JPS60113034A - ガスタ−ビン氷結防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 大気温度０゜Ｃ以下の寒冷地に設置されるガスタービン
設備において、ガスタービンへの吸込空気の４目対湿度
が高い場合、ガスタービン吸気室、又は吸気ダグ１〜中
に氷結を生じ、これが蓄積して、吸気系統の抵抗を増大
させ、ガスタービン圧縮機中間段での異常圧力低下によ
る圧縮機異常振動、あるいは着氷の分離流入による圧縮
機翼の破損等の重大事故を生ずる危険性がある。この氷
結現象は次のようにして発生すると考えられる。

すなわち、吸気室、吸気ダクｌ・中には、フィルタ、ス
クリーン、サイレンサ等の吸込空気を絞る部分があり、
これらの場所では、局所的に空気の流速が増大するため
、静圧が低下する。これにより、吸込空気の露点温度が
相別的に低−ｌ；ずるため、吸込空気の相対湿度が高く
露点に近い場合には、局所的に過飽和の状態が生し、水
蒸気が液化氷結する。氷結により更に，流入面積が狭ま
り、局所流速が増大し，更に、過飽和度が進むため、よ
り氷結し易くなり、氷結過程は、加速度的｛７こ進行す
る。

この氷結現象を、防止するためには、吸込空気の温度を
上昇させ、局所的な２＃点温度の低下が生じても、吸込
空気が露点を越える、いわゆる過飽和状態にならないよ
うにするのが、最も確りこである。

現在使用されている、氷結防雨装置の実施例を第１図に
示す。

第１図において、１はガスタービン圧縮機、２は燃焼器
、３はタービン、４は負荷、５は吸気室、６は吸気ダク
ト、７は排気ダク１へ、８は吸気室５内に設置した高温
空気噴射ノズル、９はガスタービン圧縮機吐出部と空気
噴射ノズル８とを結ぶ油気配管、１０は噴射ノズル８の
上流、下流での温度差の測定器、１】は測定信号と設定
値の偏差により、抽気流量を制御する流量制御弁である
。

本システムは、ガスタービン圧縮機吐出空気の一部を抽
気し吸気室内に設けたノズルにより高温の圧縮機吐出空
気を噴射し、吸込空気に混合する事により、全体として
、吸込空気温度を、ある一定温度差分だけ、上昇させる
ものであり、簡単、かつ、信頼性の高いシステムである
が、圧縮機よりの抽気を使用するため、ガスタービン設
備の出力、効率の低下を招くという問題がある。

現在、氷結防止のため、一般に使用されている温度上昇
分は５〜１０℃である。

ガスタービン圧縮機吐出温度を２８０℃とし、大気温度
−２０℃において、吸気室に噴射すべき、抽気量割合Ｘ
を概算でめると次のようになる。

（圧縮機吐出温度）×（油気割合）＋（吸込空気温度）
×（１−油気割合）＝（混合後の温度）混合後の温度上
昇を７．５℃とすると ２８０　ｘ−２０（１−ｘ）　＝　−］　２．５ｘ＝０
．０２５ すなわち、約２．５％の抽気が必要となる。

油気流量のガスタービン出力、効率に及ぼす影響は、機
種毎に異なるが、その−例を示したものが、第２図であ
る。

第２図において、油気量２．５％の場合の、出力低下分
は約５％、効率の相対低下分は約３，３％となり、非常
に大きな影響を与えると言わざるを得ない。特に、燃料
コストが、非常に大きい割合を占める場合、保守費の上
昇分は、無視出来ぬ値どなり、省エネルギの観点かにも
好ましくない。

その他の氷結防止装置には、圧縮機中間段よりの抽気、
排ガスの一部を直接吸気に混入させる方法があるが、前
者は、抽気温度が吐出部よりの抽気温度より更に低下す
るため、油気量を増大せざるを得す、出力の低下を招き
、後者については、約５００°Ｃの高温排気ガスを利用
出来るので、出力、効率の低下は無く、その点は理想的
だが、排気ガス中の不純物、未燃焼分が、圧縮機内に流
入するため、翼の劣化、異物の付着、摩耗等の問題が生
じ易く、信頼性の点から非常に問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、簡易にして、信頼性の高い、ガスター
ビン氷結防止装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明の主眼は、ガスタービン圧縮機抽気を、排気ダク
ト中に設置した、熱交換器に導き、ここで、排気ガスと
の熱交換により、抽気温度を上昇させることにより、油
気量の低減を図り、ガスタービン出力、効率の低下を最
小に押える点にある。

〔発明の実施例〕

第３図に、本発明の一実施例を示す。

第３図において、１２は排気ダクト中に設けられた、熱
交換器、１３は圧縮機油気部と熱交換器１２を結ぶ配管
、１４は熱交換器］２と噴射ノズル８を結ぶ配管、】５
は配管１３中に設置され、温度差測定器ＩＯからの信号
と、設定値との偏差により、油気量を制御する流量制御
弁である。

本発明では、圧縮機吐出空気を排気ダク１−へ導き、ダ
クト内に設置した熱交換器で、排気ガスとの熱交換を実
施させることにより、抽気温度を上昇させ、結果的に油
気量を低減させることにより、ガスタービン出力効率の
向上を図らんとするものである。

いま、ガスタービン排気温度５００°Ｃ１熱交換器効率
を８０％として、圧縮機吐出空気（２８０°Ｃ）の熱交
換後の温度Ｔ。をめると、５００−２８０ Ｔ　ｏ　”　４５６℃ 吸気室での温度上昇を従来技術の場合と同じく７．５°
Ｃとすると、必要とされる抽気量割合をＸとして、 ４５６ｘ−２０（１−ｘ）＝−１，２，５ｘ　＝０．０
１６ すなわち、油気量は約１，６％で済み、出力、効率の低
下分は、第２図において、それぞれ、約３．２％及び約
２．２％となり、従来技術に比し、大［ＩＪに向上させ
る事ができる。

排気ダクト中に設置される熱交換器は、吸込空気量の数
％以下の流量の熱交換を行なわせるためのものであるか
ら、非常に水容量のもので良く、価格的にも、ガス−ビ
ン設備全体に与える影響は、非常に小さいと考えてよい
。

ガスタービン圧縮機の吐出部よりの抽気は無く、中間段
からの油気が可能な場合は、更に、出力効率の改善効率
は大きくなる。

いま、圧縮機中間段より、１００℃の圧縮空気を抽気し
たとすると、熱交換器出口の油気温度Ｔｏ′は ’Ｉ”。’−１００ ５００−１００ Ｔ、　’　＝Ｏ，Ｏ１７ 必要な油気割合Ｘ′は ４２０ｘ’　−２０（１−ｘ）＝−１２，５ｘ’　＝０
．０１７ すなわち、１．７％となる。

１００℃の圧縮空気を抽気した場合の、抽気割合と、出
力効率低下割合の関係は、第４図のように示されるので
、この場合の出力、効率低下はそれぞれ約２％、約１％
、となり、従来技術に比し相対値で、それぞれ約６０％
、約７０％の改善が図れる。

その他の実施例として、ガスタービン排気と、圧縮機吐
出空気との熱交換を行なわせる事により、燃料消費量を
低減させ、ガスタービン効率を向上させる、いわゆる、
再生成ガスタービンにおいて、再生器出口空気管より抽
気を行ない、これを氷結防止用加熱空気として使用する
ことにより、前述の実施例と同様な、効果を得る事が可
能である。

第５図に、再生式ガスタービンにおける氷結防止系統の
実施例を示す。図において、１６は再生器、１７は再生
器１６とガスタービン燃焼器２を結ぶ出口管、１８は出
口配管１７と噴射ノズル８を結ぶ抽気配管、１９は抽気
流量制御弁である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、出力効率の大ｒＩＪな低減を著しく改
善する事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のガスタービン氷結防止系統図、第２図
は圧縮機吐出空気抽気量列、出力効率低下曲線図、第３
図は本発明の氷結防止系統の一実施例図、第４図は、圧
縮機中間段より抽気した場合の、抽気量対出力効率低下
の曲線図、第５図は本発明の再生式ガスタービンの氷結
防止系統図であ′＄　１０ ／１ 第　３　図 （０及込督翫ｌ上り

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■．ガスタービン圧縮機吐出部より抽気され、前記ガス
   タービンの排気部に設置された排熱回収熱交換器により
   排気ガスとの熱交換を行なった前記ガスタービンの油気
   と，前記ガスタービンの吸込空気との間で熱交換を行な
   わせる手段を設けたことを特徴とするカスタービン氷結
   防止装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記抽気を前記ガ
   スタービンの圧縮機中間段よりとることを特徴とするガ
   スタービン氷結防止装置。