(57)【要約】【課題】余剰空気流を生成する圧縮機および処理空気消費箇所のためのエダクタを有する発電システムを提供する。【解決手段】燃焼器（１０８）は、高温燃焼ガスをタービン構成要素（１０４）に供給するために配置されており、一体型の圧縮機（１０６）は、燃焼器（１０８）および／またはタービン構成要素（１０４）の吸気容量より大きい流容量を有し、余剰空気流（２００）を生成する。第１の制御弁（２６２）システム（２０２）は、余剰空気流（２００）路に沿って処理空気消費箇所（２７２）に向かう余剰空気流（２００）の流れを制御する。余剰空気流（２００）路に配置されているエダクタ（２５２）は、余剰空気流（２００）を原動力として使用して余剰空気流（２００）を付加空気（２５４）で増強し、増強された余剰空気流（２７０）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】
第１のタービン構成要素（１０４）と、一体型の圧縮機（１０６）と、前記一体型の圧縮機（１０６）からの空気および燃料が供給される燃焼器（１０８）とを備えるガスタービンシステム（１０２）であって、前記燃焼器（１０８）は高温燃焼ガスを前記タービン構成要素（１０４）に供給するために配置されており、前記一体型の圧縮機（１０６）は前記燃焼器（１０８）および前記タービン構成要素（１０４）の少なくとも１つの吸気容量より大きい流容量を有し、余剰空気流（２００）を生成するガスタービンシステム（１０２）と、
余剰空気流（２００）路に沿って処理空気消費箇所（２７２）に向かう前記余剰空気流（２００）の流れを制御する第１の制御弁（２６２）システム（２０２）と、
前記余剰空気流（２００）路に配置され、前記余剰空気流（２００）を原動力として使用して前記余剰空気流（２００）を付加空気（２５４）で増強し、増強された余剰空気流（２７０）を生成するエダクタ（２５２）と
を備える発電システム（１００）。
【請求項２】
前記タービン構成要素（１０４）の排気（１７２）が、蒸気タービンシステム（１６０）用に蒸気を生成するため、熱回収蒸気発生器（１２２，１６６）（ＨＲＳＧ）に供給される請求項１に記載の発電システム（１００）。
【請求項３】
前記ＨＲＳＧ（１２２，１６６）がまた、蒸気をコジェネレーション蒸気負荷装置（１７０）に供給する請求項２に記載の発電システム（１００）。
【請求項４】
前記第１の制御弁（２６２）システム（２０２）が、前記一体型の圧縮機（１０６）の排出口から取り出される前記余剰空気流（２００）の第１の部分を制御する圧縮機用排出制御弁（２６２）と、前記排出口から上流側の前記一体型の圧縮機（１０６）の段から取り出される前記余剰空気流（２００）の第２の部分を制御する上流側の制御弁（２６２）とを備える、請求項１に記載の発電システム（１００）。
【請求項５】
前記余剰空気流（２００）の各部分の流量を測定する少なくとも１つのセンサ（２２０）をさらに備え、各センサ（２２０）は、それぞれの制御弁（２６２）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（２５２）が、吸込側流路（２５８）を備え、さらに、前記吸込側流路（２５８）に、前記エダクタ（２５２）内への前記付加空気（２５４）の流れを制御する第２の制御弁（２６２）システム（２６０）を備える請求項４に記載の発電システム（１００）。
【請求項７】
前記吸込側流路（２５８）内での前記付加空気（２５４）の流量を測定するセンサ（２２０）をさらに備え、前記センサ（２２０）は、前記第２の制御弁（２６２）システム（２６０）に動作可能に結合されている請求項６に記載の発電システム（１００）。
【請求項８】
前記吸込側流路（２５８）が、前記一体型の圧縮機（１０６）の入口フィルタに流体結合されている請求項６に記載の発電システム（１００）。
【請求項９】
前記付加空気（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】
前記処理空気消費箇所（２７２）が、計装空気消費箇所（２７２）および雑用空気消費箇所（２７２）からなる群から選択される請求項１に記載の発電システム（１００）。
【請求項１１】
タービン構成要素（１０４）と、一体型の圧縮機（１０６）と、前記一体型の圧縮機（１０６）からの空気および燃料が供給される燃焼器（１０８）とを備えるガスタービンシステム（１０２）であって、前記燃焼器（１０８）は高温燃焼ガスを前記タービン構成要素（１０４）に供給するために配置されており、前記一体型の圧縮機（１０６）は前記燃焼器（１０８）および前記タービン構成要素（１０４）の少なくとも１つの吸気容量より大きい流容量を有し、余剰空気流（２００）を生成するガスタービンシステム（１０２）と、
余剰空気流（２００）路に沿って処理空気消費箇所（２７２）に向かう前記余剰空気流（２００）の流れを制御する第１の制御弁（２６２）システム（２０２）と、
前記余剰空気流（２００）路に配置され、前記余剰空気流（２００）を原動力として使用して前記余剰空気流（２００）を周囲空気で増強し、増強された余剰空気流（２７０）を生成するエダクタ（２５２）と
を備え、
前記エダクタ（２５２）は、吸込側流路（２５８）を備え、さらに、前記吸込側流路（２５８）に、前記エダクタ（２５２）内への前記周囲空気の流れを制御する第２の制御弁（２６２）システム（２６０）を備え、
前記処理空気消費箇所（２７２）は、計装空気消費箇所（２７２）および雑用空気消費箇所（２７２）からなる群から選択される
発電システム（１００）。
【請求項１２】
前記タービン構成要素（１０４）の排気（１７２）が、蒸気タービンシステム（１６０）用に蒸気を生成するため、熱回収蒸気発生器（１２２，１６６）（ＨＲＳＧ）に供給される請求項１１に記載の発電システム（１００）。
【請求項１３】
前記ＨＲＳＧ（１２２，１６６）がまた、蒸気をコジェネレーション蒸気負荷装置（１７０）に供給する請求項１２に記載の発電システム（１００）。
【請求項１４】
前記第１の制御弁（２６２）システム（２０２）が、前記一体型の圧縮機（１０６）の排出口から取り出される前記余剰空気流（２００）の第１の部分を制御する圧縮機用排出制御弁（２６２）と、前記排出口から上流側の前記一体型の圧縮機（１０６）の段から取り出される前記余剰空気流（２００）の第２の部分を制御する上流側の制御弁（２６２）とを備える、請求項１１に記載の発電システム（１００）。
【請求項１５】
タービン構成要素（１０４）と、一体型の圧縮機（１０６）と、前記一体型の圧縮機（１０６）からの空気および燃料が供給される燃焼器（１０８）とを備えるガスタービンシステム（１０２）であって、前記燃焼器（１０８）は高温燃焼ガスを前記タービン構成要素（１０４）に供給するために配置されており、前記一体型の圧縮機（１０６）は前記燃焼器（１０８）および前記タービン構成要素（１０４）の少なくとも１つの吸気容量より大きい流容量を有するガスタービンシステム（１０２）の前記一体型の圧縮機（１０６）から余剰空気流（２００）を抽出することと、
余剰空気流（２００）路に配置され、前記余剰空気流（２００）を原動力として使用して前記余剰空気流（２００）を付加空気（２５４）で増強し、増強された余剰空気流（２７０）を生成するエダクタ（２５２）を使用して前記余剰空気流（２００）を増強することと、
前記余剰空気流（２００）路に沿って処理空気消費箇所（２７２）に前記増強された余剰空気流（２７０）を導くことと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、余剰空気流を生成する圧縮機および処理空気消費箇所のためのエダクタを有する発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本開示は、一般に、発電システムに関し、より具体的には、余剰空気流を生成する圧縮機と、処理空気消費箇所のための余剰空気流を増強するエダクタとを有するガスタービンシステムを備える発電システムに関する。
【０００３】
発電システムは、多くの場合、１つ以上のガスタービンシステムを使用し、これらは電力を生成するために１つ以上の蒸気タービンシステムに結合され得る。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備えることができる。空気は、圧縮機の入口に流入し、圧縮機ブレード段で圧縮され、その後燃焼器へと排出される。ここでは、天然ガスのような燃料が燃焼されて、タービン構成要素を駆動する高エネルギー燃焼ガス流をもたらす。タービン構成要素では、高温ガスのエネルギーは、その一部が回転軸を介して一体型の圧縮機を駆動するために使用され得る仕事量に変換され、残りの部分は、回転軸（たとえば、回転軸の延長部）を介して電気を生成する発電機のような負荷装置の駆動に有用な仕事量に利用可能である。多数のガスタービンシステムを、発電システム内で並列に使用することができる。複合サイクルシステムでは、１つ以上の蒸気タービンシステムもまた、ガスタービンシステムと使用することができる。この設定では、ガスタービンシステムからの高温排気ガスを１つ以上の熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）に供給して蒸気を生成し、これはその後ガスタービンシステムで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要素へ供給される。いずれにしても、蒸気のエネルギーが仕事量に変換され、これは電気を生成する発電機のような負荷装置の駆動に使用することができる。
【０００４】
発電システムが生成される場合、その部品は、協働して所望の電力出力を有するシステムを提供するように構成されている。需要に応じた電力出力を増加および／または厳しい環境設定で電力出力を維持する能力は、業界において継続的な課題である。たとえば、真夏日には、消費電力が大きくなり、したがって発電需要が増加する。真夏日の別の課題は、温度が上昇するにつれて圧縮機の流量が減少し、これにより発電機出力が減少することである。電力出力を増加させる（または、たとえば真夏日に電力出力を維持する）１つの方法は、ガスタービンシステムの燃焼器への空気流を増加することができる発電システムに構成要素を追加することである。空気流を増加させる１つの方法は、ガスタービン燃焼器に燃料を供給する貯蔵容器を追加することである。しかし、この特別な方法は、通常貯蔵容器のための別個の電源が必要であり、効率的ではない。
【０００５】
空気流を増加させる別の方法は、圧縮機をアップグレードすることである。現在、流容量が先行技術の圧縮機よりも高くなるように圧縮機は改良されている。これらの新型で高容量の圧縮機は通常、新型の同様に構成された燃焼器、または増加した容量を扱うことができる旧型の燃焼器に適合するように製造されている。新型で高容量の圧縮機を使用するために旧型のガスタービンシステムをアップグレードすることの課題は、増加した容量を扱うことができないシステムで、システムの他の高価な部品をアップグレードすることなく高容量の圧縮機を使用する機構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多くの場合アップグレードする必要がある他の部品は、これらに限定されないが、燃焼器、ガスタービン構成要素、発電機、変圧器、開閉器、ＨＲＳＧ、蒸気タービン構成要素、蒸気タービン制御弁などを含む。それゆえ、圧縮機のアップグレードは、理論的には推奨できるかもしれないが、他の部品をアップグレードするための追加コストは、追加の費用を考慮すると賢明ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／０３５２３１８号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本開示の第１の態様は、タービン構成要素と、一体型の圧縮機と、一体型の圧縮機からの空気および燃料が供給される燃焼器とを備えるガスタービンシステムであって、燃焼器は高温燃焼ガスをタービン構成要素に供給するために配置されており、一体型の圧縮機は燃焼器およびタービン構成要素の少なくとも１つの吸気容量より大きい流容量を有し、余剰空気流を生成するガスタービンシステムと、余剰空気流路に沿って処理空気消費箇所に向かう余剰空気流の流れを制御する第１の制御弁システムと、余剰空気流路に配置され、余剰空気流を原動力として使用して余剰空気流を付加空気で増強し、増強された余剰空気流を生成するエダクタと、を備える発電システムを提供する。
【０００８】
本開示の第２の態様は、タービン構成要素と、一体型の圧縮機と、一体型の圧縮機からの空気および燃料が供給される燃焼器とを備えるガスタービンシステムであって、燃焼器は高温燃焼ガスをタービン構成要素に供給するために配置されており、一体型の圧縮機は燃焼器およびタービン構成要素の少なくとも１つの吸気容量より大きい流容量を有し、余剰空気流を生成するガスタービンシステムと、余剰空気流路に沿って処理空気消費箇所に向かう余剰空気流の流れを制御する第１の制御弁システムと、余剰空気流路に配置され、余剰空気流を原動力として使用して余剰空気流を周囲空気で増強し、増強された余剰空気流を生成するエダクタと、を備え、エダクタは、吸込側流路を備え、さらに、吸込側流路に、エダクタ内への周囲空気の流れを制御する第２の制御弁システムを備え、処理空気消費箇所は、計装空気消費箇所および雑用空気消費箇所からなる群から選択される発電システムを提供する。
【０００９】
本開示の第３の態様は、タービン構成要素と、一体型の圧縮機と、一体型の圧縮機からの空気および燃料が供給される燃焼器とを備えるガスタービンシステムであって、燃焼器は高温燃焼ガスをタービン構成要素に供給するために配置されており、一体型の圧縮機は燃焼器およびタービン構成要素の少なくとも１つの吸気容量より大きい流容量を有するガスタービンシステムの一体型の圧縮機から余剰空気流を抽出することと、余剰空気流路に配置され、余剰空気流を原動力として使用して余剰空気流を付加空気で増強し、増強された余剰空気流を生成するエダクタを使用して余剰空気流を増強することと、余剰空気流路に沿って処理空気消費箇所に増強された余剰空気流を導くことと、を含む方法を提供する。
【００１０】
本開示の例示的な態様は、本明細書で説明される問題および／または検討されていない他の問題を解決するように設計される。
【００１１】
本開示のこれらおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付図面と併せて考察する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】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る発電システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本開示の図面は、原寸に比例して示されていないことに留意されたい。図面は、本開示の一般的な態様だけを示すためのものであり、したがって、本開示の範囲を限定するものと考えるべきでない。図面では、同様の番号付けは図面間で同様の要素を表す。
【００１４】
前述の通り、本開示は、余剰空気流を生成する圧縮機を備えるガスタービンシステムを備える発電システムを提供する。本発明の実施形態は、余剰空気流を使用して発電システムの価値を向上させる方法を提供する。
【００１５】
図１を参照すると、本発明の実施形態に係る発電システム１００の概略図が示されている。システム１００は、ガスタービンシステム１０２を備える。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と、一体型の圧縮機１０６と、燃焼器１０８とを備えることができる。本明細書で使用する場合、「一体型の」圧縮機１０６は、特に、共通の圧縮機／タービン回転軸１１０（ロータ１１０と称されることもある）によって互いに一体的に結合され得る圧縮機１０６およびタービン構成要素１０４と称される。この構造は、別個に給電され、タービン構成要素１０４と一体型ではない多くの圧縮機とは対照的である。
【００１６】
燃焼器１０８は、一般に燃焼領域と、燃料ノズルアセンブリとを備える任意の公知のまたは今後開発される燃焼器システムを備えることができる。燃焼器１０８は、環状燃焼システム、または缶型環状燃焼システム（図示のような）の形態を取ることができる。動作中、一体型の圧縮機１０６からの空気および天然ガスのような燃料は、燃焼器１０８に供給される。希釈剤もまた、必要に応じて、任意の公知のまたは今後開発される方式で燃焼器１０８に送給されてもよい。一体型の圧縮機１０６によって吸い込まれる空気は、任意の公知のまたは今後開発される入口フィルタハウジング１２０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気の燃焼によってタービン構成要素１０４に高温燃焼ガスを供給するために配置されている。タービン構成要素１０４では、高温燃焼ガスのエネルギーは、その一部が回転軸１１０を介して圧縮機１０６を駆動するために使用され得る仕事量に変換され、残りの部分は、これらに限定されないが、回転軸１１０（回転軸１１０の延長部）を介して電気を生成する発電機１２２および／または別のタービンのような負荷装置の駆動に有用な仕事量に利用可能である。これらに限定されないが、従来のスタータモータまたは負荷転流形インバータ（ＬＣＩ）モータ（図示されている）のようなスタータモータ１１２もまた、任意の従来の方式でガスタービンシステム１０２を起動するために回転軸１１０に結合することができる。タービン構成要素１０４は、回転軸１１０を介して高温燃焼ガス流を仕事量に変換する任意の公知のまたは今後開発されるタービンを備えることができる。
【００１７】
一実施形態では、ガスタービンシステム１０２は、ゼネラルエレクトリック社（米国サウスカロライナ州グリーンビル）から市販されているＭＳ７００１ＦＢモデル（７ＦＢエンジンと称されることもある）を備えてもよい。しかし、本発明は、いかなる特定のガスタービンシステムに限定されるものではなく、たとえばゼネラルエレクトリック社のＭＳ７００１ＦＡ（７ＦＡ）およびＭＳ９００１ＦＡ（９ＦＡ）モデルを備える他のシステムと関連して実施することができる。
【００１８】
従来のガスタービンシステムモデルとは対照的に、一体型の圧縮機１０６は、タービン構成要素１０４および／または第１の燃焼器１０８の吸入容量より大きい流容量を有する。すなわち、圧縮機１０６は、燃焼器１０８およびタービン構成要素１０４に適合するように構成されている圧縮機と比較して、アップグレードした圧縮機である。本明細書で使用する場合、「容量」は、流量容量を示す。たとえば、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、タービン構成要素１０４は、実質的に等しい最大流量容量、すなわち、約４８７ｋｇ／ｓを有することができる。しかし、ここでは、圧縮機１０６は初期圧縮機の交換を行い、たとえば約５４４ｋｇ／ｓ（１，２００ｌｂｍ／ｓ）の増加した最大流容量を有することができ、一方でタービン構成要素１０４は、たとえば約４８７ｋｇ／ｓの最大流容量を有し続ける。（必要に応じて、スタータモータ１１２もまた、一体型の圧縮機１０６の起動用の増加した電力要件に適合するように、たとえば図示されているようなＬＣＩモータにアップグレードされていてもよい）。それゆえ、タービン構成要素１０４は、圧縮機１０６の容量のすべてを利用することができず、余剰空気流２００は、たとえば、タービン構成要素１０４の最大容量を超えて圧縮機１０６によって生成される。同様に、一体型の圧縮機１０６の流容量は、燃焼器１０８の最大吸気容量を超える場合がある。同様の方式で、一体型の圧縮機１０６の全流容量を受ける場合のタービン構成要素１０４の電力出力は、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、流量容量は、使用されるガスタービンシステムおよび新型で高容量の一体型の圧縮機１０６に応じて広く変えることができることを強調しておく。本明細書で説明するように、本発明は、発電システム１００の他の部品で余剰空気流を使用するために発電システム１００に様々な実施形態を提供する。
【００１９】
また、図１に示すように、一実施形態では、発電システム１００は、必要に応じて、蒸気タービンシステム１６０を備える複合サイクルパワープラントの形態を取ることができる。蒸気タービンシステム１６０は、任意の公知のまたは今後開発される蒸気タービン構成を備えることができる。図示の例では、高圧（ＨＰ）、中圧（ＩＰ）および低圧（ＬＰ）セクションが図示されている。しかし、すべての場合においてすべてが必要ではない。当技術分野で知られているように、動作中、蒸気は、蒸気タービン部の入口に流入し、固定ベーンを介して送られ、これにより蒸気を回転軸１６２（ロータ）に結合されたブレードに対して下流側に導く。蒸気は、回転軸１６２を回転させる力をブレードに付与する残りの段を通過することができる。回転軸１６２の少なくとも１つの端部は、これらに限定されないが、発電機１６６、および／または別のタービン、たとえばガスタービンシステム１０２または他のガスタービンシステムのような負荷装置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のための蒸気は、１つ以上の蒸気発生器１６８、すなわち熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）によって生成することができる。ＨＲＳＧ１６８は、たとえば、ガスタービンシステム１０２の排気１７２と結合してもよい。ＨＲＳＧ１６８を通過した後、熱が枯渇した燃焼ガス流は、任意の公知のまたは今後開発される排出制御システム１７８、たとえば、スタック、選択触媒還元（ＳＣＲ）ユニット、亜酸化窒素フィルタなどを介して排出され得る。図１は、複合サイクルの実施形態を示しているが、蒸気発生器１６８を備える蒸気タービンシステム１６０を省略してもよいことを強調しておく。この後者の場合、排気１７２は、排出制御システム１７８に直接通されるか、または他のプロセスで使用される。
【００２０】
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の任意の公知のまたは今後開発される制御システム１８０を備えることができる。構成要素から離れて図示されているが、制御システム１８０は、すべての構成要素およびそれらのそれぞれの制御可能な機構、たとえば弁、ポンプ、モータ、センサ、伝動装置、発電機制御装置などに電気的に結合されることを理解されたい。
【００２１】
ガスタービンシステム１０２の詳細に戻ると、本明細書に記述するように、一体型の圧縮機１０６は、タービン構成要素１０４および／または燃焼器１０８の吸気容量より大きい流容量を有し、これにより余剰空気流２００を生成する。図示のように、余剰空気流２００は、圧縮機１０６からの空気を抽出することにより形成され得る。一実施形態では、第１の制御弁システム２０２は、余剰空気流路２５０に沿って処理空気消費箇所２７２に向かう余剰空気流２００の流れを制御する。第１の制御弁システム２０２は、たとえば、１つ、２つ（図示のように）または２つを超える、所望の余剰空気流２００を供給するために必要な任意の数の弁を含むことができる。一実施形態では、余剰空気流２００は、圧縮機用排出制御弁２０６を用いてその排出口２０４で一体型の圧縮機１０６から抽出され得る。すなわち、圧縮機用排出制御弁２０６は、一体型の圧縮機１０６の排出口２０４から取り出される余剰空気流２００の第１の部分を制御する。この場合、別の上流側の弁２１０を省略してもよい。しかし、別の実施形態では、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用いて、所望の圧縮機１０６の１つ以上の段で、たとえば排出口２０４の上流側の１つ以上の場所で、排出口２０４で、および排出口の上流側の１つ以上の場所などで抽出され得る。この場合、第１の制御弁システム２０２はさらに、排出口２０４から上流側の一体型の圧縮機１０６の段から取り出される余剰空気流２００の第２の部分を制御する１つ以上の上流側の制御弁２１０を含むことができる。任意の数の上流側の制御弁２１０は、第１の制御弁システム２０２で使用され、一体型の圧縮機１０６から任意の所望の余剰空気流２００、すなわち、所望の圧力、流量、体積などを有する余剰空気流２００を提供することができる。圧縮機用排出弁２１０は省略することができ、ここで、他の上流側の制御弁２１０が、所望の余剰空気流２００をもたらす。第１の制御弁システム２０２はまた、余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を備えることができ、各センサ２２０は、それぞれの制御弁または全体的な制御システム１８０に動作可能に結合することができる。制御弁システム２０２は、図示されている様々な制御弁の自動化された動作のために任意の公知のまたは今後開発される産業用制御装置を備えることができる。
【００２２】
余剰空気流２００は、処理空気消費箇所２７２への１つ以上のパイプを含み得る余剰空気流路２５０を最終的に通過する。余剰空気流２００は、単一の導管において処理空気消費箇所２７２に導かれているかのように図示されているが、余剰空気流は、処理空気消費箇所２７２の１つ以上の場所に導かれ得ることを理解されたい。処理空気消費箇所は、たとえば、空気圧制御弁のような計装空気消費箇所、および液体酸素製造、液体窒素製造、製造工場における空気圧ツールの動作などのような雑用空気消費箇所を含み得る。
【００２３】
発電システム１００はまた、余剰空気流路２５０に配置され、余剰空気流２００を原動力として使用して余剰空気流を付加空気２５４で増強するエダクタ２５２を備えることができる。余剰空気流２００を有する付加空気２５４は、処理空気消費箇所２７２に送給される増強された余剰空気流２７０を形成する。すなわち、増強された余剰空気流２７０は、処理空気消費箇所２７２に供給される。増強された余剰空気流２７０は、増加した総空気量を処理空気消費箇所２７２にもたらす。増加した総空気量は、発電システム１００において広範囲の処理空気消費箇所で使用することができる。
【００２４】
エダクタ２５２は、作動流体流を使用して吸引流体、すなわち、付加空気２５４をポンピングする任意のポンプの形態を取ることができる。ここで、エダクタ２５２は、作動流体として余剰空気流２００を使用して、すなわち、吸込側流路２５８に沿って付加空気源２５６から付加空気を吸引することにより、付加空気２５４を余剰空気流２００に追加する。付加空気源２５６は、様々な形態を取ることができる。一実施形態では、付加空気源２５６は、一体型の圧縮機１０６の入口フィルタハウジング１２０の形態を取ることができる。この場合、エダクタ２５２への吸込側流路２５８は、付加空気２５４が周囲空気を含むように、一体型の圧縮機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（破線で示す）。別の実施形態では、付加空気２５４は、入口フィルタハウジング１２０以外の付加空気源２５６、たとえば、別のフィルタハウジングからの周囲空気、流路２５８内で後にフィルタリングされる環境からの直接の空気などを含み得る。第２の制御弁システム２６０は、エダクタ２５２内への付加空気２５４の流れを制御するために吸込側流路２５８に設けることができる。第２の制御弁システム２６０は、エダクタ２５２内への付加空気２５４の量を制御するように動作できる制御弁２６２を備えることができる。第２の制御弁システム２６０はまた、吸込側流路２５８内での付加空気２５４の流量を測定する少なくとも１つのセンサ２２０を備えることができ、センサは、付加空気２５４の流量を測定するために第２の制御弁システム２６０に動作可能に結合されている。
【００２５】
また、図示されているように、タービン構成要素１０４の排気１７２は、蒸気タービンシステム１６０用の蒸気を生成するため、ＨＲＳＧ１６８に送られてもよい。さらに、ＨＲＳＧ１６８はまた、蒸気をコジェネレーション蒸気負荷装置１７０に供給することができる。コジェネレーション蒸気負荷装置１７０は、たとえば、石油化学設備への蒸気、地域熱供給用の蒸気、「タールサンド」オイル抽出用の蒸気などを含み得る。
【００２６】
各制御弁システム２０２、２６０をさらに参照すると、その各制御弁は、開位置と閉位置との間の任意の位置に配置することができ、所望の部分的な流れを上述の構成要素にもたらすことができる。さらに、各制御弁の後ろに各構成要素への１つの通路が図示されているが、追加の配管や制御弁が、様々なサブパーツ、たとえば、エダクタ２５２への多数の入口などに余剰空気流２００のそれぞれの部分をさらに分配するために設けることができることを強調しておく。各センサ２２０は、既知の方式で自動化された制御用の制御弁システム２０２、２６０および制御システム１８０に動作可能に結合することができる。流量を測定する他のセンサ２２０を、発電システム１００全体に必要に応じて設けることができる。制御弁システム２０２、２６０、したがって、余剰空気流２００の流れおよびエダクタ２５２の動作は、任意の公知のまたは今後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、これは全体的な発電システム１００の制御システム１８０の一部とすることができる。制御システム１８０は、制御弁システム２０２、２６０を含め既知の方式で発電システム１００の様々な構成要素のすべての動作を制御することができる。
【００２７】
処理空気消費箇所２７２への増強された余剰空気流２７０の上述の利点に加えて、余剰空気流２００を生成する一体型の圧縮機１０６を有するガスタービンシステム１０２を備える発電システム１００は、従来のシステムと比較して多数の利点をもたらす。たとえば、圧縮機１０６は、多数のガスタービンを使用する場合に非常に高価となり得るシステム内のすべての圧縮機のアップグレードに対して、低コストで発電システム１００の電力ブロックのピーク、ベース、および真夏日の出力を向上することができる。さらに、本発明の実施形態は、アップグレードした圧縮機、すなわち、圧縮機１０６の相対的コストを減少させると共に、さらに多くの余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アップグレードした圧縮機の実現性および有用性を向上させる。さらに、一体型の圧縮機１０６を備える発電システム１００は、以下の例示的なサブシステム（タービン構成要素１０４、発電機１２２、変圧器（図示せず）、開閉器、ＨＲＳＧ１６８、蒸気タービンシステム１６０、蒸気タービン制御弁など）の１つ以上が小型である場合のプロジェクトの実現性を向上させることにより、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、何もしない場合と比較して、たとえば、単一のガスタービンおよび単一の蒸気タービン複合サイクル（１ｘ１ＣＣ）システムにおいて単一の圧縮機をアップグレードする改良事例を提供する。
【００２８】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本開示を限定するものではない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、特に明示しない限り、複数形も含むことが意図される。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用される場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素が存在することを明示するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの組が存在することまたは追加することを除外しないことがさらに理解されよう。
【００２９】
添付の特許請求の範囲におけるミーンズプラスファンクションまたはステッププラスファンクションの要素すべての、対応する構造、材料、動作および均等物は、具体的に請求された他の請求要素と組み合わせてその機能を遂行するための、一切の構造、材料または動作を包含することが意図されている。本開示の記述は、例示および説明の目的で提示されたもので、網羅的であることも、または本開示を開示した形態に限定することも意図されていない。当業者には、本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく多くの変更および変形が明らかであろう。本実施形態は、本開示の原理および実際的な応用を最善に説明し、他の当業者が、意図する特定の用途に適した様々な変更を加えた様々な実施形態のため、本開示を理解できるように選択し、説明されたものである。
［実施態様１］
第１のタービン構成要素（１０４）と、一体型の圧縮機（１０６）と、前記一体型の圧縮機（１０６）からの空気および燃料が供給される燃焼器（１０８）とを備えるガスタービンシステム（１０２）であって、前記燃焼器（１０８）は高温燃焼ガスを前記タービン構成要素（１０４）に供給するために配置されており、前記一体型の圧縮機（１０６）は前記燃焼器（１０８）および前記タービン構成要素（１０４）の少なくとも１つの吸気容量より大きい流容量を有し、余剰空気流（２００）を生成するガスタービンシステム（１０２）と、
余剰空気流（２００）路に沿って処理空気消費箇所（２７２）に向かう前記余剰空気流（２００）の流れを制御する第１の制御弁（２６２）システム（２０２）と、
前記余剰空気流（２００）路に配置され、前記余剰空気流（２００）を原動力として使用して前記余剰空気流（２００）を付加空気（２５４）で増強し、増強された余剰空気流（２７０）を生成するエダクタ（２５２）と
を備える発電システム（１００）。
［実施態様２］
前記タービン構成要素（１０４）の排気（１７２）が、蒸気タービンシステム（１６０）用に蒸気を生成するため、熱回収蒸気発生器（１２２，１６６）（ＨＲＳＧ）に供給される実施態様１に記載の発電システム（１００）。
［実施態様３］
前記ＨＲＳＧ（１２２，１６６）がまた、蒸気をコジェネレーション蒸気負荷装置（１７０）に供給する実施態様２に記載の発電システム（１００）。
［実施態様４］
前記第１の制御弁（２６２）システム（２０２）が、前記一体型の圧縮機（１０６）の排出口から取り出される前記余剰空気流（２００）の第１の部分を制御する圧縮機用排出制御弁（２６２）と、前記排出口から上流側の前記一体型の圧縮機（１０６）の段から取り出される前記余剰空気流（２００）の第２の部分を制御する上流側の制御弁（２６２）とを備える、実施態様１に記載の発電システム（１００）。
［実施態様５］
前記余剰空気流（２００）の各部分の流量を測定する少なくとも１つのセンサ（２２０）をさらに備え、各センサ（２２０）は、それぞれの制御弁（２６２）に動作可能に結合される実施態様４に記載の発電システム（１００）。
［実施態様６］
前記エダクタ（２５２）が、吸込側流路（２５８）を備え、さらに、前記吸込側流路（２５８）に、前記エダクタ（２５２）内への前記付加空気（２５４）の流れを制御する第２の制御弁（２６２）システム（２６０）を備える実施態様４に記載の発電システム（１００）。
［実施態様７］
前記吸込側流路（２５８）内での前記付加空気（２５４）の流量を測定するセンサ（２２０）をさらに備え、前記センサ（２２０）は、前記第２の制御弁（２６２）システム（２６０）に動作可能に結合されている実施態様６に記載の発電システム（１００）。
［実施態様８］
前記吸込側流路（２５８）が、前記一体型の圧縮機（１０６）の入口フィルタに流体結合されている実施態様６に記載の発電システム（１００）。
［実施態様９］
前記付加空気（２５４）が、周囲空気を含む実施態様１に記載の発電システム（１００）。
［実施態様１０］
前記処理空気消費箇所（２７２）が、計装空気消費箇所（２７２）および雑用空気消費箇所（２７２）からなる群から選択される実施態様１に記載の発電システム（１００）。
［実施態様１１］
タービン構成要素（１０４）と、一体型の圧縮機（１０６）と、前記一体型の圧縮機（１０６）からの空気および燃料が供給される燃焼器（１０８）とを備えるガスタービンシステム（１０２）であって、前記燃焼器（１０８）は高温燃焼ガスを前記タービン構成要素（１０４）に供給するために配置されており、前記一体型の圧縮機（１０６）は前記燃焼器（１０８）および前記タービン構成要素（１０４）の少なくとも１つの吸気容量より大きい流容量を有し、余剰空気流（２００）を生成するガスタービンシステム（１０２）と、
余剰空気流（２００）路に沿って処理空気消費箇所（２７２）に向かう前記余剰空気流（２００）の流れを制御する第１の制御弁（２６２）システム（２０２）と、
前記余剰空気流（２００）路に配置され、前記余剰空気流（２００）を原動力として使用して前記余剰空気流（２００）を周囲空気で増強し、増強された余剰空気流（２７０）を生成するエダクタ（２５２）と
を備え、
前記エダクタ（２５２）は、吸込側流路（２５８）を備え、さらに、前記吸込側流路（２５８）に、前記エダクタ（２５２）内への前記周囲空気の流れを制御する第２の制御弁（２６２）システム（２６０）を備え、
前記処理空気消費箇所（２７２）は、計装空気消費箇所（２７２）および雑用空気消費箇所（２７２）からなる群から選択される
発電システム（１００）。
［実施態様１２］
前記タービン構成要素（１０４）の排気（１７２）が、蒸気タービンシステム（１６０）用に蒸気を生成するため、熱回収蒸気発生器（１２２，１６６）（ＨＲＳＧ）に供給される実施態様１１に記載の発電システム（１００）。
［実施態様１３］
前記ＨＲＳＧ（１２２，１６６）がまた、蒸気をコジェネレーション蒸気負荷装置（１７０）に供給する実施態様１２に記載の発電システム（１００）。
［実施態様１４］
前記第１の制御弁（２６２）システム（２０２）が、前記一体型の圧縮機（１０６）の排出口から取り出される前記余剰空気流（２００）の第１の部分を制御する圧縮機用排出制御弁（２６２）と、前記排出口から上流側の前記一体型の圧縮機（１０６）の段から取り出される前記余剰空気流（２００）の第２の部分を制御する上流側の制御弁（２６２）とを備える、実施態様１１に記載の発電システム（１００）。
［実施態様１５］
前記余剰空気流（２００）の各部分の流量を測定する少なくとも１つのセンサ（２２０）をさらに備え、各センサ（２２０）は、それぞれの制御弁（２６２）に動作可能に結合されている実施態様１４に記載の発電システム（１００）。
［実施態様１６］
前記吸込側流路（２５８）内での前記周囲空気の流量を測定するセンサ（２２０）をさらに備え、前記センサ（２２０）は、前記第２の制御弁（２６２）システム（２６０）に動作可能に結合されている実施態様１１に記載の発電システム（１００）。
［実施態様１７］
前記吸込側流路（２５８）が、前記一体型の圧縮機（１０６）の入口フィルタに流体結合されている実施態様１１記載の発電システム（１００）。
［実施態様１８］
タービン構成要素（１０４）と、一体型の圧縮機（１０６）と、前記一体型の圧縮機（１０６）からの空気および燃料が供給される燃焼器（１０８）とを備えるガスタービンシステム（１０２）であって、前記燃焼器（１０８）は高温燃焼ガスを前記タービン構成要素（１０４）に供給するために配置されており、前記一体型の圧縮機（１０６）は前記燃焼器（１０８）および前記タービン構成要素（１０４）の少なくとも１つの吸気容量より大きい流容量を有するガスタービンシステム（１０２）の前記一体型の圧縮機（１０６）から余剰空気流（２００）を抽出することと、
余剰空気流（２００）路に配置され、前記余剰空気流（２００）を原動力として使用して前記余剰空気流（２００）を付加空気（２５４）で増強し、増強された余剰空気流（２７０）を生成するエダクタ（２５２）を使用して前記余剰空気流（２００）を増強することと、
前記余剰空気流（２００）路に沿って処理空気消費箇所（２７２）に前記増強された余剰空気流（２７０）を導くことと
を含む方法。
［実施態様１９］
前記付加空気（２５４）が、周囲空気を含む実施態様１８に記載の方法。
［実施態様２０］
前記処理空気消費箇所（２７２）は、計装空気消費箇所（２７２）および雑用空気消費箇所（２７２）からなる群から選択される、実施態様１８に記載の方法。
【符号の説明】
【００３０】
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  一体型の圧縮機、圧縮機
１０８  燃焼器
１１０  タービン回転軸、ロータ
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  回転軸
１６８  蒸気発生器
１７０  コジェネレーション蒸気負荷装置
１７２  排気
１７８  排出制御システム
１８０  制御システム
２００、２７０  空気流
２０２  第１の制御弁システム
２０４  排出口
２０６  圧縮機用排出制御弁
２１０  上流側の弁、圧縮機用排出弁、制御弁
２２０  センサ
２５０  余剰空気流路
２５２  エダクタ
２５４  付加空気
２５６  付加空気源
２５８  吸込側流路
２６０  第２の制御弁システム
２６２  制御弁
２７０  増強された余剰空気流
２７２  処理空気消費箇所
【図１】
2016176478.tif 000003
【外国語明細書】
2016176478000001.pdf