JP2016176465A - 過剰空気流を生成する圧縮機及び増強エダクターを有する発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】過剰空気流を増強するエダクター。
【解決手段】発電システムは、第１のタービン構成要素１０４と、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第１の燃焼器１０８とを含み、第１の燃焼器が高温燃焼ガスを第１のタービン構成要素に供給し、第１の一体形圧縮機が、第１の燃焼器及び第１の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２００を生成する第１のガスタービンシステム１０２を含む。第２のガスタービンシステム１４０は、圧縮機が過剰な能力を有していないこと以外は第１のガスタービンシステムと同様の構成要素を含む。制御バルブシステム２０２は、第２のガスタービンシステムへの過剰空気流の流れを制御する。エダクター２５２は、駆動流体として過剰空気流を用いて追加空気を用いて第２のガスタービンへの過剰空気流を増強するため過剰空気流路２５０内に位置付ける。
【選択図】図１

Description

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増強エダクターを有するガスタービンシステムを備えた発電システムに関する。

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。

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補助圧縮機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、補助圧縮機用に別個の動力源を必要とするので、効率的ではない。

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。

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、第１のタービン構成要素と、第１の一体形圧縮機と、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第１の燃焼器とを含み、第１の燃焼器が、高温燃焼ガスを第１のタービン構成要素に供給するよう構成され、第１の一体形圧縮機が、第１の燃焼器及び第１の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第１のガスタービンシステムと、第２のタービン構成要素と、第２の圧縮機と、第２の圧縮機からの空気と燃料とが供給される第２の燃焼器とを含み、第２の燃焼器が、高温燃焼ガスを第２のタービン構成要素に供給するよう構成された第２のガスタービンシステムと、過剰空気流路に沿った第２のガスタービンシステムへの過剰空気流の流れを制御する制御バルブシステムと、追加空気を用いて第２のガスタービンへの過剰空気流を増強するため過剰空気流を駆動流体として用いるよう過剰空気流路内に位置付けられたエダクターと、を備える。

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、第１のタービン構成要素と、第１のタービン構成要素と、該第１のタービン構成要素からの空気と燃料とが供給される第１の燃焼器とを含み、第１の燃焼器が、高温燃焼ガスを第１のタービン構成要素に供給するよう構成され、第１のタービン構成要素が、第１の燃焼器及び第１の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第１のガスタービンシステムと、第２のタービン構成要素と、第２の圧縮機と、第２の圧縮機からの空気と燃料とが供給される第２の燃焼器とを含み、第２の燃焼器が、高温燃焼ガスを第２のタービン構成要素に供給するよう構成された第２のガスタービンシステムと、第２の圧縮機の吐出部、第２の燃焼器、及び過剰空気流路に沿った第２のタービン構成要素のタービンノズル冷却入口のうちの少なくとも１つへの過剰空気流の流れを制御する制御バルブシステムと、追加空気を用いて過剰空気流を増強するため過剰空気流を駆動流体として用いるよう過剰空気流路内に位置付けられたエダクターと、を備え、制御バルブシステムが、第２の圧縮機の吐出部への過剰空気流の第１の部分を制御する第１の制御バルブと、第２の燃焼器への過剰空気流の第２の部分を制御する第２の制御バルブと、第２のタービン構成要素のタービンノズル冷却入口への過剰空気流の流れの第３の部分を制御する第３の制御バルブと、を含み、第１のタービンシステム及び第２のタービンシステムの各々の排気ガスが、蒸気タービンシステムを駆動するため少なくとも１つの蒸気発生器に供給される。

本開示の第３の態様は、第１のタービン構成要素と、第１の一体形圧縮機と、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第１の燃焼器とを含み、第１の一体形圧縮機が第１の燃焼器及び第１の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第１のガスタービンシステムの第１のタービン構成要素から過剰空気流を取り出すステップと、第２のタービン構成要素と、第２の圧縮機と、第２の圧縮機からの空気と燃料とが供給される第２の燃焼器とを含み、第２の燃焼器が、高温燃焼ガスを第２のタービン構成要素に供給するよう構成された第２のガスタービンシステムに過剰空気流を配向するステップと、過剰空気流路内に位置付けられたエダクターを用いて追加空気を用いて第２のガスタービンへの過剰空気流を増強するステップと、を含み、エダクターが、駆動流体として過剰空気流を用いて追加空気を用いて第２のガスタービンへの過剰空気流を増強するようにする、方法を提供する。

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。

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。

本発明の実施形態による発電システムの概略図。

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。

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向上させる方法を提供する。

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、第１のガスタービンシステム１０２を含む。第１の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、第１のタービン構成要素１０４、第１の一体形圧縮機１０６、及び第１の燃焼器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補助圧縮機とは異なっている。

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、第１の一体形圧縮機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。第１の一体形圧縮機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第１のタービン構成要素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を駆動し、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。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。

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。

従来のガスタービンシステムモデルとは対照的に、第１の一体形圧縮機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（すなわち、そこからの出力）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））の最大流れ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。そのため、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。

図１に示す実施形態において、発電システム１００はまた、１又はそれ以上の第２のガスタービンシステム１４０を含む。各第２のガスタービンシステム１４０は、第２のタービン構成要素１４４、第２の圧縮機１４６及び第２の燃焼器１４８を含むことができる。各第２のガスタービンシステム１４０は、圧縮機１４６が性能向上又は交換されてはおらず、それぞれのタービン構成要素１４４及び／又は燃焼器１４８の流れ能力に適合するよう構成された流れ能力を引き続き有することを除いて、実質的に第１のガスタービンシステム１０２と同様とすることができる。第１の一体形圧縮機１０６に関して本明細書で説明されるように、第２の圧縮機１４６からの空気は、燃料と共に第２の燃焼器１４８に供給され、第２の燃焼器１４８は、高温燃焼ガスを第２のタービン構成要素１４４に供給するよう構成される。任意選択的に、希釈剤も何らかの既知の又は将来開発される方式で第２の燃焼器１４８に送給することができる。第２の圧縮機１４６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１５０を通過することができる。第２のタービン構成要素１４４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１５２を通じて圧縮機１４６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１５２（回転シャフト１５２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。

第２のタービン構成要素１４４はまた、１又はそれ以上のタービンノズル冷却入口１５８を含むことができる。当該技術分野において理解されるように、タービン構成要素における固定ノズルは、とりわけタービン構成要素のノズルを冷却するため噴射されることになる冷却流体流れのための複数の入口（図示せず）を含むことができる。ノズル内又はその周辺の通路は、必要に応じて冷却流体を配向する。明確にするためにタービン構成要素１４４の第１段において１つの入口のみが図示されているが、タービン構成要素１４４の各段は、例えば、タービン構成要素の周りに円周方向に離間した１又はそれ以上の入口を含むことができることは理解される。加えて、タービンノズル冷却入口１５８は、第２のタービン構成要素１４４の第１段又はその近傍で入るものとして例示されているが、理解されるように、実際の何れの段においても１又は複数の入口を設けることができる。

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１０２，１０４のうちの１つ）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、第１のタービンシステム１０２の排気ガス１７２に結合することができ、ＨＲＳＧ１７０は、１又は複数の第２のガスタービンシステム１４０の排気ガス１７４に結合することができる。すなわち、ガスタービンシステム１０２及び／又は１又は複数のガスタービンシステム１４０の排気ガス１７２，１７４はそれぞれ、蒸気タービンシステム１６０を駆動するため少なくとも１つのＨＲＳＧ１６８、1７０に供給することができる。各ガスタービンシステムは、専用のＨＲＳＧに結合することができ、或いは、一部のシステムは、ＨＲＳＧを共用することができる。後者の場合、２つの蒸気発生器１６８，１７０が例示されているが、１つの蒸気発生器だけを設けて、排気ガス１７２，１７４の両方をこれに配向するようにしてもよい。燃焼ガス流は、ＨＲＳＧ１６８，１７０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、蒸気発生器１６８，１７０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１７２，１７４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。

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、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。

第１の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、第１の一体形圧縮機１０６は、タービン構成要素１０４及び／又は第１の燃焼器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。過剰空気流２００は、第１の一体形圧縮機１０６からその吐出部にて取り出される流れとして図示されている。しかしながら、過剰空気流２００は、必要に応じて一体形圧縮機１０６の何れかの段（例えば、吐出部の上流側の１又はそれ以上の位置、吐出部と該吐出部の上流側の１又はそれ以上の位置、その他）に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とは強調される。何れの場合においても、過剰空気流２００は、最終的には、１又は複数の第２のタービンシステム１４０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に沿って通過する。図１の実施形態において、１又は複数の第２のガスタービンシステム１４０への過剰空気流２００の流れを制御するため、制御バルブシステム２０２が設けられる。過剰空気流２００は、１つの第２のガスタービンシステム１４０にのみ配向されるように例示されているが、必要に応じて及び過剰空気流が１つよりも多くのシステムをサポートできる場合には、１又はそれ以上の第２のガスタービンシステム１４０に過剰空気流を配向することができることは理解される。

発電システム１００はまた、追加空気２５１を用いて第２のガスタービン１４０への過剰空気流２００を増強するため、過剰空気流路２５０内に位置付けられたエダクター２５２を含むことができる。エダクター２５２は、駆動流体流れを用いて吸入流体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、追加空気２５１において吸引することにより１又は複数の第２のガスタービン１４０への過剰空気流２００に追加空気２５１及びひいては総空気質量を付加する。エダクター２５２への負圧側面流路２５４は、第２の一体形圧縮機１４６の入口フィルタハウジング１５０又は他の何れかの周囲空気供給源に結合されて、負圧流体として過剰空気流路２５０内に空気を引き込むことができる。制御バルブ２５６は、エダクター２５２内への過剰空気流２００の量及びひいては負圧側面流路２５４から追加された総空気質量の量を制御するよう動作することができる。

過剰空気流２００は、制御バルブシステム２０２により幾つかの方法で第１のガスタービンシステム１０２から第２のガスタービンシステム１４０に配向することができる。例示されるように、制御バルブシステム２０２は、第２の圧縮機１４６の吐出部２１０、第２の燃焼器１４８、及び第２のタービン構成要素１４４の１又は複数のタービンノズル冷却入口１５８のうちの少なくとも１つへの過剰空気流２００の流れを制御する。制御バルブシステム２０２は、第２のガスタービンシステム１４０の所望の部分に過剰空気流２００の少なくとも一部を供給するのに必要なあらゆる数のバルブを含むことができる。例示されるように、制御バルブシステム２０２は、３つのバルブを含むことができる。第１の制御バルブ２１２は、第２の圧縮機１４６の吐出部２１０への過剰空気流２００の第１の部分を制御することができる。このようにして、過剰空気流２００は、これによる追加のエネルギー消費なしで圧縮機１４６からの空気の流れに付加することができる。第２の制御バルブ２１４は、第２の燃焼器１４８への過剰空気流２００の第２の部分を制御し、すなわち、燃焼のための追加空気を用いてを提供することができる。第３の制御バルブ２１６は、第２のタービン構成要素１４４の１又は複数のタービンノズル冷却入口１５８の第３の部分を制御して、とりわけタービン構成要素のノズルに冷却流体を提供することができる。作動時には、図示の実施例は、以下のように機能することができ、すなわち、最初に、制御バルブ２１２が開放して制御バルブ２１４，２１６が閉成した状態で、過剰空気流２００が第２の圧縮機１４６の吐出部２１０に供給され、次いで、制御バルブ２１２及び２１６が閉成し制御バルブ２１４が開放した状態で、過剰空気流２００が燃焼器１４８に供給され、最後に、制御バルブ２１２，２１４が閉成し制御バルブ２１６が開放した状態で、過剰空気流２００が第２のタービン構成要素１４４の１又は複数のタービンノズル冷却入口１５８に供給される。各制御バルブ２１２，２１４，２１６はまた、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、第２のタービン構成要素１４４上の多数のタービンノズル冷却入口１５８、燃焼器１４８の多数の燃焼缶、その他）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。制御バルブシステム２０２はまた、エダクター２５２への過剰空気流２００を制御する制御バルブ２５６を含むことができる。同様に例示されるように、例えば、第１の一体形圧縮機１０６から取り出されるような、各制御バルブ２１２，２１４，２１６の後、エダクター２５２の前、その他の過剰空気流２００の少なくとも一部に関する流量を測定するため、少なくとも１つのセンサ２２０を設けることができる。各センサ２２０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用制御装置を含むことができる制御バルブシステム２０２に動作可能に結合される。

制御バルブシステム２０２並びにひいては過剰空気流２００の流れ及びエダクター２５２の作動は、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。

過剰空気流２００を生成する第１の一体形圧縮機１０６を含む第１のガスタービンシステム１０２を備えた発電システム１００は、従来のシステムに優る複数の利点を提供する。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、第１の一体形圧縮機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１又はそれ以上が小型に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、圧縮機１０６，１４６の両方を性能向上させる場合又は何もしない場合と比べて、例えば、２つのガスタービンと単一の蒸気タービンの複合サイクル（２×１ＣＣ）システムにおける単一圧縮機を性能向上させる改善された事象を提供する。

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。

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。

１００ 発電システム
１０２ 第１のガスタービンシステム
１０４ 第１のタービン構成要素
１０６ 第１の一体形圧縮機
１０８ 第１の燃焼器
１１０ 圧縮機／タービン回転シャフト
１２０，１５０ 入口フィルタハウジング
１２２，１６６ 発電機
１４０ 第２のガスタービンシステム
１４４ 第２のタービン構成要素
１４６ 第２の圧縮機
１４８ 第２の燃焼器
１５８ ノズル冷却入口
１６０ 蒸気タービンシステム
１６２ ブレード誘起回転シャフト
１６８，１７０ 蒸気発生器
１７２，１７４ 排気ガス
１７８ 制御システム
１８０ 将来開発される制御システム
２００ 空気流
２０２ 制御バルブシステム
２１４ 第２の制御バルブ
２１６ 第３の制御バルブ
２２０ センサ
２５０ 過剰空気流路
２５１ 追加空気
２５２ エダクター
２５４ 負圧側面流路
２５６ 制御バルブ

Claims (20)

1. 発電システム（１００）であって、
   第１のタービン構成要素（１０２）と、第１の一体形圧縮機（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第１の燃焼器（１０８）とを含み、前記第１の燃焼器（１０８）が、高温燃焼ガスを前記第１のタービン構成要素（１０２）に供給するよう構成され、前記第１の一体形圧縮機（１０６）が、前記第１の燃焼器（１０８）及び前記第１のタービン構成要素（１０２）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）を生成する第１のガスタービンシステム（１０２）と、
   第２のタービン構成要素（１４４）と、第２の圧縮機（１４６）と、前記第２の圧縮機（１４６）からの空気と燃料とが供給される第２の燃焼器（１４８）とを含み、前記第２の燃焼器（１４８）が、高温燃焼ガスを前記第２のタービン構成要素（１４４）に供給するよう構成された第２のガスタービンシステム（１４０）と、
   前記過剰空気の流路（２５０）に沿った前記第２のガスタービンシステム（１４０）への前記過剰空気流（２００）の流れを制御する制御バルブシステム（２０２）と、
   駆動流体として前記過剰空気流（２００）を用いて追加空気を用いて前記第２のガスタービンへの前記過剰空気流を増強するため前記過剰空気流路（２５０）内に位置付けられたエダクター（２５２）と、
   を備える、発電システム（１００）。
2. 前記過剰空気流（２００）が、前記第２の圧縮機（１４６）の吐出部（２１０）に供給される、請求項１に記載の発電システム（１００）。
3. 前記過剰空気流（２００）が、前記第２の燃焼器（１４８）に供給される、請求項１に記載の発電システム（１００）。
4. 前記過剰空気流（２００）が、前記第２のタービン構成要素（１４４）のタービンノズル冷却入口（１５８）に供給される、請求項１に記載の発電システム（１００）。
5. 前記制御バルブシステム（２０２）が、前記第２の圧縮機（１４６）の吐出部（２１０）、前記第２の燃焼器（１４８）、及び前記第２のタービン構成要素（１４４）のタービンノズル冷却入口（１５８）のうちの少なくとも１つへの前記過剰空気流（２００）の流れを制御する、請求項１に記載の発電システム（１００）。
6. 前記制御バルブシステム（２０２）が、前記第２の圧縮機（１４６）の吐出部（２１０）への前記過剰空気流（２００）の第１の部分を制御する第１の制御バルブ（２１２）と、前記第２の燃焼器（１４８）への前記過剰空気流（２００）の第２の部分を制御する第２の制御バルブ（２１４）と、前記第２のタービン構成要素（１４４）のタービンノズル冷却入口への前記過剰空気流（２００）の流れの第３の部分を制御する第３の制御バルブ（２１６）と、を含む、請求項５に記載の発電システム（１００）。
7. 前記過剰空気流（２００）の少なくとも一部についての流量を測定する少なくとも１つのセンサ（２２０）を更に備え、前記センサ（２２０）の各々が、前記制御バルブシステム（２０２）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）。
8. 前記第１のタービンシステム及び前記第２のタービンシステムの各々の排気ガス（１７２，１７４）が、蒸気タービンシステム（１６０）を駆動するため少なくとも１つの蒸気発生器（１６８，１７０）に供給される、請求項１に記載の発電システム（１００）。
9. 前記過剰空気流路（２５０）内に位置付けられた前記エダクター（２５２）が、前記第２の一体形圧縮機（１４６）の入口フィルタハウジング（１５０）に結合された負圧側面流路（２５４）を含む、請求項１に記載の発電システム（１００）。
10. 発電システム（１００）であって、
    第１のタービン構成要素（１０２）と、第１のタービン構成要素（１０４）と、該第１のタービン構成要素（１０４）からの空気と燃料とが供給される第１の燃焼器（１０８）とを含み、前記第１の燃焼器（１０８）が、高温燃焼ガスを前記第１のタービン構成要素（１０２）に供給するよう構成され、前記第１のタービン構成要素（１０４）が、前記第１の燃焼器（１０８）及び前記第１のタービン構成要素（１０２）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）を生成する第１のガスタービンシステム（１０２）と、
    第２のタービン構成要素（１４４）と、第２の圧縮機（１４６）と、前記第２の圧縮機（１４６）からの空気と燃料とが供給される第２の燃焼器（１４８）とを含み、前記第２の燃焼器（１４８）が、高温燃焼ガスを前記第２のタービン構成要素（１４４）に供給するよう構成された第２のガスタービンシステム（１４０）と、
    前記第２の圧縮機（１４６）の吐出部（２１０）、前記第２の燃焼器（１４８）、及び過剰空気流路（２５０）に沿った前記第２のタービン構成要素（１４４）のタービンノズル冷却入口（１５８）のうちの少なくとも１つへの前記過剰空気流（２００）の流れを制御する制御バルブシステム（２０２）と、
    追加空気を用いて前記過剰空気流を増強するため前記過剰空気流（２００）を駆動流体として用いるよう前記過剰空気流路（２５０）内に位置付けられたエダクター（２５２）と、
    を備え、
    前記制御バルブシステム（２０２）が、前記第２の圧縮機（１４６）の吐出部（２１０）への前記過剰空気流（２００）の第１の部分を制御する第１の制御バルブ（２１２）と、前記第２の燃焼器（１４８）への前記過剰空気流（２００）の第２の部分を制御する第２の制御バルブ（２１４）と、前記第２のタービン構成要素（１４４）のタービンノズル冷却入口への前記過剰空気流（２００）の流れの第３の部分を制御する第３の制御バルブ（２１６）と、を含み、前記第１のタービンシステム及び前記第２のタービンシステムの各々の排気ガス（１７２，１７４）が、蒸気タービンシステム（１６０）を駆動するため少なくとも１つの蒸気発生器（１６８，１７０）に供給される、発電システム（１００）。
11. 前記過剰空気流路（２５０）内に位置付けられた前記エダクター（２５２）が、前記第２の一体形圧縮機（１４６）の入口フィルタハウジング（１５０）に結合された負圧側面流路（２５４）を含む、請求項１０に記載の発電システム（１００）。
12. 第１のタービン構成要素（１０２）と、第１の一体形圧縮機（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第１の燃焼器（１０８）とを含み、前記第１の一体形圧縮機（１０６）が前記第１の燃焼器（１０８）及び前記第１のタービン構成要素（１０２）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）を生成する第１のガスタービンシステム（１０２）の前記第１のタービン構成要素（１０４）から過剰空気流（２００）を取り出すステップと、
    第２のタービン構成要素（１４４）と、第２の圧縮機（１４６）と、前記第２の圧縮機（１４６）からの空気と燃料とが供給される第２の燃焼器（１４８）とを含み、前記第２の燃焼器（１４８）が、高温燃焼ガスを前記第２のタービン構成要素（１４４）に供給するよう構成された第２のガスタービンシステム（１４０）に前記過剰空気流（２００）を配向するステップと、
    前記過剰空気の流路（２５０）内に位置付けられたエダクター（２５２）を用いて追加空気を用いて前記第２のガスタービンへの前記過剰空気流を増強するステップと、
    を含み、前記エダクター（２５２）が、駆動流体として前記過剰空気流（２００）を用いて追加空気を用いて前記第２のガスタービンへの前記過剰空気流を増強するようにする、方法。
13. 前記配向するステップが、前記第２の圧縮機（１４６）の吐出部（２１０）に前記過剰空気流（２００）を配向するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記配向するステップが、前記第２の燃焼器（１４８）に前記過剰空気流（２００）を配向するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記配向するステップが、前記第２のタービン構成要素（１４４）のタービンノズル冷却入口（１５８）に前記過剰空気流（２００）を配向するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
16. 前記配向するステップが、制御バルブシステム（２０２）を用いて、前記第２の圧縮機（１４６）の吐出部（２１０）、前記第２の燃焼器（１４８）、及び前記第２のタービン構成要素（１４４）のタービンノズル冷却入口（１５８）のうちの少なくとも１つへの前記過剰空気流（２００）の流れを制御するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
17. 前記制御バルブシステム（２０２）が、前記第２の圧縮機（１４６）の吐出部（２１０）への前記過剰空気流（２００）の第１の部分の配向を制御する第１の制御バルブ（２１２）と、前記第２の燃焼器（１４８）への前記過剰空気流（２００）の第２の部分の配向を制御する第２の制御バルブ（２１４）と、前記第２のタービン構成要素（１４４）のタービンノズル冷却入口への前記過剰空気流（２００）の流れの第３の部分の配向を制御する第３の制御バルブ（２１６）と、を含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記過剰空気流（２００）の少なくとも一部についての流量を測定するステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。
19. 蒸気タービンシステム（１６０）を駆動するため少なくとも１つの蒸気発生器（１６８，１７０）に前記第１のタービンシステム及び前記第２のタービンシステムの各々の排気ガス（１７２，１７４）を配向するステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。
20. 前記増強するステップが、前記第２の一体形圧縮機（１４６）の入口フィルタハウジング（１５０）に結合された負圧側面流路（２５４）と共に前記エダクター（２５２）を前記過剰空気流路（２５０）内に位置付けるステップを含む、請求項１２に記載の方法。