JP5939554B2 - Gas turbine exhaust equipment - Google Patents
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Description
本発明はガスタービン排気設備に関し、低周波音による騒音の発生を抑制するように工夫したものであり、特にシンプルサイクルプラントに適用するものである。 The present invention relates to gas turbine exhaust equipment, which is devised to suppress the generation of noise due to low-frequency sound, and is particularly applicable to a simple cycle plant.
ガスタービンを用いた発電プラントとしては、コンバインドサイクルプラントとシンプルサイクルプラントがある。
コンバインドサイクルプラントでは、排熱回収ボイラ(HRSG:heat recovery steam generator)を備えている。この排熱回収ボイラは、ガスタービンから排出された高温の排ガスにより蒸気を発生する。
一方、シンプルサイクルプラントでは、排熱回収ボイラを含む排熱回収設備を備えておらず、ガスタービンから排出された排ガスを、排ガス煙道から煙突を通して大気に放出している。
As power plants using gas turbines, there are a combined cycle plant and a simple cycle plant.
In the combined cycle plant, a heat recovery steam generator (HRSG) is provided. The exhaust heat recovery boiler generates steam from the high-temperature exhaust gas discharged from the gas turbine.
On the other hand, the simple cycle plant does not have an exhaust heat recovery facility including an exhaust heat recovery boiler, and exhaust gas exhausted from the gas turbine is released from the exhaust gas flue to the atmosphere through a chimney.
ガスタービンを用いた発電プラントの形態として、最終的にはコンバインドサイクルプラントを採用する場合であっても、先にシンプルサイクルプラントを構築してシンプルサイクルプラントとして運転をスタートし、その後に排熱回収設備を建設し、排熱回収設備が完成したら、コンバインドサイクルプラントとして運転することが行われている。
また、ガスタービンを用いた発電プラントの最終形態として、シンプルサイクルプラントを採用する場合もある。
Even if a combined cycle plant is ultimately adopted as a form of power plant using a gas turbine, a simple cycle plant is first constructed and started as a simple cycle plant, and then exhaust heat is recovered. Once the equipment is constructed and the exhaust heat recovery equipment is completed, it is operated as a combined cycle plant.
Moreover, a simple cycle plant may be employ | adopted as the last form of the power plant using a gas turbine.
シンプルサイクルプラントでは、ガスタービンから排出された排ガスは、水平方向に配置された排ガス煙道を通った後、この排ガス煙道に連通して鉛直方向に配置された煙突を通って大気に排出される。このとき、排ガス煙道の終端部と煙突の基端部とが連通・接続されている部分は、直角に折れ曲がった曲がり部となっており、この曲がり部では、高速で流通している排ガスに剥離現象が発生する。 In a simple cycle plant, exhaust gas discharged from a gas turbine passes through a flue gas flue arranged in a horizontal direction, and then is exhausted to the atmosphere through a chimney arranged in a vertical direction in communication with the flue gas flue. The At this time, the portion where the end portion of the flue gas flue and the base end portion of the chimney communicate and connect to each other is a bent portion bent at a right angle, and in this bent portion, the exhaust gas flowing at high speed Peeling phenomenon occurs.
上記のような曲がり部で剥離現象が発生すると、排ガスが高温であるため音速が早くなることも加わって、曲がり部で低周波音が発生し、この低周波音が煙突出口から放出されていた。
更に、発生した低周波音が、排ガス煙道及び煙突からなる排気通路で定在波となることで、即ち、排気通路の音響固有値で規定される周波数で共振して共鳴することで、発生した低周波音が増幅されていた。
このようにして発生し増幅した低周波音(10〜30Hzの音)が煙突出口から放出されると、低周波音公害が発生してしまう。
When the peeling phenomenon occurs at the bend as described above, the sound velocity is increased due to the high temperature of the exhaust gas, and low frequency sound is generated at the bend, and this low frequency sound is emitted from the smoke outlet. .
Furthermore, the generated low-frequency sound was generated by becoming a standing wave in the exhaust passage composed of exhaust flue and chimney, that is, by resonating and resonating at a frequency defined by the acoustic eigenvalue of the exhaust passage. Low frequency sound was amplified.
When the low-frequency sound (10-30 Hz sound) generated and amplified in this way is emitted from the smoke outlet, low-frequency sound pollution will occur.
そこで、シンプルサイクルプラントで発生する低周波音を抑制するため、従来から種々の工夫がされてきた。 Therefore, various devices have been conventionally used to suppress low-frequency sound generated in a simple cycle plant.
例えば特許文献1(特公平4−13524号公報)に示す技術では、排ガス煙道及び煙突の一部をそれぞれディフューザにしたり、水平方向に流れてきた排ガスを鉛直方向の流れに転流する多数の転流板を曲がり部に配置したりしていた。 For example, in the technique shown in Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 4-13524), a large number of exhaust flues and a part of the chimney are each used as a diffuser, or the exhaust gas flowing in the horizontal direction is commutated into a vertical flow The commutation plate was arranged in the bent part.
また特許文献2(特開2009−287530号公報)に示す技術では、煙突の外周に
同心状に拡張筒(拡張型サイレンサ)を配置し、煙突には拡張筒(拡張型サイレンサ)の内部空間に連通する開口部を形成していた。
In the technique shown in Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-287530), an expansion cylinder (expansion silencer) is concentrically arranged on the outer periphery of the chimney, and the chimney has an internal space of the expansion cylinder (expansion silencer). A communicating opening was formed.
上記特許文献1,2に示す技術は、発生してしまった低周波音(10〜30Hzの音)を低減するものであり、低周波音を発生する「音源」そのものが生じないようにする対策ではないため、根本的な対策とはならない。 The techniques shown in Patent Documents 1 and 2 are for reducing low frequency sound (sound of 10 to 30 Hz) that has been generated, and for preventing “sound source” itself that generates low frequency sound from occurring. This is not a fundamental measure.
また特許文献2で用いる拡張筒(拡張型サイレンサ)のサイズ(径方向寸法)は非常に大きなものである。これは、拡張筒(拡張型サイレンサ)のサイズは、対象周波数の波長で大きさが決まるからである。
つまり、曲がり部で発生する音はそもそも低周波であり、しかもガスタービンから排出される排ガスは高温であり音速が早いことから騒音音波の波長が長くなり、拡張型サイレンサのサイズが非常に大きくなるのである。
例えば、拡張筒の直径及び長さは、煙突の直径の2倍程度になる。
Moreover, the size (diameter direction dimension) of the expansion cylinder (expansion type silencer) used in Patent Document 2 is very large. This is because the size of the expansion cylinder (expanded silencer) is determined by the wavelength of the target frequency.
In other words, the sound generated at the bend is low frequency in the first place, and since the exhaust gas discharged from the gas turbine is hot and the speed of sound is high, the wavelength of the noise sound wave becomes long and the size of the expandable silencer becomes very large. It is.
For example, the diameter and length of the expansion cylinder are about twice the diameter of the chimney.
本発明は、上記従来技術に鑑み、排気性能を確保しつつ、低周波音を発生する音源そのものの発生を抑制して低周波音による騒音を抑制する、簡便な構成のガスタービン排気設備を提供することを目的とする。 In view of the above prior art, the present invention provides a gas turbine exhaust facility having a simple configuration that suppresses noise due to low-frequency sound by suppressing generation of a sound source itself that generates low-frequency sound while ensuring exhaust performance. The purpose is to do.
上記課題を解決する本発明は、
ガスタービンから排出された排ガスを通す水平方向に配置された排ガス煙道と、この排ガス煙道に連通して鉛直方向に配置されており前記排ガスを大気に排出する煙突とを備えたガスタービン排気設備において、
前記排ガス煙道の内部空間及び前記煙突の内部空間からなる排気通路に、排ガスの流通方向に対して対面する状態で設置されており、且つ、前記排気通路のうち、音響1次モード,音響2次モード及び音響3次モードの低周波音が共に低い部分に設置されている、流通する排ガスの流れを整流する、少なくとも1枚の多孔板を備えていることを特徴とする。
The present invention for solving the above problems
An exhaust gas flue which is disposed in a horizontal direction through the exhaust gas discharged from the gas turbine, the gas turbine exhaust having a said exhaust gas are arranged vertically in communication with a chimney for discharging to the atmosphere the exhaust gas flue In equipment,
It is installed in an exhaust passage composed of the internal space of the exhaust gas flue and the internal space of the chimney in a state facing the distribution direction of the exhaust gas , and among the exhaust passage, the primary acoustic mode, the acoustic 2 It is characterized by comprising at least one perforated plate that rectifies the flow of the flowing exhaust gas, which is installed in a portion where both the low frequency sound of the next mode and the third acoustic mode are low.
また本発明の構成は、
前記多孔板は、前記排ガス煙道の内部空間と、前記煙突の内部空間とに設置されており、
前記排ガス煙道の内部空間に設置された前記多孔板は、前記排ガス煙道と前記煙突とが接続する接続部のうち前記排ガス煙道の上面の位置を基準位置としたときに、当該基準位置と、この基準位置から前記排ガス煙道に沿い前記排ガス煙道の縦寸法の0.75倍離れた位置との間の領域に設置されており、
前記煙突の内部空間に設置された前記多孔板は、前記排ガス煙道と前記煙突とが接続する接続部のうち前記排ガス煙道の上面の位置を基準位置としたときに、当該基準位置と、この基準位置から前記煙突に沿い前記煙突の縦寸法の0.75倍離れた位置との間の領域に設置されていることを特徴とする。
The configuration of the present invention is as follows.
The perforated plate is installed in the internal space of the flue gas flue and the internal space of the chimney ,
The perforated plate installed in the internal space of the flue gas flue has the reference position when the position of the upper surface of the flue gas flue is a reference position in the connection portion where the flue gas flue and the chimney are connected. When are Installation in a region between the 0.75 times away position of the longitudinal dimension of the exhaust gas flue along from the reference position to the exhaust gas flue,
The perforated plate installed in the internal space of the chimney is the reference position when the position of the upper surface of the exhaust gas flue is the reference position of the connection part where the exhaust gas flue and the chimney are connected, It is installed in the area | region between this reference position along the said chimney, and the position 0.75 times away from the vertical dimension of the said chimney .
また本発明の構成は、
前記多孔板の開口率は、20〜70%であることを特徴とする。
The configuration of the present invention is as follows.
The aperture ratio of the porous plate is 20 to 70%.
本発明によれば、排ガス煙道の内部空間及び煙突の内部空間からなる排気通路に、多孔板を設置したため、簡単な構成でありながら、低周波音の発生及び共振を効果的に抑制することができ、低周波音騒音を抑制することができる。 According to the present invention, since the porous plate is installed in the exhaust passage composed of the internal space of the exhaust gas flue and the internal space of the chimney, it is possible to effectively suppress the generation and resonance of low frequency sound while having a simple configuration. And low frequency noise can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on examples.
図1は、実施例に係るガスタービン排気設備を備えた発電プラントの概略図である。図1に示すように、発電プラント10を構成するガスタービン11には圧縮機12及び燃焼器13が備えられている。圧縮機12には空気が供給され、圧縮機12で圧縮された圧縮空気は、燃焼器13で燃料と混合されて燃料ガスとなり、燃料ガスがガスタービン11で燃焼・膨張してガスタービン11が回転する。この回転力により発電機(図示省略)を回転して発電が行われる。
FIG. 1 is a schematic diagram of a power plant including a gas turbine exhaust facility according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the
ガスタービン排気設備20は、水平方向に配置された排ガス煙道21と、この排ガス煙道21に連通・接続して鉛直方向に配置された煙突22とで構成されている。排ガス煙道21の終端部と、煙突22の基端部とが連通・接続されている部分は、直角に折れ曲がった曲がり部23となっている。
本例では、排ガス煙道21も煙突22も、断面における縦寸法と横寸法が等しい矩形のダクト管により構成されている。
The gas
In this example, both the
ガスタービン11で仕事を終え排出された高温の排ガス14は、排ガス煙道21を通った後、この排ガス煙道21に連通する煙突22を通って大気に排出される。
The high-
排ガス煙道21の内部空間には、排ガス14の流通方向に対して対面する状態で多孔板31が設置され、煙突22の内部空間には、排ガス14の流通方向に対して対面する状態で多孔板32が設置されている。このため、全ての排ガス14は、多孔板31に形成された孔、及び、多孔板32に形成された孔を通過して流通する。
A
このようにして、排ガス煙道21の内部空間及び煙突22の内部空間からなる排気通路に、排ガス14の流通方向に対して対面する状態で多孔板31,32を設置したため、流通する排ガス14の流れが整流され、曲がり部23において排ガス14の剥離現象が抑制される。この結果、剥離現象に伴う低周波音の発生自体を抑制することができる。
また、排ガス煙道21の内部空間及び煙突22の内部空間からなる排気通路に、多孔板31,32を設置したことにより、排気通路の音場においてダンピング作用が発揮されて、低周波音の共振現象の発生を抑制することができる。
Thus, since the
Further, since the
このように多孔板31,32を配置することにより、曲がり部23における排ガス14の剥離現象を抑制すると共に、低周波音の共振現象の発生を抑制することができるため、低周波音公害の発生を防止することができる。
By arranging the
ここで、低周波音の発生及び共振を効果的に抑制することができる、多孔板31,32の配置位置と開口率について説明する。
Here, the arrangement position and aperture ratio of the
最初に、低周波音の発生及び共振を効果的に抑制することができる、多孔板31,32の配置位置について説明する。
図1に示すように、矩形のダクト管である排ガス煙道21と煙突22とが接続されている接続部のうち、排ガス煙道21の上面の位置を基準位置Pとする。また、断面における縦寸法と横寸法が等しい矩形のダクト管である排ガス煙道21及び煙突22の前記縦寸法(又は前記横寸法)をLとする。
First, the arrangement positions of the
As shown in FIG. 1, the position of the upper surface of the
排ガス煙道21において、基準位置Pと、この基準位置Pから排ガス煙道21の始端側(ガスタービン出口側)に向かって0.75L離れた位置P1との間を領域Aとした場合、この領域Aに多孔板31を配置すると、低周波音の発生及び共振を効果的に抑制することができる。
また、煙突22において、基準位置Pと、この基準位置Pから煙突22の出口側に向かって0.75L離れた位置P2との間を領域Bとした場合、この領域Bに多孔板32を配置すると、低周波音の発生及び共振を効果的に抑制することができる。
In the
Further, in the
図2に示すように、領域A,Bでは、音響1次モード、音響2次モード、音響3次モードの全てにおいて、低周波音が低いため、領域A,Bに多孔板31,32を配置することにより、低周波音の発生及び共振を効果的に抑制することができるのである。
なお、図2において、横軸はガスタービン出口(排気ガス煙道の始端部)から煙突先端部までの排気通路を直線的に示したものであり、縦軸は音圧レベル(dB)を示している。
As shown in FIG. 2, in regions A and B, low frequency sound is low in all of the primary acoustic mode, secondary acoustic mode, and tertiary acoustic mode, so
In FIG. 2, the horizontal axis represents the exhaust passage from the gas turbine outlet (start end of the exhaust gas flue) to the chimney tip, and the vertical axis represents the sound pressure level (dB). ing.
次に、低周波音の発生及び共振を効果的に抑制することができる、多孔板31,32の開口率について説明する。
多孔板31,32の開口率は、20〜70%、より好ましくは25〜55%、最も好適には35〜45%が好ましい。
Next, the aperture ratio of the
The aperture ratio of the
図3は、多孔板31,32の開口率を変数に、圧損と低周波音レベルを組み合わせた評価関数であり、その値が小さいほど低周波音の発生及び共振を効果的に抑制することができる。圧損は開口率に対して右下がりの傾向にあり、低周波音レベルは開口率に対して右上がりの傾向にあることから、図3の評価関数を求めた。
図3において横軸は、多孔板の開口率(%)であり、縦軸は多孔板効果(圧損と低周波音レベルを組み合わせた評価関数値)である。
図3から分るように、多孔板31,32の開口率は、20〜70%、より好ましくは25〜55%、最も好適には35〜45%が好ましい。
FIG. 3 is an evaluation function that combines pressure loss and low frequency sound level with the aperture ratio of the
In FIG. 3, the horizontal axis represents the aperture ratio (%) of the porous plate, and the vertical axis represents the porous plate effect (an evaluation function value combining pressure loss and low frequency sound level).
As can be seen from FIG. 3, the aperture ratio of the
なお図1に示す例では、2枚の多孔板31,32を配置したが、いずれか一方のみを配置するようにしてもよい。
結局、排ガス煙道21の内部空間及び煙突22の内部空間からなる排気通路に、少なくとも1枚の多孔板を配置すれば、低周波音の発生及び共振を効果的に抑制することができる。
多孔板の配置枚数は、1枚、2枚、更には3枚以上とすることができる。
In the example shown in FIG. 1, the two
After all, if at least one perforated plate is arranged in the exhaust passage composed of the internal space of the
The number of perforated plates can be one, two, or even three or more.
10 発電プラント
11 ガスタービン
12 圧縮器
13 燃焼器
14 排ガス
20 ガスタービン排気設備
21 排ガス煙道
22 煙突
23 曲がり部
31,32 多孔板
P 基準位置
P1,P2 位置
A,B 領域
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記排ガス煙道の内部空間及び前記煙突の内部空間からなる排気通路に、排ガスの流通方向に対して対面する状態で設置されており、且つ、前記排気通路のうち、音響1次モード,音響2次モード及び音響3次モードの低周波音が共に低い部分に設置されている、流通する排ガスの流れを整流する、少なくとも1枚の多孔板を備えていることを特徴とするガスタービン排気設備。 An exhaust gas flue which is disposed in a horizontal direction through the exhaust gas discharged from the gas turbine, the gas turbine exhaust having a said exhaust gas are arranged vertically in communication with a chimney for discharging to the atmosphere the exhaust gas flue In equipment,
It is installed in an exhaust passage composed of the internal space of the exhaust gas flue and the internal space of the chimney in a state facing the distribution direction of the exhaust gas , and among the exhaust passage, the primary acoustic mode, the acoustic 2 A gas turbine exhaust system comprising at least one perforated plate that rectifies the flow of flowing exhaust gas, which is installed in a portion where both low-frequency sound of the next mode and third-order acoustic mode are low.
前記排ガス煙道の内部空間に設置された前記多孔板は、前記排ガス煙道と前記煙突とが接続する接続部のうち前記排ガス煙道の上面の位置を基準位置としたときに、当該基準位置と、この基準位置から前記排ガス煙道に沿い前記排ガス煙道の縦寸法の0.75倍離れた位置との間の領域に設置されており、
前記煙突の内部空間に設置された前記多孔板は、前記排ガス煙道と前記煙突とが接続する接続部のうち前記排ガス煙道の上面の位置を基準位置としたときに、当該基準位置と、この基準位置から前記煙突に沿い前記煙突の縦寸法の0.75倍離れた位置との間の領域に設置されていることを特徴とする請求項1のガスタービン排気設備。 The perforated plate is installed in the internal space of the flue gas flue and the internal space of the chimney ,
The perforated plate installed in the internal space of the flue gas flue has the reference position when the position of the upper surface of the flue gas flue is a reference position in the connection portion where the flue gas flue and the chimney are connected. When are Installation in a region between the 0.75 times away position of the longitudinal dimension of the exhaust gas flue along from the reference position to the exhaust gas flue,
The perforated plate installed in the internal space of the chimney is the reference position when the position of the upper surface of the exhaust gas flue is the reference position of the connection part where the exhaust gas flue and the chimney are connected, gas turbine exhaust equipment according to claim 1, characterized in that installed in the region between 0.75 times away position of the longitudinal dimension of said chimney along said chimney from the reference position.
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