(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料の修正ウォッベ指数ＭＷＩを調節する方法及びシステムを提供する。【解決手段】１以上の蒸気噴射システム２０５は、燃焼システム１５０の上流で、１以上の燃料供給ライン１９０に蒸気を注入して、１種以上の燃料１７５のＭＷＩを調節する。この方法及びシステムは、１種以上の燃料１７５が所定の範囲を外れているか否かを判定することができ、１以上の蒸気噴射システム２０５を利用して、ある流量で蒸気を自動的に注入して、１種以上の燃料１７５のＭＷＩを調節する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上の蒸気噴射システム（２０５）を利用して燃料（１７５）の修正ウォッベ指数（ＭＷＩ）を調節する方法であって、
１以上の蒸気噴射システム（２０５）であって、燃焼システム（１５０）の上流で１以上の燃料供給ライン（１９０）に蒸気を注入して１種以上の燃料（１７５）のＭＷＩを調整する１以上の蒸気噴射システム（２０５）を備えるガスタービン（１１０）を準備し、
１種以上の燃料（１７５）のＭＷＩが所定の範囲外にあるか否かを判定し（５１０，５２０）、
１以上の蒸気噴射システム（２０５）を利用して、１種以上の燃料（１７５）のＭＷＩを調節するための第１の流量で蒸気を自動的に注入する（５４０，５５０）
ことを含む方法。
【請求項２】
前記１以上の蒸気噴射システム（２０５）で第１の流量で蒸気を注入した後の１種以上の燃料（１７５）のＭＷＩを決定し（５６０）、
第１の流量で蒸気を注入した後の１種以上の燃料（１７５）のＭＷＩが前記範囲外にあるときは第２の流量で蒸気を注入するか（５６０，５７０，５８０）、或いは
第１の流量で蒸気を注入した後の１種以上の燃料（１７５）のＭＷＩが前記範囲内にあるときは第１の流量での蒸気の注入を維持すること（５６０，５７０，５８０）
を含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
１以上の蒸気噴射システム許容条件が維持されているか否かを判定すること（５３０）をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記１以上の蒸気噴射システムの許容条件（５３０）が、
ガスタービン（１１０）がガス燃料で作動していること、
ガス燃料の温度が約３５０°Ｆ〜約５００°Ｆの間にあること、
ガスタービン（１１０）が温度制御下に作動していること、
蒸気噴射システム（２０５）の蒸気温度及び蒸気圧が所要の作動範囲内にあること、
過熱蒸気で、蒸気噴射システム（２０５）の蒸気路（２２０）を既に予熱していること、
注入蒸気が、蒸気の飽和温度よりも約５０°Ｆ高く維持されていること、及び
蒸気噴射システムの流量がガス燃料の流量の約１％〜約３０％に制限されていること
のうちの１以上を含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記１以上の蒸気噴射システム（２０５）が１以上の制御弁（２１０）と１以上の停止弁（２１５）とを含んでいて、１以上の蒸気噴射システム（２０５）の動作が、１以上の制御弁（２１０）のストロークを調節すること、及び１以上の停止弁（２１５）のストロークを調節することとを含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
１以上の蒸気噴射システム（２０５）を利用して燃料（１７５）の修正ウォッベ指数（ＭＷＩ）を調節する方法であって、
１以上の蒸気噴射システム（２０５）であって、燃焼システム（１５０）の上流で１以上の燃料供給ライン（１９０）に蒸気を注入して１種以上の燃料（１７５）のＭＷＩを調整する１以上の蒸気噴射システム（２０５）を備えるガスタービン（１１０）を準備し、
１種以上の燃料（１７５）のＭＷＩが所定の範囲外にあるか否かを判定し（５１０，５２０）、
１以上の蒸気噴射システム（２０５）を利用して、１種以上の燃料（１７５）のＭＷＩを調節するための第１の流量で蒸気を自動的に注入し（５４０，５５０）、
１以上の蒸気噴射システム（２０５）で第１の流量で蒸気を注入した後の１種以上の燃料（１７５）のＭＷＩを決定し（５６０）、
第１の流量で蒸気を注入した後の１種以上の燃料（１７５）のＭＷＩが上記範囲外にあるときは第２の流量で蒸気を注入するか（５６０，５７０，５８０）、或いは
第１の流量で蒸気を注入した後の１種以上の燃料（１７５）のＭＷＩが上記範囲内にあるときは第１の流量での蒸気の注入を維持する
ことを含む方法。
【請求項７】
１以上の蒸気噴射システム（２０５）を利用して、燃料（１７５）の修正ウォッベ指数（ＭＷＩ）を調節するシステムであって、当該システムが、
１以上の制御弁（２１０）と１以上の停止弁（２１５）とを有する１以上の蒸気噴射システム（２０５）であって、燃焼システム（１５０）の上流で１以上の燃料供給ライン（１９０）に蒸気を注入して１種以上の燃料（１７５）のＭＷＩを調整する１以上の蒸気噴射システム（２０５）を備えるガスタービン（１１０）と、
１種以上の燃料（１７５）のＭＷＩが所定の範囲外にあるか否かを判定する手段と、
１以上の蒸気噴射システム（２０５）を利用して、第１の流量で蒸気を自動的に注入する手段と、
必要に応じて、第２の流量で蒸気を注入する手段、又は第１の流量での蒸気の注入を維持する手段と
を備えており、上記１以上の蒸気噴射システム（２０５）が、１以上の熱交換器（１７０）に蒸気を注入して１種以上の燃料（１７５）のＭＷＩを調節する、システム。
【請求項８】
熱交換器（１７０）をさらに含んでいて、該熱交換器（１７０）が、第１の部分（１７２）と第２の部分（１７４）とを有し、蒸気が、燃料供給系（１９０）の下流で、熱交換器（１７０）の第１の部分（１７２）と第２の部分（１７４）の間に注入される、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
第１熱交換器（１７０）と第２熱交換器（２２５）とをさらに含んでいて、蒸気が、第１熱交換器（１７０）と第２熱交換機（２２５）の間に注入される、請求項７記載のシステム。
【請求項１０】
第１熱交換器（１７０）と第２熱交換器（２２５）とをさらに含んでいて、蒸気が、第１熱交換器（１７０）及び第２熱交換器（２２５）の下流かつ燃焼システム（１５０）の上流で注入される、請求項７記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンに供給されるガス燃料に関し、さらに具体的には、蒸気噴射システムを利用してガス燃料の特性を調節する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスの需要は絶えず大幅に増加しているため、パイプラインによる天然ガスの供給だけではガス燃料の需要は満たせなくなっている。この不足分を満たすため、ガスタービンのオペレータは、代替ガス燃料源として、液化天然ガス（ＬＮＧ）を利用し始めている。ところが、ＬＮＧの利用増加に伴って、ガスタービン燃焼システムにおける燃焼に際してパイプライン供給される天然ガスとＬＮＧとの互換性に問題が生じている。
【０００３】
ＬＮＧは、一般に、天然ガスよりも高位の発熱量（ＨＨＶ）とウォッベ指数（後述する）とを有する。ＬＮＧは、窒素のような不活性物質を用いて希釈して、パイプラインの天然ガスと同程度にウォッベ指数を抑制することができる。しかし、このプロセスは、コスト増につながり、ＬＮＧの競争力を低下させるので、ガス供給業者は、許容できるガス互換性の範囲を拡大させることを目指している。しかし、これによって、ガスタービンのオペレータに供給されるガス燃料の特性に大きなばらつきをもたらすため、後述するように、ガスタービン燃焼システムの燃焼特性に大きな影響を与えかねない。
【０００４】
燃焼特性に対する影響について説明する前に、次の２つの燃料パラメータ、納入ガスのウォッベ指数（ＷＮ）と、タービンに供給されるガスの修正ウォッベ指数（ＭＷＩ）とを定義しておく。ＷＮは以下の通り定義される。
【０００５】
【数１】
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式中、ＨＨＶはガス燃料の高位発熱量であり、
ＳＧは空気に対するガス燃料又はガス燃料と蒸気の混合物の比重である。
【０００６】
ＷＮは、同一の燃焼システムにおいて、ハードウェアを変更せずに様々な発熱量のガス燃料を利用できる互換性を示す指数として利用される。ガスが輸送される地表温度は通常、年間を通じて変動が僅かなので、上記のＷＮの数式では温度は含まれていない。
【０００７】
ＭＷＩは以下の通り定義される。
【０００８】
【数２】
2009074550.tif 000004
式中、ＬＨＶはガス燃料又はガス燃料と蒸気の混合物の低位発熱量であり、
Ｔｇはガス燃料又はガス燃料と蒸気の混合物の華氏温度である。
【０００９】
ＭＷＩは、燃料ノズルから所定の圧力比で供給されるエネルギーに関してＷＮよりも正確な指標である。ＭＷＩとＷＮとの違いは、ガスタービンへの供給前にガス燃料が加熱される場合に極めて重要となる。
【００１０】
市場の事情によって、発電所のオペレータは、一日の間の異なる時間に、異なる地域のパイプラインからガスを購入することもある。すなわち、天然ガスのパイプラインとＬＮＧのパイプラインからのガスの組成及び発熱量が大幅に異なる場合、これらのパイプライン間に位置する発電所付近で「ヌルポイント」が生じることがある。このような「ヌルポイント」間に位置する発電所は、一日のうちに数回にわたるガス組成の変化を経験することになりかねない。ＬＮＧの使用によってパイプライン間でのガス特性のばらつきが急激に増加すると、燃焼システムの操作性に多大な影響を与える。しかし、こうしたばらつきを考慮して燃焼システムを調整することは現実的ではなく、燃焼器の能力を超える運転によって、増大した燃焼ダイナミクスと排出基準外での運転を招きかねない。
【００１１】
上述の通り、一部のガス供給業者は、供給ガスが許容できないほど高いＷＮを有する場合に、ガスの発熱量及びＷＮを制御するためＮ２やＣＯ２などの不活性ガスを注入している。
【００１２】
現在公知のシステムには幾つかの課題がある。不活性物質は、Ｂｔｕ単位でのガスのＨＨＶを低下させるので、不活性物質の注入量は最小限に抑制される。ＨＨＶの低下に不活性物質を利用すると、供給ガスのコストが増加しかねない。
【非特許文献１】FEDERAL ENERGY REGULATORY COMMISSION WASHINGTON,D.C. 20426 NEWS RELEASE, June 15, 2006, Docket Nos. PL04-3 & RM06-17
【非特許文献２】GEI 41040G - Specification for Fuel Gases for Combustion in Heavy Duty Gas Turbines. January 2002.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以上の理由から、ガス燃料のＨＨＶを低減する方法及びシステムに対するニーズが存在する。かかる方法及びシステムは、ガス燃料の温度をさほど調節しなくても、ＭＷＩを広範囲で調節できるものであるべきである。かかる方法及びシステムは、ＬＨＶ及び得られるＭＷＩを低減するための希釈物を与えるものであるべきである。かかる方法及びシステムは、追加の燃料分離装置及び燃料過熱器が必要としないものであるべきである。かかる方法及びシステムは、上述のシステムと比べて、エネルギー単位当たりのガス輸送コストをさほど増加させないものであるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一実施形態では、１以上の蒸気噴射システムを利用して燃料の修正ウォッベ指数（ＭＷＩ）を調節する方法であって、１以上の蒸気噴射システムであって燃焼システムの上流で１以上の燃料供給ラインに蒸気を注入して１種以上の燃料のＭＷＩを調整する１以上の蒸気噴射システムを備えるガスタービンを準備し、１種以上の燃料のＭＷＩが所定の範囲外にあるか否かを判定し、１以上の蒸気噴射システムを利用して、１種以上の燃料のＭＷＩを調節するための第１の流量で蒸気を自動的に注入することを含む方法を提供する。
【００１５】
本発明の別の実施形態では、１以上の蒸気噴射システムを利用して燃料の修正ウォッベ指数（ＭＷＩ）を調節する方法であって、１以上の蒸気噴射システムであって燃焼システムの上流で１以上の燃料供給ラインに蒸気を注入して１種以上の燃料のＭＷＩを調整する１以上の蒸気噴射システムを備えるガスタービンを準備し、１種以上の燃料のＭＷＩが所定の範囲外にあるか否かを判定し、１以上の蒸気噴射システムを利用して、１種以上の燃料のＭＷＩを調節するための第１の流量で蒸気を自動的に注入し、１以上の蒸気噴射システムで第１の流量で蒸気を注入した後の１種以上の燃料のＭＷＩを決定し、第１の流量で蒸気を注入した後の１種以上の燃料のＭＷＩが上記範囲外にあるときは第２の流量で蒸気を注入するか、或いは第１の流量で蒸気を注入した後の１種以上の燃料のＭＷＩが上記範囲内にあるときは第１の流量での蒸気の注入を維持することを含む方法を提供する。
【００１６】
さらに別の実施形態では、１以上の蒸気噴射システムを利用して燃料の修正ウォッベ指数（ＭＷＩ）を調節するシステムであって、当該システムが、１以上の制御弁と１以上の停止弁とを有する１以上の蒸気噴射システムであって燃焼システムの上流で１以上の燃料供給ラインに蒸気を注入して１種以上の燃料のＭＷＩを調整する１以上の蒸気噴射システムを備えるガスタービンと、１種以上の燃料のＭＷＩが所定の範囲外にあるか否かを判定する手段と、１以上の蒸気噴射システムを利用して第１の流量で蒸気を自動的に注入する手段と、必要に応じて、第２の流量で蒸気を注入する手段又は第１の流量での蒸気の注入を維持する手段とを備えており、上記１以上の蒸気噴射システムによって１以上の熱交換器に蒸気を注入して１種以上の燃料のＭＷＩを調節する、システムを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
好ましい実施形態についての以下の詳細な説明では、本発明の具体的な実施形態を示す添付の図面を参照する。構造及び動作の異なる他の実施形態も、本発明の技術的範囲から逸脱するものではない。
【００１８】
本発明の一実施形態は、燃焼システムの上流で、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）、複合サイクル発電プラントの蒸気タービンその他の供給源のいずれかから抽出された過熱蒸気をガス燃料に注入して、燃料の修正ウォッベ指数（ＭＷＩ）を調節できる用途又はプロセスという形態をとる。
【００１９】
本発明の一実施形態は、単一の熱交換器又は複数の熱交換器のいずれにも適用できる。
【００２０】
本発明の一実施形態は、供給されるガス燃料のＭＷＩに基づいて燃焼器操作性を拡大するという技術的効果を有する。以下で説明する通り、蒸気注入位置は、用途に応じて、燃料供給系の下流でしかも燃料ガスヒータなどの第１熱交換器の第１の部分と第２の部分の間、第１熱交換器と第２熱交換器の間、或いは第１熱交換器と第２熱交換器の下流でしかもガスタービン燃焼システムの前のいずれでもよい。
【００２１】
本発明では、ガス燃料が燃焼システムに入る前に、ガス燃料供給ラインに比較的少量の過熱蒸気を注入すればよい。蒸気／ガス比は、約１：１００〜約３０：１００の範囲内とすればよく、ガス燃料ラインで過熱蒸気が凝縮しないように担保できる。
【００２２】
本発明の一実施形態は、ガス燃料が必要とされる各種の工業機器のＭＷＩの制御に使用できる。例えば、特に限定されないが、本発明は、ヘビーデューティガスタービンや、航空機転用形ガスタービンや、ボイラに応用できる。
【００２３】
ここで、図面を参照するが、図面を通して同様の要素に様々な符号を付すことがある。図１は、本発明の一実施形態の動作環境を模式的に示す図である。図１は、タービン１１０と、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）１２０と、発電機１３０とを備える発電所サイト１００を示す。
【００２４】
ガスタービン１１０は、ロータシャフト１４０を備える軸流圧縮機１３５を含む。空気は、１４５で圧縮機の吸気口に入り、軸流圧縮機１３５で圧縮され、次いで、燃焼システム１５０に吐出され、そこで天然ガスなどの燃料を燃焼して高エネルギー燃焼ガスを発生させて、タービン１５５を駆動する。タービン１５５において、高温ガスのエネルギーは仕事に変換され、その一部はシャフト１４０を介して圧縮機１３５の駆動に利用され、残りはロータシャフト１６０を用いて発電機１３０などの負荷を駆動して発電する有効な仕事に利用できる。ＨＲＳＧ１２０は、タービン１５５からの排気１６５を受け取ることができる。
【００２５】
本発明の１以上の実施形態では、ＨＲＳＧ１２０は、燃焼システム１５０に入る前の供給燃料１７５を加熱するため、供給路１８０で１以上の熱交換器１７０に熱水を供給し得る。戻り路１８５は、熱交換器１７０から排出された温水が、ＨＲＳＧ１２０の１以上のボイラ給水ポンプ（図示せず）で受け取られるようにする。
【００２６】
ガスタービン１１０は、供給ガス燃料１７５のＭＷＩを決定する１以上の制御システムなど（図示せず）を含んでいてもよい。制御システムは、ＭＷＩの決定に用いる燃料１７５の特性に関するデータを受け取ることができる。
【００２７】
図２は、蒸気噴射を利用してガス燃料１７５のＭＷＩを調節する本発明の一実施形態に係るシステム２００の一例を模式的に示す図である。図示したように、システム２００は、図１に示す発電所サイト１００に統合することができる。システム２００は、１以上の蒸気噴射システム２０５を含んでおり、この蒸気噴射システム２０５は、停止弁２１５と、制御弁２１０と、蒸気経路２２０とを含んでいてもよい。
【００２８】
図２に示す本発明の実施形態は、燃料１７５用の流路、供給路１８０、戻り路１８５及び蒸気路２２０の４つの主要流路を含むことができる。
【００２９】
納入ガス供給系１９０は、ガス供給業者から、最初に燃料１７５を受け取ってもよい。図２に示すように、燃料１７５は、納入ガス供給系１９０の下流に向かって第１熱交換器１７０まで流すことができる。第１熱交換器１７０は、燃料１７５を受け取り、燃焼システム１５０に入る前に燃料１７５の状態を調整することができる。第１熱交換器１７０は、主に供給燃料１７５の昇温に利用される場合には、一般にパフォーマンスヒータと呼ばれることもある。第１熱交換器１７０を通った後、燃料１７５は、燃焼システム１５０まで流れる。
【００３０】
第１熱交換器１７０の一実施形態は、第１の部分１７２及び第２の部分１７４を含んでいてもよい。燃料１７５は、通常、ガス供給業者から周囲地表温度で納入される。発電所サイト１００の性能を全体的に向上させるために、燃料１７５の温度を上昇させてもよい。燃料の温度は、例えば、約３５０°Ｆ〜約５００°Ｆの範囲に上昇させればよいが、この範囲に限定されない。温度上昇量は、特に限定されないが、例えば、ガスタービンのタイプ（フレームサイズなど）及び構成（燃焼システムのタイプ）に応じて変えればよい。
【００３１】
第２の部分１７４は供給路１８０を受け入れるが、供給路１８０の流れの出発点は、特に限定されないが、例えばＨＲＳＧ１２０でよい。供給路１８０は、主として燃料１７５の温度を上昇させる役割を果たす。供給路１８０は、上述の熱水であってよく、熱交換プロセスに十分なエネルギーを伝達して、上述の通り、燃料１７５の温度を確実に所望の大きさに上昇させるための他の特性を備えていてもよい。
【００３２】
第１の部分１７２は、戻り路１８５を含んでよく、上述の通り、この戻り路１８５により、熱交換器１７０から排出される温水を、ＨＲＳＧ１２０の１以上のボイラ給水ポンプ（図示せず）で受け取ることができる。
【００３３】
ガス供給系１９０及び第１の部分１７２の下流、かつ第２の部分１７４の上流で、燃料１７５用経路の一部は、蒸気噴射システム２０５の蒸気路２２０を受け取ってもよい。
【００３４】
蒸気路２２０もまた、特に限定されないが、例えば、ＨＲＳＧ１２０から最初に流れ出すものでもよい。蒸気噴射システム２０５は、燃料１７５のＭＷＩの調節（後述する）に用いられる過熱蒸気を供給する役割を主に担う。蒸気路２２０は、ＨＲＳＧ１２０の下流側から制御弁２１０へと流れるようにしてもよい。制御弁２１０は、蒸気噴射システム２０５に関連付けられた動作条件で機能できるタイプのものであればよい。制御弁２１０は、正確な流量制御に対応できる線形範囲で動作することができる。例えば、制御弁２１０は、蒸気噴射システム２０５を通る最大流量の５〜１０％に、過熱蒸気の流量を規制することを実現できる。
【００３５】
蒸気路２２０は、次に、制御弁２１０の下流に向かって停止弁２１５まで流れてよく、この停止弁２１５は、蒸気噴射システム２０５に関連付けられた動作条件で機能できるタイプのものであってもよい。
【００３６】
次に、蒸気路２２０は、停止弁２１５の下流に向かって第１熱交換器１７０の第２の部分１７４まで流れてよく、ここで、燃料１７５に蒸気を導入及び混合することができる。
【００３７】
図３及び図４に、蒸気噴射システム２０５の別の実施形態を示す。以下で説明及び例示するように、これらの別の実施形態は、複数の熱交換器と、蒸気路２２０の異なる構成とを含む。図３及び図４の説明では、図２の実施形態との違いに焦点を置くことにする。
【００３８】
図３は、蒸気噴射を利用して燃料のＭＷＩを調節する、本発明の別の実施形態に係るシステム２００の一例を模式的に示す図である。図３は、第２熱交換器２２５を備える発電所サイト１００を示す。第２熱交換器２２５が必要になるのは、第１熱交換器１７０が燃料１７５の予熱を行えるのみであるような場合である。第２熱交換器２２５は、直列その他の同様の方式で、第２熱交換器１７０と連結してもよい。図３に示すように、燃料１７５は、第１熱交換器１７０によって予熱される。
【００３９】
燃料１７５は、納入ガス供給系１９０を起点として供給してもよく、この納入ガス供給系１９０は、ガス供給業者から燃料１７５を最初に受け取る発電所サイト１００の場所であってよい。図３に示すように、燃料１７５は、納入ガス供給系１９０の下流に向かって第１熱交換器１７０まで流れてよく、この第１熱交換器１７０は、所望の最終温度までの燃料１７５の温度上昇を開始してもよい。第１熱交換器１７０を通って流れた後、燃料１７５は、続いて第２熱交換器２２５に送られてもよい。第２熱交換器２２５は、燃料１７５の温度を所望の温度に設定することもできる。第２熱交換器２２５を通って流れた後、燃料１７５は燃焼システム１５０まで流れるようにしてもよい。
【００４０】
図３に示すように、第２熱交換器２２５の一部分は供給路１８０を受け取るようにしてもよく、供給路１８０は、特に限定されないが、ＨＲＳＧ１２０を流れの源とするものでもよい。供給路１８０は、第２熱交換器２２５のもう一方の部分を出て、第１熱交換器１７０の一部分に熱水を入れることができる。ここで、戻り路１８５は、上述の通り、熱交換器１７０から排出された温水が、ＨＲＳＧ１２０の１以上のボイラ給水ポンプ（図示せず）によって受け取られる構成を実現できる。既に説明した通り、供給路１８０は、主として、燃料１７５の温度を上昇させる役割を担い得る。
【００４１】
第１熱交換器の下流、かつ第２熱交換器２２５の上流で、蒸気路２２０は、燃料１７５と過熱蒸気との混合を考慮して、燃料１７５が流動する配管に接続し得る。第２熱交換器２２５に入る前に、燃料１７５に過熱蒸気を導入することによって、燃料１７５のＭＷＩ値に対するより高度な制御を提供することができる。
【００４２】
上述の通り、蒸気路２２０は、まず、特に限定されないが、例えば、ＨＲＳＧ１２０を流れの源とすることができる。蒸気路２２０は、ＨＲＳＧ１２０の下流に向かって制御弁２１０まで流れることができる。制御弁２１０は、蒸気噴射システム２０５に関連付けられた動作条件で機能できるタイプのものであればよい。制御弁２１０は、既に説明した通り、正確な流量制御に対応できる線形範囲で動作することができる。
【００４３】
蒸気路２２０は、次に、制御弁２１０の下流に向かって停止弁２１５まで流れてよく、この停止弁２１５は、蒸気噴射システム２０５に関連付けられた動作条件で機能できるタイプのものであればよい。
【００４４】
図４は、蒸気噴射を利用して燃料のＭＷＩを調節する、本発明のさらに別の実施形態に係るシステム２００の一例を模式的に示す図である。図示するように、図４のシステム２００と蒸気噴射システム２０５の構成とは、図３と同様であるとみなし得る。
【００４５】
図３と対比した、図４に示す本発明の実施形態の主な差異は、燃料１７５に蒸気路２２０を接続できる場所である。図示したように、この場所は、第１及び第２の熱交換器１７０，２２５の下流である。
【００４６】
図４に示す蒸気噴射システム２０５の構成は、発電所サイト１００の構成が、図３に示すような、第１及び第２の熱交換器１７０，２２５の間での蒸気路２２０と燃料１７５との接続を実現できないものである場合に有用になる。
【００４７】
本発明の一実施形態は、蒸気噴射システム２０５を用いて燃料１７５のＭＷＩを調節するソフトウェアアプリケーション及びプロセスという形態を取ることができる。
【００４８】
当然理解されるように、本発明は、方法、システム又はコンピュータプログラム製品として具体化できる。したがって、本発明は、全体がハードウェアである実施形態と、全体がソフトウェアである実施形態（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）又はソフトウェアとハードウェアの態様を組合せた実施形態を取ることができ、これらはすべて、本明細書において、「回路」、「モジュール」又は「システム」と呼ばれる。また、本発明は、コンピュータで使用可能な記憶媒体上のコンピュータプログラム製品という形を取ることができ、記憶媒体は、当該媒体に埋め込まれた、コンピュータ使用可能プログラムコードを有する。
【００４９】
任意の適切なコンピュータ可読媒体を利用することができる。コンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ可読媒体は、例えば、電子的、磁気的、光学的、電磁気式、赤外線式又は半導体のシステムや、装置や、デバイスや、伝搬媒体であってよいが、これらに限定されない。コンピュータ可読媒体のより具体的な例（限定的リスト）は、次に示す、１つ以上のワイヤを有する電気接続や、ポータブルコンピュータディスケットや、ハードディスクや、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）や、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）や、消去可能なプログラム可能読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）や、光ファイバや、ポータブルコンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）や、光学記憶装置や、インターネット又はイントラネットをサポートするような通信媒体や、磁気記憶装置を含むものになるであろう。プログラムは、例えば、紙その他の媒体の光学式走査によって、電子的に取り込むことができ、次いで、必要に応じて、コンパイル、解釈又は別に指定された適切な方式で処理して、コンピュータメモリに格納できるものであるため、プログラムが印刷された紙その他の適切な媒体でさえもコンピュータ使用可能又はコンピュータ可読媒体になり得る点に注意されたい。本文書の文脈において、コンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ可読媒体は、命令を実行するシステム、装置又はデバイスによって利用されたり、又はこれらに関連付けて利用されたりするプログラムを格納、保存、通信、配布又は移送することができるいかなる媒体であってもよい。
【００５０】
本発明の動作を実行するコンピュータプログラムコードは、Ｊａｖａ(登録商標）７や、スモールトークや、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語で記述されたものでもよい。ただし、本発明の動作を実行するコンピュータプログラムコードは、「Ｃ」プログラミング言語などの従来の手続き形プログラミング言語などで記載することもできる。このプログラムコードは、その完全がユーザのコンピュータ上で実行される構成であっても、その一部がユーザのコンピュータ上で実行される構成であっても、スタンドアロンソフトウェアパッケージとして、一部はユーザのコンピュータで実行され、一部はリモートコンピュータで実行される構成であっても、或いは全体がリモートコンピュータ上で実行される構成でもよい。この最後のシナリオにおいて、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）又はワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）に接続できるし、また、この接続は、外部コンピュータに対して（例えば、インターネットサービスプロバイダを利用してインターネットを介して）確立することもできる。
【００５１】
次に、本発明について、本発明の実施形態に係る方法、装置（システム）、及びコンピュータプログラム製品のフローチャート図とブロック図の少なくともいずれかを参照しながら説明する。フローチャート図とブロック図の少なくともいずれかの各ブロック、並びにフローチャート図とブロック図の少なくともいずれかのブロックの組合せは、コンピュータプログラム命令によって実施可能であることは理解されるであろう。これらのコンピュータプログラム命令は、一般用途コンピュータ、特殊用途コンピュータその他のプログラマブルデータ処理装置に提供されてマシンを作製できるため、コンピュータその他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサから実行されるこれらの命令が、フローチャート図とブロック図の少なくともいずれかの１つ以上のブロックに指定された機能／動作を実行する手段を生成するように構成できる。
【００５２】
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ可読メモリに格納されてもよく、これにより、コンピュータその他のプログラマブルデータ処理装置に命令して特定の方式で機能させ、コンピュータ可読メモリに格納された命令が、フローチャート図とブロック図の少なくともいずれかの１つ以上のブロックに指定された機能／動作を実行する命令手段を含む製品を作製するように構成できる。コンピュータプログラム命令をコンピュータその他のデータ処理装置にロードして、一連の動作ステップがコンピュータその他のプログラム装置で実行されるように構成し、コンピュータその他のプログラマブル装置で実行される命令が、上述のフローチャート図とブロック図の少なくともいずれかの１つ以上のブロックに指定された機能／動作を実行するステップを提供するように、コンピュータ実装プロセスを生成することができる。
【００５３】
本発明は、ガス供給業者から発電所サイト１００に供給された納入燃料１７５のＭＷＩを自動的又は継続的に監視するように構成された制御システムなどを含んでいてもよい。或いは別の構成として、制御システムは、蒸気噴射システム２０５の動作を始動するユーザアクションを要求するように構成し得る。本発明の制御システムの実施形態は、スタンドアロンシステムとして機能し得る。これに代わる構成として、制御システムは、タービン制御やプラント制御システムなどの上位システム内のモジュールなどとして統合してもよい。
【００５４】
図５は、蒸気噴射システム２０５を利用して燃料のＭＷＩを調節する、本発明の実施形態に係る方法５００の一例を示すフローチャートである。
【００５５】
ステップ５１０において、本方法５００は、燃料１７５のＭＷＩを監視してもよい。上述の通り、燃料１７５のＭＷＩは、発電所サイト１００が各種の特性を持つ燃料１７５を受け取ったときに変動する可能性がある。
【００５６】
【数３】
2009074550.tif 000005
式中の変数は以下の通り定義できる。
ＬＨＶはガス燃料又はガス燃料と蒸気の混合物の下位発熱量である。
ＳＧは空気に対するガス燃料又はガス燃料と蒸気の混合物の比重である。
Ｔｇはガス燃料又はガス燃料と蒸気の混合物の華氏温度である。
【００５７】
本方法５００は、制御システムから、ＭＷＩに関する上記数式の変数についてのデータを受け取り、次いで、上記の数式を利用してＭＷＩを特定することができる。
【００５８】
ステップ５２０において、本方法５００は、ステップ５１０で特定されたＭＷＩの値が所望の動作範囲外にあるか否かを判定する。本発明は、ＭＷＩについての所望の範囲と許容可能なデッドバンドとをユーザが設定できるように構成してもよい。このことは、例えば、燃焼システム１５０が、異なる範囲のＭＷＩで動作できる交換ノズルを含むような状況で有用であるが、かかる状況に限定されない。ここで、本発明は、ＭＷＩの動作範囲をユーザが変更できるようにしてもよい。本発明の別の実施形態では、燃焼システム１５０の他社商標製品を製造供給する会社（ＯＥＭ）は、当該ＯＥＭによってＭＷＩ範囲が固定又は設定されることを要求してもよい。方法５００が、ＭＷＩは所望の範囲及び許容可能なデッドバンドを外れていると判定した場合、方法５００は、ステップ５３０に進むことができ、そのように判定されなかった場合、本方法５００はステップ５１０に戻る。
【００５９】
ステップ５３０において、本方法は、１以上の蒸気噴射システム２０５の許容条件を満たしているか否かを判定できる。本発明の一実施形態は、ユーザが、１以上の蒸気噴射許容条件を設定できるように構成してもよい。１以上の蒸気噴射許容条件は、次の許容条件、すなわち、ガスタービン１１０がガス燃料で作動していること、ガス燃料１７５の温度が約３５０°Ｆ〜約５００°Ｆの間にあること、ガスタービン１１０が温度制御下に作動していることと、蒸気の温度及び圧力は、発電所サイト１００に指定された範囲内で動作していることと、過熱蒸気は、既に蒸気路２２０を予熱していることと、飽和蒸気温度より上に約５０°Ｆの過熱温度を維持することと、蒸気噴射システム２０５の流量は、ガス燃料の最大流量の３０％に制限されていることとのうちの１つを含む。蒸気噴射許容条件を満たしている場合、本方法５００はステップ５４０に進むことができ、満たされていない場合、本方法５００はステップ５１０に戻る。
【００６０】
ステップ５４０において、本方法５００は、蒸気噴射システム２０５を作動可能に設定する。本発明の一実施形態は、蒸気噴射システム２０５を作動できることをユーザに提示してもよい。本発明の別の実施形態では、方法５００は、ステップ５３０で蒸気噴射許容条件が満たされた後、自己有効化（self-enabling）してもよい。蒸気噴射システム２０５が有効化された場合、方法５００は、ステップ５５０に進むことができ、有効化されない場合、方法５００は、ステップ５１０に戻る。
【００６１】
ステップ５５０において、方法５００は、蒸気噴射システム２０５の動作を始動する。ユーザは、方法５００を予め設定して、ステップ５４０が満たされた後で、自動起動するように構成してもよい。ユーザがこの選択肢を必要とするのは、例えば、蒸気噴射システム２０５の操作がリモートで行われる場合である。これに代わる構成として、方法５００は、蒸気噴射システム２０５を始動するユーザアクションを要求するように予め設定してもよい。このユーザアクションは、特に限定されないが、蒸気噴射システム２０５を制御できる表示装置上での「蒸気噴射システム始動」ボタンの選択などである。
【００６２】
ステップ５６０において、方法５００は、ＭＷＩ値が所望の動作範囲及びデッドバンドよりも低いか否かを判定できる。本方法５００は、燃料噴射システム２０５の動作を開始した以降の、燃料１７５のＭＷＩの影響を特定できる。ステップ５６０において、方法５００は、ステップ５２０で既に説明した通り、所望のＭＷＩ範囲と比較する新しいＭＷＩを決定してもよい。ステップ５６０において、本方法５００は、ＭＷＩが所望の範囲及びデッドバンドを超えているか否かを判定してもよい。ＭＷＩが依然として所望の範囲より上であると方法５００が判定した場合、本方法５００はステップ５７０に進むことができ、判定しなかった場合、本方法５００はステップ５８０に進めばよい。
【００６３】
ステップ５７０において、方法５００は、ＭＷＩを下げるために、蒸気噴射システム２０５の流量を増せばよい。ユーザは、制御弁２１５のストロークを大きくして、蒸気噴射システム２０５の流量を増すことができる。本発明の別の実施形態では、制御システムは、制御弁２１５のストロークを自動的に大きくすることができる。ステップ５７０において、方法５００が蒸気噴射システム２０５の流量を増やした後、本方法５００はステップ５１０に戻ることができる。
【００６４】
ステップ５８０において、方法５００は、ＭＷＩを大きくするために、蒸気噴射システム２０５の流量を減らせばよい。ここで、ユーザは、必要に応じて、制御弁２１５のストロークを調整して、蒸気噴射システム２０５の流量を減らすことができる。本発明の別の実施形態では、制御システムは、ＭＷＩを小さくするために、制御弁２１５のストロークを自動的に調整してもよい。ステップ５８０において、本方法５００が蒸気噴射システム２０５の流量を減らした後、方法５００は、ステップ５１０に戻ることができる。
【００６５】
次に、図６を参照すると、本発明の一実施形態に係る、燃料のＭＷＩを調節する例示的システム６００のステップ図を示す。本方法５００の要素は、システム６００に実装されて、システム６００によって実行し得る。システム６００は、１つ以上のユーザ又はクライアントの通信装置６０２又は同様のシステムやデバイス（図６に２つを記載）を包含することができる。各通信装置６０２は、例えば、コンピュータシステムや、携帯情報端末（ＰＤＡ）や、携帯電話や、電子メッセージを送受信可能な同様のデバイスであってよいが、これらに限定されない。
【００６６】
通信装置６０２は、システムメモリ６０４又はローカルファイルシステムを内蔵していてもよい。システムメモリ６０４は、特に限定されないが、例えば、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含んでいてよい。ＲＯＭは、基本入出力システム（ＢＩＯＳ）を含んでいてよい。ＢＩＯＳは、通信装置６０２の要素間又はコンポーネント間での情報の通信を補助する基本ルーチンを含有できる。システムメモリ６０４は、通信装置６０２の動作全般を制御するオペレーティングシステム６０６を内蔵してよい。また、システムメモリ６０４は、ブラウザ６０８又はウェブブラウザも包含してよい。システムメモリ６０４は、また、燃料のＭＷＩを調節するデータ構造５１０やコンピュータ実行可能コードも内蔵でき、図５の方法５００の要素と同様であるか、又は含むものであってよい。
【００６７】
システムメモリ６０４は、さらに、燃料のＭＷＩを調節するために、図５の方法５００と組合せて利用できるテンプレートキャッシュメモリ６１２を含んでいてもよい。
【００６８】
また、通信装置６０２は、通信装置６０２の他のコンポーネントの動作を制御するプロセッサ又は処理ユニット６１４も内蔵してよい。オペレーティングシステム６０６、ブラウザ６０８、データ構造６１０は、プロセッサ６１４上で動作可能なものでもよい。プロセッサ６１４は、システムバス６１６によって、システムメモリ６０４及び通信システム６０２の他のコンポーネントと連結し得る。
【００６９】
通信装置６０２は、複数の入力装置（Ｉ／Ｏ）や、出力装置や、混合型入出力装置６１８も搭載することができる。各入出力装置６１８は、入出力インターフェース（図６には記載せず）によってシステムバス６１６に連結してもよい。入力装置、出力装置又は混合型入出力装置６１８は、ユーザが通信装置６０２を操作して、インターフェースを確立し、ブラウザ６０８及びデータ構造６１０の動作を制御して、燃料のＭＷＩを調節するソフトウェアに対するアクセス、操作、及び制御を行えるようにするものである。Ｉ／Ｏ装置６１８は、本明細書で説明した動作を実行するためのキーボード及びコンピュータポインティング装置などを含んでいてもよい。
【００７０】
また、Ｉ／Ｏ装置６１８は、特に限定されないが、例えば、ディスクドライブや、光学式、機械式、磁気式又は赤外線式の入出力装置や、モデムなどを内蔵していてもよい。Ｉ／Ｏ装置６１８を利用して、媒体６２０にアクセスすることができる。媒体６２０は、通信装置６０２などのシステムによって、又はシステムに関連して利用される、コンピュータ可読又はコンピュータ実行可能である命令や他の情報を収容、記憶、通信又は伝送することができる。
【００７１】
通信装置６０２は、表示装置やモニタ６２２などの他のデバイスを搭載していてもよいし、或いはかかるデバイスに接続してもよい。モニタ６２２を利用して、ユーザは、通信装置６０２とのインターフェースを確立することができる。
【００７２】
また、通信装置６０２は、ハードディスクドライブ６２４を搭載してもよい。ハードドライブ６２４は、ハードドライブインターフェース（図６には記載せず）によって、システムバス６１６に連結してもよい。ハードドライブ６２４は、ローカルファイルシステムやシステムメモリ６０４の一部を構成してもよい。プログラム、ソフトウェア、及びデータは、通信装置６０２の動作に対応した、システムメモリ６０４とハードドライブ６２４との間で転送及び交換してもよい。
【００７３】
通信装置６０２は、リモートサーバ６２６と通信でき、ネットワーク６２８を介して、他のサーバや通信装置６０２と同様の他のデバイスにアクセスすることができる。システムバス６１６は、ネットワークインターフェース６３０によってネットワーク６２８に接続してもよい。ネットワークインターフェース６３０は、ネットワーク６２８と接続するモデムや、イーサネット(登録商標）カードや、ルータや、ゲートウェイなどであってもよい。この接続は、有線接続又は無線接続であってもよい。ネットワーク６２８は、インターネットや、私設ネットワークや、イントラネットなどであってもよい。
【００７４】
サーバ６２６は、ファイルシステム、ＲＯＭ、及びＲＡＭなどを内蔵できるシステムメモリ６３２を搭載してもよい。システムメモリ６３２は、通信装置６０２内のオペレーティングシステム６０６と同様のオペレーティングシステム６３４を内蔵することができる。また、システムメモリ６３２は、燃料のＭＷＩを調節するためのデータ構造６３６も内蔵できる。データ構造６３６は、燃料のＭＷＩを調節する方法５００に関して説明したものと同様の動作を含有してよい。サーバのシステムメモリ６３２は、他のファイル６３８、アプリケーション、及びモジュールなども収容することができる。
【００７５】
サーバ６２６は、サーバ６２６内の他のデバイスの動作を制御するプロセッサ６４２又は処理ユニットを内蔵していてもよい。また、サーバ６２６は、Ｉ／Ｏ装置６４４も内蔵できる。Ｉ／Ｏ装置６４４は、通信装置６０２のＩ／Ｏ装置６１８と同様であってよい。サーバ６２６は、さらに、モニタなどの他のデバイス６４６を搭載して、Ｉ／Ｏ装置６４４と共に、サーバ６２６へのインターフェースを提供してもよい。また、サーバ６２６は、ハードディスクドライブ６４８も搭載できる。システムバス６５０は、サーバ６２６の異なるコンポーネントを接続することができる。ネットワークインターフェース６５２は、システムバス６５０を介して、ネットワーク６２８にサーバ６２６を連結することができる。
【００７６】
図面に示すフローチャート及びステップ図は、本発明の各種の実施形態に係るシステム、方法、及びコンピュータプログラム製品の実現可能な実施例のアーキテクチャと、機能と、動作とを示したものである。したがって、フローチャート又はステップ図の各ステップは、指定の論理関数を実施する１つ以上の実行可能命令を含む、モジュール、セグメント又はコードの一部を表すことができる。なお、幾つかの別の実施例において、ステップに記載された機能は、図面に示す以外の順序で実行してもよい。例えば、連続して図示されている２つのステップは、実際には、ほぼ同時に実行してもよく、また、かかる２つのステップは、関連する機能に応じて、逆の順序で実行してもよい。ステップ図とフローチャート図の少なくともいずれかの各ステップ、並びにステップ図とフローチャート図の少なくともいずれかのステップの組合せは、指定の機能や動作又は専用ハードウェア及びコンピュータの命令の組合せを実行する専用ハードウェアベースのシステムによって実施することもできる。
【００７７】
本明細書で用いた用語は、特定の実施形態を説明するためにのみ用いたものであり、本発明を限定するためのものではない。本明細書では、単数形で記載したものであっても、文脈から明らかでない限り、複数形も同様に含む。また、「含む」と「包含する」の少なくともいずれかの表現は、本明細書で用いられる場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、及びコンポーネントのうちの少なくともいずれかが存在することを示すものであり、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネント、及びこれらのグループのうちの少なくともいずれかの存在又は追加を排除するものではないことも理解されるであろう。
【００７８】
本明細書で、特定の実施形態について図示及び説明したが、同一の目的を達成するように意図されたいずれの構成も、記載した特定の実施形態と置き換えてよいこと、また、本発明は他の環境において他の用途を有することは理解されるであろう。本願は、本発明の各種の改造物又は変形物を包含する。付随する請求項は、いかなる意味においても、本発明の精神を、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施形態が動作する環境を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に従って、蒸気噴射を利用して燃料のＭＷＩを調節するシステムの一例を模式的に示す図である。
【図３】蒸気噴射を利用して燃料のＭＷＩを調節する、本発明の別の実施形態に係るシステムの一例を模式的に示す図である。
【図４】蒸気噴射を利用して燃料のＭＷＩを調節する、本発明のさらに別の実施形態に係るシステムの一例を模式的に示す図である。
【図５】蒸気噴射を利用して燃料のＭＷＩを調節する、本発明の一実施形態に係る方法の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態に係る、ガスタービンの排気を予測するシステムの例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８０】
１００  発電所サイト
１１０  ガスタービン
１２０  排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）
１３０  発電機
１３５  圧縮機
１４０  ロータシャフト
１５０  燃焼システム
１５５  タービンセクション
１６０  ロータシャフト
１６５  排気
１７０  熱交換器
１７２  第１の部分
１７４  第２の部分
１７５  燃料
１８０  供給路
１８５  戻り路
１９０  ガス供給系
２００  システム
２０５  蒸気噴射システム
２１０  制御弁
２１５  停止弁
２２０  蒸気路
２２５  第２熱交換器
６００  システム
６０２  通信装置
６０４  システムメモリ
６０６  オペレーティングシステム
６０８  ブラウザ
６１０  データ構造
６１２  キャッシュメモリ
６１４  処理ユニット
６１６  システムバス
６１８  入出力装置
６２０  媒体
６２２  モニタ
６２４  ハードドライブ
６２６  サーバ
６２８  ネットワーク
６３０  ネットワークインターフェース
６３２  メモリ
６３４  オペレーティングシステム
６３６  データ構造
６３８  他のファイル
６４２  プロセッサ
６４４  Ｉ／Ｏ装置
６４６  他のデバイス
６４８  ハードディスクドライブ
６５０  システムバス
６５２  ネットワークインターフェース
【図１】
2009074550.tif 000006
【図２】
2009074550.tif 000007
【図３】
2009074550.tif 000008
【図４】
2009074550.tif 000009
【図５】
2009074550.tif 000010
【図６】
2009074550.tif 000011