(57)【要約】【課題】  吸気フィルタの高湿度環境下でのフィルタ差圧上昇を改善することができる、ガスタービン吸気装置およびその運転方法を提供することを目的とする。【解決手段】  圧縮機の入口側に吸気室２が設けられ、該吸気室２内に吸気フィルタ４が設置されるガスタービン吸気装置１において、前記吸気フィルタ４の上流側に、吸入空気の湿度を低下させる湿度低下装置５が設けられる。【選択図】      図１
2008019801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機の入口側に吸気室が設けられ、該吸気室内に吸気フィルタが設置されるガスタービン吸気装置において、
前記吸気フィルタの上流側に、吸入空気の湿度を低下させる湿度低下装置が設けられることを特徴とするガスタービン吸気装置。
【請求項２】
前記湿度低下装置は、吸気フィルタに流入する空気を加熱する空気加熱装置から構成されることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン吸気装置。
【請求項３】
前記湿度低下装置は、前記吸気室の外部において生成された加熱空気を前記吸気フィルタの上流側に供給する加熱空気供給装置から構成されることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン吸気装置。
【請求項４】
前記湿度低下装置は、前記吸気室の外部において生成された除湿空気を前記吸気フィルタの上流側に供給する除湿空気供給装置から構成されることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン吸気装置。
【請求項５】
前記湿度低下装置は、前記吸気フィルタを構成する高性能フィルタの上流面に設けられた加熱装置から構成されることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン吸気装置。
【請求項６】
前記湿度低下装置は、プラント側から高温ガスの一部を抽気し、該高温ガスを前記吸気フィルタの上流側に供給する高温ガス供給装置から構成されることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン吸気装置。
【請求項７】
前記高温ガス供給装置で抽気された高温ガスを、前記吸気フィルタを構成する高性能フィルタの上流面に供給することを特徴とする請求項６に記載のガスタービン吸気装置。
【請求項８】
前記プラント側の高温ガス抽気源が、排ガス再循環ラインまたは熱回収ラインであることを特徴とする請求項６または７に記載のガスタービン吸気装置。
【請求項９】
請求項１ないし８に記載されたガスタービン吸気装置を運転するガスタービン吸気装置の運転方法であって、
大気の相対湿度を検出し、その湿度が設定湿度以上のときに、前記湿度低下装置を作動させて、吸気フィルタに流入する空気の相対湿度を低下させることを特徴とするガスタービン吸気装置の運転方法。
【請求項１０】
前記設定湿度が、９０％であることを特徴とする請求項９に記載のガスタービン吸気装置の運転方法。
【請求項１１】
前記設定湿度が、９５％であることを特徴とする請求項９に記載のガスタービン吸気装置の運転方法。
【請求項１２】
前記吸気フィルタを構成する高性能フィルタにより捕集された粉塵の付着量と、湿度によるフィルタ上昇差圧との関係から前記湿度低下装置を作動させる粉塵付着限界量Ｗｃを求め、下記（１）式より粉塵付着限界量Ｗｃに到達するまでのガスタービン吸気装置の運転時間ｔｃを求め、この運転時間ｔｃが経過後、大気の相対湿度が設定湿度以上のときに、前記湿度低下装置を作動させることを特徴とする請求項９ないし１１のいずれかに記載のガスタービン吸気装置の運転方法。
（１）式
Ｗｃ＝０．００１×Ｃ×Ｑ×６０×ｔｃ×（１−η１／１００）×（η２／１００）
ここに、
Ｃ：大気粉塵濃度（ｍｇ／ｍ3）
Ｑ：吸込み風量（ｍ3／ｍｉｎ）
ｔｃ：ガスタービン吸気装置運転時間（ｈ）
η１：プレフィルタ粉塵捕集効率（％）
η２：高性能フィルタ粉塵捕集効率（％）≒１００％
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン吸気装置およびその運転方法にかかり、特に、吸気フィルタの高湿度環境下でのフィルタ差圧上昇を改善することができる、ガスタービン吸気装置およびその運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電プラントに適用されるガスタービン設備は、吸気室、吸気ダクト、圧縮機、ガスタービン燃焼器およびガスタービンを備え、大気を取り込む構成となっている。そして、吸気室より取り込んだ大気を、吸気ダクトを介して圧縮機に供給し、ここで空気を圧縮して高圧空気とし、この高圧空気を燃料とともにガスタービン燃焼器に供給して燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスをガスタービンに供給して膨張させ、その際に発生する動力で発電機を駆動するよう構成される。
一般に、大気中には、０．１μm〜１０μmの範囲の粒子径分布を有する大気粉塵が混在している。このような大気粉塵が、ガスタービン設備内に取り込まれて圧縮機の動翼に付着すると、流体抵抗が増加して出力ロスが発生し、結果として発電出力の低下をまねくこととなる。
【０００３】
そこで、圧縮機の入口側に設けられる吸気室に、圧縮機に吸い込まれる空気中より大気粉塵等を除去して浄化すべく、吸気フィルタが収容設置されている。
この吸気フィルタは、通常、粒子径が１μｍの粉塵を３０％程度除去できるプレフィルタと、その下流側に設置され、粒子径が１μｍ程度である粉塵を７０％程度除去できる中性能フィルタと、この中性能フィルタの下流側に設置され、主に０．３μｍ近傍の粒径を有する粉塵を９９．９７％以上除去できるＨＥＰＡフィルタとから構成されるか、あるいは上記中性能フィルタとＨＥＰＡフィルタとを一体化して構成された複合ＨＥＰＡフィルタ（以下、ＨＥＰＡフィルタおよび複合ＨＥＰＡフィルタを総称して「高性能フィルタ」という。）をプレフィルタの下流側に設置して構成される。
【０００４】
吸気フィルタは、上記のように、ガスタービン設備の運転に伴って吸い込まれる空気中の粉塵を捕集除去するものであるが、運転時間の経過に伴って捕集された粉塵の付着量が増加するため、フィルタ差圧が徐々に上昇されることとなる。そして、フィルタ差圧が設定されたフィルタ交換差圧に到達すると、フィルタを交換するようにしている。
一般に、ガスタービン設備では、フィルタを交換せずに少なくとも１年間連続運転（運転時間として約８７６０時間）できることが望まれている。また、昨今では、この期間をさらに引き延ばしたいとの要望も出されている。
【０００５】
一方、フィルタ差圧は、上記のような粉塵の付着だけでなく、湿度の変動によっても変化することが知られている（特許文献１参照）。
これは、降雨時のような多湿環境下では、フィルタに付着している粉塵が吸湿して膨潤し、フィルタの通気抵抗を増すためと考えられる。このように多湿環境下でも、フィルタ差圧が上昇し、圧縮機の吸入圧力を低下させることとなる。圧縮機は、吸入圧力が下がると、吐出圧力を一定に維持しようとして動力が増加されるため、これがガスタービンの有効出力を低下させることとなる。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１０６４６４号公報（段落［０００７］〜［０００８］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献１に示されたものは、海塩粒子が多湿環境下で液化して高濃度の塩溶液であるミストとなることに起因するフィルタ差圧上昇を、フィルタ自体のろ過材を改善することにより解決しようとするものであって、吸気フィルタを構成する高性能フィルタにより捕集された粉塵の付着量が多くなり、これが高湿度環境下で膨潤することによって発生するフィルタ差圧の上昇を抑制しようとするものではない。
従って、フィルタ交換後に運転時間が大分経過し、かつ粉塵の付着量が多くなっている状況下では、多湿環境となったとき、粉塵が吸湿して膨潤し、フィルタの通気抵抗が大きくなってフィルタ差圧が急上昇する事態が想定される。従来では、このような事態によるプラント運転の異常を避けるため、予めプラント負荷を下げたり、吸気フィルタを早めに交換する等により対応しているが、これは出力低下やフィルタ交換頻度を高めることに伴う損失を被ることを意味し、好ましいことではなかった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、吸気フィルタの高湿度環境下でのフィルタ差圧上昇を改善することができる、ガスタービン吸気装置およびその運転方法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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のガスタービン吸気装置およびその運転方法は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるガスタービン吸気装置は、圧縮機の入口側に吸気室が設けられ、該吸気室内に吸気フィルタが設置されるガスタービン吸気装置において、前記吸気フィルタの上流側に、吸入空気の湿度を低下させる湿度低下装置が設けられることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、吸気フィルタの上流側に吸入空気の湿度を低下させる湿度低下装置が設けられているので、大気の湿度が高いとき、湿度低下装置により吸気フィルタに流入する空気の相対湿度を低下させることができる。このため、吸気フィルタの高湿度環境下でのフィルタ差圧上昇を抑制することができる。従って、高湿度環境下であっても、湿度によるフィルタ差圧上昇を抑制してプラントを定常どおり運転させることができる。また、フィルタ交換差圧までのプラント運転時間（フィルタ交換期間）を引き延ばし、フィルタの交換頻度を下げることができる。
【００１１】
さらに、本発明のガスタービン吸気装置は、上記のガスタービン吸気装置において、前記湿度低下装置は、吸気フィルタに流入する空気を加熱する空気加熱装置から構成されることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、湿度低下装置が吸気フィルタに流入する空気を加熱する空気加熱装置から構成されているので、大気の湿度が高いとき、空気加熱装置により吸気フィルタに流入する空気を加熱することによって、吸気フィルタに流入する空気の相対湿度を低下させることができる。ちなみに、２０℃の空気を１℃温度上昇させることにより、相対湿度を１００％から９４．１％に、２℃温度上昇させることにより、相対湿度を１００％から８８．４％に低下させることができる。これにより、吸気フィルタの高湿度環境下でのフィルタ差圧上昇を抑制することができる。
【００１３】
さらに、本発明のガスタービン吸気装置は、上記のガスタービン吸気装置において、前記湿度低下装置は、前記吸気室の外部において生成された加熱空気を前記吸気フィルタの上流側に供給する加熱空気供給装置から構成されることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、湿度低下装置が吸気室の外部において生成された加熱空気を吸気フィルタの上流側に供給する加熱空気供給装置から構成されているので、大気の湿度が高いとき、加熱空気供給装置により生成された加熱空気を吸気フィルタの上流側に供給し、この加熱空気で吸気フィルタに流入する空気を昇温させることによって、吸気フィルタに流入する空気の相対湿度を上述のとおり低下させることができる。これにより、吸気フィルタの高湿度環境下でのフィルタ差圧上昇を抑制することができる。
【００１５】
さらに、本発明のガスタービン吸気装置は、上記のガスタービン吸気装置において、前記湿度低下装置は、前記吸気室の外部において生成された除湿空気を前記吸気フィルタの上流側に供給する除湿空気供給装置から構成されることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、湿度低下装置が吸気室の外部において生成された除湿空気を吸気フィルタの上流側に供給する除湿空気供給装置から構成されているので、大気の湿度が高いとき、除湿空気供給装置により生成された除湿空気を吸気フィルタの上流側に供給し、この除湿空気を吸気フィルタに流入する空気に混入することによって、吸気フィルタに流入する空気の相対湿度を低下させることができる。従って、吸気フィルタの高湿度環境下でのフィルタ差圧上昇を抑制することができる。
【００１７】
さらに、本発明のガスタービン吸気装置は、上記のガスタービン吸気装置において、前記湿度低下装置は、前記吸気フィルタを構成する高性能フィルタの上流面に設けられた加熱装置から構成されることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、湿度低下装置が吸気フィルタを構成する高性能フィルタの上流面に設けられた加熱装置から構成されているので、大気の湿度が高いとき、加熱装置により高性能フィルタ自体を加熱乾燥させることによって、高性能フィルタを低湿度下で機能させることができる。従って、吸気フィルタの高湿度環境下でのフィルタ差圧上昇を抑制することができる。
なお、本発明において、高性能フィルタとは、段落０００３で説明の高性能フィルタと同義である。以下も同様とする。
【００１９】
さらに、本発明のガスタービン吸気装置は、上記のガスタービン吸気装置において、前記湿度低下装置は、プラント側から高温ガスの一部を抽気し、該高温ガスを前記吸気フィルタの上流側に供給する高温ガス供給装置から構成されることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、湿度低下装置がプラント側から高温ガスの一部を抽気し、該高温ガスを前記吸気フィルタの上流側に供給する高温ガス供給装置から構成されているので、大気の湿度が高いとき、高温ガス供給装置によりプラント側から抽気した高温ガスを吸気フィルタの上流側に供給し、この高温ガスで吸気フィルタに流入する空気を昇温させることによって、吸気フィルタに流入する空気の相対湿度を低下させることができる。従って、吸気フィルタの高湿度環境下でのフィルタ差圧上昇を抑制することができる。
【００２１】
さらに、本発明のガスタービン吸気装置は、上記のガスタービン吸気装置において、前記高温ガス供給装置で抽気された高温ガスを、前記吸気フィルタを構成する高性能フィルタの上流面に供給することを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、高温ガス供給装置で抽気された高温ガスを、吸気フィルタを構成する高性能フィルタの上流面に供給するようにしているので、大気の湿度が高いとき、高温ガス供給装置によりプラント側から抽気した高温ガスを高性能フィルタの上流面に供給し、この高温ガスで高性能フィルタを加熱乾燥させることによって、高性能フィルタを低湿度下で機能させることができる。従って、吸気フィルタの高湿度環境下でのフィルタ差圧上昇を抑制することができる。
【００２３】
さらに、本発明のガスタービン吸気装置は、上述のいずれかのガスタービン吸気装置において、前記プラント側の高温ガス抽気源が、排ガス再循環ラインまたは熱回収ラインであることを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、プラント側の高温ガス抽気源が排ガス再循環ラインまたは熱回収ラインであるので、吸気フィルタに流入する空気の相対湿度を低下させ、あるいは吸気フィルタを構成する高性能フィルタを加熱乾燥させるのに十分な温度ならびに量のガスを、プラント側の排ガス再循環ラインまたは熱回収ラインを利用して簡便に供給することができる。従って、湿度低下装置を新たな補器等を使用することなく、ガス配管等の最小限器材で安価に作製することができる。
【００２５】
また、本発明にかかるガスタービン吸気装置の運転方法は、上述のいずれかのガスタービン吸気装置を運転するガスタービン吸気装置の運転方法であって、大気の相対湿度を検出し、その湿度が設定湿度以上のときに、前記湿度低下装置を作動させて、吸気フィルタに流入する空気の相対湿度を低下させることを特徴とする。
【００２６】
吸気フィルタを構成する高性能フィルタにより捕集された粉塵の付着量が多くなり、フィルタ差圧が徐々に上昇している状況下において高湿度環境になった場合、粉塵が吸湿して膨潤することにより、フィルタの通気抵抗が大きくなってフィルタ差圧が急上昇し、プラントの定常運転に影響を及ぼす事態が想定される。
本発明によれば、大気の相対湿度を検出し、それが設定湿度以上のときに、湿度低下装置を作動させて、吸気フィルタに流入する空気の相対湿度を低下させるようにしているので、高湿度環境となり、吸気フィルタによるフィルタ差圧の上昇が懸念される状態となったとき、それを予測して湿度低下装置を作動させ、確実に吸気フィルタに流入する空気の相対湿度を低下させることができる。従って、吸気フィルタの高湿度環境下でのフィルタ差圧上昇を抑制し、プラントを定常どおり継続運転することができる。
【００２７】
さらに、本発明のガスタービン吸気装置の運転方法は、上記のガスタービン吸気装置の運転方法において、前記設定湿度が、９０％であることを特徴とする。
【００２８】
高湿度環境下において大気の相対湿度が９０％を超えると、湿度の影響によりフィルタ差圧が上昇し始める。
本発明によれば、設定湿度が９０％とされているので、大気の相対湿度が９０％以上の高湿度環境となると、湿度低下装置が作動され、吸気フィルタに流入する空気の相対湿度を低下させることができる。従って、吸気フィルタの高湿度環境下でのフィルタ差圧上昇を確実に抑制することができる。
【００２９】
さらに、本発明のガスタービン吸気装置の運転方法は、上記のガスタービン吸気装置の運転方法において、前記設定湿度が、９５％であることを特徴とする。
【００３０】
高湿度環境下において大気の相対湿度が９５％を超えると、湿度の影響によりフィルタ差圧が顕著に上昇し始める。
本発明によれば、設定湿度が９５％とされているので、大気の相対湿度が９５％以上の高湿度環境となると、湿度低下装置が作動され、吸気フィルタに流入する空気の相対湿度を低下させることができる。従って、高湿度環境下でのフィルタ差圧の上昇を着実に抑制することができる。
【００３１】
本発明のガスタービン吸気装置の運転方法は、上述のいずれかのガスタービン吸気装置の運転方法において、前記吸気フィルタを構成する高性能フィルタにより捕集された粉塵の付着量と、湿度によるフィルタ上昇差圧との関係から前記湿度低下装置を作動させる粉塵付着限界量Ｗｃを求め、下記（１）式より粉塵付着限界量Ｗｃに到達するまでのガスタービン吸気装置の運転時間ｔｃを求め、この運転時間ｔｃが経過後、大気の相対湿度が設定湿度以上のときに、前記湿度低下装置を作動させることを特徴とする。
（１）式
Ｗｃ＝０．００１×Ｃ×Ｑ×６０×ｔｃ×（１−η１／１００）×（η２／１００）
ここに、
Ｃ：大気粉塵濃度（ｍｇ／ｍ3）
Ｑ：吸込み風量（ｍ3／ｍｉｎ）
ｔｃ：ガスタービン吸気装置運転時間（ｈ）
η１：プレフィルタ粉塵捕集効率（％）
η２：ＨＥＰＡまたは複合ＨＥＰＡフィルタ粉塵捕集効率（％）≒１００％
【００３２】
本発明によれば、湿度低下装置を作動させる粉塵付着限界量Ｗｃを求め、（１）式より粉塵付着限界量Ｗｃに到達するまでのガスタービン吸気装置の運転時間ｔｃを求め、この運転時間ｔｃが経過後、大気の相対湿度が設定湿度以上のときに、湿度低下装置を作動させるので、ガスタービン吸気装置の運転時間がｔｃ時間を経過した以降は、大気の相対湿度が設定湿度以上になると、湿度低下装置が作動され、吸気フィルタに流入する空気の相対湿度を低下させることができる。従って、プラント運転に影響を及ぼすような条件下では高湿度によるフィルタ差圧の上昇を確実に抑制し、プラントを定常どおり継続運転することができる。
また、ガスタービン吸気装置の運転初期段階から運転時間がｔｃ時間を経過するまでの期間は、例え高湿度環境となっても、吸気フィルタへの粉塵付着量も少なく、湿度によるフィルタ差圧上昇も微小である。このことから、フィルタ差圧は許容範囲内でプラント運転に影響を及ぼすことがないため、大気の相対湿度が設定湿度以上の場合でも、湿度低下装置を停止状態のままとすることができる。従って、湿度低下装置を作動させることによる吸気効率の低下（吸入空気を加熱して相対湿度を低下させる場合の微小な吸気効率の低下）等を防止することができる。
なお、本発明におけるガスタービン吸気装置の運転時間ｔｃとは、新しい吸気フィルタ４が装着されて以降のトータル運転時間である。
【発明の効果】
【００３３】
本発明のガスタービン吸気装置によれば、大気の湿度が高いとき、湿度低下装置により吸気フィルタに流入する空気の相対湿度を低下させることによって、フィルタ差圧上昇を抑制することができるため、高湿度環境下であっても、湿度によるフィルタ差圧上昇を抑制してプラントを定常どおり運転させることができる。従って、高湿度環境下での出力低下や運転停止等を回避し、プラントの運転を継続することができるとともに、フィルタ交換差圧までのプラント運転時間（フィルタ交換期間）を引き延ばし、フィルタの交換頻度を下げることができる。
また、本発明のガスタービン吸気装置の運転方法によれば、大気の相対湿度を検出し、それが設定湿度以上のときは、吸気フィルタのフィルタ差圧上昇を予測して湿度低下装置を作動させ、吸気フィルタに流入する空気の相対湿度を低下させることができる。このため、吸気フィルタの高湿度環境下でのフィルタ差圧上昇を確実に抑制し、プラントを定常どおり継続運転させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図４を用いて説明する。
図１には、本発明の第１実施形態にかかるガスタービン吸気装置１の概略構成図が示されている。
ガスタービン吸気装置１は、図示省略の圧縮機の空気入口側に吸気ダクトを介して接続される吸気室２を備えている。
【００３５】
吸気室２には、大気中から雨または雪が侵入するのを防止するウェザールーバ３と、大気中の粉塵等を捕集して除去する吸気フィルタ４とが収容設置される。
吸気フィルタ４は、吸気室２に吸い込まれた空気流に対して、上流側に設置されるプレフィルタ４Ａと、その下流側に設置される高性能フィルタ４Ｂとから構成される。
【００３６】
上記ウェザールーバ３と吸気フィルタ４との間には、吸入空気の湿度を低下させるための湿度低下装置５が設けられる。
この湿度低下装置５は、大気の相対湿度を湿度計６により検出し、その相対湿度が第１の設定湿度以上のときに作動され、吸気フィルタ４に流入する空気の相対湿度を低下させるよう構成される。また、上記湿度低下装置５は、大気の相対湿度が第１の設定湿度よりも低い第２の設定湿度以下に低下したとき、停止されるように構成される。
なお、湿度低下装置５は、後述する第２実施形態ないし第６実施形態に示す構成の湿度低下装置が採用されるほか、公知のヒートポンプ式除湿機が適用可能である。本実施形態では、これら除湿機を用いて吸入空気を直接除湿する方式が想定されている。
【００３７】
次いで、本実施形態による吸気フィルタ４のフィルタ差圧上昇抑制について説明する。
図２には、ガスタービン吸気装置１の運転時間経過（約１年間）と吸気フィルタ４のフィルタ差圧との関係が示されている。同図から明らかなように、運転初期の領域Ａにおいては、湿度高によるフィルタ差圧の上昇はほとんど認められない。これは、吸気フィルタ４により捕集され、吸気フィルタ４に付着している粉塵の量が少ないことによるものと考えられる。
【００３８】
運転時間が経過するにつれて、吸気フィルタ４に対する粉塵付着量が増えて行くことから、領域Ｂや領域Ｃに見られるように、湿度高によるフィルタ差圧の上昇が顕著に現れることとなる。これは、湿度高により粉塵が吸湿して膨潤し、フィルタの通気抵抗が大きくなることによるものと考えられている。フィルタ差圧は、ガスタービン吸気装置１の運転時間のさらなる経過に伴って一段と上昇され、やがて設定されたフィルタ交換差圧に到達する。この段階で新たなフィルタと交換されることとなる。
なお、湿度高によるフィルタ差圧の上昇は、主に高性能フィルタ４Ｂによるものであり、プレフィルタ４Ａによる影響はほとんどないと考えられる。
【００３９】
また、図３には、大気の相対湿度変化と高性能フィルタ４Ｂのフィルタ差圧変化との関係が示されている。同図に示されるように、フィルタ差圧は、相対湿度が高くなるほど上昇度合いが大きくなる傾向にあり、相対湿度が９０％前後で上昇し始め、９５％を超えると急激に上昇する。そして、相対湿度が低下すると、ヒステリシスをもってフィルタ差圧も低下することとなる。
【００４０】
さらに、図４には、相対湿度の低減によってフィルタ差圧の上昇を抑制できることが示されている。同図は、加熱空気吹き込み無しで、相対湿度９５％の空気を高性能フィルタ４Ｂに流入させたときのフィルタ差圧変化と、高性能フィルタ４Ｂに流入される空気に加熱空気を吹き込み、その温度を１℃上昇させて相対湿度を９５％から８９％に低下させたときのフィルタ差圧変化とを比較したものである。図４から、高性能フィルタ４Ｂに流入される空気の相対湿度を低下させることにより、フィルタ差圧の上昇を抑制できることが理解できる。
なお、図４のデータは、高性能フィルタ４Ｂに流入される空気に加熱空気を吹き込んで該空気を加熱し、その相対湿度を低下させた場合のものであるが、湿度低下装置５の除湿効果によって、湿度のみを低減させた場合でも同様にフィルタ差圧の上昇を抑制できることは云うまでもなく、むしろ吸気効率の面から温度上昇を伴わない方が望ましい。
【００４１】
しかして、上記構成のガスタービン吸気装置１においては、湿度計６によって大気の相対湿度を検出し、その湿度が第１の設定湿度に達したとき、湿度低下装置５を作動させることによって、図１に示すように、温度ｔ１℃、湿度ＲＨ１％で吸気室２内に吸い込まれた空気を、温度ｔ１℃、湿度ＲＨ１−ΔＲＨ％の空気に除湿して吸気フィルタ４に流入させることができる。これによって、高湿度環境下で、高性能フィルタ４Ｂに付着されている粉塵が吸湿して膨潤し、通気抵抗が増すことによってフィルタ差圧が上昇するのを抑制することができる。
【００４２】
特に、第１の設定湿度を状況に応じた最適な値に設定することにより、高湿度環境となり吸気フィルタ４によるフィルタ差圧の上昇が予想されるときには、それを予測して湿度低下装置５を的確に作動させることができるため、高湿度環境下でのフィルタ差圧上昇を確実に抑制することができる。
【００４３】
なお、上記の設定湿度は、９０％あるいは９５％ないしはそれらの前後で適宜設定することができる。また、運転時間の経過に応じて設定湿度を変更するようにしてもよく、例えば、運転時間が比較的短い期間では、設定湿度を高めに設定し、運転期間が比較的長くなった段階で、設定湿度を低めに設定するようにしてもよい。こうすることで、フィルタ交換差圧までの余裕度を加味しながら高湿度環境下でのフィルタ差圧上昇抑制運転を適正に実行することができる。
また、湿度低下装置５を停止させる第２の設定湿度は、図３に示すように、フィルタ差圧がヒステリシスをもって低下することを考慮して、湿度計６により検出される大気の相対湿度が、上記第１の設定湿度よりも低い、例えば８０％に設定される。
【００４４】
従って、本実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
高湿度環境下であっても、湿度低下装置５により吸気フィルタ４に流入する空気の相対湿度を低下させることにより、高性能フィルタ４Ｂのフィルタ差圧上昇を抑制することができる。これにより、高湿度環境下でも、湿度によるフィルタ差圧上昇を抑制し、プラントを定常どおり定格運転させることができ、出力低下およびそれによる損失等を防止することができる。
また、高湿度環境下でのフィルタ差圧上昇を抑制することにより、フィルタ交換差圧に達するまでのプラント運転時間（フィルタ交換期間）を引き延ばすことができるため、フィルタの交換頻度を下げることができる。また、これによって、メンテナンスフィーを節減することができる。
【００４５】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図５および図６を用いて説明する。
本実施形態は、上記第１実施形態に対して、湿度低下装置５の構成が異なっている。その他の点については、第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
図５には、本実施形態にかかるガスタービン吸気装置１の概略構成図が示されている。
本実施形態では、湿度低下装置５が、ウェザールーバ３と吸気フィルタ４との間に設置された電気ヒータ等の空気加熱装置１５Ａと、この空気加熱装置１５Ａに電気を供給する空気加熱装置用電源１５Ｂと、大気の相対湿度を検出する湿度計６とから構成される。
【００４６】
上記構成によると、湿度計６により大気の相対湿度を検出し、それが設定湿度に達したとき、空気加熱装置用電源１５Ｂを介して空気加熱装置１５Ａに電気を供給することにより、吸気室２に吸い込まれた空気を加熱することができる。これにより温度ｔ１℃、湿度ＲＨ１％で吸気室２内に吸い込まれた空気を、その温度をｔ１＋Δｔ℃に昇温し、相対湿度をＲＨ１−ΔＲＨ％に除湿した空気として吸気フィルタ４に流入させることができる。このため、上記第１実施形態と同様、高湿度環境下で、吸気フィルタ４、特に高性能フィルタ４Ｂに付着されている粉塵が吸湿して膨潤し、通気抵抗が増すことによりフィルタ差圧が上昇するのを抑制することができる。
【００４７】
なお、図６から明らかなように、２０℃の空気を１℃温度上昇させることにより、相対湿度を１００％から９４．１％に、２℃温度上昇させることにより、相対湿度を１００％から８８．４％に低下させることができる。このように、吸気室２内に吸い込まれた空気を加熱することによっても、吸気フィルタ４に流入される空気の相対湿度を低減させ、吸気フィルタ４の高湿度環境下でのフィルタ差圧上昇を抑制することができる。
【００４８】
従って、本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態の場合、吸気室２内に電気ヒータ等の空気加熱装置１５Ｂを設置し、それに対して電源１５Ｂから電気の供給を制御できる構成とすればよく、湿度低下装置５をシンプルで簡素な構成とすることができる。また、湿度低下装置５を追設するためのコストを抑えることができる。
【００４９】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図７を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１および第２実施形態に対して、湿度低下装置５の構成が異なっている。その他の点については、第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
図７には、本実施形態にかかるガスタービン吸気装置１の概略構成図が示されている。
本実施形態では、湿度低下装置５が、ウェザールーバ３と吸気フィルタ４との間に設置された加熱空気供給ノズル２５Ａを備えている。この加熱空気供給ノズル２５Ａに対して吸気室２の外部で生成された加熱空気を供給し、この加熱空気により吸気室２内に吸い込まれた空気の相対湿度を低下させ、吸気フィルタ４に流入させるようにしている。
【００５０】
吸気室２の外部には、空気押込みブロア２５Ｂと、この空気押込みブロア２５Ｂと加熱空気供給ノズル２５Ａ間を接続する空気配管２５Ｃ中に設けられたヒータ等の空気加熱装置２５Ｄと、空気押込みブロア２５Ｂおよび空気加熱装置２５Ｄに電気を供給する空気加熱装置用電源２５Ｅとが設けられる。この構成により、湿度計６で大気の相対湿度を検出し、それが設定湿度となったとき、加熱空気を生成して加熱空気供給ノズル２５Ａに供給し、この加熱空気により吸気室２内に吸い込まれた空気を、ｔ１＋Δｔ℃に昇温し、相対湿度をＲＨ１−ΔＲＨ％に低下させて吸気フィルタ４に流入させることができる。
【００５１】
従って、本実施形態によっても、上記した第２実施形態と同様に、吸気フィルタ４に流入される空気の相対湿度を低下させ、吸気フィルタ４の高湿度環境下でのフィルタ差圧上昇を抑制することができる。
【００５２】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について、図８を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１ないし第３実施形態に対して、湿度低下装置５の構成が異なっている。その他の点については、第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
図８には、本実施形態にかかるガスタービン吸気装置１の概略構成図が示されている。
本実施形態では、湿度低下装置５が、ウェザールーバ３と吸気フィルタ４との間に設置された除湿空気供給ノズル３５Ａを備えている。この除湿空気供給ノズル３５Ａに対して吸気室２の外部で生成された除湿空気を供給し、この除湿空気により吸気室２内に吸い込まれた空気の相対湿度を低下させ、吸気フィルタ４に流入させるようにしている。
【００５３】
吸気室２の外部には、空気押込みブロア３５Ｂと、この空気押込みブロア３５Ｂと除湿空気供給ノズル３５Ａとの間を接続する空気配管３５Ｃ中に設けられた空気除湿装置３５Ｄと、空気押込みブロア３５Ｂおよび空気除湿装置３５Ｄに電気を供給する空気除湿装置用電源３５Ｅとが設けられる。この構成により、湿度計６で大気の相対湿度を検出し、それが設定湿度となったとき、除湿空気を生成して除湿空気供給ノズル３５Ａに供給し、この除湿空気により吸気室２内に吸い込まれた温度ｔ１℃、相対湿度ＲＨ１の空気を、相対湿度をＲＨ１−ΔＲＨ％に低下させて吸気フィルタ４に流入させることができる。
【００５４】
従って、本実施形態によっても、上記した第１実施形態と同様に、吸気フィルタ４に流入される空気の相対湿度を低下させ、吸気フィルタ４の高湿度環境下でのフィルタ差圧上昇を抑制することができる。また、本実施形態の場合、空気を加熱する必要がなく、湿度のみを低下させることができるため、空気を加熱することによる僅かな吸気効率の低下をなくすることができる。
【００５５】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について、図９および図１０を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１ないし第４実施形態に対して、湿度低下装置５の構成が異なっている。その他の点については、第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
図９には、本実施形態にかかるガスタービン吸気装置１の概略構成図が示されている。
本実施形態では、湿度低下装置５が、高性能フィルタ４Ｂの上流面に設置された遠赤外線電熱ヒータ等の電熱ヒータ装置４５Ａと、この電熱ヒータ装置４５Ａに電気を供給する電熱ヒータ用電源４５Ｂと、湿度計６とから構成される。
上記電熱ヒータ装置４５Ａは、図１０に示されるように、フィルタケース４Ｃ内にジグザグ状に収容されたフィルタエレメント４Ｄの上流側空間部にその長さ方向（紙面直角方向）に沿って配設される。
【００５６】
しかして、上記構成によると、湿度計６により大気の相対湿度を検出し、それが設定湿度に達したとき、電熱ヒータ用電源４５Ｂを介して電熱ヒータ装置４５Ａに電気を供給することにより、高性能フィルタ４Ｂのフィルタエレメント４Ｄを加熱乾燥することができる。このことによって、高性能フィルタ４Ｂ自体を低湿度下で機能させることができる。このため、温度ｔ１℃、湿度ＲＨ１％で吸気室２内に吸い込まれた空気を、温度ｔ１＋Δｔ℃、相対湿度ＲＨ１−ΔＲＨ％の空気として吸気フィルタ４を通過させることができる。
【００５７】
従って、本実施形態によっても、高性能フィルタ４Ｂを通過する空気の相対湿度を低下させることができ、これにより、上記各実施形態と同様に、吸気フィルタ４の高湿度環境下でのフィルタ差圧上昇を抑制することができる。
【００５８】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態について、図１１を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１ないし第５実施形態に対して、湿度低下装置５の構成が異なっている。その他の点については、第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
図１１には、本実施形態にかかるガスタービン吸気装置１の概略構成図が示される。
本実施形態では、湿度低下装置５が、プラントの排ガス再循環ラインまたは熱回収ライン５５Ａから高温ガスの一部を抽気し、この高温ガスをウェザールーバ３と吸気フィルタ４との間に設置された高温ガス供給ノズル５５Ｂより吸気フィルタ４の上流側に供給する構成とされている。また、高温ガス供給ノズル５５Ｂと共に、またはこれに代えて、上記の高温ガスを高性能フィルタ４Ｂの上流面に設置された高温ガス供給ノズル５５Ｃより高性能フィルタ４Ｂの上流面に供給する構成とされている。
なお、高温ガス供給ノズル５５Ｃは、図１０に示す電熱ヒータ装置４５Ａと同様の位置に配設される。
【００５９】
上記の構成によれば、湿度計６により大気の相対湿度を検出し、それが設定湿度に達したとき、プラント側の排ガス再循環ラインまたは熱回収ライン５５Ａから抽気された高温ガスが、高温ガス供給ノズル５５Bを介して吸気フィルタ４の上流側に供給され、この高温ガスにより吸気フィルタ４に流入する空気を加熱することができる。これによって、上記各実施形態と同様に、吸気フィルタ４に流入される空気の相対湿度を低下させることができる。従って、吸気フィルタの高湿度環境下でのフィルタ差圧上昇を抑制することが可能となる。
【００６０】
また、プラント側の排ガス再循環ラインまたは熱回収ライン５５Ａから抽気された高温ガスを、高温ガス供給ノズル５５Ｃよって吸気フィルタ４を構成する高性能フィルタ４Ｂの上流面に供給し、この高温ガスで高性能フィルタ４Ｂを加熱乾燥させることができる。これによっても、高性能フィルタ４Ｂを低湿度下で機能させ、高性能フィルタ４Ｂを通過する空気の相対湿度を低下させて、吸気フィルタ４の高湿度環境下でのフィルタ差圧上昇を抑制することができる。
【００６１】
従って、本実施形態によっても、上記各実施形態と同様に、吸気フィルタ４に流入される空気の相対湿度、もしくは高性能フィルタ４Ｂを通過する空気の相対湿度を低下させることができるため、吸気フィルタ４の高湿度環境下でのフィルタ差圧上昇を抑制することができる。
また、本実施形態では、プラント側の高温ガス抽気源が排ガス再循環ラインまたは熱回収ライン５５Ａであるので、十分な高温ガス量を確保することができるとともに、高温ガスを既存のガス源を利用して簡便に供給することができる。従って、湿度低下装置５を新たな補器等を設けることなく、最小限の器材追加で安価に作製することができる。
【００６２】
［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態について、図１２ないし図１４を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１ないし第６実施形態にかかるガスタービン吸気装置１の運転方法に係り、上記各実施形態にかかるガスタービン吸気装置１のすべての運転に適用できるものである。
本実施形態にかかるガスタービン吸気装置の運転方法は、吸気フィルタ４に対する粉塵付着量が少ない運転初期の段階では、湿度がフィルタ差圧上昇にほとんど影響を及ぼさないことから、高湿度環境となって湿度計６が設定湿度を検出しても、湿度低下装置５を作動させず停止状態のままとする。そして、運転時間が経過して吸気フィルタ４に対する粉塵付着量が多くなり、高湿度がフィルタ差圧上昇に影響を及ぼす状況下においてのみ、湿度低下装置５を作動させようとするものである。
【００６３】
上記のような運転を行うため、先ずは、湿度低下装置５を作動させる湿度高による吸気フィルタの上昇差圧ΔＰｗ（Ｐａ）に相当する粉塵付着限界量Ｗｃ（ｇ）を求める必要がある。図１２は、湿度高による上昇差圧ΔＰｗ（Ｐａ）と粉塵付着限界量Ｗｃ（ｇ）との関係を表したものである。
一方、高性能フィルタ４Ｂの粉塵付着限界量Ｗｃ（ｇ）は、下記（１）式により表すことができる。
【００６４】
（１）式
Ｗｃ＝０．００１×Ｃ×Ｑ×６０×ｔｃ×（１−η１／１００）×（η２／１００）
ここに、
Ｃ：大気粉塵濃度（ｍｇ／ｍ3）
Ｑ：吸込み風量（ｍ3／ｍｉｎ）
ｔｃ：ガスタービン吸気装置運転時間（ｈ）
η１：プレフィルタ粉塵捕集効率（％）
η２：高性能フィルタ粉塵捕集効率（％）≒１００％
【００６５】
なお、図１３は、上記（１）式による粉塵捕集状態を示すモデル図である。
上記（１）式から、高性能フィルタ４Ｂの粉塵付着量が粉塵付着限界量Ｗｃに到達する運転時間ｔｃ（新しい高性能フィルタ４Ｂが装着されて以降のガスタービン吸気装置のトータル運転時間）を求めることができる。
そして、上記運転時間ｔｃが経過するまでの期間は、吸気フィルタ４に対する粉塵付着量が少なく、例え高湿度環境となっても、高湿度によるフィルタ差圧上昇が微小であることから、湿度計６が、大気湿度が設定湿度以上であることを検出しても、湿度低下装置５を作動させず停止したままとすることができる。
【００６６】
また、上記運転時間ｔｃが経過後は、湿度計６により検出される大気の相対湿度が設定湿度以上のとき、湿度低下装置５を作動させて、吸気フィルタ４に流入する空気の湿度を低下させるようにする。
図１４は、上記したガスタービン吸気装置の運転時間と、湿度低下装置５を作動させる期間との関係を示す図である。
上記から、湿度低下装置５を作動させる粉塵付着限界量Ｗｃを求め、（１）式を用いて粉塵付着限界量Ｗｃに到達するまでのガスタービン吸気装置の運転時間ｔｃを求め、この運転時間ｔｃが経過後、大気の相対湿度が設定湿度以上のときのみ、湿度低下装置５を作動させことが、効率のよい湿度低下装置５の運転方法であることが理解できる。
【００６７】
以上説明のとおり、本実施形態によれば、ガスタービン吸気装置の運転時間がｔｃ時間を経過後において、大気の相対湿度が設定湿度以上のときだけ、湿度低下装置５を作動させて、吸気フィルタ４に流入する空気の相対湿度を低下させることができる。従って、プラント運転に影響を及ぼすような条件下での高湿度によるフィルタ差圧上昇を確実に抑制し、プラントを定常どおり継続運転することができる。
また、フィルタ差圧上昇を抑制することによって、フィルタ交換差圧に到達するまでの期間を引き延ばすことができ、これによって、吸気フィルタの交換頻度を少なくできるため、メンテナンス費用を削減することができる。
【００６８】
さらに、ガスタービン吸気装置の運転初期段階から運転時間がｔｃ時間を経過するまでの期間は、吸気フィルタ４に対する粉塵付着量が少なく、湿度によるフィルタ差圧上昇も微小であることから、この期間は、例え高湿度環境で大気の相対湿度が設定湿度以上となった場合でも、湿度低下装置を停止状態のままとすることができる。こうして、必要時のみ湿度低下装置を作動させることにより、湿度低下装置を効率的に運転することができるとともに、吸気効率の低下（吸入空気を加熱して相対湿度を低下させる場合の微小な吸気効率の低下）等を防止することが可能となる。
【００６９】
なお、上記各実施形態においては、湿度計６により検出された大気の相対湿度が設定湿度以上か否かで、湿度低下装置５を作動または停止させる構成としているが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、例えば、大気湿度の検出値に応じて、空気の加熱量や除湿量、あるいは高温ガス供給量等を可変し、吸気フィルタ４に流入させる空気の相対湿度の低下量を細かくコントロールしながら、フィルタ差圧の上昇を抑制するようにしてもよい。
【００７０】
また、既存のガス源利用という観点から、第６実施形態で説明したプラントの排ガス再循環ラインまたは熱回収ライン５５Ａからの高温ガス以外に、ガスタービンの圧縮機に付設されるアンチアイシング装置を湿度低下装置として利用することも可能である。すなわち、アンチアイシング装置は、圧縮機から圧縮中の高温空気の一部を抽気し、吸気フィルタ部に導入することにより、ＩＧＶ等への氷結を防止するためのものであり、通常は吸気装置から圧縮機への吸気温度に基き作動される構成とされている。このアンチアイシング装置を利用し、湿度計６により検出された大気の湿度が設定湿度に達したときに、アンチアイシング装置を作動させ、高温空気を吸気フィルタ４に供給することによっても、上記各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガスタービン吸気装置の概略構成図である。
【図２】ガスタービン吸気装置の運転時間経過と吸気フィルタのフィルタ差圧上昇との関係を表す図である。
【図３】大気の相対湿度変化と高性能フィルタのフィルタ差圧変化の関係を表す図である。
【図４】吸気フィルタに流入させる空気の相対湿度低減によるフィルタ差圧上昇抑制効果を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るガスタービン吸気装置の概略構成図である。
【図６】空気温度の変化に対する相対湿度変化を示す線図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るガスタービン吸気装置の概略構成図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係るガスタービン吸気装置の概略構成図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係るガスタービン吸気装置の概略構成図である。
【図１０】図９に示すガスタービン吸気装置における高性能フィルタの一部を示す部分拡大図である。
【図１１】本発明の第６実施形態に係るガスタービン吸気装置の概略構成図である。
【図１２】本発明の第７実施形態に係るガスタービン吸気装置の運転方法に関し、吸気フィルタの粉塵付着量と湿度高による上昇差圧との関係を示す図である。
【図１３】本発明の第７実施形態に係るガスタービン吸気装置の運転方法に関し、複合ＨＥＰＡフィルタの粉塵捕集状態を示すモデル図である。
【図１４】本発明の第７実施形態に係るガスタービン吸気装置の運転方法に関し、湿度低下装置の運転期間を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  ガスタービン吸気装置
２  吸気室
４  吸気フィルタ
４Ａ  プレフィルタ
４Ｂ  高性能フィルタ
５  湿度低下装置
６  湿度計
１５Ａ  空気加熱装置
２５Ａ  加熱空気供給ノズル
３５Ａ  除湿空気供給ノズル
４５Ａ  電熱ヒータ装置
５５Ａ  排ガス再循環ラインまたは熱回収ライン
５５Ｂ，５５Ｃ  高温ガス供給ノズル
【図１】
2008019801.tif 000003
【図２】
2008019801.tif 000004
【図３】
2008019801.tif 000005
【図４】
2008019801.tif 000006
【図５】
2008019801.tif 000007
【図６】
2008019801.tif 000008
【図７】
2008019801.tif 000009
【図８】
2008019801.tif 000010
【図９】
2008019801.tif 000011
【図１０】
2008019801.tif 000012
【図１１】
2008019801.tif 000013
【図１２】
2008019801.tif 000014
【図１３】
2008019801.tif 000015
【図１４】
2008019801.tif 000016