(57)【要約】【課題】希釈窒素圧縮機吸気冷却システムを提供する。【解決手段】本希釈窒素圧縮機吸気冷却システム（２００）は、ボトミングサイクル熱源（２１２）と、該ボトミングサイクル熱源によって動力供給されかつ希釈窒素を冷却する（２０２）ように構成された蒸気吸収式チラー（２０１）と、該蒸気吸収式チラーから冷却した希釈窒素を受ける希釈窒素圧縮機（２０３）とを含む。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
希釈窒素圧縮機吸気冷却システム（２００）であって、
ボトミングサイクル熱源（２１２）と、
前記ボトミングサイクル熱源によって動力供給されかつ希釈窒素を冷却する（２０２）ように構成された蒸気吸収式チラー（２０１）と、
前記蒸気吸収式チラーから前記冷却した希釈窒素を受ける希釈窒素圧縮機（２０３）と、を含む、
システム。
【請求項２】
前記ボトミングサイクル熱源が、廃棄煙道ガスを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記廃棄煙道ガスを使用して水を加熱しかつ該加熱した水を前記蒸気吸収式チラー（２０１）に供給するように構成された低圧エコノマイザをさらに含む、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記ボトミングサイクル熱源が、蒸気シール調整器からの水蒸気を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記ボトミングサイクル熱源が、蒸発器ブローダウンを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記蒸気吸収式チラーが、チルド媒体を使用して前記希釈窒素を直接冷却する（２０２）、請求項１乃至５のいずれか１項記載のシステム。
【請求項７】
希釈窒素圧縮機の吸気を冷却する方法（４００）であって、
統合ガス化複合サイクルシステムからのボトミングサイクル廃棄熱源を使用して蒸気吸収式チラーに動力供給するステップ（４０１）と、
前記蒸気吸収式チラーによって希釈窒素を冷却するステップ（４０２）と、
前記冷却した希釈窒素を希釈窒素圧縮機入口に供給するステップ（４０３）と、を含む、方法。
【請求項８】
前記ボトミングサイクル熱源が、廃棄煙道ガスを含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記廃棄煙道ガスを使用して低圧エコノマイザ内で水を加熱するステップと、
前記加熱した水を前記蒸気吸収式チラーに供給するステップと、
をさらに含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記ボトミングサイクル熱源が、蒸気シール調整器からの水蒸気を含む、請求項７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示した主題は、改良型の統合ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
統合ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラントは、段階間が明確に異なる２段階燃焼を行う。第１段階は、石炭又は重油のような化石燃料を部分酸化させるためのガス化装置を含み、また第２段階は、ガスタービン燃焼器を利用してガス化装置によって生成された燃料ガスを燃焼させるようにする。ガスタービン燃焼器の性能は、加圧希釈窒素を付加することによって高められる。ＩＧＣＣにおける空気分離ユニット（ＡＳＵ）からの希釈窒素は、希釈窒素圧縮機（ＤＧＡＮ）によって段階的に加圧されかつ冷却タワー水源によって各段階間で中間冷却される。加圧窒素は次に、ガスタービン燃焼器に供給される。ＤＧＡＮ圧縮機は、付随負荷として動力を消費する。ＤＧＡＮ圧縮機は、大量の動力を消費して、ＩＧＣＣ発電プラントの全体効率を低下させるおそれがある
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５，５５５，７３８号公報
【特許文献２】米国特許第６，０５８，６９５号公報
【特許文献３】米国特許第６，１７０，２６３  Ｂ１号公報
【特許文献４】米国特許第６，２１６，４３６  Ｂ１号公報
【特許文献５】米国特許第７，１７８，３４８  Ｂ２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本技術分野では、ＩＧＣＣ発電プラントと関連して作動するＤＧＡＮ圧縮機によって消費される動力負荷を低減する必要性が依然として存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの態様によると、希釈窒素圧縮機吸気冷却システムは、ボトミングサイクル熱源と、該ボトミングサイクル熱源によって動力供給されかつ希釈窒素を冷却するように構成された蒸気吸収式チラーと、該蒸気吸収式チラーから冷却した希釈窒素を受ける希釈窒素圧縮機とを含む。
【０００６】
本発明の別の態様によると、希釈窒素圧縮機の吸気を冷却する方法は、統合ガス化複合サイクルシステムからのボトミングサイクル熱源を使用して蒸気吸収式チラーに動力供給するステップと、蒸気吸収式チラーによって希釈窒素を直接冷却するステップと、冷却した希釈窒素を希釈窒素圧縮機入口に送るステップとを含む。
【０００７】
これらの及びその他の利点及び特徴は、図面と関連させてなした以下の詳細な説明から一層明らかになるであろう。
【０００８】
本発明と見なされる主題は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の上記の及びその他の目的、特徴及び利点は、添付図面と関連させてなした以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】蒸気吸収式チラー（ＶＡＣ）の実施形態を示す図。
【図２】ＶＡＣと関連したＤＧＡＮ圧縮機入口の実施形態を示す図。
【図３】ＶＡＣと関連したＤＧＡＮ圧縮機入口の実施形態を示す図。
【図４】ＤＧＡＮ圧縮機吸気に供給される窒素を冷却する方法の実施形態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この詳細な説明は、図面を参照しながら実施例によって、その利点及び特徴と共に本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
ＤＧＡＮ動力消費量は、ＤＧＡＮ圧縮機吸気温度に正比例する。所定の質量流量の場合に、ＤＧＡＮ圧縮機の動力消費量は、より高温においてより大きく、また窒素の密度は、温度が上昇するにつれて低下する。吸気窒素温度を冷却することにより、より密度が高い窒素が得られて、必要な加圧がより少なくなりかつＤＧＡＮ圧縮機動力消費量が減少する。例えば、ＤＧＡＮ圧縮機動力の動力消費量は、約４０°Ｆの吸気温度の低下によって約２ＭＷほど減少させることができる。
【００１２】
ＩＧＣＣ発電プラントのボトミングサイクルからの低位熱又は廃棄熱を使用して、蒸気吸収式チラー（ＶＡＣ）システムを作動させることができる。ＶＡＣは、チリング媒体を生成して、窒素がＤＧＡＮ圧縮機の入口に到達する前に該窒素を冷却することができる。冷却することにより、圧縮機を通る体積流量が減少して、圧縮機仕事量が減少することになる。従って、プラント付随負荷が低下して、ＩＧＣＣ発電プラントの実施形態では、約１ＭＷ〜１．８ＭＷの出力利得及び約０．０８％〜０．１２％の正味効率向上が得られることになる。
【００１３】
図１は、蒸気吸収式チラー（ＶＡＣ）１００の実施形態を示している。ＶＡＣ１００は、４つのセクション、すなわち吸収器１０１、蒸気発生器１０２、復水器１０３及び蒸発器１０４を含む。蒸発器１０４は、低圧又は真空に保たれる。蒸発器１０４内の真空により、アンモニア（ＮＨ３）のような冷却剤が非常な低温で沸騰し、この沸騰している冷却剤は、冷却媒体から熱を吸収し、この冷却媒体が、導管１０９及び１１０を介して蒸発器１０４にまた該蒸発器１０４から循環する。冷却媒体と冷却剤との間の熱伝達により、冷却剤が蒸気に変化する。冷却剤蒸気は、吸収器１０１に送られる。吸収器１０１において、冷却剤蒸気は、水に吸収される。冷却剤エンリッチ水は、導管１０８を介して吸収器１０１から蒸気発生器１０２にポンプ圧送される。高温水又は水蒸気の形態をしたボトミングサイクルからの熱は、導管１１５を介して蒸気発生器１０２によって受けられ、低温になった水又は水蒸気が、導管１１６を介して蒸気発生器１０２から出力される。導管１１５内の高温水又は水蒸気からの熱は、蒸気発生器１０２内において、導管１０８からの冷却剤エンリッチ水に伝達される。導管１１５による高温水又は水蒸気からの熱は、導管１０８により受けた冷却剤エンリッチ水から冷却剤を沸騰させて取り除いて、冷却剤蒸気と高温水とを生じさせる。高温水は、導管１０７を介して吸収器に送られる。過剰な熱は、吸収器１０１内において、導管１１１及び１１２を介して循環する冷却タワーからの冷却水流によって高温水から取り除かれる。蒸気発生器１０２からの冷却剤蒸気は、導管１０５を介して復水器１０３に送られ、復水器１０３内において、冷却剤蒸気は、導管１１３及び１１４を介して循環する冷却タワーからの低温水と熱交換することによって液体に変化する。この液体冷却剤は次に、導管１０６を介して蒸発器１０４に送られて真空に戻され、蒸発器１０４内において、液体冷却剤は、導管１０９及び１１０内を循環する冷却媒体から熱を吸収する。冷却媒体は、導管１０９及び１１０を介して蒸発器１０４と窒素チラーとの間で循環するが、そのことについては、図２及び図３に関して以下で説明する。
【００１４】
ＶＡＣ１００に動力供給する熱源は、ＩＧＣＣ発電プラントの全体性能に影響を与えないように選択することができる。ＶＡＣ１００の適当な作動に十分な流量、圧力及び温度を有するＩＧＣＣ発電プラントにおける熱源を選択することができる。ＶＡＣ１００に動力供給するのに使用することができるＩＧＣＣ発電プラントにおけるボトミングサイクル熱源の３つの実施例には、煙道ガス熱、蒸気シール調整器（ＳＳＲ）からの水蒸気、及びが含まれる。
【００１５】
煙道ガスを使用して、水を加熱することができる。幾つかの実施形態では、低圧エコノマイザ（ＬＰＥ）により、煙道ガスを使用して水を加熱することができる。加熱した水は、ＶＡＣ１００に動力供給するために使用することができる。煙道ガスを使用して加熱した水は、約１６０°Ｆの温度及び約１４．７ｐｓｉの圧力までにすることができる。
【００１６】
水蒸気は、約６００°Ｆの温度及び約２０ｐｓｉの圧力でＳＳＲ出口からもたらされる。この水蒸気はまた、幾つかの実施形態ではＶＡＣ１００に動力供給するために使用することができる。ＶＡＣ１００は、作動するのに約２１ｐｓｉの最低圧力を必要とし、従って水蒸気圧力は、蒸気圧縮機を使用することによって約２５ｐｓｉに上昇させることができる。蒸気圧縮機は、水蒸気温度を約６６５°Ｆまで上昇させることになる。水蒸気は、ＶＡＣ内において凝縮され、約２４０°Ｆの温度の水としてグランドシール復水器（ＧＳＣ）に吐出される。この水は、ＧＳＣ内において復水を予熱するために使用することができ、或いは特定のＩＧＣＣ発電プラントで予熱を必要としない場合にはＧＳＣを迂回させることができる。
【００１７】
水は、約２００°Ｆで蒸発器ブローダウン流からもたらされる。この水はまた、幾つかの実施形態ではＶＡＣ１００を作動させるのに利用することができる。
【００１８】
図２は、煙道ガスを使用して加熱した水によって動力供給されるＶＡＣと関連したＤＧＡＮ圧縮機吸気の実施形態２００を示している。煙道ガスが導管２１３を介して低圧エコノマイザ（ＬＰＥ）２１２に入力され、また煙道ガスは、導管２１４を介して排気筒（煙道）に出力される。ＬＰＥ２１２は、煙道ガスを使用して水を加熱しかつ導管２０４を介してＶＡＣ２０１に高温水を送る。ＶＡＣ２０１は、導管２０４を通して受けた加熱した水を使用して蒸気発生器に動力供給し、蒸気発生器は、図１に関して上述したように吸収器、蒸発器及び復水器に動力供給する。低温になった水又は水蒸気は、導管２０５を介してＶＡＣ２０１から出力される。ＶＡＣ２０１からの冷却（チルド）媒体は、導管２０６及び２０７を介して窒素クーラ２０２にまた該窒素クーラ２０２から移動する。窒素クーラ２０２は、導管２０８を通して希釈窒素を受け、導管２０６及び２０７を介して循環するチルド媒体を使用して希釈窒素を冷却しかつ導管２０９を介して該冷却した希釈窒素をＤＧＡＮ圧縮機入口２０３に出力する。
【００１９】
図３は、水蒸気又は高温水によって動力供給されるＶＡＣ３０１と関連したＤＧＡＮ圧縮機入口の実施形態３００を示している。ＶＡＣ３０１は、導管３０４を通して水蒸気又は高温水を受ける。導管３０４は、例えばＳＳＲ出口から水蒸気を運び或いは蒸発器ブローダウン流から高温水を運ぶことができる。導管３０４からの水蒸気又は高温水を使用して蒸気発生器に動力供給し、蒸気発生器は、図１に関して上述したように吸収器、蒸発器及び復水器に動力供給する。低温になった水又は水蒸気は、導管３０５を介してＶＡＣ３０１から出力され、ＳＳＲから水蒸気を受ける実施形態では、導管３０５は、グランドシール復水器（ＧＳＣ）に連結することができる。ＶＡＣ３０１によって生成された冷却（チルド）媒体は、導管３０６及び３０７を介して希釈窒素クーラ３０２にまた該希釈窒素クーラ３０２から移動する。窒素クーラ３０２は、導管３０８から窒素を受け、導管３０６及び３０７を介して循環するチルド媒体で希釈窒素を冷却しかつ導管３０９を介して該冷却した希釈窒素をＤＧＡＮ圧縮機入口３０３に出力する。
【００２０】
図４は、ＤＧＡＮ圧縮機吸気に供給される窒素を冷却する方法４００の実施形態を示している。ブロック４０１において、ボトミングサイクル熱源からの熱を使用してＶＡＣに動力供給する。ブロック４０２において、ＶＡＣが、希釈窒素を冷却する。ブロック４０３において、冷却した希釈窒素が、ＤＧＡＮ入口に送られる。
【００２１】
実施例としてのＩＧＣＣ発電プラント、具体的にはイリノイ盆地産石炭をＩＳＯ日において燃焼させる２つのガスタービン及び２つのガス化装置を備えたＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社製マルチシャフトＳＴＡＧ  ２０７ＦＢ  ＩＧＣＣの場合には、初期のＤＧＡＮ圧縮機吸気温度は、約８０°Ｆである。ＤＧＡＮ圧縮機吸気温度は、熱源としてＳＳＲ水蒸気を使用したＶＡＣによって約６４°Ｆに低下させて、ＤＧＡＮ圧縮機の動力消費量を約１ＭＷほど改善し、かつ約０．０８％の効率向上を得ることができる。ＤＧＡＮ圧縮機吸気温度は、熱源として煙道ガスを使用したＶＡＣによって約４４°Ｆに低下させて、ＤＧＡＮ圧縮機動力消費量を約１．８ＭＷほど改善し、かつ約０．１２％の効率向上を得ることができる。ＶＡＣシステムを据付けるのに必要な初期投資は、ＩＧＣＣ発電プラントのライフサイクル全体にわたる効率改善による節減額と比較すると、安価なものとなる。
【００２２】
限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換え又は均等な構成を組込むように改良することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきでなく、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２３】
１００  蒸気吸収式チラー
１０１  吸収器
１０２  蒸気発生器
１０３  復水器
１０４  蒸発器
１０５  導管
１０６  導管
１０７  導管
１０８  導管
１０９  導管
１１０  導管
１１１  導管
１１２  導管
１１３  導管
１１４  導管
１１５  導管
１１６  導管
２００  ＶＡＣと関連したＤＧＡＮ圧縮機吸気
２０１  ＶＡＣ
２０２  窒素クーラ
２０３  ＤＧＡＮ入口
２０４  導管
２０５  導管
２０６  導管
２０７  導管
２０８  導管
２０９  導管
２１２  ＬＰＥ
２１３  導管
２１４  導管
３００  ＶＡＣと関連したＤＧＡＮ圧縮機吸気
３０１  ＶＡＣ
３０２  窒素クーラ
３０３  ＤＧＡＮ入口
３０４  導管
３０５  導管
３０６  導管
３０７  導管
３０８  導管
３０９  導管
４００  ＤＧＡＮ圧縮機吸気に供給される窒素を冷却する方法
４０１  ボトミングサイクル熱源を使用してＶＡＣに動力供給する
４０２  ＶＡＣが希釈窒素を冷却する
４０３  冷却した希釈窒素がＤＧＡＮ入口に送られる
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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