(57)【要約】【課題】発電プラント装置のために必要とされる全体のスペースを減じる【解決手段】ガスタービン２の排出端部２１の下流でコンバインドサイクルプラントにかつ排熱回収ボイラ３の入口ダクト構造内に配置されるように構成された分流システム１であって、分流システム１は、高温排気流をバイパス煙突部分４に通して案内する単一サイクル閉鎖位置と、高温排ガスを排熱回収ボイラ３へ流入させるコンバインドサイクル開放位置との間を可動であり、分流システム１は、開放位置と閉鎖位置との間を鉛直方向に往復するように構成された主封鎖プレート５を有し、主封鎖プレート５は、バイパス煙突部分４の側壁４１に沿って配置された第１の部分５１と、煙突部分４の一部分を横切って横方向に配置された第２の部分５２とを有する。【選択図】図３
2016075283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン（２）の排出端部（２１）の下流でコンバインドサイクルプラントにかつ排熱回収ボイラ（３）の入口ダクト構造内に配置されるように構成された分流システム（１）であって、該分流システム（１）は、高温排気流をバイパス煙突部分（４）に通して案内する単一サイクル閉鎖位置と、高温排ガスを前記排熱回収ボイラ（３）へ流入させるコンバインドサイクル開放位置との間を可動であり、前記分流システム（１）は、前記開放位置と前記閉鎖位置との間を鉛直方向に往復するように構成された主封鎖プレート（５）を有する、分流システム（１）において、前記主封鎖プレート（５）は、前記バイパス煙突部分（４）の側壁（４１）に沿って配置された第１の部分（５１）と、煙突部分（４）の一部分を横切って横方向に配置された第２の部分（５２）とを有することを特徴とする、分流システム。
【請求項２】
前記封鎖プレート（５）の前記第２の部分（５２）は、前記分流システム（１）が前記コンバインドサイクル開放位置にあるときに前記排熱回収ボイラ（３）において流れる排ガスのための上壁ディフューザとして作用するように、水平方向に関して傾斜させられている、請求項１記載の分流システム（１）。
【請求項３】
前記主封鎖プレート（５）は、前記第１の部分（５１）と前記第２の部分（５２）との間に配置された支持プレート（５３）を有する、請求項１又は２記載の分流システム（１）。
【請求項４】
前記主封鎖プレート（５）は、前記支持プレート（５３）に固定された翼形の流れ案内エレメント（５４）を含む、請求項３記載の分流システム（１）。
【請求項５】
前記主封鎖プレート（５）に関連した１つ又は複数の第１のレール軌道（６）をさらに備える、請求項１から４までのいずれか１項記載の分流システム（１）。
【請求項６】
前記主封鎖プレート（５）を前記開放位置と前記閉鎖位置との間で往復させるように構成された第１の駆動機構（７）を備える、請求項１から５までのいずれか１項記載の分流システム（１）。
【請求項７】
前記第１の駆動機構（７）は、カウンターウェイトに基づくシステムを含む、請求項６記載の分流システム（１）。
【請求項８】
前記バイパス煙突部分（４）の前記側壁（４１）に沿って前記主封鎖プレート（５）の前記第１の部分（５１）に隣接して配置されかつ前記開放位置と前記閉鎖位置との間を往復するように構成された二次的な隔離封鎖プレート（８）をさらに備える、請求項１から７までのいずれか１項記載の分流システム（１）。
【請求項９】
前記主封鎖プレート（５）と、前記二次的な隔離封鎖プレート（８）とは、これらの間に空気が充填された封止間隙（９）を形成するように前記バイパス煙突部分（４）の前記側壁（４１）に沿って互いに離間させられている、請求項８記載の分流システム（１）。
【請求項１０】
前記二次的な隔離封鎖プレート（８）を前記開放位置と前記閉鎖位置との間で往復させるように構成された第２の駆動機構を備える、請求項８又は９記載の分流システム（１）。
【請求項１１】
前記第１の駆動機構（７）と前記第２の駆動機構とは、互いに独立している、請求項１０及び６記載の分流システム（１）。
【請求項１２】
コンバインドサイクルプラントを運転する方法であって、前記コンバインドサイクルプラントは、ガスタービン（２）の排出端部（２１）の下流でかつ排熱回収ボイラ（３）の入口ダクト構造内に配置されるように構成された分流システム（１）を備え、該分流システム（１）は、高温排気流をバイパス煙突部分（４）に通して案内する単一サイクル閉鎖位置と、高温排ガスを排熱回収ボイラ（３）へ流入させるコンバインドサイクル開放位置との間を可動であり、前記分流システム（１）は、前記開放位置と前記閉鎖位置との間を鉛直方向に往復するように構成された主封鎖プレート（５）を有しており、該主封鎖プレート（５）は、前記バイパス煙突部分（４）の側壁（４１）に沿って配置された第１の部分（５１）と、煙突部分（４）の一部分を横切って横方向に配置された第２の部分（５２）とを有し、前記方法は、運転中、ＨＲＳＧに流入する高温の排ガスの部分と、前記バイパス煙突部分（４）を通流する残りの部分との様々な割り当てを達成するように、前記封鎖プレート（５）の高さを前記バイパス煙突部分（４）に沿って前記開放位置と前記閉鎖位置との間で調節することを含むことを特徴とする、コンバインドサイクルプラントを運転する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、コンバインドサイクル発電プラントにおいて使用される分流システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
周知のように、ガスタービンエンジンは、空気などの圧縮天然ガスの燃焼により得られた高温ガスによってタービンシャフトを駆動することによって有効な仕事を発生する。仕事発生の全体的な効率を高めるために、蒸気発電プラントはガスタービンプラントと組み合わせて配置される。このようなアセンブリでは、タービンから出た加熱されたガスは、排気ダクトを通って排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）へ流れる。次いで、ガスからの熱は、水を加熱し、蒸気を発生するためにＨＲＳＧにおいて利用され、蒸気は次いで蒸気タービンを駆動するために利用される。
【０００３】
上述の従来のコンバインドサイクルプラントは、ガスタービンプラント及び蒸気発電プラントを含む発電プラントが単純サイクル又はコンバインドサイクルモードで作動するように分流器ダンパを備えている。この目的のために、バイパスダンパは、通常、ガスタービンから出た高温の排ガスがバイパス煙突部分を通って案内され、環境中へ排出される単一サイクルモードで作動するときの閉鎖された若しくはブロッキング位置と、高温の排ガスがＨＲＳＧへ送られ、蒸気を発生するために利用されるコンバインドサイクルモードで作動する開放位置との間を移動するように構成されている。
【０００４】
現在の設備では、ガスタービン用途のための分流器ダンパシステムは、通常、分流器システムの入口と出口に位置決めされた伸縮継手によってガスタービン及びＨＲＳＧから分離されている。このような公知の分流システムは、それらの間に自立型鋼構造が配置されたガスタービンと蒸気タービン発電プラントとの２つの主要な構成部材から構造的に独立している。
【０００５】
このようなシステムは、封鎖プレートを有する第１のアセンブリを備える。封鎖プレートは、支持構造にヒンジ接続された上端部を有し、鉛直のブロッキング位置と、排出流がＨＲＳＧに対して案内される水平の開放位置との間を可動である。分流システムの下流にはディフューザ構成部材が配置されている。ディフューザ構成部材は、最適な高温ガス温度分布のための重要な流れ要求を得るようにかつＨＲＳＧ内の熱交換効率を最大化するように構成されている。
【０００６】
しかしながら、このような構成は、直列の複数の構造的に独立した構成部材の取付けを必要とし、したがって、発電プラント装置のために必要とされる全体のスペースを決定的に増大させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、独立請求項１に実質的に定義されたような分流システムを提供することによって前述の技術的問題を解決することである。好適な実施の形態は、対応する従属請求項に定義されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
典型的でかつ非制限的な目的だけのための以下の詳細な説明において記載される好適な実施の形態によれば、この解決手段は、唯一の構成部材において、単一サイクル構成においては高温の排気流をバイパスさせ又は開放コンバインドサイクル構成においては排気流をＨＲＳＧに通して案内し、ディフューザとして作用するという機能を有する分流システムを、ＨＲＳＧ入口ダクト構造内に組み込むことを開示する。
【０００９】
この重要な技術的利点は、ガスタービンの排出端部の下流でコンバインドサイクルプラントに配置されかつ排熱回収ボイラの入口ダクト構造内に組み込まれるように構成された分流システムであって、この分流システムは、高温排気流をバイパス煙突部分に通して案内する単一サイクル閉鎖位置と、高温排ガスを排熱回収ボイラ内へ流れさせるコンバインドサイクル開放位置との間を可動であり、分流システムは、開放位置と閉鎖位置との間を鉛直方向に往復するように構成された主封鎖プレートをも有し、主封鎖プレートは、バイパス煙突部分の側壁に沿って配置された第１の部分と、煙突部分の一部分を横切って横方向に配置された第２の部分とを有する、分流システムを提供することによって達成される。
【００１０】
発明の別の態様によれば、封鎖プレートの第２の部分は、分流システムがコンバインドサイクル開放位置にあるときに排熱回収ボイラに流入する排ガスのための上壁ディフューザとして作用するように、水平方向に関して傾斜させられている。
【００１１】
発明の別の好適な態様によれば、主封鎖プレートは、第１の部分と第２の部分との間に配置された支持プレートを有する。好適には、主封鎖プレートは、支持プレートに固定された翼形の流れ案内エレメントを含む。
【００１２】
発明の別の好適な態様によれば、分流システムは、バイパス煙突部分の側壁に沿って主封鎖プレートの第１の部分に隣接して配置され、かつ開放位置と閉鎖位置との間を往復するように構成された、二次的な隔離封鎖プレートを有する。好適には、主封鎖プレート及び二次的な封鎖プレートは、これらの間に空気が充填されたシーリングギャップを形成するようにバイパス煙突の側壁に沿って互いに離間させられている。
【００１３】
発明の別の態様によれば、主封鎖プレート及び二次的な封鎖プレートは、好適には、２つの独立した持上げ機構によって、バイパス煙突部分の側壁に配置されたレール軌道に沿って移動させられる。持上げ機構は、機械式、例えばカウンターウェイトに基づくものであってもよいし、電気的に駆動されてもよい。
【００１４】
本発明による分流システムをガスタービンプラントの下流のＨＲＳＧの入口セクションに配置することによって、重要な利点を得ることができる。事実、有利には、これまで従来の分流器ダンパによって占められていた解放されたスペースにより、ガスタービンとＨＲＳＧとの間の距離が短縮されるので、全体的な発電プラントの設置面積を減じることができる。
【００１５】
さらに、ＨＲＳＧ入口ダクトの複数のセクションが分流器ダンパの外側被覆材として機能するので、重要な材料節約が達成される。すなわち、ＨＲＳＧ構造鋼ビームが、サイレンサ及び分流器の煙突部分を提供し、１つの伸縮継手のみが必要とされる。
【００１６】
封鎖プレートを往復させるための電気的又は機械的駆動機構の使用は、従来の形式のダンパに利用されていた従来の液圧式駆動機構の火災の危険性を排除する。
【００１７】
好適な実施の形態による分流システムは、様々なガスタービン作動モードにおける容易な作動を可能にする。主封鎖プレートは、様々な発電プラント負荷シナリオの間、作動的自由のために使用される。
【００１８】
二次的な封鎖プレートは、ＨＲＳＧの高温ガス通路領域における構造、検査又はメンテナンス段階の間、プランキングプレートの下流での人員作業のための最大限の安全性を保証する。
【００１９】
好適には、主封鎖プレート及び二次的な封鎖プレートを案内する駆動機構は、互いに独立している。従来の分流器ダンパは、バイパス又は非バイパスモードのみで作動し、ガスタービンオフライン又は低負荷運転スイッチオーバーモードのみで作動するが、本発明による分流システムは、有利には、以下の作動機能、すなわち、ａ．通常開放ＨＲＳＧモード、ｂ．単純バイパスモード、ｃ．安全バイパスモード、ｄ．ガスタービン低負荷及び全負荷スイッチオーバーモード、ｅ．ガスタービン全負荷スイッチオーバーのためのＨＲＳＧ予熱モード、ｆ．最大効率発電プラント運転のためのＨＲＳＧ１０％〜９０％バイパス運転モード、を含んでよい。
【００２０】
本発明の、前記課題、及び付随する利点の多くは、さらに容易に認められるであろう。なぜならば、それらは、添付の図面に関連して見た場合に以下の詳細な説明を参照することによってさらに理解されるからである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ガスタービンプラントと、蒸気発電プラントと、ガスタービンプラントと蒸気発電プラントとの間に配置された本発明による分流システムとを有するコンバインドサイクルプラントの概略図を示している。
【図２】ガスタービンプラントと、蒸気発電プラントと、ガスタービンプラントと蒸気発電プラントとの間に配置された本発明による分流システムとを有するコンバインドサイクルプラントの概略図を示している。
【図３】図１及び図２に示された分流システムの鉛直方向断面図を示している。
【図４】図１及び図２に示された分流システムの鉛直方向断面図を示している。
【図５】図１及び図２に示された分流システムの鉛直方向断面図を示している。
【図６】図１及び図２に示された分流システムの鉛直方向断面図を示している。
【図７】本発明による分流システムの様々な詳細を示す図である。
【図８】本発明による分流システムの様々な詳細を示す図である。
【図９】本発明による分流システムを備えた、単純サイクル又はコンバインドサイクル中の１つの利用モードを示す図である。
【図１０】本発明による分流システムを備えた、単純サイクル又はコンバインドサイクル中の１つの利用モードを示す図である。
【図１１】本発明による分流システムを備えた、単純サイクル又はコンバインドサイクル中の１つの利用モードを示す図である。
【図１２】本発明による分流システムを備えた、単純サイクル又はコンバインドサイクル中の１つの利用モードを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図面の詳細な説明
図１を参照すると、コンバインドサイクルプラント１０が概略的に示されている。コンバインドサイクルプラントは、ガスタービンプラント２と、水を加熱し、蒸気を発生するためにガスタービンからの高温ガス排気を利用する蒸気発電プラントに関連した排熱回収ボイラ３（以下ではＨＲＳＧと呼ぶ）とを有する。コンバインドサイクルプラントは、参照符号４で示されたバイパス煙突部分の下方でＨＲＳＧの入口ダクト構造内に組み込まれた分流システム１を有する。
【００２３】
特に、次の図２を参照すると、ガスタービンプラント２から排気ダクト２１を通って出てくる高温の排ガスは、分流システム１へ送られる。分流システム１は、次いで、ガスを操作し、単一サイクル及び／又はメンテナンス作業が必要とされる場合には上方のバイパス煙突４に向かって案内し、又はコンバインドサイクルが要求されるならばＨＲＳＧ３へ送る。このために、分流システム１は、内部において、高温の排ガスがバイパス煙突部分４を通って案内される単一サイクル閉鎖位置と、高温の排ガスがＨＲＳＧ３へ送られるコンバインドサイクル開放位置との間を可動である。
【００２４】
図３を参照すると、分流システム１の鉛直方向断面図が示されており、今はその内部の構成部材が見えている。特に、分流システム１は、後で詳細に説明するように、開放位置と閉鎖位置との間を鉛直方向に往復するように適応された主封鎖プレート５を有する。図３において、主封鎖プレート５は、コンバインドサイクル開放位置に配置されている。主封鎖プレート５は、バイパス煙突部分４の側壁４１に沿って配置された第１の部分５１と、バイパス煙突部分４を横切って横方向に配置された第２の部分５２とを有する。好適には、主封鎖プレート５の第２の部分５２は、水平方向に対して傾斜させられている。これにより、分流システムが、図３に示したように開放コンバインドサイクル構成にあるときには、プレート５の第２の部分５２は、ＨＲＳＧ（図示せず）に向かって下方を流れる排ガスのための上壁ディフューザとして作用する。換言すれば、第２の部分５２は、有利には、ガスが方向付けられるＨＲＳＧ（図示せず）内の熱交換効率を最大化するために最適な高温ガス温度分布のための決定的な流れ要求を得るような円錐形状が与えられている。
【００２５】
次の図４を参照すると、主封鎖プレート５が、図３に示されたコンバインドサイクル開放位置と、単一サイクル閉鎖位置との間の中間のところに位置決めされているときの分流システムの鉛直方向断面図が示されている。主封鎖プレート５は、第１及び第２の部分５１及び５２の間に配置された支持プレート５３を有することができる。支持プレート５３は、高温の流れを最大の効率でバイパス煙突部分４に通して案内し、方向付けるための、翼形状エレメント５４を支持していることができる。
【００２６】
図５を参照すると、単一サイクル閉鎖位置における本発明による分流システムが示されており、すなわち、主封鎖プレート５が完全に下方へ下降させられている。これにより、ガスタービン（図示せず）から出た高温の排ガスは全て上方のバイパス煙突部分４に向かって逸らされる。分流システムは、主プレート５に関連したレール軌道６を有しており、このレール軌道６を介してプレート５は鉛直方向に往復し、開放状態と閉鎖状態との間で切り替えられる。
【００２７】
ここで次の図６を参照すると、単一サイクル閉鎖状態における本発明による分流システムがさらに示されている。特に、分流システム１は、バイパス煙突４の側壁４１に沿って主プレート５の第１の部分５１に隣接して配置された、二次的な隔離封鎖プレート８をも有することができる。二次的な隔離プレート８は、主封鎖プレート５と同様に開放位置と閉鎖位置との間を鉛直方向に往復するように構成されている。隔離プレート８は、作業員がＨＲＳＧ内でメンテナンス作業を行う必要がある場合は、バイパス煙突部分４の別の封止手段を形成する必要がある。したがって、単一サイクル閉鎖位置に配置されているときに分流システムによって高温の排ガスが方向付けられるバイパス煙突部分４からのＨＲＳＧの適切な熱的隔離を保証することが安全上の理由から最も重要である。二次的な隔離プレート８によるＨＲＳＧの熱的隔離をさらに向上させるために、主プレート５の第１の部分５１と二次的なプレート８とは、有利には、それらの間に空気が充填された封止間隙９を形成するように側壁４１に沿って互いに離間させられている。
【００２８】
ここで図７を参照すると、本発明による分流システムは、鉛直方向に沿って主封鎖プレートを往復させるように構成された第１の駆動機構７を有している（ＨＲＳＧの入口ダクト構造の内部であるため図面では見ることができない）。好適には、駆動機構７は、カウンターウェイトに基づくシステムを有する。同様に、二次的な隔離機構は、開放位置と閉鎖位置との間で二次的なプレート（図示せず）を往復させるように構成された第２の駆動機構（図示せず）を有する。好適には、第１及び第２の駆動機構は互いに独立している。
【００２９】
次に、図８は、分流システムと、その上方に位置決めされたバイパス煙突部分４との鉛直方向断面図を示しており、サイレンサ煙突部分４０が示されている。
【００３０】
ここで図９〜図１２を参照すると、本発明による分流システムによって達成可能な様々な作動モードが示されている。
【００３１】
特に、図９は、上方位置における、ＨＲＳＧ３の入口ダクト構造に組み込まれた封鎖プレートを有する、開放位置に分流システム１が配置されたコンバインドサイクルモードを示している。これにより、ガスタービン２からの高温の排ガスはＨＲＳＧ３へ送られる。特に、円錐形状を有する封鎖プレート５の第２の部分は、有利には、下方を流れるガスのための上壁ディフューザとして作用し、これにより、ＨＲＳＧ３内の熱交換効率を最大化するための最適な高温ガス温度分布を提供する。
【００３２】
図１０は、分流システム１の封鎖プレート５が下方位置に配置されている単一サイクルモードにおける発電プラントを示している。この作動状態では、高温の排ガスはプレート５によって上方のバイパス煙突部分４へ逸らされる。
【００３３】
図１１は、下方位置における二次的な隔離プレート８をも備える単一サイクルモードにおける分流システム１を示している。このような構成は、メンテナンス作業のために作業員がＨＲＳＧ３内に配置され、ガスタービン２から出てくる高温のガス排気からの付加的な熱的隔離が安全上の理由から要求される場合に利用されてよい。
【００３４】
最後に、図１２は、封鎖プレート５が開放コンバインドサイクル状態と閉鎖単一サイクル状態との間の中間のところに保持されている中間状態を示している。バイパス煙突４に沿った封鎖プレート５の高さを調節することによって、バイパス煙突を横切って横方向に配置されたプレートの第２の部分によって、分流システム１を通る高温の排ガスの流れを調節することが可能であり、この流れを２つの部分に分割し、すなわち一方の部分は熱回収のためにＨＲＳＧに流入し、残りの部分はバイパス煙突４を通って流れる。これにより、有利には、単一サイクルモードとコンバインドサイクル作動モードとが同時に達成可能である。
【００３５】
当然ことながら、本発明による分流システムは、有利には、公知の種類の装置と比較して、多様な形式でコンバインドサイクル発電プラントを運転することを可能にする。
【００３６】
事実、主封鎖プレートの高さは、煙突部分を通流する排出されるガス流と、熱回収のためにＨＲＳＧを通流するガスとの間の所望の負荷割り当てを達成するように調節することができ、特定の適用シナリオに基づいて様々な比を適用することができる。
【００３７】
特に、封鎖プレートは、コンバインドサイクル開放位置において完全に上方へ配置することができ、これにより、排出高温ガスの１００％をＨＲＳＧに通流させる。それとは異なり、封鎖プレートは異なる比を達成するように下降させられてよく、プレートの高さは、ＨＲＳＧを通流する高温ガスの部分と、煙突部分を通じて排出させられる残りの部分との比を決定する。
【００３８】
以下のような比が提供され得る：
ＨＲＳＧを通流する１００％〜０％の高温ガス−バイパス煙突によって排出される０〜１００％の高温ガス。
【００３９】
本発明は、好適な実施の形態に関して完全に説明されたが、本発明の範囲内で変更が加えられてよく、本出願をこれらの実施の形態によって限定されるものと考えず、しかし以下の請求項の内容による。
【図１】
2016075283.tif 000003
【図２】
2016075283.tif 000004
【図３】
2016075283.tif 000005
【図４】
2016075283.tif 000006
【図５】
2016075283.tif 000007
【図６】
2016075283.tif 000008
【図７】
2016075283.tif 000009
【図８】
2016075283.tif 000010
【図９】
2016075283.tif 000011
【図１０】
2016075283.tif 000012
【図１１】
2016075283.tif 000013
【図１２】
2016075283.tif 000014
【外国語明細書】
2016075283.tif 000015
2016075283.tif 000016
2016075283.tif 000017
2016075283.tif 000018
2016075283.tif 000019
2016075283.tif 000020
2016075283.tif 000021
2016075283.tif 000022
2016075283.tif 000023
2016075283.tif 000024
2016075283.tif 000025
2016075283.tif 000026
2016075283.tif 000027
2016075283.tif 000028
2016075283.tif 000029
2016075283.tif 000030
2016075283.tif 000031
2016075283.tif 000032
2016075283.tif 000033
2016075283.tif 000034
2016075283.tif 000035
2016075283.tif 000036
2016075283.tif 000037
2016075283.tif 000038
2016075283.tif 000039
2016075283.tif 000040
2016075283.tif 000041
2016075283.tif 000042
2016075283.tif 000043
2016075283.tif 000044