(57)【要約】【課題】空気予熱システムと統合されたガスタービンを運転する方法を提供すること。【解決手段】本発明の実施形態は、ガスタービン（１０５）と統合された空気予熱システム（１００、２００、３００、４００）を制御する技術的効果を有する。本発明は、ガスタービン（１０５）の圧縮機（１２０）に流入する空気（以下、「吸入空気」）を加熱することによってターンダウンレンジを拡張する恩恵をもたらすことができる。本発明はまた、発電プラントの効率を高める恩恵をもたらすことができる。【選択図】      図１
2010121623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンの運転を制御する方法であって、
吸入空気を受ける圧縮機（１２０）、燃焼システム（１３５）、及びタービンセクション（１４５）を備え、排出ガス（１５０）を生成するガスタービン（１０５）を提供する段階と、
少なくとも１つの熱交換セクションを備え、前記吸入空気が前記圧縮機（１２０）に流れる前に該吸入空気を加熱する空気予熱システム（１００、２００、３００、４００）を提供する段階と、
運転目標を受け取る段階と、
前記少なくとも１つの熱交換セクションと連通し、前記ガスタービン（１０５）外部の供給源から流れる流体を用いて前記吸入空気を加熱する段階と、
前記運転目標をほぼ満足するように前記空気予熱システム（１００、２００、３００、４００）を運転する段階と、
前記運転目標がある範囲内にあるかどうかを判断する段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記運転目標が、拡張ターンダウンレンジ、効率、出力、熱消費率、エミッション木法、又はこれらの組合せの少なくとも１つを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記排出ガス（１５０）の一部を受けて蒸気を発生する熱回収蒸気発生装置（ＨＲＳＧ）（１１０）を提供する段階を更に含む、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記拡張ターンダウンレンジを前記ガスタービン（１０５）の定格負荷の最大約５０％まで増大させる段階を更に含む、
請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記吸入空気をその非加熱温度を超えて最大約４００°Ｆまで加熱する段階を更に含む、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記流体が、前記ＨＲＳＧ（１１０）を通って流れる前記排出ガスの一部を含み、前記方法が、前記排出ガスを排出するための前記ＨＲＳＧ（１１０）上の最適位置を決定する段階を更に含む、
請求項３に記載の方法。
【請求項７】
流体温度、流体流量、及びエネルギー源の少なくとも１つを含む少なくとも１つのファクタを利用して前記最適位置を決定する段階を更に含む、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つの外部熱源（１７０）を提供し、該少なくとも１つの外部熱源（１７０）を利用して前記吸入空気の温度を高める段階を更に含む、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記拡張ターンダウンレンジが、周囲条件、少なくとも１つの排出エミッション限度、タービン作動性限度、及び最大温度範囲を含む少なくとも１つのファクタによって決定される、
請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記ガスタービン（１０５）が発電プラントに配置されており、前記方法が更に、前記発電プラントの効率を最大約１０％高める段階を含む、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの運転に関し、より詳細には、ガスタービンと統合された空気予熱システムを作動させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン、航空転用タービン又は同様のもののようなターボ機械は通常、複合サイクル及び／又はコージェネレーションモードで運転される。複合サイクル運転では、蒸気を発生させる熱回収蒸気発生装置は、ガスタービンから排出ガスを受け、次いで蒸気は、蒸気タービンに向かって流れ、該蒸気タービンが、付加的電気を発生させる。コージェネレーション運転では、熱回収蒸気発生装置で発生された蒸気の一部分は、蒸気を必要とする別個のプロセスに送られる。
【０００３】
複合サイクル及びコージェネレーションプラントは、ベース負荷で運転させながら、最大エネルギー（機械的、電気的など）量を発生するように定格されている。しかしながら、ベース負荷運転は、オペレータには望ましいものではあるが、必ずしも実用可能ではない。ベース負荷で発生されるエネルギーの全てがエネルギーマーケット（電力網又は同様のもの）において必ずしも需要がない場合がある。この場合には、発電プラントは、運転停止させるか又は最大エネルギー量未満が発生されるような部分負荷で運転させるかの何れかとしなければならない。更に、部分負荷は、発電プラントの全体効率を低下させ、発熱率が高くなる傾向がある。
【０００４】
ガスタービンは通常、発電しながらエミッションコンプライアンスを維持することが必要である。部分負荷で運転するガスタービンは、部分負荷範囲全体（スピンニングリザーブからベース負荷近くまで）にわたってはエミッションプライアンスを維持することができない。ターンダウンレンジは、ガスタービンがエミッションコンプライアンスを維持する負荷範囲と考えることができる。広いターンダウンレンジにより、オペレータはエミッションコンプライアンスを維持し、燃料消費量を最少にし、且つ発電プラントの運転停止と関連した熱的過渡を回避することが可能になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
空気予熱システムは、部分負荷でのガスタービンの運転に伴う上記の利点の及ぶ範囲を低減することができる。前述の理由から、空気予熱システムと統合されたガスタービンを運転する方法に対する必要性がある。本方法によって、ターンダウンレンジの拡張を可能にする必要がある。本方法により、部分負荷範囲での運転中にガスタービンによる燃料消費の低減を可能にする必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、部分負荷でのガスタービンの運転を制御する方法であって、該方法は、吸入空気を受ける圧縮機、燃焼システム、及びタービンセクションを備え、排出ガスを生成するガスタービンを提供する段階と、少なくとも１つの熱交換セクションを備え、吸入空気が圧縮機に流れる前に該吸入空気を加熱する空気予熱システムを提供する段階と、運転目標を受け取る段階と、少なくとも１つの熱交換セクションと連通し、ガスタービン外部の供給源から流れる流体を用いて吸入空気を加熱する段階と、運転目標をほぼ満足するように空気予熱システムを運転する段階と、運転目標がある範囲内にあるかどうかを判断する段階と含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１の実施形態による、第１の空気予熱システムの実施例を示す概略図。
【図２】本発明の第２の実施形態による、第２の空気予熱システムの実施例を示す概略図。
【図３】本発明の第３の実施形態による、第３の空気予熱システムの実施例を示す概略図。
【図４】本発明の第４の実施形態による、第４の空気予熱システムの実施例を示す概略図。
【図５】本発明の実施形態による、空気予熱システムを制御する方法を示すフローチャート。
【図６】本発明の実施形態による、空気予熱システムを制御する例示的なシステムのブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
好ましい実施形態の以下の詳細な説明では、本発明の特定の実施形態を示す添付図面を参照する。異なる構造及び動作を有する他の実施形態は、本発明の技術的範囲から逸脱するものではない。
【０００９】
本発明は、限定ではないが、ガスタービン、航空機転用燃焼タービン及び同様のものを含む広範囲のガスタービンに適用することができる。本発明の実施形態は、ガスタービンに流入する吸入空気を加熱してターンダウンレンジを拡張することができる用途及びプロセスの形態をとる。
【００１０】
本発明の実施形態は、ガスタービンと統合された空気予熱システムを制御する技術的効果を有する。本発明は、ガスタービンの圧縮機に流入する空気（以下、「吸入空気」）を加熱することによってターンダウンレンジを拡張する恩恵をもたらすことができる。本発明はまた、発電プラントの効率を高める恩恵をもたらすことができる。
【００１１】
以下で説明するように、吸入空気は、ガスタービン外部のエネルギー源によって加熱される。
【００１２】
次に、幾つかの図を通して様々な参照符号が同様の要素を表わしている図を参照すると、図１は、本発明の第１の実施形態による、ガスタービン１０５のターンダウンレンジを拡張するための第１の空気予熱システム１００の実施例を示す概略図である。
【００１３】
図１は、ガスタービン１０５、熱回収蒸気発生装置（ＨＲＳＧ）１１０、スタック１１５及び空気予熱器１５５を含むサイトを示している。一般に、ガスタービン１０５は、シャフト１２５を有する軸流圧縮機１２０を含む。吸入空気１３０は、圧縮機１２０に流入して加圧され、次に燃焼システム１３５に吐出され、ここで、天然ガスなどの燃料１４０が燃焼して高エネルギー燃焼ガスを形成し、この燃焼ガスが、タービンセクション１４５を駆動する。タービンセクション１４５では、高温ガスのエネルギーは仕事に転換され、その仕事の一部は、シャフト１２５を介して圧縮機１２０を駆動するのに使用され、その残りは、発電機、機械駆動装置又は同様のもの（その何れも図示せず）のような負荷を駆動する有用な仕事に利用可能である。次いで、タービンセクション１４５からの排出ガス１５０は、ＨＲＳＧ１１０に流れることができ、このＨＲＳＧ１１０は、排出ガスエネルギーの一部を蒸気（図示せず）に伝達することができる。
【００１４】
ベース負荷運転時には、燃焼システム１３５は、スタック１１５から流出する排出ガス１５０が、サイトエミッション要件を満たすのを保証することができる。通常、ガスタービン１０５は、ベース負荷運転中は最適な効率及び／又は熱消費率で運転する。ガスタービン１０５のターンダウンレンジに応じて、一部の部分負荷運転は、サイトエミッション要件を満たさない場合があり、これにより、ガスタービン１０５の運転停止が必要となる可能性がある。更に、ターンダウン運転は、ガスタービン１０５及び発電プラントの効率を低下させ、熱消費率を上昇させる可能性がある。
【００１５】
ターンダウンレンジの増大により、ガスタービン１０５を運転停止させる必要性を回避することができる。また、拡張ターンダウンレンジにより、エミッションコンプライアンスを維持し且つより少ない燃料１４０を消費しながら、低負荷でガスタービン１０５を運転することが可能になる。また、空気予熱システム１００を導入すると、発電プラントの効率損失及び熱消費率の変化の一部を回収することができる。
【００１６】
本発明の実施形態は多くの利点を提供することができる。
【００１７】
本発明の実施形態は、ガスタービンの定格負荷の最大約５０％まで拡張ターンダウンレンジを増大することができる。本発明の実施形態は、吸入空気をその非加熱温度を超えて最大約４００°Ｆまで加熱することができる。本発明の実施形態は、発電プラントの部分負荷効率を最大約１０％高めることができる。
【００１８】
本発明は、吸入空気１３０を加熱することによってターンダウンレンジを拡張することができる。一般に、ガスタービン１０５の出力（電気的、機械的、又は同様のもの）は、圧縮機１２０に流入する質量流量によって管理される。質量流量は、圧縮機１２０に流入する吸入空気１３０の密度と体積流量との積と考えることができる。圧縮機１２０に流入する体積流量は、周囲温度状態及びガスタービン１０５上に設けられている場合には可変式入口案内ベーン（ＩＧＶ）の角度に基づいて変えることができる。このＩＧＶ角度は、圧縮機１２０の入口における流れ面積を決定付けることができる。ＩＧＶ角度は、最小角度まで減少させてターンダウン量を制限することができる。この最小ＩＧＶ角度では、対応する最小体積流量が圧縮機１２０内に引き込まれる。
【００１９】
本発明において、吸入空気１３０の加熱は、密度を低下させ、より低密な吸入空気１３０が圧縮機１２０に流入するのを可能にする。この場合に、所与の負荷ポイントにおいて、圧縮機１２０に流入する体積流量は、一定の状態を保つことができるが、吸入空気１３０の密度の低下に起因して質量流量は減少する。上述したように、ガスタービン１０５の出力は、該ガスタービン１０５に流入する質量流量によって決定付けることができ、従って、吸入空気１３０を加熱しないのと比較して、該吸入空気１３０を加熱することにより一層低い出力が生成される。
【００２０】
また、吸入空気１３０を加熱することにより、圧縮機１２０から流出する空気１３０の温度（以下、「圧縮機吐出温度」）が高くなる。次いで、加熱空気１３０は燃焼システム１３５に流入する。加熱空気１３０は、ガスタービン１０５の全普遍基準温度（「燃焼温度」）に到達するのを助ける。加熱空気により、ガスタービン１０５がより少ない燃料１４０を消費して燃焼温度を得ることが可能になる。この場合、非加熱吸入空気１３０が圧縮機１２０に流入する場合には、より多くの燃料１４０が消費されることになる。本発明の実施形態のこの特徴は、発電プラントの部分負荷効率を高め、熱消費率を低減することができる。
【００２１】
全体として、本発明では、少なくとも１つの空気予熱器１５５が組込まれ、この少なくとも１つの空気予熱器１５５は、圧縮機１２０の上流側に設置することができる。空気予熱器１５５は、熱交換器、コイル、又は他の熱交換機構とすることができる。空気予熱器１５５は、ターンダウンレンジを増大させる温度まで吸入空気１３０を十分に加熱するような大きさにすることができる。
【００２２】
一般に、非加熱吸入空気１３０の温度は、周囲条件又は空気予熱器１５５の上流側に配置された何らかの空気調整システム（図示せず）の出口温度によって決定することができる。本発明の実施形態は、吸入空気１３０の温度を空気予熱器１５５によって可能とされるある温度まで上昇させることができる。しかしながら、吸入空気１３０の温度の上昇は、限定ではないが、空気予熱器１５５の幾何学的制約条件、或いは熱的、作動的、又は機械的制約条件を満たさない可能性がある温度、或いは同様のもののような、幾つかのファクタの少なくとも１つによって制限される可能性がある。例えば、限定ではないが、第１の空気予熱システム１００は、吸入空気１３０の温度を約５９°Ｆから約１２０°Ｆまで上昇させることができる。この場合には、吸入空気１３０は、約３，０００，０００ポンド／時間の吸入流量を有することができる。
【００２３】
図１に示す第１の空気予熱システム１００は、少なくとも１つの空気予熱器１５５、予熱器供給管路１６０及び予熱器排出管路１６５を含む。予熱器供給管路１６０により、排出ガス１５０の一部分、或いは、限定ではないが、水、蒸気又は同様のものなどの他の流体をＨＲＳＧ１１０から空気予熱器１５５に流すことが可能になる。本発明のこの第１の実施形態では、予熱器供給管路１６０の端部は、ＨＲＳＧ１１０の一部分に連結され、このＳＲＳＧ１１０において排出ガス１５０を取り出すことができる。予熱器供給管路１６０は、ＨＲＳＧ１１０から排出ガス１５０の一部分を受ける。排出ガス１５０は、予熱器供給管路１６０を通って流れることができ、この予熱器供給管路１６０は、空気予熱器１５５の一部分に連結された反対側端部を有することができる。
【００２４】
本発明のこの第１の実施形態では、ユーザは、ＨＲＳＧ１１０上から排出ガス１５０を取り出す場所を決定することが可能になる。本発明により、ユーザは、排出ガス１５０を取り出して空気予熱器１５５に送るＨＲＳＧ１１０上の位置を最適化するのを可能にすることができる。ユーザは、ＨＲＳＧ１１０上の最適位置を決定する場合に種々のファクタを考慮することができる。これらのファクタには、限定ではないが、次のものを含むことができる。
・温度：吸入空気１３０の温度を上昇させるのに使用する流体（排出ガス１５０、水、蒸気又は同様のもの）の温度は、空気予熱器１５５が吸入空気１３０を高めることができる最大所望温度よりも高いものでなければならない。この最大所望温度は、空気予熱器１５５のサイズ選定のために使用することができる。
・流量：流体の流量は、ＨＲＳＧ１１０又は同様のものからの他の要求に対して十分な流量を維持しながら、空気予熱器１５５に供給するのに十分なものでなければならない。
・流体タイプ：吸入空気１３０の温度を上昇させるための流体として利用可能であれば水を使用することは最適であり、場合によっては、より少ない質量流量及び比較的小さなサイズの空気予熱器を必要とする可能性がある。
・エネルギー源：流体は、吸入空気１３０を加熱する利点全体に悪影響を与えずに利用することができるエネルギー源から得ることができる。エネルギー源には、限定ではないが、例えば、凝縮器又は燃料加熱器１７６からの出口流体、パッキング流れ又は同様のもの、或いは排出ガス１５０、或いはスタック１１５からの吐出、或いはボトミングサイクル外部の他のあらゆるエネルギー源を含むことができる。
【００２５】
例えば、限定ではないが、サイトのオペレータは、凝縮器（図示せず）に向かって流れている排出ガス１５０の一部分を使用することができる。この場合には、このエネルギーは、蒸気を発生させるのに必要なエネルギーが、既に取り出されている可能性があるので、「低位」と考えることができる。しかしながら、別のサイトは、ＨＲＳＧ１１０の別の領域から排出ガス１５０を取り出すことができる。この場合には、限定ではないが、例えばオペレータは、ＨＲＳＧ１１０のセクションに流入する排出ガス１５０の流れを制限する代わりに、該排出ガス１５０の一部分を空気予熱器１５５に向かって分流させることを決定することができる。
【００２６】
使用中、第１の空気予熱システム１００は、ガスタービン１０５がベース負荷又は部分負荷である状態で運転される。本発明の実施形態では、予熱器供給管路１６０を介して排出ガス１５０の一部分を空気予熱器１５５に分流させることができる。排出ガス１５０は、空気予熱器１５５の入口部分を通って流れることができる。吸入空気１３０が空気予熱器１５５を通って流れると、排出ガス１５０からの熱は、吸入空気１３０に伝達され且つ該吸入空気１３０の温度を上昇させる。空気予熱器１５５を通って流れた後に、排出ガス１５０は、予熱器排出管路１６５を通ってスタック１１５及び／又はＨＲＳＧ１１０に流れることができる。
【００２７】
図２〜図４は、本発明の別の実施形態を示している。本発明の全ての実施形態間の主な相違点は、吸入空気１３０の温度を上昇させるのに使用するエネルギー源である。図２〜図４の説明は、各代替の実施形態と図１に示す実施形態との間の相違点に焦点を合わせている。
【００２８】
図２は、本発明の第２の実施形態による、ガスタービン１０５のターンダウンレンジを拡張するための第２の空気予熱システム２００の実施例を示す概略図である。この場合には、この第２の実施形態と第１の実施形態との間の主な相違点は、吸入空気１３０の温度を上昇させるためのエネルギーを供給する少なくとも１つの外部エネルギー源（ＥＥＳ）１７０が付加されたことである。
【００２９】
ＥＥＳ１７０は、ターンダウンレンジを拡張するのを可能にする温度にまで吸入空気１３０を加熱するのに十分なエネルギーを供給することができる。図２に示すように、ＥＥＳ１７０は、ＨＲＳＧ１１０から排出ガス１５０を取り出す必要性を排除することができる。この第２の実施形態では、排出ガス１５０は、他の目的のために使用することができ、及び／又はスタック１１５を通して流れることができる。或いは、ＥＥＳ１７０は、図１に示した実施形態と組み合わせて作動させることができる。この場合には、ＥＥＳ１７０は、吸入空気１３０の温度を上昇させるための１次エネルギーシステムとして作動させることができ、ＨＲＳＧ１１０からの取り出しは、２次エネルギーシステムとしての役割を果たすことができる（及び、逆の場合もある）。
【００３０】
ＥＥＳ１７０は、以下のエネルギーシステム、すなわち、風力タービン、ボイラ、エンジン、付加燃焼タービン、付加ＨＲＳＧ、発電プラント、太陽エネルギー源、地熱エネルギー源、燃料電池／化学反応、核プロセス／反応、外部プロセス及びこれらの組合せの少なくとも１つを含むことができ、図２にはこれらの何れも図示してはいない。前述のエネルギーシステムの各々は、吸入空気１３０の温度を間接的又は直接的に上昇させることができる。
【００３１】
限定ではないが、例えば風力タービンは、吸入流体１３０の温度を間接的に上昇させることができる。この場合には、風力タービンによって発生したエネルギーは、予熱器供給管路１６０と一体化されたタンク（図示せず）内の水を加熱することができる。加熱水は、予熱器供給管路１６０を通って空気予熱器１５５に流れることができる。空気予熱器１５５を通って流れた後に、加熱水は、ＥＥＳ１７０と一体化することができる予熱器排出管路１６５を通って流れることができる。或いは、限定ではないが、例えばボイラは、吸入流体１３０の温度を直接上昇させることができる。この場合には、予熱器供給管路１６０は、ボイラの一部分と一体化することができる。ボイラによって発生された蒸気又は温水は、予熱器供給管路１６０及び空気予熱器１５５を通って流れることができる。空気予熱器１５５を通って流れた後に、蒸気又は温水は、ＥＥＳ１７０と一体化することができる予熱器排出管路１６５を通って流れることができる。
【００３２】
図３は、本発明の第３の実施形態による、ガスタービン１０５のターンダウンレンジを拡張するための第３の空気予熱システム３００の実施例を示す概略図である。この場合には、この第３の実施形態と第１の実施形態との間の主要な相違点は、燃料加熱器１７５を付加したことにある。幾つかのガスタービン１０５では、性能を向上させる方法として加熱燃料１４０を使用している。燃料加熱器１７５は通常、ガスタービン１０５を設置したサイトで燃料１４０を加熱する。燃料加熱器１７５は、熱交換器又は同様のものの形態を有することができる。
【００３３】
図３に示すように、排出ガス１５０は、予熱器供給管路１６０を介してＨＲＳＧ１１０から流出させることができる。本発明の実施形態では、空気予熱器１５５は、複数の吸入流を可能にする複数部分を含むことができる。図３に示すように、空気予熱器１５５は、燃料加熱器排出管路１８５と一体化された第１の入口部分と予熱器供給管路１６０と一体化された第２の入口部分とを含むことができる。
【００３４】
この第３の実施形態では、予熱器供給管路１６０は、燃料加熱器供給管路１８０と一体化することができる。この場合には、排出ガス１５０の一部分は、燃料加熱器１７５内に流れることができる。この排出ガス１５０の別の部分は、空気予熱器１５５内に流れることができる。燃料加熱器１７５を通って流れた後に、排出ガス１５０は、燃料加熱器排出管路１８５を通って空気予熱器１５５に流れることができる。空気予熱器１５５に流れた後に、排出ガス１５０は次に、上述したように、予熱器排出管路１６５を通ってスタック１１５及び／又はＨＲＳＧ１１０に流れることができる。
【００３５】
図４は、本発明の第４の実施形態による、ガスタービン１０５のターンダウンレンジを拡張するための第４の空気予熱システム４００の実施例を示す概略図である。この場合、この第４の実施形態と第１の実施形態との間の主要な相違点は、排出ガス１５０が、図１に示すようなＨＲＳＧ１１０とは対照的にスタック１１５から取り出されることである。
【００３６】
本発明のこの第４の実施形態では、予熱器供給管路１６０の端部は、排出ガス１５０を取り出すスタック１１５の一部分に連結される。排出ガス１５０は、予熱器供給管路１６０を通って流れることができ、この予熱器供給管路１６０は、空気予熱器１５５の一部分に連結された反対側端部を有することができる。
【００３７】
理解されるように、本発明は、方法、システム、又はコンピュータプログラム製品として具現化することができる。従って、本発明は、完全ハードウェア実施形態、完全ソフトウェア実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、或いはソフトウェア及びハードウェア態様を組合せた実施形態の形態をとることができ、本明細書ではそれら全てを全体として「回路」、「モジュール」又は「システム」と呼ぶ。更に、本発明は、媒体内に具現化されたコンピュータ使用可能プログラムコードを有するコンピュータ使用可能記憶媒体上のコンピュータプログラム製品の形態をとることができる。
【００３８】
あらゆる好適なコンピュータ読取り可能媒体を利用することができる。コンピュータ使用可能又はコンピュータ読取り可能媒体は、限定ではないが、例えば電子、磁気、光学、電磁、赤外線又は半導体のシステム、装置、デバイス或いは伝播媒体とすることができる。コンピュータ読取り可能媒体のより具体的な実施例（非網羅的リスト）には、以下のもの、すなわち、１つ又はそれ以上のワイヤを有する電気的接続部、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能・プログラム可能読出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、光ファイバ、ポータブルコンパクトディスク読出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光学記憶装置、インターネット又はイントラネットをサポートするものなどの伝送媒体、或いは磁気記憶装置が含まれることになる。プログラムは、例えば紙又は他の媒体を光学的にスキャンすることにより電子的に取り込み、次いで必要に応じて適切な方法でコンパイルし、解釈し、又は他の方法で処理し、その後コンピュータメモリ内に記憶させることができるので、コンピュータ使用可能又はコンピュータ読取り可能媒体は、プログラムを印刷する紙又は他の好適な媒体であってもよい点に留意されたい。本明細書の文脈に照らして、コンピュータ使用可能又はコンピュータ読取り可能媒体は、命令実行システム、装置又はデバイスによって或いはこれらと関連して使用するためのプログラムを収容、記憶、通信、伝播、又は移送することができるあらゆる媒体とすることができる。
【００３９】
本発明の動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、Ｊａｖａ（登録商標）７、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ又はＣ＋＋、或いは同様のものなどの、オブジェクト指向プログラミング言語で記述することができる。しかしながら、本発明の動作を実行するためのコンピュータプログラムコードはまた、「Ｃ」プログラミング言語又は同様の言語のような、従来の手続き形プログラミング言語で記述することができる。プログラムコードは、スタンドアロンソフトウェアパッケージとして全体的にユーザコンピュータ上で、部分的にユーザコンピュータ上で、或いは、部分的にユーザコンピュータ上で且つ部分的にリモートコンピュータ上で、又は全体的にリモートコンピュータ上で実行することができる。後者の場合には、リモートコンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又はワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を介してユーザコンピュータに接続することができ、或いは外部コンピュータに対して接続することができる（例えば、インターネットサービスプロバイダを使用してインターネットを介して）。
【００４０】
以下では、本発明の実施形態による方法、装置（システム）及びコンピュータプログラム製品のフローチャート図及び／又はブロック図を参照しながら本発明を説明する。フローチャート図及び／又はブロック図の各ブロック、並びにフローチャート図及び／又はブロック図のブロックの組合せは、コンピュータプログラム命令によって実施することができる点は理解されるであろう。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに提供されてマシンを形成し、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサによって実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能／動作を実施する手段をもたらすようにすることができる。
【００４１】
これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ読み取り可能メモリ内に記憶させることができ、該命令は、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置に命令して特定の方式で機能させることができ、コンピュータ読み取り可能メモリ内に記憶された命令が、フローチャート及び／又はブロック図の１つ又は複数のブロックにおいて指定された機能／動作を実施する命令手段を含む製品をもたらすようにする。コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置上にロードして、一連の動作ステップをコンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置上で実行させてコンピュータに実装されるプロセスを生成し、コンピュータ又は他のプログラム可能装置上で実行される命令が、フローチャート及び／又はブロック図のブロックにおいて指定された機能／動作を実施するステップを提供するようにする。
【００４２】
本発明は、空気予熱システムと一体化されたガスタービン１０５の運転を制御する技術的作用を有する制御システム又は同様のものを含むことができる。本発明の実施形態の制御システムは、ガスタービン１０５を自動的に及び／又は連続的に監視して、空気予熱システムが動作すべきかどうかを判断するよう構成することができる。
【００４３】
或いは、制御システムは、空気予熱システムの初期動作に対するユーザ動作を必要とするよう構成することができる。本発明の制御システムの実施形態は、スタンドアローンシステムとして機能することができる。或いは、制御システムは、タービン制御又はプラント制御システムなどの広範なシステム内にモジュール又は同様のものとして一体化することができる。
【００４４】
図５は、本発明の実施形態による空気予熱システムを制御する方法５００を示すフローチャートである。本発明の実施形態において、方法５００を実施する制御システムは、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）又は同様のものと一体化することができる。ＧＵＩにより、オペレータは、以下で説明する方法５００を進めることが可能になる。ＧＵＩはまた、空気予熱システムのステータスの少なくとも１つの通知を提供することができる。
【００４５】
本方法５００は、空気予熱システムの種々の構成の作動を制御するよう適合することができる。例えば、限定ではないが、方法５００は、第１の空気予熱システム１００、第２の空気予熱システム２００、第３の空気予熱システム３００、又は第４の空気予熱システム４００の作動を制御することができる。これらのシステムの実施形態は既に説明されている。
【００４６】
方法５００のステップ５１０では、ガスタービン１０５が排気を発生する。ガスタービン１０５のタイプ及び／又は運転に応じて、生成された排気は、例えば、限定ではないが、流量が約１０，０００Ｌｂ／時間から約５０，０００，０００Ｌｂ／時間、温度が約１００°Ｆから約１５００°Ｆとすることができる。
【００４７】
ステップ２５０において、方法５００は、少なくとも１つの初期許容条件が満足されるかどうかを判定することができる。本発明の実施形態は、空気予熱システムの実施形態が吸入空気１３０の温度を上昇させるプロセスを開始する前に、少なくとも１つの初期許容条件が満足されることを必要とすることができる。初期許容条件は一般に、ガスタービン１０５及び空気予熱システムの実施形態が吸入空気１３０を処理できる状態になっていることを確認する許容条件と考えることができる。本発明の実施形態では、ユーザは、少なくとも１つの初期許容条件を定義することができる。
【００４８】
少なくとも１つの初期許容条件は、空気予熱システムの実施形態のステータス、ガスタービン１０５のステータス。空気予熱システム構成部品の作動即応性、及びこれらの組み合わせの少なくとも１つを含むことができる。少なくとも１つの初期許容条件が満足された場合、方法５００は、ステップ５３０に進むことができ、そうでない場合、方法５００は、少なくとも１つの初期許容条件が満足されるまでステップ５１０に戻ることができる。
【００４９】
ステップ５３０において、方法５００は、空気予熱システムが初期化され、吸入空気１３０を処理できる状態になったことをユーザに通知することができる。本発明の実施形態において、ＧＵＩは、ポップアップウィンドウ、アラーム、又は他の同様の方法として通知することができる。
【００５０】
ステップ５４０では、方法５００は、ガスタービン１０５の運転における所望の目標を受け取ることができる。この所望の目標は、オペレータがガスタービン１０５から探し出すパラメータ、設定ポイント、又は他の設定と考えることができる。本発明の実施形態では、ガスタービン１０５が獲得できるように空気予熱システムが支援すべき運転パラメータの選択の融通性を持たせている。運転目標は、拡張ターンダウンレンジ、効率、出力、エミッション目標、熱消費率、又はこれらの組合せの少なくとも１つを含むことができる。例えば、限定ではないが、オペレータは、ガスタービン１０５の最大定格負荷の約２５％のターンダウンレンジを拡張することを望む場合がある。この場合、制御システムは、吸入空気１３０の温度を高めるために、要求温度及び空気予熱システムにより使用される流体からの流量を決定することができる。
【００５１】
ステップ５５０では、方法５００は、空気予熱システムの少なくとも１つの構成部品を調整することができる。この場合、制御システムは、所望の運転目標を満たすことができるように、空気予熱システム及びガスタービン１０５の構成を設定することができる。例えば、限定ではないが、制御システムは、予熱器供給管路１６０内の流体の流量を増大するように構成部品を調整することができる。
【００５２】
ステップ５６０では、方法５００は、実運転目標が所望の運転目標の範囲内にあるかどうかを判定することができる。この場合、制御システムは、運転目標の実際の値を決定することができる。次いで、制御システムは、運転目標の実際の値を運転目標の所望の値と比較することができる。例えば、限定ではないが、オペレータは。部分負荷効率の５％の増大を望むことができる。この場合、制御システムは、ステップ５４０の実施後に部分負荷効率を決定することができる。次いで、部分負荷効率の実際の値を部分負荷効率の所望の値と比較することができる。実際の運転目標が所望の運転目標の範囲内にある場合、方法５００は、ステップ５４０に戻ることができ、そうでない場合、方法５００はステップ５５０に戻ることができる。
【００５３】
ステップ５７０では、方法５００は、空気予熱システムの動作の中断を可能にすることができる。図５に示すように、空気予熱システムの動作は、空気予熱システムがステップ５３０で初期化された後に中断することができる。本発明の実施形態では、ユーザが、空気予熱システムの動作を手動で中断できるようにすることができる。或いは、方法５００は、空気予熱システムの動作を自動的に中断できるシステムと一体化してもよい。空気予熱システムの動作が中断されると、方法５００は、ステップ５１０に戻り、そうでない場合、方法５００は次のステップに進む。
【００５４】
ステップ５８０において、方法５００は、空気予熱システムの動作中に少なくとも１つの運転許容条件が維持されるかどうかを判断することができる。ステップ５８０は、空気予熱システムの動作を連続的に監視することができる。
【００５５】
運転許容条件は、ガスタービンのステータス、空気予熱システムのステータス、燃焼ダイナミックスマージン、運転目標のステータス、及びこれらの組合せの少なくとも１つを含むことができる。
【００５６】
本発明の実施形態において、ＧＵＩは、運転許容条件が維持されていないかどうかをユーザに通知することができる。本発明の代替の実施形態では、方法５００は、運転許容条件が維持されていない場合にはステップ５１０に自動的に戻ることができる。
【００５７】
図６は、本発明の実施形態による、空気予熱システムを制御する例示的な方法６００のブロック図である。方法５００の各要素は、本システム６００で具現化され、該システムによって実施することができる。システム６００は、１つ又はそれ以上のユーザ又はクライアント通信デバイス６０２、又は同様のシステムもしくはデバイス（図６には２つが示されている）を含むことができる。各通信デバイス６０２は、例えば限定ではないが、コンピュータシステム、パーソナルデジタルアシスタント、携帯電話、又は電子メッセージを送受信することができる何らかのデバイスとすることができる。
【００５８】
通信デバイス６０２は、システムメモリ６０４又はローカルファイルシステムを含むことができる。システムメモリ６０４は、例えば、限定ではないが、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含むことができる。ＲＯＭは、基本入力／出力システム（ＢＩＯＳ）を含むことができる。ＢＩＯＳは、通信デバイス６０２の素子又は構成部品間の情報転送を助ける基本ルーチンを含むことができる。システムメモリ６０４は、通信デバイス６０２の全体のオペレーションを制御するオペレーティングシステム６０６を含むことができる。システムメモリ６０４はまた、ブラウザ６０８又はウェブブラウザを含むことができる。システムメモリ６０４はまた、図５の方法５００の要素と類似し、又はこれを含むことができる、空気予熱システムを制御するためのデータ構造６１０又はコンピュータ実行可能コードを含むことができる。
【００５９】
システムメモリ６０４は更に、テンプレートキャッシュメモリ６１２を含むことができ、これは、空気予熱システムを制御するための図５の方法５００と共に用いることができる。
【００６０】
通信デバイス６０２はまた、通信デバイス６０２の他の構成部品のオペレーションを制御するプロセッサ又は処理ユニット６１４を含むことができる。オペレーティングシステム６０６、ブラウザ６０８、及びデータ構造６１０は、処理ユニット６１４上で動作することができる。処理ユニット６１４は、システムバス６１６によりメモリシステム６０４及び通信デバイス６０２の他の構成部品に結合することができる。
【００６１】
通信デバイス６０２はまた、複数の入力デバイス（Ｉ／Ｏ）、出力デバイス、又は組み合わせ入力／出力デバイス６１８を含むことができる。各入力／出力デバイス６１８は、入力／出力インターフェース（図６には図示されていない）によってシステムバス６１６に結合することができる。入力及び出力デバイス、又は組み合わせＩ／Ｏデバイス６１８により、ユーザは、通信デバイス６０２を作動させてインターフェース接続し、更にブラウザ６０８及びデータ構造６１０のオペレーションを制御して、空気予熱システムを利用するためのソフトウェアにアクセスし、作動し、及び制御することが可能になる。Ｉ／Ｏデバイス６１８は、本明細書で説明されるオペレーションを実施するために、キーボード及びコンピュータポインティングデバイス又は同様のものを含むことができる。
【００６２】
Ｉ／Ｏデバイス６１８はまた、例えば限定ではないが、ディスクドライブ、光学、機械、磁気、又は赤外の入力／出力デバイス、モデム、又は同様のものを含むことができる。Ｉ／Ｏデバイス６１８は、記憶媒体６２０にアクセスするのに用いることができる。媒体６２０は、通信デバイス６０２などのシステムが使用するため、又は該システムと関連してコンピュータ読取り可能命令又はコンピュータ実行可能命令もしくは他の情報を収容、格納、通信、又は伝送することができる。
【００６３】
通信デバイス６０２はまた、ディスプレイ又はモニタ６２２などの他のデバイスを含み、又はこれと接続することができる。モニタ６２２は、ユーザが通信デバイス６０２とインターフェース接続することを可能にする。
【００６４】
通信デバイス６０２はまた、ハードドライブ６２４を含むことができる。ハードドライブ６２４は、ハードドライブインターフェース（図６には図示していない）を介してシステムバス６１６に結合することができる。ハードドライブ６２４はまた、ローカルファイルシステム又はシステムメモリ６０４の一部を形成することができる。通信デバイス６０２のオペレーションにおいて、プログラム、ソフトウェア、及びデータをシステムメモリ６０４とハードドライブ６２４との間で転送及び交換することができる。
【００６５】
通信デバイス６０２は、少なくとも１つのユニットコントローラ６２６と通信することができ、ネットワーク６２８を介して他のサーバ又は通信デバイス６０２に類似した他の通信デバイスにアクセスすることができる。システムバス６１６は、ネットワークインターフェース６３０によりネットワーク６２８に結合することができる。ネットワークインターフェース６３０は、ネットワーク６２８に結合するためのモデム、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）カード、ルータ、ゲートウェイ、又は同様のものとすることができる。カップリングは、有線又は無線接続とすることができる。ネットワーク６２８は、インターネット、プライベートネットワーク、イントラネット、又は同様のものとすることができる。
【００６６】
少なくとも１つのユニットコントローラ６２６はまた、ファイルシステム、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び同様のものを含むことができるシステムメモリ６３２を含むことができる。システムメモリ６３２は、通信デバイス６０２におけるオペレーティングシステム６０６と同様のオペレーティングシステム６３４を含むことができる。システムメモリ６３２はまた、空気予熱システムを制御するためのデータ構造６３６を含むことができる。データ構造６３６は、空気予熱システムを制御するため、方法５００に関して説明されたものと同様のオペレーションを含むことができる。サーバのシステムメモリ６３２はまた、他のファイル６３８、アプリケーション、モジュール、及び同様のものを含むことができる。
【００６７】
少なくとも１つのユニットコントローラ６２６はまた、少なくとも１つのユニットコントローラ６２６内の他のデバイスのオペレーションを制御するプロセッサ６４２又は処理ユニットを含むことができる。少なくとも１つのユニットコントローラ６２６はまた、Ｉ／Ｏデバイス６４４を含むことができる。Ｉ／Ｏデバイス６４４は、通信デバイス６０２のＩ／Ｏデバイス６１８と類似したものとすることができる。少なくとも１つのユニットコントローラ６２６は更に、Ｉ／Ｏデバイス６４４と共に少なくとも１つのユニットコントローラ６２６に対するインターフェースを提供する、モニタ又は同様のものなどの他のデバイス６４６を含むことができる。少なくとも１つのユニットコントローラ６２６はまた、ハードディスクドライブ６４８を含むことができる。システムバス６５０は、少なくとも１つのユニットコントローラ６２６の異なる構成部品を接続することができる。ネットワークインターフェース６５２は、システムバス６５０を介してネットワーク６２８に少なくとも１つのユニットコントローラ６２６を結合することができる。
【００６８】
各図のフローチャート及びステップ図は、本発明の様々な実施形態によるシステム、方法、及びコンピュータプログラム製品の可能な実施のアーキテクチャ、機能、及び動作を示している。この点に関して、フローチャート又はステップ図における各ステップは、特定の論理機能を実施するための１つ又はそれ以上の実行可能な命令を含むモジュール、セグメント、又はコード部分を表すことができる。幾つかの別の実施形態においては、ステップ内に記載された機能は、図に記載された順序とは異なる順序で行うことができる点に留意されたい。例えば、連続して示す２つのステップは、実際には、実質的に同時に実行することもでき、或いはこれらのステップは、含まれる機能に応じて逆の順序で実行してもよい場合がある。また、ステップ図及び／又はフローチャート図の各ステップ及びステップの組合せは、特定の機能又は動作を行う専用ハードウェアベースのシステム或いは専用ハードウェアとコンピュータ命令との組合せによって実行することができる点に留意されたい。
【００６９】
本発明で使用した用語は、特定の実施形態を説明するためものに過ぎず、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書で使用する場合に、数詞のない表現は、文脈がそうでないことを明示していない限り、複数の形態も同様に含むことを意図している。更に、本明細書で使用する場合に、「含む」及び／又は「有する」という用語は、記載した形状部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１つ又はそれ以上のその他の形状部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことが分かるであろう。
【００７０】
本明細書では、特定の実施形態を図示し且つ説明してきたが、図示した特定の実施形態は、同一の目的を達成するために考えられるあらゆる構成と置き換えることができること、また本発明は、他の環境における他の用途も有することを理解されたい。本出願は、本発明のあらゆる改造及び変更を保護することを意図している。添付の請求項は、本発明の技術的範囲を本明細書に記載した特定の実施形態に限定することを決して意図するものではない。
【符号の説明】
【００７１】
１００  第１の空気予熱システム
１０５  ガスタービン
１１０  熱回収蒸気発生装置（ＨＲＳＧ）
１１５  スタック
１２０  圧縮機
１２５  シャフト
１３０  吸入空気
１３５  燃焼システム
１４０  燃料
１４５  タービンセクション
１５０  排出ガス
１５５  空気予熱器
１６０  予熱器供給管路
１６５  予熱器排出管路
１７０  外部エネルギー源
１７５  燃料加熱器
１８０  燃料加熱器供給管路
１８５  燃料加熱器排出管路
２００  第２の空気予熱システム
３００  第３の空気予熱システム
４００  第４の気予熱システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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