(57)【要約】      （修正有）【課題】過剰空気流を利用して、発電システムの出力を改善する。【解決手段】発電システム１００は、タービン構成要素１０４と、一体形圧縮機１０６と、一体形圧縮機１０６からの空気と燃料とが供給される燃焼器１０８とを含むガスタービンシステム１０２を備える。燃焼器は、タービン構成要素に高温燃焼ガスを供給するよう構成され、一体形圧縮機は、燃焼器及び／又はタービン構成要素の吸入能力よりも大きな流れ能力を有して、過剰空気流２００を生成する。第１の制御バルブシステム２０２は、タービン構成要素の排気ガスへの過剰空気流の経路２５０に沿った過剰空気流の流れを制御する。過剰空気流の経路に位置付けられたエダクター２５２は、追加ガス２５４を用いて過剰空気流を増強するよう駆動力として過剰空気流）を用いて、増強過剰ガス流を生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電システム（１００）であって、
タービン構成要素（１０４）と、一体形圧縮機（１０６）と、該第１の一体形圧縮機（１０６）からの空気と燃料とが供給される燃焼器（１０８）とを含み、前記燃焼器（１０８）が、高温燃焼ガスを前記タービン構成要素（１０４）に供給するよう構成され、前記一体形圧縮機（１０６）が、前記燃焼器（１０８）及び前記タービン構成要素（１０４）のうちの少なくとも一方の吸入能力よりも大きな流れ能力を有して過剰空気流（２００）を生成するガスタービンシステム（１０２）と、
前記タービン構成要素（１０４）の排気ガス（１７２，２７６）への前記過剰空気流（２００）の経路（２５０）に沿った前記過剰ガス流（２００）の流れを制御する第１の制御バルブシステム（２０２）と、
追加ガスを用いて前記過剰空気流（２００）を増強するよう駆動力として前記過剰空気流（２００）を用いるため前記過剰空気流の経路（２５０）に位置付けられて、増強過剰ガス流（２７０）を生成するエダクター（２５２）と、
を備える、発電システム（１００）。
【請求項２】
前記増強過剰ガス流（２７０）が、前記タービン構成要素（１０４）の排気ガス（１７２，２７６）に供給され、前記排気ガス及び前記増強過剰ガス流が、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）に送給されて、蒸気タービンシステム（１６０）のための蒸気を生成する、請求項１に記載の発電システム（１００）。
【請求項３】
前記ＨＲＳＧがまた、コジェネレーション蒸気負荷（１７０）に蒸気を送給する、請求項２に記載の発電システム（１００）。
【請求項４】
前記第１の制御バルブシステム（２０２）が、前記一体形圧縮機（１０６）の排気ガスから取り込まれた前記過剰空気流（２００）の第１の部分を制御する圧縮機吐出制御バルブ（２０６）と、前記排気ガスから上流側で前記一体形圧縮機（１０６）の段から取り込まれた前記過剰空気流（２００）の第２の部分を制御する上流側制御バルブ（２６２）と、を含む、請求項１に記載の発電システム（１００）。
【請求項５】
前記過剰空気流（２００）の各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）を更に備え、前記各センサ（２２０）がそれぞれの制御バルブに動作可能に結合される、請求項４に記載の発電システム（１００）。
【請求項６】
前記エダクター（２５２）が負圧側面流路（２５８）を含み、該負圧側面流路（２５８）において前記エダクター（２５２）内への前記追加ガス（２５４）の流れを制御する第２の制御バルブシステム（２６０）を更に備える、請求項１に記載の発電システム（１００）。
【請求項７】
前記負圧側面流路（２５８）において前記追加ガス（２５４）の流量を測定するセンサ（２２０）を更に備え、該センサ（２２０）が、前記第２の制御バルブシステム（２６０）に動作可能に結合される、請求項６に記載の発電システム（１００）。
【請求項８】
前記負圧側面流路（２５８）が、前記一体形圧縮機（１０６）の入口フィルタに流体結合されている、請求項７に記載の発電システム（１００）。
【請求項９】
前記追加空気（２５４）が周囲空気を含む、請求項１に記載の発電システム（１００）。
【請求項１０】
前記追加空気（２５４）がプロセスガスを含む、請求項１に記載の発電システム（１００）。
【請求項１１】
前記追加空気（２５４）が合成ガスを含む、請求項１に記載の発電システム（１００）。
【請求項１２】
前記追加空気（２５４）がエンジンからの排気ガスを含む、請求項１に記載の発電システム（１００）。
【請求項１３】
発電システム（１００）であって、
タービン構成要素（１０４）と、一体形圧縮機（１０６）と、該第１の一体形圧縮機（１０６）からの空気と燃料とが供給される燃焼器（１０８）とを含み、前記燃焼器（１０８）が、高温燃焼ガスを前記タービン構成要素（１０４）に供給するよう構成され、前記一体形圧縮機（１０６）が、前記燃焼器（１０８）及び前記タービン構成要素（１０４）のうちの少なくとも一方の吸入能力よりも大きな流れ能力を有して過剰空気流（２００）を生成するガスタービンシステム（１０２）と、
前記タービン構成要素（１０４）の排気ガス（１７２，２７６）への前記過剰空気流（２００）の経路（２５０）に沿った前記過剰ガス流（２００）の流れを制御する第１の制御バルブシステム（２０２）と、
追加ガスを用いて前記過剰空気流（２００）を増強するよう駆動力として前記過剰空気流（２００）を用いるため前記過剰空気流の経路（２５０）に位置付けられて、増強過剰ガス流（２７０）を生成するエダクター（２５２）と、
を備え、前記増強過剰ガス流（２７０）が、前記タービン構成要素（１０４）の排気ガス（１７２，２７６）に供給され、前記排気ガス及び前記増強過剰ガス流が、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）に送給されて、蒸気タービンシステム（１６０）のための蒸気を生成し、前記エダクター（２５２）が負圧側面流路（２５８）を含み、該負圧側面流路（２５８）において前記エダクター（２５２）内への前記追加ガス（２５４）の流れを制御する第２の制御バルブシステム（２６０）を更に備える、発電システム（１００）。
【請求項１４】
前記ＨＲＳＧがまた、コジェネレーション蒸気負荷（１７０）に蒸気を送給する、請求項１３に記載の発電システム（１００）。
【請求項１５】
前記第１の制御バルブシステム（２０２）が、前記一体形圧縮機（１０６）の排気ガスから取り込まれた前記過剰空気流（２００）の第１の部分を制御する圧縮機吐出制御バルブ（２０６）と、前記排気ガスから上流側で前記一体形圧縮機（１０６）の段から取り込まれた前記過剰空気流（２００）の第２の部分を制御する上流側制御バルブ（２６２）と、を含む、請求項１３に記載の発電システム（１００）。
【請求項１６】
前記エダクター（２５２）が負圧側面流路（２５８）を含み、該負圧側面流路（２５８）において前記エダクター（２５２）内への前記追加ガス（２５４）の流れを制御する第２の制御バルブシステム（２６０）を更に備える、請求項１３に記載の発電システム（１００）。
【請求項１７】
前記負圧側面流路（２５８）における前記追加ガスの流量を測定するためのセンサ（２２０）を更に備え、前記センサ（２２０）が、前記第２の制御バルブシステムに動作可能に結合される、請求項１６に記載の発電システム（１００）。
【請求項１８】
前記負圧側面流路（２５８）が、前記一体形圧縮機（１０６）の入口フィルタに流体結合されている、請求項１６に記載の発電システム（１００）。
【請求項１９】
前記追加ガスが、周囲空気、プロセスガス、合成ガス、及びエンジンからの排気ガスからなる群から選択される、請求項１３に記載の発電システム（１００）。
【請求項２０】
タービン構成要素（１０４）と、一体形圧縮機（１０６）と、該一体形圧縮機（１０６）からの空気と燃料とが供給される燃焼器（１０８）とを含み、前記燃焼器（１０８）が前記タービン構成要素（１０４）に高温燃焼ガスを供給するよう構成され、前記一体形圧縮機（１０６）が前記燃焼器（１０８）及び前記タービン構成要素（１０４）のうちの少なくとも一方の吸入能力よりも大きな流れ能力を有するガスタービンシステム（１０２）の前記一体形圧縮機（１０６）から過剰空気流（２００）を取り出すステップと、
過剰空気流（２００）の経路に位置付けられたエダクター（２５２）を用いて前記過剰空気流（２００）を増強し、該エダクター（２５２）が、追加ガス（２５４）を用いて前記過剰空気流（２００）を増強するよう駆動力として前記過剰空気流（２００）を用いて、増強過剰ガス流（２００）を生成するステップと、
前記過剰空気流（２００）の経路に沿って増強過剰ガス流（２７０）をターボ膨張器（２７２）に配向するステップと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全体的に発電システムに関し、より詳細には、過剰空気流を生成する圧縮機及び過剰空気流を増強するエダクターを備えた発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電システムは、多くの場合、１又はそれ以上の蒸気タービンシステムと結合することができる１又はそれ以上のガスタービンシステムを利用して電力を生成している。ガスタービンシステムは、回転シャフトを有する多段軸流圧縮機を含むことができる。空気は、圧縮機の入口に流入して圧縮機ブレード段により圧縮され、次いで燃焼器に吐出されて、ここで天然ガスなどの燃料が燃焼して高エネルギー燃焼ガス流を提供し、タービン構成要素を駆動するようにする。タービン構成要素において、高温ガスのエネルギーは仕事に変換され、その一部を使用して、回転シャフトを通じて一体形圧縮機を駆動することができ、残りの部分は、電気を生成するため回転シャフト（例えば、回転シャフトの延伸部）を介して発電機などの負荷を駆動するための有用な仕事に利用可能である。発電システム内では、複数のガスタービンシステムを並行して利用することができる。複合サイクルシステムでは、１又はそれ以上の蒸気タービンシステムもまた、１又は複数のガスタービンシステムと共に利用することができる。この設定では、１又は複数のガスタービンシステムからの高温の排気ガスが１又はそれ以上の熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）に送給されて蒸気を生成し、次いで、この蒸気は、１又は複数のガスタービンシステムとは別個の又は一体形の回転シャフトを有する蒸気タービン構成要素に送給される。何れの場合においても、蒸気のエネルギーは仕事に変換され、これを利用して電力を生成するための発電機のような負荷を駆動することができる。
【０００３】
発電システムが開発されるときには、該発電システムの部品は、協働して所望の出力を有するシステムをもたらすように構成される。需要に応じて出力を増大する能力及び／又は厳しい環境設定下で出力を維持する能力は、当該産業分野における継続した課題である。例えば、真夏日では電力消費量が増大し、従って、発電需要が増大する。真夏日の別の課題は、温度が上昇すると圧縮機の流量が減少し、その結果、発電機出力が低下することである。出力を増大させる（又は例えば真夏日に出力を維持する）１つの手法は、１又は複数のガスタービンシステムの燃焼器への空気流を増大させることができる構成要素を発電システムに追加することである。空気流を増大させる１つの手法は、ガスタービン燃焼器に送り込むための貯蔵容器を追加することである。しかしながら、この特定の手法は通常、貯蔵容器用に別個の動力源を必要とするので、効率的ではない。
【０００４】
空気流を増大させる別の手法は、圧縮機の性能を向上させることである。現在のところ、圧縮機は、先行する圧縮機よりも流れ能力が高くなるように改善されている。これらの新しくより高い能力の圧縮機は通常、同様に構成された新しい燃焼器か又は大きな能力を処理可能な旧式の燃焼器の何れにも対応するように製造される。より新しくより高い能力の圧縮機を利用するために旧式のガスタービンシステムの性能を向上させることにおける課題は、システムの他の高価な部品の性能を向上させることなく、大きな能力を処理することが可能ではないシステムと共により高い能力の圧縮機を利用する機構が、現在のところ存在しないことである。圧縮機の性能向上と同時に性能を向上させることが必要とされることが多い他の部品には、限定ではないが、燃焼器、ガスタービン構成要素、発電機、変圧器、スイッチギヤ、ＨＲＳＧ、蒸気タービン構成要素、蒸気タービン制御バルブ、その他が挙げられる。そのため、圧縮機の性能向上が理論的には望ましいにもかかわらず、他の部品の性能を向上させるコストが追加されることで、追加費用に起因して性能向上が望ましくないものとなる。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の第１の態様は発電システムを提供し、該発電システムが、タービン構成要素と、一体形圧縮機と、該第１の一体形圧縮機からの空気と燃料とが供給される燃焼器とを含み、上記燃焼器が、高温燃焼ガスを上記タービン構成要素に供給するよう構成され、上記一体形圧縮機が、上記燃焼器及び上記タービン構成要素のうちの少なくとも一方の吸入能力よりも大きな流れ能力を有して過剰空気流を生成するガスタービンシステムと、上記タービン構成要素の排気ガスへの上記過剰空気流の経路に沿った上記過剰ガス流の流れを制御する第１の制御バルブシステムと、追加ガスを用いて上記過剰空気流を増強するよう駆動力として上記過剰空気流を用いるため上記過剰空気流の経路に位置付けられて、増強過剰ガス流を生成するエダクターと、を備える。
【０００６】
本開示の第２の態様は発電システムを提供し、該発電システムが、タービン構成要素と、一体形圧縮機と、該第１の一体形圧縮機からの空気と燃料とが供給される燃焼器とを含み、上記燃焼器が、高温燃焼ガスを上記タービン構成要素に供給するよう構成され、上記一体形圧縮機が、上記燃焼器及び上記タービン構成要素のうちの少なくとも一方の吸入能力よりも大きな流れ能力を有して過剰空気流を生成するガスタービンシステムと、上記タービン構成要素の排気ガスへの上記過剰空気流の経路に沿った上記過剰ガス流の流れを制御する第１の制御バルブシステムと、追加ガスを用いて上記過剰空気流を増強するよう駆動力として上記過剰空気流を用いるため上記過剰空気流の経路に位置付けられて、増強過剰ガス流を生成するエダクターと、を備え、上記増強過剰ガス流が、上記タービン構成要素の排気ガスに供給され、上記排気ガス及び上記増強過剰ガス流が、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）に送給されて、蒸気タービンシステムのための蒸気を生成し、上記エダクターが負圧側面流路を含み、該負圧側面流路において上記エダクター内への上記追加ガスの流れを制御する第２の制御バルブシステムを更に備える。
【０００７】
本開示の第３の態様は、タービン構成要素と、一体形圧縮機と、該一体形圧縮機からの空気と燃料とが供給される燃焼器とを含み、上記燃焼器が上記タービン構成要素に高温燃焼ガスを供給するよう構成され、上記一体形圧縮機が上記燃焼器及び上記タービン構成要素のうちの少なくとも一方の吸入能力よりも大きな流れ能力を有するガスタービンシステムの上記一体形圧縮機から過剰空気流を取り出すステップと、過剰空気流の経路に位置付けられたエダクターを用いて上記過剰空気流を増強し、該エダクターが、追加ガスを用いて上記過剰空気流を増強するよう駆動力として上記過剰空気流を用いて、増強過剰ガス流を生成するステップと、上記過剰空気流の経路に沿って増強過剰ガス流をターボ膨張器に配向するステップと、を含む、方法を提供する。
【０００８】
本開示の例示的な態様は、本明細書で記載される問題及び／又は考察していない他の問題を解決するように意図されている。
【０００９】
本開示のこれらの及び他の特徴は、本開示の様々な実施形態を描いた添付図面を参照しながら、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るであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態による発電システムの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示の図面は縮尺通りではない点に留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様のみを描いているものであり、従って、本開示の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面では、同じ参照符号は、複数の図面にわたり同じ要素を示している。
【００１２】
上述のように、本開示は、過剰空気流を生成する圧縮機を有するガスタービンシステムを備えた発電システムを提供する。本発明の実施形態は、過剰空気流を利用して発電システムの出力を改善する方法を提供する。
【００１３】
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の概略図が示される。システム１００は、ガスタービンシステム１０２を含む。ガスタービンシステム１０２は、他の構成要素の中でもとりわけ、タービン構成要素１０４、一体形圧縮機１０６、及び燃焼器１０８を含むことができる。本明細書で使用される第１の「一体形」圧縮機１０６は、圧縮機１０６とタービン構成要素１０４が、とりわけ共通の圧縮機／タービン回転シャフト１１０（ロータ１１０と呼ばれる場合もある）により共に一体的に結合することができるので、このように呼ばれる。この構造は、別個に動力供給されてタービン構成要素１０４と一体化されない多くの圧縮機とは異なっている。
【００１４】
燃焼器１０８は、燃焼領域及び燃料ノズル組立体を一般に含む、何れかの現在既知の又は将来開発される燃焼器システムを含むことができる。燃焼器１０８は、アニュラ燃焼システム又は缶アニュラ燃焼システム（同様に図に例示される）の形態をとることができる。作動時には、一体形圧縮機１０６からの空気及び天然ガスのような燃料は、燃焼器１０８に供給される。任意選択的に、希釈剤もまた、何らかの既知の又は将来開発される方式で燃焼器１０８に供給することができる。一体形圧縮機１０６によって吸い込まれる空気は、何らかの既知の又は将来開発される入口フィルタハウジング１２０を通過することができる。理解されるように、燃焼器１０８は、燃料及び空気混合気の燃焼により高温燃焼ガスをタービン構成要素１０４に供給するよう構成される。タービン構成要素１０４において、高温燃焼ガスのエネルギーが仕事に変換され、その一部を用いて、回転シャフト１１０を通じて圧縮機１０６を駆動することができ、残りの部分は、限定ではないが、電気を生成するための発電機１２２及び／又は回転シャフト（回転シャフト１１０の延伸部）を介して別のタービンなどの負荷を駆動するための有用な仕事に利用可能である。限定ではないが、従来のスタータモータ又は負荷転流形インバータ（ＬＣＩ）モータ（図示）などのスタータモータ１１２はまた、何らかの従来の方式でガスタービンシステム１０２を始動させるため回転シャフト１１０に結合することができる。タービン構成要素１０４は、回転シャフト１１０を介して高温燃焼ガス流を仕事に変換するための何らかの既知の又は将来開発されるタービンを含むことができる。
【００１５】
１つの実施形態において、ガスタービンシステム１０２は、米国サウスカロライナ州グリーンヴィル所在のＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙから商業的に入手可能な７ＦＢエンジンと呼ばれることもあるモデルＭＳ７００１ＦＢを含むことができる。しかしながら、本発明は、何らかの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）及びＭＳ９００１ＦＡ（９ＦＡ）モデルを含む他のシステムに関して実施することができる。
【００１６】
従来のガスタービンシステムモデルとは対照的に、一体形圧縮機１０６は、タービン構成要素１０４及び／又は第１燃焼器１０８の吸入能力よりも大きな流れ能力を有する。すなわち、圧縮機１０６は、燃焼器１０８及びタービン構成要素１０４と適合するよう構成された圧縮機と比べて、性能が向上した圧縮機である。本明細書で使用される「能力」とは、流量能力を指す。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））の最大流量能力を有することができ、タービン構成要素１０４は、実質的に同じ最大流れ能力、すなわちおよそ４８７ｋｇ／ｓを有することができる。しかしながら、ここでは圧縮機１０６は、初期の圧縮機を交換しており、例えば、約５４４ｋｇ／ｓ（１，２００ｌｂｍ／ｓ）の増大した最大流れ能力を有することができ、他方、タービン構成要素１０４は、例えばおよそ４８７ｋｇ／ｓの最大流れ能力を引き続き有する。（必要に応じて、スタータモータ１１２もまた、例えば、例示のＬＣＩモータに性能が向上され、一体形圧縮機１０６の始動のため増大した出力要件に対応することができる。）そのため、例えばタービン構成要素１０４は、圧縮機１０６の能力全てを活用することができず、過剰空気流２００は、タービン構成要素１０４の最大能力を上回って圧縮機１０６により生成される。同様に、一体形圧縮機１０６の流れ能力は、燃焼器１０８の最大吸入能力を超えることができる。同様の方式で、タービン構成要素１０４の出力は、一体形圧縮機１０６の全流れ能力に晒された場合には、発電機１２２に対する最大許容入力を超える可能性がある。特定の例示的な流量値を本明細書で説明してきたが、流量能力は、ガスタービンシステム及び利用される新規の高能力一体形圧縮機１０６に応じて大きく変わる可能性があることは強調される。本明細書で記載されるように、本発明は、発電システム１００の他の部品において過剰空気流を利用する発電システム１００の様々な実施形態を提供する。
【００１７】
図１にも示されるように、１つの実施形態において、発電システム１００は、任意選択的に、蒸気タービンシステム１６０を含む複合サイクル発電プラントの形態をとることができる。蒸気タービンシステム１６０は、何らかの既知の又は将来開発される蒸気タービン構成を含むことができる。図示の実施例において、高圧（ＨＰ）、中圧（ＩＰ）、及び低圧（ＬＰ）セクションが例示されているが、必ずしも全ての事例において全てが必須という訳ではない。当該技術分野で知られるように、作動時には、蒸気は、１又は複数の蒸気タービンセクションの入口に流入して、固定ベーンを通って送られ、該固定ベーンは、蒸気を下流側に配向して回転シャフト１６２に結合されたブレード（ロータ）に衝突させる。蒸気は、残りの段を通過し、ブレードに力を与えて回転シャフト１６２を回転させるようにすることができる。回転シャフト１６２の少なくとも１つの端部は、限定ではないが、発電機１６６などの負荷又は他の機械、及び／又は別のタービン（例えば、ガスタービンシステム１０２又は別のガスタービンシステム）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又はそれ以上の蒸気発生器１６８，１０７、すなわち、熱回収蒸気タービン（ＨＲＳＧ）により生成することができる。ＨＲＳＧ１６８は、例えば、ガスタービンシステム１０２の排気ガス１７２に結合することができる。燃焼ガス流は、蒸気発生器１６８を通過した後、熱が奪われ、何らかの既知の又は将来開発されるエミッション制御システム１７８（例えば、スタック、選択的触媒還元（ＳＣＲ）ユニット、窒化酸化物フィルタ、その他）を介して排気することができる。図１は、複合サイクルの実施形態を示しているが、ＨＲＳＧ１６８を含む蒸気タービンシステム１６０を省いてもよい点は強調される。この後者の場合、排気ガス１７２は、エミッション制御システム１７８に直接渡され、又は他のプロセスで使用されることになる。
【００１８】
発電システム１００はまた、その様々な構成要素を制御するため何らかの既知の又は将来開発される制御システム１８０を含むことができる。制御システム１８０は、構成要素とは別に図示されているが、構成要素全てと、並びにそれぞれの制御可能な特徴要素（例えば、バルブ、ポンプ、モータ、センサ、歯車装置、配電網、発電機制御装置、その他）と電気的に結合されている。
【００１９】
ガスタービンシステム１０２の詳細に戻ると、本明細書で説明されるように、一体形圧縮機１０６は、タービン構成要素１０４及び／又は燃焼器１０８の吸入能力よりも大きな流れ能力を有し、これにより過剰空気流２００が生成される。例示されるように、過剰空気流２００は、圧縮機１０６から空気を取り出すことにより形成することができる。１つの実施形態において、第１の制御バルブシステム２０２は、タービン構成要素１０４の排気ガス１７２への過剰空気流路２５０に沿った過剰空気流２００の流れを制御する。第１の制御バルブシステム２０２は、所望の過剰空気流２００を供給するのに必要な何れかの数（例えば、１、２（図示）、又は２よりも多い）のバルブを含むことができる。１つの実施形態において、過剰空気流２００は、圧縮機吐出制御バルブ２０６を用いてその吐出部２０４において一体形圧縮機１０６から取り出すことができる。すなわち、圧縮機吐出制御バルブ２０６は、一体形圧縮機１０６の吐出部２０４から取り出された過剰空気流２００の第１の部分を制御する。この場合、別の上流側バルブ２１０は省略してもよい。但し、別の実施形態において、過剰空気流２００は、必要に応じて圧縮機１０６の１又はそれ以上の段（例えば、吐出部２０４の上流側の１又はそれ以上の位置、吐出部２０４と吐出部２０４の上流側の１又はそれ以上の位置、その他）において適切なバルブ及び関連の制御システムを用いて取り出すことができる。この場合、第１の制御バルブシステム２０２は更に、吐出部２０４から上流側の一体形圧縮機１０６の１又は複数の段から取り出された過剰空気流２００の第２の部分を制御する１又はそれ以上の上流側制御バルブ２１０を含むことができる。第１の制御バルブシステム２０２においてあらゆる数の上流側制御バルブ２１０を利用して、一体形圧縮機１０６から何らかの所望の過剰空気流２００を提供することができる。他の１又は複数の上流側制御バルブ２１０が所望の過剰空気流２００を提供する場合には、圧縮機吐出バルブ２１０は省略することができる。第１の制御バルブシステム２０２はまた、過剰空気流の各部分の流量を測定する少なくとも１つのセンサ２２０を含むことができ、各センサ２２０は、それぞれの制御バルブ又は全体の制御システム１８０に動作可能に結合することができる。制御バルブシステム２０２は、例示の種々の制御バルブの自動動作のための何らかの既知の又は将来開発される産業制御装置を含むことができる。
【００２０】
何れの場合においても、過剰空気流２００は、最終的には、第１のタービン構成要素１０４の排気ガス１７２への１又はそれ以上のパイプを含むことができる過剰空気流路２５０に沿って移動する。過剰空気流２００は、単一の導管で排気ガス１７２に配向されているように例示されているが、過剰空気流は、排気ガス１７２が通る１又はそれ以上の位置に配向できることは理解される。
【００２１】
発電システム１００はまた、追加空気２５４を用いて過剰空気流を増強するよう駆動力として過剰空気流２００を用いるため過剰空気流路２５０に位置付けられたエダクター２５２を含むことができる。追加空気２５４は、過剰空気流２００と共に増強過剰空気流２７０を形成し、これがＨＲＳＧ１６８で使用するためタービン構成要素１０４の排気ガス１７２に送給される。すなわち、増強過剰空気流２７０は、タービン構成要素１０４の排気ガス１７２に供給される。排気ガス１７２及び増強過剰空気流２７０は、ＨＲＳＧ１６８に送給されて、蒸気タービンシステム１６０のための蒸気を生成する。加えて、ＨＲＳＧ１６８はまた、コジェネレーション蒸気負荷１７０に蒸気を送給することができる。コジェネレーション蒸気負荷１７０は、例えば、石油化学工場への蒸気、地域熱用の蒸気、「タールサンド」油抽出のための蒸気、その他を含むことができる。増強過剰空気流２７０は、過剰空気流２００の追加により、ＨＲＳＧ１６８に流れる排気ガス１７２に対して増加した総空気質量及び追加の酸素含有量を提供する。ＨＲＳＧ１６８における増加した酸素含有量は、ＨＲＳＧへのより大きなレベルのダクトバーナー入熱を維持し、従って、蒸気生成が増大する。
【００２２】
エダクター２５２は、駆動流体流れを用いて吸入流体（すなわち、追加空気）２５４をポンプ輸送する何れかのポンプの形態をとることができる。ここで、エダクター２５２は、過剰空気流２００を駆動流体として用いて、すなわち、負圧側面流路２５８に沿って追加ガス供給源２５６から追加ガスにおいて吸引することにより過剰空気流２００に追加ガス２５４を付加する。追加ガス供給源２５６は、様々な形態をとることができる。１つの実施形態において、追加ガス供給源２５６は、一体形圧縮機１０６の入口フィルタハウジング１２０の形態をとることができる。この場合、エダクター２５２への負圧側面流路２５８は、追加ガス２５４が周囲空気を含むように一体形圧縮機１０６の入口フィルタハウジング１２０に結合することができる（破線で示される）。別の実施形態において、追加ガス２５４は、入口フィルタハウジング１２０ではなく、例えば別のフィルタハウジングの追加ガス供給源２５６からの周囲空気、又は環境からの直接の入手した後で流路２５８内でフィルタ処理される空気などを含むことができる。別の実施形態において、追加ガス２５４は、限定ではないが、精製装置からの合成ガス（「シンガス」）、溶鉱炉ガス、廃棄物堆積／集積所からのメタンガスなどのプロセスガスを含むことができる。追加ガス２５４はまた、別の実施形態において、エンジン（例えば、燃焼エンジン、ディーゼルエンジン、別のガスタービンシステム、その他）からの排気ガスを含むことができる。エダクター２５２への追加ガス２５４の流れを制御するため、第２の制御バルブシステム２６０を負圧側面流路２５８に設けることができる。第２の制御バルブシステム２６０は、エダクター２５２内への追加ガス２５４の量を制御するよう動作することができる制御バルブ２６２を含むことができる。第２の制御バルブシステム２６０はまた、負圧側面流路２５８における追加ガス２５４の流量を測定する少なくとも１つのセンサ２２０を含むことができ、該センサは、追加ガス２５４の流量を測定するため第２の制御バルブシステム２６０に動作可能に結合される。
【００２３】
更に各制御バルブシステム２０２、２０６に関して、これらの各制御バルブは、規定の構成要素に所要の部分流れを提供するため開放位置と閉鎖位置の何れかの位置に位置付けることができる。更に、各制御バルブの後に各構成要素への１つの通路が例示されているが、様々な副部品（例えば、エダクター２５２への多数の入口など）に過剰空気流２００のそれぞれの部分を更に分配するよう、別の配管及び制御バルブを設けてもよい点は強調される。各センサ２２０は、１又は複数の制御バルブシステム２０２，２６０及び制御システム１８０に動作可能に結合されて、公知の方式で増強制御することができる。必要に応じて発電システム１００全体にわたって流れを測定するための他のセンサ２２０を設けることができる。制御バルブシステム２０２，２６０並びにひいては過剰空気流２００の流れ及びエダクター２５２の動作は、全体の発電システム１００の制御システム１８０の一部とすることができる何らかの既知の又は将来開発される産業用コントローラを用いて制御することができる。制御システム１８０は、制御バルブシステム２０２，２６０を制御することを含めて、発電システム１００の種々の構成要素の全ての動作を既知の方式で制御することができる。
【００２４】
過剰空気流２００を生成する一体形圧縮機１０６を含むガスタービンシステム１０２を備えた発電システム１００は、ＨＲＳＧ１６８への増強過剰空気流２７０に関する上述の利点に加えて、従来のシステムに優る複数の利点を提供することができる。例えば、圧縮機１０６は、幾つかのガスタービンが利用される場合には極めて高価となる可能性があるシステムにおける全ての構成要素を性能向上させることに比べて、より低コストで発電システム１００の発電ブロックピーク、ベース及び真夏日の出力を改善することができる。加えて、本発明の実施形態は、性能向上した圧縮機、すなわち圧縮機１０６の相対コストを低減させ、その結果、より多くの過剰空気流を効率的に消費する方法を提供することにより、性能向上させた圧縮機の実行可能性及び利点を改善する。更に、一体形圧縮機１０６を含む発電システム１００は、以下の例示的なサブシステム、すなわち、タービン構成要素１０４、発電機１２２、変圧器（図示せず）、スイッチギヤ、ＨＲＳＧ１６８、蒸気タービンシステム１６０、蒸気タービン制御バルブ、その他の何れかの１又はそれ以上が小型化される場合のプロジェクトの実行可能性を改善することにより、システム１００の作動エンベロープを拡張する。このようにして、システム１００は、何もしない場合と比べて、例えば、単一ガスタービン及び単一蒸気タービンの複合サイクル（１×１ＣＣ）システムにおける単一圧縮機を性能向上させる改善事象を提供する。加えて、エダクター２５２（図２）が設けられる場合、ターボ膨張器２７２への増強過剰空気流２７０は、ＨＲＳＧ１６８に対して追加の出力及び追加の質量流量並びに酸素を提供することができる。
【００２５】
本明細書で使用される用語は、単に特定の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本開示を限定することを意図していない。本明細書で使用される単数形態は、前後関係から明らかに別の意味を示さない限り、複数形態も含む。更に、本明細書内で使用する場合に、「含む」及び／又は「備える」という用語は、そこに述べた特徴部、完全体、ステップ、動作、要素及び／又は構成部品の存在を明示しているが、１つ又はそれ以上の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品及び／又はそれらの群の存在又は付加を排除するものではないことは理解されるであろう。
【００２６】
以下の請求項における全ての全ての手段又はステッププラス機能要素の対応する内部構造、材料、動作、及びその均等物は、明確に特許請求される他の特許請求された要素と組み合せて機能を実行するあらゆる構造、材料又は作用を含むことを意図している。本開示の説明は、例示及び説明の目的で提示されており、開示された形態の開示内容に対して排他的又は限定することを意図するものではない。本開示の範囲及び技術的思想から逸脱することなく、多くの修正及び変形が当業者には明らかであろう。本実施形態は、本開示の原理及び実施可能な用途を最もよく説明するように、また、企図される特定の用途に適するような様々な修正を含む様々な実施形態の開示を当業者が理解できるように選択し説明された。
【符号の説明】
【００２７】
１００  発電システム
１０２  ガスタービンシステム
１０４  タービン構成要素
１０６  一体形圧縮機
１０８  燃焼器
１１０  タービン回転シャフト
１１２  スタータモータ
１２０  入口フィルタハウジング
１２２，１６６  発電機
１６０  蒸気タービンシステム
１６２  回転シャフト
１６８  蒸気発生器
１７０  蒸気負荷
１７２，２７６  排気ガス
１７８  エミッション制御システム
１８０  制御システム
２００  空気流
２０２  第１の制御バルブシステム
２０４  吐出部の上流側
２１０  上流側バルブ
２２０  センサ
２５０  過剰空気流路
２５２  エダクター
２５４  追加ガス
２５６  ガス供給源
２５８  流路
２６０  第２の制御バルブシステム
２６２  制御バルブ
２７０  過剰ガス流
【図１】
2016176464.tif 000003
【外国語明細書】
2016176464000001.pdf