(57)【要約】      （修正有）【課題】排気スタックの局所圧力降下を軽減して、ガスタービンの出力が増大するように構成した排気スタックを提供する。【解決手段】分岐管体４４と煙管４６とを有する排気スタック３０を提供する。煙管は、消音部４８、収束ダクト部５０、管状部５２、及び発散ディフューザ部５４を有する。消音部は分岐管体と流体連通する。消音部は第１の油圧平均断面流路を有し、管状部は、第１の油圧平均断面流路よりも小さい又は等しい第２の油圧平均断面流路を有する。収束ダクト部が消音部と管状部との間に結合される。発散ディフューザ部は、収束ダクト部の反対側にある管状部の端部に結合され、これにより、分岐管体、消音部、収束ダクト部、管状部、及び発散ディフューザ部を貫流する排気ガスが、発散ディフューザ部と第１の断面積よりも小さいか又は等しい第２の断面積とに少なくとも部分的に起因して、全体の圧力降下を軽減する。【選択図】図１
2009185820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分岐管体(４４)と、
消音部（４８）、収束ダクト部（５０）、管状部（５２）、及び発散ディフューザ部（５４）を有する煙管（４６）と、
を備えた排気スタック（３０）であって、
前記消音部（４８）が前記分岐管体(４４)と流体連通しており、前記消音部（４８）の少なくとも一部が第１の断面積を有し、前記管状部（５２）の少なくとも一部が第１の断面積よりも小さい又は等しい第２の断面積を有し、前記収束ダクト部（５０）が前記消音部（４８）と前記管状部（５２）との間に結合されており、前記発散ディフューザ部（５４）が、前記収束ダクト部（５０）の反対側にある前記管状部（５２）の端部に結合され、
これにより、前記分岐管体(４４)、前記消音部（４８）、前記収束ダクト部（５０）、前記管状部（５２）、及び前記発散ディフューザ部（５４）を貫流する排気ガスが、前記発散ディフューザ部（５４）と第１の断面積よりも小さいか又は等しい第２の断面積とに少なくとも部分的に起因して、全体の圧力降下が軽減される、
ことを特徴とする排気スタック（３０）。
【請求項２】
前記消音部（４８）の排気ガスが第１の平均速度を有し、該第１の平均速度は、前記管状部（５２）の排気ガスの第２の平均速度に略等しい、
請求項１に記載の排気スタック（３０）。
【請求項３】
前記分岐管体(４４)が上面（５６）と下面（５８）とを有し、前記上面（５６）が前記消音部（４８）の外側表面（６０）から約９０度と約１３５度の間で延び、前記下面（５８）が前記消音部（４８）の外側表面（６０）から約４５度と約９０度の間で延びて、これにより前記排気ガスが、前記煙管（４６）を通る略一様な速度プロフィルを有する、
請求項１に記載の排気スタック（３０）。
【請求項４】
前記分岐管体(４４)の下面（５８）から前記消音部（４８）にわたって延びるように構成された流れガイド（２６８）を更に備え、略一様な速度プロフィルの排気ガスが前記消音部（４８）及び前記発散ディフューザ部（５４）内に流れるようにする、
請求項１に記載の排気スタック（３０）。
【請求項５】
前記流れガイド（２６８）が、前記煙管（４６）の横方向軸線（２７２）から少なくとも約２０度オフセットしたプレートを含む、
請求項４に記載の排気スタック（３０）。
【請求項６】
前記流れガイド（２６８）が、平坦面と凹状面のいずれか１つを有するプレートを含む、
請求項４に記載の排気スタック（３０）。
【請求項７】
前記発散ディフューザ部（５４）が、約５度と約１５度の間の範囲内の措定の発散角度で前記管状部（５２）から広がるように構成される、
請求項１に記載の排気スタック（３０）。
【請求項８】
分岐管体(４０２)と、
第１の管状部（４０６）、第１の発散ディフューザ部（４０８）、消音部（４１０）、収束ダクト部（４１２）、第２の管状部（４１４）、及び第２の発散ディフューザ部（４１６）を有する煙管（４０４）と、
を備えた排気スタック（４００）であって、
第１の管状部（４０６）が前記分岐管体(４０２)と流体連通しており、第１の管状部（４０６）の少なくとも一部が第１の断面積を有し、前記消音部（４１０）の少なくとも一部が第２の断面積を有し、第１の断面積が第２の断面積よりも小さいか又は等しく、第１の発散ディフューザ部（４０８）が第１の管状部（４０６）と前記消音部（４１０）との間に結合され、第２の管状部（４１４）の少なくとも一部が第２の断面積よりも小さいか又は等しい第３の断面積を有し、前記収束ダクト部（４１２）が前記消音部（４１０）と第２の管状部（４１４）との間に結合され、第２の発散ディフューザ部（４１６）が前記収束ダクト部（４１２）の反対側にある第２の管状部（４１４）の端部に結合されており、
これにより、前記分岐管体（４０２）、第１の管状部（４０６）、第１の発散ディフューザ部（４０８）、前記消音部（４１０）、前記収束ダクト部（４１２）、第２の管状部（４１４）、及び第２の発散ディフューザ部（４１６）を貫流する排気ガスが、第２の発散ディフューザ部（４１６）と第２の断面積よりも小さいか又は等しい第３の断面積とに少なくとも部分的に起因して、全体の圧力降下が軽減される、
ことを特徴とする排気スタック（４００）。
【請求項９】
第１の管状部（４０６）が排気ガスの第１の平均速度を有するように構成され、前記消音部（４１０）が排気ガスの第２の平均速度を有するように構成され、第２の管状部（４１４）が排気ガスの第３の平均速度を有するように構成され、第１の平均速度が、第２の平均速度と第３の平均速度との平均に等しいようにされる、
請求項８に記載の排気スタック（４００）。
【請求項１０】
第３の平均速度が第２の平均速度の２倍以下である、
請求項９に記載の排気スタック（４００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、一般にガスタービンに関し、より詳細にはガスタービンの出力を向上させるように構成された排気スタック及び発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
複合サイクル発電プラント（ＣＣＰＰ）は、ガスタービン、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）、蒸気タービン、及び排気スタックを含む。ガスタービンは、排気ガスの膨張に応じて回転出力を生成するよう構成されたタービンを含む。ＨＲＳＧは、ガスタービンから排気ガスを受け取り、該排気ガスの熱から蒸気を発生するように構成される。蒸気タービンは、蒸気の膨張に応じて回転出力を生成するよう構成される。排気スタックは、排気ガスをＨＲＳＧから大気に通すように構成される。
【０００３】
ガスタービンは、圧縮機、燃焼領域、及びタービンを含む。圧縮機は、流入空気を加圧するよう構成される。燃焼領域は、加圧空気を受け取り、加圧空気と燃料との混合気を燃焼させ、高温高圧の排気ガスを生成するよう構成される。タービンは、排気ガスを受け取り、排気ガスの膨張に応じて回転するように構成される。従って、タービンの回転出力は、排気ガスの膨張及び圧力降下に比例する。
【０００４】
従って、排気スタックを通る局所圧力降下を軽減することにより、ガスタービンにおける排気ガスの膨張を増大させ、よってガスタービンの出力が増大するように構成された排気スタックを提供するのが好ましい。
【発明の概要】
【０００５】
例示的な実施形態による排気スタックが提供される。排気スタックは分岐管体を含む。排気スタックは更に、消音部、収束ダクト部、管状部、及び発散ディフューザ部を有する煙管を含む。消音部は分岐管体と流体連通している。消音部の少なくとも一部は、第１の油圧平均断面流路を有し、管状部の少なくとも一部は、第１の油圧平均断面流路よりも小さいか又は等しい第２の油圧平均断面流路を有する。収束ダクト部は、消音部と管状部との間に結合される。発散ディフューザ部は、収束ダクト部とは反対側にある管状部の端部に結合され、これにより、分岐管体、消音部、収束ダクト部、管状部、及び発散ディフューザ部を貫流する排気ガスは、発散ディフューザ部と第１の油圧平均断面流路よりも小さいか又は等しい第２の油圧平均断面流路とに少なくとも部分的に起因して、局所圧力降下が軽減される。
【０００６】
別の例示的な実施形態による発電システムが提供される。発電システムは、圧縮機、燃焼領域、及びタービンを有するガスタービンを含む。圧縮機は空気を加圧するよう構成される。燃焼領域は、圧縮機から加圧空気を受け取り、加圧空気と燃料との混合気を燃焼させるように構成され、これにより排気ガスを生成する。タービンは、燃焼領域から排気ガスを受け取り、排気ガスの膨張に応じて回転するよう構成され、これにより、排気ガスがタービンを通って膨張するにつれて排気ガスの圧力が低下する。発電システムは更に、排気ガスを受け取り、該排気ガスの熱から蒸気を発生するように構成された熱回収蒸気発生器を含む。発電システムは更に、分岐管体と煙管とを有する排気スタックを含む。分岐管体は、熱回収蒸気発生器から排気ガスを受け取るように構成される。煙管は、消音部、収束ダクト部、管状部、及び発散ディフューザ部を有する。消音部は、分岐管体と流体連通している。消音部の少なくとも一部は、第１の油圧平均断面流路を有し、管状部の少なくとも一部は、第１の油圧平均断面流路よりも小さいか又は等しい第２の油圧平均断面流路を有する。収束ダクト部は、消音部と管状部との間に結合される。発散ディフューザ部は、収束ダクト部とは反対側にある管状部の端部に結合され、これにより、分岐管体、消音部、収束ダクト部、管状部、及び発散ディフューザ部を貫流する排気ガスは、発散ディフューザ部と第１の油圧平均断面流路よりも小さいか又は等しい第２の油圧平均断面流路とに少なくとも部分的に起因して、局所圧力降下が軽減される。排気スタック内の局所圧力降下が軽減されることにより、タービン全体にわたる排気ガスの全体圧力差が増大し、よってガスタービン１６の出力が増大される。
【０００７】
別の例示的な実施形態による排気スタックが提供される。排気スタックは分岐管体を含む。排気スタックは更に、第１の管状部、第１の発散ディフューザ部、消音部、収束ダクト部、第２の管状部、及び第２の発散ディフューザ部を有する煙管を含む。第１の管状部は分岐管体と流体連通している。第１の管状部の少なくとも一部は、第１の油圧平均断面流路を有し、消音部の少なくとも一部は、第２の油圧平均断面流路を有する。第１の油圧平均断面流路は第２の油圧平均断面流路よりも小さいか又は等しい。第１の発散ディフューザ部は、第１の管状部と消音部との間に結合される。第２の管状部の少なくとも一部は、第２の油圧平均断面流路よりも小さいか又は等しい第３の油圧平均断面流路を有する。収束ダクト部は、消音部と第２の管状部との間に結合される。第２の発散ディフューザ部は、収束ダクト部の反対側にある第２の管状部の端部に結合され、これにより、分岐管体、第１の管状部、第１の発散ディフューザ部、消音部、収束ダクト部、第２の管状部、及び第２の発散ディフューザ部を貫流する排気ガスが、第２の発散ディフューザ部と、第２の油圧平均断面流路よりも小さいか又は等しい第３の油圧平均断面流路とに少なくとも部分的に起因して、局所圧力降下が軽減される。
【０００８】
別の例示的な実施形態による発電システムが提供される。発電システムは、圧縮機、燃焼領域、及びタービンを有するガスタービンを含む。圧縮機は空気を加圧するよう構成される。燃焼領域は、圧縮機から加圧空気を受け取り、加圧空気と燃料との混合気を燃焼させるように構成され、これにより排気ガスを生成する。タービンは、燃焼領域から排気ガスを受け取り、排気ガスの膨張に応じて回転するよう構成され、これにより、排気ガスがタービンを通って膨張するにつれて排気ガスの圧力が低下する。発電システムは更に、排気ガスを受け取り、該排気ガスの熱から蒸気を発生するように構成された熱回収蒸気発生器を含む。発電システムは更に、分岐管体と煙管とを有する排気スタックを含む。分岐管体は、熱回収蒸気発生器から排気ガスを受け取るように構成される。煙管は、第１の管状部、第１の発散ディフューザ部、消音部、収束ダクト部、第２の管状部、及び第２の発散ディフューザ部を有する。第１の管状部は分岐管体と流体連通している。第１の管状部の少なくとも一部は、第１の油圧平均断面流路を有する。消音部の少なくとも一部は、第２の油圧平均断面流路を有する。第１の油圧平均断面流路は第２の油圧平均断面流路よりも小さいか又は等しい。第１の発散ディフューザ部は、第１の管状部と消音部との間に結合される。第２の管状部の少なくとも一部は、第２の油圧平均断面流路よりも小さいか又は等しい第３の油圧平均断面流路を有する。収束ダクト部は、消音部と第２の管状部との間に結合される。第２の発散ディフューザ部は、収束ダクト部の反対側にある第２の管状部の端部に結合され、これにより、分岐管体、第１の管状部、第１の発散ディフューザ部、消音部、収束ダクト部、第２の管状部、及び第２の発散ディフューザ部を貫流する排気ガスが、第２の発散ディフューザ部と、第２の油圧平均断面流路よりも小さいか又は等しい第３の油圧平均断面流路とに少なくとも部分的に起因して、全体の圧力降下が軽減される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な実施形態による、排気スタックを有する複合サイクル発電システムの概略図。
【図２】図１の排気スタックの斜視図。
【図３】図２の排気スタックの流れプロフィル。
【図４】図２の排気スタックの断面図。
【図５】図２の排気スタックの発散ディフューザ部の拡大断面図。
【図６】別の例示的な実施形態による、約９０度から約１３５度の範囲内の角度で消音部から延びる分岐管体の上面と、約２２．５度から約６７．５度の範囲内の角度で消音部から延びる分岐管体の下面とを示す排気スタックの断面図。
【図７】更に別の例示的な実施形態による、約９０度から約１３５度の範囲内の角度で消音部から延びる分岐管体の上面と、約２２．５度から約６７．５度の範囲内の角度で消音部から延びる分岐管体の下面と、排気スタックの横方向軸線２７２から約２２．５度から約６７．５度の間の範囲内の角度に位置決めされる平坦面を有する流れガイドとを示す排気スタックの断面図。
【図８】別の例示的な実施形態による、約９０度から約１３５度の範囲内の角度で消音部から延びる分岐管体の上面と、約２２．５度から約６７．５度の範囲内の角度で消音部から延びる分岐管体の下面と、約２２．５度から約６７．５度の間の範囲内の角度で排気スタックの横方向軸線から延びる凹状部を有する流れガイドとを示す排気スタックの断面図。
【図９】別の例示的な実施形態による排気スタックの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
例示的な実施形態は、複合サイクル発電プラント（ＣＣＰＰ）のガスタービンの出力を増大させるよう構成された排気スタックに関する。しかしながら、排気スタックは、他の好適な発電システムに統合されたガスタービンの出力を増大させることができることが企図される。例示的な実施形態において、排気スタックは、排気スタック内の圧力降下を軽減して、ガスタービン内の排気ガスの膨張に関連する圧力降下を大きくし、ガス膨張の増大によりガスタービンの出力を増大させるようにする。
【００１１】
図１を参照すると、ＣＣＰＰ１０は、ガスタービン発電機１２と蒸気タービン発電機１４とを含む。ガスタービン発電機１２は、電気を発生し、排気ガスを生成するよう構成される。蒸気タービン発電機１４は、ガスタービン発電機１２から排気ガスを受け取り、排気ガスの廃熱から追加電力を生成するよう構成される。
【００１２】
ガスタービン発電機１２は、ガスタービン１６、第１の出力シャフト、及び第１の発電機２０を含む。ガスタービン１６は、圧縮機２２、燃焼領域２４、及びタービン２６を有する。圧縮機２２は、流入空気を加圧するよう構成される。燃焼領域２４は、圧縮機２２から加圧空気を受け取り、加圧空気と燃料との混合気を燃焼させるように構成され、これにより高圧高温の排気ガスを生成する。タービン２６は、燃焼領域２４から排気ガスを受け取り、排気ガスの膨張に応じて回転するように構成される。タービン２６は、第１の出力シャフト１８により第１の発電機２０に動作可能に接続され、第１の発電機２０に回転力を与えて電気を発生させるようにする。タービン２６は更に、排気ガスを蒸気タービン発電機１４に通すように構成される。
【００１３】
蒸気タービン発電機１４は、ＨＲＳＧ２８及び排気スタック３０を含む。ＨＲＳＧ２８は、ガスタービン１６から排気ガスを受け取り、該排気ガスの廃熱から蒸気を発生させるように構成される。排気スタック３０は、ＨＲＳＧ２８から大気に排気ガスを通して、スタック内の局所圧力降下を軽減し、以下で詳細に説明するようにタービン全体での圧力差が増大するように構成される。
【００１４】
蒸気タービン発電機１４は更に、蒸気タービン３２、第２の出力シャフト３４、第２の発電機３６、凝縮器３８、冷却タワー４０、及びポンプ４２を含む。蒸気タービン３２は、ＨＲＳＧ２８から蒸気を受け取り、蒸気タービンの膨張に応じて回転するように構成される。蒸気タービン３２は、第２の出力シャフト３４により第２の発電機３６に動作可能に接続され、第２の発電機３６に回転力を与えて電気を発生させるようにする。しかしながら代替として、蒸気タービン３２は、単一のシャフト構成で第１の出力シャフト１８により第１の発電機２０に動作可能に接続してもよいことが企図される。凝縮器３８は、蒸気タービン３２からの蒸気を受け取り、蒸気を水に凝縮するように構成される。詳細には、凝縮器３８は、冷却タワー４０からの水を受け取り、蒸気からの熱を水に伝達して蒸気を水に凝縮するように構成される。或いは凝縮器３８は、湖、川、海、又は他の好適な非限定的実施例からの水に熱を伝達するよう構成できることが企図される。ポンプ４２は、凝縮器３８からの水をＨＲＳＧ２８に圧送するよう構成される。
【００１５】
図２から図５を参照すると、排気スタック３０は、分岐管体４４と煙管４６とを含む。分岐管体４４は、ＨＲＳＧ２８と流体連通するように構成される。煙管４６は、消音部４８と、収束ダクト部５０と、管状部５２と、発散ディフューザ部５４とを含む。消音部４８の少なくとも一部は、第１の油圧平均断面流路を有し、管状部５２の少なくとも一部は、第１の油圧平均断面流路よりも小さいか又は等しい第２の油圧平均断面流路を有する。収束ダクト部５０は、消音部４８と管状部５２との間に結合される。発散ディフューザ部５４は、収束ダクト部５０とは反対側にある管状部５２の端部に結合される。従って、分岐管体４４、消音部４８、収束ダクト部５０、管状部５２、及び発散ディフューザ部５４を貫流する排気ガスは、発散ディフューザ部５４と第１の油圧平均断面流路よりも小さいか又は等しい第２の油圧平均断面流路とに少なくとも部分的に起因して、その全体の圧力降下が軽減される。
【００１６】
図４を参照すると、分岐管体４４は、消音部４８の外側表面６０から延びる上面５６及び下面５８を有し、分岐管体４４により消音部４８への一様な流れ分布がもたらされ、消音部への局所圧力降下が軽減される。詳細には、上面５６は、消音部４８の外側表面６０から１３５度の角度で延びており、下面５８は、外側表面６０から４５度で延びている。従って、分岐管体４４は、排気ガスを消音部４８を通して収束ダクト部５０に配向し、十分に一様な流れプロフィルにより消音部における圧力降下が軽減される。この点に関して、分岐管体４４はまた、消音部４８の閉鎖端部６２における旋回損失を低減する。
【００１７】
分岐管体４４の上面５６及び下面５８は、図６〜９の実施形態で例証されるように種々の好適な角度で消音部４８の外側表面６０から延びることができる点は企図される。
【００１８】
図５を参照すると、発散ディフューザ部５４は、管状部５２から広がるように構成され、出口圧力損失を取り戻すようにされる。発散角αの実施例は、５度、１５度、及びこれらの間の範囲の好適な角度を含み、１秒につき約１８から２２メートルの間の速度範囲において約１．５から２．０センチメートル水柱の範囲の圧力を取り戻すようにする。発散角度は、好適な圧力回復装置を用いてこの範囲よりも大きく又は小さくすることができる点は企図される。
【００１９】
発散ディフューザ部５４は更に、６メートルの直径を有する第１の端部６４と、９メートルの直径を有する第２の端部６６とを含む。第１の端部６４及び第２の端部６６の直径は、それぞれ６メートル及び９メートルよりも大きく又は小さくすることができる点は企図される。発散ディフューザ部５４は、第１の端部６４から第２の端部６６まで１５メートルの長さを有する。しかしながら、発散ディフューザ部５４は、１５メートルよりも大きい又は小さい長さを有することができる。
【００２０】
図６を参照すると、分岐管体１４４と、消音部１４８、収束ダクト部１５０、管状部１５２、及び発散ディフューザ部１５４を備えた煙管１４６とを有する排気スタック１３０は、図１〜４の分岐管体４４と、消音部４８、収束ダクト部５０、管状部５２、及び発散ディフューザ部５４を備えた煙管４６とを有する排気スタック３０と略同様である。しかしながら、分岐管体１４４は、約９０度から約１３５度の範囲内の角度で消音部１４８の外側表面１６０から延びることができる上面１５６を有する。加えて、分岐管体１４４は、約２２．５度から約６７．５度の範囲内の角度で外側表面１６０から延びる下面１５８を有する。
【００２１】
図７を参照すると、分岐管体２４４と、消音部２４８、収束ダクト部２５０、管状部２５２、及び発散ディフューザ部２５４を備えた煙管２４６とを有する排気スタック２３０は、図１〜４の分岐管体４４と、消音部４８、収束ダクト部５０、管状部５２、及び発散ディフューザ部５４を備えた煙管４６とをそれぞれ有する排気スタック３０と略同様である。しかしながら、分岐管体２４４は、約９０度から約１３５度の間の範囲内の角度で外側表面２６０から延びる上面２５６を有する。加えて、分岐管体２４４は、約２２．５度から約６７．５度の範囲内の角度で外側表面２６０から延びる下面２５８を有する。更に、煙管２４６は、消音部２４８の閉鎖端部２６２において旋回損失を低減し、消音部２４８及び発散ディフューザ部２５４の上流側で実質的に一様な速度流れプロフィルをもたらすように構成される流れガイド２６８を更に含む。流れガイド２６８は、消音部２４８の下面２５８からキャビティ２７０にわたって延びる平坦面を有するプレートである。流れガイド２６８の平坦面は、煙管２４６の横方向軸線２７２から約２２．５度から約６７．５度の間の範囲内の角度に位置決めされる。この点に関して、排気ガスのかなりの部分は、消音部２４８の閉鎖端部２６２から離れて収束ダクト部２５０に向けて配向される。
【００２２】
消音部２４８は、排気ガスの膨張を可能にし、排気ガスの速度及び乱れを低下させるように構成され、高エネルギーノイズが消音部２４８で消散されるようにする。消音部２４８は、貫流する排気ガスの第１の平均速度を有するように構成され、管状部２５２は、貫流する排気ガスの第２の平均速度を有するように構成される。第１の平均速度は、第２の平均速度の少なくとも２分の１に等しい。
【００２３】
図８を参照すると、分岐管体３４４と、消音部３４８、収束ダクト部３５０、管状部３５２、及び発散ディフューザ部３５４を備えた煙管３４６とを有する排気スタック３３０は、図１〜４の分岐管体４４と、消音部４８、収束ダクト部５０、管状部５２、及び発散ディフューザ部５４を備えた煙管４６とを有する排気スタック３０と略同様である。しかしながら、分岐管体３４４は、約９０度から約１３５度の間の範囲内の角度で消音部３４８の外側表面３６０から延びる上面３５６を有する。加えて、分岐管体３４４は、約２２．５度から約６７．５度の範囲内の角度で外側表面３６０から延びる下面３５８を有する。更に、煙管３４６は、消音部３４８の閉鎖端部３６２において旋回損失を低減し、消音部入口及びディフューザ入口で実質的に一様な速度プロフィルをもたらして最大圧力回復を得るように構成される流れガイド３６８を更に含む。流れガイド３６８は、消音部３４８の下面３５８からキャビティ３７０にわたって延びる凹状面を有するプレートである。凹状面は、消音部３４８の第１の直径の２分の１に等しい曲率半径を有する。しかしながら代替として、凹状面は別の好適な曲率半径を有することができる。流れガイド３６は、煙管３４６の横方向軸線３７２から約２２．５度から約６７．５度の間の範囲内の角度に位置決めされる。
【００２４】
図９を参照すると、排気スタック４００は、排気ガスの圧力降下を約０．５インチ水柱に制限するよう構成される。詳細には、排気スタック４００は、分岐管体４０２と煙管４０４とを含む。分岐管体４０２は、ＨＲＳＧ２８と流体連通し、ＨＲＳＧ２８から蒸気を受け取るように構成される。煙管４０４は、第１の管状部４０６、第１の発散ディフューザ部４０８、消音部４１０、収束ダクト部４１２、第２の管状部４１４、及び第２の発散ディフューザ部４１６を含む。第１の管状部４０６は、分岐管体４０２と流体連通している。第１の管状部４０６は、第１の油圧平均断面流路を有し、消音部４１０は、第２の油圧平均断面流路を有する。第１の油圧平均断面流路は、第２の油圧平均断面流路よりも小さいか又は等しい。第１の発散ディフューザ部４０８は、第１の管状部４０６と消音部４１０との間に結合される。第２の管状部４１４は、第２の油圧平均断面流路よりも小さいか又は等しい第３の油圧平均断面流路を有する。収束ダクト部４１２は、消音部４１０と第２の管状部４１４との間に結合される。第２の発散ディフューザ部４１６は、収束ダクト部４１２の反対側にある第２の管状部４１４の端部に結合され、分岐管体４０２、第１の管状部４０６、第１の発散ディフューザ部４０８、消音部４１０、収束ダクト部４１２、第２の管状部４１４、及び第２の発散ディフューザ部４１６を貫流する排気ガスが、第２の発散ディフューザ部と、第２の油圧平均断面流路よりも小さいか又は等しい第３の油圧平均断面流路とに少なくとも部分的に起因して、その全体の圧力降下が軽減される。局所圧力降下が軽減されることにより、ガスタービン１６を通る排気ガスの全体の圧力差が増大し、よってガスタービン１６の出力が増大される。
【００２５】
第１の管状部４０６、消音部４１０、及び第２の管状部４１４は、貫流する排気ガスの第１の平均速度、第２の平均速度、及び第３の平均速度をそれぞれ有するように構成される。第１の平均速度は、第２の平均速度及び第３の平均速度の平均に少なくとも等しい。更に、第２の平均速度は、第３の平均速度の少なくとも２分の１に等しい。消音部４１０は更に、排気ガスの膨張を可能にし、排気ガスの速度及び乱れを低下させるように構成され、高エネルギーノイズが消音部４１０で消散されるようにする。
【００２６】
煙管４０４は更に、消音部４１０の閉鎖端部４６２において旋回損失を低減し、消音部セクション及びディフューザセクションの上流側で実質的に一様な速度流れプロフィルをもたらすように構成される流れガイド４６８を含む。流れガイド４６８は、消音部４１０の下面４６２からキャビティ４７０にわたって延びる平坦面を有するプレートである。流れガイド４６８の平坦面は、煙管４０４の横方向軸線４７２から約２２．５度から約６７．５度の間の範囲内の角度に位置決めされる。
【００２７】
本明細書に記載される排気スタック及び方法は、他の装置及び方法よりも優れた大きな利点を提供する。詳細には、排気スタックは、排気ガスの圧力降下の軽減及びガスタービンによる出力量の増大についての技術的作用をもたらす。例示的な実施形態において、用語「油圧平均断面流路」とは、流路の平均断面積を意味する。
【００２８】
本発明を例示的な実施形態に関して説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができ、その要素を均等物で置き換えることもできる。加えて、本発明の本質的な範囲か逸脱することなく、特定の状況又は材料を本発明の教示に対して適合させるために多くの修正を行うことができる。従って、本発明は記載された特定の実施形態に限定されず、添付の請求項の範囲内にある全ての実施形態を含むことになるものとする。
【符号の説明】
【００２９】
１０  発電プラント
１２  ガスタービン発電機
１４  蒸気タービン発電機
１６  ガスタービン
１８  第１の出力シャフト
２０  第１の発電機
２２  圧縮機
２４  燃焼領域
２６  タービン
２８  熱回収蒸気発生器
３０  排気スタック
３２  蒸気タービン
３４  第２の出力シャフト
３６  第２の  発電機
３８  凝縮器
４０  冷却タワー
４２  ポンプ
４４  分岐管体
４６  煙管
４８  消音分
５０  収束ダクト部
５２  管状部
５４  発散ディフューザ部
５６  上面
５８  下面
６０  外側表面
６２  閉鎖端部
６４  第１の端部  
６６  第２の端部
１３０  排気スタック
１４４  分岐管体
１４６  煙管
１４８  消音分
１５０  収束ダクト部
１５２  管状部
１５４  発散ディフューザ部
１５６  上面
１６０  外側表面
１５８  下面
２３０  排気スタック
２４４  分岐管体
２４６  煙管
２４８  消音分
２５０  収束ダクト部
２５２  管状部
２５４  発散ディフューザ部
２５６  上面
２６０  外側表面
２５８  下面
２６０  外側表面
２６８  流れガイド
２６２  閉鎖端部
２５８  下面
２７０  キャビティ
２７２  横方向軸線
３３０  排気スタック
３４４  分岐管体
３４６  煙管
３４８  消音分
３５０  収束ダクト部
３５２  管状部
３５４  発散ディフューザ部
３５６  上面
３５８  下面
３６０  外側表面
３６２  閉鎖端部
３６８  流れガイド
３７０  キャビティ
４００  排気スタック
４０２  分岐管体
４０４  煙管
４０６  第１の管状部
４０８  第１の発散ディフューザ部
４１０  消音分
４１２  収束ダクト部
４１４  第２の管状部
４１６  第２の発散ディフューザ部
４６２  閉鎖端部
４６８  流れガイド
４７０  キャビティ
４７２  横方向軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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