JP6039056B2 - ガスタービンエンジン用の圧縮空気注入システム方法および装置 - Google Patents
ガスタービンエンジン用の圧縮空気注入システム方法および装置 Download PDFInfo
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Description
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、2012年4月2日に出願された米国仮特許出願第61/686,222号の優先権を主張するものである。
Claims (37)
- 相互に流体連結された圧縮機、燃焼器ケース、燃焼器、およびタービンを有する、ガスタービンシステムの電力出力を補助する方法であって、
(i)補助圧縮機および燃料エンジンを用意するステップと、
(ii)前記補助圧縮機を駆動するために前記燃料エンジンを作動することにより、前記補助圧縮機から圧縮空気をおよび前記燃料エンジンから高温排気ガスを生成するステップであって、前記燃料エンジンは、前記圧縮機に流体連結されていないステップと、
(iii)前記高温排気ガスから抽熱された熱で前記圧縮空気を加熱することにより、高温圧縮空気を生成するステップと、
(iv)前記ガスタービンシステムの前記圧縮機の下流側にて前記ガスタービンシステム内に前記高温圧縮空気を注入することにより、前記ガスタービンシステムを通る空気の質量流量を増加させ、前記ガスタービンシステムの電力出力を増加させるステップと
を含む、方法。 - 前記高温排気ガスから抽熱された熱で前記圧縮空気を加熱する前記ステップの後に、前記タービンからの排気中に前記高温排気ガスを注入するステップが続く、請求項1に記載の方法。
- 前記補助圧縮機を駆動するために前記燃料エンジンを作動させることにより、前記補助圧縮機から加圧空気を生成する前記ステップは、前記補助圧縮機の上流段から受領した前記圧縮空気を、前記上流段の下流側の別の圧縮段に送出する前に冷却するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記補助圧縮機を駆動するために前記燃料エンジンを作動させることにより、前記補助圧縮機から圧縮空気を生成する前記ステップは、前記補助圧縮機の上流段から受領した前記圧縮空気を、前記上流段の下流側の別の圧縮段に送出する前に冷却するステップを含む、請求項2に記載の方法。
- 前記補助圧縮機を駆動するために前記燃料エンジンを作動させることにより、前記補助圧縮機から圧縮空気を生成する前記ステップは、空気貯蔵タンク内に前記圧縮空気の第1の部分を貯蔵するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 空気貯蔵タンク内に前記圧縮空気の第1の部分を貯蔵する前記ステップの後に、前記空気貯蔵タンクから圧縮空気の前記第1の部分の一部を放出し、前記圧縮空気の第2の部分と混合するステップが続く、請求項5に記載の方法。
- 空気貯蔵タンク内に前記圧縮空気の第1の部分を貯蔵する前記ステップは、前記圧縮空気の前記第1の部分を冷却するステップの後に続く、請求項6に記載の方法。
- 前記空気貯蔵タンク内に残留する圧縮空気の前記第1の部分の圧力が、所定圧力未満に低下した場合に、前記空気貯蔵タンク内に作動液をポンプ送給するステップをさらに含む、請求項7に記載の方法。
- 相互に流体連結された圧縮機、燃焼器ケース、燃焼器、タービン、熱回収蒸気発生器、および蒸気タービンを有する、ガスタービンシステムの電力出力を補助する方法であって、
(i)補助圧縮機、および蒸気により動力供給される補助エンジンを用意するステップと、
(ii)前記補助圧縮機を駆動するために前記補助エンジンを作動させることにより、前記補助圧縮機から圧縮空気をおよび前記補助エンジンから高温排気を生成するステップと、
(iii)前記ガスタービンシステムの前記圧縮機の下流側にて前記ガスタービンシステム内に前記圧縮空気を注入することにより、前記ガスタービンシステムを通る空気の質量流量を増加させ、前記ガスタービンシステムの電力出力を増加させるステップと
を含み、前記補助エンジンにより生成される実質的に全ての電力が、前記補助圧縮機を駆動するために使用される、方法。 - 前記補助エンジンは、蒸気エンジンであり、前記補助圧縮機を駆動するために前記補助エンジンを作動させることにより、前記補助圧縮機から圧縮空気を生成する前記ステップの後に、前記熱回収蒸気発生器内に前記高温排気を注入するステップが続く、請求項9に記載の方法。
- 前記補助圧縮機を駆動するために前記補助エンジンを作動させることにより、前記補助圧縮機から圧縮空気を生成する前記ステップは、前記補助圧縮機の上流段から受領した前記圧縮空気を、前記上流段の下流側の別の圧縮段に送出する前に冷却するステップを含む、請求項9に記載の方法。
- 前記補助圧縮機を駆動するために前記補助エンジンを作動させることにより、前記補助圧縮機から圧縮空気を生成する前記ステップは、前記補助圧縮機の上流段から受領した前記圧縮空気を、前記上流段の下流側の別の圧縮段に送出する前に冷却するステップを含む、請求項10に記載の方法。
- 前記補助圧縮機を駆動するために前記補助エンジンを作動させることにより、前記補助圧縮機から圧縮空気を生成する前記ステップは、空気貯蔵タンク内に前記圧縮空気の第1の部分を貯蔵するステップを含む、請求項9に記載の方法。
- 空気貯蔵タンク内に前記圧縮空気の第1の部分を貯蔵する前記ステップの後に、前記空気貯蔵タンクから圧縮空気の前記第1の部分の一部を放出し、前記圧縮空気の第2の部分と混合するステップが続く、請求項13に記載の方法。
- 空気貯蔵タンク内に前記圧縮空気の第1の部分を貯蔵する前記ステップは、前記圧縮空気の前記第1の部分を冷却するステップの後に続く、請求項14に記載の方法。
- 前記空気貯蔵タンク内に残留する圧縮空気の前記第1の部分の圧力が、所定圧力未満に低下した場合に、前記空気貯蔵タンク内に作動液をポンプ送給するステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
- 相互に流体連結された圧縮機、燃焼器ケース、燃焼器、タービン、および熱回収蒸気発生器を有する、ガスタービンシステムの電力出力を補助する方法であって、
(i)前記ガスタービンシステムに加えて、補助圧縮機および補助タービンを有する補助ガスタービンを用意するステップと、
(ii)前記補助ガスタービンを作動させることにより前記補助圧縮機から圧縮空気をおよび前記補助タービンから高温排気ガスを生成するステップと、
(iii)前記ガスタービンシステムの前記圧縮機の下流側にて前記ガスタービンシステム内に前記圧縮空気の一部分を注入することにより、前記ガスタービンシステムを通る空気の質量流量を増加させ、前記ガスタービンシステムの電力出力を増加させるステップと
を含み、前記補助タービンにより生成される実質的に全ての電力が、前記補助圧縮機を駆動するために使用される、方法。 - 前記タービンからの排気中に前記高温排気ガスを注入するステップをさらに含む、請求項17に記載の方法。
- 相互に流体連結された圧縮機、燃焼器ケース、燃焼器、およびタービンを有する、ガスタービンシステムの電力出力を補助するための装置であって、
(i)圧縮空気出口を有する、圧縮空気を生成するための補助圧縮機と、
(ii)前記補助圧縮機を駆動するために前記補助圧縮機に連結された燃料エンジンであって、該燃料エンジンは、高温排気ガスを生成し、排気出口を有すると共に、前記燃料エンジンは、前記圧縮機に流体連結されていない、燃料エンジンと、
(iii)第1の回収熱交換器入口、第2の回収熱交換器入口、第1の回収熱交換器出口、および第2の回収熱交換器出口を有する、回収熱交換器であって、前記第1の回収熱交換器入口は、前記圧縮空気出口に流体連結され、前記第2の回収熱交換器入口は、前記排気出口に流体連結され、前記第1の回収熱交換器出口は、前記第1の回収熱交換器入口に流体連結され、前記ガスタービンシステムの前記圧縮機の下流の前記ガスタービンシステムに流体連結され、前記第2の回収熱交換器出口は、前記第2の回収熱交換器入口に流体連結される、回収熱交換器と
を備え、 前記高温排気ガスからの熱が、前記ガスタービンシステムに注入される前の前記回収熱交換器内の前記圧縮空気に伝達される、装置。 - 前記補助圧縮機は、多段式圧縮機であり、前記多段式圧縮機の各段が、段入口および段出口を有する、請求項19に記載の装置。
- 前記段入口の中の少なくとも1つおよび前記段出口の中の少なくとも1つに流体連結されて、前記段出口の中の1つの下流側の前記段入口の中の1つに前記圧縮空気を送出する前に、前記段出口の中の1つから受領した前記圧縮空気を冷却する、中間冷却熱交換器をさらに備える、請求項20に記載の装置。
- 前記圧縮空気の第1の部分を貯蔵するために、第1の導管により前記補助圧縮機の前記圧縮空気出口に流体連結された空気貯蔵タンクをさらに備え、前記第2の回収熱交換器出口は、前記ガスタービンシステムの前記タービンの下流側にて前記ガスタービンシステムに流体連結される、請求項21に記載の装置。
- ミキサ入口およびミキサ出口を有するミキサをさらに備え、前記ミキサ入口は、前記空気貯蔵タンクおよび前記補助圧縮機の前記圧縮空気出口に流体連結され、前記ミキサ出口は、前記ミキサ入口に流体連結され、前記ミキサ出口は、前記圧縮空気出口と前記第1の回収熱交換器入口との間で前記第1の回収熱交換器入口に流体連結される、請求項22に記載の装置。
- 前記空気貯蔵タンクと前記補助圧縮機の前記圧縮空気出口との間に流体連結された少なくとも1つの弁をさらに備える、請求項23に記載の装置。
- 作動液貯蔵タンクと、前記作動液タンクと前記空気貯蔵タンクとの間で作動液をポンプ送給するために前記空気貯蔵タンクおよび前記作動液貯蔵タンクに流体連結されたポンプとをさらに備える、請求項24に記載の装置。
- 前記中間冷却熱交換器を迂回するために、前記補助圧縮機の前記段出口の中の1つと前記補助圧縮機の前記段入口の中の1つとの間に流体連結された少なくとも1つのバイパス弁をさらに備える、請求項25に記載の装置。
- 前記ミキサと前記回収熱交換器との間の圧縮空気流を制御するために、前記ミキサ出口および前記第1の回収熱交換器入口に流体連結された少なくとも1つの切換弁をさらに備える、請求項26に記載の装置。
- 相互に流体連結された圧縮機、燃焼器ケース、燃焼器、タービン、熱回収蒸気発生器、および蒸気タービンを有する、ガスタービンシステムの電力出力を補助するための装置であって、
(i)圧縮空気出口を有する、圧縮空気を生成するための補助圧縮機と、
(ii)前記補助圧縮機を駆動するために前記補助圧縮機に連結された、蒸気により動力供給されるエンジンであって、該エンジンは、高温排気を生成し、排気出口を有すると共に、前記エンジンは、前記圧縮機に流体連結されていない、エンジンと
を備える、装置。 - 前記圧縮空気の第1の部分を貯蔵するために、第1の導管により前記補助圧縮機の前記圧縮空気出口に流体連結された空気貯蔵タンクをさらに備える、請求項28に記載の装置。
- ミキサ入口およびミキサ出口を有するミキサをさらに備え、前記ミキサ入口は、前記空気貯蔵タンクおよび前記補助圧縮機の前記圧縮空気出口に流体連結され、前記ミキサ出口は、前記ガスタービンシステムの前記圧縮機の下流側にて前記ガスタービンシステムに流体連結される、請求項29に記載の装置。
- 前記空気貯蔵タンクと前記補助圧縮機の前記圧縮空気出口との間に流体連結された少なくとも1つの弁をさらに備える、請求項30に記載の装置。
- 作動液貯蔵タンクと、前記作動液タンクと前記空気貯蔵タンクとの間で作動液をポンプ送給するために前記空気貯蔵タンクおよび前記作動液貯蔵タンクに流体連結されたポンプとをさらに備える、請求項31に記載の装置。
- 前記ミキサと前記ガスタービンシステムとの間において圧縮空気流を制御するために、前記ミキサ出口および前記ガスタービンシステムの前記圧縮機の下流側にて前記ガスタービンシステムに流体連結された少なくとも1つの切換弁をさらに備える、請求項32に記載の装置。
- 相互に流体連結された圧縮機、燃焼器ケース、燃焼器、およびタービンを有する、ガスタービンシステムの電力出力を補助するための装置であって、
相互に流体連結された補助圧縮機、補助燃焼器ケース、補助燃焼器、および補助タービンを有する、補助ガスタービンであって、前記補助圧縮機は、前記補助タービンの回転により、前記補助圧縮機が駆動され、圧縮空気が生成されるように、前記補助タービンに連結され、前記補助圧縮機は、前記圧縮空気が前記補助ガスタービンに進入する前に、前記補助ガスタービンからの前記圧縮空気の第1の部分を方向転換させるための圧縮空気出口を有する、補助ガスタービンと、
前記ガスタービンシステムの前記圧縮機の下流側にて前記ガスタービンシステム内に圧
縮空気の前記部分を注入するために、前記圧縮機の下流側にて前記ガスタービンシステムに前記圧縮空気出口を連結する第1の導管により、前記ガスタービンシステムを通る空気の質量を増加し、前記ガスタービンシステムの電力出力を増加することと
を備える、装置。 - 前記補助圧縮機および前記補助タービンは、前記補助タービンにより生成される実質的に全ての電力が、前記補助圧縮機を駆動するために使用されるように、サイズ設定される、請求項34に記載の装置。
- 前記第1の導管を通る圧縮空気流を制御するために前記第1の導管中に弁をさらに備える、請求項35に記載の装置。
- 前記補助タービンの出口および前記ガスタービンシステムの前記タービンの出口に連結された第2の導管をさらに備え、前記圧縮空気の第2の部分が、前記補助タービンを通り、次いで前記第2の導管を通り、次いで前記ガスタービンシステムの前記タービンからの排気に流入する、請求項36に記載の装置。
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