JP2022022131A - デュアルサイクル発電プラント用の排気制御ダンパシステム - Google Patents

Abstract

【課題】熱回収システムのためのガスタービン排気パラメータを制御するダンパシステムを提供する。【解決手段】発電プラント用の排気制御ダンパシステム１４０が、ガスタービン（ＧＴ）システム１０８から熱回収システム１１２への排気流路に流体に関して結合するように構成されたフレーム１４２を含む。ダンパシステムは、フレーム内にあり、排気流路を共同してカバーする少なくとも２つのルーバ型ダンパセット１５０を含む。ルーバ型ダンパセットの各々は、複数のブレード１５２を含み、これら複数のブレードの角度をひとまとめに全開位置、全閉位置および部分開位置のうちの１つに位置させることができる。空気挿入システム１６０が、フレームに結合し、熱回収システムに進入する排気の温度を制御するために、排気流路に空気流を挿入するように構成される。熱回収システムへの排気流の分配および質量流量を制御するように調節することができる。【選択図】図２

Description

本開示は、広くには、デュアルサイクル発電プラントに関し、より詳細には、ルーバ型ダンパセットおよび空気挿入システムを含んでおり、熱回収システムのためにガスタービン排気パラメータを制御するダンパシステムに関する。

デュアルサイクル発電プラントは、他の目的に使用することができる過剰な熱を生じさせる発電システムを含む。例えば、コジェネレーションプラントは、電力と、他の目的に使用することができる過剰な熱とを生じさせる。同様に、複合サイクル発電プラント（ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｃｙｃｌｅ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ）（ＣＣＰＰ）は、電力と、やはり電力を生じさせる蒸気タービン（ｓｔｅａｍ ｔｕｒｂｉｎｅ）（ＳＴ）システムのための蒸気を発生させるために使用することができる過剰な熱とを生じるガスタービン（ｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅ）（ＧＴ）システムを含む。ＣＣＰＰの単純サイクル動作において、ＧＴシステムは、単独で動作して電力を発生させ、ＧＴシステムからの排気は、ダイバータまたはバイパスダンパを介し、バイパス排気スタックを通って導かれる。バイパス排気スタックは、排気ガスを大気へと排出する前に処理する任意のさまざまな環境排気処理システムを含むことができる。ＣＣＰＰの複合サイクル動作において、ＧＴシステムからの高温の排気は、大気へと排出される前に、バイパスダンパによって、例えばＳＴシステム用の蒸気を発生させるための熱回収蒸気発生器などの熱回収システムへと導かれる。複合サイクルにおいては、ＧＴシステムおよびＳＴシステムの両方が電力を発生させる。

ＳＴシステムの始動は、理想的には、システムの損傷を防止するために、システムの温度を徐々に上昇させることを含む。ＳＴシステムの温度は、とりわけ、熱回収システムによって生成されてＳＴシステムに適用される蒸気の量を制御することによって高められる。ＧＴシステムの排気を排気スタックから熱回収システムへと向け直すために使用されるバイパスダンパは、単一または二重ブレードクロージャあるいはフラップバルブを含むことができる。ブレードは、端部枢支点において回転して開閉し、あるいはスライドして開閉する（後者は、ギロチンダンパと呼ばれることがある）。バイパスダンパは、典型的には、開位置または閉位置にあるように設計される。

動作時に、ＧＴシステムが高温の排気を生じさせ、ＳＴシステムの始動の準備が整うと、バイパスダンパが開かれ、熱回収システムが高温の排気に曝されて、ＳＴシステム用の蒸気を生じさせる。このオール・オア・ナッシングの手法は、ＳＴシステムの緩やかな制御された始動を困難にし、熱回収システムの上流および熱回収システム内の構成要素を急激な温度上昇における厳しい熱応力に曝すことになりかねない。厳しい応力は、これらの構成要素の使用可能寿命を短くする可能性がある。

これらの課題に対処するために、１つの手法においては、ＧＴシステムの出力を制御することによって排気の温度の制御がもたらされるが、この手法は、プラントの出力および電力の利用可能性を不都合に低下させる可能性がある。別の手法においては、バイパスダンパが、バイパスダンパを例えば１０％、２０％、などの部分開位置に位置させることによって、他の態様の中でもとりわけ、熱回収システムへの排気の質量流量の制御を試みるために使用される。この方法および構造は、いくつかの欠点を引き起こす。とくには、ブレードバイパスダンパは、実際には開位置または閉位置のどちらか一方だけが可能な１つまたは２つのブレードを含むにすぎないため、排気の流れの充分な制御を提供することができない。部分開位置のいずれにおいても、１つまたは２つのブレードは、高速始動またはサイクリング動作において有利なＧＴシステムにおける背圧の印加の充分な制御を欠いている。さらに、閉設定と開設定との間において、現状のバイパスダンパは、他の問題の中でもとりわけ、排気の逆流または乱流を引き起こし、熱回収システムにおける不均一な熱伝達を引き起こす可能性がある。このように、現状のバイパスダンパでは熱回収システムの加熱速度を制御することができないため、例えば始動時にＳＴシステムの温度を制御することが難しい課題となる。

現状のバイパスダンパの別の欠点は、熱回収システムに進入する排気の質量流量の制御が最小限にすぎないことである。より良好な質量流量の制御の欠如は、熱回収システムの加熱および熱回収システムが発生させる蒸気の量の制御も困難にする可能性がある。

本開示の一態様は、複合サイクル発電プラント用の排気制御ダンパシステムを提供し、このダンパシステムは、ガスタービン（ＧＴ）システムから熱回収システムへの排気流路に流体に関して結合するように構成されたフレームと、フレーム内にあり、排気流路を共同してカバーし、各々が複数のブレードを含んでいて、これらの複数のブレードの角度をひとまとめに全開位置、全閉位置、および部分開位置のうちの１つに位置させることができる少なくとも２つのルーバ型ダンパセットと、フレームに動作可能に結合し、排気流路へと空気流を挿入するように構成された空気挿入システムとを備える。

本開示の別の態様は、発電プラントを提供し、この発電プラントは、ガスタービン（ＧＴ）システムと、蒸気タービン（ＳＴ）システムと、ＧＴシステムおよびＳＴシステムに動作可能に結合した熱回収蒸気発生器と、排気制御ダンパシステムとを備え、排気制御ダンパシステムは、ＧＴシステムから熱回収蒸気発生器への排気流路に流体に関して結合するように構成されたフレームと、フレーム内にあり、排気流路を共同してカバーし、各々が複数のブレードを含んでいて、これら複数のブレードの角度をひとまとめに全開位置、全閉位置、および部分開位置のうちの１つに位置させることができる少なくとも２つのルーバ型ダンパセットと、フレームに動作可能に結合し、排気流路へと空気流を挿入するように構成された空気挿入システムとを含む。

本開示の例示的な態様は、本明細書で説明される課題および／または論じられていない他の課題を解決するように設計されている。

本開示のこれらの特徴および他の特徴は、本開示のさまざまな態様の以下の詳細な説明を、本開示のさまざまな実施形態を図示する添付の図面と併せて検討することで、より容易に理解されるであろう。

本開示の実施形態による排気制御ダンパシステムを含む例示的な発電プラントの概略図を示している。 本開示の実施形態による排気制御ダンパシステムの斜視図を示している。 本開示の実施形態による排気制御ダンパシステムの端面図を示している。 本開示の実施形態による排気制御ダンパシステムのルーバ型ダンパセットの拡大斜視図を示している。 本開示の実施形態によるバイパスダンパに代わる排気制御ダンパシステムを含む例示的な発電プラントの概略図を示している。 本開示の実施形態による排気制御ダンパシステムの２つのルーバ型ダンパセットの拡大斜視図を示している。

本開示の図面が、必ずしも原寸に比例しないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様だけを図示することを意図しており、したがって、本開示の範囲を限定するものと考えるべきではない。図面において、類似する符号は、図面間で類似する要素を表す。

最初の問題として、本開示の主題を明確に説明するために、発電プラント内の関連の機械構成要素を参照して説明するときに、特定の専門用語を選択することが必要になると考えられる。可能な限り、一般的な工業専門用語が、その一般的に認められた意味に矛盾しないやり方で使用および利用される。別途記載のない限り、このような専門用語には、本出願の文脈および添付の特許請求の範囲の技術的範囲に矛盾しない広義の解釈が与えられるべきである。当業者であれば、多くの場合に、特定の構成要素にいくつかの異なる用語または重複する用語を使用して言及できることを、理解できるであろう。本明細書において単一の部品であるとして説明される内容は、複数の構成要素を含んでもよく、別の文脈において複数の構成要素からなるものとして言及されてもよい。あるいは、本明細書において複数の構成要素を含むものとして説明される内容は、他の箇所において単一の部品として言及されてもよい。

加えて、いくつかの記述的用語が本明細書において定期的に使用される可能性があり、本項の冒頭においてこれらの用語を定義することが有用であることが明らかである。これらの用語およびそれらの定義は、別途記載のない限り、以下のとおりである。本明細書において使用されるとき、「下流」および「上流」は、ガスタービンからの排気や、例えばダンパシステムから熱交換器へと向かう排気の流れなど、流体の流れに対する方向を表す用語である。「下流」という用語は、流体の流れの方向に対応し、「上流」という用語は、流れとは反対の方向（すなわち、流体が流れてくる方向）を指す。「前方」および「後方」という用語は、別途指定のない限り、方向を指し、「前方」は、エンジンの前端または圧縮機端を指し、「後方」は、ターボ機械の後方部分を指す。

多くの場合に、中心軸線に対してさまざまな半径方向位置に配置された部品を説明することが必要になる。「半径方向」という用語は、軸線に垂直な移動または位置を指す。例えば、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸線に近接して位置する場合、本明細書において、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向内側」または「内寄り」にあると述べられる。他方で、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸線から遠くに位置する場合、本明細書において、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向外側」または「外寄り」にあると述べることができる。「軸方向」という用語は、軸線に平行な移動または位置を指す。最後に、「円周方向」という用語は、軸線周りの移動または位置を指す。このような用語を、タービンの中心軸線に関連して適用できることを、理解できるであろう。

加えて、以下で説明されるように、いくつかの記述的用語が本明細書において定期的に使用される可能性がある。「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、或る構成要素を別の構成要素から区別するために交換可能に使用することが可能であり、個々の構成要素の場所または重要性を示すことを意図したものではない。

本明細書において使用される専門用語は、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たものではない。本明細書において使用されるとき、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、とくに明示されない限り、複数形も含むことを意図している。「・・・を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「・・・を備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語が、本明細書において使用されるとき、そこで述べられている特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素が存在することを明示するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはこれらの組の存在または追加を除外しないことを、さらに理解できるであろう。「随意の（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」または「随意による（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、この語に続けて述べられる事象もしくは状況が、生じても、生じなくてもよく、この語に続けて述べられる構成要素または要素が、存在しても、存在しなくてもよく、説明が、そのような事象が生じる場合、またはそのような構成要素が存在する場合、ならびにそのような事象が生じない場合、またはそのような構成要素が存在しない場合を含むことを意味する。

或る要素または層が、別の要素または層に対して「上に」あり、「係合」し、「接続」され、あるいは「結合」していると言及される場合、他の要素または層に対して直接的に上にあり、係合し、接続され、あるいは結合しても、介在する要素または層が存在してもよい。対照的に、或る要素が別の要素または層に対して「直接的に上に」あり、「直接的に係合」し、「直接的に接続」され、あるいは「直接的に結合」していると言及される場合、介在する要素または層は存在しなくてよい。要素間の関係を説明するために使用される他の語も、同様のやり方で解釈されるべきである（例えば、「～の間に」に対して「直接的に～の間に」、「～に隣接して」に対して「直接的に～に隣接して」など）。本明細書において使用されるとき、「および／または」という用語は、関連して列挙された項目のうちの１つ以上からなるあらゆるすべての組み合わせを含む。

本開示の実施形態は、コジェネレーションプラントまたは複合サイクル発電プラント（ＣＣＰＰ）などの発電プラント用の排気制御ダンパシステムを提供する。このダンパシステムは、ガスタービン（ＧＴ）システムから熱回収システムへの排気流路に流体に関して結合するように構成されたフレームを含む。このダンパシステムは、排気流路を共同してカバーするフレーム内の少なくとも２つのルーバ型ダンパセットを含む。ルーバ型ダンパセットの各々は、複数のブレードを含んでいて、これら複数のブレードの角度をひとまとめに全開位置、全閉位置、および部分開位置のうちの１つに位置させることができる。ルーバ型ダンパセットを、熱回収蒸気発生器などの熱回収システムへのガス流の分配を制御するように調節することができる。さらに、このダンパシステムは、異なるルーバ型ダンパセットの位置を制御することによって、熱回収システムへの排気の質量流量の制御の改善も提供する。このダンパシステムは、従来からのバイパスシステムに追加することが可能であり、あるいは後付けの状況において従来からのバイパスシステムを置き換えることができる。

空気挿入システムが、フレームに動作可能に結合し、排気流路に空気流を挿入するように構成される。空気挿入システムは、空気を熱回収システムへの排気流と混合して、熱回収システムに進入する排気温度を制御することができる。空気挿入システムは、構成要素への熱応力の低減を可能にし、ＧＴシステムの効率を低下させることなくＳＴシステムの制御された温度での始動を提供する。したがって、ＧＴシステムを単純サイクルモードで始動させることができ、その後に、熱回収システムを、熱回収システムおよびＳＴシステムの要件（徐々に高くなる温度、低い熱応力、など）に応じて制御されたガス温度および質量流量で始動させることができる。

図１が、本開示の一実施形態による発電プラント１００を示している。発電プラント１００は、ガスタービン（ＧＴ）システム１０２および蒸気タービン（ＳＴ）システム１３４を含むことができる。ＧＴシステム１０２は、圧縮機１０４、燃焼器１０６、およびガスタービン１０８を含むことができる。発電プラント１００は、バイパススタック１１０および熱回収システム１１２をさらに含むことができる。図１には単一の構成要素が示されているが、本開示の実施形態は、そのようには限定されず、直列および／または並列に接続された複数の圧縮機、燃焼器、タービン、バイパススタック、および／または熱回収システムを含むことができる。一実施形態において、ＧＴシステム１０２は、サウスカロライナ州グリーンビルのＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている７ＨＡ．０３エンジンである。本開示は、いかなる特定のＧＴシステムにも限定されず、例えば、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙの他のＨＡ、Ｆ、Ｂ、ＬＭ、ＧＴ、ＴＭ、およびＥクラスのエンジンモデル、ならびに他社のエンジンモデルなど、他のエンジンに関連して実装することができる。

ガスタービン１０８を、１つ以上のシャフト１１６を介して圧縮機１０４および／または発電機１１４に結合させることができる。動作時に、圧縮機１０４は、入口フィルタ１１８を介して空気を受け取り、空気を圧縮し、圧縮された空気を燃焼器１０６に供給することができる。燃焼器１０６において、天然ガスなどの燃料を導入して燃焼させ、高温の燃焼ガスを発生させることができる。燃焼ガスをガスタービン１０８へと放出し、燃焼ガスの膨張によってガスタービン１０８を駆動して回転させることができる。ガスタービン１０８の回転を、シャフト１１６を介して発電機１１４を回転させて、電力を生成するために使用することができる。

ガスタービン１０８を、排気ダクト１２０を介して排気バイパススタック１１０および熱回収システム１１２に結合させることができる。排気ダクト１２０は、ガスタービン１０８からの高温の排気ガスを受け取るために、ガスタービン１０８の排気出口に結合した入口を含むことができる。排気ダクト１２０は、排気バイパススタック１１０に結合した第１の出口と、熱回収システム１１２に結合した第２の出口とを含むことができる。排気バイパススタック１１０は、高温の排気ガスを受け取り、例えば、任意の現時点において知られている浄化システムまたは後に開発される浄化システムを介して、発電プラント１００の外部に導くことができる。

熱回収システム１１２は、高温の排気ガス（以下では、「排気」）を受け取り、排気から熱を回収し、水を加熱し、蒸気を生成することができる。熱回収システムは、場合によっては、熱回収蒸気発生器（ｈｅａｔ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｓｔｅａｍ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）（ＨＲＳＧ）と呼ばれることもある。熱回収システム１１２は、蒸気を生成するためのボイラ１２２を含むことができる。一実施形態において、熱回収システム１１２は、ボイラ１２２内に補助燃焼ダクトバーナ１２４を含むことができる。蒸気を、蒸気によって回転するように構成されたＳＴシステム１３４に導くことができる。ＳＴシステム１３４の蒸気タービン１２６の回転が、シャフト１３０を介して発電機１２８を回転させて、さらなる電力を生成することができる。他の実施形態においては、熱回収システム１１２からの蒸気を、他の用途（例えば、加熱または脱塩）に使用してもよい。

図１に示されるように、排気ダクト１２０は、排気ダクト１２０の内部にバイパスダンパ１３２を含むことができる。バイパスダンパ１３２は、独立して拡張可能なダブルスキンブレードを備えたサンドイッチ型フラップであってよい。ブレードを、トグルレバーシステムによって作動させることができ、動力を油圧制御部によってもたらすことができる。バイパスダンパ１３２およびバイパスダンパ１３２のための駆動構成要素を、排気ガス環境に耐えることができる材料から製造することができる。バイパスダンパ１３２を、排気の流れを排気バイパススタック１１０または熱回収システム１１２に導くように制御することができる。バイパスダンパ１３２を、排気バイパススタック１１０または熱回収システム１１２への排気ガスの流れを完全に遮断するように構成することができる。例えば、コントローラ１３６が、バイパスダンパ１３２の位置を第１の位置（垂直）に制御して、熱回収システム１１２への排気の流れを遮断することができる。コントローラ１３６は、バイパスダンパ１３２の位置を第２の位置（水平）に制御して、排気バイパススタック１１０への排気の流れを遮断することができる。

フラット型のバイパスダンパ１３２が図１に示されているが、本開示の実施形態はそのように限定されず、他の種類のダンパを使用して、排気バイパススタック１１０および／または熱回収システム１１２への排気の流れを停止させることができる。例えば、バイプレーンダンパを、排気ダクト１２０の出口ならびに／あるいは排気バイパススタック１１０および／または熱回収システム１１２への入口に設置することができる。別の実施形態においては、ギロチンダンパまたはブランキングプレートを使用して、排気の流れを制御することができる。

発電プラント１００は、発電プラントの動作を監視するための１つ以上のセンサ１３８を含むことができる。センサ１３８は、温度、水分、流速、および／または排気の組成を監視することができる。発電プラント１００のコントローラ１３６は、センサ１３８からデータを受信し、データを分析して発電プラントの動作状態を判定し、センサ１３８から受信したデータに基づいて発電プラントの制御を生じさせることができる。

発電プラント１００は、熱回収システム１１２への導入前に排気についてさらなる制御をもたらすための排気制御ダンパシステム１４０（以下では、「ダンパシステム１４０」）をさらに含むことができる。排気ダクト１２０に流体に関して結合したダンパシステム１４０について、図２が斜視図を示し、図３が端面図を示し、図４が拡大斜視図を示している。

ダンパシステム１４０は、ＧＴシステム１０８（図１）から熱回収システム１１２への排気流路に流体に関して結合するように構成されたフレーム１４２を含む。排気流路は、任意の現時点において知られており、あるいは今後開発されるダクトまたは取り囲まれた経路を含むことができる。バイパスダンパ１３２（図１）と熱回収システム１１２との間で排気の流れを導くように構成されてよいフレーム１４２は、ダンパシステム１４０の一部分を収容する。フレーム１４２を、バイパスダンパ１３２に隣接させて、バイパスダンパ１３２の下流に配置することができる。フレーム１４２は、排気ダクト１２０または熱回収システム１１２に含まれてもよい。

図２に示されるように、フレーム１４２は、排気ダクト１２０の最も外側の部分をもたらすことができ、すなわち排気ダクト１２０の一部として挿入され、あるいは図３、図４、および図６に示されるように、排気ダクト１２０の一部分の内部に、例えば支持体１４８によって排気ダクト１２０の内側に離して取り付けられてよい。いずれの場合も、フレーム１４２は、フレーム１４２が配置される位置と同じまたは類似の形状および寸法のダクトを形成するように構成された任意の数のプレート部材１４４を含むことができる。例えば、図２においては、１つのプレート部材１４４が、フレーム１４２の下部および上部の各々を形成し、３つのプレート部材１４４が、フレーム１４２の側面の各々を形成する。フレーム１４２を、排気の環境に耐えることができる任意の材料で製作することができる。

フレーム１４２は、新規の発電プラント１００に結合させることが可能であり、あるいは既存の発電プラント１００に後付けされてもよい。この目的のために、フレーム１４２は、フレームのサイズの調整を可能にするように構成された調整部材１４６を有することができる。調整部材１４６は、さまざまなサイズの排気ダクト１２０および／または熱回収システム１１２に対応するようにフレーム１４２にさまざまなサイズを持たせることを可能にするための任意の現時点において知られており、あるいは今後開発される構造を含むことができる。一例においては、これに限られるわけではないが、調整部材１４６が、さまざまな異なる長さのプレート部材からの選択を含むことができる。

さらに、ダンパシステム１４０は、排気流路を共同してカバーするフレーム１４２内の少なくとも２つのルーバ型ダンパセット１５０を含む。ルーバ型ダンパセット１５０の各々は、複数のブレードまたはベーン１５２を含み、複数のブレードまたはベーン１５２の角度をひとまとめに、全開位置（図２の外側の２つに示されている）、全閉位置（図３の外側の２つに示されている）、および部分開位置（図２の中央の２つに示されている）のうちの１つに位置させることができる。部分開位置は、例えば、２５％、５０％、７５％など、全開位置と全閉位置との間のブレード１５２の任意の角度位置を含むことができる。いくつかのルーバ型ダンパセット１５０が同じ設定を有してもよいし、異なる設定を有してもよい。各々のルーバ型ダンパセット１５０が、他のルーバ型ダンパセット１５０から独立してそれぞれの複数のブレード１５２の角度位置を調整するように構成された位置伝達装置１５４を含むことができる。位置伝達装置１５４は、これに限られるわけではないが、各々のベーンに枢動可能に結合し、角度位置を変更するために直線的に移動することができる細長い部材など、複数のブレード１５２の角度位置を同時に変更するための任意の現時点において知られており、あるいは今後開発される機構を含むことができる。

さらに、各々のルーバ型ダンパセット１５０は、位置伝達装置１５４の動作を制御して、それぞれのルーバ型ダンパセット１５０を全開位置、全閉位置、および部分開位置のうちの１つに位置させるように構成されたアクチュエータ１５６を含むことができる。コントローラ１３６は、とりわけ、フレーム１４２を通る排気の質量流量を制御するように、各々のアクチュエータ１５６を制御することができる。アクチュエータ１５６は、例えば電気、油圧、空気圧など、位置伝達装置１５４を動かすことができる任意の適切な動力式のアクチュエータを含むことができる。例えば、アクチュエータ１５６は、位置伝達装置１５４に枢動可能に結合し、位置伝達装置１５４を垂直方向に直線的に移動させてブレード１５２の角度位置を変化させることができる回転アクチュエータ（図４に示されている）であってよく、あるいは位置伝達装置１５４に結合し、位置伝達装置１５４を垂直方向に直線的に移動させてブレード１５２の角度位置を変化させる直線アクチュエータであってよい。位置伝達装置１５４の種類に応じて、他のさまざまなアクチュエータを使用することも可能である。

図２～図４の各々には、４つのルーバ型ダンパセット１５０が示されているが、任意の数のセットを使用することができる。例えば、少なくとも２つまたは少なくとも３つのルーバ型ダンパセット１５０を使用することができる。各々のルーバ型ダンパセット１５０の複数のブレード１５２は、排気について所望の質量流量制御をもたらすことができる任意の数を含む。すなわち、ブレード１５２は、単なる通路の開閉を超える何かをもたらすために充分な数を有し、すなわち熱回収システム１１２への排気の質量流量およびＧＴシステム１０２への背圧を制御することができる制御された流量制限をもたらす。一例においては、これに限られるわけではないが、複数のブレード１５２が、少なくとも１０個の垂直方向に離間したダンパブレードを含むが、所望の流量制限をもたらすために充分な任意の数が可能である。

図示の例において、ブレード１５２は、垂直方向に間隔を空けて配置され、水平軸を中心にして回転する。ブレード１５２を、水平方向に間隔を空けて配置し、垂直軸を中心にして回転させ、すなわちフレーム１４２の側面にアクチュエータ１５６を備えてもよいと、容易に理解される。例えば図４および図６に示されるように、各々のルーバ型ダンパセット１５０を、フレーム１４２の一部分１５８によって隔てることができるが、これはすべての場合に必要というわけではない（図３を参照）。

さらに、ダンパシステム１４０は、フレーム１４２に動作可能に結合し、排気流路に空気流を挿入するように構成された空気挿入システム１６０（図２および図３）を含む。空気挿入システム１６０は、出力部を有する空気ポンプ１６２と、空気ポンプ１６２の出力部を排気流路に流体に関して連絡したフレーム１４２の少なくとも１つの開口部１６６へと流体に関して結合させる導管１６４とを含むことができる。導管１６４は、発電プラント１００における環境に耐え、空気流を所望の場所へと導くことができる任意の形態の配管を含むことができる。図２は、１つの開口部１６６を示し、図３、図４、および図６は、フレーム１４２の少なくとも一部分、例えば片側に沿って離間した複数の開口部１６６を示している。開口部の特定の配置が図示されているが、任意の数の開口部１６６をフレーム１４２の周りの任意の配置にて設けることが可能である。各々の開口部１６６は、空気ポンプ１６２からの空気流を排気流路に挿入するように構成されている。

図２において、空気ポンプ１６２はフレーム１４２の傍らに配置され、図３、図４、および図６において、空気ポンプ１６２はフレーム１４２に取り付けられている。任意の数の空気ポンプ１６２を使用することができる。図２および図３は、１つの空気ポンプ１６２を示し、図４および図６は、１対の空気ポンプ１６２を示している。空気を、発電プラント１００の周囲の大気または圧縮機１０４（図１）から得ることができる。一実施形態において、センサ１３８が、排気流（ガス）の温度を測定する。温度に基づいて、コントローラ１３６は、フレーム１４２内および／またはフレーム１４２の下流の排気流の残りの部分と混合されたときに熱回収システム１１２にとって望ましい排気温度が生じる量の空気をもたらすように、空気ポンプ１６２を制御することができる。

図１に示されるように、発電プラント１００は、空気または空気／ガス混合物を熱回収システム１１２から隔離するためのアイソレータ１７０をさらに含むことができる。アイソレータ１７０は、バイパスダンパ１３２およびダンパシステム１４０を熱回収システム１１２から隔離するように構成されたギロチンダンパまたはブランキングプレートであってよい。アイソレータ１７０を、ダンパシステム１４０（図示）またはバイパスダンパ１３２に隣接させて配置することができる。アイソレータ１７０は、排気ダクト１２０または熱回収システム１１２に含まれてもよい。アイソレータ１７０は、ダイバータバイパスダンパ１３２および／またはダンパシステム１４０と共に供給されるボルト付けされたプレートであってよく、発電プラント１００を単純サイクルにて動作させることができるように、熱回収システム１１２を動作させるまで所定の位置に留まることができる。一実施形態において、アイソレータ１７０は、断熱をもたらさなくてよい。

動作時に、発電プラント１００を、ガスタービン１０８の動作のみからエネルギを生成する単純サイクル、またはガスタービン１０８および熱回収システム１１２の動作からエネルギを生成する複合サイクルで動作するように制御することができる。単純サイクルにおいては、バイパスダンパ１３２を、熱回収システム１１２への排気の流れを遮断するために、第１の位置（垂直）に位置するように制御することができる。単純サイクルにおいて、ガスタービン１０８からの排気は、排気ダクト１２０を介して排気バイパススタック１１０に流れることができる。

複合サイクルにおいては、バイパスダンパ１３２を、排気バイパススタック１１０への排気の流れを遮断するために、第２の位置（水平）に位置するように制御することができる。複合サイクルにおいて、ガスタービン１０８からの排気は、排気ダクト１２０を介してダンパシステム１４０に流れ、最終的には、排気ガスからさらなるエネルギを回収するために熱回収システム１１２へと流れることができる。ダンパシステム１４０のコントローラ１３６は、ルーバ型ダンパセット１５０の位置および空気挿入システム１６０の動作を制御して、フレーム１４２の下流の排気流の温度、フレーム１４２の下流の排気の質量流量、およびフレーム１４２の上流、すなわちＧＴシステム１０８への背圧のうちの少なくとも１つを制御するように構成される。コントローラ１３６は、発電プラント１００の制御システムの一部であっても、別個のコントローラであってもよい。

発電プラント１００の始動時に、発電プラントを、単純サイクルまたは複合サイクルに設定することができる。単純サイクルでの始動のために、バイパスダンパ１３２を第１の位置（垂直）に設定して、熱回収システム１１２への排気の流れを遮断し、生成された排気を排気バイパススタック１１０へと流すことができる。ガスタービン１０８の始動後に、排気は排気ダクト１２０に導入され、排気のすべてが排気バイパススタック１１０を介して発電プラント１００の外部に流れる。所定の条件（例えば、所定の時間、温度、排気ガスの組成）が満たされた後に、バイパスダンパ１３２を、熱回収システム１１２への排気の流れを可能にし、排気バイパススタック１１０への排気の流れを遮断するように、第２の位置（水平）に遷移するように制御することができる。

第１の位置から第２の位置への遷移の最中に、排気の一部が熱回収システム１１２に流れることができ、排気の一部が排気バイパススタック１１０に流れることができる。遷移の速度を制御することによって、熱回収システム１１２に導入される排気の量を、急激な温度変化に起因する熱回収システム１１２の構成要素への応力を低減するように、バイパスダンパ１３２によって限定的なやり方であるが制御することができる。本開示の実施形態によれば、ダンパシステム１４０を、遷移中および遷移後の両方において、熱回収システム１１２の構成要素への応力を低減するために、排気流のさらなる制御をもたらすように動作させることができる。したがって、ダンパシステム１４０は、バイパスダンパ１３２のきめ細かい制御の欠如によって生じる発電プラント１００の熱回収システム１１２に対する危険性を、低減することができる。

例えば、ダンパシステム１４０は、排気ダクト１２０内の過度の圧力または低すぎる圧力に対する保護を提供することができる。さらに、ダンパシステム１４０は、乱流を除去し、熱回収システム１１２への排気の質量流量をより良好に制御することができる。空気挿入システム１６０は、排気温度の制御を可能にし、熱回収システム１１２または上流の構成要素に熱応力に対するさらなる保護を提供する。さらに、ダンパシステム１４０を、例えば排気ダクト１２０における過度の圧力の可能性を低減するために、バイパスダンパ１３２および熱回収システム１１２のスタックダンパ１７２と共に制御することもできる。

図５に示される別の実施形態においては、ダンパシステム１４０が、おそらくはアイソレータ１７０との併用において、バイパスダンパ１３２に取って代わることができ、したがってバイパスダンパ１３２がもたらすあらゆる欠点を取り除くことができる。図６に示される別の実施形態においては、わずか２つのルーバ型ダンパセット１５０が使用される。

本開示の実施形態は、熱回収システム１１２にさらなる排気制御をもたらすことができる排気制御ダンパシステム１４０を提供する。ダンパシステム１４０は、バイパスダンパ１３２と比べ、たとえ複数のゲートを使用するバイパスダンパ１３２と比べても、ＧＴシステム１０２においてより良好な背圧制御をもたらすことができる。例えば、本システムは、高速始動またはサイクリング動作の際に、ＧＴシステム１０２内の背圧をより低くする。したがって、本システムは、熱回収システム１１２において生じ得る熱応力を低減しつつ、ＧＴシステム１０２の迅速な始動を可能にする。さらに、ダンパシステム１４０は、部分的な開放において乱流または逆流を生じ得る単一ブレードバイパスダンパと比べ、信頼性がより高い。ダンパシステム１４０は、熱回収システム１１２への排気の質量流量の制御もさらに改善し、ＳＴシステム１３４の始動のさらなる制御を提供する。ダンパシステム１４０は、柔軟であり、調整可能であり、任意の構成または発電プラントの枠組みに新造または後付けのどちらでも容易に設置することができる。

本明細書および特許請求の範囲を通して本出願において使用されるとき、近似を表す文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動し得る任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語によって修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例において、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲の限定は組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈および文言がとくに指示しない限り、このような範囲は識別され、そこに包含されるすべての部分範囲を含む。範囲の特定の値に適用される「約」は、両端の値に適用され、値を測定する機器の精度にとくに依存しない限り、記載された値の＋／－１０％を示すことができる。

以下の特許請求の範囲におけるすべてのミーンズプラスファンクションまたはステッププラスファンクションの要素について、対応する構造、材料、動作、および均等物は、具体的に請求項に記載された他の請求項に記載の要素と組み合わせてその機能を実施するための一切の構造、材料、または動作を包含するように意図される。本開示の記述は、例示および説明の目的で提示されており、網羅的であることも、本開示を開示した形態に限定することも意図していない。多数の修正および変形が、本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく、当業者にとって明らかであろう。実施形態は、本開示の原理および実際の応用を最もうまく説明し、想定される特定の用途に適するようにさまざまに変更されるさまざまな実施形態について当業者が本開示を理解できるように、選択されて説明されている。

１００ 発電プラント
１０２ ガスタービン（ＧＴ）システム
１０４ 圧縮機
１０６ 燃焼器
１０８ ガスタービン、ＧＴシステム
１１０ 排気バイパススタック
１１２ 熱回収システム
１１４ 発電機
１１６ シャフト
１１８ 入口フィルタ
１２０ 排気ダクト
１２２ ボイラ
１２４ 補助燃焼ダクトバーナ
１２６ 蒸気タービン
１２８ 発電機
１３０ シャフト
１３２ ダイバータバイパスダンパ
１３４ 蒸気（ＳＴ）タービンシステム
１３６ コントローラ
１３８ センサ
１４０ 排気制御ダンパシステム
１４２ フレーム
１４４ プレート部材
１４６ 調整部材
１４８ 支持体
１５０ ルーバ型ダンパセット
１５２ ブレードまたはベーン
１５４ 位置伝達装置
１５６ アクチュエータ
１５８ フレームの一部分
１６０ 空気挿入システム
１６２ 空気ポンプ
１６４ 導管
１６６ 開口部
１７０ アイソレータ
１７２ スタックダンパ

Claims (15)

1. 複合サイクル発電プラント（１００）用の排気制御ダンパシステム（１４０）であって、
   ガスタービン（１０８）（ＧＴ）システム（１０２）から熱回収システム（１１２）への排気流路に流体に関して結合するように構成されたフレーム（１４２）と、
   前記フレーム（１４２）内にあり、前記排気流路を共同してカバーし、各々が複数のブレード（１５２）を含んでいて、該複数のブレード（１５２）の角度をひとまとめに全開位置、全閉位置、および部分開位置のうちの１つに位置させることができる少なくとも２つのルーバ型ダンパセット（１５０）と、
   前記フレーム（１４２）に動作可能に結合し、前記排気流路へと空気流を挿入するように構成された空気挿入システム（１６０）と
   を備える、排気制御ダンパシステム（１４０）。
2. 前記ルーバ型ダンパセット（１５０）の各々は、
   それぞれの複数のブレード（１５２）の角度位置を調整するように構成された位置伝達装置（１５４）と、
   前記位置伝達装置（１５４）の動作を制御して、前記それぞれのルーバ型ダンパセット（１５０）を前記全開位置、前記全閉位置、および前記部分開位置のうちの前記１つに位置させるように構成されたアクチュエータ（１５６）と
   を含む、請求項１に記載のダンパシステム（１４０）。
3. 空気挿入システム（１６０）は、
   出力部を有する空気ポンプ（１６２）と、
   前記空気ポンプ（１６２）の前記出力部を、前記排気流路に流体に関して連絡した前記フレーム（１４２）の少なくとも１つの開口部（１６６）へと流体に関して結合させる導管（１６４）と
   を含み、
   前記少なくとも１つの開口部（１６６）は、前記空気ポンプ（１６２）からの空気流を前記排気流路へと挿入するように構成されている、請求項１に記載のダンパシステム（１４０）。
4. 前記少なくとも１つの開口部（１６６）は、前記フレーム（１４２）の少なくとも一部分に沿って間隔を空けて配置された複数の開口部（１６６）を含む、請求項３に記載のダンパシステム（１４０）。
5. 前記空気ポンプ（１６２）は、１対の空気ポンプ（１６２）を含む、請求項３に記載のダンパシステム（１４０）。
6. 前記少なくとも２つのルーバ型ダンパセット（１５０）は、少なくとも３つのルーバ型ダンパセット（１５０）を含む、請求項１に記載のダンパシステム（１４０）。
7. 各々のルーバ型ダンパセット（１５０）の前記複数のブレード（１５２）は、少なくとも１０個の垂直方向に間隔を空けて配置されたダンパブレード（１５２）を含む、請求項１に記載のダンパシステム（１４０）。
8. 前記少なくとも２つのルーバ型ダンパセット（１５０）の位置および前記空気挿入システム（１６０）の動作を制御して、前記フレーム（１４２）の下流の排気流の温度、前記フレーム（１４２）の下流の排気の質量流量、および前記フレーム（１４２）の上流の背圧のうちの少なくとも１つを制御するように構成されたコントローラ（１３６）をさらに備える、請求項１に記載のダンパシステム（１４０）。
9. 前記フレーム（１４２）は、前記フレーム（１４２）のサイズの調整を可能にするように構成された調整部材（１４６）を有する、請求項１に記載のダンパシステム（１４０）。
10. 前記フレーム（１４２）は、排気ダクト（１２０）の一部分の内部に取り付けられる、請求項１に記載のダンパシステム（１４０）。
11. ガスタービン（１０８）（ＧＴ）システム（１０２）と、
    蒸気タービン（１２６）（ＳＴ）システム（１３４）と、
    前記ＧＴシステム（１０２）および前記ＳＴシステム（１３４）に動作可能に結合した熱回収蒸気発生器（１１２）と、
    排気制御ダンパシステム（１４０）と
    を備えており、
    前記排気制御ダンパシステム（１４０）は、
    ガスタービン（１０８）（ＧＴ）システム（１０２）から熱回収システム（１１２）への排気流路に流体に関して結合するように構成されたフレーム（１４２）と、
    前記フレーム（１４２）内にあり、前記排気流路を共同してカバーし、各々が複数のブレード（１５２）を含んでいて、該複数のブレード（１５２）の角度をひとまとめに全開位置、全閉位置、および部分開位置のうちの１つに位置させることができる少なくとも２つのルーバ型ダンパセット（１５０）と、
    前記フレーム（１４２）に動作可能に結合し、前記排気流路へと空気流を挿入するように構成された空気挿入システム（１６０）と
    を含んでいる、発電プラント（１００）。
12. 前記ルーバ型ダンパセット（１５０）の各々は、
    それぞれの複数のブレード（１５２）の角度位置を調整するように構成された位置伝達装置（１５４）と、
    前記位置伝達装置（１５４）の動作を制御して、前記それぞれのルーバ型ダンパセット（１５０）を前記全開位置、前記全閉位置、および前記部分開位置のうちの前記１つに位置させるように構成されたアクチュエータ（１５６）と
    を含む、請求項１１に記載の発電プラント（１００）。
13. 空気挿入システム（１６０）は、
    出力部を有する空気ポンプ（１６２）と、
    前記空気ポンプ（１６２）の前記出力部を、前記排気流路に流体に関して連絡した前記フレーム（１４２）の少なくとも１つの開口部（１６６）へと流体に関して結合させる導管（１６４）と
    を含み、
    前記少なくとも１つの開口部（１６６）は、前記空気ポンプ（１６２）からの空気流を前記排気流路へと挿入するように構成されている、請求項１１に記載の発電プラント（１００）。
14. 前記少なくとも１つの開口部（１６６）は、前記フレーム（１４２）の少なくとも一部分に沿って間隔を空けて配置された複数の開口部（１６６）を含む、請求項１３に記載の発電プラント（１００）。
15. 前記空気ポンプ（１６２）は、１対の空気ポンプ（１６２）を含む、請求項１３に記載の発電プラント（１００）。

Images