JP7001608B2 - 電力プラントを制御するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

開示分野
本明細書中開示される主題は、電力プラントの様々な態様を制御するためのシステムおよび方法に関する。より具体的には、本システムおよび方法は、電力プラントの起動、作動、およびシャットダウンの複数の段階の間の、圧力、温度、流量、スイッチ、バルブなどを制御するための様々なシグナルおよび関数を利用することができる。

電力生産に関して世界規模で需要が高まっているため、このようなニーズに応えるためにさらなる電力生産プラントが絶えず必要とされている。市場の需要のため、このような電力生産を最大限の効率で達成させることが望ましい；しかしながら、高まる炭素の回収の必要性により技術的な進歩が必要である。たとえば、本明細書中参照として援用されているＡｌｌａｍらに対する米国特許第８，５９６，０７５号は、ＣＯ_２が、比較的純粋な高圧の流れとして回収されているリサイクルＣＯ_２流を利用した酸素－燃料燃焼システムにおいて望ましい有効性を提供している。このような高度な電力生産システムは、これまで提供されていない制御に関する検討を必要としている。よって、電力プラント、特に実質的に完全な炭素の回収を伴う高効率の電力生産のために構成された電力プラントの複数の態様の制御に適した、さらなるシステムおよび方法が必要とされている。

本開示は、電力生産のためのシステムおよび方法であって、１つまたは複数の制御経路が、１つまたは複数の作業の自動化制御のために利用されている、システムおよび方法を提供する。この自動化制御は、様々なシグナルの入力、計算値、既定値、測定値、論理関数、コンピュータアルゴリズム、またはコンピュータプログラムの入力に基づくことができる。

１つまたは複数の実施形態では、本開示は、電力生産プラントのための制御システムに関することができる。たとえばこの制御システムは、燃焼器に燃料を流すためのＦＵＥＬ ＦＬＯＷ ＤＥＭＡＮＤシグナルおよびタービンの入口温度のためのＴＵＲＢＩＮＥ ＩＮＬＥＴ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥシグナルのうち小さいほうを選択し、燃料供給システムから燃焼器までを流れる燃料の質量および圧力のうちの１つまたは両方を調節するように適合させた流量制御ロジカルシーケンスを含むことができる。さらなる実施形態では、電力生産プラントのための制御システムを、任意の数または順序で組み合わせてもよい以下の記載のうちのいずれか１つまたは複数と関連させて説明することができる。

本制御システムは、所定の時間での電力生産プラントによる実際の電力生産を中継（伝達）するＰＯＷＥＲ ＡＣＴＵＡＬシグナルと、同じ所定の時間でのプラントによる望ましい電力生産を中継するＰＯＷＥＲ ＤＥＭＡＮＤシグナルとを含むことができ、制御システムは、ＰＯＷＥＲ ＤＥＭＡＮＤシグナルとＰＯＷＥＲ ＡＣＴＵＡＬシグナルとの間の差分を計算し、この差分をＦＵＥＬ ＦＬＯＷ ＤＥＭＡＮＤシグナルに変換するように構成されている。

本制御システムは、それぞれがタービンの入口温度を計算するための異なる計算手順に由来する、複数の計算された温度シグナルのうち最も高いシグナルを選択することにより、ＴＵＲＢＩＮＥ ＩＮＬＥＴ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥシグナルを生成することができる。

本制御システムは、燃料流供給システムから燃焼器までの２つ以上の異なる燃料ラインを流れる燃料の質量または体積の比率を調節するように適合させることができる。

本制御システムは、２つ以上の異なる燃料ラインのそれぞれで、流量制御バルブを開口／閉鎖するように適合させることができる。

本制御システムは、２つ以上の異なる燃料ラインのそれぞれで、少なくとも１つの圧力制御バルブを開口／閉鎖するように適合させることができる。

本制御システムは、酸化剤供給システムから燃焼器までの２つ以上の異なる酸化剤ラインの中を流れる酸化剤の質量または体積の比率を調節するように適合させることができる。

電力生産プラントは、少なくとも、第１の燃料ラインおよび酸化剤ラインのセット、ならびに第２の燃料ラインおよび酸化剤ラインのセットを含むことができ、制御システムは、第２の燃料ラインおよび酸化剤ラインのセットにおける燃料：酸化剤の比率とは無関係に、第１の燃料ラインおよび酸化剤ラインのセットにおける燃料：酸化剤の比率を調節するように適合されている。

電力生産プラントは、リサイクルされるＣＯ_２の流れを提供するラインを含むことができ、リサイクルされるＣＯ_２の流れの一部は、酸化剤ラインのうちの１つまたは複数に添加され、制御システムは、酸化剤ラインに添加されたリサイクルされるＣＯ_２の量を調節することにより、酸化剤ラインのうちの１つまたは複数における酸素濃度を調節するように適合されている。

１つまたは複数の酸化剤ラインのそれぞれにおける酸素濃度は、残りの酸化剤ラインとは無関係に調節することができる。

本制御システムは、第１の酸化剤ラインおよび第２の酸化剤ラインの中を流れる酸化剤の質量または体積の間の当量比を調節するように適合させることができる。

本制御システムは、燃料供給システムから燃焼器までの第１の燃料ラインの流量制御バルブを閉鎖することにより、実質的に燃料が１番目第１の燃料ラインの中を流れないように適合させることができ、かつ、燃料供給システムから燃焼器までの第２の燃料ラインの流量制御バルブを開口することにより、燃焼器へと流れる燃料の実質的に全てが、２番目第２の燃料ラインの中を流れるように適合させる。

本制御システムは、第１の燃料ラインおよび第２の燃料ラインの中を流れる燃料の質量または体積の間の当量比を調節するように構成することができる。

本制御システムは、電力生産プラントの起動の間、第１の燃料ラインの流量制御バルブおよび第２の燃料ラインの流量制御バルブの構成を提供するように適合させることができ、タービン、および燃焼器へ流れるリサイクルされるＣＯ_２の流れを圧縮する圧縮器のうちの１つまたは両方の作動状態に、第１の燃料ラインのバルブの開口を同期するように構成されている。

本制御システムは、熱交換器の作動温度が、既定の最大作動温度または熱の増加率に近づいているまたは超えていることを示す入力シグナルに応答して、燃料供給システムから燃焼器までの２つ以上の異なる燃料ラインのうち少なくとも１つの中を流れる燃料の質量または体積を保持するかまたは低くするように適合させることができる。

１つまたは複数の実施形態では、本開示は、さらに電力生産システムに関することができる。たとえば、本開示に係る電力生産プラントは、燃焼器；タービン；発電器；燃料供給システム；酸化剤供給システム；電力生産プラントの作動における少なくとも１つの作業の自動化制御のための複数の制御経路を有する制御システムを含み、上記制御システムが、燃焼器へ燃料を流すためのＦＵＥＬ ＦＬＯＷ ＤＥＭＡＮＤシグナルと、タービンの入口温度のためのＴＵＲＢＩＮＥ ＩＮＬＥＴ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥシグナルとの比較の関数である制御シグナルを生成するように適合させた制御経路を含み、上記燃料流制御経路が、ＦＵＥＬ ＦＬＯＷ ＤＥＭＡＮＤシグナルおよびＴＵＲＢＩＮＥ ＩＮＬＥＴ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥシグナルのうち小さいほうを選択するように適合させたロジカルシーケンスを含み、上記生成された制御シグナルが、燃料供給システムから燃焼器までを流れる燃料の質量および圧力のうちの１つまたは両方を調節するのに有効である。さらなる実施形態では、電力生産システムは、任意の数または順序で組み合わせてもよい以下の記載のうちのいずれか１つまたは複数に関連させて説明することができる。

ＦＵＥＬ ＦＬＯＷ ＤＥＭＡＮＤシグナルは、所定の時間での電力生産プラントによる実際の電力生産を中継するＰＯＷＥＲ ＡＣＴＵＡＬシグナルと、同じ所定の時間でのプラントによる望ましい電力生産を中継するＰＯＷＥＲ ＤＥＭＡＮＤシグナルとの比較の関数であり得る。

本制御システムは、それぞれがタービンの入口温度を計算するための異なる計算手順に由来する複数の計算温度シグナルのうち最も高いシグナルの選択としてＴＵＲＢＩＮＥ ＩＮＬＥＴ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥシグナルを生成するように構成することができる。

燃料供給システムは、燃料を燃焼器に通すように構成された、少なくとも２つの別々に制御された燃料ラインを含むことができる。

燃料供給システムは、少なくとも２つの別々に制御された燃料ラインのそれぞれにおいて、少なくとも１つの流量制御バルブおよび少なくとも１つの圧力制御バルブを含むことができる。

酸化剤供給システムは、酸化剤を燃焼器に通すように構成された、少なくとも２つの別々に制御された酸化剤ラインを含むことができる。

酸化剤供給システムは、少なくとも２つの別々に制御された酸化剤ラインのそれぞれにおいて、少なくとも１つの流量制御バルブを含むことができる。

酸化剤供給システムは、少なくとも２つの別々に制御された酸化剤ラインの中を流れる酸化剤の質量または体積の間の当量比を調節するように構成された当量比制御部を含むことができる。

電力生産プラントは、少なくとも２つの別々に制御された酸化剤ラインのうちの１つが、フローセンサーを含む第２の酸化剤流ラインであるように構成することができ、ここで少なくとも２つの別々に制御された燃料ラインのうちの１つが、フローセンサーを含む第２の燃料流ラインであり、制御システムが、第２の燃料流ラインの中を流れる燃料の質量また体積に基づき、第２の酸化剤流ラインの流量制御バルブを開口または閉鎖するように構成された比率制御部を含む。

さらなる実施形態では、本開示はまた、電力生産プラントの起動のための方法に関することができる。たとえば、このような方法は、一連の制御シグナルを実行することを含むことができ、ここで、燃料供給源から燃料が燃焼器へ流れ始める際に、燃料が第１の燃料流ラインにおいて燃料供給源から燃焼器まで実質的に流れないように、第２の燃料流ラインの流れバルブは少なくとも部分的に開口され；酸化剤供給源から酸化剤が燃焼器へと流れ始める際に、酸化剤が第１の酸化剤流ラインにおいて酸化剤供給源から燃焼器まで実質的に流れないように、第２の酸化剤流ラインの流れバルブは少なくとも部分的に開口されており；タービンは、第１の速度からより速い第２の速度に上昇し；タービンが少なくとも第２の速度に上昇した後、第１の燃料流ラインの燃料流の第２の燃料流ラインの燃料流に対する当量比が、第１の燃料流ラインのバルブが開口して、燃料供給源からの燃料が第１の燃料流ラインで燃焼器へと流れるように調節され；およびタービンが少なくとも第２の速度に上昇した後、第１の酸化剤流ラインの酸化剤流の第２の酸化剤流ラインの酸化剤流に対する当量比が、第１の酸化剤流ラインのバルブが開口して、酸化剤供給源から酸化剤が第１の酸化剤流ラインで燃焼器へと流れるように調節されている。

本発明は、限定するものではないが、以下の実施形態を含む。

実施形態１：電力生産プラントのための制御システムであって、
燃焼器に燃料を流すためのＦＵＥＬ ＦＬＯＷ ＤＥＭＡＮＤシグナルおよびタービンの入口温度のためのＴＵＲＢＩＮＥ ＩＮＬＥＴ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥシグナルのうち小さいほうを選択するように、ならびに燃料供給システムから前記燃焼器までを流れる燃料の質量および圧力のうちの１つまたは両方を調節するように適合させた、流量制御ロジカルシーケンスを含む、制御システム。

実施形態２：前記制御システムが、
所定の時間での前記電力生産プラントによる実際の電力生産を中継するＰＯＷＥＲ ＡＣＴＵＡＬシグナルと、
同じ所定の時間での前記プラントによる望ましい電力生産を中継するＰＯＷＥＲ ＤＥＭＡＮＤシグナルと
を含み、
前記制御システムが、前記ＰＯＷＥＲ ＤＥＭＡＮＤシグナルと前記ＰＯＷＥＲ ＡＣＴＵＡＬシグナルとの間の差分を計算し、前記差分をＦＵＥＬ ＦＬＯＷ ＤＥＭＡＮＤシグナルに変換するように構成されている、
上述または後述の実施形態のいずれかに記載の電力生産プラントのための制御システム。

実施形態３：前記制御システムが、それぞれが前記タービンの入口温度を計算するための異なる計算手順に由来する、複数の計算された温度シグナルのうち最も高いシグナルの選択として、ＴＵＲＢＩＮＥ ＩＮＬＥＴ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥシグナルを生成する、上述または後述の実施形態のいずれかに記載の電力生産プラントのための制御システム。

実施形態４：前記制御システムが、前記燃料供給システムから前記燃焼器までの２つ以上の異なる燃料ラインの中を流れる燃料の質量または体積の比率を調節するように適合されている、上述または後述の実施形態のいずれかに記載の電力生産プラントのための制御システム。

実施形態５：前記制御システムが、２つ以上の異なる燃料ラインのそれぞれの流量制御バルブを開口／閉鎖するように適合されている、上述または後述の実施形態のいずれかに記載の電力生産プラントのための制御システム。

実施形態６：前記制御システムが、２つ以上の異なる燃料ラインのそれぞれにおける少なくとも１つの圧力制御バルブを開口／閉鎖するように適合されている、上述または後述の実施形態のいずれかに記載の電力生産プラントのための制御システム。

実施形態７：前記制御システムが、酸化剤供給システムから前記燃焼器までの２つ以上の異なる酸化剤ラインの中を流れる酸化剤の質量または体積の比率を調節するように適合させた、上述または後述の実施形態のいずれかに記載の電力生産プラントのための制御システム。

実施形態８：前記電力生産プラントが、第１の燃料ラインおよび酸化剤ラインのセット、ならびに第２の燃料ラインおよび酸化剤ラインのセットを含み、前記制御システムが、前記第２の燃料ラインおよび酸化剤ラインのセットにおける燃料：酸化剤の比率とは無関係に、前記第１の燃料ラインおよび酸化剤ラインのセットにおける燃料：酸化剤の比率を調節するように構成されている、上述または後述の実施形態のいずれかに記載の電力生産プラントのための制御システム。

実施形態９：前記電力生産プラントが、リサイクルＣＯ_２の流れを提供するラインを含み、前記リサイクルＣＯ_２の流れの一部が、前記酸化剤ラインのうちの１つまたは複数に添加され、前記制御システムが、前記酸化剤ラインに添加されたリサイクルＣＯ_２の量を調節することにより、前記酸化剤ラインのうちの１つまたは複数における酸素濃度を調節するように適合されている、上述または後述の実施形態のいずれかに記載の電力生産プラントのための制御システム。

実施形態１０：前記１つまたは複数の酸化剤ラインのそれぞれにおける酸素濃度が、残りの酸化剤ラインとは無関係に調節される、上述または後述の実施形態のいずれかに記載の電力生産プラントのための制御システム。

実施形態１１：前記制御システムが、第１の酸化剤ラインおよび第２の酸化剤ラインの中を流れる酸化剤の質量または体積の間の当量比を調節するように適合されている、上述または後述の実施形態のいずれかに記載の電力生産プラントのための制御システム。

実施形態１２：前記制御システムが、前記燃料供給システムから前記燃焼器までの第１の燃料ラインの流量制御バルブを閉鎖することにより、実質的に燃料が第１の燃料ラインを流れないように適合されており、かつ、前記燃料供給システムから前記燃焼器までの第２の燃料ラインの流量制御バルブを開口することにより、前記燃焼器へ流れる燃料の実質的に全てが第２の燃料ラインの中を流れるように適合されている、上述または後述の実施形態のいずれかに記載の電力生産プラントのための制御システム。

実施形態１３：前記制御システムが、前記第１の燃料ラインおよび前記第２の燃料ラインを流れる燃料の質量または体積の間の当量比を調節するように構成されている、上述または後述の実施形態のいずれかに記載の電力生産プラントのための制御システム。

実施形態１４：前記制御システムが、前記電力生産プラントの起動の間、前記第１の燃料ラインの流量制御バルブおよび前記第２の燃料ラインの流量制御バルブの構成を提供するように適合されており、かつ、タービン、および前記燃焼器に流れるリサイクルＣＯ_２の流れを圧縮する圧縮器のうちの１つまたは両方の作動状態に、前記第１の燃料ラインのバルブの開口を同期させるように構成されている、上述または後述の実施形態のいずれかに記載の電力生産プラントのための制御システム。

実施形態１５：前記制御システムが、熱交換器の作動温度が、所定の最大作動温度または熱の増加率に近づいているまたはこれを超えていることを示す入力シグナルに応答して、前記燃料供給システムから前記燃焼器までの２つ以上の異なる燃料ラインのうちの少なくとも１つの中を流れる燃料の質量または体積を保持または低くするように適合されている、上述または後述の実施形態のいずれかに記載の電力生産プラントのための制御システム。

実施形態１６：電力生産プラントであって、
燃焼器と、
タービンと、
発電器と、
燃料供給システムと、
酸化剤供給システムと、
前記電力生産プラントの作動における少なくとも１つの作業の自動化制御のための複数の制御経路を有する制御システムであって、前記制御システムが、
前記燃焼器へ燃料を流すためのＦＵＥＬ ＦＬＯＷ ＤＥＭＡＮＤシグナルおよび前記タービンの入口温度のためのＴＵＲＢＩＮＥ ＩＮＬＥＴ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥシグナルの比較の関数である制御シグナルを生成するように適合させた制御経路であって、前記制御経路が、前記ＦＵＥＬ ＦＬＯＷ ＤＥＭＡＮＤシグナルおよび前記ＴＵＲＢＩＮＥ ＩＮＬＥＴ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥシグナルのうち小さいほうを選択するように適合させたロジカルシーケンスを含み、前記生成された制御シグナルが、前記燃料供給システムから前記燃焼器までを流れる燃料の質量および圧力のうちの１つまたは両方を調節するために有効である、制御経路
を含む、制御システムと
を含む、電力生産プラント。

実施形態１７：前記ＦＵＥＬ ＦＬＯＷ ＤＥＭＡＮＤシグナルが、所定の時間での前記電力生産プラントによる実際の電力生産を中継するＰＯＷＥＲ ＡＣＴＵＡＬシグナルと、同じ所定の時間での前記プラントによる望ましい電力生産を中継するＰＯＷＥＲ ＤＥＭＡＮＤシグナルとの比較の関数である、上述または後述の実施形態のいずれかに記載の電力生産プラント。

実施形態１８：前記制御システムが、それぞれが前記タービンの入口温度を計算するための異なる計算手順に由来する、複数の計算温度シグナルのうち最も高いシグナルの選択として、ＴＵＲＢＩＮＥ ＩＮＬＥＴ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥシグナルを生成するように構成されている、上述または後述の実施形態のいずれかに記載の電力生産プラント。

実施形態１９：前記燃料供給システムが、前記燃焼器へ燃料を通すように構成された、少なくとも２つの別々に制御された燃料ラインを含む、上述または後述の実施形態のいずれかに記載の電力生産プラント。

実施形態２０：前記燃料供給システムが、前記少なくとも２つの別々に制御された燃料ラインのそれぞれにおいて、少なくとも１つの流量制御バルブおよび少なくとも１つの圧力制御バルブを含む、上述または後述の実施形態のいずれかに記載の電力生産プラント。

実施形態２１：前記酸化剤供給システムが、前記燃焼器へ酸化剤を通すように構成された、少なくとも２つの別々に制御された酸化剤ラインを含む、上述または後述の実施形態のいずれかに記載の電力生産プラント。

実施形態２２：前記酸化剤供給システムが、前記少なくとも２つの別々に制御された酸化剤ラインのそれぞれにおいて、少なくとも１つの流量制御バルブを含む、上述または後述の実施形態のいずれかに記載の電力生産プラント。

実施形態２３：前記酸化剤供給システムが、前記少なくとも２つの別々に制御された酸化剤ラインを流れる酸化剤の質量または体積の間の当量比を調節するように構成された当量比制御部を含む、上述または後述の実施形態のいずれかに記載の電力生産プラント。

実施形態２４：前記少なくとも２つの別々に制御された酸化剤ラインのうちの１つが、フローセンサーを含む第２の酸化剤流ラインであり、前記少なくとも２つの別々に制御された燃料ラインのうちの１つが、フローセンサーを含む第２の燃料流ラインであり、前記制御システムが、前記第２の燃料流ラインの中を流れる燃料の質量または体積に基づき、前記第２の酸化剤流ラインの流量制御バルブを開口または閉鎖するように構成されている比率制御部を含む、上述または後述の実施形態のいずれかに記載の電力生産プラント。

実施形態２５：電力生産プラントの起動のための方法であって、一連の制御シグナルを実行することを含み、
前記燃料供給源から燃料が前記燃焼器へ流れ始める際に、燃料が第１の燃料流ラインにおいて燃料供給源から燃焼器まで実質的に流れないように、第２の燃料流ラインの流れバルブが少なくとも部分的に開口され、
前記酸化剤供給源から酸化剤が前記燃焼器へ流れ始める際に、酸化剤が第１の酸化剤流ラインにおいて酸化剤供給源から前記燃焼器まで実質的に流れないように、第２の酸化剤流ラインの流れバルブが少なくとも部分的に開口され、
タービンが、第１の速度からより速い第２の速度まで上昇し、
前記タービンが少なくとも第２の速度まで上昇した後、前記第１の燃料流ラインの燃料流の前記第２の燃料流ラインの燃料流に対する当量比が、前記第１の燃料流ラインのバルブが開口され、前記燃料供給源から燃料が前記第１の燃料流ラインにおいて前記燃焼器に流れるように、調節されており、
前記タービンが、少なくとも第２の速度まで上昇した後、前記第１の酸化剤流ラインの酸化剤流の前記第２の酸化剤流ラインの酸化剤流に対する当量比が、前記第１の酸化剤流ラインのバルブが開口され、前記酸化剤供給源から酸化剤が前記第１の酸化剤流ラインにおいて前記燃焼器に流れるように、調節されている、
方法。

本開示のこれら特徴および他の特徴、態様、および利点は、以下に簡単に記載されている添付の図面と共に以下の詳細な説明を読むことから、明らかとなるであろう。本発明は、上述の実施形態のうち２つ、３つ、４つ、またはそれ以上のいずれかの組み合わせ、および本開示に記載されているいずれか２つ、３つ、４つ、またはそれ以上の特徴または要素の組み合わせを、当該特徴または要素が本明細書中の特定の実施形態の記載で明らかに組み合わされているかどうかに関わらず、含む。本開示は、開示される発明のいずれかの分離可能な特徴または要素が、様々な態様および実施形態のいずれかにおいて、文脈で特段明示されていない限り組み合わせ可能なものとみなすべきであるように、総体的に読まれることが意図されている。

ここで、添付の図面を参照するが、これらは必ずしも縮尺通りに描かれてはいない。

本開示の実施形態に係る電力生産プラントに関するフローチャートである。 本開示の実施形態に係る電力生産プラントの作動における制御システムにより実行される制御経路を示すファンクションブロックダイアグラムである。 本開示の実施形態に係る電力生産プラントで使用される、燃料ガスシステムおよびその特定の制御部に関するフローチャートである。 例として、本開示の実施形態に係る電力生産プラントにおける定常状態および電力制御要求に有用な制御経路を示す、一連のファンクションブロックダイアグラムのＳＨＥＥＴ １である。 例として、本開示の実施形態に係る電力生産プラントにおける起動の開始に有用な制御経路を示す、一連のファンクションブロックダイアグラムのＳＨＥＥＴ ２である。 例として、本開示の実施形態に係る電力生産プラントの起動中のタービンクランクおよび負荷転流形インバータ（ＬＣＩ）リファレンスの開始に有用な制御経路を示す、一連のファンクションブロックダイアグラムのＳＨＥＥＴ ３である。 例として、本開示の実施形態に係る電力生産プラントの起動中のクランキングおよび点火に有用な制御経路を示す、一連のファンクションブロックダイアグラムのＳＨＥＥＴ ４である。 例として、本開示の実施形態に係る電力生産プラントの起動中の点火に有用な制御経路を示す、一連のファンクションブロックダイアグラムのＳＨＥＥＴ ５である。 例として、本開示の実施形態に係る電力生産プラントの起動中の燃料要求に応じるために有用な制御経路を示す、一連のファンクションブロックダイアグラムのＳＨＥＥＴ ６である。 例として、本開示の実施形態に係る電力生産プラントに関する熱交換器の保護および燃焼比率の計算に有用な制御経路を示す、一連のファンクションブロックダイアグラムのＳＨＥＥＴ ７である。 例として、本開示の実施形態に係る電力生産プラントに関する発電器の同期に有用な制御経路を示す、一連のファンクションブロックダイアグラムのＳＨＥＥＴ ８である。 例として、本開示の実施形態に係る電力生産プラントにおけるタービン入口温度の計算に有用な制御経路を示す、一連のファンクションブロックダイアグラムのＳＨＥＥＴ ９である。 例として、本開示の実施形態に係る電力生産プラントにおける燃料の圧力制御バルブおよび吐出圧力設定点の制御に有用な制御経路を示す、一連のファンクションブロックダイアグラムのＳＨＥＥＴ １０である。 例として、本開示の実施形態に係る電力生産プラントにおける酸化剤の吐出圧力設定点の確立に有用な制御経路を示す、一連のファンクションブロックダイアグラムのＳＨＥＥＴ １１である。 例として、本開示の実施形態に係る電力生産プラントにおけるタービン翼を冷却する温度および流れの設定点の構成に有用な制御経路を示す、一連のファンクションブロックダイアグラムのＳＨＥＥＴ １２である。 例として、本開示の実施形態に係る電力生産プラントにおけるタービンの推進力の制御に有用な制御経路を示す、一連のファンクションブロックダイアグラムのＳＨＥＥＴ １３である。 例として、本開示の実施形態に係る電力生産プラントにおける燃料ラインのパージ流の制御に有用な制御経路を示す、一連のファンクションブロックダイアグラムのＳＨＥＥＴ １４である。 本開示の実施形態に係る電力生産プラントに関する複数の機能的な構成要素および制御部を含むフローチャートを示す。

詳細な説明
ここで、本発明の主題は、その例示的な実施形態を参照して本明細書中以下でより完全に説明されている。これらの例示的な実施形態は、本開示が徹底的かつ完全であり、当業者に主題の範囲を完全に伝達するように記載されている。実際に、本主題は、多くの異なる形態に具現化することができ、本明細書中記載されている実施形態に限定されると解釈するべきではなく、むしろ、これら実施形態は、本開示が適用可能な法的必要条件を満たすように提供されている。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されているように、単数形「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」は、文脈で他の意味が明記されていない限り、複数形を含む。

本開示は、電力生産プラントの作動における１つまたは複数の作用を制御するように構成されたシステムおよび方法に関する。また、本開示は、さらに、当該制御システムを含む様々な要素を含む電力生産プラントに関する。本開示に係る電力生産プラントに含まれ得る要素の非限定的な例は、米国特許第８，５９６，０７５号、同第８，７７６，５３２号、同第８，９５９，８８７号、同第８，９８６，００２号、同第９，０６８，７４３号、米国特許公開公報第２０１０／０３０００６３号、同２０１２／００６７０５４号、同２０１２／０２３７８８１号、および同２０１３／０２１３０４９号に記載されており、これら開示は、本明細書中参照として援用されている。

１つまたは複数の実施形態では、電力生産プラントは、図１に示されている要素のうちのいくつかの組み合わせを含み得る（しかしながら、同様にさらなる要素を含み得ることが理解されている）。この中で明らかなように、電力生産プラント１００は、燃料供給部１１５からの燃料および酸化剤供給部１２０からの酸化剤を受容するように構成されている燃焼器１１１を含むことができる。燃料は、燃料供給部１１５から、第１の燃料ライン１１６および／または第２の燃料ライン１１７を流れることができる。燃料供給部１１５および燃料供給ライン１１６、１１７は、燃料システムを形成することができる。同様に酸化剤は、酸化剤供給部１２０から、第１の酸化剤ライン１２１および／または第２の酸化剤ライン１２２を流れることができる。酸化剤供給部１２０および酸化剤供給ライン１２１、１２２は、酸化剤システムを形成することができる。複数の燃料供給ラインおよび酸化剤供給ラインが例示されているが、単一の燃料供給ラインのみを使用してもよく、および／または単一の酸化剤供給ラインのみを使用してもよいと理解される。同様に、２超の燃料供給ラインを使用してもよく、および／または２超の酸化剤供給ラインを使用してもよい。燃料は、ライン１６０で提供され、および／またはライン１２１で酸化剤と混合され、および／またはライン１２２で酸化剤と混合されるリサイクルＣＯ_２流の存在下で、酸化剤と共に燃焼器１１１で燃焼される。ライン１１２の燃焼生成物流が、タービン１２５を通して膨張されることで、組み合わせた発電器１３０で発電が行われる。燃焼器１１１およびタービン１２５は別々の要素として例示されているが、一部の実施形態では、タービンは燃焼器に含まれるように構成され得ると理解される。言い換えると、単一のタービン部は、燃焼部および膨張部を含んでもよい。よって、流れを燃焼器へ通す本明細書中の論述は、燃焼および膨張のために構成されているタービンに流れを通すと読むことができる。

流れ１２６におけるタービン排気は、熱交換器１３５で冷却される。単一の熱交換器１３５が例示されているが、熱交換器は、異なる温度範囲で作動する複数の区域を備えた単一の部品であってもよいと理解される。同様に、異なる温度範囲で作動する複数の別々の熱交換器を利用してもよい。分離器１４０で水のライン１４１を通して水を分離することにより、実質的に純粋なリサイクルＣＯ２流１４５を生成する（しかしながら、この流れの一部は、プラントから回収されてもよく、および／またはプラントの他の部分に送達されてもよく（たとえばタービンを冷却するため）、または他のラインに送達されてもよい（たとえば、酸化剤および／または燃料と混合するため））。リサイクルＣＯ２流１４５は、第１段階の圧縮器１５１、第２段階の圧縮器１５５、および段階間の冷却器１５３を含む複数の段階の圧縮器で圧縮される。任意に、１つまたは複数のさらなる圧縮器またはポンプを追加してもよい。さらに、圧縮器は、複数の段階の圧縮器を必要としない。ライン１６０の圧縮したリサイクルＣＯ２流は、熱交換器を介して燃焼器に戻される。ライン１６０の圧縮したリサイクルＣＯ２流の全てまたは一部を、燃焼器１１１へ直接通してもよい。ライン１６１、１６１ａ、および１６１ｂに例示されるように、リサイクルＣＯ２流の全てまたは一部は、第１の酸化剤ライン１２１および第２の酸化剤ライン１２２のうちの１つまたは両方に投入することができる。例示されてはいないが、ライン１６１および１６１ｂのうちの１つまたは両方が、あるいはまたはさらに、燃料供給ライン１１６、１１７のうちの１つまたは両方にＣＯ２を提供してもよいことが理解されている。

さらに、例示されている電力生産プラントは、電力生産プラントの作動における少なくとも１つの作業の自動化制御を提供するように構成されている複数の制御経路（例示されているようにＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、およびＣＰ４）を有する制御システム１７０を含む。各制御経路は、１つまたは複数の応答作用を起こさせるのに有効な少なくとも１つの制御シグナル（ＳＩＧ１、ＳＩＧ２、ＳＩＧ３、およびＳＩＧ４）を生成するように構成することができる。このような応答作用の非限定的な例として、コンピュータのサブルーチンの実行、数学的計算の実行、論理関数の実行、バルブの状態の変更、流体流の質量流の変更、流体流の圧力の変更、さらなる制御シグナルの生成などを挙げることができる。単一の制御経路を、単一の制御シグナルを生成するように構成してもよく、または複数のシグナルを生成するように構成してもよい。さらに、電力生産プラントは、単一の制御システムを含むことができ、または複数の制御システムを含んでもよい。たとえば制御システム１７０は、電力生産プラントの全ての構成要素をトップダウン制御するように構成することができる分散制御システム（ＤＣＳ）であってもよい。必要に応じて、電力生産プラントの１つまたは複数の要素は、ＤＣＳと組み合わせて、またはＤＣＳから実質的に自立して機能できる別々の制御システムを有することができる。たとえばタービン制御システム（ＴＣＳ）は、ＤＣＳとは独立して機能することができる。さらに、ＤＣＳは、電力生産方法の様々な機能を行うために、ＴＣＳにシグナルを送ることができる（逆も同様である）。よって、電力プラントは単一の制御システムを含むことができ、または電力プラントは複数の制御システムを含むことができる。さらに、１つの単一の制御システムで、１つまたは複数のサブ制御システムを管理することができる。図１では、制御システム１７０は、ＴＣＳであり得て、システムは別々のＤＣＳを含み得る。

制御システムまたは複数の制御システムは、様々な制御のニーズに対処するように構成することができる。一部の実施形態では、制御システムは、特に、電力生産プラントの電力の出力を制御する方法に関することができる。一部の実施形態では、制御システムは、特に、電力生産システムにおける燃料流および／または酸化剤流を制御する方法に関する。一部の実施形態では、制御システムは、特に、実質的に定常状態のシステムを提供するための制御に関する。特定の制御経路および／または制御シグナルが供される定常状態の条件の非限定的な例として、ＴＵＲＢＩＮＥ ＩＮＬＥＴ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥのモニターおよびアラーム、酸化剤要求シグナル（ＯＸＩＤＡＮＴ ＤＥＭＡＮＤ ｓｉｇｎａｌ）、ケース冷却流および温度（ｃａｓｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｆｌｏｗ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）、ノズル冷却流および温度、翼の冷却流量および温度、釣り合いピストン制御、ならびに熱交換器の保護が、挙げられる。１つまたは複数の実施形態では、複数の制御経路および／または制御シグナルを、組み合わせて利用してもよい。たとえば、プラントの起動は、プラントが、安全かつ効率的な方法で、シャットダウン状態から作動状態まで確実に推移するように、複数の制御経路および制御シグナルを利用してもよい。特に起動は、複数のウェイポイントを利用して実行してもよく、ここで各ウェイポイントの必要な作動状態が適切に達成された後に、制御システムにより起動が次のウェイポイントに進行しなければならない。よって、制御システムは、特に、複数のステップを定義されたシーケンスで実行して定義された結果を確実に達成するように構成されてもよい。よって、本開示は、特に、電力生産の燃焼サイクルの１つまたは複数の態様を制御するための１つまたは複数の方法を提供することができる。

本明細書中記載の制御機能は、特に、電力生産システムの制御部から機能的な構成要素まで送達される制御シグナルに応答する、電力生産システムの１つまたは複数の作動状態の特定の変化に関する。たとえば、制御機能は、１つまたは複数のバルブを開口および／または閉鎖すること、特定の流れのラインの圧力を上げるまたは下げること、流れのラインの中の流量の比率を上げるまたは下げること、圧縮器またはポンプにおける圧縮を増やすまたは減らすことなどを含むことができる。よって、作動上の変化を、制御部からの制御シグナルに応答して引き起こすことができる。さらに、制御シグナルは、圧力センサー、フローセンサー、レベルセンサー、および温度センサーなどの１つまたは複数のセンサーからの入力シグナルに基づき、制御部により生成されてもよい。

１つまたは複数の実施形態では、電力生産システムにおける電力の出力は、制御シグナルとしての電力要求を利用することにより、調節することができる。そのため、本開示は、電力生産システム用の１つまたは複数の制御経路を含む制御システム、ならびに同制御経路（複数可）の実施に適したシステムおよび方法に関することができる。適切な制御経路の実施形態を、図２に例示する。図２に示す制御経路を、さらに図４ａに示す（ＳＨＥＥＴ １）。図２に例示する制御経路は、燃料流および／または酸化剤流が、（自動的にまたは相互に）２つ以上のライン―たとえば、第１の燃料ライン（または高流量燃料ライン）および第２の燃料ライン（または低流量燃料ライン）の間、または第１の酸化剤ライン（または高流量酸化剤ライン）および第２の酸化剤ライン（または低流量酸化剤ライン）の間で切り替えることができる実施形態を例示する。制御経路は、それぞれのラインの間の各流れに関して様々な当量比を利用する能力を可能にする。たとえば、制御システムは、第１の燃料ライン（図１の１１６）および第２の燃料ライン（図１の１１７）の中を通る燃料の量を制御するように特に適合させた１つまたは複数の制御経路、ならびに／または、第１の酸化剤ライン（図１の１２１）および第２の酸化剤ライン（図１の１２２）の中を通る酸化剤の量を制御するように特に適合させた１つまたは複数の制御経路を定義することができる。燃料流および／または酸化剤流の制御は、制御部からの制御シグナルに応答した、１つまたは複数のバルブの開口および閉鎖を含むことができる。さらに、制御シグナルは、１つまたは複数のセンサーからの入力シグナルに基づき、制御部により生成されてもよい。特定の実施形態では、このような制御は、特に、電力プラントの起動の間、および／または起動と完全な作動との間の切り替え期間の間に、適用することができる。本明細書中使用されているように、「完全な作動」は、燃焼器が作動中であり、タービンおよび主圧縮器（複数可）が同期しており、タービンが電力生産用の発電器を作動させるのに十分な速度で作動していることを、示すことができる。

図２では、ＰＯＷＥＲ ＤＥＭＡＮＤシグナル２０２およびＰＯＷＥＲ ＡＣＴＵＡＬシグナル２０４は、ＤＣＳおよび発電器制御システム（ＧＣＳ）によりそれぞれ、出力することができる。ＰＯＷＥＲ ＤＥＭＡＮＤは、所定の時間に必要とされている電力の出力を伝達し、ＰＯＷＥＲ ＡＣＴＵＡＬは、発電器により測定された、所定の時間での実際の電力出力を伝達する。ＰＯＷＥＲ ＤＥＭＡＮＤを、ＰＯＷＥＲ ＡＣＴＵＡＬと比較し、ウェイポイント２０６で計算された差分を使用して、ＦＵＥＬ ＦＬＯＷ ＤＥＭＡＮＤシグナルを生成することができる。よって、制御シーケンスは、ＰＯＷＥＲ ＤＥＭＡＮＤシグナルを燃料流シグナルに変換するように構成されており、ここで燃料流シグナルは、第１の燃料ラインおよび第２の燃料ラインに様々な比で燃料を流すシグナルを伝達することができる。ＦＵＥＬ ＦＬＯＷ ＤＥＭＡＮＤシグナルを、ウェイポイント２０８で計算するか、または代わりに電力対流れの関数を、従来の燃料ストロークリファレンス（ｆｕｅｌ ｓｔｒｏｋｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）（ＦＳＲ）シグナルを生成するように構成することができる。たとえば、ウェイポイント２０８での関数は、他の方法で上述されているように燃料の流量の比率を出力する代わりに、０％～１００％の出力シグナルを有することができる。ＦＳＲモードを使用する場合、以下の制御器を、手動制御下に置いてもよい。ウェイポイント２０８での関数から生じたＦＵＥＬ ＦＬＯＷ ＤＥＭＡＮＤシグナルを、ウェイポイント２１０で１つまたは複数の追加の要求で修正することができる。たとえば、ＦＵＥＬ ＦＬＯＷ ＤＥＭＡＮＤシグナルを、起動シーケンスからの起動燃料（ＳＵ－ＦＵＥＬ）シグナルなどの燃料要求シグナルで修正することができる。起動の間、ＰＯＷＥＲ ＤＥＭＡＮＤは、本質的に０であり得て、よって、ＳＵ－ＦＵＥＬシグナルは、燃料流の要求を指示する。起動を超えてプロセスが進行すると、ＰＯＷＥＲ ＤＥＭＡＮＤは増加し、ＳＵ－ＦＵＥＬシグナルは最終的に０に移行する。この方法では、燃料流は、ＰＯＷＥＲ ＤＥＭＡＮＤシグナルの変化として自動的に調節される。

図２に示されている制御経路のウェイポイント２０８で生成されたＦＵＥＬ ＦＬＯＷ ＤＥＭＡＮＤシグナルは、１つの制御器または複数の制御器により読み取ることができる。さらに、ＦＵＥＬ ＦＬＯＷ ＤＥＭＡＮＤシグナルは、複数の異なる燃料ラインおよび酸化剤ラインに適用することができ、これらは、電力生産システムで利用される燃料ラインの数に応じて変動することができる。図１に例示されるように、制御システムは、第１のライン（たとえば図１のライン１１６）の燃料制御バルブの中を通る燃料流が制御される経路；第２のライン（たとえば図１のライン１１７）の燃料制御バルブの中を通る燃料流が制御される経路；第２のライン（たとえば図１のライン１２２）を通る酸化剤流が制御される経路；および酸化剤要求シグナルが計算される経路を含み、ここでシグナルは、第１のライン（たとえば図１のライン１２１）を通る酸化剤流を制御するために使用することができる。用語「第１の燃料ライン」、「第２の燃料ライン」、「第１の酸化剤ライン」、および「第２の酸化剤ライン」の使用は、概して、使用することができる複数の燃料ラインおよび酸化剤ラインを説明するために使用でき、これら用語は、実際のラインの特定の目的に関係することができる。たとえば、特定の実施形態では、第１の燃料ラインおよび第１の酸化剤ラインは、電力生産プラントの通常の作動時に、燃料流および／または酸化剤流の大半を燃焼器へ提供するように適合させることができ、第２の燃料ラインおよび第２の酸化剤ラインは、主にプラントの起動時に、燃料流および／または酸化剤流を提供するように適合させることができる。２つの燃料流および酸化剤の経路が例示されているが、２つ以上の燃料流の経路および２つ以上の酸化剤流の経路（たとえば３つ、４つ、５つ、またはそれ以上の経路）が包有されると理解される。一部の実施形態では、燃料および／または酸化剤に対する流れの要求は、ＴＣＳにより提供される分配した留分（ＳＰＬＩＴ－ＦＲＡＣ）に基づき分配することができる（以下にさらに詳細に論述されている）。

本開示に係る制御システムは、さらに、電力生産タービン（図１の要素１２５）のタービン入口温度（「ＴＩＴ」）に少なくとも部分的に基づき、燃料流および／または酸化剤流を計算することができる。図２に例示されている制御経路では、計算されたタービン入口温度、ＴＩＴ ＣＡＬＣＵＬＡＴＥＤを、ウェイポイント２１２で入力することができ、これを、あらかじめ設定することができ、たとえばタービンまたは電力生産システムの他の構成要素の作動限界（たとえば熱交換器の作動限界）に基づくことができる、ウェイポイント２１４で入力された最高タービン入口温度ＭＡＸ ＴＩＴと比較することができる。ウェイポイント２１６での差分の計算を、ウェイポイント２１０で任意に調節されたＦＵＥＬ ＦＬＯＷ ＤＥＭＡＮＤシグナルと比較し、この最小値が、図２に例示されているさらなる制御経路で使用するためのウェイポイント２１８での出力である。

図２の上部の制御経路は、選択された低値２１８を利用して、高流量ライン―すなわち、図１の第１の燃料流ライン１１６の燃料制御バルブの中を通る燃料流を計算する。選択された低値２１８は、本明細書中他の方法で生成されている分配シグナル（ＳＰＬＩＴ ＦＲＡＣ）に基づき調節される。ＳＰＬＩＴ ＦＲＡＣの値を１から減算し、その結果に、ウェイポイント２２０で選択された低値２１８を乗算する。起動モードの例示的な実施形態では、シグナル発生器から「ゼロ」シグナルを受信することにより、制御経路における自動スイッチを閉じることができる。図２のウェイポイント２２２を参照されたい。このようにして制御経路を強制的にゼロにし、これにより高流量ライン用の流量制御バルブ（ＦＣＶ－ＦＨ）２３２を閉鎖し、実質的に燃料が高流量燃料ラインに流れないようにする。よって、燃料要求シグナル全体が第２の制御経路を介して送られることにより、燃料流の実質的に全てが、低流量燃料制御バルブ―ＦＣＶ－ＦＬ２４６により制御される低流量燃料ラインの中を流れる。この点で生成された制御シグナルは、高流量ラインの流量制御バルブ（ＦＣＶ－ＦＨ）および／または低流量ラインの流量制御バルブ（ＦＣＶ－ＦＬ）を開口／閉鎖するように適合させることができる。燃料流ライン（たとえば図１のライン１１６および１１７）のバルブのこのような開口および閉鎖は、必要な質量流量または体積流量を提供するために、必要に応じて、漸増させることができる。作動モードとは無関係に、燃料流量制御バルブ（ＦＣＶ－ＦＨおよびＦＣＶ－ＦＬ）は、好ましくは、図２に例示されているさらなる修正に基づき、ＰＯＷＥＲ ＤＥＭＡＮＤシグナルに応答するように構成されている。このようにして、ＰＯＷＥＲ ＤＥＭＡＮＤシグナルは、最終的には、いずれかの燃料流ラインを介して燃焼器に入る燃料の量を増加および／または減少させるように機能することができる。

シグナル発生器は、本明細書中他の方法で生成されているＭＯＤＥシグナルを受信するまで、ウェイポイント２２２をデフォルトの０にしたままにする。ＭＯＤＥシグナルは、電力生産工程が、高流量ラインを通る燃料流が望ましい状態にあることを示すいずれかのシグナルであり得る。たとえば、上述のように、起動の間、低流量燃料ラインのみを介して燃料流を提供することが望ましくなり得る。定義された作動状態のセットが一致した後、ＭＯＤＥシグナルを生成することができ、燃料が、高流量ラインを流れ始めることができる。この時点で、ウェイポイント２２２を制御する自動スイッチにより、制御経路は、ウェイポイント２２０からの計算を使用する。次に、この計算を、流れ変換器２２６で測定された、高流量ラインを通る燃料の実際の流れ、ＦＬＯＷ－ＦＨ２２８と比較する。次に、ウェイポイント２２４で計算された差分を、ウェイポイント２３０で自動スイッチに通す。この値を使用して、たとえばプラントの機能不良の場合に作動状態がＳＴＯＰ ＦＵＥＬを生成しない限り、ＦＣＶ－ＦＨ２３２を制御する。ＳＴＯＰ ＦＵＥＬシグナルは、生成される場合、ウェイポイント２３０を通る流量シグナルを０に切り替えることにより、燃料がＦＣＶ－ＦＨ２３２の中を流れないようにする。別の方法では、ＦＣＶ－ＦＨ２３２は、上述の制御経路により計算された質量流量または体積流量を許容するように自動的に開口／閉鎖する。

同様の制御経路では、ウェイポイント２１８で生成された、ＳＥＬＥＣＴ ＬＯＷ ＶＡＬＵＥを使用して、低流量ラインの燃料制御バルブ―ＦＣＶ－ＦＬ２４６の開口および閉鎖を指示することにより、低流量燃料ラインを通る燃料流を自動的に制御することができる。特に、ウェイポイント２３４の自動スイッチは、ウェイポイント２１８からのＬＯＷ ＶＡＬＵＥを使用してデフォルトに設定することにより、燃料を、ＦＣＶ－ＦＬ２４６を通る低流量燃料ラインのみに通すことができる。前述のように、ＳＰＬＩＴ ＦＲＡＣシグナルは、自動スイッチを、ＬＯＷ ＶＡＬＵＥにＳＰＬＩＴ ＦＲＡＣの値を乗じる関数と交互にすることができる。ウェイポイント２３４を通過するいかなる値も、ＦＬＯＷ－ＦＬ２３８に関する流れ変換器２３６により測定される低流量ラインを通る実際の燃料流と比較する。次に、ウェイポイント２４０で得られた差分を、ウェイポイント２４２で自動スイッチを通してデフォルトとして伝達する。しかしながら、自動スイッチは、制御器が、燃焼器における実際の点火を表すシグナル―すなわちＦＵＥＬ ＩＧＮＩＴＩＯＮ ＯＮシグナルを生成する場合、あらかじめ設定した流れの値と交互にすることができる。あらかじめ設定した流れは、任意の値であり得る；しかしながら、これは、概して、通常のプラント作動の間、すなわち燃焼器の点火の後に、燃料流の大部分が、高流量燃料ラインを通るように比較的低いレベルで維持され得る。前述のように、低流量燃料の制御経路はまた、流れが、ＳＴＯＰ ＦＵＥＬシグナルが生成される場合に０となるような、ウェイポイント２４４での自動スイッチをも含む。別の方法では、ＦＣＶ－ＦＬ２４６は、上述の制御経路により計算された質量流量または体積流量を許容するように自動的に開口／閉鎖する。

低流量酸化剤ライン（たとえば図１のライン１２２）を通る燃焼器への酸化剤流はまた、低流量燃料ラインの制御経路に部分的に基づき制御され得る。この酸化剤流の経路は、最初に、最初の低流量ラインに対して酸化剤流をデフォルトとするように生成されているバイアスシグナル（ＬＯＷ ＢＩＡＳ）および様々な酸化剤流ラインに割り当てられている酸化剤流の総量を特定するように生成された当量（ＥＱ－ＲＡＴＩＯ）シグナルに基づく。ウェイポイント２４８では、ＬＯＷ ＢＩＡＳシグナルおよびＥＱ－ＲＡＴＩＯシグナルを加算し、この合計を、低流量燃料の制御経路でウェイポイント２３４の出口での値の除数として使用する。関数ウェイポイント２５２で、低流量ラインにおける燃料：酸化剤の流量の比率を計算し、次に、ウェイポイント２５８で、流れ変換器２５４により測定される、低流量酸化剤ラインを通る実際の酸化剤流－ＬＯＷ ＦＬＯＷ２５６と比較する。この流量の比率は、それぞれのラインを流れる物質の相対的な質量流量に基づくことができ（たとえばキログラム（ｋｇ）／秒）、またはそれぞれのラインを流れる物質の相対的な体積流量に基づくことができる（たとえば立方メートル／秒）。ウェイポイント２５８で得た差分を、ウェイポイント２６０に伝達し、ここで自動スイッチは、ウェイポイント２５８からの差分の使用をデフォルトとする。しかしながら、自動スイッチは、制御器が燃焼器における実際の酸化剤の点火を示すシグナル―すなわちＯＸ－ＬＦ ＩＧＮＩＴＩＯＮ ＯＮシグナルを生成する場合、あらかじめ設定した流れの値と交互にすることができる。あらかじめ設定した流れは任意の値であり得る；しかしながら、概して、通常のプラント作動の間、すなわち燃焼器の点火の後で、酸化剤流の大部分が高流量酸化剤ラインを通るように、比較的低いレベルで維持され得る。よって、低流量酸化剤ラインの流量制御バルブＦＣＶ－ＯＬ２６２は、上述の制御経路により計算された質量流量または体積の流量を許容するように自動的に開口／閉鎖する。

高流量酸化剤ラインを通る酸化剤流は、低流量酸化剤ラインに関して上述されているものと同様の専用経路により制御され得る。一部の実施形態では、しかしながら、ＯＸＩＤＡＮＴ ＤＥＭＡＮＤシグナルを生成し、ＤＣＳに送ることにより、高流量酸化剤ライン用の酸化剤流の制御バルブの開口および閉鎖を制御することができる。図２に示されているように、ウェイポイント２１８からのＬＯＷ ＶＡＬＵＥを、ウェイポイント２６４で上述のＥＱ－ＲＡＴＩＯにより除算することができる。その後、計算関数をウェイポイント２６６で実行し、全ての酸化剤流ラインを通る総酸化剤流に対する、全ての燃料流ラインを通る総燃料流の流量の比率を計算することができる。次に、ウェイポイント２６６での関数の結果を、シグナル２６８としてＤＣＳに送る。次に、高流量酸化剤ラインを通る酸化剤流を、ＯＸＩＤＡＮＴ ＤＥＭＡＮＤシグナルおよび上述のように計算されたＦＣＶ－ＯＬ２６２を通る流れに基づき自動的に計算することができる。流量の比率は、それぞれのラインを流れる物質の相対的な質量流量に基づくことができ（たとえばｋｇ／秒）、またはそれぞれのラインを流れる物質の相対的な体積流量に基づくことができる（たとえば立方メートル／秒）。

上記に加え、図４ｇに例示されている関数のシーケンス（ＳＨＥＥＴ ７）により、燃料対酸化剤の比率を、燃料流、タービンの速度、システムの圧力などのうちの１つまたは複数に基づき計算することができる。ここで、ＳＰＬＩＴ－ＦＲＡＣは、ＦＣＶ－ＦＨとＦＣＶ－ＦＬとの間の燃料の分布に関する燃料の留分の比率であり；ＬＯ－ＢＩＡＳは、ＦＣＶ－ＦＬの当量比であり；ＥＱ－ＲＡＴＩＯは、燃料対酸化剤の比率である。ＳＰＬＩＴ－ＦＲＡＣ、ＬＯ－ＢＩＡＳ、およびＥＱ－ＲＡＴＩＯのそれぞれは、流れ変換器により測定される、燃料ラインを通る質量または体積に関する燃料流の合計の関数として計算される。３つのうちそれぞれに関して、シグナルは、起動モードからフルファンクションモードへと変化する準備を示すＲＥＡＤＹ ＴＯ ＭＯＤＥ ＳＷシグナルの生成まで、シグナル発生器を介して定義した値（「ＸＸ」）に偏らせることができる。そのため、ＳＰＬＩＴ－ＦＲＡＣ、ＬＯ－ＢＩＡＳ、およびＥＱ－ＲＡＴＩＯの全ては、電力プラントの起動の際に、低流量ラインを通る適切な流れに関して定義された開始値を有することができる。また、ＳＨＥＥＴ ７は、熱交換器の過熱を予防するための計算手順を例示している。たとえば、一部の実施形態では、ＴＣＳは、高流量燃料ラインおよび低流量燃料ラインのうちの１つまたは両方を通る、燃焼器への燃料の投入を保持または低くするように構成することができる。このような制御は、１つもしくは複数のセンサーおよび／またはＴＣＳの補助となる制御部からのフィードバックシグナルに少なくとも部分的に基づくことができる。このようなフィードバックシグナルは、たとえば一部の実施形態では、速度制限に基づくことができる。他の実施形態では、フィードバックシグナルは、温度、圧力、ひずみ、またはさらなる変数に関する絶対的な限界などの、入力変数に基づくことができる。一部の実施形態では、フィードバックシグナルは、あらかじめ定義した最大値に近づくかまたはこれを超える、１つまたは複数の復熱型熱交換における熱のレベルを示し得る。このような例では、制御システムは、タービンの出力温度、よって復熱型熱交換器の作動温度を制御するために記載されるように燃料の投入を保持または低くするように構成することができる。

ＬＯ－ＢＩＡＳシグナルの提供により、起動モードでの酸化剤流は、通常の作動モードにおける酸化剤流と異なる当量比を有することができる。さらに、ＬＯ－ＢＩＡＳシグナルは、互いに独立して高流量ラインおよび低流量ラインに関する当量比（燃料対酸化剤の比率）の操作を可能にする。燃焼器に入る燃料対酸化剤の全体の比率が存在する場合、高流量ラインにおける燃料対酸化剤の比率は、低流量ラインにおける燃料対酸化剤の比率と異なる場合がある。これにより、燃焼器の機能をより正確に制御する能力を有意に上げることができる。燃料対酸化剤の比率を変えることに加えて、本開示は、酸化剤流の化学的性質を変化させることをも提供する。たとえば、酸化剤流は、ＣＯ_２で希釈したＯ_２を含むことができ、酸化剤流に含まれるＣＯ_２の量を、高流量ラインおよび低流量ラインに関連する酸化剤流とは無関係に変化させることができる。よって高流量ラインから燃焼器へ入る酸素濃度は、低流量ラインから燃焼器へ入る酸素濃度とは無関係に変動し得る。よって、燃焼器にもたらされる燃料／酸化剤の経路の全てに関して、本制御システムは、当量比を異なるようすることができ、酸化剤流の化学的性質も同様に異なるようにすることができる。上記の観点で、本開示に係る制御部は、特に、燃料供給システムから燃焼器までの２つ以上の異なる燃料ラインを流れる燃料の質量または体積の比率を調節するように適合させることができる。同様に、本開示に係る制御部は、特に、酸化剤供給システムから燃焼器までの２つ以上の異なる酸化剤ラインを流れる酸化剤の質量または体積の比率を調節するように構成することができる。さらに、本開示に係る制御部は、特に、燃焼器へと燃料ラインを流れる燃料の質量または体積と比較して、燃焼器へと酸化剤ラインを流れる酸化剤の質量または体積の比率を調節するように構成することができる。全ての場合で、流量の比率は、それぞれのラインを流れる物質の相対的な質量流量に基づくことができ（たとえばｋｇ／秒）、またはそれぞれのラインを流れる物質の相対的な体積流量に基づくことができる（例えば立方メートル／秒）。

上記からわかるように、本開示は、２つ以上の流量ラインを通る燃料流の間を自動的に切り替える能力を提供する。２つ以上の流量ラインを通る燃料流は多様であり得て、流量の比率は、定義される投入に基づき自動的に変化させることができる。よって、任意の所定のポイントで、燃焼器への燃料流の０～１００％を、２つ以上の燃料流ラインのいずれかに割り当てることができる。

図２に関連して記載されている制御経路に加えて、燃焼器への燃料流および酸化剤流の制御に利用される様々なシグナルおよび値を計算するために、さらなる様々な制御経路を制御システムにより実施することができる。たとえば、図１で明らかなように、タービン入口温度（ＴＩＴ）を、適切な燃料流の制御シグナルを決定するために、制御経路で利用することができる。

電力生産方法の高温、高圧の条件のため、タービン入口で温度を直接測定することは、極めて困難である場合がある。よって、本開示の実施形態では、制御システムは、様々な入力に基づき得る複数の計算手順を使用して、ＴＩＴを計算する。図４ｉに例示されているように（ＳＨＥＥＴ ９）、ＴＩＴは、３つの異なる計算手順のうち最も大きな値［＞Ｈ］として得られる。必要に応じて、より多数の計算手順を利用することができる。さらに、単一の計算手順のみを使用してもよい。

図４ｉ（ＳＨＥＥＴ ９）では、ＴＩＴを計算するための第１の手順は、電力生産システム全体の様々な流れからの直接の計算である。これは、たとえば、温度、圧力、質量流量、流れの条件に基づく特定の熱、および生成物の形成の熱に基づく燃料の熱の値に関連する入力の受容を含むことができる。以下のそれぞれの流れ（質量流量または体積流量として得られる）は、それぞれの流量検知部（「ＦＥ」）で測定される：高流量燃料ライン（ＨＦ ＦＵＥＬ）を通る燃料流；低流量燃料ライン（ＬＦ ＦＵＥＬ）を通る燃料流；低流量酸化剤ライン（ＬＦ－ＯＸＩＤＡＮＴ）を通る酸化剤流；高流量酸化剤ライン（ＨＦ－ＯＸＩＤＡＮＴ）を通る酸化剤流；燃焼器への投入のためのリサイクルＣＯ_２（たとえばリサイクル圧縮器を出たＣＯ_２）の流れ（ＲＥＣＹＣＬＥ）；およびノズル冷却流用のＣＯ_２の流れ（ＮＯＺＺＬＥ ＣＯＯＬＩＮＧ）。以下の圧力のそれぞれを、それぞれの圧力変換器（「ＰＴ」）で測定する：低流量酸化剤ライン（ＬＦ－ＯＸＩＤＡＮＴ）の圧力；高流量酸化剤ライン（ＨＦ－ＯＸＩＤＡＮＴ）の圧力；および燃焼器への流入用のリサイクルＣＯ_２流（ＲＥＣＹＣＬＥ）の圧力。以下の温度のそれぞれを、それぞれの温度変換器（「ＴＴ」）で測定する：低流量酸化剤ライン（ＬＦ－ＯＸＩＤＡＮＴ）を通る流れの温度；高流量酸化剤ライン（ＨＦ－ＯＸＩＤＡＮＴ）を通る流れの温度；および燃焼器への流入のためのリサイクルＣＯ_２流（ＲＥＣＹＣＬＥ）の温度。このような直接の計算は、燃焼器へ入る総エネルギーおよび総質量を利用することができ、理論的なＴＩＴを計算することができる。

ＴＩＴを計算するための第２の手順は、タービンの圧力比に基づくことができるタービン特性の計算である。燃焼器に投入するためのリサイクルＣＯ_２流（ＲＥＣＹＣＬＥ）の圧力を、それぞれの圧力変換器（「ＰＴ」）により測定したタービンを出たタービン流（ＥＸＨＡＵＳＴ）の圧力により除算する。タービンの性能を、この圧力比およびタービン排気（ＥＸＨＡＵＳＴ）が流れるタービンの出口温度の関数として計算する。このタービン出口温度（「ＴＯＴ」）は、温度変換器（「ＴＴ」）で測定される。このような手順は、ＴＩＴの有意な過小予測を回避するために、タービンへの流れを冷却すること、およびこのような流れからのＴＯＴを低下させることを考慮して、必要に応じて修正することができる。

ＴＩＴを計算するための第３の手順は、タービンのケーシングまたは軸距の測定温度に基づき推定することができる。このような手順は、温度変換器（「ＴＴ」）を介したタービンにおける金属温度の直接測定（ＩＮＮＥＲ ＣＡＳＩＮＧ）を可能にするための、ＢＩＡＳまたはオフセットの使用を含むことができる。

上記の３つの手順を実行する場合、制御システムは、３つの計算のうちの高いものを得て［＞Ｈ］、これを出力シグナルＴＩＴ－ＣＡＬＣを形成するために使用する。この出力は、上述のように、必要に応じて、図２などのさらなる制御経路に送られる。

一部の実施形態では、ＴＩＴは、直接制御されていなくてもよく、むしろタービン出口温度（ＴＯＴ）および実際のタービン電力の組み合わせに依存してもよい。特に、ＤＣＳは、タービンへの質量流量を制御することによりＴＯＴを制御するように構成することができる。これは、第１の熱交換器における温度プロファイルを制御し、パイプおよび熱交換器における熱機械的な疲労を制限し、起動およびシャットダウンの間の温度変化の速度を制御するように適合させることができる。よって、ＴＣＳは、燃料流を制御することにより、タービンの電力の出力を制御することができる。ＴＩＴは、直接制御されていない場合があるため、安全の目的のため、ＴＩＴをモニタリングすることが必要であり得る。

一部の実施形態では、燃料の制御経路は、流れの変化に対して実質的に線形の応答を提供するように適合され得る。また、燃料の制御経路が、１つまたは複数の流量制御バルブ、ならびに１つまたは複数の圧力制御バルブを含む、複数のバルブの構成を利用してもよい。圧力制御バルブは、下流の燃料流量制御バルブの前後の圧力低下を制御するために利用してもよく、または下流の燃料流量制御バルブの前の圧力を制御するために利用してもよい。これら（および他の制御ポイント）を使用して、燃料流制御バルブの応答を線形にしてより線形の予測可能な制御を可能にし、また燃料供給システムの上流の圧力の圧力変動から燃料流制御バルブを切り離すことができる。

上述の燃料圧力制御バルブを含む制御経路を、図４ｊに例示する（ＳＨＥＥＴ １０）。この中でわかるように、高流量の流量制御バルブＦＣＶ－ＦＨ（図２の要素２３２）および低流量の流量制御バルブＦＣＶ－ＦＬ（図２の要素２４６）の両方の制御経路に、シグナル発生器を含めることができる。それぞれの場合において、圧力の設定点は、それぞれのＦＣＶの前後での圧力低下が、最小圧力の設定点（すなわち「ＸＸｂａｒ」）であり得る定義した圧力で保持されるように確立することができる。対応するバルブのストロークのパーセンテージもまた、高流量および低流量に関して設定することができ（ここで「ＸＸ％」は、可変のバルブのストロークのパーセンテージを表す）、これにより、バルブのストロークの設定点に達する場合、圧力低下の設定点は、燃料の送達を増加させるために上昇する。このことは、各ラインでのバール（％）のｆ（ｘ）関数および高い選択（＞Ｈ）の関数から明らかである。このような制御経路の構成は、電力プラントのモードに関わらず（たとえば起動対完全な作動）自動的な作動を提供することができる。

上記に加えて、圧力制御バルブの前後の最小の圧力低下が固定値で保持されるように、１つまたは複数の圧力変換器を制御経路に含めることができる。図４ｊ（ＳＨＥＥＴ １０）では、ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＵＰＳＴＲＥＡＭ ＯＦ ＦＣＶ－ＦＨ、燃料ガスの圧縮器吐出圧力またはＦＧ ＣＯＭＰ ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ、およびＰＲＥＳＳＵＲＥ ＵＰＳＴＲＥＡＭ ＯＦ ＦＣＶ－ＦＬに関連する圧力シグナルを提供するために、３つの圧力変換器を利用する。３つの測定した値のうち最小の値［＞Ｌ］を選択するために、ロジカルシーケンスを利用することができる。その後、制御器は、この最小の圧力低下に基づき燃料のガスの圧縮器の排気圧力（ＦＧ ＰＲＥＳ ＳＥＴ ＰＯＩＮＴ）に関する値を生成し、シグナルをＤＣＳに送達する。また、ＰＣＶ－ＦＨおよびＰＣＶ－ＦＬを通る流れの計算もまたそれぞれ、ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＤＯＷＮＳＴＲＥＡＭ ＯＦ ＦＣＶ－ＦＨおよびＰＲＥＳＳＵＲＥ ＤＯＷＮＳＴＲＥＡＭ ＯＦ ＦＣＶ－ＦＬを考慮し、これらのそれぞれは、各圧力変換器により測定される。これらは、上述の最小値と比較される実際の流れの圧力を提供する。

一部の実施形態では、単一の圧力低下のみを利用してもよい。たとえば、起動の間、ＰＣＶ－ＦＬの前後の圧力低下のみを使用することが可能である。好ましくは、最小の設定は、最小の圧縮器特性の定格に基づき利用される。最小の圧力（たとえば「ｍｉｎ ｂａｒ」）は、シグナル発生器による入力であり、最も高い圧力は、高い選択関数［＞Ｈ］により記載されるように選択される。燃料流制御バルブの上流の１つまたは複数の圧力制御バルブの利用は、一部の実施形態では、燃料ガスの圧縮器からの多様な圧力出力のみを通して一定の燃料ガスの圧力制御の維持を提供することができる。さらに、起動モードの際に特別な検討を提供することができる。たとえば、シグナル発生器を使用して、バルブが確実に閉鎖したままで、ＰＣＶとＦＣＶとの間の高流量燃料ラインに確実に圧力がないように、起動の際に圧力制御バルブを強制的に０％にすることができる。適切な時点で、ＲＥＡＤＹ ＴＯ ＭＯＤＥ ＳＷシグナルは、起動モードからフルファンクションモードへの変化を示すことができ、このシグナルによって、シグナル発生器は、ＰＣＶ－ＦＨバルブを所定の設定（Ｙ％）まで開口させることができる。必要な切り替えは、自動スイッチ（「ＡＳＷ」）を利用して行われる。起動モードから通常の作動モードへの変化が起こると、バルブの前後の圧力低下が、上述のように正常に制御される。

本開示に係る電力プラント用の燃料ガスシステムの簡略図を、図３に示す。この中で明らかなように、燃料ガスの圧縮器３００を出た主燃料ライン３０１が、第１のまたは高流量のライン３１０および第２のまたは低流量のライン３２０に分配されている。高流量燃料ライン３１０は、圧力制御バルブ３１２、流量制御バルブ３１４、および流れ検知部３１６を含む。圧力センサー３１３は、圧力制御バルブ３１２と流量制御バルブ３１４との間に位置し、圧力センサー３１５は、流量制御バルブ３１４と流れ検知部３１６との間に位置している。同様に、低流量燃料ライン３２０は、圧力制御バルブ３２２、流量制御バルブ３２４、および流れ検知部３２６を含む。圧力センサー３２３は、圧力制御バルブ３２２と流量制御バルブ３２４との間に位置し、圧力センサー３２５は、流量制御バルブ３２４と流れ検知部３２６との間に位置している。また、圧力センサー３０５は、高流量ライン３１０と低流量ライン３２０との間の分配の上流の主要な燃料ライン３０１に位置している。特定の実施形態では、バルブ３１２は、ＰＣＶ－ＦＨに対応することができ、バルブ３１４は、ＦＣＶ－ＦＨに対応することができ、バルブ３２２は、ＰＣＶ－ＦＬに対応することができ、およびバルブ３２４は、ＦＣＶ－ＦＬに対応することができる。図３および図４ｊ（ＳＨＥＥＴ １０）を参照すると、ＰＴ ３０５は、ＦＧ ＣＯＭＰ ＤＩＳＣＨＡＲＧＥを測定することができ、ＰＴ ３１３は、ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＵＰＳＴＲＥＡＭ ＯＦ ＦＣＶ－ＦＨを測定することができ、ＰＴ ３１５は、ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＤＯＷＮＳＴＲＥＡＭ ＯＦ ＦＣＶ－ＦＨを測定することができ、ＰＴ ３２３は、ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＵＰＳＴＲＥＡＭ ＯＦ ＦＣＶ－ＦＬを測定することができ、およびＰＴ ３２５は、ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＤＯＷＮＳＴＲＥＡＭ ＯＦ ＰＣＶ－ＦLを測定することができる。

燃焼器への燃料流に対して特定の制御を提供することに加えて、本開示の制御システムは、燃焼器への酸化剤流の様々な態様を制御するように構成することができる。図４ｋに例示されているように（ＳＨＥＥＴ １１）、制御システムは、酸素の低流量制御バルブ（ＦＣＶ－ＯＬ ＰＯＳＩＴＩＯＮ）の前後での圧力低下を定義した値に維持するように構成された経路を含むことができる。あらかじめ設定したパーセンテージは、シグナル発生器を介して提供することができ（ＳＧ－ＸＸ％）、いずれかのパーセンテージを、最大パーセンテージとして選択することができる。この最大値を、ＴＣＳによる入力としてのＦＣＶ－ＯＬを通る実際の流れと比較する。また、制御経路は、所望の（ＳＧ－ＢＢ ｂａｒ）としてあらかじめ設定することができる最小流量の圧力を入力するためのシグナル発生器を含み、高い選択（＞Ｈ）関数を使用して、必要な値を次の制御経路に送る。制御システムは、ＦＣＶ－ＯＬの前後での圧力低下に関する設定点を増加させるように構成することができる。この設定点の変化は、ＤＣＳに送られる酸化剤の圧力設定点（ＯＸ ＰＲＥＳ ＳＥＴ ＰＯＩＮＴ）の変化をシグナル伝達することができ、ここでシグナルは、電力プラントで使用される圧縮器および／またはポンプに関連する制御経路で使用される。これにより、様々な作動モードでの円滑で連続した制御が可能となる。酸化剤の圧力設定点を満たす能力は、圧力変換器ＰＴからのＣＯＭＢＵＳＴＯＲ ＰＲＥＳＳＵＲＥバルブおよび圧力変換器ＰＴからのＯＸＩＤＡＮＴ ＤＥＬＩＶＥＲＹ ＰＲＥＳＳＵＲＥバルブに関連する、酸化剤圧縮器および酸化剤のポンプの協調に依存している。ポンプをオンラインにすると、酸化剤流が燃料シグナルに依存するため、ＤＣＳは燃料シグナルを保持するようＴＣＳに通知するように適合させることができる。このようにして、酸化剤の圧力制御システムが単純化され、燃料流と連携し、自動化となる。

上記でわかるように、本発明の制御システムは、電力要求が、燃料投入により制御されるように構成することができる。特に、ＴＣＳは、ＰＯＷＥＲ ＤＥＭＡＮＤシグナルと一致するように燃料投入を制御することができる。流量制御バルブおよび圧力制御バルブの組み合わせは、自動制御することができ、タービンの作動に関して必要な制御範囲全体の円滑な制御および作動を提供することができる。よって、得られた電力サイクルは、従来のガスタービンの場合より燃料投入の変化に対する応答性が低い。本開示によって、燃料制御の変化は、あまり精度が必要とされないためより寛容となり、より遅い応答時間が作動の安全性を増加させることができる。

一部の実施形態では、タービンの冷却に関連して様々な制御経路を利用してもよい。たとえば、自動化制御を提供して、リサイクルＣＯ２流の一部などの１つまたは複数の冷却流を、冷却のためタービンに向けてもよく、制御経路を利用して、質量流量、圧力、温度、および冷却流の供給源のうちの１つまたは複数を制御することができる。一部の実施形態では、ＣＯ２流は、復熱型熱交換器（たとえば図１の構成要素１３５）を通る再加熱経路における１つまたは複数の位置から回収することができる。図４ｌを参照すると（ＳＨＥＥＴ １２）、２つの代替の制御経路が例示されている：上部の経路での温度バイアス流量制御および下部の経路における個々の制御スキーム。上の制御経路では、翼冷却流の質量流量設定点（ＢＬＤ ＣＯＯＬ ＦＬＯＷ ＳＰ）は、ＴＣＳにより設定することができ、これを使用して、翼冷却流（ＢＬＡＤＥ ＣＯＯＬＩＮＧ ＦＬＯＷ）の流れ変換器（「ＦＴ」）により提供される実際に測定されたＢＬＡＤＥ ＣＯＯＬＩＮＧ ＦＬＯＷに対する差分（Δ）に基づき、２つの異なる温度範囲で２つの冷却バルブ―ＢＬＡＤＥ ＣＯＯＬＩＮＧ ＣＯＬＤ ＶＡＬＶＥおよびＢＬＡＤＥ ＣＯＯＬＩＮＧ ＨＯＴ ＶＡＬＶＥ（しかしながらこれより多いまたは少ないバルブを使用できる）を制御することができる。「冷たい（ｃｏｌｄ）」と「熱い（ｈｏｔ）」との間の識別は、ＣＯ２流が熱交換器から回収される際の相対的な温度を参照する。たとえば、ＢＬＡＤＥ ＣＯＯＬＩＮＧ ＨＯＴ ＶＡＬＶＥは、図５でバルブ５５３として例示されており、ＢＬＡＤＥ ＣＯＯＬＩＮＧ ＣＯＬＤ ＶＡＬＶＥは、図５でバルブ５５２として例示されている。例として、流量制御部は、バルブ５５２と連通するように含まれてもよく、温度制御部は、バルブ５５３と連通するように含まれていてもよい。温度制御部は、温度制御を維持するために、ＢＬＡＤＥ ＣＯＯＬＩＮＧ流量制御バルブに送られる制御シグナルにバイアスをかけるように構成することができる。制御経路では、翼冷却温度の設定点（ＢＬＤ ＣＯＯＬ ＴＥＭＰ ＳＰ）は、ＴＣＳを介して提供することができ、温度変換器（「ＴＴ」）により測定される実際のＢＬＡＤＥ ＣＯＯＬＩＮＧ ＴＥＭＰと比較することができる。定義される許容範囲を設定するために、最大許容温度は、シグナル発生器を介した入力であり得て（ＳＧ ＭＡＸ°Ｃ）、低い選択（＞Ｌ）関数を使用して、最大温度をＢＬＤ ＣＯＯＬ ＴＥＭＰ ＳＰと比較することができる。選択した値を、高い選択（＞Ｈ）関数に伝達され、シグナル発生器を介した入力である最小許容温度（ＳＧ ＭＩＮ°Ｃ）と比較される。最終的な値は、微分関数（Δ）において、ＢＬＡＤＥ ＣＯＯＬＩＮＧ ＴＥＭＰと比較される。

下の制御経路では、加熱冷却バルブ（ＢＬＡＤＥ ＣＯＯＬＩＮＧ ＨＯＴ ＶＡＬＶＥ）を使用して、ＴＣＳからのＢＬＤ ＣＯＯＬ ＦＬＯＷ ＳＰの入力と、流れ変換器（「ＦＴ」）からのＢＬＡＤＥ ＣＯＯＬＩＮＧ ＦＬＯＷとの間の比較手順に基づき、翼冷却ラインに入る流れを制御する。前述のように、冷却温度設定点（ＢＬＤ ＣＯＯＬ ＴＥＭＰ ＳＰ）を、許容範囲の確認を含む温度変換器（「ＴＴ」）からの測定されたＢＬＡＤＥ ＣＯＯＬＩＮＧ ＴＥＭＰと比較し、この差分を使用して、ＢＬＡＤＥ ＣＯＯＬＩＮＧ ＣＯＬＤ ＶＡＬＶＥを制御する。上記からわかるように、制御システムは、特に、過熱から熱交換器のうちの１つまたは複数を保護するために、燃料供給システムから燃焼器までの燃料流ラインのうちの少なくとも１つの中を流れる燃料の質量または体積を保持または低くするように適合させることができる。この制御機能は、熱交換器の作動温度が、所定の最大作動温度または熱の増加率に近づいているかまたは超えていることを示す入力シグナルに応答することができる。

様々な制御経路は、特に、ＴＣＳとＤＣＳとの間の協調した手順を使用することを含む電力生産プラントの起動に利用することができる。また、本開示は、特に、電力生産システムの起動のための方法および制御に関することができる。起動の手法は、特に、燃焼器としての燃料流および酸化剤流の協調した制御に依存することができ、タービンはオンラインとなる。プラントの起動の開始に関連する例示的な制御経路を、図４ｂに示す（ＳＨＥＥＴ ２）。このような実施形態では、ＤＣＳは、プラント全体のシステムの準備ができていることを確保した後に、ＰＲＥＰＡＲＥ ＴＯ ＳＴＡＲＴシグナルを送る。ＴＣＳは、起動および点火に必要ないずれかの必要なサブシステム－ＳＴＡＲＴ ＥＨＣ（電気水力学制御）；ＳＴＡＲＴ ＬＵＢＥＯＩＬ；ＳＴＡＲＴ ＬＣＩ（負荷転流形インバータ）；ＳＴＡＲＴ ＯＴＨＥＲＳを可能にし、起動する。これらの開始シグナルは、メインシャフトの回転を開始でき（ＳＴＡＲＴ ＴＵＲＮ ＧＥＡＲ）、いずれかの燃料が燃焼器の点火を開始する前にラインからパージされていることを確保するためにＦＵＥＬ ＰＵＲＧＥ ＳＥＱ（シーケンス）を開始できる、準備シグナルと相関している。追加的なＲＥＡＤＹシグナル－ＬＵＢＥＯＩＬ ＲＥＡＤＹ；ＬＣＩ ＲＥＡＤＹ；ＯＴＨＥＲＳ ＲＥＡＤＹ；ＥＨＣ ＲＥＡＤＹは、これらの開始前に、許容されるものとして必要とされてもよい。特定の例として、ＬＵＢＥ ＯＩＬ圧力を、最小圧力（「ｍｉｎ Ｐ」）が達成されたことを確認するために、圧力変換器（ＰＴ）から読み取ることができる。次に、制御経路は、システムからの燃料をパージするための作用が完了していることを示すＴＣＳからの必要な入力（ＰＵＲＧＥ ＣＯＭＰＬＥＴＥ シグナル）、および、ＳＨＡＦＴ ＳＰＥＥＤが最小範囲（「ｍｉｎ ｒｐｍ」）を達成している必要な読み取りを含むことができる。この時点で、ＲＥＡＤＹ ＴＯ ＳＴＡＲＴシグナルを、ＤＣＳにより開始することができる。

電力プラントの起動の制御に有用な追加的な制御経路を、図４ｃ（ＳＨＥＥＴ ３）に例示する。この中でわかるように、起動制御は、必要なラインが、作業流体（たとえばＣＯ_２）で充填されていることを示す充填シグナルに関する必要条件を含むことができる。ＤＣＳからのＳＹＳＴＥＭ ＦＩＬＬＥＤシグナルは、起動を継続するために上述のように生成できるＲＥＡＤＹ ＴＯ ＳＴＡＲＴシグナルと組み合わせてもよい。また、他の許容されるシグナルが必要されてもよい。例示されるように、圧力変換器（ＰＴ）により測定されるＣＯ_２ ＣＯＭＰＲＥＳＳＯＲ ＳＵＣＴＩＯＮは、最小圧力の必要条件（“ＸＸ ｂａｒ”）を満たさなければならない。これら必要条件を満たすことにより、回転ギアのメインシャフトをオフにするようにＴＣＳをシグナル伝達でき（ＳＴＯＰ ＴＵＲＮ ＧＥＡＲシグナル）、これをＬＣＩ制御下に置くことができる（ＳＴＡＲＴ ＬＣＩシグナル）。ＬＣＩは、０ｒｐｍまたは多様なｒｐｍ（「ＺＺ」ｒｐｍ、「ＸＸ」ｒｐｍ、「ＹＹ」ｒｐｍ、および「ＱＱ」ｒｐｍとして示されている）に設定されている複数のシグナル発生器（ＳＧ）、ならびに圧縮器とタービンとの間の速度同期を確認するシグナル（ＳＹＮＣ ＳＰＥＥＤ）、燃焼器の点火に必要な速度と一致したことを確認するシグナル（ＩＧＮＩＴＩＯＮ ＳＰＤ）、および特定のシステムの構成要素の同期を確認するシグナル（ＳＹＮＣ ＣＯＭＰＬＥＴＥ ８）に基づき、回転速度の自動調節を含み得るあらかじめ定義した設定点によりタービンを確実に上昇させるための自動スイッチにより、制御することができる。様々なタービン速度の設定点の確認は、ＴＣＳへのＬＣ ＳＰＥＥＤ ＲＥＦ．シグナル送達を引き起こす。メインシャフトが所定の速度（ＺＺｒｐｍ）で回転する場合、タイマーが作動する。停止時間が完了してタービン速度の設定点に達した後に、ＲＥＡＤＹ ＴＯ ＣＲＡＮＫシグナルが生成され、ＤＣＳに送られ、電力プラントの完全な作動への切り替えのためにさらなる経路で続けて使用される。

電力プラントの起動の制御に有用ななおさらなる制御経路を、図４ｄ（ＳＨＥＥＴ ４）に例示する。この中でわかるように、起動の制御経路は、タービンを、点火速度まで加速させるために、上述のＲＥＡＤＹ ＴＯ ＣＲＡＮＫシグナルおよびＤＣＳからのＯＫ ＴＯ ＣＲＡＮＫシグナルの受信を必要とする。測定した軸速度が、なおも点火速度未満である場合、ＴＣＳは、ＤＣＳにＩＧＮＩＴＩＯＮ ＰＲＥＰＡＲＥシグナルを送り、ＤＣＳは、点火のプリセットボタンで、電力生産プラントのさらなる要素を作動させることにより応答する。次に、ＯＸＹＧＥＮ ＲＥＡＤＹシグナルを、ＤＣＳから受信し、ＴＣＳは、以下のさらなる必要条件を満たす限り、ＤＣＳにＳＴＡＲＴ ＯＸＹＧＥＮシグナルを送ることにより応答する：１）軸速度が、所望通りにあらかじめ設定することができる点火値（ＹＹｒｐｍ）であること；２）ＤＣＳが、ＩＧＮＩＴＩＯＮ ＰＲＥＰＡＲＥシグナルの後に点火準備シグナル（ＩＧ ＰＲＥＰＡＲＥ ＲＥＡＤＹ）と応答すること；３）他のいずれかの許容されるシグナル（ＯＴＨＥＲ ＰＥＲＭＩＳＳＩＶＥＳ）が存在すること；４）システムのパージが必要ではない―すなわちＳＹＳＴＥＭ ＰＵＲＧＥ ＲＥＱが負であることが確認されていること；および５）点火シーケンスが終了していない―すなわちＩＧＮＩＴＩＯＮ ＦＩＮＩＳＨＥＤが負であることが確認されていること。ＤＣＳからのＯＸＹＧＥＮ ＲＥＡＤＹシグナルおよびＳＴＡＲＴ ＯＸＹＧＥＮシグナルの受信の後、ＤＣＳは、点火シーケンスを開始する。次に、燃料遅延タイマーが起動され、低流量燃料バルブ（ＦＣＶ－ＦＬ）が、所定の位置に開口される。これにより、酸化剤ラインを充填する時間が与えられ、燃料および酸化剤が、実質的に同時に燃焼器に導入される。その後、制御システムは、さらなる制御経路に使用するための複数のシグナルを送達する。点火シーケンスが開始されると、点火システム用のシグナルは、ＴＣＳ（ＩＧＮＩＴＯＲ ＯＮ）となり、燃料始動のためのタイマーが起動する。燃焼の開始は、点火検出のための第２のタイマーを起動する。点火の失敗により点火シーケンスがリセットされるように、リターンループ（ｒｅｔｕｒｎ ｌｏｏｐ）を含めることができる。タイマーシグナルが失効する前に点火が検出されない場合、ＩＧＮＩＴＩＯＮ ＦＡＩＬＵＲＥシグナルが送られる。このシグナルは、ＤＣＳが、ＳＹＳＴＥＭ ＰＵＲＧＥ ＲＥＱシグナルを処理および設定し、必要に応じて再点火の試みを休止させるために必要な時間を可能にするために、設定時間の間、高い値で保持することができる。ＦＬＡＭＥ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮは、点火シグナルがフレームスパッタリングを排除するために伝達されるまで、あらかじめ設定したタイマーの持続時間の間、一定でなければならない。点火検出システムは、点火が検出されると点火装置を停止させ、ＩＧＮＩＴＩＯＮ ＳＵＣＣＥＳＳシグナルが、さらなる制御経路に送られる。

図４ｅでわかるように（ＳＨＥＥＴ ５）、ＩＧＮＩＴＩＯＮ ＳＵＣＣＥＳＳシグナルが、起動から完全な作動までを推移する間、システムを通して圧力を制御するように適合させた制御経路で使用される。制御経路は、たとえば、起動の際に、システムの圧力を低く保つように適合させることができる。たとえば、ＤＣＳに送られるＡＴ ＰＯＩＮＴ １シグナルは、約１０ｂａｒの圧力である圧縮器と相関することができる。次に、制御システムは、圧力器が完全な速度で機能すると、圧力を上げる。たとえば、ＡＴ ＰＯＩＮＴ ２シグナルは、約３０ｂａｒの圧力の圧縮器と相関することができる。

図４ｆ（ＳＨＥＥＴ ６）および図４ｈ（ＳＨＥＥＴ ８）は、起動手順に沿ったウェイポイントを示すさらなる制御経路を、なおさらに例示する。たとえば、ＳＨＥＥＴ ６では、制御システムは、他の作動の中でも、完全な作動速度までタービンの加速に関連して流量を変化させることができる様々なシグナルを利用する。ＳＨＥＥＴ ８は、起動から完全な作動までを推移する間、様々なシステムの同期と、発電器制御システム（ＧＣＳ）の相互作用を例示する。図４ｍ（ＳＨＥＥＴ １３）は、測定した値をＴＣＳから受信したＡＬＬＯＷＡＢＬＥ ＴＨＲＵＳＴシグナルと比較することによりタービンの推進力を制御するための制御経路を例示する。図５ｎ（ＳＨＥＥＴ １４）に例示されているように、さらなる制御経路を、安全な作動を確保するために提供することができる。たとえば、制御システムを、点火が失敗した、および／または以前の点火がフレームアウトしたことを示すさらなるシグナル―すなわちＵＮＳＹＮＣ ＦＬＡＭＥＯＵＴ；ＩＧＮＩＴＩＯＮ ＦＡＩＬＵＲＥ；およびＳＹＮＣ ＦＬＡＭＥＯＵＴシグナルをさらに受信することに応答して、ＳＴＯＰ ＦＵＥＬシグナルを起動するように適合させることができる。ＳＴＯＰ ＦＵＥＬシグナルの起動は、また、ラインにおける燃料および／または酸化剤が安全に放出できるように、様々なバルブおよび通気口の開口を開始することができる。

上述の説明に加えて、図４ａ～図４ｎのＳＨＥＥＴ１からＳＨＥＥＴ１４への言及は、本開示の実施形態により利用され得る、および別の流路における流入として使用される１つの流路に由来するシグナルに関する言及を容易にするための、例示的な制御経路を例示するために提供されている。それぞれのフローチャートは、個別に見てもよいが、同様に、本開示の態様は、上記ＳＨＥＥＴのうちの１つの単一のフローチャートの全てまたは一部と関連させて定義することができる。他の実施形態では、それぞれのフローチャートを、組み合わせて読み取ってもよく、また、本開示の態様は、上記ＳＨＥＥＴのうちの２つ以上の全てまたは一部の組み合わせと関連させて定義することができる。言い換えると、ＳＨＥＥＴ１からＳＨＥＥＴ１４（図４ａ～図４ｎ）のいずれか１つに由来する１つまたは複数の要素を、ＳＨＥＥＴ１からＳＨＥＥＴ１４（図４ａ～図４ｎ）の他のいずれかのうちの１つまたは複数の要素と組み合わせてもよい。様々なフローチャートの起こり得る組み合わせは、本明細書中提供されているさらなる開示に基づき明らかである。

図４ａ～図４ｎでは、様々な記号は普遍的な意味を有する。先の尖ったバナー状の枠は、制御経路への入力、または制御経路による出力であるシグナルを表す。様々な関数計算の枠は、当該分野で一般に理解されている意味を有する。「Δ」シグナルと書かれた枠は、入力に基づき差分を計算することを表している。「ｆ（ｘ）」と書かれた枠、計算関数を行うことを表している。「Ｐ」または「Ｉ」と書かれた枠は、それぞれ「比例」および「積分）」を表している。「Ｐ」および「Ｉ」の枠のみを示しているが、例示された制御経路は、典型的な制御ループフィードバック機構を利用することができると理解され、ここで「ＰＩＤ」制御器（比例、積分、微分）は、所望の設定点と測定した処理変数との間の差として誤差を計算し、比例、積分および微分の用語に基づく補正を適用する。よって、Ｐ、Ｉ、およびＤのいずれかまたは全てを、本開示で使用してもよい。「＋」、「－」、「×」、または「÷」の記号が書かれた枠は、値の加算、値の減算、値の乗算、および値の除算をそれぞれ表す。「ＡＳＷ」と書かれた枠は、自動スイッチの存在を表している。「ＳＧ」と書かれた枠は、あらかじめ定義された入力値が生成されるシグナル発生器を示し、このシグナルは特定の値を有してもよく（枠に数字で表されている）、または多様な値を有し得る（たとえば「ｘｘ」、「ｎｎ」などのジェネリック型変数の指標により表されている）。「ＡＭ」と書かれた枠は、アナログメモリの構成要素に記憶されている値を表している。＞Ｈまたは＞Ｌと書かれた枠は、入力値のうち最も高い値を選択することまたは入力値のうち最も低い値を選択することをそれぞれ表している。「１」および「２」と番号付けされた入力が書かれた枠は、番号「１」の入力が、番号「２」の入力にとって代わられる、第３の（番号付けされていない）入力が受信されまで「１」の入力を使用することを示している。「※Ｈ」と書かれた枠は、シグナルが、実際の入力が設定値を超える場合にのみ存在する、高流量経路を示している。「※Ｌ」と書かれた枠は、シグナルが、実際の入力が設定値未満である場合にのみ存在する、低流量経路を示している。枠の代わりに円を使用する場合は、センサーからの入力を示している。

本開示に係る電力生産のシステムおよび方法の制御における様々な制御経路の使用を、図５に例示する。この中でわかるように、電力生産システム５００は、タービンを通して膨張し、冷却され、精製され、作業流体として燃焼器にリサイクルされる燃焼流を形成するために、高圧の酸素で燃焼するように構成されている複数の構成要素を含む。電力生産システム５００は、以下により詳細に記載されている複数のさらなる通信ラインを備える通信ライン５０１ａを通る作業通信下にある主要な制御システム５０１を含む。例示されているように、単一の制御システム５０１は、本明細書中他で記載されているようにＤＣＳであってもよく、本明細書中他で記載されているようにＴＣＳであってもよく、本明細書中他で記載されているようにＧＣＳであってもよく、または例示される電力生産システム５００で行われる電力生産方法の制御のための入力の読み取りおよび出力の提供に適した、任意のさらなる一般的な制御システムであってもよい。複数の制御システムを利用してもよいと理解され、単に便宜上、単一の制御システム５０１を例示する。制御システム５０１は、さらに、ＤＣＳ、ＴＣＳ、およびＧＣＳのいずれかの組み合わせなどの、複数の別々の制御システムの組み合わせを含むと考えられ得る。

本開示に係る電力生産の実践において、燃料（たとえば燃料供給源からのメタン、合成ガス、または他の気体の燃料、図１における要素１１５参照）は、燃料ガス圧縮器５０２で圧縮され、圧縮された燃料は、第１の燃料ライン５０３（または高流量燃料ライン）および第２の燃料ライン５０４（または低流量ライン）のうちの１つまたは両方を通って燃焼器５１１へと伝達され得る。第１の燃料ライン５０３および第２の燃料ライン５０４を通る流れは、高流量燃料制御バルブ５０５（たとえばＦＣＶ－ＦＨ）および低流量燃料制御バルブ５０６（たとえばＦＣＶ－ＦＬ）のそれぞれの自動化された開口および閉鎖により、制御することができる。第１の燃料ライン５０３は、第２の燃料ライン５０４と比較して大容量のラインであり得て、電力生産システム５００の完全な作動時に、燃焼器への燃料流の大部分は、第１の燃料ラインの中を通り得る。また燃料は、完全な作動時に第２の燃料ライン５０４を流れてもよいが、このラインは、本明細書中他で記載されているように、主に電力生産システム５００の起動時に使用され得る。

酸化剤供給部（たとえば図１の要素１２０）からの酸化剤は、主酸化剤ライン５０７の中を流れることができ、バルブ５０８を介して制御することができる。酸化剤（たとえば、空気分離部からの実質的に純粋な酸素の流れであり得る）は、流れ５４６からのリサイクルＣＯ２と組み合わせて、ライン５０９で希釈した酸化剤流を形成し、これは熱交換器５１０を通り、次に酸化剤圧縮器５１２で圧縮される。圧縮し希釈した酸化剤流は、次に、熱交換器５１３で冷却され、ポンプ５１４およびバルブ５１５を通してくみ上げられる。次に、圧縮した酸化剤流を、復熱型熱交換器５２９、５２８、５２７、および５２６の中に通過させることにより順次加熱した後、第１の酸化剤ライン５１６における燃焼器５１１に通される。圧縮し希釈した酸化剤流の留分を回収して、バルブ５７１を介して第２の酸化剤ライン５１７における燃焼器５１１に通すことができる。酸化剤圧縮器５１２と熱交換器５１３との間で、希釈した酸化剤の一部は、バルブ５６４を出たラインへの再循環のためおよび最終的にライン５０９に戻すために、バルブ５６６を通ってライン５６５で回収することができる。任意に、ポンプ５１４とバルブ５１５との間の希釈した酸化剤流の一部は、圧縮器５１２と熱交換器５１３との間のライン５０９への再循環のために、バルブ５６８を通ってライン５６７で回収することができる。同様に任意に、バルブ５１５と復熱型熱交換器５２９との間の希釈した酸化剤流の一部を、熱交換器５１３とポンプ５１４との間のライン５０９への再循環のために、バルブ５７０を通ってライン５６９で回収することができる。

第１の燃料ライン５０３および／または第２の燃料ライン５０４からの燃料を、第１の酸化剤ライン５１６および／または第２の酸化剤ライン５１７を通る酸化剤と共に、燃焼器５１１で燃焼して、高圧（たとえば約１００ｂａｒ～約５００ｂａｒ、好ましくは約１５０ｂａｒ～約４００ｂａｒの範囲）および高温（たとえば約４００℃～約１５００℃、好ましくは約６００℃、好ましくは約６００℃～約１２００℃の範囲）の燃焼生成物流を生成し、これを燃焼圧力より低い、好ましくはＣＯ_２の超臨界圧より低い圧力（たとえば約１ｂａｒ～約７５ｂａｒ）へとタービン５２５で膨張させる。また、ＣＯ_２の流れを、ライン５２１（任意の流れを表すように破線で例示されている）を通して、グランドシール圧縮器５２０へと伝達するためのバルブ５１９を通してライン５１８に導入してもよい。タービン排気の留分は、グランドシール５２２の中を通過する。その後、この流れは熱交換器５２３で冷却された後、グランドシール圧縮器５２０を通過する。グランドシール圧縮器５２０を出た流れは、ライン５２４を通して放出されてもよく、またはライン５３０の熱交換器５２３の上流点（ｐｏｉｎｔ ｕｐｓｔｒｅａｍ）に再循環されもよい。ライン５２４を通る通路は、バルブ５３１および５３２で制御されており、再循環ライン５３０を通る通路は、バルブ５３３で制御されている。電力生産システムにおけるグランドシールおよび関連する要素に関連するさらなる構成要素は、Ｆｅｔｖｅｄｔらに対する米国特許公開公報第２０１６／０３６３００９号に記載されており、この開示は、参照として本明細書中援用されている。

主なタービン排気流は、ライン５３４のタービン５２５を出て、復熱型熱交換器５２６、５２７、５２８、および５２９の中を順次通過する。副流を、バルブ５３５を通してライン５３４から回収し、復熱型熱交換器５２６を通るライン５３６を通った後に、ライン５３４に再度合流させてもよい。任意に、ライン５３６の流れの一部または全てを、バルブ５３７を通して回収し、復熱型熱交換器５２９の下流のライン５３４におけるタービン排気に再度合流させもよい。さらに、ライン５３４におけるタービン排気の一部を、ライン５３８を通して放出ライン５２４へ放出してもよい。任意に、ライン５２４におけるグランドシール圧縮器５２０からのタービン排気の一部を、バルブ５３１の上流で回収し、バルブ５３９の中を通って、復熱型熱交換器５２９の下流で、ライン５３４のタービン排気と再度合流させてもよい。

次に、ライン５３４のタービン排気流は、凝縮器５４０の中を通過して、タービン排気流から水が除去される。凝縮した水は、バルブ５４２を介してライン５４１で回収される。凝縮した水の留分は、ポンプ５４４および熱交換器５４５を通るライン５４３で凝縮器に戻るように再循環させることができる。水が分離されると、実質的に純粋な流れであるリサイクルＣＯ２は、凝縮器５４０からライン５４６の中に送達される。リサイクルＣＯ２は、様々な流れを希釈するため、作業流体として燃焼器にリサイクルするため、冷却剤として使用するため、および任意の放出のため、様々なラインの中を通過することができる。リサイクルＣＯ２の一部は、隔離するため、ＥＯＲで使用するため、または他の用途のために、生成物として回収することができる。

ライン５４６のリサイクルＣＯ_２は、特に、ライン５４７を介してＣＯ_２リサイクル圧縮器５４８へと通される。圧縮されたリサイクルＣＯ_２は、熱交換器５４９を通過してリサイクルＣＯ_２の密度を増加させた後、燃焼器５１１への投入のための圧力で、ＣＯ_２ポンプ５５０でくみ上げられる。次に、高圧のリサイクルＣＯ_２流は、順次、復熱型熱交換器５２９、５２８、５２７、および５２６を通してライン５５１に戻され、燃焼器５１１への投入のための温度に再度加熱される。高圧のリサイクルＣＯ_２の一部は、組み合わせた燃焼器５１１およびタービン５２５における冷却剤として使用するため、異なる温度で回収することができる。特に、これは、復熱型熱交換器５２７と５２８との間の中間の温度で、バルブ５５２を通して回収され、復熱型熱交換器５２６と５２７との間のより高い温度でバルブ５５３を通して回収され、ライン５５４の中に伝達することができる。バルブ５５２および５５３のそれぞれに関して単一のバルブを例示しているが、一連のバルブ（たとえば２つ、３つ、またはそれ以上）を各例で使用できることが理解されている。任意の実施形態では、リサイクルＣＯ_２流の一部は、熱交換器５４９とポンプ５５０との間のライン５４７から得ることができ、ライン５５６のバルブ５５５を介してポンプ５５０と復熱型熱交換器５２９との間のライン５５１に伝達することができる。上記に加えて、ライン５３４のタービン排気の一部を回収した後、凝縮器５４０を通過させ、ライン５４７のリサイクルＣＯ_２流と組み合わせることができる。特に、タービン排気は、ライン５５８のバルブ５５７を介して回収され、高温ガス圧縮器５５９で圧縮される。高温ガス圧縮器５５９を出たガスの一部は、熱交換器５６１を介してライン５６０で再循環することができる。ガスの残りの部分は、ライン５６２を通り、復熱型熱交換器５２８および５２９で冷却された後、バルブ５６３を通過し、圧縮器５４８と熱交換器５４９との間のライン５４７のリサイクルされるＣＯ_２流と組み合わせられる。このポイントの上流で、リサイクルされるＣＯ_２流の一部は、ライン５７３のバルブ５７４を介して、復熱型熱交換器５２９と凝縮器５４０との間のタービン排気流５３４に通される。

また、圧縮器５４８と熱交換器５４９との間で、リサイクルＣＯ_２流の一部は、酸化剤圧縮器５１２への投入のためライン５７２で回収される。これは、主酸化剤ライン５０７を流れる酸素に加えられるために、バルブ５６４から通るリサイクルＣＯ_２流の一部に加わる。さらに、ライン５７２の流れの一部は、バルブ５３１と圧縮器５２０との間のライン５２４への投入のため、回収することができる。

図５でわかるように、電力生産システム５００は、破線を介して例示されている、上述の作業構成要素と相互接続した、多くの制御部（影のついた円）および関連するセンサー（影のついた長方形）を含む。このようなセンサー、制御部、および制御ラインのネットワークは、１つまたは複数の流量制御ロジカルシーケンスを定義することができ、これにより、電力プラントの１つまたは複数の構成要素を介した１つまたは複数の流体の流れが制御されている。たとえば、本明細書中上述したように、本制御システムは、タービン５２５により送達されるために必要な電流に関するＰＯＷＥＲ ＤＥＭＡＮＤシグナルを受信するように構成された電力制御部１０を含むことができる。電力制御部１０は、電力要求を満たすために、燃焼器５１１へ適切な量の燃料を送達するため必要に応じて開口および／または閉鎖させるよう、第１の燃料ライン５０３および第２の燃料ライン５０４それぞれにおけるバルブ５０５および５０６のうちの１つまたは両方に指示するように構成することができる。図５には示されていないが、図３に関連してすでに記載されているように、電力制御部１０は、第１の燃料ライン５０３および第２の燃料ライン５０４と連通する圧力センサーおよびフローセンサーからのシグナルをさらに受信することができる。

さらに図５でわかるように、グランドシール圧縮器５２０へ戻る再循環ライン５３０を通る流れは、グランドシール圧縮器の上流の、ライン５２４の圧力センサー１４から受信した圧力データに少なくとも部分的に基づく圧力制御部１２を介して、制御することができる。圧力制御部１２は、特に、それを介して流れを許容または防止するためにライン５３０のバルブ５３３を開口および閉鎖するように構成することができる。放出ライン５２４を介したグランドシール圧縮器５２０を出た流れは、圧力センサー１８から受信した圧力データに少なくとも部分的に基づき、圧力制御部１６により制御することができる。圧力制御部１６は、特に、それを介した流れを許容または予防するためにライン５２４のバルブ５３１を開口および閉鎖するように構成することができる。ライン５２４のバルブ５３２は、圧力制御部２０から受信した制御シグナルに基づき開口および閉鎖することができ、これ自体は、復熱型熱交換器５２９の下流のタービン排気ライン５３４の圧力に関して、圧力センサー２２からデータを受信する。圧力制御部２０は、さらに、グランドシール圧縮器５２０へのＣＯ_２流れに関連して、バルブ５１９の開口および閉鎖を制御するように構成することができる。

液体レベル制御部２４は、ライン５３４からのタービン排気流から分離した液体の水の、凝縮器５４０からの流出を制御するように構成することができる。液体レベル制御部２４は、レベルセンサー２６から受信したデータに少なくとも部分的に基づき、ライン５４１のバルブ５４２を開口および閉鎖することができる。

燃焼器５１１および電力生産システムの様々なさらなる構成要素に戻る、リサイクルＣＯ２の流れは、異なる目的を達成するように構成された、いくつかの異なる制御部に依拠することができる。たとえば、凝縮器５４０から直前の上流でタービン排気ライン５３４へ戻る圧縮器５４８を出た圧縮したリサイクルＣＯ２流の一部の分流は、熱交換器５４９と圧縮したリサイクルＣＯ２流のポンプ５５０との間のライン５４７の圧力センサー３０から受信したデータの少なくとも一部に基づき、圧力制御部２８により制御することができる。圧縮したリサイクルＣＯ２流のポンプ５５０と復熱型熱交換器５２９との間のライン５５１の圧縮したリサイクルＣＯ２流の任意の再循環は、ポンプ５５０とバルブ５７７との間のライン５５１の圧縮したリサイクルＣＯ２流の一部が、圧縮器５４８と熱交換器５４９との間のライン５４７に戻り再循環されるように、流量ライン５７６のバルブ５７５をいつ開口および閉鎖するかを決定するため、フローセンサー３４からデータを利用する制御部３２により制御することができる。リサイクルＣＯ２流のポンプ５５０からの流れは、タービン５２５と復熱型熱交換器５２６との間のライン５３４におけるタービン排気ラインの温度を提供する温度センサーから受信したデータを利用する温度制御部３６を使用して、制御することができる。温度制御部３６は、燃焼器５１１へと向かうリサイクルされるＣＯ２流の量を変動させるため、ライン５５１のバルブ５７７を開口および閉鎖するように構成することができる。また、温度制御部３６は、熱交換器５４９とポンプ５５０との間のライン５４７に戻る、ポンプ５５０と復熱型熱交換器５２９との間のライン５５１におけるリサイクルＣＯ２流の少なくとも一部の再循環を引き起こすため、ライン５５６のバルブ５５５を開口および閉鎖するようにも構成することができる。

上述のように、ライン５４６のリサイクルＣＯ_２流の一部は、酸化剤ライン５０７の酸素と組み合わせるため、バルブ５６４の中を通ることができる。バルブ５６４の開口および閉鎖は、熱交換器５１０と酸化剤圧縮器５１２との間のライン５０９の圧力センサー４０から受信したデータに少なくとも部分的に基づき、圧力制御部３８により制御することができる。圧力制御部３８は、ライン５０９中の希釈した酸化剤の一部を、ライン５７９を介して放出させるためバルブ５７８の開口および閉鎖をさらに制御することができる。さらなる圧力制御部４２は、圧力センサー４４から受信したデータの少なくとも一部に基づき、酸化剤圧縮器５１２と熱交換器５１３との間のライン５０９から再循環ライン５６５のバルブ５６６の開口および閉鎖を制御することができる。温度制御部４６は、温度センサー４８を使用して、熱交換器５１３を出たライン５０９の流れの温度をモニタリングするように構成されている。流量制御部５０は、ポンプ５１４からすぐの上流のフローセンサー５２から受信したデータの少なくとも一部に基づき、ポンプ５１４とバルブ５１５との間のポイントから、ライン５０９中の圧縮し希釈した酸化剤の再循環を制御するために、ライン５６７のバルブ５６８を開口および閉鎖するように構成することができる。

圧力制御部５４は、第１の酸化剤流ライン５１６および第２の酸化剤流ライン５１７を流れる酸化剤の量を有意に制御することができる。特に、圧力制御部５４は、ポンプ５１４の上流点に再循環される流れに対して、ライン５０９の希釈した酸化剤がどれほど多く燃焼器へ流れるかを決定するために、ライン５０９のバルブ５１５およびライン５６９のバルブ５７０の開口および閉鎖を制御することができる。圧力制御部５４は、さらに、バルブ５８０を制御し、特に、それほど多くの希釈した酸化剤が、第１の酸化剤ライン５１６を通過し、または第２の酸化剤ライン５１７を通過させられるかを決定することができる。このような制御は、圧力センサー５６および圧力センサー５８から受信したデータの少なくとも一部に基づくことができる。圧力制御部５４は、さらに、ポンプ５１４が流れを作動および制御するまで、バルブが酸化剤流を制御できることを確保するために、起動の間酸化剤システムの上流の圧力を制御するように構成することができる。

比率制御部６０は、酸化剤ライン５０９中の酸素対ＣＯ_２の比率を制御するように構成することができる。特に、比率制御部６０は、フローセンサー６２からのライン５４６のＣＯ_２の流れに関するデータを受信することができ、ライン５０７のセンサー６４から酸素の流れに関するデータを受信することができる。さらに、バルブ１１５と復熱型熱交換器５２９との間のライン５０９の酸素濃度は、酸素センサー６６から提供することができる。受信したデータに基づき、比率制御部６０は、ライン５０７のバルブ５０８を開口および閉鎖してライン５０９のＣＯ_２の流れに添加される酸素の量を調節し、所望の酸素対ＣＯ_２の比率を提供することができる。たとえば、一部の実施形態では、酸素対ＣＯ_２の比率は、好ましくは約１０：９０～約９０：１０、より好ましくは約１０：９０～約５０：５０、または約１５：８５～約３０：７０であり得る。

さらに、当量制御部６８および流量制御部７０は、第２の燃料流ライン５０４に入る燃料の量に基づき第２の酸化剤ライン５１７に入る酸化剤の量を制御するように構成することができる。この目的のため、データは、第２の燃料流ライン５０４のフローセンサー７２から、第１の燃料流ライン５０３のフローセンサー７４から、および第２の酸化剤ライン５１７のフローセンサー７６から、受信することができる。このようなデータに基づき、バルブ５７１は、第２の酸化剤ライン５１７を介して燃焼器５１１へ入る酸化剤の量を調節するために開口または閉鎖することができる。

流量制御部７８は、ライン５８１および５８２を介したＣＯ_２の任意のパージ流を制御するように構成することができる。このパージ流は、このようなラインに酸化剤流が存在しない場合、高流量酸化剤ライン５１６に必要である可能性がある。このことは、復熱型熱交換器５２６、５２７、５２８、および５２９への燃焼生成物の流れを戻さないことを確約する。またこれは、必要に応じて第１の燃料流ライン５０３をパージする特性をも提供することができる。

本明細書中開示された主題の多くの修正および他の実施形態は、この主題が上述の説明および関連する図面に提示された技術の利点を有するにふさわしいことを、当業者に想起するであろう。よって、本開示は、本明細書中記載の特定の実施形態に限定されるものではなく、修正および他の実施形態が、添付の特許請求の範囲内に含まれると意図されていることを、理解するべきである。特定の用語が、本明細書中使用されているが、これらは、単に総称的な説明の意味で使用されており、限定を目的とするものではない。

Claims (21)

1. 電力生産プラントのための制御システムであって、
   以下の処理を行うように適合させた流量制御ロジカルシーケンス：
   所定時間での前記電力生産プラントによる実際の電力生産を伝達するＰＯＷＥＲ ＡＣＴＵＡＬシグナルを受信する処理ａ；
   前記所定時間での前記電力生産プラントによる所望の電力生産を伝達するＰＯＷＥＲ ＤＥＭＡＮＤシグナルを受信する処理ｂ；
   前記制御システムが前記ＰＯＷＥＲ ＤＥＭＡＮＤシグナルと前記ＰＯＷＥＲ ＡＣＴＵＡＬシグナルの間の第１の差分を計算し、かつ前記第１の差分をＦＵＥＬ ＦＬＯＷ ＤＥＭＡＮＤシグナルに変換する処理であって、前記ＦＵＥＬ ＦＬＯＷ ＤＥＭＡＮＤシグナルは燃焼器に燃料を流す所望の流量を示す、処理ｃ；
   タービンの入力温度を表すＴＵＲＢＩＮＥ ＩＮＬＥＴ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥシグナルを生成する処理であって、前記ＴＵＲＢＩＮＥ ＩＮＬＥＴ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥシグナルは、前記タービンの入力温度を計算するための複数の異なる計算手順に由来した複数の計算された温度シグナルのうち最も高いものを選択する、処理ｄ；
   前記ＴＵＲＢＩＮＥ ＩＮＬＥＴ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥシグナルとタービンの最大入力温度との間の第２の差分を計算する処理ｅ；および
   前記ＦＵＥＬ ＦＬＯＷ ＤＥＭＡＮＤシグナルおよび前記第２の差分のうち小さいほうを選択して、燃料供給システムから前記燃焼器までを流れる燃料の質量および圧力の両方または一方を調節するする処理ｆ、
   を含む、制御システム。
2. 前記燃料供給システムから前記燃焼器まで２つ以上の異なる燃料ラインを流れる燃料の質量または体積の比率を調節するように適合されている、請求項１に記載の電力生産プラントのための制御システム。
3. 前記２つ以上の異なる燃料ラインのそれぞれの流量制御バルブを開口／閉鎖するように適合されている、請求項２に記載の電力生産プラントのための制御システム。
4. 前記２つ以上の異なる燃料ラインのそれぞれにおける少なくとも１つの圧力制御バルブを開口／閉鎖するように適合されている、請求項３に記載の電力生産プラントのための制御システム。
5. 酸化剤供給システムから前記燃焼器まで２つ以上の異なる酸化剤ラインを流れる酸化剤の質量または体積の比率を調節するように適合されている、請求項２に記載の電力生産プラントのための制御システム。
6. 前記制御システムは、前記２つ以上の燃料ラインのうちの１つと、前記２つ以上の酸化剤ラインのうちの１つとの、燃料対酸化剤比を調節するように適合され、ここで、前記燃料対酸化剤比は、前記２つ以上の燃料ラインのうちの別の１つと、前記２つ以上の酸化剤ラインのうちの別の１つとの、燃料対酸化剤比とは無関係であることを特徴とする、請求項５に記載の電力生産プラントのための制御システム。
7. 前記電力生産プラントが、リサイクルＣＯ_２の流れを提供するラインを含み、前記リサイクルＣＯ_２の流れの一部が、前記２つ以上の酸化剤ラインのうちの１つまたは複数に添加され、前記制御システムが、前記２つ以上の酸化剤ラインに添加されたリサイクルＣＯ_２の量を調節することにより、前記２つ以上の酸化剤ラインのうちの１つまたは複数における酸素濃度を調節するように適合されている、請求項５に記載の電力生産プラントのための制御システム。
8. 前記１つまたは複数の酸化剤ラインのそれぞれにおける酸素濃度が、残りの酸化剤ラインとは無関係に調節される、請求項７に記載の電力生産プラントのための制御システム。
9. 前記２つ以上の酸化剤ラインのうちの１つおよび前記２つ以上の酸化剤ラインのうちの別の１つの中を流れる酸化剤の質量または体積の間の当量比を調節するように適合されている、請求項７に記載の電力生産プラントのための制御システム。
10. 前記２つ以上の燃料ラインから前記燃焼器までの第１の燃料ラインの流量制御バルブを閉鎖することにより、実質的に燃料が第１の燃料ラインを流れないように適合されており、かつ、前記２つ以上の燃料ラインから前記燃焼器までの第２の燃料ラインの流量制御バルブを開口することにより、前記燃焼器へ流れる燃料の実質的に全てが第２の燃料ラインを流れるように適合されている、請求項２に記載の電力生産プラントのための制御システム。
11. 前記２つ以上の燃料ラインのうちの１つと前記２つ以上の燃料ラインのうちの別の１つの中を流れる燃料の質量または体積の間の当量比を調節するように適合されている、請求項１０に記載の電力生産プラントのための制御システム。
12. 前記電力生産プラントの起動時に、前記第１の燃料ラインの流量制御バルブおよび前記第２の燃料ラインの流量制御バルブの構成を提供するように適合されており、かつ、タービン、および前記燃焼器へと流れるリサイクルＣＯ_２の流れを圧縮する圧縮器のうちの１つまたは両方の作動状態に、前記第１の燃料ラインのバルブの開口を同期させるように構成されている、請求項１０に記載の電力生産プラントのための制御システム。
13. タービン出口流を受容する熱交換器の作動温度が、所定の最大作動温度または熱の増加率に近づいているまたはこれを超えていることを示す入力シグナルに応答して、前記燃料供給システムから前記燃焼器までの２つ以上の異なる燃料ラインのうちの少なくとも１つの中を流れる燃料の質量または体積を保持または少なくするように適合されている、請求項２に記載の電力生産プラントのための制御システム。
14. 請求項１に記載の電力生産プラントのための制御システムであって、前記制御システムは一連の制御シグナルに関し以下のように処理する：
    前記燃料が前記燃焼器に流れるが、一方で第１の燃料流ラインでは前記燃焼器に燃料が実質的に流れないように、第２の燃料流ラインの流れバルブが少なくとも部分的に開口し；
    酸化剤が前記燃焼器に流れるが、一方で第１の酸化剤流ラインでは前記燃焼器に前記酸化剤が実質的に流れないように、第２の酸化剤流ラインの流れバルブが少なくとも部分的に開口し；
    タービンは第１の速度からより速い第２の速度に上昇し；
    前記タービンが少なくとも前記第２の速度まで上昇した後、前記第１の燃料流ラインにおける燃料流の、前記第２の燃料流ラインにおける燃料流に対する当量比が、前記第１の燃料流ラインのバルブが開口して、前記第１の燃料流ラインで前記燃焼器へ燃料が流れるように調節され；かつ
    前記タービンが少なくとも前記第２の速度まで上昇した後、前記第１の酸化剤流ラインにおける酸化剤流の、前記第２の酸化剤流ラインにおける酸化剤流に対する当量比が、前記第１の酸化剤流ラインのバルブが開口して、前記第１の酸化剤流ラインで前記燃焼器へ酸化剤が流れるように調節される、
    制御システム。
15. 電力生産プラントであって、
    燃焼器と、
    タービンと、
    発電器と、
    燃料供給システムと、
    酸化剤供給システムと、
    前記電力生産プラントの作動における少なくとも１つの作業の自動化制御のための、複数の制御経路を有する制御システムであって、前記制御システムが以下の：
    所定時間における前記電力生産プラントによる実際の電力生産を伝達するＰＯＷＥＲ ＡＣＴＵＡＬシグナルと、同一の前記所定時間における前記電力生産プラントによる所望の電力生産を伝達するＰＯＷＥＲ ＤＥＭＡＮＤシグナルを比較して、前記燃焼器へ燃料を流すためのＦＵＥＬ ＦＬＯＷ ＤＥＭＡＮＤシグナルを生成し；
    前記タービンの入口温度を計算するためのそれぞれ異なる計算手順に由来する複数の計算された温度シグナルのうち最も高いものを選択することによって、前記タービンの入口温度のためのＴＵＲＢＩＮＥ ＩＮＬＥＴ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥシグナルを生成し；かつ
    前記ＴＵＲＢＩＮＥ ＩＮＬＥＴ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥシグナルとタービン入口温度の最大温度の差分を計算する、
    を行う関数である制御シグナルを生成する制御経路を有する、制御システム、
    を備える電力生産プラントであり、
    前記制御経路は、前記ＦＵＥＬ ＦＬＯＷ ＤＥＭＡＮＤシグナルおよび前記差分のうち小さいほうを選択するように適合されたロジカルシーケンスを備え、前記生成した制御シグナルは前記燃料供給システムから前記燃焼器まで流れる燃料の質量および圧力のうち１つまたは両方を調節するのに有効であることを特徴とする、
    電力生産プラント。
16. 前記燃料供給システムが、前記燃焼器へ燃料を通すように構成された、少なくとも２つの別々に制御された燃料ラインを含む、請求項１５に記載の電力生産プラント。
17. 前記燃料供給システムが、前記少なくとも２つの別々に制御された燃料ラインのそれぞれにおいて、少なくとも１つの流量制御バルブおよび少なくとも１つの圧力制御バルブを含む、請求項１６に記載の電力生産プラント。
18. 前記酸化剤供給システムが、前記燃焼器へ酸化剤を伝達するように構成された、少なくとも２つの別々に制御された酸化剤ラインを含む、請求項１６に記載の電力生産プラント。
19. 前記酸化剤供給システムが、前記少なくとも２つの別々に制御された酸化剤ラインのそれぞれにおいて、少なくとも１つの流量制御バルブを含む、請求項１８に記載の電力生産プラント。
20. 前記制御システムは、前記少なくとも２つの別々に制御された酸化剤ラインを流れる酸化剤の質量または体積を調節するために、前記少なくとも２つの別々に制御された酸化剤ラインのそれぞれにおいて、前記少なくとも１つの流量制御バルブの１つ以上に対して１つ以上の更なる制御シグナルを出力するように構成され、それによって、前記少なくとも２つの別々に制御された酸化剤ラインを流れる酸化剤の前記質量または体積の間の当量比を調節するするように構成される、請求項１９に記載の電力生産プラント。
21. 前記少なくとも２つの別々に制御された酸化剤ラインのうちの１つが、フローセンサーを含む第２の酸化剤流ラインであり、前記少なくとも２つの別々に制御された燃料ラインのうちの１つが、フローセンサーを含む第２の燃料流ラインであり、前記制御システムが、前記第２の燃料流ラインを流れる燃料の質量または体積に基づき、前記第２の酸化剤流ラインの流量制御バルブを開口または閉鎖するための１つ以上の制御シグナルを出力するように構成されている、請求項２０に記載の電力生産プラント。
    

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