(57)【要約】【課題】ガスタービンアセンブリが部分負荷で運転しているとき、空燃比をほぼ一定に維持し、ひいては、燃焼火炎温度を、エミッションが許容限界よりも低く支持されるような水準に制御する。【解決手段】本発明は、圧縮機１１０と、燃焼器１２０と、ガスタービン１３０とを備えるガスタービンアセンブリを運転する方法において、ガスタービンアセンブリのベース負荷に関して部分負荷でガスタービンアセンブリを運転するステップと、圧縮機１１０から吹出し空気の一部をバイパスさせるステップと、吹出し空気の一部を排ガスダクト１６０へ導入するステップとを含む、ガスタービンアセンブリを運転する方法に関する。【選択図】図１
2015137650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、燃焼器と、ガスタービンとを備えるガスタービンアセンブリを運転する方法において、
該ガスタービンアセンブリのベース負荷に関して部分負荷で前記ガスタービンアセンブリを運転するステップと、
前記圧縮機から吹出し空気の一部をバイパスさせるステップと、
前記吹出し空気の一部を排ガスダクトへ導入し、前記吹出し空気の一部を、軸受ストラットハウジング、軸受ストラット、ディフューザケーシング、周方向ループ分配器またはディフューザストラットを通じて供給するステップと、を含むことを特徴とする、ガスタービンアセンブリを運転する方法。
【請求項２】
前記吹出し空気の一部を、端部ディスクロータボア供給部を通じて導入する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ガスタービンアセンブリは、前記ガスタービンの下流に接続された排熱回収ボイラをさらに備え、導入するステップがさらに、前記吹出し空気の一部を前記排熱回収ボイラの後の排ガスダクトに導入することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記方法はさらに、前記吹出し空気の一部の質量流量を制御弁によって調節することを含む、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
ガスタービンアセンブリであって、
吸気を圧縮する圧縮機と、
燃料ガスを圧縮された前記吸気とともに燃焼させて排ガスを形成する燃焼器と、
前記排ガスを膨張させて負荷を駆動するガスタービンであって、排ガスダクトを有するガスタービンと、
前記圧縮機の吹出し箇所から前記ガスタービンの後の排ガスダクトへ通じたバイパスラインと、を備え、前記吹出し空気の一部は、軸受ストラットハウジング、軸受ストラット、ディフューザケーシング、周方向ループ分配器および／またはディフューザストラットを通じて供給されることを特徴とする、ガスタービンアセンブリ。
【請求項６】
前記ガスタービンアセンブリは、前記ガスタービンの下流に接続された排熱回収ボイラをさらに備え、前記バイパスラインが、前記圧縮機の吹出し箇所から前記排熱回収ボイラの後の排ガスダクトに通じていることを含む、請求項５記載のガスタービンアセンブリ。
【請求項７】
前記ガスタービンは、排出ディフューザをさらに備え、前記ガスタービンに端部ディスクロータボアが配置されており、前記バイパスラインが、前記排出ダクトへ方向付けられるように、前記圧縮機の吹出し箇所から前記端部ディスクロータボアを通じて前記排出ディフューザのストラットへ通じている、請求項５または６記載のガスタービンアセンブリ。
【請求項８】
前記ガスタービンは、排ガスハウジングケーシングを備え、前記バイパスラインは、前記圧縮機の吹出し箇所から、前記排ガスダクト内へ方向付けられるように、前記排ガスハウジングケーシングを通じた周方向供給によって前記排出ディフューザのストラットへ通じている、請求項５から７までのいずれか１項記載のガスタービンアセンブリ。
【請求項９】
前記吹出し空気の質量流量を調節するために、前記バイパスラインに制御弁が配置されている、請求項５から８までのいずれか１項記載のガスタービンアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンおよび関連するコンバインドサイクル発電プラントの技術分野に関する。本発明の特定の態様は、新規開発および改装用途の両方に適用可能な、比較的単純な手段によるガスタービンのターンダウン比の拡張である。
【背景技術】
【０００２】
従来のガスタービンには、通常、圧縮機質量流量を制御し、ひいては燃焼プロセスの空燃比を広い運転範囲にわたってほぼ一定水準に維持するために可変ガイドベーン（ＶＧＶ）が具備されている。この手段により、ＶＧＶが閉鎖位置に達するまでガスタービンのエミッションを有効に制御することができる。通常３０〜５０％の相対負荷あたりで生じるこの特定の運転点よりも低いところでは、一酸化炭素（ＣＯ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出は急速に増大し始め、許容水準を超えてしまう。したがって、定常状態運転は、この運転範囲に限定されるか、ＣＯまたはＮＯｘ触媒の設置を必要とする。
【０００３】
発電機に作動上接続されたタービンエンジン用の冷却システムが、欧州特許第２５３１７０９号明細書に提案されている。この場合、前記システムは、タービンエンジンの燃焼器セクションと接続され、かつタービンエンジンのタービンセクションと接続された抽気ラインと、抽気ラインを通る流れを制御するための流れ制御装置と、運転負荷がタービンエンジンのベース負荷よりも低いときに抽気を抽気ラインに流過させてタービンセクションに冷却空気を提供するために流れ制御装置を作動させるための制御装置と、を備えており、タービンセクション用の実質的に全ての冷却空気は、タービンエンジンの圧縮機セクションから出てくる圧縮機出口空気から得られる。
【０００４】
冷却媒体を有する内燃機関の燃焼排ガスを冷却するための排ガス冷却器が、国際公開第２０１２／１４３４６２号に提案されている。この場合、排ガス冷却器は、高温の燃焼排ガスを排ガス冷却器へ導入するための排ガス入口を有する。さらに、排ガス冷却器は、冷却された燃焼排ガスを排ガス冷却器から送り出すための排ガス出口を有し、排ガス出口は排ガス入口に流体通流可能に接続されている。さらに、排ガス冷却器は、排ガス冷却器を内燃機関の少なくとも１つの冷却剤出口に流体通流可能に接続するための少なくとも１つの冷却剤入口を有する。さらに、排ガス冷却器は、水回収アダプタを流体通流可能に接続するためのインターフェースを有しており、このインターフェースは、排ガス冷却器から冷却剤を搬出するように設計されている。
【０００５】
ガスタービンと、煙道ガス排出段と、吹出し弁アセンブリとを有する発電システム用の制御システムが、欧州特許出願公開第２５５９８６２号明細書に提案されている。この場合、吹出し弁アセンブリは、圧縮機と煙道ガス排出段との間に流体通流を選択的に提供する。この開示は、ガスタービンの突然の負荷減少に応答して流体通流を提供するために吹出しアセンブリに信号を供給するように構成および適応された制御装置を含む制御システムを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許第２５３１７０９号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１２／１４３４６２号
【特許文献３】欧州特許出願公開第２５５９８６２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、ガスタービンアセンブリの冷却システムの構造的な適応をなさずに、ガスタービンアセンブリが部分負荷で運転しているときに、空燃比をほぼ一定に維持することができ、これにより、燃焼火炎温度を、エミッションが許容限界よりも低く維持されるような水準に制御することができる、ガスタービンアセンブリを運転する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、圧縮機と、燃焼器と、ガスタービンとを備えるガスタービンアセンブリを運転する方法であって、ガスタービンアセンブリのベース負荷に関して部分負荷でガスタービンアセンブリを運転するステップと、圧縮機から吹出し空気の一部をバイパスさせるステップと、吹出し空気の一部をガスタービンの後の排ガスダクトへ導入するステップと、を含む方法によって達成される。
【０００９】
本発明の実施の形態の一例によれば、ガスタービンアセンブリは、ガスタービンの下流に接続された排熱回収ボイラをさらに備え、導入するステップがさらに、吹出し空気の一部を排熱回収ボイラの後の排ガスダクトへ導入することを含む。
【００１０】
本発明の実施の形態の一例によれば、ガスタービンは、排出ディフューザをさらに備え、ガスタービンに端部ディスクロータボアが配置されており、導入するステップはさらに、排ガスダクト内へ方向付けられるように、吹出し空気の一部を、端部ディスクロータボアを通じて排出ディフューザのストラットへ導入することを含む。
【００１１】
本発明の実施の形態の一例によれば、ガスタービンは、排ガスハウジングケーシングをさらに備え、導入するステップはさらに、排ガスダクト内へ方向付けられるように、吹出し空気の一部を、排ガスハウジングケーシングを通じた周方向供給によって排出ディフューザのストラットへ導入することを含む。
【００１２】
本発明の実施の形態の一例によれば、方法はさらに、制御弁によって吹出し空気の一部の質量流量を調節することを含む。
【００１３】
この課題は、ガスタービンアセンブリであって、吸気の圧縮用の圧縮機と、燃料ガスを圧縮された吸気とともに燃焼させて排ガスを形成する燃焼器と、排ガスを膨張させて負荷を駆動するガスタービンであって、排ガスダクトを有するガスタービンと、圧縮機の吹出し箇所からガスタービンの後の排ガスダクトへ通じたバイパスラインと、を備えるガスタービンアセンブリによって達成される。
【００１４】
本発明の実施の形態の一例によれば、ガスタービンアセンブリは、ガスタービンの下流に接続された排熱回収ボイラをさらに備え、バイパスラインが、圧縮機の吹出し箇所から排熱回収ボイラの後の排ガスダクトに通じている。
【００１５】
本発明の実施の形態の一例によれば、ガスタービンは、排出ディフューザをさらに備え、ガスタービンに端部ディスクロータボアが配置されており、バイパスラインが、排ガスダクト内へ方向付けられるように、圧縮機の吹出し箇所から端部ディスクロータボアを介して排出ディフューザのストラットへ直接に通じていることを含む。
【００１６】
本発明の実施の形態の一例によれば、ガスタービンは、排ガスハウジングケーシングを備え、バイパスラインは、圧縮機の吹出し箇所から、排ガスダクト内へ方向付けられるように、排ガスハウジングケーシングを通じた周方向供給によって排出ディフューザのストラット内へ通じている。
【００１７】
本発明の実施の形態の一例によれば、吹出し空気の質量流量を調節するためにバイパスラインに制御弁が配置されている。
【００１８】
ガスタービンアセンブリが部分負荷で運転しているとき、空燃比をほぼ一定に維持し、ひいては、燃焼火炎温度を、エミッションが許容限界よりも低く維持されるような水準に制御することができる。
【００１９】
本発明の課題、利点およびその他の特徴は、添付の図面に関連した、例示目的のみで提供された本発明の好適な実施の形態の以下の非制限的な説明を読むことによりさらに明らかになるであろう。複数の図面を通じて同じ参照符号が同じ要素を指すために使用されることもある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態の一例によるガスタービンアセンブリの概略図である。
【図２】本発明の実施の形態の一例による別のガスタービンアセンブリの概略図である。
【図３】図１および図２に示された排ガスダクトの一例を示す断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａに沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態の一例によるガスタービンアセンブリの概略的な例を示している。ガスタービンアセンブリは、吸気１０２を圧縮する圧縮機１１０と、燃料ガス（図示せず）を圧縮された吸気１０２とともに燃焼させて排ガスを形成する、流体通流可能に接続された燃焼器１２０と、排ガスを膨張させて負荷（図示せず）を駆動する、流体通流可能に接続されたガスタービン１３０と、を含む。排ガスを搬送するために、ガスタービン１３０の下流に排ガスダクト１６０が形成されている。幾つかの用途では、ガスタービンアセンブリは、さらに、タービン１３０から排出された排ガスの少なくとも一部を回収するためにガスタービン１３０の下流に流体通流可能に接続された排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）１４０を備えてよい。この場合、排ガスダクト１６０はＨＲＳＧ１４０を通って延びている。ＨＲＳＧ１４０の下流の排ガスダクトの部分もまた、排ガスダクト１７０と呼んでよい。図１に示されたガスタービンアセンブリは単に一例であり、ガスタービンアセンブリは、高圧タービンと、低圧タービンと、その他の必要な構成部材とを備える２段燃焼構成に具体化されていてよいことに留意すべきである。従来の構成としては、ガスタービンアセンブリ１０は、圧縮段における圧縮された空気の圧力を減じるために吹出しシステム（図示せず）を有する。
【００２２】
上述のように、ガスタービンアセンブリがガスタービンアセンブリのベース負荷に関して部分負荷、例えば３０％〜５０％の相対負荷で運転されているとき、一酸化炭素（ＣＯ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）のエミッションは急速に上昇し始め、許容水準を超えてしまう。このような問題に対処する場合、ガスタービンの吹出しシステムが利用される。図１に示したように、ガスタービンアセンブリは、圧縮機１１０からの吹出し空気の一部をバイパスし、吹出し空気の一部をガスタービン１３０の後の排ガスダクト１６０へ導入するために、圧縮機１１０の吹出し点からガスタービン１３０の後の排ガスダクト１６０へ通じたバイパスライン１５０を有する。この手段は、空燃比をほぼ一定に維持し、ひいては、燃焼火炎温度を、エミッションが許容限界よりも低く維持されるような水準に制御することを可能にする。冷却空気システムの構造的な適応を要求する他の解決手段とは異なり、本発明は、既存の冷却空気分配設備を採用し、したがって、新規開発および改装用途の両方に適用可能である。
【００２３】
実施の形態の一例として、吹出し空気の質量流量を調節するためにバイパスライン１５０に制御弁１５２が配置されている。
【００２４】
択一的な構成として、図２に示しように、バイパスライン１５０は、圧縮機１１０の吹出し点から、排熱回収ボイラ１４０の後の排ガスダクト１７０へ通じていてよい。この構造は、ＨＲＳＧ１４０を備えたコンバインドサイクル発電プラントのための改装配列を容易にする。この場合、バイパスライン１５０は、吹出し空気の一部をＨＲＳＧ１４０の後の排ガスダクト１７０へ導入するために使用される。同様に、吹出し空気の質量流量を調節するためにバイパスライン１５０に制御弁１５２が配置されている。
【００２５】
バイパスライン１５０のバイパス機能を達成するために、多くの異なる従来の構造が使用されてもよい。実施の形態の一例（図示せず）によれば、ガスタービン１３０は、排出ディフューザを有しており、端部ディスクロータボア（図示せず）がガスタービン１３０に配置されており、バイパスライン１５０は、吹出し空気の一部を、排ガスダクト１６０へ方向付けられるように、排出ディフューザのストラットにおける端部ディスクロータボア供給部内へ導入するために使用されてよい。排出ディフューザの例は、欧州特許出願公開第２５９４７４１号明細書および欧州特許出願公開第１９２１２７８号明細書などの、本発明と同じ譲受人の従来の特許文献が参照されてよい。
【００２６】
別の実施の形態の例（図示せず）として、ガスタービン１３０は、排ガスハウジングケーシング（外部ディフューザケーシング；以下で説明する）を有してよい。バイパスライン１５０は、排ガスダクト１６０へ方向付けられるために、排ガスハウジングケーシングを通じた周方向供給（以下で説明する）を介して排出ディフューザのストラット内へ吹出し空気の一部を導入するために使用されてよい。排ガスハウジングケーシングの例は、米国特許出願公開第２０１３／０１４２６３１号明細書などの、本発明と同じ譲受人の従来の特許文献が参照されてよい。
【００２７】
図３は、軸受ストラットハウジング２０５と、ディフューザ２１０（排出ディフューザ／排ガスディフューザ）とを備える、図１の排ガスダクト１６０を示している。ガスタービン１３０の最後の部分も示されている。
【００２８】
軸受ストラットハウジング２０５は、タービン側の軸受を所定の位置に保持することができるストラット２０６を有する。これらのストラットは、通常、高いタービン出口温度（５４０℃よりも高い）を有するガスタービンのための内部冷却を有する。同様に、排ガスハウジングは、缶型ストラット２１２のように、内部冷却通路を有することができる内側および外側のライナ（外側ディフューザケーシング２１６および内側ディフューザケーシング２２０）を有するディフューザケーシングを有する。この形式における既存の内部冷却通路を使用することは、この通路が通っている部材の冷却を高めることができ、これは、特に排ガス温度が増大する場合に部分負荷において有効であり得る。同様に、吹出し空気は、排ガス温度自体を減じることを助けることができる。吹出し空気用の複数の出口箇所は、排ガス２３０との吹出し空気の混合を高めることができるので好ましい。
【００２９】
ディフューザ２１０は、選択的な周方向ループ分配器２１４（周方向供給）、外側ディフューザケーシング２１６、および内側ディフューザケーシング２２０とともに、軸受ストラット２０６およびストラット２１２などのストラットを有する。内側ディフューザケーシング２２０は、ディフューザの内側限界を画定しており、軸受（図示せず）をも収容することができる。
【００３０】
周方向ループ分配器２１４は、管を通じて、ディフューザ２０１の周囲に沿って配置された複数の出口穴に通じている。これにより、吹出し空気は、単独の直接供給と比較して排ガス２３０へより均一に混合される。
【００３１】
図４は、図３の線Ａ−Ａに沿った断面図を示している。複数のストラット２０６、この場合は４つのストラット２０６が軸受ストラットハウジング２０５の周囲にわたって配置されているが、その他の数のストラットも可能である。ストラット２１２も、同様の形式で配置することができるが、通常は１つのみが設けられている。ストラット２１２は、タービン軸受へのアクセスのためのアクセス箇所（マンホール）を有してよい。
【００３２】
バイパスライン１５０に沿ってバイパスさせられた吹出し空気は、排ガスダクト１６０において主タービン排ガス流に混合される。以下に示すように、吹出し空気を排ガス流２３０へ供給（方向付ける）ための複数の供給位置が可能である。供給位置のうちの１つが単独で使用されても、そのうちの２つ以上の組合せが使用されてもよい。
【００３３】
（排ガス流に関して）ディフューザの上端部に３つのタイプの供給位置が設けられている。これらは、既存の端部ディスクロータボア供給部２４０の一部を使用することができる：
１．ガスタービン１３０の直後の主タービン排ガス流２３０への軸受ストラットハウジング２０５を通る供給２５０
２．軸受ストラット２０６を通る供給２５２
３．軸受ストラット２０６および内側ディフューザケーシング２２０、好適には平滑端部２２１を通る供給２５４。
【００３４】
（排ガス流に関して）ディフューザの下端部に３つの他のタイプの供給位置が設けられている。
４．軸受ストラット２１２を通る供給２５６
５．ストラット２１２および内側ディフューザハウジング２２０、好適には平滑端部２２１を通る供給２５８
６．周方向ループ分配器２１４を通る供給２６０
７．外側ディフューザケーシング（図示されていない外側ディフューザケーシングにおける通路）からの主タービン排ガス流２３０への供給。
【００３５】
全てのこれらの供給は、その他の既存の冷却管を通じて供給することを含んでよい。例えば、冷却管は、外側ディフューザケーシング内に含まれていてよく、冷却管は、特に供給２５６，２５８，２６０および２６２のために使用されてよい。
【００３６】
内側ディフューザケーシング２２０からの供給２５４および２５８は、内側ディフューザケーシング２２０の平滑端部２２１から出ることができる。ここで排出流に進入する吹出し空気は、ディフューザ性能を高めることができる。
【００３７】
上述の排ガスダクト１６０は、図２の実施の形態に示された排熱回収ボイラの後の排ガスダクト１７０として使用されてもよい。
【００３８】
本発明は、限定された数の実施の形態のみに関連して詳しく説明されているが、発明はこのような開示された実施の形態に限定されないことが容易に理解されるべきである。むしろ、発明は、これまでに説明されていないが、発明の思想および範囲と一致するあらゆる数の変化、変更、代用または均等配列を含むように修正することができる。加えて、発明の様々な実施の形態が説明されているが、発明の複数の態様は、説明された実施の形態のうちの幾つかのみを含んでいてもよいことが理解されるべきである。したがって、発明は、前記説明によって限定されるのではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定されるということが分かる。
【符号の説明】
【００３９】
１０  ガスタービンアセンブリ
１０２  吸気
１１０  圧縮機
１２０  燃焼器
１３０  ガスタービン
１４０  排熱回収ボイラ
１５０  バイパスライン
１５２  制御弁
１６０  排ガスダクト
１７０  排ガスダクト
２０５  軸受ストラットハウジング
２０６  軸受ストラット
２１０  ディフューザ（排出ディフューザ／排ガスディフューザ）
２１２  ディフューザストラット
２１４  周方向ループ分配器（周方向供給）
２１６  外側ディフューザケーシング（排ガスハウジングケーシング）
２２０  内側ディフューザケーシング（軸受ケーシング）
２２１  平滑端部
２３０  主タービン排ガス流
２４０  端部ディスクロータボア供給部
２５０  供給通路
２５２  供給通路
２５４  供給通路
２５６  供給通路
２５８  供給通路
２６０  供給通路
２６２  供給通路
【図１】
2015137650.tif 000003
【図２】
2015137650.tif 000004
【図４】
2015137650.tif 000005
【図３】
2015137650.tif 000006
【外国語明細書】
2015137650.tif 000007
2015137650.tif 000008
2015137650.tif 000009
2015137650.tif 000010
2015137650.tif 000011
2015137650.tif 000012
2015137650.tif 000013
2015137650.tif 000014
2015137650.tif 000015
2015137650.tif 000016
2015137650.tif 000017
2015137650.tif 000018
2015137650.tif 000019
2015137650.tif 000020
2015137650.tif 000021
2015137650.tif 000022
2015137650.tif 000023