(57)【要約】廃熱回収装置（２８）はタービンからの排気ガスを受け入れるように配置され、排気ガスによって水を加熱する複数の熱交換部（４０， ４８， ５６）を有する。フラッシュタンク（４４）は、廃熱回収装置（２８）からの加熱水を受け入れて、蒸気を発生するように構成されている。複数の熱交換部のうち第１の熱交換部（４０）からの第１の補給水の流れ（４２）はフラッシュタンク（４４）にフラッシングされて、フラッシュタンクの第１の場所で同様に飽和蒸気と、水とを生成する。複数の熱交換部のうち第２の熱交換部（４８）からの第２の水の流れ（４６）もフラッシュタンク（４４）にフラッシングされて、フラッシュタンクの第２の場所で飽和蒸気と、水とを生成する。フラッシュタンクで生成された飽和蒸気の一部はガスタービン燃焼器（２０）に供給され、飽和蒸気の残る部分は入口噴霧器（７０）を経て圧縮機（１２）に供給される。システムは更にフラッシュタンクで生成される水の中の汚染物質を制御する。
2004509265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（１２）と、燃焼器（２０）と、タービン（１４）とを含み、且つ圧縮機入口噴霧及び燃焼器蒸気噴射を含むガスタービン動力装置にあって、脱塩処理を行わずに入口噴霧及び蒸気噴射のための水を供給する装置において、加熱飲料水を受け入れ、加熱飲料水を飽和蒸気と、水とに分離するように構成されたフラッシュタンク（４４）と、フラッシュタンク内の水の汚染物質を制御するブローダウン流れ（７６）と、フラッシュタンク内の飽和蒸気の第１の部分を燃焼器（２０）に供給するように配置された１本以上の導管と、飽和蒸気の第２の部分を飽和蒸気が凝縮される熱交換器（３６）に供給するように配置された１本以上の導管（６０）と、凝縮された飽和蒸気を圧縮機（１２）と流れ連通する入口噴霧器（７０）に供給する１本以上の導管（６４、６８）とを具備するガスタービン動力装置。
【請求項２】
タービン（１４）からの排気ガスが供給される廃熱回収装置（２８）を更に具備し、前記廃熱回収装置は複数の熱交換部（４０、４８、５６）を有し、且つ飲料水は前記熱交換部のうち第１の熱交換部（４０）で加熱されて、第１の流れ（４２）を経て前記フラッシュタンク（４４）に供給される請求項１記載のガスタービン動力装置。
【請求項３】
前記フラッシュタンク（４４）から排水された水の一部は前記廃熱回収装置（２８）の前記熱交換部のうち第２の熱交換部（４８）に供給され、第２の流れ（４６）を経て前記フラッシュタンク（４４）に戻される請求項２記載のガスタービン動力装置。
【請求項４】
前記熱交換器（３６）は前記飽和蒸気の前記第２の部分と熱交換関係をもって前記飲料水を通過させるように構成されている請求項１記載のガスタービン動力装置。
【請求項５】
前記飽和蒸気の前記第１の部分は前記廃熱回収装置（２８）の前記熱交換部のうち、前記燃焼器（２０）の上流側にある第３の熱交換部（５６）で加熱される請求項１記載のガスタービン動力装置。
【請求項６】
ガスタービン動力装置（１０）の蒸気噴射・入口噴霧システムにおいて、
圧縮機（１２）、燃焼器（２０）及び発電機（１６）を駆動するタービン（１４）を有するガスタービンと、
前記タービンからの排気ガスを受け入れるように配置され、前記排気ガスによって水を加熱する複数の熱交換部（４０、４８、５６）を有する廃熱回収装置（２８）と、
前記廃熱回収装置（２８）から加熱水を受け入れるように配置され、蒸気を発生するフラッシュタンク（４４）と、
前記複数の熱交換部のうち第１の熱交換部（４０）から前記フラッシュタンク（４４）へ水の第１の流れ（４２）をフラッシングすることにより、前記フラッシュタンクの第１の場所で飽和蒸気及び水を生成する手段（３２、３８）と、
前記複数の熱交換部のうち第２の熱交換部（４８）から前記フラッシュタンク（４４）へ水の第２の流れ（４６）をフラッシングすることにより、前記フラッシュタンクの第２の場所で飽和蒸気及び水を生成する手段（５２、５０）と、
前記フラッシュタンクで生成された飽和蒸気の一部をガスタービン燃焼器（２０）に供給する手段（５４、５６、５８）と、
飽和蒸気の残る部分を入口噴霧器（７０）を経て圧縮機（１２）に供給する手段（６０、６２、６４、６６、６８）と、
フラッシュタンクで生成された水の中の汚染物質を制御する手段（７６）とを具備する蒸気噴射・入口噴霧システム。
【請求項７】
前記第１の水の流れ（４２）は外部源から前記第１の熱交換部（４０）に供給される補給水である請求項６記載の蒸気噴射・入口噴霧システム。
【請求項８】
前記第２の水の流れ（４６）は、前記フラッシュタンク（４４）から排水され、前記廃熱回収装置（２８）の第２の熱交換部（４８）に戻される水である請求項６記載の蒸気噴射・入口噴霧システム。
【請求項９】
燃焼器（２０）に供給される飽和蒸気の前記第１の部分は、まず、前記廃熱回収装置（２８）に配置された前記複数の熱交換部のうち第３の熱交換部（５６）を通過する請求項６記載の蒸気噴射・入口噴霧システム。
【請求項１０】
入口噴霧器（７０）に供給された飽和蒸気の前記残る部分は、まず、廃熱回収装置（２８）の上流側で補給水と熱交換関係をもって熱交換器（３６）を通過することにより、前記入口噴霧器（７０）に導入される前に凝縮される請求項６記載の蒸気噴射・入口噴霧システム。
【請求項１１】
前記フラッシュタンク（４４）は、飽和蒸気における液体キャリーオーバを最小にするために霧除去装置（７８）を具備している請求項６記載の蒸気噴射・入口噴霧システム。
【請求項１２】
圧縮機（１２）と、燃焼器（２０）と、発電機（１６）を駆動するタービン（１４）とを有するガスタービンを含むガスタービン動力装置（１０）にあって、蒸気を生成するために使用する水に対して脱塩処理を実行する必要なく蒸気噴射・入口噴霧システムに蒸気を供給する方法において、
ａ）飽和蒸気及び水を生成するために、第１の流れ（４２）として加熱補給水をフラッシュタンク（４４）に供給することと、
ｂ）フラッシュタンク（４４）の水から汚染物質を除去しつつフラッシュタンクから水を排水し、加熱後、排水された水の一部を第２の流れ（４６）としてフラッシュタンク（４４）に再循環することと、
ｃ）前記フラッシュタンク（４４）から飽和蒸気を取り出し、飽和蒸気の一部を燃焼器（２０）に供給し且つ飽和蒸気の別の部分を入口噴霧器（７０）を経て圧縮機（１２）に供給することとから成る方法。
【請求項１３】
前記第１及び第２の流れ（４２、４６）はフラッシュタンク（４４）に入る前にタービン（１４）からの排気ガスにより加熱される請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
フラッシュタンク（４４）から排水される水の中の汚染物質を制御するためにブローダウン流れ（７６）が使用される請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
工程ｃ）の間、前記フラッシュタンク（４４）の下流側で飽和蒸気の前記部分を加熱することを含む請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
工程ｃ）の間、入口噴霧器の上流側で飽和蒸気の前記別の部分が凝縮されることを含む請求項１２記載の方法。
【請求項１７】
飽和蒸気の前記別の部分は、飽和蒸気の前記別の部分を補給水と熱交換関係をもって通過させることにより凝縮される請求項１２記載の方法。
【請求項１８】
工程ａ）及びｂ）において、前記第１及び第２の流れ（４２、４６）を前記タービンからの排気ガスを介して加熱することを含む請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明はターボ機械の動力サイクルに関し、更に詳細にはタービン入口噴霧及びタービン燃焼器蒸気噴射に関する。
【０００２】
【発明の背景】
ガスタービン動力を増大させる目的で動力流体の質量流量を増加し、且つ／又はＮＯｘの放出を制御するために、１サイクル内の様々な時点でガスタービン内部へ水又は蒸気を噴射できることは知られている。特に、燃焼器内部への蒸気の噴射と、圧縮機空気入口の噴霧は共に出力を増加させ、且つガスタービンの排気エネルギーを蒸気の発生のために使用する場合の熱消費率を改善する。しかし、現在の技術による蒸気噴射及び入口噴霧のためのシステムにおいては、ガスタービン内部へ導入するのに適する蒸気を発生させるために水の脱塩処理を行うことが必要である。
【０００３】
【発明の簡単な概要】
本発明は、蒸気噴射と入口噴霧の双方を含むガスタービン動力装置のサイクル設計方法を提供する。この開示において説明されるシステム構成は、現在の技術によるシステムでは通常必要とされている脱塩水処理設備が不要であるという点で他に類を見ない構成である。その代わりに、このシステムでは、フラッシュタンク（ｆｌａｓｈ ｔａｎｋ）／脱気器（又は単にフラッシュタンク：）内の水質をブローダウンによって制御しつつ、高圧高温の水流をそれより低い圧力で動作しているフラッシュタンクへフラッシングすることにより、蒸気を発生させる。特に、廃熱回収装置でガスタービンの排気エネルギーを使用して補給水を加熱し、その後、加熱された補給水を低圧で動作しているフラッシュタンクへ第１の流れを経てフラッシングし、その結果、飽和蒸気と、水を生成する。フラッシュタンクからの飽和器底水をポンプにより高圧に上昇させ、次に、ガスタービンからの排気エネルギーを使用して廃熱回収装置で加熱する。その後、廃熱回収装置から出た飽和器底水を第２の流れを経てフラッシュタンクへフラッシングし、その結果、同様に飽和蒸気と、水を生成する。第１の流れをフラッシングした後に残留している液体は、フラッシュタンク内で第２の流れをフラッシングすることにより生成された蒸気によって脱気される。従って、その結果としてタンクから排水される底水の流れは脱気されているため、システムの材料を経済的に選択することができる。
【０００４】
フラッシュタンク内で生成された蒸気のわずかな一部分は熱交換器で（補給水流れとの熱交換によって）凝縮され、得られた水は入口噴霧に際して許容しうる品質である（溶解している固体及び塩が許容しうるレベルである）。フラッシュタンクで生成された残りの蒸気は廃熱回収装置で加熱された後、ガスタービン燃焼器内部へ噴射される。
【０００５】
このシステムの補給水は最小限の水処理を施した飲料水であれば良い。すなわち、脱塩は不要である。これは、蒸気の生成にフラッシュタンク／脱気器を使用したことと、フラッシュタンク内の汚染物質濃度を制御することによって可能になっている。
【０００６】
従って、１つの面においては、本発明は、圧縮機と、燃焼器と、タービンとを含み、且つ圧縮機入口噴霧及び燃焼器蒸気噴射を更に含むガスタービン動力装置に関する。特に、本発明は、脱塩処理を行わずに入口噴霧及び蒸気噴射のための水を供給する装置であって、加熱飲料水を受け入れ、加熱飲料水を飽和蒸気と、水とに分離するように構成されたフラッシュタンクと、フラッシュタンク内の水の汚染物質を制御するブローダウン流れと、フラッシュタンク内の飽和蒸気の第１の部分を燃焼器に供給するように配置された１本以上の導管と、飽和蒸気の第２の部分を飽和蒸気が凝縮される熱交換器に供給するように配置された１本以上の導管と、凝縮された飽和蒸気を圧縮機と流れ連通する入口噴霧器に供給する１本以上の導管とを具備する装置に関する。
【０００７】
別の面においては、本発明は、ガスタービン動力装置の蒸気噴射・入口噴霧システムであって、圧縮機、燃焼器及び発電機を駆動するタービンを有するガスタービンと、タービンからの排気ガスを受け入れるように配置され、排気ガスによって水を加熱する複数の熱交換部を有する廃熱回収装置と、廃熱回収装置から加熱水を受け入れるように配置され、蒸気を発生するフラッシュタンクと、複数の熱交換部のうち第１の熱交換部からフラッシュタンクへ水の第１の流れをフラッシングすることにより、フラッシュタンクの第１の場所で飽和蒸気及び水を生成する手段と、複数の熱交換部のうち第２の熱交換部からフラッシュタンクへ水の第２の流れをフラッシングすることにより、フラッシュタンクの第２の場所で飽和蒸気及び水を生成する手段と、フラッシュタンクで生成された飽和蒸気の一部をガスタービン燃焼器に供給する手段と、飽和蒸気の残る部分を入口噴霧器を経て圧縮機に供給する手段と、フラッシュタンクで生成された水の中の汚染物質を制御する手段とを具備する蒸気噴射・入口噴霧システムに関する。
【０００８】
更に別の面においては、本発明は、圧縮機と、燃焼器と、発電機を駆動するタービンとを有するガスタービンを含むガスタービン動力装置にあって、蒸気を生成するために使用する水に対して脱塩処理を実行する必要なく蒸気噴射・入口噴霧システムに蒸気を供給する方法において、
Ａ）飽和蒸気及び水を生成するために、第１の流れとして加熱補給水をフラッシュタンクに供給することと、
Ｂ）フラッシュタンクの水から汚染物質を除去しつつフラッシュタンクから水を排水し、加熱後、排水された水の一部を第２の流れとしてフラッシュタンクに再循環することと、
Ｃ）フラッシュタンク／脱気器から飽和蒸気を取り出し、飽和蒸気の一部を燃焼器に供給し且つ飽和蒸気の別の部分を入口噴霧器を経て圧縮機に供給することとから成る方法に関する。
【０００９】
［発明の詳細な説明］
図を参照すると、ガスタービンプラント１０は単一の軸又は回転子１８上にそれぞれ配置された圧縮機１２と、タービンコンポーネント１４と、発電機１６とを含む。しかし、本発明を多軸構成にも適用できることは理解されるであろう。
【００１０】
圧縮機１２は流れ２４を経て圧縮空気をタービン燃焼器２０に供給し、そこで圧縮空気は流れ２６を経て燃焼器に供給される燃料と混合される。初めに、「流れ」という用語を使用するときには、それが指示される通りの蒸気又は水、並びにそのような蒸気又は水が流通するパイプ又は導管を含むことを理解しておくべきである。
【００１１】
ガスタービン排気は流れ３０を経て廃熱回収装置２８へ導入され、その後、流れ３１を経て大気中に排出される。飲料水は流れ３２、硬水軟化器３４（必要に応じて）、熱交換器３６（後に詳細に説明する）及び補給水ポンプ３８を経て廃熱回収装置２８に供給される。「補給水」とも呼ばれるこの水は、まず、装置２８の第１の熱回収部４０に供給される。タービン排気との熱交換によって、第１の加熱補給水流れ４２が生成されて、脱気器を含むフラッシュタンク４４に供給される。補給水流れ４２の動作圧力は、廃熱回収装置を出た流れが装置２８の熱回収部４０における蒸発を防止するのに適するサブクーリングを示すように選択される。装置２８の第２の熱回収部４８からの第２の加熱水の流れ４６もフラッシュタンク４４に供給されるが、この水は以下に更に詳細に説明するようにフラッシュタンクに既に供給されている。
【００１２】
高温の水の流れ４２及び４６は高圧でフラッシュタンク４４のより低い動作圧力までフラッシングされ、その結果、蒸気と水が発生する。尚、第１の補給水流れ４２がフラッシュタンク４４にフラッシングされた後まで残留している水は第２の流れ４６により発生される蒸気によって脱気される、すなわち、フラッシングタンクの脱気部においても脱気されることに注意する。従って、飽和器底水は流れ５０を経て脱気状態でフラッシュタンク／脱気器４４から出ることになる。この水はポンプ５２によりより高い圧力まで上昇し、その後、廃熱回収装置２８の第２の熱回収部４８内へ導入されて、ガスタービン排気により加熱されることにより、第２の流れ４６となる加熱水を生成する。
【００１３】
フラッシュタンク／脱気器４４で発生する飽和蒸気の大半は流れ５４を経て廃熱回収装置２８の第３の熱交換部５６に供給され、そこでガスタービン排気により加熱され、その後、流れ５８を経て燃焼器２０のすぐ上流側の流れ２４に供給される。この組み合わせ流れは従来の通りに燃焼器２０内部へ噴射される。
【００１４】
フラッシュタンク４４からの飽和蒸気の残るわずかな部分は流れ５４から取り出され、流れ６０を経て熱交換器３６に供給され、そこで流れ３２の補給水との熱交換によって凝縮される。その結果生成された水は流れ６４を経て噴霧器水入口タンク６２に供給される。その後、水はポンプ６６及び流れ６８を経て噴霧器７０に供給される。そこで、噴霧器は水は流れ７２を経て導入されて来る空気と混合され、その後、混合物は同様に従来通りに流れ７４を経て圧縮機１２に導入される。
【００１５】
蒸気噴射と入口噴霧の双方に使用される流れ５４及び６０における（同伴水中の）溶解塩キャリーオーバを制限するためには、フラッシュタンク液体の汚染物質濃度を適正に維持することが重要である。溶解塩の量が過剰になると、ガスタービンコンポーネントが重大な腐食を受ける。フラッシュタンク底再循環液体の汚染物質濃度はブローダウン流れ７６により制御される。この点に関して、汚染物質の制御が行われないと、フラッシュタンク４４内の水は、蒸気／液体分離中に汚染物質が水中に残留しがちであるために絶えず悪化することが理解されるであろう。ブローダウン流れ７６はタンク内の汚染物質を排除し、それにより汚染物質レベルを制御するために、従って、流れ４６を経てフラッシュタンク／脱気器へ再循環する流れ５０の汚染物質レベルを制御するために利用される。ブローダウン流れを経て失われる水の代わりに、流れ４２の補給飲料水が使用される。加えて、流れ５４における塩の発生源である液体キャリーオーバを最小にするために、フラッシュタンク４４の最上部に効率の良い霧除去装置７８が配置されている。
【００１６】
現時点で最も実用的で好ましい実施例であると考えられるものに関連して本発明を説明したが、本発明は開示された実施例に限定されず、添付の請求の範囲の趣旨に含まれる様々な変形や等価の構成を包含することを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例による蒸気噴射・入口噴霧システムを示す流れ図である。
【符号の説明】
１０　　ガスタービンプラント
１２　　圧縮機
１４　　タービンコンポーネント
１６　　発電機
１８　　回転子
２８　　廃熱回収装置
３６　　熱交換器
４４　　フラッシュタンク
【国際公開パンフレット】
2004509265.tif 000003
2004509265.tif 000004
2004509265.tif 000005
2004509265.tif 000006
2004509265.tif 000007
2004509265.tif 000008
2004509265.tif 000009
2004509265.tif 000010
2004509265.tif 000011
2004509265.tif 000012
2004509265.tif 000013
2004509265.tif 000014
【国際調査報告】
2004509265.tif 000015
2004509265.tif 000016
2004509265.tif 000017