(57)【要約】【課題】  蒸気タービン（２２）のトリップ中に蒸気タービン（２２）からバイパスされる蒸気を冷却するための温度調節装置及び方法の提供。【解決手段】  本装置は、燃料ガス加熱器（８２）から排出される水をバイパス過熱低減器（７２）へ供給するよう構成される。燃料ガス加熱器（８２）から排出された水はバイパス蒸気の冷却に用いられる。燃料ガス加熱用の水はエコノマイザ（４４）で加熱してから燃料ガス加熱器（８２）に供される。水は、ボイラ給水ポンプ（７６）の中圧段（７４）からエコノマイザ（４４）に供給される。ボイラ給水ポンプ（７６）の中圧段（７４）は、再加熱器の過熱低減器（６２）に水を供給することにより、バイパス過熱低減器（７２）から再加熱器（５８）へ供給した後の蒸気の冷却するために用いられる。ボイラ給水ポンプ（７６）の中圧段（７４）から、バイパス過熱低減器（７２）に水を直接供給してもよい。【選択図】図３
2010090894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービン（２２）からバイパスされる蒸気を冷却する方法であって、
ボイラ給水ポンプ（７６）の中圧段（７４）からエコノマイザ（４４）へ水を供給するステップと、
前記エコノマイザ（４４）を用いて水を加熱するステップと、
前記エコノマイザ（４４）から燃料ガス加熱器（８２）へ水を供給するステップと、
前記燃料ガス加熱器（８２）を介して水から熱を燃料ガスへ伝達することによって、燃料ガスを加熱しながら水を冷却するステップと、
前記燃料ガス加熱器（８２）からバイパス過熱低減器（７２）へ水を供給するステップと、
前記バイパス過熱低減器（７２）を介して前記蒸気タービン（２２）からパイパスされる蒸気の熱を、前記燃料ガス加熱器（８２）からの水へ伝達することによって、蒸気を冷却するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記ボイラ給水ポンプ（７６）から前記バイパス過熱低減器（７２）へ直接水を供給するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
蒸気温度調節装置であって、
被加熱水を用いて燃料ガスを加熱すると共に、前記燃料ガス加熱プロセスで使用済みの水を排出するよう構成された燃料ガス加熱器（８２）と、
前記燃料ガス加熱器（８２）から排出された水を用いて蒸気を冷却するよう構成されており、蒸気タービン（２２）のトリップ中に蒸気が前記蒸気タービン（２２）からバイパスされるバイパス過熱低減器（７２）とを備える、蒸気温度調節装置。
【請求項４】
前記給水を加熱し、前記燃料ガス加熱器（８２）へ供給するよう構成されたエコノマイザ（４４）を備える、請求項３記載の蒸気温度調節装置。
【請求項５】
前記給水を前記エコノマイザ（４４）へ供給するよう構成されたボイラ給水ポンプ（７６）を備える、請求項４記載の蒸気温度調節装置。
【請求項６】
前記バイパス過熱低減器（７２）からの蒸気を冷却するよう構成された、再加熱器の過熱低減器（６２）を備える、請求項５記載の蒸気温度調節装置。
【請求項７】
前記蒸気を冷却するために、前記再加熱器の過熱低減器（６２）において前記ボイラ給水ポンプ（７６）からの給水を使用する、請求項６記載の蒸気温度調節装置。
【請求項８】
前記ボイラ給水ポンプ（７６）から前記バイパス過熱低減器（７２）へ直接給水されるよう構成された、請求項５記載の蒸気温度調節装置。
【請求項９】
前記燃料ガス加熱器（８２）が、前記蒸気タービン（２２）がトリップしていない時に排出された水をコンデンサ（３６）へ供給するよう構成された、請求項３記載の蒸気温度調節装置。
【請求項１０】
前記蒸気タービン（２２）のトリップ中に前記蒸気タービン（２２）からバイパスされた蒸気を冷却するために、前記バイパス過熱低減器（７２）において、前記燃料ガス加熱器（８２）から排出された水のみを使用する、請求項３記載の蒸気温度調節装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して蒸気温度調節に関し、特に、蒸気タービンのトリップ中に蒸気タービンからバイパスされる蒸気の温度調節に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合サイクル発電所において、ガスタービンからの加熱された排気は、蒸気タービンに用いる蒸気を発生するための排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）装置に送られる。非常に高温の蒸気が、ＨＲＳＧ装置から発生する。例えば、ＨＲＳＧ装置には、蒸気タービン用の蒸気を過熱する過熱器及び再加熱器が含まれる。蒸気タービンのトリップ中、蒸気が蒸気タービンをバイパスすることがある。このとき、蒸気温度が制御されていないと、蒸気が過熱器と再加熱器の間でループし、蒸気温度が更に上昇する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−０７１１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
過熱器及び再加熱器からの蒸気がある一定の高温に達すると、蒸気タービンだけでなく、ＨＲＳＧ下流のその他の機器が悪影響を受ける可能性がある。例えば、蒸気配管及び蒸気タービンにおける高サイクルの熱応力は、寿命の短縮に繋がる可能性がある。従来の制御装置は、ＨＲＳＧ装置内の蒸気温度を容易に監視及び制御できるよう考案されている。しかし、これらの従来の制御装置の多くは、専用水源からの水を冷媒として利用する温度調節装置を必要とする。専用の水源と配管により、水タンク及び揚水機器が大型化し、その結果、機器及びＨＲＳＧ装置全体の設置面積が増大する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態において、蒸気タービンのトリップ中に蒸気タービンからバイパスされる蒸気を冷却する方法を開示する。この方法は、ボイラ給水ポンプの中圧段からエコノマイザへ水を供給するステップを含む。この方法は、エコノマイザを用いて水を加熱するステップも含む。この方法は更に、エコノマイザから燃料ガス加熱器へ水を供給するステップを含む。この方法は更に、燃料ガス加熱器を介して水からの熱を燃料ガスへ伝達することによって、燃料ガスを加熱しながら水を冷却するステップを含む。この方法は更に、燃料ガス加熱器からバイパス過熱低減器へ水を供給するステップを含む。この方法は、バイパス過熱低減器を介して蒸気タービンからパイパスされる蒸気からの熱を燃料ガス加熱器からの水へ伝達することによって、蒸気を冷却するステップも含む。
【０００６】
別の実施形態において、蒸気を冷却する方法を開示する。この方法は、燃料ガス加熱器からバイパス過熱低減器へ水を供給するステップを含む。この方法は、バイパス過熱低減器と燃料ガス加熱器からの水とを用いて蒸気を冷却するステップも含む。
【０００７】
更に別の実施形態において、蒸気温度調節装置を開示する。この蒸気温度調節装置は、被加熱水を用いて燃料ガスを加熱しながら、燃料ガス加熱プロセスで使用済みの水を排出するよう構成された燃料ガス加熱器を含む。この蒸気温度調節装置はまた、燃料ガス加熱器から排出された水を用いて蒸気を冷却するよう構成されており、蒸気タービンのトリップ中に蒸気が蒸気タービンからバイパスされるバイパス過熱低減器を含む。
【０００８】
全図面を通じて同様の参照符号が同様の構成要素に付与された添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことで、本発明の以上及びその他の特徴、態様及び利点を更に理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態による蒸気温度調節装置及び方法を適用した、例示的な複合サイクル発電システムの概略フローチャートである。
【図２】本発明の実施形態による蒸気温度調節装置及び方法を適用した、例示的な複合サイクル発電システムのより詳細な概略フローチャートである。
【図３】本発明の実施形態による蒸気温度調節装置及び方法を適用した、例示的な複合サイクル発電システムの別の詳細な概略フローチャートである。
【図４】本発明の実施形態による、蒸気タービンをバイパスする過熱蒸気を温度調節する例示的な方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の１つ以上の特定の実施形態を説明する。これらの実施形態は、説明の便宜上、実使用における全ての特徴を詳細に説明しない場合がある。こうしたいかなる実使用における形態の開発形態についても、あらゆる技術又は設計プロジェクトと同様、システム関連及び事業関連の制約事項に準拠する等の、実施条件により様々である開発者の特定の目標を達成するために、実施条件特有の数多くの決定を行わなければならないことを理解するべきである。また、このような開発努力は、手間と時間がかかることであるが、それでもやはり、本開示を利用することができる当業者にとっては、設計、製作及び製造という定常作業の一環であることを理解するべきである。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の構成要素を示す場合、「１つの」、「或る」、「この」及び「前記の」という冠詞は、その構成要素が１つ以上あることを意味することを意図している。「備える」、「含む」及び「有する」という用語は、包括的な意味において用いられており、列挙された構成要素以外の追加の構成要素が存在する可能性を含んでいる。動作パラメータのいかなる例も本発明の実施形態のその他のパラメータが存在する可能性を排除するものではない。
【００１２】
本発明の例示的実施形態において、蒸気タービンのトリップ中に蒸気タービンからバイパスされる蒸気を冷却するための、温度調節装置及び方法を開示する。この装置は、燃料ガス加熱器から排出される水をバイパス過熱低減器へ供給するよう構成されている。燃料ガス加熱器から排出された水は、バイパス蒸気の冷却に用いられる。燃料ガス加熱用の水は、エコノマイザにより加熱されてから、燃料ガス加熱器に供される。水は、ボイラ給水ポンプの中圧段から、エコノマイザに供給される。かかる実施形態において、ボイラ給水ポンプの中圧段はまた、再加熱器の過熱低減器に水を供給することで、バイパス過熱低減器から再加熱器へ供給された後の蒸気を更に冷却するために用いられる。更に、ボイラ給水ポンプの中圧段から、バイパス過熱低減器に直接水を供給し、追加の水源を得ることができる。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態によるダクトバーナシステム及び方法を適用可能な、例示的な複合サイクル発電システム１０の概略フローチャートである。このシステム１０は、第１の負荷１４を駆動させるガスタービン１２を含む。第１の負荷１４は、例えば発電を行う発電機であってよい。ガスタービン１２は、タービン１６と、燃焼器又は燃焼室１８と、圧縮機２０とを含む。システム１０は、更にまた、第２の負荷２４を駆動させる蒸気タービン２２を含む。第２の負荷２４も発電を行う発電機であってよい。更に、第１及び第２の負荷１４、２４はいずれも、ガスタービン１２及び蒸気タービン２２により駆動可能なその他の種類の負荷であってもよい。更に、ガスタービン１２と蒸気タービン２２とは、図示の実施形態では、別々の負荷１４及び２４を駆動させるが、ガスタービン１２と蒸気タービン２２とを直列配置し、単一の軸を介して単一の負荷を駆動させてもよい。図示の実施形態において、蒸気タービン２２は、１つの低圧段２６（ＬＰ  ＳＴ）と、１つの中圧段２８（ＩＰ  ＳＴ）と、１つの高圧段３０（ＨＰ  ＳＴ）とを含む。しかし、蒸気タービン２２及びガスタービン１２のこの特定の構成は、個々の実施条件に基づくものであってよく、いかなる組合せで段を含んでいてもよい。
【００１４】
システム１０は更に、多段ＨＲＳＧ３２を含んでいてもよい。ＨＲＳＧ３２の構成要素は、図示においては簡略化されているが、その実施形態はこれに限定されない。図示のＨＲＳＧ３２は、あくまでも、このようなＨＲＳＧシステムの一般的な運転を示すものである。ガスタービン１２からの加熱された排気ガス３４は、ＨＲＳＧ３２内に送り込まれ、蒸気タービン２２の動力駆動に用いる蒸気を加熱するために用いられる。蒸気タービン２２の低圧段２６からの排気は、コンデンサ３６内に導かれる。コンデンサ３６からの復水は、更に、復水ポンプ３８を補助的に用いてＨＲＳＧ３２の低圧部内に導かれる。
【００１５】
この復水はその後、ガスを用いて給水を加熱するよう構成された、復水の加熱に用いる装置である低圧エコノマイザ４０（ＬＰ  ＥＣＯＮ）を通って流れる。そして、この低圧エコノマイザ４０から、復水が低圧蒸発器４２（ＬＰ  ＥＶＡＰ）内又は中圧エコノマイザ４４（ＩＰ  ＥＣＯＮ）の方へのいずれかに導かれる。低圧蒸発器４２からの蒸気は、蒸気タービン２２の低圧段２６に戻される。同様に、中圧エコノマイザ４４から、復水が中圧蒸発器４６（ＩＰ  ＥＶＡＰ）内又は高圧エコノマイザ４８（ＨＰ  ＥＣＯＮ）の方へのいずれかに導かれる。更に、中圧エコノマイザ４４からの蒸気は、燃料ガス加熱器（図示せず）に送られ、この加熱器は、この蒸気を用いて、ガスタービン１２の燃焼室１８内で用いる燃料ガスを加熱する。中圧蒸発器４６からの蒸気は、蒸気タービン２２の中圧段２８に送られる。この場合も、図示の実施形態は、あくまでも本発明の実施形態に特有の態様を適用可能なＨＲＳＧシステムの一般的な運転を例示するためのものであり、エコノマイザと蒸発器と蒸気タービン２２との接続態様は、実施条件により異なっていてもよい。
【００１６】
最後に、高圧エコノマイザ４８からの復水は、高圧蒸発器５０（ＨＰ  ＥＶＡＰ）内に導かれる。高圧蒸発器５０から排出される蒸気は、一次高圧過熱器５２及び最終高圧過熱器５４内に導かれて過熱され、最終的に蒸気タービン２２の高圧段３０に送られる。更に、蒸気タービン２２の高圧段３０からの排気は、蒸気タービン２２の中圧段２８内に導かれる。蒸気タービン２２の中圧段２８からの排気は、蒸気タービン２２の低圧段２６内に導かれる。
【００１７】
一次高圧過熱器５２と最終高圧過熱器５４との間には、段間過熱低減器５６が配置される。この段間過熱低減器５６により、最終高圧過熱器５４からの蒸気の排気温度を更にロバスト制御できる。特に、段間過熱低減器５６は、最終高圧過熱器５４から排出される蒸気の排気温度が所定値を上回る場合は常に、最終高圧過熱器５４の上流において、過熱蒸気中に低温の給水噴霧を噴射することにより、最終高圧過熱器５４から排出される蒸気の温度を制御するよう構成されている。
【００１８】
更に、蒸気タービン２２の高圧段３０からの排気が、一次再熱器５８及び二次再熱器６０内に導かれて再加熱され、その後、蒸気タービン２２の中圧段２８内に導かれる。更に、一次再熱器５８と二次再熱器６０とは、これらの再熱器からの排気温度を制御する段間過熱低減器６２と関連付けられている。詳細には、段間過熱低減器６２は、二次再熱器６０から排出される蒸気の排気温度が所定値を上回る場合は常に、二次再熱器６０の上流において、過熱蒸気中に低温の給水噴霧を噴射することにより、二次再熱器６０から排出される蒸気の温度を制御するよう構成されている。
【００１９】
システム１０のような複合サイクルシステムにおいては、高温の排気をガスタービン１２からＨＲＳＧ３２を通過させ、この排気を用いて高圧かつ高温の蒸気を生成することができる。その後、ＨＲＳＧ３２から生じる蒸気を、蒸気タービン２２を通過させて、これを用いて発電することができる。発生した蒸気を更に、過熱蒸気を用いる何らかのその他の工程に供してもよい。ガスタービン１２の発電サイクルがしばしば「トッピングサイクル」と称されるのに対して、蒸気タービン２２の発電サイクルは、しばしば「ボトミングサイクル」と称される。これらの２つのサイクルを、図１のように組み合わせて用いることにより、いずれのサイクルでもより高い効率で、複合サイクル発電システム１０を運転することができる。また、トッピングサイクルから排熱を回収し、ボトミングサイクルで用いる蒸気の生成に用いることができる。
【００２０】
段間過熱低減器は、例えば図１のように、複合サイクル発電用途のＨＲＳＧ装置に適用される。ＨＲＳＧ３２は、基本的に、プロセスの効率と、蒸気タービン２２と関連機器の寿命を維持するために、所定の設計蒸気温度を維持する。中間温度調節装置で制御できない程蒸気温度が高い場合、ＨＲＳＧ３２のガスタービン１２の排気温度を低下させ、下流の蒸気タービン２２と関連機器に高い応力がかからないようにすることがある。場合によっては、システムは、温度超過を避けるためにガスタービン１２及び／又は蒸気タービン２２をトリップさせることがある。その結果、発電損失が生じる上、工場収入と運転性が損なわれる可能性がある。蒸気タービン２２のトリップは更に、再生過熱蒸気温度に関する更に大きな問題の原因となり得る。制御された蒸気温度の制御が不十分な場合、蒸気配管及び蒸気タービン２２において高サイクルの熱応力が生じ、これらの耐用年数に影響が及ぶ可能性がある。しかし、過熱器と再加熱器の中間温度を調節できれば、ＨＲＳＧ３２の蒸気温度をロバスト制御し易くなる。
【００２１】
後述するように、本発明の実施形態により、燃料ガス加熱器を介してバイパス過熱低減器にボイラ給水ポンプから給水することによって、蒸気タービン２２のトリップ中にＨＲＳＧ３２の過熱器及び再加熱器の中間温度調節を効率的に行うことができる。ボイラ給水ポンプは、蒸気タービン２２がトリップしていない時はいつでも、燃料ガス加熱器に給水を供給する。本発明の実施形態では、燃料ガス加熱器に供給された給水を、コンデンサに導くのではなく、バイパス過熱低減器に転送する。既存のポンプ及び配管を介してバイパス過熱低減器に給水することによって、ポンプ及び配管のサイズを維持でき、蒸気タービン２２のトリップ中の追加流れを収容するためにポンプ及び配管を大型化せずに済む。
【００２２】
図２に、本発明の実施形態による蒸気温度調節装置及び方法を適用した、例示的な複合サイクル発電システム６４の概略フローチャートをより詳細に示す。上記の通り、通常動作状態では、ガスタービン１２からの高温排気は、ＨＲＳＧ３２に導入され、最終高圧過熱器５４、二次再加熱器６０、一次再加熱器５８、及び一次高圧過熱器５２を介して過熱蒸気を発生するのに用いられる。特に、図示の実施形態において、ＨＲＳＧ３２の中圧段からの蒸気は、一次高圧過熱器５２及び一次再加熱器５８に導入され、加熱されてから、最終高圧過熱器５４及び二次再加熱器６０にそれぞれ導かれる。
【００２３】
上記の通り、最終高圧過熱器５４及び二次再加熱器６０からの下流蒸気温度は、段間過熱低減器によって制御される。最終高圧過熱器５４からの蒸気は、過熱状態となると、流入制御弁６６から蒸気タービン２２の高圧段３０に導入される。同様に、二次再加熱器６０からの蒸気は、流入制御弁６８から蒸気タービン２２の中圧段２８（図示せず）に導入される。
【００２４】
一定期間の動作中、システムが、蒸気タービン２２をトリップ又はバイパスさせることがある。蒸気タービン２２の高圧段３０がトリップ又はバイパスされる場合、流入制御弁６６が閉鎖され、最終高圧過熱器５４からの過熱蒸気は、高圧バイパス制御弁７０から蒸気タービン２２の高圧段３０をバイパスする。しかし、バイパスされた過熱蒸気は、図２のように、蒸気タービン２２の構成要素によって用いられることなく一次再加熱器５８に入るため、依然として過熱状態にある。そのため、バイパスされた過熱蒸気の温度を制御しない限り、一次及び二次再加熱器５８、６０からの蒸気の下流温度は、おそらく段間過熱低減器６２でも制御することのできない程、非常に高温まで上昇する可能性がある。そこで、バイパスされた過熱蒸気にバイパス過熱低減器７２を通過させ、蒸気下流の温度制御を助けることで、一次高圧過熱器５２、最終高圧過熱器５４、一次再加熱器５８及び二次再加熱器６０間で再循環ループが一時的に形成されて蒸気温度を制御不能になることを防止することができる。
【００２５】
段間過熱低減器６２及びバイパス過熱低減器７２で用いられる水は、ボイラ給水ポンプ７６の中圧段７４から供給される。水は、基本的に、低圧エコノマイザ４０（図示せず）からボイラ給水ポンプ７６の中圧段７４に導かれる。中圧段７４からの出力は、特に、図２に示す３つの接続ラインへと導かれる。第一に、段間過熱低減器６２には、接続ライン７８を介して中圧段７４から水が供給される。第二に、接続ライン８０で示すように、中圧段７４からの水が中圧エコノマイザ４４に導かれ、加熱された後、中圧蒸発器４６と燃料ガス加熱器８２とに分配される。中圧エコノマイザ４４から燃料ガス加熱器８２が受け取った水を用いて、燃料ガスが加熱され、燃料ガスは、ガスタービン１２の燃焼室１８で用いられる。燃料ガスの加熱に使用済みの水は、バイパス過熱低減器７２又はコンデンサ８４へ導かれ、そこで凝縮されてシステム１０のプロセスで用いられる。バイパス過熱低減器７２の経路とコンデンサ８４の経路の間の燃料ガス加熱器８２からの水の流れは、温度制御弁８６及び／又は圧力制御弁８８により制御される。第三に、ボイラ給水ポンプ７６の中圧段７４からの水は、接続ライン９０を介してバイパス過熱低減器７２に直接送り込まれる。制御弁９２及び高圧バイパス制御弁９４を用いて、接続ライン９０の水流が制御される。ボイラ給水ポンプ７６の中圧段７４からの水は更に、ボイラ給水ポンプ７６の高圧段９６にも導かれる。ボイラ給水ポンプ７６は、図２の実施形態では、一体型のボイラ給水ポンプであるが、中圧段７４及び高圧段９６を別個のポンプユニットの一部としてもよい。
【００２６】
従って、蒸気タービン２２のトリップ中又はバイパス中、水は、様々な方式で接続ライン８０及び９０を用いてバイパス過熱低減器７２に供給される。様々な実施形態の利点と不利点を例示する目的で、具体的な流量及び温度値を用いて説明する。しかし、これらの値はあくまでも例示的なものであって、可能な値の範囲を制限するものではない。むしろ、これらの値は、実施形態どうしの相違点を明確に示すためのものに過ぎない。
【００２７】
第１実施形態において、接続ライン９０のみを用いて、蒸気タービン２２の高圧段３０をバイパスする過熱空気を冷却するための水が、バイパス過熱低減器７２に供給される。この第１実施形態では、制御弁８６、８８、９２、及び９４は、燃料ガス加熱器８２に送られる全ての水がコンデンサ８４に導かれるように作動する。なお、小さな接続ライン９８は、全く使用されなくてもよい。いずれの場合も、この第１実施形態では、バイパス過熱低減器７２に供給される水は全て、接続ライン９０を流れる一方、燃料ガス加熱器８２に供給される水は全て、接続ライン８０を流れる。
【００２８】
しかし、このようにして２つの接続ライン８０、９０を介して水を供給すると、実質的に、必要以上の水がボイラ給水ポンプ７６の中圧段７４に送り込まれる可能性がある。例えば、この第１実施形態において、ボイラ給水ポンプ７６の中圧段７４内の水の中圧段総流量（即ち、ボイラ給水ポンプ７６の中圧段７４から高圧段９６への流れを含まない）と温度は、３００，０００ポンド／時程度で３００°Ｆであり、接続ライン７８内では約１０，０００ポンド／時、接続ライン８０内では約１７５，０００ポンド／時、及び接続ライン９０内では１１５，０００ポンド／時である。約３００°Ｆの１１５，０００ポンド／時の水を全て使用すると、バイパス過熱低減器７２により、バイパス過熱低減器７２の上流の約９５０°Ｆからバイパス過熱低減器７２の下流の６００°Ｆまで過熱蒸気を冷却することができる。従って、一次再加熱器５８下流の蒸気温度が９２０°Ｆ程度に維持され、その結果、段間過熱低減器６２への流量が僅か約１０，０００ポンド／時と小さくなる可能性がある。
【００２９】
しかし、上記のように、接続ライン９０のみを用いて水をバイパス過熱低減器７２に供給すると、約７５，０００ポンド／時の水が燃料ガス加熱器８２に送られ、約１００，０００ポンド／時の水が中圧蒸発器４６に送られて、接続ライン８０を介して中圧エコノマイザ４４に更に１７５，０００ポンド／時の水が導かれる。中圧エコノマイザ４４からの水が、例えば約４２０°Ｆの場合、燃料ガスを、燃料ガス加熱器８２により約６０°Ｆから約３６０°Ｆまで加熱することができる。燃料ガス加熱器８２からの水は１４０°Ｆ程度であり、この第１実施形態では、コンデンサ８４に導かれる。従って、上記のように、接続ライン９０のみを用いてバイパス過熱低減器７２に水を供給すると、接続ライン９０及び接続ライン８０の両方を介して水が送られ、特に、燃料ガス加熱器８２で用いられるようになる。
【００３０】
第２実施形態では、接続ライン８０のみを用いて、蒸気タービン２２の高圧段３０をバイパスする過熱空気を冷却するための水が、バイパス過熱低減器７２に供給される。この第２実施形態では、制御弁８６、８８、９２、及び９４を作動させ、接続ライン９０を介して水が送られないようにし、燃料ガス加熱器８２に送られる全ての水を、コンデンサ８４をバイパスし、バイパス過熱低減器７２にも送ることができるようにする。なお、このコンデンサ８４のバイパスは、蒸気タービン２２のトリップ又はバイパス中に一時的に行われるに過ぎない。通常動作が再開すると、燃料ガス加熱器８２からの水はコンデンサ８４に再度送られる。なお、必ずしも接続ライン９０を用いて全接続ライン８０の流れをバイパス過熱低減器７２に導くことがなくてもよい。いずれの場合も、燃料ガス加熱器８２で燃料ガスの加熱に使用済みの水は、蒸気タービン２２の高圧段３０をバイパスする過熱蒸気の冷却にも用いられる。
【００３１】
そして、中圧エコノマイザ４４を出る被加熱水の一部が燃料ガス加熱器８２で冷却され、バイパス過熱低減器７２の冷却源として適したものになる。例えば、この第２実施形態におけるボイラ給水ポンプ７６の中圧段７４内の水の中圧段総流量と温度は、２００，０００ポンド／時程度で３００°Ｆであり、接続ライン７８内では約２５，０００ポンド／時、接続ライン８０内では約１７５，０００ポンド／時である。従って、中圧段７４の中圧段総流量は、接続ライン９０がバイパス過熱低減器７２に水を供給するための専用ラインとして用いられる第１実施形態よりもかなり小さくなる。接続ライン９０のみを用いてバイパス過熱低減器７２に水を供給する上記の第１実施形態と同様に、接続ライン８０を介して中圧エコノマイザ４４に導かれる１７５，０００ポンド／時の水のうち、約７５，０００ポンド／時の水が燃料ガス加熱器８２に送られ、約１００，０００ポンド／時の水が中圧蒸発器４６に送られる。中圧エコノマイザ４４からの水は、約４２０°Ｆに再加熱され、約６０°Ｆから約３６０°Ｆまで燃料ガスを加熱することができる。しかし、この第２実施形態では、燃料ガス加熱器８２を出る水はコンデンサ８４をバイパスし、約１４０°Ｆの温度でバイパス過熱低減器７２に直接送られる。
【００３２】
従って、この第２実施形態では、バイパス過熱低減器７２に送られる水の流量及び温度は、接続ライン９０のみを用いてバイパス過熱低減器７２に水を供給する第１実施形態よりも、小さく（例えば、約７５，０００ポンド／時対約１１５，０００ポンド／時）、且つ低く（例えば、約１４０°Ｆ対約３００°Ｆ）なる。水温が低くなるものの、流量が小さいということは、水源がバイパス過熱低減器７２内の過熱蒸気を冷却する能力が実質的に低くなることにもなり得る。例えば、バイパス過熱低減器７２下流の温度は、この第２実施形態では約６８５°Ｆと高く、一次再加熱器５８下流の蒸気温度が、例えば（接続ライン９０のみを用いる第１実施形態における、バイパス過熱低減器７２の下流の６００°Ｆ及び一次再加熱器５８の下流の９２０°Ｆとは対照的に）１０００°Ｆに達する。
【００３３】
しかし、上記のように、再加熱器下流の蒸気温度を適切に維持するために段間過熱低減器６２への流量を２５，０００ポンド／時まで更に増大させると、水の中圧段総流量が、接続ライン９０のみを用いてバイパス過熱低減器７２に水を供給する第１実施形態よりも大幅に小さい約２００，０００ポンド／時までしか増大しない。換言すれば、燃料ガス加熱器８２から排出された水をバイパス過熱低減器７２内で冷却水として用いると、蒸気タービン２２のトリップ又はバイパス中、過熱蒸気温度を適切に維持しながら、中圧段総流量を低下させることができる。ボイラ給水ポンプ７６の中圧段７４内の中圧段総流量を低下させると、ポンプサイズが小さくて済み、全体的な運転費用と動力費の削減に繋がる。
【００３４】
しかし、実使用において、接続ライン８０、９０の両方を並列に用いることができる。このマルチラインモードにより、水を燃料ガス加熱器８２から排出し、バイパス過熱低減器７２に供給する場合よりも効率的な作動モードが可能になり、バイパス過熱低減器７２への追加水源として接続ライン９０を使用できるようになる。換言すれば、接続ライン８０、９０が協働して、バイパス過熱低減器７２に水を供給するようになる。この第３実施形態では、燃料ガス加熱器８２内に上記の第２実施形態とほぼ同一又は同一の流量を維持するために制御弁８６、８８、９２、及び９４を作動させるが、このシステムでは、接続ライン９０内の流量を増大させ、バイパス過熱低減器７２の下流の過熱蒸気温度を、上記の第１実施形態とほぼ同一又は同一に維持することができる。従って、ライン８０及び９０の両方を用いるこの第３実施形態のデュアルモードは、第１実施形態よりも小さな給水流量で、第２実施形態よりも高いバイパス過熱低減器７２による温度調節機能が得られる。
【００３５】
例えば、この実施形態において、ボイラ給水ポンプ７６の中圧段７４の水の中圧段総流量と温度は、２２０，０００ポンド／時程度で３００°Ｆであり、接続ライン７８内では約１０，０００ポンド／時、接続ライン８０内では１７５，０００ポンド／時、及び接続ライン９０内では３５，０００ポンド／時である。従って、中圧段７４内の中圧段総流量も、接続ライン９０をバイパス過熱低減器７２に水を供給する専用ラインとする第１実施形態よりも小さくなる。更に、接続ライン９０のみを用いてバイパス過熱低減器７２に水を供給する上記の第１実施形態と同様に、接続ライン８０を介して中圧エコノマイザ４４に導かれる１７５，０００ポンド／時の水のうち、約７５，０００ポンド／時の水が燃料ガス加熱器８２に送られ、約１００，０００ポンド／時の水が中圧蒸発器４６に送られる。中圧エコノマイザ４４からの水は約４２０°Ｆまで再加熱され、これにより、燃料ガスを約６０°Ｆから約３６０°Ｆまで加熱することができる。しかし、この第３（「デュアルモード」）実施形態では、燃料ガス加熱器８２から排出される約１４０°Ｆの水は、コンデンサ８４をバイパスするだけでなく、接続ライン９０からの約３００°Ｆの水とも混合される。例えば、温度調節のために、１１０，０００ポンド／時の約１９０°Ｆの水がバイパス過熱低減器７２に供給される。
【００３６】
従って、この第３（「デュアルモード」）実施形態では、バイパス過熱低減器７２に送られる水の流量及び温度は、接続ライン９０のみを用いてバイパス過熱低減器７２に水を供給する第１実施形態よりも、若干小さく（例えば、約１１０，０００ポンド／時対約１１５，０００ポンド／時）、且つ低く（例えば、約１９０°Ｆ対約３００°Ｆ）なる。しかし、この第３実施形態では、バイパス過熱低減器７２により、バイパス過熱低減器７２の下流の温度を、接続ライン９０からの水のみを使用する第１実施形態とほぼ同じに維持することができる。従って、段間過熱低減器６２における総流量も、接続ライン９０からの水のみを使用する第１実施形態と極めて近似する。そのため、燃料ガス加熱器８２から排出された水と共に、接続ライン９０からの水をバイパス過熱低減器７２内で冷却水として追加使用すると、蒸気タービン２２のトリップ又はバイパス中、過熱蒸気温度を適切に維持しながら、中圧段総流量を低下させることができる。更に、ボイラ給水ポンプ７６の中圧段７４内の中圧段総流量を低下させることは、全体的な運転費の削減に繋がる。
【００３７】
更に、接続ライン８０、９０を並列に同時に用いることにより、蒸気タービン２２のトリップ又はバイパス中、冷却水をバイパス過熱低減器７２へより確実に供給できる。図３は、本発明の一実施形態による蒸気温度調節装置及び方法を適用した、例示的な複合サイクル発電システム６４の別の詳細な概略フローチャートである。具体的には、図３に、燃料ガス加熱器８２が運転休止しているか、システムから完全に取り外されている状態を示す。このとき、上記の第１実施形態と同様、水は、燃料ガス加熱器８２からバイパス過熱低減器７２へは送られない。従って、接続ライン９０を用いて、一時的にバイパス過熱低減器７２に水を供給することができない燃料ガス加熱器８２の機能を補う。その場合、燃料ガス加熱器８２が運転を再開すると、蒸気タービン２２のトリップ又はバイパス中、燃料ガス加熱器８２により、バイパス過熱低減器７２へ水が供給される。
【００３８】
図４は、本発明の一実施形態による、蒸気タービンをバイパスする過熱蒸気を温度調節する例示的な方法１００のフローチャートである。ステップ１０２において、水がボイラ給水ポンプからエコノマイザに供給される。本明細書に述べた複合サイクル発電システム１０に照らしてみると、詳細には、水がボイラ給水ポンプ７６の中圧段７４から中圧エコノマイザ４４へ供給される。ステップ１０４において、水がエコノマイザ（例えば、中圧エコノマイザ４４）により加熱される。ステップ１０６において、被加熱水がエコノマイザから燃料ガス加熱器へ供給される。詳細には、中圧エコノマイザ４４からの被加熱水が、中圧蒸発器４６又は燃料ガス加熱器８２のいずれかへ供給される。ステップ１０８において、燃料ガスが、エコノマイザ（例えば、中圧エコノマイザ４４）により加熱された水を用いて燃料ガス加熱器８２内で加熱される。
【００３９】
次に、ステップ１１０において、蒸気タービン２２が現在トリップ又はバイパスされているかどうか判定される。蒸気タービン２２がトリップもバイパスもされていない場合、方法１００はステップ１１２へと進み、燃料ガス加熱器８２から排出された水がコンデンサ８４へ供給される。しかし、蒸気タービン２２が現在トリップ中又はバイパス中の場合、方法１００はステップ１１４へと進む。ステップ１１４において、燃料ガス加熱器８２からの水は、コンデンサ８４へ供給されず、バイパス過熱低減器７２へと送られる。任意のステップ１１６において、ボイラ給水ポンプ（例えば、ボイラ給水ポンプ７６の中圧段７４）から追加の水が、バイパス過熱低減器７２へ直接供給される。このステップは、例えば、燃料ガス加熱器８２からバイパス過熱低減器７２に送られる水を補足するために、ボイラ給水ポンプ７６の中圧段７４から接続ライン９０を介してバイパス過熱低減器７２へ水を直接供給する場合に実行される。最後に、ステップ１１８において、蒸気タービン２２をバイパスする蒸気が、燃料ガス加熱器８２からの水と、任意でボイラ給水ポンプ７６から直接受け取った追加の水とを用いて冷却される。
【００４０】
本明細書では、本発明の特徴のごく一部を取り上げて説明したが、これらを様々に修正し、改変することが当業者には想起可能である。従って、添付の特許請求の範囲は、かかる修正及び改変を本発明の企図として包含するものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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