JP2010174888A

JP2010174888A - 窒素を導入するガスタービン

Info

Publication number: JP2010174888A
Application number: JP2010014927A
Authority: JP
Inventors: Andrew Mitchell Rodwell; アンドリュー・ミッチェル・ロッドウェル
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2010-08-12
Also published as: EP2211040A2; CN101892904A; US20100186367A1

Abstract

【課題】燃焼動作のために入口空気を圧縮する圧縮機を含む発電プラントを提供する。
【解決手段】発電プラント（１０）は、空気源から窒素を受け取って除去する分離装置（１１０）と、前記分離装置（１１０）に結合されていると共に、圧縮機（３０）より上流に該圧縮機（３０）と流体連通関係に配置された入口（６０）に結合されていて、前記分離装置（１１０）から窒素を受け取って、該窒素を前記入口（６０）へ供給するシステム（１２０）とを含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明の様々な面は、複合サイクル発電プラントを対象とし、より具体的には、比較的低い圧力の窒素がガスタービン入口に導入される複合サイクル発電プラントを対象とする。

酸素吹き統合ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）又は天然ガス改質複合サイクル（ＮＧＲＣＣ）発電プラントにおいて、窒素が空気分離装置（ＡＳＵ）から入手可能であり、窒素はＮＯｘの形成を抑制するために燃料希釈剤として使用することができる。この窒素は従来では燃焼器に直接に注入されるか又は燃料と混合されている。

ガスタービンＮＯｘ抑制のための空気分離装置からの窒素は、一般に、大気圧又は比較的低い圧力で利用可能であるに過ぎない。従って、窒素を別個に注入するか又は燃料に混合するかに拘わらず、プラントの効率を低減する大きな補助電力消費コストに加えて、窒素を圧縮するためにかなりの設備コストが必要とされる。その上、結果として大きな質量流量が燃焼器に注入されることにより、ガスタービン・サイクル及び構成部品の設計に、高圧力比、高タービン・マッハ数、及び高タービン流量による構成部品寿命への影響のような課題が導入される。

更に、燃焼器への窒素の注入又は窒素と燃料との混合には、窒素圧縮、混合及び流量制御操作を統合するのに比較的高レベルの操作及び制御の複雑さが要求される。結果として、しばしば、窒素の使用は軽視されて、窒素が放出されている。しかしながら、このような場合では、典型的には、蒸気によりＮＯｘ排出量を抑えることが更に必要になり、資本及び運転コストを増大させるような、パフォーマンスに不利な条件が生じる。

米国特許出願公開第２００７００８２３０６号

従って、低い圧力の窒素がガスタービン入口に導入される複合サイクル発電プラントを提供されることが望まれる。

本発明の一面によれば、燃焼動作のために入口空気を圧縮する圧縮機を含む発電プラントが提供され、該発電プラントは、空気源から窒素を受け取って除去する分離装置と、前記分離装置に結合されていると共に、前記圧縮機より上流に前記圧縮機と流体連通関係に配置された入口に結合されていて、前記分離装置から窒素を受け取って、該窒素を前記入口へ供給するシステムと、を含む。

本発明の別の面によれば、圧縮機の下流にある燃焼器で生じる燃焼動作のために入口空気を圧縮する該圧縮機を含んでいる発電プラントが提供され、該発電プラントは、空気源から窒素を受け取って除去する分離装置と、前記分離装置に結合されていると共に、前記圧縮機より上流に前記圧縮機と流体連通関係に配置された入口に結合されていて、前記分離装置から窒素を受け取って、該窒素の第１の部分を前記入口へ且つ該窒素の第２の部分を前記圧縮機へ供給するシステムと、を含む。

本発明の別の面によれば、発電プラントを動作させる方法が提供され、該方法は、空気源から窒素を除去する段階と、前記除去された窒素を、圧縮機より上流に該圧縮機と流体連通関係に配置された入口へ供給する段階であって、該圧縮機では入口空気が燃焼動作のために圧縮される、当該段階と、を含む。

これらの及び他の利点及び特徴は、図面を参照した以下の説明からより一層明らかになろう。

発明と見なされる主題は、「特許請求の範囲」に具体的に指摘され且つ明瞭に示されている。本発明の前述の及び他の特徴及び利点は、添付の図面を参照した以下の詳しい説明から明らかである。

図１は、本発明の実施形態に従った模範的な複合サイクル発電プラントの概略図である。

以下の詳しい説明では、例として図面を参照して、利点及び特徴と共に、本発明の様々な実施形態を説明する。

図１について説明すると、複合サイクル発電プラント、統合ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）発電プラント又は天然ガス改質複合サイクル（ＮＧＲＣＣ）発電プラントのような発電プラント１０が提供される。一般に、発電プラント１０はガスタービン２０を含む。ガスタービン２０は、燃焼動作のために入口空気を圧縮する圧縮機３０と、燃焼が生じる燃焼器４０と、燃焼生成物を発電のために利用するタービン５０とを含む。更に、フィルタ・ハウジング６０が圧縮機３０の上流に圧縮機３０用の入口として設けられ、フィルタ・ハウジング６０を介して入口空気が大気から圧縮機３０へ進む。また、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）７０がタービン５０の排気流に接近して位置決めされて、更に発電のために蒸気タービン８０によって使用される蒸気を発生する。煙突９０が、ＨＲＳＧ７０に結合されていて、残りの生成物を大気中に放出するように作用する。

図１に示されているように、空気分離装置（ＡＳＵ）１１０のような分離装置１１０が空気源から窒素（Ｎ２）を受け取って除去し、空気源はガスタービン２０を囲む大気から供給することができる。ここで、除去された窒素は一般に、完全に純粋ではないが、実質的に純粋である。更に、ＡＳＵ１１０は空気源から他の成分と共に窒素を受け取って除去する。

システム１２０の第１の部分１２１が分離装置１１０に結合され、またシステム１２０の第２の部分１２２がフィルタ・ハウジング６０、圧縮機３０、又は、場合によっては、燃焼器４０に結合される。このように、システム１２０は、空気源から除去された窒素と他の成分の任意のもの（それらの組合せを以後、一般的に「窒素」と呼ぶ）をフィルタ・ハウジング６０、圧縮機３０又は燃焼器４０へ供給するように構成される。

窒素がフィルタ・ハウジング６０へ供給される場合、供給点はフィルタ・ハウジング６０の上流側の入口の近くに配置することができる。これにより、供給された窒素及び入口空気がフィルタ・ハウジング６０の軸方向長さに沿って進むにつれて、供給された窒素は入口空気と混合する機会が与えられる。

一実施形態では、システム１２０は、フィルタ・ハウジング６０の上流側の入口の中に又はその近くに配置された分配マニホルド６１に結合することができる。このような分配マニホルド６１は、供給された窒素をフィルタ・ハウジング６０に入れるための装置又はシステムとして作用することが可能であり、また実用されている発電プラントのフィルタ・ハウジング内に既に設置してあるような氷結防止フィルタ、凝集フィルタ、静翼分離体又は幾つかの他の同様な装置を支持するように作用する部品中に具現化することが可能である。このように窒素が分配マニホルド６１によって分配される場合、窒素の供給は、追加の部品を殆ど又は全く必要とせず且つ実用されている発電プラントに対して有意な変更を行わずに達成することが可能である。

本発明の様々な実施形態によれば、空気源から除去された窒素は、実質的に大気圧に近い圧力で供給することができる。また、発電プラント１０は更に、システム１２０の配管に沿って又は分離装置１１０内に配置された減圧器１３０を含むことができ、減圧器１３０は窒素の供給の前に窒素の体積を膨張させる。また更に、発電プラント１０はシステム１２０の配管に沿って又は分離装置１１０内に配置される熱交換器１４０も含むことができ、熱交換器１４０は窒素の供給の前に窒素を冷却する。

本発明の別の面によれば、システム１２０は窒素の第１の部分をフィルタ・ハウジング６０へ供給し、また窒素の第２の部分を圧縮機３０へ供給する。更に、システム１２０は窒素の第３の部分を燃焼器４０へ供給することができる。窒素が圧縮機３０又は燃焼器４０へ供給される場合、窒素は純粋な形態で、又は場合によっては、空気又は他の適当なガスと混合された状態で供給することができる。このような混合は、現在の大気及び燃焼条件に従って制御することが可能である。別の実施形態では、窒素が燃焼器４０へ供給される場合、窒素は、例えば、システム１２０の配管に沿って配置された弁１５０によって燃料Ｆと混合した後、弁１５０の下流に配置された第２の圧縮機１５１によって圧縮することができる。これらの場合の各々に関して、フィルタ・ハウジング６０の入口、圧縮機３０及び燃焼器４０への窒素の第１、第２及び第３の部分の供給は、現在の条件及びパフォーマンス要件に従って個別に及び／又は共同して達成することができる。

本発明の更に別の面によれば、複合サイクル発電プラント１０を動作させる方法が提供される。本方法は、大気のような空気源から窒素を除去する段階、及び除去された窒素を、フィルタ・ハウジング６０又は圧縮機３０のような入口へ供給して、窒素が圧縮機３０に送り込まれるようにする段階を含み、圧縮機では入口空気が燃焼動作のために圧縮される。

本発明の実施形態によれば、窒素の供給は、フィルタ・ハウジング６０内の最も上流側の位置で窒素を供給することを含むことができる。更に、窒素の供給はまた、除去された窒素を、例えば、減圧器１３０によって膨張させること、及び／又は除去された窒素を、例えば、熱交換器１４０によって冷却することを含むことができる。

本発明の付加的な実施形態によれば、窒素の供給は、窒素の第１の部分をフィルタ・ハウジング６０の入口へ供給し且つ窒素の第２の部分を圧縮機３０へ供給することを含むことができる。場合によっては、該供給は更に、窒素の第３の部分を燃焼器４０へ供給することを含むことができる。このような場合、本方法は更に、弁１５０によって窒素を燃料と混合することを含むことができる。

本発明を限られた数の実施形態のみについて詳しく説明したが、本発明がこのような開示した実施形態に限定されないことが容易に理解されよう。むしろ、本発明は、これまで記載されていないが、本発明の精神及び範囲に相応している任意の数の変形、変更、置換又は等価な構成を取り入れる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を記述したが、本発明の様々な面はこれらの記述した実施形態の内の幾分かのみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は以上の説明によって制限されるものと見なすべきでなく、特許請求の範囲によって限定されるものである。

１０発電プラント
２０ガスタービン
３０圧縮機
４０燃焼器
５０タービン
６０フィルタ・ハウジング
６１分配マニホルド
７０ＨＲＳＧ
８０蒸気タービン
９０煙突
１１０ＡＳＵ
１２０システム
１２１第１の部分
１２２第２の部分
１３０減圧器
１４０熱交換器
１５０弁
１５１第２の圧縮機

Claims

燃焼動作のために入口空気を圧縮する圧縮機（３０）を含む発電プラント（１０）であって、
空気源から窒素を受け取って除去する分離装置（１１０）と、
前記分離装置（１１０）に結合されていると共に、前記圧縮機（３０）より上流に前記圧縮機（３０）と流体連通関係に配置された入口（６０）に結合されていて、前記分離装置（１１０）から窒素を受け取って、該窒素を前記入口（６０）へ供給するシステム（１２０）と、
を有する発電プラント（１０）。
前記窒素が実質的に大気圧に近い圧力で前記入口（６０）へ供給される、請求項１記載の発電プラント（１０）。
更に、前記入口（６０）へ供給する前に前記窒素の体積を膨張させる減圧器（１３０）を有している、請求項２記載の発電プラント（１０）。
更に、前記入口（６０）へ供給する前に前記窒素を冷却する熱交換器（１４０）を有している、請求項２記載の発電プラント（１０）。
前記システムは抽気加熱システムを有している、請求項１記載の発電プラント（１０）。
前記入口（６０）はフィルタ・ハウジングを有しており、該フィルタ・ハウジングは、その上流側の位置に配置された分配マニホルド（６１）を含んでいる、請求項１記載の発電プラント（１０）。
前記システム（１２０）は前記分配マニホルド（６１）に結合され、また記窒素は前記分配マニホルド（６１）を介して前記入口（６０）へ供給される、請求項６記載の発電プラント（１０）。
圧縮機の下流にある燃焼器で生じる燃焼動作のために入口空気を圧縮する該圧縮機（３０）を含んでいる発電プラント（１０）であって、
空気源から窒素を受け取って除去する分離装置（１１０）と、
前記分離装置（１１０）に結合されていると共に、前記圧縮機（３０）より上流に前記圧縮機（３０）と流体連通関係に配置された入口（６０）に結合されていて、前記分離装置（１１０）から窒素を受け取って、該窒素の第１の部分を前記入口（６０）へ且つ該窒素の第２の部分を前記圧縮機（３０）へ供給するシステム（１２０）と、
を有する発電プラント（１０）。
前記システム（１２０）は更に前記窒素の第３の部分を前記燃焼器（４０）へ供給する、請求項８記載の発電プラント（１０）。
空気源から窒素を除去する段階と、
前記除去された窒素を、複合サイクル発電プラント（１０）の圧縮機（３０）より上流に該圧縮機（３０）と流体連通関係に配置された入口（６０）へ供給する段階であって、該圧縮機では入口空気が燃焼動作のために圧縮される、当該段階と、
を有する、発電プラント（１０）を動作させる方法。