ＬＮＧ再ガス化と発電プラントとの熱的統合のための構成および方法
ここで企図するプラントは、凍結温度降下剤の再生をＬＮＧ再ガス化および発電サイクルに統合する。最も好ましくは、このプラントは複合サイクルプラントであり、そこでは再生器を再沸騰させる熱が蒸気サイクルによって供給され、ＬＮＧの冷却分が使用されて再生器からの蒸気を凝縮させ、燃焼タービンの吸入空気をさらに過冷却する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、本願と同時係属の２００５年３月３０日出願の米国仮特許出願第６０／６６７１８２号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明の分野は、ＬＮＧ再ガス化施設における発電であり、特に、吸入空気の冷却を使用した複合サイクル発電プラントにおける再ガス化の熱的統合である。
【背景技術】
【０００３】
燃焼タービンの吸入空気の冷却は当技術でよく知られており、様々な冷源が使用されている。例えば、中間熱伝達流体を備えた、また備えていない多数の蒸発冷却器が米国特許第６４５７３１５号に記述されている。しかし、このような構成は、冷却剤の圧縮／凝縮のために大量のエネルギーを消費する場合が多く、典型的には他の形で利用可能な冷源には熱的結合されない。
【０００４】
他の知られている構成では、液化天然ガス（ＬＮＧ）の冷却分が吸入空気を冷却するために利用され、空気冷却および／またはある種の他のプロセスが蒸発器でのＬＮＧの蒸発に寄与する。例えば、知られている一構成では、米国特許出願第２００３／０１８２９４１号で記述されているように、ＬＮＧは冷却剤として使用され、次いで少なくともこの一部が重層タンクに戻され、他の部分は蒸発される。さらに別の知られている構成では、米国特許第５６２６０１９号または欧州特許第０６５１１４５号で教示されているように、ＬＮＧは吸入空気を冷却するために中間冷却剤を冷却する冷源として使用され、そのように蒸発された天然ガスはその後燃料として使用される。同様に欧州特許第０６０５１５９号で述べられているように、流入空気をＬＮＧと交差交換して、蒸発燃料と冷却吸入空気との両方を供給することができる。このようなプラントの構成は一般的には少なくともある程度は満足に動作するが、様々な欠点が残る。とりわけ、再ガス化ＬＮＧの量が、例えば一般的にパイプライン輸送で必要とされる比較的大きな量と比較すると比較的小さい。
【０００５】
このような欠点を克服するために、米国特許第６３６７２５８号で述べられているように、タービン吸入空気および海水との熱交換で（再）加熱される熱交換流体を使用して、より大きな量のＬＮＧを再ガス化することができる。さらに知られている構成では、米国特許出願第２００５／０２２３７１２号で教示されているように、ＬＮＧの冷気が水蒸気サイクルの吸熱器として使用される。代替方法として、ＬＮＧを再ガス化するために熱伝達流体からの熱が使用される複合サイクルプラント構成も知られており、また米国特許出願第２００３／０００５６９８号、米国特許第６３７４５９１号、欧州特許第０６８３８４７号、または欧州特許０８２８９１５号で述べられているように、吸入空気の冷却と熱回収蒸気生成器からの熱とを使用して、冷却された熱伝達流体が再加熱される。さらに知られているプラントは、国際公開第２００４／１０９２０６号で述べられているように、ＬＮＧの再ガス化を、電力生産と特定の脱メタンおよび／または脱エタン作業工程とに統合する。
【０００６】
このような構成は有利に、ＬＮＧの再ガス化を他のプロセス、典型的には発電プロセスに統合する場合が多いが、様々な欠点が残る。例えばこうしたプロセスのほとんどは一般的に、不安全な状態を作り出す、または発電プラントを動作不能にさえしてしまうことになる吸入空気の水の凍結を回避するように、ガスタービンの吸入空気を華氏５０°に（またはそれよりもさらに高く）冷却するように制限されている。したがって、知られているプラントにおけるＬＮＧの冷却分を使用した発電の効率向上は一般的に、吸入空気温度の冷却限界による限界がある。さらに現在知られているガスタービン空気予備冷却方法は全て、またはほぼ全て、高温気候地域（熱帯または亜熱帯域など）で発電の効率を高める傾向にあるが、これらは寒冷気候地域（北アメリカの北東部など）では適切ではない場合が多い。比較的高温の気候でも、このような構成は、夏季期間だけの極めて小さな効率的有益性しかもたらさず、冬の気候ではその有益性は縮小する。さらに悪いことに、場合によっては、周囲温度が華氏４５°を下回ると、吸入空気部での水凍結と氷閉塞による機械の損傷とを回避するためにこれらの知られているプロセスの運転を中断しなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、ＬＮＧ利用および／または再ガス化を備えた発電プラントの多数のプロセスおよび構成が当技術で知られているが、それらの全てまたはほとんど全てが１つまたは複数の欠点を有している。このように、ＬＮＧの利用および／または再ガス化を備えた発電プラントの、改良された構成および方法を提供することがなお求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ＬＮＧ再ガス化作業工程を含む発電プラントの構成および方法であって、燃焼タービンの吸入空気が、ＬＮＧの冷気と凍結温度降下溶液を使用して過冷却され、これが発電からの廃熱を使用して再生される構成および方法を対象としている。ＬＮＧは、凍結温度降下剤の再生器からの蒸気塔頂留出物との交換でさらに加熱される。
【０００９】
本発明の主題の一態様では、複合サイクル発電プラントが、濃厚な凍結温度降下溶液（水で濃厚にされ、または水でさらに飽和されている）を受け取るように構成された、さらにこの濃厚な溶液から水蒸気と希薄な凍結温度降下溶液（濃厚な溶液に対して水分が少なく、最も典型的には１０％未満に、最も一般的には５％未満に水分が除去されている）とを形成するように構成された再生器を含む。最も好ましくは、再生器は、熱伝達流体回路（例えばＬＮＧによって冷却されている）に熱的に結合されて、再生器の塔頂水蒸気からの熱が熱伝達流体に伝達されるようになり、再生器は蒸気サイクルにさらに熱的に結合されて、水蒸気サイクルからの熱が再生器内の濃厚な凍結温度降下溶液に伝達されるようになる。
【００１０】
ここで企図しているプラントは、典型的には、ＬＮＧが冷却された熱伝達流体回路に熱的に結合された、また混合装置にさらに流体結合された空気吸入冷却器をさらに備え、この混合装置は、希薄な凍結温度降下溶液を受け取るように、希薄な凍結温度降下溶液を空気と混合することを可能にするように構成される。好ましくは、空気の希薄な凍結温度降下溶液の混合物は華氏３２°未満の温度に、最も好ましくは華氏２０°から華氏−４０°の温度に冷却される。典型的には空気吸入冷却器に分離器が結合され、これは冷却された混合物から濃厚な凍結温度降下溶液を除去することを可能にするように構成される。必要に応じて、ＬＮＧが冷却された熱伝達流体回路に熱的に第２空気吸入冷却器が結合され、これが上流で第１空気吸入冷却器にさらに流体結合される。
【００１１】
特に好ましい態様では、濃厚な凍結温度降下溶液の冷却分を使用して、熱交換器が、希薄な凍結温度降下溶液を冷却することを可能にするように構成される。再生器の蒸気サイクルへの熱的結合は、（ａ）蒸気サイクルの蒸気タービンからの少なくとも部分的に膨張した蒸気を受け取り、（ｂ）少なくとも部分的に膨張した蒸気を再生器の再沸騰器に供給し、また（ｃ）その少なくとも部分的に膨張した蒸気および／または再生器からの復水を蒸気サイクルに返還するように構成される回路を備えること、かつ／あるいは再生器のＬＮＧ冷却熱伝達流体回路への熱的結合が、蒸気からの熱をＬＮＧ冷却熱伝達流体に供給するように構成される熱交換器を備えることも好ましい。ＬＮＧ冷却熱伝達流体に関しては、このような流体はグリコールを備え、かつ／または多成分系冷却剤を備えることが一般的に好ましい。同様に、希薄な凍結温度降下溶液はグリコールまたは華氏３２°以下での吸水能力を有する任意の他の溶液を備えることが好ましい。
【００１２】
したがって、本発明の主題の他の態様では、燃焼タービン用の吸入空気を冷却する方法は、冷却された気流を希薄な凍結温度降下溶液に組み合わせ、それによって混合物を形成し、この混合物を華氏３２°未満の温度に過冷却するステップを含む。他のステップでは、このように形成された濃厚な凍結温度降下溶液が、過冷却された混合物から除去され、凍結温度降下溶液は、発電サイクルからの熱を使用して再生器で再生され、それによって蒸気を形成する。さらに他のステップでは、ＬＮＧ冷却熱伝達流体を使用して蒸気が凝縮される。
【００１３】
最も好ましくは、冷却空気ストリームは、周囲空気を華氏３５°から華氏５５°までの温度に冷却する上流冷却器によって形成され、希薄な凍結温度降下溶液が微細液滴またはミストとして冷却空気ストリーム内に噴霧される。すると華氏２０°から華氏−４０°までの温度を有する過冷却された混合物で過冷却が生じる。典型的には、濃厚な凍結温度降下溶液を除去するステップは、冷却された濃厚な凍結温度降下溶液を供給する分離器で実施され、かつ／または冷却された濃厚な凍結温度降下溶液は再生器からの加熱された希薄な凍結温度降下溶液と熱交換される。
【００１４】
再生するステップは、蒸気サイクルからの少なくとも部分的に膨張した蒸気を再生器に供給し、それによって蒸気と加熱された希薄な凍結温度降下溶液とを形成するステップを含むこと、また少なくとも部分的に膨張した蒸気または復水は、再生器から蒸気サイクルに返還されることがさらに好ましい。最も典型的には、冷却空気ストリームと過冷却された混合物のうちの少なくとも一方は、ＬＮＧ冷却熱伝達流体からの冷却分を使用して冷却され、ＬＮＧ冷却熱伝達流体は再生器からの蒸気からの熱分を使用して加熱される。
【００１５】
本発明の様々な目的、特徴、態様、および利点が本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明からより明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明者は、発電プラントでの燃焼タービン吸入空気の過冷却を、有利にＬＮＧ再ガス化作業工程と熱的に結合できることを発見した。このような構成は、数ある望ましい特色のうちとりわけ、発電出力が向上するとともに季節の影響を受けないこと、またＬＮＧ再ガス化のための外部エネルギーの必要がなくなること特徴とする。
【００１７】
プラントでのＬＮＧ処理の特に好ましい一態様では、ＬＮＧの冷気が利用されて、複合化サイクル発電プラントにおける発電出力とガスタービンの効率とが増大される。最も典型的には、このような構成は、ガスタービン流入空気の熱分を使用してＬＮＧを再ガス化するのに使用される熱伝達流体回路と、過冷却（即ち華氏３２°未満）流入空気の氷形成を防止する凍結温度降下溶液回路とを含み、凍結温度降下溶液は、回路でガスタービンの燃焼熱を使用して再生される。
【００１８】
例示的な複合サイクルプラントの一構成を図１に表しているが、ここでは典型的には、送り出し量１０００ＭＭｓｃｆｄの、貯蔵コンテナからのＬＮＧストリーム１が、ＬＮＧポンプ５１によっておよそ１２５０ｐｓｉｇに加圧されて、ストリーム２を形成する。次いでＬＮＧは熱交換器５２でストリーム３として、およそ華氏−２２５°からおよそ華氏４０°までに、またはパイプラインの仕様に応じて他の温度に加熱される。加熱負荷は、グリコール水冷却剤混合物から成る熱伝達流体ストリーム２９によってもたらされるが、ストリーム２９はおよそ華氏６０°からおよそ華氏−４０°に冷却される。この冷たいグリコール冷却剤ストリーム５は循環ポンプ５３によってポンピングされて、およそ１２０ｐｓｉｇで排出され、ストリーム６を形成するが、これを使用して、ガスタービン流入空気を２段式冷却器５４および５６で冷却する。第１段冷却器から出た加熱グリコール水混合物ストリーム４は、グリコール再生復水器６３の凝縮負荷でさらに加熱されて、ＬＮＧ再ガス化交換器５２による加熱要件を補足する。本明細書で用いている数字と併せた「およそ」という用語は、その数字から＋／−１０％（を含む）の範囲を指す。例えば、「およそ２００ｐｓｉａ」という用語は、１８０ｐｓｉａから２２０ｐｓｉａの包含的範囲を指している。同様に、およそ華氏−４０°とは華氏−４４°から華氏−３６°までの範囲の温度を指す。
【００１９】
２段式冷却システムによって、ガスタービン吸入空気ストリーム８は、周囲温度および湿度に関係なく、周囲温度（例えば華氏４０°から華氏９０°）から低温度（例えば華氏０°から華氏−２０°またはそれより低い温度）まで冷却される。このように、制限のない連続的な冷却空気の供給を維持できることを特に認識されたい。その結果、２段式空気冷却器の構成を使用して発電の効率および出力をあらゆる気候条件下で最高にすることができる。最も好ましくは、以下にさらに述べるように、この冷却器構成は、凍結温度降下溶液を使用した段間の抗凍結保護を有する。
【００２０】
２段式空気冷却器システムには、典型的には第１空気冷却器５４が設けられ、これが周囲空気ストリーム８を、およそ華氏３４°から華氏３８°までの温度で供給されるグリコール冷却ストリーム７を使用して、典型的にはおよそ華氏９０°で８０％の相対湿度から、およそ華氏４０°から華氏４５°までに冷却して、ストリーム１０を形成する。本発明の主題に限定しないが、第１段空気冷却器５４の熱交換管は、交換器から復水ストリーム９が自由に排水されるのを可能にするよう構成されることがさらに好ましい。グリコール冷却剤ストリーム７は、好ましくは華氏３２°の水凍結温度よりも高温で維持され、そのようにして交換管に氷が形成されるのを回避することを理解されたい。この第１空気冷却器は、吸入空気の含水比をおよそ４．７％から０．８％に減少させて、その結果水分のおよそ８０％を除去する。復水ストリーム９は、複合サイクル発電プラントの蒸気システムへの、または必要に応じてプラントの他の任意の部分への補給水として回収することができる。
【００２１】
第１段冷却器５４から出る冷却空気（ストリーム１０）は、噴霧ノズル５５を使用することにより、ストリーム１１として供給される凍結温度降下溶液と完全に混合され、それによってストリーム１２を形成する。一般的に噴霧ノズルが好ましいが、他のタイプの混合装置も適切であると考えられ、これには混合用Ｔ字管、静混合器、または凍結温度降下溶液と空気混合物とを均質化するのに充分な乱流を作り出す他の装置が含まれる。凍結温度降下溶液はグリコール水混合物、メタノール、または好都合な熱伝達特性および凍結温度降下特性を有する他の適切な作用剤であることが好ましい。凍結温度降下溶液の空気流に対する質量流量比は主に、使用する特定の凍結温度降下溶液によって決まる。例えば、凍結温度降下溶液がグリコールを含む場合、凍結温度降下溶液の空気に対する質量流量比（即ちストリーム１１のストリーム１０に対する割合）は０．００５から０．０１の間であることが好ましいが、使用するグリコールのタイプおよび／または必要な凍結温度降下レベルの程度に応じて、０．０１から０．０２もの大きさであること、またはそれを越えることもできる。典型的には水和物生成または華氏−２０°での水の凍結を回避するために、凍結温度降下溶液の空気に対するおよそ０．０１の質量比が一般的に適切である。しかし第１冷却器から出るより高い空気温度（華氏４５°以上）は、典型的には凍結温度降下溶液の追加の流れを必要とし、凍結温度降下溶液の空気に対する質量比を増大しなければならない（例えば０．０１５以上の比率が必要である）。凍結温度降下溶液の過剰使用は、抗凍結システムおよび再生ユニットのコストを増大することになるので、ほとんどの場合望ましくないことにも留意されたい。したがって第１冷却器が周囲空気をおよそ華氏５５°以下の温度、しかし華氏３２°よりも高い温度（例えば華氏３５°から華氏４５°まで）に冷却することが一般的に好ましい。
【００２２】
凍結温度降下溶液を使用することにより、第２冷却器５６はさらに、第１段冷却器からの空気ストリーム１２を水凍結温度より低く、典型的にはおよそ華氏０°からおよそ華氏−２０°までに、またはそれよりも低く冷却することができる。また、好ましい凍結温度降下溶液（例えばグリコール溶媒）は残留水分を凝縮させ、吸収し、凍結温度降下溶液は２相混合ストリーム１３として第２冷却器から退出する。次いで２相混合ストリームは分離器６４で分離されて、水分を含んだ濃厚なグリコールストリーム２３と冷乾燥空気ストリーム３３とを作り出す。分離器には、グリコール同伴を除去し、グリコールの損失を最小限に抑えるようにデミスターが備えられることが好ましい。デミスターはメッシュタイプの装置または羽根分離器であることができ、これは典型的には、ガスタービンの性能を他の形で妨げることになる過剰な圧力降下を生むことなく、ミクロン寸法またはサブミクロン寸法の同伴液体を除去するのに適切な材料で構築される。冷却ガスストリーム３３の含水比は、典型的にはおよそ０．０５％に縮小される。このように水を除去することによって、ガスタービンの圧縮セクション５７によって必要とされる馬力も縮小され、これが発電の効率を高めることを理解されたい。燃焼器に燃料がストリーム３２（気化ＬＮＧである場合もない場合もある）として供給される。
【００２３】
空気がこのように低い温度に冷却されると、空気の質量濃度が高まり、（ガスタービンが一定の流量で動作するとき）空気流が増大し、これに続いてガスタービンの発電出力が増大することに留意されたい。より冷たい空気の温度もガスタービンの圧縮セクションによる電力消費を縮小して、ガスタービン（ブレイトンサイクル）の発電の効率を高める。この望ましい効果を図２に示すが、これは本発明の主題によるガスタービン入口での冷却を備えた複合サイクル発電プラントの例示的な性能グラフを示している。典型的には空気温度の華氏３°から華氏５°の低下ごとに発電プラントの出力がおよそ１％増大される。例えば夏季運転中に、周囲空気の吸入温度が華氏１００°から華氏−２０°に低下されると、複合サイクル発電プラントの発電出力を３３％よりも多く増大させることができる。図２に示しているように、発電プラントの出力はこれらの空気冷却ステップによって９００ＭＷから１２００ＭＷに増大することができる。発電出力のこのような３００ＭＷの増大は、特に消費者の需要がピークに達し、電気を割り増し料金で販売することができる夏季期間中は、電力収益の大幅な増加を意味する。周囲温度が低い冬季期間中は、電力収益はさらに大きい。例えば周囲空気の吸入温度が華氏５０°から華氏−２０°に低下されると、発電出力の１５％を超える増大を達成することができる。このシナリオでは、図２に示すように、この空気冷却ステップで、発電プラントの出力を１０５０ＭＷから１２００ＭＷに増大することができる。このような１５０ＭＷの増大は電力生産および電力収益の相当の増加を意味する。
【００２４】
空気の薄い凍結温度降下溶液混合物は華氏３２°未満の温度に冷却され、より典型的にはおよそ華氏３０°からおよそ華氏１０°までに、さらにより典型的には華氏１０°からおよそ華氏−１０°までに、最も典型的には華氏−１０°からおよそ華氏−２０°までに冷却されることが一般的に企図されている。冷却温度は華氏−２０°であることが好ましいが、追加の発電出力を得るために、ＬＮＧが華氏−２５０°で供給されるとき、吸入空気の温度を華氏−４０°未満にさらに低下させることもできる。このように、下限値は主に、ＬＮＧ再ガス化の送り出し量（即ち利用可能な冷却）と、実際の機械の設計と、空気力学と、低い空気温度で動作するための構造物の材料とによって支配されることを理解されたい。
【００２５】
濃厚なグリコールストリーム２３は交換器６６で希薄なグリコールストリーム３０と熱交換され、およそ華氏２２０°になってストリーム２４を形成し、その後グリコール再生器６２に進入する。濃厚なグリコールから水分を剥離するために、蒸気加熱再沸騰器６７が使用されることが好ましい。複合サイクル発電プラントの蒸気タービン５９の中間段階から、低圧蒸気がストリーム１６として供給される。復水蒸気は、復水ポンプ６１の排出ストリーム２０と組み合わせることによって、ストリーム２１として蒸気沸騰システム５８に戻されて、複合ストリーム２２を形成する。典型的には、水を含むストリーム２３のグリコール重量濃度は４０％から５５％である。冷却空気温度が低いほど、水凍結および水和物生成を避けるためにより高いグリコール濃度が必要となる。反対に、空気温度が高いほど、凍結温度降下が緩和されることから少量のグリコール注入しか必要にならない。
【００２６】
剥離水は、およそ華氏２４０°の温度、およそ１０ｐｓｉｇの圧力でグリコール再生器からオーバーヘッドストリーム２６として除去される。このストリームで利用可能な有効廃熱は、交換器６３で熱伝達ストリーム４をおよそ華氏６０°に予備加熱するのに利用され、これが有利にＬＮＧ再ガス化の加熱負荷を補足する。交換器６３から出た復水２８は、沸騰器給水の補充として蒸気システムに回収することができる。グリコール生成器６２は、グリコールポンプ６５によってポンピングされる底部の希薄なグリコールストリーム２５を作り出して、ストリーム３０を形成し、引き続いてこれが交換器６６で濃厚なグリコールと熱交換され、その後注入するために再使用される。
【００２７】
蒸気沸騰システム５８が燃焼排出部１４から出た熱を受け取り、これが冷却されてストリーム３１を形成する。次いで加熱または過熱ストリーム１５が蒸気タービン５９で膨張されて電力を作り出す。次いで部分的に膨張した蒸気（典型的には低圧蒸気）の一部分が蒸気タービンから再沸騰器６７に供給され、さらに膨張した蒸気１７が冷却剤ストリーム１８を使用して復水器６０で凝縮されて、復水１９を形成する。復水ポンプ６１が復水１９をポンピングして圧力を掛けて、ストリーム２０を形成し、これが再沸騰器の復水ストリーム２１と組み合わされてストリーム２２を形成する。
【００２８】
したがって、本発明の主題による好ましい複合サイクル発電プラントは、濃厚な凍結温度降下溶液を受け取るように構成された、またさらにその濃厚な溶液から蒸気と希薄な凍結温度降下溶液とを形成するように構成された再生器を含むことになることが企図される。最も好ましくは、この再生器は、蒸気からの熱を熱伝達流体に伝達することができるようにＬＮＧ冷却熱伝達流体回路に熱的に結合され、また再生器は、蒸気サイクルからの熱を再生器の濃厚な凍結温度降下溶液に伝達することができるように蒸気サイクルにさらに熱的に結合される。
【００２９】
過去に知られている構成および方法は一般的に、吸入空気を華氏４０°以上の温度に冷却することに限定されており、したがって大幅な電力の増加を生むことはできないことを特に理解されたい。これとは対照的に、本明細書で提示している構成は、吸入空気を華氏−４０°の温度まで冷却することを可能にする。これは現在知られている方法および構成の技術に対して大幅な増加である。さらに、本発明の主題による構成および方法は、廃熱を使用して凍結温度降下溶液を再生し、ＬＮＧ再ガス化用の追加の熱を供給することに留意されたい。
【００３０】
ここで企図している発電プラントは、熱伝達流体を使用してガスタービン流入空気を冷却する２段式冷却器を有し、さらにその２つの冷却器段の間に凍結温度降下溶液を冷却された空気と混和させる注入装置を含むことが好ましい。特に好ましい構成では、ＬＮＧの冷気を使用して、ガスタービン吸入空気を間接的に冷却して、吸入空気の湿分を間接的に凝縮させ、除去し、かつ／あるいはガスタービン流入空気を水凍結温度未満の温度に間接的に大いに冷却する。最も好ましくは、氷および水和物の形成は、過冷却するべき空気ストリームに凍結温度降下溶液を注入することによって抑制され（例えば第１段冷却器と第２段冷却器との間で）、それによってガスタービンへの制限のない連続的な冷却空気の供給をもたらす。このように、空気吸入冷却器および／またはＬＮＧ再ガス化交換器のための熱伝達流体は、ＬＮＧの極低温で凍結しない溶液を含み、また吸入空気の冷却に好都合な熱伝達特性を有することが一般的に好ましい。典型的にはこのような流体は、グリコールを基にした溶媒、最も典型的にはエチレングリコール水混合物（例えばおよそ８０ｗｔ％のグリコール濃度を有するエチレングリコール水混合物）を含む。他の溶媒も適切であると考えられ、これには多成分熱伝達流体、ハロゲン化炭化水素、メタノール等が含まれる。
【００３１】
最も典型的には、ここで企図している構成は凍結温度降下溶液を使用して第１段冷却器から残留水を除去し、同時に第２冷却器での水凍結を抑制する。このように形成された水を含む凍結温度降下溶液は吸入空気ストリームから分離され、好ましくは複合サイクル発電プラントの蒸気サイクルから抽出された廃蒸気、またはガスタービン排出部からの排ガスを使用して抗凍結剤が再生される。代替方法として、水を様々な他のやり方で吸入空気から除去することもでき、ここで企図するやり方には特に分子状ふるいとＴＥＧ接触器とが含まれる。このような場合、吸収剤の再生も蒸気サイクルに熱的に結合される。
【００３２】
本明細書で企図している構成は、ＬＮＧ送り出しの様々な容量とガスタービンの様々な寸法に適合可能であることをなおさらに認識されたい。さらにここで企図している構成は、水供給が稀少な遠隔地域でしばしば遭遇する蒸気発電サイクルを備えていない単純なガスタービンサイクルにも適している。このような場合、凍結温度降下溶液の再生用の熱は、ガスタービン排出部から回収されることが好ましい。本発明の主題に限定しないが、ここで企図しているプラントは、蒸気発電プラントの沸騰器給水システムへの補充水として、復水を吸入空気から回収できることを理解されたい。このように、回収された復水の使用は、蒸気発電プラントへの水の取り込みと、沸騰器給水処理プラントからの廃棄物排出とを縮小または解消する。
【００３３】
したがって、燃焼タービンの吸入空気を冷却する好ましい方法は、冷却された空気ストリームを希薄な凍結温度降下溶液と組み合わせ、それによって混合物を形成し、これが華氏３２°未満の温度に過冷却されるステップを含む。さらなるステップでは濃厚な凍結温度降下溶液が過冷却された混合物から除去され、希薄な凍結温度降下溶液が、発電サイクルからの熱を使用して再生器で再生され、それによって蒸気を形成する。次いでＬＮＧ冷却熱伝達流体を使用して、蒸気が凝縮されることが好ましい。
【００３４】
本明細書で企図している熱的に統合された構成は、現在知られている発電技術を遥かに超える発電プラントの発電出力と発電効率との大幅な増大をもたらし、同時に発電施設の資本コストを削減する（例えば発電コストを４０％も削減することができる）ことも企図されている。さらに、本明細書で提示している構成はゼロから建設されるプラントで、あるいは既存の発電プラントおよび／またはＬＮＧ再ガス化設備への追加導入部として実施できることを認識されたい。
【００３５】
このように、統合化された電力生産についての特定の実施形態および用途を開示した。しかし、既にここに記述したもの以外のより多数の修正形態が、本明細書の発明概念から逸脱することなく可能であることが当業者には明らかである。したがって本発明の主題は、ここに添付する請求項の趣旨を除いて限定されない。さらに、本明細書を解釈する際も、本請求項を解釈する際も、全ての用語は文脈と整合する最も広範な意味に解釈されるべきである。特に、「備える」および「備えている」という用語は、非排他的な意味での要素、構成要素、またはステップを指しており、そこで出した要素、構成要素、またはステップが、ここで明確には参照していない他の要素、構成要素、またはステップとともに存在し、利用され、または組み合わされる場合があることを表すものとして解釈されるべきである。さらに、参照によって本明細書の一部としている参照の用語の定義または使用が、本明細書で示しているその用語の定義と整合しないまたは相容れない場合、本明細書で示しているその用語の定義が適用され、参照の用語の定義は適用されない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】ＬＮＧ再ガス化、発電、および吸入空気過冷却が熱的に統合された統合化複合サイクルプラントの例示的構成を示す図である。
【図２】流入空気の温度に応じた燃焼タービン発電機の発電出力の増大を示すグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本出願は、本願と同時係属の２００５年３月３０日出願の米国仮特許出願第６０／６６７１８２号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明の分野は、ＬＮＧ再ガス化施設における発電であり、特に、吸入空気の冷却を使用した複合サイクル発電プラントにおける再ガス化の熱的統合である。
【背景技術】
【０００３】
燃焼タービンの吸入空気の冷却は当技術でよく知られており、様々な冷源が使用されている。例えば、中間熱伝達流体を備えた、また備えていない多数の蒸発冷却器が米国特許第６４５７３１５号に記述されている。しかし、このような構成は、冷却剤の圧縮／凝縮のために大量のエネルギーを消費する場合が多く、典型的には他の形で利用可能な冷源には熱的結合されない。
【０００４】
他の知られている構成では、液化天然ガス（ＬＮＧ）の冷却分が吸入空気を冷却するために利用され、空気冷却および／またはある種の他のプロセスが蒸発器でのＬＮＧの蒸発に寄与する。例えば、知られている一構成では、米国特許出願第２００３／０１８２９４１号で記述されているように、ＬＮＧは冷却剤として使用され、次いで少なくともこの一部が重層タンクに戻され、他の部分は蒸発される。さらに別の知られている構成では、米国特許第５６２６０１９号または欧州特許第０６５１１４５号で教示されているように、ＬＮＧは吸入空気を冷却するために中間冷却剤を冷却する冷源として使用され、そのように蒸発された天然ガスはその後燃料として使用される。同様に欧州特許第０６０５１５９号で述べられているように、流入空気をＬＮＧと交差交換して、蒸発燃料と冷却吸入空気との両方を供給することができる。このようなプラントの構成は一般的には少なくともある程度は満足に動作するが、様々な欠点が残る。とりわけ、再ガス化ＬＮＧの量が、例えば一般的にパイプライン輸送で必要とされる比較的大きな量と比較すると比較的小さい。
【０００５】
このような欠点を克服するために、米国特許第６３６７２５８号で述べられているように、タービン吸入空気および海水との熱交換で（再）加熱される熱交換流体を使用して、より大きな量のＬＮＧを再ガス化することができる。さらに知られている構成では、米国特許出願第２００５／０２２３７１２号で教示されているように、ＬＮＧの冷気が水蒸気サイクルの吸熱器として使用される。代替方法として、ＬＮＧを再ガス化するために熱伝達流体からの熱が使用される複合サイクルプラント構成も知られており、また米国特許出願第２００３／０００５６９８号、米国特許第６３７４５９１号、欧州特許第０６８３８４７号、または欧州特許０８２８９１５号で述べられているように、吸入空気の冷却と熱回収蒸気生成器からの熱とを使用して、冷却された熱伝達流体が再加熱される。さらに知られているプラントは、国際公開第２００４／１０９２０６号で述べられているように、ＬＮＧの再ガス化を、電力生産と特定の脱メタンおよび／または脱エタン作業工程とに統合する。
【０００６】
このような構成は有利に、ＬＮＧの再ガス化を他のプロセス、典型的には発電プロセスに統合する場合が多いが、様々な欠点が残る。例えばこうしたプロセスのほとんどは一般的に、不安全な状態を作り出す、または発電プラントを動作不能にさえしてしまうことになる吸入空気の水の凍結を回避するように、ガスタービンの吸入空気を華氏５０°に（またはそれよりもさらに高く）冷却するように制限されている。したがって、知られているプラントにおけるＬＮＧの冷却分を使用した発電の効率向上は一般的に、吸入空気温度の冷却限界による限界がある。さらに現在知られているガスタービン空気予備冷却方法は全て、またはほぼ全て、高温気候地域（熱帯または亜熱帯域など）で発電の効率を高める傾向にあるが、これらは寒冷気候地域（北アメリカの北東部など）では適切ではない場合が多い。比較的高温の気候でも、このような構成は、夏季期間だけの極めて小さな効率的有益性しかもたらさず、冬の気候ではその有益性は縮小する。さらに悪いことに、場合によっては、周囲温度が華氏４５°を下回ると、吸入空気部での水凍結と氷閉塞による機械の損傷とを回避するためにこれらの知られているプロセスの運転を中断しなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、ＬＮＧ利用および／または再ガス化を備えた発電プラントの多数のプロセスおよび構成が当技術で知られているが、それらの全てまたはほとんど全てが１つまたは複数の欠点を有している。このように、ＬＮＧの利用および／または再ガス化を備えた発電プラントの、改良された構成および方法を提供することがなお求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ＬＮＧ再ガス化作業工程を含む発電プラントの構成および方法であって、燃焼タービンの吸入空気が、ＬＮＧの冷気と凍結温度降下溶液を使用して過冷却され、これが発電からの廃熱を使用して再生される構成および方法を対象としている。ＬＮＧは、凍結温度降下剤の再生器からの蒸気塔頂留出物との交換でさらに加熱される。
【０００９】
本発明の主題の一態様では、複合サイクル発電プラントが、濃厚な凍結温度降下溶液（水で濃厚にされ、または水でさらに飽和されている）を受け取るように構成された、さらにこの濃厚な溶液から水蒸気と希薄な凍結温度降下溶液（濃厚な溶液に対して水分が少なく、最も典型的には１０％未満に、最も一般的には５％未満に水分が除去されている）とを形成するように構成された再生器を含む。最も好ましくは、再生器は、熱伝達流体回路（例えばＬＮＧによって冷却されている）に熱的に結合されて、再生器の塔頂水蒸気からの熱が熱伝達流体に伝達されるようになり、再生器は蒸気サイクルにさらに熱的に結合されて、水蒸気サイクルからの熱が再生器内の濃厚な凍結温度降下溶液に伝達されるようになる。
【００１０】
ここで企図しているプラントは、典型的には、ＬＮＧが冷却された熱伝達流体回路に熱的に結合された、また混合装置にさらに流体結合された空気吸入冷却器をさらに備え、この混合装置は、希薄な凍結温度降下溶液を受け取るように、希薄な凍結温度降下溶液を空気と混合することを可能にするように構成される。好ましくは、空気の希薄な凍結温度降下溶液の混合物は華氏３２°未満の温度に、最も好ましくは華氏２０°から華氏−４０°の温度に冷却される。典型的には空気吸入冷却器に分離器が結合され、これは冷却された混合物から濃厚な凍結温度降下溶液を除去することを可能にするように構成される。必要に応じて、ＬＮＧが冷却された熱伝達流体回路に熱的に第２空気吸入冷却器が結合され、これが上流で第１空気吸入冷却器にさらに流体結合される。
【００１１】
特に好ましい態様では、濃厚な凍結温度降下溶液の冷却分を使用して、熱交換器が、希薄な凍結温度降下溶液を冷却することを可能にするように構成される。再生器の蒸気サイクルへの熱的結合は、（ａ）蒸気サイクルの蒸気タービンからの少なくとも部分的に膨張した蒸気を受け取り、（ｂ）少なくとも部分的に膨張した蒸気を再生器の再沸騰器に供給し、また（ｃ）その少なくとも部分的に膨張した蒸気および／または再生器からの復水を蒸気サイクルに返還するように構成される回路を備えること、かつ／あるいは再生器のＬＮＧ冷却熱伝達流体回路への熱的結合が、蒸気からの熱をＬＮＧ冷却熱伝達流体に供給するように構成される熱交換器を備えることも好ましい。ＬＮＧ冷却熱伝達流体に関しては、このような流体はグリコールを備え、かつ／または多成分系冷却剤を備えることが一般的に好ましい。同様に、希薄な凍結温度降下溶液はグリコールまたは華氏３２°以下での吸水能力を有する任意の他の溶液を備えることが好ましい。
【００１２】
したがって、本発明の主題の他の態様では、燃焼タービン用の吸入空気を冷却する方法は、冷却された気流を希薄な凍結温度降下溶液に組み合わせ、それによって混合物を形成し、この混合物を華氏３２°未満の温度に過冷却するステップを含む。他のステップでは、このように形成された濃厚な凍結温度降下溶液が、過冷却された混合物から除去され、凍結温度降下溶液は、発電サイクルからの熱を使用して再生器で再生され、それによって蒸気を形成する。さらに他のステップでは、ＬＮＧ冷却熱伝達流体を使用して蒸気が凝縮される。
【００１３】
最も好ましくは、冷却空気ストリームは、周囲空気を華氏３５°から華氏５５°までの温度に冷却する上流冷却器によって形成され、希薄な凍結温度降下溶液が微細液滴またはミストとして冷却空気ストリーム内に噴霧される。すると華氏２０°から華氏−４０°までの温度を有する過冷却された混合物で過冷却が生じる。典型的には、濃厚な凍結温度降下溶液を除去するステップは、冷却された濃厚な凍結温度降下溶液を供給する分離器で実施され、かつ／または冷却された濃厚な凍結温度降下溶液は再生器からの加熱された希薄な凍結温度降下溶液と熱交換される。
【００１４】
再生するステップは、蒸気サイクルからの少なくとも部分的に膨張した蒸気を再生器に供給し、それによって蒸気と加熱された希薄な凍結温度降下溶液とを形成するステップを含むこと、また少なくとも部分的に膨張した蒸気または復水は、再生器から蒸気サイクルに返還されることがさらに好ましい。最も典型的には、冷却空気ストリームと過冷却された混合物のうちの少なくとも一方は、ＬＮＧ冷却熱伝達流体からの冷却分を使用して冷却され、ＬＮＧ冷却熱伝達流体は再生器からの蒸気からの熱分を使用して加熱される。
【００１５】
本発明の様々な目的、特徴、態様、および利点が本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明からより明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明者は、発電プラントでの燃焼タービン吸入空気の過冷却を、有利にＬＮＧ再ガス化作業工程と熱的に結合できることを発見した。このような構成は、数ある望ましい特色のうちとりわけ、発電出力が向上するとともに季節の影響を受けないこと、またＬＮＧ再ガス化のための外部エネルギーの必要がなくなること特徴とする。
【００１７】
プラントでのＬＮＧ処理の特に好ましい一態様では、ＬＮＧの冷気が利用されて、複合化サイクル発電プラントにおける発電出力とガスタービンの効率とが増大される。最も典型的には、このような構成は、ガスタービン流入空気の熱分を使用してＬＮＧを再ガス化するのに使用される熱伝達流体回路と、過冷却（即ち華氏３２°未満）流入空気の氷形成を防止する凍結温度降下溶液回路とを含み、凍結温度降下溶液は、回路でガスタービンの燃焼熱を使用して再生される。
【００１８】
例示的な複合サイクルプラントの一構成を図１に表しているが、ここでは典型的には、送り出し量１０００ＭＭｓｃｆｄの、貯蔵コンテナからのＬＮＧストリーム１が、ＬＮＧポンプ５１によっておよそ１２５０ｐｓｉｇに加圧されて、ストリーム２を形成する。次いでＬＮＧは熱交換器５２でストリーム３として、およそ華氏−２２５°からおよそ華氏４０°までに、またはパイプラインの仕様に応じて他の温度に加熱される。加熱負荷は、グリコール水冷却剤混合物から成る熱伝達流体ストリーム２９によってもたらされるが、ストリーム２９はおよそ華氏６０°からおよそ華氏−４０°に冷却される。この冷たいグリコール冷却剤ストリーム５は循環ポンプ５３によってポンピングされて、およそ１２０ｐｓｉｇで排出され、ストリーム６を形成するが、これを使用して、ガスタービン流入空気を２段式冷却器５４および５６で冷却する。第１段冷却器から出た加熱グリコール水混合物ストリーム４は、グリコール再生復水器６３の凝縮負荷でさらに加熱されて、ＬＮＧ再ガス化交換器５２による加熱要件を補足する。本明細書で用いている数字と併せた「およそ」という用語は、その数字から＋／−１０％（を含む）の範囲を指す。例えば、「およそ２００ｐｓｉａ」という用語は、１８０ｐｓｉａから２２０ｐｓｉａの包含的範囲を指している。同様に、およそ華氏−４０°とは華氏−４４°から華氏−３６°までの範囲の温度を指す。
【００１９】
２段式冷却システムによって、ガスタービン吸入空気ストリーム８は、周囲温度および湿度に関係なく、周囲温度（例えば華氏４０°から華氏９０°）から低温度（例えば華氏０°から華氏−２０°またはそれより低い温度）まで冷却される。このように、制限のない連続的な冷却空気の供給を維持できることを特に認識されたい。その結果、２段式空気冷却器の構成を使用して発電の効率および出力をあらゆる気候条件下で最高にすることができる。最も好ましくは、以下にさらに述べるように、この冷却器構成は、凍結温度降下溶液を使用した段間の抗凍結保護を有する。
【００２０】
２段式空気冷却器システムには、典型的には第１空気冷却器５４が設けられ、これが周囲空気ストリーム８を、およそ華氏３４°から華氏３８°までの温度で供給されるグリコール冷却ストリーム７を使用して、典型的にはおよそ華氏９０°で８０％の相対湿度から、およそ華氏４０°から華氏４５°までに冷却して、ストリーム１０を形成する。本発明の主題に限定しないが、第１段空気冷却器５４の熱交換管は、交換器から復水ストリーム９が自由に排水されるのを可能にするよう構成されることがさらに好ましい。グリコール冷却剤ストリーム７は、好ましくは華氏３２°の水凍結温度よりも高温で維持され、そのようにして交換管に氷が形成されるのを回避することを理解されたい。この第１空気冷却器は、吸入空気の含水比をおよそ４．７％から０．８％に減少させて、その結果水分のおよそ８０％を除去する。復水ストリーム９は、複合サイクル発電プラントの蒸気システムへの、または必要に応じてプラントの他の任意の部分への補給水として回収することができる。
【００２１】
第１段冷却器５４から出る冷却空気（ストリーム１０）は、噴霧ノズル５５を使用することにより、ストリーム１１として供給される凍結温度降下溶液と完全に混合され、それによってストリーム１２を形成する。一般的に噴霧ノズルが好ましいが、他のタイプの混合装置も適切であると考えられ、これには混合用Ｔ字管、静混合器、または凍結温度降下溶液と空気混合物とを均質化するのに充分な乱流を作り出す他の装置が含まれる。凍結温度降下溶液はグリコール水混合物、メタノール、または好都合な熱伝達特性および凍結温度降下特性を有する他の適切な作用剤であることが好ましい。凍結温度降下溶液の空気流に対する質量流量比は主に、使用する特定の凍結温度降下溶液によって決まる。例えば、凍結温度降下溶液がグリコールを含む場合、凍結温度降下溶液の空気に対する質量流量比（即ちストリーム１１のストリーム１０に対する割合）は０．００５から０．０１の間であることが好ましいが、使用するグリコールのタイプおよび／または必要な凍結温度降下レベルの程度に応じて、０．０１から０．０２もの大きさであること、またはそれを越えることもできる。典型的には水和物生成または華氏−２０°での水の凍結を回避するために、凍結温度降下溶液の空気に対するおよそ０．０１の質量比が一般的に適切である。しかし第１冷却器から出るより高い空気温度（華氏４５°以上）は、典型的には凍結温度降下溶液の追加の流れを必要とし、凍結温度降下溶液の空気に対する質量比を増大しなければならない（例えば０．０１５以上の比率が必要である）。凍結温度降下溶液の過剰使用は、抗凍結システムおよび再生ユニットのコストを増大することになるので、ほとんどの場合望ましくないことにも留意されたい。したがって第１冷却器が周囲空気をおよそ華氏５５°以下の温度、しかし華氏３２°よりも高い温度（例えば華氏３５°から華氏４５°まで）に冷却することが一般的に好ましい。
【００２２】
凍結温度降下溶液を使用することにより、第２冷却器５６はさらに、第１段冷却器からの空気ストリーム１２を水凍結温度より低く、典型的にはおよそ華氏０°からおよそ華氏−２０°までに、またはそれよりも低く冷却することができる。また、好ましい凍結温度降下溶液（例えばグリコール溶媒）は残留水分を凝縮させ、吸収し、凍結温度降下溶液は２相混合ストリーム１３として第２冷却器から退出する。次いで２相混合ストリームは分離器６４で分離されて、水分を含んだ濃厚なグリコールストリーム２３と冷乾燥空気ストリーム３３とを作り出す。分離器には、グリコール同伴を除去し、グリコールの損失を最小限に抑えるようにデミスターが備えられることが好ましい。デミスターはメッシュタイプの装置または羽根分離器であることができ、これは典型的には、ガスタービンの性能を他の形で妨げることになる過剰な圧力降下を生むことなく、ミクロン寸法またはサブミクロン寸法の同伴液体を除去するのに適切な材料で構築される。冷却ガスストリーム３３の含水比は、典型的にはおよそ０．０５％に縮小される。このように水を除去することによって、ガスタービンの圧縮セクション５７によって必要とされる馬力も縮小され、これが発電の効率を高めることを理解されたい。燃焼器に燃料がストリーム３２（気化ＬＮＧである場合もない場合もある）として供給される。
【００２３】
空気がこのように低い温度に冷却されると、空気の質量濃度が高まり、（ガスタービンが一定の流量で動作するとき）空気流が増大し、これに続いてガスタービンの発電出力が増大することに留意されたい。より冷たい空気の温度もガスタービンの圧縮セクションによる電力消費を縮小して、ガスタービン（ブレイトンサイクル）の発電の効率を高める。この望ましい効果を図２に示すが、これは本発明の主題によるガスタービン入口での冷却を備えた複合サイクル発電プラントの例示的な性能グラフを示している。典型的には空気温度の華氏３°から華氏５°の低下ごとに発電プラントの出力がおよそ１％増大される。例えば夏季運転中に、周囲空気の吸入温度が華氏１００°から華氏−２０°に低下されると、複合サイクル発電プラントの発電出力を３３％よりも多く増大させることができる。図２に示しているように、発電プラントの出力はこれらの空気冷却ステップによって９００ＭＷから１２００ＭＷに増大することができる。発電出力のこのような３００ＭＷの増大は、特に消費者の需要がピークに達し、電気を割り増し料金で販売することができる夏季期間中は、電力収益の大幅な増加を意味する。周囲温度が低い冬季期間中は、電力収益はさらに大きい。例えば周囲空気の吸入温度が華氏５０°から華氏−２０°に低下されると、発電出力の１５％を超える増大を達成することができる。このシナリオでは、図２に示すように、この空気冷却ステップで、発電プラントの出力を１０５０ＭＷから１２００ＭＷに増大することができる。このような１５０ＭＷの増大は電力生産および電力収益の相当の増加を意味する。
【００２４】
空気の薄い凍結温度降下溶液混合物は華氏３２°未満の温度に冷却され、より典型的にはおよそ華氏３０°からおよそ華氏１０°までに、さらにより典型的には華氏１０°からおよそ華氏−１０°までに、最も典型的には華氏−１０°からおよそ華氏−２０°までに冷却されることが一般的に企図されている。冷却温度は華氏−２０°であることが好ましいが、追加の発電出力を得るために、ＬＮＧが華氏−２５０°で供給されるとき、吸入空気の温度を華氏−４０°未満にさらに低下させることもできる。このように、下限値は主に、ＬＮＧ再ガス化の送り出し量（即ち利用可能な冷却）と、実際の機械の設計と、空気力学と、低い空気温度で動作するための構造物の材料とによって支配されることを理解されたい。
【００２５】
濃厚なグリコールストリーム２３は交換器６６で希薄なグリコールストリーム３０と熱交換され、およそ華氏２２０°になってストリーム２４を形成し、その後グリコール再生器６２に進入する。濃厚なグリコールから水分を剥離するために、蒸気加熱再沸騰器６７が使用されることが好ましい。複合サイクル発電プラントの蒸気タービン５９の中間段階から、低圧蒸気がストリーム１６として供給される。復水蒸気は、復水ポンプ６１の排出ストリーム２０と組み合わせることによって、ストリーム２１として蒸気沸騰システム５８に戻されて、複合ストリーム２２を形成する。典型的には、水を含むストリーム２３のグリコール重量濃度は４０％から５５％である。冷却空気温度が低いほど、水凍結および水和物生成を避けるためにより高いグリコール濃度が必要となる。反対に、空気温度が高いほど、凍結温度降下が緩和されることから少量のグリコール注入しか必要にならない。
【００２６】
剥離水は、およそ華氏２４０°の温度、およそ１０ｐｓｉｇの圧力でグリコール再生器からオーバーヘッドストリーム２６として除去される。このストリームで利用可能な有効廃熱は、交換器６３で熱伝達ストリーム４をおよそ華氏６０°に予備加熱するのに利用され、これが有利にＬＮＧ再ガス化の加熱負荷を補足する。交換器６３から出た復水２８は、沸騰器給水の補充として蒸気システムに回収することができる。グリコール生成器６２は、グリコールポンプ６５によってポンピングされる底部の希薄なグリコールストリーム２５を作り出して、ストリーム３０を形成し、引き続いてこれが交換器６６で濃厚なグリコールと熱交換され、その後注入するために再使用される。
【００２７】
蒸気沸騰システム５８が燃焼排出部１４から出た熱を受け取り、これが冷却されてストリーム３１を形成する。次いで加熱または過熱ストリーム１５が蒸気タービン５９で膨張されて電力を作り出す。次いで部分的に膨張した蒸気（典型的には低圧蒸気）の一部分が蒸気タービンから再沸騰器６７に供給され、さらに膨張した蒸気１７が冷却剤ストリーム１８を使用して復水器６０で凝縮されて、復水１９を形成する。復水ポンプ６１が復水１９をポンピングして圧力を掛けて、ストリーム２０を形成し、これが再沸騰器の復水ストリーム２１と組み合わされてストリーム２２を形成する。
【００２８】
したがって、本発明の主題による好ましい複合サイクル発電プラントは、濃厚な凍結温度降下溶液を受け取るように構成された、またさらにその濃厚な溶液から蒸気と希薄な凍結温度降下溶液とを形成するように構成された再生器を含むことになることが企図される。最も好ましくは、この再生器は、蒸気からの熱を熱伝達流体に伝達することができるようにＬＮＧ冷却熱伝達流体回路に熱的に結合され、また再生器は、蒸気サイクルからの熱を再生器の濃厚な凍結温度降下溶液に伝達することができるように蒸気サイクルにさらに熱的に結合される。
【００２９】
過去に知られている構成および方法は一般的に、吸入空気を華氏４０°以上の温度に冷却することに限定されており、したがって大幅な電力の増加を生むことはできないことを特に理解されたい。これとは対照的に、本明細書で提示している構成は、吸入空気を華氏−４０°の温度まで冷却することを可能にする。これは現在知られている方法および構成の技術に対して大幅な増加である。さらに、本発明の主題による構成および方法は、廃熱を使用して凍結温度降下溶液を再生し、ＬＮＧ再ガス化用の追加の熱を供給することに留意されたい。
【００３０】
ここで企図している発電プラントは、熱伝達流体を使用してガスタービン流入空気を冷却する２段式冷却器を有し、さらにその２つの冷却器段の間に凍結温度降下溶液を冷却された空気と混和させる注入装置を含むことが好ましい。特に好ましい構成では、ＬＮＧの冷気を使用して、ガスタービン吸入空気を間接的に冷却して、吸入空気の湿分を間接的に凝縮させ、除去し、かつ／あるいはガスタービン流入空気を水凍結温度未満の温度に間接的に大いに冷却する。最も好ましくは、氷および水和物の形成は、過冷却するべき空気ストリームに凍結温度降下溶液を注入することによって抑制され（例えば第１段冷却器と第２段冷却器との間で）、それによってガスタービンへの制限のない連続的な冷却空気の供給をもたらす。このように、空気吸入冷却器および／またはＬＮＧ再ガス化交換器のための熱伝達流体は、ＬＮＧの極低温で凍結しない溶液を含み、また吸入空気の冷却に好都合な熱伝達特性を有することが一般的に好ましい。典型的にはこのような流体は、グリコールを基にした溶媒、最も典型的にはエチレングリコール水混合物（例えばおよそ８０ｗｔ％のグリコール濃度を有するエチレングリコール水混合物）を含む。他の溶媒も適切であると考えられ、これには多成分熱伝達流体、ハロゲン化炭化水素、メタノール等が含まれる。
【００３１】
最も典型的には、ここで企図している構成は凍結温度降下溶液を使用して第１段冷却器から残留水を除去し、同時に第２冷却器での水凍結を抑制する。このように形成された水を含む凍結温度降下溶液は吸入空気ストリームから分離され、好ましくは複合サイクル発電プラントの蒸気サイクルから抽出された廃蒸気、またはガスタービン排出部からの排ガスを使用して抗凍結剤が再生される。代替方法として、水を様々な他のやり方で吸入空気から除去することもでき、ここで企図するやり方には特に分子状ふるいとＴＥＧ接触器とが含まれる。このような場合、吸収剤の再生も蒸気サイクルに熱的に結合される。
【００３２】
本明細書で企図している構成は、ＬＮＧ送り出しの様々な容量とガスタービンの様々な寸法に適合可能であることをなおさらに認識されたい。さらにここで企図している構成は、水供給が稀少な遠隔地域でしばしば遭遇する蒸気発電サイクルを備えていない単純なガスタービンサイクルにも適している。このような場合、凍結温度降下溶液の再生用の熱は、ガスタービン排出部から回収されることが好ましい。本発明の主題に限定しないが、ここで企図しているプラントは、蒸気発電プラントの沸騰器給水システムへの補充水として、復水を吸入空気から回収できることを理解されたい。このように、回収された復水の使用は、蒸気発電プラントへの水の取り込みと、沸騰器給水処理プラントからの廃棄物排出とを縮小または解消する。
【００３３】
したがって、燃焼タービンの吸入空気を冷却する好ましい方法は、冷却された空気ストリームを希薄な凍結温度降下溶液と組み合わせ、それによって混合物を形成し、これが華氏３２°未満の温度に過冷却されるステップを含む。さらなるステップでは濃厚な凍結温度降下溶液が過冷却された混合物から除去され、希薄な凍結温度降下溶液が、発電サイクルからの熱を使用して再生器で再生され、それによって蒸気を形成する。次いでＬＮＧ冷却熱伝達流体を使用して、蒸気が凝縮されることが好ましい。
【００３４】
本明細書で企図している熱的に統合された構成は、現在知られている発電技術を遥かに超える発電プラントの発電出力と発電効率との大幅な増大をもたらし、同時に発電施設の資本コストを削減する（例えば発電コストを４０％も削減することができる）ことも企図されている。さらに、本明細書で提示している構成はゼロから建設されるプラントで、あるいは既存の発電プラントおよび／またはＬＮＧ再ガス化設備への追加導入部として実施できることを認識されたい。
【００３５】
このように、統合化された電力生産についての特定の実施形態および用途を開示した。しかし、既にここに記述したもの以外のより多数の修正形態が、本明細書の発明概念から逸脱することなく可能であることが当業者には明らかである。したがって本発明の主題は、ここに添付する請求項の趣旨を除いて限定されない。さらに、本明細書を解釈する際も、本請求項を解釈する際も、全ての用語は文脈と整合する最も広範な意味に解釈されるべきである。特に、「備える」および「備えている」という用語は、非排他的な意味での要素、構成要素、またはステップを指しており、そこで出した要素、構成要素、またはステップが、ここで明確には参照していない他の要素、構成要素、またはステップとともに存在し、利用され、または組み合わされる場合があることを表すものとして解釈されるべきである。さらに、参照によって本明細書の一部としている参照の用語の定義または使用が、本明細書で示しているその用語の定義と整合しないまたは相容れない場合、本明細書で示しているその用語の定義が適用され、参照の用語の定義は適用されない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】ＬＮＧ再ガス化、発電、および吸入空気過冷却が熱的に統合された統合化複合サイクルプラントの例示的構成を示す図である。
【図２】流入空気の温度に応じた燃焼タービン発電機の発電出力の増大を示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合サイクル発電プラントであって、
濃厚な凍結温度降下溶液を受け取るように構成され、濃厚な溶液から蒸気と希薄な凍結温度降下溶液とを形成するようにさらに構成された再生器を備え、
再生器が、蒸気からの熱を熱伝達流体に伝達することができるように、ＬＮＧ冷却熱伝達流体回路に熱的に結合され、
再生器が、蒸気サイクルからの熱を再生器の濃厚な凍結温度降下溶液に伝達できるように、蒸気サイクルにさらに熱的に結合される、複合サイクル発電プラント。
【請求項２】
ＬＮＧ冷却熱伝達流体回路に熱的に結合され、混合装置にさらに流動結合された空気吸入冷却器をさらに備え、混合装置が希薄な凍結温度降下溶液を受け取るように、また希薄な凍結温度降下溶液を空気に混合することを可能にするように構成されている、請求項１に記載のプラント。
【請求項３】
空気吸入冷却器が、空気の希薄な凍結温度降下溶液混合物を華氏３２°未満の温度に冷却するように構成されている、請求項２に記載のプラント。
【請求項４】
空気吸入冷却器に流動結合された、また冷却された混合物から濃厚な凍結温度降下溶液を除去するのを可能にするように構成された分離器をさらに備える、請求項３に記載のプラント。
【請求項５】
ＬＮＧ冷却熱伝達流体回路に熱的に結合された、またさらに上流で空気吸入冷却器に流動結合された第２空気吸入冷却器をさらに備える、請求項２に記載のプラント。
【請求項６】
濃厚な凍結温度降下溶液の冷却分を使用して希薄な凍結温度降下溶液を冷却することを可能にするように構成された熱交換器をさらに備える、請求項１に記載のプラント。
【請求項７】
再生器の蒸気サイクルへの熱的な結合が、蒸気サイクルの蒸気タービンからの少なくとも部分的に膨張した蒸気を受け取り、少なくとも部分的に膨張した蒸気を再生器の再沸騰器に供給し、少なくとも部分的に膨張した蒸気を再生器から蒸気サイクルに返還するように構成された回路を備える、請求項１に記載のプラント。
【請求項８】
再生器のＬＮＧ冷却熱伝達流体回路への熱的な結合が、蒸気からの熱をＬＮＧ冷却熱伝達流体に供給するように構成された熱交換器を備える、請求項１に記載のプラント。
【請求項９】
ＬＮＧ冷却熱伝達流体が、グリコール、または華氏３２°以下の温度で水を吸収する能力を有する溶液を備える、請求項１に記載のプラント。
【請求項１０】
希薄な凍結温度降下溶液がグリコールを備える、請求項１に記載のプラント。
【請求項１１】
燃焼タービンの吸入空気を冷却する方法であって、
冷却された空気ストリームを希薄な凍結温度降下溶液と組み合わせ、それによって混合物を形成し、混合物を華氏３２°未満の温度に過冷却するステップと、
過冷却された混合物から濃厚な凍結温度降下溶液を除去し、発電サイクルからの熱を使用して再生器で希薄な凍結温度降下溶液を再生し、それによって蒸気を形成するステップと、
ＬＮＧ冷却熱伝達流体を使用して蒸気を凝縮させるステップとを備える、方法。
【請求項１２】
冷却された空気ストリームが、周囲空気を華氏３５°から華氏４５°の温度に冷却する上流の空気冷却器によって形成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
組み合わせるステップが、希薄な凍結温度降下溶液の冷却された空気ストリームへの噴霧を使用して実行される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
過冷却された混合物が、華氏２０°から華氏−４０°の温度を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
濃厚な凍結温度降下溶液を除去するステップが、冷却された濃厚な凍結温度降下溶液剤を供給する分離器で実行される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
冷却された濃厚な凍結温度降下溶液が、再生器からの加熱された希薄な凍結温度降下溶液と熱交換される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
再生するステップが、蒸気サイクルからの少なくとも部分的に膨張した蒸気を再生器に供給し、それによって蒸気と加熱された希薄な凍結温度降下溶液とを形成するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも部分的に膨張した蒸気が、再生器から蒸気サイクルに返還される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
冷却された空気ストリームと過冷却された混合物との少なくとも一方が、ＬＮＧ冷却熱伝達流体からの冷却分を使用して冷却される、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
ＬＮＧ冷却熱伝達流体が、再生器からの蒸気からの熱分を使用して加熱される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１】
複合サイクル発電プラントであって、
濃厚な凍結温度降下溶液を受け取るように構成され、濃厚な溶液から蒸気と希薄な凍結温度降下溶液とを形成するようにさらに構成された再生器を備え、
再生器が、蒸気からの熱を熱伝達流体に伝達することができるように、ＬＮＧ冷却熱伝達流体回路に熱的に結合され、
再生器が、蒸気サイクルからの熱を再生器の濃厚な凍結温度降下溶液に伝達できるように、蒸気サイクルにさらに熱的に結合される、複合サイクル発電プラント。
【請求項２】
ＬＮＧ冷却熱伝達流体回路に熱的に結合され、混合装置にさらに流動結合された空気吸入冷却器をさらに備え、混合装置が希薄な凍結温度降下溶液を受け取るように、また希薄な凍結温度降下溶液を空気に混合することを可能にするように構成されている、請求項１に記載のプラント。
【請求項３】
空気吸入冷却器が、空気の希薄な凍結温度降下溶液混合物を華氏３２°未満の温度に冷却するように構成されている、請求項２に記載のプラント。
【請求項４】
空気吸入冷却器に流動結合された、また冷却された混合物から濃厚な凍結温度降下溶液を除去するのを可能にするように構成された分離器をさらに備える、請求項３に記載のプラント。
【請求項５】
ＬＮＧ冷却熱伝達流体回路に熱的に結合された、またさらに上流で空気吸入冷却器に流動結合された第２空気吸入冷却器をさらに備える、請求項２に記載のプラント。
【請求項６】
濃厚な凍結温度降下溶液の冷却分を使用して希薄な凍結温度降下溶液を冷却することを可能にするように構成された熱交換器をさらに備える、請求項１に記載のプラント。
【請求項７】
再生器の蒸気サイクルへの熱的な結合が、蒸気サイクルの蒸気タービンからの少なくとも部分的に膨張した蒸気を受け取り、少なくとも部分的に膨張した蒸気を再生器の再沸騰器に供給し、少なくとも部分的に膨張した蒸気を再生器から蒸気サイクルに返還するように構成された回路を備える、請求項１に記載のプラント。
【請求項８】
再生器のＬＮＧ冷却熱伝達流体回路への熱的な結合が、蒸気からの熱をＬＮＧ冷却熱伝達流体に供給するように構成された熱交換器を備える、請求項１に記載のプラント。
【請求項９】
ＬＮＧ冷却熱伝達流体が、グリコール、または華氏３２°以下の温度で水を吸収する能力を有する溶液を備える、請求項１に記載のプラント。
【請求項１０】
希薄な凍結温度降下溶液がグリコールを備える、請求項１に記載のプラント。
【請求項１１】
燃焼タービンの吸入空気を冷却する方法であって、
冷却された空気ストリームを希薄な凍結温度降下溶液と組み合わせ、それによって混合物を形成し、混合物を華氏３２°未満の温度に過冷却するステップと、
過冷却された混合物から濃厚な凍結温度降下溶液を除去し、発電サイクルからの熱を使用して再生器で希薄な凍結温度降下溶液を再生し、それによって蒸気を形成するステップと、
ＬＮＧ冷却熱伝達流体を使用して蒸気を凝縮させるステップとを備える、方法。
【請求項１２】
冷却された空気ストリームが、周囲空気を華氏３５°から華氏４５°の温度に冷却する上流の空気冷却器によって形成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
組み合わせるステップが、希薄な凍結温度降下溶液の冷却された空気ストリームへの噴霧を使用して実行される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
過冷却された混合物が、華氏２０°から華氏−４０°の温度を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
濃厚な凍結温度降下溶液を除去するステップが、冷却された濃厚な凍結温度降下溶液剤を供給する分離器で実行される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
冷却された濃厚な凍結温度降下溶液が、再生器からの加熱された希薄な凍結温度降下溶液と熱交換される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
再生するステップが、蒸気サイクルからの少なくとも部分的に膨張した蒸気を再生器に供給し、それによって蒸気と加熱された希薄な凍結温度降下溶液とを形成するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも部分的に膨張した蒸気が、再生器から蒸気サイクルに返還される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
冷却された空気ストリームと過冷却された混合物との少なくとも一方が、ＬＮＧ冷却熱伝達流体からの冷却分を使用して冷却される、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
ＬＮＧ冷却熱伝達流体が、再生器からの蒸気からの熱分を使用して加熱される、請求項１１に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２００８−５３７０４５（Ｐ２００８−５３７０４５Ａ）
【公表日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５０４１５７（Ｐ２００８−５０４１５７）
【出願日】平成１８年３月２１日（２００６．３．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０１０３８０
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１０４８００
【国際公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【出願人】（５０６３５４４３４）フルオー・テクノロジーズ・コーポレイシヨン (35)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２１日（２００６．３．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０１０３８０
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１０４８００
【国際公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【出願人】（５０６３５４４３４）フルオー・テクノロジーズ・コーポレイシヨン (35)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]