JP5442274B2

JP5442274B2 - 蒸気をタービンに送り込むためのシステム及び方法

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Publication number: JP5442274B2
Application number: JP2009041706A
Authority: JP
Inventors: ダニエル・フランシス・ホルツハウアー; フェルナンド・ハビアー・ダマト
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2029-02-25
Also published as: CN101519984A; CN101519984B; EP2372114A1; US7937928B2; US20090217665A1; JP2009209931A

Description

本発明は、総括的には複合サイクル発電システムに関し、より具体的には、蒸気をタービンに送り込むためのシステム及び方法に関する。

少なくとも幾つかの公知の複合サイクル発電システムは、少なくとも２つのガスタービンエンジンと少なくとも１つの蒸気タービンエンジンとを含む。各ガスタービンエンジンは、蒸気を発生させるのを可能にする熱回収蒸気発生器（「ＨＲＳＧ」）と流れ連通状態で結合される。具体的には、各ガスタービンエンジンからの排気ガスは、対応するＨＲＳＧに送り込まれて、それに限定されないが、蒸気タービンを駆動するなどのその他の発電プラントプロセスで使用するための蒸気を発生させる。

少なくとも幾つかの公知の複合サイクル発電システムでは、第１のガスタービンエンジンは、先行ガスタービンエンジンと呼ばれ、また第２のガスタービンエンジンは、遅延ガスタービンエンジンと呼ばれる。先行ガスタービンエンジンによって放出された排気ガスで発生させた蒸気は、初期に蒸気タービンに動力供給し、また遅延ガスタービンエンジンによって放出された排気ガスで発生させた蒸気は、後刻に蒸気タービンに送り込まれる。少なくとも幾つかの公知の複合サイクルシステムでは、遅延ガスタービン蒸気を蒸気タービン内に混合することにより、様々な蒸気タービン構成要素内に温度勾配が生じる。勾配の温度範囲に応じて、蒸気タービン内には熱応力が生じる可能性がある。さらに、混合蒸気の流量によっても、蒸気タービン内に応力が生じる可能性がある。その上、蒸気の温度に応じて、時の経過と共に、そのような応力は、蒸気タービン構成要素の有効寿命を短縮させ、また／又はタービンの性能に悪影響を与えるおそれがある。

蒸気タービンに熱応力が加わるのを防止するために、少なくとも幾つかの公知の複合サイクル発電システムでは、遅延ＨＲＳＧ内で発生させた蒸気を長時間かけて手動で混合する。しかしながら、遅延蒸気を蒸気タービン内に緩やかに混合することは、発電システムの全体効率を低下させることになるそれがある。

米国特許出願第２００７／００５５３９２号

１つの態様では、複合サイクル発電システムにおいて蒸気タービンを作動させる方法を提示する。本方法は、蒸気タービンに動力供給するのを可能にする第１の量の蒸気を第１の蒸気発生器から該蒸気タービンに送るステップと、蒸気タービンと流れ連通状態で結合された第２の蒸気発生器内で第２の量の蒸気を発生させるステップと、第２の量の蒸気が第２の蒸気発生器から蒸気タービンに送り込まれた場合における該蒸気タービン内の予測応力レベルを計算するステップとを含む。第２の量の蒸気を蒸気タービンに送り込む開始時間は、計算予測応力レベルが該蒸気タービンの所定の応力限界値を越えることがないように決定される。第２の量の蒸気は、決定開始時間に第２の蒸気発生器から蒸気タービンに自動的に送られる。

提示した本方法の第１の実施形態はさらに、計算予測応力レベルが蒸気タービンの所定の応力限界値を越えるのを防止するのを可能にするバイパス弁閉鎖速度を計算するステップを含む。

提示した本方法の別の実施形態ではさらに、第２の量の蒸気を蒸気タービンに送り込む開始時間を決定するステップがさらに、モデル予測制御を使用して該開始時間を決定するステップを含む。

提示した本方法のさらに別の実施形態ではさらに、第２の量の蒸気を蒸気タービンに送り込む開始時間を決定するステップがさらに、少なくとも１つの遮断弁及び少なくとも１つのバイパス弁の少なくとも１つを、第２の蒸気圧を第１の蒸気圧の所定の範囲内に維持するのを可能にするように制御するステップを含む。

提示した本方法のさらに別の実施形態ではさらに、第２の量の蒸気を蒸気タービンに送り込む開始時間を決定するステップがさらに、第１及び第２の蒸気流の化学組成を測定するステップと、第２の蒸気流の化学組成を第１の蒸気流の化学組成と比較して、該第２及び第１の蒸気流の混合物の化学組成が蒸気タービンの所定の作動パラメータの範囲内にあるかどうかを判定するステップとを含む。

提示した本方法のさらに別の実施形態はさらに、複数の蒸気タービン構成要素の温度を測定するステップと、複数の蒸気タービン構成要素の現在の応力変化速度を計算するステップと、第２の量の蒸気が第２の蒸気発生器から蒸気タービンに送り込まれた場合における複数の蒸気タービン構成要素の予測応力変化速度を計算するステップとを含む。

提示した本方法のさらに別の実施形態はさらに、少なくとも１つの遮断弁を決定開始時間に開放して、第２の量の蒸気を蒸気タービンに送り込むのを可能にするステップと、少なくとも１つのバイパス弁をバイパス弁閉鎖速度で閉鎖して、蒸気タービンに送られる第２の量の蒸気を増加させるのを可能にするステップとを含む。

別の態様では、複合サイクル発電システムにおいて蒸気タービンを作動させるための制御システムを提示する。本制御システムは、蒸気タービンに動力供給するのを可能にする第１の量の蒸気を第１の蒸気発生器から該蒸気タービンに送り、蒸気タービンと流れ連通状態で結合された第２の蒸気発生器内で第２の量の蒸気を発生させ、かつ第２の量の蒸気が第２の蒸気発生器から蒸気タービンに送り込まれた場合における該蒸気タービン内の予測応力レベルを計算するように構成される。本制御システムはまた、第２の量の蒸気を蒸気タービンに送り込む開始時間を、計算予測応力レベルが該蒸気タービンの所定の応力限界値を越えることがないように決定し、かつ決定開始時間に第２の蒸気発生器から蒸気タービンに第２の量の蒸気を自動的に送るように構成される。

提示した本制御システム対する第１の実施形態はまた、複数の蒸気タービン構成要素の温度を測定し、複数の蒸気タービン構成要素の現在の応力変化速度を計算し、かつ第２の量の蒸気が第２の蒸気発生器から蒸気タービンに送り込まれた場合における複数の蒸気タービン構成要素の予測応力変化速度を計算するように構成される。

提示した本制御システム対する別の実施形態はまた、少なくとも１つの遮断弁及び少なくとも１つのバイパス弁の少なくとも１つを、第２の蒸気圧を第１の蒸気圧の所定の範囲内に維持するのを可能にするように制御するように構成される。

提示した本制御システム対するさらに別の実施形態はまた、第１及び第２の蒸気流の化学組成を測定し、かつ第２の蒸気流の化学組成を第１の蒸気流の化学組成と比較して、該第２の蒸気流及び第１の蒸気流の混合物の化学組成が蒸気タービンの所定の作動パラメータの範囲内にあるかどうかを判定するように構成される。

提示した本制御システム対するさらに別の実施形態はまた、計算予測応力レベルが蒸気タービンの所定の応力限界値を越えるのを防止するのを可能にするバイパス弁閉鎖速度を計算するように構成される。

提示した本制御システム対するさらに別の実施形態はまた、少なくとも１つの遮断弁を決定開始時間に開放して、第２の量の蒸気を蒸気タービンに送り込むのを可能にし、かつ少なくとも１つのバイパス弁をバイパス弁閉鎖速度で閉鎖して、蒸気タービンに送られる第２の量の蒸気を増加させるのを可能にするように構成される。

提示した本制御システム対するさらに別の実施形態はまた、予測応力レベルを計算し、かつモデル予測制御を使用して開始時間を決定するように構成される。

さらに別の態様では、複合サイクル発電システムを提示する。本複合サイクル発電システムは、蒸気タービンと、蒸気タービンと流れ連通状態で結合された第１の蒸気発生器と流れ連通状態で結合された第１の燃焼タービンと、蒸気タービンと流れ連通状態で結合された第２の蒸気発生器と流れ連通状態で結合された第２の燃焼タービンとを含む。本システムはまた、第１の蒸気発生器、第２の蒸気発生器及び蒸気タービンの少なくとも１つに相互通信状態で結合された制御装置を含む。制御装置は、蒸気タービンに動力供給するのを可能にする第１の量の蒸気を第１の蒸気発生器から該蒸気タービンに送り、蒸気タービンと流れ連通状態で結合された第２の蒸気発生器内で第２の量の蒸気を発生させ、かつ第２の量の蒸気が第２の蒸気発生器から蒸気タービンに送り込まれた場合における該蒸気タービン内の予測応力レベルを計算するように構成される。制御装置はまた、第２の量の蒸気を蒸気タービンに送り込む開始時間を、計算予測応力レベルが該蒸気タービンの所定の応力限界値を越えることがないように決定し、かつ決定開始時間に第２の蒸気発生器から蒸気タービンに第２の量の蒸気を自動的に送るように構成される。

提示した本複合サイクル発電システム対する第1の実施形態はまた、計算予測応力レベルが蒸気タービンの所定の応力限界値を越えるのを防止するのを可能にするバイパス弁閉鎖速度を計算するように構成される。

提示した本複合サイクル発電システム対する別の実施形態はまた、第１及び第２の蒸気流の化学組成を測定し、かつ第２の蒸気流の化学組成を第１の蒸気流の化学組成と比較して、該第２の蒸気流及び第１の蒸気流の混合物の化学組成が蒸気タービンの所定の作動パラメータの範囲内にあるかどうかを判定するように構成される。

提示した本複合サイクル発電システム対するさらに別の実施形態はまた、少なくとも１つの遮断弁及び少なくとも１つのバイパス弁の少なくとも１つを、第２の蒸気圧を第１の蒸気圧の所定の範囲内に維持するのを可能にするように制御するように構成される。

提示した本複合サイクル発電システム対するさらに別の実施形態はまた、少なくとも１つの遮断弁を決定開始時間に開放して、第２の量の蒸気を蒸気タービンに送り込むのを可能にし、かつ少なくとも１つのバイパス弁をバイパス弁閉鎖速度で閉鎖して、蒸気タービンに送られる第２の量の蒸気を増加させるのを可能にするように構成される。

提示した本複合サイクル発電システム対するさらに別の実施形態はまた、複数の蒸気タービン構成要素の温度を測定し、複数の蒸気タービン構成要素の現在の応力変化速度を計算し、かつ第２の量の蒸気が第２の蒸気発生器から蒸気タービンに送り込まれた場合における複数の蒸気タービン構成要素の予測応力変化速度を計算するように構成される。

例示的な複合サイクル発電システムの概略図。図１に示す複合サイクル発電システムを作動させる例示的な方法のフロー図。

図１は、例示的な複合サイクル発電システム１０の概略図である。一般的に、システム１０は、先行側１２と遅延側１４とを含む。この例示的な実施形態では、先行側１２は、遅延側１４と実質的に同一である。

先行側１２は、第１の蒸気つまり先行蒸気（図示せず）を発生させるのを可能にする熱回収蒸気発生器（「ＨＲＳＧ」）１８と流れ連通状態で結合されたガスタービンエンジン１６を含む。ＨＲＳＧ１８は、蒸気タービン組立体２０と流れ連通状態で結合される。この例示的な実施形態では、蒸気タービン組立体２０は、高圧（「ＨＰ」）タービン２２、中圧（「ＩＰ」）タービン２４及び低圧（「ＬＰ」）タービン２６を含む。ＩＰタービン２４は、一層詳しく後述するＩＰ−ＬＰクロスオーバヘッダ２８を使用して、ＬＰタービン２６に流れ連通状態で結合される。タービン２２、２４及び２６は各々、ロータシャフト３０に結合される。さらに、この例示的な実施形態では、ロータシャフト３０はまた、発電機３２に結合される。

この例示的な実施形態では、先行ガスタービンエンジン１６は、圧縮機３４、燃焼器３６及びタービン３８を含む。圧縮機３４は、燃焼器３６と流れ連通状態で結合され、燃焼器３６は、タービン３８の上流に流れ連通状態で結合される。圧縮機３４及びタービン３８は各々、ロータシャフト４０に結合される。さらに、この例示的な実施形態では、ロータシャフト４０は、発電機４２に結合される。

作動時に、ガスタービンエンジン１６に流入する空気は、圧縮機３４によって加圧され、次に燃焼器３６に送られる。燃焼器３６は、燃料源（図示せず）から燃料４４を受け、燃料４４及び空気を混合した後に、それら混合気に点火して高温燃焼ガス４６を形成する。燃焼ガス４６は、タービン３８に送られて、これを回転させる。従って、タービン３８の回転により、シャフト４０が発電機４２を回転させ、発電機４２が電気を発生させる。さらに、この例示的な実施形態では、燃焼ガス４６は、タービン３８から放出されかつＨＲＳＧ１８に送られて、該ＨＲＳＧ１８を通して送られた水を加熱するのを可能にして、ＨＲＳＧ１８内で蒸気を発生させるようになる。ＨＲＳＧ１８は、システム１０が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆるタイプのＨＲＳＧとすることができることを理解されたい。

この例示的な実施形態では、ＨＲＳＧ１８は、ＨＰドラム４８、ＩＰドラム５０及びＬＰドラム５２を含む。ＨＰドラム４８は、ＨＰ蒸気ヘッダ５４と流れ連通状態で結合されて、一層詳しく後述するように、ＨＰ蒸気が蒸気タービン２０のＨＰタービン２２に送られるのを可能にする。さらに、ＩＰドラム５０は、ＩＰ蒸気ヘッダ５６と流れ連通状態で結合されて、一層詳しく後述するように、ＩＰ蒸気つまり高温再熱蒸気が蒸気タービン２０のＩＰタービン２４に送られるのを可能にする。ＬＰドラム５２は、ＬＰ蒸気ヘッダ５８と流れ連通状態で結合されて、一層詳しく後述するように、ＬＰ蒸気が蒸気タービン２０のＬＰタービン２６に送られるのを可能にする。

この例示的な実施形態では、ＨＰ蒸気ヘッダ５４は、少なくとも１つの圧力及び温度（「ＰＴ」）センサ６０、少なくとも１つのＨＰ遮断弁６２、並びに少なくとも１つのＨＰバイパス弁６４を含む。ＰＴセンサ６０は、ＨＰ蒸気ヘッダ５４及び／又はＨＰドラム４８内のＨＰ蒸気の圧力及び温度を測定する。この例示的な実施形態では、ＨＰ蒸気ヘッダ５４は、少なくとも１つのＨＰ遮断弁６２を介してＨＰタービン２２と、及び／又は少なくとも１つのＨＰバイパス弁６４を介して低温再熱蒸気ヘッダ６６と流れ連通状態で結合される。一層詳しく後述するように、この例示的な実施形態では、ＨＰ遮断弁６２は、ＨＰ蒸気がＨＰタービン２２に送られるのを可能にするように開放されるか、又はＨＰ蒸気がＨＰタービン２２に送られるのを実質的に防止するように閉鎖されるかのいずれかである。それに代えて、ＨＰ遮断弁６２は、ＨＰ蒸気の少なくとも一部分をＨＰタービン２２に送るのを可能にするように可変調整することができる。この例示的な実施形態では、ＨＰバイパス弁６４は、低温再熱蒸気ヘッダ６６に送られるＨＰ蒸気の量を調量する絞りタイプの弁である。それに代えて、ＨＰバイパス弁６４は、システム１０が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆるタイプの弁とすることができる。

低温再熱蒸気ヘッダ６６は、少なくとも１つの低温再熱遮断弁６８を含む。さらに、この例示的な実施形態では、低温再熱蒸気ヘッダ６６は、ＨＲＳＧ１８と流れ連通状態で結合される。より具体的には、この例示的な実施形態では、低温再熱遮断弁６８は、ＨＰタービン２２とＨＲＳＧ１８との間に結合されて、一層詳しく後述するように、ＨＰタービン２２から放出されかつＨＲＳＧ１８に送られる低温再熱蒸気の流量を制御するのを可能にする。

この例示的な実施形態では、ＩＰ蒸気ヘッダ５６は、少なくとも１つのＰＴセンサ７０、少なくとも１つの高温再熱ＩＰ遮断弁７２及び少なくとも１つのＩＰバイパス弁７４を含む。ＰＴセンサ７０は、ＩＰ蒸気ヘッダ５６及び／又はＩＰドラム５０内のＩＰ蒸気の圧力及び温度を測定する。さらに、ＩＰ蒸気ヘッダ５６は、少なくとも１つの高温再熱ＩＰ遮断弁７２を介してＩＰタービン２４と、及び／又は少なくとも１つのＩＰバイパス弁７４を介して凝縮器７６と流れ連通状態で結合される。この例示的な実施形態では、ＩＰ遮断弁７２は、ＩＰ蒸気をＩＰタービン２４に送るように開放されるか、又はＩＰ蒸気がＩＰタービン２４に送られるのを実質的に防止するように閉鎖されるかのいずれかである。それに代えて、ＩＰ遮断弁７２は、ＩＰ蒸気の少なくとも一部分をＩＰタービン２４に送るのを可能にする複数位置に調整することができる。この例示的な実施形態では、ＩＰバイパス弁７４は、凝縮器７６に送られるＩＰ蒸気の量を調量する絞りタイプの弁である。それに代えて、ＩＰバイパス弁７４は、システム１０が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆるタイプの弁とすることができる。

この例示的な実施形態では、ＬＰ蒸気ヘッダ５８は、少なくとも１つのＰＴセンサ７８、少なくとも１つのＬＰ遮断弁８０及び少なくとも１つのＬＰバイパス弁８２を含む。ＰＴセンサ７８は、ＬＰ蒸気ヘッダ５８及び／又はＬＰドラム５２内のＬＰ蒸気の圧力及び温度を測定する。この例示的な実施形態では、ＬＰ蒸気ヘッダ５８は、少なくとも１つのＬＰ遮断弁８０を介してＬＰタービン２６と、及び／又は少なくとも１つのＬＰバイパス弁８２を介して凝縮器７６と流れ連通状態で結合される。この例示的な実施形態では、ＬＰ遮断弁８０は、ＬＰ蒸気をＬＰタービン２６に送るのを可能にするように開放されるか、又はＬＰ蒸気がＬＰタービン２６に送られるのを実質的に防止するように閉鎖されるかのいずれかである。それに代えて、ＬＰ遮断弁８０は、ＬＰタービン２６に送られるＬＰ蒸気の量を調量する複数位置に調整することができる。この例示的な実施形態では、ＬＰバイパス弁８２は、凝縮器７６に送られるＬＰ蒸気の量を調量する絞りタイプの弁である。それに代えて、ＬＰバイパス弁８２は、システム１０が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆるタイプの弁とすることができる。

この例示的な実施形態では、遅延側１４は、蒸気タービン２０のための蒸気を発生させるのを可能にするＨＲＳＧ１１８と流れ連通状態で結合されたガスタービンエンジン１１６を含む。ＨＲＳＧ１１８は、蒸気タービン２０と流れ連通状態で結合される。この例示的な実施形態では、ガスタービンエンジン１１６は、圧縮機１３４、燃焼器１３６及びタービン１３８を含む。圧縮機１３４は、燃焼器１３６と流れ連通状態で結合され、燃焼器１３６は、タービン１３８の上流に流れ連通状態で結合される。圧縮機１３４及びタービン１３８は各々、ロータシャフト１４０に結合される。さらに、この例示的な実施形態では、ロータシャフト１４０は、発電機１４２に結合される。ガスタービンエンジン１１６は、先行ガスタービンエンジン１６と実質的に同一であり、従って遅延ガスタービンエンジン１１６の作動は、先行ガスタービンエンジン１６の作動と実質的に同一である。

この例示的な実施形態では、ＨＲＳＧ１１８は、ＨＰドラム１４８、ＩＰドラム１５０及びＬＰドラム１５２を含む。ＨＰドラム１４８は、ＨＰ蒸気ヘッダ１５４と流れ連通状態で結合されて、一層詳しく後述するように、ＨＰ蒸気が蒸気タービン２０のＨＰタービン２２に送られるのを可能にする。さらに、ＩＰドラム１５０は、ＩＰ蒸気ヘッダ１５６と流れ連通状態で結合されて、一層詳しく後述するように、ＩＰ蒸気つまり高温再熱蒸気が蒸気タービン２０のＩＰタービン２４に送られるのを可能にする。ＬＰドラム１５２は、ＬＰ蒸気ヘッダ１５８と流れ連通状態で結合されて、一層詳しく後述するように、ＬＰ蒸気が蒸気タービン２０のＬＰタービン２６に送られるのを可能にする。

この例示的な実施形態では、ＨＰ蒸気ヘッダ１５４は、少なくとも１つのＰＴセンサ１６０、少なくとも１つのＨＰ遮断弁１６２及び少なくとも１つのＨＰバイパス弁１６４を含む。ＰＴセンサ１６０は、ＨＰ蒸気ヘッダ１５４及び／又はＨＰドラム１４８内のＨＰ蒸気の圧力及び温度を測定する。この例示的な実施形態では、ＨＰ蒸気ヘッダ１５４は、少なくとも１つのＨＰ遮断弁１６２を介してＨＰタービン２２と、及び／又は少なくとも１つのＨＰバイパス弁１６４を介して低温再熱蒸気ヘッダ１６６と流れ連通状態で結合される。一層詳しく後述するように、この例示的な実施形態では、ＨＰ遮断弁１６２は、ＨＰ蒸気がＨＰタービン２２に送られるのを可能にするように開放されるか、又はＨＰ蒸気がＨＰタービン２２に送られるのを実質的に防止するように閉鎖されるかのいずれかである。それに代えて、ＨＰ遮断弁１６２は、ＨＰ蒸気の少なくとも一部分をＨＰタービン２２に送るのを可能にする複数位置に調整することができる。この例示的な実施形態では、ＨＰバイパス弁１６４は、低温再熱蒸気ヘッダ１６６に送られるＨＰ蒸気の量を調量する絞りタイプの弁である。それに代えて、ＨＰバイパス弁１６４は、システム１０が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆるタイプの弁とすることができる。

低温再熱蒸気ヘッダ１６６は、少なくとも１つの低温再熱遮断弁１６８を含む。さらに、低温再熱蒸気ヘッダ１６６は、ＨＲＳＧ１１８と流れ連通状態で結合される。より具体的には、この例示的な実施形態では、低温再熱遮断弁１６８は、ＨＰタービン２２とＨＲＳＧ１８との間に結合されて、一層詳しく後述するように、ＨＰタービン２２からＨＲＳＧ１１８への低温再熱蒸気の流量を制御するのを可能にする。

この例示的な実施形態では、ＩＰ蒸気ヘッダ１５６は、少なくとも１つのＰＴセンサ１７０、少なくとも１つの高温再熱ＩＰ遮断弁１７２及び少なくとも１つのＩＰバイパス弁１７４を含む。ＰＴセンサ１７０は、ＩＰ蒸気ヘッダ１５６及び／又はＩＰドラム１５０内のＩＰ蒸気の圧力及び温度を測定する。さらに、ＩＰ蒸気ヘッダ１５６は、少なくとも１つの高温再熱ＩＰ遮断弁１７２を介してＩＰタービン２４と、及び／又は少なくとも１つのＩＰバイパス弁１７４を介して凝縮器７６と流れ連通状態で結合される。この例示的な実施形態では、ＩＰ遮断弁１７２は、ＩＰ蒸気がＩＰタービン２４に送られるのを可能にするように開放されるか、又はＩＰ蒸気がＩＰタービン２４に送られるのを実質的に防止するように閉鎖されるかのいずれかである。それに代えて、ＩＰ遮断弁１７２は、ＩＰ蒸気の少なくとも一部分をＩＰタービン２４に送る可変位置に調整することができる。この例示的な実施形態では、ＩＰバイパス弁１７４は、凝縮器７６に送られるＩＰ蒸気の量を調量する絞りタイプの弁である。それに代えて、ＩＰバイパス弁１７４は、システム１０が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆるタイプの弁とすることができる。

この例示的な実施形態では、ＬＰ蒸気ヘッダ１５８は、少なくとも１つのＰＴセンサ１７８、少なくとも１つのＬＰ遮断弁１８０及び少なくとも１つのＬＰバイパス弁１８２を含む。ＰＴセンサ１７８は、ＬＰ蒸気ヘッダ１５８及び／又はＬＰドラム１５２内のＬＰ蒸気の圧力及び温度を測定する。この例示的な実施形態では、ＬＰ蒸気ヘッダ１５８は、少なくとも１つのＬＰ遮断弁１８０を介してＬＰタービン２６と、及び／又は少なくとも１つのＬＰバイパス弁１８２を介して凝縮器７６と流れ連通状態で結合される。この例示的な実施形態では、ＬＰ遮断弁１８０は、ＬＰ蒸気がＬＰタービン２６に送られるのを可能にするように開放されるか、又はＬＰ蒸気がＬＰタービン２６に送られるのを実質的に防止するように閉鎖されるかのいずれかとすることができる。それに代えて、ＬＰ遮断弁１８０は、ＬＰタービン２６に向かって送られるＬＰ蒸気の少なくとも一部分を調量する可変位置に調整することができる。この例示的な実施形態では、ＬＰバイパス弁１８２は、凝縮器７６に送られるＬＰ蒸気の量を調量する絞りタイプの弁である。それに代えて、ＬＰバイパス弁１８２は、システム１０が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆるタイプの弁とすることができる。

この例示的な実施形態では、遅延側１４は、先行側１２と実質的に同一である。従って、先行側１２の構成要素の以下の作動説明は、遅延側１４の作動及び構成要素にも当てはまる。この例示的な実施形態では、作動時に、先行ガスタービン１６から放出された燃焼ガス４６は、ＨＲＳＧ１８に送り込まれて、該ＨＲＳＧ１８で蒸気を発生させるのを可能にする。具体的には、燃焼ガス４６は、ＨＲＳＧ１８内で水を加熱して、ＨＰ、ＩＰ及びＬＰドラム４８、５０及び５２内に蒸気を発生させるのを可能にする。ＨＰドラム４８内に発生させたＨＰ蒸気は、先行ＨＰ蒸気ヘッダ５４に送られる。この例示的な実施形態では、ＨＰ遮断弁６２は、先行ＨＰ蒸気ヘッダ５４からＨＰタービン２２に送られるＨＰ蒸気の量を制御する。さらに、ＨＰバイパス弁６４は、先行低温再熱蒸気ヘッダ６６に送られ、その後先行ＨＲＳＧ１８に送り込まれるＨＰ蒸気の量を制御する。従って、弁６４は、ＨＰドラム４８及び／又は先行ＨＰ蒸気ヘッダ５４内の蒸気圧を制御する。この例示的な実施形態では、ＨＰタービン２２に送られた蒸気は、これを回転させる。さらに、タービン２２及びシャフト３０の回転により、発電機３２の回転が生じ、発電機３２は、発電するのを可能にする。ＨＰタービン２２から放出された低温再熱蒸気は、低温再熱遮断弁６８を介して低温再熱蒸気ヘッダ６６を通してＨＲＳＧ１８に送られる。

この例示的な実施形態では、低温再熱蒸気は、先行ＨＲＳＧ１８内で再加熱され、ＩＰドラム５０内に発生させたＩＰ蒸気と混合される。ＩＰ蒸気は、先行ＩＰ蒸気ヘッダ５６に送られる。この例示的な実施形態では、ＩＰ遮断弁７２は、ＩＰ蒸気ヘッダ５６からＩＰタービン２４に送られるＩＰ蒸気の量を制御する。さらに、ＩＰバイパス弁７４は、先行ＩＰ蒸気ヘッダ５６から凝縮器７６に送られるＩＰ蒸気の量を制御し、従ってＩＰドラム５０及び／又は先行ＩＰ蒸気ヘッダ５６内の蒸気圧を制御する。この例示的な実施形態では、ＩＰタービン２４に送られたＩＰ蒸気は、これを回転させる。タービン２４及びシャフト３０の回転により、発電機３２が回転し、発電機３２が、発電するのを可能にする。ＩＰタービン２４から放出された蒸気は、ＩＰ−ＬＰクロスオーバヘッダ２８を介してＬＰタービン２６に送り込まれ、ＬＰタービン２６及びシャフト３０を回転させる。

さらに、この例示的な実施形態では、ＬＰドラム５２内に発生させたＬＰ蒸気は、ＬＰ蒸気ヘッダ５８に送り込まれる。この例示的な実施形態では、ＬＰ遮断弁８０は、ＬＰ蒸気ヘッダ５８からＬＰタービン２６にＬＰ蒸気を送るのを可能にする。さらに、ＬＰバイパス弁８２は、ＬＰ蒸気を凝縮器７６に送るのを可能にして、ＬＰドラム５２及び／又はＬＰ蒸気ヘッダ５８内のＬＰ蒸気の圧力を制御するのを可能にする。この例示的な実施形態では、先行ＬＰ蒸気ヘッダ５８からＬＰタービン２６に送られたＬＰ蒸気は、これを回転させる。タービン２６及びシャフト３０の回転は、発電機３２を回転させ、発電機３２が、発電するのを可能にする。ＬＰタービン２６から放出された蒸気は、凝縮器７６に送られる。

この例示的な実施形態では、システム１０はまた、複数の構成要素に相互通信状態で結合された制御装置８４を含み、これらの構成要素には、それに限定されないが、遮断弁６２、６８、７２、８０、１６２、１６８、１７２及び１８０、バイパス弁６４、７４、８２、１６４、１７４及び１８２、タービン２２、２４及び２６、並びに複数のＰＴセンサ６０、７０、７８、１６０、１７０及び１７８が含まれる。具体的には、この例示的な実施形態では、制御装置８４は、システム１０内の構成要素の各々に信号を送信し、また該構成要素の各々から信号を受信する。１つの実施形態では、制御装置８４は、本システム１０が本明細書に記載したように機能するのを可能にする、ニューヨーク州スケネクタディ所在のＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓから購入可能なＭａｒｋＶＩＳＰＥＥＤＴＲＯＮＩＣ（商標）コントローラのようなあらゆる適当な制御装置である。この例示的な実施形態では、制御装置８４は、以下に述べる処理を実行するように制御装置８４を構成したエンジン制御ソフトウエアを含むプロセッサベースのシステムである。本明細書で使用する場合に、「プロセッサ」という用語は、当技術分野において正にプロセッサと呼ばれる集積回路に限定されるものではなく、広くコンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラム可能論理コントローラ、アプリケーション専用集積回路、及びその他のプログラム可能回路を意味している。

制御装置８４は、プロセッサ（図示せず）、メモリ（図示せず）、複数の入力チャネル（図示せず）及び複数の出力チャネル（図示せず）を含み、またコンピュータ（図示せず）を含むことができる。本明細書で使用する場合に、コンピュータという用語は、当技術分野において正にコンピュータと呼ばれる集積回路に限定されるものではなく、広くプロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラム可能論理コントローラ、アプリケーション専用集積回路、及びその他のプログラム可能回路を指しており、またこれらの用語は、本明細書では互換可能に使用する。この例示的な実施形態では、メモリは、それに限定されないが、ランダムアクセスメモリのようなコンピュータ可読媒体を含むことができる。それに代えて、大容量記憶装置（図示せず）を使用して、制御装置８４が大量のデータを恒久的に保持するのを可能にすることができる。大容量記憶装置には、フロッピー（商標）ディスク、ハードディスク及び光ディスクのようなあらゆるタイプのディスクドライブ、並びにテープからデータ読出しまたテープ上にデータを書込むことができるテープドライブを含むことができ、そのようなテープとしては、デジタルオーディオテープ（「ＤＡＴ」）、デジタルリニアテープ（「ＤＬＴ」）又はその他の磁気コード媒体を含むことができる。また、この例示的な実施形態では、複数の入力チャネルは、それに限定されないが、マウス及びキーボードのようなオペレータインタフェースに関連したコンピュータ周辺装置に相当するものとすることができる。それに代えて、例えばスキャナのようなその他のコンピュータ周辺装置も使用することができる。さらに、この例示的な実施形態では、複数の出力チャネルには、それに限定されないが、オペレータインタフェースモニタを含むことができる。

この例示的な実施形態では、制御装置８４は、本明細書で説明するようにデータ伝送を可能にする複数のワイヤカップリング８６を介してシステム構成要素に相互通信状態で結合される。別の実施形態では、制御装置８４は、システム１０が本明細書に記載したように機能するのを可能にするトランシーバ又はあらゆるその他の無線通信装置を介して、システム構成要素に対しワイヤレス方式で結合される。別の実施形態では、制御装置８４は、遠隔位置に置くことができ、またそれに限定されないが、ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）、ワイヤレスＬＡＮ及び／又はワイドエリアネットワーク（「ＷＡＮ」）のようなネットワークを介してシステム１０の構成要素と通信することができる。

制御装置８４は、システム構成要素から複数の入力を受信し、それらの入力を処理し、少なくとも１つのプログラムアルゴリズム及び／又は離散的状況に基づいて適切な出力を作成しかつ適正なシステム構成要素に信号を送信して、それらの構成要素を制御する。この例示的な実施形態では、制御装置８４は、予測アルゴリズムを利用する。１つの実施形態では、制御装置８４は、ニューヨーク州スケネクタディ所在のＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓに譲渡されたＤ‘Ａｍａｔｏの米国特許出願第２００７／００５５３９２号に記載されているようなモデル予測制御（「ＭＰＣ」）アルゴリズムを利用する。それに代えて、制御装置８４は、システム１０が本明細書に記載したように機能するのを可能にするあらゆるアルゴリズム及び／又はプログラムを利用することができる。一層詳しく後述するように、この例示的な実施形態では、アルゴリズムは、遅延ＨＲＳＧ１８内で発生された遅延蒸気が蒸気タービン２０内に送り込まれるか又は混合された場合における、蒸気タービン２０内の将来の温度勾配、圧力差又は応力を予測する。予測アルゴリズムは、蒸気タービン２０の予測応力を制御装置８４内に記憶させた蒸気タービン２０の所定の作動パラメータと比較する。

この例示的な実施形態では、制御装置８４は、先行及び遅延ガスタービンエンジ１６及び１１６によって発生された蒸気が、蒸気タービン２０内のあらゆる構成要素に過大応力を加えることなく蒸気タービン２０に送り込まれるのを可能にするようにシステム構成要素を制御する。より具体的には、制御装置８４は、蒸気タービン２０内に生じる応力を蒸気タービン２０の所定の作動パラメータの範囲内のレベルまで低下させるのを可能にする。さらに、制御装置８４は、遅延蒸気を蒸気タービン２０内に混合するのに必要な時間量を最少にするのを可能にする。従って、制御装置８４は、蒸気タービン２０に過大応力が加わるのを防止するのを可能にし、かつ蒸気タービン２０の効率及び寿命を増大させるのを可能にする。

この例示的な実施形態では、その中に遅延蒸気を混合するのに先立って、蒸気タービン２０に十分な量の先行蒸気を供給して、蒸気タービン２０に動力供給するのを可能にする。蒸気タービン２０に先行蒸気を供給するために、オペレータは、先ず始めにガスタービンエンジン１６を先行タービンとして指定し、また従ってＨＲＳＧ１８を先行ＨＲＳＧとして使用する。従って、エンジン１１６及びＨＲＳＧ１１８は、遅延構成要素として使用される。先行ガスタービンエンジン１６が指定されると、ガスタービンエンジン１６の作動が開始されて、燃焼ガス４６がＨＲＳＧ１８に送られるようになって、ガスタービンエンジン１６が回転される。

ＨＲＳＧ１８から蒸気タービン２０に蒸気を送り込むのに先立って、ヘッダ５４、５６及び５８内には十分な量の蒸気圧を発生させる。この例示的な実施形態では、制御装置８４は、遮断弁６２、７２及び８０並びにバイパス弁６４、７４及び８２を選択的に位置決めすることにより、先行ＨＰ、ＩＰ及びＬＰヘッダ５４、５６及び５８内の圧力を制御する。より具体的には、この例示的な実施形態では、制御装置８４は、論理ＨＰ設定ポイントＳＰ１及びＳＰ２（一層詳しく後述する）を使用して、ＨＰ遮断弁６２及びＨＰバイパス弁６４を制御する。より具体的には、この例示的な実施形態では、制御装置８４は、先行ＨＰ蒸気ヘッダ５４内に発生された蒸気が、時間の経過と共に、蒸気タービン２０の所定の作動パラメータを越えることなく蒸気タービン２０に送られることを保証するように弁６２及び６４を制御する。具体的には、この例示的な実施形態では、制御装置８４は、ＨＰタービン２２の所定の作動パラメータに基づいて、該ＨＰタービン２２に送り込むことができる先行ＨＰ蒸気ヘッダ５４内の最低許容圧力と実質的に等しくなるようにＨＰ設定ポイントＳＰ１を設定する。例えば、先行ＨＰ蒸気ヘッダ５４内の圧力がＨＰ設定ポイントＳＰ１よりも低い場合には、ＨＰバイパス弁６４は、先行ＨＰ蒸気ヘッダ５４内の圧力を増大させるのを可能にするように閉鎖される。さらに、先行ＨＰ蒸気ヘッダ５４内の圧力がＨＰ設定ポイントＳＰ１を越える場合には、ＨＰバイパス弁６４は、先行ＨＰ蒸気ヘッダ５４内の圧力を低下させるのを可能にするように開放される。

先行ＨＰ蒸気ヘッダ５４内の圧力がＨＰ設定ポイントＳＰ１と実質的に等しくなった後に、制御装置８４は、先行ＨＰ蒸気ヘッダ５４内の圧力をＨＰ設定ポイントＳＰ１に維持するのを可能にするようにＨＰバイパス弁６４の位置を制御する。次に、制御装置８４は、蒸気をＨＰタービン２２に蒸気を送り込むようにＨＰ遮断弁６２を開放する。さらに、制御装置８４は、ＨＰ遮断弁６２の開放と同時にか又はＨＰ遮断弁６２の開放に先立ってかのいずれかで低温再熱遮断弁６８を閉鎖して、ＨＰタービン２２から先行ＨＲＳＧ１８に低温再熱蒸気を送るのを可能にする。

さらに、例示的な実施形態では、制御装置８４はまた、論理ＩＰ設定ポイントＳＰ１及びＳＰ２を使用してＩＰ遮断弁７２及びＩＰバイパス弁７４を制御する。より具体的には、この例示的な実施形態では、制御装置８４は、先行ＩＰ蒸気ヘッダ５６内に含まれた蒸気が、蒸気タービン２０の所定の作動パラメータを越えることなくＩＰタービン２４に送られるのを可能にするように弁７２及び７４を位置決めする。具体的には、この例示的な実施形態では、制御装置８４は、該制御装置８４内に設定されている所定の作動パラメータに基づいて、ＩＰタービン２４に送り込むことができる先行ＩＰ蒸気ヘッダ５６内の最低許容圧力と実質的に等しくなるようにＩＰ設定ポイントＳＰ１を設定する。例えば、先行ＩＰ蒸気ヘッダ５６内の圧力がＩＰ設定ポイントＳＰ１よりも低い場合には、制御装置８４は、先行ＩＰ蒸気ヘッダ５６内の圧力を増大させるのを可能にするようにＩＰバイパス弁７４を閉鎖する。さらに、先行ＩＰ蒸気ヘッダ５６内の圧力がＩＰ設定ポイントＳＰ１を越える場合には、制御装置８４は、先行ＩＰ蒸気ヘッダ５６内の圧力をＩＰ設定ポイントＳＰ１まで低下させるのを可能にするようにＩＰバイパス弁７４を開放する。

先行ＩＰ蒸気ヘッダ５６内の圧力がＩＰ設定ポイントＳＰ１と実質的に等しくなったら、制御装置８４は、先行ＩＰ蒸気ヘッダ５６内の圧力をＩＰ設定ポイントＳＰ１に維持するのを可能にするようにＩＰバイパス弁７４の位置を制御する。制御装置８４は次に、蒸気がＩＰタービン２４に送り込まれるのを可能にするようにＩＰ遮断弁７２を開放する。ＩＰタービン２４から放出された蒸気は、ＩＰ−ＬＰクロスオーバヘッダ２８を介してＬＰタービンに送られる。

この例示的な実施形態では、制御装置８４はまた、論理ＩＰ設定ポイントＳＰ１及びＳＰ２を使用してＬＰ遮断弁８０及びＬＰバイパス弁８２を制御する。より具体的には、この例示的な実施形態では、制御装置８４は、先行ＬＰ蒸気ヘッダ５８内に含まれた蒸気が、蒸気タービン２０の所定の作動パラメータを越えることなくＬＰタービン２６に送られるのを可能にするように弁８０及び８２を制御する。具体的には、この例示的な実施形態では、制御装置８４は、該制御装置８４内に設定されている所定の作動パラメータに基づいて、ＬＰタービン２６に送り込むことができる先行ＬＰ蒸気ヘッダ５８内の最低許容圧力と実質的に等しくなるようにＬＰ設定ポイントＳＰ１を設定する。例えば、先行ＬＰ蒸気ヘッダ５８内の圧力がＬＰ設定ポイントＳＰ１よりも低い場合には、制御装置８４は、先行ＬＰ蒸気ヘッダ５８内の圧力を増大させるのを可能にするようにＬＰバイパス弁８２を閉鎖する。さらに、先行ＬＰ蒸気ヘッダ５８内の圧力がＬＰ設定ポイントＳＰ１を越える場合には、制御装置８４は、先行ＬＰ蒸気ヘッダ５８内の圧力をＬＰ設定ポイントＳＰ１まで低下させるのを可能にするようにＬＰバイパス弁８２を開放する。

先行ＬＰ蒸気ヘッダ５８内の圧力がＬＰ設定ポイントＳＰ１と実質的に等しくなったら、制御装置８４は、先行ＬＰ蒸気ヘッダ５８内の圧力をＬＰ設定ポイントＳＰ１に維持するのを可能にするようにＬＰバイパス弁８２の位置を制御する。次に制御装置８４は、蒸気をＬＰタービン２６に送り込むようにＬＰ遮断弁８０を開放する。ＬＰタービン２６から放出された蒸気は、凝縮器７６に送られて水に凝縮され、水は、その後先行ＨＲＳＧ１８に送られる。

この例示的な実施形態では、先行ガスタービンエンジン１６及び先行ＨＲＳＧ１８がＨＰタービン２２に動力供給するのに十分な蒸気の流量を生成するようになると、バイパス弁６４が閉鎖され、また制御装置８４内にプログラムされた入口圧力制御（「ＩＰＣ」）ロジカルが、制御装置８４にＴＲＵＥ論理（図示せず）を送信する。ＴＲＵＥＩＰＣ論理を受信したら、制御装置８４は、それぞれの先行ＨＰ、ＩＰ及びＬＰ蒸気ヘッダ５４、５６及び５８内の蒸気圧を制御するためのＨＰ、ＩＰ及びＬＰ設定ポイントＳＰ２を使用し始める。より具体的には、制御装置は、設定ポイントＳＰ２を使用して、バイパス弁６４、７４及び８２を閉鎖することによって、ＨＲＳＧ１８で発生された蒸気を蒸気タービン２０に送るのを可能にする。この例示的な実施形態では、各設定ポイントＳＰ２は一般的に、各先行ヘッダ５４、５６及び５８についての設定ポイントＳＰ２の値が一般的にほぼ各先行ヘッダ５４、５６及び５８内の圧力にバイアスを加えたものに設定されるようになったスライド設定ポイントである。その結果、各設定ポイントＳＰ２の値は一般的に、各それぞれの先行ヘッダ５４、５６及び５８内の圧力よりも高く、そのことは、それぞれのバイパス弁６４、７４及び８２を閉鎖状態に保つことを可能にする。従って、先行ヘッダ５４、５６及び５８内の実質的に全ての蒸気が、蒸気タービン２０に送り込まれる。

さらに、制御装置８４がＩＰＣからＴＲＵＥ論理を受信すると、制御装置８４は、モデル予測制御アルゴリズムを起動させ、モデル予測制御アルゴリズムは、一層詳しく後述するように、遅延蒸気が蒸気タービン２０内に混合された場合における蒸気タービン２０の最大予測応力を計算し始める。

図２は、蒸気を蒸気タービン２０に送り込む例示的な方法２００のフロー図である。最初に、燃焼ガス１４６が遅延ガスタービン１１６から遅延ＨＲＳＧ１１８に送られて、該遅延ＨＲＳＧ１１８内に遅延蒸気を発生させるのを可能にする２０２。この例示的な実施形態では、オペレータは、遅延ガスタービンエンジン１１６が作動しておりかつ蒸気を発生させていることを確認する。それに代えて、制御装置８４は、遅延ガスタービンエンジン１１６が作動しておりかつ蒸気を発生させているかどうかを確認することができる。遅延ガスタービンエンジン１１６が作動していない場合には、オペレータは、遅延ガスタービンエンジン１１６の作動を開始させる。それに代えて、制御装置８４は、遅延ガスタービンエンジン１１６の作動を確認するか又はその作動を開始させることができる。上述したように、先行蒸気が先行ＨＲＳＧ１８から蒸気タービン２０に送られて２０４、蒸気タービン２０に動力供給するのを可能にする。

制御装置８４は、遅延ＨＲＳＧ１１８内に、より具体的には遅延ヘッダ１５４、１５６及び１５８内に遅延蒸気圧を発生させるのを可能にする２０６。さらに、制御装置８４は、バイパス弁１６４、１７４及び１８２を制御して、遅延ヘッダ１５４、１５６及び１５８内の圧力をそれぞれのＨＰ、ＩＰ及びＬＰタービン２２、２４及び２６内の圧力の所定の範囲に実質的に等しくなるように、及び／又は該所定の範囲内になるように維持する２０８。より具体的には、この例示的な実施形態では、制御装置８４は、論理ＨＰ設定ポイントＳＰ１及びＳＰ３を使用して、ＨＰ遮断弁１６２及びＨＰバイパス弁１６４を制御する２０８。具体的には、この例示的な実施形態では、制御装置８４は、ＨＰタービン２２内の先行蒸気の圧力と実質的に等しくなるように、ＨＰ設定ポイントＳＰ１を確立する。それに代えて、ＨＰ設定ポイントＳＰ１は、ＨＰタービン２２内の先行蒸気圧の所定の圧力範囲内にある圧力に設定することができる。例えば、遅延ＨＰ蒸気ヘッダ１５４内の圧力がＨＰ設定ポイントＳＰ１よりも低い場合には、制御装置８４は、ＨＰバイパス弁１６４を閉鎖して、遅延ＨＰ蒸気ヘッダ１５４内の圧力を増大させるのを可能にする。さらに、遅延ＨＰ蒸気ヘッダ１５４内の圧力がＨＰ設定ポイントＳＰ１を越える場合には、制御装置８４は、ＨＰバイパス弁１６４を開放して、遅延ＨＰ蒸気ヘッダ１５４内の圧力をＨＰ設定ポイントＳＰ１まで低下させるのを可能にする。遅延ＨＰ蒸気ヘッダ１５４内の圧力がＨＰ設定ポイントＳＰ１と実質的に等しくなったら、制御装置８４は、ＨＰバイパス弁１６４の可変位置を制御して、遅延ＨＰ蒸気ヘッダ１５４内の圧力をＨＰ設定ポイントＳＰ１に維持する２０８。

さらに、この例示的な実施形態では、制御装置８４はまた、論理ＩＰ設定ポイントＳＰ１及びＳＰ３を使用して、ＩＰ遮断弁１７２及びＩＰバイパス弁１７４を制御する２０８。具体的には、この例示的な実施形態では、制御装置８４は、ＩＰタービン２４内の蒸気圧と実質的に等しくなるように、ＩＰ設定ポイントＳＰ１を確立する。それに代えて、ＩＰ設定ポイントＳＰ１は、ＩＰタービン２４内の先行蒸気圧の所定の圧力範囲内にある圧力に設定することができる。例えば、遅延ＩＰ蒸気ヘッダ１５６内の圧力がＩＰ設定ポイントＳＰ１よりも低い場合には、制御装置８４は、ＩＰバイパス弁１７４を閉鎖して、遅延ＩＰ蒸気ヘッダ１５６内の圧力を増大させるのを可能にする。さらに、遅延ＩＰ蒸気ヘッダ１５６内の圧力がＩＰ設定ポイントＳＰ１を越える場合には、制御装置８４は、ＩＰバイパス弁１７４を開放して、遅延ＩＰ蒸気ヘッダ１５６内の圧力をＩＰ設定ポイントＳＰ１まで低下させるのを可能にする。遅延ＩＰ蒸気ヘッダ１５６内の圧力がＩＰ設定ポイントＳＰ１と実質的に等しくなったら、制御装置８４は、ＩＰバイパス弁１７４の可変位置を制御して、遅延ＩＰ蒸気ヘッダ１５６内の圧力をＩＰ設定ポイントＳＰ１に維持するのを可能にする２０８。

この例示的な実施形態では、制御装置８４はまた、論理ＬＰ設定ポイントＳＰ１及びＳＰ３を使用して、ＬＰ遮断弁１８０及びＬＰバイパス弁１８２を制御する２０８。具体的には、この例示的な実施形態では、制御装置８４は、ＬＰタービン２６内の先行蒸気圧と実質的に等しくなるように、ＬＰ設定ポイントＳＰ１を設定する。それに代えて、ＬＰ設定ポイントＳＰ１は、ＬＰタービン２６内の先行蒸気圧の所定の圧力範囲内にある圧力に設定することができる。例えば、遅延ＬＰ蒸気ヘッダ１５８内の圧力がＬＩＰ設定ポイントＳＰ１よりも低い場合には、制御装置８４は、ＬＰバイパス弁１８２を閉鎖して、遅延ＬＰ蒸気ヘッダ１５８内の圧力を増大させるのを可能にする。さらに、遅延ＬＰ蒸気ヘッダ１５８内の圧力がＬＰ設定ポイントＳＰ１を越える場合には、制御装置８４は、ＬＰバイパス弁１８２を開放して、遅延ＬＰ蒸気ヘッダ１５６内の圧力をＬＰ設定ポイントＳＰ１まで低下させるのを可能にする。遅延ＬＰ蒸気ヘッダ１５８内の圧力がＬＰ設定ポイントＳＰ１と実質的に等しくなったら、制御装置８４は、ＬＰバイパス弁１８２の可変位置を制御して、遅延ＬＰ蒸気ヘッダ１５８内の圧力をＬＰ設定ポイントＳＰ１に維持するのを可能にする２０８。

次に、先行及び遅延蒸気の化学組成が測定される２１０。より具体的には、この例示的な実施形態では、制御装置８４は、先行及び遅延蒸気の化学組成に基づいて、遅延蒸気を先行蒸気内に混合することが許容されるどうかを判定する２１０。この例示的な実施形態では、オペレータは、遅延蒸気及び／又は先行蒸気の化学組成を手作業で測定して、そのデータを制御装置８４に入力する２１０。それに代えて、制御装置８４は、先行蒸気ヘッダ５４、５６及び５８、遅延蒸気ヘッダ１５４、１５６及び１５８、並びに蒸気タービン２０の少なくとも１つに結合された複数のセンサ（図示せず）を使用して、先行蒸気及び／又は遅延蒸気の化学組成を自動的に試験することができる。この例示的な実施形態では、オペレータは、それに限定されないが、ナトリウム、ケイ素、塩基及び硫黄を含む濃度について先行及び遅延蒸気を試験する。制御装置８４は、先行蒸気の化学組成を遅延蒸気の化学組成と比較して、先行及び遅延蒸気の混合物の化学組成が制御装置８４内に設定された所定の混合パラメータの範囲内にあるかどうかを判定するステップ２１２。遅延蒸気が混合に適した化学組成を有すると制御装置８４が判定した場合には、制御装置８４は、化学組成論理をＴＲＵＥに設定する２１０。

次に、制御装置８４は、それに限定されないが、ＨＰタービン２２及びＩＰタービン２４の表面温度及びボア温度を含む蒸気タービン２０構成要素の温度を測定する２１４。さらに、制御装置８４は、蒸気タービン２０内の現在の応力変化速度（ｓｔｒｅｓｓｒａｔｅｏｆｃｈａｎｇｅ）を計算する２１６。より具体的には、この例示的な実施形態では、制御装置８４は、蒸気タービン２０構成要素の温度勾配がその速度で変化している応力速度を計算する２１６。例えば、蒸気タービン２０への先行蒸気の流量が一定である場合には、蒸気タービン構成要素の温度勾配は、蒸気タービン構成要素の温度が互いに均一になるような応力速度（ｓｔｒｅｓｓｒａｔｅ）で消散することになる。さらに、制御装置８４は、遅延蒸気が蒸気タービン２０に送り込まれた場合における該蒸気タービン２０内の予測応力変化速度を計算する２１８。具体的には、この例示的な実施形態では、制御装置８４は、遅延蒸気が蒸気タービン２０に送り込まれた場合にその速度で温度勾配が発生する予測応力速度を計算する２１８。

この例示的な実施形態では、制御装置８４はまた、予測アルゴリズムを使用して、最大予測応力が計算される時点において遅延蒸気が蒸気タービン２０内に混合された場合における該蒸気タービン２０の最大予測応力を計算する２２０。別の実施形態では、制御装置８４は、モデル予測制御を使用して最大予測応力を計算する２２０。本明細書で使用する場合に、「最大予測応力」という用語は、遅延蒸気が蒸気タービン２０内に混合された時点から後の所定の時点における蒸気タービン２０内の最大応力である。さらに、制御装置８４は、蒸気タービン２０の所定の温度と遅延ＨＰ及びＩＰ蒸気ヘッダ１５４及び１５６の圧力及び温度とに基づいて、蒸気タービン２０内の最大予測応力を計算する２２０。この例示的な実施形態では、予測アルゴリズムは、約１時間後における蒸気タービン２０の最大予測応力を計算する２２０。それに代えて、予測アルゴリズムは、システム１０が本明細書に記載したように機能するのを可能にする将来の任意の時点において蒸気タービン２０の最大予測応力を計算することができる２２０。蒸気タービン２０の最大予測応力が該蒸気タービン２０の所定の最大作動応力よりも低いと予測アルゴリズムが判定した場合には、予測アルゴリズムは、制御装置８４内で非過大応力論理をＴＲＵＥに設定する。

遅延ＨＰ及びＩＰヘッダ１５４及び１５６内の圧力がそれぞれのタービン２２及び２４内の圧力と実質的に等しくなり、化学組成論理がＴＲＵＥに設定され、かつ非過大応力論理がＴＲＵＥに設定されたら、制御装置８４は次に、混合開始点を決定する２２２。この例示的な実施形態では、制御装置８４は、予測アルゴリズムを使用してバイパス弁閉鎖速度を計算する２２４。この例示的な実施形態では、バイパス弁閉鎖速度は、バイパス弁１６４、１７４及び１８２が閉鎖する速度を制限するのを可能にする。より具体的には、バイパス弁閉鎖速度は、蒸気タービン２０内の応力が該蒸気タービン２０の所定の作動パラメータを越えるのを防止するのを可能にする。

開始点が決定されたら２２２、制御装置８４は、それぞれのＨＰ、ＩＰ及びＬＰ設定ポイントＳＰ３を使用して、遮断弁１６２、１６８、１７２及び１８０並びにバイパス弁１６４、１７４及び１８２を自動的に調整して、遅延蒸気を蒸気タービン２０に送り込むのを可能にする。この例示的な実施形態では、各設定ポイントＳＰ３は一般的に、該設定ポイントＳＰ３の値が各それぞれの遅延ヘッダ１５４、１５６及び１５８内の圧力よりも一般的に大きくてそれぞれのバイパス弁１６４、１７４及び１８２が閉鎖することになるようなスライド設定ポイントである。具体的には、設定ポイントＳＰ３の値はまた、バイパス弁１６４、１７４及び１８２が閉鎖する速度を調整するのを可能にするバイパス弁閉鎖速度を含む。制御装置８４は、開始点が決定されたら２２２、遮断弁１６２、１６８、１７２及び１８０を自動的に開放して２２８、遅延蒸気を蒸気タービン２０に送るのを可能にする。制御装置８４は次に、バイパス弁閉鎖速度でバイパス弁１６４、１７４及び１８２を自動的に閉鎖して、蒸気タービン２０の所定の最大作動応力を越えることなく、該蒸気タービン２０に送り込まれる遅延蒸気の量を増加させるのを可能にする。さらに、制御装置８４は、遅延蒸気を蒸気タービン２０内に送り込みかつ完全に混合させるのに必要な時間量を最小にするのを可能にする。その結果、制御装置８４は、蒸気タービン２０内の過大応力状態を防止するのを可能にし、かつ蒸気タービン２０の効率及び寿命を増大させるのを可能にする。

本明細書で使用する場合に、前に数詞のない要素又はステップの表現は、そうではないことを明確に述べていない限り複数のそのような要素又はステップの存在を排除するものではないと理解されたい。さらに、本発明の「１つの実施形態」という表現は、記載した特徴を同様に組入れた付加的な実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図するものではない。

以上、蒸気を蒸気タービンに送り込むためのシステム及び方法の例示的な実施形態について詳細に説明している。この説明したシステム及び方法は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろそのシステムの構成要素は、本明細書に記載したその他の構成要素とは独立してかつ別個に利用することができる。さらに、この方法に記載したステップは、本明細書に記載したその他のステップとは独立してかつ別個に利用することができる。

様々な特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施することができるということは、当業者には分かるであろう。

１０複合サイクル発電システム
１２先行側
１４遅延側
１６ガスタービンエンジン
１８熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）
２０蒸気タービン
２２高圧（ＨＰ）タービン
２４中圧（ＩＰ）タービン
２６低圧（ＬＰ）タービン
２８ＩＰ−ＬＰクロスオーバヘッダ
３０ロータシャフト
３２発電機
３４圧縮機
３６燃焼器
３８タービン
４０ロータシャフト
４２発電機
４４燃料
４６燃焼ガス
４８ＨＰドラム
５０ＩＰドラム
５２ＬＰドラム
５４ＨＰ蒸気ヘッダ
５６ＩＰ蒸気ヘッダ
５８ＬＰ蒸気ヘッダ
６０圧力及び温度（ＰＴ）センサ
６２ＨＰ遮断弁
６４ＨＰバイパス弁
６６低温再熱蒸気ヘッダ
６８低温再熱遮断弁
７０ＰＴセンサ
７２ＩＰ遮断弁
７４ＩＰバイパス弁
７６凝縮器
７８ＰＴセンサ
８０ＬＰ遮断弁
８２ＬＰバイパス弁
８４制御装置
８６ワイヤカップリング
１１６ガスタービンエンジン
１１８熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）
１３４圧縮機
１３６燃焼器
１３８タービン
１４０ロータシャフト
１４２発電機
１４６燃焼ガス
１４８ＨＰドラム
１５０ＩＰドラム
１５２ＬＰドラム
１５４ＨＰ蒸気ヘッダ
１５６ＩＰ蒸気ヘッダ
１５８ＬＰ蒸気ヘッダ
１６０ＰＴセンサ
１６２ＨＰ遮断弁
１６４ＨＰバイパス弁
１６６低温再熱蒸気ヘッダ
１６８低温再熱遮断弁
１７０ＰＴセンサ
１７２ＩＰ遮断弁
１７４ＩＰバイパス弁
１７８ＰＴセンサ
１８０ＬＰ遮断弁
１８２ＬＰバイパス弁
２００方法
２０２第２のガスタービンから第２のＨＲＳＧに高温排気を送る
２０４第１のＨＲＳＧから蒸気タービンに第１の蒸気を送る
２０６第２のＨＲＳＧ内で第２の蒸気を発生させる
２０８バイパス弁及び遮断弁の少なくとも１つを制御する
２１０第１及び第２の蒸気の化学組成を測定する
２１２第２の蒸気の化学組成を第１の蒸気の化学組成と比較して、化学組成が所定の範囲内にあるかどうかを判定する
２１４蒸気タービン構成要素の温度を測定する
２１６蒸気タービン内の現在の応力変化速度を計算する
２１８蒸気タービン内の予測応力変化速度を計算する
２２０予測アルゴリズムを使用して蒸気タービンの最大予測応力を計算する
２２２混合開始点を決定する
２２４予測アルゴリズムを使用してバイパス弁閉鎖速度を計算する
２２６遮断弁及びバイパス弁を自動的に調整する。
２２８開始点が決定されたら、遮断弁を自動的に開放する
２３０バイパス弁閉鎖速度でバイパス弁を自動的に閉鎖する

Claims

複合サイクル発電システムにおいて蒸気タービン（２０）を作動させるための制御システムであって、該制御システムが、
前記蒸気タービンに動力供給するのを可能にする第１の量の蒸気を、第１の燃焼タービンと流れ連通状態で結合された第１の蒸気発生器（３２）から該蒸気タービンに送り、
前記第２の燃焼タービンと流れ連通状態で、前記蒸気タービンに結合された第２の蒸気発生器内で第２の量の蒸気を発生させ、
前記第２の量の蒸気が前記第２の蒸気発生器から前記蒸気タービンに送り込まれた場合における該蒸気タービン内の予測応力レベルを計算し、
前記第２の量の蒸気を前記蒸気タービンに送り込む開始時間を、前記計算予測応力レベルが該蒸気タービンの所定の応力限界値を越えることがないように決定し、かつ
前記決定開始時間に前記第２の蒸気発生器から前記蒸気タービンに前記第２の量の蒸気を自動的に送り、
さらに、
複数の蒸気タービン構成要素の温度を測定し、
前記複数の蒸気タービン構成要素の現在の応力変化速度を計算し、かつ
前記第２の量の蒸気が前記第２の蒸気発生器から前記蒸気タービンに送り込まれた場合における前記複数の蒸気タービン構成要素の予測応力変化速度を計算し、
さらに、
第１及び第２の蒸気流の化学組成を測定し、かつ
前記第２の蒸気流の化学組成を前記第１の蒸気流の化学組成と比較して、該第２の蒸気流及び第１の蒸気流の混合物の化学組成が前記蒸気タービン（２０）の所定の作動パラメータの範囲内にあるかどうかを判定する、
ようにプログラムされている、
制御システム。
少なくとも１つの遮断弁及び少なくとも１つのバイパス弁の少なくとも１つを、第２の蒸気圧を第１の蒸気圧の所定の範囲内に維持するのを可能にするように制御するようにさらにプログラムされている、請求項１に記載の制御システム。
前記計算予測応力レベルが前記蒸気タービン（２０）の所定の応力限界値を越えるのを防止するのを可能にするバイパス弁閉鎖速度を計算するようにさらにプログラムされている、請求項１に記載の制御システム。
少なくとも１つの遮断弁（６２、６８、７２、８０、１６２、１６８、１７２、１８０）を前記決定開始時間に開放して、前記第２の量の蒸気を前記蒸気タービンに送り込むのを可能にし、かつ
少なくとも１つのバイパス弁（６４、７４、８２、１６４、１７４、１８２）をバイパス弁閉鎖速度で閉鎖して、前記蒸気タービンに送られる前記第２の量の蒸気を増加させるのを可能にする、ようにさらにプログラムされている、
請求項１に記載の制御システム。
予測応力レベルを計算し、かつ
モデル予測制御を使用して前記開始時間を決定する、ようにさらにプログラムされている、請求項１に記載の制御システム。
蒸気タービン（２０）と、
前記蒸気タービンと流れ連通状態で結合された第１の蒸気発生器（１８）と流れ連通状態で結合された第１の燃焼タービン（３８）と、
前記蒸気タービンと流れ連通状態で結合された第２の蒸気発生器（１１８）と流れ連通状態で結合された第２の燃焼タービン（１３８）と、
前記第１の蒸気発生器、第２の蒸気発生器及び蒸気タービンの少なくとも１つに相互通信状態で結合された制御装置（８４）と、
を含み、前記制御装置が、
前記蒸気タービンに動力供給するのを可能にする第１の量の蒸気を前記第１の蒸気発生器から該蒸気タービンに送り、
前記蒸気タービンと流れ連通状態で結合された前記第２の蒸気発生器内で第２の量の蒸気を発生させ、
前記第２の量の蒸気が前記第２の蒸気発生器から前記蒸気タービンに送り込まれた場合における該蒸気タービン内の予測応力レベルを計算し、
前記第２の量の蒸気を前記蒸気タービンに送り込む開始時間を、前記計算予測応力レベルが該蒸気タービンの所定の応力限界値を越えることがないように決定し、かつ
前記決定開始時間に前記第２の蒸気発生器から前記蒸気タービンに前記第２の量の蒸気を自動的に送り、
さらに、
複数の蒸気タービン構成要素の温度を測定し、
前記複数の蒸気タービン構成要素の現在の応力変化速度を計算し、かつ
前記第２の量の蒸気が前記第２の蒸気発生器から前記蒸気タービンに送り込まれた場合における前記複数の蒸気タービン構成要素の予測応力変化速度を計算し、
さらに、
第１及び第２の蒸気流の化学組成を測定し、かつ
前記第２の蒸気流の化学組成を前記第１の蒸気流の化学組成と比較して、該第２の蒸気流及び第１の蒸気流の混合物の化学組成が前記蒸気タービン（２０）の所定の作動パラメータの範囲内にあるかどうかを判定する、
ようにプログラムされている、
複合サイクル発電システム（１０）。
前記制御装置（８４）が、前記計算予測応力レベルが前記蒸気タービン（２０）の所定の応力限界値を越えるのを防止するのを可能にするバイパス弁（６４、７４、８２、１６４、１７４、１８２）閉鎖速度を計算するようにさらにプログラムされている、請求項６に記載の複合サイクル発電システム（１０）。