JP5674922B2 - 複合サイクル発電システムにおける出力増大のためのエネルギ回収および蒸気供給 - Google Patents

Description

本発明は一般に発電システム係り、そのうちでも特に、ランキンサイクルとブレイトンサイクルとの両方を複合してなる形態の複合サイクル発電システムに関する。更に詳細には、本発明は、そのような発電システムの発電出力と効率との両方を向上するシステムならびに方法に関する。

複合サイクル発電プラントは、内燃機関の高温排気ガスを回収することができる熱交換器と併せ用いられるため、広く利用されるようになってきている。従来一般に、その回収された熱は、蒸気タービンの作動流体を生成するために用いられる。これは、内燃タービン単独や蒸気タービン単独のみによって達成される発電効率よりも高い発電効率をもたらす。例えば、米国特許第５３７５４１０号公報（特許文献１）は、本願の出願人によるものであり、かつ、此処に参照することによって本願に援用されるものである。

一般に、複合サイクル発電システムは、内燃プロセスに基づく第１の動力源とランキンサイクルすなわち蒸気サイクルを以て運転される第２の動力源とを含んでいる。従来一般に、その第１の動力源はガスタービンであり、その燃焼プロセスにおける高温の排気ガスからの熱は、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）を介して、ランキンサイクルにおける作動流体へと移される。このようなシステムは、５５％乃至はそれ以上に高いオーダーの全体効率で以て運転され得る。

複合サイクル発電システムは、定常状態で運転されているときが、最も効率が良い。しかしながら、ピーク電力が要求されるときには、迅速な出力増大が必要となることが多い。それを実行するための１つの手段として、出力増大と通常呼ばれているものがあり、それは、例えば過熱蒸気の抜き出しのような、蒸気タービンからの出力に先立つ蒸気サイクルからの部分的な蒸気の分割、および、その蒸気をガスタービンの燃焼室へと直接的に供給することを含むものである。複合サイクル発電システムが、そのような出力増大モードで運転されるとき、ランキンサイクルから抜き出された蒸気は、燃焼室に投入される圧縮空気の圧力よりも幾許か高い圧力を有するものとなっている。その蒸気が一旦その燃焼室に入ると、その圧力は、燃焼ガスと混ざり合うことで、大幅に上昇する。その結果、大幅な膨張がもたらされて、その蒸気に基づくガスタービンセクションからの発電出力は、その蒸気に基づいて蒸気タービンから発せられることが想定される発電出力よりも、顕著に大きなものとなる。

米国特許第５３７５４１０号公報

しかしながら、出力増大のための蒸気の分割は、プラント出力の増大のための努力が払われるのと同時に、ランキンサイクルからエネルギを抜き出すこととなる。このため、発電システムを更に高いレベルの定常的な発電出力へと移行する努力は、失われた蒸気が相対的に低い温度の補給水に置き換えられなければならないために、妨げられる。その補給水の必要とされる量は、ランキンサイクルにおける給水量の２０％乃至はそれ以上になり得る。

多くの場合がこれに該当するのであるが、補給水の純度が十分ではない場合には、蒸気の分割および補給水の投入に関連したエネルギ損失は一層酷くなる。貫流設計の場合には、不純物を除去するためには、湿気を除去するためにＨＲＳＧの１つ又は複数のステージに蒸気容器が組み込まれることとなる。その流れはＨＲＳＧの蒸発器の出口側で乾燥蒸気を作り出すべく通常の仕方で制御されるが、ボイラーから蒸発器を介して流れる給水の流量比を増大させることによって、蒸気はＨＲＳＧの蒸発器の配管を出る際には湿気が残ったものとなる。蒸気容器をタービンに対して直列的に配置することで、湿気の除去が促進され、その湿気と共に、かなりの量の不純物もまた除去される。その結果、約９０％の不純物が除去され得ることとなるが、その除去に伴ってその湿気内のエネルギが更に損失することとなる。

他のＨＲＳＧの設計においては、湿気の分離は、常に液体を含んでいる蒸気ドラム内で継続的に行われる。

本発明に係る課題を解決するための手段は、本願の当初明細書の請求項１〜２０に記載の通りのものである。すなわち；
本発明に係る発電システムは、
蒸気タービンと、
(i)前記蒸気タービンからの復水を受け取るように接続された蒸発器と(ii)前記蒸発器からの送出を受け取るように接続された過熱器とを有するＨＳＲＧであって、内燃タービンからの熱エネルギを用いて前記蒸気タービンのための蒸気を発生するべく構築されたＨＳＲＧと、
(i)前記ＨＳＲＧ内で加熱された水を受けて、(ii)前記受けた水の第１の部分を蒸気として送出し、かつ、(iii)前記受けた水の第２の部分を温水として送出するべく配置されたフラッシュタンクと、
選択的に出力増大を生じせしめるべく前記蒸気を前記フラッシュタンクから内燃タービンの燃焼室へと送るように接続された流路と
を備えたことを特徴としている。
また、さらに好ましい態様として、
前記フラッシュタンクから送出される水の熱回収を行うべく接続された熱交換器を、更に備えた
ことを特徴とする発電システムとしてもよい。
また、
前記熱交換器が、加熱された補給水を前記蒸気タービンに供給するべく接続されているようにしてもよい。
また、
出力増大のために蒸気を前記燃焼室へと分離したことに起因する、蒸気タービンシステムに投入されるべき作動流体の損失分を補う、相対的に冷えた補給水を受け取る水タンクと、
前記フラッシュタンクから前記温水を受け取るように接続されており、かつ、相対的に冷えた前記補給水を前記水タンクから受け取り、当該補給水を前記フラッシュタンクから送出される相対的に高い温度の前記温水を用いて加熱するべく形成されている熱交換器であって、当該加熱された補給水を前記蒸気タービンへと供給する熱交換器と
を備えたことを特徴とする発電システムとしてもよい。
また、
前記蒸気タービンからの復水が、前記ＨＲＳＧ内で加熱される
ようにしてもよい。
また、
前記フラッシュタンクが、前記蒸気をエネルギ入力として前記内燃タービンの燃焼室へと供給するべく接続されている
ようにしてもよい。
また、
前記ＨＲＳＧは、前記蒸発器から湿り蒸気が送出される場合にその湿り分離ステージとして機能して前記フラッシュタンクによって受け取られる水を発生せしめてその水を前記フラッシュタンクに搬送するべく前記フラッシュタンクに接続された蒸気容器を、前記蒸発器と前記過熱器との間に、更に有する
ようにすることも可能である。
また、
前記ＨＲＳＧは、前記蒸発器から湿り蒸気が送出される場合にその湿り分離ステージとして機能して前記フラッシュタンクによって受け取られる水を発生せしめてその水を前記フラッシュタンクに搬送するべく前記フラッシュタンクに接続された蒸気ドラムを、前記蒸発器と前記過熱器との間に、更に有する
ようにすることも可能である。
また、
前記蒸気ドラムが、前記蒸発器から受け取った蒸気中に存在する不純物を前記フラッシュタンクが受け取る水の中へと同伴させて、当該不純物の部分を前記フラッシュタンクへと移動させる
ようにしてもよい。
本発明に係る複合サイクル発電システムは、
蒸気タービンと、
圧縮機と燃焼室とガスタービンとを有する内燃タービンと、
(i)前記蒸気タービンからの復水を受け取るように接続された蒸発器と(ii)前記蒸発器からの送出を受け取るように接続された過熱器とを有するＨＳＲＧであって、前記内燃タービンからの熱エネルギを用いて前記蒸気タービンのための蒸気を発生するべく構築されたＨＳＲＧと、
(i)前記ＨＳＲＧ内で加熱された水を受けて、(ii)前記受けた水の第１の部分を、前記内燃タービンの前記燃焼室に投入される蒸気として送出し、かつ、(iii)前記受けた水の第２の部分を温水として送出するべく配置されたフラッシュタンクと、
選択的に出力増大を生じせしめるべく前記蒸気を前記フラッシュタンクから前記内燃タービンの前記燃焼室へと送るように接続された流路と、
出力増大のために蒸気を前記燃焼室へと分離したことに起因する、前記蒸気タービンのシステムに投入されるべき作動流体の損失分を補う、相対的に冷えた補給水を受け取る水タンクと、
前記フラッシュタンクから前記温水を受け取るように接続されており、かつ、相対的に冷えた前記補給水を前記水タンクから受け取り、当該補給水を前記フラッシュタンクから送出される相対的に高い温度の前記温水を用いて加熱するべく形成されている熱交換器であって、当該加熱された補給水を前記蒸気タービンへと供給する熱交換器と
を備えたことを特徴としている。
また、更に好ましい態様として、
前記フラッシュタンクが、前記ＨＲＳＧの一部分として形成されている
ことを特徴とする複合サイクル発電システムとしてもよい。
本発明に係る複合サイクル発電システムの運転方法は、
内燃タービンと、蒸気タービンのシステムと、前記内燃タービンの排出ガスから顕熱を前記蒸気タービンへと移動させるＨＳＲＧとを有する複合サイクル発電システムの運転方法であって、
前記ＨＥＳＧにて生成される相対的に高い圧力の飽和した蒸気の第１の供給から水の元となる湿り部分を分離するプロセスと、
前記水の一部分を瞬間沸騰させて、前記蒸気の第１の供給よりも低い圧力の蒸気の第２の供給を生成するプロセスと、
前記蒸気の第２の供給を選択的に前記ガスタービンの燃焼室へと供給して、前記複合サイクル発電システムにおける出力増大をもたらすプロセスと
を有することを特徴としている。
また、更に好ましい態様として、
前記フラッシュタンクからの前記水の瞬間沸騰されていない相対的に高い温度の液体の部分を熱交換器に供給して、前記水に存在している熱を相対的に冷えた補給水へと移動させ、当該補給水を前記蒸気タービンシステムに投入して、出力増大のために蒸気を前記燃焼室へと分流したことに起因する作動流体の損失分を補うプロセスを、更に含んだ
ことを特徴とする複合サイクル発電システムの運転方法としてもよい。
また、
前記湿りと瞬間沸騰される水とを分離するプロセスは、前記ＨＲＳＧにおける蒸発器から湿り蒸気を受け取るべく蒸気ドラムを配置し、当該蒸気ドラム内で前記水を形成し、当該水の一部分を、当該水の一部分を液体として保つフラッシュタンクへと送出することによって、行われる
ようにすることも可能である。
ことを特徴とする複合サイクル発電システムの運転方法。
また、
前記フラッシュタンク内の瞬間沸騰後に液体として残っている水の部分が、熱回収のために熱交換器へと送出される
ようにしてもよい。
また、
前記フラッシュタンクから前記熱交換器への前記液体の送出は、当該複合サイクル発電システムに補給されて出力増大のために前記燃焼室へと送られる蒸気の補充のために用いられる補給水に対して、顕熱を移動せしめるために用いられる
ようにすることも可能である。
また、
前記湿りと瞬間沸騰される水とを分離するプロセスは、前記ＨＲＳＧにおける蒸発器と過熱器との間に蒸気容器を配置して、それを湿り分離ステージとして機能せしめることによって行われ、その湿り分離ステージは、前記水を生成し、当該水を、当該水の一部分を液体として保つフラッシュタンクへと送出するものである
ようにすることも可能である。
また、
前記フラッシュタンク内の、瞬間沸騰後に液体として残っている水の部分が、熱回収のために熱交換器へと送出される
ようにしてもよい。
また、
前記フラッシュタンクから前記熱交換器への前記液体の送出は、当該複合サイクル発電システムに補給されて出力増大のために前記燃焼室へと送られる蒸気の補充のために用いられる補給水に対して、顕熱を移動せしめるために用いられる
ようにすることも可能である。
また、
出力増大のために前記蒸気の第２の供給が前記燃焼室へと送出されると共に、前記飽和した蒸気の一部分から湿りを分離することによって生成される前記水の一部分が、前記ＨＲＳＧ内の蒸発器を介して再循環される
ようにしてもよい。
なお、本発明に係る更に詳細な実施の形態については、以下の記載において図面を参照しつつ説明される。

本発明の実施の形態に係る複合サイクル発電の蒸気タービンシステムを模式的に単純化して示すブロック図である。 本発明の他の実施の形態に係る複合サイクル発電の蒸気タービンシステムを模式的に単純化して示すブロック図である。 本発明の更に他の実施の形態に係る複合サイクル発電の蒸気タービンシステムを示す図である。

図１には、本発明の実施の形態に係る蒸気タービンシステム１が、単純化されたブロック図の形態で示されている。但し、図１に注記されているが図示されていない「出力増大用のガスタービンへ」とは、蒸気タービンシステム１が複合サイクル発電システムの一部分であることを示している。本発明の特徴が組み込まれている典型的な複合サイクルシステムは、図３に示されている。
全ての図面に共通して、同様の構成には同様の符号を付してある。

蒸気タービンシステム１は、貫流式のＨＲＳＧ３から過熱蒸気を受け取る蒸気タービン２を含んでいる。蒸気タービン２から送出される作動流体は、複水器４に供給された後、ＨＲＳＧ３へと再循環される。複合サイクルシステム用のＨＲＳＧは通常、複数のステージを具備しているが、図示を簡潔なものとするために、ＨＲＳＧ３の構成要素としては、復水器４から水を受け取る1つのエコノマイザ５と、その水を蒸気に変化させる１つの蒸発器６と、その蒸発器６から受け取った飽和蒸気を乾燥蒸気に変質せしめて蒸気タービン２へと投入する１つの過熱器７と、蒸発器６と過熱器７との間に直列的に配置された１つの蒸気容器８と、その蒸気容器に接続されて水を受け取るための１つのフラッシュタンク９とが図示されている、ということを理解されるべきである。

蒸気容器８は、蒸気の過熱器７への進入に先立つ１つの湿気分離ステージとして機能する。貫流蒸気発生器においては、蒸気容器８に進入する蒸気は通常、乾燥蒸気である。しかしながら、湿気分離のため、蒸発器６への流れは、蒸気容器８に進入する蒸気が湿気を含んだ状態でいる地点まで増加する。このため、湿気分離プロセスにおいては、蒸気容器８に進入する蒸気中に存在している大部分の不純物、例えば補給水を介して導入された不純物は、その蒸気の液相部分に同伴されて、ブローダウンとして蒸気容器８からフラッシュタンク９へと運び出される。本発明の特徴は、蒸気容器から分離されてフラッシュタンク９内にて蒸気に変化させられる液相部分（例えば約２０％）が、出力増大のために用いられる、ということである。

図２には、本発明の他の実施の形態に係る蒸気タービンシステム１ａが、単純化した模式図の形態で示されている。図１を参照した説明と同様に、蒸気タービンシステム１ａは、図３に示されているような複合サイクル発電システムの一部分となっている。

蒸気タービンシステム１ａは、貫流式のＨＲＳＧ３ａから過熱蒸気を受け取る蒸気タービン２を含んでいる。蒸気タービン２から送出される作動流体は、複水器４に供給された後、ＨＲＳＧ３ａへと再循環される。複合サイクルシステム用のＨＲＳＧは通常、複数のステージを具備しているが、図示を簡潔なものとするために、ＨＲＳＧ３ａの構成要素としては、復水器４から水を受け取る1つのエコノマイザ５と、水を蒸気に遷移させる１つの蒸発器６と、その蒸発器６から受け取った湿り蒸気を乾燥蒸気に変質せしめて蒸気タービン２へと投入する１つの過熱器７と、蒸発器６と過熱器７との間に直列的に配置された１つの蒸気ドラム８ａと、その蒸気ドラムに接続されて水を受け取るための１つのフラッシュタンク９とが図示されている、ということを理解されるべきである。

蒸気ドラム８ａは、蒸気の過熱器７への進入に先立つ１つの湿気分離ステージとして機能する。蒸気ドラムを備えたＨＲＳＧ３ａによれば、そのドラムに進入する蒸気は湿潤であり、一般に６０％以上の液相を含んでいる。湿気分離プロセスにおいては、蒸気ドラム８ａに進入する蒸気中に存在している大部分の不純物、例えば補給水を介して導入された不純物は、そのドラム内の液体に同伴される。そしてその液体の部分（すなわちブローダウン）は、蒸気ドラム８ａからフラッシュタンク９へと運び出される。本発明の特徴は、ブローダウンにおけるフラッシュタンク９内にて蒸気に転換される部分（例えば約２０％）が、出力増大のために用いられる、ということである。蒸気ドラム８ａ内の残りの液体の部分は、ドラム下降管１０１を介して蒸発器６へと再循環される。

図1および図２の実施の形態に関して、フラッシュタンク９は、過熱器よりも幾許かの低い圧力であるが複合サイクルシステムにおける出力増大のためのガスタービンの燃焼室への投入のための十分に高い圧力で蒸気を取り扱う。そのラッシュタンク９からの飽和蒸気は、蒸気タービン２からの乾燥蒸気と混合されて、出力増大用のガスタービンへと分流される。フラッシュタンク９内に残っている温水は、その顕熱を補給水へと交換させるべく、その補給水の復水器４への投入に先立って、熱交換器１０へと送られる。フラッシュタンクからの温水が熱交換器１０に通された結果、相対的に冷えた水が、熱交換器１０から再利用タンク（図示省略）へと送り出される。このようにして復水器４に投入されるに先立って、熱交換器１０を通って再循環される補給水が、浄化されて用いられ得ることとなる。

図１の実施の形態によれば、ＨＲＳＧは、相対的に高い圧力の飽和蒸気から湿り（液相部分、ブローダウン）を分離し、その湿りをフラッシュタンクへと運び出して、それよりも低い圧力の蒸気を発生するために配置された、湿り分離器を有している。その蒸気は、要求に応じた出力増大をもたらすべく、フラッシュタンクからガスタービンの燃焼室へと、選択的に通される。蒸気容器８からのブローダウンの第２の部分は、相対的に高い温度の温水として、フラッシュタンク９から運び出される。出力増大のために燃焼室へと送られる蒸気の分離の結果、作動流体の欠如を補うべく蒸気タービンに投入される相対的に冷えた補給水を、水タンクが受け取る。熱交換器は、温水をフラッシュタンクから受け取り、その顕熱を用いて温水が前記の相対的に冷えた補給水を加熱するように接続されている。その熱交換器は、その加熱された補給水を、例えば復水器およびＨＲＳＧを介して、蒸気タービンの一つに供給するべく接続されている。

図３には、本願の実施の形態に係る複合サイクルシステム１１が、内燃タービンシステム１２と、高圧蒸気タービン１４と、中圧蒸気タービン１６と、低圧蒸気タービン１８と、熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）２０（細い点線を付して示されている）と、作動流体を低圧蒸気タービン１８から受け取る復水器（ＣＯＮＤ）２２とによって形成される形態で図示されている。その内燃タービンシステム１２は、模式的に示された、圧縮機セクション２４と、燃焼室２６と、ガスタービン２８とを含んでいる。他の一般的な構成部位および流路は、簡潔化のために省略してある。例えば、１つの流路がガスタービン２８の出口をＨＳＲＧ２０の高温側の入口に接続されている。本発明に係る１つの複合サイクルシステムは、一般に、複数の低圧、中圧、高圧の蒸気タービンと、複数のガスタービンと、複数のＨＲＳＧとを有している。

内燃タービン２８から排気された後の排気は、ＨＲＳＧ２０へと通される。そのＨＲＳＧ２０は、模式的に示した如く、低圧、中圧、高圧のステージを有している。低圧ステージは、エコノマイザ４２、低圧ドラム３０、低圧蒸発器１２１、低圧過熱器１２３を有している。エコノマイザ４２は、低圧蒸気タービン１８の排出蒸気から生成されて復水器２２から液体として流れてくる水３０を加熱する。そのエコノマイザ４２は、低圧ステージにおける沸点付近の温水５０を作り出すが、その位置は、低圧蒸気ドラム３０をしてその低圧蒸発器１２１での再循環によって蒸気５１を作り出し、それを低圧ドラム３０を通し、低圧過熱器１２３を通し、低圧タービン１８を通すようにする位置となっている。温水５０がエコノマイザ４２から送り出される位置は、ＨＲＳＧ２０の中圧ステージへの入口であり、そのＨＲＳＧ２０は、第２のエコノマイザ４４と、中圧蒸気ドラム３２と、中圧蒸発器１２５と、過熱器１３０とを有している。中圧ステージに投入される水５０は、第２のエコノマイザ４４を通って循環されるが、その第２のエコノマイザ４４にて中圧ステージにおける沸点付近の温度まで加熱された後、中圧蒸気ドラム３２を通り、続いて中圧蒸発器１２５を通って、中圧蒸気５２を発生する。その中圧蒸気ドラム３２から送り出される蒸気は、飽和している。その中圧蒸気ドラム３２からの中圧蒸気５２は、中圧過熱器１３０（これはＨＲＳＧ２０の中圧ステージの高温加熱要素を成している）を通り、中圧蒸気タービン１６に投入されるに先立っての作動流体としての温度の更なる上昇が行われる。

エコノマイザ４２から送り出される温水５０の多くは、ＨＲＳＧ２０の高圧ステージに投入されるが、そのＨＲＳＧ２０は、第３のエコノマイザ４８と、高圧蒸気ドラム３４と、高圧蒸発器１２７と、高圧過熱器１３２とを有している。温水５０は、まず第３のエコノマイザ４８を通って循環し、続いて高圧蒸気ドラム３４へと送られる。その温水は、高圧蒸気ドラム３４から高圧蒸発器１２７へと流れて行き、高圧蒸気５４を発生する。

図３に示した実施例において、高圧蒸発器１２７によって生じる高圧蒸気５４は、飽和している。その高圧蒸発器は、高圧蒸気ドラム３４に接続されており、その高圧蒸気ドラム３４は、高圧過熱器１３２に接続されており、その高圧過熱器１３２は、ＨＲＳＧ２０の高圧ステージの高温加熱要素を成している。高圧蒸気５４は、高圧蒸気ドラム３４および高圧過熱器１３２を通って、今度は高圧蒸気タービン１４に投入されるに先立っての作動流体としての温度の更なる上昇が行われる。

図面にはこのような詳細は示されていないが、図示されたＨＲＳＧ２０は、各回路がエコノマイザと蒸発器と過熱器とを有する複圧回路のための流路を有している。

中圧ドラム３２および高圧ドラム３４は各々、燃焼室２６へと直接に接続された流路を有している。高圧飽和蒸気管路６０は、飽和した高圧蒸気５４を、高圧ドラム３４から燃焼室２６へと搬送する。高圧飽和蒸気管路６０を通って燃焼室２６へと流入する流れは、バルブ６４によって制御される。高圧飽和蒸気管路６０は、復水器６６も有している。中圧過熱蒸気管路７０が、飽和した中圧蒸気５２を、中圧ドラム３２から燃焼室２６へと搬送する。中圧過熱蒸気管路７０を通って燃焼室２６へと流入する流れは、バルブ７４によって制御される。高圧飽和蒸気管路６０は、復水器７６も有している。

複合サイクルシステム１１の始動中、ＨＲＳＧ２０における高圧ステージおよび中圧ステージの各々にて十分な圧力の過熱された高圧蒸気５４または中圧蒸気５２が生成されるや否や、それに関連若しくは対応するバルブ６４またはバルブ７４が開かれて、過熱蒸気の流れを燃焼室２６に投入できるようにする。そのプロセスにおいて、まず第１に行われるのは、過熱された高圧蒸気５４または中圧蒸気５２が生成されるのとほぼ同時に、補給水における大部分の事前に除去された酸化炭素を揮発させて蒸気に同伴させるということである。このようにして、作動流体中に含まれている大部分の酸化炭素の除去が必要とされる蒸気噴射の量が、相対的に少なくなる。その結果、酸化炭素の除去に関連する熱的損失も、相対的に小さなものとなる。浄化された水の損失は、本願において参照する米国特許第７３０６６５３号公報に記載の復水器と同様の設計の復水器６６、７６によって、更に低減される。複合サイクルシステム１１におけるシステム始動、復水器６６、７６の動作、ならびに、混入ガスの除去に関する、その他の詳細および構成については、本願にて参照する、２００９年７月１５日に出願されて同時係属中の米国出願第１２／５０３１７７号公報に記載されている。

本願に係るこの実施例によれば、蒸発器１２５、１２７にて生成された飽和蒸気を過熱するに先立って、中圧蒸気５２および中圧蒸気ドラム３２と高圧蒸気５４および高圧蒸気ドラム３４との両方から分離された液体（ブローダウン）は、ドレイン管路１４０、１４２を介してフラッシュタンク９へと送られる。中圧蒸気ドラム３２および高圧蒸気ドラム３４がそれぞれ、蒸気が過熱器１３０又は１３２に投入されるに先立つ蒸気の湿り分離ステージとして働くことによって、その蒸気中に存在している大部分の不純物が、中圧蒸気ドラム３２および高圧蒸気ドラム３４からフラッシュタンク９へと搬送されるブローダウンに同伴される。本発明の特徴は、出力増大要求開始の際に、ブローダウンの一部分が、フラッシュタンク９内で蒸気に変化させられて、燃焼室２６へと投入される。フラッシュタンク９は、その蒸気を過熱器１３０および１３２よりも幾許か低圧であるが燃焼室２６への投入のためには十分な高圧にする。そして、出力増大の継続中、フラッシュタンク９からの飽和蒸気は、燃焼室に投入される乾燥した中圧蒸気５２（若しくは高圧蒸気５４）と混合される。

例えば出力増大に因って損失した蒸気は、補給水１５０を保持するタンク１４６に接続されてそこから補給水１５０を熱交換器１０を介して復水器２２へと送って置き換えられる必要が、全くなくなることになる。フラッシュタンク９内で瞬間沸騰されなかった液体、すなわち温水１５２は、熱交換器１０に通されて、そこでその顕熱を、復水器２２に流入する前の補給水１５０へと交換させる。温水１５２がフラッシュタンクから移動して熱交換器１０を通ることによって相対的に冷えた水１５４は、熱交換器１０から送り出されて回収タンク１５８に集められる。その回収された水１５４は、その後、浄化ステージ１６２を経て、補給水１５０としてタンク１４６に再循環される。

図３の実施の形態によれば、ＨＳＲＧ２０は、そのＨＳＲＧ２０の内部で加熱された相対的に高い圧力の飽和蒸気から液体を分離して、その液体（ブローダウン）の第１の部分を例えば低圧の蒸気としてフラッシュタンク９から送り出すべく配置された、湿り分離器を有している。その蒸気は選択的にガスタービンの燃焼室に送られて、要求に応じた出力増大をもたらす。その液体の残りの第２の部分は、相対的に高い温度の水であり、それを、相対的に冷えた補給用の水つまり補給水を加熱するために用いることによって、出力増大時の燃焼室への分流に起因した作動流体の損失が補われる。熱交換器１０は、その温水の第２の部分の顕熱を、相対的に冷えた補給用の水に移動させる。その熱交換器は、温水を、例えば復水器２２およびＨＲＳＧ２０を介して、１つ又は複数の蒸気タービン１４、１６、１８に供給するべく接続されている。

通常、蒸気５２、５４に例示されるような蒸気ドラムによる飽和蒸気から分離された湿りを瞬間沸騰させることにより、蒸気の第２の発生源が、ピーク電力需要の開始時の出力増大をもたらすための内燃タービンへの投入のために利用可能となる。その飽和蒸気から既に分離された残りの湿りの顕熱は、熱交換の仕組みによって、補給水又は他の作動流体へと移動させることが可能である。

なお、本発明に係る種々の実施の形態をこれまで記載ならびに示してきたが、それらの実施の形態は、例示として提示されたものに過ぎない。此処において本発明を逸脱しない範囲内で、幾多ものバリエーション、変更、省略等が可能である。従って、本発明はその趣旨および添付の特許請求の範囲のみによって限定されるべきである。

１ 蒸気タービンシステム
２ 蒸気タービン
３ 熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）
４ 復水器
５ エコノマイザ
６ 蒸発器
７ 過熱器
８ 蒸気容器
９ フラッシュタンク
１０ 熱交換器
１１ 複合サイクルシステム
１２ 内燃タービンシステム
１４ 高圧蒸気タービン
１６ 中圧蒸気タービン
１８ 低圧蒸気タービン
２０ ＨＲＳＧ
２２ 復水器
２４ 圧縮機セクション
２６ 燃焼室
２８ ガスタービン
３０ 低圧蒸気ドラム
３２ 中圧蒸気ドラム
３４ 高圧蒸気ドラム
４２ エコノマイザ
４４ 第２のエコノマイザ
４８ 第３のエコノマイザ
５０ 温水
５１ 低圧蒸気
５２ 中圧蒸気
５４ 高圧蒸気
６０ 高圧飽和蒸気管路
７０ 中圧過熱蒸気管路
１２１ 低圧蒸発器
１２３ 低圧過熱器
１２５ 中圧蒸発器
１２７ 高圧蒸発器
１３０ 中圧過熱器
１３２ 高圧過熱器
１３４ 飽和蒸気
１４０ ドレイン管路
１４２ ドレイン管路
１４６ タンク
１５０ 温水
１５２ 温水
１５４ 回収された水
１５８ 回収タンク
１６２ 浄化ステージ

Claims (16)

1. 蒸気タービン（２）と、
   前記蒸気タービン（２）からの復水を受け取るように接続された蒸発器（６）と、前記蒸発器（６）からの送出を受け取るように接続された過熱器（７）とを有するＨＲＳＧ（３）であって、内燃タービン（１２）からの熱エネルギを用いて前記蒸気タービン（２）のための蒸気を発生するべく構築されたＨＲＳＧ（３）と、
   前記ＨＲＳＧ（３）内で加熱された水を受けて、前記受けた水の第１の部分を蒸気として送出し、かつ、前記受けた水の第２の部分を温水として送出するべく配置されたフラッシュタンク（９）と、
   選択的に出力増大を生じせしめるべく前記蒸気を前記フラッシュタンク（９）から内燃タービン（１２）の燃焼室（２６）へと送るように接続された流路と、
   前記出力増大のために前記蒸気を前記燃焼室（２６）へと分離したことに起因する、蒸気タービン（２）のシステム（１）に投入されるべき作動流体の損失分を補う、相対的に冷えた補給水を受け取る水タンクと、
   前記フラッシュタンク（９）から前記温水を受け取るように接続されており、かつ、前記相対的に冷えた補給水を前記水タンクから受け取り、当該補給水を前記フラッシュタンク（９）から送出される相対的に高い温度の前記温水を用いて加熱するべく形成されている熱交換器（１０）であって、当該加熱された補給水を前記蒸気タービン（２）へと供給する熱交換器（１０）と
   を備えたことを特徴とする発電システム。
2. 請求項１記載の発電システムにおいて、
   前記蒸気タービン（２）からの復水が、前記ＨＲＳＧ（３）内で加熱される
   ことを特徴とする発電システム。
3. 請求項１記載の発電システムにおいて、
   前記フラッシュタンク（９）が、前記蒸気をエネルギ入力として前記内燃タービン（１２）の燃焼室（２６）へと供給するべく接続されている
   ことを特徴とする発電システム。
4. 請求項１記載の発電システムにおいて、
   前記ＨＲＳＧ（３）は、前記蒸発器（６）から飽和蒸気が送出される場合にその飽和蒸気からの湿り分離ステージとして機能して前記フラッシュタンク（９）によって受け取られる水を発生せしめてその水を前記フラッシュタンク（９）に搬送するべく前記フラッシュタンク（９）に接続された蒸気容器（８）を、前記蒸発器（６）と前記過熱器（７）との間に、更に有する
   ことを特徴とする発電システム。
5. 請求項１記載の発電システムにおいて、
   前記ＨＲＳＧ（３）は、前記蒸発器（６）から湿り蒸気が送出される場合にその湿り蒸気からの湿り分離ステージとして機能して前記フラッシュタンク（９）によって受け取られる水を発生せしめてその水を前記フラッシュタンク（９）に搬送するべく前記フラッシュタンク（９）に接続された蒸気ドラム（８ａ）を、前記蒸発器（６）と前記過熱器（７）との間に、更に有する
   ことを特徴とする発電システム。
6. 請求項５記載の発電システムにおいて、
   前記蒸気ドラム（８ａ）が、前記蒸発器（６）から受け取った蒸気中に存在する不純物を前記フラッシュタンク（９）が受け取る水の中へと同伴させて、当該不純物の部分を前記フラッシュタンク（９）へと移動させる
   ことを特徴とする発電システム。
7. 蒸気タービン（２）と、
   前記蒸気タービン（２）からの復水を受け取るように接続された蒸発器（６）と、前記蒸発器（６）からの送出を受け取るように接続された過熱器（７）とを有するＨＲＳＧ（３）であって、内燃タービン（１２）からの熱エネルギを用いて前記蒸気タービン（２）のための蒸気を発生するべく構築されたＨＲＳＧ（３）と、
   前記ＨＲＳＧ（３）内で加熱された水を受けて、前記受けた水の第１の部分を蒸気として送出し、かつ、前記受けた水の第２の部分を温水として送出するべく配置されたフラッシュタンク（９）と、
   選択的に出力増大を生じせしめるべく前記蒸気を前記フラッシュタンク（９）から内燃タービン（１２）の燃焼室（２６）へと送るように接続された流路と、
   前記出力増大のために前記蒸気を前記燃焼室（２６）へと分離したことに起因する、前記蒸気タービン（２）のシステム（１）に投入されるべき作動流体の損失分を補う、相対的に冷えた補給水を受け取る水タンクと、
   前記フラッシュタンク（９）から前記温水を受け取るように接続されており、かつ、前記相対的に冷えた補給水を前記水タンクから受け取り、当該補給水を前記フラッシュタンク（９）から送出される相対的に高い温度の前記温水を用いて加熱するべく形成されている熱交換器（１０）であって、当該加熱された補給水を前記蒸気タービン（２）へと供給する熱交換器（１０）と
   を備えたことを特徴とする複合サイクル発電システム。
8. 請求項７記載の複合サイクル発電システムにおいて、
   前記フラッシュタンク（９）が、前記ＨＲＳＧ（３）の一部分として形成されている
   ことを特徴とする複合サイクル発電システム。
9. 内燃タービン（１２）と、蒸気タービン（２）のシステム（１）と、前記内燃タービン（１２）の排出ガスから顕熱を前記蒸気タービン（２）へと移動させるＨＲＳＧ（３）とを有する複合サイクル発電システム（１１）の運転方法であって、
   前記ＨＲＳＧ（３）において生成される相対的に高い圧力の飽和した蒸気の第１の供給から、水の元となる湿り部分を分離して、フラッシュタンク（９）へと送出するプロセスと、
   前記フラッシュタンク（９）内で前記水の一部分を瞬間沸騰させて、前記ＨＲＳＧにおいて生成される相対的に高い圧力の飽和した蒸気よりも低い圧力の蒸気の第２の供給を生成するプロセスと、
   前記低い圧力の蒸気の第２の供給を選択的に分流して前記内燃タービン（１２）の燃焼室（２６）へと供給し、前記複合サイクル発電システム（１１）における出力増大をもたらすプロセスと、
   前記フラッシュタンク（９）から前記水の瞬間沸騰されていない相対的に高い温度の液体の部分を熱交換器（１０）に供給して、前記水に存在している熱を相対的に冷えた補給水へと移動させ、当該補給水を前記蒸気タービン（２）のシステム（１）に供給して、前記出力増大のために前記低い圧力の蒸気を前記燃焼室（２６）へと分流したことに起因する作動流体の損失分を補うプロセスと
   を含むことを特徴とする複合サイクル発電システムの運転方法。
10. 請求項９記載の複合サイクル発電システムの運転方法において、
    前記湿り部分と瞬間沸騰される水とを分離するプロセスは、前記ＨＲＳＧ（３）における蒸発器（６）から湿り蒸気を受け取るべく蒸気ドラム（８ａ）を配置し、当該蒸気ドラム（８ａ）内で前記水を形成し、当該水の一部分を、当該水の一部分を液体として保つ前記フラッシュタンク（９）へと送出することによって、行われる
    ことを特徴とする複合サイクル発電システムの運転方法。
11. 請求項１０記載の複合サイクル発電システムの運転方法において、
    前記フラッシュタンク（９）内の瞬間沸騰後に液体として残っている水の部分が、熱回収のために前記熱交換器（１０）へと送出される
    ことを特徴とする複合サイクル発電システムの運転方法。
12. 請求項１１記載の複合サイクル発電システムの運転方法において、
    前記フラッシュタンク（９）から前記熱交換器（１０）への前記液体の送出は、当該複合サイクル発電システム（１１）に補給されて前記出力増大のために前記燃焼室（２６）へと送られる蒸気の補充のために用いられる補給水に対して、顕熱を移動せしめるために用いられる
    ことを特徴とする複合サイクル発電システムの運転方法。
13. 請求項９記載の複合サイクル発電システムの運転方法において、
    前記湿り部分と瞬間沸騰される水とを分離するプロセスは、前記ＨＲＳＧ（３）における前記蒸発器（６）と前記過熱器（７）との間に蒸気容器（８）を配置して、それを湿り分離ステージとして機能せしめることによって行われ、その湿り分離ステージは、前記水を生成し、当該水を、当該水の一部分を液体として保つフラッシュタンク（９）へと送出するものである
    ことを特徴とする複合サイクル発電システムの運転方法。
14. 請求項１３記載の複合サイクル発電システムの運転方法において、
    前記フラッシュタンク（９）内の、瞬間沸騰後に液体として残っている水の部分が、熱回収のために前記熱交換器（１０）へと送出される
    ことを特徴とする複合サイクル発電システムの運転方法。
15. 請求項１４記載の複合サイクル発電システムの運転方法において、
    前記フラッシュタンク（９）から前記熱交換器（１０）への、前記液体として残っている水の部分の送出は、当該複合サイクル発電システム（１１）に補給されて出力増大のために前記燃焼室（２６）へと送られる蒸気の補充のために用いられる補給水に対して、顕熱を移動せしめるために用いられる
    ことを特徴とする複合サイクル発電システムの運転方法。
16. 請求項９記載の複合サイクル発電システムの運転方法において、
    前記出力増大のために前記蒸気の第２の供給が前記燃焼室（２６）へと送出されると共に、前記飽和した蒸気の一部分から湿りを分離することによって生成される前記水の一部分が、前記ＨＲＳＧ（３）内の蒸発器（６）を介して再循環される
    ことを特徴とする複合サイクル発電システムの運転方法。
    
    

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