JP2009057976A

JP2009057976A - 排気温度調整デバイス有する発電システム及び排気ガスの温度を制御するための方法

Info

Publication number: JP2009057976A
Application number: JP2008220601A
Authority: JP
Inventors: Joell Randolph Ii Hibshman; ジョエル・ランドルフ・ヒッブシュマン，ザ・セカンド
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2008-08-29
Publication date: 2009-03-19
Also published as: CN101377135A; CH697860B1; CH697860A2; US8209951B2; DE102008044477A1; US20110000220A1

Abstract

【課題】蒸気タービンの熱応力を低下させ、更に発電システムの始動時間、エミッション、及び燃料消費量を低減するために、排気温度調整デバイスを有する発電システム並びに排気ガスの温度を制御すること。
【解決手段】排気ガス温度調整デバイス１４は、第１の導管５８及びベンチュリ部材６０を含む。第１の導管５８は、ガスタービン１８から排気ガスの少なくとも一部を受け取るように構成される。ベンチュリ部材６０は、第１の導管５８内に配置され、第１の導管５８内の排気ガスを受け取るため流路６４を形成する。第１の導管５８及びベンチュリ部材６０は、流路６４と連通し貫通して延びる開口６６、６８を有し、流路６４を貫流する排気ガスが、開口６６、６８を通って流路６４に周囲空気を引き込んで、第１の導管５８を貫流する排気ガスの温度を低下させる。
【選択図】図２

Description

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」）及び蒸気タービンを含む。ガスタービンは、排気ガスの膨張に応答して回転出力を生成するように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、排気ガスの熱から蒸気を発生させるように構成される。蒸気タービンは、ＨＲＳＧからの蒸気の膨張に応答して回転するように構成される。

蒸気タービンは、蒸気タービンに入る蒸気の温度と蒸気タービンの金属構成部品の温度との差が予め設定された温度閾値よりも小さいときに許容可能な熱応力で運転するように構成される。温度差は、ガスタービンが全負荷で運転している状態での蒸気タービンの始動中に予め設定された閾値を超える可能性がある。従って、ＣＣＰＰは、蒸気と蒸気タービンとの温度差が閾値を超えないように、蒸気及び蒸気タービンの温度を徐々に上昇させるためにガスタービン負荷が徐々に増大する始動時間期間を有する。
米国特許第６５４３２３４号明細書米国特許第６４４２９４１号明細書米国特許第６７８２７０３号明細書米国特許第４５５５９０２号明細書米国特許第５６３２１４３号明細書

従って、蒸気タービンの熱応力を低下させ、更に発電システムの始動時間、エミッション、及び燃料消費量を低減するために、排気温度調整デバイスを有する発電システム並びに排気ガスの温度を制御する方法を提供することが望ましい。

例示的な実施形態による排気ガス温度調整デバイスが提供される。本デバイスは、ガスタービンから排気ガスの少なくとも一部を受け取るように構成された第１の導管を含む。本デバイスは、第１の導管内に配置されたベンチュリ部材を更に含む。ベンチュリ部材は、第１の導管内の排気ガスを受け取るため流路を形成する。第１の導管及びベンチュリ部材は、流路と連通し貫通して延びる開口を有し、流路を貫流する排気ガスが、開口を通って流路に周囲空気を引き込んで、第１の導管を貫流する排気ガスの温度を低下させる。

別の例示的な実施形態による、ガスタービンからの排気ガスの温度を制御するシステムが提供される。本システムは、第１の導管と該第１の導管内に配置されたベンチュリ部材とを有する排気ガス温度調整デバイスを含む。第１の導管は、ガスタービンから排気ガスの少なくとも一部を受け取るように構成される。ベンチュリ部材は、第１の導管内の排気ガスを受け取るため流路を形成する。第１の導管及びベンチュリ部材は、流路と連通し貫通して延びる開口を有し、流路を貫流する排気ガスが、開口を通って流路に周囲空気を引き込んで、第１の導管を貫流する排気ガスの温度を低下させる。本システムは更に、開口と流体連通した吸入ダクトを含む。本システムは更に、吸入ダクトに結合された絞り弁を含む。絞り弁は、開放運転位置と閉鎖運転位置との間を移動するように構成され、絞り弁が開放運転位置に移動したときに周囲空気が吸入ダクト及び開口を通過して流路内に流入し、絞り弁が閉鎖運転位置に移動したときには該絞り弁が吸入ダクトを遮断するようになる。本システムは更に、絞り弁に結合された第１のアクチュエータを含む。第１のアクチュエータは、開放運転位置と閉鎖運転位置との間で絞り弁を移動させるように構成される。本システムは、熱回収蒸気発生器から蒸気タービンに通る蒸気の温度を表す第１の信号を生成するように構成された第１の温度センサを更に含む。熱回収蒸気発生器は、ガスタービンから排気ガスを受け取り、排気ガスの熱から蒸気を発生させるように構成される。本システムは、蒸気タービンの一部に結合された第２の温度センサを更に含む。第２の温度センサは、蒸気タービンの一部の温度を表す第２の信号を生成するように構成される。本システムは、第１及び第２の温度センサから第１及び第２の信号をそれぞれ受け取るように構成されたコントローラを更に含む。コントローラは、第１及び第２の信号に基づいて温度差を表す温度差分値を発生させるように更に構成される。コントローラは、温度差分値が第１の閾値よりも大きいことをコントローラが判断すると、第１のアクチュエータが絞り弁を開放運転位置に移動させるよう誘起するように更に構成される。コントローラは、温度差分値が第１の閾値よりも小さな第２の閾値よりも小さいことをコントローラが判断すると、第１のアクチュエータが絞り弁を閉鎖運転位置に移動させるよう誘起するように更に構成される。

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、燃料と加圧空気の混合気を燃焼させて排気ガスを生成するように構成されたガスタービンを含む。発電システムは、ガスタービンから排気ガスを受け取るように構成された排気ガス温度調整デバイスを更に含む。排気ガス温度調整デバイスは、第１の導管及び該第１の導管内に配置されたベンチュリ部材を含む。第１の導管は、ガスタービンから排気ガスの少なくとも一部を受け取るように構成される。ベンチュリ部材は、第１の導管内の排気ガスを受け取るため流路を形成する。第１の導管及びベンチュリ部材は、流路と連通し貫通して延びる開口を有し、流路を貫流する排気ガスが、開口を通って流路に周囲空気を引き込んで、第１の導管を貫流する排気ガスの温度を低下させる。発電システムは、排気ガス温度調整デバイスから排気ガスを受け取り、排気ガスの熱から蒸気を発生させるように構成された熱回収蒸気発生器を更に含む。発電システムは、熱回収蒸気発生器から蒸気を受け取り、蒸気の膨張に応答して旋回するように構成された蒸気タービンを更に含む。

本出願は、蒸気タービン内の熱応力を低下させ且つＣＣＰＰの始動時間を短縮するための排気ガス温度調整デバイスに関する。これらの実施形態では、排気ガス温度調整デバイスは、予め設定された範囲内で蒸気タービンに入る蒸気の温度と蒸気タービンの温度との差を制御するように機能する。しかしながら、排気ガス温度調整デバイスは、要求に応じて他の種々の好適なシステムで用いることができることが企図される。

図１を参照すると、ＣＣＰＰ又は発電システム１０は、ガスタービン発電機１２、排気ガス温度調整デバイス１４、及び蒸気タービン発電機１６を含む。ガスタービン発電機１２は、電気を発生し且つ排気ガスを生成するように構成される。排気ガス温度調整デバイス１４は、ガスタービン発電機１２から排気ガスを受け取り、ＣＣＰＰ１０の始動時間を短縮し蒸気タービン発電機１６内の熱応力を低減するために排気ガスの温度を制御するように構成される。蒸気タービン発電機１６は、排気ガス温度調整デバイス１４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発生させるように構成される。

ガスタービン発電機１６は、ガスタービン１８、第１の出力シャフト２０、及び第１の発電機２２を含む。ガスタービン１８は、圧縮機２４、燃焼器２６、及びタービン２８を有する。圧縮機２４は、流入空気を加圧するように構成される。燃焼器２６は、圧縮器２４から加圧空気を受け取り、加圧空気及び燃料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が生成される。タービン２８は、燃焼器２６から排気ガスを受け取り、該排気ガスの膨張に応答して回転するように構成される。タービン２８は、第１の出力シャフト２０によって第１の発電機２２に動作可能に接続され、第１の発電機２２に回転力を与えて電気を発生させる。タービン２８は更に、以下に説明するように排気ガスの温度を制御するために排気ガスを排気ガス温度調整デバイス１４に通すように構成される。

蒸気タービン発電機１６は、ＨＲＳＧ３０及び排気スタック３２を含む。ＨＲＳＧ３０は、排気ガス温度調整デバイス１４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３２は、ＨＲＳＧ３０から大気に排気ガスを通すように構成される。

蒸気タービン発電機１６は更に、蒸気タービン３３、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３３は、ＨＲＳＧ３０から蒸気を受け取り、蒸気の膨張に応答して回転するように構成される。蒸気タービン３３は、第２の出力シャフト３４によって第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。凝縮器３８は、蒸気タービン３３から蒸気を受け取り、該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から冷却水を受け取り、蒸気からの熱を冷却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冷却水に熱を伝達するように構成できることが企図される。ポンプ４２は、凝縮器３８からＨＲＳＧ３０に水を圧送するように構成される。

図２を参照すると、発電システム１０は更に、排気ガスの温度を制御するためのシステム４４を含む。システム４４は、排気ガス温度調整デバイス１４、吸入ダクト４６、絞り弁４８、第１のアクチュエータ５０、第１の温度センサ５２、第２の温度センサ５４、及びコントローラ５６を含む。

排気ガス温度調整デバイス１４は、第１の導管５８、ベンチュリ部材６０、及びベンチュリアクチュエータ６２を有する。第１の導管５８は、ガスタービン１８から排気ガスの少なくとも一部を受け取るように構成される。ベンチュリ部材６０は、第１の導管５８内に配置され、第１の導管５８内の排気ガスを受け取るために全体を貫通する流路６４を形成する。第１の導管５８及びベンチュリ部材６０はそれぞれ、流路６４と連通して全体に延びる開口６６、６８を有し、流路６４を貫流する排気ガスが、開口６６、６８を通って周囲空気を流路６４に引き込んで、第１の導管５８を貫流する排気ガスの温度を低下させる。

ベンチュリ部材６０は、固定部分７０及び該固定部分７０に動作可能に結合された可動部分７２を含む。固定部分７０は、第１の導管５８に取り付けられる。可動部分７２は、拡張位置と収縮位置との間を移動するように構成され、可動部分７２が拡張位置に移動したときに流路６４が第１の断面積を有し、可動部分７２が収縮位置に移動したときに流路６４が第２の断面積を有するようにする。第２の断面積は、可動部分７２が収縮位置に移動したときにより多くの周囲空気が流路６４に引き込まれるように第１の断面積よりも小さい。

ベンチュリアクチュエータ６２は、ベンチュリ部材６０の可動部分７２に結合される。ベンチュリアクチュエータ６２は、以下に詳細に示すようにコントローラ５６から受け取った第２及び第４の作動信号にそれぞれ応答して、収縮位置と拡張位置との間で可動部分７２を移動させるように構成される。

吸入ダクト４６は、開口６６、６８と流体連通しており、絞り弁４８は、吸入ダクト４６に結合される。絞り弁４８は、開放運転位置と閉鎖運転位置との間を移動するように構成される。周囲空気は、絞り弁４８が開放運転位置に移動すると吸入ダクト４６及び開口６６、６８を通って流路６４に流入する。更に、絞り弁４８は、該絞り弁４８が閉鎖運転位置に移動したときに吸入ダクト４６を遮断する。

第１のアクチュエータ５０は、絞り弁４８に結合される。第１のアクチュエータ５０は、以下に詳細に示すようにコントローラ５６から受け取った第１及び第３の作動信号にそれぞれ応答して、開放運転位置と閉鎖運転位置との間で絞り弁４８を移動させるように構成される。

第１の温度センサ５２は、ＨＲＳＧ３０と蒸気タービン３３との間に延びる移行ダクト５３に結合される。第１の温度センサ５２は、ＨＲＳＧ３０から蒸気タービン３３に通る蒸気の温度を表す第１の信号を発生するように構成される。第１の信号は、コントローラ５６によって受け取られる。

第２の温度センサ５４は、蒸気タービン３３の一部分７４に結合される。第２の温度センサ５４は、蒸気タービン３３の一部分７４の温度を表す第２の信号を生成するように構成される。第２の信号は、コントローラ５６によって受け取られる。

コントローラ５６は、第１及び第２の温度センサ５２、５４から第１及び第２の信号を受け取るように構成される。コントローラ５６は更に、第１及び第２の信号に基づいて温度差を表す温度差分値を発生させるように更に構成される。詳細には、温度差分値は、蒸気タービン３３に入る蒸気の温度と蒸気タービン３３の一部分７４の温度との差を表す。

コントローラ５６は更に、温度差分値が第１の閾値よりも大きいとコントローラ５６が判断したときに、第１及び第２の作動信号を発生するように構成される。第１の閾値は温度閾値を表し、これを上回ると蒸気タービン３３が、許容応力の予め設定されたレベルよりも大きな熱誘起応力を受け始める。第１の作動信号は、第１のアクチュエータ５０が絞り弁４８を開放運転位置に移動するように誘起し、第２の作動信号は、ベンチュリアクチュエータ６２がベンチュリ部材６０の可動部分７２を閉鎖位置に移動するように誘起する。従って、ベンチュリ部材６０を通過する排気ガスは、吸入ダクト４６を通って第１の導管５８内の流路６４に周囲空気を引き込んで、周囲空気が排気ガスの温度を低下させ、従って蒸気の温度及び蒸気タービン３３の熱応力を低下させるようになる。

コントローラ５６は更に、温度差分値が第２の閾値よりも小さいとコントローラ５６が判断したときに、第３及び第４の作動信号を発生するように構成される。第２の閾値は、温度閾値を表し、これより下では蒸気タービン３３が、ＣＣＰＰ１０の始動を遅延し販売電力の発生を低下させる低負荷で運転する。第３の作動信号は、第１のアクチュエータ５０が絞り弁４８を閉鎖運転位置に移動させるよう誘起し、第４の作動信号は、ベンチュリアクチュエータ６２がベンチュリ部材６０の可動部分７２を拡張位置に移動させるよう誘起する。従って、周囲空気は、排気ガスとは混合して排気ガスの温度を低下させるようにはせず、蒸気タービン３３を回転させる蒸気の温度が上昇するようになる。

第２の閾値は第１の閾値よりも小さく、絞り弁４８及びベンチュリ部材６０が固定位置に留まる温度の範囲にあるようにする。

図３及び４を参照すると、ここで図２のシステム４４を動作する方法のフローチャートが説明される。システム４４は、ＣＣＰＰ１０の始動温度を低下し、蒸気タービン３３に対する熱応力を低減するために排気ガスの温度を制御するように構成される。

ステップ１００で、第１の温度センサ５２は、ＨＲＳＧ３０から蒸気タービン３３に進む蒸気の温度を表す第１の信号を発生させる。

次にステップ１０２で、第２の温度センサ５４は、蒸気タービン３３の一部分７４の温度を表す第２の信号を発生させる。

次にステップ１０４で、コントローラ５６は、第１及び第２の温度センサ５２、５４から第１及び第２の信号をそれぞれ受け取る。更に、コントローラ５６は、第１及び第２の信号に基づいて温度差分値を計算する。温度差分値は、蒸気の温度と蒸気タービン３３の一部分７４の温度との差を表す。

次にステップ１０６で、コントローラ５６は、温度差分値が第１の閾値よりも小さく且つ第２の閾値よりも大きいかどうかを判断する。ステップ１０６の値が「イエス」に相当する場合、本方法はステップ１００に戻る。しかしながら、ステップ１０６の値が「ノー」に相当する場合、本方法はステップ１０８に進む。

ステップ１０８で、コントローラ５６は、温度差分値が第１の閾値よりも大きいかどうかを判断する。ステップ１０８の値が「イエス」に相当する場合、本方法はステップ１１０に進む。

ステップ１１０で、コントローラ５６は、第１のアクチュエータ５０が絞り弁４８を開放運転位置に移動させて第１の導管５８に周囲空気を引き込むように誘起する第１の作動信号を発生させる。更に、コントローラ５６は、ベンチュリアクチュエータ６２がベンチュリ部材６０の可動部分７２を閉鎖位置に移動させるよう誘起する第２の作動信号を発生させる。従って、ベンチュリ部材６０を通過する排気ガスは、吸入ダクト４６を通って第１の導管５８内の流路６４に周囲空気を引き込んで、排気ガスの温度を低下させる。この点に関して、蒸気の温度は低下し、蒸気と蒸気タービン３３との温度差は、許容熱応力の予め設定されたレベルよりも大きな蒸気タービン３３に対する熱応力のレベルを生じることはない。次いで本方法はステップ１００に戻る。

しかしながら、ステップ１０８でコントローラ５６は、温度差分値が第１の閾値よりも大きくないと判断した場合、本方法はステップ１１２に進む。

ステップ１１２でコントローラ５６は、温度差分値が第２の閾値よりも小さいかどうかを判断する。ステップ１１２の値が「ノー」に相当する場合、本方法はステップ１００に戻る。しかしながら、ステップ１１２の値が「イエス」に相当する場合、本方法は１１４に進む。

ステップ１１４で、コントローラ５６は、第１のアクチュエータ５０が絞り弁４８を閉鎖運転位置に移動させて吸入ダクト４６を遮断するように誘起する第３の作動信号を発生させる。コントローラ５６は更に、ベンチュリアクチュエータ６２がベンチュリ部材６０の可動部分７２を拡張位置に移動するよう誘起する第４の作動信号を発生させる。従って、排気ガスは周囲空気と混合されず、蒸気の温度は上昇する。次いで、本方法はステップ１００に進む。

図５を参照すると、別の例示的な実施形態により排気ガス温度調整デバイス２１４を備えたシステム２４４を有する、ＣＣＰＰ又は発電システム２１０が提供される。システム２４４は、第１の導管２５８及びベンチュリ部材２６０を備えた排気ガス温度調整デバイス２１４を含み、第１の導管５８及びベンチュリ部材６０を備えた排気ガス温度調整デバイス１４をそれぞれ有する、図２のシステム４４と実質的に類似している。しかしながら、ベンチュリ部材２６０は、可動部分を持たないが、一体型固定デバイスである。加えて、排気ガス温度調整デバイス２１４は更に、第２の導管２７６、ダンパー２７８及び第２のアクチュエータ２８０を含む。

第２の導管２７６は、ガスタービン２１８とＨＲＳＧ２３０との間の第１の導管２５８と並列連通状態にある。第２の導管２７６は、ガスタービン２１８から排気ガスの別の部分を受けるように構成される。

ダンパー２７８は、第２の導管２７６内に配置され、開放運転位置と閉鎖運転位置との間を移動するように構成される。詳細には、排気ガスの一部分は、ダンパー２７８が開放運転位置に移動したときに第２の導管２７６を通過する。更に、ダンパー２７８は、ダンパー２７８が閉鎖運転位置に移動したときに第２の導管２７６を遮断する。

第２のアクチュエータ２８０は、ダンパー２７８に結合され、コントローラ２５６から受け取った第２及び第４の作動信号にそれぞれ応答して、閉鎖運転位置と開放運転位置との間でダンパー２７８を移動させるように構成される。

コントローラ２５６は、温度差分値が第１の閾値よりも大きいことをコントローラ２５６が判断したときに、第２の作動信号を生成するように構成される。第２の作動信号は、第２のアクチュエータ２８０がダンパー２７８を閉鎖運転位置に移動させるよう誘起する。従って、排気ガスは第１の導管２５８内のベンチュリ部材２６０を通って配向され、周囲空気は排気ガスの流路２６４内に引き込まれ、その結果、周囲空気により排気ガスの温度が低下し、従って、蒸気タービン２３３の熱応力が低下するようになる。

コントローラ２５６は更に、温度差分値が第２の閾値よりも小さいことをコントローラ２５６が判断したときに、第４の作動信号を生成するように構成される。第４の作動信号は、第２のアクチュエータ２８０がダンパー２７８を開放運転位置に移動させるよう誘起する。従って、排気ガスのかなりの量が、第１の導管２５８内の周囲空気と混合することなく第２の導管２７６を通ってガスタービン２１８からＨＲＳＧ２３０まで直接通過し、蒸気タービン２３３を旋回させる蒸気の温度を上昇させる。

図６及び７を参照すると、別の例示的な実施形態による図５のシステム２４４を運転する方法のフローチャートが提供される。

ステップ３００で、第１の温度センサ２５２は、ＨＲＳＧ２３０から蒸気タービン２３３に通る蒸気の温度を表す第１の信号を発生させる。

次にステップ３０２で、第２の温度センサ２５４は、蒸気タービン２３３の一部分２７４の温度を表す第２の信号を発生させる。

次にステップ３０４で、コントローラ２５６は、第１及び第２の温度センサ２５２、２５４から第１及び第２の信号をそれぞれ受け取る。更に、コントローラ２５６は、第１及び第２の信号に基づいて温度差分値を計算する。温度差分値は、蒸気の温度と蒸気タービン２３３の一部分２７４の温度との差を表す。

次にステップ３０６で、コントローラ２５６は、温度差分値が第１の閾値よりも小さく第２の閾値よりも大きいかどうかを判断する。ステップ３０６の値が「イエス」に相当する場合、本方法はステップ３００に戻る。しかしながら、ステップ３０６の値が「ノー」に相当する場合、本方法はステップ３０８に進む。

ステップ３０８で、コントローラ２５６は、温度差分値が第１の閾値よりも大きいかどうかを判断する。ステップ３０８の値が「イエス」に相当する場合、本方法はステップ３１０に進む。

ステップ３１０で、コントローラ２５６は、第１のアクチュエータ５０が絞り弁４８を開放運転位置に移動させて周囲空気を第１の導管５８に引き込むように誘起する第１の作動信号を発生させる。更に、コントローラ２５６は、第２のアクチュエータ２８０がダンパー２７８を閉鎖運転位置に移動させるように誘起する第２の作動信号を発生させる。従って、排気ガスのかなりの量が、第１の導管２５８内のベンチュリ部材２６０を通って配向され、周囲空気が流路２６４に引き込まれて排気ガスと混合され、排気ガスの温度を低下させるようになる。この点に関して、蒸気の温度は低下し、蒸気と蒸気タービン２３３との温度差は、許容熱応力の予め設定されたレベルよりも大きな蒸気タービン２３３に対する熱応力のレベルをもたらさない。次いで、本方法はステップ３００に戻る。

しかしながら、ステップ３０８で、温度差分値が第１の閾値よりも大きくないとコントローラ２５６が判断した場合、本方法はステップ３１２に進む。

ステップ３１２で、温度差分値が第２の閾値よりも小さいかどうかをコントローラ２５６が判断する。ステップ３１２の値が「ノー」に相当する場合、本方法はステップ３００に戻る。しかしながら、ステップ３１２の値が「イエス」に相当する場合、本方法はステップ３１４に進む。

ステップ３１４で、コントローラ２５６は、第１のアクチュエータ２５０が絞り弁４８を閉鎖運転位置に移動させて吸入ダクト２４６を遮断するように誘起する第３の作動信号を発生させる。コントローラ２５６は更に、第２のアクチュエータ２８０がダンパー２７８を開放運転位置に移動するよう誘起する第４の作動信号を発生させる。従って、排気ガスのかなりの量が、第１の導管２５８内の周囲空気と混合することなく第２の導管２７６を通ってガスタービン２１８からＨＲＳＧ２３０まで直接通過し、蒸気タービン２３３を旋回させる蒸気の温度を上昇させる。次いで、本方法はステップ３００に戻る。

本明細書に記載された排気ガス温度調整デバイス及び方法は、他のデバイス及び方法に勝るかなりの利点を提供する。詳細には、排気ガス温度調整デバイスは、ベンチュリ部材を利用して周囲空気を導管内の排気ガスの流路に引き込んで、蒸気タービンに対する熱応力を低下させ、ＣＣＰＰの始動時間を短縮する技術的効果を提供する。

本発明を例示的な実施形態を参照しながら説明してきたが、当業者であれば、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、本発明の要素を均等物と置き換え得る点は理解されるであろう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく本発明の教示に対する特定の状況又は材料に適合するように多くの修正を行うことができる。従って、本発明は、本発明を実施するよう企図された最良の形態として開示された特定の実施形態に限定されるものでなく、本発明は、添付の請求項の範囲内にある全ての実施形態を含むものとする。

例示的な実施形態による排気ガス温度調整デバイスを有する発電システムの概略図。別の例示的な実施形態による、図１の排気ガス温度調整デバイスを利用した排気ガスの温度を制御するシステムの概略図。別の例示的な実施形態による図２のシステムを運転する方法のフローチャート。別の例示的な実施形態による図２のシステムを運転する方法のフローチャート。別の例示的な実施形態による排気ガスの温度を制御するシステムの概略図。別の例示的な実施形態による図５のシステムを運転する方法のフローチャート。別の例示的な実施形態による図５のシステムを運転する方法のフローチャート。

符号の説明

１０発電システム
１２ガスタービン発電機
１４排気ガス温度調整デバイス
１６蒸気タービン発電機
１８ガスタービン
２０第１の出力シャフト
２２第１の発電機
２４圧縮機
２６燃焼器
２８タービン
３０熱回収蒸気発生器
３２排気スタック
３３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システム
４６吸入ダクト
４８絞り弁
５０第１のアクチュエータ
５２第１の温度センサ
５３移行ダクト
５４第２の温度センサ
５６コントローラ
５８第１の導管
６０ベンチュリ部材
６２ベンチュリアクチュエータ
６４流路
６６開口
６８開口
７０固定部分
７２可動部分
７４一部
２１０複合サイクル発電プラント
２１４温度調整デバイス
２１８ガスタービン
２３０熱回収蒸気発生器
２３３蒸気タービン
２４４システム
２４６吸入ダクト
２４８絞り弁
２５０第１のアクチュエータ
２５２第１の温度センサ
２５４第２の温度センサ
２５６コントローラ
２５８第１の導管
２６０ベンチュリ部材
２６４流路
２７４一部
２７６第２の導管
２７８ダンパー
２８０第２のアクチュエータ

Claims

排気ガス温度調整デバイス（１４）であって、
ガスタービン（１８）から排気ガスの少なくとも一部を受け取るように構成された第１の導管（５８）と、
前記第１の導管（５８）内に配置され、該第１の導管（５８）内で排気ガスを受け取るため流路（６４）を画成するベンチュリ部材（６０）と、
を備え、
前記第１の導管（５８）及び前記ベンチュリ部材（６０）が、前記流路（６４）と連通し貫通して延びる開口（６６、６８）を有し、前記流路（６４）を貫流する前記排気ガスが、前記開口（６６、６８）を通って前記流路（６４）に周囲空気を引き込んで、前記第１の導管（５８）を貫流する前記排気ガスの温度を低下させる、
排気ガス温度調整デバイス（１４）。
吸入ダクト（４６）と絞り弁（４８）とを更に備え、
前記吸入ダクト（４６）が前記開口（６６、６８）と流体連通しており、前記絞り弁（４８）が前記吸入ダクト（４６）に結合され且つ開放運転位置と閉鎖運転位置との間を移動するように構成され、前記絞り弁（４８）が前記開放運転位置に移動したときに周囲空気が前記吸入ダクト（４６）及び前記開口（６６、６８）を通過して前記流路（６４）に流入し、前記絞り弁（４８）が前記閉鎖運転位置に移動したときには前記絞り弁（４８）が前記吸入ダクト（４６）を遮断するようになる、
請求項１に記載の排気ガス温度調整デバイス（１４）。
前記絞り弁（４８）に結合され、前記開放運転位置と前記閉鎖運転位置との間で前記絞り弁（４８）を移動させるように構成された第１のアクチュエータ（５０）を更に備える、
請求項２に記載の排気ガス温度調整デバイス（１４）。
前記第１の導管（５８）と並列連通し、前記ガスタービン（１８）から前記排気ガスの別の部分を受け取るように構成された第２の導管（２７６）を更に備える、
請求項１に記載の排気ガス温度調整デバイス（１４）。
前記第２の導管（２７６）内に配置され、前記開放運転位置と前記閉鎖運転位置との間を移動するように構成されたダンパー（２７８）を更に備え、
前記ダンパー（２７８）が開放運転位置に移動すると前記排気ガスの別の部分が前記第２の導管（２７６）を通過し、前記ダンパー（２７８）が閉鎖運転位置に移動すると前記ダンパー（２７８）が前記第２の導管（２７６）を遮断するようになる、
請求項４に記載の排気ガス温度調整デバイス（１４）。
前記ダンパー（２７８）に結合され、前記開放運転位置と前記閉鎖運転位置との間で前記ダンパー（２７８）を移動させるように構成された第２のアクチュエータ（２８０）を更に備える、
請求項５に記載の排気ガス温度調整デバイス（１４）。
前記ベンチュリ部材（６０）が、前記第１の導管（５８）に取り付けられた固定部分（７０）と、該固定部分（７０）に動作可能に結合され、拡張位置と収縮位置との間を移動するように構成された可動部分（７２）とを含み、
前記流路（６４）が、前記可動部分（７２）が前記拡張位置に移動したときに第１の断面積を有し、前記流路（６４）が、前記可動部分（７２）が前期収縮位置に移動したときに第２の断面積を有し、該第２の断面積が前記第１の断面積よりも小さく、前記可動部分（７２）が前記収縮位置に移動するとより多くの周囲空気が前記流路（６４）に引き込まれるようにする、
請求項１に記載の排気ガス温度調整デバイス（１４）。
前記可動部分（７２）に結合され、前記拡張位置と前記収縮位置との間で前記可動部分（７２）を移動させるように構成されたベンチュリアクチュエータ（６２）を更に備える、
請求項７に記載の排気ガス温度調整デバイス（１４）。
ガスタービン（１８）からの排気ガスの温度を制御するシステム（４４）であって、
前記ガスタービン（１８）から排気ガスの少なくとも一部を受け取るように構成された第１の導管（５８）と、前記第１の導管（５８）内に配置され、該第１の導管（５８）内で排気ガスを受け取るため流路（６４）を画成するベンチュリ部材（６０）とを含み、前記第１の導管（５８）及び前記ベンチュリ部材（６０）が、前記流路（６４）と連通し貫通して延びる開口（６６、６８）を有し、前記流路（６４）を貫流する前記排気ガスが、前記開口（６６、６８）を通って前記流路（６４）に周囲空気を引き込んで、前記第１の導管（５８）を貫流する前記排気ガスの温度を低下させる、排気ガス温度調整デバイス（１４）と、
前記開口（６６、６８）と流体連通した吸入ダクト（４６）と、
前記吸入ダクト（４６）に結合され且つ開放運転位置と閉鎖運転位置との間を移動するように構成され、前記開放運転位置に移動したときには、周囲空気が前記吸入ダクト（４６）及び前記開口（６６、６８）を通過して前記流路（６４）に流入し、前記閉鎖運転位置に移動したときには前記吸入ダクト（４６）を遮断するようにする、絞り弁（４８）と、
前記絞り弁（４８）に結合され、前記開放運転位置と前記閉鎖運転位置との間で前記絞り弁（４８）を移動させるように構成された第１のアクチュエータ（５０）と、
前記ガスタービン（１８）から前記排気ガスを受け取り該排気ガスの熱から蒸気を発生させるように構成された熱回収蒸気発生器（３０）から蒸気タービン（３３）に通る蒸気の温度を表す第１の信号を生成するように構成された第１の温度センサ（５２）と、
前記蒸気タービン（３３）の一部に結合され、前記蒸気タービン（３３）の一部の温度を表す第２の信号を生成するように構成された第２の温度センサ（５４）と、
前記第１の温度センサ（５２）から前記第１の信号を受け取り、前記第２の温度センサ（５４）から前記第２の信号を受け取るように構成されたコントローラ（５６）と、
を備え、
前記コントローラ（５６）が更に、前記第１及び第２の信号に基づいて温度差を表す温度差分値を生成するように構成され、
前記コントローラ（５６）が更に、前記温度差分値が第１の閾値よりも大きいことを前記コントローラ（５６）が判断したときに、前記第１のアクチュエータ（５０）が前記絞り弁（４８）を前記開放運転位置に移動するように誘起するよう構成され、
前記コントローラ（５６）が更に、前記温度差分値が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値よりも小さいことを前記コントローラ（５６）が判断したときに、前記第１のアクチュエータ（５０）が前記絞り弁（４８）を前記閉鎖運転位置に移動させるように誘起するよう構成されている、
システム（４４）。
前記排気ガス温度調整デバイス（２１４）が更に、前記第１の導管（２５８）と並列連通し、前記ガスタービン（２１８）から前記排気ガスの別の部分を受け取るように構成された第２の導管（２７６）を更に備える、
請求項９に記載のシステム（２４４）。