JP2023554687A - 化石燃料発電システムの起動時間を改善するシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
一般に、ほとんどの発電システム310では、補助熱源370は、加熱要件、断熱材、周囲温度、ボイラのサイズなど(the heating requirements, insulation, ambient temperatures, size of the boiler, and the like)に応じて他のサイズも可能であるが、メインボイラ312のサイズの約0.3パーセントから2.0パーセントのオーダーであると予想される。補助熱源370は、利用可能なあらゆる種類の燃料、石炭、石油、天然ガス、電気などで作動するように構成され得る。一実施形態では、補助熱源はボイラである。別の実施形態では、補助熱源370は電気ヒータである。小型のボイラが容量近くで運転されている状態が、最も効率的で環境的に望ましい状態であることが理解されよう。逆に、大型のボイラ、例えばボイラ312を低容量レベルで運転しようとすることは、制御機能、効率、部品の寿命、および環境への配慮に基づくと、あまり望ましくない。したがって、記載された実施形態の根底にあるテーマは、発電システム310の全部または一部を所望の動作温度、または所望の動作温度に近い温度(または少なくとも実用的な程度の温度)に維持する手段として、小型で効率的な1つまたは複数の熱源、またはメインボイラ内の余熱エネルギー(residual heat energy:残余熱エネルギー)を実用的に採用することである。このようなステップはすべて、発電システム310を発電可能な状態にするのに必要な時間を短縮および最小化するという目標に向けたものである。さらに、メインボイラ312および蒸気ドラム25の温度を維持することで、発電システム310の構成部品の全体的なライフサイクルに影響を与える可能性のある温度変動や勾配の繰り返し(repeated temperature variations and gradients)を回避することができる。
Claims (15)
- 蒸気駆動発電システム(110)を再加熱するシステムであって、ボイラシステム(112)を含み、前記ボイラシステム(112)は、
燃焼システム(111)を備えたメインボイラ(22)であって、前記燃焼システム(111)が動作しているときに前記ボイラシステム(112)が蒸気を発生するように動作する、前記メインボイラ(22)と、
前記ボイラ(112)に流体的に結合された入力を備える蒸気ドラム(25)と、
入力と出力を有する過熱器(27)であって、前記過熱器(27)の前記入力は前記蒸気ドラム(25)の出力に流体連通し、前記過熱器(27)は前記ボイラ(112)で発生した蒸気を過熱するように動作可能である、前記過熱器(27)と、
入力と出力を有する再加熱器(29)であって、前記再加熱器(29)は、冷却された膨張蒸気を再加熱するように動作可能である、前記再加熱器(29)と、
前記過熱器(27)の出力に流体接続された第1の端部を有する第1の蒸気管(61)と、第2の蒸気管(62)と、第3の蒸気管(63)とを含む複数の蒸気管(60)と、
少なくとも高圧セクション(52)と中間圧力セクション(54)とを有するタービン(50)であって、前記タービン(50)は蒸気を受け取り、蒸気を回転動力に変換するように動作可能であり、前記高圧セクション(52)への入力が、前記第1の蒸気管(61)の第2の端部に流体的に接続され、前記ボイラシステムの前記過熱器(27)から前記タービンの前記高圧セクションに過熱蒸気を運ぶように動作可能であり、前記高圧セクション(52)の出力が前記第2の蒸気管(62)の第1の端部と前記第2の蒸気管の第2の端部とに流体的に接続され、冷却された蒸気を前記再加熱器(29)に運ぶように動作可能であり、前記再加熱器の出力が前記第3の蒸気管(63)の第1の端部に接続され、前記第3の蒸気管(63)の第2の端部が前記中間圧力セクション(54)の入力に接続され、前記再加熱器から前記タービンの前記中間圧力セクション(54)に再加熱された蒸気を運ぶように動作可能である、前記タービン(50)と、
蒸気を供給する補助熱源(70)と、
前記補助熱源(70)から前記第1の蒸気管への蒸気の流れを制御するように動作可能な第1の流量制御弁(94)と、
前記補助熱源(70)から前記第3の蒸気管への蒸気の流れを制御するように動作可能な第2の流量制御弁(95)と、
前記第1の蒸気管と前記過熱器(27)との間の前記第1の蒸気管の第1の端部に配置された第1の隔離弁(91)であって、前記第1の隔離弁(91)は前記第1の蒸気管内の前記ボイラシステムに関連する流れを隔離するように動作可能な前記第1の隔離弁(91)と、
前記第1の蒸気管と前記再加熱器(29)への前記入力との間の前記第2の蒸気管の前記第2の端部に配置された第2の隔離弁(92)であって、前記第2の隔離弁(92)は前記第2の蒸気管内の前記ボイラシステムに関連する流れを隔離するように動作可能な前記第2の隔離弁(92)と、
前記第3の蒸気管と前記再加熱器(29)の出力との間の前記第3の蒸気管の前記第1の端部に配置された第3の隔離弁(93)であって、前記第3の隔離弁(93)は前記第3の蒸気管内の前記ボイラシステムに関連する流れを隔離するように動作可能な前記第3の隔離弁と、
前記第1の蒸気管および前記第3の蒸気管に導かれる蒸気を加熱するように動作可能に構成された少なくとも1つの電気ヒータ(84)と、
前記ボイラシステムにおける少なくとも1つの動作特性を監視するように動作可能な、センサと、
監視された運転特性に関連する情報を受信し、前記メインボイラシステムが蒸気を生成していないときに、選択された条件下で、前記複数の蒸気管(60)及び前記タービン(50)に供給される蒸気の量を制御するために、前記第1の流量制御弁(94)、前記第2の流量制御弁(95)、前記第3の流量制御弁(95)、前記第1の隔離弁(91)、前記第2の隔離弁(92)、前記第3の隔離弁(93)、並びに前記補助熱源(70)及び前記電気ヒータ(84)のうちの少なくとも1つを制御するように構成されたコントローラ(100)と、を備える、システム。 - 前記少なくとも1つの動作特性は、前記複数の蒸気管(60)、前記インボイラ(22)、前記蒸気ドラム(25)、および前記タービン(50)のうちの少なくとも1つにおいて測定され、および/または前記補助ボイラ(70)は、前記第3の蒸気管(63)および前記タービン(50)の前記中間セクション(54)に減圧された蒸気を供給する圧力制限弁(96)を含み、および/または前記第3の蒸気管および前記タービンの前記中間セクションへの圧力は約650psiに制限される、請求項1に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの動作特性が、前記第1の蒸気管(61)、前記メインボイラ(22)、前記蒸気ドラム(25)、前記タービン(50)で測定される、請求項1に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの動作特性は、温度と圧力の少なくとも一方を含み、および/または前記少なくとも1つの動作特性は、前記第1の蒸気パイプの前記第1の端部で測定された温度である、請求項3に記載のシステム。
- 前記タービンの前記高圧セクションおよび前記中間圧力セクションの少なくとも一方の選択された制約を維持するように、前記複数の蒸気管および前記タービンに供給される蒸気量が制御される、請求項1に記載のシステム。
- 前記選択された制約は、温度、温度勾配、圧力の少なくとも1つを含む、請求項5に記載のシステム。
- 前記選択された制約は、温度、温度勾配、および前記複数の蒸気管のうちの1つの蒸気管と前記タービンのうちの少なくとも1つの圧力のうちの少なくとも1つを含む、請求項6に記載のシステム。
- 前記補助ボイラ(370)と前記ボイラシステムとの間に動作可能に接続された第3の流量制御弁(390)と、
前記メインボイラ(312)および/または前記蒸気ドラム(25)に配置された少なくとも1つのスパージャ(315)であって、前記補助ボイラ(370)からの蒸気をその中の水と混合するように動作可能である、前記少なくとも1つのスパージャ(315)と、
をさらに含み、
前記コントローラ(100)は、選択された運転条件下で、前記ボイラおよび/または前記蒸気ドラム(25)を暖めるために蒸気が前記少なくとも1つのスパージャ(315)に導かれるように、前記補助ボイラ(370)および前記第3の流量制御弁(390)のうちの少なくとも1つを制御するように動作可能である、請求項1に記載のシステム。 - 前記選択された運転条件は、前記メインボイラおよび/または前記蒸気ドラムの温度と圧力の少なくとも一方を維持することを含む、請求項8に記載のシステム。
- 温度が400°F、および/または
前記選択された運転条件は、前記メインボイラが蒸気を生成しておらず、前記メインボイラが選択された温度よりも低い温度にあるときを含み、および/または、前記アキュムレータは、前記メインボイラが動作不能になったときに蒸気を貯蔵するように構成される、請求項9に記載のシステム。 - 前記ボイラシステム(412)に動作可能に接続された第4の流量制御弁(485)と、
前記第4の流量制御弁に流体接続されている、アキュムレータ(433)と、
をさらに含み、
前記アキュムレータ(433)は、前記ボイラシステムから凝縮水を回収し、前記第4の制御弁を介して前記ボイラシステムから蒸気を受け取るように動作可能である、請求項1に記載のシステム。 - 前記アキュムレータ(433)は、選択された温度と圧力で蒸気を貯蔵するように構成されている、請求項11に記載のシステム。
- 発電システム(10)を再加熱するためのシステム(111)であって、
燃焼システム(11)を備えたメインボイラ(22)を含むボイラシステム(12)であって、前記ボイラシステム(12)は、前記燃焼システムが動作しているときに蒸気を発生するように動作し、前記メインボイラは、水壁(23)を有し、前記水壁の上部には、前記水壁に流体的に結合された入力を有する蒸気ドラム(25)が配置されている、前記ボイラシステム(12)と、
蒸気または温水を供給する補助熱源(70)と、
前記補助熱源と前記メインボイラとに動作可能に接続され、前記補助熱源から前記水壁への蒸気または温水の流れを制御するように動作可能な第1の流量制御弁(97)と、
前記水壁に配置され、閉じたときに前記蒸気ドラムから前記ボイラの前記水壁への水の循環を隔離するように動作可能な第1の隔離弁(90)と、
前記ボイラシステムにおける少なくとも1つの動作特性を監視するように動作可能なセンサーと、
監視された前記運転特性に関連する情報を受信し、前記ボイラシステムが蒸気を生成していない選択された条件下で、前記水壁に供給される蒸気または温水の量を制御するために、少なくとも前記第1の流量制御弁、前記第1の隔離弁、および前記補助熱源を制御するように構成されたコントローラ(100)と、
を含む、システム(111)。 - 前記補助熱源(70)および前記メインボイラ(12)の前記水壁(23)を通して温水を循環させるポンプ(419)をさらに含み、前記メインボイラは、自然循環ボイラである、請求項13に記載のシステム(111)。
- 発電システム(310)を予熱する方法であって、前記発電システム(310)は、メインボイラ(22)および燃焼システム(311)を含むボイラシステム(312)を有し、前記ボイラシステムは、前記燃焼システムが動作しているときに蒸気を生成するように動作可能であり、前記メインボイラは、水壁(323)および前記水壁の頂部領域に位置する蒸気ドラム(25)を有し、前記蒸気ドラムは、前記水壁に流体的に結合された入力を有し、前記方法は、
前記ボイラシステム(312)に蒸気または温水を供給する補助熱源(370)を動作可能に接続するステップと、
前記補助熱源(370)から前記メインボイラ(22)の前記水壁(323)への蒸気または温水の流れを、前記補助熱源と前記メインボイラとの間に動作可能に接続された流量制御弁(390)で制御するステップと、
前記メインボイラ(22)の水壁(323)に配置された隔離弁(396)を用いて、前記蒸気ドラムから前記ボイラの前記水壁(323)への水の循環を隔離するステップと、
前記ボイラシステムの少なくとも1つの動作特性を監視する(312)ステップと、
監視された前記動作特性に関連する情報をコントローラ(100)が受信するステップと、
前記ボイラシステム(312)が前記ボイラを暖めるための蒸気を生成していないときに、前記メインボイラ(22)の前記水壁(323)に供給される蒸気または温水の量を制御するために、前記流量制御弁(390)、前記隔離弁(391)、および前記補助熱源(370)のうちの少なくとも1つを前記コントローラ(100)が制御するステップと、
を含む、方法。
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