ガスタービンの吸気冷却：効果と仕組み

温度が出力を奪う理由

圧縮機は一定速度で回転し、毎秒一定の容積の空気を吸い込みます。空気が高温だとその容積は軽くなり、同じ燃焼温度でタービンの燃料消費は減り、軸出力が低下します。機械にもよりますが、15 °Cを超える1 Kごとにおよそ0.5〜1 %です。圧縮機が高温の空気により多くの仕事を費やすため、効率も低下します。したがって15 °Cで100 MWのタービンは、40 °Cでは約80 MWとなる場合があり、不足する20 MWは、一年で最も価値のあるメガワットです。

蒸発式、フォギング、コイル

蒸発式冷却器とフォギング装置は、吸気に水を噴霧します。水が蒸発し、空気を湿球温度に向けて冷却します。安価で乾燥した気候では効果的ですが、湿球温度より低くは冷やせず、湿った空気ではほとんど効果を失い、処理水を消費します。機械式吸気冷却は、吸気ダクトにフィンコイルを設け、チラーまたは蓄熱タンクからの冷水またはグリコール混合液を送ります。湿度にかかわらず空気を10 °C以下まで冷やせますが、チラープラントとその電力が必要です。

同じコイルは冬には逆に働きます。低温多湿の空気では、吸気フィルターや圧縮機の初段に氷が付着することがあります。吸気コイルに温かいグリコール（回収熱で加熱することが多い）を流すと、空気を氷点上数ケルビンまで上げ、タービンの運転を維持します。多くのプラントは、1つのコイルバンクを両方の用途に使っています。

吸気コイルが耐えるべきもの

吸気コイルはタービンの全空気流中にあるため、その空気側圧力損失は出力に直結します。吸気で1 Pa増えるごとに出力と効率が失われるため、吸気コイルはコンパクトさではなく、低い面風速と低い圧力損失を目標に設計します。空気が露点以下に冷やされると、フィン上で水が凝縮します。コイルの下流のドロップレットエリミネーターとコイル下のドレンパンが、その水を圧縮機から遠ざけます。コイルは吸気中に何も放出してはならず（フィン材、腐食生成物、コーティングの剥片など）、材料とコーティングは現地の大気と清掃方法に合わせて選定します。

TECSは、冷却用および防氷用のガスタービン吸気コイルを製造しており、コイル形状、材料、ドレンパン、エリミネーターをタービンの風量と現場に合わせて設計します。タービンの型式、吸気風量、設計周囲温度と湿度、利用できる冷水または加熱流体をお送りいただければ、適合するコイルバンクを提案書にてお示しします。