JP2011241825A

JP2011241825A - パワープラントで燃料を予熱するためのシステムおよび方法

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Publication number: JP2011241825A
Application number: JP2011106761A
Authority: JP
Inventors: Diego Fernando Rancruel; ディエゴ・フェルナンド・ランクルエル; Michael Joseph Alexander; マイケル・ジョセフ・アレキサンダー; John Anthony Conchieri; ジョン・アンソニー・コンチエリ; Joel Donnell Holt; ジョエル・ドネル・ホルト
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2011-05-12
Publication date: 2011-12-01
Anticipated expiration: 2031-05-12
Also published as: EP2388456B1; CN102322354B; US8141367B2; JP5856757B2; EP2388456A3; US20110283706A1; EP2388456A2; CN102322354A

Abstract

【課題】発電システム（５）とともに使用するための燃料供給システム（３２）を提供する。
【解決手段】燃料供給システムは、燃料源と流れ連通して結合され、燃料源から供給される燃料を加熱するための燃料加熱器（３６）と、燃料加熱器へ運ばれる水の第１の流れ（４２）を加熱するために燃料加熱器と流れ連通して結合される第１の加熱アセンブリ（３４）と、加熱された水の第２の流れ（４４）を燃料加熱器へ運ぶために燃料加熱器と流れ連通して結合される熱回収蒸気発生器（１６）アセンブリと、第１の加熱アセンブリおよび熱回収蒸気発生器アセンブリからの加熱された水の流れを燃料加熱器へ選択的に運べるようにするように、第１の加熱アセンブリ、熱回収蒸気発生器アセンブリ、および燃料加熱器の間に結合される弁アセンブリ（３８）とを含む。
【選択図】図１

Description

本明細書で述べる主題は一般に、発電システムに関し、より詳しくはパワープラントで燃料を予熱するのに使用するためのシステムおよび方法に関する。

少なくともいくつかの周知の発電システムは、ガスタービンエンジンの排気内の各連続する段から漸次低位になる蒸気を発生させる多段式熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）を含む。ＨＲＳＧは、ガスタービンエンジンからの排ガスから運ばれる比較的高位の熱を使用する。周知のＨＲＳＧは、ＨＲＳＧの高圧段または高圧区域で比較的高い圧力の蒸気を発生させることができる。熱が高圧段でガスから除去された後、ガスは中圧段に運ばれるが、そこでは、より冷えたガスから比較的より低い圧力または中間圧力の蒸気を発生させることができるだけである。

周知のパワープラントの運転効率を増大させるために、ガスタービンエンジンに供給される燃料は、一般に予熱される。少なくともいくつかの周知の発電システムでは、燃料を予熱するために、水が、ＨＳＲＧの区域から多段式燃料加熱器へ運ばれる。

米国特許第６４９９３０２号公報

しかしながら、一般に周知の発電システムでは、ガスタービンエンジンをある時間にわたって始動運転で運転しなければならず、そうして初めて排ガスが十分な熱さになり、燃料の予熱に使用するのに十分な温度の加熱された水をＨＲＳＧが生成できるようになる。始動運転中は、燃料は、より低い温度を含んでおり、その結果燃料消費の増大を必要とする、あまり効率的でない運転負荷でガスタービンが動作することになる。

一実施形態では、発電システムとともに使用するための燃料供給システムを組み立てるための方法が、提供される。その方法は、燃料を加熱するために燃料加熱器を燃料源に結合することを含む。第１の加熱アセンブリは、燃料加熱器に運ばれる水の第１の流れを加熱するために燃料加熱器に結合される。熱回収蒸気発生器アセンブリは、加熱された水の第２の流れを燃料加熱器へ運ぶために燃料加熱器に結合される。弁アセンブリは、第１の加熱アセンブリおよび熱回収蒸気発生器アセンブリからの加熱された水の流れを燃料加熱器へ選択的に運べるようにするように、第１の加熱アセンブリ、熱回収蒸気発生器アセンブリ、および燃料加熱器の間に結合される。

別の実施形態では、発電システムとともに使用するための燃料供給システムが、提供される。燃料供給システムは、燃料源と流れ連通して結合される燃料加熱器を含む。燃料加熱器は、燃料源から供給される燃料を加熱するためのものである。第１の加熱アセンブリは、燃料加熱器へ運ばれる水の第１の流れを加熱するために燃料加熱器と流れ連通して結合される。熱回収蒸気発生器アセンブリは、加熱された水の第２の流れを燃料加熱器へ運ぶために燃料加熱器と流れ連通して結合される。弁アセンブリは、第１の加熱アセンブリおよび熱回収蒸気発生器アセンブリからの加熱された水の流れを燃料加熱器へ選択的に運べるようにするように、第１の加熱アセンブリ、熱回収蒸気発生器アセンブリ、および燃料加熱器の間に結合される。

なお別の実施形態では、発電システムが、提供される。発電システムは、ガスタービン発電機アセンブリ、ガスタービン発電機アセンブリから運ばれる排ガスの少なくとも一部分を受け取るためにガスタービン発電機アセンブリに熱的に結合される蒸気発生器アセンブリ、および加熱された燃料の流れをガスタービンエンジンアセンブリへ運ぶためにガスタービン発電機アセンブリに結合される燃料供給システムを含む。燃料供給システムは、燃料源と流れ連通して結合される燃料加熱器を含む。燃料加熱器は、燃料源から供給される燃料を加熱するためのものである。第１の加熱アセンブリは、燃料加熱器へ運ばれる水の第１の流れを加熱するために燃料加熱器と流れ連通して結合される。熱回収蒸気発生器アセンブリは、加熱された水の第２の流れを燃料加熱器へ運ぶために燃料加熱器と流れ連通して結合される。弁アセンブリは、第１の加熱アセンブリおよび熱回収蒸気発生器アセンブリからの加熱された水の流れを燃料加熱器へ選択的に運べるようにするように、第１の加熱アセンブリ、熱回収蒸気発生器アセンブリ、および燃料加熱器の間に結合される。

例示的な発電システムの概略説明図である。図１で示される発電システムとともに使用することができる例示的な燃料供給システムの概略説明図である。図１で示される発電システムとともに使用することができる代替燃料供給システムの概略説明図である。

本明細書で述べる例示的な方法およびシステムは、例えば燃料ガス流の加熱を容易に改善する燃料ガス加熱アセンブリを提供することによって、周知の発電システムの不都合を克服する。さらに、本明細書で述べる実施形態は、ＨＲＳＧが所定の温度を得る前に、燃料ガス加熱器が燃料を予熱できるようにするために、加熱された水の流れを補助ボイラシステムから燃料ガス加熱器へ運ぶ。加えて、本明細書で述べる実施形態は、ガスタービンエンジンの始動運転に必要とされる時間を容易に低減し、ガスタービンエンジンの迅速な始動運転を容易にするために、ガスタービンエンジンの始動運転中に、加熱された水の流れを燃料ガス加熱器へ運ぶ。

図１は、例示的な発電システム５の概略説明図である。例示的な実施形態では、発電システム５は、上部サイクルまたはガスタービンエンジンアセンブリ７および下部サイクルまたは蒸気タービンアセンブリ８を含む。ガスタービンエンジンアセンブリ７は、圧縮機１０、燃焼器１２、および燃焼器１２から放出されるガスによって動力を供給されるタービン１３を含む。タービン１３は、発電機１４を駆動する。蒸気タービンアセンブリ８は、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）１６および発電機１９に結合される蒸気タービン１８を含む。ガスタービン１３からの排ガスは、排ガスから廃熱を回収するのに使用するために導管１５を通じてＨＲＳＧ１６へ運ばれる。

例示的な実施形態では、ＨＲＳＧ１６は、高圧（ＨＰ）区域２４、中圧（ＩＰ）区域２６、および低圧（ＬＰ）区域３０を含む。さらに、例示的な実施形態では、ＨＲＳＧ１６は、排ガスからの漸次低位になる熱を、漸次の各区域２４、２６、および３０を通って循環する水に伝達する。ＨＰ、ＩＰ、およびＬＰ区域２４、２６、および３０の各々は、エコノマイザ、蒸発器、過熱器および／もしくは給水加熱器、またはそれぞれの区域に関連付けられた他の予熱器、例えばそれだけには限らないが高圧区域予熱器などを含んでもよく、それらのいずれかまたはすべては、区域（ＨＰ、ＩＰ、ＬＰ）２４、２６、および／または３０の１つまたは複数に位置決めされる多重熱交換器に分割されてもよい。

水は、蒸気を発生させるために導管２１を通じてＨＲＳＧ１６へ運ばれる。ＨＲＳＧ１６へ運ばれる排ガスから回収された熱は、配管１７を通じて蒸気タービン１８に供給される蒸気を生成するのに使用するためにＨＲＳＧ１６で水／蒸気に伝達される。配管１７は、異なる圧力レベルで生成された蒸気を蒸気タービン１８に供給するのに使用するための多重蒸気配管を含んでもよい。ＨＲＳＧ１６からの冷却されたガスは、出口ダクト３１を介しておよび煙突（図示されず）を介して大気中に放出される。

例示的な実施形態では、発電システム５はまた、タービンエンジンアセンブリ７へ運ばれる燃料４０の流れを加熱するのに使用するための燃料供給システム３２も含む。さらに、例示的な実施形態では、燃料供給システム３２は、第１の加熱アセンブリ３４および燃料パフォーマンスヒータ３６に結合される。さらに、弁アセンブリ３８は、ＨＲＳＧ１６、第１の加熱アセンブリ３４、およびパフォーマンスヒータ３６の間に結合される。ＨＲＳＧ１６および第１の加熱アセンブリ３４は、パフォーマンスヒータ３６に各々結合され、加熱された水の流れをパフォーマンスヒータ３６へ各々運ぶ。弁アセンブリ３８は、加熱された水の流れをパフォーマンスヒータ３６へ選択的に運べるようにするように、ＨＲＳＧ１６および第１の加熱アセンブリ３４と流れ連通して結合される。より明確には、加熱された水の第１の流れ４２は、第１の加熱アセンブリ３４から弁アセンブリ３８を通じて燃料パフォーマンスヒータ３６へ運ばれかつ／またはＨＲＳＧ１６からの加熱された水の第２の流れ４４は、弁アセンブリ３８を通じて燃料パフォーマンスヒータ３６へ選択的に運ばれてもよい。パフォーマンスヒータ３６に入った後で、燃料４０は、流入導管４６を通じて運ばれ、そのパフォーマンスヒータで燃料４０は、第１の加熱された水流４２および／または第２の加熱された水流４４から伝達される熱を受け取る。加熱された燃料４０は次いで、流出導管４８を通じて燃焼器１２へ運ばれ、加熱水の冷却された流れ５０は、復水器２０へ再循環される。

運転中は、発電システム５は、ガスタービンエンジンアセンブリ７、蒸気タービンアセンブリ８、および／または燃料供給システム３２のさまざまな状態を検出するいくつかのセンサ５２によって監視される。センサ５２は、ガスセンサ、温度センサ、流量センサ、速度センサ、火炎検出器センサ、弁位置センサ、および／または発電システム５の運転に関するさまざまなパラメータを感知する任意の他のセンサを含んでもよい。本明細書で使用するように、術語「パラメータ」は、その値が、規定の場所での温度、圧力、およびガス流量などの、発電システム５の運転条件を規定するために使用できる物理的特性のことである。

例示的な実施形態では、制御システム５４は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアで実装されてもよい通信リンク５６を介してセンサ５２と通信する。一実施形態では、通信リンク５６は、本明細書での教示に導かれて当業者に周知の任意の有線または無線通信プロトコルに従ってデータ信号を制御システム５４と遠隔でやり取りする。そのようなデータ信号は、制御システム５４に送られるセンサ５２の動作状態を示す信号および／または制御システム５４がセンサ５２に伝えるさまざまなコマンド信号を含んでもよいが、それらを含むものに限定されない。

制御システム５４は、ディスプレイ５８および少なくとも１つのプロセッサ６０を含むコンピュータシステムであってもよい。制御システム５４は、センサ入力およびオペレータからの命令を使用して発電システム５の運転を制御するためにプログラムを実行する。ユーザ入力機能性は、ユーザ入力選択デバイスの役割を果たすディスプレイ５８で提供される。例示的な実施形態では、ディスプレイ５８は、機能性を選択的に行うためにユーザがディスプレイ５８を押して接触することに応答する。ディスプレイ５８はまた、従来のよく知られた方法で動作するキーパッドを含んでもよい。このように、ユーザは、ディスプレイ５８の表面に接触することによって制御システム５４で利用可能な所望の機能を動作させることができる。制御システム５４が発生するコマンドは、センサ５２に発電システム５の運転を監視させ、発電システム５への他の制御設定を稼働させる。

本明細書で述べる実施形態では、メモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのコンピュータ可読媒体およびフラッシュメモリなどのコンピュータ可読不揮発性媒体を制限なく含んでもよい。別法として、フレキシブルディスク、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、および／またはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）がまた、使用されてもよい。また、本明細書で述べる実施形態では、入力チャネルは、センサおよび／またはオペレータインターフェースと関連するコンピュータ周辺機器を制限なく含む。さらに、例示的な実施形態では、出力チャネルは、制御デバイス、オペレータインターフェース監視装置および／またはディスプレイを制限なく含んでもよい。

本明細書で述べるプロセッサは、センサ、アクチュエータ、圧縮機、制御システム、および／または監視デバイスを制限なく含んでもよい複数の電気および電子デバイスから送られる情報を処理する。そのようなプロセッサは、例えば制御システム、センサ、監視デバイス、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、プログラム可能なロジックコントローラ（ＰＬＣ）キャビネット、および／または分散制御システム（ＤＣＳ）キャビネットに物理的に設置されてもよい。ＲＡＭおよび記憶デバイスは、情報およびプロセッサ（複数可）が実行すべき命令を保存し、伝達する。ＲＡＭおよび記憶デバイスはまた、一時的な変数、静的（すなわち、変化しない）情報および命令、またはプロセッサ（複数可）による命令の実行中のプロセッサへの他の中間情報を保存し、提供するためにも使用できる。実行される命令は、発電システム５制御コマンドを制限なく含んでもよい。連続する命令の実行は、ハードウェア回路構成およびソフトウェア命令のどんな特定の組合せにも限定されない。

図２は、発電システム５（図１で示される）とともに使用することができる例示的な燃料供給システム３２の概略説明図である。図１で示される構成要素は、図２でも同じ参照番号でラベル付けされる。例示的な実施形態では、燃料供給システム３２は、第１の加熱アセンブリ３４およびＨＲＳＧ１６と流れ連通して結合される燃料パフォーマンスヒータ３６を含む。少なくとも１つの弁アセンブリ３８は、加熱された水の流れを第１の加熱アセンブリ３４およびＨＲＳＧ１６から燃料パフォーマンスヒータ３６へ選択的に運べるようにするように、燃料パフォーマンスヒータ３６、第１の加熱アセンブリ３４、およびＨＲＳＧ１６と流れ連通して結合される。弁アセンブリ３８は、第１の加熱された水流４２を第１の導管１１０を通じて燃料パフォーマンスヒータ３６へ運べるようにする。例示的な実施形態では、第１の加熱アセンブリ３４は、第１の加熱された水流４２を第２の導管１１４を通じて燃料パフォーマンスヒータ３６へ放出する補助ボイラアセンブリ１１２を含む。ＨＲＳＧ１６は、第２の加熱された水流４４を第３の導管１１８を通じて燃料パフォーマンスヒータ３６へ運ぶＩＰエコノマイザ１１６を含む。例示的な実施形態では、弁アセンブリ３８は、加熱された水の流れを第２の導管１１４および第３の導管１１８から第１の導管１１０へ選択的に運べるようにするように、第２の導管１１４および第３の導管１１８の各々と流れ連通して結合される。一実施形態では、弁アセンブリ３８は、三方弁である。別法として、弁アセンブリ３８は、燃料供給システム３２が本明細書で述べるように機能できるようにする任意の適切な弁であってもよい。

例示的な実施形態では、弁アセンブリ３８は、第１の弁位置（図２で示される）と第２の弁位置（図示されず）との間で移動可能である。第１の弁位置では、第１の加熱された水流４２の流れは、第１の加熱アセンブリ３４から燃料パフォーマンスヒータ３６へ運ばれ、第２の加熱された水流４４は、ＨＲＳＧ１６から燃料パフォーマンスヒータ３６へ運ばれるのを防止される。第２の弁位置では、第２の加熱された水流４４の流れは、ＨＲＳＧ１６から燃料パフォーマンスヒータ３６へ運ばれ、第１の加熱された水流４２は、第１の加熱アセンブリ３４から燃料パフォーマンスヒータ３６へ運ばれるのを防止される。燃料供給システム３２の運転中は、弁アセンブリ３８は、ＨＲＳＧ１６からの第２の加熱された水流４４の温度が所定の温度より低いときは、第１の弁位置にある。第２の加熱された水流４４の温度が、所定の温度に近似的に等しい、または所定の温度より高いときは、弁アセンブリ３８は、第２の弁位置に移動する。

例示的な実施形態では、補助ボイラアセンブリ１１２は、補助ボイラドラム１２４、第１の熱交換器または蒸発器１２６、第２の熱交換器またはエコノマイザ１２８、ボイラ給水ポンプ１３０、および加熱された水用ポンプ１３２を含む。復水器２０は、水の流れ１３４をボイラ給水ポンプ１３０へ運ぶ。ボイラ給水ポンプ１３０は、流れ１３４の圧力を増大させ、加圧された流れ１３４をエコノマイザ１２８へ運ぶ。ボイラ給水ポンプ１３０はまた、ポンプへ向かう十分な流れ１３４をエコノマイザ１２８および補助ボイラドラム１２４を通じて補助ボイラドラム１２４の流出口１３６にも提供する。エコノマイザ１２８は、流れ１３４の温度を第１の温度に増大させ、流れ１３４を補助ボイラドラム１２４の第１の流入口１３８へ運ぶ。補助ボイラドラム１２４は、流れ１３４を飽和水流１４０および飽和蒸気流１４２に分離する。飽和蒸気流１４２は、流出口１３６を通じて補助ボイラドラム１２４から運ばれる。蒸発器１２６は、補助ボイラドラム１２４に結合され、飽和水流１４０の少なくとも第１の部分を補助ボイラドラム１２４から受け取る。飽和水流１４０は、蒸発器１２６から第２の流入口１４４を通じて補助ボイラドラム１２４へ運ばれる。

導管１４６は、補助ボイラドラム１２４に結合され、飽和水流１４０の少なくとも第２の部分を補助ボイラドラム１２４から加熱された水用ポンプ１３２へ第１の加熱された水流４２として運ぶ。加熱された水用ポンプ１３２は、飽和水流１４０が導管１１４を通じて燃料パフォーマンスヒータ３６へ放出されるより前に、飽和水流１４０の圧力を増大させる。

一実施形態では、補助ボイラドラム１２４は、水管ボイラタンク１５０を含む。別法として、補助ボイラドラム１２４は、煙管ボイラタンク１５２を含む。なお別の代替実施形態では、エコノマイザ１２８は、流れ１３４を第１の加熱された水流４２としてエコノマイザ導管１５４を通じて運ぶために、加熱された水用ポンプ１３２に結合される。

例示的な実施形態では、少なくとも１つの温度センサ１５６は、ＨＲＳＧ１６から燃料パフォーマンスヒータ３６へ運ばれる水流４４の温度を感知するためにＨＲＳＧ１６に結合される。温度を感知すると、温度センサ１５６は、第２の加熱された水流４４の温度を示す信号を制御システム５４に送る。例示的な実施形態では、１つまたは複数の温度センサ１５６は、ＨＲＳＧ１６から弁アセンブリ３８へ運ばれる水流４４の温度を感知するために導管１１８および／またはＩＰエコノマイザ１１６に結合される。

制御システム５４は、コントローラ２０２、メモリ２０４、および通信モジュール２０６を含む。さらに、通信モジュール２０６は、コントローラ２０２が燃料供給システム３２内の任意の適切な場所に取り付けられた任意のセンサ１５６と通信できるようにするセンサインターフェース２０８を含む。一実施形態では、センサインターフェース２０８は、センサが発生するアナログ電圧信号をコントローラ２０２が使用可能なマルチビットデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器を含む。代替実施形態では、通信モジュール２０６は、燃料供給システム３２上にもしくは内に設置されかつ／または燃料供給システム３２から離れて設置される任意のデバイスに信号を送りかつ／またはそれから信号を受け取るのを容易にする任意の適切な有線および／または無線通信デバイスを含んでもよい。例示的な実施形態では、メモリ２０４は、フラッシュメモリ、電気的消去可能なプログラム可能なメモリ、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、取り外し可能な媒体、ならびに／または他の揮発性および不揮発性記憶デバイスを含むが限定されない任意の適切な記憶デバイスを含んでもよい。一実施形態では、実行可能な命令（すなわち、ソフトウェア命令）は、以下で述べるように、弁アセンブリ３８を制御するのにコントローラ２０２が使用するためにメモリ２０４に保存される。

コントローラ２０２は、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ロジック回路、および／または本明細書で述べる機能を実行できる任意の他の回路もしくはプロセッサを含む、コンピュータシステムなどの任意の適切なプロセッサに基づくまたはマイクロプロセッサに基づくシステムを含む実時間コントローラである。一実施形態では、コントローラ２０２は、例えば２ＭｂｉｔのＲＯＭおよび６４ＫｂｉｔのＲＡＭを備える３２ｂｉｔマイクロコンピュータなどの、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）および／またはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含むマイクロプロセッサであってもよい。本明細書で使用するように、術語「実時間」は、結果に影響を及ぼす入力の変化が発生してから実質的に短い期間の後にその結果が起こることであり、その期間は、結果の重要性および／または入力を処理して結果を生じさせるシステムの能力に基づいて選択されてもよい設計パラメータである。プロセッサは、集積回路（ＩＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、マイクロコンピュータ、プログラム可能なロジックコントローラ（ＰＬＣ）、および／または任意の他のプログラム可能な回路などの処理ユニットを制限なく含んでもよい。プロセッサは、多重処理ユニット（例えば、マルチコア構成での）を含んでもよい。コントローラ２０２は、対応するプロセッサをプログラムすることによって本明細書で述べる動作を行うように構成可能である。例えば、プロセッサは、動作を１つまたは複数の実行可能な命令としてエンコードし、プロセッサに結合されたメモリ領域（図１および２でもまた示される）で実行可能な命令を具体化することによって実行可能な命令をプロセッサに提供することによってプログラムされてもよい。メモリ領域は、１つもしくは複数のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）デバイス、１つもしくは複数の記憶デバイス、および／または１つもしくは複数のコンピュータ可読媒体を制限なく含んでもよい。

温度センサ１５６は、温度センサ１５６が信号をコントローラ２０２に送りかつ／または信号をコントローラ２０２から受け取ることを容易にできるようにするために、任意の適切な有線および／または無線通信媒体を越えてコントローラ２０２に通信可能に結合される。さらに、温度センサ１５６は、第２の加熱された水流４４の温度を連続して感知し、温度センサ１５６は、感知温度を示す信号をコントローラ２０２に実時間で連続して送る。一実施形態では、コントローラ２０２は、温度センサ１５６が送る信号を連続して受け取り、監視するようにプログラムされてもよい。代替実施形態では、コントローラ２０２は、温度センサ１５６が送る信号を連続して受け取りかつ／または監視することをしなくてもよく、それどころかコントローラ２０２は、所定の時間間隔で温度センサ１５６から信号を繰り返し要請するようにプログラムされてもよい。ある種の実施形態では、コントローラ２０２および／または温度センサ１５６は、任意の適切な時間間隔で信号を送りかつ／または信号を受け取ってもよい。

例示的な実施形態では、制御システム５４は、燃料供給システム３２と通信する。例えば、制御システム５４は、信号、電流、および／またはコマンドを構成要素間で伝えることができるようにするために、燃料供給システム３２の２つ以上の構成要素に導体、ワイヤ、および／またはデータリンクなどのリンクを使って結合されてもよい。リンクは、１つの構成要素が伝えられる信号、電流、および／またはコマンドを使用して燃料供給システム３２の別の構成要素の動作を制御できるようにする。一実施形態では、制御システム５４は、弁アセンブリ３８と直接通信して結合されてもよくかつ／または通信ハブおよび／もしくは任意の他の適切な通信デバイス（複数可）を介して弁アセンブリ３８と通信して結合されてもよい。

燃料供給システム３２の運転中は、制御システム５４は、第２の加熱された水流４４で温度センサ（複数可）１５６によって測定された温度を示す信号を温度センサ（複数可）１５６から受け取る。さらに、例示的な実施形態では、コントローラ２０２は、温度センサ（複数可）１５６から得られた測定温度（複数可）に基づき、かつ所定の温度との比較に基づいて弁アセンブリ３８の動作を決定する。例示的な実施形態では、制御システム５４は、ＨＲＳＧ１６からの第２の加熱された水流４４の測定温度が所定の温度より低いときは、弁アセンブリ３８を第１の位置（図２で示される）に位置決めする。第１の位置では、第１の加熱された水流４２は、第１の加熱アセンブリ３４から燃料パフォーマンスヒータ３６へ運ばれ、第２の加熱された水流４４は、ＨＲＳＧ１６から燃料パフォーマンスヒータ３６へ運ばれるのを防止される。所定の温度に近似的に等しい、または所定の温度より高い第２の加熱された水流４４の温度を感知した後は、制御システム５４は、弁アセンブリ３８を第２の位置（図示されず）に位置決めする。第２の位置では、第２の加熱された水流４４は、ＨＲＳＧ１６から燃料パフォーマンスヒータ３６へ運ばれ、第１の加熱された水流４２は、第１の加熱アセンブリ３４から燃料パフォーマンスヒータ３６へ運ばれるのを防止される。

例示的な実施形態では、燃料パフォーマンスヒータ３６は、加熱された水の流れ１６０を燃料パフォーマンスヒータ３６から復水器２０へ運べるようにするように、燃料パフォーマンスヒータ３６に結合される温度制御弁１５８を含む。温度センサ１６２は、ガスタービンエンジンアセンブリ７へ運ばれる燃料４０の温度を感知し、その温度を示す信号を制御システム５４に送るために燃料パフォーマンスヒータ３６に結合される。例示的な実施形態では、温度制御弁１５８は、燃料パフォーマンスヒータ３６からの加熱された水流１６０の流れを制御することによってガスタービンエンジンアセンブリ７へ運ばれる燃料４０の温度を調節する。所定の温度より高い燃料４０の温度を感知した後は、制御システム５４は、加熱された水流１６０から燃料４０に伝達される熱を容易に低減するために、燃料パフォーマンスヒータ３６からの加熱された水流１６０の量を増大させるように温度制御弁１５８を動作させる。所定の温度より低い燃料４０の温度を感知した後は、制御システム５４は、加熱された水流１６０から燃料４０への熱の伝達を容易に増大させ、それによって燃料４０の温度を増大させるために、燃料パフォーマンスヒータ３６から運ばれる加熱された水流１６０の量を制限するように温度制御弁１５８を動作させる。

図３は、発電システム５（図１で示される）とともに使用することができる代替燃料供給システム３００の概略説明図である。図２で示される構成要素は、図３でも同じ参照番号でラベル付けされる。代替実施形態では、第１の加熱アセンブリ３４は、第１の加熱された水流４２をボイラ給水ポンプ１３０から燃料パフォーマンスヒータ３６へ運べるようにするように、ボイラ給水ポンプ１３０と加熱された水用ポンプ１３２との間に結合される第３の熱交換器３０２を含む。第３の熱交換器３０２は、流れ１３４の温度を増大させ、流れ１３４をボイラ給水ポンプ１３０へ運ぶ。一実施形態では、第３の熱交換器３０２は、燃焼式温水器である。別の実施形態では、第３の熱交換器３０２は、燃料供給システム３００が本明細書で述べるように機能できるようにするために、水を指定の温度に加熱できる任意の他の熱交換器である。

上述の実施形態は、多段式熱交換器で加熱された水を使用して発電システムの効率を改善する、コスト効率の良い信頼性のある手段を提供する。より明確には、本明細書で述べるシステムおよびアセンブリは、ガスタービンエンジンの迅速な始動運転を可能にするために、加熱された水を燃料ガス加熱器に容易に提供する。さらに、本明細書で述べるシステムおよびアセンブリは、ＨＲＳＧが所定の温度で動作する前に、流入燃料を可能な温度に予熱することによってパワープラントの効率を容易に改善する。加えて、上述のシステムおよびアセンブリは、必要とされる燃焼温度に達するために燃焼プロセス中に必要とされる燃料の量が容易に低減されるように、ガスタービン燃焼器へ運ばれる燃料の温度を容易に増大させる。そのため、発電サイクルの全体の効率もまた、増大する。結果として、本明細書で述べるシステムおよびアセンブリは、発電システムの効率をコスト効率の良い信頼性のある方法で容易に増大させる。

上記では、パワープラントで燃料を予熱するためのシステムおよび方法の例示的な実施形態について詳細に述べられている。その方法および装置は、本明細書で述べる特定の実施形態に限定されず、それどころかシステムの構成要素および／または方法のステップは、本明細書で述べる他の構成要素および／またはステップから独立して、別々に利用されてもよい。例えば、システムおよびアセンブリはまた、他の燃焼システムおよび方法と組み合わせて使用されてもよく、本明細書で述べるような発電システムだけでの実施に限定されない。それどころか、例示的な実施形態は、多くの他の発電システム応用に関連して実施でき、利用できる。

本発明のさまざまな実施形態の特定の特徴が、いくつかの図面で示され、示されないものもあるが、これは、便宜的なものにすぎない。さらに、上記での「一実施形態」への言及は、列挙された特徴もまた組み込む追加の実施形態の存在を排除すると解釈されることを意図しない。本発明の原理に従って、図面の任意の特徴が、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わされて参照されかつ／または特許請求されてもよい。

本書では、例を使用し、最良の形態を含めて本発明を開示しており、また任意のデバイスまたはシステムを作製し、使用し、任意の組み込まれた方法を行うことを含めて、当業者なら誰でも本発明を実施することを可能にする。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者には気が付く他の例を含んでもよい。そのような他の例は、もしそれらが特許請求の範囲の文字通りの言葉と異ならない構造要素を有するならば、またはもしそれらが特許請求の範囲の文字通りの言葉とごくわずかしか異ならない等価な構造要素を含むならば、特許請求の範囲内であることが意図される。

５発電システム
７ガスタービンエンジンアセンブリ
８蒸気タービンアセンブリ
１０圧縮機
１２燃焼器
１３タービン
１３ガスタービン
１４発電機
１５導管
１６熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）
１７配管
１８蒸気タービン
１９発電機
２０復水器
２１導管
２４高圧（ＨＰ）区域
２６中圧（ＩＰ）区域
３０低圧（ＬＰ）区域
３１出口ダクト
３２燃料供給システム
３４第１の加熱アセンブリ
３６燃料パフォーマンスヒータ
３８弁アセンブリ
４０加熱された燃料
４２第１の加熱された水流
４４第２の加熱された水流
４６流入導管
４８流出導管
５０冷却された流れ
５２センサ
５４制御システム
５６通信リンク
５８ディスプレイ
６０プロセッサ
１１０第１の導管
１１２補助ボイラアセンブリ
１１４第２の導管
１１６ＩＰエコノマイザ
１１８第３の導管
１２４補助ボイラドラム
１２６蒸発器
１２８熱交換器またはエコノマイザ
１３０ボイラ給水ポンプ
１３２加熱された水用ポンプ
１３４加圧された流れ
１３６流出口
１３８第１の流入口
１４０飽和水流
１４２飽和蒸気流
１４４第２の流入口
１４６導管
１５０煙管ボイラタンク
１５２水管ボイラタンク
１５４エコノマイザ導管
１５６温度センサ
１５８温度制御弁
１６０加熱された水流
１６２温度センサ
２０２コントローラ
２０４メモリ
２０６通信モジュール
２０８センサインターフェース
３００代替燃料供給システム
３０２第３の熱交換器

Claims

発電システム（５）とともに使用するための燃料供給システム（３２）であって、
燃料源と流れ連通して結合され、前記燃料源から供給される燃料を加熱するための燃料加熱器（３６）と、
前記燃料加熱器へ運ばれる水の第１の流れ（４２）を加熱するために前記燃料加熱器と流れ連通して結合される第１の加熱アセンブリ（３４）と、
加熱された水の第２の流れ（４４）を前記燃料加熱器へ運ぶために前記燃料加熱器と流れ連通して結合される熱回収蒸気発生器（１６）アセンブリと、
前記第１の加熱アセンブリおよび前記熱回収蒸気発生器アセンブリからの加熱された水の流れを前記燃料加熱器へ選択的に運べるようにするように、前記第１の加熱アセンブリ、前記熱回収蒸気発生器、および前記燃料加熱器の間に結合される弁アセンブリ（３８）とを含む、前記燃料供給システム。
前記第１の加熱アセンブリ（３４）が、前記燃料加熱器へ運ばれる加熱された水の第１の流れ（４２）の温度を増大させるために前記燃料加熱器（３６）と流れ連通して結合される燃焼式熱交換器（１２８）を含む、請求項１記載の燃料供給システム（３２）。
前記第１の加熱アセンブリ（３４）が、前記燃料加熱器へ運ばれる加熱された水の第１の流れ（４２）の温度を増大させるために前記燃料加熱器（３６）と流れ連通して結合される補助ボイラアセンブリ（１１２）を含む、請求項１記載の燃料供給システム（３２）。
前記補助ボイラアセンブリ（１１２）が、前記燃料加熱器（３６）に結合されるエコノマイザ（１２８）を含む、請求項３記載の燃料供給システム（３２）。
前記補助ボイラアセンブリ（１１２）が、ボイラタンクを含み、前記ボイラタンクが、前記燃料加熱器（３６）に結合される、請求項３記載の燃料供給システム（３２）。
前記ボイラタンク（１５０）が、煙管ボイラタンク（１５０）および水管ボイラタンク（１５２）の１つを含む、請求項５記載の燃料供給システム（３２）。
前記補助ボイラアセンブリ（１１２）が、前記弁アセンブリ（３８）と前記ボイラータンクとの間に結合される加熱された水用ポンプ（１３２）をさらに含む、請求項５記載の燃料供給システム（３２）。
加熱された水の第２の流れ（４４）の温度を感知するために前記熱回収蒸気発生器（１６）アセンブリに結合される少なくとも１つのセンサ（５２）をさらに含み、前記センサが、コントローラ（２０２）に通信可能に結合され、前記コントローラが、感知温度が所定の温度より低いとき、加熱された水の第１の流れ（４２）を前記第１の加熱アセンブリ（３４）から前記燃料加熱器へ運ぶために前記弁アセンブリ（３８）を動作させるように構成される、請求項１記載の燃料供給システム（３２）。
前記コントローラ（２０２）が、感知温度が所定の温度に実質的に等しいまたは所定の温度より高いとき、加熱された水の第２の流れ（４４）を前記第２の加熱器アセンブリから前記燃料加熱器（３６）へ運ぶために前記弁アセンブリ（３８）を動作させるように構成される、請求項８記載の燃料供給システム（３２）。
前記熱回収蒸気発生器（１６）が、高圧区域（２４）、中圧区域（２６）、および低圧区域（３０）を含み、前記中圧区域が、前記燃料加熱器アセンブリ（３４）への加熱された水の第２の流れ（４４）の温度を増大させるために前記燃料加熱器アセンブリと流れ連通して結合される中間エコノマイザ（１２８）を含む、請求項１記載の燃料供給システム（３２）。