(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電所用の燃料加熱システムであって、
ガスタービンシステム用の燃料供給源であって、第１の温度で燃料が入っている燃料供給源と、
給水を送配する給水源と、
前記燃料を前記第１の温度で受け取り、前記燃料を第２の温度で前記ガスタービンシステムへ送配するように構成され、前記給水源から前記給水を受け取ることができる燃料加熱器と、
ボイラ内容物が入っている少なくとも１つのボイラドラムと、
前記給水および前記ボイラ内容物を受け取り、前記給水および前記ボイラ内容物を前記燃料加熱器へ送配する少なくとも１つの熱交換器と
を備える燃料加熱システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つのボイラドラムが、高圧で前記ボイラ内容物が入っている第１のボイラドラムである、請求項１記載の燃料加熱システム。
【請求項３】
前記少なくとも１つのボイラドラムが、中圧で前記ボイラ内容物が入っている第２のボイラドラムである、請求項１記載の燃料加熱システム。
【請求項４】
複数の熱交換器をさらに備え、前記給水源が節炭器である、請求項１記載の燃料加熱システム。
【請求項５】
前記少なくとも１つのボイラドラムが、第１の圧力で第１のボイラ内容物が入っている第１のボイラドラムと、第２の圧力で第２のボイラ内容物が入っている第２のボイラドラムとを備える、請求項１記載の燃料加熱システム。
【請求項６】
第１の熱交換器と、第２の熱交換器とをさらに備える、請求項５記載の燃料加熱システム。
【請求項７】
前記第１の熱交換器が、前記第１の圧力で前記第１のボイラ内容物を受け取るように構成され、前記第２の熱交換器が、前記第２の圧力で前記第２のボイラ内容物を受け取るように構成されている、請求項６記載の燃料加熱システム。
【請求項８】
前記第１の圧力が前記第２の圧力より高い、請求項７記載の燃料加熱システム。
【請求項９】
前記給水に前記少なくとも１つの熱交換器を制御可能に迂回させる少なくとも１つのバルブをさらに備える、請求項１記載の燃料加熱システム。
【請求項１０】
発電所用の燃料加熱システムであって、
ガスタービンシステム用の燃料供給源であって、第１の温度で燃料が入っている燃料供給源と、
給水を送配する節炭器と、
前記燃料および前記給水を受け取るように構成され、前記燃料を前記ガスタービンシステムへ送配することができる燃料加熱器と、
ボイラ内容物が入っている少なくとも１つのボイラドラムと、
前記燃料および前記ボイラ内容物を受け取り、前記燃料および前記ボイラ内容物を前記燃料加熱器へ送配する少なくとも１つの熱交換器と
を備える燃料加熱システム。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのボイラドラムが、高圧で前記ボイラ内容物が入っている第１のボイラドラムである、請求項１０記載の燃料加熱システム。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのボイラドラムが、中圧で前記ボイラ内容物が入っている第２のボイラドラムである、請求項１０記載の燃料加熱システム。
【請求項１３】
複数の熱交換器をさらに備える、請求項１０記載の燃料加熱システム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのボイラドラムが、第１の圧力で第１のボイラ内容物が入っている第１のボイラドラムと、第２の圧力で第２のボイラ内容物が入っている第２のボイラドラムとを備える、請求項１０記載の燃料加熱システム。
【請求項１５】
第１の熱交換器と、第２の熱交換器とをさらに備え、前記第１の熱交換器が、前記第１の圧力で前記第１のボイラ内容物を受け取るように構成され、前記第２の熱交換器が、前記第２の圧力で前記第２のボイラ内容物を受け取るように構成されている、請求項１４記載の燃料加熱システム。
【請求項１６】
前記第１の圧力が前記第２の圧力より高い、請求項１５記載の燃料加熱システム。
【請求項１７】
前記燃料に前記少なくとも１つの熱交換器を制御可能に迂回させる少なくとも１つのバルブをさらに備える、請求項１０記載の燃料加熱システム。
【請求項１８】
発電所における燃料加熱方法であって、
燃料を、ガスタービンシステムへ送配する前に加熱するために、燃料加熱器へ供給するステップと、
少なくとも１つのボイラドラムからボイラ内容物を導出し、前記ボイラ内容物を少なくとも１つの熱交換器へ送配するステップと、
給水を、前記ボイラ内容物と混合するために、節炭器から前記少なくとも１つの熱交換器へ供給するステップと、
前記少なくとも１つの熱交換器において前記給水を加熱するステップと、
前記給水を前記燃料加熱器へ送配するステップと
を含む、燃料加熱方法。
【請求項１９】
前記ガスタービンシステムへの入口箇所直前の前記燃料の温度示度を監視するステップと、
前記温度示度に応答して少なくとも１つのバルブを制御するステップであって、前記少なくとも１つのバルブが、前記給水の流路および流量を制御するステップと
をさらに含む、請求項１８記載の燃料加熱方法。
【請求項２０】
前記ボイラ内容物を、第１の圧力を有する第１のボイラドラムと第２の圧力を有する第２のボイラドラムとから選択的に導出するステップをさらに含む、請求項１８記載の燃料加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示された主題は、発電所に関し、より詳細には、発電所内の燃料を加熱するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常のガスタービン複合サイクルシステムは、しばしば、始動プロセスを含めて、複数の作動のための１つまたは複数の加熱源を備える。始動プロセス中、燃料ガス供給源が、燃料ガスの最低過熱温度要件を満足するように、加熱器によって加熱され、それによって、低負荷状態でもガスタービンを作動させることが可能になる。燃料ガス加熱器が、発電所が正規に負荷され作動しているとき燃料を供給するのに適切な温度であるのに対して、始動中は、熱源がより低いエンタルピ状態であることが多いことが認められている。したがって、始動に際し、燃料ガス運転加熱器は、追加の加熱源またはプラントボトムサイクルの加温によって加熱器が補完されない限り、適切な温度で燃料ガスを供給するのに十分ではない。その様な構成は、負荷を遅らせ、その遅れにより燃料を浪費する結果になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０３００６５８号明細書
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一態様によれば、発電所用の燃料加熱システムが、ガスタービンシステム用の燃料供給源を備え、その燃料供給源には、第１の温度で燃料が入っている。また、給水を送配する給水源が備わる。燃料を第１の温度で受け取り、その燃料を第２の温度でガスタービンシステムへ送配するように構成され、給水源から給水を受け取ることができる燃料加熱器がさらに備わる。ボイラ内容物が入っている少なくとも１つのボイラドラムがさらに備わる。また、給水およびボイラ内容物を受け取り、その給水およびボイラ内容物を燃料加熱器へ送配する少なくとも１つの熱交換器が備わる。
【０００５】
本発明の別の態様によれば、発電所用の燃料加熱システムが、ガスタービンシステム用の燃料供給源を備え、その燃料供給源には、第１の温度で燃料が入っている。また、給水を送配する節炭器が備わる。燃料および給水を受け取るように構成され、その燃料を前記ガスタービンシステムへ送配することができる燃料加熱器がさらに備わる。ボイラ内容物が入っている少なくとも１つのボイラドラムがさらに備わる。また、燃料およびボイラ内容物を受け取り、その燃料およびボイラ内容物を燃料加熱器へ送配する少なくとも１つの熱交換器が備わる。
【０００６】
本発明のさらに別の態様によれば、発電所における燃料加熱方法が、燃料を、ガスタービンシステムへ送配する前に加熱するために、燃料加熱器へ燃料を供給するステップを含む。また、少なくとも１つのボイラドラムからボイラ内容物を導出し、そのボイラ内容物を少なくとも１つの熱交換器へ送配するステップが含まれる。給水を、ボイラ内容物と混合するために、節炭器から少なくとも１つの熱交換器へ供給するステップがさらに含まれる。少なくとも１つの熱交換器において給水を加熱するステップがさらに含まれる。また、給水を燃料加熱器へ送配するステップが含まれる。
【０００７】
図面と併せて行われる以下の説明により、これらおよび他の利点および特徴がより明らかになる。
【０００８】
本発明と見なされる主題は、本明細書に添付された特許請求の範囲に、詳細に指摘され明確に主張されている。添付図面と併せて行われる以下の詳細な説明により、本発明の前述および他の特徴および利点が明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】発電所用の燃料加熱システムの第１の実施形態の概略図である。
【図２】発電所用の燃料加熱システムの第２の実施形態の概略図である。
【図３】発電所用の燃料加熱システムの第３の実施形態の概略図である。
【図４】発電所用の燃料加熱システムの第４の実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
詳細な記述により、本発明の実施形態が、利点および特徴と共に、図面を参照して例として説明される。
【００１１】
図１を参照すると、一例示的実施形態では、発電所用の燃料加熱システムが、全体を１０として示されている。発電所は、図示されていないが、その方向が１２によって示されているガスタービンシステムを備える。燃料加熱システム１０は、ガスタービンシステム１２内で燃焼するためにガスタービンシステム１２へ燃料を送配する前に、燃料を加熱するように構成されている。燃料加熱システム１０内では、燃料が、最初に、燃料供給源から燃料加熱器１４へ燃料ライン１６に沿って供給される。
【００１２】
燃料加熱システム１０は、一般に、蒸気または水などのボイラ内容物が入った少なくとも１つのボイラドラム１８を備えるボイラシステム１７を具備する。複数のボイラドラムシステムでは、通常の構成は、低圧ボイラドラムと、中圧ボイラドラムと、高圧ボイラドラムとを有し、その場合、それぞれの複数のボイラドラム１８内のそれぞれの圧力は互いに相対的なものである。少なくとも１つのボイラドラム１８が、通常、蒸気タービンと連携して使用され、それによって、過熱蒸気が、経路２０に沿って蒸気タービンに送配されてその中で作動する。少なくとも１つのボイラドラム１８のそれぞれが、蒸気の化学的性質を維持するために「ブローダウン」を採用し、そのブローダウンは、通常、始動時の化学的性質のための始動ブローダウンと、化学物質堆積に応じて、始動および通常作動中に間欠的に使用される間欠ブローダウンと、連続的にあらゆる堆積固形物を除去し、他の化学的性質に関するパラメータを維持するために、連続的に行われる連続ブローダウンとからなる。間欠ブローダウンは、間欠ブローダウンライン２２に沿って送られ、連続ブローダウンライン２４は、連続ブローダウンを移送する。間欠ブローダウンライン２２および連続ブローダウンライン２４は、少なくとも１つの熱交換器に至り、その中を通り、図示された実施形態では、間欠ブローダウンライン２２は第１の熱交換器２６に至り、連続ブローダウンライン２４は第２の熱交換器２８に至る。間欠ブローダウンライン２２および連続ブローダウンライン２４は、それぞれブローダウンタンク（複数可）に至り、第１の制御バルブ３０が、間欠ブローダウンライン２２の流れおよび状態特性を制御し、第２の制御バルブ３２が、連続ブローダウンライン２４の流れおよび状態特性を制御する。上記の説明および図示の実施形態は複数の熱交換器２６、２８を示すが、間欠ブローダウンライン２２および連続ブローダウンライン２４の両方を単一の熱交換器に導くことも考えられる。
【００１３】
図１に示された例示的実施形態は、高圧ボイラドラムによって生成されるブローダウンに関するが、燃料加熱システム１０に用いられるブローダウンは、別のボイラドラム、たとえば具体的には中圧ボイラドラムのものであってもよいことを理解されたい。高圧ボイラドラムおよび低圧ボイラドラムによって生成されるブローダウンに関する流れ状態は、使用目的に基づいて変わり得る。高圧ボイラドラムに関する例示的流れ状態の範囲は、約５００°Ｆ〜６００°Ｆの温度、約７００〜１，５００ｐｓｉａの圧力、および約１５，０００〜７０，０００ｌｂｍ／ｈｒの流量を含む。中圧ボイラドラムに関する流れ状態の範囲は、約３７５°Ｆ〜４５０°Ｆの温度、約２００〜４００ｐｓｉａの圧力、および約５，０００〜１５，０００ｌｂｍ／ｈｒの流量を含む。前述の範囲は、単に例示的目的で示され、例示の範囲外の温度、圧力、および流量が、少なくとも１つのボイラドラム１８によって生成され得、それでも燃料加熱システム１０に使用するのに適し得ることを理解されたい。用いられるボイラドラム１８とは関係なく、加熱システム１０は、中圧節炭器１５などの給水源から送出される給水を使用して、加熱器１４へ直接または間接に流し込み、ガスタービンシステム１２へ供給されるガスの加熱プロセスを加速する。節炭器１５は、給水源の単に一例であり、様々な代替形態を用いて給水を供給することができることを理解されたい。給水は、給水路３４に沿って接合点３６に向かって導かれ、その接合点は、給水に、第１の熱交換器２６および第２の熱交換器２８を選択的に迂回させることができる。給水路３４は、給水が第１の熱交換器２６および第２の熱交換器２８を通って流れるか、迂回して流れるかを決定する第３の制御バルブ３８によって制御される。給水が第１の熱交換器２６および第２の熱交換器２８を通って流れるか、迂回して流れるかに拘らず、給水は、加熱給水ライン４０に沿って燃料加熱器１４へ導かれる。
【００１４】
作動に際し、始動中、第３の制御バルブ３８が閉鎖され、給水が、第１の熱交換器２６および第２の熱交換器２８を通って流れる。熱交換器２６、２８は、給水が燃料加熱器１４へ送配される前に給水を予熱し、それによって、ガスタービンシステム１２へ送配する前の燃料加熱プロセスを加速する。燃料加熱器１４の直前で適切な温度に達すると、第３の制御バルブ３８が開かれ、それによって、給水に第１の熱交換器２６および第２の熱交換器２８を迂回させる。このプロセスによって、加熱給水ライン４０に沿った給水の温度制御が実現される。
【００１５】
ここで図２を参照すると、燃料加熱システムの別の例示的実施形態１００が示されている。燃料加熱システム１００は、中圧間欠ブローダウンライン４６および中圧連続ブローダウンライン４８にそれぞれ作動可能に接続された第３の熱交換器４２および第４の熱交換器４４が追加されていることを除いては、燃料加熱システム１０と同様である。間欠ブローダウンライン２２および中圧間欠ブローダウンライン４６は共に、第１の熱交換器２６および第３の熱交換器４２をそれぞれ選択的に迂回できるように構成されている。第４の制御バルブ５０および第５の制御バルブ５２が、流れを通すか、迂回させるかを制御する。その様な制御により、燃料加熱のために流量を必要としないときに迂回を選択することができる。
【００１６】
燃料加熱システム１００は、たとえば高圧ボイラドラムおよび中圧ボイラドラムなどの複数のボイラドラム１８を使用する。燃料加熱システム１０と同様に、それぞれのボイラドラム１８からの間欠ブローダウンおよび連続ブローダウンが、熱交換器２６、２８、４２、４４を通すために使用される。
【００１７】
ここで図３を参照すると、燃料加熱システムの別の例示的実施形態２００が示されている。燃料加熱システム２００は、給水が、給水路３４を経由して燃料加熱器１４に直接導入され、燃料ライン１６が、第１の熱交換器２６および第２の熱交換器２８を通して燃料を供給するように構成されている顕著な相違を除いては、燃料加熱システム１０と同様な構成である。燃料ライン１６は、第３の制御バルブ３８を選択的に制御することによって、第１の熱交換器２６および第２の熱交換器２８を迂回するように構成されている。燃料加熱システム２００は、燃料加熱器１４に入る前に燃料の選択的予熱を実現する。
【００１８】
ここで図４を参照すると、燃料加熱システムの別の例示的実施形態３００が示されている。燃料加熱システム３００は、燃料加熱器１４に入る前の燃料の予熱に関しては燃料加熱システム２００と同様であるが、燃料システム１００の態様を併せ持っている。図示のように、燃料システム３００は、第３の熱交換器４２および第４の熱交換器４４を用い、やはり、高圧ボイラドラムおよび中圧ドラムなどの複数のボイラドラム１８からの間欠および連続ブローダウンを組み合わせている。
【００１９】
有利には、燃料加熱システム１０、１００、２００、３００は、始動シーケンス中に必要な燃料加熱時間を短縮する。燃料加熱器１４では、熱入力の増加が行われ、それによって、発電所のより迅速かつ効率的な始動が実現される。さらに、ガスタービンシステム１２の高環境排出物保持時間を減少させまたは消滅させることによって、始動中の燃料消費量および環境排出物の低減が達成される。さらに、さもなければ無駄になるブローダウンプロセスからの熱が再生利用され、それによって、定常状態作動中についても、効率が改善される。さらに、燃料温度が上昇して、より高い燃料ガス温度、およびそれに伴うより高い熱力学的効率を達成する。
【００２０】
本発明が、限られた数の実施形態のみに関して詳細に説明されてきたが、本発明が、その様な開示された実施形態に限定されないことは容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明されていないが、本発明の趣旨および範囲と同等である任意の数の変形形態、代替形態、置換形態、または同等の構成を組み入れて変更することができる。さらに、本発明の様々な実施形態が説明されてきたが、本発明の態様は、説明された実施形態の一部のみを含み得ることを理解されたい。したがって、本発明は、前述の説明によって限定されると理解されるべきではなく、添付特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００２１】
１０  燃料加熱システム
１２  ガスタービンエンジン
１４  燃料加熱器
１５  中圧節炭器
１６  燃料ライン
１７  ボイラシステム
１８  ボイラドラム
２０  経路
２２  間欠ブローダウンライン
２４  連続ブローダウンライン
２６  第１の熱交換器
２８  第２の熱交換器
３０  第１の制御バルブ
３２  第２の制御バルブ
３４  給水路
３６  接合点
３８  第３の制御バルブ
４０  加熱給水ライン
４２  第３の熱交換器
４４  第４の熱交換器
４６  中圧間欠ブローダウンライン
４８  中圧連続ブローダウンライン
５０  第４の制御バルブ
５２  第５の制御バルブ
１００  燃料加熱システム
２００  燃料加熱システム
３００  燃料加熱システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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