JP2016176480A - 補助ガスタービンシステム用の過剰ガス流を生成する圧縮機を有する発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】より高い能力の圧縮機を利用可能にする。【解決手段】ガスタービンシステム（１０２）が、タービン構成要素（１０４）、一体形圧縮機（１０６）、及び一体形圧縮機（１０６）からの空気と燃料とが供給される燃焼器（１０８）を含み、該燃焼器（１０８）が、タービン構成要素（１０４）に高温燃焼ガスを供給し、一体形圧縮機（１０６）が、燃焼器（１０８）及び／又はタービン構成要素（１０４）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の制御バルブシステム（２０２）は、過剰空気流（２００）の経路に沿った補助ガスタービンシステム（２７２）への過剰空気流（２００）の流れを制御する。過剰空気流（２００）は、燃料と共に燃焼して、補助ガスタービンシステム（２７２）に供給される。エダクター（２５２）を過剰空気流（２００）の経路内に位置付けて、過剰空気流（２００）を駆動量として用いて、追加ガスと共に過剰空気流（２００）を増強する。【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、補助ガスタービンシステムで用いるための過剰空気流を生成する圧縮機を有したガスタービンシステムを備える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的な課題である。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貯蔵容器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、貯蔵容器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。

米国特許第８，４７９，５２３号明細書

本開示の第１の態様は、発電機と、発電機に動力を供給するガスタービンシステムと、を備えた発電システムを提供し、該ガスタービンシステムが、タービン構成要素、一体形圧縮機、及び一体形圧縮機からの空気と燃料とが供給される燃焼器を含み、燃焼器が、タービン構成要素に高温燃焼ガスを供給するよう構成され、一体形圧縮機が、燃焼器及び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、過剰空気流を生成し、発電システムが更に、補助発電機に動作可能に結合された補助タービン構成要素に高温燃焼ガスを供給するよう構成された補助燃焼器を含む補助ガスタービンシステムと、過剰空気流の経路に沿って過剰空気流の流れを制御する第１の制御バルブシステムと、を備え、過剰空気流の経路が、過剰空気流を補助燃焼器の吸入口に送給し、補助燃焼器が、過剰空気流を燃料と燃焼させて補助タービン構成要素用の高温燃焼ガスを生成する。

本開示の第２の態様は、タービン構成要素と、一体形圧縮機と、一体形圧縮機からの空気と燃料とが供給される燃焼器とを備え、燃焼器がタービン構成要素に高温燃焼ガスを供給するよう構成され、一体形圧縮機が燃焼器及び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ようになったガスタービンシステムを用いて、発電機に動力を供給するステップと、補助発電機に動作可能に結合された補助タービン構成要素に高温燃焼ガスを供給するよう構成された補助燃焼器を含む補助ガスタービンシステムを用いて補助発電機に動力を供給するステップと、ガスタービンシステムから過剰空気流を取り出し、該過剰空気流を補助燃焼器の吸入口に配向するステップと、を含み、補助燃焼器が、過剰空気流を燃料と燃焼させて補助タービン構成要素用の高温燃焼ガスを生成するようにする、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。 本発明の実施形態によるエダクターを備えた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及び有用性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、ガスタービンシステム１０２を含む。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、一体形圧縮機１０６、及び燃焼器１０８を含むことができる。本明細書で使用される「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、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。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を駆動することができ、残りの部分は、回転シャフト（回転シャフト１１０の延伸部）を介して、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。限定ではないが、従来のスタータモータ又は負荷転流形インバータ（ＬＣＩ）モータ（図示）などのスタータモータ１１２はまた、何らかの従来の方式でガスタービンシステム１０２の始動のため回転シャフト１１０に結合することができる。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対照的に、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」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。（必要に応じて、スタータモータ１１２もまた、例えば、例示のＬＣＩモータに性能が向上され、一体形圧縮機１０６の始動のため増大した出力要件に対応することができる。）。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、例えば、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、ガスタービンシステム１０２又は別のガスタービンシステム）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、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、例えば、ガスタービンシステム１０２の排気ガス１７２に結合することができる。燃焼ガス流は、ＨＲＳＧ１６８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、ＨＲＳＧ１６８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、ギヤ装置、発電機制御装置、その他）と電気的に結合されている。

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、一体形圧縮機１０６は、タービン構成要素１０４及び／又は燃焼器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。例示のように、過剰空気流２００は、圧縮機１０６から空気を取り出すことにより形成することができる。１つの実施形態において、第１の制御バルブシステム２０２は、過剰ガス流路２５０に沿った補助ガスタービンシステム２７２への過剰空気流２００の流れを制御する。第１の制御バルブシステム２０２は、所望の過剰空気流２００を供給するのに必要とされる複数のバルブ（例えば、１つ、２つ（図示のような）、又は２つよりも多い）を含むことができる。１つの実施形態において、過剰空気流２００は、圧縮機吐出制御バルブ２０６を用いてその吐出部２０４にて一体形圧縮機１０６から取り出すことができる。すなわち、圧縮機吐出制御バルブ２０６は、一体形圧縮機１０６の吐出部２０４から取り出された過剰空気流２００の第１の部分を制御する。この場合、別の上流側バルブ２１０は省略してもよい。但し、別の実施形態において、過剰空気流２００は、必要に応じて圧縮機１０６の１又はそれ以上の段（例えば、吐出部２０４の上流側の１又はそれ以上の位置、吐出部２０４と吐出部２０４の上流側の１又はそれ以上の位置、その他）におい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。この場合、第１の制御バルブシステム２０２は更に、吐出部２０４から上流側の一体形圧縮機１０６の１又は複数の段から取り出された過剰空気流２００の第２の部分を制御する１又はそれ以上の上流側制御バルブ２１０を含むことができる。第１の制御バルブシステム２０２においてあらゆる数の上流側制御バルブ２１０を利用して、一体形圧縮機１０６から所望の圧力、流量、体積、その他で何らかの所望の過剰空気流２００を提供することができる。他の１又は複数の上流側制御バルブ２１０が所望の過剰空気流２００を提供する場合には、圧縮機吐出バルブ２１０は省略することができる。第１の制御バルブシステム２０２はまた、過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を含むことができ、各センサ２２０は、それぞれの制御バルブ又は全体の制御システム１８０に動作可能に結合することができる。制御バルブシステム２０２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制御装置を含むことができる。

過剰空気流２００は、最終的には、１又はそれ以上のパイプを含むことができる過剰ガス流路２５０に沿って補助ガスタービンシステム２７２に移動する。過剰空気流２００は、単一の導管で補助ガスタービンシステム２７２に配向されているように例示されているが、過剰空気流は、システム２７２の１又はそれ以上の位置に配向できることは理解される。補助ガスタービンシステム２７２は、補助タービン構成要素２７６に高温燃焼ガスを供給するよう構成された補助燃焼器２７４を含むことができる。補助燃焼器２７４は、過剰空気流２００（又は増強過剰ガス流２７０（図２）（本明細書で説明される））を用いて補助タービン構成要素２７６に対して高温燃焼ガスを生成及び供給することができる燃焼器１０８に関して記載される燃焼器の何れかの形態を含むことができる。同様に、補助タービン構成要素２７６は、タービン構成要素１０４に関して記載されるタービン構成要素の何れかの形態を含むことができる。例示するように、補助タービン構成要素２７６は、補助発電機２７８に動作可能に結合され、該補助発電機２７８は、ガスタービンシステム１０２に結合された発電機１２２とは異なることができるので、本明細書では「補助発電機」と呼ぶことができる。補助発電機２７８はまた、蒸気タービンシステム１６０の発電機１６６とは異なることができる。代替の実施形態において、発電機２７８は、発電機１２２又は発電機１６６と同じであってもよい。何れの場合においても、過剰空気流２００（又は増強過剰ガス流２７０（図２））を利用して、補助ガスタービンシステム２７２により発電し、すなわち、一体形圧縮機１０６の過剰能力を効率的な方式で利用することができる。補助ガスタービンシステム２７２の排気ガス２８０は、タービン構成要素１０４の排気ガス１７２に送給されて、ＨＲＳＧ１６８にて蒸気を生成するのに用いることができる。

図２を参照すると、発電システム１００はまた、任意選択的に、追加ガス２５４を用いて過剰空気流を増強するよう駆動力として過剰空気流２００を用いるための過剰ガス流路２５０に位置付けられたエダクター２５２を含むことができる。追加ガス２５４は、過剰空気流２００と共に増強過剰ガス流２７０を形成し、これが補助ガスタービンシステム２７２に送給される。すなわち、増強過剰ガス流２７０は、補助ガスタービンシステム２７２に供給される。増強過剰ガス流２７０は、増大した総空気／ガス質量流量を補助燃焼器２７４に提供し、発電機２７８を用いて追加の電力を生成できるようにすることができる。排気ガス２８０を介したＨＲＳＧ１６８への追加の質量流量もまた認められ、ＨＲＳＧ１６８の蒸気生成を増大させることができる。エダクター２５２は、駆動流体流れを用いて吸入流体（すなわち、追加ガス２５４）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、負圧側面流路２５８に沿って追加ガス供給源２５６から追加のガスを吸入することにより過剰空気流２００に追加ガス３５４を付加する。追加ガス供給源２５６は、様々な形態をとることができる。１つの実施形態において、追加ガス供給源２５６は、一体形圧縮機１０６の入口フィルタハウジング１２０の形態をとることができる。この場合、エダクター２５２への負圧側面流路２５８は、追加ガス２５４が周囲空気を含むように一体形圧縮機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。ここで、追加ガス２５４は、周囲空気の形態である。別の実施形態において、追加ガス２５４は、入口フィルタハウジング１２０ではなく、例えば別のフィルタハウジングの追加ガス供給源２５６からの周囲空気、又は環境からの直接の入手した後で流路２５８内でフィルタ処理される空気などを含むことができる。上述の実施形態の何れかにおいて、増強過剰ガス流２７０は、大部分が空気を含み、すなわち、増強過剰空気流である。しかしながら、別の実施形態において、追加ガス２５４は、限定ではないが、精製装置からの合成ガス（「シンガス」）、溶鉱炉ガス、廃棄物堆積／集積所からのメタンガスなどのプロセスガスを含むことができる。追加ガス２５４はまた、別の実施形態において、エンジン（例えば、燃焼エンジン、ディーゼルエンジン、別のガスタービンシステム、その他）からの排気ガスを含むことができる。第２の制御バルブシステム２６０が、エダクター２５２への追加ガス２５４の流れを制御するための負圧側面流路２５８に設けることができる。第２の制御バルブシステム２６０は、エダクター２５２内への追加ガス２５４の量を制御するよう動作することができる制御バルブ２６２を含むことができる。第２の制御バルブシステム２６０はまた、負圧側面流路２５８における追加ガス２５４の流量を測定する少なくとも１つのセンサ２２０を含むことができ、該センサは、追加ガス２５４の流量を測定するため第２の制御バルブシステム２６０に動作可能に結合される。

同様に例示されているように、タービン構成要素１０４の排気ガス１７２は、ＨＲＳＧ１６８に送給されて、蒸気タービンシステム１６０のための蒸気を生成することができる。補助ガスタービンシステム２７２の排気ガス２８０が、タービン構成要素１０４の排気ガス１７２と同程度高温であるか、より高温である場合には、排気ガス２８０は、ＨＲＳＧ１６８において蒸気をより効率的に生成するために排気ガス１７２に付加することができる。補助ガスタービンシステム２７２の排気ガス２８０が、タービン構成要素１０４の排気ガス１７２よりも高温でない場合には、排気ガス２８０は、ＨＲＳＧ１６８又は発電システム１００の他の場所への質量流量を増大させるのに用いることができ、或いは、ＨＲＳＧ１６８を省いてエミッション制御システム１７８を介して排出することができる。例示のように、ＨＲＳＧ１６８はまた、コジェネレーション蒸気負荷１７０に蒸気を送給することができる。コジェネレーション蒸気負荷１７０は、例えば、石油化学工場への蒸気、地域熱用の蒸気、タールサンド油抽出のための蒸気、その他を含むことができる。

更に各制御バルブシステム２０２、２０６に関して、これらの各制御バルブは、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、エダクター２５２への多数の入口など）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。各センサ２２０は、１又は複数の制御バルブシステム２０２，２６０及び制御システム１８０に動作可能に結合されて、公知の方式で増強制御することができる。必要に応じて発電システム１００全体にわたって流れを測定するための他のセンサ２２０を設けることができる。制御バルブシステム２０２，２６０並びにひいては過剰空気流２００の流れ及びエダクター２５２の動作は、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２０２，２６０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を生成する一体形圧縮機１０６を含む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ことができる。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、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、その他の何れかの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、何もしない場合と比べて、例えば、単一ガスタービン及び単一蒸気タービンの複合サイクル（１×１ＣＣ）システムにおける単一圧縮機を性能向上させる改善事象を提供する。エダクター２５２（図２）の場合、追加の質量流量及び追加の発電などの補助ガスタービンシステム２７２への増強過剰ガス流２７０の上述の利点を理解することができる。ＨＲＳＧ１６８への追加の質量流量はまた、エダクター２５２を用いて達成することができる。

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 ガスタービンシステム
１０４ タービン構成要素
１０６ 一体形圧縮機
１０８ 燃焼器
１１０ 回転シャフト
１１２ ステータモータ
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 回転シャフト
１６８ 蒸気発生器
１７０ 蒸気負荷
１７２，２８０ 排気ガス
１７８ エミッション制御システム
１８０ 制御システム
２００ 空気流れ
２０２ 制御バルブシステム
２０４ 上流側吐出部
２０６ 吐出制御バルブ
２１０ 上流側制御バルブ
２２０ センサ
２５０ 過剰ガス流路
２５２ エダクター
２５４ 追加ガス
２５６ 追加ガス供給源
２５８ 負圧側面流路
２６０ 第２の制御バルブシステム
２６２ 制御バルブ
２７０ 増強過剰ガス流
２７２ ガスタービンシステム
２７４ 補助燃焼器
２７６ 補助タービン構成要素
２７８ 補助発電機

Claims (20)

1. 発電システム（１００）であって、
   発電機（１２２，１６６）と、
   前記発電機（１２２，１６６）に動力を供給するガスタービンシステム（１０２）と、
   を備え、前記ガスタービンシステム（１０２）が、
   タービン構成要素（１０４）、一体形圧縮機（１０６）、及び前記一体形圧縮機（１０６）からの空気と燃料とが供給される燃焼器（１０８）を含み、前記燃焼器（１０８）が、前記タービン構成要素（１０４）に高温燃焼ガスを供給するよう構成され、前記一体形圧縮機（１０６）が、前記燃焼器（１０８）及び前記タービン構成要素（１０４）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）を生成し、
   前記発電システム（１００）が更に、
   補助発電機（２７８）に動作可能に結合された補助タービン構成要素（２７６）に高温燃焼ガスを供給するよう構成された補助燃焼器（２７４）を含む補助ガスタービンシステム（２７２）と、
   過剰空気流（２００）の経路に沿って前記過剰空気流（２００）の流れを制御する第１の制御バルブシステム（２０２）と、
   を備え、
   前記過剰空気流（２００）の経路が、前記過剰空気流（２００）を前記補助燃焼器（２７４）の吸入口に送給し、前記補助燃焼器（２７４）が、過剰空気流（２００）を燃料と燃焼させて前記補助タービン構成要素（２７６）用の高温燃焼ガスを生成する、発電システム（１００）。
2. 前記タービン構成要素（１０４）の排気ガス（１７２，２８０）が、熱回収蒸気発生器（１２２，１６６）（ＨＲＳＧ）に送給されて、蒸気タービンシステム（１６０）のための蒸気を生成する、請求項１に記載の発電システム（１００）。
3. 前記ＨＲＳＧがまた、コジェネレーション蒸気負荷（１７０）に蒸気を送給する、請求項２に記載の発電システム（１００）。
4. 前記第１の制御バルブシステム（２０２）が、前記一体形圧縮機（１０６）の排気ガスから取り込まれた前記過剰空気流（２００）の第１の部分を制御する圧縮機吐出制御バルブ（２０６）と、前記排気ガスから上流側で前記一体形圧縮機（１０６）の段から取り込まれた前記過剰空気流（２００）の第２の部分を制御する上流側制御バルブと、を含む、請求項１に記載の発電システム（１００）。
5. 前記過剰空気流（２００）の各部分の流量を測定するための少なくとも１つのセンサ（２２０）を更に備え、前記各センサ（２２０）がそれぞれの制御バルブ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）。
6. 追加ガスと共に前記過剰空気流（２００）を増強するための駆動力として前記過剰空気流（２００）を用いるための過剰空気流（２００）の経路に位置付けられたエダクター（２５２）を更に備え、該エダクターが、増強過剰ガス流（２７０）を生成し、前記過剰空気流（２００）の経路が、前記増強過剰ガス流（２７０）を前記補助燃焼器（２７４）の吸入口に送給し、前記補助燃焼器（２７４）が前記増強過剰ガス流（２７０）を燃料と燃焼させて前記補助タービン構成要素（２７６）用の高温燃焼ガスを生成する、請求項４に記載の発電システム（１００）。
7. 前記エダクター（２５２）が負圧側面流路（２５８）を含み、該負圧側面流路（２５８）において前記エダクター（２５２）内への前記追加ガス（２５４）の流れを制御する第２の制御バルブシステム（２６０）を更に備える、請求項６に記載の発電システム（１００）。
8. 前記負圧側面流路（２５８）において前記追加ガス（２５４）の流量を測定するセンサ（２２０）を更に備え、該センサ（２２０）が、前記第２の制御バルブシステム（２６０）に動作可能に結合される、請求項６に記載の発電システム（１００）。
9. 前記負圧側面流路（２５８）が、前記一体形圧縮機（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）。
10. 前記発電機（１２２，１６６）が、前記補助発電機（１２２，１６６）とは異なる、請求項１に記載の発電システム（１００）。
11. 前記負圧側面流路（２５８）が、前記一体形圧縮機（１０６）の入口フィルタに流体結合されている、請求項１に記載の発電システム（１００）。
12. 前記追加ガス（２５４）が周囲空気を含む、請求項１に記載の発電システム（１００）。
13. 前記追加ガス（２５４）がプロセスガスを含む、請求項１に記載の発電システム（１００）。
14. 前記追加ガス（２５４）が合成ガスを含む、請求項１に記載の発電システム（１００）。
15. 前記追加ガス（２５４）が、エンジンからの排気ガス（１７２，２８０）を含む、請求項１に記載の発電システム（１００）。
16. 追加ガスと共に前記過剰空気流（２００）を増強するための駆動力として前記過剰空気流（２００）を用いるための過剰空気流（２００）の経路に位置付けられたエダクター（２５２）を更に備え、該エダクターが、増強過剰ガス流（２７０）を生成し、前記過剰空気流（２００）の経路が、前記増強過剰ガス流（２７０）を前記補助燃焼器（２７４）の吸入口に送給し、前記補助燃焼器（２７４）が前記増強過剰ガス流（２７０）を燃料と燃焼させて前記補助タービン構成要素（２７６）用の高温燃焼ガスを生成する、請求項１に記載の発電システム（１００）。
17. タービン構成要素（１０４）と、一体形圧縮機（１０６）と、前記一体形圧縮機（１０６）からの空気と燃料とが供給される燃焼器（１０８）とを備え、前記燃焼器（１０８）が前記タービン構成要素（１０４）に高温燃焼ガスを供給するよう構成され、前記一体形圧縮機（１０６）が前記燃焼器（１０８）及び前記タービン構成要素（１０４）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）を生成するようになったガスタービンシステム（１０２）を用いて、発電機（１２２，１６６）に動力を供給するステップと、
    補助発電機（２７８）に動作可能に結合された補助タービン構成要素（２７６）に高温燃焼ガスを供給するよう構成された補助燃焼器（２７４）を含む補助ガスタービンシステム（２７２）を用いて前記補助発電機（２７８）に動力を供給するステップと、
    前記ガスタービンシステム（１０２）から前記過剰空気流（２００）を取り出し、該過剰空気流（２００）を前記補助燃焼器（２７４）の吸入口に配向するステップと、
    を含み、前記補助燃焼器（２７４）が、過剰空気流（２００）を燃料と燃焼させて前記補助タービン構成要素（２７６）用の高温燃焼ガスを生成するようにする、方法。
18. 前記過剰空気流（２００）の経路に位置付けられ、駆動力として前記過剰空気流（２００）を用いて増強過剰ガス流（２７０）を生成するエダクター（２５２）を用いて追加ガス（２５４）と共に前記過剰空気流（２００）を増強するステップと、
    前記過剰空気流（２００）の経路における増強過剰ガス流（２７０）を前記補助燃焼器（２７４）の吸入口に配向するステップと、
    を更に含み、前記補助燃焼器（２７４）が、前記増強過剰ガス流（２７０）を燃料と燃焼させて前記補助タービン構成要素（２７６）用の高温燃焼ガスを生成するようにする、請求項１７に記載の方法。
19. 前記補助タービン構成要素（２７６）の排気ガス（１７２，２８０）及び前記タービン構成要素（１０４）の排気ガス（１７２，２８０）を熱回収蒸気発生器（１２２，１６６）（ＨＲＳＧ）に配向して、蒸気タービンシステム（１６０）用の蒸気を生成するようにするステップを更に含む、請求項１７に記載の方法。
20. 前記追加ガス（２５４）が周囲空気を含む、請求項１７に記載の方法。