(57)【要約】      （修正有）【課題】発電プラントの動作状態に基づく部分負荷における発電プラントの動作機器に基づいて発電プラントの効率を改善する。【解決手段】蒸気サイクルシステム（４４）は、排ガスを受け取る熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）（４６）と、ＨＲＳＧによって生成された第１の蒸気流を受け取る、ＨＲＳＧ（４６）に結合された蒸気タービンと、蒸気タービンによって出力された第２の蒸気流を凝縮する凝縮器（５０）と、を含む。凝縮器（５０）は、複数の熱交換器管、ファン（５２）、および蒸気回収ヘッダーを含む。蒸気流の１つまたは複数の特性を測定する１つまたは複数のセンサ（５４）を含み、通信可能に結合された閉ループコントローラ（５８）を含み、コントローラ（５８）は、それらセンサのデータから、蒸気ヘッダーを通る第２の蒸気流の流量を決定しその流量により、ファン（５２）の１つまたは複数の動作パラメータを調整する。【選択図】図１
2018084228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気サイクルシステム（４４）であって、
排気ガス（３８）を受け取るように構成された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）（４６）と、
前記ＨＲＳＧ（４６）に流体結合され、前記ＨＲＳＧ（４６）によって生成された第１の蒸気流を受け取るように構成された蒸気タービン（４８）と、
前記蒸気タービン（４８）によって出力された第２の蒸気流を凝縮するように構成され、複数の熱交換器管（６２）と、ファン（５２）と、蒸気回収ヘッダー（６０）と、を含む凝縮器（５０）と、
前記蒸気流の１つまたは複数の特性を測定するように構成された１つまたは複数のセンサ（５４）と、
前記１つまたは複数のセンサ（５４）に通信可能に結合された閉ループコントローラ（５８）と、を含み、前記コントローラ（５８）は、
前記１つまたは複数のセンサ（５４）からデータを受信し、
前記１つまたは複数のセンサ（５４）を使用して前記蒸気ヘッダー（６０）を通る前記第２の蒸気流の流量を決定し、前記蒸気の前記流量がしきい値内にあるかどうかを算出し、
前記蒸気の前記流量に少なくとも部分的に基づいて、前記ファン（５２）の１つまたは複数の動作パラメータを調整するように構成される、蒸気サイクルシステム（４４）。
【請求項２】
前記１つまたは複数のセンサ（５４）は、前記第２の蒸気流の速度、温度、または圧力を測定するように構成される、請求項１に記載のシステム（４４）。
【請求項３】
前記センサ（５４）は流量センサを含む、請求項１に記載のシステム（４４）。
【請求項４】
前記ファン（５２）の前記１つまたは複数の動作パラメータを調整することは、１つまたは複数のファンブレードのピッチ角を調整することを含む、請求項１に記載のシステム（４４）。
【請求項５】
前記ファン（５２）の前記１つまたは複数の動作パラメータを調整することは、前記ファン（５２）の前記速度を調整することによって前記ファン（５２）の消費電力を低減することを含む、請求項１に記載のシステム（４４）。
【請求項６】
前記コントローラ（５８）は、前記１つまたは複数のセンサ（５４）からデータを受信し、凝縮器モデル（７２）を利用して前記複数の熱交換器管（６２）および前記ファン（５２）の健全性を監視するように構成される、請求項１に記載のシステム（４４）。
【請求項７】
前記コントローラ（５８）は、前記凝縮器モデル（７２）を使用して、前記ファンブレード上に堆積物が堆積するにつれて前記ファンブレードへの周囲空気（１６）の流れを低減するように構成される、請求項６に記載のシステム（４４）。
【請求項８】
前記コントローラ（５８）は、前記凝縮器モデル（７２）を使用して、経験的システムデータに少なくとも部分的に基づいて前記ファンブレードの劣化シナリオを決定するように構成される、請求項７に記載のシステム（４４）。
【請求項９】
前記経験的システムデータは、周囲空気温度、前記周囲空気（１６）の湿度のパーセンテージ、および洗浄水の水圧を含む、請求項８に記載のシステム（４４）。
【請求項１０】
前記コントローラ（５８）は、前記凝縮器モデル（７２）を使用して、経験的システムデータに少なくとも部分的に基づいて前記蒸気サイクル（４４）の劣化シナリオを決定するように構成される、請求項６に記載のシステム（４４）。
【請求項１１】
前記コントローラ（５８）は、前記凝縮器モデル（７２）を使用して、経験的システムデータに少なくとも部分的に基づいてガスタービン（３２）の劣化シナリオを決定するように構成される、請求項６に記載のシステム（４４）。
【請求項１２】
前記しきい値は、ガスタービン（３２）の負荷（４２）に部分的に基づく、請求項１に記載のシステム（４４）。
【請求項１３】
前記しきい値は、設定された排出レベルに部分的に基づく、請求項１に記載のシステム（４４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する主題は、複合サイクル発電プラント、特に、発電プラントの動作状態に基づく部分負荷における発電プラントの動作機器に基づいて発電プラントの効率を改善するためのシステムおよび方法に関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】米国特許第８９４３８３６号明細書
【発明の概要】
【０００３】
最初に請求する本発明の範囲に相応する特定の実施形態を、以下に要約する。これらの実施形態は特許請求される発明の範囲を限定しようとするものではなく、むしろ、これらの実施形態は本発明の可能性がある形式の概要を提供しようとするものにすぎない。実際、本発明は、以下に記載する実施形態に類似してもよく、あるいは異なってもよい様々な形態を含むことができる。
【０００４】
第１の実施形態では、蒸気サイクルシステムは、排気ガスを受け取る熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）と、ＨＲＳＧによって生成された第１の蒸気流を受け取る、ＨＲＳＧに流体結合された蒸気タービンと、蒸気タービンによって出力された第２の蒸気流を凝縮する凝縮器と、を含む。凝縮器は、複数の熱交換器管、ファン、および蒸気回収ヘッダーを含む。システムは、蒸気流の１つまたは複数の特性を測定する１つまたは複数のセンサを含む。システムは、１つまたは複数のセンサに通信可能に結合された閉ループコントローラを含む。コントローラは、１つまたは複数のセンサからデータを受信し、１つまたは複数のセンサを使用して蒸気ヘッダーを通る第２の蒸気流の流量を決定し、蒸気の流量がしきい値内にあるかどうかを算出し、蒸気の流量に少なくとも部分的に基づいてファンの１つまたは複数の動作パラメータを調整する。
【０００５】
第２の実施形態では、システムは、ガスタービンエンジンと、蒸気サイクルと、を含む。蒸気サイクルは、排気ガスを受け取る熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）と、ＨＲＳＧによって生成された第１の蒸気流を受け取る、ＨＲＳＧに流体結合された蒸気タービンと、蒸気タービンによって出力された第２の蒸気流を凝縮する凝縮器と、を含む。凝縮器は、複数の熱交換器管、ファン、および蒸気回収ヘッダーを含む。蒸気サイクルは、蒸気流の１つまたは複数の特性を測定するように構成された１つまたは複数のセンサを含む。蒸気サイクルは、１つまたは複数のセンサに通信可能に結合された閉ループコントローラを含み、コントローラは、１つまたは複数のセンサからデータを受信し、１つまたは複数のセンサを使用して蒸気ヘッダーを通る第２の蒸気流の流量を決定し、蒸気の流量がしきい値内にあるかどうかを算出し、蒸気の流量に少なくとも部分的に基づいてファンの１つまたは複数の動作パラメータを調整する。
【０００６】
第３の実施形態では、コンピュータ命令を格納する有形の非一時的なコンピュータ可読媒体であって、プロセッサによって実行された場合に、コンピュータ命令は、コントローラを介して１つまたは複数のセンサからのデータを受信する。コンピュータ命令は、１つまたは複数のセンサを使用して複合サイクル発電プラントに配置された凝縮器に結合された蒸気ヘッダーを通る蒸気の流量を決定する。コンピュータ命令は、蒸気の流量がしきい値内にあるかどうかを算出する。コンピュータ命令は、蒸気の流量に少なくとも部分的に基づいてファンの１つまたは複数の動作パラメータを調整する。
【０００７】
本発明のこれらの特徴、態様、および利点、ならびに他の特徴、態様、および利点が、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を検討することによって、よりよく理解されると考えられ、添付の図面において、類似の文字は、図面の全体を通して類似の部分を表している。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ガスタービン、蒸気タービン、熱回収蒸気発生（ＨＲＳＧ）システム、および蒸気サイクルを有する複合サイクル発電システムの一実施形態のブロック図である。
【図２】図１の発電プラントで使用される蒸気サイクルの一実施形態のブロック図である。
【図３】蒸気サイクルで使用される凝縮器の一実施形態の概略図である。
【図４】異なる動作段階における凝縮器の２つのファンブレードの空気流プロファイルを示すプロットである。
【図５】一実施形態による、凝縮器の１つまたは複数の動作パラメータを調整するための例示的な方法の詳細を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下で、本発明の１つまたは複数の具体的な実施形態を説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供するために、実際の実装のすべての特徴が本明細書に記載されていなくてもよい。任意のエンジニアリングまたは設計プロジェクトにおけるような、任意のこのような実際の実装の開発においては、例えば、システム関連およびビジネス関連の制約の遵守のような開発者の特定の目標を達成するために、別の実装によって異なる可能性がある多くの実装の詳細が決定される必要があることを理解されたい。さらに、このような開発作業は複雑で時間がかかるかもしれないが、にもかかわらず、この開示の利益を得る当業者にとっては、設計、製作、および製造の日常的な仕事であることが理解されるべきである。
【００１０】
本発明の様々な実施形態の要素を導入する場合に、単数の表現および「前記」は１つまたは複数の要素があることを意味するものである。「備える」、「含む」、および「有する」という用語は、包括的なものであって、列挙された要素以外の付加的な要素があり得ることを意味するものである。
【００１１】
本明細書に開示する実施形態は、負荷に部分的に基づいて発電プラント内の機器（例えば、凝縮器）の動作を調整することに部分的に基づいて、発電プラントの効率を改善するためのシステムおよび方法に関する。以下に説明するように、発電プラントは、圧縮機、燃焼器、ガスタービンエンジン、および蒸気サイクルを含むことができる。発電プラントの蒸気サイクルは、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）、蒸気タービン、および／または凝縮器を含む。凝縮器は、ファンおよび１つもしくは複数のセンサを含むことができる。センサは、流量センサ、音響波センサ、温度センサ、圧力センサ、湿度センサ、組成センサ、またはこれらの任意の組み合わせであってもよい。コントローラはまた、圧縮機、ガスタービン、または他の構成要素などの、発電プラントシステムの他の構成要素の動作状態を測定するように構成された他のセンサによって出力されたデータを受信してもよい。
【００１２】
コントローラは、発電プラントの負荷が変化するにつれて、センサによって出力されたデータを使用して、凝縮器の電力使用を調整する。プラントまたは蒸気サイクル内の凝縮器の実際の動作は、いくつかの方法で変更または制御することができ、その方法には、各凝縮器内のファンの速度を制御すること、ファンブレードのピッチを調整すること、凝縮器モデルを使用して管束およびファンの健全性を監視すること、ならびに／または凝縮器の全数よりも少ない数を使用することが含まれる。
【００１３】
ここで図面を参照すると、図１は、ガスタービンエンジン１２を有する発電プラント１０の一実施形態のブロック図である。圧縮機１４は、吸気口１８を介して周囲空気１６をガスタービンシステム１２に取り入れる。周囲空気１６は、冷気吸気口などの適切な機構を介して、吸気口１８によってガスタービンシステム１２に取り込まれ、その後に、圧縮機１４への吸気の流入が行われる。圧縮機１４は、吸気を圧縮し、圧縮機１４内のブレードを回転させることによって加圧空気２０を生成する。圧縮機１４が吸気を圧縮すると、圧縮機１４が吸気にエネルギーを加え、それによって圧力および温度が上昇して、加圧空気２０が周囲空気よりも暖かく、より高圧になる。加圧空気２０は、１つまたは複数の燃料ノズル２２に排出することができ、燃料ノズル２２は、加圧空気２０と燃料２４（例えば、液体燃料および／または天然ガスなどの気体燃料）とを混合して、燃焼に適した混合気２６を生成する。図示する実施形態は空気１６を示しているが、吸入気体は、周囲空気、酸素、酸素富化空気、酸素還元空気、排気再循環ガス（ＥＧＲ）、またはこれらの任意の組み合わせを含むことができる。それにもかかわらず、以下の議論は、非限定的な例として周囲空気を参照する。システム１０に供給される燃料２４は、ガス（例えば、天然ガス、ＬＮＧ、ＬＰＧ、精製ガス、石炭ガス、水素ガス）、液体（例えば、ディーゼル、灯油、ナフサ、エタノール、メタノール、原油）、または任意の他の適切な燃料源を含んでもよい。
【００１４】
図示するように、加圧空気２０は燃料ノズル２２に入り、燃料２４と混合する。燃料ノズル２２は、空気燃料混合気２６を燃焼器２８内に導く。燃焼器２８は、混合気２６を点火して燃焼させ、燃焼生成物３０を生成する。燃焼生成物３０はガスタービン３２に導かれ、そこで燃焼生成物３０が膨張し、ガスタービン３２のブレードをシャフト３４の周りに駆動する。ガスタービン３２は、共通シャフト３４によって圧縮機１４に接続されている。圧縮機ベーンまたはブレードは、圧縮機１４の部品として含まれる。圧縮機１４内のブレードはシャフト３４に結合され、シャフト３４はガスタービン３２によって駆動される。シャフト３４は、いくつかの構成要素（例えば、圧縮機１４、ガスタービンシステム１２全体のガスタービン３２）に結合される。最終的には、燃焼生成物３０は排気ガス３８としてガスタービン３２から出て、排気ガス３８は排気出口４０を介してガスタービンシステム１２から出る。いくつかの実施形態では、排気ガス３８の一部を利用して負荷４２を駆動することができる。負荷４２は、発電機、ポンプ、シャフトにより駆動される他の機器などを含むことができる。他の実施形態では、排気ガス３８のすべてまたは残りの部分を蒸気サイクル４４に輸送することができる。蒸気サイクル４４は、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）４６、蒸気タービン４８、および／または凝縮器５０を含むことができる。図示するように、凝縮器５０は、ファン５２および１つもしくは複数のセンサ５４を含むことができる。蒸気サイクル４４の特定の構成は、ガスタービン１２と同様に、実装特有であってもよく、構成要素の任意の組み合わせを含んでもよい。
【００１５】
図示した実施形態におけるＨＲＳＧ４６の構成要素は、ＨＲＳＧ４６の簡略化された図であり、限定することを意図するものではない。むしろ、図示したＨＲＳＧ４６は、そのようなＨＲＳＧシステムの一般的な動作を伝えるために示されている。ガスタービン３２からの加熱排気ガス３８は、ＨＲＳＧ４６内に輸送され、蒸気タービン４８に動力を供給するために使用される蒸気を加熱するために使用することができる。蒸気タービン４８からの排気は、凝縮器５０に導くことができる。次に、凝縮器５０からの凝縮液は、凝縮液ポンプ（図２を参照）の助けを借りて、ＨＲＳＧ３２の低圧部に導くことができる。
【００１６】
本明細書で説明するように、蒸気サイクル４４の構成要素は、凝縮器５０のコントローラ５８によって使用されるセンサ５４の測定値に基づいて制御することができる。センサ５４は、流量センサ、音響波センサ、温度センサ、圧力センサ、湿度センサ、組成センサ、またはこれらの任意の組み合わせであってもよい。コントローラ５８はまた、圧縮機１４、ガスタービン３２、または他の構成要素などの、発電プラントシステム１０の他の構成要素の動作状態を測定するように構成された他のセンサによって出力されたデータを受信してもよい。コントローラ５８は、発電プラント１０の負荷が変化するにつれて、センサ５４によって出力されたデータを使用して、凝縮器５０の電力使用を調整する。ファンの電力使用量は、ロータ速度またはブレードピッチ角を変化させることによって変更することができる。
【００１７】
図２は、図１の発電プラント１０で使用される蒸気サイクル４４の一実施形態のブロック図である。上述したように、蒸気タービン４８からの排気は凝縮器５０に流れる。１つの凝縮器５０が示されているが、発電プラント１０は、１から１０００以上の凝縮器５０を含むことができることを理解されたい。蒸気タービン４８から出た排気ガス（例えば、蒸気）は、凝縮器５０の部品であるファン５２によって冷却される。排気ガス（例えば、蒸気）は、蒸気ヘッダー６０を介して凝縮器５０に入る。排気ガス（例えば、蒸気）がヘッダー６０を通って流れるとき、ファン５２は、冷却空気を複数の熱交換器管束６２にわたって移動させる。
【００１８】
管束６２内の蒸気は、液体形態（例えば、水）に戻り、凝縮器５０の底部に流れる。次いで、液体は凝縮液タンク６４に回収される。凝縮液ポンプ６６は、液体を再加熱するために液体をＨＲＳＧ４６に戻し、それによって蒸気サイクル４４の反復を完了する。図示するように、コントローラ５８は、凝縮器５０に結合されている。コントローラ５８は、凝縮器５０に通信可能に結合されるように示されているが、コントローラ５８は、圧縮機１４、燃焼器２８、ガスタービン３２、ＨＲＳＧ４６、蒸気タービン４８、またはこれらの任意の組み合わせを含むが、これらに限定されない、発電プラント１０の他の構成要素を制御することができる。それに加えて、またはそれに代えて、コントローラ５８は、プラント１０内の他のコントローラと協働することができる。例えば、ガスタービンサイクルおよび蒸気サイクル４４は、プラント１０を管理するために協働して動作する別々のコントローラを有することができる。
【００１９】
コントローラ５８は、メモリ６８およびプロセッサ７０を含む。メモリ６８は、プロセッサ７０上にロード可能かつ実行可能なプログラム命令、ならびにこれらのプログラムの実行中に生成されるデータを格納する。コントローラ５８の構成およびタイプに応じて、メモリ６８は、揮発性（ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）など）および／または不揮発性（読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリなど）であってもよい。メモリ６８は、磁気記憶装置、光ディスク、および／またはテープ記憶装置を含むが、これに限定されない、追加の取り外し可能な記憶装置および／または取り外し不可能な記憶装置を含んでもよい。ディスクドライブおよびそれらの関連するコンピュータ可読媒体は、コンピューティングデバイスのためのコンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、および他のデータの不揮発性記憶を提供することができる。いくつかの実装では、メモリ６８は、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、またはＲＯＭなどの複数の異なるタイプのメモリを含むことができる。メモリ６８は、有形の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を含む。上記のうちのいずれかの組み合わせもまた、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
【００２０】
蒸気サイクル４４および発電プラント１０全体に配置された１つまたは複数のセンサ５４は、データを出力することができる。コントローラ５８は、流量センサ、音響波センサ、温度センサ、圧力センサ、湿度センサ、組成センサ、またはこれらの任意の組み合わせを含むが、これらに限定されない、様々なセンサ５４によって出力されたデータを受信することができる。コントローラ５８はまた、圧縮機１４、ガスタービン３２、ＨＲＳＧ４６、蒸気タービン４８、または他の構成要素などの、発電プラントシステム１０の他の構成要素の動作状態を測定するように構成された他のセンサ５４によって出力されたデータを受信してもよい。
【００２１】
コントローラ５８は、発電プラント１０の負荷が変化するにつれて、センサ５４によって出力されたデータを使用して、凝縮器５０の電力使用を調整する。例えば、発電プラント１０が最大能力で運転されない場合は、発電プラント１０内の機器を運転するためにより少ない電力が使用される。凝縮器５０およびその部品、例えばファン５２などは、発電プラント１０が最大能力で運転されていない場合に蒸気タービン４８によって出力される蒸気を冷却するために最大能力未満で動作しない限り、エネルギーを無駄にする可能性があるが、それは、ガスタービンサイクルによって生成される熱が少ないために、部分負荷で蒸気タービン４８によって出力される蒸気が少なくなるからである。発電プラント１０が部分負荷で運転される場合には、管束６２を取り囲む周囲空気が十分な冷却以上を提供することができるので、より迅速に凝縮するように蒸気が低減される。
【００２２】
換言すれば、発電プラント１０が部分負荷で運転されているときには、発電プラント１０が最大能力で運転されているときよりも、ファン５２の電力要求が少ない。コントローラ５８は、発電プラント１０が部分負荷で運転されているときにはプラント１０によって使用されるエネルギーが低減されるように、発電プラント１０内のファン５２および他の機器によって使用される電力を調整する。
【００２３】
１つの非限定的な例では、コントローラ５８は、センサ入力を使用して、ファン５２が動作する速度（例えば、ファンモーターがどのくらいの電力を使用するか）を制御する。例えば、コントローラ５８は、ヘッダー６０を通る蒸気流量の少なくとも一部に基づいて、ファン５２が回転する速度を調整することができる。上述したように、凝縮液を生成するために蒸気の冷却がより少ない場合には、ファン５２はより遅い速度で回転することができるので、蒸気を冷却するために過剰なエネルギーが使用されない。別の非限定的な例では、コントローラ５８は、センサ入力を使用して、管束６２の特定の部分の蒸気流速、蒸気温度、および蒸気圧力に少なくとも部分的に基づいてファン速度を調整する。記載した例のいずれにおいても、ファンの速度は、可変周波数駆動を使用することによって調整することができる。別の非限定的な例では、コントローラ５８は、コントローラ５８によって受信されたセンサデータ入力に少なくとも部分的に基づいて、センサ入力を使用して、凝縮器５０の電力使用量を低減し、部分負荷状態での動作中の凝縮器の数を低減する。
【００２４】
別の非限定的な例では、コントローラ５８は、センサ入力を使用してファン５２のファンブレードピッチを調整して消費電力を低減する。例えば、コントローラ５８は、蒸気の流量、温度、および圧力に少なくとも部分的に基づいて、ファンブレードのピッチを調整することができる。例えば、ブレードピッチを大きくしてファンブレードの負荷を低減し、フィンチューブ式熱交換器への冷却流を減少させることができる。ブレードピッチを変更することで、発電プラントの部分負荷での冷却要求を低減することによって、ファン５２の電力使用を効果的に低減する。
【００２５】
コントローラ５８は、凝縮器モデル７２を使用するように構成することができる。凝縮器モデル７２は、センサ５４によって出力されたデータおよび経験的データに部分的に基づいて、ファン５２の動作を調整するために使用することができる。例えば、凝縮器モデル７２によって使用することができる経験的データは、周囲空気温度、周囲空気の相対パーセント湿度などの環境条件、および蒸気流の圧力、蒸気流の温度、蒸気流の速度などの凝縮条件を含むことができる。凝縮器モデル７２を使用して、管束６２およびファン５２の健全性を監視することができる。１つの非限定的な例では、凝縮器モデル７２は、堆積物（例えば、破片）がファン５２のブレード上に堆積するにつれて、ファンブレードへの周囲空気の流れを低減するために使用することができる。さらに、凝縮器モデル７２を使用して、経験的データの少なくとも一部に基づいて劣化シナリオを決定することができ、劣化シナリオは、動作状態および／またはパラメータに基づいて推定される劣化を示す。劣化シナリオを使用して、蒸気サイクル、ガスタービンサイクル、凝縮器５０の将来の動作を調整し、凝縮器５０の保守スケジュールを生成し、凝縮器５０を再生することに関連する資本評価を生成することなどができる。例えば、コントローラ５８は、劣化シナリオおよび環境条件、流体の流れ（例えば、蒸気流）、または他の条件に関するデータを使用して、凝縮器５０、圧縮機１４、燃焼器２８、ガスタービン３２、ＨＲＳＧ４６、蒸気タービン４８、またはこれらの任意の組み合わせの構成要素の動作を調整することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ５８は、劣化シナリオを使用して、特定の部品（例えばファンブレード）の動作を調整し、センサ５４によって受信されたデータ（例えば、蒸気流量）に部分的に基づいて部品の劣化を低減することができる。
【００２６】
凝縮器モデル７２を使用して、凝縮液が管束６２および凝縮器５０の他の部品を通って移動する際に生じるファウリングに基づいてファン５２の動作を調整することができる。凝縮器モデル７２は、しきい値係数に基づいてファン５２の動作を調整するために使用されてもよい。しきい値係数は、ガスタービン３２のオンライン時間、ガスタービン３２の所望の排出レベル、凝縮器５０のファンブレード上の適切な堆積レベル、管束６２に関連するファウリング係数計算、または他の動作パラメータを考慮することができる。
【００２７】
一実施形態では、ニューヨーク州スケネクタディのゼネラルエレクトリック社から入手可能なＰＲＥＤＩＸ（商標）は、リアルタイムで広範囲の制御環境の実施に使用するためのプラットフォームとして使用され、凝縮器、ファン、または他の機器の集合を制御された決定論的な方法で安全かつ確実に展開、管理、アップグレード、および廃棄することができる。
【００２８】
図３は、蒸気サイクル４４で使用される凝縮器５０の一実施形態の概略図である。蒸気は、凝縮器５０の上部に配置された供給パイプまたはヘッダー６０を介して凝縮器５０に供給される。次いで、蒸気は、一連の熱交換管６２内の凝縮器５０の熱交換器部分５１を通って下降する。熱交換器５１を形成する管束６２は、図示するようにほぼＡ字形の構成で配置されてもよいし、または他の適切な構成で配置されてもよい。管６２および管６２上のフィンを有する１つの可能な熱交換器構成を示すために、熱交換器部分５１の一部を拡大して切り取った図を示してある。しかしながら、熱交換器５１内に他の管およびフィン構成を使用することも可能である。いずれにしても、フィンは周囲空気に曝され、広い表面積を有するヒートシンクを形成する。フィンは、管束６２を通って流れる蒸気内の熱を散逸させる。蒸気が管６２の内部を流れ落ちるにつれて、蒸気は管６２の外面上に引き込まれた周囲空気の冷却効果により凝縮する。Ａ字型フレームワークの底部に位置するファン５２は、フィン付き管６２によって形成された熱交換器５１を通って周囲空気を引き込むように動作する。凝縮液は、凝縮液タンク（図２に示す）内に排出されて、その後に図１に示すＨＲＳＧ４６にポンプで戻される。
【００２９】
モーター５３はファン５２のブレードを駆動または回転させ、ファン５２のブレードは、管６２上に配置されたフィンを横切って周囲空気を引き込む。周囲空気が管６２のフィンを横切って通過すると、空気が熱を吸収し、それによって管６２を流れる蒸気から熱を取り除く。この熱伝達動作は、蒸気を液体形態（例えば、水）に戻し、その液体は凝縮器５０の底部に回収される。
【００３０】
一般的に言えば、コントローラ５８は、現在の負荷要求および環境条件に基づいて、ファン駆動型凝縮器５０を動作させて、任意の特定の時間に凝縮器のすべてまたは凝縮器５０の総数の一部を動作させることができる。プラントまたは蒸気サイクル内の凝縮器５０の実際の動作は、いくつかの方法で変更または制御することができ、その方法には、各凝縮器５０内のファン５２の速度を制御すること、ファンブレードのピッチを調整すること、凝縮器モデル７２を使用して管束６２およびファン５２の健全性を監視すること、ならびに／または凝縮器５０の全数よりも少ない数を使用することが含まれる。
【００３１】
図４は、凝縮器５０の様々なファンブレードの空気流プロファイルを示すプロットである。上述したように、凝縮器モデル７２は、管束６２およびファン５２の健全性を監視するために使用することができる。１つの非限定的な例では、凝縮器モデル７２は、堆積物がファン５２のブレード上に堆積するにつれて、堆積物（例えば、破片）による周囲空気の減少した流れをファンブレードに反映させることができる。以下に示すプロットでは、線８０、８２は比較的清浄な状態のファンブレードに関連する空気流プロファイルを示している。線８４、８６は、動作による比較的汚れた状態のファンブレードに関連する空気流プロファイルを示す。図示するように、凝縮器５０のファンブレード上に堆積物が堆積した後に、空気流が減少する。様々なファンブレードの空気流プロファイルは、凝縮器モデル７２によって生成され、堆積物による部分負荷（例えば、より低い能力）で運転されるファン５２に適応するように堆積物が堆積するにつれて、凝縮器の周囲の空気流を調整するために使用することができる。例えば、ファン５２が比較的汚れている場合には、ファン５２を横切る流れが堆積によって既に減少しているので、比較的清浄なファン５２の場合よりも、減速量が少なくてもよい。
【００３２】
図５は、一実施形態による、凝縮器５０の１つまたは複数の動作パラメータを調整するための例示的な方法の詳細を示す流れ図である。方法１００は、凝縮器５０または発電プラント１０の他の構成要素の動作パラメータを測定するように構成されたセンサからデータを受信するステップ（ブロック１０２）を含むことができる。方法１００は、蒸気ヘッダー６０を通る蒸気の流量を決定するステップ（ブロック１０４）を含むことができる。方法１００は、蒸気の流量がしきい値内にあるかどうかを算出するステップ（ブロック１０６）を含むことができる。方法１００は、蒸気の流量がしきい値内にない場合に、蒸気の流量に少なくとも部分的に基づいて、ファン５２の１つまたは複数の動作パラメータを調整するステップ（ブロック１０８）を含むことができる。方法１００は、蒸気の流量がしきい値内にある場合に、蒸気流量を含む、発電プラントの動作パラメータ（例えば、最後の洗浄後のオンライン時間、空気の品質など）の監視を継続するステップ（線１１０）を含むことができる。
【００３３】
本明細書に記載した様々な命令、方法、および技術は、１つまたは複数のコンピュータまたは他のデバイスによって実行されるプログラムモジュールなどのコンピュータ実行可能命令の一般的な文脈で考慮することができる。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行する、または特定の抽象データ型を実現するための、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含むことができる。これらのプログラムモジュールなどは、仮想マシンまたは他のジャストインタイムコンパイル実行環境などで、ネイティブコードとして実行されてもよいし、またはダウンロードされて実行されてもよい。プログラムモジュールの機能は、様々な実施形態において所望されるように組み合わせられ、または分散されてもよい。これらのモジュールおよび技術の実装は、コンピュータ可読記憶媒体の何らかの形態で格納されてもよい。
【００３４】
図１〜図３に示す例示的なシステムは、例としてのみ提供されている。多数の他の動作環境、システムアーキテクチャ、およびデバイス構成が可能である。したがって、本開示の実施形態は、特定の動作環境、システムアーキテクチャ、またはデバイス構成に限定されると解釈するべきではない。
【００３５】
本発明の技術的効果は、負荷に部分的に基づいて発電プラント内の機器（例えば、凝縮器）の動作を調整することに部分的に基づいて、発電プラントの効率を改善するためのシステムおよび方法を含む。コントローラは、発電プラントの負荷が変化するにつれて、センサによって出力されたデータを使用して、凝縮器の電力使用を調整する。プラントまたは蒸気サイクル内の凝縮器の実際の動作は、いくつかの方法で変更または制御することができ、その方法には、各凝縮器内のファンの速度を制御すること、ファンブレードのピッチを調整すること、凝縮器モデルを使用して管束およびファンの健全性を監視すること、ならびに／または凝縮器の全数よりも少ない数を使用することが含まれる。
【００３６】
この明細書は、ベストモードを含めて本発明を開示するために、ならびに、任意の装置またはシステムの製作および使用、採用された任意の方法の実施を含めて当業者が本発明を実践することも可能にするために例示を用いている。本発明の特許され得る範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が特許請求の範囲の字義通りの文言と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが特許請求の範囲の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
蒸気サイクルシステム（４４）であって、
排気ガス（３８）を受け取るように構成された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）（４６）と、
前記ＨＲＳＧ（４６）に流体結合され、前記ＨＲＳＧ（４６）によって生成された第１の蒸気流を受け取るように構成された蒸気タービン（４８）と、
前記蒸気タービン（４８）によって出力された第２の蒸気流を凝縮するように構成され、複数の熱交換器管（６２）と、ファン（５２）と、蒸気回収ヘッダー（６０）と、を含む凝縮器（５０）と、
前記蒸気流の１つまたは複数の特性を測定するように構成された１つまたは複数のセンサ（５４）と、
前記１つまたは複数のセンサ（５４）に通信可能に結合された閉ループコントローラ（５８）と、を含み、前記コントローラ（５８）は、
前記１つまたは複数のセンサ（５４）からデータを受信し、
前記１つまたは複数のセンサ（５４）を使用して前記蒸気ヘッダー（６０）を通る前記第２の蒸気流の流量を決定し、前記蒸気の前記流量がしきい値内にあるかどうかを算出し、
前記蒸気の前記流量に少なくとも部分的に基づいて、前記ファン（５２）の１つまたは複数の動作パラメータを調整するように構成される、蒸気サイクルシステム（４４）。
［実施態様２］
前記１つまたは複数のセンサ（５４）は、前記第２の蒸気流の速度、温度、または圧力を測定するように構成される、実施態様１に記載のシステム（４４）。
［実施態様３］
前記センサ（５４）は流量センサを含む、実施態様１に記載のシステム（４４）。
［実施態様４］
前記ファン（５２）の前記１つまたは複数の動作パラメータを調整することは、１つまたは複数のファンブレードのピッチ角を調整することを含む、実施態様１に記載のシステム（４４）。
［実施態様５］
前記ファン（５２）の前記１つまたは複数の動作パラメータを調整することは、前記ファン（５２）の前記速度を調整することによって前記ファン（５２）の消費電力を低減することを含む、実施態様１に記載のシステム（４４）。
［実施態様６］
前記コントローラ（５８）は、前記１つまたは複数のセンサ（５４）からデータを受信し、凝縮器モデル（７２）を利用して前記複数の熱交換器管（６２）および前記ファン（５２）の健全性を監視するように構成される、実施態様１に記載のシステム（４４）。
［実施態様７］
前記コントローラ（５８）は、前記凝縮器モデル（７２）を使用して、前記ファンブレード上に堆積物が堆積するにつれて前記ファンブレードへの周囲空気（１６）の流れを低減するように構成される、実施態様６に記載のシステム（４４）。
［実施態様８］
前記コントローラ（５８）は、前記凝縮器モデル（７２）を使用して、経験的システムデータに少なくとも部分的に基づいて前記ファンブレードの劣化シナリオを決定するように構成される、実施態様７に記載のシステム（４４）。
［実施態様９］
前記経験的システムデータは、周囲空気温度、前記周囲空気（１６）の湿度のパーセンテージ、および洗浄水の水圧を含む、実施態様８に記載のシステム（４４）。
［実施態様１０］
前記コントローラ（５８）は、前記凝縮器モデル（７２）を使用して、経験的システムデータに少なくとも部分的に基づいて前記蒸気サイクル（４４）の劣化シナリオを決定するように構成される、実施態様６に記載のシステム（４４）。
［実施態様１１］
前記コントローラ（５８）は、前記凝縮器モデル（７２）を使用して、経験的システムデータに少なくとも部分的に基づいてガスタービン（３２）の劣化シナリオを決定するように構成される、実施態様６に記載のシステム（４４）。
［実施態様１２］
前記しきい値は、ガスタービン（３２）の負荷（４２）に部分的に基づく、実施態様１に記載のシステム（４４）。
［実施態様１３］
前記しきい値は、設定された排出レベルに部分的に基づく、実施態様１に記載のシステム（４４）。
［実施態様１４］
システムであって、
ガスタービンエンジン（３２）と、
蒸気サイクル（４４）であって、
排気ガス（３８）を受け取るように構成された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）（４６）と、
前記ＨＲＳＧ（４６）に流体結合され、前記ＨＲＳＧ（４６）によって生成された第１の蒸気流を受け取るように構成された蒸気タービン（４８）と、
前記蒸気タービン（４８）によって出力された第２の蒸気流を凝縮するように構成され、複数の熱交換器管（６２）と、ファン（５２）と、蒸気回収ヘッダー（６０）と、を含む凝縮器（５０）と、
前記蒸気流の１つまたは複数の特性を測定するように構成された１つまたは複数のセンサ（５４）と、を含む蒸気サイクル（４４）と、
前記１つまたは複数のセンサ（５４）に通信可能に結合された閉ループコントローラ（５８）と、を含み、前記コントローラ（５８）は、
前記１つまたは複数のセンサ（５４）からデータを受信し、
前記１つまたは複数のセンサ（５４）を使用して前記蒸気ヘッダー（６０）を通る前記第２の蒸気流の流量を決定し、
前記蒸気の前記流量がしきい値内にあるかどうかを算出し、
前記蒸気の前記流量に少なくとも部分的に基づいて、前記ファン（５２）の１つまたは複数の動作パラメータを調整するように構成される、システム。
［実施態様１５］
前記１つまたは複数のセンサ（５４）は、前記蒸気流の速度、温度、または圧力を測定するように構成される、実施態様１２に記載のシステム。
［実施態様１６］
前記ファン（５２）の前記１つまたは複数の動作パラメータを調整することは、１つまたは複数のファンブレードのピッチ角を調整することを含む、実施態様１２に記載のシステム。
［実施態様１７］
コンピュータ命令を格納する有形の非一時的なコンピュータ可読媒体であって、プロセッサ（７０）によって実行された場合に、前記コンピュータ命令は、
１つまたは複数のセンサ（５４）からのデータをコントローラ（５８）を介して受信し、
前記１つまたは複数のセンサ（５４）を用いて複合サイクル発電プラント（１０）に配置された凝縮器（５０）に結合された蒸気ヘッダー（６０）を通る蒸気の流量を決定し、
前記蒸気の前記流量がしきい値内にあるかどうかを算出し、
前記蒸気の前記流量に少なくとも部分的に基づいて、前記ファン（５２）の１つまたは複数の動作パラメータを調整するように構成される、コンピュータ可読媒体。
［実施態様１８］
１つまたは複数のファンブレードのピッチ角を調整することによって、前記ファン（５２）の前記１つまたは複数の動作パラメータを調整するように構成された、実施態様１７に記載のコンピュータ可読媒体。
［実施態様１９］
経験的システムデータに少なくとも部分的に基づいて劣化シナリオを決定するように構成された、実施態様１７に記載のコンピュータ可読媒体。
［実施態様２０］
凝縮器モデル（７２）を使用して、前記複数の熱交換器管（６２）および前記ファン（５２）の健全性を監視するように構成された、実施態様１７に記載のコンピュータ可読媒体。
【符号の説明】
【００３７】
１０  発電プラント、発電プラントシステム
１２  ガスタービンシステム、ガスタービン
１４  圧縮機
１６  周囲空気
１８  吸気口
２０  加圧空気
２２  燃料ノズル
２４  燃料
２６  空気燃料混合気
２８  燃焼器
３０  燃焼生成物
３２  ガスタービン
３４  シャフト
３８  加熱排気ガス
４０  排気出口
４２  負荷
４４  蒸気サイクル
４６  ＨＲＳＧ
４８  蒸気タービン
５０  凝縮器
５１  熱交換器、熱交換器部分
５２  ファン
５３  モーター
５４  センサ
５８  コントローラ
６０  蒸気ヘッダー
６２  熱交換器管束、熱交換管
６４  凝縮液タンク
６６  凝縮液ポンプ
６８  メモリ
７０  プロセッサ
７２  凝縮器モデル
８０  線
８４  線
８６  線
１００  方法
１０２  ブロック
１０４  ブロック
１０６  ブロック
１０８  ブロック
１１０  線
【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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【外国語明細書】
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