(57)【要約】  本発明は、ガスタービン(2)と、廃熱蒸気発生器(3)と、ガスタービン(2)の空気入口(6)に接続される第1の熱交換器(5)、および凝縮物回路(8)に接続されかつ廃熱蒸気発生器(3)内の凝縮物予熱器(9)を備える第2の熱交換器(7)を有する中間回路(4)と、を備えるパワープラント(1)に関する。第1の高負荷バルブ(10)、および第2の高負荷バルブ(11)、ならびにこれらと並列の、第1の高負荷バルブ(10)および第2の高負荷バルブ(11)を通るよりも低い容積流量のための第1の低負荷バルブ(12)および第2の低負荷バルブ(13) 、は第2の熱交換器(7)の両側に配置される。本発明はさらに、パワープラント(1)の効率を最適化し、動作範囲を拡張するための関連する方法に関する。
2019530824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン(2)と、熱回収蒸気発生器(3)と、前記ガスタービン(2)の空気入口(6)に接続される第1の熱交換器(5)、および凝縮物回路(8)に接続されかつ前記熱回収蒸気発生器(3)内の凝縮物予熱器(9)を備える第2の熱交換器(7)を有する中間回路(4)と、を備えるパワープラント(1)であって、第1の高負荷バルブ(10)、および第2の高負荷バルブ(11) 、ならびにそれに並列の、前記第1の高負荷バルブ(10)および第2の高負荷バルブ(11)よりも小さい通過流量のための第1の低負荷バルブ(12)および第2の低負荷バルブ(13) 、が前記第2の熱交換器(7)の両側に配置されることを特徴とする、パワープラント(1)。
【請求項２】
前記凝縮物回路(8)は、前記凝縮物予熱器(9)の出口(15)を前記凝縮物予熱器(9)の入口(16)に接続する第1の再循環ライン(14)を備え、冗長再循環ポンプ(17)は、前記第1の再循環ライン(14)内に配置され、第1の分岐ライン(18)は、前記第1の再循環ライン(14)から分岐し、前記第2の熱交換器(7)内に開口し、第2の分岐ライン(19)は、前記第2の熱交換器(7)を前記凝縮物予熱器(9)の前記入口(16)に接続する、請求項1に記載のパワープラント(1)。
【請求項３】
前記第1の分岐ライン(18)は、流れ方向において前記第1の再循環ライン(14)から前記再循環ポンプ(17)の下流で分岐する、請求項2に記載のパワープラント(1)。
【請求項４】
前記第1の高負荷バルブ(10)は、前記第1の分岐ライン(18)内に配置され、前記第1の低負荷バルブ(12)は、前記第1の高負荷バルブ(10)の周りの第1のバイパスライン(20)内に配置される、請求項2に記載のパワープラント(1)。
【請求項５】
前記第1の高負荷バルブ(10)は、前記第2の分岐ライン(19)内に配置され、前記第1の低負荷バルブ(12)は、前記第1の高負荷バルブ(10)の周りの第1のバイパスライン(20)内に配置される、請求項2に記載のパワープラント(1)。
【請求項６】
第2の再循環ライン(21)は、前記第2の分岐ライン(19)から分岐し、前記第1の再循環ライン(14)内に前記冗長再循環ポンプ(17)の上流で凝縮物の流れ方向に開口する、請求項4に記載のパワープラント(1)。
【請求項７】
第2の再循環ライン(21)は、前記第1のバイパスライン(20)から分岐し、凝縮物の流れ方向において、前記第1の再循環ライン(14)内に前記冗長再循環ポンプ(17)の上流で開口する、請求項5に記載のパワープラント(1)。
【請求項８】
第3の再循環ライン(22)は、前記第2の分岐ライン(19)から前記第1の分岐ライン(18)内に通じ、ポンプ(33)は、前記第3の再循環ライン(22)内に接続される、請求項2から5のいずれか一項に記載のパワープラント(1)。
【請求項９】
前記凝縮物予熱器(9)は、少なくとも2つの加熱表面(41)を有し、そのうちの少なくとも1つは、バイパス(42)を有する、請求項2から5のいずれか一項に記載パワープラント(1)。
【請求項１０】
前記第2の高負荷バルブ(11)は、前記中間回路(4)内に配置され、前記第2の低負荷バルブ(13)は、前記第2の高負荷バルブ(11)の周りの第2のバイパスライン(23)内に配置され、後に静的ミキサ(25)が続く、前記第2の熱交換器(7)の周りの第3のバイパスライン(24)もまた、前記中間回路(4)内に配置され、前記第2の高負荷バルブ(11)は、三方バルブの機能を満たし、前記第2の高負荷バルブ(11)の出口(26)は、前記第2の熱交換器(7)の入口(27)に接続され、前記第3のバイパスライン(24)は、前記第2の高負荷バルブ(11)のさらなる出口(28)から分岐する、請求項1から9のいずれか一項に記載のパワープラント(1)。
【請求項１１】
前記第1および第2の高負荷バルブ(10、11)ならびに第1および第2の低負荷バルブ(12、13)を制御するためのデバイス(29)を備える、請求項1から10のいずれか一項に記載のパワープラント(1)。
【請求項１２】
前記第2の熱交換器(7)は、少なくとも1つの完全溶接の平板熱交換器である、請求項1から11のいずれか一項に記載のパワープラント(1)。
【請求項１３】
パワープラント(1)の効率最適化および動作範囲拡張のための方法であって、前記パワープラント(1)は、ガスタービン(2)および熱回収蒸気発生器(3)を備え、その中で流体は、中間回路(4)内に導かれ、そのプロセスにおいて熱は、前記ガスタービン(2)によって導入される空気に第1の熱交換器(5)を介して伝達され、前記熱回収蒸気発生器(3)からの予熱された凝縮物の熱は、第2の熱交換器(7)を介して前記流体に伝達される方法において、熱需要に応じて、前記凝縮物が、第1の高負荷バルブ(10)を介してまたは第1の低負荷バルブ(12)を介して導かれ、前記第1の低負荷バルブは、前記第1の高負荷バルブ(10)に並列に接続され、前記第1の高負荷バルブ(10)よりも小さい通過流量のために設計されることを特徴とする、方法。
【請求項１４】
前記凝縮物の少なくともいくらかは、熱を前記流体にもたらし、予熱をバイパスした後、予熱された凝縮物の流れと混合され、この混合物は、前記第2の熱交換器(7)に供給される、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
熱需要に応じて、前記流体は、第2の高負荷バルブ(11)を介してまたは第2の低負荷バルブ(13)を介して導かれ、前記2の低負荷バルブは、前記第2の高負荷バルブ(11)に並列に接続され、前記第2の高負荷バルブ(11)よりも小さい通過流量のために設計される、請求項13または14に記載の方法。
【請求項１６】
前記中間回路(4)の加熱マージンは、前記第2の熱交換器(7)を通る凝縮物質量流量のための制御変数として使用される、請求項13から15のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記第2の高負荷バルブ(11)のバルブ位置は、前記第2の熱交換器(7)を通る凝縮物質量流量のための制御変数として使用される、請求項15に記載の方法。
【請求項１８】
吸気のための温度設定値は、前記パワープラント(1)の確立されたパワー設定値のガスタービン割合に応じて連続的に調整される、請求項13から17のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
低圧段(30)は、前記熱回収蒸気発生器(3)内の熱を凝縮物予熱器(9)に移動させるために、前記熱回収蒸気発生器(3)内でバンクアップされる、請求項13から18のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記熱回収蒸気発生器(3)内の高圧予熱器バイパス(31)は、熱を凝縮物予熱器(9)に移動させるために開口される、請求項13から19のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記ガスタービン(2)の燃焼器(32)は、部分的に停止される、請求項13から20のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワープラントに関し、またエネルギー最適化および動作範囲拡張のための方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
複合サイクルパワープラントとも呼ばれる、ガスおよび蒸気タービンプラントは、連続動作に関連するベース負荷状態に加えて、また単に機械の始動および停止のためにさらなる負荷要求を満たすことも目的とするが、しかし特にまた電気幹線(mains)における変化する負荷要求も目的とする。原理的に、関与するガスタービンの配送されるパワーは、吸入質量流量およびタービン入口温度を介して影響されることもある。吸入質量流量を低減するために、可変入射角を有するコンプレッサ入口案内羽根(IGV)はそれに応じて、第1のロータブレード列への流入量が、少なくとも制限されるように、部分負荷におけるガスタービンにおいて調整される。しかしながら、効率もまた、そのプロセスにおいて著しく低減される。吸気予熱のためにこれまでの通常のシステムを使用すると、効率は、わずかに再び増加するだけである。部分負荷における効率のさらなる増加は、部分負荷動作中の燃料費を大幅に低減する。吸気予熱はまた、氷結を防止し、低部分負荷におけるCO放出を低減するためにもまたは、絞られたコンプレッサ入口案内羽根につながることもある最大パワーおよび低外部空気温度において、効率を改善するためにも使用される。
【０００３】
吸気予熱のために、熱回収蒸気発生器または補助ボイラの低圧段からの蒸気の形のより高い値の熱が、以前はほとんどの場合に使用され、蒸気は、熱交換器内で凝縮され、その結果、典型的には水/グリコール混合物を有する中間回路が、加熱され、その結果としてガスタービンの低温吸気は、さらなる熱交換器を介して予熱された。部分負荷において、この予熱は、ガスタービンが、より少ない絞りで、または絞りが全くない状態で動かすことができることを確実にし、このようにして、より高度な効率が達成され、それは、燃料消費の低減をもたらす。切り替えはこの場合、より簡単であり、効率最適化は、制限される。ここでの制限的な影響は、熱源として、低圧蒸気が、蒸気タービンおよび吸気予熱のシステムの両方において使用されることになるということである。
【０００４】
低圧蒸気の生成のためのより多くの熱を提供するために、固定位置、例えば60%における吸気予熱に携わる高圧予熱器バイパスが、動作することもあり得る。典型的には、部分負荷効率を改善するための吸気予熱は、単位パワー設定値が、ある値、例えば70%に達しなかったときにだけ可能であった。
【０００５】
熱交換器表面は、凝縮熱交換器内の充填レベルに適合されることもあり得る。この充填レベルを用いると、正しいサイズのバルブ開口(例えば60%)が、絶えず再び達成されるように、水/グリコール側の(water/glycol-side)三方バルブのバルブ位置が、調整され、それを用いて、空気/水熱交換器に入る前の水/グリコール混合温度が、制御される。
【０００６】
また、大きい管形(shell-and-tube)熱交換器を用いると、地域暖房温水または凝縮物予熱器からの高温凝縮物は、ガスタービン吸気内での氷形成を防止するためおよび一酸化炭素放出を改善するために使用することができる。これらのシステムは、しかしながら、ほんの少しの柔軟性しか有さず、熱源の熱交換器利用の全体的サイズのために、基本的な切り替えおよび制御は、比較的小さい出力に制限され、貧弱な効果だけを有する非常に小さい出力を制御することができる。
【０００７】
一般に、そのようなプラントは、伝達される熱出力に関して非常に制限された範囲の応用および部分負荷における制御可能性に関して非常に狭い動作範囲を有する。さらに、熱利用の切り替えは、簡単な仕方で他のパワープラント構成に移すことができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術と比較して、改善された効率およびより広い動作範囲を有するパワープラントを提供することが、本発明の目的である。効率最適化および動作範囲拡張のための対応する方法を明示することが、本発明のさらなる目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ガスタービンと、熱回収蒸気発生器と、ガスタービンの空気入口に接続される第1の熱交換器、および熱回収蒸気発生器内の凝縮物予熱器を備える凝縮物回路に接続される第2の熱交換器を有する中間回路と、を備えるようなパワープラントの場合に、第1または第2の高負荷バルブおよび、それに並列の、第1または第2の高負荷バルブを通るよりも小さい通過流量のための第1または第2の低負荷バルブが、第2の熱交換器の両側に配置されるということを提供することによって、パワープラントに向けられる本目的を達成する。
【００１０】
第2の熱交換器の両側の高負荷および低負荷制御バルブ、すなわち一次側の高負荷バルブおよび低負荷バルブから成る1つの対、ならびに二次側のさらなる対、を用いた切り替えの使用によって、これは比較的大きい通過流量(高負荷バルブを通る)の可能性にもかかわらず、比較的小さい熱出力を用いてさえ蒸着および凍結のリスクなしに確実に動作させることができる。2対のバルブを用いた実施形態は当然、最小限だけを表す。もし必要ならば、より多くのバルブがまた、使用されてもよい。異なる通過流量容積についてのバルブの選択だけによって、広い範囲にわたる第2の熱交換器の両側(すなわち一次側および二次側)の通過流量容積の正確な調整可能性が、第一に可能になるということは、重要である。
【００１１】
1つの有利な実施形態では、凝縮物回路は、凝縮物予熱器の出口を凝縮物予熱器の入口に接続する第1の再循環ラインを備え、冗長再循環ポンプ(すなわち2つ以上)は、第1の再循環ライン内に配置され、第1の分岐ラインは、第1の再循環ラインから分岐し、第2の熱交換器内に開口し、第2の分岐ラインは、第2の熱交換器を凝縮物予熱器の入口に接続する。凝縮物出口の再循環を使用することによって、第2の熱交換器は、比較的低い熱出力の場合により確実に動作させることができ、凝縮および凍結のリスクは、さらに低減される。熱伝達は、入口温度を介してだけでなく、また通過流量を介しても影響を受け、従ってより良く調整することができる。
【００１２】
さらに有利な実施形態では、第1の分岐ラインは、第1の再循環ラインから再循環ポンプの下流で流れ方向に分岐する。結果として、再循環ポンプは、凝縮物を凝縮物予熱器の入口に再循環ラインを通って直接戻すように輸送することができるだけでなく、また第2の熱交換器にも輸送することができ、その結果追加のポンプは、このために必要とされない。
【００１３】
第1の高負荷バルブは、便宜上第1の分岐ライン内に配置され、第1の低負荷バルブは、便宜上第1の高負荷バルブの周りの第1のバイパスライン内に配置される。
【００１４】
代替の実施形態では、第1の高負荷バルブは、第2の分岐ライン内に配置され、第1の低負荷バルブは、第1の高負荷バルブの周りの第1のバイパスライン内に配置される。
【００１５】
凝縮物予熱器内で加熱される凝縮物の再循環に加えて、もし第2の熱交換器内で冷却される凝縮物もまた、凝縮物予熱器内で、実際には加熱なしで、または少なくとも制限された加熱だけで、再循環されるならば、それもまた、予熱の微細調整にとって有利である。このために、4つの代替案が、提案される。
【００１６】
第1の場合は、第2の再循環ラインは、第2の分岐ラインから分岐することができ、第1の再循環ライン内に冗長再循環ポンプの上流で凝縮物の流れ方向に開口する。
【００１７】
第2の場合は、もし第1のバイパスラインの主負荷および低負荷バルブが、第2の分岐ライン内で一緒に配置されるならば、第2の再循環ラインは、第1のバイパスラインから分岐することができ、この第2の場合もまた第1の再循環ライン内に冗長再循環ポンプの上流で凝縮物の流れ方向に開口する。
【００１８】
第3の場合は、第3の再循環ラインは、第2の分岐ラインから分岐し、第1の分岐ライン内に開口する。この場合は、しかしながら、ポンプは、第3の再循環ライン内に接続されなければならない。
【００１９】
第4の場合は、凝縮物予熱器は、少なくとも2つの加熱表面を有し、そのうちの少なくとも1つは、バイパスを有し、すなわちバイパスは特に、凝縮物の流れ方向に見られるように、加熱表面の最後をバイパスし、例えば再循環ポンプの上流で第1の再循環ライン内に開口する。
【００２０】
本発明の1つの有利な実施形態では、第2の高負荷バルブは、中間回路内に配置され、第2の低負荷バルブは、第2の高負荷バルブの周りの第2のバイパスライン内に配置され、後に静的ミキサが続く、第2の熱交換器の周りの第3のバイパスラインもまた、中間回路内に配置され、第2の高負荷バルブは、三方バルブの機能を満たし、第2の高負荷バルブの出口は、第2の熱交換器の入口に接続され、第3のバイパスラインは、第2の高負荷バルブのさらなる出口から分岐する。第2の高負荷バルブは、この場合は実際に三方バルブとすることができるが、しかし三方バルブの機能はまた、2つの別個の制御バルブ、すなわち高温流体分岐内の(すなわち第2の熱交換器を通る)制御バルブおよび低温流体分岐内の(第2の熱交換器の周りの)制御バルブによってそれぞれ満たされてもよく、そのバルブは、反対方向に動作する。
【００２１】
第2の高負荷バルブおよび第2の低負荷バルブの並列接続の結果として、第2の熱交換器を通って流れる流体の量は今ではまた、その一次側ですでに正確に調整できているように、第2の熱交換器の二次側でも正確に調整することができる。第3のバイパスラインを用いると、中間回路内を循環する流体量は、これによって影響を受けないが、しかし残りの量は、簡単な仕方で第2の熱交換器を通過するように向けることができるということが、確実になる。流体流量を分割する結果としての中間回路内の流体の温度および粘度の時には大きい差は、静的ミキサを用いて混合され、均一なレベルを形成する。
【００２２】
もしパワープラントが、第1および第2の高負荷バルブならびに第1および第2の低負荷バルブを制御するためのデバイスを備えるならば、それは、好都合である。
【００２３】
最後に、もし第2の熱交換器が、少なくとも1つの完全溶接の(fully-welded)平板熱交換器であるならば、それは、空間要件に関して有利である。この場合、第2の熱交換器は、特に凝縮物に伝達される熱量が、従ってまた吸気の余熱も、より微細に調整できるように、2つのうちの1つが、バイパスを提供されるとき、実際2つの別個の完全溶接の平板熱交換器から成ることができる。
【００２４】
パワープラントの効率最適化および動作範囲拡張のための方法に向けられる本目的は、流体が中間回路内に導かれ、そのプロセスにおいて熱が、ガスタービンによって導入される空気に第1の熱交換器を介して伝達される、方法であって、熱回収蒸気発生器からの予熱された凝縮物の熱は、第2の熱交換器を介して流体に伝達され、熱需要に応じて、凝縮物は、第1の高負荷バルブを介してまたは第1の高負荷バルブに並列に接続され、第1の高負荷バルブよりも小さい通過流量のために設計される第1の低負荷バルブを介して、導かれる、方法を用いて達成される。この結果として、第2の熱交換器を通って流れる凝縮物の温度は、小さい質量流量の場合でさえ容易に調整することができる。
【００２５】
できる限り正確である、第2の熱交換器のための必要とされる凝縮物温度の調整可能性に関して、もし凝縮物の少なくともいくらかが、流体に熱をもたらし、予熱をバイパスした後、予熱された凝縮物の流れと混合され、その混合物が、第2の熱交換器に供給されるならば、それは有利である。
【００２６】
温度および通過流量に関する調整可能性についての少なくとも同様の要件は当然また、中間回路内を循環する流体にも当てはまり、そのため、もし流体が、熱需要に応じて、第2の高負荷バルブを介してまたは第2の高負荷バルブに並列に接続され、第2の高負荷バルブよりも小さい通過流量のために設計される第2の低負荷バルブを介して向けられるならば、それはまた、この場合にも有利である。
【００２７】
もし中間回路の加熱マージン、すなわち第2の熱交換器の入口と出口との間の流体の温度差が、第2の熱交換器を通る凝縮物質量流量についての制御変数として使用されるならば、それは好都合である。凝縮物加熱の(condensate-heated)第2の熱交換器を通って流れる凝縮物質量流量は従ってそれに応じて、中間回路の熱需要に調整される。この結果として、加熱されるべき媒体および加熱を行う媒体の質量流量は、絶えず互いに対する好ましい比率にあり、それは、第2の熱交換器の動作にプラス効果を有するということが、確実になる。この動作原理は、凝縮物の凍結のリスク、また典型的には水/グリコール混合物である流体の蒸発のリスクも低くする。また、この結果として、駆動要素(三方バルブ)の調整が今では、指定量だけの一定の温度変化をもたらし、すなわち増加が今では、一定であるので、水/グリコール混合温度制御も、改善される。
【００２８】
第2の高負荷バルブの位置は別法として、第2の熱交換器を通る凝縮物質量流量についての制御変数として使用することができる。
【００２９】
もし吸気のための温度設定値が、パワープラントの確立されたパワー設定値のガスタービン割合に応じて連続的に調整されるならば、それはまた好都合でもある。本発明を用いると、吸気温度は今では、微細に調整することができるので、吸気を連続的にパワープラントの現在の動作状態に基づいて計算される最適条件に調整することは、意味をなすということになる。
【００３０】
熱回収蒸気発生器の「低温端」において利用可能である熱量が、吸気予熱の最適動作にとって不十分である場合、次の有利な可能性が、吸気予熱のために利用可能な熱容量を増加させ、従って動作範囲を拡張するために存在する。
【００３１】
一方では、低圧段が、熱回収蒸気発生器内でバンクアップされてもよく、すなわち低圧ドラム内の圧力が、熱回収蒸気発生器内の熱を凝縮物予熱器に移動させるために引き上げられる。
【００３２】
他方では、必要とされるとき、おそらくはまた低圧セクション内の圧力バンキングに加えて、熱回収蒸気発生器内の高圧予熱器バイパスが、熱を凝縮物予熱器に移動させるために段階的に開口されてもよい。
【００３３】
凝縮物予熱器における熱供給のための段階的方策、すなわち段階的低圧ドラム圧力増加、高圧予熱器バイパスの段階的開口の結果として、効率最適化動作が達成される。大気内に流出する排ガスの理論的になお使用可能な残留熱が、最小限にまで低減されるように、過不足のない熱が凝縮物予熱器に移動される。
【００３４】
パワープラントの動作範囲の拡張に関して、吸気予熱のための前述の方策は、良好な効率および比較的非常に低い出力でパワープラントを動作させることが可能であるように、ガスタービンの燃焼器の部分的停止と組み合わされてもよく、その場合排ガス放出物は、許容範囲内にとどまる。
【００３５】
ガスタービンの排ガスは、吸気予熱のための熱源として凝縮物予熱器の助けを借りて最小許容限界値まで冷却することができるので、本発明による概念の効率は、熱源として蒸気を使用する従来技術からの知られている解決策の場合よりもかなり良好である。
【００３６】
新型ガスタービンの場合、結果として凍結のリスクが凝縮物側に生じる可能性がある、非常に冷たい外部温度の場合には、小さい吸気予熱出力を実現することもまた必要であり、それは新しい発明を用いて達成される。
【００３７】
本発明を用いると、部分負荷効率改善のための動作範囲が増加する。パワー設定値のしっかりと確立された限界に達しないとき、吸気のための一定の温度設定点値をあらかじめ決定する代わりに、吸気温度設定値は、より高い部分負荷においてでさえ、効率改善が、達成されるように、確立されたパワー設定点値に応じて調整され、ガスタービンのIGVは、過度に広く開口せずまたは確立されたパワー設定点値が、調整されてもよい。
【００３８】
本発明の利点はまた、ガスおよび蒸気パワープラントの部分負荷における化石燃料(ガス、石油)のさらに増加した節減、ならびにより低い動作費用およびより低いそれと関連する放出物にも、また大きく、柔軟な範囲の応用の実現にも、存在する。
【００３９】
完全溶接の平板熱交換器(小さい空間要件を有する)の連続的制御および使用は、これらの利点に貢献する。
【００４０】
熱源として蒸気を使用する現在の標準的解決策と比較すると、今まで利用されていないこともあり得る、熱回収蒸気発生器の最後の熱交換器表面からの排ガスの熱エネルギーの一部は、今では冬季動作中に効率を増加させ、氷結を防止するためにガスタービン複合サイクルパワープラントの部分負荷動作において利用することができる。熱源として高温凝縮物を使用するガスタービン吸気の同時予熱に関して、低圧ドラムからのより高い値の蒸気は、蒸気タービンにおいて使用され続けることが可能である。
【００４１】
凝縮物加熱の熱交換器にわたる加熱マージンを制御することの結果として、熱交換器および隣接パイプラインを考慮する動作が達成され、熱交換器の凍結のリスクは、大幅に低減される。速くかつ問題のない開始および停止が支援され、非常に低い熱入力を用いた動作もまた、一定の制御品質で確実にすることができ、それは全体で、全システムの利用可能性にプラス効果を有する。
【００４２】
商業的インパクトは、新しいプラントおよびしばしば部分負荷において動く既存のガスタービン複合サイクルパワープラントのための改造の両方について、これらの可能性の結果としての改善された競合状況であり、従って燃料費の節減が、十分に利用可能である。
【００４３】
もし単位パワー設定値の高速ランピングが、必要とされるならば、吸気温度設定値は、全負荷への高ランピング中に、このパワーを達成するための最大許容温度が、超えられないように、現在のパワー設定値に基づいてあらかじめ決定することができる。凝縮物予熱器からの高温凝縮物の代わりに、上述の概念は別法としてまた、地域暖房もしくは別の温水熱源の使用に頼ることもできまたは両方の熱源の組み合わせで実施することもまた可能である。
【００４４】
本発明は、例として図面を参照してより詳細に説明される。図面は、概略的であり、正確な縮尺ではない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明によるパワープラントを示す図である。
【図２】異なる代替案を用いた本発明によるパワープラントを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
図1は、ガスタービン2、およびまた、非常に簡略化された仕方で、本発明に関連する熱回収蒸気発生器3のコンポーネントも有する、パワープラント1を概略的にかつ例として示す。ガスタービン2の吸気の予熱は、熱伝達媒体として適している流体、例えば水/グリコール混合物のための中間回路4を介して、ガスタービン2の空気入口6に接続される第1の熱交換器5、および完全溶接の平板熱交換器として設計され、凝縮物回路8内に接続される第2の熱交換器7、を用いて実行される。別の種類の熱交換器もまた、もちろん可能であり、例えば管形熱交換器である。完全溶接の平板熱交換器は、しかしながら、そのコンパクト性のために利点をもたらす。本発明によると、第2の熱交換器7の両側に、すなわち一次側および二次側の両方に、第1の高負荷バルブ10および第2の高負荷バルブ11ならびに、それに並列の、第1の高負荷バルブ10および第2の高負荷バルブ11を通るよりも小さい通過流量のための第1の低負荷バルブ12および第2の低負荷バルブ13が、配置される。
【００４７】
凝縮物回路8は、熱回収蒸気発生器3内の凝縮物予熱器9を備え、また凝縮物予熱器9の出口15を凝縮物予熱器9の入口16に接続する第1の再循環ライン14も備え、冗長再循環ポンプ17は、第1の再循環ライン14内に配置される。第2の熱交換器7は、第1の再循環ライン14から再循環ポンプ17の下流で流れ方向に分岐し、第2の熱交換器7内に開口する第1の分岐ライン18、および第2の熱交換器7を凝縮物予熱器9の入口16に接続する第2の分岐ライン19によって凝縮物回路8内に組み込まれる。
【００４８】
第1の高負荷バルブ10および第1の高負荷バルブ10の周りの第1のバイパスライン20内に配置される第1の低負荷バルブ12は、第1の分岐ライン18(図2)内かまたは第2の分岐ライン19(図1)内に一緒に配置されてもよい。
【００４９】
凝縮物予熱器9内でのさらなる加熱なしに第2の熱交換器7内で冷却される凝縮物の再循環について、異なる可能性がある。図1による実施形態によると、第2の再循環ライン21は、第1のバイパスライン20から分岐し、第1の再循環ライン14内に冗長再循環ポンプ17の上流で凝縮物の流れ方向に開口する。図示されていない代替実施形態によると、第2の再循環ライン21は、第2の分岐ライン19から直接分岐し、また第1の再循環ライン14内にも冗長再循環ポンプ17の上流で凝縮物の流れ方向に開口する。従って、第1の実施形態との違いは、第1の高負荷バルブ10および第1の低負荷バルブ12を第2の熱交換器7の「下流に」または「上流に」配置することの結果として、第1のバイパスライン20または第2の再循環ライン21から分岐するということにあるだけである。
【００５０】
最後に、図2は、冷却された凝縮物が、冗長再循環ポンプ17の上流に戻されないが、しかし第2の分岐ライン19からの第3の再循環ライン22が、第1の分岐ライン18内に直接開口する、実施形態を示す。この場合、しかしながら、ポンプ33は第3の再循環ライン22内に必要とされる。
【００５１】
第1の熱交換器5および第2の熱交換器7に加えて、第2の高負荷バルブ11は中間回路4内に配置され、第2の低負荷バルブ13は、第2の高負荷バルブ11の周りの第2のバイパスライン23内に配置される。また、後に静的ミキサ25が続く、第2の熱交換器7の周りの第3のバイパスライン24も、中間回路4内に配置される。第2の高負荷バルブ11は、図1における三方バルブのように設計され、第2の高負荷バルブ11の出口26は、第2の熱交換器7の入口27に接続され、第3のバイパスライン24は、第2の高負荷バルブ11のさらなる出口28から分岐する。図2は、2つの別個の制御バルブ44、45を用いる代替実施形態を示し、すなわち1つの制御バルブ44は、高温流体分岐(すなわち第2の熱交換器7を通る)内にあり、1つの制御バルブ45は、低温流体分岐(第2の熱交換器の周りの)内にあり、それらは、反対方向に動作する。
【００５２】
図1はまた、第1および第2の高負荷バルブ10、11ならびに第1および第2の低負荷バルブ12、13を制御するためのデバイス29も示す。制御は、この場合とりわけ異なる点において測定される温度または通過流量に基づいて実行される。このために、パワープラント1は、予熱された吸気のための温度測定点34ならびに中間回路内の流体のための温度測定点35、36および37を備える。図1および図2における温度測定点35は、中間回路4内の再循環ポンプ43と第2のバイパスライン23のための分岐との間に配置されるが、しかしそれはまた、再循環ポンプ43の上流の中間回路内にすでに配置されてもよく、第2の熱交換器7の上流の流体の温度を提供する。温度測定点36は、第2の熱交換器7の下流に直接配置され、凝縮物との熱交換後の流体の温度を提供する。温度測定点35および36の測定値の差は、加熱マージンと呼ばれる。最後に、温度測定点37を用いると、流体の混合温度が決定され、すなわちその温度は、第2の熱交換器7を通るまたはそれを通過した流体流れを混合することによって生じ、その温度において第1の熱交換器5は、ガスタービン吸気を加熱するために作用を受ける。凝縮物についての通過流量測定点38、39は、図における第2の分岐ライン19および第1の再循環ライン14内に配置される。制御の表現は、図では非常に簡略化されている。実際の制御は、より複雑であり、多くの他の態様に加えて当然また、第1の再循環ライン14内の再循環ポンプ17の制御も含む。制御は、図に示されるように、すべてのコンポーネントについてもまた中心的に実行されなくてもよい。
【００５３】
もし凝縮物予熱器9の領域内の熱量が、吸気予熱にとってもはや十分でないならば、その時低圧段30は、熱回収蒸気発生器3内の熱を凝縮物予熱器9に移動させるために熱回収蒸気発生器3内でバンクアップされてもよい。
【００５４】
もしこの方策がなお、十分でないはずならば、高圧予熱器バイパス31が、なおより多くの熱を凝縮物予熱器9に移動させるために、さらなるステップにおいて熱回収蒸気発生器3内で開口されてもよい。これは、図1に示されるような高圧ドラム40を有する高圧領域、および図2に示されるベンソンバリアント(Benson Variant)における高圧領域の両方について機能する。
【００５５】
また図2に示されるのは、分割加熱表面41を有する凝縮物予熱器9の変形でもあり、その分割加熱表面のうちの1つは、凝縮物に伝達される熱量が、より良く調整できるように、バイパス42を有する。
【符号の説明】
【００５６】
1  パワープラント
2  ガスタービン
3  熱回収蒸気発生器、廃熱蒸気発生器
4  中間回路
5  第1の熱交換器
6  空気入口
7  第2の熱交換器
8  凝縮物回路
9  凝縮物予熱器
10  第1の高負荷バルブ
11  第2の高負荷バルブ
12  第1の低負荷バルブ
13  第2の低負荷バルブ
14  第1の再循環ライン
15  凝縮物予熱器の出口
16  凝縮物予熱器の入口
17  冗長再循環ポンプ
18  第1の分岐ライン
19  第2の分岐ライン
20  第1のバイパスライン
21  第2の再循環ライン
22  第3の再循環ライン
23  第2のバイパスライン
24  第3のバイパスライン
25  静的ミキサ
26  第2の高負荷バルブの出口
27  第2の熱交換器の入口
28  第2の高負荷バルブのさらなる出口
29  デバイス
30  低圧段
31  高圧予熱器バイパス
32  燃焼器
33  ポンプ
34  温度測定点
35  温度測定点
36  温度測定点
37  温度測定点
38  通過流量測定点
39  通過流量測定点
40  高圧ドラム
41  分割加熱表面
42  バイパス
43  再循環ポンプ
44  制御バルブ
45  制御バルブ
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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