増大させる、ということがここで行われる。これを達成するために、フィルターもしくは複数のフィルターを迂回するためのバイパス、および／または、フィルターまたは複数のフィルターの下流に配置された、少なくとも１つの、閉じることができる開口部が、好ましくはフラップという形態で、吸気ダクトの壁部に外気を入れるために設けられる。バイパスまたは閉じることができるそれぞれの開口部を加えることで、少なくとも一部がフィルターに通されていない、好ましくは全てがフィルターに通されていない外気をガスタービンに属する圧縮機に流入させることが可能になる。フラップをそれぞれまたはバイパスを開くことにより、動力を低下させるフィルターでの圧力損失を無くすことができる。次にガスタービンの動力出力を割り増しの燃料を加えることによって増大させるが、これがオーバーファイアーとなることはない。高温ガスを案内する構成要素の寿命を短くするオーバーファイアーをこのように回避しながら、それでも動力出力を増大させることができる。

この方法は、周波数を維持した状況で使用することが好ましい。しかしながら、外気に浮遊する粒子がこの場合ガスタービンに流入するため、ガスタービンをこのように運転する段階の時間を制限するとよい。このような事情から、本発明による運転が行われるのが予め定められた最大時間、例えば１５分であることが好ましい。この運転段階の後、つまり、直後または１時間以内といった短い時間の後に、圧縮機を洗浄することが好ましい。これに関しては、比較的大量の洗浄液を液滴という形態で圧縮機の上流にある吸気ダクトに導入することが知られている。この流体は、この場合、圧縮機に流入でき、圧縮機のブレードから、フィルターに通されていない空気で運転している間にブレードに付着した粒子を洗い落とすことができる。このように、圧縮機内でしばらくの間現れる経年変化現象を取り消すことができる。

本発明の他の利点および特徴は、図面に示した例示的な実施形態を参照すれば明らかとなる。

フラップをダクト壁に配置した吸気ダクトの側面図である。 フラップをダクト壁に配置した吸気ダクトの側面図である。 本発明による方法の流れ図である。

図１は、固定式ガスタービン１０の概略図であり、この固定式ガスタービン１０は、圧縮機１２と、燃焼器１４と、タービンユニット１６とを有する。ガスタービン１０のローター１８は、発電機２０に連結されている。発電機２０は生成した電気エネルギーを電気分配送電網２２に供給する。

吸気ダクト３０は、圧縮機１２の上流に連結された吸気ハウジング２４に設けられていて、吸気ハウジング２４の開口部２８を圧縮機１２の入口２６に接続している。示されている例示的な実施形態によれば、前後に連結された２つのフィルター３２、３４が吸気ダクト３０内に設けられている。より多くの、または、より少ないフィルターを設けることもできる。フィルター３２、３４は、吸い込まれた外気Ａから浮遊粒子および外気Ａに入っている粒子を取り除く役目を果たす。

吸気ダクト３０を周囲に直接接続したり、周囲から隔離したりすることができる複数の大きなフラップ３６がフィルター３２、３４の下流において吸気ダクト３０のダクト壁に、閉じることができる開口部として設けられている（図２も参照のこと）。このために、フラップ３６は、長手方向軸３８に回転可能に取りつけられている。フラップ３６を軸回転させるための付随する駆動ユニット、つまり、フラップ３６を開閉するための付随する駆動ユニットは図示していない。

さらに、目の粗い保護格子（不図示）を、フラップ３６の前に、または、それぞれの開口部２８に、圧力損失を生じさせることなく設けることができる。保護格子は、比較的大きな物体、または、鳥が吸気ダクト３０に入ることを防止する。全体として、フラップ３６は、依然として存在している、フィルター３２、３４を通過する流れを乱さないように配置されている。

図１および図２に示されている例示的な実施形態の異なる点は、１つには、吸気ハウジング２４をガスタービン１０と一列になるように配置できるか（図１）、横に位置させるか（図２）というものである。

ガスタービンが従来通り運転している間、フラップ３６は閉じられ、圧縮機１２が外気Ａを開口部２８を介して吸気ダクト３０に引き込む。この空気は、フィルター３２、３４を通過し、通過するときに、最初に比較的大きな浮遊粒子が取り除かれ、次に、比較的小さな粒子が取り除かれる。フィルターに通された吸気は、次に、吸気ダクト３０の中を圧縮機１２の入口２６までさらに流れ、そして、知られている方法で圧縮されてから燃焼器１４内で燃料Ｆと共に燃焼される。

動力を増大させるための方法３９が図３に示されている。第１のステップ４０では、発電機２０に送る動力を前よりも増やすことを求める要求をガスタービン制御器が生成する。これは、例えば、電気分配送電網２２の送電網周波数が落ちたために、周波数を維持しなければならない状況になっている、という場合がありえる。この場合、第２のステップ４２で、制御器が駆動ユニットにフラップ３６を開くように命令する。少なくとも一部がフィルターに通されていない外気Ａ、または、全くフィルターに通されていない外気Ａが、これにより、ガスタービン１０の圧縮機入口２６に流入することができる。フラップ３６が開いた結果、外気はフィルター３２、３４を迂回する。これは、バイパスとしても知られている過程である。ガスタービン１０は、これにより、オーバーファイアーまたは湿り圧縮を行うことなく、より多くの動力を出力することができる。方法の第３のステップ４４では、フラップ３６が再び閉じられる。これにより、圧縮機１２が引き込んでいた外気Ａがフィルター３２、３４を通って流れなければならなくなる。方法の第３のステップ４４におけるそれぞれのフラップ３６の閉鎖は、一方で、周波数を維持しなければならない状況の終了、または、周波数維持要求の終了をもって行うことができる。他方、フラップ３６は、フィルターに通していない外気を引き込む最大運転時間が経過した後に閉じることもできる。第４の、オプションとしてのステップ４６によれば、フラップ３６を閉じた直後または閉じた後まもなく、圧縮機を洗浄する。圧縮機の洗浄は、オンライン洗浄として実行してもよいし、オフライン洗浄として実行してもよい。

原則として、本発明の本質は、バイパスを使用して固定式ガスタービン１０の吸気損失を最小にすること、そして、これにより送電網維持運転のような緊急性の運転状態のときにガスタービンの動力を上げることにある。本発明による手段は簡単であるので、フラップ３６を設置、維持するための追加の費用が少ない一方、本発明を装備したガスタービン１０の産業上の有用性は著しく大きくなる。

もちろん、他の要素、例えばスライドする窓または同様のものなどもフラップ３６の代わりに設けることができる。

したがって、全体として、本発明は、固定式ガスタービン１０の外気を引き込むための吸気ダクト３０に関する。吸気ダクト３０は少なくとも１つのフィルター３２、３４を有する。このフィルターは、吸気ダクト３０の中に配置され、吸気ダクト３０の中に流すことができる吸気Ａを浄化する。本発明はさらに、吸気Ａをきれいにするためのフィルター３２、３４を装備した固定式ガスタービン１０を運転する方法に関する。迅速に、より大きなガスタービン動力を発電機２０で利用できるように、バイパスによって、または、フィルター３２、３４の下流に配置したフラップ３６によって、随時、一部または全てがフィルターに通されていない外気Ａが圧縮機入口２６に流入できるようにする。結果として、フィルター３２、３４によって引き起こされる圧力損失が迅速になくなる。

１０ ガスタービン
１２ 圧縮機
３０ 吸気ダクト
３２、３４ フィルター
３６ フラップ

Claims (6)

1. 吸気された空気（Ａ）を浄化するための少なくとも１つのフィルター（３２、３４）を備える固定式ガスタービン（１０）を運転するための方法（３９）であって、
   都度、部分的にあるいは完全にフィルターに通されていない外気（Ａ）が前記固定式ガスタービン（１０）に流入することを特徴とする方法（３９）。
2. 周波数維持のため、および／または、前記ガスタービン（１０）の動力出力を増大させるために実行される、請求項１に記載の方法（３９）。
3. フィルターに通されていない外気（Ａ）は、長くても予め定められた時間しか流入しない、請求項１または２に記載の方法（３９）。
4. フィルターに通されていない外気（Ａ）の吸気が終了すると、圧縮機（１２）が洗浄される、請求項１、２または３に記載の方法（３９）。
5. 固定式ガスタービン（１０）の取り込んだ空気（Ａ）のための吸気ダクト（３０）であって、前記吸気ダクト（３０）内に配置され、前記吸気ダクト（３０）に流すことができる前記取り込んだ空気（Ａ）を浄化するための、少なくとも１つのフィルター（３２、３４）を有する吸気ダクト（３０）において、
   前記フィルター（３２、３４）もしくは複数のフィルター（３２、３４）を迂回するためのバイパス、および／または、前記フィルター（３２、３４）の下流に配置された、少なくとも１つの、閉じることができる開口部が、外気（Ａ）を入れるために前記吸気ダクト（３０）の壁部に設けられていることを特徴とする吸気ダクト（３０）。
6. 前記閉じることができる開口部がフラップ（３６）として形成されている、請求項５に記載の吸気ダクト（３０）。

Images