ガスタービン経年劣化判定装置及びその方法
【課題】ガスタービンを長期間連続運転する際、ガスタービン翼の摩耗等の経年劣化を精度よく判定する。
【解決手段】ガスタービン経年劣化判定装置はボイラーからの燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンの経年劣化を判定する。ガスタービン経年劣化判定装置はガスタービン２５の入口圧力と出口圧力とに応じた圧力比の裕度、ガスタービンのホイルスペース温度、ガスタービンからの燃焼排ガス温度、及びガスタービンの効率に応じてガスタービンのタービン翼が劣化したか否かを判定し、タービン翼が劣化したと判定されると警報を発する。
【解決手段】ガスタービン経年劣化判定装置はボイラーからの燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンの経年劣化を判定する。ガスタービン経年劣化判定装置はガスタービン２５の入口圧力と出口圧力とに応じた圧力比の裕度、ガスタービンのホイルスペース温度、ガスタービンからの燃焼排ガス温度、及びガスタービンの効率に応じてガスタービンのタービン翼が劣化したか否かを判定し、タービン翼が劣化したと判定されると警報を発する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの経年劣化を判定する判定装置及びその判定方法に関し、特に、加圧流動床ボイラーとともに用いられるガスタービンのタービン翼の摩耗等の経年劣化を判定する判定装置及びその判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、加圧流動床燃焼（ＰＦＢＣ）プラントにおいては、ガスタービンはその翼の摩耗等による経年劣化が不可避的に生じるが、ガスタービン翼の摩耗等の経年劣化傾向の見落しによるトラブルの発生を防止するため、ガスタービンの運転状態を監視することが行われている。
【０００３】
従来、加圧流動床燃焼プラントにおいて、ガスタービンの運転状態を監視する際には、「蒸気タービン出力」、「ガスタービン出力」、「ガスタービン入口案内羽根（ＩＧＶ）開度」、「圧力比裕度」、「圧縮機比圧力低」、「圧縮機効率」、「ガスタービン効率」、「軸受振動」、「排ガスダスト濃度」、及び「ホイルスペース温度」を管理項目として設定し、ガスタービンの運転状態を監視するようにしている。
【０００４】
ＰＦＢＣプラントでは石炭を燃焼させて発電するが、この際、石炭の燃焼に伴い石炭中に含まれる灰分を主成分としたダストが発生する。このダストを取り除くために集塵装置が用いられるが、集塵装置ではダストを完全に補足することは困難である。このため、補足されないダストがガスタービンへ流入し、ダストの堆積又はエロージョンによる翼の摩耗が発生する。
【０００５】
このようなガスタービンへのダスト堆積又はエロージョンによる翼の摩耗を、ガスタービンを停止することなく点検するため、タービン効率，圧縮機の運転圧力比、スラスト軸受メタル温度、タービン入口修正流量のいずれかの監視により検出するようにしたものもある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−３２６５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＰＦＢＣプラントにおいて、ガスタービンを、長期間（例えば、２５００時間）を越えて連続的に運転すると、トラブル防止の観点から、精度よくしかも速やかに（つまり、正確に）ガスタービン翼の摩耗に起因する経年劣化を判定する必要がある。
【０００７】
しかしながら、上記の管理項目のうち、「ガスタービン効率」及び「ホイルスペース温度」については、気温変化の影響を受けて測定値が変化してしまい、正確に経年劣化判定を行うことが難しいという課題がある。
【０００８】
従って、本発明は、ガスタービン翼の摩耗等の経年劣化を精度よく判定することのできるガスタービン経年劣化判定装置及びその判定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】
（１）本発明は、ボイラーからの燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンの経年劣化を判定するためのガスタービン経年劣化判定装置であって、前記ガスタービンの入口圧力と出口圧力とに応じた圧力比の裕度、前記ガスタービンのホイルスペース温度、前記ガスタービンからの燃焼排ガス温度、及び前記ガスタービンの効率に応じて前記ガスタービンのタービン翼が劣化したか否かを判定する判定手段と、該判定手段によって前記タービン翼が劣化したと判定されると、警報を発する警報生成手段とを有することを特徴とするものである。
【００１０】
（１）に記載のガスタービン経年劣化判定装置では、圧力比の裕度、ホイルスペース温度、燃焼排ガス温度、及びガスタービン効率に応じてガスタービンのタービン翼が劣化したか否かを判定するようにしたので、長期間に亘ってガスタービンを連続運転する際に、精度よくガスタービン翼の経年劣化を判定することができる。
【００１１】
（２）本発明は、（１）に記載のガスタービン経年劣化判定装置において、前記判定手段は、前記ガスタービン効率に応じて前記タービン翼が劣化したか否かを判定する際、大気温度変化を考慮して前記タービン翼が劣化したか否かを判定することを特徴とするものである。
【００１２】
（２）に記載のガスタービン経年劣化判定装置では、大気温度の変化を考慮して、ガスタービン効率によってタービン翼が劣化したか否かを判定するようにしたので、大気温度の変化に影響されることなく、精度よくタービン翼の劣化判定を行うことができる。
【００１３】
（３）本発明は、（２）に記載のガスタービン経年劣化判定装置において、前記判定手段は、前記ガスタービン効率が予め規定されたガスタービン効率閾値以下にあると前記タービン翼が劣化したと判定し、前記ガスタービン効率閾値を前記大気温度変化に応じて補正するようにしたことを特徴とするものである。
【００１４】
（３）に記載のガスタービン経年劣化判定装置では、ガスタービン効率閾値を大気温度の変化に応じて補正するようにしたので、大気温度の変化に影響されることなく、精度よくタービン翼の劣化判定を行うことができる。
【００１５】
（４）本発明は、（１）〜（３）のいずれかに記載のガスタービン経年劣化判定装置において、前記ボイラーに前記ガスタービンを介して燃焼用空気を供給する圧縮機を有し、前記燃焼用空気は前記ガスタービンの冷却媒体として用いられ、前記判定手段は、前記ホイルスペース温度に応じて前記タービン翼が劣化したか否かを判定する際、前記冷却媒体とホイルスペースとの温度差を監視して、該冷却媒体とホイルスペースとの温度差を考慮して前記タービン翼が劣化したか否かを判定することを特徴とするものである。
【００１６】
（４）に記載のガスタービン経年劣化判定装置では、圧縮機からの冷却媒体とホイルスペースとの温度差を監視して、冷却媒体とホイルスペースとの温度差を考慮してタービン翼が劣化したか否かを判定するようにしたので、気温変化の影響を受けることなく、精度よくタービン翼の劣化判定を行うことができる。
【００１７】
（５）本発明は、（４）に記載のガスタービン経年劣化判定装置において、前記判定手段は前記ホイルスペース温度と前記圧縮機の出口温度との温度差、前記ホイルスペース温度と前記ガスタービンの入口空気温度との温度差に応じて前記タービン翼が劣化したか否かを判定することを特徴とするものである。
【００１８】
（５）に記載のガスタービン経年劣化判定装置では、ホイルスペース温度と圧縮機の出口温度との温度差、ホイルスペース温度とガスタービンの入口空気温度との温度差に応じてタービン翼の劣化を判定するようにしたので、精度よくタービン翼の劣化判定を行うことができる。
【００１９】
（６）本発明は、（１）に記載のガスタービン経年劣化判定装置において、前記判定手段は、前記圧力比の裕度、前記ホイルスペース温度、前記燃焼排ガス温度、及び前記ガスタービンの効率の少なくとも１つが各々に対応して予め規定された基準値以上又は以下となった際に前記タービン翼が劣化したと判定することを特徴とするものである。
【００２０】
（６）に記載のガスタービン経年劣化判定装置では、圧力比の裕度、ホイルスペース温度、燃焼排ガス温度、及びガスタービン効率の少なくとも１つに応じてタービン翼の劣化を判定するようにしたので、早期にタービン翼の劣化を発見することができる。
【００２１】
（７）本発明は、コンピュータによって実行され、ボイラーからの燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンの経年劣化を判定するためのガスタービン経年劣化判定方法であって、前記ガスタービンの入口圧力と出口圧力とに応じた圧力比の裕度、前記ガスタービンのホイルスペース温度、前記ガスタービンからの燃焼排ガス温度、及び前記ガスタービンの効率に応じて前記ガスタービンのタービン翼が劣化したか否かを判定する第１のステップと、該第１のステップによって前記タービン翼が劣化したと判定されると、警報を発する第２のステップとを有することを特徴とするものである。
【００２２】
（７）に記載のガスタービン経年劣化判定方法では、圧力比の裕度、ホイルスペース温度、燃焼排ガス温度、及びガスタービン効率に応じてガスタービンのタービン翼が劣化したか否かを判定するようにしたので、長期間に亘ってガスタービンを連続運転する際に、精度よくガスタービン翼の経年劣化を判定することができる。
【００２３】
（８）本発明は、（７）に記載のガスタービン経年劣化判定方法において、前記第１のステップでは、前記ガスタービン効率が予め規定されたガスタービン効率閾値以下あると、前記タービン翼が劣化したと判定しており、前記ガスタービン効率閾値を大気温度変化に応じて補正するようにしたことを特徴とするものである。
【００２４】
（８）に記載のガスタービン経年劣化判定方法では、ガスタービン効率閾値を大気温度の変化に応じて補正するようにしたので、大気温度の変化に影響されることなく、精度よくタービン翼の劣化判定を行うことができる。
【００２５】
（９）本発明は、（８）に記載のガスタービン経年劣化判定方法において、前記ボイラーに前記ガスタービンを介して燃焼用空気を供給する圧縮機を有し、前記燃焼用空気は前記ガスタービンの冷却媒体として用いられ、前記第１のステップでは、前記ホイルスペース温度に応じて前記タービン翼が劣化したか否かを判定する際、前記ホイルスペース温度と前記圧縮機の出口温度との温度差、前記ホイルスペース温度と前記ガスタービンの入口空気温度との温度差に応じて前記タービン翼が劣化したか否かを判定することを特徴とするものである。
【００２６】
（９）に記載のガスタービン経年劣化判定方法では、ホイルスペース温度と圧縮機の出口温度との温度差、ホイルスペース温度とガスタービンの入口空気温度との温度差に応じてタービン翼の劣化を判定するようにしたので、精度よくタービン翼の劣化判定を行うことができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本発明によれば、ガスタービンの入口圧力と出口圧力とに応じた圧力比の裕度、ガスタービンのホイルスペース温度、ガスタービンからの燃焼排ガス温度、及びガスタービンの効率に応じてガスタービンのタービン翼が劣化したか否かを判定して、タービン翼が劣化したと判定されると、警報を発するようにしたので、ガスタービン翼の摩耗等の経年劣化を精度よく判定することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態によるガスタービン経年劣化判定装置が用いられるＰＦＢＣプラントの一例を示す図である。図１においては、加圧流動床ボイラー（以下単にボイラーと呼ぶ）は、二つ備えられており、ここでは符号１１及び１２で示されている。
【００２９】
ＰＦＢＣプラントでは、燃料として石炭を用いており、石炭は一旦原炭バンカー１３に貯留された後、粗粉砕機１４で粗粉砕され、分級機１５で分級される。その後、石炭は中継ホッパー１６を介して微粉砕機１７及び混練機１８に送られる。微粉砕機１７には水が供給されており、ここで石炭は微粉砕されて混練機１８に送られる。
【００３０】
混練機１８には石灰石ホッパー１９を介して石灰石が送られ、混練機１８において石灰石とともに混練された後、燃料として燃料タンク２０に貯留される。そして、燃料タンク２０内の燃料は燃料ポンプ２１によってボイラー１１及び１２に送られ、ボイラー１１及び１２で燃料が行われる。
【００３１】
ボイラー１１からの排ガスは、無触媒脱硝装置２２を介して一次及び二次サイクロン２３及び２４を通ってガスタービン２５に送られ、ガスタービン２５が駆動され、これによって、発電機２６によって発電が行われる。同様に、ボイラー１２からの排ガスは、無触媒脱硝装置２７を介して一次及び二次サイクロン２８及び２９を通ってガスタービン２５に送られる。
【００３２】
なお、ガスタービン２５の軸に連結された圧縮機（コンプレッサ）３０で圧縮された空気が冷却媒体としてガスタービン２５に送られ、ガスタービン２５を通過した空気はボイラー１１及び１２に送られる。
【００３３】
ガスタービン２５を通過した排ガスは脱硝装置３１が配置された排煙ダクト３２を通ってバグフィルタ３３で粉塵が除去された後、煙突３４から排出される。
【００３４】
一方、図示のように、ボイラー１１及び１２には蒸気配管３５が配設されており、蒸気配管３５で発生した蒸気は蒸気タービン３６に送られ、これによって蒸気タービン３６が駆動されて、蒸気タービン３６に連結された発電機３７によって発電が行われる。
【００３５】
蒸気タービン３６を通過した蒸気は復水器３８によって復水され、復水経路３９を通ってボイラー１１及び１２に戻される。つまり、復水経路３９は蒸気配管３５に連結されている。なお、復水経路３９は排煙ダクト３２に設けられた排熱回収熱交換器４０を通り、ここで排ガスによって予熱されることになる。
【００３６】
図示のように、ボイラー１１及び１２に対応して灰クーラ４１及び４２が配設され、ボイラー１１及び１２における燃焼によって生じた灰成分が灰クーラ４１及び４２を介して灰処理装置（図示せず）に送られる。
【００３７】
また、一次及び二次サイクロン２３及び２４に対応付けて、灰クーラ４３及び４４が配設され、同様に、一次及び二次サイクロン２８及び２９に対応付けて、灰クーラ４５及び４６が配設されている。そして、排ガス中の灰成分がこれらサイクロンによって除去され、灰クーラ４３〜４６を介して灰処理装置に送られる。なお、バグフィルタで捕集された粉塵（灰成分）も同様に、灰処理装置に送られる。
【００３８】
図２は、ガスタービン２５の一例を示す断面図である。図２において、ガスタービン２５は略円筒形状のケーシング（タービン車室）２５ａを有しており、このケーシング２５ａにはガス通路２５ｂが形成されている。また、ガス通路２５ｂの内側には、ロータ（回転軸）２５ｃが配設され、このロータ２５ｃはケーシング２５ａに回転可能に支持されている。
【００３９】
ロータ２５ｃにはガスタービン翼（静翼及び動翼）２５ｄが備えられ、これらガスタービン翼２５ｄはガス通路２５ｂに臨んでいる。これによって、ガス入口２５ｅからガス通路２５ｂに流入した排ガスによってガスタービン翼２５ｄに回転力が加わり、ロータ２５ｃが回転する。
【００４０】
ガスタービン２５のケーシング２５ａには一体的に圧縮機３０のケーシング３０ａが取り付けられ、このケーシング３０ａには空気通路３０ｂが形成されている。また、空気通路３０ｂの内側には、ロータ（回転軸）３０ｃが配設され、このロータ３０ｃはケーシング３０ａに回転可能に支持されるとともに、ロータ２５ｃに連結されている。
【００４１】
ロータ３０ｃにはコンプレッサ翼（静翼及び動翼）３０ｄが備えられ、これらコンプレッサ翼３０ｄは空気通路３０ｂに臨んでいる。空気入口３０ｅ近傍には圧縮機入口案内翼（ＩＧＶ）３０ｆが備えられ、空気入口３０ｅから空気通路３０ｂに流入した空気はコンプレッサ翼３０ｄの回転により圧縮されて、ガスタービン２５内に供給され、その後前述のようにボイラー１１及び１２（図１）に送られる。なお、ロータ２５ｃには発電機２６（図１）が連結されている。
【００４２】
図３は、図２に示すガスタービン２５の一部を示す断面図であり、図示の例では、ガスタービン２５は、第１段タービン２５ｇ、第２段タービン２５ｈ、第３段タービン２５ｉを有しており、排ガス（燃焼ガス）が図中太線矢印で示すように流入し、一方、圧縮機３０からの空気（圧縮機吐出空気）が破線矢印で示すように、ガスタービン２５に流入し、ガスタービン２５からボイラー１１及び１２（図１参照）に与えられる。
【００４３】
ところで、前述したように、ＰＦＢＣプラントにおいて、ガスタービン２５を、長期間（所定の時間、例えば、２５００時間）を越えて連続的に運転すると、トラブル防止の観点から、精度よくしかも速やかにガスタービン翼の摩耗に起因する経年劣化を判定する必要があるが、ここでは、ガスタービン２５の経年劣化（ガスタービン翼の摩耗による経年劣化）を精度よく判定するため、次のような手法を用いた。
【００４４】
所定の時間を越えて、ガスタービン２５を連続運転する際には、前述した管理項目とは別に、ガスタービン２５の経年劣化を監視するため、本実施の形態では、圧力比低裕度、ホイルベース（ＷＳ）温度、ガスタービン（ＧＴ）排気ガス温度、及びＧＴ効率を用いてガスタービン２５を監視するとともに、参考データとしてＧＴ通過灰量を監視した。
【００４５】
圧力比低裕度は、圧力比＝ＧＴ出口圧力／ＧＴ入口圧力で算出され、摩耗が進展すると、スロート面積（動翼と静翼との隙間）が拡大し、ＧＴ出口圧力が低下する。つまり、圧力比が低下して、裕度がなくなることになる。
【００４６】
ホイルスペースとは、動翼根本シャンク部とノズルダイヤフラムとの間のスペースをいい、ＧＴ翼の摩耗、シュラウドの摩耗により左右の温度差が出る。さらに、摩耗が進展して静翼に穴が空いた場合には、冷却媒体対流箇所にガス（排ガス）が混入するので、結果的に熱交換率が低下して温度が上昇する。
【００４７】
ＧＴ排ガス温度の測定は、例えば、ガスタービン第３段後（第３段タービン２５ｉの後）の排ガス温度を測定する。摩耗が進展して、静翼に穴が空いた場合には、冷却媒体対流箇所にガスが混入するので、結果的に熱交換率が低下し、温度が上昇する。
【００４８】
ＧＴ効率は、ＧＴ効率＝｛ＧＴ出力（実測値）×１００｝／｛ＧＴ入口流量×ＧＴ入口エンタルピ−圧縮機出口流量×圧縮機出口エンタルピ｝で求められる。そして、摩耗が進展し、静翼に穴が空いた場合には、ＧＴ出力の低下によってＧＴ効率も低下する。
【００４９】
ＧＴ通過灰量は、データ採取を行って、１時間平均値の累積によって灰量を算出した。ＧＴ通過灰量の増大に伴って、ＧＴ翼の摩耗リスクが高まるため、ここでは、参考データとして活用する。
【００５０】
図４は、本実施の形態によるＧＴ経年劣化判定装置の一例を示すブロック図であり、ＧＴ経年劣化判定装置７０は、例えば、コンピュータシステムであって、圧力比低裕度判定部７１、ＷＳ温度判定部７２、ＧＴ排気ガス温度判定部７３、ＧＴ効率判定部７４を有するとともに、警報生成部７５を有している。
【００５１】
図示のＧＴ経年劣化判定装置７０には、第１及び第２の圧力センサ７６及び７７が接続され、第１及び第２の圧力センサ７６及び７７はそれぞれＧＴ出口圧力及びＧＴ入口圧力を計測する。さらに、第１〜第１０の温度センサ８１〜９０によって、それぞれ１段前内ＷＳ温度、１段前外ＷＳ温度、１段後外ＷＳ温度、２段前外ＷＳ温度、２段後外ＷＳ温度、３段前外ＷＳ温度、３段後外ＷＳ温度、ＧＴ圧縮機出口温度、ＧＴ入口空気温度、及び排ガス温度が計測されて、ＧＴ経年劣化判定装置７０に与えられる（ここで、１段〜第３段という文言はそれぞれ第１段タービン〜第３段タービンを表している）。
【００５２】
また、第１及び第２の流量計９１及び９２によってそれぞれ排ガスのＧＴ入口流量及び空気の圧縮機出口流量が計測されて、ＧＴ経年劣化判定装置７０に与えられる。なお、図示はしないが、ＧＴの出力が実測され、ＧＴ経年劣化判定装置７０に与えられる。
【００５３】
ここで、図５に示すフローチャートを参照すると、圧力比低裕度判定部７１では、圧力比＝ＧＴ出口圧力／ＧＴ入口圧力を算出して（ステップＳ１）、この圧力比が予め規定された比率（値：基準値）よりも低下して、基準値に対する比率が所定の圧力比低裕度（例えば、２８％）以下になると（基準値比率≦圧力比低裕度：ステップＳ２）、裕度が低下したと判定して、裕度低下判定信号を警報生成部７５に出力する（ステップＳ３）。
【００５４】
ＷＳ温度判定部７２では、１段前内ＷＳ温度、１段前外ＷＳ温度、１段後外ＷＳ温度、２段前外ＷＳ温度、２段後外ＷＳ温度、３段前外ＷＳ温度、３段後外ＷＳ温度、ＧＴ圧縮機出口温度、及びＧＴ入口空気温度を受け、第１〜第７の温度差を算出する（ステップＳ４）。
【００５５】
ここで、第１の温度差は、｛１段前内ＷＳ温度−ＧＴ圧縮機出口温度｝で求められ、第２の温度差は、｛１段前外ＷＳ温度−ＧＴ圧縮機出口温度｝で求められる。同様にして、第３の温度差、第４の温度差、第５の温度差、第６の温度差、及び第７の温度差は、それぞれ｛１段後外ＷＳ温度−ＧＴ圧縮機出口温度｝、｛２段前外ＷＳ温度−ＧＴ圧縮機出口温度｝、｛２段後外ＷＳ温度−ＧＴ圧縮機出口温度｝、｛３段前外ＷＳ温度−ＧＴ圧縮機出口温度｝、及び｛３段後外ＷＳ温度−ＧＴ入口空気温度｝で求められる。
【００５６】
ＷＳ温度判定部７２には、予め第１〜第７の温度差に対してそれぞれ第１〜第７の温度閾値が設定されており、例えば、第１の温度閾値＝５７℃、第２の温度閾値＝７３℃、第３の温度閾値１０２℃、第４の温度閾値＝７０℃、第５の温度閾値＝３９℃、第６の温度閾値８４℃、第７の温度閾値＝１９９℃とする。
【００５７】
ＷＳ温度判定部７２は、第１の温度差≧第１の温度閾値、第２の温度差≧第２の温度閾値、第３の温度差≧第３の温度閾値、第４の温度差≧第４の温度閾値、第５の温度差≧第５の温度閾値、第６の温度差≧第６の温度閾値、第７の温度差≧第７の温度閾値であるかを調べる（第１〜第７の温度閾値との比較：ステップＳ５）。
【００５８】
そして、ＷＳ温度判定部７２は、第７の温度差≧第７の温度閾値であって、かつ第１の温度差≧第１の温度閾値、第２の温度差≧第２の温度閾値、第３の温度差≧第３の温度閾値、第４の温度差≧第４の温度閾値、第５の温度差≧第５の温度閾値、及び第６の温度差≧第６の温度閾値の少なくとも１つが満たされると（条件が満たされたか：ステップＳ６）、ＷＳ温度低下判定信号を警報生成部７５に出力する（ステップＳ７）。
【００５９】
ＧＴ排気ガス温度判定部７３では、排ガス温度が予め設定された排ガス温度閾値（例えば、４３０℃）以上であるか（排ガス温度≧排ガス温度閾値）を調べて（ステップＳ８）、排ガス温度≧排ガス温度閾値であると、ＧＴ排気ガス温度判定部７３は、排ガス温度上昇判定信号を警報生成部７５に出力する（ステップＳ９）。
【００６０】
さらに、ＧＴ効率判定部７４では、ＧＴ入口エンタルピ及び圧縮機出口エンタルピを求めて（ステップＳ１０）、前述した｛ＧＴ出力（実測値）×１００｝／｛ＧＴ入口流量×ＧＴ入口エンタルピ−圧縮機出口流量×圧縮機出口エンタルピ｝によってＧＴ効率を得る（ステップＳ１１）。そして、このＧＴ効率をＧＴ効率閾値（例えば、１６％）と比較する（ステップＳ１３）。なお、図示はしないが、別に大気温度が測定され、このＧＴ効率閾値は大気温度に応じて補正される（ステップＳ１２）。例えば、大気温度が上昇するとＧＴ効率閾値は高くなり、大気温度が低下するとＧＴ効率閾値は低下する。
【００６１】
ＧＴ効率判定部７４では、ＧＴ効率≦ＧＴ効率閾値となると（ステップＳ１４）、ＧＴ効率が低下したとして、ＧＴ効率低下判定信号を警報生成部７５に与える（ステップＳ１５）。警報生成部７５では、裕度低下判定信号、ＷＳ温度低下判定信号、排ガス温度上昇判定信号、及びＧＴ効率低下判定信号の少なくとも１つを受けると（ステップＳ１６）、ＧＴ経年劣化であるとして、警報を出力する（ステップＳ１７）。つまり、ＧＴ翼に異常摩耗が発生したことを告げることになる。
【００６２】
このような警告が発せられると、関係各部署で協議の上、ガスタービン２５の停止操作を行うことになるが、この際、前述のＧＴ通過灰量が参考データとして考慮される。このＧＴ通過灰量は、サイクロン閉塞現象等で灰量が摩耗評価量（例えば、１２０４トン）以上であるか否かを判定することによって評価される。なお、上述のデータ収集は、例えば、プラントデータ収集に合わせて３回／１日行うようにする。
【００６３】
図６（ａ）は、ある月におけるガスタービン２５の出力ＡとＧＴ出口灰量Ｂとの関係を示す図であり、図６（ｂ）は当該月における１日あたりのＧＴ通過灰量の変化を棒グラフで示す図である。図示の例では、ＧＴ通過灰量の変化は大きくないものの、ＧＴ通過灰量が大きく変化した際には、ガスタービン２５に摩耗が生じる可能性が大きく、ＧＴ通過灰量を考慮して、ガスタービン２５の停止を決定することになる。
【００６４】
このようにして、ＧＴ効率については、大気温度の影響を受けないように、判定基準値（ＧＴ効率閾値）を大気温度で補正し、また、ＷＳ温度についても、大気温度の変化による影響を受けないように、各ＷＳと冷却空気（冷却媒体）との温度差を監視して判定を行うようにした。
【００６５】
従って、ＧＴの運転実績の少ない所定の期間（例えば、２５００時間）を越える連続運転を行う際に、ＧＴ翼の摩耗による経年劣化を正確にかつ早期に発見するとこができ、適切な対処を早急に行うことができる。
【００６６】
加えて、大気温度の変化に対応しつつ、ＧＴ翼の経年劣化を監視するようにしたので、年間を通じて同一の条件でＧＴ翼の摩耗判定を行うことができる。そして、ＧＴ翼摩耗による経年劣化を早期に発見して対処できる結果、ＧＴ翼の寿命を長く保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態によるガスタービン経年劣化判定装置の一例が用いられるＰＦＢＣプラントの一例を示す図である。
【図２】図１に示すＰＦＢＣプラントで用いられるガスタービンの一例を示す断面図である。
【図３】図２に示すガスタービンの一部を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態によるガスタービン経年劣化判定装置の一例を示すブロック図である。
【図５】図４に示すガスタービン経年劣化判定装置の動作を説明するためのフロー図である。
【図６】ガスタービンの通過灰量を説明するための図であり、（ａ）は、ある月におけるガスタービンの出力変化とガスタービン出口灰量との関係を示す図であり、（ｂ）は当該月における１日あたりのガスタービン通過灰量の変化を棒グラフで示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１１，１２ ボイラー
２５ ガスタービン（ＧＴ）
３０ 圧縮機（コンプレッサ）
３３ バグフィルタ
３６ 蒸気タービン
３８ 復水器
７０ ＧＴ経年劣化判定装置
７１ 圧力比低裕度判定部
７２ ＷＳ温度判定部
７３ ＧＴ排気ガス温度判定部
７４ ＧＴ効率判定部
７５ 警報生成部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの経年劣化を判定する判定装置及びその判定方法に関し、特に、加圧流動床ボイラーとともに用いられるガスタービンのタービン翼の摩耗等の経年劣化を判定する判定装置及びその判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、加圧流動床燃焼（ＰＦＢＣ）プラントにおいては、ガスタービンはその翼の摩耗等による経年劣化が不可避的に生じるが、ガスタービン翼の摩耗等の経年劣化傾向の見落しによるトラブルの発生を防止するため、ガスタービンの運転状態を監視することが行われている。
【０００３】
従来、加圧流動床燃焼プラントにおいて、ガスタービンの運転状態を監視する際には、「蒸気タービン出力」、「ガスタービン出力」、「ガスタービン入口案内羽根（ＩＧＶ）開度」、「圧力比裕度」、「圧縮機比圧力低」、「圧縮機効率」、「ガスタービン効率」、「軸受振動」、「排ガスダスト濃度」、及び「ホイルスペース温度」を管理項目として設定し、ガスタービンの運転状態を監視するようにしている。
【０００４】
ＰＦＢＣプラントでは石炭を燃焼させて発電するが、この際、石炭の燃焼に伴い石炭中に含まれる灰分を主成分としたダストが発生する。このダストを取り除くために集塵装置が用いられるが、集塵装置ではダストを完全に補足することは困難である。このため、補足されないダストがガスタービンへ流入し、ダストの堆積又はエロージョンによる翼の摩耗が発生する。
【０００５】
このようなガスタービンへのダスト堆積又はエロージョンによる翼の摩耗を、ガスタービンを停止することなく点検するため、タービン効率，圧縮機の運転圧力比、スラスト軸受メタル温度、タービン入口修正流量のいずれかの監視により検出するようにしたものもある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−３２６５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＰＦＢＣプラントにおいて、ガスタービンを、長期間（例えば、２５００時間）を越えて連続的に運転すると、トラブル防止の観点から、精度よくしかも速やかに（つまり、正確に）ガスタービン翼の摩耗に起因する経年劣化を判定する必要がある。
【０００７】
しかしながら、上記の管理項目のうち、「ガスタービン効率」及び「ホイルスペース温度」については、気温変化の影響を受けて測定値が変化してしまい、正確に経年劣化判定を行うことが難しいという課題がある。
【０００８】
従って、本発明は、ガスタービン翼の摩耗等の経年劣化を精度よく判定することのできるガスタービン経年劣化判定装置及びその判定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】
（１）本発明は、ボイラーからの燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンの経年劣化を判定するためのガスタービン経年劣化判定装置であって、前記ガスタービンの入口圧力と出口圧力とに応じた圧力比の裕度、前記ガスタービンのホイルスペース温度、前記ガスタービンからの燃焼排ガス温度、及び前記ガスタービンの効率に応じて前記ガスタービンのタービン翼が劣化したか否かを判定する判定手段と、該判定手段によって前記タービン翼が劣化したと判定されると、警報を発する警報生成手段とを有することを特徴とするものである。
【００１０】
（１）に記載のガスタービン経年劣化判定装置では、圧力比の裕度、ホイルスペース温度、燃焼排ガス温度、及びガスタービン効率に応じてガスタービンのタービン翼が劣化したか否かを判定するようにしたので、長期間に亘ってガスタービンを連続運転する際に、精度よくガスタービン翼の経年劣化を判定することができる。
【００１１】
（２）本発明は、（１）に記載のガスタービン経年劣化判定装置において、前記判定手段は、前記ガスタービン効率に応じて前記タービン翼が劣化したか否かを判定する際、大気温度変化を考慮して前記タービン翼が劣化したか否かを判定することを特徴とするものである。
【００１２】
（２）に記載のガスタービン経年劣化判定装置では、大気温度の変化を考慮して、ガスタービン効率によってタービン翼が劣化したか否かを判定するようにしたので、大気温度の変化に影響されることなく、精度よくタービン翼の劣化判定を行うことができる。
【００１３】
（３）本発明は、（２）に記載のガスタービン経年劣化判定装置において、前記判定手段は、前記ガスタービン効率が予め規定されたガスタービン効率閾値以下にあると前記タービン翼が劣化したと判定し、前記ガスタービン効率閾値を前記大気温度変化に応じて補正するようにしたことを特徴とするものである。
【００１４】
（３）に記載のガスタービン経年劣化判定装置では、ガスタービン効率閾値を大気温度の変化に応じて補正するようにしたので、大気温度の変化に影響されることなく、精度よくタービン翼の劣化判定を行うことができる。
【００１５】
（４）本発明は、（１）〜（３）のいずれかに記載のガスタービン経年劣化判定装置において、前記ボイラーに前記ガスタービンを介して燃焼用空気を供給する圧縮機を有し、前記燃焼用空気は前記ガスタービンの冷却媒体として用いられ、前記判定手段は、前記ホイルスペース温度に応じて前記タービン翼が劣化したか否かを判定する際、前記冷却媒体とホイルスペースとの温度差を監視して、該冷却媒体とホイルスペースとの温度差を考慮して前記タービン翼が劣化したか否かを判定することを特徴とするものである。
【００１６】
（４）に記載のガスタービン経年劣化判定装置では、圧縮機からの冷却媒体とホイルスペースとの温度差を監視して、冷却媒体とホイルスペースとの温度差を考慮してタービン翼が劣化したか否かを判定するようにしたので、気温変化の影響を受けることなく、精度よくタービン翼の劣化判定を行うことができる。
【００１７】
（５）本発明は、（４）に記載のガスタービン経年劣化判定装置において、前記判定手段は前記ホイルスペース温度と前記圧縮機の出口温度との温度差、前記ホイルスペース温度と前記ガスタービンの入口空気温度との温度差に応じて前記タービン翼が劣化したか否かを判定することを特徴とするものである。
【００１８】
（５）に記載のガスタービン経年劣化判定装置では、ホイルスペース温度と圧縮機の出口温度との温度差、ホイルスペース温度とガスタービンの入口空気温度との温度差に応じてタービン翼の劣化を判定するようにしたので、精度よくタービン翼の劣化判定を行うことができる。
【００１９】
（６）本発明は、（１）に記載のガスタービン経年劣化判定装置において、前記判定手段は、前記圧力比の裕度、前記ホイルスペース温度、前記燃焼排ガス温度、及び前記ガスタービンの効率の少なくとも１つが各々に対応して予め規定された基準値以上又は以下となった際に前記タービン翼が劣化したと判定することを特徴とするものである。
【００２０】
（６）に記載のガスタービン経年劣化判定装置では、圧力比の裕度、ホイルスペース温度、燃焼排ガス温度、及びガスタービン効率の少なくとも１つに応じてタービン翼の劣化を判定するようにしたので、早期にタービン翼の劣化を発見することができる。
【００２１】
（７）本発明は、コンピュータによって実行され、ボイラーからの燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンの経年劣化を判定するためのガスタービン経年劣化判定方法であって、前記ガスタービンの入口圧力と出口圧力とに応じた圧力比の裕度、前記ガスタービンのホイルスペース温度、前記ガスタービンからの燃焼排ガス温度、及び前記ガスタービンの効率に応じて前記ガスタービンのタービン翼が劣化したか否かを判定する第１のステップと、該第１のステップによって前記タービン翼が劣化したと判定されると、警報を発する第２のステップとを有することを特徴とするものである。
【００２２】
（７）に記載のガスタービン経年劣化判定方法では、圧力比の裕度、ホイルスペース温度、燃焼排ガス温度、及びガスタービン効率に応じてガスタービンのタービン翼が劣化したか否かを判定するようにしたので、長期間に亘ってガスタービンを連続運転する際に、精度よくガスタービン翼の経年劣化を判定することができる。
【００２３】
（８）本発明は、（７）に記載のガスタービン経年劣化判定方法において、前記第１のステップでは、前記ガスタービン効率が予め規定されたガスタービン効率閾値以下あると、前記タービン翼が劣化したと判定しており、前記ガスタービン効率閾値を大気温度変化に応じて補正するようにしたことを特徴とするものである。
【００２４】
（８）に記載のガスタービン経年劣化判定方法では、ガスタービン効率閾値を大気温度の変化に応じて補正するようにしたので、大気温度の変化に影響されることなく、精度よくタービン翼の劣化判定を行うことができる。
【００２５】
（９）本発明は、（８）に記載のガスタービン経年劣化判定方法において、前記ボイラーに前記ガスタービンを介して燃焼用空気を供給する圧縮機を有し、前記燃焼用空気は前記ガスタービンの冷却媒体として用いられ、前記第１のステップでは、前記ホイルスペース温度に応じて前記タービン翼が劣化したか否かを判定する際、前記ホイルスペース温度と前記圧縮機の出口温度との温度差、前記ホイルスペース温度と前記ガスタービンの入口空気温度との温度差に応じて前記タービン翼が劣化したか否かを判定することを特徴とするものである。
【００２６】
（９）に記載のガスタービン経年劣化判定方法では、ホイルスペース温度と圧縮機の出口温度との温度差、ホイルスペース温度とガスタービンの入口空気温度との温度差に応じてタービン翼の劣化を判定するようにしたので、精度よくタービン翼の劣化判定を行うことができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本発明によれば、ガスタービンの入口圧力と出口圧力とに応じた圧力比の裕度、ガスタービンのホイルスペース温度、ガスタービンからの燃焼排ガス温度、及びガスタービンの効率に応じてガスタービンのタービン翼が劣化したか否かを判定して、タービン翼が劣化したと判定されると、警報を発するようにしたので、ガスタービン翼の摩耗等の経年劣化を精度よく判定することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態によるガスタービン経年劣化判定装置が用いられるＰＦＢＣプラントの一例を示す図である。図１においては、加圧流動床ボイラー（以下単にボイラーと呼ぶ）は、二つ備えられており、ここでは符号１１及び１２で示されている。
【００２９】
ＰＦＢＣプラントでは、燃料として石炭を用いており、石炭は一旦原炭バンカー１３に貯留された後、粗粉砕機１４で粗粉砕され、分級機１５で分級される。その後、石炭は中継ホッパー１６を介して微粉砕機１７及び混練機１８に送られる。微粉砕機１７には水が供給されており、ここで石炭は微粉砕されて混練機１８に送られる。
【００３０】
混練機１８には石灰石ホッパー１９を介して石灰石が送られ、混練機１８において石灰石とともに混練された後、燃料として燃料タンク２０に貯留される。そして、燃料タンク２０内の燃料は燃料ポンプ２１によってボイラー１１及び１２に送られ、ボイラー１１及び１２で燃料が行われる。
【００３１】
ボイラー１１からの排ガスは、無触媒脱硝装置２２を介して一次及び二次サイクロン２３及び２４を通ってガスタービン２５に送られ、ガスタービン２５が駆動され、これによって、発電機２６によって発電が行われる。同様に、ボイラー１２からの排ガスは、無触媒脱硝装置２７を介して一次及び二次サイクロン２８及び２９を通ってガスタービン２５に送られる。
【００３２】
なお、ガスタービン２５の軸に連結された圧縮機（コンプレッサ）３０で圧縮された空気が冷却媒体としてガスタービン２５に送られ、ガスタービン２５を通過した空気はボイラー１１及び１２に送られる。
【００３３】
ガスタービン２５を通過した排ガスは脱硝装置３１が配置された排煙ダクト３２を通ってバグフィルタ３３で粉塵が除去された後、煙突３４から排出される。
【００３４】
一方、図示のように、ボイラー１１及び１２には蒸気配管３５が配設されており、蒸気配管３５で発生した蒸気は蒸気タービン３６に送られ、これによって蒸気タービン３６が駆動されて、蒸気タービン３６に連結された発電機３７によって発電が行われる。
【００３５】
蒸気タービン３６を通過した蒸気は復水器３８によって復水され、復水経路３９を通ってボイラー１１及び１２に戻される。つまり、復水経路３９は蒸気配管３５に連結されている。なお、復水経路３９は排煙ダクト３２に設けられた排熱回収熱交換器４０を通り、ここで排ガスによって予熱されることになる。
【００３６】
図示のように、ボイラー１１及び１２に対応して灰クーラ４１及び４２が配設され、ボイラー１１及び１２における燃焼によって生じた灰成分が灰クーラ４１及び４２を介して灰処理装置（図示せず）に送られる。
【００３７】
また、一次及び二次サイクロン２３及び２４に対応付けて、灰クーラ４３及び４４が配設され、同様に、一次及び二次サイクロン２８及び２９に対応付けて、灰クーラ４５及び４６が配設されている。そして、排ガス中の灰成分がこれらサイクロンによって除去され、灰クーラ４３〜４６を介して灰処理装置に送られる。なお、バグフィルタで捕集された粉塵（灰成分）も同様に、灰処理装置に送られる。
【００３８】
図２は、ガスタービン２５の一例を示す断面図である。図２において、ガスタービン２５は略円筒形状のケーシング（タービン車室）２５ａを有しており、このケーシング２５ａにはガス通路２５ｂが形成されている。また、ガス通路２５ｂの内側には、ロータ（回転軸）２５ｃが配設され、このロータ２５ｃはケーシング２５ａに回転可能に支持されている。
【００３９】
ロータ２５ｃにはガスタービン翼（静翼及び動翼）２５ｄが備えられ、これらガスタービン翼２５ｄはガス通路２５ｂに臨んでいる。これによって、ガス入口２５ｅからガス通路２５ｂに流入した排ガスによってガスタービン翼２５ｄに回転力が加わり、ロータ２５ｃが回転する。
【００４０】
ガスタービン２５のケーシング２５ａには一体的に圧縮機３０のケーシング３０ａが取り付けられ、このケーシング３０ａには空気通路３０ｂが形成されている。また、空気通路３０ｂの内側には、ロータ（回転軸）３０ｃが配設され、このロータ３０ｃはケーシング３０ａに回転可能に支持されるとともに、ロータ２５ｃに連結されている。
【００４１】
ロータ３０ｃにはコンプレッサ翼（静翼及び動翼）３０ｄが備えられ、これらコンプレッサ翼３０ｄは空気通路３０ｂに臨んでいる。空気入口３０ｅ近傍には圧縮機入口案内翼（ＩＧＶ）３０ｆが備えられ、空気入口３０ｅから空気通路３０ｂに流入した空気はコンプレッサ翼３０ｄの回転により圧縮されて、ガスタービン２５内に供給され、その後前述のようにボイラー１１及び１２（図１）に送られる。なお、ロータ２５ｃには発電機２６（図１）が連結されている。
【００４２】
図３は、図２に示すガスタービン２５の一部を示す断面図であり、図示の例では、ガスタービン２５は、第１段タービン２５ｇ、第２段タービン２５ｈ、第３段タービン２５ｉを有しており、排ガス（燃焼ガス）が図中太線矢印で示すように流入し、一方、圧縮機３０からの空気（圧縮機吐出空気）が破線矢印で示すように、ガスタービン２５に流入し、ガスタービン２５からボイラー１１及び１２（図１参照）に与えられる。
【００４３】
ところで、前述したように、ＰＦＢＣプラントにおいて、ガスタービン２５を、長期間（所定の時間、例えば、２５００時間）を越えて連続的に運転すると、トラブル防止の観点から、精度よくしかも速やかにガスタービン翼の摩耗に起因する経年劣化を判定する必要があるが、ここでは、ガスタービン２５の経年劣化（ガスタービン翼の摩耗による経年劣化）を精度よく判定するため、次のような手法を用いた。
【００４４】
所定の時間を越えて、ガスタービン２５を連続運転する際には、前述した管理項目とは別に、ガスタービン２５の経年劣化を監視するため、本実施の形態では、圧力比低裕度、ホイルベース（ＷＳ）温度、ガスタービン（ＧＴ）排気ガス温度、及びＧＴ効率を用いてガスタービン２５を監視するとともに、参考データとしてＧＴ通過灰量を監視した。
【００４５】
圧力比低裕度は、圧力比＝ＧＴ出口圧力／ＧＴ入口圧力で算出され、摩耗が進展すると、スロート面積（動翼と静翼との隙間）が拡大し、ＧＴ出口圧力が低下する。つまり、圧力比が低下して、裕度がなくなることになる。
【００４６】
ホイルスペースとは、動翼根本シャンク部とノズルダイヤフラムとの間のスペースをいい、ＧＴ翼の摩耗、シュラウドの摩耗により左右の温度差が出る。さらに、摩耗が進展して静翼に穴が空いた場合には、冷却媒体対流箇所にガス（排ガス）が混入するので、結果的に熱交換率が低下して温度が上昇する。
【００４７】
ＧＴ排ガス温度の測定は、例えば、ガスタービン第３段後（第３段タービン２５ｉの後）の排ガス温度を測定する。摩耗が進展して、静翼に穴が空いた場合には、冷却媒体対流箇所にガスが混入するので、結果的に熱交換率が低下し、温度が上昇する。
【００４８】
ＧＴ効率は、ＧＴ効率＝｛ＧＴ出力（実測値）×１００｝／｛ＧＴ入口流量×ＧＴ入口エンタルピ−圧縮機出口流量×圧縮機出口エンタルピ｝で求められる。そして、摩耗が進展し、静翼に穴が空いた場合には、ＧＴ出力の低下によってＧＴ効率も低下する。
【００４９】
ＧＴ通過灰量は、データ採取を行って、１時間平均値の累積によって灰量を算出した。ＧＴ通過灰量の増大に伴って、ＧＴ翼の摩耗リスクが高まるため、ここでは、参考データとして活用する。
【００５０】
図４は、本実施の形態によるＧＴ経年劣化判定装置の一例を示すブロック図であり、ＧＴ経年劣化判定装置７０は、例えば、コンピュータシステムであって、圧力比低裕度判定部７１、ＷＳ温度判定部７２、ＧＴ排気ガス温度判定部７３、ＧＴ効率判定部７４を有するとともに、警報生成部７５を有している。
【００５１】
図示のＧＴ経年劣化判定装置７０には、第１及び第２の圧力センサ７６及び７７が接続され、第１及び第２の圧力センサ７６及び７７はそれぞれＧＴ出口圧力及びＧＴ入口圧力を計測する。さらに、第１〜第１０の温度センサ８１〜９０によって、それぞれ１段前内ＷＳ温度、１段前外ＷＳ温度、１段後外ＷＳ温度、２段前外ＷＳ温度、２段後外ＷＳ温度、３段前外ＷＳ温度、３段後外ＷＳ温度、ＧＴ圧縮機出口温度、ＧＴ入口空気温度、及び排ガス温度が計測されて、ＧＴ経年劣化判定装置７０に与えられる（ここで、１段〜第３段という文言はそれぞれ第１段タービン〜第３段タービンを表している）。
【００５２】
また、第１及び第２の流量計９１及び９２によってそれぞれ排ガスのＧＴ入口流量及び空気の圧縮機出口流量が計測されて、ＧＴ経年劣化判定装置７０に与えられる。なお、図示はしないが、ＧＴの出力が実測され、ＧＴ経年劣化判定装置７０に与えられる。
【００５３】
ここで、図５に示すフローチャートを参照すると、圧力比低裕度判定部７１では、圧力比＝ＧＴ出口圧力／ＧＴ入口圧力を算出して（ステップＳ１）、この圧力比が予め規定された比率（値：基準値）よりも低下して、基準値に対する比率が所定の圧力比低裕度（例えば、２８％）以下になると（基準値比率≦圧力比低裕度：ステップＳ２）、裕度が低下したと判定して、裕度低下判定信号を警報生成部７５に出力する（ステップＳ３）。
【００５４】
ＷＳ温度判定部７２では、１段前内ＷＳ温度、１段前外ＷＳ温度、１段後外ＷＳ温度、２段前外ＷＳ温度、２段後外ＷＳ温度、３段前外ＷＳ温度、３段後外ＷＳ温度、ＧＴ圧縮機出口温度、及びＧＴ入口空気温度を受け、第１〜第７の温度差を算出する（ステップＳ４）。
【００５５】
ここで、第１の温度差は、｛１段前内ＷＳ温度−ＧＴ圧縮機出口温度｝で求められ、第２の温度差は、｛１段前外ＷＳ温度−ＧＴ圧縮機出口温度｝で求められる。同様にして、第３の温度差、第４の温度差、第５の温度差、第６の温度差、及び第７の温度差は、それぞれ｛１段後外ＷＳ温度−ＧＴ圧縮機出口温度｝、｛２段前外ＷＳ温度−ＧＴ圧縮機出口温度｝、｛２段後外ＷＳ温度−ＧＴ圧縮機出口温度｝、｛３段前外ＷＳ温度−ＧＴ圧縮機出口温度｝、及び｛３段後外ＷＳ温度−ＧＴ入口空気温度｝で求められる。
【００５６】
ＷＳ温度判定部７２には、予め第１〜第７の温度差に対してそれぞれ第１〜第７の温度閾値が設定されており、例えば、第１の温度閾値＝５７℃、第２の温度閾値＝７３℃、第３の温度閾値１０２℃、第４の温度閾値＝７０℃、第５の温度閾値＝３９℃、第６の温度閾値８４℃、第７の温度閾値＝１９９℃とする。
【００５７】
ＷＳ温度判定部７２は、第１の温度差≧第１の温度閾値、第２の温度差≧第２の温度閾値、第３の温度差≧第３の温度閾値、第４の温度差≧第４の温度閾値、第５の温度差≧第５の温度閾値、第６の温度差≧第６の温度閾値、第７の温度差≧第７の温度閾値であるかを調べる（第１〜第７の温度閾値との比較：ステップＳ５）。
【００５８】
そして、ＷＳ温度判定部７２は、第７の温度差≧第７の温度閾値であって、かつ第１の温度差≧第１の温度閾値、第２の温度差≧第２の温度閾値、第３の温度差≧第３の温度閾値、第４の温度差≧第４の温度閾値、第５の温度差≧第５の温度閾値、及び第６の温度差≧第６の温度閾値の少なくとも１つが満たされると（条件が満たされたか：ステップＳ６）、ＷＳ温度低下判定信号を警報生成部７５に出力する（ステップＳ７）。
【００５９】
ＧＴ排気ガス温度判定部７３では、排ガス温度が予め設定された排ガス温度閾値（例えば、４３０℃）以上であるか（排ガス温度≧排ガス温度閾値）を調べて（ステップＳ８）、排ガス温度≧排ガス温度閾値であると、ＧＴ排気ガス温度判定部７３は、排ガス温度上昇判定信号を警報生成部７５に出力する（ステップＳ９）。
【００６０】
さらに、ＧＴ効率判定部７４では、ＧＴ入口エンタルピ及び圧縮機出口エンタルピを求めて（ステップＳ１０）、前述した｛ＧＴ出力（実測値）×１００｝／｛ＧＴ入口流量×ＧＴ入口エンタルピ−圧縮機出口流量×圧縮機出口エンタルピ｝によってＧＴ効率を得る（ステップＳ１１）。そして、このＧＴ効率をＧＴ効率閾値（例えば、１６％）と比較する（ステップＳ１３）。なお、図示はしないが、別に大気温度が測定され、このＧＴ効率閾値は大気温度に応じて補正される（ステップＳ１２）。例えば、大気温度が上昇するとＧＴ効率閾値は高くなり、大気温度が低下するとＧＴ効率閾値は低下する。
【００６１】
ＧＴ効率判定部７４では、ＧＴ効率≦ＧＴ効率閾値となると（ステップＳ１４）、ＧＴ効率が低下したとして、ＧＴ効率低下判定信号を警報生成部７５に与える（ステップＳ１５）。警報生成部７５では、裕度低下判定信号、ＷＳ温度低下判定信号、排ガス温度上昇判定信号、及びＧＴ効率低下判定信号の少なくとも１つを受けると（ステップＳ１６）、ＧＴ経年劣化であるとして、警報を出力する（ステップＳ１７）。つまり、ＧＴ翼に異常摩耗が発生したことを告げることになる。
【００６２】
このような警告が発せられると、関係各部署で協議の上、ガスタービン２５の停止操作を行うことになるが、この際、前述のＧＴ通過灰量が参考データとして考慮される。このＧＴ通過灰量は、サイクロン閉塞現象等で灰量が摩耗評価量（例えば、１２０４トン）以上であるか否かを判定することによって評価される。なお、上述のデータ収集は、例えば、プラントデータ収集に合わせて３回／１日行うようにする。
【００６３】
図６（ａ）は、ある月におけるガスタービン２５の出力ＡとＧＴ出口灰量Ｂとの関係を示す図であり、図６（ｂ）は当該月における１日あたりのＧＴ通過灰量の変化を棒グラフで示す図である。図示の例では、ＧＴ通過灰量の変化は大きくないものの、ＧＴ通過灰量が大きく変化した際には、ガスタービン２５に摩耗が生じる可能性が大きく、ＧＴ通過灰量を考慮して、ガスタービン２５の停止を決定することになる。
【００６４】
このようにして、ＧＴ効率については、大気温度の影響を受けないように、判定基準値（ＧＴ効率閾値）を大気温度で補正し、また、ＷＳ温度についても、大気温度の変化による影響を受けないように、各ＷＳと冷却空気（冷却媒体）との温度差を監視して判定を行うようにした。
【００６５】
従って、ＧＴの運転実績の少ない所定の期間（例えば、２５００時間）を越える連続運転を行う際に、ＧＴ翼の摩耗による経年劣化を正確にかつ早期に発見するとこができ、適切な対処を早急に行うことができる。
【００６６】
加えて、大気温度の変化に対応しつつ、ＧＴ翼の経年劣化を監視するようにしたので、年間を通じて同一の条件でＧＴ翼の摩耗判定を行うことができる。そして、ＧＴ翼摩耗による経年劣化を早期に発見して対処できる結果、ＧＴ翼の寿命を長く保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態によるガスタービン経年劣化判定装置の一例が用いられるＰＦＢＣプラントの一例を示す図である。
【図２】図１に示すＰＦＢＣプラントで用いられるガスタービンの一例を示す断面図である。
【図３】図２に示すガスタービンの一部を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態によるガスタービン経年劣化判定装置の一例を示すブロック図である。
【図５】図４に示すガスタービン経年劣化判定装置の動作を説明するためのフロー図である。
【図６】ガスタービンの通過灰量を説明するための図であり、（ａ）は、ある月におけるガスタービンの出力変化とガスタービン出口灰量との関係を示す図であり、（ｂ）は当該月における１日あたりのガスタービン通過灰量の変化を棒グラフで示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１１，１２ ボイラー
２５ ガスタービン（ＧＴ）
３０ 圧縮機（コンプレッサ）
３３ バグフィルタ
３６ 蒸気タービン
３８ 復水器
７０ ＧＴ経年劣化判定装置
７１ 圧力比低裕度判定部
７２ ＷＳ温度判定部
７３ ＧＴ排気ガス温度判定部
７４ ＧＴ効率判定部
７５ 警報生成部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラーからの燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンの経年劣化を判定するためのガスタービン経年劣化判定装置であって、
前記ガスタービンの入口圧力と出口圧力とに応じた圧力比の裕度、前記ガスタービンのホイルスペース温度、前記ガスタービンからの燃焼排ガス温度、及び前記ガスタービンの効率に応じて前記ガスタービンのタービン翼が劣化したか否かを判定する判定手段と、
該判定手段によって前記タービン翼が劣化したと判定されると、警報を発する警報生成手段とを有することを特徴とするガスタービン経年劣化判定装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記ガスタービン効率に応じて前記タービン翼が劣化したか否かを判定する際、大気温度変化を考慮して前記タービン翼が劣化したか否かを判定することを特徴とする請求項１記載のガスタービン経年劣化判定装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記ガスタービン効率が予め規定されたガスタービン効率閾値以下にあると前記タービン翼が劣化したと判定し、前記ガスタービン効率閾値を前記大気温度変化に応じて補正するようにしたことを特徴とする請求項２記載のガスタービン経年劣化判定装置。
【請求項４】
前記ボイラーに前記ガスタービンを介して燃焼用空気を供給する圧縮機を有し、前記燃焼用空気は前記ガスタービンの冷却媒体として用いられ、
前記判定手段は、前記ホイルスペース温度に応じて前記タービン翼が劣化したか否かを判定する際、前記冷却媒体とホイルスペースとの温度差を監視して、該冷却媒体とホイルスペースとの温度差を考慮して前記タービン翼が劣化したか否かを判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のガスタービン経年劣化判定装置。
【請求項５】
前記判定手段は前記ホイルスペース温度と前記圧縮機の出口温度との温度差、前記ホイルスペース温度と前記ガスタービンの入口空気温度との温度差に応じて前記タービン翼が劣化したか否かを判定することを特徴とする請求項４記載のガスタービン経年劣化判定装置。
【請求項６】
前記判定手段は、前記圧力比の裕度、前記ホイルスペース温度、前記燃焼排ガス温度、及び前記ガスタービンの効率の少なくとも１つが各々に対応して予め規定された基準値以上又は以下となった際に前記タービン翼が劣化したと判定することを特徴とする請求項１記載のガスタービン経年劣化判定装置。
【請求項７】
コンピュータによって実行され、ボイラーからの燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンの経年劣化を判定するためのガスタービン経年劣化判定方法であって、
前記ガスタービンの入口圧力と出口圧力とに応じた圧力比の裕度、前記ガスタービンのホイルスペース温度、前記ガスタービンからの燃焼排ガス温度、及び前記ガスタービンの効率に応じて前記ガスタービンのタービン翼が劣化したか否かを判定する第１のステップと、
該第１のステップによって前記タービン翼が劣化したと判定されると、警報を発する第２のステップとを有することを特徴とするガスタービン経年劣化判定方法。
【請求項８】
前記第１のステップでは、前記ガスタービン効率が予め規定されたガスタービン効率閾値以下あると、前記タービン翼が劣化したと判定しており、前記ガスタービン効率閾値を大気温度変化に応じて補正するようにしたことを特徴とする請求項７記載のガスタービン経年劣化判定方法。
【請求項９】
前記ボイラーに前記ガスタービンを介して燃焼用空気を供給する圧縮機を有し、前記燃焼用空気は前記ガスタービンの冷却媒体として用いられ、
前記第１のステップでは、前記ホイルスペース温度に応じて前記タービン翼が劣化したか否かを判定する際、前記ホイルスペース温度と前記圧縮機の出口温度との温度差、前記ホイルスペース温度と前記ガスタービンの入口空気温度との温度差に応じて前記タービン翼が劣化したか否かを判定することを特徴とする請求項８記載のガスタービン経年劣化判定方法。
【請求項１】
ボイラーからの燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンの経年劣化を判定するためのガスタービン経年劣化判定装置であって、
前記ガスタービンの入口圧力と出口圧力とに応じた圧力比の裕度、前記ガスタービンのホイルスペース温度、前記ガスタービンからの燃焼排ガス温度、及び前記ガスタービンの効率に応じて前記ガスタービンのタービン翼が劣化したか否かを判定する判定手段と、
該判定手段によって前記タービン翼が劣化したと判定されると、警報を発する警報生成手段とを有することを特徴とするガスタービン経年劣化判定装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記ガスタービン効率に応じて前記タービン翼が劣化したか否かを判定する際、大気温度変化を考慮して前記タービン翼が劣化したか否かを判定することを特徴とする請求項１記載のガスタービン経年劣化判定装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記ガスタービン効率が予め規定されたガスタービン効率閾値以下にあると前記タービン翼が劣化したと判定し、前記ガスタービン効率閾値を前記大気温度変化に応じて補正するようにしたことを特徴とする請求項２記載のガスタービン経年劣化判定装置。
【請求項４】
前記ボイラーに前記ガスタービンを介して燃焼用空気を供給する圧縮機を有し、前記燃焼用空気は前記ガスタービンの冷却媒体として用いられ、
前記判定手段は、前記ホイルスペース温度に応じて前記タービン翼が劣化したか否かを判定する際、前記冷却媒体とホイルスペースとの温度差を監視して、該冷却媒体とホイルスペースとの温度差を考慮して前記タービン翼が劣化したか否かを判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のガスタービン経年劣化判定装置。
【請求項５】
前記判定手段は前記ホイルスペース温度と前記圧縮機の出口温度との温度差、前記ホイルスペース温度と前記ガスタービンの入口空気温度との温度差に応じて前記タービン翼が劣化したか否かを判定することを特徴とする請求項４記載のガスタービン経年劣化判定装置。
【請求項６】
前記判定手段は、前記圧力比の裕度、前記ホイルスペース温度、前記燃焼排ガス温度、及び前記ガスタービンの効率の少なくとも１つが各々に対応して予め規定された基準値以上又は以下となった際に前記タービン翼が劣化したと判定することを特徴とする請求項１記載のガスタービン経年劣化判定装置。
【請求項７】
コンピュータによって実行され、ボイラーからの燃焼排ガスによって駆動されるガスタービンの経年劣化を判定するためのガスタービン経年劣化判定方法であって、
前記ガスタービンの入口圧力と出口圧力とに応じた圧力比の裕度、前記ガスタービンのホイルスペース温度、前記ガスタービンからの燃焼排ガス温度、及び前記ガスタービンの効率に応じて前記ガスタービンのタービン翼が劣化したか否かを判定する第１のステップと、
該第１のステップによって前記タービン翼が劣化したと判定されると、警報を発する第２のステップとを有することを特徴とするガスタービン経年劣化判定方法。
【請求項８】
前記第１のステップでは、前記ガスタービン効率が予め規定されたガスタービン効率閾値以下あると、前記タービン翼が劣化したと判定しており、前記ガスタービン効率閾値を大気温度変化に応じて補正するようにしたことを特徴とする請求項７記載のガスタービン経年劣化判定方法。
【請求項９】
前記ボイラーに前記ガスタービンを介して燃焼用空気を供給する圧縮機を有し、前記燃焼用空気は前記ガスタービンの冷却媒体として用いられ、
前記第１のステップでは、前記ホイルスペース温度に応じて前記タービン翼が劣化したか否かを判定する際、前記ホイルスペース温度と前記圧縮機の出口温度との温度差、前記ホイルスペース温度と前記ガスタービンの入口空気温度との温度差に応じて前記タービン翼が劣化したか否かを判定することを特徴とする請求項８記載のガスタービン経年劣化判定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１４００４（Ｐ２０１０−１４００４Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７４１８０（Ｐ２００８−１７４１８０）
【出願日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
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