(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電プラントであって、当該発電プラントが、
一次燃料（１１０）及び二次燃料（１６０）の少なくとも１つを用いて作動するように構成された第１のガスタービンエンジン（１２０）であって、前記二次燃料のみを用いて作動する第１の作動位置と前記一次燃料のみを用いて作動する第２の作動位置との間で選択的に動作可能である第１のガスタービンエンジン（１２０）と、
一次燃料及び二次燃料の少なくとも１つを用いて作動するように構成された少なくとも１つの第２のガスタービンエンジン（１３０）と、
前記第１及び第２のガスタービンエンジンに連結された共通燃料源であって、前記一次及び二次燃料の各々を制御流量で前記第１及び第２のガスタービンエンジンの少なくとも１つに供給するように構成された共通燃料源と
を含んでおり、前記第１の作動位置で前記第１のガスタービンエンジン（１２０）を作動させるのに先立って前記第２のガスタービンエンジンへの一次燃料の流量を減少させることによって、前記一次燃料をフレアさせずに前記第２のガスタービンエンジン（１３０）が前記第１のガスタービンエンジンから前記一次燃料（１１０）の一部分を取入れるように構成されている、発電プラント。
【請求項２】
前記第１のガスタービンエンジン（１２０）を作動させるのに先立ってガス化装置で生成した過剰な一次燃料が所定の燃料量に達するまで前記過剰な一次燃料（１１０）がフレアされる、請求項１記載の発電プラント。
【請求項３】
前記共通燃料源と前記第１及び第２のガスタービンエンジン（１２０、１３０）との間に連結された複数の燃料管路（１４０、１５０）をさらに含み、
前記第１のガスタービンエンジンが第１の作動位置にある時に、前記一次燃料及び二次燃料（１１０、１６０）の少なくとも１つが前記複数の燃料管路内で循環する、
請求項１又は請求項２記載の発電プラント。
【請求項４】
前記第１のガスタービンエンジン（１２０）が第１の作動位置にある時に、前記複数の燃料管路（１４０、１５０）が前記一次燃料（１１０）で継続して加熱されるように構成されている、請求項３記載の発電プラント。
【請求項５】
前記複数の燃料管路と流れ連通状態で連結されたクロスオーバ管路（１９０）と、前記クロスオーバ管路内の流れ圧力を調整して前記クロスオーバ管路内の前記一次燃料（１１０）の圧力を低下させるのを可能にするように構成されたバルブとをさらに含む、請求項３記載の発電プラント。
【請求項６】
燃料制御システムであって、当該燃料制御システムが、
一次燃料（１１０）及び二次燃料（１６０）の少なくとも１つを用いて作動する第１のガスタービンエンジン（１２０）への流体の流れを制御し、また
少なくとも１つの第２のガスタービンエンジン（１３０）への燃料の流れを制御して、前記第２のガスタービンエンジンが一次燃料及び二次燃料の少なくとも１つを用いて作動するのを保証し、当該燃料制御システムが、
前記第１及び第２のガスタービンエンジンの少なくとも１つに、前記第１及び第２のガスタービンエンジンに連結された共通燃料源から前記一次及び二次燃料の各々を制御流量で供給し、
前記第１のガスタービンエンジンを、前記二次燃料を用いて作動する第１の作動位置と前記一次燃料を用いて作動する第２の作動位置との間で選択的に置き、また
前記第１のガスタービンエンジン（１２０）を前記第１の作動位置に選択的に置くのに先立って、前記一次燃料をフレアさせずに第２のガスタービンエンジンが前記第１のガスタービンエンジンから前記一次燃料を取入れることができるように前記共通燃料源から一次燃料を減少させた制御流量で前記第２のガスタービンエンジンに供給する
ように構成されている、燃料制御システム。
【請求項７】
前記第１のガスタービンエンジン（１２０）を作動させるのに先立ってガス化装置で生成した過剰な一次燃料が所定の燃料量に達するまで前記過剰な一次燃料（１１０）をフレアするように構成されている、請求項６記載の燃料制御システム。
【請求項８】
前記第１のガスタービンエンジンが第１の作動位置にある時に、前記一次燃料及び二次燃料（１１０、１６０）の少なくとも１つが、前記共通燃料源と前記第１及び第２のガスタービンエンジン（１２０、１３０）との間に連結された複数の燃料管路（１４０、１５０）内で循環するように構成されている、請求項６又は請求項７記載の燃料制御システム。
【請求項９】
前記第１のガスタービンエンジン（１２０）が第１の作動位置にある時に、前記複数の燃料管路（１４０、１５０）が前記一次燃料（１１０）で継続して加熱されるように構成されている、請求項８記載の燃料制御システム。
【請求項１０】
前記複数の燃料管路と流れ連通状態で連結されたクロスオーバ管路（１９０）内の流れ圧力をバルブで調節して前記クロスオーバ管路内の前記一次燃料（１１０）の圧力を低下させることができるように構成されている、請求項８記載の燃料制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次燃料でのガスタービンの始動及び停止を必要とする一次及び二次燃料源を備えたあらゆる複合ガスタービン発電プラントに関する。より具体的には、本発明は、統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラントに関し、より具体的には、プラント出力を変更するために又は特定のユニットの保守を可能にするためにガスタービンを稼働から外す又は稼働に戻すための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＧＣＣプラントは一般的に、酸素及び窒素の現場での生成とバランスさせた状態で、石炭ガス化、冷却、清浄化及び飽和設備を使用して合成ガスとして通常公知の一次プラント燃料を生成する。少なくとも幾つかの公知のＩＧＣＣプラントは、１つ又は複数の共通ガス化源から受けた合成ガスによって動力供給される複数のガスタービンを含む。従って、共通ガス化源は、例えばガスタービンの1つ又はそれ以上の停止又は始動時などにおけるタービンの燃料要求のあらゆる変化に対応しなければならない。一般的に、タービンの1つ又はそれ以上の停止は、保守作業の間或いはガス化源の作動を完全に又は低減した比率に維持しながらのプラント出力の低下（すなわち、ターンダウン）の間に必要となる可能性がある。
【０００３】
多くのガスタービンは、発電するのに合成ガスを消費する。このプロセスには、天然ガス又は蒸留液のような二次又は補助燃料を用いて初期着火しかつ所定のポイントまで負荷を増大させ、その後完全に又は部分的に合成ガス作動に燃料移行させることが必要である。1つ又はそれ以上のオフラインガスタービンをオンラインに戻すことによってＩＧＣＣプラントを増大出力に戻すために、合成ガスは、燃料流量及び燃料状態が移行の要件を満たすようになるまでフレアしなければならない。一般的に、そのようなユニットをオンラインに戻す及びユニットをオフラインにする方法は、通常、望ましくないプラントエミッションを発生する。
【特許文献１】米国特許第３，８７５，３８０号公報
【特許文献２】米国特許第３，９１９，６２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、少なくとも１つのガスタービンがオンラインであって共通源から一次燃料を消費している状態で、ガスタービンを、一次燃料をフレアせずに天然ガス又は蒸留液のような二次（補助）燃料から合成ガスのような一次燃料に移行させる方法を提供する。この事象のシーケンスは通常、複合ガスタービン発電プラントにおけるガスタービンのアドオン始動と呼ばれる。この状況は一般的に、少なくとも１つのガスタービンをオフラインにした状態での低下出力（ターンダウン）で作動させた後に或いは1つ又はそれ以上のタービンに対してオフライン保守を行った後に発電プラントがプラント出力を増大させた時に、発生する。
【０００５】
一次燃料で運転するために、ガスタービンは、最初に二次燃料で作動させ、次に一次燃料源に移行させなければならない。第１のユニットを始動する場合には、移行に適した一次燃料量が確立されるまで一次燃料をフレアすることが、不可避である。しかしながら、同じ一次燃料源から供給されるようにオンライン化される付加的ユニットの場合には、オンラインユニットにおいて一次燃料に置換わるように二次燃料を用いることができる。このことは、オンライン化されるユニットに送るのに必要な一次燃料量が、オンラインユニットの出力を犠牲にせずに利用可能になることを保証する。その結果、出力を維持するのに、一次燃料をフレアするよりもむしろ、補助燃料が用いられる。このシーケンスはまた、順序を逆にして、フレアせずにユニットをオフラインにすることもできる。オフラインユニットへの一次燃料管路内に湿気が存在する場合にこの特徴の作動を可能にするためには、一次燃料を継続して循環させなければならない。
【０００６】
１つの態様では、発電システムを作動させる方法を提供する。システムは、一次燃料及び二次燃料の少なくとも１つを用いる第１のガスタービンエンジンと、一次及び二次燃料の少なくとも１つを用いて作動する少なくとも１つの第２のガスタービンエンジンとを含む。本方法は、第１及び第２のエンジンに連結された共通燃料源から第１及び第２のエンジンの少なくとも１つに一次燃料を供給する段階と、第１の作動位置と第２の作動位置との間で第１のエンジンを選択的に作動させる段階とを含む。第１のエンジンは、第１の作動位置で二次燃料のみを用い、また第２の作動位置で一次燃料のみを用いて作動する。本方法は、第２のエンジンに、一次燃料をフレアせずに共通燃料源から該一次燃料を供給する段階を含む。
【０００７】
別の態様では、発電プラントを提供する。本発電プラントは、一次燃料及び二次燃料の少なくとも１つを用いて作動するように構成された第１のガスタービンエンジンを含み、第１のガスタービンエンジンは、二次燃料のみを用いて作動する第１の作動位置と一次燃料のみを用いて作動する第２の作動位置との間で選択的に動作可能であるように構成される。本発電プラントはさらに、一次燃料及び二次燃料の少なくとも１つを用いて作動するように構成された少なくとも１つの第２のガスタービンエンジンを含む。本発電プラントはまた、第１及び第２のガスタービンエンジンに連結された共通燃料源を含む。共通燃料源は、一次燃料を該一次燃料をフレアせずに第１及び第２のガスタービンエンジンの少なくとも１つに供給するように構成される。
【０００８】
さらに別の態様では、燃料制御システムを提供する。本燃料制御システムは、一次燃料及び二次燃料の少なくとも１つを用いて作動する第１のガスタービンエンジンへの流体の流れを制御し、また少なくとも１つの第２のガスタービンエンジンへの燃料の流れを制御して、該第２のガスタービンエンジンが一次燃料及び二次燃料の少なくとも１つを用いて作動するのを保証する。本燃料制御システムは、第１及び第２のガスタービンエンジンの少なくとも１つに、該第１及び第２のガスタービンエンジンに連結された共通燃料源から一次燃料を供給し、第１のガスタービンエンジンを、二次燃料を用いて作動する第１の作動位置と一次燃料を用いて作動する第２の作動位置との間で選択的に置き、また第２のガスタービンエンジンに、一次燃料をフレアせずに共通燃料源から該一次燃料を供給するように構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、燃焼タービンの始動又は停止に関連する移行を、一次燃料をフレアせずに又は該一次燃料の流量を変更せずに完了するのを可能にする。この例示的な実施形態では、本発明は、一次燃料源は生成されるものでありまたこの燃料ガス生成の増減率をガスタービン移行速度とは異なるものとすることができる複合トレーン統合型システムに関する。さらに、この例示的な実施形態では、本発明は、作動ユニット制御装置間でピアツーピア通信を使用して、初期作動条件を確立する。
【００１０】
図１は、例示的な統合型ガス化複合サイクル発電システム１００の概略図である。この例示的な実施形態では、システム１００は、第１のタービン１２０及び第２のタービン１３０と流れ連通状態になった一次合成ガス源１１０を含む。この例示的な実施形態では、第１のタービン１２０は、二次マニホルド１２４及び一次マニホルド１２８を含む。第２のタービン１３０もまた、一次マニホルド１３４及び二次マニホルド１３８を含む。この例示的な実施形態では、各一次マニホルドは、一次（すなわち、合成ガス）燃料流、二次（すなわち、天然ガス）燃料流、又はこれらの幾つかの組合せを作動の間に継続して有し、また二次マニホルドは、一次燃料のみを有する。具体的には、この例示的な実施形態では、各二次マニホルド１２４及び１３８は、それぞれの配管１４０及び１５０を介して一次合成ガス源１１０に流れ連通状態で連結される。さらに、この例示的な実施形態では、各一次マニホルド１２８及び１３４は、配管１７０及び１８０を介して二次燃料源１６０と流れ連通状態で連結される。当業者には分かるように、システム１００は、一次合成ガス源１１０に流体連結されたあらゆる数のタービンを含むことができる。
【００１１】
この例示的な実施形態では、システム１００はまた、第１のタービン１２０と一次合成ガス源１１０との間で各々流れ連通状態になったフレア２００及び第１のスクラバ２１０を含む。さらに、この例示的な実施形態では、第２のフレア２２０及び第２のスクラバ２３０が各々、第２のタービン１３０と一次合成ガス源１１０との間で流れ連通状態になっている。
【００１２】
この例示的な実施形態では、各タービン１２０及び１３０は、二次燃料源１６０から二次燃料を受けてタービン１２０及び１３０の始動を可能にする。各タービン１２０及び１３０は、それぞれスクラバ２１０及び２３０から一次燃料を受ける。幾つかの公知のシステム１００では、始動状態の間に、一次燃料は、それぞれタービン１２０及び１３０に到達するのに先立ってフレア２００及び２２０によって燃焼される。
【００１３】
この例示的な実施形態では、一次燃料をフレアする（燃焼させる）必要なしに第１のタービン１２０又は第２のタービン１３０の１つを停止又は移行する方法を提供する。この例示的な実施形態では、システム１００の夜間ターンダウンにおいて本方法を利用して、フレアを最少にしながらシステム１００の効率を最大にするのを可能にする。従って、システム１００からのエミッションを低減することが、可能になる。
【００１４】
例示的なシステム１００の効率を最大にする目的は、夜間毎にタービン１２０又はタービン１３０のいずれかを停止することによって最も良好に達成することができる。タービン１２０又は１３０を停止することは、多くの方法で達成することができるが、この例示的な方法は、ガス化装置出力の利用を最大にしかつフレアを最少にする。具体的には、システム１００は、燃料置換え概念を用いて、２つのガスタービンの共用燃焼モードすなわち２つのガスタービンの一次燃料モードから単一のガスタービンの一次燃料モードに転換させることができる。燃料置換えにより、第１のタービン１２０で過剰な合成ガスを利用しながら、第２のタービン１３０での天然ガスのような二次燃料への燃料移行が可能になる。
【００１５】
この燃料置換え概念は、燃料生成と消費システムとの間に存在する可能性がある変化速度の相対的差異に対処するために開発されてきた。燃料移行後に、ガス化装置は過剰な一次燃料を生成し、この過剰一次燃料は、生産量が消費要求量に一致するまでの間、フレアされるか又は別の場所に送られる可能性がある。燃料置換えの場合には、第２のタービン１３０からの過剰一次燃料は、第１のタービン１２０に送られる。これは、共用燃焼モード及び一次燃料モードのみを含む少なくとも２つのモードで行うことができる。
【００１６】
タービン１２０及び１３０の両方が共用燃焼モードにある場合には、第２のタービン１３０は、共用燃焼作動から一次燃料専用に移行される。第２のタービン１３０は次に、第１のタービン１２０を共用燃焼モードから合成ガス専用モードに移動させるのに必要な熱消費率に一致した一次燃料負荷まで低下させる。第２のタービン１３０は次に、二次燃料に移行させ、同時にタービン１３０からの一次燃料は、第１のタービン１２０に送る。これにより、タービン１２０を一次燃料専用作動に移行させることができ、或いはタービンを共用燃焼モードのままとすることができる。この方法は、第２のタービン１３０によって用いられていた利用可能な一次燃料の全てを取入れるのを可能にし、第２のタービン１３０を停止させることができるようになる。この例示的な実施形態では、第２のタービン１３０の再始動は、本明細書に記載した方法の逆の順序で行う。
【００１７】
両方のタービンが一次燃料専用モードにある場合には、第１のタービン１２０への一次燃料流量は、燃料置換えの間に第２のタービン１３０から来ることになる過剰一次燃料を取入れるように最初に減少させなければならない。これは、ガスタービン１２０を無負荷にするか又は共用燃焼にするかのいずれかによってフレアを回避する制御流量で行うことができる。第２のタービン１３０は次に、一次専用作動から二次専用作動に移行させ、過剰一次燃料は、第１のタービン１２０に送られる。
【００１８】
この例示的な実施形態では、本方法はまた、ピアツーピア移行を均等な燃料増減率に初期化し、それによってオンライン又はオフラインになる燃焼タービンへの／からの燃料の最小必要量を移送するのを可能にするように移送量を決定しかつ設定する段階を含む。
【００１９】
１つの実施形態では、移行後に得られた状態は、小数のユニットが一次燃料で作動している状態である。別の実施形態では、移行後に得られた状態は、多数のユニットが最小規定作動ポイント以上の負荷ポイントにおいて一次燃料で作動して、一次燃料で所望の出力まで負荷を増大させることができるようになった状態である。当業者には分かるように、上記の方法は、本明細書に開示したステップに限定されるものではない。
【００２０】
ガスタービントレーンを停止させることに関する１つの懸念点は、合成ガス配管のその後の冷却である。合成ガス配管の冷却は、ガスの保湿状態のために水分結露をもたらすおそれがある。管路は窒素で完全にパージすることができるが、そのようなパージは、再使用可能にするためにフレアを行うこと及び翌朝パイプを再加熱することを必要とすることになる可能性がある。従って、そのような問題を防止するために、この例示的な実施形態では、管路は、第２のタービン１３０からの合成ガスを用いて継続して加熱される。
【００２１】
具体的には、この例示的な実施形態では、第１のタービン１２０の配管１４０は、クロスオーバ管路１９０を通して第２のタービン１３０の配管１５０から合成ガス流を生じさせる圧力低下を発生させることによって保温される。例示的な実施形態では、圧力低下は、第１のタービン１２０への管路及びクロスオーバ管路１９０を開放したままの状態で、第２のタービン１３０に供給するバルブ（図示せず）を調整することによって発生させる。生じた流れは、第１のタービン１２０が再始動するまでの間、配管１４０を加熱する。
【００２２】
上記の方法は、タービンの保守又はターンダウンのための移行における一次燃料エミッションを最小にするのを可能にする。従って、本方法は、報告すべき事象の発生可能性を回避する上で、発電プラント運転に対して有利な運転自由度を提供することになる。
【００２３】
少なくとも幾つかの公知のシステムは、一次燃料ガス源の作動を維持しながら、保守又はターンダウンの目的で単一のガスタービンの始動又は停止を支援するように構成される。上記のシステム及び方法は、作動燃焼タービンから、保守又はターンダウン作業を支援して合成ガス燃料での作動への又は作動からの移行を行っているピアユニットに、一次燃料、合成ガスのピアツーピア制御移行を可能にする。一般的に、燃料置換え事象を準備しかつ実行する方法には、それに限定されないが、燃料置換えを可能にするのに十分な一次燃料で作動しているユニットに対して規定タービンサイクル条件により初期負荷ポイントを達成すること、及び合成ガスから補助燃料への移行又はその逆を準備しているピアユニットに対して二次燃料を用いて燃料分割を確立することが含まれる。
【００２４】
本明細書で使用する場合に、単数で表わしたまたその前に数詞がない要素又は段階は、そのような除外を明確に記載していない限り、複数のそのような要素又は段階を除外するものではないと理解されたい。さらに、本発明の「１つの実施形態」を参照するというのは、記載した特徴を同様に組み入れた付加的な実施形態の存在を除外するものとして解釈されることを意図するものではない。
【００２５】
上記の方法及びシステムにより、一次燃料エミッションを最少にしながらタービンの保守又はターンダウンに移行することが可能になる。従って、上記の方法及びシステムは、報告すべき事象の発生可能性を回避する上で、発電プラント運転に対して有利な運転自由度を提供する。
【００２６】
以上、ＩＧＣＣプラントに関連するガスタービンの始動及び／又はターンダウンのためのシステム及び方法の例示的な実施形態を詳細に説明している。例示したシステム及び方法は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものでなく、むしろ、本システムの構成要素は、本明細書に記載した他の構成要素から独立してかつ別個に利用することができる。さらに、本方法において説明した段階は、本明細書に記載した他の段階から独立してかつ別個に利用することができる。
【００２７】
様々な特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施することができることは当業者には分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】例示的な統合型ガス化複合サイクル発電システムの概略図。
【符号の説明】
【００２９】
１００  統合型ガス化複合サイクル発電システム
１１０  一次燃料源／合成ガス
１２０  第１のタービン
１２４  二次マニホルド
１２８  一次マニホルド
１３０  第２のタービン
１３４  一次マニホルド
１３８  二次マニホルド
１４０  配管
１５０  配管
１６０  二次燃料源／天然ガス
１７０  配管
１８０  配管
１９０  クロスオーバ管路
２００  第１のフレア
２１０  第１のスクラバ
２２０  第２のフレア
２３０  第２のスクラバ
【図１】
0005575373.tif 000002