JPH0797934A - ガスタービン設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排気ダクトの表面からの熱により加熱された
空気が、吸気室よりガスタービン装置の燃焼用空気とし
て吸い込まれることを防止でき、かつ排気ガス中の窒素
酸化物の排出量の低減を図り得るガスタービン設備を提
供すること。 【構成】 燃焼用，冷却用としてガスタービンに純粋な
空気を取り入れる吸気室２と、その空気をガスタービン
に導く吸気ダクト３と、燃焼用空気と燃料を燃焼させ回
転運動に変換するガスタービン装置１と、燃焼後の排気
を通す排気ダクト４とを備えたガスタービン設備におい
て、前記排気ダクト４と吸気室２との間に、複数個の空
気噴射ノズル４１を有する空気配管４０を設けて構成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンプラント
単独のプラントや、ガスタービンと蒸気タービンとを組
み合わせた複合サイクルプラントや、コージェネレーシ
ョンプラント等に適用されるガスタービン設備に係り、
特にガスタービンからの高温排気の通る排気ダクトから
発生する熱により加熱された空気が、燃焼用，冷却用と
してガスタービンに純粋な空気を取り入れる吸気室より
ガスタービン内に導かれ、ガスタービンの性能，出力低
下を防止するために好適なガスタービン設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明で対象とするガスタービン設備と
しては、ガスタービン単独のプラントの他、複合サイク
ルプラント、コージェネレーションプラント等がある。

【０００３】いま、これらのプラントのうちの複合サイ
クルプラントについて説明すると、図９および図１０に
示すように、ガスタービン装置１を含むガスタービン設
備と、ガスタービン装置１に排気ダクト４を通じて連結
された排熱回収ボイラ３０と、これに接続された蒸気タ
ービン１０を含む蒸気タービン設備と、発電機２０とを
装備している。

【０００４】前記ガスタービン設備における下方吸気方
式のものは、同じく図９，図１０に示すように、吸気室
２と、架台７内に設置された吸気ダクト３と、架台７の
上部に設置されたガスタービン装置１と、架台７上の発
電機２０側端部に設置された起動装置５とを備えてい
る。そして、このガスタービン設備では起動装置５によ
りガスタービン装置１を起動させ、吸気室２により大気
中より空気を吸い込み、その空気中のごみを除去した
後、燃焼用，冷却用空気として吸気ダクト３を通じてガ
スタービン装置１に送り込む。ついで、ガスタービン設
備では空気圧縮機により空気を圧縮し、燃焼器により圧
縮空気と燃料とを燃焼させ、高温高圧の燃焼ガスをガス
タービンに供給し、熱エネルギーを回転エネルギーに変
換し、空気圧縮機と発電機２０を回転させ、仕事をす
る。

【０００５】一方、前記排熱回収ボイラ３０ではガスタ
ービン設備から排出される高温の排気ガスを、排気ダク
トサポート６上に設置された排気ダクト４を通じて過熱
器，蒸発器，節炭器の順に導き、それぞれの部署で蒸気
を発生させる。そして、排熱回収ボイラ内で仕事を終え
た排気ガスは、煙突から大気に放出される。

【０００６】他方、前記蒸気タービン設備は高圧タービ
ン，中圧タービン，低圧タービン等の蒸気タービン１０
と、復水器１１とを備えている。この蒸気タービン設備
では、前記排熱回収ボイラ３０で生成された蒸気を、配
管を通じて高圧タービン，中圧タービン，低圧タービン
等に導き、これらの蒸気タービン１０を回転させる。つ
いで、蒸気タービン１０により発電機２０を回転させ、
仕事をする。仕事を終えた蒸気は、復水器１１で水に戻
された後、配管を通じて排熱回収ボイラ３０の節炭器に
送られ、ここに送り込まれた水はガスタービン装置１か
らの排気ガスによって再び蒸気に変換される。

【０００７】なお、ガスタービン設備の吸気室２の配置
方式には、図９および図１０に示す下方吸気方式の他、
上方吸気方式や、図１１に示す横吸気方式がある。その
いずれの配置方式とも、機器の設置スペースの縮小を図
るため、吸気室２を排気ダクト４に接近させて配置する
ことが多い。また、図９および図１０に示すように、吸
気ダクト３をガスタービン設備１を支持している架台７
の下に設置し、下方より吸気をガスタービンに送り込む
ことにより、横方向から吸気を送り込む場合に比べて機
器の設置スペースを少なくなし得るようにしている。つ
まり、吸気ダクト３の配置方式には上方、横方向および
下方があるが、前述の理由により下方吸気方式を採用す
るプラントが増加する傾向にある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来技術に
おいては、図９および図１０に示すように、下方吸気方
式の場合、吸気室２が排気ダクト４の下で近接して配置
されることが多い。これは、複数台の発電機を設置する
際に、隣接する軸との距離を出来る限り短縮するためで
ある。吸気室２の位置を排気ダクト４から離すために
は、排熱回収ボイラ３０の位置をガスタービンより遠く
離すか、吸気室２をガスタービン装置１の横、または排
気ダクト４とは反対の方向に設置する必要があるが、実
際には他の機器との干渉の問題や、遠く離すことによる
設置スペースの問題、コストの問題、ガスタービン設備
の性能の問題等により、実現は困難である。

【０００９】また、排気ダクト４の内部には機種によっ
て異なるが、ガスタービン装置１から仕事を終えた排気
が約６００℃の高温ガスとなって排気ダクト４内を流
れ、排熱回収ボイラ３０へと導かれる。排気ダクト４の
表面には、排熱回収ボイラ３０の熱回収効率を向上させ
るために、ある程度の保温材が巻かれているが、それで
も排気ダクト４の表面温度は、約８０℃ほどになってい
る。さらに、ガスタービン設備単独設置の場合は、排気
ダクト４の表面温度は、前記温度よりも高くなっている
場合もある。しかも、吸気室２と排気ダクト４の位置
は、配置上の制約により近傍になることが多い。このた
め、排気ダクト４の表面の熱により、排気ダクト４の周
囲の空気が加熱され、その加熱された空気を吸気室２よ
り吸い込む可能性がある。

【００１０】これに対して、図７からも分かるように、
ガスタービン装置１は吸い込む空気の温度が低いほど出
力が増加し、逆に空気の温度が高いほど出力が減少する
特性を持っている。これは、ガスタービン装置１の機種
によって異なるが、空気の温度が１℃上がると数百ｋ
Ｗ、出力が低下するガスタービン設備もある。それ故、
排気ダクト４の表面で加熱された高温の空気が吸気室２
より吸い込まれると、ガスタービン装置１の出力が低下
するという重大な問題がある。

【００１１】さらに、図８から分かるように、空気中の
湿度が低くなると、ガスタービン装置１から排出される
排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量が増加する
問題もある。

【００１２】本発明の目的は、前記従来技術の問題を解
決し、排気ダクトの表面からの熱により加熱された空気
が、吸気室よりガスタービン装置の燃焼用空気として吸
い込まれることを防止でき、かつ排気ガス中の窒素酸化
物の排出量の低減を図り得るガスタービン設備を提供す
ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的は、燃焼用，冷
却用としてガスタービンに純粋な空気を取り入れる吸気
室と、その空気をガスタービンに導く吸気ダクトと、燃
焼用空気と燃料を燃焼させ回転運動に変換するガスター
ビン装置と、燃焼後の排気を通す排気ダクトとを備えた
ガスタービン設備において、前記排気ダクトからの熱に
より加熱された空気が、吸気室よりガスタービン内に吸
い込まれることを防止する手段を設けたことにより、達
成される。

【００１４】また、前記目的は前記吸気室の周囲に水を
散布する装置と、池とを設置したことによっても、達成
される。

【００１５】

【作用】本発明では、排気ダストからの熱により加熱さ
れた空気が、吸気室よりガスタービン内に吸い込まれる
ことを防止する手段により、排気ダクトで加熱された空
気を吸気室の反対側へ吹き飛ばし、または吸気室の周囲
の空気温度を強制的に冷却し、あるいは排気ダクトから
の放散熱を遮断するようにしている。

【００１６】これにより、排気ダクトの表面からの熱に
より加熱された空気が、吸気室よりガスタービン装置の
燃焼用空気として吸い込まれることを防止することがで
きる。

【００１７】したがって、ガスタービン装置に吸い込ま
れる燃焼用空気の温度を低く抑えることができるため、
ガスタービン装置の出力の増大を図ることが可能とな
る。また、吸気室の周囲の空気が排気ダクトから放散さ
れる熱により乾燥されることによって、吸気室から吸い
込まれる空気中の湿度が低くなることに起因する窒素酸
化物の排出量の増加を抑えることもできる。

【００１８】さらに、本発明では吸気室の周囲に水を散
布する装置と、池とを設置している。

【００１９】その結果、本発明においても吸気室から吸
い込まれる空気の温度を下げ、ガスタービン装置の出力
を増大させることができ、また吸気室の周囲の空気が乾
燥し、吸気室から吸い込まれる空気中の湿度が低くなる
ことによる窒素酸化物の排出量の増加を抑えることがで
きる外、吸気室の周囲に設置された池の作用により、空
気中のごみ等の不純物が地面上から巻き上がり、吸気室
にごみを含んだ空気が吸い込まれることによる不具合を
解消することができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。

【００２１】図１は本発明の第１の実施例を示すもの
で、要部を模式的に示した側面図である。

【００２２】この図１に示す第１の実施例は、排気ダク
ト４が吸気室２の上に配置された下方吸気方式に適用し
たもので、排気ダクト４と吸気室２との間に、複数個の
空気噴射ノズル４１を有する空気配管４０が設けられて
いる。

【００２３】そして、この第１の実施例では吸気室２側
より排気ダクト４側に向かって、各空気噴射ノズル４１
より空気４２を強制的に噴出させ、排気ダクト４で加熱
された空気を吸気室２と反対方向へ吹き飛ばすことによ
って、加熱空気が吸気室２内に吸い込まれることを防止
するようにしている。

【００２４】これにより、ガスタービン装置内に、燃焼
用空気として高温の空気が流入することを防止できるた
め、図７からも分かるように、ガスタービン装置に高温
の空気が吸い込まれることによるガスタービン装置の出
力の低下を防止することができる。また、吸気室２の周
囲の空気が排気ダクト４から放散される熱によって乾燥
されることを防止できるため、図８から分かるように、
ガスタービン装置に吸い込まれる空気中の湿度が低下す
ることによる窒素酸化物の排出量の増加を抑えることも
できる。

【００２５】なお、この第１の実施例は図１に示す下方
吸気方式に限らず、上方吸気方式や、図１１に示す横吸
気方式のいずれにも適用することができる。

【００２６】次に、図２は本発明の第２の実施例を示す
もので、要部を模式的に示した側面図である。

【００２７】この図２に示す第２の実施例では、排気ダ
クト４と吸気室２との間に、冷却水循環用の配管４３が
多数配置されている。

【００２８】而して、この第２の実施例では各配管４３
内に冷却水４４を循環させ、吸気室２の周囲の空気を強
制的に冷却し、また排気ダクト４からの放散熱によって
温められた空気をも冷却することによって、吸気室２に
吸い込まれる空気の温度の上昇、および湿度の低下を防
止するようにしている。

【００２９】この第２の実施例の他の構成，作用につい
ては、前記第１の実施例と同様である。

【００３０】ついで、図３は本発明の第３の実施例を示
すもので、要部を模式的に示した側面図である。

【００３１】この図３に示す第３の実施例では、排気ダ
クト４の全周に保温材４５が布設されている。

【００３２】つまり、この第３の実施例では排気ダクト
４の全周を保温材４５で包囲することによって、排気ダ
クト４からの放散熱を遮断し、大気温度と排気ダクト４
の表面温度とをほぼ同一にすることによって、吸気室２
から吸い込まれる空気の温度の上昇、および湿度の低下
を防止するようにしている。

【００３３】この第３の実施例の他の構成，作用につい
ては、前記第１の実施例と同様である。

【００３４】続いて、図４は本発明の第４の実施例を示
すもので、要部を模式的に示した側面図である。

【００３５】この図４に示す第４の実施例では、排気ダ
クト４と吸気室２との間に、遮熱板４６が設置されてい
る。

【００３６】この第４の実施例では、遮熱板４６により
排気ダクト４からの放散熱を遮断することによって、排
気ダクト４からの放散熱により、吸気室２に吸い込まれ
る空気の温度の上昇、および湿度の低下を防止するよう
にしている。

【００３７】この第４の実施例の他の構成，作用につい
ては、前記第１の実施例と同様である。

【００３８】さらに、図５は本発明の第５の実施例を示
すもので、要部を模式的に示した平面図、図６は同側面
図である。

【００３９】これら図５および図６に示す第５の実施例
では、排気ダクト４と吸気室２との間に、多数の水噴射
ノズル４８を有する送水配管４７が設置されており、し
かも吸気室２の周囲に池５０が設けられている。

【００４０】この第５の実施例では、送水配管４７およ
びこれに設けられた多数の水噴射ノズル４８を通じて吸
気室２の周囲に水４９を散布し、吸気室２に吸い込まれ
る空気を積極的に冷却すると同時に、吸気室２に吸い込
まれる空気に積極的に湿り気を与えるようにしている。
したがって、より一層効果的にガスタービン装置の出力
を増大させることができるし、窒素酸化物の排出量を減
少させることができる。

【００４１】そして、この第５の実施例では吸気室２の
周囲に設けられた池５０に水を入れておき、また水噴射
ノズル４８より散布された水４９を池５０で受け止める
ようにしているので、吸気室２の周囲のごみ等の不純物
が地面上から巻き上がり、吸気室２に吸い込まれる空気
中に混入する等の不具合を解消することもできる。

【００４２】この第５の実施例の他の構成，作用につい
ては、前記第１の実施例と同様である。

【００４３】なお、本発明では排気ダクト４からの熱に
より加熱された空気が、吸気室２よりガスタービン装置
内に吸い込まれることを防止する手段は、前記第１〜第
５の実施例に限らず、要は排気ダクト４からの放散熱に
より、吸気室２に吸い込まれる空気の温度の上昇、およ
び湿度の低下を防止し得る機能を有するものであればよ
い。

【００４４】

【発明の効果】以上説明した本発明の請求項１記載の発
明によれば、排気ダクトからの熱により加熱された空気
が、吸気室よりガスタービン内に吸い込まれることを防
止する手段を設けており、排気ダクトで加熱された空気
を吸気室の反対側へ吹き飛ばし、または吸気室の周囲の
空気温度を強制的に冷却し、あるいは排気ダクトからの
放散熱を遮断するようにしているので、排気ダクトの表
面からの熱により加熱された空気が、吸気室よりガスタ
ービン装置の燃焼用空気として吸い込まれることを防止
することができ、したがってガスタービン装置に吸い込
まれる燃焼用空気の温度を低く抑えることができるた
め、ガスタービン装置の出力の増大を図り得る効果があ
り、吸気室の周囲の空気が排気ダクトから放散される熱
により乾燥されることによって、吸気室から吸い込まれ
る空気中の湿度が低くなることに起因する窒素酸化物の
排出量の増加を抑え得る効果がある。

【００４５】また、本発明の請求項２記載の発明によれ
ば、吸気室の周囲に水を散布する装置と、池とを設置し
ているので、吸気室から吸い込まれる空気の温度を下
げ、ガスタービン装置の出力を増大させ得る効果があ
り、吸気室の周囲の空気に湿り気を与えることができる
ので、吸気室の周囲の空気が乾燥することによって、吸
気室から吸い込まれる空気中の温度が低くなることによ
る窒素酸化物の排出量の増加を抑え得る効果を有する
外、吸気室の周囲に設置された池の作用により、空気中
のごみ等の不純物が地面上から巻き上がって吸気室にご
みを含んだ空気が吸い込まれることによる不具合を解消
し得る効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すもので、要部を模
式的に示した側面図である。

【図２】本発明の第２の実施例を示すもので、要部を模
式的に示した側面図である。

【図３】本発明の第３の実施例を示すもので、要部を模
式的に示した側面図である。

【図４】本発明の第４の実施例を示すもので、要部を模
式的に示した側面図である。

【図５】本発明の第５の実施例を示すもので、要部を模
式的に示した平面図である。

【図６】図５の側面図である。

【図７】ガスタービン装置に吸い込まれる燃焼用空気の
温度と出力との関係を示す図である。

【図８】ガスタービン装置に吸い込まれる燃焼用空気の
湿度と窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度との関係を示す図で
ある。

【図９】従来のガスタービン設備における吸気室と排気
ダクトの周りの拡大図である。

【図１０】下方吸気方式を採用した複合サイクルプラン
トの斜視図である。

【図１１】横吸気方式を採用した複合サイクルプラント
の斜視図である。

【符号の説明】

１…ガスタービン装置、２…吸気室、３…吸気ダクト、
４…排気ダクト、１０…蒸気タービン、１１…復水器、
２０…発電機、３０…排熱回収ボイラ、４０…空気配
管、４１…空気噴出ノズル、４２…噴出された空気、４
３…冷却水循環用の配管、４４…冷却水、４５…保温
材、４６…遮熱板、４７…送水配管、４８…水噴射ノズ
ル、４９…噴射された水、５０…吸気室の周りの池。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼用，冷却用としてガスタービンに純
   粋な空気を取り入れる吸気室と、その空気をガスタービ
   ンに導く吸気ダクトと、燃焼用空気と燃料を燃焼させ回
   転運動に変換するガスタービン装置と、燃焼後の排気を
   通す排気ダクトとを備えたガスタービン設備において、
   前記排気ダクトからの熱により加熱された空気が、吸気
   室よりガスタービン内に吸い込まれることを防止する手
   段を設けたことを特徴とするガスタービン設備。
2. 【請求項２】 燃焼用，冷却用としてガスタービンに純
   粋な空気を取り入れる吸気室と、その空気をガスタービ
   ンに導く吸気ダクトと、燃焼用空気と燃料を燃焼させ回
   転運動に変換するガスタービン装置と、燃焼後の排気を
   通す排気ダクトとを備えたガスタービン設備において、
   前記吸気室の周囲に水を散布する装置と、池とを設置し
   たことを特徴とするガスタービン設備。