(57)【要約】【課題】複合サイクル・パワー・プラントのパワー出力および効率を改善する。【解決手段】複合サイクル・パワー・プラントが、圧縮機（１１０）、ガス・タービン（１０５）、燃焼器（１２０）、および熱回収蒸気発生器（１１０）を備える場合には、圧縮機（１１０）から出た過剰空気を抽出および膨張させてパワーを発生させることができる。膨張した空気を次に、少なくとも１種の可燃性燃料と混合して、加熱された燃焼生成物を生成することができる。加熱された燃焼生成物を、ガス・タービン（１０５）から出た排気ガスと混合して、排気ガスの温度を、熱回収蒸気発生器（１１０）に導入する前に上げることができる。このようにガス・タービン（１０５）から出た排気ガスの温度を上げることによって、蒸気およびパワーを発生させるための付加的なエネルギーが与えられ、熱回収蒸気発生器（１１０）の性能が向上する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス・タービン（１０５）の圧縮機（１０６）、燃焼器（１２０）、および熱回収蒸気発生器（１１０）を備える複合サイクル・パワー・プラントのパワー出力および効率を改善するための方法（３００）であって、
圧縮機（１０６）から過剰空気を抽出する（３０５）ことと、
抽出した過剰空気の少なくとも一部を膨張（３１０）させてパワーを発生させることと、
膨張した空気を少なくとも１種の可燃性燃料と混合（３１５）して燃焼を図り、加熱された燃焼生成物を生成することと、
加熱された燃焼生成物の少なくとも一部をガス・タービン（１０５）から出た排気と混合（３２０）することであって、排気の温度を熱回収蒸気発生器（１１０）に導入する前に上げる、混合することと、を含む方法。
【請求項２】
加熱された燃焼生成物の少なくとも一部に、圧縮機（１０６）に入る空気を冷却させることをさらに含む請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項３】
高炉ガスを用意することと、
高炉ガスを加熱することと、
加熱された高炉ガスを膨張した過剰空気と混合させて、加熱された燃焼生成物の生成を、燃焼生成物の少なくとも一部をガス・タービン（１０５）から出た排気と混合する前に行なうことと、をさらに含む請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項４】
排気の少なくとも一部を熱回収蒸気発生器（１１０）上の場所に送る請求項１に記載の方法（３００）。
【請求項５】
複合サイクル・パワー・プラントのパワー出力および効率を改善するためのシステム（２００）であって、
圧縮空気を発生させるように動作可能なガス・タービン（１０５）の圧縮機（１１０）であって、圧縮空気の少なくとも一部は、過剰空気であり、ガス・タービン（１０５）のサージ・マージン制御を維持するために抽出される、圧縮機（１１０）と、
圧縮空気の少なくとも一部を少なくとも１種の可燃性燃料と混合するように動作可能な燃焼器（１２０）であって、ガス・タービン（１０５）によって排気が発生する、燃焼器（１２０）と、
圧縮機から抽出された過剰空気を受け取り、過剰空気を膨張させてパワーを発生させるように動作可能な少なくとも１つの空気膨張機と、
少なくとも１つの空気膨張機（２１０）から膨張した過剰空気を受け取り、膨張した空気を少なくとも１種の可燃性燃料と混合して、加熱された燃焼生成物を生成するように動作可能な少なくとも１つの加熱炉（２１５）と、
少なくとも１つの加熱炉（２１５）から出た加熱された燃焼生成物の少なくとも一部と、ガス・タービン（１０５）から出た排気とを受け取るように動作可能な熱回収蒸気発生器（１１０）と、を備えるシステム（２００）。
【請求項６】
少なくとも１つの加熱炉（２１５）から出た加熱された燃焼生成物の少なくとも一部を受け取って、圧縮機（１１０）用の空気を冷却する冷却された媒体を与えるように動作可能な蒸気吸収冷却機をさらに備える請求項５に記載のシステム（２００）。
【請求項７】
少なくとも１つの可燃性燃料源（１３０）をさらに備え、少なくとも１つの加熱炉（２１５）はさらに、少なくとも１つの可燃性燃料源（１３０）から可燃性燃料を受け取るように動作可能である請求項５に記載のシステム（２００）。
【請求項８】
可燃性燃料を、少なくとも１つの加熱炉（２１５）に導入する前に加熱するように動作可能な少なくとも１つの高圧水熱交換器（２４０）をさらに備える請求項５に記載のシステム（２００）。
【請求項９】
ガス・タービン（１０５）の圧縮機（１１０）と熱回収蒸気発生器（１１０）とを備える複合サイクル・パワー・プラントのパワー出力および効率を改善するための装置であって、
少なくとも１つの加熱炉（２１５）を備え、
前記少なくとも１つの加熱炉（２１５）は、
膨張した空気を受け取って、膨張した空気の少なくとも一部を少なくとも１種の可燃性燃料と混合することと、
膨張した空気と少なくとも１種の可燃性燃料との混合物を燃焼させて、加熱された燃焼生成物を生成することであって、加熱された燃焼生成物はガス・タービン（１０５）から出た排気と混合される、生成することと、
加熱された燃焼生成物と排気との混合物を熱回収蒸気発生器（１１０）へ送ることと、を行なうように動作可能である装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの加熱炉（２１５）に膨張した空気を送るように動作可能な少なくとも１つの空気膨張機（２１０）をさらに備える請求項９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合サイクル・パワー・プラントに関し、より具体的には、複合サイクル・パワー・プラントのパワー出力および効率を改善・変更するためのシステム、方法、および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合サイクル・パワー・プラントは、ガス・タービンと蒸気タービンとの組み合わせを用いて電力を発生させることができる。複合サイクル・パワー・プラントでは、ガス・タービン・サイクルを蒸気タービン・サイクルと動作可能に組み合わせることが、熱回収蒸気発生器（「ＨＲＳＧ」）によって可能である。
【０００３】
複合サイクル・パワー・プラントでは、ガス・タービン・サイクルをトッピング・サイクルと言うことができ、蒸気タービン・サイクルを蒸気ボトミング・サイクルと言うことができる。ガス・タービン・トッピング・サイクルは通常、少なくとも１つの圧縮機、少なくとも１つの燃焼器、および膨張機を有している。圧縮機では、空気を加圧して燃料と混合し、燃焼に備える。空気／燃料混合気を次に、燃焼器内で燃焼させる。この動作の結果、高温燃焼生成物が生成される、高温燃焼生成物を次に、ガス・タービンの膨張機部分内で膨張させてパワーを発生させる。ガス・タービンから出た排気流を次に、ＨＲＳＧに送って、蒸気の生成と蒸気タービンを用いたパワー生成とを図る。
【０００４】
ガス・タービン応用例によっては、ガス・タービン圧力比が圧縮機の作動圧限界を超える結果、圧縮機サージが起こる。この圧縮機サージは、低ＢＴＵ（英国熱量単位）燃料を用いたときに起こる可能性がある。低ＢＴＵ燃料の例としては、コークス炉ガス、石炭ガス、改質石油生成物ガス（ｒｅｆｏｒｍｅｄ  ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ  ｐｒｏｄｕｃｔ  ｇａｓ）、および高炉ガスが挙げられる。圧縮機サージが起こると、ガス・タービンのパワー出力および効率が低下し、システムに突発故障が起こる可能性もある。
【０００５】
圧縮機サージを防止するための解決方法の１つは、最終段の抽出点から過剰な圧縮機吐出空気を抜き取って、その空気を大気中に排出することである。この過剰な空気にはエネルギーが圧力エネルギーの形態で含まれているため、過剰な空気を管理するもっと効率的な方法が広く求められている。１つの方法は、過剰な吐出空気を再循環させて、大気中ではなく圧縮機入口に戻すことである。このガス・タービン動作方法は、インレット・ブリード・ヒート（Inlet Bleed Heat）（ＩＢＨ）制御として知られており、より低温の周囲空気を、高温の圧縮機吐出空気の流出部分と混合することによって圧縮機入口空気の入口温度を上げるものである。このアプローチによって圧縮機サージはなくなるが、一方で、低温の周囲空気を高温の吐出空気と混合するために、ガス・タービンに対する空気密度および質量流が低下することになる。結果として、ガス・タービン性能は低下し、利用可能なガス・タービン排気量は次第に減少する。このガス・タービン排気流の低下によって、ＨＲＳＧで生成される蒸気が減少し、結果として、蒸気タービン・パワー出力が低下する。
【０００６】
圧縮機サージを防止する別の解決方法は、過剰な圧縮機吐出空気を抜き取って、それをガス・タービン排気と、排気がＨＲＳＧ内に入力される前に混合することである。しかし過剰な吐出空気は、圧縮機の入口では周囲空気よりも高温であるが、一方で、ガス・タービン排気よりもさらに低温である。その結果、２つのガスを混合すると、ＨＲＳＧの入口における空気温度が下がり、その入口に与えられる熱が減少するため、ＨＲＳＧは同じ蒸気量を生成することはできない。また、吐出空気に含まれるエネルギーは圧力エネルギーの形態であるため、このエネルギーをＨＲＳＧの入口に直接与えても利用されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５，４３３，０６９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、複合サイクル・パワー・プラントのパワー出力および効率を改善するためのシステム、方法、および装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態は、前述の要求の一部または全部に対処することができる。本発明のある実施形態は一般的に、複合サイクル・パワー・プラントのパワー出力および効率を改善するためのシステム、方法、および装置に関する。一実施形態によれば、複合サイクル・パワー・プラントのパワー出力および効率を改善するための方法として、複合サイクル・パワー・プラントが、ガス・タービン用の圧縮機、燃焼器、および熱回収蒸気発生器（「ＨＲＳＧ」）を備える方法を提供することができる。本方法は、圧縮機から過剰空気を抽出することと、過剰空気を膨張させてパワーを発生させることと、を含むことができる。本方法はまた、膨張した空気を可燃性燃料と混合して、加熱された燃焼生成物を生成することを含むことができる。本方法はさらに、加熱された燃焼生成物をガス・タービンから出た排気と混合して、排気の温度および質量流を、ＨＲＳＧに導入される前に増加させることを含むことができる。
【００１０】
本発明の別の実施形態によれば、複合サイクル・パワー・プラント・システムのパワー出力および効率を改善するためのシステムを提供することができる。本システムは、ガス・タービンの圧縮機を備えることができる。圧縮機は、圧縮空気を発生させるように動作可能であり、さらに、過剰な圧縮空気を抽出してガス・タービンの性能を維持するように動作可能である。本システムはまた、燃焼器であって、圧縮空気の少なくとも一部を可燃性燃料と混合して、加熱された燃焼生成物を生成するとともにガス・タービンを動作させてパワーを発生させるように動作可能な燃焼器を備えることができる。本システムはまた、空気膨張機であって、圧縮機から過剰な圧縮空気を受け取り、それを膨張させてパワーを発生させるように動作可能な空気膨張機を備えることができる。さらに本システムは、加熱炉であって、空気膨張機から膨張した過剰空気を受け取って、膨張した空気を可燃性燃料と混合して加熱された燃焼生成物を生成するように動作可能な加熱炉を備えることができる。最後に、本システムは、加熱炉から加熱された燃焼生成物を受け取りガス・タービンから排気を受け取ってパワー生成を図るように動作可能なＨＲＳＧを備えることができる。
【００１１】
本発明のさらに別の実施形態によれば、複合サイクル・パワー・プラント・システムのパワー出力および効率を改善するための装置であって、複合サイクル・パワー・プラント・システムはガス・タービン用の圧縮機、燃焼器、およびＨＲＳＧを備える、装置を、提供することができる。本装置は、膨張した空気を受け取って、膨張した空気を可燃性燃料と混合するように動作可能な加熱炉を備えることができる。本装置はさらに、膨張した空気と可燃性燃料との混合物を燃焼して、加熱された燃焼生成物を生成するように構成することができる。加えて、本装置を、加熱された燃焼生成物をガス・タービンから出た排気と混合して、混合物をＨＲＳＧに送るように改善することができる。
【００１２】
本発明の他の実施形態および態様は、以下の図面とともに以下の説明から明らかになる。
【００１３】
以上、本発明を概略的に説明したが、次に添付図面を参照する。添付図面は、必ずしも一定の比率では描かれてはいない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来技術の複合サイクル・パワー・プラントの例を例示する図である。
【図２】複合サイクル・パワー・プラントのパワー出力および効率を改善するための典型的なシステムを例示する図である。
【図３】典型的な複合サイクル・パワー・プラントのパワー出力および効率を改善するための方法を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を、本発明の実施形態例を示す添付図面を参照して、より十分に説明する。しかし本発明は、多くの異なる形態で具体化しても良く、本明細書で述べる実施形態例に限定されると解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態を示すのは、本開示によって本発明の範囲が当業者に伝わるようにするためである。同様の番号は、全体に渡って、同様の要素を指す。
【００１６】
図１に、従来の複合サイクル・システム１００を例示する。システム１００では、ガス・タービン・トッピング・サイクル１０５が、蒸気タービン・ボトミング・サイクルまたは図に例示するような熱回収蒸気発生器（「ＨＲＳＧ」）システム１１０に熱的に結合されている。単純サイクル・ガス・タービン・システム１０５は、圧縮機１１０、タービン要素１１５、燃焼器１２０、および単一ロータまたはシャフト（図示せず）上に配置された負荷（たとえば、発電機）を備えている。燃焼器１２０は、燃料をストリーム１２１を介して受け取り、圧縮機１１０から出た圧縮空気をストリーム１１１を介して受け取り、高温の過剰な吐出空気はすべて、圧縮機１１０からストリーム１１２を介して流出される。燃焼ガスがタービン要素１１５内にストリーム１１６を介して導入され、ガス・タービン排気がガス・タービンからストリーム１１７を介して出る。
【００１７】
またシステム１００には、低ＢＴＵ（英国熱量単位）燃料源１３０が存在する。可能性がある低ＢＴＵ燃料源が、当該技術分野において知られている。たとえば、低ＢＴＵ燃料の２つのタイプはコークス炉ガスおよび高炉ガスであり、これらの燃料に対する共通の供給源は製鋼所プラントまたはプロセスである。他の低ＢＴＵ燃料源も、当該技術分野において認識されている。システム１００では、低ＢＴＵ燃料が供給源１３０から燃焼器１２０に、ストリーム１２１を介して、燃焼用に状態調整された後に与えられる。システム１００では、状態調整は、燃料ガス圧縮機１４０および１４５      によって、また高圧中間冷却器１５０、１５５、および１６０によって行なわれる。システム１００では、燃料ガス圧縮機１４０および１４５は、低ＢＴＵ燃料の圧力を、燃焼器１２０が利用できるように必要なレベルまで上げるように動作可能である。中間冷却器１５０、１５５、および１６０は、圧縮された燃料を中間段で冷却して圧縮機負荷を減らすように動作可能である。
【００１８】
圧縮機サージ状態が起こった場合、通常、圧縮機吐出流出空気回路を用いて、過剰な吐出空気を、燃焼器１２０を回避するように送る。システム１００では、過剰な吐出空気とガス・タービン排気との直接混合を、ＨＲＳＧシステム１１０に入る前にストリーム１１８を介して行なう。過剰な圧縮機吐出空気を抽出して、ストリーム１１７においてガス・タービン排気に直接供給することによって、圧縮機圧力比限界が守られる。加えて、過剰な吐出空気を再循環させて圧縮機１１０入口の入口案内バルブ１０６に戻す従来のシステムと比べて、この配置では圧縮機入口空気の温度は上昇しない。したがって圧縮機１１０は、周囲温度が低いことの利益を完全に享受する場合があり、ガス・タービン・トッピング・サイクル１０５のパワー出力が保持される。
【００１９】
しかし過剰な吐出空気をガス・タービン排気と混合することには不利な点がある。過剰な吐出空気は、高圧であり、大量の圧力エネルギーを含んでいる。この圧力エネルギーは、過剰な吐出空気をガス・タービン排気と混合した場合には利用されない。なぜならば、過剰な吐出空気の圧力は、ガス・タービン排気と混合されてＨＲＳＧシステム１１０内に入力される前に、ほとんど周囲の圧力まで低下するからである。請求する発明の実施形態は、前述の要求の一部または全部に対処することができる。
【００２０】
図２に、本発明の一態様により複合サイクル・パワー・プラントのパワー出力および効率を改善するための典型的なシステム２００を例示する。なお本明細書に記載したシステム、方法、および装置では、単一のＨＲＳＧシステムに結合された単一のガス・タービンのみを参照しているが、複数のガス・タービン、蒸気タービン、およびＨＲＳＧシステムを用いるシステムを、開示したシステム、方法、および装置を用いるように構成して、それらが提供する優位性をそれらが利用しても良いようにできることを理解されたい。
【００２１】
従来のシステム１００と同様に、システム２００は、ＨＲＳＧシステム１１０に熱的に結合されたガス・タービン・トッピング・サイクル１０５を備えている。ガス・タービン・システム１０５は、圧縮機１１０、タービン要素１１５、燃焼器１２０、および単一ロータまたはシャフト（図示せず）上に配置された負荷（たとえば、発電機）を備えている。燃焼器１２０は、燃料をストリーム１２１を介して受け取り、圧縮機１１０から出た圧縮空気をストリーム１１１を介して受け取り、燃焼ガスがタービン要素１１５内にストリーム１１６を介して導入される。ガス・タービン排気が引き続き、ガス・タービンからストリーム１１７を介して出る。またシステム２００には、低ＢＴＵ燃料に対する供給源１３０が存在し、低ＢＴＵ燃料の状態調整が、燃料ガス圧縮機１４０および１４５によって、また中間冷却器１５０、１５５、および１６０によって行なわれる。
【００２２】
システム１００とは異なり、高温の過剰な吐出空気が、圧縮機１１０からストリーム２０５を介して流出され、その結果、高圧な過剰吐出空気は空気膨張機２１０に送られる。前述したように、低ＢＴＵ燃料をガス・タービン・トッピング・サイクルにおいて用いると、ガス・タービン圧力比が圧縮機の作動圧限界を超える結果、圧縮機サージが起こる。システム２００では、この圧縮機サージの制御を、圧縮機吐出流出空気回路が過剰な吐出空気をストリーム２０５を介して燃焼器１２０を回避するように送ることによって、行なうことができる。そうすることで、圧縮機吐出流出空気回路によって、ガス・タービン・トッピング・サイクル１０５が適切に動作し続けて圧縮機サージの損害を被らないことを確実にすることができる。
【００２３】
空気膨張機２１０は、高圧な過剰吐出空気を膨張させることによってパワーを発生させるように動作可能である。空気膨張機２１０の実施形態には、これらに限定されないが、ターボ膨張機および膨張タービンを含めることができる。
【００２４】
空気膨張機２１０から出た膨張した空気を、加熱炉２１５にストリーム２１６を介して導入する。加熱炉２１５は、空気膨張機２１０から出た膨張した空気を、加熱された燃焼生成物を生成するプロセスにおいて利用可能な１種または複数種の可燃性の過剰な燃料と混合するように動作可能である。加熱炉２１５の実施形態には、これらに限定されないが、ダクト・バーナー、補助燃焼室、および外部燃焼器を含めることができる。
【００２５】
加熱された燃焼生成物は、加熱炉２１５からストリーム２２０を介して出て、ストリーム１１７から出たガス・タービン排気と、ストリーム２２５において、混合用の「Ｔ字管」（図示せず）を用いて混合される。加熱された燃焼生成物とガス・タービン排気との新しい混合物の温度は、ガス・タービン排気単独の温度よりも高い。その結果、ＨＲＳＧ１１０において熱が付加されていることによって、ＨＲＳＧ１１０は、より多くの蒸気を発生させることおよびより多くのパワーを発生させることができる。このパワー出力の増加と空気膨張機２１０から発生するパワーとの組み合わせにより、システム２００は、従来のシステム１００よりも効率的で生産的となる。
【００２６】
典型的なシステム２００では、加熱炉２１５用の可燃性燃料源は、低ＢＴＵ燃料源１３０からストリーム２３０を介して与えられる。本発明の一態様によれば、供給源１３０が製鋼所またはプロセスである場合、過剰な高炉ガスを吸い上げて加熱炉２１５に与え、空気膨張機２１０から出た膨張した空気を用いた燃焼を図ることができる。他の低ＢＴＵ燃料の場合と同様に、過剰な高炉ガスを、燃焼前に状態調整することができる。典型的なシステム２００では、供給源１３０から出た低ＢＴＵ燃料の状態調整を、高圧水熱交換器２４０が、ＨＲＳＧ１１０から得られる水源を用いて行なう。高圧水熱交換器２４０によって低ＢＴＵ燃料の温度が上がるため、加熱炉２１５における低ＢＴＵ燃料の燃焼に必要なエネルギーが減少する。
【００２７】
当然のことながら、膨張した空気と混合して加熱された燃焼生成物を生成するための、利用可能な燃料源だけでなく燃料を調製するための状態調整システムについて他の多くの実施形態が存在する。
【００２８】
別の実施形態においては、ストリーム２２０経由の加熱された燃焼生成物を、ストリーム１１７からのガス・タービン排気とストリーム２２５において混合するのではなく、加熱された燃焼生成物の少なくとも一部を蒸気吸収冷却機（図示せず）に与えることができる。蒸気吸収冷却機は、圧縮機１１０の入口ダクト１０６に間接的に接続することができる。蒸気吸収冷却機は、加熱された燃焼生成物を熱源として受け取って、冷却された媒体を生成するように動作可能であろう。冷却された媒体によって、圧縮機１１０に対する入口空気温度が間接的に低下する。圧縮機入口における空気がより低温であれば、圧縮機１１０の効率を上げることができる。なぜならば、より高温の空気の場合と比べてより低温の空気を圧縮するのに必要なエネルギーは小さいからである。結果として、圧縮機１１０の効率が上がると、ガス・タービン・トッピング・サイクル１０５の効率も上がる。
【００２９】
さらに別の実施形態においては、加熱された燃焼生成物の少なくとも一部を、ＨＲＳＧ１１０用の水源を暖めるために与えることができる。より高温の水をＨＲＳＧ１１０に与えることによって、ＨＲＳＧ１１０は、蒸気を発生させるのに必要なエネルギーが小さくなる場合がある。したがって、ＨＲＳＧ１１０の効率を向上させることができる。
【００３０】
図３に、ガス・タービン、ガス・タービン用の圧縮機、燃焼器、およびＨＲＳＧを備える複合サイクル・パワー・プラントのパワー出力および効率を改善するための典型的な方法３００を例示する。本方法は、ブロック３０５で始まる。ブロック３０５では、過剰空気を圧縮機から抽出する。方法３００のこの要素を行なうための一実施形態が、システム２００によって例示されている。システム２００では、低ＢＴＵ燃料が燃焼器１２０にストリーム１２１を介して与えられる。前述したように、低ＢＴＵ燃料をガス・タービン・トッピング・サイクルにおいて用いると、ガス・タービン圧力比が圧縮機の作動圧限界を超えるために、圧縮機サージが起こる。したがって、ブロック３０５では、この過剰な吐出空気を抽出して燃焼およびタービン性能を維持する。一実施形態においては、この圧縮機サージの制御を圧縮機吐出流出空気回路によって行なうことができる。前述した他の実施形態も用いることができる。
【００３１】
方法３００はブロック３１０に進んで、圧縮機から抽出した過剰空気を膨張させてパワーを発生させる。この場合もやはり、図２のシステム２００を参照して、ブロック３１０を空気膨張機２１０によって行なうことができる。空気膨張機２１０に、過剰な圧縮機空気がストリーム２０５を介して与えられる。代表的な実施形態においては、空気膨張機を用いて、圧縮機１１０におけるサージ状態に依存するが、約６メガワットの付加的なパワーを発生させることができる。他の実施形態においては、他の空気膨張機を用いることが、過剰な吐出空気の利用可能性および複合サイクル・システムの他の要求に応じて可能である。
【００３２】
いったん過剰空気を抽出して膨張させたら、方法３００はブロック３１５に進んで、空気膨張機から出た膨張した空気を可燃性燃料と混合して、加熱された燃焼生成物を生成する。典型的なシステム３００では、この混合を加熱炉２１５によって行なうことができる。加熱炉２１５では、空気膨張機２１０から出た膨張した空気がストリーム２１６を介して与えられ、可燃性燃料がストリーム２３０を介して与えられる。
【００３３】
典型的なシステム２００では、可燃性燃料を低ＢＴＵ燃料源１３０によって与えることができる。低ＢＴＵ燃料源の一例は製鋼所プラントまたはプロセスである。これらは、高炉ガスおよびコークス炉ガスを与えて、複合サイクル・パワー・プラントに燃料供給することができる。一実施形態においては、過剰な高炉ガスが、製鋼所プラントまたはプロセスから送られて、燃料として加熱炉２１５に与えられる。別の実施形態においては、過剰なコークス炉ガスを用いることができる。
【００３４】
一実施形態においては、可燃性燃料を膨張した空気と混合する前に、可燃性燃料を状態調整して、加熱された燃焼生成物の発生を向上させることができる。たとえば、図２のシステム２００を参照して、供給源１３０によって与えられる低ＢＴＵ燃料を、加熱炉２１５に与える前に状態調整することができる。典型的なシステム２００では、高圧水熱交換器２４０によって低ＢＴＵ燃料の状態調整を、ＨＲＳＧ１１０からの高圧ボイラー給水を用いて行なう。一実施形態においては、過剰な高炉ガスが低ＢＴＵ燃料として与えられると、高圧水熱交換器２４０が、過剰な高炉ガスの温度を、加熱炉２１５に高炉ガスをストリーム２３０を介して導入する前に上げる。そうすることで、高圧水熱交換器２４０によって、加熱炉２１５の性能が向上する。なぜならば、高温燃焼生成物を生成する燃焼に必要なエネルギーが小さくなるからである。当然のことながら、他の燃料を用いた場合、それらを他の方法で同様に調整して、加熱された燃焼生成物の発生を向上させることができる。
【００３５】
いったん可燃性燃料を受け取ったら、加熱炉２１５は、膨張した空気を可燃性燃料と混合して、加熱された燃焼生成物を生成する。代表的な実施形態においては、加熱炉を用いて、ストリーム２３０における可燃性燃料の利用可能性と２１６における膨張した空気の利用可能性とに依存するが、加熱された燃焼生成物をストリーム２２０において５３８°Ｃを上回る温度で生成することができる。
【００３６】
ブロック３１５において、加熱された燃焼生成物を生成したら、方法３００はブロック３２０に進んで、加熱された燃焼生成物をガス・タービン・トッピング・サイクル１０５から出た排気と混合する。代表的な実施形態においては、この混合を混合用のＴ字管を用いて行なう。当然のことながら、加熱された燃焼生成物とガス・タービン排気との混合を他の方法で行なうこともできる。
【００３７】
方法３００はブロック３２５で終了する。ブロック３２５では、加熱された燃焼生成物とガス・タービン排気との混合物を、ＨＲＳＧシステムに導入する。典型的なシステム２００では、加熱炉２１５から出た加熱された燃焼生成物とガス・タービン・トッピング・サイクル１０５から出た排気との混合物によって、加熱された排気生成物として約５２６°Ｃを上回る平均温度を有するものがＨＲＳＧ１１０に与えられる。従来のシステム１００では、ＨＲＳＧ１１０に与えられる加熱された排気生成物の平均温度は約５１０°Ｃを下回っていた。なぜならば、ガス・タービン圧縮機から出たより低い温度の吐出空気をガス・タービン排気と混合することによって、冷却効果が生じていたからである。前述したように、排気生成物の温度がこのように低いことによって、ＨＲＳＧシステム１１０が生成するパワーはもっと小さかった。しかし温度が高くなるとともに、ＨＲＳＧシステム１１０はより多くの蒸気を生成し、蒸気タービンはより多くのパワーを生成する。
【００３８】
別の実施形態においては、加熱された燃焼生成物の一部を用いて、複合サイクル・システムにおける圧縮機の性能を改善することができる。たとえば、システム２００を、入口ダクト１０６に間接的に接続された蒸気吸収冷却機を備えるように改善することができる。加熱炉２１５から出た加熱された燃焼生成物の少なくとも一部を次に、蒸気吸収冷却機に熱源として与えることができる。この熱源を用いて、蒸気吸収冷却機は、冷却された媒体を生成して、圧縮機１１０における入口空気温度の冷却を図ることができる。入口における空気がより低温であることによって、圧縮機１１０の効率を上げることができる。なぜならば、より高温の空気の場合と比べてより低温の空気を圧縮するのに必要なエネルギーは小さいからである。圧縮機１１０の効率が上がると、ガス・タービン・トッピング・サイクル１０５の効率も上がる。
【００３９】
本明細書で述べた本発明の多くの改善および他の実施形態が、これらの発明が関係し前述した説明および付随する図面に示す教示の利益を得る当業者に想起される。したがって、当業者であれば理解するように、本発明は、多くの形態で具体化しても良く、前述した実施形態に限定してはならない。したがって、本発明を、開示した特定の実施形態に限定してはならないこと、ならびに改善および他の実施形態が添付の請求項の範囲に含まれることが意図されていることを理解されたい。本明細書では特定の用語を用いているが、それらは単に一般的かつ説明的な意味で用いており、限定を目的としたものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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