(57)【要約】      （修正有）【課題】過渡状態運転中の発電プラントシステムの排出物を減少させるように構成されるシステムを提供する。【解決手段】発電システム１４０内の蒸気タービンの構成要素についての運転データ１３４を取得するアクションであって、この運転データ１３４が、構成要素の温度、および、発電システム１４０における最新の周囲状態のセット、のうちの少なくとも１つを含む、アクションと、運転データに基づいて蒸気タービンのための許容される運転蒸気温度範囲を決定するアクションと、許容される蒸気温度範囲（Ｒ１）内の温度のセットのための排出物予測を生成するアクションと、排出物予測に基づいて運転蒸気の温度を調整するステップと、を含むアクションを実施することにより、発電システム１４０内の運転蒸気の温度を調整するように適合される少なくとも１つのコンピュータデバイス１０２を含む。【選択図】図１
2013044329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクションを実施することにより発電システム（１４０、５００、６００）内の運転蒸気の温度を調整するように適合される少なくとも１つのコンピュータデバイス（１０２、１１０、１１４）を含むシステムであって、前記アクションが、
前記発電システム（１４０、５００、６００）内の蒸気タービン（５９２）の構成要素についての運転データ（１３４）を取得するアクションであって、前記運転データ（１３４）が、前記構成要素の温度、および、前記発電システム（１４０、５００、６００）における最新の周囲状態のセット、のうちの少なくとも１つを含む、アクションと、
前記運転データ（１３４）に基づいて前記蒸気タービン（５９２）のための許容される運転蒸気温度範囲（Ｒ１）を決定するアクションと、
前記許容される蒸気温度範囲（Ｒ１）内の温度のセットのための排出物予測（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、ＯＥＴＭ）を生成するアクションと、
前記排出物予測（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、ＯＥＴＭ）に基づいて前記運転蒸気の前記温度を調整するアクションと
を含む、少なくとも１つのコンピュータデバイス（１０２、１１０、１１４）
を含むシステム。
【請求項２】
前記運転蒸気の前記温度を調整することが、前記発電システム（１４０、５００、６００）内のガスタービン（５８０）の運転パラメータを調整することを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも１つのコンピュータデバイス（１０２、１１０、１１４）が、前記許容される蒸気温度範囲（Ｒ１）内の温度の前記セットのための前記排出物予測（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、ＯＥＴＭ）をユーザインターフェース（１３０、４００）上に表示するようにさらに適合される、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記運転蒸気の前記温度を調整することが、
排出物感応運転蒸気温度を選択または承認するように前記ユーザインターフェース（１３０、４００）を介して使用者に促すこと、
前記使用者からの前記排出物感応運転蒸気温度の前記選択または前記承認を前記ユーザインターフェース（１３０、４００）を介して受けること、および
前記排出物感応運転蒸気温度を実質的に実現するために前記運転蒸気温度を調整すること
を含む、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つのコンピュータデバイス（１０２、１１０、１１４）に通信可能に接続されかつ前記発電システム（１４０、５００、６００）に流体接続される排出物センサ（１４２、１４４、１４６）のセットをさらに含み、前記排出物センサ（１４２、１４４、１４６）のセットが、前記発電システム（１４０、５００、６００）の排出物を監視するように構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記排出物センサ（１４２、１４４、１４６）のセットおよび前記コンピュータデバイス（１０２、１１０、１１４）に通信可能に接続されるデータベース（１１２、１２２）をさらに含み、前記データベース（１１２、１２２）が前記排出物センサ（１４２、１４４、１４６）による読み取り値を記憶するように構成されている、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記運転蒸気の前記温度を調整することが、
排出物を減少させるために、前記排出物予測（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、ＯＥＴＭ）に基づいて最適な運転蒸気温度（ＯＥＴＭ）を決定すること、および
前記決定された最適な運転蒸気温度（ＯＥＴＭ）を実現するために前記発電システム（１４０、５００、６００）内のガスタービン（５８０）上の負荷を調整すること
をさらに含む、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
コンピュータ可読媒体（１１２、１２２）に記憶されたプログラム製品であって、
少なくとも１つのコンピュータデバイス（１０２、１１０、１１４）によって実行されたとき、
発電システム（１４０、５００、６００）内の蒸気タービン（５９２）の構成要素の温度、および、前記発電システム（１４０、５００、６００）における最新の周囲状態のセット、のうちの少なくとも１つを含む、前記構成要素についての運転データ（１３４）を取得し、
前記運転データ（１３４）に基づいて前記蒸気タービン（５９２）のための許容される運転蒸気温度範囲（Ｒ１）を決定し、
前記許容される蒸気温度範囲（Ｒ１）内の温度セットのための排出物予測（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、ＯＥＴＭ）を生成し、
前記排出物予測（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、ＯＥＴＭ）に基づいて前記発電システム（１４０、５００、６００）内の運転蒸気の前記温度を調整すること
を実施するプログラム製品。
【請求項９】
コンバインドサイクル発電システム（１４０、５００、６００）であって、
ガスタービン（５８０）と、
前記ガスタービン（５８０）に動作可能に接続される熱回収蒸気発生器（ＨＧＳＧ）（５８６）と、
前記ＨＲＳＧ（５８６）に動作可能に接続される蒸気タービン（５９２）と、
前記ガスタービン（５８０）または前記蒸気タービン（５８０）のうちの少なくとも１つに動作可能に接続されるジェネレータ（５７０）と、
前記ガスタービン（５８０）、前記蒸気タービン（５９２）および前記ＨＲＳＧ（５８６）のうちの少なくとも１つに通信可能に接続される少なくとも１つのコンピュータデバイス（１０２、１１０、１１４）とを含み、
前記少なくとも１つのコンピュータデバイス（１０２、１１０、１１４）が、
前記蒸気タービン（５９２）の構成要素についての運転データ（１３４）を取得するアクションであって、前記運転データ（１３４）が、前記構成要素の温度、および、前記発電システム（１４０、５００、６００）における最新の周囲状態のセット、のうちの少なくとも１つを含む、アクションと、
前記運転データ（１３４）に基づいて前記蒸気タービン（５９２）のための許容される運転蒸気温度範囲（Ｒ１）を決定するアクションと、
前記許容される蒸気温度範囲内の温度セットのための排出物予測（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、ＯＥＴＭ）を生成するアクションと、
前記排出物予測（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、ＯＥＴＭ）に基づいて運転蒸気の温度を調整するアクションと
を含むアクションを実施することにより前記発電システム（１４０、５００、６００）内の運転蒸気の温度を調整するように適合される、コンバインドサイクル発電システム（１４０、５００、６００）。
【請求項１０】
前記運転蒸気の前記温度を調整することが、前記発電システム（１４０、５００、６００）内のガスタービン（５８０）の運転パラメータを調整することを含む、請求項９記載のコンバインドサイクル発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は発電プラントシステムに関し、より詳細には、コンバインドサイクル発電プラントシステムの排出物感応（ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）過渡状態運転のためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一部の発電プラントシステム、例えば一部のシンプルサイクル発電プラントシステムおよびコンバインドサイクル発電プラントシステムを運転すると、排出物（すなわち、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＵＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）など）が発生し、それらを大気中に放出／消散されなければならない。これらの排出物の放出は、環境を損なう可能性があり、および／または、一部の機関によって規制されている可能性がある。運転蒸気（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  ｓｔｅａｍ）温度が制限され、発電プラントシステムの構成要素が少ない負荷で動作することができる過渡運転（例えば、始動、停止など）の状態では、これらの排出物が大量に発生する可能性がある。
【０００３】
コンバインドサイクル発電プラントシステムでは、始動または別の過渡運転中に蒸気タービンに供給される蒸気の温度は、システムの運転パラメータ（例えば、ガスタービン負荷、ガスタービン排気温度など）を調整することによって制御することができる。始動または別の過渡運転中、蒸気タービンに供給され得る許容される運転蒸気温度は、蒸気タービン構成要素の温度によって制限される可能性がある温度範囲に制限される。この許容範囲内の蒸気温度は、構成要素の固着（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｂｉｎｄｉｎｇ）や熱応力の発生を防止するためにシステム構成要素の温度付近に維持される。この温度範囲および適切な運転蒸気温度を決定する際、現行の発電プラントシステムは多数の要素（例えば、始動時間および冷却時間に対する影響、構成要素に対する物質的な影響）を考慮する。しかし、これらのシステムは、許容される蒸気温度範囲内に存在し得る排出物の変化を把握することができない。したがって、過渡運転状態のための運転蒸気温度を実現するようにガスタービン負荷などの運転パラメータを調整する際、排出物の影響は考慮されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０２９２４３６号明細書
【発明の概要】
【０００５】
発電プラントシステムの排出物を減少させるためのシステムが開示される。一実施形態では、システムが、アクションを実施することにより発電システム内の運転蒸気の温度を調整するように適合される少なくとも１つのコンピュータデバイスを含み、アクションは、発電システム内の蒸気タービンの構成要素についての運転データを取得するアクションであって、この運転データが、これらの構成要素の温度、および発電システムにおける最新の周囲状態のセット、のうちの少なくとも１つを含む、アクションと、これらの運転データに基づいて蒸気タービンのための許容される運転蒸気温度範囲を決定するアクションと、この許容される蒸気温度範囲内の温度のセットのための排出物物質の予測を生成するアクションと、これらの排出物予測に基づいて運転蒸気の温度を調整するアクションとを含む。
【０００６】
本発明の第１の態様は、アクションを実施することにより発電システム内の運転蒸気の温度を調整するように適合される少なくとも１つのコンピュータデバイスを含むシステムであって、アクションは、発電システム内の蒸気タービンの構成要素についての運転データを取得するアクションであって、この運転データが、これらの構成要素の温度、および発電システムにおける最新の周囲状態のセット、のうちの少なくとも１つを含む、アクションと、これらの運転データに基づいて蒸気タービンのための許容される運転蒸気温度範囲を決定するアクションと、この許容される蒸気温度範囲内の温度セットのための排出物予測を生成するアクションと、これらの排出物予測に基づいて運転蒸気の温度を調整するアクションとを含む、システムを提供する。
【０００７】
本発明の第２の態様は、コンピュータ可読媒体に記憶されたプログラム製品であって、少なくとも１つのコンピュータデバイスによって実行されたとき、発電システム内の蒸気タービンの構成要素の温度、および発電システムにおける最新の周囲状態のセット、のうちの少なくとも１つを含む、これらの構成要素についての運転データを取得し、これらの運転データに基づいて蒸気タービンのための許容される運転蒸気温度範囲を決定し、この許容される蒸気温度範囲内の温度セットのための排出物予測を生成し、これらの排出物予測に基づいて発電システム内の運転蒸気の温度を調整することを実施するプログラム製品を提供する。
【０００８】
本発明の第３の態様は、コンバインドサイクル発電システムを提供し、このシステムは、ガスタービンと、ガスタービンに動作可能に接続される熱回収蒸気発生器（ｈｅａｔ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｓｔｅａｍ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＨＲＳＧ））と、ＨＲＳＧに動作可能に接続される蒸気タービンと、ガスタービンまたは蒸気タービンのうちの少なくとも１つに動作可能に接続されるジェネレータと、ガスタービン、蒸気タービンおよびＨＲＳＧのうちの少なくとも１つに通信可能に接続される少なくとも１つのコンピュータデバイスとを含み、少なくとも１つのコンピュータデバイスが、蒸気タービンの構成要素についての運転データを取得するアクションであって、これらの運転データが、これらの構成要素の温度、および、発電システムにおける最新の周囲状態のセット、のうちの少なくとも１つを含む、アクションと、これらの運転データに基づいて蒸気タービンのための許容される運転蒸気温度範囲を決定するアクションと、この許容される蒸気温度範囲内の温度セットのための排出物予測を生成するアクションと、これらの排出物予測に基づいて運転蒸気の温度を調整するアクションと、を含むアクションを実施することにより発電システム内の運転蒸気の温度を調整するように適合される。
【０００９】
本発明のこれらの特徴および別の特徴は、本発明の種々の実施形態を描く添付図面と併せた本発明の種々の態様の以下の詳細な説明により、より容易に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による制御システムを含む環境を示す概略図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態によるプロセスを示す方法流れ図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態によるプロセスを示す方法流れ図である。
【図３】本発明の実施形態によるユーザインターフェースを示す概略図である。
【図４】本発明の一態様による多軸形コンバインドサイクル発電プラントの複数の部分を示す概略図である。
【図５】本発明の一態様による単軸形コンバインドサイクル発電プラントの複数の部分を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示のこれらの図面が必ずしも原寸に比例していないことがあることに留意されたい。これらの図面は、本開示の典型的な態様を示すものにすぎず、したがって本開示の範囲を限定するものとみなすべきではない。これらの図面では、複数の図面の間では同様の参照符号は同様の要素を示している。
【００１２】
本明細書で示されるように、本発明の態様は、過渡状態運転中の発電プラントシステムの排出物を減少させるように構成されるシステムを可能にする。これらのシステムは、許容される蒸気温度マッチング範囲内で得られる排出物排出量の有用な改善および／または劣化を予測し、蒸気温度マッチング判断においてこれらの影響を要因に入れる。
【００１３】
一部の発電システム（例えば、蒸気タービン、ガスタービンなどを含む）の過渡状態運転には、運転蒸気温度の抑制および漸進的な調節が含まれてよい。この抑制および／または調整は、熱応力が発生するのを回避するために、蒸気温度をシステム構成要素のある温度範囲内に維持しなければならない。通常、許容される蒸気温度範囲を決定し、決定された運転蒸気温度にマッチングするようにシステムの運転パラメータ（例えば、ガスタービン負荷、ガスタービン排気温度など）を調整する際、発電システムは、システム効率および構成要素の物質的限界に対する影響を考慮する。しかし、現行のシステムは、運転蒸気温度の選択および／または得られるガスタービン運転状態において排出物の影響を要因としない、または考慮しない。このように温度マッチングプロセス中に排出物を考慮しないことにより、発電システムの排出物排出量が増加する可能性がある。
【００１４】
従来のシステムとは対照的に、本発明の実施形態は、運転蒸気温度のセットでの排出物合計量に対する、さらには、許容される温度マッチング範囲内での対応するガスタービン運転パラメータ／状態に対する影響を予測および考慮するシステムを可能にする。このシステムは、データベース／メモリ／記憶システムおよび少なくとも１つのセンサに通信可能に接続されるコンピュータデバイスを含む。このコンピュータデバイスは、システム構成要素の温度に基づき、発電システムのための許容される蒸気温度マッチング範囲を割り出すように構成される。この範囲が割り出されると、コンピュータデバイスが、この範囲内で種々の温度を実現するのに必要となるガスタービン運転状態（複数可）を考察し、これらの状態（複数可）が排出物合計量に与える影響を予測する。種々の蒸気温度での排出物に対する影響が決定され、さらにはそれらの影響がマッチング判断の要因に入れられるので、過渡状態の排出物合計量およびプラント全体の排出物合計量を減少させる温度マッチングを行うことができる。
【００１５】
当業者には認識されるように、本明細書で説明される制御システムは、システム（複数可）、方法（複数可）、オペレータディスプレイ（複数可）またはコンピュータプログラム製品（複数可）として実施することができ、例えば、発電プラントシステム、発電システム、タービンシステム、の一部として実施することができる。したがって、本発明の実施形態は、全体がハードウェアの実施形態、全体がソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、または、ソフトウェアおよびハードウェアの態様を組み合わせた実施形態、の形態をとることができ、これらはすべて、概して、本明細書では、「回路」、「モジュール」、「ネットワーク」または「システム」と称されてよい。さらに、本発明は、媒体内に含まれるコンピュータ使用可能プログラムを有する、表現の任意の有形的表現媒体内に含まれるコンピュータプログラム製品の形態をとることができる。
【００１６】
１つまたは複数のコンピュータ使用可能媒体またはコンピュータ可読媒体（複数可）の任意の組み合わせが使用され得る。コンピュータ使用可能媒体またはコンピュータ可読媒体は、限定しないが、例えば、電気式、磁気式、光学式、電磁式、赤外線式または半導体式の、システム、装置またはデバイスであってよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例（非網羅的なリスト）は、１つまたは複数のワイヤを有する電気接続、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、消去可能なプログラム可能読取り専用記憶装置（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、光ファイバ、ポータブルコンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光記憶デバイス、インターネットまたはイントラネットなどを補助するような伝送媒体、あるいは、磁気記憶装置を含む。プログラムが、例えば紙または別の媒体を光学的に走査することを介して電子的にキャプチャされ、次いで、コンパイルされるかまたは解釈されるかまたはそれ以外の適切な形で処理され、さらに必要な場合には、コンピュータメモリに記憶され得るので、コンピュータ使用可能媒体またはコンピュータ可読媒体は、その上にプログラムが印刷される紙または別の適切な媒体であってもよいことに留意されたい。本明細書の文脈では、コンピュータ使用可能媒体またはコンピュータ可読媒体は、命令実行システム、命令実行装置または命令実行デバイスによって使用されるまたはそれと共に使用されるためのプログラムを、包含、記憶、通信または伝送することができる任意の媒体であってよい。コンピュータ使用可能媒体は、ベースバンド内または搬送波の一部としてコンピュータ使用可能プログラムコードが含まれた伝搬データ信号を含むことができる。コンピュータ使用可能プログラムコードは、限定しないが、ワイヤレス、ワイヤライン、光ファイバケーブル、ＲＦなどを含む、任意の適切な媒体を使用して送信され得る。
【００１７】
本発明のオペレーションを実行するためのコンピュータプログラムコードは、Ｊａｖａ（登録商標）、ＳｍａｌｌｔａｌｋまたはＣ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語、および、「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語などの従来の手続きプログラミング言語を含む、１つまたは複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで書かれていてよい。このプログラムコードは、全体が使用者のコンピュータ上で実行されるか、一部がスタンドアローンソフトウェアパッケージとして使用者のコンピュータ上で実行され一部が使用者のコンピュータ上で実行され一部がリモートコンピュータ上で実行されるか、あるいは、全体がリモートコンピュータ上またはサーバ上で実行されてよい。最後のシナリオでは、リモートコンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）またはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意のタイプのネットワークを介して使用者のコンピュータに接続されてよく、または、この接続は外部コンピュータに対してなされてもよい（例えば、インターネットサーバプロバイダを使用したインターネットを介して）。
【００１８】
これらのコンピュータプログラム命令はまた、特定の形でコンピュータまたは別のプログラマブルデータ処理装置を機能させるように指示することができるコンピュータ可読媒体内に記憶されてもよく、その場合、コンピュータ可読媒体内に記憶された命令は、ブロック図のブロック（複数可）に明示される機能／処置を実施する命令手段を含む製造品を形成する。
【００１９】
コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータによって実施されるプロセスを行うために一連の動作ステップがコンピュータ上または別のプログラマブルデータ処理装置上で実行されるように、コンピュータまたは別のプログラマブルデータ処理装置にロードされてもよく、その場合、コンピュータまたは別のプログラマブルデータ処理装置で実行される命令は、フローチャートおよび／またはブロック図のブロック（複数可）に明示される機能／処置を実施するためのプロセスを提供する。
【００２０】
図を参照すると、温度マッチングプロセスでの排出物の影響を含むことによりコンバインドサイクル発電プラントシステムの排出物感応過渡状態運転を可能にするように構成されるシステムの実施形態が示されている。図の構成要素の各々は、図１〜５に示されるように、ハードワイヤード手段、ワイヤレス手段または別の従来の手段を介して接続され得る。具体的には、図１を参照すると、排出物予測システム１０７を含む例示の環境１００が本発明の実施形態に従って示されている。環境１００は、本明細書に記載される種々のプロセスを実施することができるコンピュータインフラストラクチャ１０２を含む。詳細には、コンピュータインフラストラクチャ１０２は排出物予測システム１０７を含むコンピュータデバイス１１０を含んで示されており、排出物予測システム１０７により、本開示のプロセスステップを実施することにより発電システム１４０の排出物感応過渡状態運転をコンピュータデバイス１１０が管理することが可能となる。
【００２１】
上で言及したように、また、後でさらに考察するように、排出物予測システム１０７は、とりわけ、コンピュータデバイス１１０が本明細書に記載される排出物感応制御運転を実施するのを可能にする技術的効果を有する。図１に示される種々の構成要素の一部を、コンピュータデバイス１１０に含まれる１つまたは複数の個別のコンピュータデバイスのために、個別に実行する、組み合わせる、および／または、メモリに記憶することができることを理解されたい。また、構成要素および／または機能性の一部が実施されない可能性があり、または、追加のスキームおよび／または機能性が排出物予測システム１０７の一部として含まれてよいことを理解されたい。
【００２２】
コンピュータデバイス１１０は、メモリ１１２、プロセッサユニット（ＰＵ）１１４、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース１１６、および、バス１１８を含んで示されている。さらに、コンピュータデバイス１１０は、外部Ｉ／Ｏデバイス／Ｉ／Ｏリソース１２０および記憶システム１２２に連通されて示されている。当技術分野で知られているように、一般に、ＰＵ１１４は、メモリ１１２および／または記憶システム１２２に記憶された排出物予測システム１０７などのコンピュータプログラムコードを実行する。コンピュータプログラムコードの実行中、ＰＵ１１４は、グラフィカルユーザインターフェース１３０および／または運転データ１３４などのデータを、メモリ１１２、記憶システム１２２および／またはＩ／Ｏインターフェース１１６から読み込んだり、それらに書き込んだりすることができる。バス１１８は、コンピュータデバイス１１０内の構成要素の各々の間での通信リンクを形成する。Ｉ／Ｏデバイス１２０は、使用者が、コンピュータデバイス１１０と対話する、または、１つまたは複数の別のコンピュータデバイスとコンピュータデバイス１１０が通信するのを可能にするための任意のデバイスと対話するのを可能にする任意のデバイスを含むことができる。入力／出力デバイス（限定しないが、キーボード、ディスプレイ、ポインティングデバイスなどを含む）が、直接に、または、介在するＩ／Ｏ制御装置を介して、システムに接続され得る。
【００２３】
一部の実施形態では、図１に示されるように、環境１００は、任意選択で、発電システム１４０およびコンピュータデバイス１００に通信可能に接続される（例えば、ワイヤレス手段またはハードワイヤード手段を介して）、少なくとも１つの構成要素センサ１４２、少なくとも１つの排出物センサ１４４、および、少なくとも１つの周囲センサ１４６を含むことができる。構成要素センサ１４２、排出物センサ１４４および周囲センサ１４６は、温度計、気圧計、湿度感応デバイス、ガスタービン計器、蒸気タービン計器などを含む、任意の数の既知のセンサを含むことができる。一部の実施形態では、コンピュータデバイス１１０および／または排出物予測システム１０７は発電システム１４０の上または中に配置され得る。
【００２４】
いずれも場合も、コンピュータデバイス１１０は、使用者によってインストールされたコンピュータプログラムコードを実行することができる任意の汎用コンピュータ製品を含むことができる（例えば、パーソナルコンピュータ、サーバ、手持ち式デバイスなど）。しかし、コンピュータデバイス１１０が、単に、本開示の種々のプロセスステップを実施することができる考えられる種々の等価のコンピュータデバイスの代表例であることを理解されたい。この点に関して、別の実施形態では、コンピュータデバイス１１０は、特定の機能を実施するためのハードウェアおよび／またはコンピュータプログラムコードを含む任意の専用コンピュータ製品、あるいは、専用ハードウェア／ソフトウェアと汎用ハードウェア／ソフトウェアとの組み合わせを含む任意のコンピュータ製品などを含むことができる。いずれの場合も、プログラムコードおよびハードウェアは、それぞれ、標準的なプログラミング技術および工学的技術を使用して作られ得る。一実施形態では、コンピュータデバイス１１０は分散制御システムであるか、分散制御システムを含んでよい。別の実施形態では、コンピュータデバイス１１０はガスタービンと一体であってよい。別の実施形態では、コンピュータデバイス１１０は発電システム１４０の一部であってよい。
【００２５】
図２Ａを参照すると、例示の方法流れ図が本発明の実施形態に従って示されている。プレプロセスＰ０では、排出物予測システム１０７は、発電システム１４０の過渡状態運転のための排出物感応蒸気温度の適合化を開始するように、コンピュータデバイス１１０上で起動される。すなわち、発電システム１４０の運転蒸気温度の自動調整／計画的調整、発電システム１４０の運転蒸気温度への、状態により決定される調整、または、蒸気温度の手動調整／使用者命令調整のいずれかが、コンピュータデバイス１１０によって実施され得る。プレプロセスＰ０に次いで、プロセスＰ１では、コンピュータデバイス１１０が、発電システム１４０の少なくとも１つの構成要素のための運転データを獲得する。運転データは、メモリ１１２、記憶システム１２２、構成要素センサ１４２、排出物センサ１４４および／または周囲センサ１４６のうちの少なくとも１つから獲得され得る。運転データは、少なくとも１つの構成要素の温度、発電システム１４０内の蒸気タービンの温度、発電システム１４０のためのシステム仕様のセット、発電システム１４０における最新の周囲状態のセット、蒸気タービンの応力、蒸気タービンの膨張、蒸気タービンのクリアランスなどを含むことができる。プロセスＰ１に次いで、プロセスＰ２では、コンピュータデバイス１１０が予測基準データ（例えば、参照用テーブル、事前に用意された曲線、蒸気タービンの設計基礎など）にアクセスして、発電システム１４０から獲得した運転データに基づいて許容される蒸気温度範囲を決定するために、メモリ１１２および／または記憶システム１２２に接続される。
【００２６】
いずれの場合も、プロセスＰ２に次いで、プロセスＰ３では、コンピュータデバイス１１０が、選択されたガスタービン負荷の範囲内または別の運転パラメータ範囲内での種々の蒸気温度および／または対応するガスタービン運転状態（複数可）のための排出物の発生値（ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｖａｌｕｅ）を予測する。選択されたガスタービン運転状態（複数可）の範囲は、必ずしも限定されないが、決定された許容される蒸気温度範囲を含む。一実施形態では、コンピュータデバイス１１０および／またはＰＵ１１４は、排出物の参照用テーブル、事前に用意された排出物曲線および／または記憶された排出物データのいずれかにアクセスすることができる。コンピュータデバイス１１０および／またはＰＵ１１４は、温度のセットおよび／または対応するガスタービン運転パラメータ（複数可）範囲のための排出物予測を生成するために、許容される蒸気温度、対応するガスタービン運転パラメータ（複数可）範囲、および／または、運転データを、排出物の参照用テーブル、事前に用意された排出物曲線、および／または、記憶されたデータのいずれかの中のデータ点と比較することができる。対応するガスタービン運転パラメータ（複数可）範囲は、限定されないが、許容される運転蒸気温度範囲を含む。コンピュータデバイス１１０および／またはＰＵ１１４は、許容される運転蒸気温度範囲内の温度のセットのための排出物予測を獲得／生成するために、運転データおよび許容される蒸気温度範囲、ならびに／または、許容される蒸気温度範囲内の所与の温度を、メモリ１１２および／または記憶システム１２２に入力することができる。
【００２７】
Ｐ３に次いで、プロセスＰ４Ａでは、コンピュータデバイス１１０が、許容される蒸気温度範囲内の蒸気温度のセットおよび／または対応するガスタービン運転状態（複数可）のための排出物予測を、グラフィカルユーザインターフェース１３０上に表示する。一実施形態では、コンピュータデバイス１１０は、曲線のセットとして排出物予測を表示することができる。別の実施形態では、コンピュータデバイス１１０は、テーブル内のデータ点のセットとして排出物予測を表示することができる。一実施形態では、グラフィカルユーザインターフェース１３０は、システム内での操作指示および／または発電プラント動作に有用であるような、別の発電システム１４０またはタービンパラメータを含むことができる。Ｐ４Ａに次いで、プロセスＰ５Ａでは、使用者が、排出物感応運転蒸気温度および／またはガスタービン運転状態を選択しおよび／またはそのような選択を行うことを促され、次いで、使用者が選択することに応答して、コンピュータデバイス１１０が、排出物感応運転蒸気温度および／または選択されたガスタービン運転状態を実質的に実現するために、ガスタービン運転パラメータ（複数可）を調整する。別法として、プロセスＰ４Ｂで、コンピュータデバイス１１０が、発電システムのための排出物感応運転蒸気温度を決定する。一実施形態では、コンピュータデバイス１１０が、メモリ１１２および／または記憶システム１２２上に設定されている排出物予測基準データにアクセスすることにより、排出物感応運転蒸気温度を決定する。コンピュータデバイス１１０は、設定された排出物予測基準データ内のデータ点を、獲得された運転データおよび決定された許容される運転蒸気温度範囲と比較する。別の実施形態では、コンピュータデバイス１１０は、排出物感応運転蒸気温度を決定するために、運転蒸気温度のセットのための排出物予測を比較することができる。いずれの場合も、Ｐ４Ｂに次いで、プロセスＰ５Ｂでは、コンピュータデバイス１１０が、決定された排出物感応運転蒸気温度を実質的に実現するためにガスタービン運転パラメータ（複数可）を調整する。一実施形態では、コンピュータデバイス１１０はガスタービン運転パラメータ（複数可）を自動で調整することができる。別の実施形態では、コンピュータデバイス１１０は、ガスタービン運転パラメータ（複数可）を調整する前に使用者の承認を促して待つことができる。いずれの場合も、Ｐ５ＡまたはＰ５Ｂに次いで、プロセスＰ６では、運転蒸気流れが蒸気タービンに導入されるか、または、蒸気タービンまでの既に存在する運転蒸気流れが変化される。この新しいまたは変化された運転蒸気流れは、排出物感応温度に実質的に等しい温度で導入される。
【００２８】
図２Ｂを参照すると、Ｐ６に次いで、プロセスＰ７では、コンピュータデバイス１１０が、構成要素センサ１４２、排出物センサ１４４および周囲センサ１４６を介して、排出物生成、および、発電システム１４０の運転蒸気温度を監視する。構成要素センサ１４２、排出物センサ１４４および周囲センサ１４６は、発電システム１４０上に配置されるか、発電システム１４０内に配置されるか、または、発電システム１４０に流体連通され得る。構成要素センサ１４２、排出物センサ１４４および周囲センサ１４６には、任意の数の同様のまたは異なるセンサが含まれてよい（例えば、圧力センサ、温度センサ、湿度センサなど）。構成要素センサ１４２、排出物センサ１４４および周囲センサ１４６は、発電システム１４０のための、運転データ（例えば、構成要素温度、大気温度、大気圧、湿度など）、および／または、排出物データ（例えば、ＮＯｘ、ＮＯ、ＮＯ２の発生、ＣＯ、ＣＯ２の発生、ＵＨＣ、ＶＯＣの発生、粒子状物質の発生、ガスタービン排気温度、蒸気温度など）の記録／読込を行うことができる。プロセスＰ７に次いで、プロセスＰ８では、コンピュータデバイス１１０が、構成要素センサ１４２、排出物センサ１４４および周囲センサ１４６のいずれかのよる読み取り値に基づき、メモリ１１２、記憶デバイス１２２および／または動力システムデータ１３４のいずれかを更新する。一実施形態では、これらのリアルタイム読み取り値は、運転データ１３４および既存の排出物予測を更新するのに使用される。これらの読み取り値は、コンピュータデバイス１１０によるさらなる排出物予測を向上させるためにメモリ１１２および記憶システム１２２のいずれかに保存される。一実施形態では、これらの読み取り値は、コンピュータデバイス１１０によるさらなる排出物予測の要因に入れられる。これらの読み取り値は、発電システム１４０の運転を調整するためにリアルタイムで使用され得る、運転パラメータ（複数可）に対するガスタービン排出物の特性を生成するために、コンピュータデバイス１１０によって使用される。一実施形態では、コンピュータデバイス１１０は、排出物読み取り値を分析する（例えば、排出物予測の精度を決定したり、排出物レベルを監視したりする）。一実施形態では、コンピュータデバイス１１０は、排出物を予測すること、ならびに、運転蒸気温度および対応するガスタービン運転パラメータ（複数可）を実質的に最小の排出物に調整することを継続する。
【００２９】
いずれの場合も、プロセスＰ８に次いで、プロセスＰ９では、コンピュータデバイス１１０が、センサ１４２および／またはセンサ１４４から得られたリアルタイム排出物値をグラフィカルユーザインターフェース１３０上に表示する。一実施形態では、リアルタイム排出物値は、排出物予測と比較されるようにグラフィカルユーザインターフェース１３０上に表示され得る。別の実施形態では、リアルタイム排出物値は、更新された排出物予測をグラフィカルユーザインターフェース１３０上に表示するために排出物予測の要因に入れられてよい。いずれの場合も、プロセスＰ９に次いで、プロセスＰ１０では、使用者が、リアルタイム排出物値、および、許容される運転蒸気温度範囲内の調整／更新された排出物予測値をグラフィカルユーザインターフェース１３０上で監視する。使用者は、排出物感応運転蒸気温度が実現されるように運転蒸気温度を調整する。別の実施形態では、コンピュータデバイス１１０は排出物感応運転蒸気温度を自動で維持することができる。Ｐ１０に次いで、プロセスＰ１１では、排出物予測システム１０７が停止される。
【００３０】
図中のデータ流れ図およびブロック図は、本発明の種々の実施形態による、システムの考えられるインプリメンテーションのアーキテクチャ、機能性およびオペレーションと、方法と、コンピュータプログラム製品とを示している。これに関して、フローチャートまたはブロック図の中の各ブロックは、特定の論理機能（複数可）を実施するための１つまたは複数の実行可能な命令を含む、モジュール、セグメント、または、コードの一部を表していてよい。また、一部の代替実装形態では、ブロック内に示される機能は図に示される順番から外れて行われてもよいことに留意されたい。例えば、連続で示されている２つのブロックが、実際には、実質的に同時に実行されてもよく、または、それらのブロックが、含まれる機能性に応じて、場合によっては逆の順番で実行されてもよい。また、ブロック図および／またはフローチャート図の各ブロック、ならびに、ブロック図および／またはフローチャート図のブロックの組み合わせが、明記される機能または処置を実施する専用ハードウェアベースのシステムにより、あるいは、専用ハードウェアとコンピュータ命令との組み合わせにより、実施されてよいことに留意されたい。
【００３１】
図３を参照すると、ユーザインターフェース（ＵＩ）４００の概略図が本発明の実施形態に従って示されている。ＵＩ４００は、蒸気温度曲線（ＴS）、ガスタービン排気温度曲線（ＴG）、排出物物質曲線１（Ｅ１）、排出物物質曲線２（Ｅ２）および排出物物質曲線３（Ｅ３）を含む。一実施形態では、各排出物曲線Ｅ１、Ｅ２および／またはＥ３は、運転状態のある範囲にわたって、代表的な物質（一酸化炭素、炭化水素など）の予測される生成を百万分率で表すことができる。この実施形態では、物質の予測される生成の百万分率はＹ０からＹ１０の百万分率の範囲にわたって表され得る。別の実施形態では、運転状態のある範囲での排出物流量が表示され得る。この実施形態では、Ｅ１、Ｅ２およびＥ３は、ガスタービン負荷Ｘ０からＸ１０までの範囲および蒸気タービン構成要素温度Ｚ０からＺ１０までの範囲を基準にして示される。一実施形態では、ユーザインターフェース４００は、図的に明示される許容される蒸気温度範囲Ｒ１および図的に明示される許容されるガスタービン負荷範囲Ｒ２を含むことができる。一実施形態では、Ｒ１およびＲ２はコンピュータデバイス１１０によって計算することができ、および／または、データベースから取り出すことができる。一実施形態では、ユーザインターフェース４００は、最適排出物温度マッチング（Ｏｐｔｉｍｕｍ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｍａｔｃｈ（ＯＥＴＭ））インジケータを含むことができ、このＯＥＴＭインジケータは、排出物感応運転蒸気温度の負荷範囲を使用者／オペレータに通知するためのものである。一実施形態では、オペレータは、運転蒸気温度を調整するようにユーザインターフェース４００上でＯＥＴＭインジケータを選択することができる。ユーザインターフェース４００が単に本発明の例示の実施形態であり、当技術分野で知られている、ユーザインターフェースの別の形態、フォーマットおよび／またはスタイルが含まれてよいことを理解されたい。
【００３２】
図４を参照すると、多軸形コンバインドサイクル発電プラント５００の複数の部分の概略図が示されている。コンバインドサイクル発電プラント５００は、例えば、ジェネレータ５７０に動作可能に接続されるガスタービン５８０を含むことができる。ジェネレータ５７０およびガスタービン５８０は、ガスタービン５８０とジェネレータ５７０との間でエネルギーを伝達することができるシャフト５１５によって機械的に結合され得る。図４にはさらに、ガスタービン５８０に動作可能に接続される熱交換機５８６と、蒸気タービン５９２とが示されている。熱交換機５８６は、従来の導管（参照符号が付されない）を介してガスタービン５８０および蒸気タービン５９２の両方に流体接続される。熱交換機５８６は、従来のコンバインドサイクル動力システムで使用されているような、従来の熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）であってよい。発電の技術分野で知られているように、ＨＲＳＧ５８６は、蒸気タービン５９２に送られる蒸気を作るために、給水と併せて、ガスタービン５８０から吐出される熱を使用することができる。蒸気タービン５９２は、任意選択で、（第２のシャフト５１５を介して）第２のジェネレータシステム５７０に結合され得る。ジェネレータシステム５７０、ガスタービン５８０、ＨＲＳＧ５８６および蒸気タービン５９２のいずれも、図１のコンピュータデバイス１１０または本明細書に記載される別の実施形態を介して、排出物予測システム１０７に動作可能に接続され得る。ジェネレータ５７０およびシャフト５１５が任意のサイズまたは当技術分野で知られている任意のタイプであってよく、また、それらの用途に応じてまたはそれらが接続されるシステムに応じて異なってよいことを理解されたい。分かりやすいようにジェネレータおよびシャフトは共通の参照符号となっているが、これは、これらのジェネレータまたはシャフトが必ずしも同一のものであることを示していない。ジェネレータシステム５７０および第２のシャフト５１５は、上述したジェネレータシステム５７０およびシャフト５１５と実質的に同様に動作することができる。本発明の一実施形態（点線で示される）では、排出物予測システム１０７が、蒸気タービン５９２およびガスタービン５８０のいずれかまたは両方を動作させるためにコンピュータデバイス１１０を介して使用され得る。図５に示される別の実施形態では、単軸形コンバインドサイクル発電プラント６００が、単一のシャフト５１５を介してガスタービン５８０および蒸気タービン５９２の両方に結合される単一のジェネレータ５７０を含むことができる。ガスタービン５８０および蒸気タービン５９２は、図１のコンピュータデバイス１１０または本明細書に記載される別の実施形態を介して排出物予測システム１０７に動作可能に接続され得る。
【００３３】
本開示の排出物予測システムは、任意の１つの発電システム、コンバインドサイクル発電システム、タービン、または別のシステムに限定されず、別の動力システムと共に使用され得る。さらに、本発明のシステムは、本明細書に記載される排出物予測システムによって行われる排出物予測過渡運転から利益を受けることができる、本明細書に記載されない別のシステムと共に使用され得る。
【００３４】
本明細書で考察される場合、種々のシステムおよび構成要素は、データ（例えば、運転データ、構成要素温度、システム仕様など）を「得ること」および／または「伝達すること」として説明される。対応するデータを、任意の解決策を使用して得ることができることを理解されたい。例えば、対応するシステム／構成要素はデータを生成することができ、ならびに／あるいは、データを生成すること、１つまたは複数のデータストアまたはセンサ（例えば、データベース）からデータを取り出すこと、および／または、別のシステム／構成要素からデータを受けることなどに、使用され得る。データが特定のシステム／構成要素によって生成されない場合、別のシステム／構成要素が、示されるシステム／構成要素とは別個に実装されてよく、これらが、データを生成して、そのデータをシステム／構成要素に提供し、および／または、システム／構成要素によってアクセスされるデータを記憶する、ことを理解されたい。
【００３５】
本明細書で使用される専門用語は特定の実施形態のみを説明することを目的としており、本開示を限定することを意図しない。本明細書で使用される単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈で別の意味で明確に示されない限り、複数形も含むことが意図される。さらに、本明細書で使用される場合、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（備える／含む）」および／または「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える／含む）」という用語は、述べられる特徴、整数、ステップ、オペレーション、要素および／または構成要素が存在することを明示しており、１つまたは複数の別の特徴、整数、ステップ、オペレーション、要素、構成要素、および／またはそれらの組み合わせが存在することまたは追加されることを排除しないことを理解されたい。
【００３６】
本書は、最良の形態を含めて本発明を開示するために、さらには、任意のデバイスまたはシステムを製造および使用することならびに採用される任意の方法を実施することを含めて、当業者が本発明を実施するのを可能にするために、例を使用する。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者に思い付く別の例を含むことができる。このような別の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を有する場合、または、特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない等価の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】
【００３７】
１００  例示の実施形態
１０２  コンピュータインフラストラクチャ
１０７  排出物予測システム
１１０  コンピュータデバイス
１１２  メモリ
１１４  プロセッサユニット（ＰＵ）
１１６  入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース
１１８  バス
１２０  外部Ｉ／Ｏデバイス／リソース
１２２  記憶システム
１３０  グラフィカルユーザインターフェース
１３４  運転データ
１４０  発電システム
１４２  構成要素センサ
１４４  排出物センサ
１４６  周囲センサ
４００  ユーザインターフェース（ＵＩ）
５００  多軸形コンバインドサイクル発電プラント
５１５  シャフト
５７０  ジェネレータ
５８０  ガスタービン
５８６  熱交換機
５９２  蒸気タービン
６００  単軸形コンバインドサイクル発電プラント
ＴG  ガスタービン排気温度曲線
ＴS  蒸気温度曲線
Ｅ１  排出物物質曲線１
Ｅ２  排出物物質曲線２
Ｅ３  排出物物質曲線３
Ｒ１  許容される蒸気温度範囲
Ｒ２  許容されるガスタービン負荷範囲
ＯＥＴＭ  最適な排出物温度マッチングインジケータ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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】
2013044329000001.pdf