JP7039786B2 - Gas turbine and its operation method - Google Patents
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Description
本発明は、圧縮機と燃焼器とタービンを備えるガスタービン、並びに、ガスタービンの運転方法に関するものである。 The present invention relates to a gas turbine including a compressor, a combustor and a turbine, and a method of operating the gas turbine.
ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されている。そして、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガス(排気ガス)を得て、この燃焼ガスによりタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。 The gas turbine is composed of a compressor, a combustor and a turbine. Then, the air taken in from the air intake is compressed by the compressor to become high temperature and high pressure compressed air, and the combustor supplies fuel to the compressed air and burns it to obtain high temperature and high pressure. Combustion gas (exhaust gas) is obtained, and the combustion gas drives a turbine to drive a generator connected to the turbine.
ガスタービンは、圧縮機が取り込む空気の温度によってタービンにおける出力が影響を受ける。例えば、大気温度が高い夏季には、空気の密度が低下して質量流量が低下するため、タービンの出力が低下する。そこで、タービンの出力の低下を抑制するため、圧縮機は、取り込む空気の温度を低下させるために、吸気冷却装置が設けられている。この吸気冷却装置は、一般的に、吸入空気に対して水を噴霧することで、噴霧ミストの蒸発潜熱による取り込む空気の冷却を行うものである。 In a gas turbine, the output in the turbine is affected by the temperature of the air taken in by the compressor. For example, in the summer when the atmospheric temperature is high, the density of air decreases and the mass flow rate decreases, so that the output of the turbine decreases. Therefore, in order to suppress the decrease in the output of the turbine, the compressor is provided with an intake air cooling device in order to reduce the temperature of the air to be taken in. This intake air cooling device generally cools the air taken in by the latent heat of vaporization of the spray mist by spraying water on the intake air.
このようなガスタービンとしては、例えば、下記特許文献1に記載されたものがある。 As such a gas turbine, for example, there is one described in Patent Document 1 below.
上述した圧縮機の吸気冷却装置は、複数の噴霧ノズルが吸入空気に向けて所定量の水を噴霧する。ところが、経年劣化により噴霧ノズルに摩耗が発生すると、所定量の水を噴霧することができないという課題がある。 In the intake air cooling device of the compressor described above, a plurality of spray nozzles spray a predetermined amount of water toward the intake air. However, when the spray nozzle is worn due to deterioration over time, there is a problem that a predetermined amount of water cannot be sprayed.
本発明は、上述した課題を解決するものであり、噴霧ノズルの劣化度合いを高精度に判定することで噴霧ノズルの交換時期を適切に判断してガスタービンの信頼性の向上を図るガスタービン及びその運転方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems, and is a gas turbine for improving the reliability of a gas turbine by appropriately determining the replacement time of the spray nozzle by determining the degree of deterioration of the spray nozzle with high accuracy. The purpose is to provide the driving method.
上記の目的を達成するための本発明のガスタービンは、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器と、前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、前記圧縮機が取り込む空気に噴霧ノズルから冷却水を噴霧する空気冷却器と、前記空気冷却器を制御する制御装置と、備え、前記空気冷却器には、前記空気冷却器における噴霧流量指令値と噴霧流量値との基準の関係性である噴霧基準特性が設定され、前記制御装置は、前記噴霧基準特性に基づいて予測される予測値と実際の値との差によって前記噴霧ノズルの劣化度合いを判定する、ことを特徴とするものである。 The gas turbine of the present invention for achieving the above object includes a compressor that compresses air, a combustor that mixes and burns compressed air and fuel compressed by the compressor, and combustion generated by the combustor. The air cooler includes a turbine that obtains rotational power by gas, an air cooler that sprays cooling water from a spray nozzle onto the air taken in by the compressor, and a control device that controls the air cooler. The spray reference characteristic, which is the relationship between the spray flow rate command value and the spray flow rate value in the air cooler, is set, and the control device sets the predicted value predicted based on the spray reference characteristic and the actual value. It is characterized in that the degree of deterioration of the spray nozzle is determined by the difference.
従って、噴霧ノズルが劣化すると、噴霧ノズルから噴霧する冷却水の噴霧量が変動することから、制御装置は、噴霧基準特性に基づいて予測される予測値と実際の値との差によって噴霧ノズルの劣化度合いを判定するそのため、噴霧ノズルの劣化度合いを高精度に判定し、噴霧ノズルの交換時期を適切に判断してガスタービンの信頼性の向上を図ることができる。 Therefore, when the spray nozzle deteriorates, the amount of cooling water sprayed from the spray nozzle fluctuates. Therefore, the control device uses the difference between the predicted value predicted based on the spray reference characteristic and the actual value of the spray nozzle. Therefore, the degree of deterioration can be determined with high accuracy, the degree of deterioration of the spray nozzle can be determined with high accuracy, and the replacement timing of the spray nozzle can be appropriately determined to improve the reliability of the gas turbine.
本発明のガスタービンでは、前記制御装置は、前記噴霧基準特性に基づいて予測される予測噴霧流量値と実際の実噴霧流量値との差、および/または、前記噴霧基準特性に基づいて予測される予測噴霧流量指令値と実際の実噴霧流量指令値との差、のいずれかによって前記噴霧ノズルの劣化度合いを判定することを特徴としている。 In the gas turbine of the present invention, the control device is predicted based on the difference between the predicted spray flow value predicted based on the spray reference characteristic and the actual actual spray flow value, and / or the spray reference characteristic. It is characterized in that the degree of deterioration of the spray nozzle is determined by either the difference between the predicted spray flow rate command value and the actual actual spray flow rate command value.
従って、予測噴霧流量値と実際の実噴霧流量値との差や予測噴霧流量指令値と実際の実噴霧流量指令値との差によって噴霧ノズルの劣化度合いを判定することから、噴霧ノズルの劣化度合いを高精度に判定することができる。 Therefore, the degree of deterioration of the spray nozzle is determined based on the difference between the predicted spray flow rate value and the actual actual spray flow rate value and the difference between the predicted spray flow rate command value and the actual actual spray flow rate command value. Can be determined with high accuracy.
本発明のガスタービンでは、前記制御装置は、前記空気冷却器に第1噴霧流量指令値を設定した際、前記噴霧基準特性に基づいて前記空気冷却器が噴霧すると予測される第1予測噴霧流量値と、前記空気冷却器が実際に噴霧する第1実噴霧流量値との差によって前記噴霧ノズルの劣化度合いを判定することを特徴としている。 In the gas turbine of the present invention, when the control device sets the first spray flow rate command value in the air cooler, the first predicted spray flow rate predicted to be sprayed by the air cooler based on the spray reference characteristic. It is characterized in that the degree of deterioration of the spray nozzle is determined by the difference between the value and the first actual spray flow rate value actually sprayed by the air cooler.
従って、第1予測噴霧流量値と第1実噴霧流量値との差によって噴霧ノズルの劣化度合いを判定することから、噴霧ノズルの劣化度合いを高精度に判定することができる。 Therefore, since the degree of deterioration of the spray nozzle is determined by the difference between the first predicted spray flow rate value and the first actual spray flow rate value, the degree of deterioration of the spray nozzle can be determined with high accuracy.
本発明のガスタービンでは、前記制御装置は、前記空気冷却器が第2噴霧流量値を実際に噴霧する際、前記噴霧基準特性に基づいて前記空気冷却器に設定されると予測される第2予測噴霧流量指令値と、前記空気冷却器に実際に設定される第2実噴霧流量指令値との差によって前記噴霧ノズルの劣化度合いを判定することを特徴としている。 In the gas turbine of the present invention, the control device is predicted to be set in the air cooler based on the spray reference characteristic when the air cooler actually sprays the second spray flow rate value. It is characterized in that the degree of deterioration of the spray nozzle is determined by the difference between the predicted spray flow rate command value and the second actual spray flow rate command value actually set in the air cooler.
従って、第2予測噴霧流量指令値と、前記空気冷却器に実際に設定される第2実噴霧流量指令値との差によって前記噴霧ノズルの劣化度合いを判定することから、噴霧ノズルの劣化度合いを高精度に判定することができる。 Therefore, since the degree of deterioration of the spray nozzle is determined by the difference between the second predicted spray flow rate command value and the second actual spray flow rate command value actually set in the air cooler, the degree of deterioration of the spray nozzle is determined. It can be judged with high accuracy.
本発明のガスタービンでは、前記制御装置は、前記第1予測噴霧流量値と前記第1実噴霧流量値の差が減少するように前記第1噴霧流量指令値を補正することを特徴としている。 In the gas turbine of the present invention, the control device is characterized in that the first spray flow rate command value is corrected so that the difference between the first predicted spray flow rate value and the first actual spray flow rate value is reduced.
従って、第1予測噴霧流量値と第1実噴霧流量値の差が減少するように第1噴霧流量指令値を補正することから、噴霧ノズルから噴霧する冷却水の噴霧量を噴霧ノズルの劣化度合いに応じて高精度に調整することができる。 Therefore, since the first spray flow rate command value is corrected so that the difference between the first predicted spray flow rate value and the first actual spray flow rate value is reduced, the amount of cooling water sprayed from the spray nozzle is determined by the degree of deterioration of the spray nozzle. It can be adjusted with high accuracy according to the above.
本発明のガスタービンでは、前記制御装置は、前記第2予測噴霧流量指令値と前記第2実噴霧流量指令値との差が減少するように前記第2予測噴霧流量指令値を補正することを特徴としている。 In the gas turbine of the present invention, the control device corrects the second predicted spray flow rate command value so that the difference between the second predicted spray flow rate command value and the second actual spray flow rate command value is reduced. It is a feature.
従って、第2予測噴霧流量指令値と第2実噴霧流量指令値との差が減少するように第2予測噴霧流量指令値を補正することから、噴霧ノズルから噴霧する冷却水の噴霧量を噴霧ノズルの劣化度合いに応じて高精度に調整することができる。 Therefore, since the second predicted spray flow rate command value is corrected so that the difference between the second predicted spray flow rate command value and the second actual spray flow rate command value is reduced, the amount of cooling water sprayed from the spray nozzle is sprayed. It can be adjusted with high accuracy according to the degree of deterioration of the nozzle.
本発明のガスタービンでは、前記制御装置は、前記差が予め設定された判定値を超えると、前記噴霧ノズルが劣化したと判定することを特徴としている。 In the gas turbine of the present invention, the control device is characterized in that when the difference exceeds a preset determination value, it is determined that the spray nozzle has deteriorated.
従って、差が予め設定された判定値を超えると噴霧ノズルが劣化したと判定することから、噴霧ノズルの劣化度合いを高精度に判定することができる。 Therefore, when the difference exceeds a preset determination value, it is determined that the spray nozzle has deteriorated, so that the degree of deterioration of the spray nozzle can be determined with high accuracy.
本発明のガスタービンでは、前記制御装置が判定した前記噴霧ノズルの劣化度合いを表示する表示部が設けられることを特徴としている。 The gas turbine of the present invention is characterized in that a display unit for displaying the degree of deterioration of the spray nozzle determined by the control device is provided.
従って、表示部に噴霧ノズルの劣化度合いが表示されることから、作業者は、噴霧ノズルの劣化度合いを確認しながらガスタービンを運転することとなり、交換する噴霧ノズルの事前準備などの交換計画を容易に立てることができる。 Therefore, since the degree of deterioration of the spray nozzle is displayed on the display unit, the operator will operate the gas turbine while checking the degree of deterioration of the spray nozzle, and will make a replacement plan such as advance preparation of the spray nozzle to be replaced. It can be easily set up.
本発明のガスタービンでは、前記制御装置は、大気温度と大気湿度と圧縮機入口湿度に基づいて、または、前記空気冷却器へ供給する冷却水量に基づいて前記空気冷却器が実際に噴霧する前記実噴霧流量値を決定することを特徴としている。 In the gas turbine of the present invention, the control device actually sprays the air cooler based on the air temperature, the air humidity, and the humidity at the compressor inlet, or based on the amount of cooling water supplied to the air cooler. It is characterized by determining the actual spray flow rate value.
従って、実噴霧流量値を高精度に設定することができる。 Therefore, the actual spray flow rate value can be set with high accuracy.
本発明のガスタービンでは、前記制御装置は、前記差ついての補正が完了した後に、前記予測噴霧流量値を前記空気冷却器が実際に噴霧する前記実噴霧流量値とみなすことを特徴としている。 In the gas turbine of the present invention, the control device is characterized in that the predicted spray flow rate value is regarded as the actual spray flow rate value actually sprayed by the air cooler after the correction of the difference is completed.
従って、実噴霧流量値を高精度に設定することができる。 Therefore, the actual spray flow rate value can be set with high accuracy.
本発明のガスタービンでは、前記空気冷却器は、複数の前記噴霧ノズルを有し、前記制御装置は、前記噴霧ノズルの作動数を設定し、前記噴霧ノズルの作動数ごとに前記噴霧ノズルの劣化度合いを判定し、作動数ごとに判定された前記噴霧ノズルの劣化度合いに基づいて複数の前記噴霧ノズルの中から劣化した前記噴霧ノズルを特定することを特徴としている。 In the gas turbine of the present invention, the air cooler has a plurality of the spray nozzles, the control device sets the number of operations of the spray nozzles, and the deterioration of the spray nozzles is set for each number of operations of the spray nozzles. It is characterized in that the degree is determined and the deteriorated spray nozzle is specified from a plurality of the spray nozzles based on the deterioration degree of the spray nozzle determined for each number of operations.
従って、空気冷却器が複数の噴霧ノズルを有するとき、噴霧ノズルの作動数ごとの噴霧ノズルの劣化度合いを判定するだけで、複数の噴霧ノズルの中から劣化した噴霧ノズルを特定することができ、設備の複雑化を抑制しながら、噴霧ノズルの劣化度合いを高精度に判定することができる。 Therefore, when the air cooler has a plurality of spray nozzles, it is possible to identify the deteriorated spray nozzle from among the plurality of spray nozzles only by determining the degree of deterioration of the spray nozzles for each operation number of the spray nozzles. It is possible to determine the degree of deterioration of the spray nozzle with high accuracy while suppressing the complexity of the equipment.
また、本発明のガスタービンの運転方法は、空気を圧縮する圧縮機と前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器と、前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、前記圧縮機が取り込む空気に噴霧ノズルから冷却水を噴霧する空気冷却器と、を備え、前記空気冷却器に、前記空気冷却器における噴霧流量指令値と噴霧流量値との基準の関係性である噴霧基準特性を設定する工程と、前記噴霧基準特性に基づいて予測される予測値と実際の値との差によって前記噴霧ノズルの劣化度合いを判定する工程と、を有することを特徴とするものである。 Further, in the operation method of the gas turbine of the present invention, a compressor that compresses air, a combustor that mixes and burns the compressed air compressed by the compressor and fuel, and a combustion gas generated by the combustor are used for rotational power. An air cooler that sprays cooling water from a spray nozzle onto the air taken in by the compressor is provided, and the air cooler is provided with a reference value for a spray flow rate command value and a spray flow rate value in the air cooler. The step of setting the spray reference characteristic, which is the relationship between the above, and the step of determining the degree of deterioration of the spray nozzle based on the difference between the predicted value predicted based on the spray reference characteristic and the actual value. It is a feature.
従って、噴霧ノズルが劣化すると、噴霧ノズルから噴霧する冷却水の噴霧量が変動することから、制御装置は、噴霧基準特性に基づいて予測される予測値と実際の値との差によって噴霧ノズルの劣化度合いを判定する。そのため、噴霧ノズルの劣化度合いを高精度に判定し、噴霧ノズルの交換時期を適切に判断してガスタービンの信頼性の向上を図ることができる。 Therefore, when the spray nozzle deteriorates, the amount of cooling water sprayed from the spray nozzle fluctuates. Therefore, the control device uses the difference between the predicted value predicted based on the spray reference characteristics and the actual value of the spray nozzle. Determine the degree of deterioration. Therefore, the degree of deterioration of the spray nozzle can be determined with high accuracy, and the replacement time of the spray nozzle can be appropriately determined to improve the reliability of the gas turbine.
本発明のガスタービン及びその方法によれば、噴霧ノズルの劣化度合いを高精度に判定することで、噴霧ノズルの交換時期を適切に判断してガスタービンの信頼性の向上を図る。 According to the gas turbine of the present invention and the method thereof, by determining the degree of deterioration of the spray nozzle with high accuracy, it is possible to appropriately determine the replacement time of the spray nozzle and improve the reliability of the gas turbine.
以下、添付図面を参照して、本発明に係るガスタービン及びその運転方法の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。 Hereinafter, preferred embodiments of the gas turbine and the operating method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the present invention is not limited to this embodiment, and when there are a plurality of embodiments, the present invention also includes a combination of the respective embodiments.
図1は、本実施形態のガスタービンを表す概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a gas turbine of the present embodiment.
本実施形態において、図1に示すように、ガスタービン10は、圧縮機11と、燃焼器12と、タービン13とを有している。圧縮機11とタービン13は、回転軸14により一体回転可能に連結され、この回転軸14に発電機15が連結されている。圧縮機11は、空気取り込みラインL1から取り込んだ空気を圧縮する。燃焼器12は、圧縮機11から圧縮空気供給ラインL2を通して供給された圧縮空気と、燃料ガス供給ラインL3から供給された燃料ガスとを混合して燃焼する。タービン13は、燃焼器12から燃焼ガス供給ラインL4を通して供給された燃焼ガスにより回転駆動する。発電機15は、タービン13が回転することで伝達される回転力により発電する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
そのため、ガスタービン10にて、圧縮機11は空気を圧縮し、燃焼器12は供給された圧縮空気と燃料ガスとを混合して燃焼する。タービン13は燃焼器12から供給された燃焼ガスにより回転駆動し、発電機15が発電を行う。
Therefore, in the
図2は、圧縮機の吸気ダクトを表す概略図である。 FIG. 2 is a schematic view showing an intake duct of a compressor.
図2に示すように、圧縮機11は、空気の取込み側に吸気ダクト20が設けられている。ダクト本体31は、所定長さを有し、所定形状に屈曲された形状をなし、圧縮機11の車室(図示略)に装着されている。ダクト本体31は、箱型形状をなし、吸気口32が形成されている。吸気口32は、ダクト本体31の端面に形成された1つの開口であり、ウェザールーバー33が固定されている。ウェザールーバー33は、複数の三角屋根からなり、吸気口32に装着されることで、ダクト本体31の内部への雨水の浸入を抑制する。
As shown in FIG. 2, the
ダクト本体31は、内部に複数(本実施形態では、3個)のフィルタ34,35,36と、1個のサイレンサ37が設けられている。フィルタ34,35,36は、例えば、プレフィルタ、中性能フィルタ、高性能(HEPA)フィルタである。フィルタ34,35,36は、ダクト本体31の吸気口32から所定距離だけ離れた位置に配置されると共に、互いに所定距離だけ離れて配置されており、ダクト本体31を塞いでいる。そのため、ダクト本体31を通過する空気は、フィルタ34,35,36は、を通過することで、空気に含まれる比較的小さなごみを捕集する。
The duct
ダクト本体31は、サイレンサ37より圧縮機11側に空気冷却器40が配置されている。空気冷却器40は、ダクト本体31内の鉛直方向に所定間隔を空けて配置される複数(本実施形態では、5個)のノズルユニット41,42,43,44,45を有している。ノズルユニット41,42,43,44,45は、それぞれ複数の噴霧ノズル46,47,48,49,50を有している。ノズルユニット41,42,43,44,45は、配管51,52,53,54,55が接続されており、配管51,52,53,54,55にポンプ56,57,58,59,60と開閉弁61,62,63,64,65が装着されている。配管51,52,53,54,55は、集合配管66に集合し、集合配管66が冷却水タンク67に連結されると共に、集合配管66に後述する流量計74が設けられている。
In the duct
そのため、空気冷却器40は、ポンプ56,57,58,59,60を駆動すると共に、開閉弁61,62,63,64,65が開放すると、冷却水タンク67の冷却水が配管51,52,53,54,55を通ってノズルユニット41,42,43,44,45に供給され、ノズルユニット41,42,43,44,45における複数の噴霧ノズル46,47,48,49,50から圧縮機11側に向けて冷却水を噴霧する。このとき、大気温度や大気湿度に応じて駆動するポンプ56,57,58,59,60の数を決定し、所定の開閉弁61,62,63,64,65が開放することで、複数のノズルユニット41,42,43,44,45のうちの1個または複数から必要量の冷却水を噴霧する。
Therefore, the
図3は、吸気冷却装置の制御ブロックを表す概略図、図4は、吸気冷却制御を表す概略図、図5は、吸気冷却装置における噴霧流量指令値に対する実噴霧流量値を表すグラフである。 FIG. 3 is a schematic view showing a control block of the intake air cooling device, FIG. 4 is a schematic view showing intake air cooling control, and FIG. 5 is a graph showing an actual spray flow rate value with respect to a spray flow rate command value in the intake air cooling device.
また、ガスタービン10は、図3に示すように、空気冷却器40を制御する制御装置70を備えている。制御装置70は、空気冷却器40における噴霧流量指令値と噴霧流量値との基準の関係性である噴霧基準特性が設定され、噴霧基準特性に基づいて予測される予測値と実際の値との差によって噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを判定する。
Further, as shown in FIG. 3, the
具体的に、制御装置70は、噴霧基準特性に基づいて予測される予測噴霧流量値と実際の実噴霧流量値との差、および/または、噴霧基準特性に基づいて予測される予測噴霧流量指令値と実際の実噴霧流量指令値との差によって噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを判定する。
Specifically, the
ここで、空気冷却器40(噴霧ノズル46,47,48,49,50)における噴霧基準特性とは、空気冷却器40にある噴霧流量指令値を設定した場合に、決められた噴霧流量値を空気冷却器40が噴霧する空気冷却器40の特性(関係性)のことをいう。また、噴霧流量指令値とは、空気冷却器40が噴霧する噴霧流量値を制御するために空気冷却器40に設定される指令値のことをいい、例として、ポンプ56,57,58,59,60の起動台数や回転数に対する指令値や、開閉弁61,62,63,64,65の弁開度に対する指令値等のことをいう。この場合、ポンプ56,57,58,59,60のみに対する指令値、開閉弁61,62,63,64,65のみに対する指令値、またはポンプ56,57,58,59,60と開閉弁61,62,63,64,65との両方に対する指令値など、状況に応じて種々の指令値を設定することができる。
Here, the spray reference characteristic in the air cooler 40 (
即ち、制御装置70は、空気冷却器40に第1噴霧流量指令値を設定した際、噴霧基準特性に基づいて空気冷却器40が噴霧すると予測される第1予測噴霧流量値と、空気冷却器40が実際に噴霧する第1実噴霧流量値との差によって噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを判定する。また、制御装置70は、空気冷却器40が第2噴霧流量値を実際に噴霧する際、噴霧基準特性に基づいて空気冷却器40に設定されると予測される第2予測噴霧流量指令値と、空気冷却器40に実際に設定される第2実噴霧流量指令値との差によって噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを判定する。
That is, when the
ここで、制御装置70は、第1予測噴霧流量値と第1実噴霧流量値の差が減少するように第1噴霧流量指令値を補正する。また、制御装置70は、第2予測噴霧流量指令値と第2実噴霧流量指令値との差が減少するように第2予測噴霧流量指令値を補正する。そして、制御装置70は、この差が予め設定された判定値を超えると、噴霧ノズル46,47,48,49,50が劣化したと判定し、噴霧ノズル46,47,48,49,50の交換が必要であると判定する。ここで、判定値は、例えば、噴霧ノズル46,47,48,49,50における最大噴霧流量に対する割合(例えば、10%)として設定される。
Here, the
制御装置70は、大気温度を計測する大気温度計71と、大気湿度を計測する大気湿度計72が接続され、大気温度と大気湿度が入力される。また、図2に示すように、圧縮機11は、ダクト本体31内に圧縮機入口湿度を計測する圧縮機入口湿度計73が配置され、制御装置70は、圧縮機入口湿度が入力される。更に、空気冷却器40は、集合配管66に流量計74が設けられ、制御装置70は、集合配管66を流れる冷却水量、つまり、噴霧ノズル46,47,48,49,50が噴霧する冷却水の噴霧量が入力される。
The
また、制御装置70は、表示部75と、記憶部76が接続されている。表示部75は、制御装置70が判定した噴霧ノズル46,47,48,49,50の判定結果を表示し、記憶部76は、制御装置70が判定した噴霧ノズル46,47,48,49,50の判定結果を記憶する。
Further, in the
ここで、ガスタービンの運転方法について詳細に説明する。本実施形態のガスタービンの運転方法は、空気冷却器40における噴霧流量指令値と噴霧流量値との基準の関係性である噴霧基準特性を設定する工程と、噴霧基準特性に基づいて予測される予測値と実際の値との差によって噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを判定する工程とを有する。
Here, the operation method of the gas turbine will be described in detail. The operation method of the gas turbine of the present embodiment is predicted based on the step of setting the spray reference characteristic, which is the relationship between the spray flow rate command value and the spray flow rate value in the
具体的に説明すると、図4に示すように、制御装置70には、設定部81、比較部82、PI制御部83、補正部84、判定部85が設けられている。設定部81は、大気温度計71が計測した大気温度と、大気湿度計72が計測した大気湿度に基づいて、必要な噴霧流量値を決定する。そして、この噴霧流量値を空気冷却器40が噴霧するために必要な噴霧流量指令値を設定する。このとき、噴霧流量指令値は、噴霧ノズルの劣化がないときの噴霧基準特性αに基づいて設定される。つまり、設定部81は、噴霧基準特性αに基づき、空気冷却器40が必要な噴霧流量値を噴霧するであろうと予測する噴霧流量指令値を設定する。ここで、必要な噴霧流量指令値を空気冷却器40に設定した際、噴霧基準特性αに基づいて空気冷却器40が噴霧すると予測する流量値を、予測噴霧流量値とする。比較部82は、予測噴霧流量値と、流量計74が計測した空気冷却器40(噴霧ノズル46,47,48,49,50)が噴霧する実噴霧流量値との差を算出する。なお、実噴霧流量値は、大気温度と、大気湿度と、圧縮機入口湿度計測計73が計測した圧縮機入口湿度に基づいて設定してもよい。なお、設定部81が決定する必要な噴霧流量値は、圧縮機入口湿度計測計73が計測した圧縮機入口湿度に基づいて決定してもよい。
More specifically, as shown in FIG. 4, the
PI制御部83は、予測噴霧流量値と実噴霧流量値との差と、空気冷却器40(噴霧ノズル46,47,48,49,50)の運転信号に基づいてノズル劣化補正量を算出する。表示部75は、このノズル劣化補正量(または、補正値)を表示する。なお、ノズル劣化補正量とは、噴霧流量値の補正流量、または、噴霧流量指令値の補正量である。また、補正部84は、予測噴霧流量値をノズル劣化補正量に基づいて補正し、噴霧流量指令値を算出する。判定部85は、ノズル劣化補正量と判定値とを比較して噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを判定する。ここで、判定部85がノズル劣化補正量に基づいて噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化を判定すると、表示部75は、噴霧ノズル46,47,48,49,50が劣化していると表示すると共に、交換すべきとの警報を発する。
The
図5において、噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化がないときの噴霧基準特性αが規定されている。噴霧基準特性αは、噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化がないときの噴霧流量指令値に対する噴霧流量値または噴霧流量値に対する噴霧流量指令値を示すことができる。つまり噴霧流量指令値と噴霧流量値との関係性を示すことができる。これによると、噴霧流量指令値(第1噴霧流量指令値)a2が設定されると、噴霧基準特性αに基づいて予測噴霧流量値(第1予測噴霧流量値)b2を予測することができる。また、噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化が進行すると、噴霧流量指令値に基づいて予測される予測噴霧流量値に対して実噴霧流量値が増加する傾向にある。このとき、空気冷却器40の噴霧ノズルにおいて噴霧流量指令値と噴霧流量値との関係性が、噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化に伴って更新される。これにより、噴霧基準特性αに基づいて設定される予測噴霧流量指令値と実際の噴霧流量指令値との間または予測噴霧流量値と実際の実噴霧流量値との間に差が生じる。ここで、噴霧ノズル46,47,48,49,50が劣化したときには、実噴霧特性βを規定することができる。実噴霧特性βは、噴霧ノズル46,47,48,49,50が劣化したときの噴霧流量指令値に対する噴霧ノズル46,47,48,49,50の実際の実噴霧流量値、または、実噴霧流量値に対する実際の噴霧流量指令値(実噴霧流量指令値)を示すことができる。つまり噴霧ノズル46,47,48,49,50が劣化したときの噴霧流量指令値と噴霧流量値との実際の関係性を示すことができる。これにより、設定された噴霧流量指令値a2に対して実噴霧流量値(第1実噴霧流量値)b3が規定される。なお、この実噴霧特性βは、噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いに応じてその傾きが変動する。
In FIG. 5, the spray reference characteristic α when there is no deterioration of the
そのため、噴霧基準特性αにて、噴霧流量指令値a2に対して予測噴霧流量値b2が設定されているとき、噴霧ノズル46,47,48,49,50が劣化すると、実噴霧流量値が増加して実噴霧流量値b3に変動する。このとき、制御装置70は、噴霧流量指令値a2に応じて設定される予測噴霧流量値b2と、噴霧流量指令値a2に応じて実際に噴霧される実噴霧流量値b3との差C1に基づいて噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを判定する。
Therefore, when the predicted spray flow rate value b2 is set for the spray flow rate command value a2 in the spray reference characteristic α and the
また、予測噴霧流量値b2と実噴霧流量値b3との差C1に応じて噴霧流量指令値を補正する。即ち、噴霧ノズル46,47,48,49,50は、噴霧流量指令値a2に対して予測噴霧流量値(第2噴霧流量値)b2を噴霧したいが、実際には、この予測噴霧流量値b2より多い実噴霧流量値b3を噴霧している。そのため、実噴霧特性βに基づいて実噴霧流量値b3に対して予測される予測噴霧流量指令値(第2予測噴霧流量指令値)a1を設定し、噴霧流量指令値を噴霧流量指令値(第2噴霧流量指令値)a2から予測噴霧流量指令値a1に変更する。つまり、噴霧流量指令値a2と予測噴霧流量指令値a1との差が減少するように噴霧流量指令値を補正する。ここで、噴霧流量指令値a2と予測噴霧流量指令値a1との差C2に基づいて噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを判定してもよい。
Further, the spray flow rate command value is corrected according to the difference C1 between the predicted spray flow rate value b2 and the actual spray flow rate value b3. That is, the
なお、図2及び図3に示すように、空気冷却器40は、噴霧流量指令値に応じて駆動するノズルユニット41,42,43,44,45(ポンプ56,57,58,59,60)の数を決定する。即ち、制御装置70は、圧縮機入口湿度が90%になるように噴霧流量指令値を設定し、駆動するノズルユニット41,42,43,44,45を決定する。このとき、制御装置70は、噴霧ノズル46,47,48,49,50の作動数ごとに噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを判定する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
例えば、圧縮機入口湿度が高いとき、噴霧ノズル46,47,48,49,50の噴霧量は少量であることから、1個の噴霧ノズル46を作動し、1個の噴霧ノズル46の劣化度合いを判定する。その後、圧縮機入口湿度が低下し、2個の噴霧ノズル46,47を作動する必要になると、2個の噴霧ノズル46,47の劣化度合いを判定する。このとき、1個の噴霧ノズル46の劣化度合いと、2個の噴霧ノズル46,47の劣化度合いが同じであれば、2個目の噴霧ノズル47の劣化度合いは低いことがわかる。また、1個の噴霧ノズル46の劣化度合いと、2個の噴霧ノズル46,47の劣化度合いが大きく異なると、2個目の噴霧ノズル47の劣化度合いが高いことがわかる。そのため、複数の噴霧ノズル46,47,48,49,50の中から劣化した噴霧ノズル46,47,48,49,50を特定することができる。
For example, when the humidity at the inlet of the compressor is high, the spray amount of the
このように本実施形態のガスタービンにあっては、空気を圧縮する圧縮機11と、圧縮機11が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器12と、燃焼器12が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービン13と、圧縮機11が取り込んだ空気に噴霧ノズル46,47,48,49,50から冷却水を噴霧する空気冷却器40と、空気冷却器40を制御する制御装置70とを備え、空気冷却器40には、空気冷却器40における噴霧流量指令値と噴霧流量値との基準の関係性である噴霧基準特性が設定され、制御装置70は、噴霧基準特性に基づいて予測される予測値と実際の値との差によって噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを判定する。
As described above, in the gas turbine of the present embodiment, the
従って、噴霧ノズル46,47,48,49,50が劣化すると、噴霧ノズル46,47,48,49,50から噴霧する冷却水の噴霧量が変動することから、制御装置70は、噴霧基準特性に基づいて予測される予測値と実際の値との差によって噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを判定する。そのため、噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを高精度に判定し、噴霧ノズル46,47,48,49,50の交換時期を適切に判断してガスタービン10の信頼性の向上を図ることができる。
Therefore, when the
本実施形態のガスタービンでは、制御装置70は、噴霧基準特性に基づいて予測される予測噴霧流量値と実際の実噴霧流量値との差、および/または、噴霧基準特性に基づいて予測される予測噴霧流量指令値と実際の実噴霧流量指令値との差、のいずれかによって噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを判定する従って、噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを高精度に判定することができる。
In the gas turbine of the present embodiment, the
本実施形態のガスタービンでは、制御装置70は、空気冷却器40に第1噴霧流量指令値を設定した際、噴霧基準特性に基づいて空気冷却器40が噴霧すると予測される第1予測噴霧流量値と、空気冷却器が実際に噴霧する第1実噴霧流量値との差によって噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを判定する。または、制御装置70は、空気冷却器40が第2噴霧流量値を実際に噴霧する際、噴霧基準特性に基づいて空気冷却器に設定されると予測される第2予測噴霧流量指令値と、空気冷却器40に実際に設定される第2実噴霧流量指令値との差によって噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを判定する。従って、噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを高精度に判定することができる。
In the gas turbine of the present embodiment, when the
本実施形態のガスタービンでは、制御装置70は、第1予測噴霧流量値と第1実噴霧流量値の差が減少するように第1噴霧流量指令値を補正する。または、制御装置70は、第2予測噴霧流量指令値と第2実噴霧流量指令値との差が減少するように第2予測噴霧流量指令値を補正する。従って、噴霧ノズル46,47,48,49,50から噴霧する冷却水の噴霧量を噴霧ノズルの劣化度合いに応じて高精度に調整することができる。
In the gas turbine of the present embodiment, the
本実施形態のガスタービンでは、制御装置70は、差が予め設定された判定値を超えると、噴霧ノズル46,47,48,49,50が劣化したと判定する。従って、噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを高精度に判定することができる。
In the gas turbine of the present embodiment, the
本実施形態のガスタービンでは、制御装置70は、差ついての補正が完了した後に、予測噴霧流量値を空気冷却器40が実際に噴霧する前記実噴霧流量値とみなす。従って、実噴霧流量値を高精度に設定することができる。
In the gas turbine of the present embodiment, the
本実施形態のガスタービンでは、制御装置70が判定した噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを表示する表示部75を設けている。従って、表示部75に噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いが表示されることから、作業者は、噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを確認しながら圧縮機11を運転することとなり、交換する噴霧ノズル46,47,48,49,50の事前準備などの交換計画を容易に立てることができる。
The gas turbine of the present embodiment is provided with a
本実施形態のガスタービンでは、制御装置70は、大気温度と大気湿度と圧縮機入口湿度に基づいて、または、空気冷却器40へ供給する冷却水量に基づいて空気冷却器40が実際に噴霧する実噴霧流量値を決定する。従って、実噴霧流量値を高精度に設定することができる。
In the gas turbine of the present embodiment, the
本実施形態のガスタービンでは、空気冷却器40は、複数の噴霧ノズル46,47,48,49,50を有し、制御装置70は、噴霧ノズル46,47,48,49,50の作動数ごとに噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを判定し、作動数ごとに判定された噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いに基づいて複数の噴霧ノズル46,47,48,49,50の中から劣化した噴霧ノズル46,47,48,49,50を特定する。従って、空気冷却器40が複数の噴霧ノズル46,47,48,49,50を有するとき、噴霧ノズル46,47,48,49,50の作動数ごとの噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを判定するだけで、複数の噴霧ノズル46,47,48,49,50の中から劣化した噴霧ノズル46,47,48,49,50を特定することができ、流量計74などの設備の複雑化を抑制しながら、噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを高精度に判定することができる。
In the gas turbine of the present embodiment, the
また、本実施形態のガスタービンの運転方法にあっては、空気冷却器40における噴霧流量指令値と噴霧流量値との基準の関係性である噴霧基準特性を設定する工程と、噴霧基準特性に基づいて予測される予測値と実際の値との差によって噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを判定する工程とを有する。
Further, in the operation method of the gas turbine of the present embodiment, the step of setting the spray reference characteristic, which is the relationship between the spray flow rate command value and the spray flow rate value in the
従って、噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化度合いを高精度に判定し、噴霧ノズル46,47,48,49,50の交換時期を適切に判断してガスタービン10の信頼性の向上を図ることができる。
Therefore, the degree of deterioration of the
なお、上述した実施形態にて、噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化がないときの噴霧基準特性αと、噴霧ノズル46,47,48,49,50が劣化したときの実噴霧特性βを規定し、噴霧基準特性αと実噴霧特性βの差、つまり、ずれ量に基づいて噴霧ノズル46,47,48,49,50の劣化判定をした。この場合、実噴霧特性βは、噴霧流量指令値と実噴霧流量値との関係性を示すものであり、グラフとして説明したが、この構成に限定されるものではない。実噴霧特性βを、噴霧流量指令値に対する実噴霧流量値の表としたり、噴霧流量指令値に対する実噴霧流量の関数としたりしてもよい。さらに、実噴霧特性βを関数としてではなく、1つの噴霧流量指令値に対応する1つの実噴霧流量値や、1つの実噴霧流量値に対応する1つの噴霧流量指令値などのような1つの値と捉えてもよい。この場合は、噴霧基準特性αに基づいて予測される予測値(予測噴霧流量指令値や予測噴霧流量値)と比較するための、実際の値(実噴霧流量指令値や実噴霧流量値)のことを実噴霧特性βと捉えることができる。そして、この実際の値(実噴霧特性β)と予測値(噴霧基準特性α)とに生じるずれ量(差)に基づいて噴霧ノズルの劣化度合いを判定することができる。つまり、本発明の制御装置は、噴霧基準特性と実噴霧特性との差に応じて噴霧ノズルの劣化度合いを判定するものであることから、噴霧流量指令値のずれ量や実噴霧流量のずれ量に基づいて噴霧ノズルの劣化度合いを判定することができればよいものである。
In the above-described embodiment, the spray reference characteristic α when the
また、上述した実施形態にて、空気冷却器40は、複数の噴霧ノズル46,47,48,49,50を有し、制御装置70は、噴霧流量指令値に応じて噴霧ノズル46,47,48,49,50の作動数を設定し、所定数のポンプ56,57,58,59,60を駆動するようにしている。この場合、制御装置70は、ポンプ56,57,58,59,60の回転数を一定としてポンプ56,57,58,59,60の駆動と停止を制御してもよいし、ポンプ56,57,58,59,60の駆動と停止を制御すると共にポンプ56,57,58,59,60の回転数を制御してもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
また、上述した実施形態では、圧縮機11の吸気ダクト20内に空気冷却器40を配置し、吸気ダクト20に取り込んだ後の空気に対して冷却水を噴霧するように構成したが、この構成に限定されるものではない。例えば、吸気ダクト20の外部に空気冷却器を配置し、吸気ダクト20に取り込む前の空気に対して冷却水を噴霧するように構成してもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
10 ガスタービン
11 圧縮機
12 燃焼器
13 タービン
14 回転軸
15 発電機
31 ダクト本体
40 空気冷却器
41,42,43,44,45 ノズルユニット
46,47,48,49,50 噴霧ノズル
51,52,53,54,55 配管
56,57,58,59,60 ポンプ
61,62,63,64,65 開閉弁
66 集合配管
67 冷却水タンク
70 制御装置
71 大気温度計
72 大気湿度計
73 圧縮機入口湿度計
74 流量計
75 表示部
76 記憶部
81 設定部
82 比較部
83 PI制御部
84 補正部
85 判定部
10
Claims (11)
前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、
前記圧縮機が取り込む空気に噴霧ノズルから冷却水を噴霧する空気冷却器と、
前記空気冷却器を制御する制御装置と、
を備え、
前記空気冷却器には、前記空気冷却器における噴霧流量指令値と噴霧流量値との基準の関係性である噴霧基準特性が設定され、
前記制御装置は、前記噴霧基準特性に基づいて噴霧流量指令値を設定すると共に予測される予測値を設定し、前記予測値と実際の値との差が予め設定された判定値を超えると、前記噴霧ノズルが劣化したと判定し、前記差に基づいて実噴霧特性を規定し、前記実噴霧特性に基づいて前記噴霧流量指令値および前記予測値を補正する、
ことを特徴とするガスタービン。 A compressor that compresses air,
A combustor that mixes and burns compressed air compressed by the compressor and fuel, and
A turbine that obtains rotational power from the combustion gas generated by the combustor, and
An air cooler that sprays cooling water from the spray nozzle onto the air taken in by the compressor,
A control device that controls the air cooler,
Equipped with
The air cooler is set with a spray reference characteristic which is a reference relationship between the spray flow rate command value and the spray flow rate value in the air cooler.
The control device sets a spray flow rate command value based on the spray reference characteristic and sets a predicted predicted value, and when the difference between the predicted value and the actual value exceeds a preset determination value, It is determined that the spray nozzle has deteriorated, the actual spray characteristic is defined based on the difference, and the spray flow rate command value and the predicted value are corrected based on the actual spray characteristic.
A gas turbine characterized by that.
ことを特徴とする請求項1に記載のガスタービン。 The control device has a difference between the predicted spray flow rate value predicted based on the spray reference characteristic and the actual actual spray flow rate value, and / or a predicted spray flow rate command value predicted based on the spray reference characteristic. The degree of deterioration of the spray nozzle is determined by either the difference from the actual actual spray flow rate command value.
The gas turbine according to claim 1.
前記圧縮機が圧縮した圧縮空気と燃料を混合して燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器が生成した燃焼ガスにより回転動力を得るタービンと、
前記圧縮機が取り込む空気に噴霧ノズルから冷却水を噴霧する空気冷却器と、
を備え、
前記空気冷却器に、前記空気冷却器における噴霧流量指令値と噴霧流量値との基準の関係性である噴霧基準特性を設定する工程と、
前記噴霧基準特性に基づいて噴霧流量指令値を設定すると共に予測される予測値を設定し、前記予測値と実際の値との差が予め設定された判定値を超えると、前記噴霧ノズルが劣化したと判定し、前記差に基づいて実噴霧特性を規定し、前記実噴霧特性に基づいて前記噴霧流量指令値および前記予測値を補正する工程と、
を有することを特徴とするガスタービンの運転方法。
A compressor that compresses air,
A combustor that mixes and burns compressed air compressed by the compressor and fuel, and
A turbine that obtains rotational power from the combustion gas generated by the combustor, and
An air cooler that sprays cooling water from the spray nozzle onto the air taken in by the compressor,
Equipped with
A step of setting the spray reference characteristic, which is the relationship between the spray flow rate command value and the spray flow rate value in the air cooler, in the air cooler.
The spray flow rate command value is set based on the spray reference characteristic, and the predicted value is set. When the difference between the predicted value and the actual value exceeds a preset determination value, the spray nozzle deteriorates . A step of determining that the spray flow rate has been determined, defining the actual spray characteristics based on the difference, and correcting the spray flow rate command value and the predicted value based on the actual spray characteristics .
A method of operating a gas turbine, characterized in that it has.
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