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公開番号2024159546
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-08
出願番号2024062463
出願日2024-04-09
発明の名称複合サイクル発電システム
出願人ゼネラルエレクトリックテクノロジーゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング,General Electric Technology GmbH
代理人個人,弁理士法人NIP&SBPJ国際特許事務所
主分類F22B 35/00 20060101AFI20241031BHJP(蒸気発生)
要約【課題】複合サイクル発電システムを提供する。
【解決手段】
ガスタービンを含む発電システムが開示される。発電システムは、高温高圧過熱器および高温中圧再熱器を含む蒸気供給システム、非凝縮蒸気タービン、高圧蒸気タービン部、中圧蒸気タービン部、および低圧蒸気タービン部のうちの少なくとも1つを含む蒸気タービンアセンブリ、および前記蒸気供給システムおよび前記蒸気タービンアセンブリに結合された制御システムであって、前記非凝縮蒸気タービンおよび前記中圧蒸気タービン部への再熱蒸気の供給を選択的に制御すること、および前記非凝縮蒸気タービンおよび前記高圧蒸気タービン部への高圧過熱蒸気の供給を選択的に制御することを実行するように構成された制御システムを含む。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
ガスタービンを含む発電システムであって、
高温高圧過熱器および高温中圧再熱器を含む蒸気供給システム、
非凝縮蒸気タービン、高圧蒸気タービン部、中圧蒸気タービン部、および低圧蒸気タービン部のうちの少なくとも１つを含む蒸気タービンアセンブリ、および
前記蒸気供給システムおよび前記蒸気タービンアセンブリに結合された制御システムであって、
前記非凝縮蒸気タービンおよび前記中圧蒸気タービン部への再熱蒸気の供給を選択的に制御すること、および
前記非凝縮蒸気タービンおよび前記高圧蒸気タービン部への高圧過熱蒸気の供給を選択的に制御すること
を実行するように構成された制御システム
を含む、発電システム。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記制御システムは、前記非凝縮蒸気タービンへの流れを選択的に制御する第１の制御バルブと、前記中圧蒸気タービン部への流れを選択的に制御する第２の制御バルブと、前記蒸気供給システムから前記低圧蒸気タービン部への蒸気の供給を選択的に制御する第３の制御バルブとを含む、請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記制御システムは、更に、前記中圧蒸気タービン部への流れを選択的に制御するために、前記第２の制御バルブと並列に結合された過負荷バルブを含み、前記第１、第２および第３の制御バルブ並びに前記過負荷バルブの各バルブは、前記発電システムのベース負荷において完全に開いた状態である、請求項２に記載の発電システム。
【請求項４】
前記発電システムの負荷が第１の負荷状態まで低下すると、前記第３の制御バルブは、前記中圧蒸気タービン部のプロセス抽気圧力が維持できるように、少なくとも部分的に閉じ、前記過負荷バルブは、前記中圧蒸気タービン部を流れて膨張する蒸気の圧力比が維持できるように、少なくとも部分的に閉じる、請求項３に記載の発電システム。
【請求項５】
前記発電システムの負荷が第２の負荷状態まで低下し、前記過負荷バルブが完全に閉じると、前記第１の制御バルブは、前記中圧蒸気タービン部を流れて膨張する蒸気の圧力比が維持できるように、少なくとも部分的に閉じる、請求項４に記載の発電システム。
【請求項６】
負荷が第３の負荷状態まで低下し、前記非凝縮蒸気タービンへの最小蒸気流量が維持されていると、前記第１の制御バルブは、前記非凝縮蒸気タービンが発電を停止するように、完全に閉じる、請求項５に記載の発電システム。
【請求項７】
前記発電システムの負荷が最小負荷状態まで低下すると、前記過負荷バルブは最初に閉じられ、前記中圧蒸気タービン部の排気温度を制御するために、前記蒸気供給システムから出る再熱蒸気温度が低下する、請求項６に記載の発電システム。
【請求項８】
前記非凝縮蒸気タービンは、第１の制御バルブを通じて高圧過熱器から蒸気を受け取り、前記高圧蒸気タービン部は、主蒸気制御バルブを通じて前記高圧過熱器から蒸気を受け取り、前記制御システムは、前記第２の制御バルブに並列に結合され、前記中圧蒸気タービン部への流れを選択的に制御するための過負荷バルブをさらに含み、前記第２の制御バルブと、前記第３の制御バルブと、前記主蒸気制御バルブと、前記第２の制御バルブに対して並列に結合された過負荷バルブは、それぞれ、前記発電システムの基本負荷において完全な開いた状態である、請求項２に記載の発電システム。
【請求項９】
前記発電システムの負荷が第１の負荷状態まで低下すると、前記第３の制御バルブは、前記中圧蒸気タービン部のプロセス抽気圧力が維持できるように、少なくとも部分的に閉じ、前記過負荷バルブは、前記中圧蒸気タービン部を流れて膨張する蒸気の圧力比が維持できるように、少なくとも部分的に閉じる、請求項８に記載の発電システム。
【請求項１０】
前記発電システムの負荷が第２の負荷状態まで低下し、前記過負荷バルブが閉じると、前記中圧蒸気タービン部の排気温度を、前記中圧蒸気タービン部の限界温度の限界値以下に維持できるように、前記再熱器の高温再熱蒸気温度が低下する、請求項９に記載の発電システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、一般に複合サイクル発電システムに関し、より詳細には、負荷ターンダウン制御の最大化を支援する協調システム構成および制御戦略を含む複合サイクル発電システムに関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
複合サイクル発電システムは、ガスタービンと蒸気タービンとを組み合わせて使用して、発電する。発電システムは、ガスタービンが熱回収蒸気発生器（「ＨＲＳＧ」）を通じて蒸気タービンに熱的に接続されるように構成され、ＨＲＳＧは、蒸気発生プロセスのための給水を本来なら無駄になる排気ガスによって加熱することができる。一部の構成では、流体は複数の圧力レベルで生成された蒸気であり、蒸気タービンの高圧部、中圧部、および／または低圧部のいずれかのセクションを流れる。
【０００３】
複合サイクルシステムの中には、産業用炭素回収隔離（ＣＣＳ）又は地域暖房システムをサポートするためにプロセス蒸気を供給する蒸気タービン抽気装置を含むものがある。蒸気の抽気は、蒸気流量またはプラント負荷の運転範囲にわたってプロセス蒸気の供給圧力の維持ができるように、一般的に圧力制御される。プラント負荷またはプロセス蒸気需要がタービンからの抽気の許容運転範囲外に移動した場合、プロセス要件を満たすために、高圧蒸気源から蒸気を抽出し、その後圧力と温度を低下させるフォールバック規定が一般的に存在する。
【０００４】
このフォールバックモードでは、プロセス蒸気が最初に膨張して蒸気タービンの動力を発生させることがないので、効率が大幅に低下する。プロセスに必要な(低い)圧力まで膨張している間にプロセス蒸気がすでに仕事をした後、プロセス蒸気が抽気から利用できる場合に、運転は最も効率的である。ただし、プロセス蒸気抽出が技術的に実現可能である最小蒸気タービン負荷が、制限されている場合がある。これは、負荷が低下するにつれて、抽出点における蒸気タービンの構成要素が高温になりすぎて熱限界を超えるまで、抽気温度が徐々に上昇するからである。これが発生するのは、蒸気入口（蒸気入口部は、流量の減少に伴って圧力が低下する）と蒸気抽出部（蒸気抽出部は、バルブによって、プロセス蒸気ユーザへの供給に必要な固定圧力に制御される）との間で、タービンの蒸気膨張における圧力比が減少するからである。
【０００５】
そのため、多くの場合、蒸気抽出の理想的な位置は、中圧（ＩＰ）タービンの入口の下流である。このため、蒸気タービン抽気装置から出る蒸気温度を管理するために、中圧（ＩＰ）タービンの入口の（再熱）蒸気温度のターンダウン制御が必要となる。ＨＲＳＧは、一般的に、過熱蒸気に水を混合することによって高圧の再熱出口蒸気の温度を低下させるための水噴霧式過熱低減器（デスーパーヒータ）を含んでおり、水が蒸発すると蒸気が冷却される。しかし、従来の蒸気温度制御手段を使用した再熱蒸気温度制御には限界がある。蒸気抽出を有効にしたまま運転をすることが望ましく、これは、プロセス蒸気供給を、より高圧・高温の供給源に切り替えるよりも効率的だからであり、効率的な理由は、このような供給源からの蒸気が、蒸気タービンを流れて膨張することによって仕事をする機会がないからである。
【０００６】
再熱部と再熱部との間に水噴霧式の過熱低減部を有する従来の再熱蒸気温度制御システムは、ＨＲＳＧ内で安全に注入し蒸発できる水量によって制限を受ける場合がある。これは、高レベルのエネルギーを使用してＨＲＳＧ内のスプレー水を蒸発させることから、本質的に非効率的でもある。より効率的な方法は、水の代わりに冷却蒸気を利用して再加熱器に入る蒸気の温度を低下させることである。しかし、この方法は、出口蒸気温度をどれだけ低下させることができるかによって、温度制御範囲が制限される恐れがある。蒸気温度を更に低下できるように再熱蒸気温度制御の範囲を広げると、プロセスに抽気を供給するのに利用可能な負荷範囲も広がる。
【０００７】
従って、本技術分野では、熱回収蒸気発生器システムにおける再熱蒸気温度のターンダウン制御を改善する必要性がある。
【発明の概要】
【０００８】
一
一態様では、ガスタービンを含む発電システムが開示される。発電システムは、高温高圧過熱器および高温中圧再熱器を含む蒸気供給システム、非凝縮蒸気タービン、高圧蒸気タービン部、中圧蒸気タービン部、および低圧蒸気タービン部のうちの少なくとも１つを含む蒸気タービンアセンブリ、および前記蒸気供給システムおよび前記蒸気タービンアセンブリに結合された制御システムであって、前記非凝縮蒸気タービンおよび前記中圧蒸気タービン部への再熱蒸気の供給を選択的に制御すること、および前記非凝縮蒸気タービンおよび前記高圧蒸気タービン部への高圧過熱蒸気の供給を選択的に制御することを実行するように構成された制御システムを含む。
【０００９】
別の態様では、発電システムと共に使用するための制御システムが開示される。発電システムは、少なくとも蒸気タービンアセンブリおよび蒸気供給システムを含み、前記蒸気タービンアセンブリは、非凝縮蒸気タービン、高圧蒸気タービン部、中圧蒸気タービン部、および低圧蒸気タービン部のうちの少なくとも１つを含み、前記蒸気供給システムは、少なくとも高温高圧過熱器および高温中圧再熱器を含む。前記制御システムは、前記非凝縮蒸気タービンへの高圧加熱蒸気及び再熱蒸気のうちの一方の蒸気の供給を選択的に制御する第１の制御バルブ、前記中圧蒸気タービン部への再熱蒸気の供給を選択的に制御する第２の制御バルブ、および高圧蒸気タービン部への高圧過熱蒸気の供給を選択的に制御する主蒸気制御バルブを含む。
【００１０】
さらに別の態様では、ガスタービンアセンブリを含む発電システムの負荷ターンダウン制御を実現する方法が開示される。前記方法は、高温高圧過熱器と高温中圧再熱器とを含む蒸気供給システムを用意すること、非凝縮蒸気タービン、高圧蒸気タービン部、中圧蒸気タービン部、及び低圧蒸気タービン部のうちの少なくとも１つを含む蒸気タービンアセンブリを用意すること、及び制御システムを前記蒸気供給システム及び前記蒸気タービンアセンブリに結合することを含み、前記制御システムは、前記非凝縮蒸気タービンへの再熱蒸気の供給および前記中圧蒸気タービンへの再熱蒸気の供給を選択的に制御すること、および前記非凝縮蒸気タービンおよび前記高圧蒸気タービン部のうちの少なくとも一方への高圧過熱蒸気の供給を選択的に制御することを実行するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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