JP2010096495A

JP2010096495A - 複合サイクル発電プラント

Info

Publication number: JP2010096495A
Application number: JP2009235840A
Authority: JP
Inventors: Hua Zhang; ホア・ジャン; Jatila Ranasinghe; ジャティラ・ラナシンジェ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2010-04-30
Also published as: EP2275650A1; US20100095648A1; CN101725382A

Abstract

【課題】複合サイクル発電プラントを提供する。
【解決手段】本複合サイクル発電プラント（１０）は、ガスタービン（１２）と、蒸気タービン（１８）と、ガスタービン（１２）及び蒸気タービン（１８）を熱的に連結する排熱回収ボイラ（２４）とを含む。排熱回収ボイラ（２４）は、ガスタービン（１２）から高温排気ガス（３２）を受けるダクト（２８）を有する。排熱回収ボイラ（２４）にはまた、給水（３６）を受けて蒸気に過熱する加熱システム（３４）が組合される。ダクト（２８）内に配置された第１の端部（２９）を有するヒートパイプ（３０）は、該ダクト（２８）内から熱を取除くように作動する。加熱システム（３４）内に配置された該ヒートパイプ（３０）の第２の端部（３１）は、給水（３６）に熱を伝達するように作動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複合サイクル発電プラントに関し、より具体的には、出力及び効率を向上させるための熱回収システムに関する。

複合サイクル発電プラントは、ガスタービン及び蒸気タービンを組合せた状態で使用して発電する。発電プラントは、ガスタービンが排熱回収ボイラ（「ＨＲＳＧ」）などの熱回収システムにより蒸気タービンに熱的に連結されるように構成される。ＨＲＳＧは、蒸気発生プロセスにおける給水がガスタービン高温排気ガスによって加熱されるのを可能にする熱交換器である。ＨＲＳＧは本質的に、その中に水入り管束が配置された大型ダクトである。ダクトを通してかつ管束上を排気ガスが流れるので、給水は、管束を通って循環して蒸気に加熱される。複合サイクル構成の主な有効性は、そうでなければ「廃熱」であるガスタービン排気ガス熱を利用することである。ＨＲＳＧの有効性は、高温タービン排気ガス（高温側）と管束内の給水及び蒸気（低温側）との間の熱伝達の効率に直接関連する。流れフィンを利用して高温タービン排気ガスから管束内の給水への熱伝達の速度を支援することが知られているが、総熱伝達は、管内の低温側表面積及びその表面積の状態によって制限される。

米国特許第６１３２８２３号明細書米国特許出願公開第２００７／００１７２０７号明細書米国特許出願公開第２００４／００４５２９４号明細書

従って、ＨＲＳＧにおける熱伝達の向上によって効率を増大させた複合サイクル発電プラントを提供することが望ましい。

本発明の１つの実施形態では、複合サイクル発電プラントは、高温排気流から熱を受ける熱回収システムを含む。熱回収システムは、その中に配置されたヒートパイプを含む。ヒートパイプは、熱回収システム内から該熱回収システムと組合された加熱システムに熱を伝達し、この加熱システム内において、給水がヒートパイプの外面の周りを循環して蒸気に加熱される。

好ましくかつ例示的な実施形態により、添付図面に関連させてなした以下の詳細な記載において、本発明をその更なる目的及び利点と共に一層具体的に説明する。

本発明を具現化した複合サイクル発電プラントの概略図。図１の複合サイクル発電プラントの加熱システムの概略図。

次に、図全体にわたって同じ参照符号が同様な要素を表している図面を参照すると、図１及び図２は、複合サイクル発電プラント１０を示している。発電プラント１０は、燃焼システム１４及びタービン１６を備えるガスタービンシステム１２を含む。発電プラント１０はさらに、蒸気タービンシステム１８を含む。蒸気タービンシステム１８は、電力を生成する発電機２０を駆動する。ガスタービンシステム１２、蒸気タービンシステム１８及び発電機２０は、単一シャフト２２上に配置することができる。複数シャフトのようなその他の構成を使用することもできる。

ガスタービンシステム１２及び蒸気タービンシステム１８は、排熱回収ボイラ（「ＨＲＳＧ」）２４と組合されている。ＨＲＳＧ２４は、壁面２６によって形成された排気流ダクト２８を有する熱交換器である。加熱システム３４がＨＲＳＧと組合されており、加熱システム３４は、下記に一層詳細に説明するように、それを通して給水３６を流して蒸気に加熱する機構である。一連のヒートパイプ３０は、その一部がＨＲＳＧ排気流ダクト２８内に配置された第１の端部２９と、再熱システム３４内に延びる第２の端部３１とを有する。タービン１６からの高温排気ガス３２がＨＲＳＧを通って流れると、ヒートパイプ３０は、高温排気ガス３２から加熱システム３４に熱を伝達して、加熱システム３４を通って流れる給水３６に高温排気ガスからの熱を伝達する。給水３６は、蒸気タービンシステム１８から給水を凝縮している復水器４２から、給水ポンプ４６の支援の下で導管４４を介してＨＲＳＧ２４に流れる。給水は、加熱システム３４を通って流れ、加熱システム３４において、給水は、高温排気ガス３２からの熱を使用して蒸気に加熱され、かつその後に戻り導管４８を介して蒸気タービンシステム１８に送給される。

ヒートパイプ３０は、対流又は伝導式固体状態構造のものとすることができる。伝導式固体状態ヒートパイプは、その空洞内に配置された固体又は半固体超伝導熱伝達媒体を内蔵した管又は導管のような真空密閉キャリヤを含む。媒体は、高効率熱伝導を生じる多層として導管壁面に施工される。対流式ヒートパイプは、その中にウィック構造及び作動流体を配置した真空密閉管又は導管を含む。対流式ヒートパイプは、管内での作動流体の質量移動と液体状態から気体状態へのキャリヤの相変化とにより熱を移動させることによって作動する。

図２に概略的に示す本発明の例示的な実施形態では、ヒートパイプ３０は、ＨＲＳＧ２４の壁面２６を貫通して排気流ダクト２８から外部に延び、外部において、加熱システム３４と連通して給水３６に熱を伝達する。加熱システム３４は、ヒートパイプ３０から、従ってＨＲＳＧ２４から所望の量の熱を抽出するように構成される。公知のシステムとは異なり、給水への熱伝達は、排気流ダクト２８内の高温排気ガス流３２の外部で行われ、またその中では低温側表面積が従来型の給水パイプ内の表面積で制限される湿式熱伝達システムの熱伝達限界に影響されない。本発明では、低温側表面積５０は、ヒートパイプ３０の第２の端部３１の外面によって形成される。従って、給水３６への熱伝達に使用可能な表面積５０は、制限されることはなく、熱伝達を増大させるような寸法とすることができる。

図２に示すヒートパイプ３０は、その形状がほぼ円筒形であるが、本発明は、平坦プレートを含む様々な形状及び寸法の導管も意図している。ヒートパイプ３０の構成は、ＨＲＳＧ２４の排気流ダクト２８内における排気流背圧を許容可能な状態に低下させ又は維持しながら、管に及び該管から熱を効率的に伝達するように選択されることを意図している。

本明細書は最良の形態を含む幾つかの実施例を使用して、本発明を開示し、さらにあらゆる装置又はシステムを製作しかつ使用しまたあらゆる組込み方法を実行することを含む本発明の当業者による実施を可能にする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって定まり、また当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有するか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することを意図している。

１０複合サイクル発電プラント
１２ガスタービンシステム
１４燃焼システム
１６タービン
１８蒸気タービンシステム
２０発電機
２２単一シャフト
２４排熱回収ボイラ（「ＨＲＳＧ」）
２６壁面
２８排気流ダクト
２９ヒートパイプ第１の端部
３０ヒートパイプ
３１ヒートパイプ第２の端部
３２高温排気ガス
３４加熱システム
３６給水
３８蒸発器
４０過熱器
４２復水器
４４導管
４６給水ポンプ
４８戻り導管
５０低温側表面積

Claims

ガスタービン（１２）及び蒸気タービン（１８）を備える複合サイクル発電プラント（１０）であって、
前記ガスタービン（１２）及び蒸気タービン（１８）を熱的に連結するようになっておりかつ該ガスタービン（１２）から高温排気ガス（３２）を受けるダクト（２８）を有する熱回収システム（２４）と、
前記熱回収システム（２４）と組合されかつ給水（３６）を受ける加熱システム（３４）と、
前記高温排気ガス（３２）と接触状態で前記ダクト（２８）内に配置されかつ該高温排気ガス（３２）から熱を取除くように作動可能な第１の端部（２９）と前記加熱システム（３４）内に配置されかつ前記給水（３６）に前記熱を伝達するように作動可能な第２の端部（３１）とを有する１以上のヒートパイプ（３０）と
を含む複合サイクル発電プラント（１０）。
前記１以上のヒートパイプ（３０）から前記給水（３６）への熱伝達が、前記高温排気ガス（３２）の外部で行われる、請求項１記載の複合サイクル発電プラント（１０）。
前記１以上のヒートパイプ（３０）の第２の端部（３１）が、低温側熱伝達面（５０）を形成する、請求項１記載の複合サイクル発電プラント（１０）。
前記１以上のヒートパイプ（３０）が、
導管（４４）と、
前記導管（４４）内部で該導管（４４）の壁面上に配置されかつ該ヒートパイプ（３０）の前記第１の端部（２９）から前記第２の端部（３１）に熱を伝達するように作動可能な個体又は半個体熱伝達媒体の１以上と
をさらに含む、請求項１記載の複合サイクル発電プラント（１０）。
前記１以上のヒートパイプ（３０）が、
導管（４４）と、
前記導管（４４）内に配置された作動流体と
をさらに含んでおり、前記作動流体が、該ヒートパイプ（３０）の前記第１の端部（２９）から前記第２の端部（３１）に熱を伝達するように作動可能である、請求項１記載の複合サイクル発電プラント（１０）。
高温排気ガス（３２）流から熱を回収する複合サイクル発電プラント熱回収システム（２４）であって、
高温排気ガス（３２）を受けるダクト（２８）と、
給水（３６）を受ける加熱システム（３４）と、
前記ダクト（２８）内に配置された第１の端部（２９）と前記加熱システム（３４）内に配置されかつ前記高温排気ガス（３２）から前記給水（３６）に熱を伝達するように作動可能な第２の端部（３１）とを有するヒートパイプ（３０）と
を含む複合サイクル発電プラント熱回収システム（２４）。
前記ヒートパイプ（３０）が、
導管（４４）と、
前記導管（４４）内部で該導管（４４）の壁面上に配置されかつ該ヒートパイプ（３０）の前記第１の端部（２９）から前記第２の端部（３１）に熱を伝達するように作動可能な個体又は半個体熱伝達媒体と
をさらに含む、請求項６記載の複合サイクル発電プラント熱回収システム（２４）。
前記ヒートパイプ（３０）が、
導管（４４）と、
前記導管（４４）内に配置された作動流体と
をさらに含んでおり、前記作動流体が、該ヒートパイプ（３０）の前記第１の端部（２９）から前記第２の端部（３１）に熱を伝達するように作動可能である、請求項６記載の複合サイクル発電プラント熱回収システム（２４）。
前記ヒートパイプ（３０）から前記給水（３６）への低温側熱伝達部が、前記高温排気ガスダクト（２８）の外部に設置される、請求項６記載の複合サイクル発電プラント熱回収システム（２４）。
前記ヒートパイプ（３０）の第２の端部（３１）が、低温側熱伝達面（５０）を形成する、請求項６記載の複合サイクル発電プラント熱回収システム（２４）。