(57)【要約】      （修正有）【課題】複合サイクル発電プラントの熱回収蒸気発生器を提供する。【解決手段】複合サイクル発電プラント２は、ガスターボ機械４と、ガスターボ機械４に動作可能に接続された蒸気ターボ機械６と、ガスターボ機械４及び蒸気ターボ機械６に動作可能に接続された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）１０と、ガスターボ機械４に流動的に接続された冷却システム６５とを含む。冷却システム６５は、ガスターボ機械４に冷媒を通過させて熱を吸収するように構成及び配置される。復水システム６０は、蒸気タービン６及びＨＲＳＧ１０に流動的に接続される。復水システム６０は、蒸気タービン６からＨＲＳＧ１０まで復水を運ぶように構成及び配置される。熱交換部材８０は、冷却システム６５及び復水システム６０に流動的に接続される。熱交換部材８０は、冷媒に取り込まれた熱を復水に伝達するように構成及び配置される。【選択図】図１
2012117517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスターボ機械（４）と、
前記ガスターボ機械（４）に動作可能に接続された蒸気ターボ機械（６）と、
前記ガスターボ機械（４）及び前記蒸気ターボ機械（６）に動作可能に接続された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）（１０）と、
前記ガスターボ機械（４）に流動的に接続され、前記ガスターボ機械（４）に冷媒を通過させて熱を吸収するように構成及び配置される冷却システム（８５）と、
前記蒸気タービン（２７，２８，２９）及び前記ＨＲＳＧ（１０）に流動的に接続され、前記蒸気ターボ機械（６）から前記ＨＲＳＧ（１０）まで復水（６３）を運ぶように構成及び配置される復水システム（６０）と、
前記冷却システム（８５）及び前記復水システム（６０）に流動的に接続され、冷媒に取り込まれた熱を前記復水（６３）に伝達するように構成及び配置される熱交換部材（８０）とを含む、複合サイクル発電プラント（２）。
【請求項２】
空冷熱交換器（１２３）と、
選択的に前記空冷熱交換器（１２３）を前記冷却システム（８５）に流動的に接続するバイパスシステム（１１０）とを更に含む、請求項１に記載の複合サイクル発電プラント（２）。
【請求項３】
前記バイパスシステム（１１０）に動作可能に接続され、前記冷媒と前記復水（６３）の間の温度差（１３５）に基づいて、選択的に前記空冷熱交換器（１２３）を流動的に接続し、前記熱交換部材（８０）の接続を外すように構成及び配置される制御装置（１１２）を更に含む、請求項２に記載の複合サイクル発電プラント（２）。
【請求項４】
前記復水システム（６０）と前記ＨＲＳＧ（１０）の間に流動的に接続された再循環ポンプ（１３３）を更に含み、前記制御装置（１１２）は、前記空冷熱交換器（１２３）が前記冷却システム（８５）に接続されているときに、選択的に前記再循環ポンプ（１３３）を前記ＨＲＳＧ（１０）及び前記復水システム（６０）に接続するように構成及び配置される、請求項３に記載の複合サイクル発電プラント（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合サイクル発電プラントの技術に関し、より詳細には、複合サイクル発電プラントの熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合サイクル発電プラント（ＣＣＰＰ）において、ガスターボ機械が発電機を駆動し、これが電気を生み出す。ガスターボ機械からの廃熱を使用して熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）に蒸気を発生させ、次いで、蒸気ターボ機械を介して更なる電気を生み出すためにこの蒸気が使用される。より詳細には、複合サイクルは、複数の熱力学サイクルを利用する発電エンジン又は発電所の特徴である。ガスターボ機械等の熱機関は、それらの燃料が生み出すエネルギーの一部分（通常は５０％未満）を使用することができるだけである。燃焼による余熱（例えば、高温の排気ガス）は、一般的に無駄になる。ブレイトンサイクル（ガス）及びランキンサイクル（蒸気）等の２つ以上の「サイクル」を組み合わせることによって、出力効率の改善につながる。
【０００３】
従来、ガスターボ機械は、一般的に水の形である冷媒を供給して潤滑温度を下げるターボ機械システム冷却システムを含み、発電機、及びその他の構成部品に冷媒を提供する。冷媒に取り込まれた熱は、空冷熱交換器等の冷却モジュールを用いて大気に放出される。冷媒は、ターボ機械と空冷熱交換器の間の閉ループ内を流れて、熱を取り込んで排除する。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一態様によれば、複合サイクル発電プラントは、ガスターボ機械と、ガスターボ機械に動作可能に接続された蒸気ターボ機械と、ガスターボ機械及び蒸気ターボ機械に動作可能に接続された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）と、ガスターボ機械に流動的に接続された冷却システムとを含む。冷却システムは、ガスターボ機械に冷媒を通過させて熱を吸収するように構成及び配置される。復水システムは、蒸気タービン及びＨＲＳＧに流動的に接続される。復水システムは、蒸気タービンからＨＲＳＧまで復水を運ぶように構成及び配置される。熱交換部材は、冷却システム及び復水システムに流動的に接続される。熱交換部材は、冷媒に取り込まれた熱を復水に伝達するように構成及び配置される。
【０００５】
本発明の別の態様によれば、複合サイクル発電プラントの運転方法は、冷却システムを通して複合サイクル発電プラント（ＣＣＰＰ）のガスターボ機械部分の中に冷媒を通すステップと、ガスターボ機械からの熱を冷媒中に吸収するステップと、熱交換部材内に冷媒を導くステップと、ＣＣＰＰの蒸気ターボ機械部分に流動的に接続された復水システムに復水を案内するステップと、熱交換部材に復水を通過させるステップと、加熱復水を形成するために、冷媒に取り込まれた熱を熱交換部材内の復水に伝達するステップと、加熱復水を熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）に運ぶステップとを含む。
【０００６】
上記及びその他の利点並びに特徴は、図面に関連してなされる以下の説明からより明らかになるであろう。
【０００７】
本発明と見なされる主題は、本明細書の結びの部分の特許請求の範囲において具体的に指摘され明確に請求されている。本発明の上記及びその他の特徴並びに利点は、添付図面に関連してなされる以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的実施形態に従った複合サイクル発電プラントを示す概略図である。
【図２】例示的実施形態の別の態様に従った複合サイクル発電プラントを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
詳細な説明では、例として図面を参照して、利点及び特徴と共に本発明の実施形態を説明する。
【００１０】
図１を参照すると、例示的実施形態に従った複合サイクル発電プラント（ＣＣＰＰ）が全体的に２で示されている。ＣＣＰＰ２は、発電機８を介して蒸気ターボ機械６に動作可能に接続されたガスターボ機械４を有するターボ機械システム３を含む。ガスターボ機械４及び蒸気ターボ機械６はまた、熱回収蒸気発生器１０に接続される。ガスターボ機械４は、共通圧縮機／タービン軸２０によってタービンセクション１８に動作可能に接続された圧縮機セクション１６を含む。圧縮機セクション１６及びタービンセクション１８はまた、燃焼器２２によって接続される。空気は、圧縮機セクション１６内で圧縮され、燃焼器２２に導かれて、燃料と混合し、可燃混合気を形成する。可燃混合気は点火されて、燃焼ガスを形成し、これがタービンセクション１８に運ばれる。燃焼ガスからの熱及び運動エネルギーは、タービンセクション１８において機械的回転エネルギーに変換される。機械的エネルギーは、発電機８及び蒸気ターボ機械６を駆動するために利用される。
【００１１】
蒸気ターボ機械６は、高圧（ＨＰ）蒸気セクション２７と、中圧（ＩＰ）蒸気セクション２８と、低圧（ＬＰ）蒸気セクション２９とを含む。ＨＰ蒸気セクション２７は、第１軸３１によってＩＰ蒸気セクション２８に動作可能に連結され、ＩＰ蒸気セクション２８は、第２軸３２によってＬＰ蒸気セクション２９に動作可能に連結される。例示的実施形態によれば、蒸気ターボ機械６は、ＨＲＳＧ１０に流動的に接続される。より詳細には、ＨＰ蒸気セクション２７は、導管（図示せず）によってＨＲＳＧ１０のＨＰセクション３６に流動的に接続される。同様に、ＩＰ蒸気セクション２８は、別の導管（同じく図示せず）によってＨＲＳＧ１０のＩＰセクション３８に流動的に接続され、ＬＰ蒸気セクション２９は、導管４１によってＨＲＳＧのＬＰ蒸発器セクション４０に流動的に接続される。弁４２は、ＬＰ蒸発器４０を脱気器４４に流動的に接続する。脱気器４４は、ＨＰ出口ポート４６及びＩＰ出口ポート４７を含む。脱気器４４は、ＨＲＳＧ１０に運ばれる給水から空気及びその他の溶解ガスを除去するように構成される。最後に、ＨＲＳＧ１０が排気筒５０を含むことが示されている。このとき、例示的実施形態は三圧力式ＨＲＳＧシステムに関して示されているが、二圧力式ＨＲＳＧシステムを含むその他のＨＲＳＧシステムもまた利用することができることを理解されたい。また、再熱及び非再熱ＨＲＳＧシステムの両方を利用することができることも理解されたい。
【００１２】
ＣＣＰＰ２は、更に、蒸気ターボ機械６のＬＰ蒸気セクション２９に流動的に接続される復水システム６０を含むことが示されている。復水システム６０は、ＬＰ蒸気セクション２９からのＬＰ蒸気を凝縮して、ＨＲＳＧ１０に給水を提供する。復水システム６０は、ＬＰ蒸気タービン２９からの蒸気を受け入れる凝縮器６３と、冷水システム６５とを含む。冷水システム６５は、ＬＰ蒸気に近接して冷水を運んで復水を形成する。その後、復水は、復水抽出ポンプ６８によって導管７２を介してＬＰ節炭器６７に運ばれる。
【００１３】
例示的実施形態によれば、導管７２は、熱交換器８０を通過する。熱交換器８０は、ＬＰ節炭器６７に運ばれる復水の温度を上げる。復水の温度を上げることによって、確実に排気筒５０における温度が酸露点温度より高い状態にする助けとなる。例示的実施形態の一態様によれば、熱交換器８０から出る復水の温度は、約９５°Ｆ（３６℃）〜約１５５°Ｆ（６８．３℃）の範囲である。むろん、温度範囲は、様々な内外の運転条件に応じて変動し得ることを理解されたい。復水の温度を上げるのに利用される加熱媒体は、ターボ機械システム３のターボ機械システム冷却システム８５から得られる。
【００１４】
冷却システム８５は、ターボ機械システム３の様々な部分に水等の冷媒を通過させて、温度を下げる。冷却システム８５は、例えば、潤滑油冷却器、発電機冷却器、噴霧空気冷却器、タービン脚部冷却器等の１つ又は複数の構成部品を含む。冷媒は、様々な構成部品から熱を吸収する。その後、冷媒は、供給導管８７を介して熱交換器８０に運ばれ、戻し導管８８を介してターボ機械システム冷却システム８５に戻される。例示的実施形態の一態様によれば、供給導管８７を流れる冷媒は、約１１０°Ｆ（４３．３℃）〜約１７０°Ｆ（７６．６℃）の範囲の温度である。熱交換器８０から戻される冷媒は、約９０°Ｆ（３２．２℃）〜約１５０°Ｆ（６５．５℃）の範囲の温度である。むろん、上記の温度は変動し得ることを理解されたい。熱交換器８０を流れる冷媒は、熱を復水に伝える。このようにして、ＨＲＳＧ１０に入る復水を予熱して、排気筒５０内の煙道ガス温度が確実に酸露点温度より高い状態にする。更に、余熱を行なうために冷却を用いることによって、専用の加熱器や、ＬＰ節炭器６７内で給水を再循環させるＬＰ再循環ポンプの必要がない。従って、例示的実施形態はＣＣＰＰ２の運転を向上させるだけでなく、様々な費用の掛かる構成部品の必要性も排除して、運転効率を向上させる。
【００１５】
ある動作条件下では、特定の時期の間、一定の環境において、即ち始動中は、冷却を含む熱交換から恩恵を受けるには、凝縮器吐出温度が低すぎる。即ち、冷媒の温度は、確実に排気筒内の煙道ガスが酸露点温度より高い状態にするために復水／給水の温度を上げるには不十分である。そのような場合、復水の専用加熱がより望まれることになる。従って、ターボ機械システム３は、バイパスシステム１１０を含む。
【００１６】
バイパスシステム１１０は、制御装置１１２と、熱交換器８０から運ばれる復水の温度を検知するように構成及び配置されるセンサ１１３とを含む。復水の温度が所望温度以下の場合、その度合いは様々な内外の条件に応じて変動し得るが、制御装置１１２は、複数の弁１１８〜１２０を作動させて、熱交換器８０のバイパスを開始する。より詳細には、弁１１８は、ターボ機械システム冷却システム８５のバイパスを開始する。即ち、冷媒を熱交換器８０に運ぶ代わりに、空冷熱交換器１２３等の熱交換装置に冷媒が運ばれる。むろん、熱交換装置は、冷却塔、湿潤表面空気冷却器などを含む様々な形態をとることができることを理解されたい。空冷熱交換器１２３上のファン１２５によって生じる気流を通すことによって、熱が冷媒から除去される。弁１１９は、バイパスループ１３０内に復水を導くことによって熱交換器８０のバイパスを開始する。最後に、弁１２０は、ＬＰ節炭器６７からＬＰ再循環ポンプ１３３及び温度制御モジュール１３５まで復水を導く。温度制御モジュール１３５は熱交換器８０に取って代わり、復水の温度を上昇させるために作動する。ＬＰ再循環ポンプ１３３は、復水をＬＰ節炭器に通過させて、確実に排気筒５０内の煙道ガスが酸露点温度より高い状態にする。
【００１７】
バイパスシステムを組み込むことによって、例示的実施形態は、ターボ機械システム冷却システムを用いて様々な動作条件下で復水を加熱することができる。上述のように、復水を加熱するためにターボ機械システム冷却を用いることによって、専用加熱やＬＰ再循環ポンプの作動の必要性を排除することによって運転費を削減することができる。しかしながら、ターボ機械システム冷却が煙道ガス温度を酸露点温度以上に維持するのに十分でない状況下では、バイパスシステムが作動する。バイパスシステムは、確実に復水温度が酸露点温度より高い状態にする。煙道ガス中のＳＯ２／ＳＯ３が排気中の水分と反応したときに起こる硫酸形成を避けるために、煙道ガスを酸露点温度又はそれ以上の温度で維持することが望ましい。硫酸形成を避けることによって、腐食及びその他の有害作用を防ぐ。
【００１８】
その他の動作条件下では、特定の時期の間、及び／又は一定のその他の環境において、凝縮器吐出温度は、バイパスシステムが必要ないほど十分に高い。そのような条件下で、ＣＣＰＰ２は図２に示すような構成をとる。図２に示す構成において、冷却システム８５は、熱交換器８０に流動的に直接接続され、導管７２は、脱気器４４に流動的に直接接続される。バイパスシステムの必要性を排除することによって、ＣＣＰＰの全費用を低減すると共に、様々な維持に関する問題を取り除く。
【００１９】
限定した実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解されたい。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術的思想及び技術的範囲に相応するあらゆる変形、変更、置換又は同等の構成を組み込むように修正することができる。更に、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきではなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２０】
２  複合サイクル発電プラント（ＣＣＰＰ）
３  ターボ機械システム
４  ガスターボ機械
６  蒸気ターボ機械
８  発電機
１０  熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）
１６  圧縮機セクション
１８  タービンセクション
２０  圧縮機／タービン軸
２２  燃焼器
２７  ＨＰ蒸気タービンセクション
２８  ＩＰ蒸気タービンシステム
２９  ＬＰ蒸気タービンセクション
３１  ＨＰとＩＰ間の軸
３２  ＩＰとＬＰ間の軸
３６  ＨＰセクション
３８  ＩＰセクション
４０  ＬＰセクション蒸発器
４１  導管
４２  弁
４４  脱気器
４６  ＨＰ出口ポート
４７  ＩＰ出口ポート
５０  排気筒
６０  復水システム
６３  凝縮器
６５  冷水システム
６７  ＬＰ節炭器
６８  復水抽出ポンプ
７２  導管
８０  熱交換器
８５  冷却システム
８７  供給導管
８８  戻し導管
１１０  バイパスシステム
１１２  制御装置
１１３  センサ
１１８，１１９，１２０  複数の弁
１２３  空冷熱交換器
１２５  ファン
１３０  バイパスループ
１３３  ＬＰ再循環ポンプ
１３５  温度制御モジュール
【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
2012117517000001.pdf