(57)【要約】      （修正有）【課題】複合又はランキンサイクル発電プラントで使用するシステム及び方法を提供する。【解決手段】システム１０が提供され、第１の供給蒸気及び塔水を流体として受け取り、さらに第１の給水を出力するよう構成された第１の凝縮器８０と、第２の供給蒸気の第１の部分及び第１の給水を流体として受け取り、第２の給水を出力するよう構成された第２の凝縮器１１０と、第２の供給蒸気の第２の部分及び第２の給水１３０を流体として受け取るよう構成され、冷却サイクルが行われることにより、塔水及び該塔水を冷却するのに使用される第３の給水の少なくとも１つを冷却する蒸気吸収機械（ＶＡＭ）１４０とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却塔（１２）と、第１及び第２の供給蒸気（６０、７０）をそれぞれ第１及び第２の圧力で出力するよう構成された少なくとも低圧蒸気タービン（５０）とを含む、ランキンサイクル発電プラントで使用するためのシステム（１０）であって、
第１の供給蒸気（６０）及び塔水（９０）を流体として受け取り、さらに第１の給水（１００）を出力するよう構成された第１の凝縮器（８０）と、
第２の供給蒸気の第１の部分（１２０）及び第１の給水（１００）を流体として受け取り、第２の給水（１３０）を出力するよう構成された第２の凝縮器（１１０）と、
第２の供給蒸気の第２の部分（１５０）及び第２の給水（１３０）を流体として受け取るよう構成され、冷却サイクルが行われることにより、前記塔水（９０）及び該塔水を冷却するのに使用される第３の給水（１６０）の少なくとも１つを冷却する蒸気吸収機械（ＶＡＭ）（１４０）と
を備えるシステム（１０）
【請求項２】
第１の供給蒸気（６０）の第１の圧力が、第２の供給蒸気（７０）の第２の圧力よりも低い、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項３】
第１及び第２の凝縮器から出力された追加の供給蒸気が凝縮器抽出ポンプ（ＣＥＰ）（１３５）に分流される、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記ＶＡＭ（１４０）が、第２の供給蒸気の第２の部分（１５０）を加熱して冷媒を活性化する第１の熱交換器（１７０）と、第２の給水（１３０）で前記活性化された冷媒を冷却する第２の熱交換器（１８０）と、第２の給水（１３０）で前記冷却冷媒を凝縮する第３の熱交換器（１９０）と、  前記凝縮冷媒が第３の給水（１６０）を冷却して蒸発する第４の熱交換器（２００）とを含む、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項５】
第２の供給蒸気の第２の部分（１５０）が前記ＶＡＭ（１４０）で凝縮されて、凝縮器抽出ポンプ（ＣＥＰ）（１３５）に分流される、請求項４記載のシステム（１０）。
【請求項６】
第２の給水（１３０）が前記ＶＡＭ（１４０）から出力されて、前記冷却塔（９０）に分流される、請求項４記載のシステム（１０）。
【請求項７】
第３の給水（１６０）で前記塔水（９０）を冷却する塔水熱交換器（２１０）と、前記塔水熱交換器（２１０）及び前記ＶＡＭ（１４０）を通して第３の給水（１６０）を循環するためのポンプシステム（２２０）とをさらに含む、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項８】
前記塔水熱交換器（２１０）がプレート型熱交換器を含む、請求項７記載のシステム（１０）。
【請求項９】
ランキンサイクル発電プラントで使用するためのシステム（１０）であって、
前記発電プラントが、
運転中に熱を生成するガスタービンと、
前記ガスタービンに結合され、前記ガスタービンで生成した熱から蒸気を生成する蒸気発生源と、
各々が前記生成された蒸気を流体として受け取るように構成された少なくとも高圧及び低圧蒸気タービン（３０、４０、５０）と、
冷却塔（２０）と
を備えていて、前記低圧蒸気タービン（５０）がさらに、第１及び第２の供給蒸気（６０、４０）をそれぞれ第１及び第２の圧力で出力するよう構成されており、当該システム（１０）が、
第１の供給蒸気（６０）及び塔水（９０）を流体として受け取り、さらに第１の給水（１００）を出力するよう構成された第１の凝縮器（８０）と、
第２の供給蒸気の第１の部分（１２０）及び第１の給水（１００）を流体として受け取り、第２の給水（１３０）を出力するよう構成された第２の凝縮器（１１０）と、
第２の供給蒸気の第２の部分（１５０）及び第２の給水（１３０）を流体として受け取るよう構成され、冷却サイクルが行われることにより、前記塔水（９０）及び該塔水を冷却するのに使用される第３の給水（１６０）の少なくとも１つを冷却する蒸気吸収機械（ＶＡＭ）（１４０）と
を備える、システム（１０）。
【請求項１０】
冷却塔（２０）と、第１及び第２の供給蒸気（６０、７０）をそれぞれ第１及び第２の圧力（３０）で出力するよう構成された少なくとも低圧蒸気タービンとを含む、ランキンサイクル発電プラントで使用するための方法であって、
第１の供給蒸気（６０）及び塔水（９０）に対して低圧凝縮器を動作させることにより、加熱され且つ第１の給水（１００）として前記塔水（９０）を出力する段階と、
第２の供給蒸気の第１の部分（１２０）及び第１の給水（１００）に対して高圧凝縮器（８０）を動作させることにより、さらに加熱され且つ第２の給水（１３０）として第１の給水（１００）を出力する段階と、
第２の供給蒸気の第２の部分（１５０）及び第２の給水（１３０）により作動される冷媒により前記塔水（９０）を冷却するか、又は、第２の供給蒸気の第２の部分（１５０）及び第２の給水（１３０）により作動される冷媒により第３の給水（１６０）を冷却して、前記冷却された第３の給水（１６０）により前記塔水（８０）を冷却する段階と
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の態様は、発電プラントで使用するためのシステム及び方法に関し、より詳細には、複合又はランキンサイクル発電プラントで使用するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合サイクル発電プラントにおいて、廃熱のための熱力学要件に起因して発生エネルギーの約３０％が発電プラントの凝縮器で無駄に消費されている。
【０００３】
この問題は、一部の例では、凝縮器で廃棄された熱を回収して冷却作用をもたらすために使用される蒸気吸収システムを利用することにより対処されてきた。この冷却作用は、ガスタービン及び蒸気タービン複合サイクル施設においてガスタービンへの入口空気を冷却するのに利用されている。他の場合では、この問題は、複合サイクル発電プラントでＫａｌｉｎａボトミングサイクルを利用することによって対処されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５５５５７３８号明細書
【特許文献２】米国特許第６０５８６９５号明細書
【特許文献３】米国特許第７１７８３４８号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明の一態様では、冷却塔、第１及び第２の供給蒸気をそれぞれ第１及び第２の圧力で出力するよう構成された少なくとも低圧蒸気タービンとを含む、ランキンサイクル発電プラントで使用するためのシステムが提供され、第１の供給蒸気及び塔水を流体として受け取り、さらに第１の給水を出力するよう構成された第１の凝縮器と、第２の供給蒸気の第１の部分及び第１の給水を流体として受け取り、第２の給水を出力するよう構成された第２の凝縮器と、第２の供給蒸気の第２の部分及び第２の給水を流体として受け取るよう構成され、冷却サイクルが行われることにより、塔水及び該塔水を冷却するのに使用される第３の給水の少なくとも１つを冷却する蒸気吸収機械（ＶＡＭ）とを含む。
【０００６】
本発明の別の態様では、運転中に熱を生成するガスタービンと、ガスタービンに結合され、ガスタービンで生成した熱から蒸気を生成する蒸気発生源と、生成した蒸気を流体として受け取るように各々構成された少なくとも高圧及び低圧蒸気タービンと、冷却塔とを備え、低圧蒸気タービンがさらに第１及び第２の供給蒸気をそれぞれ第１及び第２の圧力で出力するよう構成されたランキンサイクル発電プラントで使用するためのシステムが提供され、該システムが、第１の供給蒸気及び塔水を流体として受け取り、さらに第１の給水を出力するよう構成された第１の凝縮器と、第２の供給蒸気の第１の部分及び第１の給水を流体として受け取り、第２の給水を出力するよう構成された第２の凝縮器と、第２の供給蒸気の第２の部分及び第２の給水を流体として受け取るよう構成され、冷却サイクルが行われることにより、塔水及び該塔水を冷却するのに使用される第３の給水の少なくとも１つを冷却する蒸気吸収機械（ＶＡＭ）と、を備える。
【０００７】
本発明の別の態様では、冷却塔と、第１及び第２の供給蒸気をそれぞれ第１及び第２の圧力で出力するよう構成された少なくとも低圧蒸気タービンとを含む、ランキンサイクル発電プラントで使用するための方法が提供され、本方法が、第１の供給蒸気及び塔水に対して低圧凝縮器を動作させることにより、加熱され且つ第１の給水として塔水を出力する段階と、第２の供給蒸気の第１の部分及び第１の給水に対して高圧凝縮器を動作させることにより、さらに加熱され且つ第２の給水として第１の給水を出力する段階と、第２の供給蒸気の第２の部分及び第２の給水により作動される冷媒により塔水を冷却するか、又は、第２の供給蒸気の第２の部分及び第２の給水により作動される冷媒により第３の給水を冷却して、冷却された第３の給水により塔水を冷却する段階とを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的な複合サイクル発電プラントの概略図。
【図２】図１の複合サイクル発電プラントの一部の概略図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本願発明は、特に、本明細書に添付した特許請求の範囲において記載され且つ明確に特許請求されている。本発明の上記その他の態様、特徴、並びに利点は、添付図面と共に以下の詳細な説明から明らかにされる。
【００１０】
図１を参照すると、例えば複合サイクル発電プラント、或いはランキンサイクル発電プラントで使用するシステム１０が示される。例示的な複合又はランキンサイクル発電プラントは、運転中に熱を発生するガスタービン２、ガスタービン２に結合された排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）３、冷却塔２０、高圧蒸気タービン（ＨＰＳＴ）３０、中圧蒸気タービン（ＩＰＳＴ）４０、及び低圧蒸気タービン（ＬＰＳＴ）５０を含むことができる。ＨＲＳＧ３は、ガスタービン２で生成した熱により蒸気を生成し、軸に沿って配置される、過熱器、蒸発器及び予熱器などの熱交換器４を含み、生成された蒸気の一部は、ＨＰＳＴ３０、ＩＰＳＴ４０、及びＬＰＳＴ５０に分流される。ＨＰＳＴ３０、ＩＰＳＴ４０、及びＬＰＳＴ５０は、分流蒸気により電気などの出力を生成し、使用済みの供給蒸気を出力する。システム１０の動作は、少なくともＬＰＳＴ５０の使用済み供給蒸気の使用に関係する。
【００１１】
ここで、図１に示す複合又はランキンサイクル発電プラントは単なる例示に過ぎず、他の構成のものも可能である点に留意されたい。例えば、ＨＰＳＴ３０、ＩＰＳＴ４０、及びＬＰＳＴ５０は、システム１０が分流蒸気の供給源を備える限り置き換え可能であり、又は全体的に取り除くこともできる。さらに、システム１０は、本明細書で検討されているものに加えて、他のタイプの発電プラント及び他の産業用途での使用に適用することができる。別の実施例として、ＨＰＳＴ３０、ＩＰＳＴ４０、及びＬＰＳＴ５０は、ガスタービン２に結合することができ、或いは、熱を生成してこれから蒸気を生成することができる燃料の直接燃焼によって、独立して稼働させることもできる。
【００１２】
図２を参照すると、ＬＰＳＴ５０は、ＨＲＳＧ３から、或いは他の構成では、ＨＲＳＧ３、ＨＰＳＴ３０、又はＩＰＳＴ４０の何れかの１つ又はそれ以上から入口供給蒸気５を受け取り、その運転中に出力及び／又は電気を発生する。使用済み蒸気は、少なくとも第１の供給蒸気６０及び第２の供給蒸気７０としてＬＰＳＴ５０の相対的に低い段及び相対的に高い段から出力され、ここで第１の供給蒸気６０は第２の供給蒸気７０よりも一般に低い圧力を有する。例えば、１つの特定の実施形態において、第１の供給蒸気６０は約０．５ｐｓｉａの圧力を有することができ、第２の供給蒸気７０は約１ｐｓｉａの圧力を有することができる。
【００１３】
低圧凝縮器などの第１の凝縮器８０は、第１の供給蒸気６０、及び冷却塔２０から提供される塔給水に流体結合される。従って、第１の凝縮器８０は、第１の供給蒸気６０及び塔水９０を流体として受け取って、第１の供給蒸気を介して塔水９０に対して動作し、第１の給水１００及び凝縮供給蒸気を出力するよう構成される。同様に、高圧凝縮器などの第２の凝縮器１１０は、第１の給水１００及び第２の供給蒸気の第１の部分１２０に流体結合される。従って、第２の凝縮器は、第２の供給蒸気１２０の第１の部分及び第１の給水１００を流体として受け取って、第２の供給蒸気の第１の部分１２０を介して第１の給水１００に対して動作し、第２の給水１３０及びさらに別の凝縮供給蒸気を出力するよう構成される。第１及び第２の凝縮器８０からの凝縮供給蒸気出力は、凝縮抽出ポンプ（ＣＥＰ）１３５に分流することができる。
【００１４】
蒸気吸収機械（ＶＡＭ）１４０は、約１ｐｓｉａの圧力を有することができる第２の供給蒸気の第２の部分１５０、第２の給水１３０、及び塔水９０又は第３の給水１６０の何れかを流体として受けるように構成される。冷却サイクルは、塔水９０又は第３の給水１６０を冷却するために第２の供給蒸気の第２の部分１５０及び第２の給水１３０を用いて行われる。第３の給水１６０がＶＡＭ１４０で冷却される場合、冷却された第３の給水１６０を次に用いて塔水９０を冷却する。ＶＡＭ１４０は、アンモニア／水又は臭化リチウム／水の組み合わせのような、冷媒の供給源を含み、冷却サイクルを通して循環される。
【００１５】
１つの構成において、ＶＡＭ１４０は、第２の供給蒸気の第２の部分１５０を加熱して冷媒を活性化させる第１の熱交換器１７０と、第２の給水１３０で活性冷媒を冷却する第２の熱交換器１８０と、第２の給水１３０で活性冷媒を凝縮する第３の熱交換器１９０と、凝縮冷媒で塔水９０又は第３の給水１６０を冷却する第４の熱交換器２００とを含む。ここで、第２及び第３の熱交換器１８０及び１９０は、ＶＡＭ１４０の水側で互いに流体的に直列に配列されている。
【００１６】
第２の供給蒸気の第２の部分１５０を利用して、冷媒を加熱し活性化すると、第２の供給蒸気の第２の部分は、ＶＡＭ１４０から出力された後、ＣＥＰ１３５に分流することができる。逆に、第２の給水１３０を利用して活性冷媒を冷却及び凝縮すると、第２の給水１３０は、ＶＡＭ１４０から出力された後、冷却塔２０に分流される。次いで、第２の給水１３０が冷却塔２０において及び第３の給水１６０により冷却される。その後、第２の給水１６０は、塔水９０の供給を可能にする。
【００１７】
第３の給水１６０による第２の給水１３０の冷却は、塔水熱交換器２１０及びポンプシステム２２０により可能にされる。ポンプシステム２２０は、塔水熱交換器２１０及びＶＡＭ１４０を通して第３の給水１６０を循環するよう構成される。ここで、塔水熱交換器２１０は、限定ではないが、プレート型熱交換器のような種々のタイプの熱交換器を含むことができる。塔水熱交換器での水冷却温度は、約２０華氏温度とすることができる。
【００１８】
別の態様では、冷却塔２０と、第１及び第２の供給蒸気６０及び７０をそれぞれ第１及び第２の圧力で出力するよう構成された少なくとも低圧蒸気タービン５０とを含む、複合又はランキンサイクル発電プラントで使用するための方法が提供され、本方法は、第１の供給蒸気及び塔水に対して低圧凝縮器８０を動作させることにより、加熱され且つ第１の給水１００として塔水を出力する段階と、第２の供給蒸気の第１の部分１２０及び第１の給水１００に対して高圧凝縮器１１０を動作させることにより、さらに加熱され且つ第２の給水１３０として第１の給水を出力する段階と、第２の供給蒸気の第２の部分１５０及び第２の給水１３０により作動される冷媒により第３の給水１６０を冷却する段階と、冷却された第３の給水１６０により塔水９０を冷却する段階とを含む。
【００１９】
本方法はさらに、低圧及び高圧凝縮器の動作により出力される凝縮供給蒸気を凝縮抽出ポンプ（ＣＥＰ）１３５に分流する段階と、冷却字に第２の給水１３０を作動させることに続いて、第２の給水１３０を冷却塔２０に分流する段階とをさらに含むことができる。
【００２０】
加えて、本方法はさらに、第２の供給蒸気の第２の部分１５０と冷媒との間並びに第２の給水１３０と冷媒との間で一連の熱交換を行う段階と、冷媒と第３の給水１６０との間で熱交換を行う段階と、第３の給水１６０と塔水９０との間で熱交換を行う段階とを含むことができる。
【００２１】
システム１０を利用する複合又はランキンサイクル発電プラントは、蒸気タービンホイール出力で約２．８ＭＷの増大、総補助負荷で約２．４ＭＷの低下、正味出力で約５．２５ＭＷの増大が見られることが分かる。加えて、複合又はランキンサイクル発電プラントは、ある期間にわたって設置コストを回収する運転効率で約０．２５％の上昇が見られる。
【００２２】
例示的な実施形態を参照しながら本開示を説明してきたが、本開示の範囲から逸脱することなく種々の変更を実施することができ、また、その要素を均等物で置き換え得る点は、当業者であれば理解されるであろう。加えて、本開示の本質的な範囲から逸脱せずに本開示の教示に特定の状況又は材料を適合させるために多くの修正形態が可能である。従って、本開示は、当該開示を実施するために企図された最良の形態として開示された特定の例示的な実施形態に限定されるものではなく、本開示は、添付の請求項の範囲に含まれる全ての実施形態を含むことになる。
【符号の説明】
【００２３】
２  ガスタービン
３  排熱回収ボイラ
４  熱交換器
５  入口供給蒸気
１０  システム
２０  冷却塔
３０  高圧蒸気タービン
４０  中圧蒸気タービン
５０  低圧蒸気タービン
６０  第１の供給蒸気
７０  第２の供給蒸気
８０  第１の凝縮器
９０  塔水供給源
１００  第１の給水
１１０  第２の凝縮器
１２０  第２の供給蒸気の第１の部分
１３０  第２の給水
１３５  凝縮抽出ポンプ
１４０  蒸発吸収機械
１５０  第２の供給蒸気の第２の部分
１６０  第３の給水
１７０  第１の熱交換器
１８０  第２の熱交換器
１９０  第３の熱交換器
２００  第４の熱交換器
２１０  塔水熱交換器
２２０  ポンプシステム
【図１】
2010038160.tif 000003
【図２】
2010038160.tif 000004