JP2010038159A

JP2010038159A - 空冷式蒸気復水器を使用した複合サイクル発電プラント又はランキンサイクル発電プラントに適用するシステム及び方法

Info

Publication number: JP2010038159A
Application number: JP2009174871A
Authority: JP
Inventors: Anil Kumar Sharma; アニール・クマール・シャルマ; Prakash Narayan; プラカシュ・ナラヤン; Shinoj Vakkayil Chandrabose; シノジュ・ヴァッカイル・チャンドラボース
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2010-02-18
Anticipated expiration: 2029-07-28
Also published as: DE102009026238A1; US20100024380A1; US7730712B2; JP5325038B2; CN101638997A

Abstract

【課題】効率を向上させるための空冷式蒸気復水器を備える複合サイクル発電プラント又はランキンサイクル発電プラントに適用するシステム及び方法を提供する。
【解決手段】空冷式復水器を用いた、複合サイクル発電プラント又はランキンサイクル発電プラントに適用するシステム１を開示する。このシステムは、第１の供給蒸気を高圧で、第２の供給蒸気を低圧で排出する蒸気タービン２と、少なくとも第１供給蒸気を流体的に受けて、供給空気により空冷するように構成された空冷式復水器９０と、第１給水の循環始点である冷却塔１１０と、第２給水が内部を循環することによって供給空気を冷却する冷却コイルと、第２供給蒸気及び第１給水２１０を流体的に受け、冷却サイクルを遂行することにより第２給水を冷却するよう構成された蒸気吸収器（ＶＡＭ）１２０とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明の態様は、複合サイクル発電プラント又はランキンサイクル発電プラントに適用するためのシステム及び方法に関し、特に、その効率を向上させるための空冷式蒸気復水器を備える複合サイクル発電プラント又はランキンサイクル発電プラントに適用するシステム及び方法に関する。

世界中の水資源の乏しい地域に採用される複合サイクル発電プラントでは、水が入手困難なため、空冷式復水器が設置されている。空冷式復水器は、冷却能力に限界があるため、発電プラントの性能に関して不都合である。

特に暑い日に補助空冷復水器の使用によりこの問題を解決できることもあるが、空冷式復水器への余計な負荷を減らすため、暑い日に作動させる補助ファンを備えた空冷式復水器が複合サイクル発電プラントに設置される。

米国特許第５５５５７３８号明細書米国特許出願公開第２００６／０１２３７６７号明細書

本発明の一態様において、複合サイクル発電プラント又はランキンサイクル発電プラントに適用するシステムを開示する。このシステムは、第１及び第２の供給蒸気を排出する蒸気タービンと、少なくとも第１供給蒸気を流体的に受けて、供給空気により空冷するように構成された空冷式復水器と、第１給水の循環始点である冷却塔と、第２給水が内部を循環することによって供給空気を冷却する冷却コイルと、第２供給蒸気及び第１給水を流体的に受け、冷却サイクルを遂行することにより第２給水を冷却するよう構成された蒸気吸収器（ＶＡＭ）とを有する。

本発明の別の態様において、複合サイクル発電プラント又はランキンサイクル発電プラントに適用するシステムを開示する。この場合、複合サイクル発電プラント又はランキンサイクル発電プラントは、作動時に蒸気を発生する供給蒸気源と、少なくとも高圧／低圧蒸気タービンであって、それぞれから発生した蒸気を流体的に受けるように構成され、低圧蒸気タービンが更に第１及び第２供給蒸気を排出するように構成されている、高圧／低圧蒸気タービンとを備えている。このシステムは、少なくとも第１供給蒸気を流体的に受けて、供給空気により空冷するように構成された空冷式復水器と、第１給水の循環始点である冷却塔と、第２給水が内部循環することによって空冷式復水器への供給空気を冷却する冷却コイルと、第２供給蒸気及び第１給水を流体的に受け、冷却サイクルを遂行することにより第２給水を冷却するよう構成された蒸気吸収器（ＶＡＭ）とを有する。

本発明の別の態様において、複合サイクル発電プラント又はランキンサイクル発電プラントに適用する方法であって、第１給水の循環始点である冷却塔と、低圧蒸気タービンが第１及び第２供給蒸気を排出するように構成された、少なくとも高圧／低圧蒸気タービンとを含む方法を開示する。この方法には、第２給水を用いて供給空気を冷却するステップと、前記供給空気を用いて空冷式復水器を作動させ、それによって少なくとも第１供給蒸気を凝縮するステップと、第２供給蒸気により冷媒を活性化し、後に第２給水と熱交換することになる前記冷媒を、冷却塔から循環してきた第１給水により冷却及び凝縮するよう構成された冷却サイクルによって第２給水を冷却するステップとが含まれる。

本明細書に続く特許請求の範囲において、本発明の主題が特に明示され、クレームされる。本発明による上述及びその他に態様、特徴、利点は、添付図面に関連付けた以下の詳細な説明により明らかとなる。

本発明の例示的実施形態を適用した複合サイクル発電プラントの概略図である。図１に記載の複合サイクル発電プラントの部分概略図である。

図１及び２に、複合サイクル発電プラント又はランキンサイクル発電プラントなどの発電プラントに適用するシステム１を示す。この発電プラントは、作動中に熱５０を発生させる、例えばガスタービン２等の蒸気源と、ガスタービン２に接続されている排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）３と、冷却塔１１０と、例えば高圧蒸気タービン（ＨＰＳＴ）６０、中圧蒸気タービン（ＩＰＳＴ）７０、及び低圧蒸気タービン（ＬＰＳＴ）８０等の蒸気タービン５とを含む。ＨＲＳＧ３は、ガスタービン２から生じた熱を用いて蒸気を発生させ、例えば過熱器、蒸発器、余熱器などの、その軸に沿って配置された、発生した蒸気の各部分をＨＰＳＴ６０、ＩＰＳＴ７０、及びＬＰＳＴ８０に仕向ける、熱交換器を含む。ＨＰＳＴ６０、ＩＰＳＴ７０、及びＬＰＳＴ８０は、仕向けられた蒸気から電力等の動力を抽出し、使用済みの供給蒸気を排出する。システム１の作動は、少なくともＬＰＳＴ８０の使用済み供給蒸気の利用に関する。

ここで、図１に示す発電プラントは例示にすぎず、他の構成の発電プラントにも本発明を適用可能であることに注意されたい。例えば、ＨＰＳＴ６０、ＩＰＳＴ７０、及びＬＰＳＴ８０は、システム１に蒸気が仕向けられ供給される限り、相互に交換可能されても、全く無くしても良い。更に、システム１を、ここに記載した以外の型式の発電プラントや、工業用途にも適用可能であることが理解できよう。更なる例として、ＨＰＳＴ６０、ＩＰＳＴ７０、及びＬＰＳＴ８０は、ガスタービン２に接続されたものでも、燃料の直接燃焼させて、そこからも蒸気が発生する熱を発生させることで独自に稼働するものでも良い。

図２において、ＬＰＳＴ８０は、高圧段１６０と低圧段１７０とを含み、例えばＨＲＳＧ３の熱交換器のうちの１つからの流入供給蒸気１８０を受ける。ＬＰＳＴ８０はまた、別の配置では、ＨＲＳＧ３、ＨＰＳＴ６０、又はＩＰＳＴ７０のいずれか１つ以上からの流入供給蒸気を受けても良い。いずれの場合でも、ＬＰＳＴ８０は、その作動中に動力及び／又は電気を発生させ、少なくとも第１及び第２の供給蒸気１９０及び２４０として使用済み蒸気をそれぞれ排出する高圧段１６０及び低圧段１７０を含む。一実施形態において、第１及び第２の供給蒸気１９０及び２４０は、約１．５及び１ｐｓｉａ前後又はこれとは異なる圧力を有して排出される。

空冷式復水器９０は、少なくとも第１供給蒸気１９０と、場合によっては、後述するように、第２供給蒸気２４０の一部を、流体的に受けて空冷する。空冷式復水器９０は、例えば電力によって作動し、供給空気２００を用いて第１供給蒸気１９０を冷却する。供給空気２００は、例えば元々システム１の外部に存在している周囲空気を吸気口１２１を介して取り込んだもので、第１供給蒸気１９０を冷却した後、排気口１２２を介して排出される。

システム１は更に、第１給水２１０の循環始点である冷却塔１１０と、空冷式復水器９０の周囲に設けられた冷却コイル２２０とを含む。第２給水２３０は、冷却コイル２２０を通って循環し、これにより供給空気２００が冷却される。蒸気吸収器（ＶＡＭ）１２０は、第２供給蒸気２４０及び第１給水２１０を受け、それにより、第２給水２３０が冷却コイル２２０を通って循環する前に第２供給蒸気２３０を冷却するように、冷却サイクルを遂行するよう構成されている。第１及び第２の給水２１０及び２３０のそれぞれの循環は、第２及び第３のポンプ２６０及び２５０のそれぞれによって遂行されても、別の適宜類似の装置によって遂行されても良い。

一実施形態において、ＶＡＭ１２０は、第２供給蒸気２４０を加熱して冷媒を活性化させる第１熱交換器１２６と、活性化された冷媒を第１給水２１０を用いて冷却する第２熱交換器１２７と、冷却された冷媒を第１給水２１０を用いて凝縮させる第３熱交換器１２８と、第２給水２３０を凝縮した冷媒を用いて冷却する第４熱交換器１２９とを含んでも良い。ここで、第２及び第３の熱交換器１２７及び１２８は、ＶＡＭ１２０の水側で相互に対して流体的に直列に配置されている。一実施形態において、冷媒はアンモニアと水、又は臭化リチウムと水の混合物であっても良い。

システム１は更に、凝縮物抽出ポンプ（ＣＥＰ）１００を含んでも良く、このＣＥＰ１００には、凝縮した状態で空冷式復水器９０及びＶＡＭ１２０からそれぞれ排出された第１及び第２の供給蒸気１９０及び２４０が仕向けられる。

上述のように、第２供給蒸気２４０の一部を、第１供給蒸気１９０と第２供給蒸気２４０との間に弁１５０を設けることによって、空冷式復水器９０に仕向けても良い。弁１５０により、空冷式復水器９０に供給する蒸気量を調節することができる。弁１５０は、手動制御されても、例えば分散型制御システム（ＤＣＳ）に接続されたマイクロプロセッサを含むコントローラを用いて自動制御されても良い。

更に別の態様において、複合サイクル発電プラント又はランキンサイクル発電プラントに適用するための方法を開示する。この方法は、第１給水２１０の循環始点である冷却塔１１０と、少なくとも高圧蒸気タービン（ＨＰＳＴ）６０と、低圧蒸気タービン（ＬＰＳＴ）８０とを含み、低圧蒸気タービン８０が第１及び第２の供給蒸気１９０及び２４０を排出するように構成されている、複合サイクル発電プラント又はランキンサイクル発電プラントに適用される。この方法はまた、第２給水２３０を用いて供給空気２００を冷却するステップと、供給空気２００を用いて空冷式復水器９０を作動させ、それによって少なくとも第１供給蒸気１９０を凝縮するステップと、第２供給蒸気２４０により冷媒を活性化し、後に第２給水２３０と熱交換することになる冷媒を、冷却塔１１０から循環した第１給水２１０により冷却及び凝縮するよう構成された冷却サイクルを通じて、第２給水２３０を冷却するステップと含む。

この方法は更に、既に凝縮された第１及び第２の供給蒸気１９０及び２４０を、凝縮物抽出ポンプ（ＣＥＰ）１００に仕向けるステップと、第２供給蒸気２４０と冷媒、及び第１給水２１０と冷媒との間で熱交換を行うステップと、冷媒と第２給水２３０との間で熱交換を行うステップと、第２給水２３０と供給空気２００との間で熱交換を行うステップとを含んでも良い。

システム１を備えることで、発電プラント効率が０．１５％改善されることがわかっており、これにより、システム１の設置に要した費用を補填できる。更に、システム１の設置の結果、複合サイクル発電プラント又はランキンサイクル発電プラントで２．０ＭＷの電力利得があることもわかっている。少なくとも部分的には、ＬＰＳＴ８０中の蒸気が約２倍に増加し、他の型式の水冷式復水器駆動システムを使った場合に比べて、半分の蒸気で同じ圧力が得られるという事実から、システム１の効率が上昇する。

例示的な実施形態を参照して本発明を説明してきたが、当業者には明らかな通り、本発明の技術的範囲内で、様々な変更を加え、構成要素を均等なもので置き換えることができる。また、本発明の技術的範囲から逸脱せずに、本願の教示内容を特定の状況又は材料に適合させるため数多くの修正を加えることもできる。したがって、本願発明は、本発明を実施するための最良の態様として本明細書に開示した特定の実施形態にとどまらず、本発明は特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属するあらゆる実施形態を包含する。

１システム
２ガスタービン
３排熱回収ボイラ
５蒸気タービン
５０熱
６０高圧蒸気タービン
７０中圧蒸気タービン
８０低圧蒸気タービン
９０空冷式復水器
１００凝縮物抽出ポンプ
１１０冷却塔
１２０蒸気吸収器
１２１吸気口
１２２排気口
１２６第１熱交換器
１２７第２熱交換器
１２８第３熱交換器
１２９第４熱交換器
１５０弁
１６０高圧段
１７０低圧段
１８０流入供給蒸気
１９０第１供給蒸気
２００供給空気
２１０第１給水
２２０冷却コイル
２３０第２給水
２４０第２供給蒸気
２５０ポンプ
２６０ポンプ

Claims

第１及び第２の供給蒸気（１９０、２４０）を排出する蒸気タービン（２）と、
少なくとも第１供給蒸気（１９０）を流体的に受けて、供給空気（２００）により空冷するように構成された空冷式復水器（９０）と、
第１給水（２１０）の循環始点である冷却塔（１１０）と、
第２給水（２３０）が内部を循環することによって前記供給空気（２００）を冷却する冷却コイル（２２０）と、
第２供給蒸気（２４０）及び第１給水（２１０）を流体的に受け、冷却サイクルを遂行することにより第２給水（２３０）を冷却するよう構成された蒸気吸収器（ＶＡＭ）（１２０）とを備える、複合サイクル発電プラント又はランキンサイクル発電プラントに適用するシステム（１）。
第１及び第２の供給蒸気（１９０、２４０）の圧力が異なる、請求項１に記載のシステム。
前記空冷式復水器（９０）及び前記ＶＡＭ（１２０）からそれぞれ排出された、第１及び第２の供給蒸気（１９０）及び（２４０）が仕向けられる、凝縮物抽出ポンプ（１００）を更に備える、請求項１に記載のシステム。
前記ＶＡＭ（１２０）は、
第２供給蒸気（２４０）を加熱して冷媒を活性化させる第１熱交換器（１２６）と、
活性化された前記冷媒を第１給水（２１０）を用いて冷却する第２熱交換器（１２７）と、
冷却された前記冷媒を第１給水（２１０）を用いて凝縮させる第３熱交換器（１２８）と、
第２給水（２３０）を凝縮した前記冷媒を用いて冷却する第４熱交換器（１２９）とを備える、請求項１に記載のシステム。
前記ＶＡＭ（１２０）を介して第１給水（２１０）を送り込むように構成された第１ポンプ（２５０）と、
前記ＶＡＭ（１２０）を、次いで前記冷却コイル（２２０）を介して、第２給水（２３０）を送り込むように構成された第２ポンプ（２６０）とを更に備える、請求項１に記載のシステム。
前記冷却コイル（２２０）は、前記空冷式復水器（９０）の周囲に設けられるか、又は前記空冷式復水器（９０）と一体型部品である、請求項１に記載のシステム。
前記供給空気（２００）が内部循環する冷却コイル（２２０）の上流に設けられた吸気口（１２１）と、
冷却コイル（２２０）の下流に設けられており、前記供給空気（２００）を排出する排気口（１２２）とを更に備える、請求項６に記載のシステム。
複合サイクル発電プラント又はランキンサイクル発電プラントにおいて使用するシステム（１）であって、
該複合サイクル発電プラント又はランキンサイクル発電プラントが、
作動時に蒸気を発生する供給蒸気源（２）と、
少なくとも高圧／低圧蒸気タービン（６０、７０、８０）であって、それぞれから発生した蒸気を流体的に受けるように構成され、該低圧蒸気タービン（８０）が更に第１及び第２供給蒸気（１９０、２４０）を排出するように構成されている、高圧／低圧蒸気タービン（６０、７０、８０）とを備えており、
少なくとも第１供給蒸気（１９０）を流体的に受けて、供給空気（２００）により空冷するように構成された空冷式復水器（９０）と、
第１給水（２１０）の循環始点である冷却塔（１１０）と、
第２給水（２３０）が内部循環することによって前記供給空気（２００）を冷却する冷却コイル（２２０）と、
第２供給蒸気（２４０）及び第１給水（２１０）を流体的に受け、冷却サイクルを遂行することにより第２給水（２３０）を冷却するよう構成された蒸気吸収器（ＶＡＭ）（１２０）とを備えるシステム（１）。
第１給水（２１０）の循環始点である冷却塔（１１０）と、低圧蒸気タービン（８０）が第１及び第２供給蒸気（１９０、２４０）を排出するように構成された、少なくとも高圧／低圧蒸気タービン（６０、７０、８０）とを含む、複合サイクル発電プラント又はランキンサイクル発電プラントに適用する方法において、
第２給水（２３０）を用いて供給空気（２００）を冷却するステップと、
前記供給空気（２００）を用いて空冷式復水器（９０）を作動させ、それによって少なくとも第１供給蒸気（１００）を凝縮するステップと、
第２供給蒸気（２４０）により冷媒を活性化し、後に第２給水（２３０）と熱交換することになる前記冷媒を、冷却塔（１１０）から循環してきた第１給水（２１０）により冷却及び凝縮するよう構成された冷却サイクルによって第２給水（２３０）を冷却するステップとを含む方法。