(57)【要約】【課題】余剰空気流を生じる圧縮機とそれのための冷却流体注入とを有する発電システムを提供する。【解決手段】第１のガスタービンシステム（１０２）の第１の燃焼器（１０８）が、高温燃焼ガスを第１のタービン構成部品（１０４）に供給し、第１の一体型圧縮機（１０６）が、第１の燃焼器（１０８）および／または第１のタービン構成部品（１０４）の吸入容量よりも大きい流量容量を有し、余剰空気流（２００）を生じる。第２のガスタービンシステム（１４０）が、その圧縮機における余剰容量なしであることを除き、第１のガスタービンシステム（１０２）と同様の構成部品を含むことができる。制御弁システム（２０２）が、第１のガスタービンシステム（１０２）から第２のガスタービンシステム（１４０）への余剰空気流（２００）の流れを制御する。冷却流体注入器が、水または蒸気などの冷却流体を余剰空気流（２００）に注入するために余剰空気流（２００）路に結合することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のタービン構成部品（１０４）と、第１の一体型圧縮機（１０６）と、燃料および前記第１の一体型圧縮機（１０６）からの空気が供給される第１の燃焼器（１０８）とを含む第１のガスタービンシステム（１０２）であって、前記第１の燃焼器（１０８）が、高温燃焼ガスを前記第１のタービン構成部品（１０４）に供給するように配列され、前記第１の一体型圧縮機（１０６）が、前記第１の燃焼器（１０８）および前記第１のタービン構成部品（１０４）のうちの少なくとも一方の吸入容量よりも大きい流量容量を有し、余剰空気流（２００）を生じる、第１のガスタービンシステム（１０２）と、
第２のタービン構成部品（１４４）と、第２の圧縮機（１４６）と、燃料および前記第２の圧縮機（１４６）からの空気が供給される第２の燃焼器（１４８）とを含む第２のガスタービンシステム（１４０）であって、前記第２の燃焼器（１４８）が、高温燃焼ガスを前記第２のタービン構成部品（１４４）に供給するように配列される、第２のガスタービンシステム（１４０）と、
余剰空気流（２００）路に沿った前記第１のガスタービンシステム（１０２）から前記第２のガスタービンシステム（１４０）への前記余剰空気流（２００）の流れを制御する制御弁システム（２０２）と、
冷却流体を前記余剰空気流（２００）に注入するために前記余剰空気流（２００）路に結合された冷却流体注入器とを備える、発電システム（１００）。
【請求項２】
前記余剰空気流（２００）が、前記第２の圧縮機（１４６）の排出部分に供給される、請求項１記載の発電システム（１００）。
【請求項３】
前記余剰空気流（２００）が、前記第２の燃焼器（１４８）に供給される、請求項１記載の発電システム（１００）。
【請求項４】
前記余剰空気流（２００）が、前記第２のタービン構成部品（１４４）のタービンノズル冷却吸気口（１５８）に供給される、請求項１記載の発電システム（１００）。
【請求項５】
前記制御弁システム（２０２）が、前記第２の圧縮機（１４６）の排出部分と、前記第２の燃焼器（１４８）と、前記第２のタービン構成部品（１４４）のタービンノズル冷却吸気口（１５８）とのうちの少なくとも１つへの前記余剰空気流（２００）の流れを制御する、請求項１記載の発電システム（１００）。
【請求項６】
前記制御弁システム（２０２）が、前記第２の圧縮機（１４６）の前記排出部分への前記余剰空気流（２００）の第１の部分を制御する第１の制御弁と、前記第２の燃焼器（１４８）への前記余剰空気流（２００）の第２の部分を制御する第２の制御弁（２１４）と、前記第２のタービン構成部品（１４４）のタービンノズル冷却吸気口（１５８）への前記余剰空気流（２００）の前記流れの第３の部分を制御する第３の制御弁（２１６）とを含む、請求項５記載の発電システム（１００）。
【請求項７】
前記余剰空気流（２００）の少なくとも一部分の流量を測定するための少なくとも１つのセンサ（２２０）をさらに備え、各センサ（２２０）が、前記制御弁システム（２０２）に動作可能に結合される、請求項６記載の発電システム（１００）。
【請求項８】
前記第１のタービンシステムおよび前記第２のタービンシステムの各々の排気部分（１７２、１７４）が、蒸気タービンシステムに動力供給するために少なくとも１つの蒸気発電機に供給される、請求項１記載の発電システム（１００）。
【請求項９】
前記冷却流体注入器が、前記冷却流体として水を注入する、請求項１記載の発電システム（１００）。
【請求項１０】
前記冷却流体注入器が、前記冷却流体として蒸気を注入する、請求項１記載の発電システム（１００）。
【請求項１１】
第１のタービン構成部品（１０４）と、第１の一体型圧縮機（１０６）と、燃料および前記第１の一体型圧縮機（１０６）からの空気が供給される第１の燃焼器（１０８）とを含む第１のガスタービンシステム（１０２）であって、前記第１の燃焼器（１０８）が、高温燃焼ガスを前記第１のタービン構成部品（１０４）に供給するように配列され、前記第１の一体型圧縮機（１０６）が、前記第１の燃焼器（１０８）および前記第１のタービン構成部品（１０４）のうちの少なくとも一方の吸入容量よりも大きい流量容量を有し、余剰空気流（２００）を生じる、第１のガスタービンシステム（１０２）と、
第２のタービン構成部品（１４４）と、第２の圧縮機（１４６）と、燃料および前記第２の圧縮機（１４６）からの空気が供給される第２の燃焼器（１４８）とを含む第２のガスタービンシステム（１４０）であって、前記第２の燃焼器（１４８）が、高温燃焼ガスを前記第２のタービン構成部品（１４４）に供給するように配列される、第２のガスタービンシステム（１４０）と、
余剰空気流（２００）路に沿った前記第２の圧縮機（１４６）の排出部分、前記第２の燃焼器（１４８）、および前記第２のタービン構成部品（１４４）のタービンノズル冷却吸気口（１５８）のうちの少なくとも１つへの前記余剰空気流（２００）の流れを制御する制御弁システム（２０２）と、
冷却流体を前記余剰空気流（２００）に注入するために前記余剰空気流（２００）路に結合された冷却流体注入器とを備える、発電システム（１００）であって、
前記制御弁システム（２０２）が、前記第２の圧縮機（１４６）の前記排出部分への前記余剰空気流（２００）の第１の部分を制御する第１の制御弁（２１２）と、前記第２の燃焼器（１４８）への前記余剰空気流（２００）の第２の部分を制御する第２の制御弁（２１４）と、前記第２のタービン構成部品（１４４）の前記タービンノズル冷却吸気口（１５８）への前記余剰空気流（２００）の前記流れの第３の部分を制御する第３の制御弁（２１６）とを含み、
前記第１のタービンシステムおよび前記第２のタービンシステムの各々の排気部分（１７２、１７４）が、蒸気タービンシステムに動力供給するために少なくとも１つの蒸気発電機に供給される、発電システム（１００）。
【請求項１２】
前記冷却流体注入器が、前記冷却流体として水を注入する、請求項１１記載の発電システム（１００）。
【請求項１３】
前記冷却流体注入器が、前記冷却流体として蒸気を注入する、請求項１１記載の発電システム（１００）。
【請求項１４】
第１のタービン構成部品（１０４）と、第１の一体型圧縮機（１０６）と、燃料および前記第１の一体型圧縮機（１０６）からの空気が供給される第１の燃焼器（１０８）とを含む第１のガスタービンシステム（１０２）の前記第１の一体型圧縮機（１０６）から余剰空気流（２００）を取り出すステップであって、前記第１の一体型圧縮機（１０６）が、前記第１の燃焼器（１０８）および前記第１のタービン構成部品（１０４）のうちの少なくとも一方の吸入容量よりも大きい流量容量を有する、取り出すステップと、
第２のタービン構成部品（１４４）と、第２の圧縮機（１４６）と、燃料および前記第２の圧縮機（１４６）からの空気が供給される第２の燃焼器（１４８）とを含む第２のガスタービンシステム（１４０）に前記余剰空気流（２００）を向けるステップであって、前記第２の燃焼器（１４８）が、高温燃焼ガスを前記第２のタービン構成部品（１４４）に供給するように配列される、向けるステップと、
冷却流体を前記余剰空気流（２００）路に注入するステップとを含む、方法。
【請求項１５】
前記向けるステップが、前記余剰空気流（２００）を前記第２の圧縮機（１４６）の排出部分に向けるステップを含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記向けるステップが、前記余剰空気流（２００）を前記第２の燃焼器（１４８）に向けるステップを含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記向けるステップが、前記余剰空気流（２００）を前記第２のタービン構成部品（１４４）のタービンノズル冷却吸気口（１５８）に向けるステップを含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
前記向けるステップが、前記第２の圧縮機（１４６）の排出部分、前記第２の燃焼器（１４８）、および前記第２のタービン構成部品（１４４）のタービンノズル冷却吸気口（１５８）のうちの少なくとも１つへの前記余剰空気流（２００）の流れを制御するために制御弁システム（２０２）を使用するステップを含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１９】
前記制御弁システム（２０２）が、前記余剰空気流（２００）の第１の部分を前記第２の圧縮機（１４６）の前記排出部分に向けるステップを制御する第１の制御弁（２１２）と、前記余剰空気流（２００）の第２の部分を前記第２の燃焼器（１４８）に向けるステップを制御する第２の制御弁（２１４）と、前記余剰空気流（２００）の前記流れの第３の部分を前記第２のタービン構成部品（１４４）の前記タービンノズル冷却吸気口（１５８）に向けるステップを制御する第３の制御弁（２１６）とを含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記注入するステップが、前記冷却流体として水と蒸気とのうちの一方を注入するステップを含む、請求項１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に発電システムに関し、より詳しくは、余剰空気流を生じる圧縮機を有するガスタービンシステムと、それのための冷却流体注入器とを含む発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電システムは、しばしば、発電するために１つまたは複数の蒸気タービンシステムに結合することができる１つまたは複数のガスタービンシステムを使用する。ガスタービンシステムは、回転軸を有する多段軸流圧縮機を含むことができる。空気が圧縮機の吸気口から入り、圧縮機回転翼段によって圧縮され、次いで燃焼器に排出され、そこで高エネルギー燃料ガス流を提供してタービン構成部品を駆動するために天然ガスなどの燃料が燃焼される。タービン構成部品において、高温ガスのエネルギーは仕事に変換され、そのうちの一部は、回転軸を通じて一体型圧縮機を駆動するのに使用することができ、残りは電力を発生するために回転軸（例えば、回転軸の延長部分）を介して発電機などの負荷を駆動する有用な仕事に利用可能である。いくつかのガスタービンシステムを発電システム内に並列に使用することができる。複合サイクルシステムにおいて、１つまたは複数の蒸気タービンシステムをガスタービンシステムに使用することもできる。この設定において、ガスタービンシステムからの高温排気ガスが、蒸気を生じさせるために１つまたは複数の熱回収蒸気発電機（ＨＲＳＧ：ｈｅａｔ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｓｔｅａｍ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）に供給され、蒸気は、次いでガスタービンシステムと別個のまたは一体型の回転軸を有する蒸気タービン構成部品に供給される。いずれにしても、蒸気のエネルギーは、電力を発生するために発電機などの負荷を駆動するのに使用することができる仕事に変換される。
【０００３】
発電システムが作られるとき、その部分品は、所望の出力を有するシステムを提供するために共に働くように構成される。出力を要求に応じて増加させる、および／または厳しい環境設定の下で出力を維持する能力は、産業界における継続的な課題である。例えば、暑い日に、電力消費が増加し、したがって、発電需要が増加する。暑い日の別の課題は、温度が上昇するにつれて、圧縮機の流量が減少し、その結果として、発電機の出力が減少することである。出力を増加させる（または、例えば、暑い日に出力を維持する）１つの取り組みは、ガスタービンシステムの燃焼器への空気流を増加させることができる構成部品を発電システムに追加することである。空気流を増加させる１つの取り組みは、ガスタービン燃焼器に供給するために補助圧縮機を追加することである。しかし、この特定の取り組みは、典型的には、補助圧縮機に別個の電源を必要とし、これは効率的でない。
【０００４】
空気流を増加させることへの別の取り組みは、圧縮機をアップグレードすることである。現在、圧縮機は、それらの流量容量がそれらの先行する圧縮機よりも高くなるように改善されている。これらの新たな、より大きい容量の圧縮機は、典型的には、新たな同様に構成された燃焼器に対応するかまたは容量の増大に対処することができる従来の燃焼器に対応するかのいずれのために製造される。より新たな、より大きい容量の圧縮機を使用するために従来のガスタービンシステムをアップグレードすることへの課題は、容量の増大に対処するにはシステムの他の高価な部分品をアップグレードしなければならないシステムには、より大きい容量の圧縮機を使用するメカニズムが現在ないことである。圧縮機のアップグレードと同時にアップグレードすることがしばしば必要になる他の部分品は、限定はされないが、燃焼器，ガスタービン構成部品、発電機、変圧器、開閉装置、ＨＲＳＧ、蒸気タービン構成部品、蒸気タービン制御弁などを含む。したがって、圧縮機のアップグレードが理論上は賢明であり得ても、他の部分品をアップグレードするコスト増のため、アップグレードは費用の追加により、賢明でないことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４０３５２３１８号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の第１の態様は、第１のタービン構成部品、第１の一体型圧縮機、および燃料および第１の一体型圧縮機からの空気が供給される第１の燃焼器を含む第１のガスタービンシステムであって、第１の燃焼器が、高温燃料ガスを第１のタービン構成部品に供給するように配列され、第１の一体型圧縮機が、第１の燃焼器および第１のタービン構成部品のうちの少なくとも一方の吸入容量よりも大きい流量容量を有し、余剰空気流を生じる、第１のガスタービンシステムと、第２のタービン構成部品、第２の圧縮機、および燃料および第２の圧縮機からの空気が供給される第２の燃焼器を含む第２のガスタービンシステムであって、第２の燃焼器が、高温燃料ガスを第２のタービン構成部品に供給するように配列される、第２のガスタービンシステムと、余剰空気流路に沿った第１のガスタービンシステムから第２のガスタービンシステムへの余剰空気流の流れを制御する制御弁システムと、冷却流体を余剰空気流に注入するために余剰空気流路に結合された冷却流体注入器とを備える発電システムを提供する。
【０００７】
本開示の第２の態様は、第１のタービン構成部品、第１の一体型圧縮機、燃料および第１の一体型圧縮機からの空気が供給される第１の燃焼器を含む第１のガスタービンシステムであって、第１の燃焼器が、高温燃料ガスを第１のタービン構成部品に供給するように配列され、第１の一体型圧縮機が、第１の燃焼器および第１のタービン構成部品のうちの少なくとも一方の吸入容量よりも大きい流量容量を有し、余剰空気流を生じる、第１のガスタービンシステムと、第２のタービン構成部品、第２の圧縮機、および燃料および第２の圧縮機からの空気が供給される第２の燃焼器を含む第２のガスタービンシステムであって、第２の燃焼器が、高温燃料ガスを第２のタービン構成部品に供給するように配列される、第２のガスタービンシステムと、余剰空気流路に沿った第２の圧縮機の排出部分、第２の燃焼器、および第２のタービン構成部品のタービンノズル冷却吸気口のうちの少なくとも１つへの余剰空気流の流れを制御する制御弁システムと、冷却流体を余剰空気流に注入するために余剰空気流路に結合された冷却流体注入器とを備える発電システムであって、制御弁システムが、第２の圧縮機の排出部分への余剰空気流の第１の部分を制御する第１の制御弁と、第２の燃焼器への余剰空気流の第２の部分を制御する第２の制御弁と、第２のタービン構成部品のタービンノズル冷却吸気口への余剰空気流の流れの第３の部分を制御する第３の制御弁とを含み、第１のタービンシステムおよび第２のタービンシステムの各々の排気が、蒸気タービンシステムに動力供給するために少なくとも１つの蒸気発電機に供給される、発電システムを提供する。
【０００８】
本開示の第３の態様は、第１のタービン構成部品と、第１の一体型圧縮機と、燃料および第１の一体型圧縮機からの空気が供給される第１の燃焼器とを含む第１のガスタービンシステムの第１の一体型圧縮機から余剰空気流を取り出すステップであって、第１の一体型圧縮機が、第１の燃焼器および第１のタービン構成部品のうちの少なくとも一方の吸入容量よりも大きい流量容量を有する、取り出すステップと、第２のタービン構成部品と、第２の圧縮機と、燃料および第２の圧縮機からの空気が供給される第２の燃焼器とを含む第２のガスタービンシステムに余剰空気流を向けるステップであって、第２の燃焼器が、高温燃料ガスを第２のタービン構成部品に供給するように配列される、向けるステップと、冷却流体を余剰空気流路に注入するステップとを含む方法を提供する。
【０００９】
本開示の例示的態様は、本明細書に説明する問題および／または論じていない他の問題を解決するように設計される。
【００１０】
本開示のこれらのおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付の図面と併せて、本開示の様々な態様の以下の詳細な説明からより容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態による発電システムの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の図面は原寸に比例していないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様だけを示すことが意図されており、したがって、本開示の範囲を限定するものとみなしてはならない。図面において、同じ番号は図面間で同様の要素を表す。
【００１３】
上述のように、本開示は、余剰空気流を生じる圧縮機を含むガスタービンシステムを含む発電システムを提供する。本発明の実施形態は、発電システムの出力を改善するために余剰空気流を使用するやり方を提供する。
【００１４】
図１を参照すると、本発明の実施形態による発電システム１００の回路図が提供される。システム１００は、第１のガスタービンシステム１０２を含む。第１のガスタービンシステム１０２は、他の構成部品の中で、第１のタービン構成部品１０４と、第１の一体型圧縮機１０６と、第１の燃焼器１０８とを含むことができる。本明細書では、第１の「一体型」圧縮機１０６とは、圧縮機１０６およびタービン構成部品１０４が、とりわけ、共通の圧縮機／タービン回転軸１１０（回転子１１０と称されることもある）によって一体的に共に結合され得るので、そのように命名されている。この構造は、別々に電力供給され、タービン構成部品１０４と一体でない多くの補助圧縮機と対照的である。
【００１５】
燃焼器１０８は、一般に燃焼領域と燃料ノズル組立品と含む、任意の現在公知のまたは後に開発された燃焼器システムを含むことができる。燃焼器１０８は、アニュラ型燃焼システムまたはカニュラ型燃焼システムの形をとることができる（図に示すように）。運転中、天然ガスなどの燃料および第１の一体型圧縮機１０６からの空気は、燃焼器１０８に供給される。任意選択で、希釈剤を任意の現在公知のまたは後に開発されたやり方で燃焼器１０８に供給することもできる。第１の一体型圧縮機１０６によって吸入された空気は、任意の現在公知のまたは後に開発された吸気口フィルタハウジング１２０中を通過させることができる。理解されるように、燃焼器１０８は、燃料と空気との混合物の燃焼によって高温燃焼ガスを第１のタービン構成部品１０４に供給するように配列される。タービン構成部品１０４において、高温燃焼ガスのエネルギーは、仕事に変換され、そのうちの一部は回転軸１１０を通じて圧縮機１０６を駆動するのに使用され、残りは限定はされないが、電力を発生するために発電機１２２および／または回転軸１１０（回転軸１１０の延長部分）を介して別のタービンなどの負荷を駆動する有用な仕事に利用可能である。タービン構成部品１０４は、高温燃焼ガス流を回転軸１１０を通して仕事に変換するために任意の現在公知のまたは後に開発されたタービンを含むことができる。
【００１６】
一実施形態において、ガスタービンシステム１０２は、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｇｒｅｅｎｖｉｌｌｅ、Ｓ．Ｃ．から市販されている７ＦＢエンジンとも称されるモデルＭＳ７００１ＦＢを含むことができる。しかし、本発明は、任意の１つの特定のガスタービンシステムに限定されず、例えば、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＣｏｍｐａｎｙのＭＳ７００１ＦＡ（７ＦＡ）およびＭＳ９００１ＦＡ（９ＦＡ）モデルを含む他のシステムに関連して実装することができる。
【００１７】
従来のガスタービンシステムモデルと対照的に、第１の一体型圧縮機１０６は、タービン構成部品１０４および／または第１の燃焼器１０８の吸入容量よりも大きい流量容量を有する。すなわち、圧縮機１０６は、燃焼器１０８およびタービン構成部品１０４に合致するように構成された圧縮機に比較してアップグレードされた圧縮機である。本明細書では、「容量」とは流量容量を示す。例えば、ガスタービンシステム１０２の初期圧縮機は、約４８７キログラム／秒（ｋｇ／ｓ）（１，０７５ポンド質量／秒（ｌｂｍ／ｓ））の最大流量容量を有することができ、タービン構成部品１０４は、実質的に等しい最大流量容量、すなわち、およそ、４８７ｋｇ／ｓを有することができる。しかし、ここで、圧縮機１０８が、初期圧縮機に取って代わり、例えば、最大流量容量を約５４４ｋｇ／ｓ（１，２００ｌｂｍ／ｓ）に増大することができ、一方、タービン構成部品１０４は、引き続き、最大流量容量が、例えば、およそ４８７ｋｇ／ｓのままである。その結果として、タービン構成部品１０４は、圧縮機１０６の容量のすべてを利用することができず、タービン構成部品１０４の最大容量を上回る余剰空気流２００が圧縮機１０６によって生じる。同様に、一体型圧縮機１０６の流量容量は、燃焼器１０８の最大吸入容量を超えることができる。同様のやり方で、タービン構成部品１０４の出力は、一体型圧縮機１０６の全流量容量を受けた場合、発電機１２２の最大許容入力を超え得る。特定の例示的流量値を本明細書では説明しているが、流量容量はガスタービンシステムにより大きく変動することがあり、新たな大容量の一体型圧縮機１０６が使用されることが強調される。本明細書に説明するように、本発明は、発電システム１００の他の部分品に余剰空気流を使用するために発電システム１００の様々な実施形態を提供する。
【００１８】
図１に示す実施形態において、発電システム１００は、１つまたは複数の第２のガスタービンシステム１４０も含む。各々の第２のガスタービンシステム１４０は、第２のタービン構成部品１４４と、第２の圧縮機１４６と、第２の燃焼器１４８とを含むことができる。各々の第２のガスタービンシステム１４０は、第１のガスタービンシステム１０２と実質的に同様であり得るが、ただし、それの圧縮機１４６はアップグレードまたは置き換えされていなくて、引き続きそのそれぞれのタービン構成部品１４４および／または燃焼器１４８の流量容量に合致するように構成された流量容量を有する。第１の一体型圧縮機１０６に対して本明細書に説明したように、第２の圧縮機１４６からの空気は、燃料とともに第２の燃焼器１４８に供給され、第２の燃焼器１４８は、高温燃焼ガスを第２のタービン構成部品１４４に供給するように配列される。任意選択で、希釈剤を任意の現在公知のまたは後に開発されたやり方で、第２の燃焼器１４８に供給することもできる。第２の圧縮機１４６によって吸入された空気は、任意の現在公知のまたは後に開発された吸気口フィルタハウジング１５０中を通過させることができる。第２のタービン構成部品１４４において、高温燃焼ガスのエネルギーは仕事に変換され、そのうちの一部は、回転軸１５２を通じて圧縮機１４６を駆動するのに使用され、残りは、限定はされないが、電力を発生するために発電機１５４および／または回転軸１５２（回転軸１５２の延長部分）を介して別のタービンなどの負荷を駆動する有用な仕事に利用可能である。
【００１９】
第２のタービン構成部品１４４は、１つまたは複数のタービンノズル冷却吸気口１５８も含むことができる。当技術分野で理解されるように、タービン構成部品内の固定ノズルは、数ある中でも、タービン構成部品のノズルを冷却するために注入される冷却流体の流れのためにいくつかの吸気口（図示せず）を含むことができる。ノズル内およびノズルの周りの通路は、必要に応じ、冷却流体を向ける。明確にするために、タービン構成部品１４４の第１の段に１つの吸気口しか示さないが、タービン構成部品１４４の各段は、例えば、タービン構成部品の周りに円周方向に離隔された１つまたは複数の吸気口を含むことができることが理解される。さらに、タービンノズル冷却吸気口１５８を、第２のタービン構成部品１４４の第１の段から、またはその近くから入るものとして例示するが、理解されるように、吸気口は、実際にはどの段にでも設けることができる。
【００２０】
図１にやはり示すように、一実施形態において、発電システム１００は、任意選択で、蒸気タービンシステム１６０を含む複合サイクル発電所の形をとることができる。蒸気タービンシステム１６０は、任意の現在公知のまたは後に開発された蒸気タービン配列を含むことができる。図示する例において、高圧（ＨＰ）、中圧（ＩＰ）および低圧（ＬＰ）区分が例示される。しかし、すべてがすべての場合に必要ではない。当技術分野で公知のように、運転中、蒸気は蒸気タービン区分の吸気口から入り、回転軸１６２（回転子）に結合された回転翼に対して蒸気を下流に向ける固定羽根を通じて通される。蒸気は、回転軸１６２を回転させる回転翼に力を与える残りの段中を通過することができる。回転軸１６２の少なくとも一端は、限定はされないが、発電機１６６および／または別のタービン、例えば、ガスタービン１０２、１４０のうちの一方などの負荷または機械に取り付けることができる。蒸気タービンシステム１６０の蒸気は、１つまたは複数の蒸気発電機１６８、１７０、すなわち、熱回収蒸気発電機（ＨＲＳＧ）によって発生させることができる。ＨＲＳＧ１６８は、第１のタービンシステム１０２の排気部分１７２に結合することでき、ＨＲＳＧ１７０は、第２のタービンシステム１４０の排気部分１７４に結合することができる。すなわち、ガスタービンシステム１０２および／またはガスタービンシステム１４０の排気部分１７２、１７４は、それぞれ、蒸気タービンシステム１６０に動力供給するために少なくとも１つのＨＲＳＧ１６８、１７０に供給することができる。各ガスタービンシステムは、専用ＨＲＳＧに結合することができ、またはいくつかのシステムはＨＲＳＧを共有することができる。後者の場合、２つの蒸気発電機１６８、１７０を例示するが、１つだけを設けることができ、両方の排気部分１７２、１７４をそれに向けることができる。ＨＲＳＧ１６８、１７０中を通過した後、燃料ガス流は、ここで熱が除去されるが、任意の現在公知のまたは後に開発された排気浄化システム１７８、例えば、積層体、選択接触還元（ＳＣＲ：ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）ユニット、亜酸化窒素フィルタなどを介して排気させることができる。図１は複合サイクルの実施形態を示すが、蒸気発電機１６８、１７０を含む蒸気タービンシステム１６０は省略できることが強調される。この後者の場合、排気部分１７２、１７４は、排気浄化システム１７８に直接通されるまたは他のプロセスで使用される。
【００２１】
発電システム１００は、それの様々な構成部品を制御するための任意の現在公知のまたは後に開発された制御システム１８０も含むことができる。構成部品と別に示すが、制御システム１８０は、構成部品のすべておよびそれらのそれぞれの制御可能な特徴、例えば、弁、ポンプ、電動機、センサ、配電網、発電機制御装置などに電気的に結合されることが理解される。
【００２２】
第１のガスタービンシステム１０２の詳細に戻ると、本明細書に記載されるように、第１の一体型圧縮機１０６は、タービン構成部品１０４および／または第１の燃焼器１０８の吸入容量よりも大きい流量容量を有し、それにより余剰空気流２００が生じる。余剰空気流２００は、第１の一体型圧縮機１０６の排出部分から取り出される流れとして示される。しかし、余剰空気流２００は、適切な弁および関連する制御システムを使用して、所望であれば、例えば、排出部分の上流の１つまたは複数の位置において、排出部分において、および排出部分の下流の１つまたは複数の位置においてなど一体型圧縮機１０６のどの段からでも取り出すことができることが強調される。いずれにしても、余剰空気流２００は、結局、余剰空気流路２５０に沿って通り、余剰空気流路２５０は第２のタービンシステム１４０への１つまたは複数の導管を含むことができる。図１の実施形態において、制御弁システム２０２が第２のガスタービンシステム１４０への余剰空気流２００の流れを制御するために提供される。余剰空気流２００が１つの第２のガスタービンシステム１４０だけに向けられるように例示されるが、余剰空気流は、所望であれば、１つまたは複数の第２のガスタービンシステム１４０に向けることができ、そこで余剰空気流が１つよりも多くのシステムを支持することができることが理解される。
【００２３】
発電システム１００は、冷却流体を余剰空気流２００に注入するために余剰空気流路２５０に結合された冷却流体注入器２５２も含むことができる。冷却流体注入器２５２は、選択された冷却流体を余剰空気流路２５０に注入するための任意の構造の形をとることができる。一実施形態において、冷却流体は水を含むことができる。この場合、冷却流体注入器２５２は、水を余剰空気流路２５０に注入することができる、任意の現在公知のまたは後に開発されたノズルシステムまたは余剰空気流２００の圧力に耐えることができる、任意の現在公知のまたは後に開発されたフィルタベースのインライン加湿システムを含むことができる。別の実施形態において、冷却流体は蒸気を含むことができる。この場合、冷却流体注入器２５２は、蒸気を余剰空気流路２５０に注入することができる、任意の現在公知のまたは後に開発されたノズルシステムを含むことができる。注入器２５２への冷却流体源流路２５４は、任意の必要な流体源に結合することができる。例えば、水の場合には、流路２５４を貯水器に結合された送水ポンプに結合することができ、蒸気の場合には、流路２５４を、ＨＲＳＧ１６８、１７０、任意の所望の蒸気タービン区分（ＨＰ、ＩＰ、ＬＰ）の選択された段、任意の選択された蒸気タービン（ＨＰ、ＩＰ、ＬＰ）の排出部分などに結合することができる。制御弁２５６は、冷却流体注入器２５２への余剰空気流２００の量を制御するように動作することができ、制御弁２５８は、余剰空気流２００に導入される冷却流体の量を制御することができる。
【００２４】
余剰空気流２００は、いくつかの方法で制御弁システム２０２によって第１のガスタービンシステム１０２から第２のタービンシステム１４０に向けることができる。例示するように、制御弁システム２０２は、第２の圧縮機１４６の排出部分２１０、第２の燃焼器１４８、および第２のタービン構成部品１４４のタービンノズル冷却吸気口１５８のうちの少なくとも１つへの余剰空気流２００の流れを制御する。制御弁システム２０２は、第２のタービンシステム１４０の所望の部分に余剰空気流２００の少なくとも一部分を供給するのに必要な任意の数の弁を含むことができる。例示するように、制御弁システム２０２は３つの弁を含むことができる。第１の制御弁２１２は、第２の圧縮機１４６の排出部分２１０への余剰空気流２００の第１の部分を制御することができる。このようにして、余剰空気流２００は、それによる追加のエネルギー消費なしで圧縮機１４６からの空気の流れを増加させることができる。第２の制御弁２１４は、第２の燃焼器１４８への余剰空気流２００の第２の部分を制御することができ、したがって、燃焼のために追加の空気を提供することができる。第３の制御弁２１６は、第２のタービン構成部品１４４のタービンノズル冷却吸気口１５８への余剰空気流２００の第３の部分を制御して、数ある中でも、タービン構成部品のノズルに冷却流体を提供することができる。運転中、図示する例は、以下のように機能することができる。すなわち、第１に、制御弁２１２を開き、制御弁２１４、２１６を閉じて、余剰空気流２００を第２の圧縮機１４６の排出部分２１０に供給する。第２に、制御弁２１２と２１６とを閉じ、制御弁２１４を開いて、余剰空気流２００を燃焼器１４８に供給する。最後に、制御弁２１２、２１４を閉じ、制御弁２１６を開いて、余剰空気流２００を第２のタービン構成部品１４４のタービンノズル冷却吸気口１５８、第２の燃焼器１４８の数多くの燃焼缶などに供給する。各制御弁２１２、２１４、２１６は、所望の部分的流れを、記載した構成部品に提供するために開と閉との任意の位置に配置することができる。さらに、各制御弁の後に各構成部品への１つの通路を例示するが、さらに配管と制御弁とを設けて、余剰空気流２００のそれぞれの部分を様々な下位部分、例えば、第２のタービン構成部品１４４上の数多くのタービンノズル冷却吸気口１５８にさらに分配できることが強調される。制御弁システム２０２は、冷却流体注入器２５２中を通過する余剰空気流路２５０内の余剰空気流２００を制御するための制御弁２５６も含むことができる。やはり例示するように、少なくとも１つのセンサ２２０を、各制御弁２１２、２１４、２１６の後、冷却流体注入器２５２の前などに、余剰空気流２００の一部分、例えば、第１の一体型圧縮機１０６から取り出されたときの流量を測定するために設けることができる。センサ（図示せず）を冷却流体源流路２５４内の冷却流体の流量を測定するために使用することもできる。いずれにしても、各センサ２２０は、制御弁システム２０２に動作可能に結合することができ、制御弁システム２０２は任意の現在公知のまたは後に開発された、例示する様々な制御弁の自動動作用の工業制御装置を含むことができる。
【００２５】
制御弁システム２０２、したがって、余剰空気流２００の流れおよび排出装置２５２の動作は、任意の現在公知のまたは後に開発された工業用コントローラを使用して制御することができ、工業用コントローラは発電システム１００全体の制御システム１８０の一部であり得る。制御システム１８０は、制御弁システム２０２を制御するステップを含む、公知のやり方で、発電システム１００の様々な構成部品のすべての動作を制御することができる。
【００２６】
余剰空気流２００を生じる第１の一体型圧縮機１０６を有する第１のガスタービンシステム１０２を含む発電システム１００は、従来のシステムに比較していくつかの利点を提供する。例えば、圧縮機１０６は、システム内のすべての圧縮機をアップグレードすることに比べて、より低コストで発電システム１００のパワーブロックピーク、ベースおよび真夏日の出力を改善することができ、それはいくつかのガスタービンが使用されている場合非常に高価であり得る。さらに、本発明の実施形態は、アップグレードされた圧縮機、すなわち、圧縮機１０６の相対費用を低減し、次いで、余剰空気流をもっと多く効率的に消費するやり方を提供することによって、アップグレードされた圧縮機の実現性および望ましさを改善する。さらに、第１の一体型圧縮機１０６を含む発電システム１００は、以下の例示的サブシステム、すなわち、タービン構成部品１０４、発電機１２２、変圧器（図示せず）、開閉装置、ＨＲＳＧ１６８、蒸気タービンシステム１６０、蒸気タービン制御弁などのうちの任意の１つまたは複数が小型化される場合、プロジェクトの実現性を改善することによって、システム１００の動作範囲を拡大する。このようにして、システム１００は、両方の圧縮機１０６、１４６をアップグレードすることに比較してまたは何もしない事例に比較して、例えば、２つのガスタービンおよび１つの蒸気タービンの複合サイクル（２ｘ１ＣＣ）システムにおける単一の圧縮機をアップグレードする改善事例を提供する。
【００２７】
本明細書で用いられる述語は、特定の実施形態だけを説明するためであり、本開示を限定することが意図されていない。本明細書では、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、文脈が明確に反対を示していない限り複数形も含むことが意図されている。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、この特許明細書で使用されるとき、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成部品の存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成部品、および／またはそれらの群の存在または追加を排除するものではないことがさらに理解されよう。
【００２８】
以下の特許請求の範囲における対応する構造、材料、動作、およびすべての手段またはステッププラスファンクション要素の均等物は、具体的に特許請求されるものとして機能を他の特許請求される要素と組み合わせて実施するために任意の構造、材料、または動作を含むことが意図されている。本開示の説明は、例示および説明のために提示されているが、開示される形の本開示に網羅されるまたは限定されることが意図されていない。多くの変更および変形が本開示の範囲および精神から逸脱することなく、当業者には明らかであろう。実施形態は、本開示の原理および実際的な適用例を最もよく説明するために、および企図されている特定の使用に適するように様々な変更を有する様々な実施形態に対する本開示を他の当業者が理解することを可能にするために、選択され説明されたものである。
【符号の説明】
【００２９】
１００  発電システム
１０２  第１のガスタービンシステム
１０４  第１のタービン構成部品
１０６  第１の一体型圧縮機
１０８  第１の燃焼器
１１０  圧縮機／タービン回転軸
１２０、１５０  吸気口フィルタハウジング
１２２、１５４、１６６  発電機
１４０  第２のガスタービンシステム
１４４  第２のタービン構成部品
１４６  第２の圧縮機
１４８  第２の燃焼器
１５２  回転軸
１５８  タービンノズル冷却吸気口
１６０  蒸気タービンシステム
１６２  回転軸
１６８、１７０  蒸気発電機
１７２、１７４  排気部分
１７８  排気浄化システム
１８０  制御システム
２００  余剰空気流
２０２  制御弁システム
２１０  排出部分
２１２  第１の制御弁
２１４  第２の制御弁
２１６  第３の制御弁
２２０  センサ
２５０  余剰空気流路
２５２  冷却流体注入器／排出装置
２５４  冷却流体源流路
２５６、２５８  制御弁
【図１】
2016176477.tif 000003
【外国語明細書】
2016176477000001.pdf