JP2017514097A - 流体媒体予熱システム - Google Patents

Abstract

ＨＲＳＧ（２００）に供給される流体媒体を予熱するための予熱システム（１００）は、供給ライン（１１０）および再循環ライン（１２０）を含む。供給ライン（１１０）は、ＨＲＳＧ（２００）の低圧エコノマイザ（ＬＰＥ）（２１０）に流体媒体を供給するように適応されている。供給ライン（１１０）は、ＬＰＥ（２１０）の入口（２１０ａ）に隣接するように適応されており、ＬＰＥ（２１０）の出口（２１０ｂ）は、そこからＨＲＳＧ（２００）のさらなる部分への流体の流れを可能にする。再循環ライン１２０は、ＬＰＥ２１０の出口２１０ａおよび入口２１０ｂの間に、ＬＰＥ２１０と並列に接続され、流体媒体をＬＰＥ２１０に再循環するように適応されている。【選択図】図１

Description

本開示は、複合サイクル発電プラント（ＣＣＰＰ）に関し、より詳細には、ＣＣＰＰの熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）に供給される流体媒体を予熱するための予熱システムに関する。

複合サイクル発電プラント（ＣＣＰＰ）は、概して、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）に送達する流体媒体を、ＨＲＳＧで必要な固定された最低温度以上に予熱する必要がある。流体媒体の予熱は、ＨＲＳＧ内の蒸気発生に伴う不可逆性を低減し、ＣＣＰＰの熱力学的効率を改善する。流体媒体の予熱の様々な他の利点の中で、このような予熱は、ＨＲＳＧ内側のアウタチューブ表面の煙道ガス凝縮液によって生じる腐食を回避するのにも役立つ。このような流体媒体の予熱は、給水加熱システムの有無に関わらず達成することができる。

給水加熱システムを具備していないＣＣＰＰでは、予熱は通常、ＨＲＳＧ低温端部の専用のＨＲＳＧコイルにおけるエコノマイザ抽出からの流体媒体の再循環によって達成される。上記の最先端の概念の原理は、概して、給水タンクのＨＲＳＧの低圧エコノマイザに流入する流体媒体の固定された温度を制御することである。

この流体媒体の加熱概念は、米国特許第６４２７６３６Ｂ１号（ＵＳ‘６３６）で説明された構成等、様々な構成で実現することができる。説明されたプラント構成は、様々な制御要素に基づき、ＵＳ‘６３６の図３（本明細書では図４で従来技術として再現された）に示すように、例えば、供給ラインおよび入口ライン（１０）の間に組み込まれた第１の制御要素、バイパスライン（１１）の間に組み込まれた第２の制御要素、および再循環ライン（１２）に配置された第３の制御要素等の流体媒体加熱装置に組み込まれる。ＵＳ‘６３６は、付加的な制御要素を有する、いくつかの他のプロセスの変形例も含む。このような様々な制御要素は、流れを絞って再循環のマスフローを調節し、それによって流体媒体への入熱を調節して、所要温度を維持する。

しかし、このような様々な制御装置およびこのような調節された再循環の使用は、ＣＣＰＰの効率に常に影響を及ぼすことがある。このような様々な制御装置および再循環は、最大のＣＣＰＰ効率のために、慎重に最適化されなければならない。

国際公開第２０１０／０５４９３４号パンフレット

本発明は、ここで参照すべき添付の独立請求項に定義されている。本発明の有利な特徴は、従属請求項に記載されている。

本開示は、改良された流体媒体予熱システムを説明する。改良された流体媒体予熱システムは、以下の簡略化された発明の概要で提示されて、本開示の１つ以上の態様の基本的な理解を提供し、これらの態様は、考察された欠点を克服することを意図しているが、いくつかの追加の利点を提供するとともに、そのすべての利点を含むことを意図している。発明の概要は、本開示の広範な概要ではない。本開示の主要な要素または重要な要素を特定することは意図されておらず、本開示の範囲を詳述することも意図されていない。むしろ、発明の概要の唯一の目的は、本開示のいくつかの概念、その態様および利点を、以下に提示されるより詳細な説明の前置きとして、簡略化した形で提示することである。

本発明の１つの目的は、減圧制御部を用いて流体媒体を予熱し、複合サイクル発電プラント（ＣＣＰＰ）の効率を最大にすることを可能にしてもよい、改良された流体媒体予熱システムを説明することである。このような改良された予熱システムは、また、ＨＲＳＧ内側のアウタチューブ表面の煙道ガス凝縮液によって生じる腐食を防止することが可能であってもよい。さらに、本開示の目的は、効果的かつ経済的な方法で使用するのに便利な、改良された予熱システムを説明することである。本開示の様々な他の目的および特徴は、以下の詳細な説明および特許請求の範囲から明らかになるであろう。

上記および他の目的は、一態様では、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）に供給される流体媒体を予熱するための、改良された予熱システムによって達成することができる。予熱システムは、供給ラインおよび再循環ラインを含む。供給ラインは、ＨＲＳＧの低圧エコノマイザ（ＬＰＥ）に流体媒体を供給するように適応されている。供給ラインは、ＬＰＥの入口に隣接するように適応されており、ＬＰＥの出口は、そこからＨＲＳＧ内の流体媒体の流れを可能にする。再循環ラインは、ＬＰＥの入口および出口の間に接続されるように適応されており、ＬＰＥと平行に配置されて、流体媒体をＬＰＥに再循環する。

本開示の一実施形態では、流体媒体は、煙道ガス中の硫黄／水分量に基づいて設計中に定義された、最低設定温度以上を維持する。このような実施形態では、予熱システムは、供給ラインおよび再循環ラインに構成された温度制御回路を含み、信号を送信して、ＬＰＥに流入する流体媒体の最低設定温度を維持するために、ＬＰＥの入口の流体媒体の温度に基づいて、流体媒体の再循環を作動および非作動にしてもよい。

本開示のさらなる実施形態では、設計時に最低設定温度を定義する代わりに、上記実施形態のように、流体媒体は、動作時にＨＲＳＧによって要求されるような、温度、すなわち所要最低温度または設定温度以上の温度で維持される。本実施形態によると、連続排出監視システム（ＣＥＭＳ）回路等の測定要素回路、または専用の水／酸露点測定装置等の任意の他の測定装置は、ＨＲＳＧに構成され、ＨＲＳＧのパラメータに基づいて、流体媒体がＨＲＳＧ内で再循環するために維持する必要がある、所要最低設定温度の算出を可能にする。

予熱システムの２つの実施形態は、必要に応じて、供給ラインからＬＰＥの出口まで延出する制御弁要素を具備した、バイパスラインを含んでもよい。さらに、本開示の２つの実施形態において、予熱システムは、再循環ラインに構成されて、再循環ラインを通して流体媒体の再循環を可能にする、制御装置を含んでもよい。

本開示のさらなる態様では、予熱システムは、熱移行構成を含む。熱移行構成は、蒸発器内の蒸気の動作圧力を増加させて、熱をＬＰＥまたは供給ラインに移行させ、流体媒体の入熱量を増加させるように構成される。

このような改良された予熱システムは、減圧制御部を用いて流体媒体を予熱し、複合サイクル発電プラント（ＣＣＰＰ）の効率を最大にすることを可能にしてもよい。このような改良された予熱システムは、また、ＨＲＳＧ内側のアウタチューブ表面の煙道ガス凝縮液によって生じる腐食を防止することが可能であってもよい。さらに、このような改善された予熱システムは、効果的かつ経済的な方法で使用するのに便利であってもよい。

これらは本開示の他の態様と共に、本開示を特徴付ける新規性の様々な特徴に加えて、詳細事項を伴って本開示に示されている。本開示、その動作上の利点、およびその使用をよりよく理解するために、本開示の例示的な実施形態を示す添付の図面および記述内容を参照されたい。

本開示の利点および特徴は、添付の図面と併せて、以下の詳細な説明および特許請求の範囲を参照することによって、よりよく理解されるであろう。図面には同様の要素が同様の符号で識別されている。

本開示の第１の例示的な実施形態による、予熱システムの直線図の例を示す。 本開示の第２の例示的な実施形態による、予熱システムの直線図の例を示す。 本開示の第３の例示的な実施形態による、予熱システムの直線図の例を示す。 ６４２７６３６Ｂ１で知られているような従来技術の知識を示す。

図面のいくつかの視野の説明全体を通して、同様の参照符号は同様の部分を指す。

本開示を完全に理解するために、上記図面に関連して、添付の請求項を含む以下の詳細な説明を参照されたい。以下の説明では、解釈の目的で、本開示の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が記載されている。しかし、本開示はこれらの特定の詳細なしに実施できることが、当業者には明らかであろう。場合によっては、本開示を不明瞭にすることを避けるため、構成および装置はブロック図の形式でのみ示されている。本明細書で言う「一実施形態」、「実施形態」、「別の実施形態」、「様々な実施形態」は、その実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造または特性が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。本明細書の様々な箇所に見られる「一実施形態では」という語句は、必ずしもすべてが同じ実施形態を参照しているわけではなく、他の実施形態と相容れない別個の実施形態または代替の実施形態でもない。また、様々な特徴が説明されているが、これらの特徴は、いくつかの実施形態では示され、他の実施形態では示されない場合がある。同様に、様々な要件が説明されているが、いくつかの実施形態の要件であって、他の実施形態の要件ではない場合がある。

以下の説明は、例示の目的で多くの具体例を含むが、当業者であれば、これらの詳細に対する多くの変形および／または代替は、本開示の範囲内であることを理解するであろう。同様に、本開示の特徴の多くは、互いに、または互いに関連して説明されるが、これらの特徴の多くは、他の特徴とは独立して設けることができることを当業者は理解するであろう。したがって、本開示のこの説明は、本開示の一般性を失うことなく、かつ本開示に制限を課すことなく記載される。本明細書における単数形での記述は、量の限定を意味するものではなく、参照される項目が少なくとも１つ存在することを意味する。

ここで図１〜図３を参照すると、本開示の様々な例示的な実施形態による、予熱システム１００の様々な実施例が示されている。予熱システム１００の構成および配置、および複合サイクル発電プラント（ＣＣＰＰ）の効率を最大にするための熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）２００に関するその配置については、様々な関連する構成要素が当業者に周知であり、本開示の理解を得るために、本明細書ですべての構成的な詳細およびその解釈を説明する必要はないと思われる。むしろ、図１〜図３に示すように、予熱装置１００の、本開示の様々な実施形態の説明に関係することが示されている構成要素のみを示すだけで十分であると思われる。

図１に示すように、本開示の第１の態様によると、ＨＲＳＧ２００に供給される予熱流体媒体を予熱するための予熱システム１００は、供給ライン１１０および再循環ライン１２０を含む。供給ライン１１０は、流体媒体を主凝縮液源１１２からＨＲＳＧ２００の低圧エコノマイザ（ＬＰＥ）２１０に供給するように適応されている。供給ライン１１０は、ＬＰＥ２１０の入口２１０ａに隣接するように適応されている。さらに、ＬＰＥ２１０の出口２１０ｂは、そこからＨＲＳＧ２００のさらなる部分への流体媒体の流れを可能にする。再循環ライン１２０は、ＬＰＥ２１０の出口２１０ａおよび入口２１０ｂの間に、ＬＰＥ２１０と並列に接続され、流体媒体をＬＰＥ２１０に再循環するように適応されている。

さらに、予熱システム１００は、制御装置１３０を含み、流体媒体の再循環を可能にしてもよい。図１に示すように、制御装置１３０は、再循環ライン１２０に構成され、再循環ライン１２０を通して流体媒体の再循環を可能にする。一実施形態では、制御装置１３０は、再循環ライン１２０に構成された制御弁１３２またはポンプ１３４の少なくとも一方、または両方であってもよい。たとえば、制御弁１３２およびポンプ１３４（具体的には定容積型ポンプ）は、図１では両方が構成され、図３ではポンプ１３４のみ（具体的には可変速ポンプ）が構成されている。図４に示された従来技術の予熱システムと比較すると、プラント構成は、要素１０、１１および１２等の様々な制御要素に基づいている。

しかし、本実施形態の予熱システム１００は、そのような様々な制御要素を排除し、１つの制御装置１３０でシステムを簡素化して、流体媒体予熱中の部品のロスを低減し、予熱システム１００の効率を上げる。制御装置１３０は、完全冗長であって、再循環する間の熱損失を減少させるように流体溶媒を再循環させる。これに対して、従来技術の予熱システムは、様々な制御要素と、その効率に影響を及ぼす複合再循環回路とを利用して、流体媒体を再循環させる。

図１に示すような本開示の一実施形態では、流体媒体の予熱は、ＣＣＰＰの煙道ガス中の硫黄／水分の量に基づいて設計時に定義された、最低設定温度以上に維持される。本実施形態では、再循環回路１２０から様々な制御要素を排除し、ただ１つの制御装置１３０を提供することによって、予熱システム１００を完全冗長にして、流体媒体の再循環の間の熱損失を減少させるように流体媒体を再循環させ、流体媒体の最低設定温度を設計時に設定されたように維持する。最低設定温度以上を適正に維持するため、予熱システム１００は、供給ライン１１０および再循環ライン１２０に構成された温度制御回路１４０を含む。温度制御回路１４０は、信号を送信して、ＬＰＥ２１０の入口２１０ａにおける流体媒体の温度に基づいて、制御装置１３０を介して再循環ライン１２０を作動および非作動にするように構成される。作動および非作動に基づいて、制御装置１３０は、ＬＰＥ２１０内の最低設定温度を維持するために、ＬＰＥ２１０内の流体媒体を調整する。

図１に示すように、予熱システム１００は、供給ライン１１０からＬＰＥ２１０の出口２１０ｂまで延出する制御弁要素１７２を具備した、バイパスライン１７０を含んでもよい。制御弁要素１７２は、３方（３−ｗａｙ）または２方（２−ｗａｙ）の遮断弁であってもよい。バイパスライン１７０のない予熱システム１００は、図３に示されている。バイパスライン１７０は、流体媒体の温度が最低所要温度に満たない場合に、供給ライン１１０から直接ＨＲＳＧ２００の蒸発器２２０に流体媒体を迂回するように具備されている。

ここで図２を参照すると、本発明の第２の態様は、設計時に最低設定温度を定義する代わりに、図１に関して説明した第１の態様でのように、流体媒体は、動作時にＨＲＳＧ２００によって要求されるような、所要温度（以下「所要最低温度」という）以上に維持される。図２に示されたこの態様によると、測定装置１５０の回路は、温度制御回路１４０およびＨＲＳＧ２００に構成される。一実施形態では、測定装置１５０は、連続排出監視システム（ＣＥＭＳ）であってもよい。ＣＥＭＳは、温度制御回路１４０およびＨＲＳＧ２００に構成され、ＨＲＳＧ２００のパラメータに基づいて、流体媒体がＨＲＳＧ２００内で再循環するために維持する必要がある流体媒体の所要最低温度を算出して、腐食を回避してもよい。しかし、本開示の範囲から逸脱することなく、ＣＥＭＳとは別に、専用の水／酸露点測定装置等、他の任意の測定装置を用いて、所要最低温度を算出してもよい。また、この第２の態様（図２に示す）では、第１の態様（図１による）と同様に、再循環回路から様々な制御要素を排除し、ただ１つの制御装置１３０を提供することによって、予熱システム１００を完全冗長にして、流体媒体の再循環の間の熱損失を減少させるように流体媒体を再循環させ、流体媒体の所要最低温度を温度制御回路１４０によって算出されたように維持する。さらに、第１の態様と同様に、バイパスライン１７０は、必要に応じて、供給ライン１１０からＬＰＥ２１０の出口２１０ｂまで延出する、制御弁要素１７２を具備してもよい。

ここで図３を参照すると、流体媒体予熱システム１００の第３の態様が示されている。この態様によると、予熱システム１００は、蒸発器２２０内の蒸気の動作圧力を増加させるように構成され、熱をＬＰＥ２１０または供給ライン１１０に移行させて、流体媒体の入熱量を増加させる、熱移行構成１８０を含む。例示的な実施形態では、蒸気タービンの典型的な配置に具備されている蒸気タービン制御弁を、上記目的のために用いてもよい。蒸気タービン制御弁は、蒸気流を絞り、ＬＰＥ２１０内により高い圧力が生じ、その結果、熱がＬＰＥ２１０に移行してもよい。流体媒体を予熱するために必要な熱は、熱を移行することにより得られるため、ＬＰＥ２１０のバイパスライン１７０の必要性が排除される。これは、図１および図２に示すような、上記実施形態で要求されてもよく、それによってＨＲＳＧ２００の効率を高めることができる。このような構成は、ガスタービンが燃料油である場合でもよい。

図３に示すような予熱システム１００は、上記実施形態と同様に、熱移行構成１８０、特に蒸気タービン制御弁に構成された温度制御回路１４０を含み、信号を送信して蒸気タービン制御弁を絞り、流体媒体の温度に基づいて動作圧力を増減してもよい。

本開示の発明は、様々な範囲において有利である。このような改良された予熱システムは、減圧制御部を用いて流体媒体を予熱し、複合サイクル発電プラント（ＣＣＰＰ）の効率を最大にすることを可能にしてもよい。このような改良された予熱システムは、また、ＨＲＳＧ内側のアウタチューブ表面の煙道ガス凝縮液によって生じる腐食を防止することが可能であってもよい。さらに、改良された予熱システムは、効果的かつ経済的な方法で使用するのに便利であってもよい。本開示の様々な他の利点および特徴は、上記の詳細な説明および付属の特許請求の範囲から明らかである。

本開示の具体的な実施形態の上記説明は、例示および説明の目的で提示されている。これらの説明は、網羅的であることを意図するものではなく、また本開示を開示された正確な形式に限定することを意図するものではなく、上記の教示に照らして、多くの修正および変形が明らかに可能である。これらの実施形態は、本開示の原理およびその実際の適用を最もよく説明し、それによって他の当業者が、想定される特定の使用に適するように様々な変更を加えて、本開示および様々な実施形態を最もよく利用できるようにするために、選択され、説明された。状況によって方法が示唆または提供されることがあるため、同等物の様々な省略および代替が考えられるが、そのようなものは本発明の特許請求の範囲の精神または範囲から逸脱することなく、適用または実施に含まれるように意図されていることを理解されたい。

１００ 予熱システム
１１０ 供給ライン
１１２ 主凝縮液源
２００ 熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）
２１０ 低圧エコノマイザ（ＬＰＥ）
２１０ａ 入口
２１０ｂ 出口
２２０ 蒸発器
１２０ 再循環ライン
１３０ 制御装置
１３２ 制御弁
１３４ 可変速ポンプ
１４０ 温度制御回路
１５０ 測定要素回路
１７０ バイパスライン
１７２ 制御弁要素
１８０ 熱移行構成

Claims (14)

1. 流体媒体を予熱するための予熱システム（１００）であって、
   熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）（２００）の低圧エコノマイザ（ＬＰＥ）（２１０）であって、入口（２１０ａ）および出口（２１０ｂ）を備えるＬＰＥと、
   前記低圧エコノマイザ（ＬＰＥ）（２１０）に前記流体媒体を供給する供給ライン（１１０）であって、前記ＬＰＥ（２１０）の前記入口（２１０ａ）に接合されている供給ライン（１１０）と、
   前記ＬＰＥ（２１０）の前記出口（２１０ｂ）および前記入口（２１０ａ）の間に接続され、前記ＬＰＥ（２１０）の前記出口（２１０ｂ）から前記入口（２１０ａ）へ前記流体媒体を再循環するように配置された、再循環ライン（１２０）と、
   蒸発器（２２０）内の蒸気の動作圧力を増加させて、熱を前記ＬＰＥ（２１０）または前記供給ライン（１１０）に移行させ、前記流体媒体の入熱量を増加させるように構成された、熱移行構成（１８０）とを備える、予熱システム（１００）。
2. 前記再循環ライン（１２０）に構成され、前記再循環ライン（１２０）を通して前記流体媒体の再循環を可能にする制御装置（１３０）をさらに備える、請求項１に記載の予熱システム（１００）。
3. 前記制御装置（１３０）が、制御弁（１３２）または可変速ポンプ（１３４）の少なくとも１つを備える、請求項２に記載の予熱システム（１００）。
4. 前記流体媒体が、最低設定温度以上に維持される、請求項１に記載の予熱システム（１００）。
5. 供給ライン（１１０）および再循環ライン（１２０）に構成された温度制御回路（１４０）をさらに備え、信号を送信して、ＬＰＥ（２１０）に流入する前記流体媒体の前記最低設定温度を維持するために、前記ＬＰＥ（２１０）の入口（２１０ａ）の前記流体媒体の温度に基づいて、前記流体媒体の再循環を作動および非作動にする、請求項４に記載の予熱システム（１００）。
6. 前記流体媒体が、前記ＨＲＳＧ（２００）によって必要とされるような温度、すなわち所要最低温度に維持される、請求項１に記載の予熱システム（１００）。
7. 供給ライン（１１０）および再循環ライン（１２０）に構成された温度制御回路（１４０）をさらに備え、信号を送信して、前記所要最低温度を維持するために、ＬＰＥ（２１０）の入口（２１０ａ）の前記流体媒体の前記所要最低温度に基づいて、前記流体媒体の再循環を作動および非作動にする、請求項６に記載の予熱システム（１００）。
8. 前記温度制御回路（１４０）および前記ＨＲＳＧ（２００）に構成された測定要素（１５０）回路をさらに備え、
   前記ＨＲＳＧ（２００）のパラメータに基づいて、前記流体媒体が前記ＨＲＳＧ（２００）内で再循環するために維持する必要がある所要最低温度の算出を可能にし、
   前記温度制御回路（１４０）が信号を送信し、算出された前記所要最低温度に基づいて前記流体媒体の再循環を作動および非作動にし、前記再循環ライン（１２０）から前記流体媒体の再循環を可能にする、請求項７に記載の予熱システム（１００）。
9. 前記測定要素（１５０）は、連続排出監視システム（ＣＥＭＳ）である、請求項８に記載の予熱システム（１００）。
10. 前記供給ライン（１１０）から前記ＬＰＥ（２１０）の前記出口（２１０ｂ）まで延出する制御弁要素（１７２）を具備する、バイパスライン（１７０）をさらに備えた、請求項１に記載の予熱システム（１００）。
11. 前記制御弁要素（１７２）は、３方（３−ｗａｙ）または２方（２−ｗａｙ）の遮断弁の１つである、請求項１０に記載の予熱システム（１００）。
12. 信号を送信するように構成され、前記流体媒体の温度に基づいて動作圧力を増減する、温度制御回路（１４０）をさらに備えた、請求項１に記載の予熱システム（１００）。
13. 流体媒体を予熱するための予熱システム（１００）を動作させる方法であって、前記予熱システム（１００）は、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）（２００）に低圧エコノマイザ（ＬＰＥ）（２１０）を備え、前記ＬＰＥ（２１０）は、入口（２１０ａ）および出口（２１０ｂ）を備え、前記方法は、
    供給ライン（１１０）を通して、前記ＬＰＥ（２１０）の前記入口（２１０ａ）に前記流体媒体を供給し、前記ＬＰＥ（２１０）を通して、前記ＬＰＥ（２１０）の前記出口（２１０ｂ）に前記流体媒体を供給するステップと、
    前記ＬＰＥ（２１０）の前記出口（２１０ｂ）から前記入口（２１０ａ）に、前記流体媒体を再循環させるステップと、
    蒸発器（２２０）内の蒸気の動作圧力を増加させて、熱を前記ＬＰＥ（２１０）または前記供給ライン（１１０）に移行させ、前記流体媒体の入熱量を増加させるステップとを備える方法。
14. 信号を送信して、前記流体媒体の温度に基づいて前記動作圧力を増減させるステップを備える、請求項１３に記載の方法。