(57)【要約】【課題】吸気ダクトのマニホールド部に到達したドレンの圧縮機への侵入を防止する。【解決手段】ガスタービン１８の吸気冷却システム１００であって、吸気入口２２から取り込まれた吸気をガスタービン１８の圧縮機１４に導く吸気ダクト１２と、吸気ダクト内に設けられ、外部から導入された冷却媒体との熱交換により吸気を冷却する冷却部２６と、吸気ダクトの圧縮機の入口１４ａの直下に設けられ、吸気ダクトの内周面に沿って流れるドレンを排出可能なドレン排出ライン１０２と、ドレン排出ラインに設けられ、該ドレン排出ラインの一部を少なくとも圧縮機の入口近傍の負圧分の大きさの水圧で水封する水封部１０４と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2014190254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの吸気冷却システムであって、
吸気入口から取り込まれた吸気を前記ガスタービンの圧縮機に導く吸気ダクトと、
前記吸気ダクト内に設けられ、外部から導入された冷却媒体との熱交換により前記吸気を冷却する冷却部と、
前記吸気ダクトの前記圧縮機の入口の直下に設けられ、前記吸気ダクトの内周面に沿って流れるドレンを排出可能なドレン排出ラインと、
前記ドレン排出ラインに設けられ、該ドレン排出ラインの一部を少なくとも前記圧縮機の前記入口近傍の負圧分の大きさの水圧で水封する水封部と、を備えることを特徴とする吸気冷却システム。
【請求項２】
前記吸気部の下流側に前記吸気を前記圧縮機に導くマニホールド部が設けられ、
前記ドレン排出ラインは、前記マニホールド部の底面側に設けられ、該マニホールド部に溜まるドレンを排出することを特徴とする請求項１に記載の吸気冷却システム。
【請求項３】
前記水封部は、２つの鉛直管路の下部を曲管で接続して構成されるＵ字型管路を備え、
前記Ｕ字型管路には、前記マニホールド部側に有する一方の鉛直管路の水位が他方の鉛直管路の水位より前記負圧分以上の大きさとなる位置に到達するように水が充填されることを特徴とする請求項２に記載の吸気冷却システム。
【請求項４】
前記ドレン排出ラインには、前記マニホールド部の底部と前記Ｕ字型管路との間に該ドレン排出ラインの開閉可能なバルブが設けられ、前記バルブは、常時開放されていることを特徴とする請求項３に記載の吸気冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの吸気を冷却する吸気冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機、燃焼器、及びタービン等から構成される発電用ガスタービンでは、圧縮機へ吸気される吸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、吸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。このようなタービンの出力低下を抑止するために、外気から吸気する空気温度を冷媒との熱交換によって下げる冷却コイルを備えた吸気冷却システムや、吸気された空気に水を噴霧して、当該水の気化熱を利用して吸気冷却を行う吸気冷却システムが開発されている。冷却コイルを備えた吸気冷却システムを適用すると、大気中の水分は、冷却コイルとの熱交換による冷却によって凝縮されてドレン水となる。ドレン水は、冷却コイルの下部に設けられるドレンパンにて回収して、ドレン配管から排出される。
【０００３】
しかしながら、かかる吸気冷却システムを使用すると、冷却コイルの表面に付着したドレンが冷却コイルを通過した吸気と共に下流側に飛散したり、ドレンパンで回収しきれずにドレンパンから漏れることがある。このため、ドレンがガスタービンの吸気側となる圧縮機に流入して、圧縮機がロックすることやエロージョンの発生によって圧縮機翼を損傷させることが問題となっている。ガスタービンの圧縮機へのドレン流入を低減させる従来技術として、特許文献１には、噴霧器の吸気ダクト内の下流側に蒸発していないミストを捕獲して吸気からミストを除去するミスト除去手段が設けられるガスタービン吸気冷却装置が開示されている。また、特許文献２には、水が供給された作動空気が流通する流通経路の内壁面、ガスタービンのロータ若しくはケーシング流路面に回転対称な溝を設けて、内壁面や流路面に付着したミストを回収するガスタービンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１２０４７９号公報
【特許文献２】特開２００６−０３７８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧縮機に吸気を導入する吸気ダクトとして、圧縮機に導入される吸気の整流化を図って、圧力損失の発生を抑制すると共に圧縮機の性能低下を抑制するために、外気からの導入部の口径と比べて、圧縮機の入側の口径を縮小させたマニホールド部を有するものがある。マニホールド部は、例えば、吸気ダクト内の冷却コイルが設けられる水平ダクトに対して鉛直方向の下向きに屈曲した鉛直ダクトを介して、冷却コイルの設置面より高さが低い方向に向けて延出する構成となっている。
【０００６】
このような構成の吸気ダクトを備える吸気冷却システムで吸気冷却を行えば、過冷却時等において冷却コイルの表面に凝結して発生するドレンが後流側に飛散して、ガスタービン入口側のマニホールド部に到達して溜まることが懸念される。当該ドレンの溜まり水が限度を超えると、ガスタービンの圧縮機内へ侵入して、圧縮機のロックや故障、圧縮機翼の損傷等を起こすリスクがある。前述の特許文献１や特許文献２では、吸気ダクトを通るドレンや吸気ダクトの壁面に付着したドレンを捕集することに関しては、言及しているが、吸気ダクトのマニホールド部に溜まったドレン対策に関してまでは、言及していない。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、吸気ダクトのマニホールド部に到達したドレンの圧縮機への侵入を防止することの可能な、新規かつ改良された吸気冷却システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、ガスタービンの吸気冷却システムであって、吸気入口から取り込まれた吸気を前記ガスタービンの圧縮機に導く吸気ダクトと、前記吸気ダクト内に設けられ、外部から導入された冷却媒体との熱交換により前記吸気を冷却する冷却コイルと、前記吸気ダクトの前記圧縮機の入口の直下に設けられ、前記吸気ダクトの内周面に沿って流れるドレンを排出可能なドレン排出ラインと、前記ドレン排出ラインに設けられ、該ドレン排出ラインの一部を少なくとも前記圧縮機の前記入口近傍の負圧分の大きさの水圧で水封する水封部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様によれば、水封部を設けることによって、ガスタービンの圧縮機の入口近傍の負圧分以上の大きさの水圧でドレン排出ラインをシールするので、ドレン排出ラインにドレンが到達したら、ドレンを吸気ダクトの系外に排出できる。
【００１０】
このとき、本発明の一態様では、前記吸気ダクトの下流側に前記吸気を前記圧縮機に導くマニホールド部が設けられ、前記ドレン排出ラインは、前記マニホールド部の底面側に設けられ、該マニホールド部に溜まるドレンを排出することとしてもよい。
【００１１】
このようにすれば、マニホールド部にドレンが溜まった際に、ドレン排出ラインでドレンをマニホールド部の系外に排出できる。
【００１２】
このとき、本発明の一態様では、前記水封部は、２つの鉛直管路の下部を曲管で接続して構成されるＵ字型管路を備え、前記Ｕ字型管路には、前記マニホールド部側に有する一方の鉛直管路の水位が他方の鉛直管路の水位より前記負圧分以上の大きさとなる位置に到達するように水が充填されることとしてもよい。
【００１３】
このように、Ｕ字型管路でドレン排出ラインを圧縮機の入口近傍の負圧分以上の大きさの水圧でシールすることによって、マニホールド部にドレンが溜まった際に、ドレン排出ラインでドレンを系外に排出できる。
【００１４】
また、本発明の一態様では、前記ドレン排出ラインには、前記マニホールド部の底部と前記Ｕ字型管路との間に該ドレン排出ラインの開閉可能なバルブが設けられ、前記バルブは、常時開放されていることとしてもよい。
【００１５】
このようにすれば、圧縮機の洗浄や修理等のメンテナンス時にバルブを使用することによって、適宜メンテナンスが行えるようになる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように本発明によれば、吸気ダクトのマニホールド部に到達したドレンをマニホールド部の系外に排出できるので、ドレンの圧縮機への侵入を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る吸気冷却システムを備えるガスタービンプラントの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る吸気冷却システムに備わるドレン排出ラインの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００１９】
本発明の一実施形態に係る吸気冷却システムの構成について、図面を使用しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る吸気冷却システムを備えるガスタービンプラントの構成を示すブロック図であり、図２は、本発明の一実施形態に係る吸気冷却システムに備わるドレン排出ラインの概略構成図である。
【００２０】
発電プラントとなるガスタービンプラント１０は、吸気ダクト１２と、圧縮機１４と、燃焼器１６と、ガスタービン１８と、発電機２０とを備えている。また、ガスタービンプラント１０には、ガスタービン１８の吸気を冷却するための吸気冷却システム１００を備える。本実施形態では、吸気冷却システム１００は、少なくとも吸気ダクト１２と、冷却コイル２６（冷却部）と、冷凍機３２と、冷却塔３８と、ドレン排出ライン１０２と、水封部１０４とを備える。ここで、吸気冷却システム１００の他の実施形態として、吸気された空気に水を噴霧して、当該水の気化熱を利用して吸気冷却を行う構成であっても良い。
【００２１】
吸気ダクト１２は、吸気入口２２から取り込まれた吸気（外気：空気）を圧縮機１４に導く。圧縮機１４は、吸気ダクト１２を介して供給された吸気を圧縮する。燃焼器１６は、圧縮機１４から供給された吸気を用いて燃料を燃焼させる。ガスタービン１８は、燃焼器１６から供給された燃焼ガスにより回転する。発電機２０は、ガスタービン１８の回転により発電を行う。
【００２２】
吸気ダクト１２は、図１に示すように、上流側から水平ダクト１２ａ、カーブダクト１２ｂ、鉛直ダクト１２ｃを備え、鉛直ダクト１２ｃの下流側には、吸気を整流させながら圧縮機１４に導くマニホールド部１２ｄが設けられている。本実施形態では、マニホールド部１２ｄは、水平ダクト１２ａに対して鉛直方向の下向きに屈曲した鉛直ダクト１２ｃを介して、下向きに延出する構成となっている。
【００２３】
また、吸気ダクト１２の吸気入口側には、吸気入口２２から取り込まれた吸気から比較的大きい粉塵等を除去するプレフィルタ２４が設けられている。また、吸気ダクト１２（水平ダクト１２ａ）内のプレフィルタ２４の後段には、プレフィルタ２４を通過した吸気を外部から導入された冷却媒体との熱交換により冷却する冷却コイル２６が設けられている。冷却コイル２６の下部には、吸気の冷却コイル２６との熱交換による冷却によって凝縮されてドレン水を回収するためのドレンパン（図示せず）が設けられ、ドレンパンで回収したドレン水は、ドレン配管（図示せず）から吸気ダクト１２の系外に排出される。
【００２４】
冷却コイル２６には、第１の循環路２８、第１の循環ポンプ３０を介してターボ冷凍機や吸収式冷凍機等の冷凍機３２から冷たい循環水（冷却媒体）が供給されるようになっている。吸気冷却コイル２６で吸気との熱交換で温められた循環水は、第１の循環路２９を介して冷凍機３２に戻されるようになっている。冷凍機３２には、第２の循環路３４、３５、第２の循環ポンプ３６を介して、冷却塔３８から冷たい循環水が供給されるようになっている。冷凍機３２で第１の循環路２８、２９を循環する循環水と熱交換された循環水は、第２の循環路３４を介して冷却塔３８に戻され、冷却塔３８で再び冷却されるようになっている。
【００２５】
また、吸気ダクト１２の水平ダクト１２ａ内には、冷却コイル２６よりも下流側に吸気の際に発生する音を含む振動を抑制するサイレンサ４０が設けられている。また、吸気ダクト１２の鉛直ダクト１２ｃと連結するマニホールド部１２ｄの入口側には、鉛直ダクト１２ｃを介して導入される吸気に含まれる不純物や、吸気ダクト内での作業中等に落下させたネジ等を取り除くためのフィルタ４２が設けられている。
【００２６】
吸気冷却システム１００は、冷却コイル２６での熱交換による吸気の冷却によって発生したドレンの圧縮機１４への侵入を防止するために、ドレンを回収する機能を備える。本実施形態では、冷却コイル２６の表面で発生したドレンが後流側への飛散等により、吸気ダクト１２の内周面に沿ってマニホールド部１２ｄまで到達したものを回収して、排出するドレン排出ライン１０２が圧縮機１４の入口１４ａの直下に設けられる。また、ドレン排出ライン１０２の途中には、当該ドレン排出ライン１０２の一部を少なくとも圧縮機１４の入口１４ａ近傍の負圧分の大きさの水圧で水封する水封部としてＵ字型管路１０４が設けられている。
【００２７】
さらに、マニホールド部１２ｄの底部１２ｄ１とＵ字型管路１０４との間には、ドレン排出ライン１０２の管路の開閉が可能なバルブ１０６が設けられている。当該バルブ１０６は、圧縮機１４の洗浄や修理等のメンテナンス時を除いて、当該バルブ１０６が常時開放されていることを特徴とする。すなわち、通常時は、バルブ１０６を常時開放したままにすることによって、マニホールド部１２ｄに溜まったドレンをドレン排出ライン１０２で取り除けるようにして、圧縮機の洗浄や修理等のメンテナンス時には、バルブ１０６を閉めて、適宜メンテナンスを行えるようにしている。
【００２８】
ドレン排出ライン１０２は、図２に示すように、圧縮機１４の入口１４ａの直下に有するマニホールド部１２ｄの底面側に設けられ、当該マニホールド部１２ｄに溜まるドレンを排出する。すなわち、ドレン排出ライン１０２は、マニホールド部１２ｄにドレンが溜まった際に、ドレンをマニホールド部１２ｄの系外に排出する機能を有する。マニホールド部１２ｄにドレンが溜まった際に、ドレンをマニホールド部１２ｄの系外に排出できるようにするために、本実施形態では、ドレン排出ライン１０２の途中に、圧縮機１４の入口１４ａの近傍の負圧分以上の大きさの水圧で水封する水封部１０４が設けられる。
【００２９】
本実施形態では、水封部１０４は、２つの鉛直管路１０４ａ、１０４ｂの下部を曲管１０４ｃで接続して構成されるＵ字型管路１０４を備えている。そして、Ｕ字型管路１０４には、マニホールド部側に有する一方の鉛直管路１０４ａの水位Ｌ１が他方の鉛直管路１０４ｂの水位Ｌ２より圧縮機１４の入口１４ａの近傍の負圧分以上の大きさとなる位置に到達するように、水が充填されている。具体的には、圧縮機１４が作動中は、圧縮機１４の入口１４ａの近傍には、２５０ｍｍＨ２Ｏ程度の負圧がかかっている。このため、ドレン排出ライン１０２を水圧でシールするために、鉛直管路１０４ａの水位Ｌ１が鉛直管路１０４ｂの水位Ｌ２より少なくとも２５０ｍｍ高い位置に来るように、Ｕ字型管路１０４に水を充填して、圧力バランスをとるようにしている。
【００３０】
ガスタービンプラント１０の圧縮機１４が稼働している際には、圧縮機１４の入口１４ａには、２５０ｍｍＨ２Ｏ程度の負圧がかかっている。このため、Ｕ字型管路１０４に鉛直管路１０４ａの水位Ｌ１が鉛直管路１０４ｂの水位Ｌ２より２５０ｍｍ高い位置となるように水を充填させることにより、バルブ１０６を常時開放したままにしても、双方の鉛直管路１０４ａ、１０４ｂの圧力バランスでドレン排出ライン１０２をシールすることができる。
【００３１】
このように、本実施形態では、ドレン排出ライン１０２と水封部１０４が設けられているので、マニホールド部１２ｄにドレンが溜まったら、ドレン排出ライン１０２のバルブ１０６が常時開放されていることから、ドレン排出ライン１０２にドレンが流入する。すると、Ｕ字型管路１０４の双方の鉛直管路１０４ａ、１０４ｂの圧力バランスが崩れて、ドレンがマニホールド部１２ｄ側の鉛直管路１０４ａから他方の鉛直管路１０４ｂに向けて移動して、マニホールド部１２ｄの系外に排出されるようになる。
【００３２】
すなわち、マニホールド部１２ｄの底面１２ｄ１側からドレン排出ライン１０２を設けることによって、冷却コイル２６で発生したドレンが飛散して、マニホールド部１２ｄまで到達した場合に、当該ドレンをマニホールド部１２ｄの系外に常時排出できる。このため、マニホールド部１２ｄに溜まったドレンの圧縮機１４への侵入を防止できるので、ドレンによる圧縮機１４の破損や故障を抑制できる。
【００３３】
特に、マニホールド部１２ｄは、圧縮機１４への吸気を整流させて均一に導くために、圧縮機１４の入口１４ａの下側が底面１２ｄ１に向けて空間部１２ｄ２を有する構成となっているので、マニホールド部１２ｄの空間部１２ｄ２がドレン溜まりとなって、ドレンが溜まり易かった。このため、本実施形態では、マニホールド部１２ｄの底面１２ｄ１側からドレン排出ライン１０２を設けることによって、常にドレン抜きができる構成にして、圧縮機１４へのドレン侵入による圧縮機１４の故障等を未然に防げるようにした。
【００３４】
また、冷却コイル２６をＯＦＦにした後に、冷却コイル２６で冷却されていない吸気が冷え切った吸気ダクト１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）の内壁面にて結露してドレンが生成されることが考えられる。このため、吸気ダクト１２の内壁面で発生したダクトが吸気ダクト１２を伝って、圧縮機１４の入口１４ａの下側に有するマニホールド部１２ｄに到達することから、当該ドレンを吸気ダクト１２の系外に排出する必要がある。このようなドレンを排出するためにも、本実施形態では、マニホールド部１２ｄの底面１２ｄ１にドレン排出ライン１０２を設置している。
【００３５】
さらに、冷却コイル２６の破損等により水漏れが発生した場合に、かかる漏れた水がマニホールド部１２ｄに到達するので、ドレン排出ライン１０２を設けることによって、冷却コイル２６の破損等の異常発生を検出することもできる。すなわち、冷却コイル２６の破損等の異常が発生すると、漏れた冷媒が吸気ダクト１２内を流れてマニホールド部１２ｄに到達するので、通常の運転時では見られない勢いでドレン排出ライン１０２に水が流れる。このため、ドレン排出ライン１０２を冷却コイル２６の異常発生の検出にも利用することができる。
【００３６】
なお、本実施形態では、圧縮機１４の入口１４ａには、２５０ｍｍＨ２Ｏ程度の負圧がかかっているので、鉛直管路１０４ａの水位Ｌ１と鉛直管路１０４ｂの水位Ｌ２の液面差が２５０ｍｍとなるように水封しているが、当該液面差は、２５０ｍｍに限定されない。すなわち、Ｕ字型管路１０４の双方の水位の液面差は、圧縮機１４の入口１４ａ近傍の負圧の大きさに応じて、適宜、Ｕ字型管路１０４に充填させる水量を調整して、圧力バランスを取って水封できるように調整可能とする。
【００３７】
このように、本実施形態では、圧縮機１４の入口１４ａの直下となるマニホールド部１２の底面１２ｄ１に、ドレン溜まりとなっていたマニホールド部１２ｄで溜まったドレンを排出可能なドレン排出ライン１０２を設置した。また、ドレン排出ライン１０２には、水封部となるＵ字型管路１０４を設け、かつマニホールド部１２ｄとＵ字型管路１０４に設けたバルブ１０６を常時開放したままとした。このため、吸気ダクト１２を伝ってマニホールド部１２ｄに溜まり易かったドレンを常時取り除けるので、圧縮機１４へのドレンの侵入を抑制して、ドレン侵入による圧縮機の故障等を未然に防げる。
【００３８】
なお、上記のように本発明の一実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。
【００３９】
例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、ガスタービンプラント、ガスタービンの吸気冷却システムの構成、動作も本発明の一実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０        ガスタービンプラント
１２        吸気ダクト
１２ａ      水平ダクト
１２ｂ      カーブダクト
１２ｃ      鉛直ダクト
１２ｄ      マニホールド部
１２ｄ１    （マニホールド部の）底面
１４        圧縮機
１４ａ      （圧縮機の）入口
１６        燃焼器
１８        ガスタービン
２０        発電機
２２        吸気入口
２４        プレフィルタ
２６        冷却コイル（冷却部）
２８、２９        第１の循環路
３０        第１の循環ポンプ
３２        冷凍機
３４、３５        第２の循環路
３６        第２の循環ポンプ
３８        冷却塔
４０        サイレンサ
４２        フィルタ
１００      吸気冷却システム
１０２      ドレン排出ライン
１０４      Ｕ字型管路（水封部）
１０４ａ、１０４ｂ    鉛直管路
１０４ｃ    曲管
１０６      バルブ
【図１】
2014190254.tif 000003
【図２】
2014190254.tif 000004