(57)【要約】【課題】燃料を水または蒸気で加熱することができる単一の燃料熱交換器を提供する。【解決手段】ガスタービンシステム（１０２）用の燃料加熱システム（１４０）が提供される。本システムは、蒸気（１７２）を生成するためのボイラー（１４２）と、ボイラー（１４２）とは独立したＨＲＳＧ（１０８）と、熱媒体（１５８）として蒸気（１７２）または水を使用して動作するように構成された単一の燃料熱交換器（１５０）  と、を含む。制御バルブシステム（１７０）は、単一の燃料熱交換器（１５０）の第２の流路（１５６）に、ボイラー（１４２）からの蒸気（１７２）およびＨＲＳＧ（１０８）からの高温給水（１７４）の一方として、熱媒体（１５８）を選択的に供給する。【選択図】図１
2018091323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンシステム（１０２）用の燃料加熱システム（１４０）であって、
蒸気（１７２）を発生させるためのボイラー（１４２）と、
前記ボイラー（１４２）から独立した熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）（１０８）と、
燃料（１５４）を流体連通するための第１の流路（１５２）と、前記燃料（１５４）を加熱するために、熱媒体（１５８）を流体連通させるための、前記第１の流路（１５２）と熱的に連通する第２の流路（１５６）と、を含む単一の燃料熱交換器（１５０）であって、前記熱媒体（１５８）として蒸気（１７２）または水を使用して動作するように構成された単一の燃料熱交換器（１５０）と、
前記ＨＲＳＧ（１０８）を流体的に相互接続する制御バルブシステム（１７０）と、を含み、前記ボイラー（１４２）および前記単一の燃料熱交換器（１５０）は、前記ボイラー（１４２）からの前記蒸気（１７２）および前記ＨＲＳＧ（１０８）からの前記高温給水（１７４）のうちの１つとして前記単一の燃料熱交換器（１５０）の前記第２の流路（１５６）に前記熱媒体（１５８）を選択的に供給するように構成される、燃料加熱システム（１４０）。
【請求項２】
前記単一の燃料熱交換器（１５０）は、プリント回路熱交換器（ＰＣＨＥ）を含む、請求項１に記載の燃料加熱システム（１４０）。
【請求項３】
前記単一の燃料熱交換器（１５０）からの凝縮水を前記蒸気（１７２）から前記ボイラー（１４２）に流体連通させる凝縮水帰還流路（１６０，１６２）をさらに含む、請求項１に記載の燃料加熱システム（１４０）。
【請求項４】
前記ＨＲＳＧ（１０８）は、前記ガスタービンシステム（１０２）に動作可能に結合される、請求項１に記載の燃料加熱システム（１４０）。
【請求項５】
前記単一の燃料熱交換器（１５０）からの前記高温給水（１７４）を蒸気タービンシステム（１１０）用のボイラー（１４２）に流体連通させる帰還流路（１６０，１６２）をさらに含む、請求項４に記載の燃料加熱システム（１４０）。
【請求項６】
前記制御バルブシステム（１７０）は、
前記第２の流路（１５６）への前記蒸気（１７２）および前記高温給水（１７４）の流れを制御するように構成された少なくとも１つの制御バルブ（１６４）と、
前記少なくとも１つの制御バルブ（１６４）を動作させて、前記高温給水（１７４）が利用できない前記ガスタービン（１３０）の始動状態では、前記ボイラー（１４２）から前記第２の流路（１５６）に前記蒸気（１７２）を供給し、前記高温給水（１７４）が利用可能になることに応答して、前記蒸気（１７２）の供給を停止し、前記ＨＲＳＧ（１０８）から前記第２の流路（１５６）に前記高温給水（１７４）を供給するように構成されるコントローラ（１８０）と、を含む、請求項１に記載の燃料加熱システム（１４０）。
【請求項７】
前記燃料（１５４）は気体である、請求項１に記載の燃料加熱システム（１４０）。
【請求項８】
前記燃料（１５４）は液体である、請求項１に記載の燃料加熱システム（１４０）。
【請求項９】
発電システム（１００）であって、
圧縮機（１２０）と、前記圧縮機（１２０）からの空気を燃焼させることにより高温ガス流を生成する燃焼器（１２４）と、燃料（１５４）と、前記燃焼器（１２４）から受け取った前記高温ガス流を膨張させるためのガスタービン（１３０）と、を含むガスタービンシステム（１０２）と、
高温給水（１７４）を生成するために前記ガスタービン（１３０）の排気に動作可能に結合された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）（１０８）と、
蒸気（１７２）を発生させるためのボイラー（１４２）と、
前記燃料（１５４）を流体連通するための第１の流路（１５２）と、前記燃料（１５４）を加熱するために、熱媒体（１５８）を流体連通させるための、前記第１の流路（１５２）と熱的に連通する第２の流路（１５６）と、を含む単一の燃料熱交換器（１５０）であって、前記熱媒体（１５８）として蒸気（１７２）または水を使用して動作するように構成された単一の燃料熱交換器（１５０）と、
前記ＨＲＳＧ（１０８）を流体的に相互接続する制御バルブシステム（１７０）と、を含み、前記ボイラー（１４２）および前記単一の燃料熱交換器（１５０）は、前記ボイラー（１４２）からの前記蒸気（１７２）および前記ＨＲＳＧ（１０８）からの前記高温給水（１７４）のうちの１つとして前記単一の燃料熱交換器（１５０）の前記第２の流路（１５６）に前記熱媒体（１５８）を選択的に供給するように構成される、発電システム（１００）。
【請求項１０】
前記単一の燃料熱交換器（１５０）は、プリント回路熱交換器（１５０）（ＰＣＨＥ）を含む、請求項９に記載の発電システム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的には、ターボ機械制御システムに関し、より具体的には、単一の燃料熱交換器において水と水蒸気を使用する燃料加熱システム、ならびに関連する発電システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンシステムは、発電などの多種多様な産業設定において使用される。ガスタービンは、燃焼した燃料を使用してガスタービンを駆動して発電を行う。ガスタービンシステムの様々な運転状態の間で、燃料を加熱することが望ましい。例えば、ガスタービンシステムは、ガスタービンの始動状態および／または高負荷状態のために燃料を加熱する必要があり得る。「始動」とは、ガスタービンが始動されている状態を指し、「高負荷」とは、ガスタービンが高出力能力で動作している状態を指す。現在のシステムでは、２つの独立した別個の熱交換器を使用して燃料加熱をサポートし、１つは始動状態用であり、１つは高負荷状態用である。第１の熱交換器装置は、始動燃料加熱をサポートするための燃料のための熱交換器に導かれる給水源を加熱するための補助蒸気ボイラーを含むことができる。この第１の熱交換器装置は、通常、例えば、ガスタービンの排気に結合された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）の始動前に、熱水が他の方法で容易に利用可能でない場合に使用される。別個の第２の熱交換器装置は、始動燃料加熱および高負荷燃料加熱のための従来のシェルアンドチューブ式熱交換器に導かれる加熱給水を利用する。どちらの装置も、燃料加熱のコンセプトのためだけに水を使用する。
【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２０１３／００７４５０８明細書
【発明の概要】
【０００４】
本開示の第１の態様は、ガスタービンシステム用の燃料加熱システムを提供し、燃料加熱システムは、蒸気を発生させるためのボイラーと、ボイラーから独立した熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）と、燃料を流体連通するための第１の流路と、燃料を加熱するために、熱媒体を流体連通させるための、第１の流路と熱的に連通する第２の流路と、を含む単一の燃料熱交換器であって、熱媒体として蒸気または水を使用して動作するように構成された単一の燃料熱交換器と、ＨＲＳＧを流体的に相互接続する制御バルブシステムと、を含み、ボイラーおよび単一の燃料熱交換器は、ボイラーからの蒸気およびＨＲＳＧからの高温給水のうちの１つとして単一の燃料熱交換器の第２の流路に熱媒体を選択的に供給するように構成される。
【０００５】
本開示の第２の態様は、発電システムを提供し、発電システムは、圧縮機と、圧縮機からの空気を燃焼させることにより高温ガス流を生成する燃焼器と、燃料と、燃焼器から受け取った高温ガス流を膨張させるためのガスタービンと、を含むガスタービンシステムと、高温給水を生成するためにガスタービンの排気に動作可能に結合された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）と、蒸気を発生させるためのボイラーと、燃料を流体連通するための第１の流路と、燃料を加熱するために、熱媒体を流体連通させるための、第１の流路と熱的に連通する第２の流路と、を含む単一の燃料熱交換器であって、熱媒体として蒸気または水を使用して動作するように構成された単一の燃料熱交換器と、ＨＲＳＧを流体的に相互接続する制御バルブシステムと、を含み、ボイラーおよび単一の燃料熱交換器は、ボイラーからの蒸気およびＨＲＳＧからの高温給水のうちの１つとして単一の燃料熱交換器の第２の流路に熱媒体を選択的に供給するように構成される。
【０００６】
本開示の第３の態様は、ガスタービンシステム用の燃料を加熱するための方法を提供し、本方法は、ボイラーで蒸気を発生させるステップと、高温給水を生成するステップと、燃料を加熱するステップと、を含み、燃料は、高温給水がまだ利用できないガスタービンシステムの始動状態では、蒸気をボイラーから、燃料を流体連通させるための第１の流路と、蒸気を流体連通させるための、第１の流路と熱的に連通する第２の流路と、を含む燃料熱交換器を通して供給することによって加熱され、高温給水が利用可能になることに応答して、蒸気の供給を停止し、同一の燃料熱交換器の第２の流路を通して高温給水を供給することによって加熱される。
【０００７】
本開示の例示的な態様は、本明細書で説明される問題および／または検討されていない他の問題を解決するように設計される。
【０００８】
本開示のこれらのおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付の図面と併せて、本開示の様々な態様の以下の詳細な説明から、より容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の実施形態による燃料加熱システムを含む発電システムの概略図である。
【図２】本開示の実施形態による使用が可能な燃料熱交換器の一例の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示の図面は、原寸に比例して示されていないことに留意されたい。図面は、本開示の一般的な態様だけを示すためのものであり、したがって、本開示の範囲を限定するものと考えるべきではない。図面において、図面間で類似する番号は類似する要素を示している。
【００１１】
最初の問題として、本開示を明確に説明するために、発電プラント内の関連する機械部品を参照して説明するときに、特定の専門用語を選択することが必要になる。これを行う場合、可能な限り、一般的な工業専門用語が、その受け入れられた意味と同じ意味で使用および利用される。別途記載のない限り、このような専門用語は、本出願の文脈および添付の特許請求の範囲と一致する広義の解釈を与えられるべきである。当業者であれば、多くの場合、特定の構成要素がいくつかの異なるまたは重複する用語を使用して参照されることがあることを理解するであろう。燃料熱交換器１５０を除いて、単一の部品であるとして本明細書に記載することができるものは、複数の構成要素からなるものとして別の文脈を含み、かつ別の文脈で参照されてもよい。あるいは、複数の構成要素を含むものとして本明細書に記載することができるものは、単一の部品として他の場所で参照されてもよい。
【００１２】
本開示は、燃料加熱システム、燃料加熱システムを含む発電システム、および方法の実施形態を提供する。従来の燃料加熱手法とは対照的に、本開示の実施形態によるシステムおよび方法は、燃料を水または蒸気で加熱することができる単一の燃料熱交換器を提供する。始動状態では、ボイラーからの蒸気を使用して燃料を加熱することができ、ガスタービンの排気に結合された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）からの高温給水が利用可能になると、ＨＲＳＧからの高温給水を使用して、同じ燃料熱交換器を用いて燃料を加熱することができる。
【００１３】
図１を参照すると、本開示の実施形態による燃料加熱システム１４０を含む発電システム１００の概略図が示されている。本実施例では、発電システム１００は、２つの発電機を有する単一シャフトシステムを含むが、当業者であれば、本開示の教示が任意の様々な複合サイクル発電システムに適用可能であることを容易に理解するであろう。複合サイクル発電システム１００は、発電機１０４に動作可能に接続されたガスタービンシステム１０２と、ガスタービンシステム１０２およびおそらく別の発電機１１２に動作可能に結合された蒸気タービンシステム１１０と、を含むことができる。発電機１０４およびガスタービンシステム１０２は、シャフト１０６によって機械的に結合することができ、シャフト１０６は、ガスタービンシステム１０２の駆動シャフト（図示せず）と発電機１０４との間でエネルギーを伝達することができる。同様に、発電機１１２および蒸気タービンシステム１１０は、シャフト１０６によって機械的に結合することができ、シャフト１０６は、蒸気タービンシステム１１０の駆動シャフト（図示せず）と発電機１１２との間でエネルギーを伝達することができる。発電機１０４、１１２およびシャフト１０６は、当技術分野で知られている任意のサイズまたはタイプのものでよく、それらの用途またはそれらが接続されるシステムに応じて異なってもよいことが理解される。発電機とシャフトの共通の符号は明瞭にするためであり、必ずしもこれらの発電機またはシャフトが同一であることを示唆するわけではない。
【００１４】
ガスタービンシステム１０２は、圧縮機１２０および燃焼器１２４を含むことができる。燃焼器１２４は、燃焼領域１２６と、圧縮機からの空気と燃料１５４を燃焼させて高温のガス流を生成する燃料ノズルアセンブリ１２８と、を含む。ガスタービンシステム１０２はまた、燃焼器１２４から受け取った高温ガス流を膨張させ、シャフト１０６の回転を駆動するためのガスタービン１３０を含む。一実施形態では、ガスタービンシステム１０２は、ゼネラルエレクトリック社から市販されている、９ＦＢエンジンと呼ばれることもある、ＭＳ９００１ＦＢエンジンである。本開示は、いかなる特定のガスタービンシステムに限定されるものではなく、例えば、ゼネラルエレクトリック社のＭＳ７００１ＦＡ（７ＦＡ）およびＭＳ９００１ＦＡ（９ＦＡ）エンジンモデルを含む他のエンジンと関連して実装することができる。動作中に、空気は圧縮機１２０の入口に入り、圧縮されて燃焼器１２４に排出され、そこで本開示の実施形態により加熱された燃料１５４が燃焼されて、ガスタービン１３０を駆動する高エネルギー燃焼ガスを提供する。燃料１５４は、気体、例えば天然ガス、または液体、例えばオイル、ガソリンなどを含むことができる。ガスタービン１３０では、高温ガスのエネルギーが仕事に変換され、その一部は回転シャフト１０６を介して圧縮機１２０を駆動するために使用され、残りは電気を生成するための発電機１０４などの負荷を駆動する有用な仕事に利用できる。
【００１５】
図１はまた、ガスタービン１３０を出る排気ガス中のエネルギーがさらなる有用な仕事に変換されるその最も単純な形態の複合サイクルを表す。例えば、高温給水、すなわち熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）１０８においてエネルギーを発生させることができる。ＨＲＳＧ１０８は、ガスタービンシステム１０２および蒸気タービンシステム１１０に動作可能に結合される。ＨＲＳＧ１０８は、従来の導管（符号は省略）を介してガスタービンシステム１０２および蒸気タービンシステム１１０の両方に流体接続することができる。ＨＲＳＧ１０８は、従来の複合サイクル動力システムで使用されるような従来のＨＲＳＧを含むことができる。理解されるように、ガスタービン１３０の排気ガス１０９がＨＲＳＧ１０８に入り、そこで水が蒸気タービンシステム１１０および／または高温給水１７４のための蒸気に変換され、その使用は本明細書で説明される。
【００１６】
蒸気タービンシステム１１０は、１つまたは複数の蒸気タービン、例えば、図示するように、高圧（ＨＰ）タービン１３２、中圧（ＩＰ）タービン１３４および／または低圧（ＬＰ）タービン１３６を含むことができ、これらの各々はシャフト１０６に動作可能に結合されている。すなわち、各蒸気タービン１３２、１３４、１３６は、シャフト１０６に機械的に結合された複数の回転ブレード（図示せず）を含む。動作中に、ＨＲＳＧ１０８からの蒸気は、ＨＰタービン１３２、ＩＰタービン１３４および／またはＬＰタービン１３６の入口に入り、それらのブレードに力を与えるように導かれてシャフト１０６を回転させる。理解されるように、上流のタービンで使用される蒸気は下流のタービンで使用されてもよい。このようにしてＨＲＳＧ１０８によって生成された蒸気は、蒸気タービンシステム１１０の少なくとも一部を駆動し、さらなる仕事が抽出されてシャフト１０６を駆動し、次に第２の発電機１１２などのさらなる負荷がさらなる電力を生成する。いくつかの構成では、タービン１３０、１３２、１３４、１３６が共通の発電機を駆動する。
【００１７】
図１はまた、本開示の実施形態によるガスタービンシステム１０２のための燃料加熱システム１４０を示す。燃料加熱システム１４０は、蒸気を生成するためのボイラー１４２を含むことができる。ボイラー１４２は、蒸気流を生成することができる任意の現在公知のボイラーまたは後に開発されるボイラーを含むことができる。ボイラー１４２は、別個の（補助的な）ボイラーであってもよいし、より大きなボイラーシステムの一部であってもよい。燃料加熱システム１４０はまた、ボイラー１４２から独立したＨＲＳＧ１０８を含むこともできる。ＨＲＳＧ１０８は、ガスタービン１３０に動作可能に結合される。本明細書で使用される「高温給水」は、例えば２３０〜２６０℃の非限定的な例の範囲の温度を有する水を示す。
【００１８】
図１に示すように、燃料加熱システム１４０はまた、燃料１５４を流体連通させるための第１の流路１５２と、熱媒体１５８を流体連通させて燃料１５４を加熱するための、第１の流路１５２と熱的に連通する第２の流路１５６と、を含む単一の燃料熱交換器１５０を含む。熱交換器１５０の設定で使用されるように、「流路」は、気体または液体が通過することができる回路、導管、チューブ、チャネル、経路などの任意の形態を含むことができる。本開示の実施形態によれば、従来の燃料加熱システムとは対照的に、ただ１つの、すなわち単一の燃料熱交換器１５０が提供される。燃料熱交換器１５０は、熱媒体として蒸気または水のいずれかを使用して動作するように構成された、現在公知のまたは後に開発される熱交換器を含むことができる。一実施形態では、燃料熱交換器１５０は、プリント回路熱交換器（ＰＣＨＥ）を含むことができる。図２は、ＰＣＨＥの形態の燃料熱交換器１５０の一例の分解斜視図を示す。図２に示すように、ＰＣＨＥはいくつかの積み重ねられたプレートを含み、各プレートはその表面に導管を有する。プレートは積み重ねられて共に封止され、流体はプレートのスタック内で交互に切り替わる方向に流れて、その中の流体間で熱エネルギーを伝達する。ＰＣＨＥが使用される場合、それは、例えば、イギリスのＤｏｒｓｅｔのＨｅａｔｒｉｃ  ＵＫ社およびスウェーデンのＳｋａｎｅのＡｌｆａ  Ｌａｖａｌ  ＡＢ社から入手可能な任意の適切なモデルであってもよい。ＰＣＨＥは、本開示の実施形態による使用が可能な熱交換器の形態の一例に過ぎないことが強調される。あるいは、燃料熱交換器１５０は、蒸気および温水の両方を取り扱うことができる、現在公知のまたは後に開発される熱交換器を含むことができ、それは、限定はしないが、例えば、ろう付プレート熱交換器、融着プレート熱交換器、ガスケット付プレートアンドフレーム熱交換器、プレートアンドシェル熱交換器、プレートアンドブロック熱交換器、スパイラル熱交換器、溶接プレートアンドフレーム熱交換器、またはチューブアレイ熱交換器などである。燃料１５４は、現在公知のまたは後に開発される任意の燃料源１５５、例えばパイプライン、タンクなどから供給されてもよい。
【００１９】
燃料加熱システム１４０はまた、熱媒体１５８、すなわち蒸気または水のための任意の様々な帰還流路を含むことができる。一実施形態では、燃料加熱システム１４０は、燃料熱交換器１５０からの凝縮水を蒸気からボイラー１４２へ流体連通させる凝縮水帰還流路１６０を含むことができる。さらに、燃料加熱システムはまた、燃料熱交換器１５０から蒸気タービンシステム１１０用の蒸気タービン凝縮器１１８に使用済みの給水を流体連通する帰還流路１６２を含むこともできる。帰還流路１６０、１６２は、使用することができる可能な回収流路の単なる例に過ぎない。回収された水は、様々な代替的サブシステムで再使用されるか、それに導かれてもよい。帰還流路１６０、１６２は、任意の必要な制御バルブ１６４を含むことができ、熱媒体をドレインに導くことを可能にするために（例えば、それ自体のバルブを備えた）排出ポート１６６を含むことができる。
【００２０】
燃料加熱システム１４０はまた、ＨＲＳＧ１０８、ボイラー１４２、および燃料熱交換器１５０を流体的に相互接続し、かつ、ボイラー１４２からの蒸気１７２およびＨＲＳＧ１０８からの高温給水１７４の一方として、熱媒体１５８を燃料熱交換器１５０の第２の流路１５６に選択的に供給するように構成された制御バルブシステム１７０を含む。図示するように、制御バルブシステム１７０は、蒸気１７２および高温給水１７４の流れを制御するように構成された少なくとも１つの制御バルブ１６４、例えば、他の制御バルブの中でも、導管１７６、１７８の制御バルブ１６４を含む。ボイラー１４２からの蒸気を利用する場合には、導管１７８のバルブ１６４Ａが開放され、導管１７６のバルブ１６４Ｂが閉鎖される。ＨＲＳＧ１０８からの給水で動作する場合には、バルブの状態は逆になる、すなわち、バルブ１６４Ａが閉鎖され、バルブ１６４Ｂが開放される。制御バルブシステム１７０は手動で制御されてもよいし、一実施形態では、コンピュータ制御されてもよい。後者の場合、制御バルブシステム１７０はまた、少なくとも１つの制御バルブ１６４を作動させるように構成されたコントローラ１８０を含むことができる。制御バルブ１６４Ｃを使用して、燃焼器１２４への燃料の流れを制御することができる。制御バルブ１６４Ｄは、燃料加熱のためにＨＲＳＧ１０８からの補助蒸気を利用する場合に蒸気／凝縮水の流れを調整し、制御バルブ１６４Ｅは、ボイラー１４２からの高温給水を利用する場合に燃料温度を制御するように流れを調整する。帰還流路１６０内の蒸気／凝縮水は、ボイラー１４２に戻されるか、またはドレインに廃棄される。必要に応じて、他の制御バルブ１６４を使用することもできる。
【００２１】
当業者には明らかなように、コントローラ１８０は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む）、または、本明細書において「回路」、「モジュール」、および／もしくは「システム」とすべて一般的に呼ぶことができるソフトウェアおよびハードウェア態様を組み合わせた実施形態の形式をとることができる。さらに、コントローラ１８０は、媒体内に具現化したコンピュータ使用可能プログラムコードを有する表現の任意の有形な媒体で具現化されるコンピュータプログラム製品の形態をとることができる。一実施形態では、コントローラ１８０は、残りの複合サイクル発電システム１００を制御するシステムとは別のコンピュータ化されたシステムであってもよいが、しかし、コントローラ１８０は、例えば、追加のソフトウェアプログラム製品として、現在公知のまたは後に開発される方法で発電システム１００のコンピュータ化されたシステムに組み込まれてもよい。理解されるように、蒸気または水の流れ、制御バルブ設定、蒸気または水の状態などを識別するために必要な任意の形態のセンサは、コントローラ１８０と共に公知の方法で使用することができる。
【００２２】
本開示の実施形態による方法は、公知の方法で蒸気１７２を生成するボイラー１４２、および公知の方法で、すなわち、ＨＲＳＧ１０８が高温給水１７４を生成するのに十分な排気をガスタービン１３０が生成すると、高温給水１７４を生成するＨＲＳＧ１０８を含むことができる。動作中に、コントローラ１８０は、例えば、ＨＲＳＧ１０８からの高温給水が（まだ）利用できないガスタービン１３０の始動状態では、蒸気１７２をボイラー１４２から燃料熱交換器１５０、すなわち第２の流路１５６に供給するように機能することができる。すなわち、コントローラ１８０は、例えば燃料熱交換器１５０への蒸気１７２の流れを可能にするために、例えば導管１７８内の制御バルブ１６４を開くことができる。この設定では、蒸気１７２は、例えば、９３〜２０４℃の温度まで、ガスタービンシステム１０２の燃焼器１２４に供給される前に、燃料１５４を加熱する。さらに、コントローラ１８０は、例えばＨＲＳＧ１０８から高温給水１７４が利用可能になることに応答して、例えば導管内の制御バルブ１６４を閉じることにより蒸気１７２の供給を停止し、ＨＲＳＧ１０８からの高温給水１７４を燃料熱交換器１５０、すなわち第２の流路１５６に供給することができる。ここで、コントローラ１８０は、導管１７６内の制御バルブ１６４を開くことができる。このようにして、ガスタービン１３０が動作可能になり、ＨＲＳＧ１０８から十分に高温給水を生成することができる排気を排出しないときには、ガスタービンシステム１０２は依然として加熱された燃料１５４で動作することができる。ガスタービン１３０が動作可能になり、ＨＲＳＧ１０８から十分に高温給水１７４を生成するように排気を排出すると、ガスタービン１３０は、例えば９３〜２０４℃の温度まで十分に加熱された燃料１５４で動作することができる。
【００２３】
従来のシステムとは対照的に、本開示の実施形態は、単一の燃料熱交換器１５０を使用して、２つの異なる熱媒体１５８、すなわち高温給水１７４または蒸気１７２で燃料１５４（気体または液体）を加熱する。したがって、本開示の実施形態は、構築および維持するための相応するより低いコストと、より小さなフットプリントのハードウェアで、簡素化されたシステムを提供する。
【００２４】
本明細書で用いる用語は、特定の実施形態を説明することだけを目的とし、本開示を限定することを目的とするものではない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、特に明示しない限り、複数形も含むことが意図される。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用される場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素が存在することを明示するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの組が存在することまたは追加することを除外しないことがさらに理解されよう。「任意の」または「任意に」は、続いて記載された事象または状況が生じてもよいし、また生じなくてもよいことを意味し、かつ、その説明が、事象が起こる場合と、起こらない場合とを含むことを意味する。
【００２５】
本明細書および特許請求の範囲の全体を通してここで使用されているような近似を表す文言は、それが関連する基本的な機能を変更することなく、許容範囲内で異なり得る、任意の定量的な表現の修飾に適用することができる。したがって、「およそ」、「約」および「実質的に」などの１つまたは複数の用語によって修飾された値は、特定された正確な値に限定されない。少なくともいくつかの例では、近似する文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、ならびに本明細書および特許請求の範囲の全体を通して、範囲の限定は組み合わせおよび／または置き換えが可能であり、文脈および文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。範囲の特定の値に適用される「約」は、両方の値に適用され、値を測定する機器の精度に特に依存しない限り、記載された値（単数または複数）の＋／−１０％を示し得る。
【００２６】
添付の特許請求の範囲におけるミーンズプラスファンクションまたはステッププラスファンクションの要素すべての、対応する構造、材料、動作および均等物は、具体的に請求された他の請求要素と組み合わせてその機能を遂行するための、一切の構造、材料または動作を包含することが意図されている。本開示の記述は、例示および説明の目的で提示されたもので、網羅的であることも、または本開示を開示した形態に限定することも意図されていない。多くの変更および変形は、本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく、当業者には明らかであろう。本開示の原理および実際の応用を最もよく説明し、想定される特定の使用に適するように様々な変更を伴う様々な実施形態の開示を他の当業者が理解できるようにするために、実施形態を選択し説明した。
［実施態様１］
ガスタービンシステム（１０２）用の燃料加熱システム（１４０）であって、
蒸気（１７２）を発生させるためのボイラー（１４２）と、
前記ボイラー（１４２）から独立した熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）（１０８）と、
燃料（１５４）を流体連通するための第１の流路（１５２）と、前記燃料（１５４）を加熱するために、熱媒体（１５８）を流体連通させるための、前記第１の流路（１５２）と熱的に連通する第２の流路（１５６）と、を含む単一の燃料熱交換器（１５０）であって、前記熱媒体（１５８）として蒸気（１７２）または水を使用して動作するように構成された単一の燃料熱交換器（１５０）と、
前記ＨＲＳＧ（１０８）を流体的に相互接続する制御バルブシステム（１７０）と、を含み、前記ボイラー（１４２）および前記単一の燃料熱交換器（１５０）は、前記ボイラー（１４２）からの前記蒸気（１７２）および前記ＨＲＳＧ（１０８）からの前記高温給水（１７４）のうちの１つとして前記単一の燃料熱交換器（１５０）の前記第２の流路（１５６）に前記熱媒体（１５８）を選択的に供給するように構成される、燃料加熱システム（１４０）。
［実施態様２］
前記単一の燃料熱交換器（１５０）は、プリント回路熱交換器（ＰＣＨＥ）を含む、実施態様１に記載の燃料加熱システム（１４０）。
［実施態様３］
前記単一の燃料熱交換器（１５０）からの凝縮水を前記蒸気（１７２）から前記ボイラー（１４２）に流体連通させる凝縮水帰還流路（１６０，１６２）をさらに含む、実施態様１に記載の燃料加熱システム（１４０）。
［実施態様４］
前記ＨＲＳＧ（１０８）は、前記ガスタービンシステム（１０２）に動作可能に結合される、実施態様１に記載の燃料加熱システム（１４０）。
［実施態様５］
前記単一の燃料熱交換器（１５０）からの前記高温給水（１７４）を蒸気タービンシステム（１１０）用のボイラー（１４２）に流体連通させる帰還流路（１６０，１６２）をさらに含む、実施態様４に記載の燃料加熱システム（１４０）。
［実施態様６］
前記制御バルブシステム（１７０）は、
前記第２の流路（１５６）への前記蒸気（１７２）および前記高温給水（１７４）の流れを制御するように構成された少なくとも１つの制御バルブ（１６４）と、
前記少なくとも１つの制御バルブ（１６４）を動作させて、前記高温給水（１７４）が利用できない前記ガスタービン（１３０）の始動状態では、前記ボイラー（１４２）から前記第２の流路（１５６）に前記蒸気（１７２）を供給し、前記高温給水（１７４）が利用可能になることに応答して、前記蒸気（１７２）の供給を停止し、前記ＨＲＳＧ（１０８）から前記第２の流路（１５６）に前記高温給水（１７４）を供給するように構成されるコントローラ（１８０）と、を含む、実施態様１に記載の燃料加熱システム（１４０）。
［実施態様７］
前記燃料（１５４）は気体である、実施態様１に記載の燃料加熱システム（１４０）。
［実施態様８］
前記燃料（１５４）は液体である、実施態様１に記載の燃料加熱システム（１４０）。
［実施態様９］
発電システム（１００）であって、
圧縮機（１２０）と、前記圧縮機（１２０）からの空気を燃焼させることにより高温ガス流を生成する燃焼器（１２４）と、燃料（１５４）と、前記燃焼器（１２４）から受け取った前記高温ガス流を膨張させるためのガスタービン（１３０）と、を含むガスタービンシステム（１０２）と、
高温給水（１７４）を生成するために前記ガスタービン（１３０）の排気に動作可能に結合された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）（１０８）と、
蒸気（１７２）を発生させるためのボイラー（１４２）と、
前記燃料（１５４）を流体連通するための第１の流路（１５２）と、前記燃料（１５４）を加熱するために、熱媒体（１５８）を流体連通させるための、前記第１の流路（１５２）と熱的に連通する第２の流路（１５６）と、を含む単一の燃料熱交換器（１５０）であって、前記熱媒体（１５８）として蒸気（１７２）または水を使用して動作するように構成された単一の燃料熱交換器（１５０）と、
前記ＨＲＳＧ（１０８）を流体的に相互接続する制御バルブシステム（１７０）と、を含み、前記ボイラー（１４２）および前記単一の燃料熱交換器（１５０）は、前記ボイラー（１４２）からの前記蒸気（１７２）および前記ＨＲＳＧ（１０８）からの前記高温給水（１７４）のうちの１つとして前記単一の燃料熱交換器（１５０）の前記第２の流路（１５６）に前記熱媒体（１５８）を選択的に供給するように構成される、発電システム（１００）。
［実施態様１０］
前記単一の燃料熱交換器（１５０）は、プリント回路熱交換器（ＰＣＨＥ）を含む、実施態様９に記載の発電システム（１００）。
［実施態様１１］
前記単一の燃料熱交換器（１５０）からの凝縮水を前記蒸気（１７２）から前記ボイラー（１４２）に流体連通させる凝縮水帰還流路（１６０，１６２）をさらに含む、実施態様９に記載の発電システム（１００）。
［実施態様１２］
前記単一の燃料熱交換器（１５０）からの前記高温給水（１７４）を前記蒸気タービン用のボイラー（１４２）に流体連通させる帰還流路（１６０，１６２）をさらに含む、実施態様９に記載の発電システム（１００）。
［実施態様１３］
前記制御バルブシステム（１７０）は、
前記第２の流路（１５６）への前記蒸気（１７２）および前記高温給水（１７４）の流れを制御するように構成された少なくとも１つの制御バルブ（１６４）と、
前記少なくとも１つの制御バルブ（１６４）を動作させて、前記ＨＲＳＧ（１０８）から前記高温給水（１７４）が利用できない前記ガスタービン（１３０）の始動状態では、前記ボイラー（１４２）から前記第２の流路（１５６）に前記蒸気（１７２）を導き、前記ＨＲＳＧ（１０８）から前記高温給水（１７４）が利用可能になることに応答して、前記蒸気（１７２）の供給を停止し、前記ＨＲＳＧ（１０８）から前記第２の流路（１５６）に前記高温給水（１７４）の供給を開始するように構成されるコントローラ（１８０）と、を含む、実施態様９に記載の発電システム（１００）。
［実施態様１４］
前記燃料（１５４）は、気体または液体の一方である、実施態様９に記載の発電システム（１００）。
［実施態様１５］
前記ガスタービンシステム（１０２）に動作可能に結合された蒸気タービンシステム（１１０）をさらに含む、実施態様９に記載の発電システム（１００）。
［実施態様１６］
ガスタービンシステム（１０２）用の燃料（１５４）を加熱するための方法であって、
ボイラー（１４２）で蒸気（１７２）を発生させるステップと、
高温給水（１７４）を生成するステップと、
前記燃料（１５４）を加熱するステップと、を含み、前記燃料（１５４）は、
前記高温給水（１７４）がまだ利用できない前記ガスタービンシステム（１０２）の始動状態では、前記蒸気（１７２）を前記ボイラー（１４２）から、前記燃料（１５４）を流体連通させるための第１の流路（１５２）と、前記蒸気（１７２）を流体連通させるための、前記第１の流路（１５２）と熱的に連通する第２の流路（１５６）と、を含む燃料熱交換器（１５０）を通して供給することによって加熱され、
前記高温給水（１７４）が利用可能になることに応答して、前記蒸気（１７２）の供給を停止し、前記同一の燃料熱交換器（１５０）の前記第２の流路（１５６）を通して前記高温給水（１７４）を供給することによって加熱される、方法。
［実施態様１７］
前記単一の燃料熱交換器（１５０）は、プリント回路熱交換器（ＰＣＨＥ）を含む、実施態様１６に記載の方法。
［実施態様１８］
前記高温給水（１７４）を生成するステップは、前記ガスタービンシステム（１０２）の排気に結合された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）（１０８）を使用するステップを含む、実施態様１６に記載の方法。
【符号の説明】
【００２７】
１００  複合サイクル発電システム
１０２  ガスタービンシステム
１０４  発電機
１０６  回転シャフト
１０８  熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）
１０９  排気ガス
１１０  蒸気タービンシステム
１１２  第２の発電機
１１８  蒸気タービン凝縮器
１２０  圧縮機
１２４  燃焼器
１２６  燃焼領域
１２８  燃料ノズルアセンブリ
１３０  ガスタービン
１３２  高圧（ＨＰ）タービン、蒸気タービン
１３４  中圧（ＩＰ）タービン、蒸気タービン
１３６  低圧（ＬＰ）タービン、蒸気タービン
１４０  燃料加熱システム
１４２  ボイラー
１５０  燃料熱交換器
１５２  第１の流路
１５４  燃料
１５５  燃料源
１５６  第２の流路
１５８  熱媒体
１６０  帰還流路
１６２  帰還流路
１６４  制御バルブ
１６４Ａ  制御バルブ
１６４Ｂ  制御バルブ
１６４Ｃ  制御バルブ
１６４Ｄ  制御バルブ
１６４Ｅ  制御バルブ
１６６  排出ポート
１７０  制御バルブシステム
１７２  蒸気
１７４  高温給水
１７６  導管
１７８  導管
１８０  コントローラ
【図１】
2018091323.tif 000003
【図２】
2018091323.tif 000004
【外国語明細書】
2018091323000001.pdf