JP4563489B1 - Optimal arrangement method for optimally arranging mist spray nozzles in the gas turbine intake tower - Google Patents
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Abstract
【課題】ガスタービンに供給される燃焼空気を効果的かつ均一に冷却できるようなミスト噴霧ノズルを備えたガスタービン吸気塔及び該噴霧ノズルの最適配置方法を提供する。
【解決手段】吸気塔１０は、大気中からガスタービン燃焼用空気を取り込む空気取入口１１ａが設けられた吸気口部１１と、空気を浄化する吸気フィルタ１４を収納する吸気フィルタ室１３と、吸気口部１１と吸気フィルタ室１３とを連結して吸気通路を形成するダクト部１２と、吸気通路内に複数のミスト噴霧ノズル２１と、を備える。ミスト噴霧ノズル２１は吸気口部１１又はダクト部１２の吸気通路内に配置される。ミスト噴霧ノズル２１の個数は吸気通路内の風速に比例して調整して、噴霧されたミスト濃度が吸気フィルタ前面１４ａにおいて均一になるようにミスト噴霧ノズルが最適に配置されている。
【選択図】図１A gas turbine intake tower having a mist spray nozzle capable of effectively and uniformly cooling combustion air supplied to a gas turbine and an optimal arrangement method of the spray nozzle are provided.
An intake tower 10 includes an intake port portion 11 provided with an air intake port 11a for taking in gas for combustion of a gas turbine from the atmosphere, an intake filter chamber 13 for storing an intake filter 14 for purifying the air, and an intake air A duct portion 12 that connects the mouth portion 11 and the intake filter chamber 13 to form an intake passage, and a plurality of mist spray nozzles 21 are provided in the intake passage. The mist spray nozzle 21 is disposed in the intake passage of the intake port portion 11 or the duct portion 12. The number of the mist spray nozzles 21 is adjusted in proportion to the wind speed in the intake passage, and the mist spray nozzles are optimally arranged so that the sprayed mist concentration is uniform on the intake filter front surface 14a.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、例えば火力発電所等に使用されるガスタービンの吸気塔及びガスタービン吸気塔にミスト噴霧する方法に関し、詳細には、ガスタービン吸気塔の吸気通路内に設けられたミスト噴霧ノズルを用いて吸気された空気を効果的にかつ均一に冷却してガスタービン出力を飛躍的に増大しようとするものに関する。 The present invention relates to a gas turbine intake tower used in, for example, a thermal power plant and a method of spraying mist on the gas turbine intake tower, and more particularly, to a mist spray nozzle provided in an intake passage of the gas turbine intake tower. The present invention relates to a device that effectively and uniformly cools air sucked by using it to dramatically increase gas turbine output.
ガスタービンに供給される燃焼用空気は、大気中から吸気通路を経てガスタービンの空気圧縮機に取り込まれる。通常、ガスタービンが定格出力で運転する場合には、燃焼用空気の体積流量は、空気圧縮機の回転数が一定であることから常に同一であるが、その重量流量は、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。 Combustion air supplied to the gas turbine is taken into the air compressor of the gas turbine through the intake passage from the atmosphere. Normally, when the gas turbine is operated at the rated output, the volumetric flow rate of the combustion air is always the same because the rotation speed of the air compressor is constant, but the weight flow rate is low because the air temperature is low. It is large when the density is high, and small when the atmospheric temperature is high and the air density is low.
また、ガスタービンの出力は、燃焼ガスの重量流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、例えば夏場のように大気温度が高くなると燃焼ガスの重量流量が減少し、ガスタービン出力が減少することになる。なお、ガスタービンを定格出力ではない状態で運転（部分負荷運転）する場合も同様に、重量流量の減少に伴いガスタービン出力が減少する傾向がある。 The output of the gas turbine is proportional to the weight flow rate of the combustion gas and the combustion gas temperature. Normally, however, the gas turbine is operated to keep the combustion gas temperature constant. When the temperature increases, the weight flow rate of the combustion gas decreases, and the gas turbine output decreases. Similarly, when the gas turbine is operated in a state that is not the rated output (partial load operation), the gas turbine output tends to decrease as the weight flow rate decreases.
このため、従来より、吸気通路内で水などの冷媒を加圧してノズルより噴霧し、吸気に混入させ、冷媒が蒸発する際の気化熱で吸気を直接冷却する装置が知られている。例えば、本願の出願人は、特許文献１に開示するように、吸気塔１０の吸気口部の上流側にあたる空気取入口１１ａ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２２０と、このパイプ２２０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２１０とを備えた水噴霧手段２００（以下、「既存水噴霧装置」と呼ぶ。）を開発して上記問題の解決にあたっている（図１６を参照）。 For this reason, conventionally, there has been known an apparatus for directly cooling the intake air by heat of vaporization when the refrigerant evaporates when the refrigerant such as water is pressurized in the intake passage and sprayed from the nozzle and mixed in the intake air. For example, the applicant of the present application, as disclosed in Patent Document 1, is a pipe that is disposed along the edge of the air intake port 11a on the upstream side of the intake port portion of the intake tower 10 and into which pressure water is injected. The water spraying means 200 (hereinafter referred to as “existing water spraying device”) having 220 and a plurality of spray nozzles 210 attached to the pipe 220 and discharging pressure water to the outside in the form of a mist is developed and described above. The problem is being solved (see FIG. 16).
この既存水噴霧装置２００は、例えば、吸気塔１０の空気取入口１１ａに１８４個のスプレーノズル２１０を一定間隔で設置し、２ｋｇ／ｃｍ２の圧力で噴霧粒径１６５μｍの水を噴霧させた場合、燃焼用空気温度が２．１℃低下し、ガスタービン出力が１．９ＭＷ増加できるといった実績を有している。 In the existing water spray device 200, for example, when 184 spray nozzles 210 are installed at regular intervals in the air intake port 11a of the intake tower 10, water having a spray particle diameter of 165 μm is sprayed at a pressure of 2 kg / cm 2. The combustion air temperature is reduced by 2.1 ° C., and the gas turbine output can be increased by 1.9 MW.
しかしながら、既存水噴霧装置２００のような従来技術では、噴霧された水粒子の粒径が比較的大きいため、水粒子がスプレーノズル２１０から取入口に設置されたフィルタに到達するまでに十分に気化しきれずにフィルタにおいて目詰まりを起こしてしまう場合がある。また、フィルタ目詰まりの発生は、フィルタを通過する空気の圧力損失の増大を招き、ガスタービンに供給する空気量が低減してしまう。 However, in the conventional technology such as the existing water spray device 200, since the particle size of the sprayed water particles is relatively large, the water particles are sufficiently airborne until they reach the filter installed at the intake port from the spray nozzle 210. In some cases, the filter may not be fully clogged. Moreover, the occurrence of filter clogging causes an increase in pressure loss of air passing through the filter, and the amount of air supplied to the gas turbine is reduced.
さらに、この気化しきれない水粒子がフィルタを通過しガスタービンに流入すると、水滴のまま空気圧縮機の動静翼に直接衝突し、翼のエロージョンの発生要因となってしまう。このように、噴霧した水粒子をいかに効率良く気化させるかが課題であった。 Further, when the water particles that cannot be vaporized pass through the filter and flow into the gas turbine, the water particles directly collide with the moving and stationary blades of the air compressor as water droplets, resulting in generation of blade erosion. Thus, the problem was how to efficiently vaporize the sprayed water particles.
また、既存水噴霧装置２００は、吸気口部の外側に配置されていたため、燃焼用空気を冷却すべき噴霧水が全て吸気塔１０の内部に流入せず、一部落下して吸気口部付近の屋上面３０が水浸しになることもあった。このように水噴霧を行うスプレーノズル２１０の最適な配置位置、配置数、噴霧量を求めることも同様に解決すべき課題であった。 In addition, since the existing water spray device 200 is disposed outside the intake port portion, not all of the spray water that should cool the combustion air flows into the intake tower 10, and a part of the spray water falls to the vicinity of the intake port portion. In some cases, the roof surface 30 of the house was flooded. Thus, obtaining the optimal arrangement position, the number of arrangements, and the spray amount of the spray nozzle 210 that performs water spraying was also a problem to be solved.
加えて、既存水噴霧装置２００で達成している燃焼用空気温度低減効果（２．１℃）やガスタービン出力向上（１．９ＭＷ出力増加）にさらなる改善の要望があった。 In addition, there has been a demand for further improvements in the combustion air temperature reduction effect (2.1 ° C.) and gas turbine output improvement (1.9 MW output increase) achieved with the existing water spray device 200.
そこで、本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、吸気塔から吸入されガスタービンに供給される燃焼空気を効果的かつ均一に冷却できるようなミスト噴霧ノズルを備えたガスタービン吸気塔及び該噴霧ノズルの最適配置方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in consideration of the above circumstances, and a gas turbine intake tower provided with a mist spray nozzle that can effectively and uniformly cool combustion air sucked from the intake tower and supplied to the gas turbine. And it aims at providing the optimal arrangement | positioning method of this spray nozzle.
上記課題を解決するために、本発明に係るミスト噴霧ノズルの最適配置方法は以下の構成を含むように構成したものである。すなわち、吸気通路と吸気フィルタを有するガスタービン吸気塔にミスト噴霧ノズルを最適に配置する最適配置方法は、
前記吸気通路内の風速分布を計算するステップと、
前記風速分布に基づいてミスト噴霧ノズル配置位置を選択するステップと、
前記配置位置の流路断面に複数の前記ミスト噴霧ノズルを配置し、さらにノズル系統に区分するステップと、
前記ノズル系統のうち一系統に属する前記ミスト噴霧ノズルだけがミスト噴霧された場合の前記吸気フィルタ前面の濃度分布を前記ノズル系統毎に計算するステップと、
前記ノズル系統毎にミスト噴霧された場合の前記濃度分布結果を用いて、複数のノズル系統に属する前記ミスト噴霧ノズルからミストが噴霧された場合に前記吸気フィルタ前面の濃度が最も均一になるように前記ノズル系統毎にノズル個数を調整するステップと、
前記ノズル系統毎にミスト噴霧された場合の前記濃度分布結果により、前記ノズル系統相互の相関関数を求めて前記ノズル系統をグループに分けるステップと、
同一の前記グループの間で前記ミスト噴霧ノズルを再配置するステップと、
を含むことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the optimum arrangement method of the mist spray nozzle according to the present invention is configured to include the following configurations. That is, the optimal arrangement method for optimally arranging the mist spray nozzle in the gas turbine intake tower having the intake passage and the intake filter is
Calculating a wind speed distribution in the intake passage;
Selecting a mist spray nozzle arrangement position based on the wind speed distribution;
Arranging a plurality of the mist spray nozzles in the flow path cross section of the arrangement position, and further dividing into nozzle systems;
Calculating the concentration distribution of the front surface of the intake filter when only the mist spray nozzle belonging to one system among the nozzle systems is sprayed for each nozzle system;
Using the concentration distribution result when the mist is sprayed for each nozzle system, when the mist is sprayed from the mist spray nozzles belonging to a plurality of nozzle systems, the density of the front surface of the intake filter is most uniform. Adjusting the number of nozzles for each nozzle system;
According to the concentration distribution result when the mist is sprayed for each nozzle system, a step of obtaining a correlation function between the nozzle systems and dividing the nozzle system into groups;
Repositioning the mist spray nozzles between the same groups;
It is characterized by including.
上記のような構成によれば、ノズルから噴霧されたミストが、空気が吸気フィルタに流入するまでに効率的に気化できるようになり、吸気フィルタから流入しガスタービンに供給される空気は均一に冷却される。これにより、燃焼空気の重量流量を増加させ、ガスタービン出力を飛躍的に増加させることができる。特に、夏場などの大気温度上昇によるガスタービン出力の減少の課題を簡易に解決することができる。 According to the above configuration, the mist sprayed from the nozzle can be efficiently vaporized before the air flows into the intake filter, and the air that flows from the intake filter and is supplied to the gas turbine is uniform. To be cooled. As a result, the weight flow rate of the combustion air can be increased, and the gas turbine output can be dramatically increased. In particular, the problem of a decrease in gas turbine output due to an increase in atmospheric temperature such as in summer can be easily solved.
また、上記のような構成によれば、ノズルから噴霧されたミストが、空気が吸気フィルタに流入するまでに効率的に気化できるようになり、従来の技術によって発生しうる不具合であるフィルタ目詰まりの問題を排除することができる。また、タービン翼のエロージョンが発生するおそれもない。 Further, according to the above configuration, the mist sprayed from the nozzle can be efficiently vaporized before the air flows into the intake filter, and the filter clogging is a problem that may occur due to the conventional technology. The problem can be eliminated. Further, there is no risk of erosion of the turbine blades.
また、従来の水噴霧装置では、空気冷却に効果のない箇所にも多数のノズルが配置されていたが、本発明の方法によれば、必要な配置位置に必要な数だけノズルを配置することができ、また、障害物の存在により所望の数だけノズルを配置できない場合が生じても、同様の濃度拡散効果を奏する別の代替位置にノズルを配置することができる。 Further, in the conventional water spraying apparatus, a large number of nozzles are arranged at locations where air cooling is not effective. However, according to the method of the present invention, a necessary number of nozzles are arranged at a necessary arrangement position. Even if the desired number of nozzles cannot be arranged due to the presence of an obstacle, the nozzles can be arranged at another alternative position that exhibits the same density diffusion effect.
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づき説明するが、本発明は、下記の具体的な実施形態に何等限定されるものではない。 Hereinafter, although the present invention is explained based on an embodiment shown in a drawing, the present invention is not limited to the following concrete embodiment at all.
図１及び図２は、本実施形態で説明する火力発電所設備の一部である吸気塔１０の断面図及び透視斜視図を示している。吸気塔１０は、吸気口部１１と、ダクト部１２と、吸気フィルタ室１３と、を備える。吸気口部１１とダクト部１２と吸気フィルタ室１３とは夫々、空洞状の矩形断面を有する。なお、吸気塔１０は、火力発電所設備の屋上３０を挟んで複数個（図示の場合、左右対称となるように２個）設けられている。また、火力発電所設備は仕切り板４０によって縦方向に分割されており、図示の吸気塔１０と同様な構成をした複数の吸気塔（図示せず）が配置されている。なお、本実施形態では、ダクト部１２の壁と吸気フィルタ室１３の壁との一部が仕切り板４０をなす。 FIG.1 and FIG.2 has shown sectional drawing and the perspective view of the intake tower 10 which is a part of thermal power station installation demonstrated by this embodiment. The intake tower 10 includes an intake port portion 11, a duct portion 12, and an intake filter chamber 13. The intake port portion 11, the duct portion 12, and the intake filter chamber 13 each have a hollow rectangular cross section. Note that a plurality of intake towers 10 (two in the illustrated case so as to be bilaterally symmetrical) are provided across the rooftop 30 of the thermal power plant facility. Further, the thermal power plant facility is divided in the vertical direction by a partition plate 40, and a plurality of intake towers (not shown) having the same configuration as the intake tower 10 shown in the figure are arranged. In the present embodiment, a part of the wall of the duct portion 12 and the wall of the intake filter chamber 13 forms the partition plate 40.
吸気口部１１には、大気中に開口された空気取入口１１ａが設けられ、ガスタービン燃焼用空気はこの空気取入口１１ａを通して吸気塔１０に吸引される。ダクト部１２は、吸気口部１１と、後述する吸気フィルタ室１３と、を連結し、吸気塔１０内の吸気通路を形成する。吸気フィルタ室１３には、吸気塔１０に流入した空気を浄化する複数（図示の場合、吸気フィルタ室１３の排出側壁に４層）の吸気フィルタ１４が収納されており、吸気フィルタ室１３の排出側壁の開口部はこの吸気フィルタ１４の数に応じて区分されている。従って、吸気口部１１からダクト部１２を通して吸気フィルタ室１３を流入した空気は、複数の吸気フィルタ１４のいずれかを通過し、浄化されて合流チャンバ１５に排出される。 The intake port portion 11 is provided with an air intake port 11a opened to the atmosphere, and gas turbine combustion air is sucked into the intake tower 10 through the air intake port 11a. The duct portion 12 connects the intake port portion 11 and an intake filter chamber 13 described later to form an intake passage in the intake tower 10. The intake filter chamber 13 houses a plurality of intake filters 14 (four layers on the discharge side wall of the intake filter chamber 13 in the case of illustration) that purify the air flowing into the intake tower 10. The opening of the side wall is divided according to the number of intake filters 14. Therefore, the air that has flowed into the intake filter chamber 13 from the intake port portion 11 through the duct portion 12 passes through one of the plurality of intake filters 14, is purified, and is discharged to the merge chamber 15.
ここで、吸気フィルタ１４には、図示しないが、入口側（図示の前面１４ａの付近）にウェザールーバーが設けられ、合流チャンバ１５に近い出口側にＨＥＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ａｉｒ Ｆｉｌｔｅｒ）フィルタが設けられている。 Here, although not shown, the intake filter 14 is provided with a weather louver on the inlet side (near the front surface 14a shown in the figure), and a HEPA (High Efficiency Particulate Air Filter) filter is provided on the outlet side near the merging chamber 15. ing.
合流チャンバ１５では、左右両側の吸気塔１０から吸気された空気が集められる。合流チャンバ１５に一旦集められた空気は、図１及び図２に示すように、合流チャンバ１５の側壁に突設されたチャンバダクト１６を通って、吸気塔１０の下部に載置されたガスタービン５０に燃焼用空気として供給される。 In the merge chamber 15, air sucked from the intake towers 10 on both the left and right sides is collected. As shown in FIGS. 1 and 2, the air once collected in the merging chamber 15 passes through a chamber duct 16 protruding from the side wall of the merging chamber 15, and is installed in the lower part of the intake tower 10. 50 is supplied as combustion air.
なお、図２に示すように、吸気口部１１をダクト部１２の側面に突設し、その空気取入口１１ａをこの吸気口部１１の底面に設置したのは、冬場の雪の吹き込みを防ぐためである。このような構成のため、吸気口部１１とダクト部１２と吸気フィルタ室１３とによって形成された吸気通路は、コの字（Ｃ字）状の曲がり部を有した通路となっている。しかしながら、本発明の吸気塔１０における吸気通路の構成はこれに限定されるものではない。 In addition, as shown in FIG. 2, the air inlet 11 is protruded from the side surface of the duct 12 and the air intake 11a is provided on the bottom of the air inlet 11 to prevent snow from blowing in winter. Because. Due to such a configuration, the intake passage formed by the intake port portion 11, the duct portion 12, and the intake filter chamber 13 is a passage having a U-shaped (C-shaped) bent portion. However, the configuration of the intake passage in the intake tower 10 of the present invention is not limited to this.
ここで、本発明に係る吸気塔１０は、例えば、吸気口部１１又はダクト部１２の吸気通路断面に複数のミスト噴霧ノズル（以下、単に「ノズル」と呼ぶ）２１が設けられたミスト噴霧装置２０を備える。ノズル２１から噴霧されるミストは、１０〜３０μｍ程度の粒径を有した霧状の液滴（例えば、水滴）であり、既存水噴霧装置２００に比べて、発生するミストの粒径がはるかに小さいことから気化熱を効率良く利用できる。 Here, the intake tower 10 according to the present invention includes, for example, a mist spray device in which a plurality of mist spray nozzles (hereinafter simply referred to as “nozzles”) 21 are provided in the intake passage section of the intake port portion 11 or the duct portion 12. 20. The mist sprayed from the nozzle 21 is a mist-like droplet (for example, water droplet) having a particle size of about 10 to 30 μm, and the generated mist has a much larger particle size than the existing water spray device 200. Since it is small, the heat of vaporization can be used efficiently.
なお、上述した既存水噴霧装置２００は吸気口部１１の下方に空気取入口１１ａの縁部に沿って設置されている。一方、本発明のミスト噴霧装置２０は、好ましくは吸気塔１０の吸気通路内部に設けられるが、既存水噴霧装置２００と同様に空気取入口１１ａの下方に設置してもよい。 In addition, the existing water spray apparatus 200 mentioned above is installed along the edge of the air intake port 11a below the intake port portion 11. On the other hand, the mist spraying device 20 of the present invention is preferably provided inside the intake passage of the intake tower 10, but may be installed below the air intake port 11a as in the existing water spraying device 200.
ミスト噴霧装置２０は、既存水噴霧装置２００の場合と同様に、その配置方法によっては、噴霧ミストの不十分な気化による不具合を発生させることになるため、ノズル２１の配置位置、配置数、噴霧量等の設計パラメータを慎重かつ適切に決定する必要がある。そこで、本願の発明者は、以下に詳述するノズル最適配置方法を見出し、この方法に基づいてノズル２１の設計パラメータの最適値を導いている。 As in the case of the existing water spraying apparatus 200, the mist spraying apparatus 20 may cause problems due to insufficient vaporization of the spray mist depending on the arrangement method thereof. It is necessary to carefully and appropriately determine design parameters such as quantity. Therefore, the inventor of the present application has found an optimum nozzle arrangement method which will be described in detail below, and derives an optimum value of the design parameters of the nozzle 21 based on this method.
図３に本発明に係るノズル最適配置方法のフローチャートの一例（実施例１）を示す。まず、吸気塔１０内の吸気通路の流れ場を解析する流体解析モデルを構築し、その流れ場を数値解析する（ステップＳ１）。 FIG. 3 shows an example (Example 1) of a flowchart of the nozzle optimum arrangement method according to the present invention. First, a fluid analysis model for analyzing the flow field of the intake passage in the intake tower 10 is constructed, and the flow field is numerically analyzed (step S1).
次に、流れ場の解析結果をもとにミスト噴霧装置２０を配置するための候補位置を選択し、この候補位置の流路断面に均等（格子状）に複数のノズル２１を追加した濃度解析モデルを構築する（ステップＳ２）。さらに、候補位置毎に構築された濃度解析モデルについて湿度濃度分布の数値解析を行う（ステップＳ３）。ここで、濃度解析にあたっては、上述のように均等に配置された全てのノズル２１から同一量のミストが噴霧されていると仮定する。 Next, a candidate position for arranging the mist spraying device 20 is selected based on the analysis result of the flow field, and concentration analysis is performed by adding a plurality of nozzles 21 evenly (lattice shape) to the channel cross section of this candidate position. A model is constructed (step S2). Further, a numerical analysis of the humidity concentration distribution is performed on the concentration analysis model constructed for each candidate position (step S3). Here, in the concentration analysis, it is assumed that the same amount of mist is sprayed from all the nozzles 21 that are equally arranged as described above.
次に、吸気フィルタ１４の前面１４ａでの濃度分布のバラツキが最も小さくなる候補位置をノズル配置位置に設定する（ステップＳ４）。 Next, a candidate position where the variation in the density distribution on the front surface 14a of the intake filter 14 is the smallest is set as the nozzle arrangement position (step S4).
次に、図４〜図８を用いて、実施例１の各ステップＳ１〜Ｓ４を詳細に説明する。ステップＳ１の数値解析（気流解析）を行うに当たっては、汎用の数値流体解析ソフトウェアを用いて実行してもよく、また、Ｃ言語などのプログラム言語により独自に作成された計算プログラムを用いて実行してもよい。 Next, each step S1-S4 of Example 1 is demonstrated in detail using FIGS. The numerical analysis (airflow analysis) in step S1 may be performed using general-purpose numerical fluid analysis software, or may be executed using a calculation program uniquely created by a program language such as C language. May be.
〔数値解析ソフトウェア〕
以下に汎用数値解析ソフトウェアとして、構造格子系汎用三次元熱流体解析システムであるＳＴＲＥＡＭ Ｖｅｒ．７（ソフトウェアクレイドル社製）を用いて、上記ステップＳ１〜Ｓ４を実行した一例を示す。なお、ＳＴＲＥＡＭは、流れと熱のみならず、物質拡散、結露・蒸発、化学反応、粒子追跡、自由表面なども解析対象として扱うことが可能である。従って、本実施例に示す気流解析（ステップＳ１）及び濃度解析（ステップＳ２，Ｓ３）は、この熱流体解析システムＳＴＲＥＡＭのみを利用して解析を実行している。
[Numerical analysis software]
Hereinafter, as a general-purpose numerical analysis software, STREAM Ver. An example in which the above steps S1 to S4 are executed using 7 (software cradle) is shown. STREAM can handle not only flow and heat, but also material diffusion, condensation / evaporation, chemical reaction, particle tracking, free surface, and the like. Therefore, the airflow analysis (step S1) and the concentration analysis (steps S2 and S3) shown in the present embodiment are executed using only this thermal fluid analysis system STREAM.
〔数値解析を実行するための計算条件〕
次に、ステップＳ１〜Ｓ３の数値解析（気流解析及び濃度解析）を実行する際の計算条件を以下の表１に示す。
[Calculation conditions for performing numerical analysis]
Next, Table 1 below shows calculation conditions when performing numerical analysis (airflow analysis and concentration analysis) in steps S1 to S3.
表１に示すように、ステップＳ１の気流解析条件の乱流モデルには標準ｋ−εモデル（等温条件）を用いている。また、気流解析モデルの境界条件として、吸気通路を構成する吸気口部１１、ダクト部１２、及び吸気フィルタ室１３の壁面での風速には、一般化対数則を用いている。また、空気が流入する吸気口部１１の空気取入口１１ａでは自由流入条件を設定している。吸気フィルタ１４内のウェザールーバー部分は開口率３５％のパネルで構成され、吸気フィルタ１４内のＨＥＰＡフィルタは、以下の数式で示されたＰ−Ｑ特性（Ｐは静圧、Ｑは風量を意味）を有すると想定した。 As shown in Table 1, a standard k-ε model (isothermal condition) is used as the turbulent flow model for the airflow analysis condition in step S1. Further, as a boundary condition of the air flow analysis model, a generalized logarithmic law is used for the wind speed at the wall surfaces of the intake port portion 11, the duct portion 12, and the intake filter chamber 13 constituting the intake passage. In addition, a free inflow condition is set at the air intake port 11a of the intake port 11 into which air flows. The weather louver portion in the intake filter 14 is composed of a panel with an aperture ratio of 35%, and the HEPA filter in the intake filter 14 has a PQ characteristic (P is static pressure, Q is air flow) expressed by the following equation: ).
ここで、Ｐは圧力（Ｐａ）、Ｌはフィルタ厚（ｍ）、ρはフィルタを通過する空気密度（ｋｇ／ｍ３）、Ｖはフィルタ内の風速（ｍ／ｓ）である。また、ダクト部１２上流の風量を１５６４０ｍ３／ｍｉｎに設定している。 Here, P is the pressure (Pa), L is the filter thickness (m), ρ is the density of air passing through the filter (kg / m 3 ), and V is the wind speed (m / s) in the filter. Further, the air volume upstream of the duct portion 12 is set to 15640 m 3 / min.
〔数値解析モデル〕
図４にステップＳ１の数値解析モデルの解析モデル（計算格子つまりメッシュ）の一例を示す。この図４は、吸気塔１０の奥行方向の中央断面に沿った解析メッシュである。また、吸気塔１は図１及び２に示すように左右の吸気通路構造が対称であるため、本実施例の数値解析では、片側（図４では左側）の吸気通路だけを解析モデルとして利用し、計算時間の軽減を図っている。
[Numerical analysis model]
FIG. 4 shows an example of an analysis model (calculation grid or mesh) of the numerical analysis model in step S1. FIG. 4 is an analysis mesh along the center section of the intake tower 10 in the depth direction. Since the intake tower 1 has symmetrical left and right intake passage structures as shown in FIGS. 1 and 2, in the numerical analysis of this embodiment, only the intake passage on one side (left side in FIG. 4) is used as an analysis model. The calculation time is reduced.
以上のような計算条件及び解析モデルの下で、本発明では、吸気塔１０の吸気通路内を流れる定常状態の流れ場（風速分布）を計算する（ステップＳ１）。 Under the above calculation conditions and analysis model, in the present invention, a steady-state flow field (wind speed distribution) flowing in the intake passage of the intake tower 10 is calculated (step S1).
〔湿度分布（濃度分布）の数値解析〕
次に、ステップＳ１の気流解析結果（風速分布結果）より、本実施例では、図４に示すように、ノズル配置用の候補位置をダクト部下流位置Ａ、ダクト部中央位置Ｂ、ダクト部上流位置Ｃの三箇所に決定し、いずれかのノズル配置候補位置の流路断面に複数のノズル２１を追加した濃度解析モデルを構築し（ステップＳ２）、吸気塔１０内の濃度分布を解析する（ステップＳ３）。ステップＳ２及びＳ３に関して、本実施例では上述の通りノズル配置候補位置を三箇所挙げたため、３つの濃度解析モデルが構築され、それぞれの濃度解析モデルについて濃度分布が計算されることになる。
[Numerical analysis of humidity distribution (concentration distribution)]
Next, from the airflow analysis result (wind speed distribution result) in step S1, in this embodiment, as shown in FIG. 4, the nozzle placement candidate positions are the duct part downstream position A, the duct part center position B, and the duct part upstream. A concentration analysis model in which a plurality of nozzles 21 are added to the flow path cross section at one of the nozzle arrangement candidate positions is determined (step S2), and the concentration distribution in the intake tower 10 is analyzed (determined at three positions C) Step S3). Regarding Steps S2 and S3, in this embodiment, three nozzle arrangement candidate positions are listed as described above, so that three density analysis models are constructed, and density distributions are calculated for the respective density analysis models.
ここで、いずれのノズル配置候補位置の流路断面において、合計３５０個（＝５×７０）のノズル２１がこの流路断面に均等（格子状）に配置された状態でミスト噴霧されることを想定してステップＳ３の濃度解析を行っている。 Here, a total of 350 (= 5 × 70) nozzles 21 are sprayed with mist in a state where the nozzles 21 are evenly (lattice-like) arranged in the channel cross section at any nozzle arrangement candidate position. Assuming the concentration analysis in step S3.
また、各ノズル２１では同一水量（基準化した１ｇ／ｓ）のガス状のミストを噴射させ、全てのノズルで合計３５０ｇ／ｓの水量が噴射されていると仮定している。従って、平均の湿度濃度は、この合計噴射量を空気風量で除算することにより、１．３４ｇ／ｍ３（＝（３５０ｇ／ｓ）÷（１５６４０ｍ３／ｍｉｎ））となる。 Further, it is assumed that each nozzle 21 ejects a gaseous mist having the same amount of water (standardized 1 g / s), and a total of 350 g / s of water is injected from all nozzles. Therefore, the average humidity concentration is 1.34 g / m 3 (= (350 g / s) ÷ (15640 m 3 / min)) by dividing the total injection amount by the air flow rate.
本実施例のステップＳ２及びＳ３では、上述したように、ステップＳ１の気流解析で利用した数値解析ソフトウェア（ＳＴＲＥＡＭ）を使用して濃度解析モデルの構築及び濃度分布の計算を行っている。なお、表１に示すように、ステップＳ３の計算負荷軽減のために、ステップＳ１で求められた風速分布を利用してミストの拡散解析のみを行って湿度分布を計算している。また、拡散解析を行うにあたっては、移流状態（乱流拡散のみを考慮）に設定し、ミストの粒子径やミスト粒子の重力沈降を考慮していない（表１参照）。 In steps S2 and S3 of this embodiment, as described above, the concentration analysis model is constructed and the concentration distribution is calculated using the numerical analysis software (STREAM) used in the airflow analysis in step S1. As shown in Table 1, in order to reduce the calculation load in step S3, the humidity distribution is calculated by performing only the mist diffusion analysis using the wind speed distribution obtained in step S1. In addition, in conducting the diffusion analysis, the advection state (considering only turbulent diffusion) is set, and the mist particle diameter and the gravity sedimentation of the mist particles are not considered (see Table 1).
〔数値解析結果（実施例１）〕
図５にステップＳ１により解析された数値解析結果（風速分布）の一例を示す。図５は、具体的には、吸気塔１０の奥行方向中心断面における風速分布を示す。吸気口部１１では、ダクト部１２に近づく程、風速が増加する傾向がある。ダクト部１２では、壁側の風速が比較的に高い傾向があり、吸気フィルタ側に風速の低い循環流が形成される部分が認められる。この気流解析結果により、吸気塔１０内の気流は仕切り板４０に沿って吸気フィルタ室１３の下部へ流れ、いずれかの吸気フィルタ１４に吸い込まれる流れ場となっていることがわかる。
[Numerical analysis results (Example 1)]
FIG. 5 shows an example of the numerical analysis result (wind speed distribution) analyzed in step S1. FIG. 5 specifically shows the wind speed distribution in the center section of the intake tower 10 in the depth direction. In the air inlet 11, the wind speed tends to increase as it approaches the duct 12. In the duct portion 12, the wind speed on the wall side tends to be relatively high, and a portion where a circulating flow having a low wind speed is formed on the intake filter side is recognized. From this air flow analysis result, it can be seen that the air flow in the intake tower 10 flows along the partition plate 40 to the lower part of the intake filter chamber 13 and becomes a flow field sucked into any of the intake filters 14.
図６は、ダクト部下流位置Ａにノズル２１を均一に配置した場合の吸気塔１０内部の濃度分布を示す。この場合、ダクト部１２内で発生する風速の低い循環流によりノズル２１２１から噴霧されたミストがダクト部上流位置Ｃにまで巻き上げられ、この循環流発生部分およびその後流部分（吸気フィルタ室１３の一部）に比較的高濃度のミストが生じていることがわかる。一方、吸気フィルタ室１３の壁側部分では風速が高いため、ミスト濃度は低い。さらに、吸気フィルタ前面１４ａでは濃度分布のバラツキが大きく、上層部・蒸気タービン側で高濃度のミストが生じる傾向がある。 FIG. 6 shows the concentration distribution inside the intake tower 10 when the nozzles 21 are uniformly arranged at the downstream position A of the duct portion. In this case, the mist sprayed from the nozzle 2121 by the circulating flow having a low wind speed generated in the duct portion 12 is wound up to the upstream position C of the duct portion, and this circulating flow generation portion and the subsequent flow portion (one of the intake filter chambers 13). It can be seen that a relatively high concentration of mist is generated in the part. On the other hand, since the wind speed is high at the wall side portion of the intake filter chamber 13, the mist concentration is low. Further, the intake filter front surface 14a has a large variation in concentration distribution, and there is a tendency that high concentration mist is generated on the upper layer side / steam turbine side.
図７は、ダクト部中央位置Ｂにノズル２１を均一に配置した場合の吸気塔１０内部の濃度分布を示す。この場合の濃度分布は、上述したダクト部下流位置Ａでの濃度分布と略同様の傾向を示しているが、相対的に濃度のバラツキは小さくなっていることがわかる。 FIG. 7 shows the concentration distribution inside the intake tower 10 when the nozzles 21 are uniformly arranged at the central position B of the duct portion. The concentration distribution in this case shows a tendency similar to the concentration distribution at the duct portion downstream position A described above, but it can be seen that the variation in concentration is relatively small.
図８は、ダクト部上流位置Ｃにノズル２１を均一に配置した場合の吸気塔１０内部の濃度分布を示す。この図８に示すように、ノズル２１下流にあたるダクト部１２の上流領域でのミスト濃度は、比較的高い。さらに、ダクト部１２の下流領域や吸気フィルタ室１３では、水ミストがよく混合され、全体的に濃度が低いことがわかる。さらに、吸気フィルタ前面１４ａでのミスト濃度のバラツキも非常に小さく、該フィルタ前面１４ａの４層のいずれの層のどの位置においてもほぼ平均濃度（約１．３４ｇ／ｍ３）になっていることがわかる。 FIG. 8 shows the concentration distribution inside the intake tower 10 when the nozzles 21 are uniformly arranged at the upstream position C of the duct portion. As shown in FIG. 8, the mist concentration in the upstream region of the duct portion 12 downstream of the nozzle 21 is relatively high. Furthermore, in the downstream area of the duct part 12 and the intake filter chamber 13, it can be seen that the water mist is well mixed and the concentration is low overall. Further, the mist concentration variation on the front surface 14a of the intake filter is very small, and the average concentration (about 1.34 g / m 3 ) is obtained at any position of any of the four layers of the filter front surface 14a. I understand.
以上の解析結果より、吸気フィルタ前面１４ａでの濃度分布のバラツキが最も小さくなるダクト部上流位置Ｃをノズル配置位置に設定することが最適であるということになる。従って、この最適ノズル配置位置の流路断面に複数個のノズル２１を均等に配置すればよいことになる。 From the above analysis results, it is optimal to set the duct portion upstream position C where the variation in the concentration distribution on the intake filter front surface 14a is the smallest as the nozzle arrangement position. Therefore, the plurality of nozzles 21 may be evenly arranged on the cross-section of the channel at the optimum nozzle arrangement position.
図９に本発明に係るノズル最適配置方法のフローチャートの別の実施例（実施例２）を示す。実施例２では、まず、実施例１の場合と同様に、吸気塔１０の吸気通路の気流解析モデルを構築し、その流れ場を数値解析する（ステップＳ１１）。このステップＳ１１は、上述した実施例１のステップＳ１と同様であるため、解析メッシュ、計算条件等の説明など、詳細な説明は省略する。 FIG. 9 shows another embodiment (embodiment 2) of the flowchart of the nozzle optimal arrangement method according to the present invention. In the second embodiment, first, similarly to the first embodiment, an air flow analysis model of the intake passage of the intake tower 10 is constructed, and the flow field is numerically analyzed (step S11). Since step S11 is the same as step S1 of the first embodiment described above, detailed description such as analysis mesh, calculation conditions, and the like is omitted.
〔ノズル配置位置〕
次に、ステップＳ１１での流れ場の解析結果をもとにノズル配置位置を決定し、この配置位置の流路断面に均等（格子状）に複数のノズル２１を追加した濃度解析モデルを構築する（ステップＳ１２）。なお、ステップＳ１２では、実施例１で説明したようなノズル配置用の候補位置を複数用意する必要は無い。
(Nozzle placement position)
Next, a nozzle arrangement position is determined based on the flow field analysis result in step S11, and a concentration analysis model is constructed in which a plurality of nozzles 21 are added evenly (in a grid pattern) to the flow path cross section at this arrangement position. (Step S12). In step S12, it is not necessary to prepare a plurality of candidate positions for nozzle arrangement as described in the first embodiment.
また、ノズル配置位置の決定にあたっては、実機（火力発電所設備に実際に配置されている吸気塔）の取付可能条件を考慮して決定しても良い。例えば、実施例１では、ステップＳ１の気流解析結果によって３つの候補位置Ａ，Ｂ，Ｃが挙げられたが、ミスト噴霧装置２０を実機の吸気通路内に取り付けるにあたっては、梁や配管などの障害物の存在によって候補位置ＢやＣには取付困難な場合がある。 Further, in determining the nozzle arrangement position, the nozzle arrangement position may be determined in consideration of the mounting conditions of the actual machine (the intake tower actually arranged in the thermal power plant facility). For example, in the first embodiment, the three candidate positions A, B, and C are listed based on the airflow analysis result of step S1, but when installing the mist spraying device 20 in the intake passage of the actual machine, obstacles such as beams and piping It may be difficult to attach to candidate positions B and C due to the presence of objects.
しかしながら、上述のように実際的にミスト噴霧装置２０を配置できる場所が制約され（例えば、ノズル配置可能な位置が前記候補位置Ａ（図４参照）のみに限られ）、ステップＳ１１の気流解析結果からはミスト噴霧装置２１の配置位置Ａが必ずしも最適ではない場合であっても、実施例２のノズル最適配置方法を用いれば、その配置位置Ａの流路断面でのノズル２１の最適な配置位置、配置数、噴射量を求めること（つまり、流路断面内でのノズル配置の重み付けを行うこと）ができ、これに従ってノズル２１を配置すれば、吸気フィルタ２１を通過する空気の湿度濃度（及び吸気温度）を均一にし、ひいてはガスタービン５０の出力を増加させることができる。 However, as described above, the place where the mist spraying device 20 can actually be placed is restricted (for example, the position where the nozzle can be placed is limited only to the candidate position A (see FIG. 4)), and the air flow analysis result of step S11 Even if the arrangement position A of the mist spraying device 21 is not necessarily optimum, the optimum arrangement position of the nozzle 21 in the cross-section of the flow path of the arrangement position A is achieved by using the nozzle optimum arrangement method of the second embodiment. The arrangement number and the injection amount can be obtained (that is, the nozzle arrangement is weighted in the cross section of the flow path), and if the nozzle 21 is arranged in accordance with this, the humidity concentration of the air passing through the intake filter 21 (and The intake air temperature) can be made uniform, and as a result, the output of the gas turbine 50 can be increased.
〔ノズルの系統区分〕
次に、ステップＳ１２で構築された濃度解析モデルの複数のノズル２１を系統に区分し、各系統のノズル２１が吸気フィルタ前面１４ａに与える濃度分布を数値解析する（ステップＳ１３）。
[Nozzle system classification]
Next, the plurality of nozzles 21 of the concentration analysis model constructed in step S12 are divided into systems, and the concentration distribution given to the intake filter front surface 14a by the nozzles 21 of each system is numerically analyzed (step S13).
なお、ステップＳ１３及び該ステップ以降のステップの説明で用いる「系統」（又は、「ノズル系統」）とは、吸気塔１０の吸気通路断面（流路断面）に配置された複数のノズル２１のうち、隣接しあう複数（所望の数、例えば５個）のノズル２１をまとめた一つの集合を意味する。このようにノズル２１を系統区分した理由は、ステップＳ１３以降の後述する濃度解析、相関解析、グループ分け、及び最適配置分析をこの系統毎に行うことになるが、ノズル２１を系統区分せずに一つ一つの単独のノズル２１についてステップＳ１３以降のステップを実行するよりも解析（計算）負荷の軽減を図ることができるとともに、流路断面におけるミスト噴霧の局所的な影響を適切な程度に（つまり系統区分された領域レベルで）把握できるからである。 The “system” (or “nozzle system”) used in the description of step S13 and the subsequent steps is a plurality of nozzles 21 arranged in the intake passage cross section (flow path cross section) of the intake tower 10. , It means one set in which a plurality (desired number, for example, 5) of nozzles 21 adjacent to each other are collected. The reason why the nozzles 21 are system-divided as described above is that concentration analysis, correlation analysis, grouping, and optimum arrangement analysis described later in step S13 and subsequent steps are performed for each system. It is possible to reduce the analysis (calculation) load compared to executing the steps after step S13 for each single nozzle 21 and to reduce the local influence of the mist spray on the flow path cross section to an appropriate level ( That is, it can be grasped (at the region level where the system is divided).
ここで、図１０にノズル２１の配置と系統区分の一例を示す。図１０に示すように３５０個のノズル２１がダクト部下流位置Ａ（図４参照）の流路断面に均等に配置される。具体的には、流路断面の奥行方向（図示では、ガスタービン側〜蒸気タービン側）に７０個のノズル２１が、流路断面の厚さ方向（図示では壁側〜吸気フィルタ側）に５列（図示では、Ａ〜Ｅ）並んでいる。この奥行方向に配置された７０個のノズル２１を５個をひとまとまりとして系統区分すると、一列あたり１４系統に区分され、５列で合計７０系統に区分されることになる。この系統区分に従えば、例えば、最上列（Ａ列）の最も左側に存在する５個のノズル２１は、Ａ−０１系統に配置されるノズルと命名されることになる。 Here, FIG. 10 shows an example of the arrangement of the nozzles 21 and the system division. As shown in FIG. 10, 350 nozzles 21 are evenly arranged in the flow path cross section at the duct portion downstream position A (see FIG. 4). Specifically, 70 nozzles 21 are provided in the depth direction of the flow path cross section (in the drawing, from the gas turbine side to the steam turbine side), and 5 nozzles are provided in the thickness direction of the flow path cross section (from the wall side to the intake filter side in the illustration). Lines (A to E in the figure) are arranged. When 70 nozzles 21 arranged in the depth direction are systematically divided into 5 groups, 14 lines are divided per row, and 70 rows are divided into 70 rows in total. According to this system division, for example, the five nozzles 21 present on the leftmost side of the uppermost row (A row) are named nozzles arranged in the A-01 system.
ここで、図１１を参照しながら、実施例２の濃度解析（ステップＳ１３）を実行するためのミスト噴霧条件を説明する。ステップＳ１３では、ノズル系統のうち一系統に属するノズル２１だけがミスト噴霧されるように条件設定し、このミスト噴霧条件の下で濃度解析を行う（特に、吸気フィルタ前面１４ａの濃度分布を計算する）。上述したように、図示の例では系統が７０系統存在し、このうちの一系統毎にミスト噴霧した場合の濃度解析を行うため、ステップ１３の数値計算は７０回（７０パターン分）実行され、吸気フィルタ前面１４ａの濃度分布結果（前面１４ａでは４０点の濃度結果が計算）が７０個得られることになる。なお、７０パターンの前記濃度分布を計算するために必要な風速分布は、実施例１と同様にステップＳ１１の解析結果を利用しており、いずれパターンの計算にあっても同一の風速分布が入力される。 Here, the mist spray conditions for executing the concentration analysis (step S13) of the second embodiment will be described with reference to FIG. In step S13, conditions are set so that only the nozzles 21 belonging to one of the nozzle systems are sprayed with mist, and concentration analysis is performed under this mist spraying condition (particularly, the concentration distribution of the intake filter front surface 14a is calculated). ). As described above, in the illustrated example, there are 70 systems, and in order to perform concentration analysis when mist spray is performed for each of these systems, the numerical calculation in step 13 is executed 70 times (70 patterns), 70 concentration distribution results of the intake filter front surface 14a (40 concentration results calculated on the front surface 14a) are obtained. Note that the wind speed distribution necessary for calculating the density distribution of 70 patterns uses the analysis result of step S11 as in the first embodiment, and the same wind speed distribution is input in any pattern calculation. Is done.
なお、ステップＳ１３の濃度解析を実行する際の計算条件は、上記ミスト噴霧条件を一系統のみで噴霧する点を除いては、実施例１と同様である。（例えば、ステップＳ１２及びＳ１３で用いた解析ソフトウェアや計算条件は実施例１の場合（表１参照）と同様である。） The calculation conditions for executing the concentration analysis in step S13 are the same as those in the first embodiment except that the mist spraying condition is sprayed by only one system. (For example, the analysis software and calculation conditions used in steps S12 and S13 are the same as in the case of the first embodiment (see Table 1).)
なお、吸気フィルタ前面１４ａは、上述の通り、上下方向に４層に分かれている。ステップＳ１３では、各層をさらに均等の幅で１０個の領域に分割して（４層合計で４０個の領域に分割して）、領域毎のミスト濃度を計算している。 The intake filter front surface 14a is divided into four layers in the vertical direction as described above. In step S13, each layer is further divided into 10 regions with a uniform width (divided into 40 regions in total of 4 layers), and the mist concentration for each region is calculated.
次に、図９及び図１１に示すように、ステップＳ１３によって求められた系統毎の濃度分布結果より、ノズル系統相互の相関関係を求め、ノズル系統をグループ分けする（ステップＳ１４）。以下に、ステップＳ１４でまず実行するノズル系統相互の相関解析を詳述し、次に得られた相関関係を利用したノズル系統のグループ分けについて詳述する。 Next, as shown in FIGS. 9 and 11, the correlation between the nozzle systems is obtained from the density distribution result for each system obtained in step S13, and the nozzle systems are grouped (step S14). In the following, the correlation analysis between the nozzle systems executed first in step S14 will be described in detail, and then the grouping of nozzle systems using the obtained correlation will be described in detail.
〔ノズル系統相互の相関関係〕
図１２（ａ）及び（ｂ）は、隣り合う系統相互の濃度結果の相関関係を示したものであり、詳しくは、（ａ）はＡ−０１系統とＡ−０２系統の相関関係を示し、（ｂ）はＡ−０１系統とＢ−０１系統の相関関係を示している。具体的には、図１２（ａ）では、Ａ−０１系統に配置されたノズル２１だけをミスト噴霧した場合の吸気フィルタ前面１４ａの濃度結果（吸気フィルタ前面１４ａを４０領域に分けているので４０点の濃度）を横軸にとり、Ａ−０２系統に配置されたノズルだけをミスト噴霧した場合の吸気フィルタ前面１４ａの濃度結果（同様に４０点の濃度）を縦軸にとって、４０点についての相関関係を示したものである。もし仮に、Ａ−０１系統の吸気フィルタ前面１４ａの濃度分布（４０領域の各値）とＡ−０２系統の吸気フィルタ前面１４ａの濃度分布（４０領域の各値）とが全て一致していた場合には、図示の黒丸印の点は全て直線上にのることになる。
[Correlation between nozzle systems]
12 (a) and 12 (b) show the correlation of the concentration results between adjacent lines, and specifically, (a) shows the correlation between the A-01 line and the A-02 line, (B) shows the correlation between the A-01 system and the B-01 system. Specifically, in FIG. 12A, the concentration result of the intake filter front surface 14a when only the nozzles 21 arranged in the A-01 system are sprayed with mist (the intake filter front surface 14a is divided into 40 regions, so that 40). (Corresponding to the density of the point) on the horizontal axis and the density result of the intake filter front surface 14a (similarly, the density of 40 points) when only the nozzles arranged in the A-02 system are sprayed on the vertical axis, the correlation for 40 points It shows the relationship. If the concentration distribution (each value in the 40 region) of the A-01 system intake filter front surface 14a and the concentration distribution (each value in the 40 region) of the A-02 system intake filter front surface 14a all match. In the figure, all the black circle points shown in the figure are on a straight line.
この図１２（ａ）によりＡ−０１系統とＡ−０２系統とでは、吸気フィルタ前面の濃度分布の相関が高く（Ｒ２＝０．９８、ここでＲ２は決定係数）、濃度分布が類似していることがわかる。一方、図１２（ｂ）により、Ａ−０１系統とＢ−０１系統とは、上述のＡ−０１系統とＡ−０２系統と同様に隣り合う系統であるが、吸気フィルタ前面１４ａでの濃度分布の相関は低く（Ｒ２＝０．７４）、濃度分布が相違していることがわかる。従って、隣り合う系統であっても、吸気フィルタ前面１４ａの濃度分布に与える影響が類似するものと、異なるものとがあることがわかる。 As shown in FIG. 12A, in the A-01 system and the A-02 system, the correlation of the concentration distribution on the front surface of the intake filter is high (R 2 = 0.98, where R 2 is a coefficient of determination), and the concentration distribution is similar. You can see that On the other hand, according to FIG. 12B, the A-01 system and the B-01 system are adjacent to each other in the same manner as the A-01 system and the A-02 system described above, but the concentration distribution on the intake filter front surface 14a. Is low (R 2 = 0.74), indicating that the concentration distribution is different. Therefore, it can be seen that even adjacent systems have similar and different effects on the concentration distribution of the intake filter front surface 14a.
〔ノズル系統のグループ分け〕
上述のように、吸気フィルタ前面１４ａの濃度に関して系統相互の相関関係が導かれ、相関係数が高い系統の組（例えば、Ｒ２が０．９以上となる組）を拾い出し、クラスター分析により、これらの組を同一のグループとするノズル系統のグループ分けを行う（ステップＳ１４）。
[Grouping of nozzle systems]
As described above, the correlation between the systems is derived with respect to the concentration of the front surface 14a of the intake filter, and a set of systems with a high correlation coefficient (for example, a set with R 2 of 0.9 or more) is picked up, and cluster analysis Then, the nozzle systems are grouped with these sets as the same group (step S14).
図１２（ｃ）にノズル系統のグループ分けの一例を示す。図示のように、吸気フィルタ前面１４ａの濃度分布に与える影響が類似する系統は、それぞれア〜コのグループに分けられている。例えば、グループ「ア」は、Ａ−０１系統、Ａ−０２系統、Ａ−０３系統、Ａ−０４系統、及びＡ−０５系統を含むグループであり、Ａ−０１系統のノズルから噴霧した際の吸気フィルタ前面１４ａの濃度分布と、グループ「ア」内の他の系統（例えば、Ａ−０２系統）のノズルから噴霧した際の吸気フィルタ前面の濃度分布とがほぼ同じ状況であることを意味する。また、ア〜コのグループ分けがなされていない系統（図示では白抜き部分、例えば、Ｂ−０５系統）は、他の系統との相関関係が低く、吸気フィルタ前面の濃度分布に関して独自性の高い系統であることを意味する。 FIG. 12C shows an example of grouping nozzle systems. As shown in the figure, the systems having similar effects on the concentration distribution of the intake filter front surface 14a are divided into groups A to K, respectively. For example, group “a” is a group including A-01, A-02, A-03, A-04, and A-05, and when sprayed from the nozzle of A-01 This means that the concentration distribution on the front surface of the intake filter 14a is substantially the same as the concentration distribution on the front surface of the intake filter when sprayed from nozzles of other systems (for example, system A-02) in the group “a”. . In addition, a system that is not grouped a to co (in the drawing, a white portion, for example, B-05 system) has a low correlation with other systems, and is highly unique with respect to the concentration distribution on the front surface of the intake filter. Means a system.
障害物の存在を考慮して同じグループの中でノズルの再配置を行う（ステップＳ１５）。上述のように、火力発電所設備に実際に設けられた吸気塔１０にノズル２１の配置を計画する場合には、梁や室内照明機器などの障害物の存在により、一部のノズル２１が配置流路断面の所望の局所領域に配置できないことがあることが予想される。しがしながら、上記のようなグループ分けを行うことにより、ある系統で配置できなかったノズル２１を同じグループに属する別の系統位置（障害物のない領域）に置き換えても同等の濃度拡散効果が得られることになるため、設計の自由度が格段に向上することになる。 The nozzles are rearranged in the same group in consideration of the presence of obstacles (step S15). As described above, when the arrangement of the nozzles 21 is planned in the intake tower 10 actually provided in the thermal power plant facility, some of the nozzles 21 are arranged due to the presence of obstacles such as beams and indoor lighting equipment. It is anticipated that it may not be possible to arrange in a desired local region of the channel cross section. However, by performing the grouping as described above, even if the nozzle 21 that could not be arranged in a certain system is replaced with another system position (area without an obstacle) belonging to the same group, the same density diffusion effect Thus, the degree of freedom in design is greatly improved.
さらに、ノズル最適配置分析を行い、各系統のノズル２１の配置個数又は噴霧量を決定する（ステップＳ１６）。このステップ１６は、ステップＳ１３によって得られた系統毎の吸気フィルタ前面１４ａでの濃度解析結果を用いて、吸気フィルタ前面１４ａの濃度分布のばらつき（分散）を最小とするような各系統でのノズル２１の個数や噴霧量を計算するものである。上記の例では、系統の数ｊはｊ＝１〜７０、吸気フィルタ前面１４ａの濃度分布の分割面ｉはｉ＝１〜４０面であることから、４０個からなる濃度解析結果が７０系統分を利用されることになる。 Further, an optimal nozzle arrangement analysis is performed to determine the arrangement number or spray amount of the nozzles 21 in each system (step S16). This step 16 uses the concentration analysis result in the intake filter front surface 14a for each system obtained in step S13, and the nozzles in each system that minimize the variation (dispersion) in the concentration distribution of the intake filter front surface 14a. The number of 21 and the spray amount are calculated. In the above example, since the number j of systems is j = 1 to 70 and the dividing surface i of the concentration distribution of the intake filter front surface 14a is i = 1 to 40, the concentration analysis result composed of 40 is 70 systems. Will be used.
ステップＳ１６の最適配置分析は、下記の数式（数１及び数２）に示すように、系統ｊに対してステップＳ１３で解析された吸気フィルタ前面１４ａの分割面ｉでの濃度結果Ｃ（ｉ）（系統毎のノズル配置個数は５個で解析）をもと、ノズル個数Ｎ（ｊ）を０〜１５個に変化させた場合の分割面ｉでの濃度Ｒ（ｉ，ｊ）を系統毎（ｊ＝１〜７０）に計算し、吸気フィルタ前面１４ａの濃度のばらつきＥ（基準濃度Ｃｏからの濃度差の二乗和）が最小になるときの各系統ｊのノズル個数Ｎ（ｊ）を算出する。なお、上記ばらつきＥの代わりに、Ｅを吸気フィルタ前面１４ａの分割面ｉの総数で除した分散（標本分散）や、該分散の平方根である標準偏差を用いて上記最適配置分析を行うようにしてもよい。 As shown in the following mathematical formulas (Equation 1 and Equation 2), the optimum arrangement analysis in Step S16 is a concentration result C (i) on the dividing surface i of the intake filter front surface 14a analyzed in Step S13 for the system j. Based on (the number of nozzles arranged for each system is 5), the density R (i, j) on the dividing plane i when the number of nozzles N (j) is changed from 0 to 15 is determined for each system ( j = 1 to 70) and the number of nozzles N (j) of each system j when the density variation E of the intake filter front surface 14a (the sum of squares of the density difference from the reference density Co) is minimized is calculated. . Instead of the variation E, the optimal arrangement analysis is performed using a variance (sample variance) obtained by dividing E by the total number of the dividing surfaces i of the intake filter front surface 14a and a standard deviation that is a square root of the variance. May be.
なお、ステップ１６の上記最適配置分析に必要な計算は、例えば、マイクロソフト社製のマイクロソフトエクセル（登録商標）に付属の数式ソルバーを用いて簡単に実行することができる。 The calculation necessary for the optimal arrangement analysis in step 16 can be easily executed using, for example, a mathematical solver attached to Microsoft Excel (registered trademark) manufactured by Microsoft Corporation.
以上の最適配置分析により、吸気フィルタ前面１４ａでの濃度分布が最小となるような、各系統位置のノズル配置個数やノズルミスト噴霧量を決定することが可能となる。 By the above optimal arrangement analysis, it is possible to determine the number of nozzle arrangements and the nozzle mist spray amount at each system position so that the concentration distribution on the intake filter front surface 14a is minimized.
図１３（ａ）は、ノズル２１の合計配置数（総数）の調整を行わずに、吸気フィルタ前面１４ａでの濃度分布を最小とする各系統位置でのミスト噴霧量を示す。また、図１３（ｂ）は、噴霧量が同一のノズル２１の総数を３５０個に限定した場合の各系統位置でのノズル２１の最適配置数を示す。この図１３（ｂ）より、特定の系統位置においてはノズル２１を全く配置する必要がないことがわかる。 FIG. 13A shows the amount of mist spray at each system position where the concentration distribution on the front surface 14a of the intake filter is minimized without adjusting the total number (total number) of nozzles 21 arranged. FIG. 13B shows the optimal arrangement number of nozzles 21 at each system position when the total number of nozzles 21 having the same spray amount is limited to 350. From FIG. 13B, it can be seen that it is not necessary to dispose the nozzle 21 at a specific system position.
また、図１３（ａ）及び（ｂ）から、Ａ列及びＢ列のいずれの系統（Ａ−０１乃至Ａ−０１４、及び、Ｂ−０１乃至Ｂ−０１４）においてもノズル配置数又はミスト噴霧量を大きく設定すべきであることがわかる。さらに、Ａ列とＢ列とを相対的に比較すると、Ａ列の系統に属するノズル配置数又はミスト噴霧量をより大きく設定すべきであることがわかる。このＡ列は、吸気塔１０の吸気通路構造において最も仕切り板４０に近い流路断面領域に相当し、ステップＳ１１で得られた気流解析の結果（図５参照）から最も風速が高い領域に相当する。従って、上記濃度解析及び気流解析の結果から、ノズル２１の個数や噴霧量は吸気通路内の風速に比例して調整されるべきであることが明らかになった。 Further, from FIGS. 13A and 13B, the number of nozzle arrangements or the amount of mist sprayed in any of the systems in rows A and B (A-01 to A-014 and B-01 to B-014). It should be understood that should be set large. Further, when the A row and the B row are relatively compared, it can be seen that the number of nozzle arrangements or the mist spray amount belonging to the system of the A row should be set larger. This row A corresponds to the flow path cross-sectional area closest to the partition plate 40 in the intake passage structure of the intake tower 10, and corresponds to the area where the wind speed is highest from the result of the air flow analysis obtained in step S11 (see FIG. 5). To do. Therefore, from the results of the concentration analysis and the air flow analysis, it has become clear that the number of nozzles 21 and the spray amount should be adjusted in proportion to the wind speed in the intake passage.
なお、ステップＳ１１〜Ｓ１６によって決定されたノズル配置及びノズル個数をもとに、濃度解析を行うための吸気通路モデルを構築し、濃度解析を行い、吸気フィルタ前面１４ａの濃度分布を確認した。 Note that, based on the nozzle arrangement and the number of nozzles determined in steps S11 to S16, an intake passage model for performing concentration analysis was constructed, concentration analysis was performed, and the concentration distribution on the intake filter front surface 14a was confirmed.
〔数値解析結果（実施例２）〕
図１４は、上記実施例２のノズル最適配置方法によりダクト部下流位置Ａ（図４参照）にミスト噴霧装置２０を配置し、その流路断面にノズル２１を系統毎に最適に配置した場合の吸気塔１０の濃度分布（数値解析結果）を示す。図１４に示すように、吸気フィルタ室１３およびその下流側の吸気フィルタ前面１４ａでは、各点の濃度が平均濃度（１．３４ｇ／ｍ３）とほぼ同等であり、均一な濃度分布が得られている。この効果は、ダクト部下流位置Ａの流路断面にノズル２１を均等（格子状）に配置した場合の濃度分布（図６に示す数値解析結果）と比較すれば明らかである。
[Numerical analysis results (Example 2)]
FIG. 14 shows a case where the mist spraying device 20 is arranged at the duct portion downstream position A (see FIG. 4) by the nozzle optimum arrangement method of the second embodiment, and the nozzles 21 are optimally arranged for each system in the flow path cross section. The concentration distribution (numerical analysis result) of the intake tower 10 is shown. As shown in FIG. 14, in the intake filter chamber 13 and the intake filter front surface 14a downstream thereof, the concentration at each point is substantially equal to the average concentration (1.34 g / m 3 ), and a uniform concentration distribution is obtained. ing. This effect is apparent when compared with the concentration distribution (numerical analysis results shown in FIG. 6) in the case where the nozzles 21 are evenly (lattice-like) arranged in the cross section of the channel at the downstream position A of the duct portion.
なお、本発明のミスト噴霧装置２０を実際の吸気塔１０に配置して効果確認を行った。すなわち、約３５０個のノズル２１をそれぞれ左右の吸気塔１０のダクト部下流位置Ａ（図４参照）に配置して（合計約７００個のノズル２１）、ガスタービン５０の出力変化を実測した。本効果確認においては、ダクト部下流位置Ａでの流路断面にノズル２１を取付可能な範囲で均等（格子状）に配置・噴霧させて実験を行った（なお、上記実施例２に示したようなノズルを最適に配置させた状態での実験を行っていない。） In addition, the mist spraying apparatus 20 of this invention was arrange | positioned in the actual intake tower 10, and the effect confirmation was performed. That is, about 350 nozzles 21 were respectively arranged at the duct portion downstream position A (see FIG. 4) of the left and right intake towers 10 (about 700 nozzles 21 in total), and the output change of the gas turbine 50 was measured. In this effect confirmation, an experiment was performed by spraying the nozzles 21 evenly (lattice-like) in a range where the nozzles 21 can be mounted on the cross-section of the flow path at the duct portion downstream position A (shown in Example 2 above). No experiments were conducted with such nozzles arranged optimally.)
図１５は、ガスタービン出力の経時変化の一例を示す。大気温度が２８〜３０℃、大気湿度が約４６％の下で最大出力運転中のガスタービン５０に、午前１０時頃からミスト噴霧を開始し、１１時頃から最大水量で噴霧した。この図１５の結果より、噴霧の前後で、約７，５℃の吸気温度が低減し、タービン出力が約１３ＭＷ増加（約６％の出力増加）するという非常に良好な結果が得られた。 FIG. 15 shows an example of the change with time of the gas turbine output. Mist spraying was started from about 10:00 am and sprayed with the maximum amount of water from about 11:00 on the gas turbine 50 that is operating at maximum output under an atmospheric temperature of 28-30 ° C. and an atmospheric humidity of about 46%. From the results shown in FIG. 15, the intake air temperature of about 7.5 ° C. was reduced before and after the spraying, and a very good result was obtained that the turbine output increased by about 13 MW (output increase of about 6%).
図１５の効果確認の実験結果を考察する。（１）この効果確認のおける実機での実験条件が、上述とおり、実施例２で示したような最適なノズル配置となっていないこと、及び、（２）同一のノズル配置位置Ａ（図４参照）においてノズル２１をその流路断面に最適に配置させた場合の数値解析結果（図１４参照）が、ノズル２１をその流路断面に均等に配置させた場合の数値解析結果（図６参照）よりも大幅にミスト拡散効果が高いこと、などの点を鑑みると、ノズル２１を実施例２に示したように最適なノズル配置で実機の吸気塔１０に取り付け、ミスト噴霧させれば、さらなるタービン出力の増加が得られることが見込まれる。 Consider the experimental results of the effect confirmation in FIG. (1) The experimental conditions in the actual machine that can confirm this effect are not the optimum nozzle arrangement as shown in the second embodiment as described above, and (2) the same nozzle arrangement position A (FIG. 4). The numerical analysis result (see FIG. 14) when the nozzle 21 is optimally arranged in the flow path cross section in FIG. 6 is the numerical analysis result when the nozzle 21 is evenly arranged in the flow path cross section (see FIG. 6). If the nozzle 21 is attached to the actual intake tower 10 with an optimal nozzle arrangement as shown in the second embodiment and sprayed with mist, the mist diffusion effect is significantly higher than An increase in turbine output is expected.
本発明は、以上のように構成されているので、以下のような作用効果を奏する。 Since this invention is comprised as mentioned above, there exist the following effects.
上記のような構成によれば、ノズルから噴霧されたミストが、空気が吸気フィルタに流入するまでに効率的に気化できるようになり、吸気フィルタから流入しガスタービンに供給される空気は均一に冷却される。これにより、燃焼空気の重量流量を増加させ、ガスタービン出力を飛躍的に増加させることができる。特に、夏場などの大気温度上昇によるガスタービン出力の減少の課題を簡易に解決することができる。 According to the above configuration, the mist sprayed from the nozzle can be efficiently vaporized before the air flows into the intake filter, and the air that flows from the intake filter and is supplied to the gas turbine is uniform. To be cooled. As a result, the weight flow rate of the combustion air can be increased, and the gas turbine output can be dramatically increased. In particular, the problem of a decrease in gas turbine output due to an increase in atmospheric temperature such as in summer can be easily solved.
また、上記のような構成によれば、ノズルから噴霧されたミストが、空気が吸気フィルタに流入するまでに効率的に気化できるようになり、従来の技術によって発生しうる不具合であるフィルタ目詰まりの問題を排除することができる。また、タービン翼のエロージョンが発生するおそれもない。 Further, according to the above configuration, the mist sprayed from the nozzle can be efficiently vaporized before the air flows into the intake filter, and the filter clogging is a problem that may occur due to the conventional technology. The problem can be eliminated. Further, there is no risk of erosion of the turbine blades.
また、従来の水噴霧装置では、空気冷却に効果のない箇所にも多数のノズルが配置されていたが、本発明の方法によれば、必要な配置位置に必要な数だけノズルを配置することができ、また、障害物の存在により所望の数だけノズルを配置できない場合が生じても、同様の濃度拡散効果を奏する別の代替位置にノズルを配置することができる。 Further, in the conventional water spraying apparatus, a large number of nozzles are arranged at locations where air cooling is not effective. However, according to the method of the present invention, a necessary number of nozzles are arranged at a necessary arrangement position. Even if the desired number of nozzles cannot be arranged due to the presence of an obstacle, the nozzles can be arranged at another alternative position that exhibits the same density diffusion effect.
本発明は、ガスタービンの出力を飛躍的に増加させる大変有望な技術であり、産業上利用可能である。 The present invention is a very promising technique for dramatically increasing the output of a gas turbine and can be used industrially.
本発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明に含まれることはいうまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and it goes without saying that these are also included in the present invention.
１０ 吸気塔
１１ 吸気口部
１１ａ 空気取入口
１２ ダクト部
１３ 吸気フィルタ室
１４ 吸気フィルタ
１４ａ 吸気フィルタ前面
１５ 合流チャンバ
１６ チャンバダクト
２０ ミスト噴霧装置
２１ ミスト噴霧ノズル
３０ 火力発電所設備の屋上
４０ 仕切り板
５０ ガスタービン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Intake tower 11 Intake port part 11a Air intake 12 Duct part 13 Intake filter chamber 14 Intake filter 14a Intake filter front surface 15 Confluence chamber 16 Chamber duct 20 Mist spraying device 21 Mist spray nozzle 30 Rooftop of thermal power plant equipment 40 Partition plate 50 gas turbine
Claims (1)
前記吸気通路内の風速分布を計算するステップと、
前記風速分布に基づいてミスト噴霧ノズル配置位置を選択するステップと、
前記配置位置の流路断面に複数の前記ミスト噴霧ノズルを配置し、さらにノズル系統に区分するステップと、
前記ノズル系統のうち一系統に属する前記ミスト噴霧ノズルだけがミスト噴霧された場合の前記吸気フィルタ前面の濃度分布を前記ノズル系統毎に計算するステップと、
前記ノズル系統毎にミスト噴霧された場合の前記濃度分布結果を用いて、複数のノズル系統に属する前記ミスト噴霧ノズルからミストが噴霧された場合に前記吸気フィルタ前面の濃度が最も均一になるように前記ノズル系統毎にノズル個数を調整するステップと、
前記ノズル系統毎にミスト噴霧された場合の前記濃度分布結果により、前記ノズル系統相互の相関関数を求めて前記ノズル系統をグループに分けるステップと、
同一の前記グループの間で前記ミスト噴霧ノズルを再配置するステップと、
を含むことを特徴とするガスタービン吸気塔にミスト噴霧ノズルを最適に配置する最適配置方法。 An optimal arrangement method for optimally arranging a mist spray nozzle in a gas turbine intake tower having an intake passage and an intake filter,
Calculating a wind speed distribution in the intake passage;
Selecting a mist spray nozzle arrangement position based on the wind speed distribution;
Arranging a plurality of the mist spray nozzles in the flow path cross section of the arrangement position, and further dividing into nozzle systems;
Calculating the concentration distribution of the front surface of the intake filter when only the mist spray nozzle belonging to one system among the nozzle systems is sprayed for each nozzle system;
Using the concentration distribution result when the mist is sprayed for each nozzle system, when the mist is sprayed from the mist spray nozzles belonging to a plurality of nozzle systems, the density of the front surface of the intake filter is most uniform. Adjusting the number of nozzles for each nozzle system;
According to the concentration distribution result when the mist is sprayed for each nozzle system, obtaining a correlation function between the nozzle systems and dividing the nozzle system into groups;
Repositioning the mist spray nozzles between the same groups;
An optimal arrangement method for optimally arranging the mist spray nozzles in the gas turbine intake tower.
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