JP5227352B2 - 熱回収蒸気発生器及び関連する蒸気ラインを予め加温するためのシステム及び方法 - Google Patents

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、熱回収蒸気発生器及び関連する蒸気ラインを予め加温するためのシステム及び方法に関する。

複合サイクル発電プラントは、ガスタービンと蒸気タービンとの組み合わせを用いて電力を発生することができる。複合サイクル発電プラントにおいて、ガスタービンサイクルは、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）により蒸気タービンサイクルと動作可能に組み合わせることができる。

複合サイクル発電プラントでは、ガスタービンサイクルはトッピングサイクルとみなされ、蒸気タービンサイクルはボトミングサイクルとみなすことができる。蒸気タービン又はボトミングサイクルは、ガスタービン又はトッピングサイクルの排出ガスからの熱により駆動され、場合によっては、ガスタービン又はトッピングサイクルが蒸気タービンサイクル又はボトミングサイクルを好適な温度に上昇させるまで、ＨＲＳＧが完全に運転可能にはならない。

例えば、ガスタービン又はトッピングサイクルの始動中、タービンが運転速度まで加速するときに、ガスタービンからの高温ガスの排出ガス流量の比較的急激な増大がある。この時点では、ガスタービンの燃焼温度が増大して、所望の出力を発生するよう好適なレベルで管理されると、排出ガスの温度は漸次的に増大する。

ガスタービンからの高温の排出ガスは通常、ガスタービンの始動中にＨＲＳＧを通って流れるが、最初に低温のＨＲＳＧが十分な圧力及び温度で蒸気を発生することができるまでに相当な時間期間が経過する可能性がある。従来のシステムでは、ＨＲＳＧの温度が所望の圧力及び温度で蒸気を発生することができるレベルに増大するまでは、ガスタービン又はトッピングサイクルは、比較的低負荷に維持されていた。長い時間期間にわたり低負荷でトッピングサイクルを維持することにより、蒸気タービンを通る蒸気は、低温の蒸気タービン金属及び構成要素への応力が低減される温度及び圧力で制御することができる。トッピングサイクルがこの加温相において低負荷に維持されなかった場合、蒸気タービン又はボトミングサイクルは、その運用寿命を短縮する応力に曝される。部品疲労、ケーシング及びシャフト歪み、並びにＨＲＳＧのシール及びブレードの物理的劣化は、これらの応力が引き起こす可能性のある損傷の単なる一部の例示に過ぎない。これとは対照的に、ガスタービン又はトッピングサイクルを比較的低負荷で運転することにより、これらの応力及び対応する損傷を低減することができる。しかしながら、このようにすることで、複合サイクルシステムの全体の出力が低下し、効率低下及びエミッション増大につながる場合がある。

米国特許第６，７８２，７０３号公報

その結果として、ＨＲＳＧ及び関連する蒸気ラインを予め加温するためのシステム及び方法に対する必要性がある。更に、低温、温暖、及び高温条件などの複数の状態条件でＨＲＳＧ及び関連する蒸気ラインを予め加温するためのシステム及び方法に対する必要性がある。

本発明の実施形態は、上述の必要性の一部又は全てに対処することができる。本発明の幾つかの実施形態は、一般に、熱回収蒸気発生器（「ＨＲＳＧ」）及び関連する蒸気ラインを予め加温するシステム及び方法を目的とする。本発明の他の幾つかの実施形態は、加熱器、再熱器、蒸気タービンの複数の段、及び／又は高圧蒸発器及びドラムを加温するためのシステム及び方法を目的とする。１つの実施形態によれば、ＨＲＳＧを予め加温する方法を提供することができる。本方法は、蒸気タービンから加熱蒸気を提供する段階を含むことができる。本方法はまた、蒸気源からの加熱蒸気を過熱器に配向して、該過熱器の少なくとも一部を加温する段階を含むことができる。加えて、過熱器からの加熱蒸気の少なくとも一部を少なくとも１つのバイパスラインに配向する段階と、過熱器からの加熱蒸気の少なくとも一部を予め定めた温度又は圧力に達するまでバイパスライン内に維持する段階とを含むことができる。更に、本方法は、再熱器を加温することができるように、バイパスラインが予め定めた温度又は圧力にあるときに、加熱蒸気の少なくとも一部をバイパスラインから再熱器に配向する段階を含むことができる。

本発明の別の実施形態によれば、ＨＲＳＧを予め加温するためのシステムを提供することができる。本システムは、加熱蒸気を提供するための蒸気源を含むことができる。本システムはまた、蒸気源及び過熱器に接続され、蒸気源からの加熱蒸気を過熱器に配向するための少なくとも１つの蒸気ラインを含むことができる。本システムは更に、過熱器及び少なくとも１つのバイパスラインに接続され、過熱器からの加熱蒸気の少なくとも一部を少なくとも１つのバイパスラインに配向するための少なくとも１つの蒸気ラインを含むことができる。本システムはまた、少なくとも１つのバイパスラインに接続され、少なくとも１つのバイパスラインにおいて加熱蒸気の少なくとも一部を予め定めた温度又は圧力に維持するためのコントローラを含むことができる。更に、本システムは、バイパスライン及び再熱器に接続され、予め定めた温度又は圧力にある加熱蒸気の少なくとも一部を少なくとも１つのバイパスラインから再熱器に配向するための少なくとも１つの蒸気ラインを含むことができる。

本発明の更に別の実施形態によれば、ＨＲＳＧを予め加温するための方法を提供することができる。本方法は、蒸気源から加熱蒸気を提供する段階を含むことができる。本方法はまた、蒸気源からの加熱蒸気を過熱器に配向し、過熱器の少なくとも一部を加温する段階を含むことができる。本方法は更に、蒸気源からの加熱蒸気の少なくとも一部を蒸気タービンの高圧セクションに配向し、蒸気タービンの高圧セクションの少なくとも一部を加温する段階を含むことができる。加えて、本方法は、過熱器からの加熱蒸気の少なくとも一部を再熱器に配向し、再熱器からの加熱蒸気の少なくとも一部を蒸気タービンの中圧セクションに配向する段階を含むことができる。最後に、加熱蒸気は、蒸気タービンの中圧セクションから蒸気タービンの低圧セクションに配向し、蒸気タービンの低圧セクションを加温する段階を含むことができる。

本発明の他の実施形態及び態様は、添付の図面を参照しながら以下の説明から明らかになるであろう。

従来技術の熱回収蒸気発生器を示す図。 本発明の１つの実施形態によるＨＲＳＧ及び関連する蒸気ラインを予め加温するための例示的なシステムを示す図。 本発明の１つの実施形態によるＨＲＳＧ及び関連する蒸気ラインを予め加温するための例示的な方法を示す図。

以上において本発明を概略的に説明してきたが、ここで必ずしも縮尺通りに描かれていない添付図面を参照する。

次に、本発明の例示的な実施形態が示された添付図面を参照しながら、本発明を以下でより詳細に説明する。本発明は、多くの異なる形態で具現化することができるが、本明細書で記載される例示的な実施形態に限定されると解釈すべきではなく、むしろこれらの実施形態は、当業者に対して本発明の技術的範囲を十分に伝えるようにするために提示するものである。図面全体を通して、同じ参照符号は、同様な要素を示している。

図１は、当該技術分野で公知の熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）システム１００を示している。図示のシステム１００において、蒸気は、高圧段１０５、中圧段１１０、及び低圧段１１５を含む一連の蒸気タービン段を通って循環される。凝縮器１２０は、低圧段１１５及び高圧段１０５に接続されて凝縮物を収集する。バルブ１２１は、凝縮器１２０と高圧段１０５との間に接続され、これら２つの構成要素間の圧力を制御する。高圧過熱器１２５により過熱蒸気を提供することができ、該高圧過熱器１２５は、主蒸気ライン１３０を介して過熱蒸気を高圧段１０５に配向する。ドレイン１２６は、過熱器１２と主蒸気ライン１３０との間で凝縮物を排水するのに利用可能である。主蒸気ライン１３０と高圧過熱器１２５との間では、バルブ１２９が、これら２つの構成要素間の圧力及び蒸気流を制御することができる。同様に、主蒸気ライン１３０と高圧段１０５との間のバルブ１３２は、この２つの構成要素間の圧力及び蒸気流量を制御することができる。ドレイン１３１は、主蒸気ライン１３０からの凝縮物を排水するのに利用可能である。

高圧過熱器１２５は、高圧蒸発器及びドラム１３５から蒸気を受け取ることができる。高圧蒸発器及びドラム１３５は、ガスタービン又はトッピングサイクルにより排出される高温の排出ガスを用いて給水を蒸気に変換することができる。高圧過熱器１２５はまた、ガスタービン排出ガスに依存して、高圧蒸発器及びドラム１３５からの蒸気の少なくとも一部を過熱蒸気に変換することができる。システム１００では、給水制御は、バルブ１３６により提供される。

過熱蒸気は、主蒸気ライン１３０から高圧段１０５に配向されると、過熱蒸気は、関連するシャフトを介して機械的エネルギーに変換される。シャフトの回転を用いて、発電機などの負荷を駆動することができる。蒸気は、高圧段１０５から出ると、エネルギー変換によってエネルギーが失われている。蒸気は、中圧段１１０に送給される前に再熱することができる。結果として、流出蒸気が逆止めバルブ１３３を通過すると、蒸気は、中圧蒸気ライン１３４に流入することができ、該中圧蒸気ライン１３４は再熱蒸気ライン１４０に接続されている。中圧蒸気ライン１３４から凝縮物を除去するためにドレイン１３６が存在し、バルブ１３８は、中圧蒸気ライン１３４と再熱蒸気ライン１４０との間の圧力及び蒸気流量を制御する。

再熱蒸気ライン１４０は、再熱器１４５に接続される。再熱器１４５は、蒸気の温度を上昇させることができ、再熱蒸気を高温再熱蒸気ライン１５０に提供し、該蒸気ラインは再熱器１４５を中圧段１１０に接続する。バルブ１４７及び１５２は、これらの構成要素間の圧力及び蒸気流量を制御することができ、ドレイン１４６及び１５１は、システム１００からの凝縮物を除去するのに利用可能である。蒸気が中圧段１１０から出ると、該蒸気は低圧段１１５に流入し、これら２つの段１１０、１１５を通って移動するときに、付随するシャフトによって関連する熱エネルギーが機械エネルギーに同様に変換される。低圧段１１５から流出すると、残留蒸気の一部又全て及び蒸気変換の副生成物である水は、凝縮器１２０において収集することができる。

また、システム１００には、高圧蒸気バイパスライン１６０があり、高圧過熱器１２５の出口を再熱蒸気ライン１４０に接続し、過熱器１２５からの蒸気を再熱蒸気ライン１４０に配向するよう動作可能である。高圧蒸気バイパスバルブ１６５は、高圧蒸気バイパスライン１６０内の対応する蒸気圧力及び蒸気流量を制御するよう動作可能である。高温再熱蒸気バイパスライン１７０は、再熱器１４５の出口を凝縮器１２０に接続し、これらの間の蒸気を配向するよう動作可能である。再熱器１４５と凝縮器１２０との間の蒸気流量及び圧力は、再熱バイパスバルブ１７５を用いて管理することができる。バルブ１８０には中圧蒸気用の入口があり、ジョイント１８５、１９０、及び１９５では、別のＨＲＳＧシステムをシステム１００と統合することができる。

蒸気タービン又はボトミングサイクルは、蒸気及び過熱蒸気から機械エネルギーを導出するので、ボトミングサイクル構成要素及び関連の蒸気ラインは、極めて高温で動作する。しかしながら、非動作時には、これらの構成要素及び蒸気ラインの温度は、一定の作動範囲から外れる可能性がある。システム１００が、４８時間又はそれ以上などの長い時間期間にわたって動作していない場合、「低温」熱状態条件にあると考えられる。過熱蒸気が低温のシステムに送給されて出力を発生するように、ＨＲＳＧシステムが直ちに作動されると、構成要素及び蒸気ラインへの応力が結果として生じることになる。

図２は、本発明の１つの実施形態による例示的なシステム２００を示す。システム１００と同様に、システム２００は、異なる温度及び異なる圧力で蒸気が導入されるときに機械エネルギーを発生するように設計された複数の蒸気タービン段を含む。これらのタービン段は、高圧段１０５、中圧段１１０、及び低圧段１１５を含むことができる。低圧段１１５及び高圧段１０５には、凝縮器１２０が接続される。システム２００にはまた、高圧過熱器１２５、高圧蒸発器及びドラム１３５、再熱器１４５、及び関連の蒸気ライン、並びにこれらの構成要素を接続するバルブがある。例えば、システム１００と同様に、主蒸気ライン１３０は、高圧過熱器１２５を蒸気タービン又はボトミングサイクルの高圧段１０５に接続する。主蒸気ライン１３０は、過熱器１２５から高圧段１５０に蒸気を配向するよう動作可能である。高温再熱蒸気ライン１５０は、ボトミングサイクルの中圧段１１０を再熱器１４５に接続し、再熱器１４５から高温再熱蒸気ライン１５０に蒸気を配向するよう動作可能である。タービン段、ライン、及び構成要素間には、蒸気圧及び蒸気流量を制御するためのバルブ１３２、１５２、及び逆止めバルブ１３３と、システムから凝縮物を除去するためのドレイン１２６、１３１、１３９、１４６、及び１５１とが分散されている。凝縮物が除去されると、貯蔵タンク内に収集され、凝縮器１２０に送られて再使用することができる。

更にシステム１００と同様に、システム２００は、高圧過熱器１２５の出口を再熱蒸気ライン１４０に接続する高圧蒸気バイパスライン１６０と、再熱器１４５の出口を凝縮器１２０に接続する高温再熱蒸気バイパスライン１７０とを含む。これらの要素間には、高圧蒸気バイパスバルブ１６５及び再熱蒸気バイパスバルブ１７５を含む、蒸気流を制御するための同様のバルブがある。

しかしながら、システム１００とは異なり、システム２００は、少なくとも１つの蒸気源２０５を含み、これは、高圧過熱器１２５、高圧蒸発器及びドラム１３５、再熱器１４５、及びこれらの関連する蒸気ラインを予め加温するために加熱蒸気をシステム２００に提供するよう動作可能である。蒸気源２０５は、例えば、ボイラ、蒸気発生器、加圧温水器、プラント蒸気、又は蒸気を発生する別のシステムとすることができる。蒸気源２０５からの加熱蒸気を用いると、ＨＲＳＧシステムのボトミングサイクルは、ガスタービン又はトッピングサイクルの動作とは無関係に加温することができる。この独立性によって、最大連続出力定格に相当する負荷を含む、どの負荷においてもトッピングサイクルを動作させることが可能になる。更に、ＨＲＳＧシステムをガスタービン又はトッピングサイクルとは無関係に加温することができるので、この独立性は、ＨＲＳＧシステムに比較的高速の始動機能を提供し、ＨＲＳＧシステムは、以下でより詳細に説明するように蒸気タービンサイクルシステムの運用寿命に対する影響を維持又は最小にしながらこのような始動を行う。

システム１００とシステム２００との他の相違点には、蒸気タービン又はボトミングサイクルの種々の構成要素を通る加温蒸気を管理するための多数の蒸気ライン、バルブ、及び関連するバルブ制御部が含まれる。例えば、システム２００において、高圧過熱器１２５の出口は、蒸気ライン２２０に接続され、該蒸気ライン２２０は、遮断バルブ１２９を介して主蒸気ライン１３０に接続される。蒸気ライン２２０は、過熱器１２５の出口から主蒸気ライン１３０に蒸気を配向するよう動作可能である。蒸気ライン２２０は更に、バイパスバルブ２３５が開いているときには、過熱器１２５の出口から出力蒸気ライン２３０に蒸気を配向するよう動作可能である。コントローラ２４０は、蒸気バイパスバルブ１６５及びバイパスバルブ２３５を介して出力蒸気ライン２３０及び高圧蒸気バイパスライン１６０内の圧力及び蒸気流量を維持することができる。例示的な実施形態において、出力蒸気ライン２３０は、凝縮器１２０、貯蔵タンク、大気、又は蒸気を収集するための別のシステムに接続することができる。

本発明の実施形態を他の環境、状況、及び応用に適用可能であることは理解することができる。図２において図示されこれに関して説明されたシステム２００の構成要素は、単に例証として提示されていることは理解されるであろう。多数の他の動作環境、システムアーキテクチャ、及び装置構成が可能である。従って、本発明の実施形態は、何れかの特定の動作環境、システムアーキテクチャ、及び装置構成に限定されるものと解釈すべきではない。

図３は、ＨＲＳＧシステム及びその関連する蒸気ラインを予め加温するための例示的な方法３００を示している。本方法は、蒸気源により加熱蒸気が提供されるブロック３０５から始まり、次いで、加熱蒸気を過熱器に配向することによるブロック３１０に進む。この例示的な方法を実施する１つの実施形態は、図２に示す例示的なシステム２００である。例えば、システム２００のボトミングサイクルが通常動作温度を下回ると、蒸気源２０５から加熱蒸気が提供されて、バルブ２０６を介して高圧過熱器１２５に流入され、過熱器管体を加温する。このようにすることで、過熱器１２５を加温することができる。

方法３００は、ブロック３１５に進み、ここで加熱蒸気が、過熱器から、該過熱器と再熱器との間に接続された主バイパスラインに配向される。ブロック３２０は、加熱蒸気を予め定めた温度又は圧力に達するまで主バイパスライン内に維持する。１つの実施形態では、これらのブロックは、過熱器１２５、高圧蒸気バイパスライン１６０、蒸気ライン２２０、及び蒸気バイパスバルブ１６５を備えたシステム２００により実装される。より具体的には、加熱蒸気が過熱器１２５を通って移動した後、該加熱蒸気は、高圧蒸気バイパスライン１６０及び蒸気ライン２２０内に吐出され、これらのラインを加温することができるようになる。蒸気バイパスバルブ１６５及びバルブ２３５は、加温蒸気を高圧蒸気バイパスライン１６０及び出力蒸気ライン２３０に通すように開閉する。蒸気バイパスバルブ１６５及びバルブ２３５は、加温期間中にそれぞれの関連する蒸気ライン内の圧力を制御するよう、互いに連動して動作することができる。１つの実施形態では、バルブ１６５及び２３５の各々は、予め定められた、又は他の方法でプログラムされた圧力設定点を有することができ、高圧蒸気バイパスライン１６０における初期圧力など、該圧力設定点は、システム２００に関連する多くの条件に少なくとも部分的に基づいて計算することができる。

図２に示す実施形態では、コントローラ２４０は、蒸気バイパスバルブ１６５及びバルブ２３５の両方を制御することができ、これら２つだけのバルブと関連して１つのコントローラだけが示されているが、あらゆる数のコントローラ及びバルブを多くの構成で用いて、加熱蒸気の流れを制御し、更にＨＲＳＧシステム及び何れかの関連する蒸気ラインを予め加温することができる点は理解されたい。

例示的な方法３００において、ブロック３２０では、加熱蒸気を予め定めた温度又は圧力に達するまで主イパスライン内に維持することができる。方法３００は、ブロック３２５に進み、ここで、バイパスライン内の温度及び圧力が適切な閾値に達した後、加熱蒸気が再熱器に配向される。例示的なシステム２００において、これらのブロックの一部又は全ては、高圧蒸気バイパスライン１６０、高圧蒸気バイパスバルブ１６５、再熱蒸気ライン１４０、及び再熱器１４５により実施することができる。加温蒸気が高圧蒸気バイパスライン１６０及び蒸気ライン２２０に流入すると、これらのラインは、予め定めた圧力又は温度まで加温が始まり、適切な圧力又は温度に達すると、高圧蒸気バイパスバルブ１６５が開き始め、加熱蒸気を高圧蒸気バイパスライン１６０から流出させて、再熱蒸気ライン１４０及び再熱器１４５に流入できるようになる。加熱蒸気は、再熱器１４５に流入した後、再熱器管体を加温することになる。

方法３００はブロック３３０で終了し、ここでは、収集及び再利用のために加熱蒸気が再熱器から凝縮器に配向される。例示的なシステム２００は、遮断バルブ１２９、１４７、及び１３８が閉鎖されたときに、収集及び再利用のために再熱器から凝縮器に加熱蒸気を配向する１つの実施形態を提供する。この構成において、主蒸気ライン１３０、蒸気タービン段１０５、１１０、及び１１５、並びに中間圧力蒸気ライン１３４は、加熱蒸気から隔離されている。従って、加熱蒸気は、遮断バルブ１４７が閉鎖されているときに再熱器１４５から流出し、高温再熱蒸気バイパスライン１７０を通って流れることになる。高温再熱蒸気バイパスバルブ１７５は、加熱蒸気を高温再熱蒸気バイパスライン１７０に流出可能にするよう開き、その後、加温期間中にライン内の圧力を制御する。当該技術分野において理解されるように、圧力制御の対応する設定点は、高温再熱蒸気配管内のライン圧力など、システムにおける条件に基づいている。この設定点が達成されると、加熱蒸気は、再熱蒸気バイパスライン１７０を通って収集のため凝縮器１２０に移動する。

ＨＲＳＧを予め加温する方法の別の例示的な実施形態では、再熱器から凝縮器に加熱蒸気を配向するのではなく、加熱蒸気を用いて、蒸気タービン又はボトミングサイクル内に存在することができる他の蒸気ラインを更に加温することができる。

例えば、例示的なシステム２００に関連して、遮断バルブ１２９及び１４７を開き、加熱蒸気が主蒸気ライン１３０及び高温再熱蒸気ライン１５０に流入し加温できるようにすることができる。１つの実施形態では、遮断バルブ１２９は漸次的に開き、加温蒸気が主蒸気ライン１３０に緩慢に導入されるようにする。このようにすると、主蒸気ライン１３０における圧力の急激な変化を避けることができる。別の実施形態では、主蒸気ライン１３０における蒸気流量はこのように制御されず、開放又は閉鎖の何れかである。蒸気制御の他の実施形態も利用可能であり、当該技術分野においてよく認識されるべきである。

ＨＲＳＧを予め加温する方法の別の例示的な実施形態では、加熱蒸気を用いて、蒸気ライン及び構成要素に加えて蒸気タービンを加温する。例えば、例示的なシステム２００において、バルブ１３２及び１５２は、蒸気タービン段１０５、１１０、及び１１５が加熱蒸気から隔離されるように閉鎖することができる。次いで、再利用のために凝縮物がドレイン１３１、１４６、及び１５１に収集される。或いは、バルブ１３２、１５２、及び遮断バルブ１４８を開放可能にし、中圧蒸気ライン１３４と共に蒸気タービン段１０５、１１０、及び１１５を加温することができるようにする。

当該技術分野で理解されるように、これらの構成要素を加温する実施形態は、幾つかの要因に応じて変えることができる。例えば、このような１つの要因は、加熱蒸気の可用性である。利用可能な加熱蒸気の量がシステム全体を加温するのに十分である場合、１つの実施形態では、蒸気タービン又はボトミングサイクルの一部又は全体を一度に加温することができる。しかしながら、加熱蒸気の量がシステム全体を一度に加温するのに不十分である場合、別の実施形態では、ボトミングサイクルを複数の段において加温してもよい。例示的なシステム２００では、このような多相加温サイクルは、バルブ１３２、１５２、及び遮断バルブ１２９、１３８の開閉動作を通じて、或いは、上述され本明細書で例示された他のバルブの開閉動作により達成することができ、ボトミングサイクルの構成要素が複数の段において加温されるようになる。

別の例示的な方法では、蒸気源から加熱蒸気を提供し、これを過熱器及びバイパスラインに配向して、加熱蒸気を予め定めた温度又は圧力に達するまでバイパスライン内に維持することに加えて、加熱蒸気は、更に、蒸気タービン又はボトミングサイクルの高圧セクションに配向し、高圧セクションを加温できるようにすることができる。この動作の１つの実施は、例示的なシステム２００に関連して説明することができる。

システム２００において、バルブ２０８は、高圧段１０５を加温することができるように、開放することができる。コントローラ２７５は、所望の動作に応じてバルブ２０８を開閉するよう該バルブ２０８を制御するために存在する。このように開放されると、加熱蒸気は、蒸気源２０５から高圧段１０５を通り、タービンの動作可能方向に逆らって流れることができる。１つの実施形態では、バルブ１３２は閉鎖され、加熱蒸気が凝縮器１２０において収集される。別の実施形態では、バルブ１３２は、高圧段１０５及び主蒸気ライン１３０が同時に加温されるように開放される。

加熱蒸気は、ボトミングサイクルの他の構成要素を加温した後に高圧段に更に配向することができるので、加熱蒸気をこのセクションにのみ配向してもよい点は理解されるであろう。すなわち、ＨＲＳＧを予め加温する更に別の例示的な方法において、加熱蒸気は、蒸気源から蒸気タービンの高圧セクションに配向されて、蒸気タービンの高圧セクションを加温する。例示的なシステム２００において、このような方法は、バルブ１２９、２０６、２０７を閉鎖し、バルブ２０８を開放することにより実施することができる。この構成では、加熱蒸気は、蒸気源２０５から高圧段１０５に流れ、凝縮器１２０において収集することができる。

ＨＲＳＧを予め加温する更に別の例示的な方法において、加熱蒸気は、蒸気タービンの高圧セクション及び再熱器を加温するように配向することができる。例示的なシステム２００において、このような方法は、バルブ２０６、２０７、１６５を閉鎖し、バルブ２０８及びバルブ１３８を開放することにより実施することができる。この構成では、加熱蒸気は、蒸気源２０５から高圧段１０５に、更に逆止めバルブ１３３を通って流れることができる。ここから加熱蒸気は、中圧蒸気ライン１３４を介してバルブ１３８を通り、再熱蒸気ライン１４０及び再熱器１４５に移動することになる。１つの実施形態では、加熱蒸気は、中圧段１１０を加熱するよう配向される。別の実施形態では、加熱蒸気は、凝縮器１２０に収集される。

ＨＲＳＧを予め加温する方法の更に別の実施形態において、加熱蒸気は、蒸気源から高圧蒸発器及びドラムに配向され、高圧蒸発器及びドラムを加温することができるようにする。１つの実施形態では、加熱蒸気は、他の構成要素が加温された後にのみ高圧蒸発器及びドラムに配向される。別の実施形態において、加熱蒸気は、他の構成要素に配向される前に、高圧蒸発器及びドラムに配向される。更に別の実施形態において、加熱蒸気は、高圧蒸発器及びドラムがボトミングサイクルの他の構成要素から隔離されて加温されるようにして、高圧蒸発器及びドラムにのみ配向される。同様に、ある実施形態が別の実施形態よりも好ましいことは、利用可能な加熱蒸気の量がシステム全体又は一部だけを加温するのに十分であるかどうかによって決まることができる。

システム２００は、本方法の実施形態を実施する例示的なシステムを表している。例証として、高圧蒸発器及びドラム１３５は、他の構成要素が適切な温度に達した後にのみ、バルブ２０７を閉鎖することによりこの構成要素の後に加温することができる。従って、バルブ２０７の機能は、システム温度、圧力、及び／又は蒸気源２０５からの蒸気流量の関数とすることができる。他方、高圧蒸発器及びドラム１３５は、最初に、バルブ２０６を閉鎖してバルブ２０７を開放することにより加温することができ、その結果、高圧蒸発器及びドラム１３５を通じて加熱蒸気を配向し、その後過熱器１２５を加温することができようにする。コントローラ２４０は、これらの例示的な方法に従ってバルブ２０７及び２０６を制御するために存在する。図示していないが、高圧蒸発器及びドラム１３５はまた、蒸気タービン及びボトミングサイクルにおいて他の構成要素から隔離する好適なバルブ配置を用いて他の構成要素から隔離した状態で加温することができる。このようなバルブ配列は、当該技術分野でよく知られている。

従って、上述の方法及びシステムは、ガスタービン又はトッピングサイクルがあらゆる負荷で作動しているときに蒸気タービン又はボトミングサイクルを動作温度にまで引き上げることを可能にするので、ＨＲＳＧシステムにおいて比較的高速の始動性能を提供する。より具体的には、これらは、当該ＨＲＳＧシステムが発電用に適切な動作温度にないときのＨＲＳＧシステムの高速始動により誘起される応力問題を有意に軽減する。

開示されたシステム及び方法を用いると、ガスタービン又はトッピングサイクルとは無関係にボトミングサイクルを加温することができるので、複合サイクル発電プラントは、熱状態条件に関わらず比較的高速の始動性能を有することができる。加温されると、蒸気タービン又はボトミングサイクルは、低温の蒸気タービンには存在していたはずの金属部品及び構成要素の応力が低減された状態で、ガスタービン又はトッピングサイクルのレベルに対応するレベルにて動作することができる。結果として、ボトミングサイクルの部品及び構成要素の運用寿命が維持又は延長される。

この蒸気タービン又はボトミングサイクルの独立した加温により、ＨＲＳＧ及び蒸気タービンにおいて他の場合には生じていたはずの応力が低減された状態で、より大きな負荷でボトミングサイクルが作動可能になる。加えて、ガスタービンサイクルを作動させる燃料は、蒸気タービン又はボトミングサイクルが通常動作温度に加温されるまで、ガスタービンサイクルが低負荷で作動することを必要とするかのように浪費されることがない。この浪費燃料の低減により、エミッションも低減される。

本明細書で記載されるシステム及び方法は、単一のガスタービンと３つの圧力タービンシステムだけを用いたＨＲＳＧシステムについてのみ言及しているが、複数のガスタービン、蒸気タービン、及びＨＲＳＧシステムを用いたシステムに対して、開示されたシステム及び方法を活用し、また、本明細書で開示される特定の態様を十分に利用するよう適合させることができる点は、理解することができる。

上述の明細書及び関連図面で提示された教示の利点を有する本発明の関連する当業者であれば、本明細書で記載された本発明の多くの修正及び他の実施形態も想起されるであろう。すなわち、当業者であれば、本発明は多くの形態で具現化することができ、上述の実施形態に限定されるものではない点は理解されるであろう。従って、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されず、修正及び他の実施形態は、添付の請求項の範囲に含まれることが意図される点を理解されたい。本明細書では特定の用語が利用されているが、これらは、限定の目的ではなく、一般的及び説明的な意味でのみ用いられる。

１００ システム
１０５ 高圧段
１１０ 中圧段
１１５ 低圧段
１２０ 凝縮器
１２１ バルブ
１２５ 高圧過熱器
１２６ ドレイン
１２９ バルブ
１３０ 主蒸気ライン
１３１ ドレイン
１３２ バルブ
１３３ 逆止めバルブ
１３４ 中圧蒸気ライン
１３５ ドラム
１３６ バルブ
１３８ バルブ
１３９ ドレイン
１４０ 蒸気ライン
１４５ 再熱器
１４６ ドレイン
１４７ バルブ
１５０ 蒸気ライン
１５１ ドレイン
１５２ バルブ
１６０ 高圧蒸気バイパスライン
１６５ 高圧蒸気バイパスバルブ
１７０ 蒸気バイパスライン
１７５ バイパスバルブ
１８０ バルブ
１８５−１９５ ジョイント
２００ システム
２０５ 蒸気源
２０６−２０８ バルブ
２２０ 蒸気ライン
２３０ 出力蒸気ライン
２３５ バイパスバルブ
２４０ コントローラ
３００ 方法
３０５−３３０ ブロック

Claims (10)

1. 熱回収蒸気発生器及び関連する蒸気ラインを予め加温する方法であって、
   蒸気源からの加熱蒸気を提供して、前記熱回収蒸気発生器からの蒸気を発生する前に前記熱回収蒸気発生器を予め加温する段階と、
   前記加熱蒸気を前記熱回収蒸気発生器の過熱器に配向して、該過熱器の少なくとも一部を加温する段階と、
   前記過熱器からの加熱蒸気の少なくとも一部を前記熱回収蒸気発生器の少なくとも１つのバイパスラインに配向する段階と、
   前記過熱器からの加熱蒸気の少なくとも一部を予め定めた温度又は圧力に達するまで前記少なくとも１つのバイパスライン内に維持する段階と、
   前記少なくとも１つのバイパスライン内の前記予め定めた温度又は圧力にある加熱蒸気の少なくとも一部を前記熱回収蒸気発生器の再熱器に配向して、該再熱器の少なくとも一部を加温する段階と、
   を含む方法。
2. 前記過熱器からの加熱蒸気の少なくとも一部を少なくとも１つの主蒸気ラインに配向し、該少なくとも１つの主蒸気ラインを加温する段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記再熱器からの加熱蒸気の少なくとも一部を少なくとも１つの高温再熱蒸気ラインに配向し、該少なくとも１つの高温再熱蒸気ラインを加温する段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記蒸気源からの加熱蒸気の少なくとも一部を蒸気タービンの高圧セクションに配向し、該蒸気タービンの高圧セクションを加温する段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記蒸気源からの加熱蒸気の少なくとも一部を高圧蒸発器及びドラムに配向し、該高圧蒸発器及びドラムを加温する段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
6. 熱回収蒸気発生器及び関連する蒸気ラインを予め加温するためのシステムにおいて、
   加熱蒸気を提供して、前記熱回収蒸気発生器からの蒸気を発生する前に前記熱回収蒸気発生器を予め加温する蒸気源と、
   前記熱回収蒸気発生器の前記蒸気源及び過熱器に接続され、前記蒸気源からの加熱蒸気を前記過熱器に配向するための少なくとも１つの蒸気ラインと、
   前記過熱器及び少なくとも１つのバイパスラインに接続され、前記過熱器からの加熱蒸気の少なくとも一部を前記少なくとも１つのバイパスラインに配向するための少なくとも１つの蒸気ラインと、
   前記少なくとも１つのバイパスラインに接続され、前記少なくとも１つのバイパスラインにおいて前記加熱蒸気の少なくとも一部を予め定めた温度又は圧力に維持するためのコントローラと、
   前記バイパスライン及び前記熱回収蒸気発生器の再熱器に接続され、前記予め定めた温度又は圧力にある前記加熱蒸気の少なくとも一部を前記再熱器に配向するための少なくとも１つの蒸気ラインと、
   を備えるシステム。
7. 前記過熱器及び蒸気タービンの高圧セクションに接続された少なくとも１つの主蒸気ラインと、
   前記少なくとも１つの主蒸気ラインに接続され、該少なくとも１つの主蒸気ライン内に前記加熱蒸気を予め定めた温度又は圧力に維持するためのコントローラと、
   を更に備える、
   請求項６に記載のシステム。
8. 前記再熱器及び蒸気タービンの中圧セクションに接続された少なくとも１つの高温再熱蒸気ラインと、
   前記１つの高温再熱蒸気ラインに接続され、該１つの高温再熱蒸気ライン内の前記加熱蒸気を予め定めた温度又は圧力に維持するためのコントローラと、
   を更に備える、
   請求項６に記載のシステム。
9. 前記蒸気源及び蒸気タービンの高圧セクションに接続された少なくとも１つの高圧蒸気ラインと、
   前記少なくとも１つの高圧蒸気ラインに接続され、該少なくとも１つの高圧蒸気ライン内の前記加熱蒸気を予め定めた温度又は圧力に維持するためのコントローラと、
   少なくとも１つの中圧蒸気ラインに接続され、該少なくとも１つの中圧蒸気ライン内の前記加熱蒸気を予め定めた温度又は圧力に維持するためのコントローラと、
   を更に備える、
   請求項６に記載のシステム。
10. 前記蒸気源及び高圧蒸発器及びドラムに接続され、前記蒸気源からの加熱蒸気の少なくとも一部を前記高圧蒸発器及びドラムに配向するための少なくとも１つの蒸気ラインと、
    前記少なくとも１つの蒸気ラインに接続され、該少なくとも１つの蒸気ライン内の加熱蒸気を予め定めた温度又は圧力に維持するためのコントローラと、
    を更に備える、
    請求項６に記載のシステム。
    

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