(57)【要約】      （修正有）【課題】複合サイクルガスタービンの燃料を加熱するシステムを提供する。【解決手段】複合サイクルガスタービン１２の燃料２４を加熱するシステム１０は、タービン出口３６の下流の燃料熱交換器５０を含み、燃料熱交換器５０は、排気ガス入口５２、排気ガス出口５４、燃料入口５６、及び燃料出口５８を有する。第１の排気ガスプレナム７０は、タービン出口３６と熱交換器５０の間の第１の排気ガス入口接続部７２と、排気ガス入口５２の上流の第１の排気ガス出口接続部７４とを有する。第２の排気ガスプレナム８０は、熱交換器５０の少なくとも一部の下流の第２の排気ガス入口接続部８４と、排気ガス入口５２の上流の第２の排気ガス出口接続部８２とを有する。【選択図】図１
2014080976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合サイクルガスタービンの燃料を加熱するシステムであって、前記複合サイクルガスタービンは、タービン出口と、前記タービン出口の下流の熱交換器とを有している前記システムにおいて、
ａ．  前記タービン出口の下流にあり、排気ガス入口、排気ガス出口、燃料入口、及び燃料出口を有する燃料熱交換器と、
ｂ．  前記タービン出口と前記熱交換器の間の第１の排気ガス入口接続部と、前記排気ガス入口の上流の第１の排気ガス出口接続部とを有する第１の排気ガスプレナムと、
ｃ．  前記熱交換器の少なくとも一部の下流の第２の排気ガス入口接続部と、前記排気ガス入口の上流の第２の排気ガス出口接続部とを有する第２の排気ガスプレナムとを備えている、
システム。
【請求項２】
前記第１及び第２の排気ガスプレナムを通る排気ガス流を制御するための手段を更に備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記熱交換器への排気ガス流を制御するための手段を更に備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記排気ガス出口の下流の再循環入口接続部と、前記排気ガス入口の上流の再循環出口接続部とを有する排気ガス再循環プレナムを更に備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記排気ガス出口から前記排気ガス再循環プレナムへの再循環排気ガス流を制御するための手段を更に備えている、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１の排気ガス出口接続部、前記第２の排気ガス出口接続部、及び前記再循環出口接続部は、内部にバッフルを備えた混合プレナムで交わる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記排気ガス出口と前記熱交換器の少なくとも一部の下流の間の流体連通を提供する第３の排気ガスプレナムを更に備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記燃料熱交換器への前記燃料入口の上流の燃料バイパス入口と、前記燃料熱交換器からの前記燃料出口の下流の燃料バイパス出口とを有する燃料バイパスプレナムを更に備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記燃料バイパスプレナムへのバイパス燃料流を制御するための手段を更に備えている、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
複合サイクルガスタービンの燃料を加熱するシステムであって、前記複合サイクルガスタービンは、タービン出口と、前記タービン出口の下流の熱交換器とを有している前記システムにおいて、
ａ．  前記タービン出口の下流にあり、排気ガス入口及び排気ガス出口を有する燃料熱交換器と、
ｂ．  前記熱交換器への排気ガス流を制御するための手段と、
ｃ．  前記熱交換器の少なくとも一部の下流の第２の排気ガス入口接続部と、前記排気ガス入口の上流の第２の排気ガス出口接続部とを有する第２の排気ガスプレナムとを備えている、
システム。
【請求項１１】
前記熱交換器の上流の第１の排気ガス入口接続部と、前記排気ガス入口の上流の第１の排気ガス出口接続部とを有する第１の排気ガスプレナムを更に備えている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１及び第２の排気ガスプレナムを通る排気ガス流を制御するための手段を更に備えている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１の排気ガス出口接続部及び前記第２の排気ガス出口接続部は、内部にバッフルを備えた混合プレナムで交わる、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記排気ガス出口の下流の再循環入口接続部と、前記排気ガス入口の上流の再循環出口接続部とを有する排気ガス再循環プレナムを更に備えている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記排気ガス出口から前記排気ガス再循環プレナムへの再循環排気ガス流を制御するための手段を更に備えている、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記排気ガス出口と前記熱交換器の少なくとも一部の下流の間の流体連通を提供する第３の排気ガスプレナムを更に備えている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１７】
ガスタービンの燃料を加熱するシステムであって、
ａ．  圧縮機と、
ｂ．  前記圧縮機の下流の燃焼器と、
ｃ．  前記燃焼器の下流のタービンと、
ｄ．  前記タービンの下流の熱交換器と、
ｅ．  は、前記タービンの下流にあり、排気ガス入口及び外気ガス出口を有する燃料熱交換器と、
ｆ．  前記タービンと前記熱交換器の間の第１の排気ガス入口接続部と、前記排気ガス入口の上流の第１の排気ガス出口接続部とを有する第１の排気ガスプレナムと、
ｇ．  前記熱交換器の少なくとも一部の下流の第２の排気ガス入口接続部と、前記排気ガス入口の上流の第２の排気ガス出口接続部とを有する第２の排気ガスプレナムとを備えている、
システム。
【請求項１８】
前記第１及び第２の排気ガスプレナムを通る排気ガス流を制御するための手段を更に備えている、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記熱交換器への排気ガス流を制御するための手段を更に備えている、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記排気ガス出口の下流の再循環入口接続部と、前記排気ガス入口の上流の再循環出口接続部とを有する排気ガス再循環プレナムを更に備えている、請求項１７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、複合サイクルガスタービンの燃料を加熱するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、工業及び商業活動において広く使われている。典型的なガスタービンは、入口セクション、圧縮機セクション、燃焼セクション、タービンセクション、及び排気セクションを含む。入口セクションは、作動流体（例えば、空気）を浄化して調整し、圧縮機セクションに作動流体を供給する。圧縮機セクションは、作動流体の圧力を上昇させ、燃焼セクションに圧縮された作動流体を供給する。燃焼セクションは、燃料を圧縮された作動流体と混合し、混合物に点火して、高い温度及び圧力を有する燃焼ガスを生成する。燃焼セクションに供給される燃料は、液体燃料、気体燃料、又は液体燃料と気体燃料の組み合わせであってよい。燃焼ガスはタービンセクションへと流れ、そこで膨張して仕事を生成する。例えば、タービンセクションにおける燃焼ガスの膨張によって発電機に接続されたシャフトを回転させて、電気を生成することができる。
【０００３】
排気ガスとしてタービンセクションから出る燃焼ガスは一般に相当の残留熱を有しており、環境へ放出される前にこれを抽出して、ガスタービンの全体効率を更に高めることができる。複合サイクルガスタービンにおいて、排気セクションは、排気ガスから更なる熱エネルギーを抽出して蒸気を発生させるための熱回収蒸気発生器又はその他の熱交換器を含んでおり、次いでこの蒸気を発電に使用することができる。更に、排気セクションを流れる排気ガスは、燃焼セクションに供給された燃料を加熱するための燃料熱交換器に迂回させて、燃焼の効率を高め、亜酸化窒素（ＮＯｘ）の望ましくない排出を減らすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８，０１５，７９３号明細書
【発明の概要】
【０００５】
排気ガスの温度は、複合サイクルガスタービンの様々な運転条件によって変化し得る。例えば、ガスタービンの初始動中、排気ガスの温度は、燃料熱交換器と熱回収蒸気発生器の両方に熱を供給するのに十分なほど高くない場合がある。或いは、ガスタービンの通常運転中、熱回収蒸気発生器は、例えば、熱回収蒸気発生器に対する計画的な又は計画外の保守又は修理を補助するために、排気ガスへの曝露からの隔離が必要になることがある。そのため、広範囲の運転条件にわたって排気ガスを用いて燃料を加熱するシステム及び方法が有益となるであろう。
【０００６】
本発明の態様及び利点は、以下の説明において後述するが、その説明から自明なものとすることができ、或いは本発明の実施により学ぶことができる。
【０００７】
本発明の一実施形態は、複合サイクルガスタービンの燃料を加熱するシステムであり、複合サイクルガスタービンは、タービン出口と、タービン出口の下流の熱交換器とを有している。本システムはタービン出口の下流の燃料熱交換器を含み、燃料熱交換器は、排気ガス入口、排気ガス出口、燃料入口、及び燃料出口を有する。第１の排気ガスプレナムは、タービン出口と熱交換器の間の第１の排気ガス入口接続部と、排気ガス入口の上流の第１の排気ガス出口接続部とを有する。第２の排気ガスプレナムは、熱交換器の少なくとも一部の下流の第２の排気ガス入口接続部と、排気ガス入口の上流の第２の排気ガス出口接続部とを有する。
【０００８】
本発明の別の実施形態もまた、複合サイクルガスタービンの燃料を加熱するシステムであり、複合サイクルガスタービンは、タービン出口と、タービン出口の下流の熱交換器とを有している。本システムはタービン出口の下流の燃料熱交換器を含み、燃料熱交換器は、排気ガス入口及び排気ガス出口を有する。本システムは、熱交換器への排気ガス流を制御するための手段を更に含む。第２の排気ガスプレナムは、熱交換器の少なくとも一部の下流の第２の排気ガス入口接続部と、排気ガス入口の上流の第２の排気ガス出口接続部とを有する。
【０００９】
更に別の実施形態では、ガスタービンの燃料を加熱するシステムは、圧縮機と、圧縮機の下流の燃焼器と、燃焼器の下流のタービンと、タービンの下流の熱交換器とを含む。燃料熱交換器は、タービンの下流にあり、排気ガス入口及び外気ガス出口を有する。第１の排気ガスプレナムは、タービンと熱交換器の間の第１の排気ガス入口接続部と、排気ガス入口の上流の第１の排気ガス出口接続部とを有する。第２の排気ガスプレナムは、熱交換器の少なくとも一部の下流の第２の排気ガス入口接続部と、排気ガス入口の上流の第２の排気ガス出口接続部とを有する。
【００１０】
本明細書を精査することにより、当業者には、そのような実施形態の特徴及び態様並びにその他がより良好に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
添付図面を参照することを含む本明細書の残り部分において、当業者に対する本発明の最良の形態を含む本発明の完全且つ有効な開示をより具体的に説明する。
【図１】本発明の一実施形態に従った、始動中の、燃料を加熱するシステムのブロック図である。
【図２】通常運転中の図１に示すシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、その１つ又はそれ以上の実施例を添付図面に示している本発明の現在の実施形態を詳細に参照することにする。詳細な説明では、図面における特徴を指すために数字表示及び文字表示を使用する。図面及び説明における同様又は類似の表示は、本発明の同様又は類似の部品を参照するのにも使用している。ここで使用しているように、「第１の」、「第２の」、及び「第３の」という用語は１つの構成要素と別の構成要素を区別するために互換性を持って使用することができ、個々の構成要素の位置又は重要性を意味することを意図していない。更に、「上流」及び「下流」という用語は、流体経路における構成要素の相対位置を指す。例えば、流体が構成要素Ａから構成要素Ｂへと流れる場合、構成要素Ａは構成要素Ｂの上流にある。反対に、構成要素Ｂが構成要素Ａからの流体流を受ける場合、構成要素Ｂは構成要素Ａの下流にある。
【００１３】
各々の実施例は、本発明を説明するために提示されるものであり、本発明を限定するものではない。実際に、本発明の技術的範囲又は技術的思想を逸脱することなく、本発明に修正及び変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。例えば、一実施形態の一部として例示又は説明された特徴を、別の実施形態で使用し、更なる実施形態を得ることができる。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲及びそれらの同等物の技術的範囲にあるような、上述の修正及び変更を含むことを意図している。
【００１４】
本発明の様々な実施形態は、複合サイクルガスタービンの燃料を加熱するシステム及び方法を含む。複合サイクルガスタービンは、タービン出口と、タービン出口の下流の熱交換器とを備えたガスタービンを一般に含む。本システム及び方法は、概して、タービン出口の下流の燃料熱交換器と、燃料熱交換器に排気ガスを供給する、熱交換器の上流及び／又は下流に接続された１つ以上の排気ガスプレナムとを含む。特定の実施形態では、本システム及び方法は、排気ガス再循環プレナム、混合プレナム、及び／又は、排気ガスプレナム及び／又は排気ガス再循環プレナムを通る熱交換器への排気ガス流を制御するための手段を更に含んでもよい。本発明の特定の実施形態は概してガスタービンに関連して説明及び例示されているが、特許請求の範囲において具体的に詳述しない限り、本発明の実施形態はその他のターボ機械で使用することができ、本発明はガスタービンに限定されないことが、当業者には容易に理解されるであろう。
【００１５】
図１及び２は、異なる運転モード中の、本発明の一実施形態に従った複合サイクルガスタービン１２の燃料を加熱するシステム１０の機能ブロック図を提供する。図示するように、ガスタービン１２は、一般に、ガスタービン１２に入る作動流体（例えば、空気）１６を浄化及び別の方法で調整するために一連のフィルター、冷却コイル、湿分分離器、及び／又はその他の装置を含み得る入口セクション１４を含む。作動流体１６は圧縮機１８へと流れ、圧縮機１８は運動エネルギーを作動流体１６に徐々に与えて、高エネルギー状態で圧縮された作動流体２０を生成する。圧縮された作動流体２０は１つ以上の燃焼器２２へと流れ、そこで燃料２４と混合してから燃焼して、高い温度及び圧力を有する燃焼ガス２６を生成する。燃焼ガス２６は、タービン２８を通って流れて仕事を生成する。例えば、シャフト３０は、タービン２８の運転により圧縮機１８が駆動して圧縮された作動流体２０が生成されるように、タービン２８を圧縮機１８と接続することができる。その代わりに又はそれに加えて、シャフト３０は、タービン２８を発電機３２に接続して電気を生成することができる。
【００１６】
タービン２８からの排気ガス３４は、タービン２８をタービン２８の下流の１つ以上の排気筒３８に接続することができるタービン出口３６を通って流れる。排気筒３８は、例えば、タービン出口３６の下流の熱回収蒸気発生器又はその他の熱交換器４０を含み、環境に放出される前に排気ガス３４から更なる熱を抽出することができる。図１及び２に示すように、熱交換器４０は、直列又は段階的に配設された複数の蒸気発生器を含み、排気ガス３４からの熱を徐々に抽出することができる。例えば、熱交換器４０は、高圧蒸気発生器４２と、それに続く中圧蒸気発生器４４及び低圧蒸気発生器４２とを含み得る。高圧蒸気発生器４２は華氏１，１００度以上の温度の排気ガス３４に定期的にさらされることになるが、低圧蒸気発生器４６を流れる排気ガス３４は華氏４８０度以下に冷却されることになる。
【００１７】
燃焼器２２に供給される燃料２４としては、当業者に公知の任意の利用可能な燃料が挙げられる。可能な燃料２４としては、例えば、高炉ガス、コークス炉ガス、天然ガス、メタン、蒸発液化天然ガス（ＬＮＧ）、水素、合成ガス、ブタン、プロパン、オレフィン、ディーゼル、石油蒸留物、及びそれらの組み合わせが挙げられる。一般に、燃焼前に液体燃料を加熱することにより、圧縮された作動流体２０との混合が強化され、希薄燃料空気混合気のより完全な燃焼が可能になる。
【００１８】
図１及び２に示すように、システム１０は、タービン出口３６の下流の燃料熱交換器５０を含んで、タービン出口３６から流れ出る排気ガス３４の少なくとも一部を受け入れて、燃焼前に排気ガス３４からの熱を燃料２４に伝達することができる。燃料熱交換器５０は、排気ガス入口５２、排気ガス出口５４、燃料入口５６、及び燃料出口５８を一般に含む。システム１０内の送風機６０は、排気ガス３４が排気ガス入口５２から燃料熱交換器５０を通って排気ガス出口５４へと流れるように、燃料熱交換器５０全体にわたる排気ガス３４の差圧を増大させることができる。特定の実施形態では、送風機６０は可変速度を有し、燃料熱交換器５０全体にわたる排気ガス３４の流量及び／又は差圧を調整することができる。燃料供給システム６２からの燃料２４は、同様に、燃料入口５６から燃料熱交換器５０を通って燃料出口５８へと流れることになる。このように、燃料熱交換器５０は、残留熱を排気ガス３４から燃料２４へ伝達して、燃料２４を所望温度まで加熱することができる。
【００１９】
システム１０は、タービン出口３６の下流の様々な地点を接続して、燃料熱交換器５０を通って元の排気筒３８へと排気ガス３４の一部を迂回させる、１つ以上の排気ガスプレナムを更に含む。例えば、システム１０は、タービン出口３６と熱交換器４０の間の第１の排気ガス入口接続部７２と、排気ガス入口５２の上流の第１の排気ガス出口接続部７４とを有する第１の排気ガスプレナム７０を含み得る。システム１０はまた、熱交換器４０の少なくとも一部の下流の第２の排気ガス入口接続部８２と、排気ガス入口５２の上流の第２の排気ガス出口接続部８４とを有する第２の排気ガスプレナム８０を含み得る。最後に、システム１０は、排気ガス出口５４の下流の第３の排気ガス入口接続部９２と、熱交換器４０の少なくとも一部の下流の第３の排気ガス出口接続部９４とを有して、排気ガス出口５４と排気筒３８の間の流体連通を提供する、第３の排気ガスプレナム９０を含み得る。
【００２０】
システム１０は、第１及び第２のプレナム７０，８０を通る排気ガス流９６を制御するための様々な手段を更に含み得る。この手段の機能は、第１及び／又は第２のプレナム７０，８０を通って燃料熱交換器５０へと迂回される排気ガス９６の量を制御又は調整することである。この機能の実行と関連する構造には、流体流を交互に許容又は防止することで従来技術において知られている、１つ以上の玉形弁、仕切弁、蝶形弁、ボール弁、ダンパー、又はその他の可変オリフィスが含まれる。例えば、図１及び２に示す特定の実施形態では、第１及び第２のプレナム７０，８０を通る排気ガス流９６を制御するための構造は、各々のプレナム７０，８０に位置し、排気筒３８から迂回される排気ガス９６の量を制御又は調整する供給弁９８であってよい。その他の特定の実施形態では、供給弁９８は、機能上、各々のプレナム７０，８０からの別個の入力と、燃料熱交換器５０への単一の出力とを備えた三方弁に組み合わせてもよい。三方弁には、２つの流路からの流体流を１つの流路に結合することで従来技術において知られている、玉形弁、仕切弁、蝶形弁、ボール弁、ダンパー、又はその他の可変オリフィスの組み合わせが含まれる。
【００２１】
燃料熱交換器５０に入る燃料２４の温度は、周囲温度以上、周囲温度以下、又は周囲温度と同等であってよい。対照的に、第２の排気ガスプレナム８０を通って流れる排気ガス９６の温度は華氏４８０度以上であってよく、第１の排気ガスプレナム７０を通って流れる排気ガス９６の温度は華氏１，１００度以上であってよい。この排気ガス９６と燃料２４の差圧が大きいことにより、燃料熱交換器５０内に望ましくない熱応力が生じることがある。図１及び２に示すように、システム１０は、排気ガス入口５２に入る排気ガス９６の温度を下げるために、排気ガス再循環プレナム１００の形の過熱低減器を含み得る。排気ガス再循環プレナム１００は、排気ガス出口５４の下流の再循環入口接続部１０２と、排気ガス入口５２の上流の再循環出口接続部１０４とを含み得る。具体的には、再循環入口接続部１０２は、第３の排気ガス出口接続部９４の上流の第３の排気ガスプレナム９０と交わることになり、再循環出口接続部１０４は排気ガス入口５２と、第１及び／又は第２の排気ガス入口接続部７２，８２の間で第１及び／又は第２の排気ガスプレナム７０，８０と交わることになる。
【００２２】
図１及び２に示すように、システム１０は、排気ガス出口５４から排気ガス再循環プレナム１００への再循環排気ガス流１０６を制御するための手段と、再循環出口接続部１０４の混合プレナム１０８とを更に含み得る。排気ガス出口５４から排気ガス再循環プレナム１００への再循環排気ガス流１０６を制御するための手段の機能は、排気ガス出口５４から流れて排気ガス再循環プレナム１００に入る排気ガス流９６の量を制御又は調整することである。この機能の実行と関連する構造には、システム内の流体流を調整することで当業者に知られている、１つ以上の制御弁、絞り弁、ダンパー、及び／又はセンサの任意の組み合わせが含まれる。例えば、図１及び２に示す特定の実施形態では、この機能を実行するための構造は、排気ガス再循環プレナム１００における絞り弁１１０である。絞り弁１１０は、流体流を制御することで従来技術において知られている、玉形弁、仕切弁、蝶形弁、ボール弁、ダンパー、又はその他の可変オリフィスであってもよい。その代わりに又はそれに加えて、第３の排気ガスプレナム９０における戻し弁１１２は、排気ガス再循環プレナム１００を通る再循環排気ガス流１０６の量の制御又は調整を補助することができる。また更なる実施形態では、絞り弁１１０及び戻し弁１１２は、機能上、排気ガス出口５４からの単一の入力と、排気ガス再循環プレナム１００又は第３の排気ガス出口接続部９４への別個の出力とを備えた三方弁に組み合わせてもよい。三方弁には、１つの流路からの流体流を２つの流路に分割又は分配することで従来技術において知られている、玉形弁、仕切弁、蝶形弁、ボール弁、ダンパー、又はその他の可変オリフィスの組み合わせが含まれる。
【００２３】
混合プレナム１０８は、その内部及び／又は混合プレナム１０８の下流に１つ以上のバッフル１１４を備えたチャンバ、タンク、又はその他の適切なボリュームのものであってよく、第１及び／又は第２の排気ガスプレナム７０，８０を通って流れる比較的高温の排気ガス９６と、排気ガス再循環プレナム１００を通って流れる比較的低温の再循環排気ガス流１０６との混合を向上させる。このように、排気ガス再循環プレナム１００及び／又は混合プレナム１０８の組み合わせにより、排気ガス９６が燃料熱交換器５０の排気ガス入口５２に達する前に排気ガス９６の温度を緩和して、燃料熱交換器５０全体の熱応力を低減することができる。更に、排気ガス再循環プレナム１００及び／又は混合プレナム１０８は、排気ガス９６の温度を気体燃料に関する自動点火温度以下、且つ液体燃料に関するコーキング温度以下に保つこともできる。
【００２４】
特定の実施形態では、システム１０は、ガスタービン１２の様々な運転条件をサポートするために、熱交換器４０への排気ガス３４の流れを制御するための手段を更に含み得る。熱交換器４０への排気ガス３４の流れを制御するための手段の機能は、熱交換器４０全体の排気ガス３４の流れを交互に防止又は許容するか、場合によっては調整することである。この機能の実行と関連する構造には、システム内の流体流を調整することで当業者に知られている、１つ以上の制御弁、絞り弁、ダンパー、及び／又はセンサの任意の組み合わせが含まれる。例えば、図１及び２に示す特定の実施形態では、この機能を実行するための構造は、排気筒３８におけるダンパー１１６である。ダンパー１１６は、熱交換器４０の上流又は下流の排気筒３８内に配置され、ガスタービン１２の特定の運転モードに応じて、熱交換器４０全体の排気ガス３４の流れを防止又は許容することができる。図１に示すように、例えば、ダンパー１１６を第１の位置に配置して、熱交換器４０全体の排気ガス３４の流れを防止することができる。この第１の位置は、例えば、熱交換器４０の保守又は修理中、或いは、排気ガス３４の温度が熱交換器４０の運転を支援するのに十分なほど高くない、ガスタービン１２の始動中に使用することができる。図２に示すように、ダンパー１１６を第２の位置に配置し、熱交換器４０全体の排気ガス３４の流れを許容して、排気ガス３４から更なる熱を抽出し、複合サイクルガスタービン１２の全体効率を高めることができる。
【００２５】
図１及び２の左下側を参照すると、燃料２４は、燃料供給システム６２から燃料熱交換器５０の燃料入口及び出口５６，５８を通って流れて、燃料熱交換器５０を通って流れる排気ガス９６からの残留熱を取り込む。燃料２４の種類、その関連する気体燃料のウォッベ指数、及び／又はその関連する液体燃料の粘度は、燃焼を向上させるのに燃料２４にとって望ましい温度を決定するために使用することができる要因である。図１及び２に示すように、燃料バイパスプレナム１２０によって燃料２４の一部に燃料熱交換器５０を迂回させて、燃料２４にとって望ましい温度を得ることができる。燃料バイパスプレナム１２０は、燃料熱交換器５０への燃料入口５６の上流の燃料バイパス入口１２２と、燃料熱交換器５０からの燃料出口５８の下流の燃料バイパス出口１２４とを含み得る。
【００２６】
システム１０は、燃料バイパスプレナム１２０へのバイパス燃料流１２６を制御するための手段を更に含み得る。この手段の機能は、燃料バイパスプレナム１２０に入るバイパス燃料流１２６の量を制御又は調整することである。燃料バイパスプレナム１２０へのバイパス燃料流１２６を制御するための構造には、システム内の流体流を調整することで当業者に知られている、１つ以上の制御弁、絞り弁、及び／又はセンサの任意の組み合わせが含まれる。例えば、図１及び２に示す特定の実施形態では、燃料バイパスプレナム１２０へのバイパス燃料流１２６を制御するための構造は、燃料バイパス入口１２２の三方弁１２８である。三方弁１２８には、１つの流路からの流体流を２つの流路に分割又は分配することで従来技術において知られている、玉形弁、仕切弁、蝶形弁、ボール弁、又はその他の可変オリフィスの組み合わせが含まれる。代替的実施形態では、燃料バイパスプレナム１２０へのバイパス燃料流１２６を制御するための構造には、燃料入口５６の上流、及び／又は燃料出口５８の下流の、燃料バイパスプレナム１２０における別個の絞り弁が含まれる。
【００２７】
各種の供給弁９８、再循環絞り弁１１０、戻し弁１１２、三方弁１２８、及び／又は送風機６０の速度は、手動又は遠隔で操作することができる。例えば、１つ以上の温度センサ１３０、ウォッベ指数計１３２、熱量計、粘度計、及び／又はその他のセンサは、システム１０内の様々な場所における排気ガス９６の温度及び燃料２４の特性を反映する信号１３４を提供することができる。制御器１３６は信号１３４を受信し、１つ以上の制御信号１３８を生成して、燃料２４にとって望ましい温度及び／又はウォッベ指数を得るべく各種の排気ガス弁９８，１１０，１２８、三方弁１２８の位置、及び／又は送風機６０の速度を遠隔で制御することができる。制御器１３６の技術的効果は、排気ガス９６の温度及び燃料２４の特性を反映する信号１３４を所定の条件（例えば、燃料温度、排気ガス流量等）と比較し、各種弁９８，１１０，１１２，１２８及び送風機６０の速度を操作するための制御信号１３８を生成することである。ここで使用しているように、制御器１３６は、マイクロプロセッサ、回路、又はその他のプログラム論理回路の任意の組み合わせからなってよく、特定のハードウェアアーキテクチャ又はコンフィギュレーションに限定されるものではない。本明細書に記載のシステム及び方法の実施形態は、所望の機能性を提供するように任意の適切な方法で適合された、１つ以上の汎用又は専用制御器１３６によって実施することができる。制御器１３６は、本主題と補完的又は無関係の更なる機能性を提供するように適合させてもよい。例えば、１つ以上の制御器１３６は、コンピュータ可読形式で与えられたソフトウェア命令にアクセスすることによって説明した機能性を提供するように適合させることができる。ソフトウェアを使用する場合、任意の適切なプログラム言語、スクリプト言語、又はその他の種類の言語或いは言語の組み合わせを使用して、本明細書に含まれる教示を実施することができる。しかしながら、ソフトウェアを独占的、又は完全に使用する必要はない。例えば、更なる詳細な説明を必要とせず当業者には明らかなように、本明細書に記載及び開示したシステム及び方法の一部の実施形態は、特定用途向け回路を含むがこれに限定されない、配線論理回路又はその他の回路によって実施することもできる。当然ながら、コンピュータ実行ソフトウェア及び配線論理回路又はその他の回路の様々な組み合わせも同様に適切なものとすることができる。
【００２８】
図１及び２に示す実施形態は、排気ガス３４からの残留熱を回収することによって効率を高める、燃焼器の燃料２４を加熱する方法も提供することができる。本方法は、例えば、排気ガス３４をタービン出口３６又は排気筒３８に流すステップと、第１及び／又は第２の排気ガスプレナム７０，８０を通ってタービン出口３６の下流の燃料熱交換器５０へと排気ガス９６の少なくとも一部を迂回させるステップとを含み得る。特定の実施形態では、本方法は、第１及び第２の排気ガスプレナム７０，８０を通る排気ガス流９６を制御するステップ、及び／又は熱交換器４０への排気ガス流３４を制御するステップを更に含み得る。
【００２９】
本方法は、排気ガス９６の一部を排気ガス再循環プレナム１００に流すステップと、排気ガス再循環プレナム１００への再循環排気ガス流１０６を制御又は調整して、燃料熱交換器５０に達する排気ガス９６を緩和するステップとを更に含み得る。その代わりに又はそれに加えて、本方法は、再循環出口接続部１０４の混合プレナム１０８内で排気ガス９６を再循環排気ガス流１０６と混合するステップを含んでもよい。更に、本方法は、燃料バイパスプレナム１２０を通して燃料熱交換器５０の周りに燃料１２６の一部を迂回させるステップを含み得る。
【００３０】
本明細書は、実施例を使用して、最良の形態を含む本発明を開示し、更にあらゆる装置又はシステムを製作且つ使用すること及びあらゆる組み込まれた方法を実行することを含む本発明の実施を当業者が行うのを可能にする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を含む場合、又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する同等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することになるものとする。
【符号の説明】
【００３１】
１０  システム
１２  ガスタービン
１４  入口セクション
１６  作動流体
１８  圧縮機
２０  圧縮された作動流体
２２  燃焼器
２４  燃料
２６  燃焼ガス
２８  タービン
３０  シャフト
３２  発電機
３４  排気ガス
３６  タービン出口
３８  排気筒
４０  再生熱交換器
４２  高圧蒸気発生器
４４  中圧蒸気発生器
４６  低圧蒸気発生器
５０  燃料熱交換器
５２  排気ガス入口
５４  排気ガス出口
５６  燃料入口
５８  燃料出口
６０  送風機
６２  燃料供給システム
７０  第１の排気ガスプレナム
７２  第１の排気ガス入口接続部
７４  第１の排気ガス出口接続部
８０  第２の排気ガスプレナム
８２  第２の排気ガス入口接続部
８４  第２の排気ガス出口接続部
９０  第３の排気ガスプレナム
９２  第３の排気ガス入口接続部
９４  第３の排気ガス出口接続部
９６  排気ガス流
９８  供給弁
１００  排気ガス再循環プレナム
１０２  再循環入口接続部
１０４  再循環出口接続部
１０６  再循環排気ガス流
１０８  混合プレナム
１１０  再循環絞り弁
１１２  戻し弁
１１４  バッフル
１１６  ダンパー
１２０  燃料バイパスプレナム
１２２  燃料バイパス入口
１２４  燃料バイパス出口
１２６  バイパス燃料流
１２８  三方弁
１３０  温度センサ
１３２  ウォッベ指数センサ
１３４  信号
１３６  制御器
１３８  制御信号
【図１】
2014080976.tif 000003
【図２】
2014080976.tif 000004