JP3181084B2 - ガスタービン燃焼用空気冷却装置 - Google Patents

ガスタービン燃焼用空気冷却装置

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JP3181084B2
JP3181084B2 JP00838892A JP838892A JP3181084B2 JP 3181084 B2 JP3181084 B2 JP 3181084B2 JP 00838892 A JP00838892 A JP 00838892A JP 838892 A JP838892 A JP 838892A JP 3181084 B2 JP3181084 B2 JP 3181084B2
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    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/14Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F02C7/141Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
    • F02C7/143Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば火力発電所等
に使用されるガスタービンに係り、特に大気温度が高く
なることによるガスタービン出力の減少を抑制しようと
するものに関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、ガスタービンに供給する
燃焼用空気は、それに直結された空気圧縮機から発生さ
れる。この場合、燃焼用空気の体積は、空気圧縮機の回
転数が一定であることから常に同一体積であるが、その
質量は、大気温度が低く空気密度が高いときは大きく、
大気温度が高く空気密度の低いときは小さくなる。
【0003】一方、ガスタービンの出力は、燃焼ガスの
量と燃焼ガス温度とに比例するが、通常、ガスタービン
は、燃焼ガス温度を一定とするように運転されることか
ら、大気温度が高くなると燃焼ガス量が減少し、ガスタ
ービン出力が減少することになる。
【0004】このため、例えば高温低湿度地域で使用さ
れるガスタービンについては、従来より、専用の大型ク
ーラーを設置することによってガスタービンに供給する
燃焼用空気の温度を下げることにより、ガスタービン出
力が減少することを抑制するようにしている。
【0005】ところで、ガスタービンに供給する燃焼用
空気の温度を下げるために専用の大型クーラーを設置す
ることは、年間を通じて高温な地域では有用であるが、
寒暖の差がある地域では、高温になるわずかな期間にし
かクーラーが使用されないため、設備費に対する利益率
が悪く経済的に不利になるという問題が生じる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、大気温
度の上昇によるガスタービン出力の減少を抑制するため
に専用の大型クーラーを設置するという従来の手段で
は、設備が大規模になるため寒暖の差がある地域には不
向きであるという問題を有している。
【0007】そこで、この発明は上記事情を考慮してな
されたもので、大規模な設備を用いることなく簡易でか
つ経済的にも有利な構成でガスタービンに供給する燃焼
用空気の温度を下げて、大気温度の上昇によるガスター
ビン出力の減少を抑制することができる極めて良好なガ
スタービン燃焼用空気冷却装置を提供することを目的と
する。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明に係るガスター
ビン燃焼用空気冷却装置は、大気中に開口された空気取
入口からガスタービンの燃焼用空気を取り込むシステム
において、空気取入口の縁部に沿って配設され内部に圧
力水が注入されるパイプと、このパイプに取り付けられ
圧力水を霧状に外部に放出する複数のスプレーノズルと
を備えた水噴霧手段を設け、この水噴霧手段で噴霧され
た微細粒水の気化熱により、空気取入口から取り込まれ
る空気を冷却して、その空気密度を高くするように構成
したものである。また、この発明に係るガスタービン燃
焼用空気冷却装置は、大気中に開口された空気取入口か
らガスタービンの燃焼用空気を取り込むシステムにおい
て、空気取入口の縁部に沿って並設され、それぞれ内部
に圧力水が注入される第1及び第2のパイプと、この第
1及び第2のパイプにそれぞれ勝手違いとなるように取
り付けられ、圧力水を霧状に外部に放出する複数のスプ
レーノズルとを備えた水噴霧手段を設け、この水噴霧手
段で噴霧された微細粒水の気化熱により、空気取入口か
ら取り込まれる空気を冷却して、その空気密度を高くす
るように構成したものである。
【0009】
【作用】上記のような構成によれば、空気取入口の近傍
に設けられた水噴霧手段で噴霧された微細粒水の気化熱
により、空気取入口から取り込まれる空気を冷却して、
その空気密度を高くするようにしたので、大規模な設備
を用いることなく簡易でかつ経済的にも有利な構成で
ガスタービンに供給する燃焼用空気の温度を下げて、大
気温度の上昇によるガスタービン出力の減少を抑制する
ことができるようになるものである。
【0010】
【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して詳細に説明する。図1は、この実施例で説明する
火力発電所設備の一部を抜き出して示している。図1中
符号11は火力発電所設備の屋上であり、略傘状に形成
された複数(図示の場合は2つ)の空気取入部12,1
3が突設されている。これら空気取入部12,13は、
その一方の空気取入部12を例にとると、図2に示すよ
うに、正面略傘状の長形状に形成されている。
【0011】そして、これら空気取入部12,13の内
部は、図1に示すように空洞状になっており、その傘下
が大気中に開口された空気取入口14,15となってい
る。なお、各空気取入口14,15には、それぞれ約1
cm×1cm程度の升目の金網16,17が張られ、小
石等の侵入が防がれている。
【0012】また、各空気取入部12,13の内部は、
それぞれ仕切り板18,19によって中央から縦に分割
されている。そして、空気取入口14,15から金網1
6,17を介して取り込まれた空気は、図中矢印で示す
ように、空気フィルタ20,21を介して混合された
後、ダクト22を通って、床面23の台座24に載置さ
れたガスタービン25に燃焼用空気として供給される。
【0013】以上の構成は、1つのガスタービン25に
対して大気中から燃焼用空気を供給するための空気流通
経路であるが、この火力発電所設備では、同様な構成の
空気流通経路が6つ形成されており、6つのガスタービ
ンを駆動できるようになっている。この場合、図1に示
す空気取入部12,13の仕切り板18,19より左及
び右側が、それぞれ他の図示しないガスタービンへの空
気流通経路を構成する如くして、6つの空気流通経路が
形成されている。
【0014】ここで、上記空気取入口14,15の近傍
には、水噴霧機構26,27が設けられている。これら
水噴霧機構26,27は、その一方の水噴霧機構26を
例にとると、図3に示すように、空気取入口14の周縁
に沿って並設された2本のパイプ28,28と、これら
2本のパイプ28,28にそれぞれ取り付けられる複数
のスプレーノズル29,29,……とよりなり、各パイ
プ28,28に水供給用パイプ30を介して圧力水を注
入することにより、各スプレーノズル29,29,……
から水を霧状に放出させるようにしたものである。
【0015】具体的に言えば、各スプレーノズル29,
29,……は、図4(a)に示すように、2本のパイプ
28,28に勝手違いとなるように取り付けられてお
り、1本のパイプ28に46個で、水噴霧機構26,2
7合わせて46×2×2=184個取り付けられてい
る。また、各スプレーノズル29,29,……の噴霧範
囲は、パイプ28から700mm離れた地点で、図4
(b)に示すように、互いに重なり合うように設定され
ている。
【0016】ここで、水噴霧機構26の水供給用パイプ
30は、図5に示すように、水噴霧機構27における複
数のスプレーノズル31,31,……が取り付けられた
2本のパイプ32,32に接続された水供給用パイプ3
3と連結されており、その連結部Aは、図6に示すよう
な水供給システムに接続されている。
【0017】すなわち、この水供給システムは、火力発
電所内に設けられた図示しない用水系統から、天弁34
を介して得た水を、前述した6つのガスタービンに対応
する各空気流通経路にそれぞれ設置された水噴霧機構に
供給するために6つの系統に分配している。これら6つ
の系統は、それぞれ流量調整弁35,ストレーナ36,
遠方操作用電磁弁37及び水圧計38を有しており、こ
のうちの1つの系統が前述した連結部Aに接続されるこ
とになる。なお、図中39は水圧計であり、40はブロ
ー弁である。
【0018】したがって、上記実施例のような構成によ
れば、空気取入口14,15に設けた水噴霧機構26,
27によって水を霧状に放出させることにより、噴霧さ
れた微細粒水の気化熱により取り込まれる空気を冷却す
るようにしたので、大規模な設備を用いることなく簡易
でかつ経済的にも有利な構成でガスタービン25に供給
する燃焼用空気の温度を下げて、大気温度の上昇による
ガスタービン25の出力の減少を抑制することができ
る。
【0019】また、水噴霧機構26,27によって水を
霧状に放出させるということは、取りも直さず、燃焼用
空気を加湿することになるため、ガスタービン25で発
生する窒素酸化物を低減するという効果も生じる。すな
わち、ガスタービン25の燃焼室で発生する窒素酸化物
は、燃焼用空気の湿度によって変化し、湿度が高いほど
発生する窒素酸化物は少なくなる。このため、燃焼用空
気を加湿することにより、窒素酸化物を低減することが
可能となるものである。
【0020】次に、上述した実施例のガスタービン燃焼
用空気冷却装置における実験値について説明する。すな
わち、水噴霧機構26,27による水噴霧前は、燃焼用
空気温度27.6℃,燃焼用空気湿度47.7%,ガス
タービン出力109.1MW,窒素酸化物濃度90.9
ppmであったのに対し、空気取入口14,15に一定
間隔で設置された184個のスプレーノズル29,31
から、2kg/cm2 の圧力で噴霧粒径165μmで水
を噴霧させた場合、燃焼用空気温度が25.5℃と2.
1℃低下し、燃焼用空気湿度が62.2%と14.5%
高くなり、ガスタービン出力が111.0MWと1.9
MW増加し、窒素酸化物濃度が86.2ppmと4.7
ppm低下するという良好な結果が得られている。な
お、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、
この外その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施す
ることができる。
【0021】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
大規模な設備を用いることなく簡易でかつ経済的にも有
利な構成でガスタービンに供給する燃焼用空気の温度を
下げて、大気温度の上昇によるガスタービン出力の減少
を抑制することができる極めて良好なガスタービン燃焼
用空気冷却装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るガスタービン燃焼用空気冷却装
置の一実施例を示す断面図。
【図2】同実施例の空気取入部の形状を示す斜視図。
【図3】同実施例の水噴霧機構の構成を示す斜視図。
【図4】同水噴霧機構の詳細を説明するために示す図。
【図5】同水噴霧機構への水の供給手段を示す図。
【図6】同水噴霧機構への水の供給手段を示す図。
【符号の説明】
11…屋上、12,13…空気取入部、14,15…空
気取入口、16,17…金網、18,19…仕切り板、
20,21…空気フィルタ、22…ダクト、23…床
面、24…台座、25…ガスタービン、26,27…水
噴霧機構、28…パイプ、29…スプレーノズル、30
…水供給用パイプ、31…スプレーノズル、32…パイ
プ、33…水供給用パイプ、34…天弁、35…流量調
整弁、36…ストレーナ、37…遠方操作用電磁弁、3
8,39…水圧計、40…ブロー弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐貝 源一 新潟県北蒲原郡聖篭町東港1丁目1番 155号 東北電力株式会社東新潟火力発 電所内 (72)発明者 佐藤 常夫 新潟県北蒲原郡聖篭町東港1丁目1番 155号 東北電力株式会社東新潟火力発 電所内 (72)発明者 山田 昇 新潟県北蒲原郡聖篭町東港1丁目1番 155号 東北電力株式会社東新潟火力発 電所内 (72)発明者 坂井 拡正 新潟県北蒲原郡聖篭町東港1丁目1番 155号 東北電力株式会社東新潟火力発 電所内 (56)参考文献 特開 昭59−39936(JP,A) 実公 昭61−37794(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02C 7/143 F02C 3/30

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 大気中に開口された空気取入口からガス
    タービンの燃焼用空気を取り込むシステムにおいて、前
    記空気取入口の縁部に沿って配設され内部に圧力水が注
    入されるパイプと、このパイプに取り付けられ前記圧力
    水を霧状に外部に放出する複数のスプレーノズルとを備
    えた水噴霧手段を設け、この水噴霧手段で噴霧された微
    細粒水の気化熱により、前記空気取入口から取り込まれ
    る空気を冷却して、その空気密度を高くするように構成
    してなることを特徴とするガスタービン燃焼用空気冷却
    装置。
  2. 【請求項2】 大気中に開口された空気取入口からガス
    タービンの燃焼用空気を取り込むシステムにおいて、前
    記空気取入口の縁部に沿って並設され、それぞれ内部に
    圧力水が注入される第1及び第2のパイプと、この第1
    及び第2のパイプにそれぞれ勝手違いとなるように取り
    付けられ、前記圧力水を霧状に外部に放出する複数のス
    プレーノズルとを備えた水噴霧手段を設け、この水噴霧
    手段で噴霧された微細粒水の気化熱により、前記空気取
    入口から取り込まれる空気を冷却して、その空気密度を
    高くするように構成してなることを特徴とするガスター
    ビン燃焼用空気冷却装置。
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