(57)【要約】      （修正有）【課題】ターボ機械システム及びターボ機械を運転するための方法を提供する。【解決手段】ターボ機械システム２は、少なくとも１つの圧縮機抽出部２０を有する圧縮機部分６と、圧縮機部分６に動作可能に接続されたタービン部分８と、圧縮機部分６及びタービン部分８に流体的に接続された少なくとも１つの燃焼器１２を含む燃焼器アセンブリ１０とを含む。熱回収蒸気発生器ＨＲＳＧ４０はタービン部分８に流体的に接続され、空気入口システム２２は圧縮機部分６に流体的に接続される。入口抽気熱ＩＢＨシステムは、圧縮機部分６、空気入口システム２２、及びＨＲＳＧ４０のそれぞれに流体的に接続される。入口抽気熱ＩＢＨシステムは、圧縮機抽出部２０及び空気入口システム２２を流体的に接続する第１の弁７８を有する第１の導管７０、並びに、ＨＲＳＧ４０及び２次蒸気源９０の一方を第１の導管７０に接続する第２の弁８８を含む第２の導管８０を含む。【選択図】図１
2016037966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの圧縮機抽出部（２０）を有する圧縮機部分（６）と、
前記圧縮機部分（６）に動作可能に接続されたタービン部分（８）と、
前記圧縮機部分（６）及び前記タービン部分（８）に流体的に接続された少なくとも１つの燃焼器を含む燃焼器アセンブリ（１０）と、
前記タービン部分（８）に流体的に接続された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）（４０）と、
前記圧縮機部分（６）に流体的に接続された空気入口システム（２２）と、
前記圧縮機部分（６）、前記空気入口システム（２２）、及び前記ＨＲＳＧ（４０）のそれぞれに流体的に接続された入口抽気熱（ＩＢＨ）システム（６０）であって、前記圧縮機抽出部（２０）及び前記空気入口システム（２２）を流体的に接続する第１の弁（７８，１３５）を有する第１の導管（７０，１２０）、並びに、前記ＨＲＳＧ（４０）及び２次蒸気源の一方を前記第１の導管（７０，１２０）に接続する第２の弁（８８，１４８）を含む第２の導管（８０，１４０）を含むＩＢＨシステム（６０）を備える、ターボ機械システム（２）。
【請求項２】
前記第１の弁（７８，１３５）及び前記第２の弁（８８，１４８）に動作可能に接続されたコントローラ（９４）を更に備え、前記コントローラ（９４）は、前記第１（７８，１３５）及び第２（８８，１４８）の弁のそれぞれを選択的に開口して、加熱された流体流を前記空気入口システム（２２）に方向付ける、請求項１記載のターボ機械システム（２）。
【請求項３】
前記空気入口システム（２２）に位置決めされ、前記コントローラ（９４）に動作可能に接続された少なくとも１つのセンサを更に備え、前記コントローラ（９４）は、前記少なくとも１つのセンサからの信号に基づいて前記加熱された流体流の所望の温度を確立するように構成され配設される、請求項２記載のターボ機械システム（２）。
【請求項４】
前記少なくとも１つのセンサは、入口空気温度を検知するように構成される第１のセンサ、及び、前記空気入口システム（２２）から前記圧縮機部分（６）の入口に流れる空気流の温度を検知するように構成される第２のセンサを備える、請求項３記載のターボ機械システム（２）。
【請求項５】
前記第２の導管（８０，１４０）は、前記第１の弁（７８，１３５）の下流で前記第１の導管（７０，１２０）に流体的に接続する、請求項１記載のターボ機械システム（２）。
【請求項６】
前記第２の導管（８０，１４０）は前記第１の導管（７０，１２０）に流体的に接続される、請求項１記載のターボ機械システム（２）。
【請求項７】
前記第１（７０，１２０）及び第２（８０，１４０）の導管のそれぞれに流体的に接続された熱交換器（１３２）を更に備え、前記熱交換器（１３２）は、前記第１の導管（７０，１２０）を通って流れる空気流と熱交換関係にある状態で前記第２の導管（８０，１４０）を通って蒸気流を方向付けるように構成され配設される、請求項１記載のターボ機械システム（２）。
【請求項８】
前記熱交換器（１３２）を通して前記第２の導管（８０，１４０）に流体的に接続された第３の導管を更に備え、前記第３の導管は、前記熱交換器（１３２）から離れるよう流体流を誘導するように構成され配設される、請求項７記載のターボ機械システム（２）。
【請求項９】
前記第１（７８，１３５）及び第２（８８，１４８）の弁のそれぞれは、前記熱交換器（１３２）の上流に配列される、請求項７記載のターボ機械システム（２）。
【請求項１０】
前記空気入口システム（２２）に設けられた入口抽気熱（ＩＢＨ）マニホルド（２８）を更に備え、前記第１の導管（７０，１２０）は前記ＩＢＨマニホルド（２８）に流体的に接続される、請求項１記載のターボ機械システム（２）。
【請求項１１】
部分負荷でターボ機械を運転する方法であって、
ターボ機械の圧縮機部分（６）の圧縮機抽出部（２０）から第１の導管（７０，１２０）を通って空気入口システム（２２）に第１の流体流を方向付けること、及び、
熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）（４０）及び２次蒸気源の一方から第２の導管（８０，１４０）を通って流れる第２の流体流と共に前記第１の流体流を調節することを含む、方法。
【請求項１２】
前記第２の流体流と共に前記第１の流体流を調節することは、前記第１及び第２の流体流を混合することを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の流体流は、熱交換器（１３２）内で前記第１の流体流と熱交換関係にある状態で流れる、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の流体流を、前記熱交換器（１３２）から、前記ＨＲＳＧ（４０）、凝縮器、及び蒸気タービンの１つに方向付けることを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
入口空気温度を検知すること、及び、
前記入口空気温度に基づいて前記第２の流体流と共に前記第１の流体流の温度を制御することを更に含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
前記入口空気温度を検知することは、前記空気入口システム（２２）の入口の空気温度を検知することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記入口空気温度を検知することは、前記空気入口システム（２２）の入口の空気温度及び前記圧縮機部分（６）の入口の空気温度を検知することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
前記空気入口システム（２２）に前記第１の流体流を方向付けることは、前記空気入口システム（２２）の入口抽気熱（ＩＢＨ）マニホルド（２８）に前記第１の流体流を方向付けることを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１９】
前記ＩＢＨマニホルド（２８）に前記第１の流体流を方向付けることは、前記第１の導管（７０，１２０）に流体的に連結された弁を選択的に制御することを含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の流体流を調節することは、前記第２の導管（８０，１４０）に流体的に連結された弁を選択的に制御することを含む、請求項１９記載の方法。
【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、ターボ機械の技術、より詳細には、入口抽気熱（ＩＢＨ：ｉｎｌｅｔ  ｂｌｅｅｄ  ｈｅａｔ）システムを含むターボ機械システム及び部分負荷でターボ機械を運転するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械は、通常、圧縮機部分、燃焼器部分、及びタービン部分を含む。圧縮機部分は、タービン部分に導入される圧縮された空気ストリームを形成する。ガスターボ機械では、圧縮された空気ストリームの一部分は、燃焼生成物と混合し、トランジションピースを通してタービン部分に導入される高温ガスストリームを形成する。燃焼生成物は、燃焼器の燃焼チャンバ内で生成される。燃焼器では、燃料及び空気がノズルを通して流されて、可燃性混合気を形成し得る。可燃性混合気は、燃焼して、燃焼生成物を形成する。
【０００３】
高温ガスストリームは、高温ガス経路に沿って順次ステージ内に配列されたターボ機械エーロフォイルに影響を及ぼす。エーロフォイルは、一般に、ホイールに接続され、ホイールは、次に、ロータに接続され得る。通常、ロータは、負荷に動作可能に接続される。高温ガスストリームは、エーロフォイルに力を加え、回転を引起す。回転はロータに伝達される。そのため、タービン部分は、高温ガスストリームからの熱エネルギーを、負荷を駆動するために使用される機械／回転エネルギーに変換する。負荷は、発電機、ポンプ、航空機、機関車、又は同様なものを含む種々の形態をとり得る。オフピーク時間（ｏｆｆ−ｐｅａｋ  ｈｏｕｒｓ）中にターボ機械の出力及びエミッションを低減することが望ましい。
【発明の概要】
【０００４】
例示的な実施形態の一態様によれば、ターボ機械システムは、少なくとも１つの圧縮機抽出部（ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ  ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）を有する圧縮機部分と、圧縮機部分に動作可能に接続されたタービン部分と、圧縮機部分及びタービン部分に流体的に接続された少なくとも１つの燃焼器を含む燃焼器アセンブリとを含む。熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ：ｈｅａｔ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｓｔｅａｍ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）はタービン部分に流体的に接続され、空気入口システムは圧縮機部分に流体的に接続される。入口抽気熱（ＩＢＨ）システムは、圧縮機部分、空気入口システム、及びＨＲＳＧのそれぞれに流体的に接続される。ＩＢＨシステムは、圧縮機抽出部及び空気入口システムを流体的に接続する第１の弁を有する第１の導管、並びに、ＨＲＳＧ及び２次蒸気源の一方を第１の導管に接続する第２の弁を含む第２の導管を含む。
【０００５】
例示的な実施形態の別の態様によれば、ターンダウン状態で（ｉｎ  ｔｕｒｎｄｏｗｎ）ターボ機械を運転する方法が提供される。方法は、ターボ機械の圧縮機部分の圧縮機抽出部から第１の導管を通って空気入口システムに第１の流体流を方向付けること、及び、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）及び２次蒸気源の一方から第２の導管を通って流れる第２の流体流と共に第１の流体流を調節することを含む。
【０００６】
これらのまた他の利点及び特徴は、図面と共に行われる以下の説明からより明らかになる。
【０００７】
本発明として考えられる主題が、特に指摘され、本明細書の結論部において特許請求の範囲で明確に請求される。本発明において概説される、上記及び他の特徴並びにシステム及び方法の利点は、添付図面と共に行われる以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的な実施形態の一態様によるターボ機械システムの略図である。
【図２】例示的な実施形態の別の態様によるターボ機械システムの略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
詳細な説明は、図面を参照して、例として、利点及び特徴と共に本発明の複数の実施形態を説明する。
【００１０】
例示的な実施形態によるターボ機械システムは、図１の２で全体的に示される。ターボ機械システム２は、燃焼器アセンブリ１０を通してタービン部分８に流体的に接続された圧縮機部分６を有するターボ機械４を含む。燃焼器アセンブリ１０は、１２で示すような１つ又は複数の燃焼器を含む。圧縮機部分６はまた、共通圧縮機／タービンシャフト１４を通してタービン部分８に動作可能に接続される。圧縮機部分６は、複数の入口ガイドベーン１９を有する入口１７を含む。圧縮機部分６はまた、圧縮機抽出部２０を含む。示す例示的な実施形態では、圧縮機抽出部２０は、圧縮機部分６の後方ステージ（ａｆｔ  ｓｔａｇｅ）２１に流体的に接続される。
【００１１】
空気入口システム２２は、圧縮機部分６の入口１７に流体的に接続される。空気入口システム２２は、周囲空気入口２４、空気出口２５、及び入口抽気熱（ＩＢＨ）マニホルド２８を含む。ＩＢＨマニホルド２８は、圧縮機部分６の入口に流れる周囲空気を調節し得る。タービン部分８は、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）４０に流体的に接続される。タービン部分８はまた、負荷４４に結合され得る。負荷４４は、発電機、ポンプ、又は同様なものを含む種々の形態をとり得る。ＨＲＳＧ４０は、蒸気タービン４８に流体的に接続され得る。
【００１２】
例示的な実施形態によれば、ターボ機械システム２は、ＩＢＨシステム６０を含む。以下でより完全に論じられるように、ＩＢＨシステム６０は、空気入口システム２２を通して流れる入口空気を更に調節して、ターンダウンを容易にする。特に、寒い日、例えば、周囲温度が約５９°Ｆ（１５℃）以下であり得る日に、入口空気を調節又は加熱することは、ターボ機械４がターンダウンモードで又は部分負荷運転で運転しているときにエミッションの低減をもたらす。
【００１３】
ターンダウンシステム６０は、圧縮機抽出部２０に流体的に接続された第１の端７２を有する第１の導管７０を含む。第１の端７２は、中間部分７６を通して第２の端７４まで延在する。第２の端７４は、ＩＢＨマニホルド２８に流体的に結合される。第１の弁７８は、中間部分７６内に配列され、第１の導管７０を通って流れる空気流を制御する。ターンダウンシステム６０はまた、ＨＲＳＧ４０に結合された第１の端部分８２を有する第２の導管８０を含む。第１の端部分８２は、中間セクション８６を通して第２の端部分８４まで延在する。第２の端部分８４は、第１の弁７８の下流で中間部分７６に流体的に接続する。第２の弁８８は、第２の導管８０の中間セクション８６内に配列される。第１の端部分８２は、代替法において、全体的に９０で示す２次蒸気源に接続され得る。
【００１４】
コントローラ９４は、第１及び第２の弁７８及び８８に動作可能に接続される。コントローラ９４は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）９５及びメモリ９６を含む。メモリ９６は、コントローラ９４が第１及び第２の導管７０及び８０を通して所望の流れを確立することを可能にするコンピュータ実行可能命令を格納する。コントローラ９４はまた、第１の導管７０の中間部分７６に配列され得る第１のセンサ９８及び空気出口２５に配列され得る第２のセンサ９９に動作可能に接続される。この配置構成によって、コントローラ９４は、空気入口システム２２を通して圧縮機部分６に入るように流れる空気温度をセンサ９８及び９９を通して検知する。
【００１５】
コントローラ９４は、第１及び第２の弁７８及び８８を選択的に動作させて、所望の温度を有する空気流をＩＢＨマニホルド２８に送出し得る。具体的には、コントローラ９４は、第１及び第２の弁７８及び８８を動作させて、圧縮機抽出部２０から流れる空気の所望の混合気及びＨＲＳＧ４０から流れる蒸気を確立し、ＩＢＨマニホルド２８に送出される調節用空気ストリームを形成し得る。コントローラ９４は、調節用空気ストリームの温度を選択的に制御して、圧縮機部分６に流れる入口空気用の所望の温度プロファイルを確立し得る。所望の温度プロファイルは、ターボ機械４の周囲温度条件及び負荷条件に基づき得る。例えば、寒い日の間、部分負荷運転中に入口空気温度を上げて、エミッションを低減することが望ましい場合がある。こうして、オペレータは、依然としてエミッション適合性がある（ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）ままの状態で、オフピーク時間にシステム出力を低減し得る。
【００１６】
ここで参照は引き続き図２に対して行われ、図２では、例示的な実施形態の別の態様によるターンダウンシステム１１０を述べるときに、同様の参照数字がそれぞれの図において対応する部品を示す。ターンダウンシステム１１０は、圧縮機抽出部２０に流体的に接続する第１の端１２２を有する第１の導管７０を含む。第１の端１２２は、中間部分１２６を通して第２の端１２４まで延在する。第２の端１２４は、ＩＢＨマニホルド２８に流体的に接続する。中間部分１２６は熱交換器１３２を通過する。以下で詳述するように、第１の導管１２０を通して圧縮機抽出部２０から流れる空気流は、熱交換器１３２内で調節される。第１の弁１３５は、熱交換器１３２の上流で中間部分１２６内に配列される。
【００１７】
ターンダウンシステム１１０はまた、ＨＲＳＧ４０に流体的に接続された第１の端部分１４２を有する第２の導管１４０を含む。第１の端部分１４２は、中間セクション１４６を通して第２の端部分１４４まで延在する。第２の端部分１４４は熱交換器１３２に流体的に接続する。第２の弁１４８は中間セクション１４６内に配列される。第１の端部分１４２は、代替法において、全体的に１５０で示す２次蒸気源に接続され得る。第３の導管１６０は、熱交換器１３２を通して第２の導管１４０の第２の端部分１４４に流体的に接続される第１の端セクション１６２を含む。第１の端セクション１６２は、中間セクション１６６を通して第２の端セクション１６４まで延在する。第２の端セクション１６４は、コンポーネント１７０に流体的に接続される。コンポーネント１７０は、凝縮器、蒸気タービン４８、又はＨＲＳＧ４０を含む種々の形態をとり得る。流量センサ１７８は、第３の導管１６０の中間セクション１６６内に配列される。
【００１８】
上述した方法と同様な方法で、コントローラ９４は、第１及び第２の弁１３５及び１４８に動作可能に接続される。コントローラ９４はまた、流量センサ１７８に動作可能に接続される。こうして、コントローラ９４は、熱交換器１３２を通る蒸気の流れを制御して、圧縮機抽出部２０からＩＢＨマニホルド２８に流れる空気流を調節し得る。より具体的には、コントローラ９４は、第１の弁１３５を動作させて、ＩＢＨマニホルド２８に対する所望の空気流を確立する。空気流は、第２の導管１４０を通って流れる蒸気流と熱交換関係にある状態で流れる。コントローラ９４は、蒸気流を制御して、所望の温度プロファイルを有する調節済みの空気流を生成する。所望の温度プロファイルは、ターボ機械４の周囲温度条件及び負荷条件に基づき得る。例えば、寒い日の間、部分負荷運転中に入口空気温度を上げて、エミッションを低減することが望ましい場合がある。こうして、オペレータは、依然としてエミッション適合性があるままの状態で、オフピーク時間にシステム出力を低減し得る。熱交換器１３２から通る蒸気流は、コンポーネント１７０まで流れて、システム効率を高める。
【００１９】
この時点で、例示的な実施形態が、部分負荷運転又はターンダウン中のエミッションを低減するために圧縮機部分に対する入口空気流を調節するためのシステムを述べることが理解されるべきである。システムは、圧縮機抽出部から入口抽気熱（ＩＢＨ）マニホルドに流れる空気流を選択的に調節する。圧縮機抽出部から流れる空気流は、例えば、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）又は他の外部源から流れるより高温の蒸気流と直接混合することによって調整され得る。圧縮機抽出部から流れる空気流はまた、熱交換器内のより高温の蒸気流との間接的熱交換によって調整され得る。圧縮機部分の最終ステージで起こるとして述べたが、圧縮機抽出部が、複数の圧縮機抽出部の任意の１つ又は複数の圧縮機抽出部に流体的に接続され得ることも理解されるべきである。
【００２０】
限られた数の実施形態だけと関連して本発明が詳細に述べられたが、本発明が開示されたこのような実施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、本発明が修正されて、これまで述べていないが本発明の趣旨及び範囲と同等である、任意の数の変形、代替、置換、又は、等価な配置構成を組込む可能性がある。更に、本発明の種々の実施形態が述べられたが、本発明の態様が述べた実施形態の一部のみを含み得ることが理解される。したがって、本発明は、上記説明によって限定されるとみなされるのではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２１】
２  ターボ機械システム
４  ターボ機械
６  圧縮機部分
８  タービン部分
１０  燃焼器アセンブリ
１２  燃焼器
１４  共通圧縮機／タービンシャフト
１７  入口
１９  複数の入口ガイドベーン
２０  圧縮機抽出部
２１  後方ステージ
２２  空気入口システム
２４  周囲空気入口
２５  空気出口
２８  入口抽気熱（ＩＢＨ）マニホルド
４０  熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）
４４  負荷
４８  蒸気タービン
６０  ＩＢＨシステム
７０  第１の導管
７２  第１の端
７４  第２の端
７６  中間部分
７８  第１の弁
８０  第２の導管
８２  第１の端部分
８４  第２の端部分
８６  中間セクション
８８  第２の弁
９０  ２次蒸気源
９４  コントローラ
９５  中央処理ユニット（ＣＰＵ）
９６  メモリ
９８  第１のセンサ
９９  第２のセンサ
１１０  ターンダウンシステム
１２０  第１の導管
１２２  第１の端
１２４  第２の端
１２６  中間部分
１３２  熱交換器
１３５  第１の弁
１４０  第２の導管
１４２  第１の端部分
１４４  第２の端部分
１４６  中間セクション
１４８  第２の弁
１５０  ２次蒸気源
１６０  第３の導管
１６２  第１の端セクション
１６４  第２の端セクション
１６６  中間セクション
１７０  コンポーネント
１７８  流量センサ
【図１】
2016037966.tif 000003
【図２】
2016037966.tif 000004
【外国語明細書】
2016037966000001.pdf