JP2008115757A

JP2008115757A - ガスタービンの排気設備

Info

Publication number: JP2008115757A
Application number: JP2006299585A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Ishiwatari; 隆行石渡
Original assignee: Ebara Yoshikura Hydro Tech Co Ltd
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2008-05-22

Abstract

【課題】ガスタービンの排気設備の排気管の外周に断熱用のラギングを施すことがなく、作業上の動線の確保を妨げている配管を支える支柱や梁の数を削減でき、且つ施工が容易で小型化が可能なガスタービンの排気設備を提供すること。
【解決手段】ガスタービンの排気設備であって、二重構造排気管２７を設け、内側管２７−１にガスタービン１２からの燃焼ガス１０２を通し、外側管２７−２にガスタービンパッケージからの排風を通すように構成した。
【選択図】図３

Description

本発明は、ガスタービンからの燃焼ガスと、ガスタービンパッケージからの排風と、該ガスタービンパッケージが配置されている室内の換気の排気を行うガスタービンの排気設備に関するものである。

図１は従来のガスタービンの排気設備の構成例を示す図である。室１０内にガスタービンパッケージ１１が配置されている。ガスタービン１２から排出された燃焼ガス１０１は一次消音器１３、燃焼排気管１４、二次消音器１５を通って排気口２５から排出される。ガスタービンパッケージ１１の排風１０２は空冷排気管１６、パッケージ用消音器１７、空冷排気管１６を通って排気口２６から排気される。なお、本ガスタービンの排気設備例では、室１０内に空気を導入する空気導入ファン１８、室１０内の空気を排出する空気排出ファン１９、排風１０２を誘引する排風誘引ファン２０を設けている。

上記のように従来のガスタービンの排気設備では、燃焼ガスを排気する燃焼排気管１４とガスタービンパッケージ１１の排風を排気する空冷排気管１６が別々に設置されているため、配管の設置容積を大きくなり、設備全体が大きくなる。特に燃焼ガスを排気するための燃焼排気管１４とガスタービンパッケージ１１からの排風１０２を換気するための空冷排気管１６を支持するための支柱２１、２２及び梁は２系統に用いるため、その数量、寸法が大きくなり、作業上の動線を確保する際に大きな障害となっていた。

また、燃焼排気管１４は安全性と室１０内に熱を放射しないようにする理由から、断熱材を周囲に巻くラギング２３を一般的に行っている。ラギング２３は取り合い部などの形状が複雑な場合、その施工が難しく、見た目も悪い。また、断熱材の厚みは表面温度が高いほど厚くする必要があり、７５ｍｍ以上となるのが一般的であり、ラギング２３によって配管容積が大きくなる。

上記問題を解決するための一つとして、図２に示すように、一つの合流排気管２４を設け、該合流排気管２４にガスタービン１２からの燃焼ガス１０１とガスタービンパッケージ１１からの排風１０２を合流させることで、排気管を１本とし該排気管を支える支柱の本数を削減するものがある。しかしながら、その場合でも合流排気管２４の表面温度が高温となるため、合流排気管２４の外表面にラギング２３を厚く施工する必要があり、このラギング施工の問題点は解決されていない。また、合流排気管２４にガスタービンパッケージ１１の排風１０２が合流する部分から燃焼ガスが矢印Ａに示すようにガスタービンパッケージ１１内部に逆流しないようにする為の例えば逆止弁を設ける等の工夫が必要となり、設置スペース上や設備が高価になるなどの問題が生じる。なお、図２において、図１と同一符号を付した部分は同一部分又は相当部分を示す。また、他の図面においても同様とする。
特開２００１−４１２９号公報

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、ガスタービンの排気設備の排気管の外周に断熱用のラギングを厚く施すことがなく、条件によってはラギングを不要とし、作業上の動線の確保を妨げている配管を支える支柱や梁の数を削減でき、且つ施工が容易で小型化が可能なガスタービンの排気設備を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、ガスタービンからの燃焼ガスとガスタービンパッケージからの排風を排出するガスタービンの排気設備であって、二重構造排気管を設け、該二重構造排気管の内側管に前記ガスタービンからの燃焼ガスを通し、外側管に前記ガスタービンパッケージからの排風を通すように構成したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、ガスタービンからの燃焼ガスとガスタービンパッケージからの排風を排出するガスタービンの排気設備であって、前記ガスタービンパッケージが配置されている室内の空気を取り込むバックアップ用ファンを設け、前記二重構造排気管の内側管に前記ガスタービンからの燃焼ガスを通し、外側管に前記前記ガスタービンパッケージからの排風と前記バックアップ用ファンで取り込んだ前記室内からの空気を通すように構成したことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のガスタービンの排気設備において、前記二重構造排気管の上流側に外側管に連通するチャンバーを設け、該チャンバー内に前記ガスタービンパッケージからの排風とバックアップ用ファンで取り込んだ前記室内からの空気を導くように構成したことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスタービンの排気設備において、前記二重構造排気管の下流側に消音器を設けたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガスタービンの排気設備において、前記内側管と外側管とは管長手方向の一方で互いに固定され、他方で所定の自由度を持って内側管が外側管に支持されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガスタービンの排気設備において、前記二重構造排気管の内側管の外周面を断熱材で覆ったことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、二重構造排気管の内側管に前記ガスタービンからの燃焼ガスを通し、外側管に前記ガスタービンパッケージからの排風を通すように構成したので、内側管には高温のガスタービンからの燃焼ガスが通るが、その外周にある外側管には温度の低いガスタービンパッケージからの排風が通るので、この排風が断熱材として作用し、外側管の表面温度を低く抑えるから、外側管の表面に断熱材、即ちラギングの施工を施すことがなくなる。また、ラギングの断面積を外側管の断面積として利用できるから、ガスタービンパッケージの排風を排出する空冷排気管等を設ける必要がない分、配管容量を削減できる。更に、配管にラギングを施さないから、配管の見栄えもよく、施工コストも低くなる。また、二重構造排気管とするので、配管を支持する支柱や梁などが少なくなるので、作業上の動線がとりやすくなる。

請求項２に記載の発明によれば、バックアップ用ファンを設け、二重構造排気管の内側管にガスタービンからの燃焼ガスを通し、外側管に前記ガスタービンパッケージからの排風とバックアップ用ファンで取り込んだ室内からの空気を通すように構成したので、内側管の温度により、外側管に流す風量を調整することが可能となり、内側管の温度が変動しても外側管の外周表面温度を安全な所定の温度に維持することができる。また、室内排気設備（空気排出ファン１９の容量）が小さくできる。

請求項３に記載の発明によれば、二重構造排気管の上流側に外側管に連通するチャンバーを設け、該チャンバー内にガスタービンパッケージからの排風とバックアップ用ファンで取り込んだ室内からの空気を導くように構成したので、該チャンバー内でガスタービンパッケージからの排風と室内からの空気を混合させてから、外側管に均一温度の空気を流すことになり、内側管の外周温度が均等となり、外側管の外周表面温度を安全な所定の温度に維持することが容易となる。

請求項４に記載の発明によれば、二重構造排気管の下流側に消音器を設けたので、消音作用が得られる。

請求項５に記載の発明によれば、内側管と外側管とは管長手方向の一方で互いに固定され、他方で所定の自由度を持って内側管が外側管に支持されているので、二重構造排気管の内側管と外側管の間に温度差による熱膨張差があっても、内側管は外側管に対して管長手方向に自由に伸縮できるから、その熱膨張差を吸収し、内側管及び外側管に無理な力（ストレス）が加わることない。

請求項６に記載の発明によれば、二重構造排気管の内側管を通る燃焼ガスの放熱量が大きすぎる場合、外側配管に流す空気の風量も多くしなければならないが、バックアップファンの容量に制限等があって、外側配管に流す空気の風量を多くできない時は、二重構造排気管の内側管の外周面を部分的もしくは必要最小限の断熱材で覆うことにより、内側管の放熱量を抑制することができる。従って、外側管の外周表面温度を安全な一定温度にすることが容易になる。

以下、本願発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図３は本発明に係るガスタービンの排気設備の構成例を示す図である。図示するように、本ガスタービンの排気設備は内側管２７−１の外周に外側管２７−２を設けた構成の二重構造排気管２７を備え、二重構造排気管２７の先端（下流側端）に二次消音器１５を設け、後端（上流側端）に外側管２７−２内に連通するチャンバー２８を設けている。また、内側管２７−１の後端（上流側端）には、一次消音器１３を通してガスタービン１２の排出口が接続されている。また、チャンバー２８には、ガスタービンパッケージ１１が配置された室１０内の空気を該チャンバー２８内に吸引するバックアップファン２９が設けられている。

ガスタービン１２からの燃焼ガス１０１は一次消音器１３を通って内側管２７−１及び二次消音器１５を通り、排気口２５から排出される。ガスタービンパッケージ１１からの排風１０２はチャンバー２８を通って外側管２７−２及び二次消音器１５をとおり、上記燃焼ガス１０１と同様、排気口２５から排出される。また、バックアップファン２９でチャンバー２８内に吸引された室１０内の空気１０３は、外側管２７−２内でガスタービンパッケージ１１からの排風１０２と合流して排気口２５から排出される。このバックアップファン２９から送られる空気１０３の風量を制御することにより、内側管２７−１の温度が変動しても外側管２７−２の温度を一定値に抑えることができる。例えば外側管２７−２の外表面温度を検出する温度センサを設け、該外側管２７−２の外表面が一定の温度に維持されるようにバックアップファン２９で室１０内から取り込む空気１０３の風量をを制御することにより、外側管２７−２の温度を安全な所定の値に維持することができる。また、バックアップファン２９で室１０内の空気を吸引して排出するので、その分空気排出ファン１９の容量を小さくできる。

二重構造排気管２７の内側管２７−１と外側管２７−２の間の間隙の断面積には、従来のラギング２３の断面積をも利用しているので、その分図１及び図２に示す従来の排気設備に比較し、配管容量を削減できる。また、二重構造排気管２７とし図１に示す排気設備のように別途空冷排気管１６やパッケージ用消音器１７を設けることがないから、配管を支持する支柱の本数も削減できる。

図４は上記二重構造排気管２７の断面図である。図示するように、二重構造排気管２７の内側管２７−１の上流側端部近傍内面と外側管２７−２の上流側端部近傍内面とを支柱３０で互いに固定すると共に、外側管２７−２の下流側端部近傍内面に支柱３１の一端を固定する。該支柱３１の他端は内側管２７−１が貫通するリング状部材３９に固定され、内側管２７−１は支柱３１に固定されていない。即ち、内側管２７−１はリング状部材３９を介して伸縮自在に外側配管に支持されている。内側管２７−１の下流側端部にはフランジ３２を介してフレキシブル管３３が接続されている。なお、３４、３５はフレキシブル管３３の両端に固着されたフランジである。また、内側管２７−１の上流側端部にはフランジ３６が固着され、外側管２７−２の上流側端部と下流側端部にはそれぞれフランジ３７、３８が固定されている。

上記構成の二重構造排気管２７を一次消音器１３と二次消音器１５の間に取り付ける。即ち、内側管２７−１とフレキシブル管３３の結合体をその両端のフランジ３６、３５を介してそれぞれ一次消音器１３の枠体と二次消音器１５の枠体に固定し、外側管２７−２の両端をそれぞれフランジ３７、３８を介して一次消音器１３の枠体と二次消音器１５の枠体に固定して取り付ける。二重構造排気管２７の内側管２７−１と外側管２７−２の温度差による熱膨張差により、その長さに差が発生した場合、内側管２７−１はリング状部材３９を貫通しているから、外側管２７−２に影響を与えることなく、自由に伸縮し、更にその伸縮はフレキシブル管３３で吸収されるから、二重構造排気管２７の内側管２７−１は外側管２７−２に対して管長手方向に自由に伸縮でき外側管２７−２に無理な力が作用することなく、撓み等が発生しない。

上記のようにガスタービンの排気設備に二重構造排気管２７を用い、内側管２７−１にガスタービン１２からの燃焼ガス１０１を通し、外側管２７−２にチャンバー２８内のガスタービンパッケージ１１の排風１０２とバックアップファン２９で室１０内からの取り込む空気１０３を流している。これにより下記の放熱計算で放熱が不足する場合は、バックアップファン２９で室１０内から取り込む空気１０３を多くする。これにより、外側管２７−２の外表面温度を安全な所定の温度に維持することができる。

二重構造排気管２７の外側管２７−２の風量をＶ（ｍ³／ｍｉｎ）とした場合、
Ｖ＝Ｑ／（６０・Δｔ・Ｃｐ・ρ）
但しＱ：放熱量（ｋｃａｌ／ｈ）
Δｔ：外側管２７−２の表面温度（Ｔ_A℃）と室温（Ｔ_B℃）との差（Δｔ＝Ｔ_A−
Ｔ_B）
Ｃｐ：空気の定容積比熱（ｋｃａｌ／ｋｇ℃）
ρ：空気の密度（ｋｇ／ｍ³）

放熱量Ｑは燃焼排気管（内側管２７−１）が円筒だった場合下式から求まる。
Ｑ＝２π・ｒ・Ｌ・ｈ・（Ｔ_A−Ｔ_B）（Ｗ）
ここでｒ：外側管２７−２の半径（ｍ）
ｈ：熱伝達率（Ｗ／ｍ²・Ｋ）
Ｌ：配管（二重構造管２７）の長さ（ｍ）

放熱量Ｑは配管の長さＬに比例する。また、外側管２７−２を通過する風量Ｖは放熱量Ｑに比例することから、風量Ｖは配管の長さＬによって決定する。外側管２７−２を通過する風量Ｖはガスタービンパッケージ１１の排風１０２とバックアップファン２９で取り込んだ空気１０３の混合量なので、バックアップファン２９で取り込む空気１０３の量を二重構造排気管２７の長さＬに合せて調整することができる。

図５は二重構造排気管２７の外側管２７−２に内側管２７−１を支持する支持構造の他の例を示す図である。外側管２７−２に内側管２７−１を支持する支柱４０は２枚の支持板４１、４２を合せた構成である。支持板４１、４２のそれぞれの中間部に互いに対向するように円弧状の凹部を形成し、該凹部の肉厚を他の部分より薄くしている。そして支持板４１の凹部と支持板４２の凹部で形成された空間にセラミックファイバ等の断熱材４３を挿入している。支柱４０をこのように構成とすることにより、内側管２７−１から支柱の支持板４１、４２を通って伝わる熱は、凹部の肉厚の薄い部分で多く放熱され、外側管２７−２に伝わり難くなる。また、内側管２７−１の熱で支柱４０の支持板４１、４２が加熱された場合、支持板４１、４２が伸びるが凹部の薄肉部が図５（ｂ）から図５（ｃ）の外側に向かって膨張し、各支持板４１、４２の延びを吸収するから、支柱４０の高さ（内側管２７−１と外側管２７−２の間隔）Ｈは変わらない。

図６は二重構造排気管２７の構成例を示す断面図である。本二重構造排気管２７は図４の二重構造排気管２７の支柱３１及びリング状部材３９に替え、内側管２７−１の下流側端部近傍外周を外側管２７−２の内周面に取り付けたＵ字状部材４４で吊り下げて支持した構成である。このように構成することにより、内側管２７−１は外側管２７−２に拘束されることなく、管長手方向に熱伸縮自在となる。

図３に示す構成のガスタービンの排気設備において、二重構造排気管２７の内側管２７−１を通る燃焼ガス１０１の放熱量が大きすぎる場合、外側配管２７−２に流す空気の風量も多くしなければならない。バックアップファン２９の容量に制限等があって、外側配管２７−２に流す空気の風量を多くできない場合は、図７に示すように内側管２７−１の外周面を部分的もしくは必要最小限の断熱材４５で覆うことにより、放熱量を調整することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお、二重構造排気管は基本的に形状に依存しなく、上記に示した円形のほかに長方形等でも構わない。

従来のガスタービンの排気設備の構成例を示す断面図である。従来のガスタービンの排気設備の構成例を示す断面図である。本発明に係るガスタービンの排気設備の構成例を示す断面図である。本発明に係るガスタービンの排気設備の二重構造排気管の構成例を示す断面図である。本発明に係るガスタービンの排気設備の二重構造排気管の構成例を示す図で、図５（ａ）は横断面図、図５（ｂ）、（ｃ）は支柱の熱伸縮状態を示す図である。本発明に係るガスタービンの排気設備の二重構造排気管の構成例を示す断面図である。本発明に係るガスタービンの排気設備の二重構造排気管の構成例を示す断面図である。

符号の説明

１０室
１１ガスタービンパッケージ
１２ガスタービン
１３一次消音器
１４燃焼排気管
１５二次消音器
１６空冷排気管
１７パッケージ用消音器
１８空気導入ファン
１９空気排出ファン
２０排風誘引ファン
２１支柱
２２支柱
２３ラギング
２４合流排気管
２５排気口
２６排気口
２７二重構造排気管
２７−１内側管
２７−２外側管
２８チャンバー
２９バックアップファン
３０支柱
３１支柱
３２フランジ
３３フレキシブル管
３４フランジ
３５フランジ
３６フランジ
３７フランジ
３８フランジ
３９リング状部材
４０支柱
４１支持板
４２支持板
４３断熱材
４４Ｕ字状部材
４５断熱材

Claims

ガスタービンからの燃焼ガスとガスタービンパッケージからの排風を排出するガスタービンの排気設備であって、
二重構造排気管を設け、該二重構造排気管の内側管に前記ガスタービンからの燃焼ガスを通し、外側管に前記ガスタービンパッケージからの排風を通すように構成したことを特徴とするガスタービンの排気設備。
ガスタービンからの燃焼ガスとガスタービンパッケージからの排風を排出するガスタービンの排気設備であって、
前記ガスタービンパッケージが配置されている室内の空気を取り込むバックアップ用ファンを設け、
前記二重構造排気管の内側管に前記ガスタービンからの燃焼ガスを通し、外側管に前記ガスタービンパッケージからの排風と前記バックアップ用ファンで取り込んだ前記室内からの空気を通すように構成したことを特徴とするガスタービンの排気設備。
請求項２に記載のガスタービンの排気設備において、
前記二重構造排気管の上流側に外側管に連通するチャンバーを設け、該チャンバー内に前記ガスタービンパッケージからの排風とバックアップ用ファンで取り込んだ前記室内からの空気を導くように構成したことを特徴とするガスタービンの排気設備。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスタービンの排気設備において、
前記二重構造排気管の下流側に消音器を設けたことを特徴とするガスタービンの排気設備。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガスタービンの排気設備において、
前記内側管と外側管とは管長手方向の一方で互いに固定され、他方で所定の自由度を持って内側管が外側管に支持されていることを特徴とするガスタービンの排気設備。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガスタービンの排気設備において、
前記二重構造排気管の内側管の外周面を断熱材で覆ったことを特徴とするガスタービンの排気設備。