(57)【要約】      （修正有）【課題】複合サイクル・パワー・プラントの熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）のための負荷ランプ・システム、及び複合サイクル・パワー・プラントのガスタービン・システムの負荷ランプ・プロセスのレートを増大させる方法を提供する。【解決手段】一実施形態では、複合サイクル・パワー・プラント１００のＨＲＳＧ１０４のための負荷ランプ・システムは、複合サイクル・パワー・プラント１００内のガスタービン・システム１０２の圧縮機１０８の上流に配置された過給機１２８と流体連通する導管１２７を含む。該負荷ランプ・システムの導管１２７は、複合サイクル・パワー・プラント１００内のガスタービン・システム１０２の負荷ランプ・プロセス中にＨＲＳＧ１０４を冷却するのに使用するために過給空気の一部分を導流するように構成される。【選択図】図１
2014122617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合サイクル・パワー・プラントの熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）のための負荷ランプ・システムであって、
前記複合サイクル・パワー・プラント内のガスタービン・システムの圧縮機の上流に配置された過給機と流体連通する導管を有し、該導管が、前記複合サイクル・パワー・プラント内の前記ガスタービン・システムの負荷ランプ中に前記ガスタービン・システムと流体連通する前記ＨＲＳＧを冷却するのに使用するために過給空気の一部分を導流するように構成されていること、を特徴とする負荷ランプ・システム。
【請求項２】
更に、前記導管内の前記導流された過給空気部分の流量を検知するための空気流センサと、前記導管内の前記導流された過給空気部分を調整するための自動弁とを有している請求項１記載の負荷ランプ・システム。
【請求項３】
更に、前記空気流センサ、前記過給機及び前記自動弁に作動可能に接続された診断システムを含んでいる請求項２記載の負荷ランプ・システム。
【請求項４】
前記過給機は、前記ガスタービン・システムの入口空気冷却システムの上流に直列に配置されている、請求項１記載の負荷ランプ・システム。
【請求項５】
前記過給機は空気入口ハウジングの上流に直列に配置されている、請求項１記載の負荷ランプ・システム。
【請求項６】
前記過給空気の残りの部分は、前記圧縮機の入り口空気質量流量を増大させるために前記ガスタービン・システムの前記圧縮機に供給される、請求項１記載の負荷ランプ・システム。
【請求項７】
前記導管は、前記ＨＲＳＧに結合された前記ガスタービン・システムの排気ダクトへ前記過給空気の一部分を導流する、請求項１記載の負荷ランプ・システム。
【請求項８】
前記導管は、前記ガスタービン・システムの前記排気ダクト及び前記ＨＲＳＧへ直接に前記過給空気の一部分を導流する、請求項７記載の負荷ランプ・システム。
【請求項９】
前記導管は、前記ＨＲＳＧへ直接に前記過給空気の一部分を導流する、請求項１記載の負荷ランプ・システム。
【請求項１０】
複合サイクル・パワー・プラントの熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）のための負荷ランプ・システムであって、
ａ）前記複合サイクル・パワー・プラント内のガスタービン・システムの圧縮機の上流に配置された過給機と流体連通する導管であって、前記複合サイクル・パワー・プラント内の前記ガスタービン・システムの負荷ランプ中に前記ガスタービン・システムと流体連通する前記ＨＲＳＧを冷却するのに使用するために過給空気の一部分を導流するように構成された導管と、
ｂ）前記過給機に作動可能に接続された空気流監視システムであって、
ｂ−１）前記導管内に配置されていて、前記導管内の前記導流された過給空気部分の流量を検知する空気流センサ、並びに
ｂ−２）前記空気流センサ、前記過給機、及び前記導管内に配置された自動弁に作動可能に接続されていて、前記導管内の前記導流された過給空気部分の流量が所定の流量から異なることに応答して、前記自動弁の位置を修正するように構成されている診断システム
を含んでいる空気流監視システムと、
を有する負荷ランプ・システム。
【請求項１１】
前記自動弁は、前記導管内の前記導流された過給空気部分を調整する、請求項１０記載の負荷ランプ・システム。
【請求項１２】
前記導管は、前記導管は、前記ＨＲＳＧに結合された前記ガスタービン・システムの排気ダクトへ前記過給空気の一部分を導流する、請求項１０記載の負荷ランプ・システム。
【請求項１３】
前記導管は、前記ガスタービン・システムの前記排気ダクト及び前記ＨＲＳＧへ直接に前記過給空気の一部分を導流する、請求項１２記載の負荷ランプ・システム。
【請求項１４】
前記導管は、前記ＨＲＳＧへ直接に前記過給空気の一部分を導流する、請求項１０記載の負荷ランプ・システム。
【請求項１５】
前記所定の流量が、前記ガスタービン・システムの少なくとも１つの運転特性に基づいて定められている、請求項１０記載の負荷ランプ・システム。
【請求項１６】
前記ガスタービン・システムの前記少なくとも１つの運転特性は、前記ガスタービン・システムの温度、前記ガスタービン・システムの周りの周囲温度、前記ガスタービン・システムについての運転時間、及び前記ガスタービン・システムによって発生された排出ガスの温度の内の少なくとも１つを含んでいる、請求項１５記載の負荷ランプ・システム。
【請求項１７】
複合サイクル・パワー・プラントのガスタービン・システムの負荷ランプ・プロセスのレートを増大させる方法であって、
前記複合サイクル・パワー・プラント内の前記ガスタービン・システムの負荷ランプ・プロセス中に、前記複合サイクル・パワー・プラント内の前記ガスタービン・システムの圧縮機の上流に配置された過給機と流体連通する導管に、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）を冷却するために過給空気の一部分を導流する段階と、
前記導流された過給空気部分の流量が所定の流量から異なることに応答して、前記導管内に配置された自動弁の位置を修正する段階と、
を有する方法。
【請求項１８】
更に、前記導管内に配置された空気流センサを使用して、前記導流された過給空気部分の流量を測定する段階を有している請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記ＨＲＳＧに結合された前記ガスタービン・システムの排気ダクトに前記導管を結合することにより、前記ガスタービン・システムの運転中に発生された排出ガスの温度を低減する、請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
前記導管を前記ＨＲＳＧに直接結合することにより、前記ガスタービン・システムの運転中に前記ＨＲＳＧの温度を低減する、請求項１７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に云えば、複合サイクル・パワー・プラントに関する。より詳しく云えば、本発明は、複合サイクル・パワー・プラントのガスタービン及び熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）のための負荷ランプ(ramp)及び始動システム、並びに複合サイクル・パワー・プラントの負荷ランプ・レート及び始動レート・プロセスを増大させる方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の複合サイクル・パワー・プラントは、様々な発電用コンポーネント（構成要素、構成部品、構成装置など）を使用して電力を発生するために使用されている。その最も基本的な形態では、従来の複合サイクル・パワー・プラントは、ガスタービン、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）及び蒸気タービンを含む。複合サイクル・パワー・プラントの運転中、ガスタービンは、複合サイクル・パワー・プラントの電力出力の一部分を発生させながら、排出ガスを生じる。ガスタービンに結合されたＨＲＳＧが、ガスタービンからの高温の排出ガスを受け取って、それを蒸気へ変換する。次いで、ＨＲＳＧによって発生された蒸気が、複合サイクル・パワー・プラントの追加の電力を発生させるために、蒸気タービン内で利用されて膨張する。
【０００３】
従来の複合サイクル・パワー・プラントでは、典型的には、ガスタービンは非常に短い時間で完全に作動することができるので、先ずガスタービンが始動される。しかしながら、ガスタービンが非常に素速く始動することができるので、複合サイクル・パワー・プラントのＨＲＳＧは途方もない大きさの熱応力を受ける。より詳しく述べると、ガスタービンは、始動の数秒内で高温の排出ガスを生じることができる。この高温の排出ガスは、典型的には適切に加温されていなかったＨＲＳＧへ供給される。その結果、「低温」のＨＲＳＧは、ガスタービンによって発生された排出ガスの高い温度に曝されることになる。
【０００４】
この排出ガスによって生じる熱応力は、ＨＲＳＧのコンポーネントに損傷を生じさせることがある。複合サイクル発電システムにおいてほぼ瞬時に発電するためにガスタービンを始動することは有益であるが、ＨＲＳＧに対する熱応力によって生じる負の効果はいずれの利益をも上回ることがある。詳しく述べると、ＨＲＳＧを修繕し又は交換することは、非常に高価で、時間がかかり、また複合サイクル・パワー・プラントを運転停止することを必要とすることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８１８６１５２号明細書
【発明の概要】
【０００６】
複合サイクル・パワー・プラントの熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）のための負荷ランプ・システム、並びに複合サイクル・パワー・プラントのガスタービン・システムの負荷ランプ及び始動プロセスのレートを増大する方法が開示される。一実施形態では、負荷ランプ・システムは、複合サイクル・パワー・プラント内のガスタービン・システムの圧縮機の上流に配置された過給機と流体連通する導管を含む。該導管は、複合サイクル・パワー・プラント内のガスタービン・システムの負荷ランプ中にガスタービン・システムと流体連通するＨＲＳＧを冷却するのに使用するために過給空気の一部分を導流するように構成される。
【０００７】
本発明の第１の面では、複合サイクル・パワー・プラントの熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）のための負荷ランプ・システムが提供される。この負荷ランプ・システムは、前記複合サイクル・パワー・プラント内のガスタービン・システムの圧縮機の上流に配置された過給機と流体連通する導管を含む。該導管は、前記複合サイクル・パワー・プラント内の前記ガスタービン・システムの負荷ランプ中に前記ガスタービン・システムと流体連通する前記ＨＲＳＧを冷却するのに使用するために過給空気の一部分を導流するように構成される。
【０００８】
本発明の第２の面では、複合サイクル・パワー・プラントの熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）のための負荷ランプ・システムが提供される。この負荷ランプ・システムは、ａ）前記複合サイクル・パワー・プラント内のガスタービン・システムの圧縮機の上流に配置された過給機と流体連通する導管であって、前記複合サイクル・パワー・プラント内の前記ガスタービン・システムの負荷ランプ中に前記ガスタービン・システムと流体連通する前記ＨＲＳＧを冷却するのに使用するために過給空気の一部分を導流するように構成された導管と、ｂ）前記過給機に作動可能に接続された空気流監視システムであって、ｂ−１）前記導管内に配置されていて、前記導管内の前記導流された過給空気部分の流量を検知する空気流センサ、並びにｂ−２）前記空気流センサ、前記過給機、及び前記導管内に配置された自動弁に作動可能に接続されていて、前記導管内の前記導流された過給空気部分の流量が所定の流量から異なることに応答して、前記自動弁の位置を修正するように構成されている診断システムを含んでいる空気流監視システムと、を有する。
【０００９】
本発明の第３の面では、複合サイクル・パワー・プラントのガスタービン・システムの負荷ランプ・レートを増大させる方法が提供される。この方法は、前記複合サイクル・パワー・プラント内のガスタービン・システムの圧縮機の上流に配置された過給機と流体連通する導管であって、前記複合サイクル・パワー・プラント内の前記ガスタービン・システムの負荷ランプ中に前記ガスタービン・システムと流体連通するＨＲＳＧを冷却するのに使用するために過給空気の一部分を導流するように構成された前記導管を設ける段階と、前記導管内の前記導流された過給空気部分の流量が所定の流量から異なることに応答して、前記導管内に配置された自動弁の位置を修正する段階と、を有する。
【００１０】
本発明のこれらの及び他の特徴は、本発明の様々な実施形態を図示する添付図面を参照した以下の本発明の様々な面についての詳しい説明からより容易に理解されよう。
【００１１】
ところで、図面は縮尺通りでないことに留意されたい。また、図面は本発明の典型的な面のみを描出しており、従って本発明の範囲を制限するものと見なすべきではない。図面では、全図を通じて同様な部品を同様な参照符号で表す。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施形態に従った熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）のための負荷ランプ・システムを含む複合サイクル・パワー・プラントの概略図である。
【図２】図２は、本発明の別の実施形態に従ったＨＲＳＧのための負荷ランプ・システムを含む複合サイクル・パワー・プラントの概略図である。
【図３】図３は、本発明の更に別の実施形態に従ったＨＲＳＧのための負荷ランプ・システムを含む複合サイクル・パワー・プラントの概略図である。
【図４】図４は、本発明の更に別の実施形態に従ったＨＲＳＧのための負荷ランプ・システムを含む複合サイクル・パワー・プラントの概略図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に従った空気流監視システムの概略図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に従ったガスタービン・システムの負荷ランプ・レートを増大させるプロセスを例示する流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本書に記載されているように、本発明の様々な面は複合サイクル・パワー・プラントに関するものである。具体的に述べると、本発明の様々な面は、複合サイクル・パワー・プラントの熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）のための負荷ランプ及び始動システム、並びに複合サイクル・パワー・プラントのガスタービン・システムの負荷ランプ・レート及び始動プロセスを増大させる方法に関するものである。
【００１４】
ここで、図１〜図４について説明すると、本発明の様々な実施形態に従った、始動システムを含む複合サイクル・パワー・プラントが示されている。明確にするために、図１に示されている複合サイクル・パワー・プラント１００、並びに複合サイクル・パワー・プラント１００の負荷ランプ・プロセスについて簡単に説明する。図１〜図４に示されているように、発電用の複合サイクル・パワー・プラント１００は、ガスタービン・システム１０２、該ガスタービン・システム１０２と流体連通する熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）１０４、及び該ＨＲＳＧ１０４と流体連通する蒸気タービン・システム１０６を含むことができる。ガスタービン・システム１０２は、圧縮機１０８と、該圧縮機１０８に流体結合された燃焼器１１０と、該燃焼器１１０に流体結合されて、該燃焼器１１０から燃焼生成物を受け取るガスタービン１１２とを含むことができる。ガスタービン１１２はまた、シャフト１１４を介して圧縮機１０８に結合することができる。ガスタービン・システム１０２のシャフト１１４はまた、複合サイクル・パワー・プラント１００の運転中に電気を生成するために発電機１１５をガスタービン１１２に結合することができる。ガスタービン・システム１０２及びそのそれぞれのコンポーネント（圧縮機１０８、燃焼器１１０、ガスタービン１１２など）は、任意の従来のガスタービン・システム及び対応するコンポーネントであってよい。このような場合、大多数のコンポーネントの基本的な機能は、記載を簡潔にするために省略する。
【００１５】
実施形態では、図１〜図４に示されているように、複合サイクル・パワー・プラント１００のガスタービン・システム１０２は、圧縮機１０８の上流に直列に配置された空気入口ハウジング１１６を含むことができる。より具体的に述べると、空気入口ハウジング１１６は、ガスタービン・システム１０２の運転中に入口空気を圧縮機１０８に供給するためにガスタービン・システム１０２の圧縮機１０８に結合することができる。空気入口ハウジング１１６は、空気入口ハウジング１１６内に直接に配置された入口空気冷却システム１１８を含むことができる。より具体的に述べると、入口空気冷却システム１１８は、空気入口ハウジング１１６を形成することのできる複数の空気ダクト内に配置することができる。入口空気冷却システム１１８は、入口空気がガスタービン・システム１０２の圧縮機１０８に到達する前に空気入口ハウジング１１６内の入口空気を冷却するように構成された任意の従来の空気冷却システム（例えば、湿式圧縮システム、入口噴霧システム、冷凍／冷却システムなど）とすることができる。より具体的に述べると、入口空気冷却システム１１８は、入口空気の空気質量流量を増大させるために、入口空気が圧縮機１０８に到達する前に、入口空気の温度を低下させることができる。入口空気の空気質量流量を増大させることによって、ガスタービン・システム１０２の圧縮機１０８は、入口空気質量流量の単位あたりの仕事負荷を低減して、入口空気を圧縮することができる。圧縮機１０８の仕事負荷の低減は、最終的には、ガスタービン・システム１０２に一層高い出力を発生させることができる。
【００１６】
図１〜図４に示されているように、複合サイクル・パワー・プラント１００はまた、ガスタービン１１２の下流に直列に配置された排気ダクト１２０を含むことができる。より具体的に述べると、排気ダクト１２０は、ガスタービン・システム１０２及び／又は複合サイクル・パワー・プラント１００の運転中にガスタービン１１２によって発生される排出ガスを受け取るためにガスタービン１１２に結合することができる。図１〜図４に示されている実施形態では、ＨＲＳＧ１０４は排気ダクト１２０に結合することができ、またガスタービン・システム１０２の運転中にガスタービン１１２によって発生される排出ガスを受け取ることができる。より具体的に述べると、ＨＲＳＧ１０４は、ガスタービン１１２によって発生される高温の排出ガスを受け取ることができ、また高温の排出ガスを利用して、水を、蒸気タービン・システム１０６の出力増強のために用いられる蒸気へ変換することができる。ＨＲＳＧ１０４は、発生された蒸気を、導管１２２を介して蒸気タービン・システム１０６へ供給することができる。更に、ＨＲＳＧ１０４は、ガスタービン・システム１０２のガスタービン１１２によって発生された排出ガスを濾過して、該濾過したガスを複合サイクル・パワー・プラント１００から放出するように構成することができる。より具体的に述べると、ＨＲＳＧ１０４は、高温の排出ガスを生じるガスタービン１１２の燃焼生成物の燃焼によって生成される任意の有毒排出物及び汚染物質（例えば、ＣＯ、ＮＯｘなど）を軽減するように濾過することができ、また濾過されたガスをＨＲＳＧ１０４の排気筒１２４を介して大気へ安全に排出することができる。
【００１７】
複合サイクル・パワー・プラント１００の負荷ランプ・プロセス中に、ガスタービン・システム１０２は、出力を非常に短い期間内に（例えば、１０秒未満で）劇的に増大させることができる。すなわち、複合サイクル・パワー・プラント１００が負荷ランプ・プロセスを受けるとき、ガスタービン・システム１０２の燃焼器１１０が点火され、また圧縮機１０８からの圧縮空気が追加の燃料と混合されて燃焼生成物の量を増大させ、該燃焼生成物は燃焼器１１０の火炎によって着火して、ガスタービン１１２の駆動力を増大させる。ガスタービン１１２を通過した後、この追加の燃焼生成物、すなわち、排出ガスは、排気ダクト１２０を通ってＨＲＳＧ１０４に送られて、蒸気タービン１０６のための水から蒸気への変換に役立つ。ガスタービン・システム１０２が短い期間で高温の排出ガスを排出する結果として、ＨＲＳＧ１０４は複合サイクル・パワー・プラント１００の負荷ランプ・プロセス中に過大な熱応力を受けることがある。より具体的に述べると、ＨＲＳＧ１０４は１０秒未満で２５０℃〜６５０℃の温度変化を受けることがあり、これはＨＲＳＧ１０４に損傷を生じさせる虞があり、またＨＲＳＧ１０４の運転寿命を短くする虞がある。
【００１８】
また図１〜図４に示されているように、複合サイクル・パワー・プラント１００は、複合サイクル・パワー・プラント１００のＨＲＳＧ１０４のための負荷ランプ・システム１２６を含むことができる。負荷ランプ・システム１２６は、複合サイクル・パワー・プラント１００内のガスタービン・システム１０２の圧縮機１０８の上流に配置された過給機１２８と流体連通する導管１２７を含むことができる。導管１２７は、ガスタービン・システム１０２と流体連通することのできるＨＲＳＧ１０４を冷却するのに使用するために過給空気の一部分を導流するように構成することができる。より具体的に述べると、導管１２７は、複合サイクル・パワー・プラント１００内のガスタービン・システム１０２の負荷ランプ・プロセスの運転中にＨＲＳＧ１０４を冷却するのに使用するために過給空気の一部分を導流するように構成することができる。様々な実施形態では、図１及び図３に示されているように、導管１２７は、過給空気の一部分をガスタービン・システム１０２の排気ダクト１２０へ導流するように構成することができる。別の実施形態では、図２に示されているように、導管１２７は、過給空気の一部分をＨＲＳＧ１０４へ直接に導流するように構成することができる。この代わりに、図４に示されているように、導管１２７は、ガスタービン・システム１０２の負荷ランプ・プロセス中に過給空気の一部分を排気ダクト１２０及びＨＲＳＧ１０４の両方へ導流することができる。図１〜図４に示されているように、導管１２７は、過給機１２８と空気入口ハウジング１１６との間に配置された空気入口導管１２９と交差することができる。より具体的に述べると、導管１２７は、過給空気の一部分が導管１２７を通って流れることができ且つガスタービン・システム１０２の負荷ランプ中にＨＲＳＧ１０４を冷却するために排気ダクト１２０及び／又はＨＲＳＧ１０４に導流されるように、空気入口導管１２９と流体連通することができる。過給空気の残りの部分は、空気入口導管１２９を通って流れることができ且つ空気入口ハウジング１１６及びガスタービン・システム１０２の圧縮機１０８に供給することができる。導管１２７は、過給機１２８によって発生された過給空気の一部分を供給するための任意の従来のコンポーネント（例えば、空気ダクト、空気パイプなど）によって形成することができる。
【００１９】
図１〜図４に示されているように、過給機１２８はガスタービン・システム１０２の圧縮機１０８と流体連通することができる。より具体的に述べると、図１〜図４に示されているように、過給機１２８は、過給空気（例えば、最初に加圧された空気）をガスタービン・システム１０２の圧縮機１０８へ供給するために、ガスタービン・システム１０２の入口空気冷却システム１１８の上流に配置することができる。一実施形態では、図１及び図２に示されているように、過給機１２８はまた、空気入口ハウジング１１６の上流に直列に配置することができる。代替の実施形態では、図３及び図４に示されているように、過給機１２８は入口ハウジング１１６内に配置することができ、またガスタービン・システム１０２の入口空気冷却システム１１８の上流に直列に配置することができる。図１〜図４に示されているように、過給機１２８は補助電動機１３０に接続することができる。補助電動機１３０は、本書で説明するように、ガスタービン・システム１０２の負荷ランプ・プロセス中に過給空気を発生するために過給機１２８に運転動力を供給することができる。代替の実施形態では、図示していないが、過給機１２８はガスタービン・システム１０２のシャフト１１４に結合することができ、またガスタービン・システム１０２と同時に運転可能にすることができる。
【００２０】
過給機１２８によって発生された過給空気の残りの部分は、ガスタービン・システム１０２の圧縮機１０８の入口空気流量を増大させるために圧縮機１０８に供給することができる。より具体的に述べると、過給機１２８は、入口空気がガスタービン・システム１０２の圧縮機１０８に到達する前に、該入口空気を最初に圧縮するように構成することができる。入口空気を最初に圧縮することによって、過給機１２８は入口空気流量を増大させることができ、これは、既に部分的に圧縮することのできる増大した量の入口空気を圧縮機１０８に供給することによって、ガスタービン・システム１０２及び／又は複合サイクル・パワー・プラント１００の負荷ランプ能力を部分的に増大させることができる。更に、入口空気冷却システム１１８の上流に直列に過給機１２８を配置することによって、ガスタービン・システム１０２に供給される過給空気の一部分を冷却することができ、またその結果として、過給空気が圧縮機１０８に入る前に空気質量流量を増大させることができる。前に述べたように、増大した空気質量流量の増大の結果として、複合サイクル・パワー・プラント１００のガスタービン・システム１０２によって負荷ランプ時間を増大させ且つ電力発生を増大させることができる。更に、過給機１２８の利用により、負荷ランプ中に燃焼器１１０内に放出される燃料を低減することができ、これは、複合サイクル・パワー・プラント１００の負荷ランプ・プロセス中に有毒排出物及び／又は汚染物質（例えば、ＣＯ、ＮＯｘなど）を最少にすることができる。
【００２１】
図１〜図４に示されているように、複合サイクル・パワー・プラント１００の負荷ランプ・システム１２６はまた、（例えば、無線、有線、又は他の従来の手段を介して）過給機１２８に作動可能に接続された空気流監視システム１３２を含むことができる。より具体的に述べると、図１〜図４に示されているように、空気流監視システム１３２は、本書で説明するように、ガスタービン・システム１０２の負荷ランプ・プロセス中に過給機１２８を制御するために過給機１２８及び補助電動機１３０に作動可能に接続することができる。空気流監視システム１３２は、導管１２７内に導流された過給空気部分の流量を検知するために、導管１２７内に配置された空気流センサ１３４を含むことができる。すなわち、空気流センサ１３４は、ガスタービン・システム１０２の負荷ランプ中にＨＲＳＧ１０４を冷却するのに使用するために導管１２７に導流された過給空気部分の流量を検知することができる。空気流センサ１３４は、例えば、導管１２７の内面に結合することができる。空気流センサ１３４は、導管１２７を通る過給空気の流量を測定するように構成された任意の従来の装置であってよく、例えば、限定するものではないが、空気流メータ、質量流量センサ、又は風速計とすることができる。代替の実施形態では、図示してないが、空気流監視システム１３２は、導管１２７内に配置された複数のセンサ１３４を含むことができる。
【００２２】
複合サイクル・パワー・プラント１００の空気流監視システム１３２はまた、空気流センサ１３４、過給機１２８、及び導管１２７内に配置された自動弁１３８に作動可能に接続された診断システム１３６を含む。本書で説明するように、診断システム１３６は、ガスタービン・システム１０２の負荷ランプ・プロセス中に自動弁１３８の位置を修正するように構成することができる。図１〜図４に示されているように、自動弁１３８は、本書で説明されるように、ガスタービン・システム１０２の負荷ランプ・プロセス中にＨＲＳＧ１０４を冷却するのに使用するために導流された過給空気部分を調整するために、空気流センサ１３４の下流で導管１２７内に配置することができる。自動弁１３８は、ガスタービン・システム１０２の負荷ランプ・プロセス中に診断システム１３６によって作動することのできる任意の従来の弁であってよく、例えば、限定するものではないが、油圧又は水圧式弁、空気圧式弁、ソレノイド弁、又は電動弁とすることができる。
【００２３】
次に、図５について説明すると、本発明の実施形態に従った空気流監視システム１３２の概略図が示されている。図５に示されているように、空気流監視システム１３２の診断システム１３６は、記憶装置１４０、流量比較モジュール１４２及びコンポーネント調節モジュール１４４を含む。記憶装置１４０は流量比較モジュール１４２に通信可能に接続することができ、また流量比較モジュール１４２はコンポーネント調節モジュール１４４に通信可能に接続することができる。診断システム１３６は空気流センサ１３４に通信可能に接続することができ、また空気流センサ１３４によって検知された流量データを受け取るように構成することができる。より具体的に述べると、本書で説明するように、診断システム１３６の流量比較モジュール１４２は、導管１２７（図１〜図４）内の導流された過給空気部分の流量に関する流量データを空気流センサ１３４から連続的に受け取り又は得るように構成することができる。
【００２４】
診断システム１３６の記憶装置１４０は、図５に示されているように、複合サイクル・パワー・プラント１００のガスタービン・システム１０２（図１〜図４）のための所定の流量データ（Ｐ．Ｆ．Ｒ．Ｄ）１４６（破線で示されている）を記憶することができる。別の実施形態では、図示していないが、所定の流量データ１４６は、外部の装置に記憶させることができ、また取得して記憶装置１４０に一時的に記憶させることができる。所定の流量データ１４６は、導管１２７（図１〜図４）内の過給空気の所望の空気流量を規定するデータを含むことができ、これは、以下により詳しく説明されるように、負荷ランプ・プロセス中のガスタービン・システム１０２の運転効率を増大させることができる。所定の流量データ１４６は、ガスタービン・システム１０２（図１〜図４）の少なくとも１つの運転特性に基づいて定めることができる。より具体的に述べると、所定の流量データ１４６は、限定するものではないが、ガスタービン・システム１０２の温度、ガスタービン・システム１０２の周りの周囲温度、ガスタービン・システム１０２についての運転時間、ガスタービン・システム１０２によって発生された排出ガスの温度、ＨＲＳＧ１０４の周りの周囲温度などを含む、ガスタービン・システム１０２の少なくとも１つの運転特性に基づいて、定めることができる。本書で説明するように、空気流センサ１３４によって検知された流量データが所定の流量データ１４６の所望の空気流量データから異なっている場合、複合サイクル・パワー・プラント１００のガスタービン・システム１０２は、効率を増大して運転できないことがあり、またＨＲＳＧ１０４に望ましくない熱応力を生じさせることある。
【００２５】
診断システム１３６の流量比較モジュール１４２は、図５に示されているように、空気流センサ１３４からの流量データと記憶装置１４０からの所定の流量データ１４６とを比較するように構成することができる。より具体的に述べると、流量比較モジュール１４２は、空気流センサ１３４及び記憶装置１４０からのデータを比較して、流量データが記憶装置１４０の所定の流量データ１４６から異なっているかどうか決定するように構成することができる。流量比較モジュール１４２はまた、流量データが記憶装置１４０の所定の流量データ１４６から異なっていると決定したことに応答して、診断システム１３６のコンポーネント調節モジュール１４４へインジケータ(indicator) を送信するように構成することができる。
【００２６】
診断システム１３６のコンポーネント調節モジュール１４４は、空気流センサ１３４から得られた流量データが記憶装置１４０の所定の流量データ１４６から異なっていると決定したことに応答して、流量比較モジュール１４２からインジケータを得るように構成することができ、また自動弁１３８又は過給機１２８の内の少なくとも一方の運転特性を調節することができる。より具体的に述べると、コンポーネント調節モジュール１４４は、流量比較モジュール１４２からインジケータを受け取ることができ、また導管１２７中の自動弁１３８の位置を修正し及び／又は過給機１２８の過給空気出力を低減するように構成することができる。自動弁１３８の位置を修正することのできる実施形態では、診断システム１３６は、より具体的には、コンポーネント調節モジュール１４４は、導管１２７の自動弁１３８を実質的に開放又は実質的に閉成することができる。導管１２７の自動弁１３８を実質的に開放又は実質的に閉成することによって、増大又は減少した量の過給空気部分を排気ダクト１２０及び／又はＨＲＳＧ１０４へ導流することができる。代替の実施形態では、過給機１２８の過給空気出力を低減することができる場合、診断システム１３６は、より具体的には、コンポーネント調節モジュール１４４は、補助電動機１３０の出力を低減することができる。補助電動機１３０の出力を低減することによって、過給機１２８は複合サイクル・パワー・プラント１００のガスタービン・システム１０２のために生成する過給空気をより少なくすることができる。
【００２７】
診断システム１３６及びそのそれぞれのコンポーネント（例えば、記憶装置１４０、流量比較モジュール１４２など）は、システム内で及び該システムに結合された外部コンポーネント（例えば、自動弁１３８）に対して、データを受け取り、一時的に記憶し、及び伝送／転送する能力を持つ任意の従来のデータ処理システム（例えば、コンピュータ・システム）として構成することができる。より具体的に述べると、診断システム１３８は任意の従来のハードウエア装置（コンピュータ・システム制御装置）として構成することができ、また診断システム１３８のコンポーネント（例えば、記憶装置１４０、流量比較モジュール１４２など）は、診断システム１３８を形成する前記コンピュータ・システム内に記憶されるソフトウエア・コンポーネントとして構成することができる。一実施例では、診断システム１３８は、従来のコンピュータ・システム上に具現化されるGeneral Electric Speedtronic（登録商標）回路板として構成することができ、また本書で説明される動作機能を遂行するための関連ソフトウエアを含むことができる。
【００２８】
次に、図６について、図１〜図５を参照しながら説明すると、本発明の実施形態に従ったガスタービン・システム１０２の負荷ランプ・レートを増大させるプロセスを例示する流れ図が示されている。負荷ランプ・レートは、複合サイクル・パワー・プラント１００の運転中のガスタービン・システム１０２の出力の増大又は減少を含むことができる。
【００２９】
図６に示されているように、プロセスＰ１００において、複合サイクル・パワー・プラント１００のガスタービン・システム１０２の負荷ランプ・プロセス中に過給機１２８と流体流通する導管１２７に過給空気の一部分を導流することができる。本書で説明するように、導管１２７は、複合サイクル・パワー・プラント１００のガスタービン・システム１０２の負荷ランプ・プロセス中にＨＲＳＧ１０４を冷却するのに使用するために過給空気の一部分を導流するように構成することができる。プロセスＰ１００において設けられた導管１２７は、ガスタービン・システム１０２の排気ダクト１２０へ、及び／又はガスタービン・システム１０２と流体連通するＨＲＳＧ１０４へ、過給空気の一部分を供給することができる。複合サイクル・パワー・プラント１００が、導管１２７及び過給機１２８を含む負荷ランプ・システム１２６を具現化した後、ガスタービン・システム１０２はその負荷ランプ・プロセスを開始することができ、また導管１２７はＨＲＳＧ１０４を冷却するのに使用するために過給空気の一部分を導流することができる。より具体的に述べると、導管１２７は、負荷ランプ・プロセス中にＨＲＳＧ１０４にかかる熱応力を実質的に低減するために、排気ダクト１２０及び／又はＨＲＳＧ１０４へ過給空気を導流することができる。すなわち、ガスタービン・システム１０２の負荷ランプ・プロセス中に、過給機１２８は過給空気の一部分を導管１２７へ供給することができ、また過給機１２８によって発生された過給空気の少なくとも残りの部分を、空気入口ハウジング１１６を介してガスタービン・システム１０２の圧縮機１０８へ供給することができる。圧縮機１０８へ供給された該過給空気の残りの部分は過給空気の入口空気流量を増大させることができ、これにより、入口空気を圧縮するのに必要な仕事を低減することができ、またその結果としてガスタービン・システム１０２の出力を増大させることができる。更に、空気入口ハウジング１１６の入口空気冷却システム１１８が、圧縮機１０８に供給される過給空気の温度を低減することができ、これにより、過給空気の入口空気質量流量を更に増大させることができ、その結果としてガスタービン・システム１０２の出力を増大させることができる。
【００３０】
過給空気を圧縮し、燃料と混合し、燃焼させて、ガスタービン１１２に送って、発電機１１５で電力を発生させた後、その排出ガスは排気ダクト１２０を通って複合サイクル・パワー・プラント１００のＨＲＳＧ１０４へ移動する。図１、図２、図３及び図４に示されているように、過給空気の一部分を排気ダクト１２０へ導流したことに応答して、導管１２７によって導流された過給空気は、ガスタービン・システム１０２の運転中に発生された排出ガスの温度を低減することができる。より具体的に述べると、導管１２７が過給空気の一部分を排気ダクト１２０へ導流する場合、その過給空気は、ガスタービン・システム１０２によって発生された高温の排出ガスと混合することができ、またその排出ガスがＨＲＳＧ１０４に入る前に該排出ガスを実質的に低減することができる。過給空気により排出ガスを冷却することによって、ＨＲＳＧ１０４はガスタービン・システム１０２の負荷ランプ・プロセス中に実質的により低い温度を維持することができる。より具体的に述べると、ガスタービン・システム１０２の負荷ランプ・プロセス中に、ＨＲＳＧ１０４は、ガスタービン・システム１０２の排出ガスに曝されたときに、より緩やかな温度変化を受けることができ、これによりガスタービン・システム１０２の始動の際に通常伴う熱応力及び／又は熱損傷を軽減することができる。本書で説明するように、複合サイクル・パワー・プラント１００のＨＲＳＧ１０４の温度変化は、導管１２７中の自動弁１３８の位置を修正する診断システム１３６に依存することができる。
【００３１】
図２及び図４に示されているように、過給空気の一部分をＨＲＳＧ１０４へ供給したことに応答して、導管１２７によって導流された過給空気は、ガスタービン・システム１０２の運転中にＨＲＳＧ１０４の温度を低減することができる。より具体的に述べると、導管１２７が過給空気の一部分をＨＲＳＧ１０４へ導流する場合、その過給空気は、排気ダクト１２０から高温の排出ガスがＨＲＳＧ１０４に入るときに、ＨＲＳＧ１０４及びその内部コンポーネントを実質的に冷却することができる。この実施形態では、ガスタービン・システム１０２の負荷ランプ・プロセス中に、ＨＲＳＧ１０４は、排出ガスによって引き起こされる極端な温度変化の際に実質的に冷却されることができる。過給空気を用いたＨＲＳＧ１２０の冷却はまた、ガスタービン・システム１０２の負荷ランプ・プロセスの際に通常伴う熱応力及び／又は熱損傷を軽減させることができる。本書で説明するように、過給空気を用いた複合サイクル・パワー・プラント１００のＨＲＳＧ１０４の冷却は、導管１２７中の自動弁１３８の位置を修正する診断システム１３６に依存することができる。
【００３２】
プロセスＰ１００の後、複合サイクル・パワー・プラント１００のガスタービン・システム１０２の負荷ランプ中に、プロセスＰ１０２において、過給空気の導流された部分の流量が、導管１２７内に配置された空気流センサ１３４を使用して測定される。空気流センサ１３４によって測定された流量データは、図５に示されているように、診断システム１３６によって受け取る又は得ることができる。前に述べたように、診断システム１３６の流量比較モジュール１４２が、空気流センサ１３４から測定された流量データを受け取る又は得ることができる。一例では、空気流センサ１３４は、導管１２７を流れる過給空気がガスタービン・システム１０２の負荷ランプ・プロセス中に１００ｍ３  ／ｓの流量を含むことができると決定することができる。
【００３３】
プロセスＰ１０２の後、プロセスＰ１０４において、空気流センサ１３４によって測定された、過給空気の導流された部分の流量データを、記憶装置１４０に記憶された所定の流量データ１４６と比較することができる。プロセスＰ１０４は、流量比較モジュール１４２（図５）によって実行することができる。流量比較モジュール１４２は、空気流センサ１３４によって測定された流量データを受け取り又は得ることができ、また同時に記憶装置１４０から所定の流量データ１４６を受け取り又は得ることができる。流量比較モジュール１４２は次いで、空気流センサ１３４からの流量データと記憶装置１４０からの所定の流量データ１４６とを比較して、空気流センサ１３４の流量データが所定の流量データ１４６から異なっているかどうか決定することができる。より具体的に述べると、比較モジュール１４２は、空気流センサ１３４からの流量データと記憶装置１４０からの所定の流量データ１４６とを比較して、空気流センサ１３４からの流量データが記憶装置１４０からの所定の流量データ１４６よりも大きいか、小さいか、又はそれに等しいかどうか決定することができる。流量比較モジュール１４２は次いで、空気流センサ１３４からの流量データが記憶装置１４０からの所定の流量データ１４６よりも大きい、又は小さい、又はそれに等しいことを示すインジケータを、コンポーネント調節モジュール１４４へ送ることができる。
【００３４】
プロセスＰ１０２における例を引き続き説明すると、流量比較モジュール１４２は、１００ｍ３／ｓの測定された流量を空気流センサ１３４から受け取り又は得ることができる。同時に、流量比較モジュール１４２はまた、１００ｍ３／ｓの所定の流量を記憶装置１４０から受け取り又は得ることができる。１００ｍ３／ｓの所定の流量は、ガスタービン・システム１０２及び／又は複合サイクル・パワー・プラント１００の運転特性に基づいて定めることができる。より具体的に述べると、ガスタービン・システム１０２によって発生される排出ガスが平均温度よりも高い温度を持ち、且つガスタービン・システム１０２及びＨＲＳＧ１０４の周りの周囲温度が平均温度よりも低い温度であることの結果として、所定の流量データ１４６が１００ｍ３／ｓを必要とすることがある。所定の流量は、平均温度よりも高い温度を持つ排出ガスが、負荷ランプ・プロセスの直前に平均温度よりも低い温度を持つＨＲＳＧ１０４に入る場合に補償を行うことができる。すなわち、増大した所望の流量により、高い排気温度及び低い周囲温度に起因してＨＲＳＧ１０４に生じ得る熱応力を低減することができる。各々のそれぞれの流量データ（例えば、１００ｍ３／ｓ、１００ｍ３／ｓ）を得た又は受け取った後、流量比較モジュール１４２は、それらの流量を比較して、導管１２７内の過給空気の測定された空気流量が所定の流量よりも低いこと（例えば、１００ｍ３／ｓ＜１００ｍ３／ｓ）を決定することができる。最後に、流量比較モジュール１４２は、導管１２７内の過給空気の測定された空気流量が所定の流量データ１４６の所望の流量よりも小さいことを示すインジケータを、コンポーネント調節モジュール１４４へ送信することができる。
【００３５】
プロセスＰ１０４において流量データを比較した後、プロセスＰ１０６において、導管１２７内に配置された自動弁１３８の位置を、導流された過給空気部分が所定の流量データ１４６から異なることに応答して、修正することができる。より具体的に述べると、空気流センサ１３４からの流量データが記憶装置１４０からの所定の流量データ１４６よりも大きい又は小さいことを表す流量比較モジュール１４２からのインジケータをコンポーネント調節モジュール１４４が受け取ったとき、コンポーネント調節モジュール１４４は、導管１２７内の過給空気の流量を調節するように自動弁１３８の位置を修正することができる。測定された流量が所定の流量データ１４６の所望の流量よりも小さいと決定したことに応答して、自動弁１３８の位置は、導管１２７を通る空気の流れを多くするように修正する（例えば、弁を開く）ことができる。また、測定された流量が所定の流量データ１４６の所望の流量よりも大きいと決定したことに応答して、自動弁１３８の位置は、導管１２７を通る空気の流れを少なくするように修正する（例えば、弁を閉じる）ことができる。
【００３６】
プロセスＰ１０４における例を引き続き説明すると、コンポーネント調節モジュール１４４は、導管１２７内の過給空気の測定された空気流量が所定の流量データ１４６の所望の流量よりも小さいこと（例えば、１００ｍ３／ｓ＜１００ｍ３／ｓ）を表すインジケータを、流量比較モジュールから受け取ることができる。その結果、診断システム１３６のコンポーネント調節モジュール１４４は、自動弁１３８と通信して、自動弁１３８の位置を修正することができる。より具体的に述べると、コンポーネント調節モジュール１４４は、自動弁１３８が導管１２７を通ってより多量の過給空気を流れさせるために実質的に開放することができるように、自動弁１３８の位置を修正することができる。
【００３７】
自動弁１３８を実質的に開放させることによって、導管１２７内の測定された流量を、所定の流量データ１４６の所望の流量に等しくすることができ、またガスタービン・システム１０２の負荷ランプ中にＨＲＳＧ１０４にかかる熱応力を実質的に軽減するように必要な過給空気を排気ダクト１２０及び／又はＨＲＳＧ１０４へ導流することができる。更に、いったんガスタービン・システム１０２及びＨＲＳＧ１０４が負荷ランプ・プロセスのための所望の出力を発生し、且つ最初に排出ガスを冷却するために導管１２７に過給空気の一部分を供給することによって、ＨＲＳＧ１０４にかかる熱応力が実質的に軽減されると、自動弁１３８は実質的に閉じることができる。自動弁１３８を実質的に閉じることによって、過給機１２８で発生された過給空気の大部分をガスタービン・システム１０２の圧縮機１０８へ供給して、ガスタービン・システム１０２の出力、従って複合サイクル・パワー・プラント１００の出力を増大させることができる。複合サイクル・パワー・プラント１００の運転中にＨＲＳＧ１０４にかかる熱応力を軽減し続けるために、依然として過給空気の小部分を導管１２７に導流することができる。しかしながら、導管１２７を介して排気ダクト１２０及び／又はＨＲＳＧ１０４へ導流される過給空気は、高温の排出ガスがＨＲＳＧ１０４に入ることに起因してＨＲＳＧ１０４が急激な熱応力を受ける虞のあるガスタービン・システム１０２の負荷ランプ・プロセスにおいて、最も有益である。
【００３８】
本書に記載したシステム及び方法は複合サイクル・パワー・プラント１００のガスタービン・システム１０２の負荷ランプ・プロセスを対象としているが、本システムは複合サイクル・パワー・プラント１００の始動プロセスの際にも用いることができることが理解されよう。より具体的に述べると、負荷ランプ・システム１２６は、複合サイクル・パワー・プラント１００のガスタービン・システム１０２及びＨＲＳＧ１０４について始動レートを増大させるために、本書に述べたのと実質的に同じ方法で用いることができる。負荷ランプ・システム１２６はまた、複合サイクル・パワー・プラント１００の始動プロセスの際に、高温の排出ガスが「低温」のＨＲＳＧ１０４に入ることによって生じることのあるＨＲＳＧ１０４に対する熱応力を実質的に防止することができる。
【００３９】
本書において用いた用語は、特定の実施形態を記述する目的のためだけであり、本発明を制限しようとするものではない。本書において用いられる単数形の表現は、特に明記していない限り、複数の存在を含むことを意図している。更に、本書で用いられる用語「有する」及び／又は「有している」は、記載した特徴、整数、段階、動作、素子及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１つ以上の他の特徴、整数、段階、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在や追加を排除するものではないことが理解されよう。
【００４０】
本明細書は、最良の実施形態を含めて、本発明を開示するために、また当業者が、任意の装置又はシステムを作成し使用し、任意の採用した方法を遂行すること含めて、本発明を実施することができるようにするために、様々な例を使用した。本発明の特許可能な範囲は「特許請求の範囲」の記載に定めており、また当業者に考えられる他の例を含み得る。このような他の例は、それらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から実質的に差異のない構造的要素を持つ場合、或いはそれらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から実質的に差異のない等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００４１】
１００  複合サイクル・パワー・プラント
１０２  ガスタービン・システム
１０４  熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）
１０６  蒸気タービン・システム
１０８  圧縮機
１１０  燃焼器
１１２  ガスタービン
１１４  シャフト
１１５  発電機
１１６  空気入口ハウジング
１１８  入口空気冷却システム
１２０  排気ダクト１２０
１２２  導管
１２４  排気筒
１２６  負荷ランプ・システム
１２７  導管
１２８  過給機
１２９  空気入口導管
１３０  補助電動機
１３４  空気流センサ
１３８  自動弁
１４６  所定の流量データ（Ｐ．Ｆ．Ｒ．Ｄ）
Ｐ１００  プロセス
Ｐ１０２  プロセス
Ｐ１０４  プロセス
Ｐ１０６  プロセス
【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】
2014122617.tif 000008
【外国語明細書】
2014122617000001.pdf