(57)【要約】【課題】コンバインドサイクル発電プラントのための簡略化された注水システムを提供する。【解決手段】本発明の態様の１つ以上では、ボイラー給水ポンプが供給水を熱回収蒸気発生器へ与えてもよく、また、加熱された供給水が液体燃料ヒータ内での液体燃料加熱のために使用されてもよい。ボイラー給水ポンプからの供給水が燃焼器内への注水のために使用されてもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その出力で供給水を与えるように構成されるボイラー給水ポンプ（ＢＦＰ）（２８０）と、
その入力で受けられる水を加熱するとともに、加熱された水の一部または全部をその出力で出力するように構成される熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）（２７０）と、
その入力で熱水を受けて、液体燃料が燃焼器（２２０）内で燃焼される前に液体燃料を加熱するとともに、使用された熱水をその出力で出力するように構成される液体燃料（ＬＦ）ヒータ（２３５）と、
その入力で水を受けるとともに、受けられた水を前記燃焼器（２２０）内へ注入するように構成される注水器（２５５）と、
を備え、
前記ＢＦＰ（２８０）の出力が前記ＨＲＳＧ（２７０）の入力と前記注水器（２５５）の入力とに流体連通し、
前記ＨＲＳＧ（２７０）の出力が前記ＬＦヒータ（２３５）の入力と前記注水器（２５５）の入力とに流体連通し、
前記ＬＦヒータ（２３５）の出力が前記注水器（２５５）の入力と流体連通する、
発電プラント（２００）の液体燃料加熱・注水システム。
【請求項２】
前記ＢＦＰ（２８０）の出力が前記ＬＦヒータ（２３５）の入力とも流体連通する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
その入力で受けられてその出力を通過する水の量を調整するように構成されるＨＲＳＧバイパス弁（２１５）を更に備え、
前記ＨＲＳＧバイパス弁（２１５）の入力が前記ＢＦＰ（２８０）の出力と流体連通し、
前記ＨＲＳＧバイパス弁（２１５）の出力が前記注水器（２５５）の入力と流体連通し、
前記ＨＲＳＧバイパス弁（２１５）は、該ＨＲＳＧバイパス弁（２１５）を通過しない供給水の量が前記ＨＲＳＧ（２７０）へ方向付けられるように前記ＨＲＳＧ（２７０）と並列な配置を成す、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ＨＲＳＧバイパス弁（２１５）の出力が前記ＬＦヒータ（２３５）の入力とも流体連通する請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
その入力で受けられてその出力を通過する水の量を調整するように構成されるＬＦヒータバイパス弁（２２５）を更に備え、
前記ＬＦヒータバイパス弁（２２５）の入力が前記ＨＲＳＧ（２７０）の出力と前記ＨＲＳＧバイパス弁（２１５）の出力とに流体連通し、
前記ＬＦヒータバイパス弁（２２５）の出力が前記注水器（２５５）の入力と流体連通し、
前記ＬＦヒータバイパス弁（２２５）は、該ＬＦヒータバイパス弁（２２５）を通過しない供給水の量が前記ＬＦヒータ（２３５）へ方向付けられるように前記ＬＦヒータ（２３５）と並列な配置を成す、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記発電プラント（２００）がＬＦ動作状態で動作し、前記ＬＦ動作は、液体燃料が前記燃焼器（２２０）内で燃焼されるときのことであり、
前記ＨＲＳＧバイパス弁（２１５）および前記ＬＦヒータバイパス弁（２２５）は、前記ＬＦ動作の少なくとも一部の間にわたって、
前記ＨＲＳＧバイパス弁（２１５）がゼロでない量の供給水を前記ＢＦＰ（２８０）から前記ＨＲＳＧ（２７０）へ方向付けるように、および、
前記ＬＦヒータバイパス弁（２２５）がゼロでない量の加熱された供給水を前記ＨＲＳＧ（２７０）から前記ＬＦヒータ（２３５）へ方向付けるように、構成される請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
その入力で水を受けるとともに、受けられた水をその第１および第２の出力の一方または両方へ方向付けるように構成される三方弁（２４５）を更に備え、
前記三方弁（２４５）の入力は、前記ＬＦヒータバイパス弁（２２５）の出力と前記ＬＦヒータバイパス弁（２２５）の出力とに流体連通し、
前記三方弁（２４５）の前記第１の出力が前記注水器（２５５）の入力と流体連通し、
前記三方弁（２４５）の前記第２の出力が凝縮器と流体連通する、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記三方弁（２４５）は、
前記燃焼器（２２０）への注水が行われるべきときに、ゼロでない量の受けられた供給水がその第１の出力へ方向付けられ、および、
前記燃焼器（２２０）への注水が行われるべきでないときに、受けられた供給水の全てがその第２の出力へ方向付けられる、ように構成される請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記ＢＦＰ（２８０）は、前記発電プラント（２００）のボトミングサイクルから供給水を供給するように構成される請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ＢＦＰ（２８０）が低圧（ＬＰ）ＢＦＰまたは中圧（ＩＰ）ＢＦＰである請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記注水器（２５５）は、
供給水を前記燃焼器（２２０）内への注入前に濾過するように構成されるフィルタ（３１０）と、
前記燃焼器（２２０）内へ注入される供給水の流量を測定するように構成される流量計（３２０）と、
前記燃焼器（２２０）内へ注入される供給水を制御するように構成される制御弁（３３０）と、
を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記注水器（２５５）は、前記注水器（２５５）に入る供給水の圧力を調整するように構成される圧力調整弁（ＰＲＶ）（４１０）を更に備える請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
発電プラント（２００）であって、
圧縮機（２１０）、燃焼器（２２０）、および、ガスタービン（ＧＴ）（２３０）を備え、前記燃焼器（２２０）は、前記ガスタービン（２３０）を駆動させるために燃料−空気混合物を燃焼させるように構成され、前記燃料−空気混合物は、前記圧縮機（２１０）からの圧縮空気と燃料との混合物を備え、前記燃料が気体及び／又は液体であり、
その出力で供給水を与えるように構成されるボイラー給水ポンプ（ＢＦＰ）（２８０）を備え、
その入力が前記ＢＦＰ（２８０）の出力と流体連通する熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）（２７０）を備え、前記ＨＲＳＧ（２７０）は、その入力で受けられる供給水を加熱するとともに、加熱された供給水の少なくとも一部をその出力で出力するように構成され、
その入力が前記ＨＲＳＧ（２７０）の出力と流体連通する液体燃料（ＬＦ）ヒータ（２３５）を備え、前記ＬＦヒータ（２３５）は、液体燃料が前記燃焼器（２２０）内で燃焼される前にその入力で受けられる加熱された供給水を使用して液体燃料を加熱するとともに、使用された加熱供給水をその出力で出力するように構成され、
その入力が前記ＢＦＰ（２８０）の出力と前記ＨＲＳＧ（２７０）の出力とに流体連通する注水器（２５５）を備え、前記注水器（２５５）は、その入力で供給水を受けるとともに、受けられた供給水を前記燃焼器（２２０）内へ注入するように構成され、
前記発電プラント（２００）の動作を制御するように構成されるコントローラ（２０５）を備える、発電プラント（２００）。
【請求項１４】
前記コントローラ（２０５）は、
液体燃料が加熱されるべきか否かを決定するように構成されるとともに、
液体燃料が加熱されるべきことが決定されると、
ゼロでない量の供給水を前記ＢＦＰ（２８０）から前記ＨＲＳＧ（２７０）へ方向付けるべく、および、
ゼロでない量の加熱された供給水を前記ＨＲＳＧ（２７０）から前記ＬＦヒータ（２３５）へ方向付けるべく、
前記発電プラント（２００）の動作を制御するように構成される請求項１３に記載の発電プラント（２００）。
【請求項１５】
その入力で受けられてその出力を通過する水の量を調整するように構成されるＨＲＳＧバイパス弁（２１５）を更に備え、前記ＨＲＳＧバイパス弁（２１５）の入力が前記ＢＦＰ（２８０）の出力と流体連通し、前記ＨＲＳＧバイパス弁（２１５）の出力が前記注水器（２５５）の入力と流体連通し、前記ＨＲＳＧバイパス弁（２１５）は、該ＨＲＳＧバイパス弁（２１５）を通過しない供給水の量が前記ＨＲＳＧ（２７０）へ方向付けられるように前記ＨＲＳＧ（２７０）と並列な配置を成し、
液体燃料が加熱されるべきであると決定されると、前記コントローラ（２０５）は、前記ＨＲＳＧバイパス弁（２１５）を制御することによってゼロでない量の供給水を前記ＢＦＰ（２８０）から前記ＨＲＳＧ（２７０）へ方向付ける請求項１４に記載の発電プラント（２００）。
【請求項１６】
その入力で受けられてその出力を通過する水の量を調整するように構成されるＬＦヒータバイパス弁（２２５）を更に備え、前記ＬＦヒータバイパス弁（２２５）の入力が前記ＨＲＳＧ（２７０）の出力と前記ＨＲＳＧバイパス弁（２１５）の出力とに流体連通し、前記ＬＦヒータバイパス弁（２２５）の出力が前記注水器（２５５）の入力と流体連通し、前記ＬＦヒータバイパス弁（２２５）は、該ＬＦヒータバイパス弁（２２５）を通過しない供給水の量が前記ＬＦヒータ（２３５）へ方向付けられるように前記ＬＦヒータ（２３５）と並列な配置を成し、
液体燃料が加熱されるべきであると決定されると、前記コントローラ（２０５）は、前記ＨＲＳＧバイパス弁（２１５）を制御することによってゼロでない量の供給水を前記ＨＲＳＧ（２７０）から前記ＬＦヒータ（２３５）へ方向付ける請求項１４に記載の発電プラント（２００）。
【請求項１７】
前記コントローラ（２０５）は、
前記燃焼器（２２０）内への注水が行われるべきか或いは行われるべきでないかどうかを決定し、
注水が行われるべきであると決定されると、ゼロでない量の供給水を前記ＢＦＰ（２８０）及び／又は前記ＨＲＳＧ（２７０）から前記注水器（２５５）へ方向付けるように前記発電プラント（２００）の動作を制御し、
注水が行われるべきでないと決定されると、供給水の全てを前記ＢＦＰ（２８０）及び／又は前記ＨＲＳＧ（２７０）から凝縮器へ方向付けるように前記発電プラント（２００）の動作を制御する、ように構成される請求項１３に記載の発電プラント（２００）。
【請求項１８】
その入力で水を受けるとともに、受けられた水をその第１および第２の出力の一方または両方へ方向付けるように構成される三方弁（２４５）を更に備え、前記三方弁（２４５）の入力は、前記ＢＦＰ（２８０）の出力と前記ＨＲＳＧ（２７０）の出力とに流体連通し、前記三方弁（２４５）の前記第１の出力が前記注水器（２５５）の入力と流体連通し、前記三方弁（２４５）の前記第２の出力が前記凝縮器と流体連通し、
注水が行われるべきであると決定されると、前記コントローラ（２０５）は、ゼロでない量の供給水を前記ＢＦＰ（２８０）及び／又は前記ＨＲＳＧ（２７０）からその第１の出力へ方向付けるべく前記三方弁（２４５）を制御し、
注水が行われるべきでないと決定されると、前記コントローラ（２０５）は、供給水の全てを前記ＢＦＰ（２８０）及び／又は前記ＨＲＳＧ（２７０）からその第２の出力へ方向付けるべく前記三方弁（２４５）を制御する、請求項１７に記載の発電プラント（２００）。
【請求項１９】
発電プラント（２００）を動作させる方法であって、前記発電プラント（２００）が、ボイラー給水ポンプ（ＢＦＰ）（２８０）と、流体経路内の前記ＢＦＰ（２８０）の下流側にある熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）（２７０）と、流体経路内の前記ＨＲＳＧ（２７０）の下流側にある液体燃料（ＬＦ）ヒータ（２３５）と、流体経路内の前記ＬＦヒータ（２３５）の下流側にある注水器（２５５）とを備える、方法において、
前記ＢＦＰ（２８０）を使用して前記ＨＲＳＧ（２７０）および前記ＬＦヒータ（２３５）へ向けて供給水を前記流体経路に与えるステップと、
燃焼器（２２０）へ供給される液体燃料が加熱されるべきか或いは加熱されるべきでないかどうかを決定するステップと、
液体燃料が加熱されるべきであると決定されるときに、前記ＢＦＰ（２８０）からの供給水を使用して液体燃料を加熱するステップと、
前記燃焼器（２２０）内への注水が行われるべきか或いは行われるべきでないかどうかを決定するステップと、
注水が行われるべきであると決定されると、前記ＢＦＰ（２８０）から前記燃焼器（２２０）内へ供給水を注入するステップと、
を備え、
液体燃料を加熱する前記ステップは、
供給水を前記ＢＦＰ（２８０）から前記ＨＲＳＧ（２７０）へ方向付けるステップと、
方向付けられた供給水を前記ＨＲＳＧ（２７０）内で加熱するステップと、
加熱された供給水を前記ＬＦヒータ（２３５）へ与えるステップと、
前記ＨＲＳＧ（２７０）からの加熱された供給水を使用して液体燃料を前記ＬＦヒータ（２３５）内で加熱するステップと、
を備え、
前記燃焼器（２２０）内へ供給水を注入する前記ステップは、
供給水を前記ＢＦＰ（２８０）から前記注水器（２５５）へ方向付けるステップと、
前記注水器（２５５）を使用して供給水を前記燃焼器（２２０）内へ注入するステップと、
を備える、方法。
【請求項２０】
前記発電プラント（２００）は、前記ＢＦＰ（２８０）の下流側にあって前記ＨＲＳＧ（２７０）と並列な配置を成すＨＲＳＧバイパス弁（２１５）と、前記流体経路内の前記ＨＲＳＧ（２７０）および前記ＨＲＳＧバイパス弁（２１５）の下流側にあって前記ＬＦヒータ（２３５）と並列な配置を成すＬＦヒータバイパス弁（２２５）と、前記流体経路内の前記ＬＦヒータバイパス弁（２２５）の下流側であって前記注水器（２５５）の上流側にある三方弁（２４５）とを更に備え、
供給水を前記ＢＦＰ（２８０）から前記ＨＲＳＧ（２７０）へ方向付ける前記ステップは、ゼロでない量の供給水が前記ＨＲＳＧ（２７０）へ方向付けられるように前記ＨＲＳＧバイパス弁（２１５）を動作させるステップを備え、
加熱された供給水を前記ＬＦヒータ（２３５）へ与える前記ステップは、ゼロでない量の加熱された供給水が前記ＬＦヒータ（２３５）へ方向付けられるように前記ＬＦヒータバイパス弁（２２５）を動作させるステップを備え、
供給水を前記ＢＦＰ（２８０）から前記注水器（２５５）へ方向付ける前記ステップは、ゼロでない量の供給水が前記注水器（２５５）へ方向付けられるように前記三方弁（２４５）を動作させるステップを備える、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の１つ以上の態様は、発電プラントのための注水・液体燃料加熱に関する。特に、本発明の１つ以上の態様は、液体燃料動作中に液体燃料加熱および注水のためにボイラー供給水を使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンがコンバインドサイクル発電プラントに組み込まれる場合がある。名前が示唆するように、典型的なコンバインドサイクル発電プラントは、単一の発電プラント内で２つ以上の熱サイクルを組み合わせる。通常、コンバインドサイクル発電プラントでは、「トッピング」サイクルおよび「ボトミング」サイクルとして分類される２つのサイクルが存在する。トッピングサイクルでは大部分または全ての熱が供給される。トッピングサイクルで生み出される廃熱がボトミングサイクルで利用され、ボトミングサイクルはトッピングサイクルよりも低い温度レベルで動作する。
【０００３】
典型的なコンバインドサイクル発電プラントでは、ガスタービンが電力を発生させるための原動力である。これらのガスタービンエンジンは、一般に、高い排ガス流量と、比較的高い排ガス温度とを有する。排ガスを熱回収蒸気発生器へ方向付けることによって蒸気が生み出される。生み出された蒸気は、更なる出力を生み出すために蒸気タービンへ方向付けられる。このようにして、ガスタービンがブレイトンサイクルにより仕事を生み出すとともに、蒸気タービンがランキンサイクルにより仕事を生み出す。
【０００４】
図１は、コンバインドサイクル発電プラントである従来の発電プラント１００を示す。発電プラント１００は、圧縮機１１０と、燃焼器１２０と、タービン１３０とを備えるガスタービン部分を含む。また、発電プラント１００は、原油ヒータ１４０、パフォーマンスヒータ１５０、注水ポンプ１６０、熱回収蒸気発生器１７０、中圧ボイラー給水ポンプ１８０、および、弁１９０も含む。
【０００５】
燃焼器１２０が気体燃料動作および液体燃料動作の両方を行うことができるとする。気体燃料動作においては、熱効率を高めるために燃焼前に気体燃料を加熱することができる。従来の発電プラント１００では、パフォーマンスヒータ１５０内で気体燃料を加熱するために熱回収蒸気発生器１７０の中圧エコノマイザー１７２の出口から引き出される熱水（すなわち、中圧蒸発器に入る水）が使用される。
【０００６】
液体燃料動作中（例えば、始動、部分負荷中）においても、効率を高めるために液体燃料を燃焼前に加熱することができる。図１では、この目的のために原油ヒータ１４０が使用される。
【０００７】
また、液体燃料動作中には、排気（ＮＯｘ、ＣＯ）を減らすために水が注入される場合がある。図１では、液体燃料動作中に水を燃焼器１２０内へ注入するために、注水ポンプ１６０が使用される。液体燃料加熱および注水が有益であることが分かる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第８，３８１，５２９号
【発明の概要】
【０００９】
本発明の非限定的な態様は、発電プラントの液体燃料加熱・注水システムに関する。システムは、ボイラー給水ポンプ、熱回収蒸気発生器、液体燃料ヒータ、および、注水器を含んでもよい。ボイラー給水ポンプは、その出力で供給水を与えるように構成されてもよい。熱回収蒸気発生器は、その入力で受けられる水を加熱するとともに、加熱された水の一部または全部をその出力で出力するように構成されてもよい。液体燃料ヒータは、その入力で熱水を受けて、液体燃料が燃焼器内で燃焼される前に液体燃料を加熱するとともに、使用された熱水をその出力で出力するように構成されてもよい。注水器は、その入力で水を受けるとともに、受けられた水を燃焼器内へ注入するように構成されてもよい。ボイラー給水ポンプの出力は、熱回収蒸気発生器の入力と注水器の入力とに流体連通してもよい。熱回収蒸気発生器の出力は、液体燃料ヒータの入力と注水器の入力とに流体連通してもよい。液体燃料ヒータの出力は、注水器の入力と流体連通してもよい。
【００１０】
本発明の他の非限定的な態様は発電プラントに関する。発電プラントは、圧縮機と、燃焼器と、ガスタービンとを含んでもよい。燃焼器は、ガスタービンを駆動させるために燃料−空気混合物を燃焼させるように構成されてもよく、燃料−空気は、圧縮機からの圧縮空気と燃料との混合物を含む。燃料は気体及び／又は液体である。また、発電プラントは、ボイラー給水ポンプと、熱回収蒸気発生器と、液体燃料ヒータと、注水器と、コントローラとを含んでもよい。コントローラは、発電プラントの１つ以上の動作を制御するように構成されてもよい。ボイラー給水ポンプは、その出力で供給水を与えるように構成されてもよい。その入力がボイラー給水ポンプの出力と流体連通してもよい熱回収蒸気発生器は、その入力で受けられる供給水を加熱するとともに、加熱された供給水の少なくとも一部をその出力で出力するように構成されてもよい。その入力が熱回収蒸気発生器の出力と流体連通してもよい液体燃料ヒータは、液体燃料が燃焼器内で燃焼される前にその入力で受けられる加熱された供給水を使用して液体燃料を加熱するとともに、使用された加熱供給水をその出力で出力するように構成されてもよい。その入力がＢＦＰ２８０の出力と熱回収蒸気発生器の出力とに流体連通してもよい注水器は、その入力で供給水を受けるとともに、受けられた供給水を燃焼器内へ注入するように構成されてもよい。
【００１１】
本発明の更なる他の非限定的な態様は、発電プラントを動作させる方法であって、発電プラントが、ボイラー給水ポンプと、流体経路内のＢＦＰの下流側にある熱回収蒸気発生器と、流体経路内の熱回収蒸気発生器の下流側にある液体燃料ヒータと、流体経路内のＬＦヒータの下流側にある注水器とを備える、方法に関する。方法は、ボイラー給水ポンプを使用して熱回収蒸気発生器および液体燃料ヒータへ向けて供給水を流体経路に与えるステップを含んでもよい。方法は、燃焼器へ供給される液体燃料が加熱されるべきか或いは加熱されるべきでないかどうかを決定するステップを含むでもよい。液体燃料が加熱されるべきであると決定されるときに、方法は、液体燃料の加熱へ進んでもよい。液体燃料を加熱するステップは、供給水をボイラー給水ポンプから熱回収蒸気発生器へ方向付けるステップと、方向付けられた供給水を熱回収蒸気発生器内で加熱するステップと、加熱された供給水を液体燃料ヒータへ与えるステップと、熱回収蒸気発生器からの加熱された供給水を使用して液体燃料を液体燃料ヒータ内で加熱するステップとを含んでもよい。また、方法は、燃焼器内への注水が行われるべきか或いは行われるべきでないかどうかを決定するステップを更に含んでもよい。注水が行われるべきであると決定されると、方法は、燃焼器内への供給水の注入へ進んでもよい。供給水を注入するステップは、供給水をボイラー給水ポンプから注水器へ方向付けるステップと、注水器を使用して供給水を燃焼器内へ注入するステップとを含んでもよい。
【００１２】
ここで、以下に特定される図面に関連して本発明を更に詳しく説明する。
【００１３】
本発明のこれらの特徴および他の特徴は、添付図面と関連する実施形態例の以下の詳細な説明によって更に良く理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来のコンバインドサイクル発電プラントを示す。
【図２】本発明の一実施形態に係る発電プラントを示す。
【図３】本発明の一実施形態に係る注水器を示す。
【図４】本発明の他の実施形態に係る注水器を示す。
【図５】本発明の一実施形態に係る発電プラントの加熱供給水注入モードの概略図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る発電プラントの非加熱供給水注入モードの概略図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る発電プラントの複合加熱・非加熱供給水注入モードの概略図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る発電プラントを動作させるための方法例のフローチャートである。
【図９】本発明の一実施形態に係る発電プラント内の液体燃料を加熱するためのプロセス例のフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態に係る発電プラント内に水を注入するためのプロセス例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
新規な発電プラントの１つ以上の態様について説明する。多くの利点のうちで、本発明の態様は、コストおよび設置面積サイズを減少させることができる簡略化された注水・液体燃料加熱システムを含む。また、本発明の態様によってコンバインドサイクル効率を高めることができる。
【００１６】
１つ以上の態様では、発電プラントにおいて液体燃料（ＬＦ）加熱および注水の両方のためにＬＦ動作中に例えばボトミングサイクルからのボイラー供給水を使用できる構成が提供される。例えば、給水ポンプの下流側のタッピングが液体燃料加熱のために使用されてもよい。同じ供給水が、燃焼器ノズルへ水を送る注水スキッドへ送られてもよい。注水スキッドが水の流れを調整してもよい。
【００１７】
発電プラントのＬＦ動作は、液体燃料がガスタービン（ＧＴ）システムの燃焼器内で燃焼されるときのように見なされてもよい。また、発電プラントの気体燃料（ＧＦ）動作は、気体燃料が燃焼器内で燃焼されるときのように見なされてもよい。なお、ＬＦおよびＧＦの両方が同時に燃焼されてもよいと考えられる。すなわち、ＣＣＰＣのＧＴシステムがＬＦおよびＧＦの両方の動作状態にあってもよい。
【００１８】
図２は、本発明の一実施形態に係る発電プラントの一例を示す。この図では、発電プラント２００がコンバインドサイクル発電プラントであるように示される。しかしながら、これは、必要条件として解釈されるべきでない。発電プラント２００の例は、発電プラント２００の機能全体を制御するように構成されるコントローラ２０５を含んでもよい。すなわち、コントローラ２０５は、ＬＦ動作及び／又はＧＦ動作を含む発電プラント２００の１つ以上の動作を制御するように構成されてもよい。コントローラ２０５は、発電プラント２００の個々の構成要素のうちの１つ以上を制御することによって発電プラント２００の動作を制御してもよい。
【００１９】
図２において、コントローラ２０５に入る破線は、発電プラント２００の構成要素２１０〜２９０のうちの任意の１つ以上からの入力（例えば、センサ情報）および人間オペレータコマンドを表す。また、センサ情報は、構成要素から出る破線によっても表される。簡単にするため、構成要素２１０〜２９０からコントローラ２０５への出力の実際の結合は示されない。コントローラ２０５から出る破線は、任意の１つ以上の同じ構成要素２１０〜２９０に与えられる出力（例えば、制御信号）および人間オペレータへの情報出力を表す。また、制御情報は、構成要素に入る破線によっても表される。この場合も先と同様、読み易くするために、コントローラ２０５から構成要素２１０〜２９０への出力の実際の結合は示されない。
【００２０】
発電プラント２００は、ＧＴシステムを原動力として含んでもよい。図２において、ＧＴシステムは、圧縮機２１０、燃焼器２２０、およびガスタービン２３０を備える。圧縮機２１０は、空気を圧縮して圧縮空気、またはより一般的には圧縮酸化剤を燃焼器２２０に与えるように構成されてもよい。燃焼器２２０は、圧縮空気および燃料を受けるとともに、ガスタービン２３０を駆動させるために燃料−空気混合物を燃焼させるように構成されてもよい。燃料は気体及び／又は液体であってもよい。すなわち、燃焼器２２０は、ＬＦ動作およびＧＦ動作の両方を行うことができる。
【００２１】
発電プラント２００は、ボイラー給水ポンプ（ＢＦＰ）２８０、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）２７０、および、パフォーマンスヒータ２５０を更に含んでもよい。ＢＦＰ２８０はＨＲＳＧ２７０と流体連通してもよい。一般に、２つの装置または要素は、流体が一方の装置から他方の装置へ流れるための経路が存在するときに流体連通していると言われてもよい。この場合、流体（例えば供給水）がＢＦＰ２８０の出力からＨＲＳＧ２７０の入力へ流れるための経路が存在するのが分かる。
【００２２】
なお、２つの装置は、介在する要素が存在する場合であっても流体連通し得る。例えば、ＢＦＰ２８０とパフォーマンスヒータ２５０との間にＨＲＳＧ２７０があり得るとしても、ＢＦＰ２８０がパフォーマンスヒータ２５０と流体連通すると言うことができる。これは、供給水がＢＦＰ２８０の出力からＨＲＳＧ２７０を介してパフォーマンスヒータ２５０の入力へ流れるための経路が存在するからである。
【００２３】
ＢＦＰ２８０は、供給水をその出口で与えるように構成されてもよい。図２に配置されるように、ＢＦＰ２８０は、ＨＲＳＧ２７０に給水を行うように構成されてもよい。例えば、ＢＦＰ２８０は、ＨＲＳＧ２７０のエコノマイザー２７２に給水を行ってもよい。１つの態様において、ＢＦＰ２８０は、発電プラント２００のボトミングサイクルから給水を行ってもよい。例えば、供給水は、凝縮器（図示せず）から与えられて、凝縮器抽出ポンプ（ＣＥＰ）２７５によって送出されてもよい。
【００２４】
ＨＲＳＧ２７０は、その入力で受けられる水を加熱して、一部または全ての加熱水をその出力で出力するように構成されてもよい。ＨＲＳＧ２７０の出力は、パフォーマンスヒータ２５０の入力と流体連通してもよい。図示のように、ＨＲＳＧ２７０は、ＢＦＰ２８０から与えられる供給水を加熱するように構成されてもよい。１つの態様において、ガスタービン２３０からの排気は、供給水を加熱するためにＨＲＳＧ２７０で使用される熱源であってもよい。ＨＲＳＧ２７０からの加熱された供給水がパフォーマンスヒータ２５０に与えられてもよく、また、パフォーマンスヒータ２５０は、ＧＦ動作中にＨＲＳＧ２７０からの（例えば、エコノマイザー２７２からの）加熱された供給水を使用して気体燃料を加熱するように構成されてもよい。加熱給水弁２９０が、ＨＲＳＧ２７０から出る加熱された供給水の量を調整するように構成されてもよい。
【００２５】
エコノマイザー２７２は、中圧（ＩＰ）エコノマイザーまたは高圧（ＨＰ）エコノマイザーであってもよい。同様に、ＢＦＰ２８０がＩＰ  ＢＦＰまたはＨＰ  ＢＦＰのいずれかであってもよい。特に図示しないが、パフォーマンスヒータ２５０で使用される加熱された供給水は、ＩＰエコノマイザーおよびＨＰエコノマイザーのうちの一方または両方の任意の組み合わせからのものであってもよい。ある場合には、対応するエコノマイザー２７２のための２つのＢＦＰ２８０と２つの加熱給水弁２９０とが存在してもよい。この説明の残りの部分では、１つのＢＦＰ２８０および１つの加熱給水弁２９０が想定される。しかしながら、説明の範囲が複数のエコノマイザー２７２に対応する複数のＢＦＰ及び／又は複数の加熱給水弁２９０を容易に包含することが認識されるべきである。
【００２６】
既に述べたように、ＬＦ動作中（例えば、始動中、部分負荷中）、効率を高めるために液体燃料を燃焼前に加熱することができる。また、ＬＦ動作中に排気を減らすために水が燃焼器内へ注入されてもよい。しかしながら、従来のシステム（例えば、図１参照）では、液体燃料を加熱するために補助熱源を伴う原油ヒータが使用される。これは、得ることができるコンバインドサイクル効率の大きさを制限する。また、水注入は、別個の注水ポンプによって達成される。これは、注水および液体燃料加熱のための機器の設置面積を大きくして複雑にするという効果を有する。また、これは、効率を制限して、コストを増大させる。
【００２７】
しかしながら、発電プラント２００は、従来のシステムの一部または全ての欠陥に対処する。発電プラント２００は、液体燃料加熱のためにＢＦＰ２８０により与えられる供給水の使用を可能にする。発電プラント２００は、燃焼器２２０内への注水のためにもＢＦＰ２８０からの供給水の使用を可能にする。
【００２８】
一実施形態では、発電プラント２００がＬＦヒータ２３５を含んでもよい。ＨＲＳＧ２７０の出力は、ＬＦヒータ２３５の入力と流体連通してもよい。ＨＲＳＧ２７０がＢＦＰ２８０と流体連通するため、ＢＦＰ２８０の出力がＨＲＳＧ２７０を介してＬＦヒータ２３５の入力と流体連通すると言うこともできる。ＬＦヒータ２３５は、その入力で熱水を受けて、液体燃料が燃焼器２２０内で燃焼される前に液体燃料を加熱するとともに、使用された熱水をその出力で出力するように構成されてもよい。この場合、流体連通に起因して、ＬＦヒータ２３５により使用された熱水は、ＨＲＳＧ２７０によって加熱されたＢＦＰ２８０からの供給水である。
【００２９】
これは、液体燃料を加熱するために別個の補助熱源が必要とされないという点において有益である。したがって、１つの実施形態では、液体燃料加熱のために補助熱源が存在しない。しかしながら、他の実施形態では、補助熱源がＨＲＳＧ２７０からの加熱された供給水と組み合わせて使用されてもよい。
【００３０】
ある場合には、供給水がＬＦヒータ２３５内へ流入することが不要及び／又は望ましくない場合がある。例えば、気体燃料だけが燃焼器２２０内で燃焼されている場合、すなわち、ＬＦ動作が行われていない場合には、液体燃料加熱の必要性がない。他の例として、始動中、ＨＲＳＧ２７０が液体燃料加熱のためにＢＦＰ２８０からの供給水を十分に加熱できない場合がある。この場合、ＬＦ動作が行われていても、液体燃料加熱を回避することがより望ましい場合がある。確かに、ＨＲＳＧ２７０がより急速に動作温度に達することができるようにするべくＨＲＳＧ２７０を同様に迂回することがより有益な場合がある。
【００３１】
そのような柔軟性を可能にするために、発電プラント２００がＨＲＳＧバイパス弁２１５を含んでもよく、このＨＲＳＧバイパス弁２１５は、その入力で受けられてその出力を通過する水の量を調整するように構成されてもよい。図示のように、ＨＲＳＧバイパス弁２１５がＨＲＳＧ２７０と並列な配置を成してもよい。すなわち、ＨＲＳＧバイパス弁２１５の入力および出力は、ＢＦＰ２８０の出力および注水器２５５の入力のそれぞれと流体連通してもよい。並列配置により、ＨＲＳＧバイパス弁２１５を通過しない供給水の量をＨＲＳＧ２７０へ方向付けることができる。ＨＲＳＧバイパス弁２１５を通過する供給水の量は、最小値（ゼロと同程度に低い）と最大値（あらゆる量と同程度）との間の範囲であってもよい。これは、ＨＲＳＧ２７０へ方向付けられる供給水の量が何らかの最小値と最大値との間の範囲もとり得ることを示唆する。
【００３２】
発電プラント２００がＬＦヒータバイパス弁２２５を含んでもよく、このＬＦヒータバイパス弁２２５は、その入力で受けられてその出力を通過する水の量を調整するように構成されてもよい。ＬＦヒータバイパス弁２２５は、ＬＦヒータ２３５と並列な配置を成してもよい。すなわち、ＬＦヒータバイパス弁２２５の入力および出力は、ＨＲＳＧ２７０の出力および注水器２５５の入力のそれぞれと流体連通してもよい。ＬＦヒータバイパス弁２２５の入力は、ＨＲＳＧバイパス弁２１５の出力と流体連通してもよい。並列配置により、ＬＦヒータバイパス弁２２５を通過しない供給水の量をＬＦヒータ２３５へ方向付けることができる。ＬＦヒータバイパス弁２２５を通過する供給水の量は、最小値と最大値との間の範囲であってもよく、このことは、ＬＦヒータ２３５へ方向付けられる供給水の量が何らかの最小値と最大値との間の範囲もとり得ることを示唆する。
【００３３】
１つの態様では、液体燃料が加熱されるべきかどうかをコントローラ２０５が決定してもよいとき。例えば、ＬＦ動作中、センサ情報は、液体燃料の温度が所望の温度よりも低いことを示してもよい。液体燃料が加熱されるべきであることが決定されると、コントローラ２０５は、ＢＦＰ２８０からの少なくともある量、すなわち、ゼロでない量の供給水がＨＲＳＧ２７０へ方向付けられるようにＨＲＳＧバイパス弁２１５を制御してもよい。このようにして、加熱された供給水が利用可能できるようにすべきである。コントローラ２０５は、ゼロでない量の加熱供給水がＬＦヒータ２３５へ方向付けられるようにＬＦヒータバイパス弁２２５を制御してもよい。
【００３４】
なお、ＢＦＰ２８０、ＨＲＳＧ２７０、ＨＲＳＧバイパス弁２１５、ＬＦヒータバイパス弁２２５、および、ＬＦヒータ２３５のうちの任意の１つ以上を制御することによって、コントローラ２０５は、ＬＦ動作中にＬＦヒータ２３５で起こる熱交換を調整してもよい。例えば、コントローラ２０５は、ＬＦヒータ２３５に入る供給水の温度及び／又は流量を制御してもよい。
【００３５】
発電プラント２００が注水器２５５を更に含んでもよく、該注水器は、その入力で水を受けるとともに、受けられた水を燃焼器２２０内へ注入するように構成されてもよい。注水器２５５の入力はＢＦＰの出力と流体連通してもよい。この場合、流体連通に起因して、注水器２５５により燃焼器２２０内へ注入される水は、ＢＦＰ２８０からの供給水である。すなわち、液体燃料加熱のために使用される同じ供給水が注水のために使用されてもよい。これは、ＬＦヒータ２３５の出力が注水器２５５の入力とも同様に流体連通し得ることに留意することによって更に明らかにされる。なお、注水器２５５の入力がＨＲＳＧ２７０の出力と流体連通してもよい。
【００３６】
図３は、本発明の一実施形態に係る注水器を示す。注水器２５５は、フィルタ３１０、流量計３２０、および、制御弁３３０を備えてもよい。フィルタ３１０は、加熱供給水と非加熱供給水との任意の組み合わせである、受けられた水を燃焼器２２０内への注入前に濾過するように構成されてもよい。流量計３２０は、燃焼器２２０内へ注入される水の流量を測定するように構成されてもよく、また、制御弁３３０は、燃焼器２２０内へ注入される水を制御するように構成されてもよい。例えば、流量情報がセンサ信号としてコントローラ２０５へ伝えられてもよく、また、コントローラ２０５は、制御弁３３０を動作させるために制御信号を与えてもよい。
【００３７】
図４は、本発明の他の実施形態に係る注水器を示す。この図において、注水器２５５は、注水器２５５に入る水の圧力を調整するように構成される圧力調整弁（ＰＲＶ）４１０を更に含んでもよい。
【００３８】
図２に戻って参照すると、発電プラント２００は、多方弁２４５、例えば三方弁２４５を含んでもよい。三方弁２４５は、その入力で水を受けるとともに、受けられた水をその第１および第２の出力のうちの一方または両方へ方向付けるように構成されてもよい。三方弁２４５の入力は、ＬＦヒータバイパス弁２２５の出力およびＬＦヒータバイパス弁２２５の出力と流体連通してもよい。実際には、三方弁２４５の入力は、ＢＦＰ２８０の出力とＨＲＳＧ２７０の出力とに流体連通することができる。三方弁２４５の第１および第２の出力は、注水器２５５の入力と凝縮器とにそれぞれ流体連通してもよい。第１および第２の出力へ方向付けられる供給水の量が完全に制御できてもよい。
【００３９】
なお、注水がその間ずっと行われる必要はない。１つの態様において、コントローラ２０５は、注水が行われるべきかどうかを決定してもよい。例えば、センサ情報は、ＧＴシステムが部分負荷（例えば、３０％負荷以上）下にあることを示してもよい。その場合、注水は、ＮＯｘ軽減のために役立ち得る。注水が行われるべきことが決定されると、コントローラ２０５は、ゼロでない量の供給水が第１の出力へ、すなわち、注水器２５５へ向けて方向付けられるように三方弁２４５を制御してもよい。他方では、注水が行われるべきでないことが決定されると、コントローラ２０５は、受けられた全ての供給水を第２の出力へ方向付けるべく三方弁２４５を制御してもよい。
【００４０】
注水が行われるときはいつでも、注水のために使用される供給水の量が補給されなければならない。図２では、注水によって失われる供給水を補うために補給水が供給されてもよい。
【００４１】
加熱供給水及び／又は非加熱供給水の任意の組み合わせが燃焼器２２０内へ注入されてもよい。非加熱水とは、ＨＲＳＧ２７０によって加熱されない供給水の部分のことである。これは、ＨＲＳＧバイパス弁２１５を通過する供給水の量に対応してもよい。図５は、本発明の一実施形態に係る加熱供給水注入モードの概略図である。簡単にするため、発電プラント２００の構成要素の全てが再現されているとは限らない。図示のように、ＨＲＳＧ２７０からの加熱された供給水は、燃焼器２２０内への注入のために注水器２５５（例えば、注水スキッドの形態を成す）へ与えられてもよい。コントローラ２０５は、ＢＦＰ２８０からの全ての供給水がＨＲＳＧ２７０へ方向付けられるようにＨＲＳＧバイパス弁２１５を制御してもよい。
【００４２】
図６は、本発明の一実施形態に係る非加熱供給水注入の概略図を示す。図示のように、ＢＦＰ２８０からの供給水は、ＨＲＳＧ２７０によって加熱されることなく注水器２５５へ与えられてもよい。コントローラ２０５は、ＢＦＰ２８０からの全ての供給水がＨＲＳＧバイパス弁２１５を通過するようにＨＲＳＧバイパス弁２１５を制御してもよい。無論、図７に示されるように、加熱供給水と非加熱供給水との組み合わせが同様に注入されてもよい。コントローラ２０５は、ＢＦＰ２８０からの供給水の全部ではなく一部がＨＲＳＧバイパス弁２１５を通過するようにＨＲＳＧバイパス弁２１５を制御してもよい。
【００４３】
図５〜図７に示されないが、コントローラ２０５は、一部または全ての供給水（加熱及び／又は非加熱）がＬＦヒータバイパス弁２２５を通過しないようにＬＦヒータバイパス弁２２５を動作させてもよい。このことは、液体燃料加熱のために使用される供給水の少なくとも一部が注水のために使用されてもよいことを示唆する。
【００４４】
無論、例えばＨＲＳＧバイパス弁２１５およびＬＦヒータバイパス弁２２５の両方が完全バイパス動作状態にあるときに注入される供給水の全てが加熱されないことも想定し得る。これは、例えば、始動中に起こり得る。
【００４５】
図８には、発電プラントを動作させるための方法の一例のフローチャートが示される。方法例８００は、発電プラント２００の動作を制御するためにコントローラ２０５で実施されてもよい。図示のように、ステップ８１０において、コントローラ２０５は、ＨＲＳＧ２７０およびＬＦヒータ２３５へ向かう流体経路に供給水を与えるべくＢＦＰ２８０を制御してもよい。
【００４６】
ステップ８２０において、コントローラ２０５は、燃焼器２２０に供給される液体燃料が加熱されるべきか或いは加熱されるべきでないか否かを決定してもよい。液体燃料が加熱されるべきであることが決定されると、コントローラ２０５は、ステップ８３０における液体燃料の加熱へ進んでもよい。図９は、液体燃料加熱ステップを行うためのプロセスの一例のフローチャートを示す。図示のように、ステップ９１０では、ＢＦＰ２８０からの供給水がＨＲＳＧ２７０へ方向付けられてもよい。例えば、コントローラ２０５は、ＢＦＰ２８０からのゼロでない量の供給水がＨＲＳＧ２７０へ方向付けられるようにＨＲＳＧバイパス弁２１５を動作させてもよい。ステップ９２０では、方向付けられた供給水がＨＲＳＧ２７０内で加熱されてもよい。ステップ９３０では、加熱された供給水がＬＦヒータ２３５へ与えられてもよい。例えば、コントローラ２０５は、ゼロでない量の加熱された供給水がＬＦヒータ２３５へ方向付けられるようにＬＦヒータバイパス弁２２５を動作させてもよい。ステップ９４０では、加熱された供給水を使用して液体燃料がＬＦヒータ２３５内で加熱されてもよい。
【００４７】
図８に戻って参照すると、コントローラ２０５は、燃焼器２２０内への注水がステップ８４０で行われるべきか或いは行われるべきでないかどうかを決定してもよい。注水が行われるべきことが決定されると、方法は、ステップ８５０における供給水の注入へ進んでもよい。図１０は、注水ステップを行うためのプロセスの一例のフローチャートを示す。図示のように、ステップ１０１０では、ＢＦＰ２８０からの供給水が注水器２５５へ方向付けられてもよい。例えば、コントローラ２０５は、ゼロでない量の供給水が注水器２５５へ方向付けられるように三方弁２４５を動作させてもよい。ステップ１０２０では、方向付けられた供給水が注水器２５５によって燃焼器２２０内へ注入されてもよい。
【００４８】
本発明の態様のうちの１つ以上では、液体燃料加熱のためにボイラー給水ポンプを使用できる。これは、補助熱源が必要とされないという点において利点を有する。ボイラー給水ポンプからの供給水を燃焼器内への注水のために使用することもできる。これは、液体燃料加熱および注水の全体を簡略化できるという点において利点を有する。
【００４９】
この書かれた説明は、最良の形態を含む実施例を使用して、本発明を開示するとともに、任意の装置またはシステムを形成して使用すること及び任意の取り入れられた方法を実行することを含めて、任意の当業者が本発明を実施できるようにする。本発明の特許可能範囲は、特許請求項によって規定されるとともに、当業者が想起する他の例を含んでもよい。そのような他の例は、それらが特許請求項の文字通りの言葉とは異ならない構造要素を有する場合に、あるいは、それらが特許請求項の文字通りの言葉とは実質的に差異がない等価な構造要素を含む場合に、特許請求の範囲内に入るように意図される。
【符号の説明】
【００５０】
１００  発電プラント
１１０  圧縮機
１２０  燃焼器
１３０  タービン
１４０  原油ヒータ
１５０  パフォーマンスヒータ
１６０  注水ポンプ
１７０  熱回収蒸気発生器
１７２  中圧エコノマイザー
１８０  中圧ボイラー給水ポンプ
１９０  弁
２００  発電プラント
２０５  コントローラ
２１０  圧縮機
２１５  ＨＲＳＧバイパス弁
２２０  燃焼器
２２５  ＬＦヒータバイパス弁
２３０  ガスタービン
２３５  液体燃料（ＬＦ）ヒータ
２４５  三方弁（多方弁）
２５０  パフォーマンスヒータ
２５５  注水器
２７０  熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）
２７２  エコノマイザー
２７５  抽出ポンプ（ＣＥＰ）
２８０  ボイラー給水ポンプ（ＢＦＰ）
２９０  加熱給水弁
３１０  フィルタ
３２０  流量計
３３０  制御弁
８１０  ステップ
８２０  ステップ
８３０  ステップ
８４０  ステップ
８５０  ステップ
９１０  ステップ
９２０  ステップ
９３０  ステップ
９４０  ステップ
１０１０  ステップ
１０２０  ステップ
【図１】
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【図２】
2015214975.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015214975.tif 000008
【図７】
2015214975.tif 000009
【図８】
2015214975.tif 000010
【図９】
2015214975.tif 000011
【図１０】
2015214975.tif 000012
【外国語明細書】
2015214975000001.pdf