JP2016176477A - 余剰空気流を生じる圧縮機とそれのための冷却流体注入とを有する発電システム - Google Patents
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Abstract
【課題】余剰空気流を生じる圧縮機とそれのための冷却流体注入とを有する発電システムを提供する。
【解決手段】第1のガスタービンシステム(102)の第1の燃焼器(108)が、高温燃焼ガスを第1のタービン構成部品(104)に供給し、第1の一体型圧縮機(106)が、第1の燃焼器(108)および/または第1のタービン構成部品(104)の吸入容量よりも大きい流量容量を有し、余剰空気流(200)を生じる。第2のガスタービンシステム(140)が、その圧縮機における余剰容量なしであることを除き、第1のガスタービンシステム(102)と同様の構成部品を含むことができる。制御弁システム(202)が、第1のガスタービンシステム(102)から第2のガスタービンシステム(140)への余剰空気流(200)の流れを制御する。冷却流体注入器が、水または蒸気などの冷却流体を余剰空気流(200)に注入するために余剰空気流(200)路に結合することができる。
【選択図】図1
【解決手段】第1のガスタービンシステム(102)の第1の燃焼器(108)が、高温燃焼ガスを第1のタービン構成部品(104)に供給し、第1の一体型圧縮機(106)が、第1の燃焼器(108)および/または第1のタービン構成部品(104)の吸入容量よりも大きい流量容量を有し、余剰空気流(200)を生じる。第2のガスタービンシステム(140)が、その圧縮機における余剰容量なしであることを除き、第1のガスタービンシステム(102)と同様の構成部品を含むことができる。制御弁システム(202)が、第1のガスタービンシステム(102)から第2のガスタービンシステム(140)への余剰空気流(200)の流れを制御する。冷却流体注入器が、水または蒸気などの冷却流体を余剰空気流(200)に注入するために余剰空気流(200)路に結合することができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、一般に発電システムに関し、より詳しくは、余剰空気流を生じる圧縮機を有するガスタービンシステムと、それのための冷却流体注入器とを含む発電システムに関する。
発電システムは、しばしば、発電するために1つまたは複数の蒸気タービンシステムに結合することができる1つまたは複数のガスタービンシステムを使用する。ガスタービンシステムは、回転軸を有する多段軸流圧縮機を含むことができる。空気が圧縮機の吸気口から入り、圧縮機回転翼段によって圧縮され、次いで燃焼器に排出され、そこで高エネルギー燃料ガス流を提供してタービン構成部品を駆動するために天然ガスなどの燃料が燃焼される。タービン構成部品において、高温ガスのエネルギーは仕事に変換され、そのうちの一部は、回転軸を通じて一体型圧縮機を駆動するのに使用することができ、残りは電力を発生するために回転軸(例えば、回転軸の延長部分)を介して発電機などの負荷を駆動する有用な仕事に利用可能である。いくつかのガスタービンシステムを発電システム内に並列に使用することができる。複合サイクルシステムにおいて、1つまたは複数の蒸気タービンシステムをガスタービンシステムに使用することもできる。この設定において、ガスタービンシステムからの高温排気ガスが、蒸気を生じさせるために1つまたは複数の熱回収蒸気発電機(HRSG:heat recovery steam generator)に供給され、蒸気は、次いでガスタービンシステムと別個のまたは一体型の回転軸を有する蒸気タービン構成部品に供給される。いずれにしても、蒸気のエネルギーは、電力を発生するために発電機などの負荷を駆動するのに使用することができる仕事に変換される。
発電システムが作られるとき、その部分品は、所望の出力を有するシステムを提供するために共に働くように構成される。出力を要求に応じて増加させる、および/または厳しい環境設定の下で出力を維持する能力は、産業界における継続的な課題である。例えば、暑い日に、電力消費が増加し、したがって、発電需要が増加する。暑い日の別の課題は、温度が上昇するにつれて、圧縮機の流量が減少し、その結果として、発電機の出力が減少することである。出力を増加させる(または、例えば、暑い日に出力を維持する)1つの取り組みは、ガスタービンシステムの燃焼器への空気流を増加させることができる構成部品を発電システムに追加することである。空気流を増加させる1つの取り組みは、ガスタービン燃焼器に供給するために補助圧縮機を追加することである。しかし、この特定の取り組みは、典型的には、補助圧縮機に別個の電源を必要とし、これは効率的でない。
空気流を増加させることへの別の取り組みは、圧縮機をアップグレードすることである。現在、圧縮機は、それらの流量容量がそれらの先行する圧縮機よりも高くなるように改善されている。これらの新たな、より大きい容量の圧縮機は、典型的には、新たな同様に構成された燃焼器に対応するかまたは容量の増大に対処することができる従来の燃焼器に対応するかのいずれのために製造される。より新たな、より大きい容量の圧縮機を使用するために従来のガスタービンシステムをアップグレードすることへの課題は、容量の増大に対処するにはシステムの他の高価な部分品をアップグレードしなければならないシステムには、より大きい容量の圧縮機を使用するメカニズムが現在ないことである。圧縮機のアップグレードと同時にアップグレードすることがしばしば必要になる他の部分品は、限定はされないが、燃焼器,ガスタービン構成部品、発電機、変圧器、開閉装置、HRSG、蒸気タービン構成部品、蒸気タービン制御弁などを含む。したがって、圧縮機のアップグレードが理論上は賢明であり得ても、他の部分品をアップグレードするコスト増のため、アップグレードは費用の追加により、賢明でないことになる。
本開示の第1の態様は、第1のタービン構成部品、第1の一体型圧縮機、および燃料および第1の一体型圧縮機からの空気が供給される第1の燃焼器を含む第1のガスタービンシステムであって、第1の燃焼器が、高温燃料ガスを第1のタービン構成部品に供給するように配列され、第1の一体型圧縮機が、第1の燃焼器および第1のタービン構成部品のうちの少なくとも一方の吸入容量よりも大きい流量容量を有し、余剰空気流を生じる、第1のガスタービンシステムと、第2のタービン構成部品、第2の圧縮機、および燃料および第2の圧縮機からの空気が供給される第2の燃焼器を含む第2のガスタービンシステムであって、第2の燃焼器が、高温燃料ガスを第2のタービン構成部品に供給するように配列される、第2のガスタービンシステムと、余剰空気流路に沿った第1のガスタービンシステムから第2のガスタービンシステムへの余剰空気流の流れを制御する制御弁システムと、冷却流体を余剰空気流に注入するために余剰空気流路に結合された冷却流体注入器とを備える発電システムを提供する。
本開示の第2の態様は、第1のタービン構成部品、第1の一体型圧縮機、燃料および第1の一体型圧縮機からの空気が供給される第1の燃焼器を含む第1のガスタービンシステムであって、第1の燃焼器が、高温燃料ガスを第1のタービン構成部品に供給するように配列され、第1の一体型圧縮機が、第1の燃焼器および第1のタービン構成部品のうちの少なくとも一方の吸入容量よりも大きい流量容量を有し、余剰空気流を生じる、第1のガスタービンシステムと、第2のタービン構成部品、第2の圧縮機、および燃料および第2の圧縮機からの空気が供給される第2の燃焼器を含む第2のガスタービンシステムであって、第2の燃焼器が、高温燃料ガスを第2のタービン構成部品に供給するように配列される、第2のガスタービンシステムと、余剰空気流路に沿った第2の圧縮機の排出部分、第2の燃焼器、および第2のタービン構成部品のタービンノズル冷却吸気口のうちの少なくとも1つへの余剰空気流の流れを制御する制御弁システムと、冷却流体を余剰空気流に注入するために余剰空気流路に結合された冷却流体注入器とを備える発電システムであって、制御弁システムが、第2の圧縮機の排出部分への余剰空気流の第1の部分を制御する第1の制御弁と、第2の燃焼器への余剰空気流の第2の部分を制御する第2の制御弁と、第2のタービン構成部品のタービンノズル冷却吸気口への余剰空気流の流れの第3の部分を制御する第3の制御弁とを含み、第1のタービンシステムおよび第2のタービンシステムの各々の排気が、蒸気タービンシステムに動力供給するために少なくとも1つの蒸気発電機に供給される、発電システムを提供する。
本開示の第3の態様は、第1のタービン構成部品と、第1の一体型圧縮機と、燃料および第1の一体型圧縮機からの空気が供給される第1の燃焼器とを含む第1のガスタービンシステムの第1の一体型圧縮機から余剰空気流を取り出すステップであって、第1の一体型圧縮機が、第1の燃焼器および第1のタービン構成部品のうちの少なくとも一方の吸入容量よりも大きい流量容量を有する、取り出すステップと、第2のタービン構成部品と、第2の圧縮機と、燃料および第2の圧縮機からの空気が供給される第2の燃焼器とを含む第2のガスタービンシステムに余剰空気流を向けるステップであって、第2の燃焼器が、高温燃料ガスを第2のタービン構成部品に供給するように配列される、向けるステップと、冷却流体を余剰空気流路に注入するステップとを含む方法を提供する。
本開示の例示的態様は、本明細書に説明する問題および/または論じていない他の問題を解決するように設計される。
本開示のこれらのおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付の図面と併せて、本開示の様々な態様の以下の詳細な説明からより容易に理解されよう。
本発明の図面は原寸に比例していないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様だけを示すことが意図されており、したがって、本開示の範囲を限定するものとみなしてはならない。図面において、同じ番号は図面間で同様の要素を表す。
上述のように、本開示は、余剰空気流を生じる圧縮機を含むガスタービンシステムを含む発電システムを提供する。本発明の実施形態は、発電システムの出力を改善するために余剰空気流を使用するやり方を提供する。
図1を参照すると、本発明の実施形態による発電システム100の回路図が提供される。システム100は、第1のガスタービンシステム102を含む。第1のガスタービンシステム102は、他の構成部品の中で、第1のタービン構成部品104と、第1の一体型圧縮機106と、第1の燃焼器108とを含むことができる。本明細書では、第1の「一体型」圧縮機106とは、圧縮機106およびタービン構成部品104が、とりわけ、共通の圧縮機/タービン回転軸110(回転子110と称されることもある)によって一体的に共に結合され得るので、そのように命名されている。この構造は、別々に電力供給され、タービン構成部品104と一体でない多くの補助圧縮機と対照的である。
燃焼器108は、一般に燃焼領域と燃料ノズル組立品と含む、任意の現在公知のまたは後に開発された燃焼器システムを含むことができる。燃焼器108は、アニュラ型燃焼システムまたはカニュラ型燃焼システムの形をとることができる(図に示すように)。運転中、天然ガスなどの燃料および第1の一体型圧縮機106からの空気は、燃焼器108に供給される。任意選択で、希釈剤を任意の現在公知のまたは後に開発されたやり方で燃焼器108に供給することもできる。第1の一体型圧縮機106によって吸入された空気は、任意の現在公知のまたは後に開発された吸気口フィルタハウジング120中を通過させることができる。理解されるように、燃焼器108は、燃料と空気との混合物の燃焼によって高温燃焼ガスを第1のタービン構成部品104に供給するように配列される。タービン構成部品104において、高温燃焼ガスのエネルギーは、仕事に変換され、そのうちの一部は回転軸110を通じて圧縮機106を駆動するのに使用され、残りは限定はされないが、電力を発生するために発電機122および/または回転軸110(回転軸110の延長部分)を介して別のタービンなどの負荷を駆動する有用な仕事に利用可能である。タービン構成部品104は、高温燃焼ガス流を回転軸110を通して仕事に変換するために任意の現在公知のまたは後に開発されたタービンを含むことができる。
一実施形態において、ガスタービンシステム102は、General Electric Company、Greenville、S.C.から市販されている7FBエンジンとも称されるモデルMS7001FBを含むことができる。しかし、本発明は、任意の1つの特定のガスタービンシステムに限定されず、例えば、General Electric CompanyのMS7001FA(7FA)およびMS9001FA(9FA)モデルを含む他のシステムに関連して実装することができる。
従来のガスタービンシステムモデルと対照的に、第1の一体型圧縮機106は、タービン構成部品104および/または第1の燃焼器108の吸入容量よりも大きい流量容量を有する。すなわち、圧縮機106は、燃焼器108およびタービン構成部品104に合致するように構成された圧縮機に比較してアップグレードされた圧縮機である。本明細書では、「容量」とは流量容量を示す。例えば、ガスタービンシステム102の初期圧縮機は、約487キログラム/秒(kg/s)(1,075ポンド質量/秒(lbm/s))の最大流量容量を有することができ、タービン構成部品104は、実質的に等しい最大流量容量、すなわち、およそ、487kg/sを有することができる。しかし、ここで、圧縮機108が、初期圧縮機に取って代わり、例えば、最大流量容量を約544kg/s(1,200lbm/s)に増大することができ、一方、タービン構成部品104は、引き続き、最大流量容量が、例えば、およそ487kg/sのままである。その結果として、タービン構成部品104は、圧縮機106の容量のすべてを利用することができず、タービン構成部品104の最大容量を上回る余剰空気流200が圧縮機106によって生じる。同様に、一体型圧縮機106の流量容量は、燃焼器108の最大吸入容量を超えることができる。同様のやり方で、タービン構成部品104の出力は、一体型圧縮機106の全流量容量を受けた場合、発電機122の最大許容入力を超え得る。特定の例示的流量値を本明細書では説明しているが、流量容量はガスタービンシステムにより大きく変動することがあり、新たな大容量の一体型圧縮機106が使用されることが強調される。本明細書に説明するように、本発明は、発電システム100の他の部分品に余剰空気流を使用するために発電システム100の様々な実施形態を提供する。
図1に示す実施形態において、発電システム100は、1つまたは複数の第2のガスタービンシステム140も含む。各々の第2のガスタービンシステム140は、第2のタービン構成部品144と、第2の圧縮機146と、第2の燃焼器148とを含むことができる。各々の第2のガスタービンシステム140は、第1のガスタービンシステム102と実質的に同様であり得るが、ただし、それの圧縮機146はアップグレードまたは置き換えされていなくて、引き続きそのそれぞれのタービン構成部品144および/または燃焼器148の流量容量に合致するように構成された流量容量を有する。第1の一体型圧縮機106に対して本明細書に説明したように、第2の圧縮機146からの空気は、燃料とともに第2の燃焼器148に供給され、第2の燃焼器148は、高温燃焼ガスを第2のタービン構成部品144に供給するように配列される。任意選択で、希釈剤を任意の現在公知のまたは後に開発されたやり方で、第2の燃焼器148に供給することもできる。第2の圧縮機146によって吸入された空気は、任意の現在公知のまたは後に開発された吸気口フィルタハウジング150中を通過させることができる。第2のタービン構成部品144において、高温燃焼ガスのエネルギーは仕事に変換され、そのうちの一部は、回転軸152を通じて圧縮機146を駆動するのに使用され、残りは、限定はされないが、電力を発生するために発電機154および/または回転軸152(回転軸152の延長部分)を介して別のタービンなどの負荷を駆動する有用な仕事に利用可能である。
第2のタービン構成部品144は、1つまたは複数のタービンノズル冷却吸気口158も含むことができる。当技術分野で理解されるように、タービン構成部品内の固定ノズルは、数ある中でも、タービン構成部品のノズルを冷却するために注入される冷却流体の流れのためにいくつかの吸気口(図示せず)を含むことができる。ノズル内およびノズルの周りの通路は、必要に応じ、冷却流体を向ける。明確にするために、タービン構成部品144の第1の段に1つの吸気口しか示さないが、タービン構成部品144の各段は、例えば、タービン構成部品の周りに円周方向に離隔された1つまたは複数の吸気口を含むことができることが理解される。さらに、タービンノズル冷却吸気口158を、第2のタービン構成部品144の第1の段から、またはその近くから入るものとして例示するが、理解されるように、吸気口は、実際にはどの段にでも設けることができる。
図1にやはり示すように、一実施形態において、発電システム100は、任意選択で、蒸気タービンシステム160を含む複合サイクル発電所の形をとることができる。蒸気タービンシステム160は、任意の現在公知のまたは後に開発された蒸気タービン配列を含むことができる。図示する例において、高圧(HP)、中圧(IP)および低圧(LP)区分が例示される。しかし、すべてがすべての場合に必要ではない。当技術分野で公知のように、運転中、蒸気は蒸気タービン区分の吸気口から入り、回転軸162(回転子)に結合された回転翼に対して蒸気を下流に向ける固定羽根を通じて通される。蒸気は、回転軸162を回転させる回転翼に力を与える残りの段中を通過することができる。回転軸162の少なくとも一端は、限定はされないが、発電機166および/または別のタービン、例えば、ガスタービン102、140のうちの一方などの負荷または機械に取り付けることができる。蒸気タービンシステム160の蒸気は、1つまたは複数の蒸気発電機168、170、すなわち、熱回収蒸気発電機(HRSG)によって発生させることができる。HRSG168は、第1のタービンシステム102の排気部分172に結合することでき、HRSG170は、第2のタービンシステム140の排気部分174に結合することができる。すなわち、ガスタービンシステム102および/またはガスタービンシステム140の排気部分172、174は、それぞれ、蒸気タービンシステム160に動力供給するために少なくとも1つのHRSG168、170に供給することができる。各ガスタービンシステムは、専用HRSGに結合することができ、またはいくつかのシステムはHRSGを共有することができる。後者の場合、2つの蒸気発電機168、170を例示するが、1つだけを設けることができ、両方の排気部分172、174をそれに向けることができる。HRSG168、170中を通過した後、燃料ガス流は、ここで熱が除去されるが、任意の現在公知のまたは後に開発された排気浄化システム178、例えば、積層体、選択接触還元(SCR:selective catalytic reduction)ユニット、亜酸化窒素フィルタなどを介して排気させることができる。図1は複合サイクルの実施形態を示すが、蒸気発電機168、170を含む蒸気タービンシステム160は省略できることが強調される。この後者の場合、排気部分172、174は、排気浄化システム178に直接通されるまたは他のプロセスで使用される。
発電システム100は、それの様々な構成部品を制御するための任意の現在公知のまたは後に開発された制御システム180も含むことができる。構成部品と別に示すが、制御システム180は、構成部品のすべておよびそれらのそれぞれの制御可能な特徴、例えば、弁、ポンプ、電動機、センサ、配電網、発電機制御装置などに電気的に結合されることが理解される。
第1のガスタービンシステム102の詳細に戻ると、本明細書に記載されるように、第1の一体型圧縮機106は、タービン構成部品104および/または第1の燃焼器108の吸入容量よりも大きい流量容量を有し、それにより余剰空気流200が生じる。余剰空気流200は、第1の一体型圧縮機106の排出部分から取り出される流れとして示される。しかし、余剰空気流200は、適切な弁および関連する制御システムを使用して、所望であれば、例えば、排出部分の上流の1つまたは複数の位置において、排出部分において、および排出部分の下流の1つまたは複数の位置においてなど一体型圧縮機106のどの段からでも取り出すことができることが強調される。いずれにしても、余剰空気流200は、結局、余剰空気流路250に沿って通り、余剰空気流路250は第2のタービンシステム140への1つまたは複数の導管を含むことができる。図1の実施形態において、制御弁システム202が第2のガスタービンシステム140への余剰空気流200の流れを制御するために提供される。余剰空気流200が1つの第2のガスタービンシステム140だけに向けられるように例示されるが、余剰空気流は、所望であれば、1つまたは複数の第2のガスタービンシステム140に向けることができ、そこで余剰空気流が1つよりも多くのシステムを支持することができることが理解される。
発電システム100は、冷却流体を余剰空気流200に注入するために余剰空気流路250に結合された冷却流体注入器252も含むことができる。冷却流体注入器252は、選択された冷却流体を余剰空気流路250に注入するための任意の構造の形をとることができる。一実施形態において、冷却流体は水を含むことができる。この場合、冷却流体注入器252は、水を余剰空気流路250に注入することができる、任意の現在公知のまたは後に開発されたノズルシステムまたは余剰空気流200の圧力に耐えることができる、任意の現在公知のまたは後に開発されたフィルタベースのインライン加湿システムを含むことができる。別の実施形態において、冷却流体は蒸気を含むことができる。この場合、冷却流体注入器252は、蒸気を余剰空気流路250に注入することができる、任意の現在公知のまたは後に開発されたノズルシステムを含むことができる。注入器252への冷却流体源流路254は、任意の必要な流体源に結合することができる。例えば、水の場合には、流路254を貯水器に結合された送水ポンプに結合することができ、蒸気の場合には、流路254を、HRSG168、170、任意の所望の蒸気タービン区分(HP、IP、LP)の選択された段、任意の選択された蒸気タービン(HP、IP、LP)の排出部分などに結合することができる。制御弁256は、冷却流体注入器252への余剰空気流200の量を制御するように動作することができ、制御弁258は、余剰空気流200に導入される冷却流体の量を制御することができる。
余剰空気流200は、いくつかの方法で制御弁システム202によって第1のガスタービンシステム102から第2のタービンシステム140に向けることができる。例示するように、制御弁システム202は、第2の圧縮機146の排出部分210、第2の燃焼器148、および第2のタービン構成部品144のタービンノズル冷却吸気口158のうちの少なくとも1つへの余剰空気流200の流れを制御する。制御弁システム202は、第2のタービンシステム140の所望の部分に余剰空気流200の少なくとも一部分を供給するのに必要な任意の数の弁を含むことができる。例示するように、制御弁システム202は3つの弁を含むことができる。第1の制御弁212は、第2の圧縮機146の排出部分210への余剰空気流200の第1の部分を制御することができる。このようにして、余剰空気流200は、それによる追加のエネルギー消費なしで圧縮機146からの空気の流れを増加させることができる。第2の制御弁214は、第2の燃焼器148への余剰空気流200の第2の部分を制御することができ、したがって、燃焼のために追加の空気を提供することができる。第3の制御弁216は、第2のタービン構成部品144のタービンノズル冷却吸気口158への余剰空気流200の第3の部分を制御して、数ある中でも、タービン構成部品のノズルに冷却流体を提供することができる。運転中、図示する例は、以下のように機能することができる。すなわち、第1に、制御弁212を開き、制御弁214、216を閉じて、余剰空気流200を第2の圧縮機146の排出部分210に供給する。第2に、制御弁212と216とを閉じ、制御弁214を開いて、余剰空気流200を燃焼器148に供給する。最後に、制御弁212、214を閉じ、制御弁216を開いて、余剰空気流200を第2のタービン構成部品144のタービンノズル冷却吸気口158、第2の燃焼器148の数多くの燃焼缶などに供給する。各制御弁212、214、216は、所望の部分的流れを、記載した構成部品に提供するために開と閉との任意の位置に配置することができる。さらに、各制御弁の後に各構成部品への1つの通路を例示するが、さらに配管と制御弁とを設けて、余剰空気流200のそれぞれの部分を様々な下位部分、例えば、第2のタービン構成部品144上の数多くのタービンノズル冷却吸気口158にさらに分配できることが強調される。制御弁システム202は、冷却流体注入器252中を通過する余剰空気流路250内の余剰空気流200を制御するための制御弁256も含むことができる。やはり例示するように、少なくとも1つのセンサ220を、各制御弁212、214、216の後、冷却流体注入器252の前などに、余剰空気流200の一部分、例えば、第1の一体型圧縮機106から取り出されたときの流量を測定するために設けることができる。センサ(図示せず)を冷却流体源流路254内の冷却流体の流量を測定するために使用することもできる。いずれにしても、各センサ220は、制御弁システム202に動作可能に結合することができ、制御弁システム202は任意の現在公知のまたは後に開発された、例示する様々な制御弁の自動動作用の工業制御装置を含むことができる。
制御弁システム202、したがって、余剰空気流200の流れおよび排出装置252の動作は、任意の現在公知のまたは後に開発された工業用コントローラを使用して制御することができ、工業用コントローラは発電システム100全体の制御システム180の一部であり得る。制御システム180は、制御弁システム202を制御するステップを含む、公知のやり方で、発電システム100の様々な構成部品のすべての動作を制御することができる。
余剰空気流200を生じる第1の一体型圧縮機106を有する第1のガスタービンシステム102を含む発電システム100は、従来のシステムに比較していくつかの利点を提供する。例えば、圧縮機106は、システム内のすべての圧縮機をアップグレードすることに比べて、より低コストで発電システム100のパワーブロックピーク、ベースおよび真夏日の出力を改善することができ、それはいくつかのガスタービンが使用されている場合非常に高価であり得る。さらに、本発明の実施形態は、アップグレードされた圧縮機、すなわち、圧縮機106の相対費用を低減し、次いで、余剰空気流をもっと多く効率的に消費するやり方を提供することによって、アップグレードされた圧縮機の実現性および望ましさを改善する。さらに、第1の一体型圧縮機106を含む発電システム100は、以下の例示的サブシステム、すなわち、タービン構成部品104、発電機122、変圧器(図示せず)、開閉装置、HRSG168、蒸気タービンシステム160、蒸気タービン制御弁などのうちの任意の1つまたは複数が小型化される場合、プロジェクトの実現性を改善することによって、システム100の動作範囲を拡大する。このようにして、システム100は、両方の圧縮機106、146をアップグレードすることに比較してまたは何もしない事例に比較して、例えば、2つのガスタービンおよび1つの蒸気タービンの複合サイクル(2x1CC)システムにおける単一の圧縮機をアップグレードする改善事例を提供する。
本明細書で用いられる述語は、特定の実施形態だけを説明するためであり、本開示を限定することが意図されていない。本明細書では、単数形「1つの(a)」、「1つの(an)」および「その(the)」は、文脈が明確に反対を示していない限り複数形も含むことが意図されている。「備える(comprises)」および/または「備える(comprising)」という用語は、この特許明細書で使用されるとき、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素、および/または構成部品の存在を指定するが、1つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成部品、および/またはそれらの群の存在または追加を排除するものではないことがさらに理解されよう。
以下の特許請求の範囲における対応する構造、材料、動作、およびすべての手段またはステッププラスファンクション要素の均等物は、具体的に特許請求されるものとして機能を他の特許請求される要素と組み合わせて実施するために任意の構造、材料、または動作を含むことが意図されている。本開示の説明は、例示および説明のために提示されているが、開示される形の本開示に網羅されるまたは限定されることが意図されていない。多くの変更および変形が本開示の範囲および精神から逸脱することなく、当業者には明らかであろう。実施形態は、本開示の原理および実際的な適用例を最もよく説明するために、および企図されている特定の使用に適するように様々な変更を有する様々な実施形態に対する本開示を他の当業者が理解することを可能にするために、選択され説明されたものである。
100 発電システム
102 第1のガスタービンシステム
104 第1のタービン構成部品
106 第1の一体型圧縮機
108 第1の燃焼器
110 圧縮機/タービン回転軸
120、150 吸気口フィルタハウジング
122、154、166 発電機
140 第2のガスタービンシステム
144 第2のタービン構成部品
146 第2の圧縮機
148 第2の燃焼器
152 回転軸
158 タービンノズル冷却吸気口
160 蒸気タービンシステム
162 回転軸
168、170 蒸気発電機
172、174 排気部分
178 排気浄化システム
180 制御システム
200 余剰空気流
202 制御弁システム
210 排出部分
212 第1の制御弁
214 第2の制御弁
216 第3の制御弁
220 センサ
250 余剰空気流路
252 冷却流体注入器/排出装置
254 冷却流体源流路
256、258 制御弁
102 第1のガスタービンシステム
104 第1のタービン構成部品
106 第1の一体型圧縮機
108 第1の燃焼器
110 圧縮機/タービン回転軸
120、150 吸気口フィルタハウジング
122、154、166 発電機
140 第2のガスタービンシステム
144 第2のタービン構成部品
146 第2の圧縮機
148 第2の燃焼器
152 回転軸
158 タービンノズル冷却吸気口
160 蒸気タービンシステム
162 回転軸
168、170 蒸気発電機
172、174 排気部分
178 排気浄化システム
180 制御システム
200 余剰空気流
202 制御弁システム
210 排出部分
212 第1の制御弁
214 第2の制御弁
216 第3の制御弁
220 センサ
250 余剰空気流路
252 冷却流体注入器/排出装置
254 冷却流体源流路
256、258 制御弁
Claims (20)
- 第1のタービン構成部品(104)と、第1の一体型圧縮機(106)と、燃料および前記第1の一体型圧縮機(106)からの空気が供給される第1の燃焼器(108)とを含む第1のガスタービンシステム(102)であって、前記第1の燃焼器(108)が、高温燃焼ガスを前記第1のタービン構成部品(104)に供給するように配列され、前記第1の一体型圧縮機(106)が、前記第1の燃焼器(108)および前記第1のタービン構成部品(104)のうちの少なくとも一方の吸入容量よりも大きい流量容量を有し、余剰空気流(200)を生じる、第1のガスタービンシステム(102)と、
第2のタービン構成部品(144)と、第2の圧縮機(146)と、燃料および前記第2の圧縮機(146)からの空気が供給される第2の燃焼器(148)とを含む第2のガスタービンシステム(140)であって、前記第2の燃焼器(148)が、高温燃焼ガスを前記第2のタービン構成部品(144)に供給するように配列される、第2のガスタービンシステム(140)と、
余剰空気流(200)路に沿った前記第1のガスタービンシステム(102)から前記第2のガスタービンシステム(140)への前記余剰空気流(200)の流れを制御する制御弁システム(202)と、
冷却流体を前記余剰空気流(200)に注入するために前記余剰空気流(200)路に結合された冷却流体注入器とを備える、発電システム(100)。 - 前記余剰空気流(200)が、前記第2の圧縮機(146)の排出部分に供給される、請求項1記載の発電システム(100)。
- 前記余剰空気流(200)が、前記第2の燃焼器(148)に供給される、請求項1記載の発電システム(100)。
- 前記余剰空気流(200)が、前記第2のタービン構成部品(144)のタービンノズル冷却吸気口(158)に供給される、請求項1記載の発電システム(100)。
- 前記制御弁システム(202)が、前記第2の圧縮機(146)の排出部分と、前記第2の燃焼器(148)と、前記第2のタービン構成部品(144)のタービンノズル冷却吸気口(158)とのうちの少なくとも1つへの前記余剰空気流(200)の流れを制御する、請求項1記載の発電システム(100)。
- 前記制御弁システム(202)が、前記第2の圧縮機(146)の前記排出部分への前記余剰空気流(200)の第1の部分を制御する第1の制御弁と、前記第2の燃焼器(148)への前記余剰空気流(200)の第2の部分を制御する第2の制御弁(214)と、前記第2のタービン構成部品(144)のタービンノズル冷却吸気口(158)への前記余剰空気流(200)の前記流れの第3の部分を制御する第3の制御弁(216)とを含む、請求項5記載の発電システム(100)。
- 前記余剰空気流(200)の少なくとも一部分の流量を測定するための少なくとも1つのセンサ(220)をさらに備え、各センサ(220)が、前記制御弁システム(202)に動作可能に結合される、請求項6記載の発電システム(100)。
- 前記第1のタービンシステムおよび前記第2のタービンシステムの各々の排気部分(172、174)が、蒸気タービンシステムに動力供給するために少なくとも1つの蒸気発電機に供給される、請求項1記載の発電システム(100)。
- 前記冷却流体注入器が、前記冷却流体として水を注入する、請求項1記載の発電システム(100)。
- 前記冷却流体注入器が、前記冷却流体として蒸気を注入する、請求項1記載の発電システム(100)。
- 第1のタービン構成部品(104)と、第1の一体型圧縮機(106)と、燃料および前記第1の一体型圧縮機(106)からの空気が供給される第1の燃焼器(108)とを含む第1のガスタービンシステム(102)であって、前記第1の燃焼器(108)が、高温燃焼ガスを前記第1のタービン構成部品(104)に供給するように配列され、前記第1の一体型圧縮機(106)が、前記第1の燃焼器(108)および前記第1のタービン構成部品(104)のうちの少なくとも一方の吸入容量よりも大きい流量容量を有し、余剰空気流(200)を生じる、第1のガスタービンシステム(102)と、
第2のタービン構成部品(144)と、第2の圧縮機(146)と、燃料および前記第2の圧縮機(146)からの空気が供給される第2の燃焼器(148)とを含む第2のガスタービンシステム(140)であって、前記第2の燃焼器(148)が、高温燃焼ガスを前記第2のタービン構成部品(144)に供給するように配列される、第2のガスタービンシステム(140)と、
余剰空気流(200)路に沿った前記第2の圧縮機(146)の排出部分、前記第2の燃焼器(148)、および前記第2のタービン構成部品(144)のタービンノズル冷却吸気口(158)のうちの少なくとも1つへの前記余剰空気流(200)の流れを制御する制御弁システム(202)と、
冷却流体を前記余剰空気流(200)に注入するために前記余剰空気流(200)路に結合された冷却流体注入器とを備える、発電システム(100)であって、
前記制御弁システム(202)が、前記第2の圧縮機(146)の前記排出部分への前記余剰空気流(200)の第1の部分を制御する第1の制御弁(212)と、前記第2の燃焼器(148)への前記余剰空気流(200)の第2の部分を制御する第2の制御弁(214)と、前記第2のタービン構成部品(144)の前記タービンノズル冷却吸気口(158)への前記余剰空気流(200)の前記流れの第3の部分を制御する第3の制御弁(216)とを含み、
前記第1のタービンシステムおよび前記第2のタービンシステムの各々の排気部分(172、174)が、蒸気タービンシステムに動力供給するために少なくとも1つの蒸気発電機に供給される、発電システム(100)。 - 前記冷却流体注入器が、前記冷却流体として水を注入する、請求項11記載の発電システム(100)。
- 前記冷却流体注入器が、前記冷却流体として蒸気を注入する、請求項11記載の発電システム(100)。
- 第1のタービン構成部品(104)と、第1の一体型圧縮機(106)と、燃料および前記第1の一体型圧縮機(106)からの空気が供給される第1の燃焼器(108)とを含む第1のガスタービンシステム(102)の前記第1の一体型圧縮機(106)から余剰空気流(200)を取り出すステップであって、前記第1の一体型圧縮機(106)が、前記第1の燃焼器(108)および前記第1のタービン構成部品(104)のうちの少なくとも一方の吸入容量よりも大きい流量容量を有する、取り出すステップと、
第2のタービン構成部品(144)と、第2の圧縮機(146)と、燃料および前記第2の圧縮機(146)からの空気が供給される第2の燃焼器(148)とを含む第2のガスタービンシステム(140)に前記余剰空気流(200)を向けるステップであって、前記第2の燃焼器(148)が、高温燃焼ガスを前記第2のタービン構成部品(144)に供給するように配列される、向けるステップと、
冷却流体を前記余剰空気流(200)路に注入するステップとを含む、方法。 - 前記向けるステップが、前記余剰空気流(200)を前記第2の圧縮機(146)の排出部分に向けるステップを含む、請求項14記載の方法。
- 前記向けるステップが、前記余剰空気流(200)を前記第2の燃焼器(148)に向けるステップを含む、請求項14記載の方法。
- 前記向けるステップが、前記余剰空気流(200)を前記第2のタービン構成部品(144)のタービンノズル冷却吸気口(158)に向けるステップを含む、請求項14記載の方法。
- 前記向けるステップが、前記第2の圧縮機(146)の排出部分、前記第2の燃焼器(148)、および前記第2のタービン構成部品(144)のタービンノズル冷却吸気口(158)のうちの少なくとも1つへの前記余剰空気流(200)の流れを制御するために制御弁システム(202)を使用するステップを含む、請求項14記載の方法。
- 前記制御弁システム(202)が、前記余剰空気流(200)の第1の部分を前記第2の圧縮機(146)の前記排出部分に向けるステップを制御する第1の制御弁(212)と、前記余剰空気流(200)の第2の部分を前記第2の燃焼器(148)に向けるステップを制御する第2の制御弁(214)と、前記余剰空気流(200)の前記流れの第3の部分を前記第2のタービン構成部品(144)の前記タービンノズル冷却吸気口(158)に向けるステップを制御する第3の制御弁(216)とを含む、請求項18記載の方法。
- 前記注入するステップが、前記冷却流体として水と蒸気とのうちの一方を注入するステップを含む、請求項14記載の方法。
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