JP2015090090A - Intake spray device and gas turbine system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、吸気噴霧装置およびガスタービン設備に係り、更に詳しくは、ガスタービン等の圧縮機に接続した吸気部に液滴を噴霧する吸気噴霧装置及びそれを備えたガスタービン設備に関する。 The present invention relates to an intake spray device and a gas turbine facility, and more particularly to an intake spray device that sprays droplets on an intake portion connected to a compressor such as a gas turbine and a gas turbine facility including the same.
近年の環境問題に対する関心の高まりから、火力発電設備に対してより一層の性能向上が求められている。その中でもガスタービンは、単体の効率が比較的高く、かつ熱サイクルの改良、例えば、蒸気タービンと組み合わせたコンバインドサイクルによって50%以上という高い発電効率を達成可能である。このため、CO2削減の一端を担うことを期待されている。 Due to increasing interest in environmental problems in recent years, further improvement in performance is required for thermal power generation facilities. Among them, the gas turbine has a relatively high efficiency of a single unit and can achieve a high power generation efficiency of 50% or more by improving the heat cycle, for example, a combined cycle combined with a steam turbine. For this reason, it is expected to play a part in CO2 reduction.
ガスタービンの熱サイクルの改良は継続して行われており、その中の1つにHAT(Humid Air Turbine)サイクルがある。HATサイクルは、圧縮機吐出空気とタービン排ガスとを再生熱交換器で熱交換する再生サイクルの一種で、圧縮機と再生熱交換器の間に加湿装置を設けることにより、再生熱交換器での回収熱量の増加及びタービン側の流量増加による出力増加を図ることができるという特徴がある。さらに、多段圧縮機の中間に中間冷却器を設けることにより、圧縮動力の低減による性能向上も図ることができるため、通常のシンプルサイクル(ガスタービン単体)に比べて大幅な性能向上を達成可能である。ただし、加湿装置での水消費量が多い点や圧縮機間に中間冷却器を設置する必要がある点等の欠点があり、商用化には至っていない。 Improvements in the thermal cycle of gas turbines are ongoing, and one of them is the HAT (Humid Air Turbine) cycle. The HAT cycle is a type of regeneration cycle that exchanges heat between compressor discharge air and turbine exhaust gas with a regenerative heat exchanger. By installing a humidifier between the compressor and the regenerative heat exchanger, the regenerative heat exchanger There is a feature that the output can be increased by increasing the amount of recovered heat and increasing the flow rate on the turbine side. In addition, by installing an intercooler in the middle of the multistage compressor, it is possible to improve performance by reducing the compression power, so it is possible to achieve significant performance improvements compared to ordinary simple cycle (gas turbine alone). is there. However, there are drawbacks such as a large amount of water consumption in the humidifier and the need to install an intercooler between the compressors, and it has not been commercialized.
近年、HATサイクルの欠点を解消するサイクルとしてAHAT(Advanced Humid Air Turbine)システムが提案されている。AHATシステムは、HATサイクルの中間冷却器の代わりに圧縮機に接続された吸気部に液滴を噴霧する吸気噴霧装置を設け、かつ再生熱交換器の排ガス側下流にエコノマイザと水回収装置を設けるものである。このような構成とすることで、HATサイクルに比べて水消費量が少なくなるため、低コストで高効率化を達成することができる。 In recent years, an AHAT (Advanced Humid Air Turbine) system has been proposed as a cycle for solving the drawbacks of the HAT cycle. In the AHAT system, instead of the intermediate cooler of the HAT cycle, an intake spray device that sprays droplets on an intake portion connected to the compressor is provided, and an economizer and a water recovery device are provided downstream of the regeneration heat exchanger on the exhaust gas side. Is. By adopting such a configuration, water consumption is reduced as compared with the HAT cycle, so that high efficiency can be achieved at low cost.
この吸気噴霧装置は、近年、ガスタービン用圧縮機にも適用され始めている。適用目的は、吸気温度の高い夏場での出力低下というガスタービンの弱点に対する対策であることが多い。吸気噴霧装置を圧縮機に適用すると、吸気温度の低下による出力増加(吸気冷却効果)及び噴霧液滴の圧縮機内部での蒸発による圧縮動力の低減(中間冷却効果)という2つの効果が得られるので、ガスタービンの出力が大幅に増加する。ただし、圧縮空気の圧縮機出口温度が低下して燃料消費量も増加するので、必ずしもガスタービンのシステム全体の熱効率が向上するとは限らない。 In recent years, this intake spray device has begun to be applied to a compressor for a gas turbine. The application purpose is often a measure against the weak point of the gas turbine that the output decreases in summer when the intake air temperature is high. When the intake spray device is applied to a compressor, two effects are obtained: an increase in output due to a decrease in intake air temperature (intake cooling effect) and a reduction in compression power due to evaporation of spray droplets inside the compressor (intermediate cooling effect). Therefore, the output of the gas turbine is greatly increased. However, since the compressor outlet temperature of the compressed air decreases and the fuel consumption also increases, the thermal efficiency of the entire gas turbine system is not necessarily improved.
一方、吸気噴霧装置をAHATシステムに適用した場合、圧縮空気は、その圧縮機出口温度が低下しても、圧縮機下流側の加湿装置で湿り空気となった後に、再生熱交換器を通過して加熱された状態で燃焼器に流入する。このため、吸気噴霧を行った場合でも燃料消費量の顕著な増加は発生せず、吸気噴霧によってAHATシステム全体の効率が向上する。AHATシステムでは、効率向上量は吸気噴霧量が多いほど顕著となるため、通常のガスタービン圧縮機に適用した場合に比べて、吸気噴霧量が多くなる。 On the other hand, when the intake air spray device is applied to the AHAT system, the compressed air passes through the regenerative heat exchanger after becoming humid air in the humidifier on the downstream side of the compressor even when the compressor outlet temperature decreases. It flows into the combustor in a heated state. Therefore, even when the intake spray is performed, the fuel consumption does not increase significantly, and the efficiency of the entire AHAT system is improved by the intake spray. In the AHAT system, the efficiency improvement amount becomes more prominent as the intake air spray amount increases. Therefore, the intake air spray amount increases as compared with the case of application to a normal gas turbine compressor.
ところで、吸気噴霧装置は、一般的に、吸気部内に配置された噴霧ノズルに高圧水を供給して液滴を噴霧するように構成されている。この噴霧ノズルが装置から離脱する危険性を想定した場合、離脱した噴霧ノズルの圧縮機への流入による異物衝突が懸念される。このような離脱した噴霧ノズルの圧縮機への流入は、吸気部内で発生した異物の圧縮機への流入を防ぐために噴霧ノズルより下流側に設置されたトラッシュスクリーンにより防止可能である(例えば、特許文献1参照)。 Incidentally, the intake spray device is generally configured to spray high pressure water to a spray nozzle disposed in the intake section to spray droplets. Assuming the danger that the spray nozzle is detached from the apparatus, there is a concern about the collision of foreign matter due to the flow of the detached spray nozzle into the compressor. Inflow of the separated spray nozzle into the compressor can be prevented by a trash screen installed on the downstream side of the spray nozzle in order to prevent foreign matter generated in the intake section from flowing into the compressor (for example, patents). Reference 1).
上記した特許文献1に記載のガスタービン装置においては、吸気噴霧装置(加水装置)の下流側にトラッシュスクリーンを設置しているため、吸気噴霧装置から噴霧された液滴がトラッシュスクリーンに付着してしまう。特に、AHATシステムのように吸気噴霧量が多い場合、吸気部で過飽和噴霧状態(飽和以上の液滴が存在する状態)となり、多量の液滴がトラッシュスクリーンに付着し、付着液滴がドレン化してしまう。このため、ドレン量が増加するので、増加したドレンの回収又は処理を行う必要性が生じ、運用性の低下を招くという問題がある。また、トラッシュスクリーンに付着して結合した液滴が吸気によって噴霧時より液滴径の増加した状態で***して流下すると、液滴径の増加により蒸発量が低下する。このため、噴霧冷却性能の低下を招く虞もある。
In the gas turbine device described in
本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、圧縮機への異物流入の防止を図った上で、噴霧冷却性能及び運用性の低下を抑制することができる吸気噴霧装置及びガスタービン設備を提供するものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to prevent spray cooling performance and operability from being deteriorated while preventing foreign matter from flowing into the compressor. An air intake spray device and a gas turbine equipment that can be used are provided.
上記課題を解決するため、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、圧縮機の入口側に接続される吸気部内の吸込空気に液滴を噴霧する吸気噴霧装置であって、前記圧縮機への異物流入を防ぐために前記吸気部内に設けられた網状のトラッシュスクリーンより上流側の前記吸気部内に設置するノズルマニホールドと、基端部が前記ノズルマニホールドに接続される共に先端部が前記トラッシュスクリーンより下流側に配置され、液滴を噴霧する複数の噴霧ノズルと、前記各噴霧ノズルに設けられ、前記噴霧ノズルが前記ノズルマニホールドから離脱した際に前記トラッシュスクリーンとの当接又は接続により前記噴霧ノズルの前記圧縮機への流入を防止するノズル流入防止機構とを備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted.
The present application includes a plurality of means for solving the above-described problems. To give an example, an intake spray device that sprays droplets on the intake air in the intake section connected to the inlet side of the compressor, In order to prevent foreign matter from flowing into the compressor, a nozzle manifold installed in the intake section upstream of a mesh-like trash screen provided in the intake section, a base end portion is connected to the nozzle manifold, and a distal end portion is connected to the nozzle manifold. A plurality of spray nozzles that are disposed downstream of the trash screen and spray droplets, and are provided in each of the spray nozzles, and when the spray nozzle is detached from the nozzle manifold, by contact or connection with the trash screen And a nozzle inflow prevention mechanism for preventing the spray nozzle from flowing into the compressor.
本発明によれば、噴霧ノズルに設けたノズル流入防止機構により噴霧ノズルの離脱の際に噴霧ノズルの圧縮機への流入が防止されると共に、噴霧ノズルの先端部をトラッシュスクリーンより下流側に配置することによりトラッシュスクリーンでの噴霧液滴の捕集が大幅に抑制される。このため、圧縮機に対する異物流入の防止を図った上で、噴霧冷却性能及びシステム運用性の低下を抑制することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, the nozzle inflow prevention mechanism provided in the spray nozzle prevents the spray nozzle from flowing into the compressor when the spray nozzle is detached, and the tip of the spray nozzle is disposed downstream of the trash screen. By doing so, collection of spray droplets on the trash screen is greatly suppressed. For this reason, it is possible to prevent the spray cooling performance and the system operability from being deteriorated while preventing foreign matter from flowing into the compressor.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下、本発明の吸気噴霧装置及びガスタービン設備の実施の形態を図面を用いて説明する。
[第1の実施の形態]
図1乃至図3は本発明の吸気噴霧装置及びガスタービン設備の第1の実施の形態を示す図であり、図1は本発明の吸気噴霧装置の第1の実施の形態を備えたガスタービン設備の一例を示す構成図、図2は本発明の吸気噴霧装置の第1の実施の形態及びそれを設置したガスタービン設備の吸気部を示す概略図、図3は図2に示す本発明の吸気噴霧装置の第1の実施の形態をトラッシュスクリーンより下流側から見た図である。図1中、矢印は吸込空気の主流の流れ方向を示している。
Embodiments of an intake spray device and gas turbine equipment according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
1 to 3 are views showing a first embodiment of an intake spray device and gas turbine equipment of the present invention, and FIG. 1 is a gas turbine equipped with the first embodiment of the intake spray device of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing an example of equipment, FIG. 2 is a schematic view showing a first embodiment of an intake spraying apparatus of the present invention and an intake portion of a gas turbine equipment in which it is installed, and FIG. 3 is a schematic diagram of the present invention shown in FIG. It is the figure which looked at 1st Embodiment of the intake air spraying device from the downstream side from the trash screen. In FIG. 1, the arrows indicate the flow direction of the main flow of the intake air.
図1において、ガスタービン設備は、吸込空気を圧縮して吐出する圧縮機2と、圧縮機2で圧縮した空気とともに燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器3と、燃焼器3で生成された燃焼ガスにより駆動されるタービン4と、圧縮機2とタービン4とを直結する軸5とから構成されるガスタービン本体1を備えている。さらに、軸5に接続されて電力を発生する発電機6と、タービン4から排出された排ガスと圧縮機2から燃焼器3に供給される圧縮空気とを熱交換する再生熱交換器7と、圧縮機2で圧縮した空気に湿分を供給する加湿装置8と、吸込空気に液滴を噴霧する吸気噴霧装置20とを備えている。このガスタービン設備は、AHATシステムである。
In FIG. 1, the gas turbine equipment includes a
次に、本発明の吸気噴霧装置の第1の実施の形態及びそれを設置する吸気部の構成を図2及び図3を用いて説明する。
図2中、矢印は吸込空気の主流の流れ方向を示している。なお、図2及び図3において、図1に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
Next, the first embodiment of the intake spray device of the present invention and the configuration of the intake section where it is installed will be described with reference to FIGS.
In FIG. 2, the arrows indicate the flow direction of the main flow of the intake air. 2 and 3, the same reference numerals as those shown in FIG. 1 denote the same parts, and detailed description thereof will be omitted.
図2において、圧縮機2の入口側には、大気から空気を吸入する吸気部10が接続されている。吸気部10は、吸込空気の上流側から順に、吸気室11と、サイレンサダクト12と、吸気ダクト13と、吸気プレナム14とから構成されており、本実施の形態では圧縮機2の上方側から空気を吸い込むように構成されている。
In FIG. 2, an
吸気室11は、大気から空気が取り込まれる部分であり、その内部には、外部からのダスト等の流入を防ぐフィルタ15が設けられている。サイレンサダクト12内には、主に圧縮機2で発生する高周波音を低減する吸気サイレンサが設置されている。吸気ダクト13は、吸込空気を水平方向から下方向に偏向するように逆L字状に形成されている。吸気プレナム14は、圧縮機2に接続されており、吸込空気を周方向の一様性を維持しながら圧縮機2へ流入させるものである。
The
吸気ダクト13内には、フィルタ15とは別に、吸気室11やサイレンサダクト12の内部で発生した異物等の圧縮機2への流入を防ぐ網状のトラッシュスクリーン16が設けられている。トラッシュスクリーン16は、例えば、1メッシュまたは2メッシュのものである。また、トラッシュスクリーン16は、図3に示すように、後述の各噴霧ノズル22の配置位置に対応する部分の目開きAnが他の部分の目開きAcより大きくなるように形成され、目開きAnは噴霧ノズル22の外径Dより大きくなるよう設定されている。すなわち、トラッシュスクリーン16は、噴霧ノズル22が貫通可能に形成されている。
In addition to the
吸気ダクト13内には、図2に示すように、吸気噴霧装置20を構成する大部分が設置されている。吸気噴霧装置20は、吸気ダクト13内におけるトラッシュスクリーン16より上流側に設置するノズルマニホールド21と、ノズルマニホールド21に接続され、液滴を噴霧する複数の噴霧ノズル22と、ノズルマニホールド21に高圧水を供給するポンプ23とを備えている。
As shown in FIG. 2, most of the intake
ノズルマニホールド21は、図3に示すように、鉛直方向に延び、吸気ダクト13の幅方向に間隔をもって複数配置されている。各ノズルマニホールド21には、鉛直方向に一列に複数の噴霧ノズル22が接続されている。
As shown in FIG. 3, the
図2において、噴霧ノズル22は、例えば、ポンプ23から供給される約8MPaの高圧水を平均径15μm程度の微細液滴として噴霧する1流体ノズルである。噴霧ノズル22は、その長手方向が吸込空気の主流の流れ方向に対して平行になるように配置されている。さらに、その基端部がノズルマニホールド21に接続されると共にその先端部がトラッシュスクリーン16より下流側に配置されている。噴霧ノズル22の外径Dは、図3に示すように、トラッシュスクリーン16における噴霧ノズル22の配置位置に対応する部分の目開きAnより小さい。
In FIG. 2, the
各噴霧ノズル22におけるトラッシュスクリーン16より上流側の部分には、図2及び図3に示すように、噴霧ノズル22の長手方向先端側に向かって縮径する円錐台状に形成された干渉部24が設けられている。干渉部24の最大径W(トラッシュスクリーンの面と平行な方向の断面における最大幅)は、トラッシュスクリーン16における噴霧ノズル22の配置位置に対応する部分の目開きAnより大きくなるように設定されている。干渉部24は、噴霧ノズル22がノズルマニホールド21から離脱した際に、トラッシュスクリーン16との当接により噴霧ノズル22の圧縮機2への流入を防止するノズル流入防止機構として機能するものである。
As shown in FIGS. 2 and 3, an
噴霧ノズル22は、図2に示すように、その基端とトラッシュスクリーン16間の距離L1がその先端とトラッシュスクリーン16間の距離L2より長くなるように配置されている。このことにより、仮に噴霧ノズル22がノズルマニホールド21から離脱しても、干渉部24がトラッシュスクリーン16に当接せずに、噴霧ノズル22がトラッシュスクリーン16より上流側に落下する可能性が高くなる。
As shown in FIG. 2, the
次に、本発明の吸気噴霧装置及びガスタービン設備の第1の実施の形態の動作および作用を図1乃至図3を用いて説明する。
まず、本発明のガスタービン設備の第1の実施の形態の動作を図1を用いて説明する
図1に示すガスタービン設備において、作動流体である空気(圧力約0.1MPa、温度約15℃)に対し、まず吸気噴霧装置20で作動流体の約2%の液滴が噴霧される。液滴の一部は圧縮機2の入口に到達する前に蒸発し、その残りは圧縮機2の内部で圧縮されながら蒸発する。結果として圧縮機2の出口では、圧力約2MPa、温度約350℃の作動流体となる。
Next, the operation and action of the first embodiment of the intake spray device and gas turbine equipment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the operation of the first embodiment of the gas turbine equipment according to the present invention will be described with reference to FIG. 1. In the gas turbine equipment shown in FIG. 1, the working fluid is air (pressure is about 0.1 MPa, temperature is about 15 ° C. In contrast, about 2% of the working fluid is first sprayed by the
圧縮機2を通過した作動流体は、加湿装置8に流入し、そこで加湿されて温度約200℃の湿り空気となって再生熱交換器7に流入する。湿り空気となった作動流体は、再生熱交換器7でタービン4の排ガスと熱交換され、約450℃の高温湿り空気となって燃焼器3に流入する。
The working fluid that has passed through the
燃焼器3に流入した作動流体は、燃料が噴射され約1300℃の高圧燃焼ガスとなる。この燃焼ガスは、タービン4を駆動し、タービン出口では圧力約0.1MPa、温度約550℃の排ガスとなる。排ガスは、再生熱交換器7を通過し、そこで加湿装置8で加湿された作動流体と熱交換した後、最終的に煙突等(図示せず)を介して大気に放出される。この際、ガスタービンの出力は約70MW、回転数は約5000rpmを想定している。
The working fluid that has flowed into the
次に、本発明の吸気噴霧装置及びガスタービン設備の第1の実施の形態の特徴的な作用を図2及び図3を用いて説明する。
図2において、ガスタービン設備の稼動時には、吸気部10を流れる吸込空気に対して、吸気噴霧装置20の噴霧ノズル22から液滴が噴霧される。このとき、噴霧ノズル22の先端部の下流側にはトラッシュスクリーン16が配置されていないので、トラッシュスクリーン16での噴霧液滴の捕集が大幅に抑制される。このため、トラッシュスクリーン16の付着液滴の***による粗大液滴の発生が抑制されて平均液滴径が小さくなる。その結果、噴霧液滴は蒸発しやすくなり、噴霧冷却性能が向上する。さらに、トラッシュスクリーン16への付着によるドレンの発生も大幅に抑制される。このため、ドレン発生量が低減し、システムとしての運用性の低下も抑制される。
Next, the characteristic operation of the first embodiment of the intake spray device and gas turbine equipment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In FIG. 2, when the gas turbine facility is in operation, droplets are sprayed from the
また、噴霧ノズル22におけるトラッシュスクリーン16の上流側の部分に干渉部24を設けているので、図2及び図3に示すように、何らかの要因により噴霧ノズル22がノズルマニホールド21から離脱した場合でも、干渉部24がトラッシュスクリーン16に当接するので、離脱した噴霧ノズル22はトラッシュスクリーン16に引っ掛かる。このため、離脱した噴霧ノズル22はトラッシュスクリーン16より下流側に移動することがなく、圧縮機2に対する異物流入が防止される。つまり、噴霧ノズル22の離脱に関して、噴霧ノズル22より下流側にトラッシュスクリーン16を配置する場合と同等の信頼性を確保することができる。
Further, since the
なお、吸込空気の主流は干渉部24を避けて流れるため、干渉部24を設けていない噴霧ノズル22に比べて圧力損失は増加する。しかし、この領域での主流流速は5m/s程度と小さいので、圧力損失の増加はシステムの効率に対して大きな問題とはならない。
In addition, since the main flow of suction air flows avoiding the
ところで、一般に、噴霧液滴は、噴霧ノズル22の先端から円錐状に分布し、その外周近傍の存在比率が高くなる傾向にある。それに対して、本実施の形態においては、干渉部24を噴霧ノズル22の長手方向先端側に向かって縮径する円錐台状に形成しているので、干渉部24を通過した流れが噴霧ノズル22の先端近傍でノズルの中心に向かうようになる。この中心に向かう流れにより、ノズルの中心部における液滴の存在比率が増加して噴霧液滴が均等に分布するようになるので、噴霧液滴が蒸発しやすくなる。
By the way, in general, spray droplets are distributed in a conical shape from the tip of the
上述したように、本発明の吸気噴霧装置及びガスタービン設備の第1の実施の形態によれば、噴霧ノズル22に設けたノズル流入防止機構(干渉部24)により噴霧ノズル22の離脱の際に噴霧ノズル22の圧縮機2への流入が防止されると共に、噴霧ノズル22の先端部をトラッシュスクリーン16より下流側に配置することによりトラッシュスクリーン16での噴霧液滴の捕集が大幅に抑制される。このため、圧縮機2に対する異物流入の防止を図った上で、噴霧冷却性能及びシステム運用性の低下を抑制することができる。
As described above, according to the first embodiment of the intake spray device and the gas turbine equipment of the present invention, when the
また、本実施の形態によれば、干渉部24を、噴霧ノズル22の長手方向先端側に向かって縮径する円錐台状に形成したので、干渉部24を通過した流れが噴霧ノズル22の先端近傍で噴霧ノズル22の中心に向かい、噴霧液滴の局在化が是正される。この結果、噴霧液滴が蒸発しやすくなり、噴霧冷却性能を向上させることができる。
In addition, according to the present embodiment, the
[第1の実施の形態の変形例]
次に、本発明の吸気噴霧装置の第1の実施の形態の変形例を図4及び図5を用いて説明する。
図4及び図5は本発明の吸気噴霧装置の第1の実施の形態の変形例を示す図であり、図4は本発明の吸気噴霧装置の第1の実施の形態の変形例及びそれを設置したガスタービン設備の吸気部を示す概略図、図5は図4に示す本発明の吸気噴霧装置の第1の実施の形態の変形例をトラッシュスクリーンより下流側から見た図である。図4中、矢印は吸込空気の主流の流れ方向を示している。なお、図4及び図5において、図1乃至図3に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
[Modification of First Embodiment]
Next, a modification of the first embodiment of the intake spray device of the present invention will be described with reference to FIGS.
4 and 5 are views showing a modification of the first embodiment of the intake spray device of the present invention, and FIG. 4 is a modification of the first embodiment of the intake spray device of the present invention and FIG. FIG. 5 is a diagram showing a modification of the first embodiment of the intake spray device of the present invention shown in FIG. 4 viewed from the downstream side of the trash screen. In FIG. 4, the arrows indicate the flow direction of the main flow of the intake air. 4 and FIG. 5, the same reference numerals as those shown in FIG. 1 to FIG. 3 are the same parts, and detailed description thereof will be omitted.
図4に示す本発明の吸気噴霧装置の第1の実施の形態の変形例と第1の実施の形態の相違点は、噴霧ノズル22の長手方向を吸込空気の主流の流れ方向に対して平行でなく傾斜させた点、及び吸気ダクト13の下側壁面における噴霧ノズル22より下流側に凸条部18を設けている点である。
The difference between the modification of the first embodiment of the intake spray device of the present invention shown in FIG. 4 and the first embodiment is that the longitudinal direction of the
具体的には、図5において、例えば、左側上段の噴霧ノズル22は、その先端部が基端部より吸気ダクト13の上側壁面から離間するように配置されている。左側中段の噴霧ノズル22は、その先端部が基端部より吸気ダクト13の左側壁面から離間するように配置されている。また、左側下段の噴霧ノズル22は、その先端部が基端部より吸気ダクト13の下側壁面から離間するように配置されている。中央及び右側のノズルマニホールド21に接続された噴霧ノズル22も同様である。すなわち、各噴霧ノズル22は、その先端部が基端部より吸気ダクト13の壁面から離間するように配置されている。
Specifically, in FIG. 5, for example, the upper
また、図4において、吸気ダクト13の下側壁面における噴霧ノズル22より下流側には、吸気ダクト13の幅方向に延びる凸条部18が設けられている。吸気ダクト13の下側壁面における凸条部18の直上流側には、ドレン抜き(図示せず)が設けられている。
In FIG. 4, a
次に、本発明の吸気噴霧装置及びガスタービン設備の第1の実施の形態の変形例の特徴的な作用を図4及び図5を用いて説明する。 Next, the characteristic operation of the modification of the first embodiment of the intake spray device and gas turbine equipment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図4において、噴霧ノズル22から噴霧された液滴は、吸込空気と混合しながら吸気ダクト13内を流下し、一部は蒸発して吸気温度を低下させる。残りの液滴のうちの一部は、吸気ダクト13内を流下する過程で壁面に付着する。それ以外は液滴のまま吸込空気に運ばれて圧縮機2内部へ導かれ、圧縮空気の昇温に応じて蒸発し、圧縮空気を冷却する。
In FIG. 4, the droplets sprayed from the
一般に、吸気ダクト13等の壁面に付着した液滴の大部分は、蒸発せずに壁面を伝い重力方向下方へ流下し、結合して液膜を形成するようになり、累積して次第に厚い膜を形成する。この形成された液膜をそのまま放置すると、吸込空気による液膜の下流側への移動・***によって粗大液滴を形成する虞がある。この粗大液滴は壁面や圧縮機2の翼面などに衝突してエロージョンを発生させる原因となる。そのため、壁面に付着した液膜は、粗大液滴となって飛散する前にドレンとして適切に回収する必要がある。
In general, most of the droplets adhering to the wall surface of the
それに対して、本実施の形態においては、図5に示すように、噴霧ノズル22の噴霧方向を吸気ダクト13の壁面から離間する方向に向けるので、吸気ダクト13の壁面近傍に位置する噴霧ノズル22から噴霧された液滴は噴霧直後に壁面に付着してしまう可能性が低減する。このため、第1の実施形態の構成のものに比べてドレンの発生量がさらに抑制される。
In contrast, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, the spray direction of the
また、図4に示すように、凸条部18により、吸気ダクト13の下側壁面で発生したドレンが液膜として下流側に流れることが抑制される。このため、液膜の下流への移動及び***によって生じる粗大液滴の発生も抑制される。さらに、凸条部18の直上流側にドレン抜きを設けることにより、凸条部18で液膜の下流への移動を抑制しつつ、ドレンの吸気ダクト13からの抜き出しが可能となる。
Further, as shown in FIG. 4, the
上述したように、本発明の吸気噴霧装置の第1の実施の形態の変形例によれば、前述した第1の実施の形態と同様な効果を得ることができる。 As described above, according to the modification of the first embodiment of the intake spray device of the present invention, the same effect as that of the first embodiment described above can be obtained.
また、本実施の形態によれば、噴霧ノズル22の先端部が基端部に対して吸気ダクト13の壁面から離間するようにしたので、吸気ダクト13の壁面近傍の噴霧ノズル22からの噴霧液滴が噴霧直後に壁面に付着することを抑制できる。このため、ドレンの発生量がさらに抑制され、運用性の向上を図ることができる。
Further, according to the present embodiment, since the tip end portion of the
さらに、本実施の形態によれば、吸気ダクト13の下側壁面における噴霧ノズル22の下流側に凸条部18を設けたので、吸気ダクト13の壁面に付着した液滴が鉛直下方の壁面で液膜となって下流側へ移動することを抑制できる。このため、液膜の移動及び***により生じる粗大液滴による圧縮機翼のエロージョンの発生が抑制され、ガスタービン設備の信頼性の向上を図ることができる。
Furthermore, according to the present embodiment, since the
[第2の実施の形態]
次に、本発明の吸気噴霧装置の第2の実施の形態を図6及び図7を用いて説明する。
図6及び図7は本発明の吸気噴霧装置の第2の実施の形態を示す図であり、図6は本発明の吸気噴霧装置の第2の実施の形態及びそれを設置したガスタービン設備の吸気部を示す概略図、図7は図4に示す本発明の吸気噴霧装置の第2の実施の形態をトラッシュスクリーンより下流側から見た図である。図6中、矢印は吸込空気の主流の流れ方向を示している。なお、図6及び図7において、図1乃至図5に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the intake spray device of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIGS. 6 and 7 are views showing a second embodiment of the intake spray device of the present invention, and FIG. 6 shows a second embodiment of the intake spray device of the present invention and the gas turbine equipment in which it is installed. FIG. 7 is a schematic view showing the intake portion, and FIG. 7 is a view of the second embodiment of the intake spray device of the present invention shown in FIG. 4 as viewed from the downstream side of the trash screen. In FIG. 6, the arrow indicates the flow direction of the main flow of the intake air. 6 and 7, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 5 are the same parts, and the detailed description thereof will be omitted.
図6に示す本発明の吸気噴霧装置の第2の実施の形態は、第1の実施の形態の干渉部24に代えて、ノズル流入防止機構として接続部材34を用いるものである。本実施の形態は、第1の実施の形態を構成する干渉部24により吸気部10の圧力損失が増加するという問題点を鑑みたものである。
The second embodiment of the intake spray device of the present invention shown in FIG. 6 uses a connecting
具体的には、図6及び図7において、吸気噴霧装置30の鉛直方向に隣接する噴霧ノズル22には、トラッシュスクリーン16より上流側において互いを接続する接続部材34が設けられている。すなわち、接続部材34は、ノズルマニホールド21の長手方向と同一方向に隣接する噴霧ノズル22を接続しており、ノズルマニホールド21の直下流に配置されている。接続部材34として、例えば、噴霧ノズル22の外径Dより径が十分小さい針金やワイヤが用いられる。
Specifically, in FIGS. 6 and 7, the
本実施の形態においては、1つの噴霧ノズル22がノズルマニホールド21から離脱した場合でも、離脱した噴霧ノズル22が接続部材34により他の噴霧ノズル22に接続されているので、離脱した噴霧ノズル22が下流側に移動することはない。また、仮に、接続部材34により接続されたすべての噴霧ノズル22がノズルマニホールド21から離脱した場合であっても、接続部材34がトラッシュスクリーン16に当接し、接続部材34により離脱した噴霧ノズル22がトラッシュスクリーン16に引っ掛かる。このため、離脱した噴霧ノズル22がトラッシュスクリーン16より下流側まで移動することがなく、圧縮機2への異物流入が防止される。
In the present embodiment, even when one
また、接続部材34は、ノズルマニホールド21の後流域(障害物が存在することによって発生する淀み領域)内に位置しているので、接続部材34による追加の圧力損失はほぼ発生せず、噴霧ノズル22の下流にトラッシュスクリーン16が存在する場合とほぼ同等の圧力損失となる。さらに、第1の実施の形態と比較すると、干渉部24がない分、吸気部10での圧力損失の減少によるガスタービン設備の全体性能の向上効果が得られる。
Further, since the connecting
なお、本実施の形態においては、鉛直方向に延びるノズルマニホールド21を用いた例を示しているが、水平方向に延びるノズルマニホールド21を用いることもできる。この場合、接続部材34は、ノズルマニホールド21の長手方向と同一方向である水平方向に隣接する噴霧ノズル22を接続する。このことにより、接続部材34がノズルマニホールド21の後流域内に位置するようになり、接続部材34による追加の圧力損失はほぼ発生しない。
In the present embodiment, an example in which the
上述したように、本発明の吸気噴霧装置及びガスタービン設備の第2の実施の形態によれば、隣接する噴霧ノズル22をトラッシュスクリーン16より上流側で接続部材34により接続しているので、離脱した噴霧ノズル22が接続部材34により下流側に移動することはない。このため、前述した第1の実施の形態と同様に、圧縮機2に対する異物流入の防止を図った上で、噴霧冷却性能及びシステム運用性の低下を抑制することができる。
As described above, according to the second embodiment of the intake spray device and the gas turbine equipment of the present invention, the
また、本実施の形態によれば、ノズルマニホールド21の長手方向と同一方向に隣接する噴霧ノズル22を接続部材34により接続するので、接続部材34による吸気部10の追加の圧力損失はほぼ発生せず、ガスタービン設備の性能低下を抑制することができる。
Further, according to the present embodiment, since the
[第2の実施の形態の変形例]
次に、本発明の吸気噴霧装置の第2の実施の形態の変形例の一例及び他の例を図8及び図9を用いて説明する。
図8は本発明の吸気噴霧装置の第2の実施の形態の変形例の一例及びそれを設置したガスタービン設備の吸気部を示す概略図、図9は本発明の吸気噴霧装置の第2の実施の形態の変形例の他の例を示す概略図であり、トラッシュスクリーンより下流側から見た図である。なお、図8及び図9において、図1乃至図7に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
[Modification of Second Embodiment]
Next, an example of a modification of the second embodiment of the intake spray device of the present invention and another example will be described with reference to FIGS.
FIG. 8 is a schematic view showing an example of a modification of the second embodiment of the intake spray device of the present invention and an intake portion of a gas turbine facility in which the modified example is installed, and FIG. 9 is a second view of the intake spray device of the present invention. It is the schematic which shows the other example of the modification of embodiment, and is the figure seen from the downstream from the trash screen. In FIG. 8 and FIG. 9, the same reference numerals as those shown in FIG. 1 to FIG.
図8に示す本発明の吸気噴霧装置の第2の実施の形態の変形例の一例は、第2の実施の形態を構成する接続部材34が隣接する噴霧ノズル22を接続しているのに対して、接続部材44により噴霧ノズル22とトラッシュスクリーン16とを接続するものである。
An example of a modification of the second embodiment of the intake spray device of the present invention shown in FIG. 8 is that the connecting
本実施の形態においては、吸気噴霧装置40の噴霧ノズル22がノズルマニホールド21から離脱した際、離脱した噴霧ノズル22が接続部材44によりトラッシュスクリーン16に接続されているので、下流側に移動することはない。すなわち、接続部材44は、噴霧ノズル22がノズルマニホールド21から離脱した際にトラッシュスクリーン16との接続により噴霧ノズル22の圧縮機2への流入を防止するノズル流入防止機構として機能する。
In the present embodiment, when the
上述したように、本発明の吸気噴霧装置の第2の実施の形態の変形例の一例によれば、前述した第2の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 As described above, according to an example of the modification of the second embodiment of the intake spray device of the present invention, the same effects as those of the second embodiment described above can be obtained.
また、本実施の形態によれば、接続部材44の噴霧ノズル22に対する接続先を適切に選定することで、第2の実施の形態の接続部材34よりも接続部材44をコンパクト化(部材の長さを短縮化)することができる。このため、設置のコストを低減することができる。
Further, according to the present embodiment, the
また、図9に示すように、各噴霧ノズル22を、第1の実施の形態の変形例と同様に、その先端部が基端部に対して吸気ダクト13の壁面から離間するように配置することも可能である。この場合も、前述した第2の実施の形態と同様の効果を得ることができると共に、前述した第1の実施の形態の変形例と同様な効果を得ることもできる。
Further, as shown in FIG. 9, each
[その他の実施の形態]
なお、上述した実施の形態において説明したAHATシステムは、必要最小限の構成を示したものであり、再生熱交換器7の排ガス側出口にミストエリミネータや水回収器を設ける構成のAHATシステムにも本発明の吸気噴霧装置を適用可能である。
[Other embodiments]
The AHAT system described in the above-described embodiment shows the minimum necessary configuration, and the AHAT system in which a mist eliminator and a water recovery unit are provided at the exhaust gas side outlet of the
また、上述した実施の形態においては、圧縮機2、タービン4、及び発電機6が1つの軸5で接続された1軸式ガスタービンを例に説明したが、タービンが高圧タービンと低圧タービンに分かれ、高圧タービンのみが圧縮機2と1つの軸で接続し、低圧タービンと発電機6が別の軸で接続された2軸式ガスタービンに適用可能である。
In the above-described embodiment, the description has been given of the single-shaft gas turbine in which the
なお、上述した実施の形態においては、ガスタービン本体1の他に再生熱交換器7及び加湿装置8を備えたAHATシステムに本発明の吸気噴霧装置を適用した例を示したが、例えば、図10に示すように、ガスタービン本体1のみのシステムに適用することも可能である。
In the above-described embodiment, the example in which the intake spray device of the present invention is applied to the AHAT system including the
図10は本発明の吸気噴霧装置の第1の実施の形態を備えたガスタービン設備の他の例を示す構成図である。なお、図10において、図1乃至図9に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
すなわち、吸込空気を圧縮して吐出する圧縮機2と、圧縮機2で圧縮した空気とともに燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器3と、燃焼器3で生成された燃焼ガスにより駆動されるタービン4とを備えたガスタービン設備にも本発明の吸気噴霧装置を適用可能である。この場合も、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。
FIG. 10 is a block diagram showing another example of the gas turbine equipment provided with the first embodiment of the intake spray device of the present invention. In FIG. 10, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 9 are the same parts, and detailed description thereof is omitted.
That is, it is driven by a
また、上述した実施の形態においては、噴霧ノズル22として、平均径15μm程度の微細液滴を噴霧する1流体ノズルを用いた例を示したが、同様の微細液滴の噴霧が可能であれば、圧縮空気と高圧水の混合によって微細液滴を噴霧する2流体ノズルを用いることも可能である。ただし、2流体ノズルを用いる場合、1流体ノズルを用いた場合に比べて圧縮空気を使用する分、システム全体の効率向上効果が低下する。
In the above-described embodiment, an example in which a single fluid nozzle that sprays fine droplets having an average diameter of about 15 μm is used as the
なお、上述した第1の実施の形態及びその変形例においては、ノズル流入防止機構として円錐台状の干渉部24を用いた例を示したが、トラッシュスクリーン16の網目を通過しない干渉部であればよい。すなわち、干渉部は、トラッシュスクリーンの面と平行な方向の断面における最大幅が図3に示すトラッシュスクリーンの網目の最大寸法Bnより大きくなるように設定されていていればよく、その形状は任意の形状でよい。例えば、円柱状や多角柱状、突起状の干渉部を用いることができる。
In the above-described first embodiment and its modification, an example in which the
また、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。 Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. The above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to the one having all the configurations described. For example, part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Moreover, it is also possible to add, delete, or replace another configuration for a part of the configuration of each embodiment.
2 圧縮機
3 燃焼器
4 タービン
7 再生熱交換器
8 加湿装置
10 吸気部
16 トラッシュスクリーン
18 凸条部
20、30、40 吸気噴霧装置
21 ノズルマニホールド
22 噴霧ノズル
24 干渉部(ノズル流入防止機構)
34、44 接続部材(ノズル流入防止機構)
2
34, 44 Connection member (nozzle inflow prevention mechanism)
Claims (12)
前記圧縮機への異物流入を防ぐために前記吸気部内に設けられた網状のトラッシュスクリーンより上流側の前記吸気部内に設置するノズルマニホールドと、
基端部が前記ノズルマニホールドに接続される共に先端部が前記トラッシュスクリーンより下流側に配置され、液滴を噴霧する複数の噴霧ノズルと、
前記各噴霧ノズルに設けられ、前記噴霧ノズルが前記ノズルマニホールドから離脱した際に前記トラッシュスクリーンとの当接又は接続により前記噴霧ノズルの前記圧縮機への流入を防止するノズル流入防止機構とを備える
ことを特徴とする吸気噴霧装置。 An intake spray device that sprays droplets on the intake air in the intake section connected to the inlet side of the compressor,
A nozzle manifold installed in the intake section upstream of a mesh-like trash screen provided in the intake section in order to prevent foreign matter from flowing into the compressor;
A plurality of spray nozzles for spraying droplets, wherein a base end portion is connected to the nozzle manifold and a tip end portion is disposed downstream of the trash screen;
A nozzle inflow prevention mechanism that is provided in each of the spray nozzles and prevents the spray nozzles from flowing into the compressor by contact or connection with the trash screen when the spray nozzles are detached from the nozzle manifold. An inhalation spray device characterized by that.
前記ノズル流入防止機構は、前記各噴霧ノズルにおける前記トラッシュスクリーンより上流側の部分に設けられた干渉部であり、
前記干渉部は、前記トラッシュスクリーンの面と平行な方向の断面における最大幅が前記トラッシュスクリーンの網目の最大寸法より大きくなるように設定される
ことを特徴とする吸気噴霧装置。 The intake spray device according to claim 1,
The nozzle inflow prevention mechanism is an interference part provided in a portion upstream of the trash screen in each spray nozzle,
The intake spray device, wherein the interference portion is set such that a maximum width in a cross section in a direction parallel to a surface of the trash screen is larger than a maximum size of a mesh of the trash screen.
前記干渉部は、前記噴霧ノズルの長手方向先端側に向かって縮径する円錐台状に形成される
ことを特徴とする吸気噴霧装置。 The intake spray device according to claim 2,
The inhalation spray device, wherein the interference portion is formed in a truncated cone shape whose diameter is reduced toward the front end side in the longitudinal direction of the spray nozzle.
前記ノズル混入防止機構は、隣接する前記噴霧ノズルを前記トラッシュスクリーンより上流側において接続する接続部材である
ことを特徴とする吸気噴霧装置。 The intake spray device according to claim 1,
The nozzle mixing prevention mechanism is a connection member that connects the adjacent spray nozzles upstream of the trash screen.
前記ノズルマニホールドは、前記複数の噴霧ノズルが一列に配置されるように所定の方向に延び、
前記接続部材は、前記ノズルマニホールドの長手方向に隣接する前記噴霧ノズルを接続する
ことを特徴とする吸気噴霧装置 The intake spray device according to claim 4,
The nozzle manifold extends in a predetermined direction so that the plurality of spray nozzles are arranged in a row,
The connection member connects the spray nozzles adjacent to each other in the longitudinal direction of the nozzle manifold.
前記ノズル混入防止機構は、前記噴霧ノズルと前記トラッシュスクリーンとを接続する接続部材である
ことを特徴とする吸気噴霧装置。 The intake spray device according to claim 1,
The nozzle spray preventing mechanism is a connection member that connects the spray nozzle and the trash screen.
前記接続部材は、前記噴霧ノズルの外径より径の小さい針金又はワイヤである
ことを特徴とする吸気噴霧装置。 The intake spray device according to any one of claims 4 to 6,
The connection member is a wire or a wire having a diameter smaller than the outer diameter of the spray nozzle.
前記噴霧ノズルは、その先端部が基端部より前記吸気部の壁面から離間するように配置された
ことを特徴とする吸気噴霧装置。 The intake spray device according to any one of claims 1 to 6,
The spray nozzle is arranged such that a tip portion thereof is separated from a wall surface of the suction portion from a base end portion.
前記各噴霧ノズルは、その基端から前記トラッシュスクリーン間の距離がその先端から前記トラッシュスクリーン間の距離より長くなるように配置された
ことを特徴とする吸気噴霧装置。 The intake spray device according to any one of claims 1 to 6,
Each of the spray nozzles is arranged such that a distance between the base end and the trash screen is longer than a distance between the tip and the trash screen.
前記圧縮機で圧縮した空気とともに燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器と、
前記燃焼器で生成された燃焼ガスにより駆動されるタービンと、
前記圧縮機の入口側に接続され、空気を吸入する吸気部と、
前記吸気部内に設けられ、前記圧縮機への異物の流入を防ぐ網状のトラッシュスクリーンと、
前記吸気部内に液滴を噴霧する吸気噴霧装置とを備え、
前記吸気噴霧装置は、
前記吸気部内における前記トラッシュスクリーンより上流側に設置するノズルマニホールドと、
基端部が前記ノズルマニホールドに接続される共に先端部が前記トラッシュスクリーンより下流側に配置され、液滴を噴霧する複数の噴霧ノズルと、
前記各噴霧ノズルに設けられ、前記噴霧ノズルが前記ノズルマニホールドから離脱した際に前記トラッシュスクリーンとの当接又は接続により前記噴霧ノズルの前記圧縮機への流入を防止するノズル流入防止機構とを有する
ことを特徴とするガスタービン設備。 A compressor for compressing and discharging the intake air;
A combustor that generates combustion gas by burning fuel together with air compressed by the compressor;
A turbine driven by combustion gas generated in the combustor;
An intake section connected to the inlet side of the compressor and for sucking air;
A net-like trash screen provided in the intake portion to prevent inflow of foreign matter into the compressor;
An intake spray device for spraying droplets in the intake section;
The intake spray device is
A nozzle manifold installed on the upstream side of the trash screen in the intake section;
A plurality of spray nozzles for spraying droplets, wherein a base end portion is connected to the nozzle manifold and a tip end portion is disposed downstream of the trash screen;
A nozzle inflow prevention mechanism that is provided in each of the spray nozzles and prevents the spray nozzles from flowing into the compressor by contact or connection with the trash screen when the spray nozzles are detached from the nozzle manifold. Gas turbine equipment characterized by that.
前記タービンから排出された排ガスと前記圧縮機から前記燃焼器に供給される圧縮空気とを熱交換する再生熱交換器と、
前記圧縮機で圧縮した空気に湿分を供給する加湿装置とを更に備えた
ことを特徴とするガスタービン設備。 In the gas turbine equipment according to claim 10,
A regenerative heat exchanger for exchanging heat between the exhaust gas discharged from the turbine and the compressed air supplied from the compressor to the combustor;
A gas turbine facility, further comprising a humidifier that supplies moisture to the air compressed by the compressor.
前記吸気部の下側壁面における前記噴霧ノズルより下流側に設けられ、前記吸気部の幅方向に延びる凸条部を更に備えた
ことを特徴とするガスタービン設備。 In the gas turbine equipment according to claim 10 or 11,
The gas turbine equipment, further comprising a ridge provided on the downstream side of the spray nozzle on the lower side wall surface of the intake portion and extending in the width direction of the intake portion.
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