JP4532224B2 - ガスタービン吸気フィルタユニット - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンプラント等に使用されるガスタービン吸気フィルタユニットに関する。

従来、この種のガスタービン吸気フィルタユニットとして、吸気ダクト内の上流側から、１次フィルタ層（プレフィルタ）、２次フィルタ層（中性能フィルタ）及び３次フィルタ層を順に、通風方向と直交して配置した３段式のガスタービン吸気フィルタユニットがある（特許文献１）。
この種のガスタービン吸気フィルタユニットは、ガスタービンの運転効率を高めるために、８０００時間以上ガスタービンを停止させないことが要求されている。このため、３次フィルタ層を構成する各フィルタについては、ガスタービン運転中に交換せずに、１次及び２次フィルタ層を構成する各フィルタを交換して、ガスタービン吸気フィルタユニット全体の寿命を伸ばすようにしていた。
上記ガスタービン吸気フィルタユニットに対して、特許文献２には、３次フィルタ層を、同文献の図１に示すように、吸気流の下流側に向かって窪む少なくとも一つの凹部を有するように配置することで、３次フィルタ層の吸気の流通抵抗を適度に抑制することが提案されている。
しかしながら、上記凹型配置では、窪んだ部分に集中的に気流が集まり、３次フィルタ層に対する吸気流の圧力のバランスが崩れ、３次フィルタ層を構成する一部のフィルタに高負荷がかかることになり、３次フィルタ層全体の流通抵抗を適度に抑制するものではなかった。また、３次フィルタ層を上記凹型に配置すると、３次フィルタ層を構成する各フィルタが、吸気ダクトの内壁に近接することがあり、特に、小型の吸気ダクト内では、フィルタが交換できないか、或いは、交換作業性を低下させるという問題があった。

特開７−２５３０２８号公報 特開２００３−２５４０８８号公報

そこで、本発明は、複数のフィルタ層から構成されるガスタービン吸気フィルタユニットにおいて、最下流側のフィルタ層を通過する吸気流を円滑なものとし、更に、最下流側のフィルタ層及び隣接する上流側のフィルタ層のメンテナンス性を高めることを目的とする。

上記課題を解決すべく、本発明者等は鋭意検討の結果、ガスタービンの吸気ダクト内の最下流側のフィルタ層を吸気流の上流側に向かって１つの凸部のみを有するように配置することで、最下流側のフィルタ層を通過する吸気流を全体としてバランス良くすることができ、また、最下流側のフィルタ層及びこれに隣接する上流側のフィルタ層を構成する各フィルタの交換を容易にすることができるという知見に基づき、以下の解決手段を見出した。
即ち、本発明のガスタービン吸気フィルタユニットは、請求項１に記載の通り、ガスタービンの吸気ダクト内に、吸気方向の上流側から、面領域において複数個の単位フィルタ領域に区分されたフィルタ層を複数段配置することにより構成されたガスタービン吸気フィルタユニットであって、前記各フィルタ層の中で最下流側のフィルタ層が、前記上流側に向かって一つの凸部のみを有するように構成されていることを特徴とする。
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のガスタービン吸気フィルタユニットにおいて、前記凸部は吸気方向に対して垂直な平面状取付枠と、この平面状取付枠から吸気ダクトの出口側に向かって開放するように対向して配置される平面状取付枠とで構成され、前記各平面状取付枠に単位フィルタを設けたことを特徴とする。
また、請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載のガスタービン吸気フィルタユニットにおいて、前記最下流側のフィルタ層以外のフィルタ層は、吸気方向と直交するように平面状に設けられることを特徴とする。
また、請求項４に記載の本発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のガスタービン吸気フィルタユニットにおいて、前記フィルタ層は、吸気方向の上流側から１次フィルタ層、２次フィルタ層及び３次フィルタ層の３段で構成され、前記２次フィルタ層と前記３次フィルタ層との最近接距離は、前記３次フィルタ層を構成する単位フィルタの吸気方向の長さに対して、約１倍以上であることを特徴とする。
また、請求項５に記載の本発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載のガスタービン吸気フィルタユニットにおいて、前記フィルタ層は、吸気方向の上流側から１次フィルタ層、２次フィルタ層及び３次フィルタ層の３段で構成され、横断平面上において前記３次フィルタ層の最下流側の端面中心と前記吸気ダクト出口の中心との距離として規定される
前記３次フィルタ層と前記吸気ダクト出口の最近接距離が、前記３次フィルタ層を構成する単位フィルタの吸気方向の長さに対して、約１倍以上であることを特徴とする。

本発明によれば、ガスタービン吸気用フィルタの最下流側のフィルタ層への吸気が円滑に行われるので、ガスタービンの駆動損失を防止できる。また、吸気ダクトの空気出口付近に配置される最下流側のフィルタ層に過度の圧力がかかることなく流通抵抗の適正なバランスが図れる。
また、最下流側のフィルタ層及び隣接する上流側のフィルタ層を構成するフィルタを交換するためのスペースを十分確保できるので、作業性に優れ、特に、吸気ダクトが小型の場合には有効である。

本発明の実施の形態について、図１を参照して説明する。
図１は、ガスタービン吸気フィルタユニットを通過する吸気の流れを示す概略側面図、図２は、ガスタービン吸気フィルタユニットの全体構成を示す横断平面図である。

図１に示すように、ガスタービン吸気フィルタユニット１を通過した吸気は、矢印ａで示すように吸気ダクト２を通じてガスタービン３の空気圧縮機４に導入された後、タービン部５を経て、矢印ｂで示すように排気ダクト６から煙突または熱回収ボイラ側に向かって排出される。尚、同図に示す符号７は、発電機である。

ガスタービン吸気フィルタユニット１は、吸気ダクト２内の上流側から、１次フィルタ層９、２次フィルタ層１０及び３次フィルタ層１１を順に配置したものである。尚、図示されるものでは、吸入口側にデミスター１２が設けられている。
各フィルタ層９，１０，１１は、それぞれ、複数のフィルタから構成され、格子状のフィルタ取付枠１３，１４，１５にそれぞれ取り付けられている。図示されるものでは、フィルタ取付枠１３，１４は、平面状に形成され、吸気方向と垂直となるように配置されている。

そして、３次フィルタ層１１を取り付けるための取付枠１５は、吸気方向に垂直となる取付枠１５ａと、この取付枠１５ａから下流側に向かって開拡するようにして対向配置される取付枠１５ｂ，１５ｃとから構成されている。この取付枠１５に、３次フィルタを配置して、吸気流の上流側に向かって一つの凸部を有する３次フィルタ層１１が形成される。
本発明における一つの凸部は、吸気流方向に垂直な面に対して、３次フィルタ層の１部のみが突出するように配置されるものであれば、その配置方法に関して特に制限はなく、例えば、吸気方向の上流側から下流側に向かって開拡する逆Ｖ字状又は逆台形状に配置することができる。尚、前記逆Ｖ字状の配置の場合には、最上流側、即ち、逆Ｖ字の頂点にフィルタを設けないようにしてもよい。
また、凸部が設けられる位置についても特に制限はないが、例えば、吸気ダクト２の入口１６と出口１７の中心間を結ぶ直線上に配置することができる。

前記２次フィルタ層１０と、前記３次フィルタ層１１との最近接距離（Ｘ）は、前記３次フィルタ層１１を構成する単位フィルタの吸気方向の長さ（厚み）に対して、約１倍以上であることが好ましい。これにより、３次フィルタ層１１を構成するフィルタを交換するためのスペースが確保することができるからである。
尚、前記最近接距離（Ｘ）は、同一平面上において、３次フィルタ層１１の最上流側の端面と、２次フィルタ層１０の最下流側の端面との間の距離のなかで最も短い距離をいうものとする。

前記３次フィルタ層１１と前記吸気ダクト２の出口１７の最近接距離（Ｙ）が、前記３次フィルタ層１１を構成する単位フィルタの吸気方向の長さ（厚み）に対して、約１倍以上であることが好ましい。これにより、吸気ダクト２の出口１７付近の３次フィルタ層１１に過度の圧力がかかることなく、通気抵抗の適性なバランスを図ることができるからである。
尚、前記最近接距離（Ｙ）は、横断平面上において、３次フィルタ層１１の最下流側の端面中心と、吸気ダクト２の出口１７の中心との間の距離をいうものとする。

前記１次フィルタ層９を構成するフィルタとしては、例えば、ガラス繊維製濾材を、特開６３−５１９１６号公報に開示されるような吹き流し型形状、或いは、パネル型形状に構成したものを使用することができる。フィルタの大きさは、例えば、吹き流し型フィルタであれば、幅５９４ｍｍ、高さ５９４ｍｍ、厚さ５００ｍｍ、パネル型フィルタであれば、幅６１０ｍｍ、高さ６１０ｍｍ、厚さ５０ｍｍ程度である。フィルタ１個当たりの濾過特性としては、例えば、濾過効率７０〜９８％（重量法）、粉塵保持量４００〜３５００ｇ程度のものを使用することができる。
そして、このフィルタを、例えば、４列〜６列×４段〜５段として配置して、１次フィルタ層９が構成される。

前記２次フィルタ層１０を構成するフィルタとしては、例えば、ガラス繊維製濾材をジグザグに折り畳んで、折り畳まれた空間に波形のセパレータを介在させて間隔を保持したフィルタパックを、四辺形状のフィルタ枠内に収容して構成されたものを使用することができる。フィルタの大きさは、例えば、幅６１０ｍｍ、高さ６１０ｍｍ、厚さ２９０ｍｍ程度とすることができる。フィルタ１個当たりの濾過特性としては、例えば、濾過効率６０〜９０％（比色法）、粉塵保持量１１００〜３０００ｇ程度のいわゆる中性能フィルタを使用することができる。
そして、このフィルタを、例えば、４列〜６列×４段〜５段として配置して、２次フィルタ層１０が構成される。

前記３次フィルタ層１１を構成するフィルタとしては、前記２次フィルタと同じようにして作製され、フィルタの大きさは、例えば、幅６１０ｍｍ、高さ６１０ｍｍ、厚さ２９０ｍｍ程度とすることができる。フィルタ１個当たりの濾過特性としては、例えば、濾過効率９０〜９９．９７％（計数法）、粉塵保持量１９００〜２６００ｇ程度のいわゆる高性能フィルタを使用することができる。
そして、このフィルタを、例えば、５列〜７列×４段〜５段として配置して、３次フィルタ層１１が構成される。

尚、本発明は、吸気ダクト２の形状や気流通過面積について特に制限はない。

また、図示したものでは、デミスター１２を使用したが、この代わりに、ウェザールーバーを使用してもよい。また、デミスター１２又はウェザールーバーとしては、内側に雨等の浸入を防ぐことできるものであれば特に制限はない。

尚、上記説明では、便宜上、３段式のガスタービン吸気用フィルタユニットについて説明したが、吸気方向の上流側から、１次フィルタ層及び２次フィルタ層を順に配置し、２次フィルタ層を構成するフィルタを、中性能フィルタ用濾材と高性能フィルタ用濾材とを密接することにより構成される複合型フィルタとした２段式のガスタービン吸気用フィルタユニットにも適用することができる。

次に、本発明の一実施例について図２を参照して説明する。尚、本発明は、この実施例によって限定されるものではない。

図２に示されるように、実施例のガスタービン吸気用フィルタユニットを構成する吸気ダクト２は、幅２６００ｍｍ、長さ３８５０ｍｍ、高さ２７００ｍｍの直方体形状に形成され、吸気上流側に、幅２０００ｍｍ、高さ２０００ｍｍの矩形状の入口１６が設けられ、吸気方向の下流側には、幅１５００ｍｍ、高さ１５００ｍｍの矩形状の出口１７が設けられている。そして、吸気ダクト２の側面の上流側と下流側のそれぞれに、点検扉１８，１９が設けられている。

吸気ダクト２の入口１６には、幅６００ｍｍ、高さ５００ｍｍ、厚さ２５ｍｍ、のデミスター１２（捕集効率：２８％以上（重量法）、圧力損失：初期５９Ｐａ（風量６６ｍ^３／分）、日本無機株式会社製 ＤＭ−１５０−２５）を４列×４段で１６個を配置した。

そして、吸気ダクト２内には、上流側から、１次フィルタ層９、２次フィルタ層１０及び３次フィルタ層１１を順に配置した。
１次フィルタ層９は、合成繊維製乾式不織布濾材を吹流型の幅５９２ｍｍ、高さ５９２ｍｍ、厚さ５００ｍｍの吹流型フィルタ（濾材面積：４ｍ^２、捕集効率：９８％以上（重量法）、圧力損失：初期９８Ｐａ（風量６６ｍ^３／分）、日本無機株式会社製 ＤＳ−Ｌ−５６−９８Ｇ）により構成され、これを４列×４段で、吸気方向に対して垂直となるように平面格子状の取付枠１３に計１６個を配置した。
２次フィルタ層１０は、ガラス繊維製湿式不織布濾材をジグザグに折り畳んで、折り畳まれた空間に波形のセパレータを介在させて間隔を保持したフィルタパックを、四辺形状のフィルタ枠内に収容して、幅６１０ｍｍ、高さ６１０ｍｍ、厚さ２９０ｍｍの構成の中性能フィルタ（濾材面積：１２ｍ^２、捕集効率：９０％以上（比色法）、圧力損失：初期２２５Ｐａ（風量６６ｍ^３／分）、日本無機株式会社製 ＡＳＴ−５６−９０）により構成され、これを４列×４段で、吸気方向に対して垂直となるように平面格子状の取付枠１３に計１６個を配置した。
３次フィルタ層１１は、ガラス繊維製湿式不織布濾材をジグザグに折り畳んで、折り畳まれた空間に波形のセパレータを介在させて間隔を保持したフィルタパックを、四辺形状のフィルタ枠内に収容して、幅６１０ｍｍ、高さ６１０ｍｍ、厚さ２９０ｍｍの構成の高性能フィルタ（濾材面積：３０ｍ^２、捕集効率：９７％以上（０．３μｍ粒子径を使用した計数法）、圧力損失：初期２２５Ｐａ（風量５３ｍ^３／分）、日本無機株式会社製 ＧＣＣ−５０−Ｐ−ＫＬ−ＤＴＧ）により構成するようにした。
前記フィルタは、吸気ダクト２内に凸状になるように吸気方向に対して垂直な平面状取付枠１５ａに１列×１段と、この取付枠１５ａから吸気ダクト２の出口１７側に向かって開放するように対向して配置される平面状の取付枠１５ｂ，１５ｃにそれぞれ、２列×２段設けて、計２０個を配置した。

尚、２次フィルタ層１０の最下流側の端面と、３次フィルタ層１１の取付枠１５ａに取り付けられたフィルタの最下流側の端面との間の距離（Ｘ）を６２０ｍｍとなるようにした。
また、吸気ダクト２の出口１７と、３次フィルタ層１１の取付枠１５ｂ，１５ｃに取り付けられたフィルタの最下流側の端面との間の距離（Ｙ）を６２０ｍｍとなるようにした

上記構成により、３次フィルタ層１１を通過する風量は５３ｍ^３／分、全フィルタ層の圧力損失は初期６１７Ｐａ（風量１０６０ｍ^３／分）であった。
これに対して、従来の吸気方向に対して平面状に３次フィルタ層１１を配置した場合には、風量は、６６ｍ^３／分であり、全フィルタ層の圧力損失は初期圧損３０４Ｐａ（風量１０６０ｍ^３／分）であった。
従って、本実施例のガスタービン吸気フィルタユニットは、３次フィルタ層１１の負荷が小さく、全体としても圧力損失が小さいことがわかった。
また、２次・３次フィルタ層メンテナンススペース２１は、図中散点状に示される領域となり、この領域の幅は、フィルタの厚さよりも広くなるため、２次フィルタ層１０を構成するフィルタ及び３次フィルタ層を構成するフィルタを、交換のために引き出して作業するスペースが十分確保することができた。

本発明のガスタービン吸気フィルタユニットを通過する吸気の流れを示す概略側面図 本発明のガスタービン吸気フィルタユニットの全体構成を示す横断平面図

符号の説明

１ ガスタービン吸気用フィルタ
２ 吸気ダクト
３ ガスタービン
４ 空気圧縮機
５ タービン部
６ 排気ダクト
７ 発電機
９ １次フィルタ層
１０ ２次フィルタ層
１１ ３次フィルタ層
１２ デミスター
１３ フィルタ取付枠
１４ フィルタ取付枠
１５ フィルタ取付枠
１６ 吸入口
１７ 出口
１８ 点検扉
１９ 点検扉

Claims (5)

1. ガスタービンの吸気ダクト内に、吸気方向の上流側から、面領域において複数個の単位フィルタ領域に区分されたフィルタ層を複数段配置することにより構成されたガスタービン吸気フィルタユニットであって、前記各フィルタ層の中で最下流側のフィルタ層が、前記上流側に向かって一つの凸部のみを有するように構成されていることを特徴とするガスタービン吸気フィルタユニット。
2. 前記凸部は吸気方向に対して垂直な平面状取付枠と、この平面状取付枠から吸気ダクトの出口側に向かって開放するように対向して配置される平面状取付枠とで構成され、前記各平面状取付枠に単位フィルタを設けたことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン吸気フィルタユニット。
3. 前記最下流側のフィルタ層以外のフィルタ層は、吸気方向と直交するように平面状に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスタービン吸気フィルタユニット。
4. 前記フィルタ層は、吸気方向の上流側から１次フィルタ層、２次フィルタ層及び３次フィルタ層の３段で構成され、前記２次フィルタ層と前記３次フィルタ層との最近接距離は、前記３次フィルタ層を構成する単位フィルタの吸気方向の長さに対して、約１倍以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のガスタービン吸気フィルタユニット。
5. 前記フィルタ層は、吸気方向の上流側から１次フィルタ層、２次フィルタ層及び３次フィルタ層の３段で構成され、横断平面上において前記３次フィルタ層の最下流側の端面中心と前記吸気ダクト出口の中心との距離として規定される最近接距離が、前記３次フィルタ層を構成する単位フィルタの吸気方向の長さに対して、約１倍以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のガスタービン吸気フィルタユニット。

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