CN110234847A - 氢氧当量燃烧涡轮系统 - Google Patents

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Abstract

氢氧当量燃烧涡轮系统具备：高压汽轮机(2)、低压汽轮机(3)、以及这二者之间的加热器(5)。加热器(5)具备：使氢和氧进行当量燃烧的燃烧部(53)、以及混合部(55)，该混合部(55)将来自高压汽轮机(2)的排出蒸汽(S4)与来自该燃烧部(53)的燃烧气体(R)混合并向低压汽轮机(3)供给。

Description

氢氧当量燃烧涡轮系统
相关申请
本申请主张2017年2月3日申请的日本专利申请2017-018472的优先权，并通过参照而引用其整体来作为本申请的一部分。
技术领域
本发明涉及一种能够应用于联合循环发电机组的氢氧当量(stoichiometric)燃烧涡轮系统。
背景技术
当前，为了防止地球变暖、抑制气候变动，CCPP(联合循环发电机组)作为实现减少CO2的技术而受到关注。提倡在该联合循环发电机组中使用氢氧当量燃烧涡轮(通称为“氢涡轮”)。但是，在氢氧当量燃烧涡轮中，由于燃烧温度达到3000℃，因此要求将燃烧气体的温度降低至能够保护燃烧器的燃烧室并且实现对涡轮部的蒸汽冷却技术的范围。
在这样的要求下，作为CCPP也提出一种系统，其具备：燃气涡轮发动机、通过蒸汽对来自所述燃气涡轮发动机的排气进行热回收的排气锅炉(热交换器)、以及汽轮机，在所述汽轮机的上游侧设置有氢氧当量燃烧方式的加热器(燃烧器)(例如专利文献1)。在该系统中，将来自排热锅炉的蒸汽向汽轮机供给。此时，在所述加热器中使氢和氧进行当量燃烧，并且使其燃烧气体通过来自所述排气锅炉的高温/高压蒸汽进行稀释/冷却，并将该蒸汽向汽轮机供给。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开平成7-208192号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
但是，在专利文献1的联合循环发电机组的情况下，通过氢和氧的当量燃烧所生成的燃烧气体(通常为2800～3000℃)即使通过来自排气锅炉的排出蒸汽(通常为500～600℃)进行稀释也依然是高温。如果将该高温的燃烧气体向汽轮机导入，则会导致汽轮机的金属制的各零件的耐热性方面的问题，为了避免该问题而需要减少氢和氧的当量燃烧量。但是，如果减少氢和氧的当量燃烧量，则会降低发电机组的输出及热效率。
本发明的目的在于提供一种能够降低CO2并提高输出及热效率的氢氧当量燃烧涡轮系统。
(二)技术方案
为了实现上述目的，本发明的氢氧当量燃烧涡轮系统具备：高压汽轮机、低压汽轮机、以及这二者之间的加热器，所述加热器具有：使氢和氧进行当量燃烧的燃烧部、以及混合部，该混合部使来自所述高压汽轮机的排出蒸汽向来自该燃烧部的燃烧气体(高温蒸汽)导入并向所述低压汽轮机供给。
根据该结构，氢和氧的当量燃烧产生的燃烧气体(高温蒸汽)通过从高压汽轮机排出的温度相对较低的排出蒸汽进行骤冷(急速冷却)。由此，向低压汽轮机供给的蒸汽温度被调节为通过与燃气涡轮发动机相同的冷却结构进行蒸汽冷却的汽轮机的金属制零件的耐热限度以下。而且，不需要减少氢和氧的当量燃烧量，因此能够提高输出及热效率。另外，通过使用氢涡轮而实现低CO2化。
在本发明中，可以是，所述燃烧部具有：使氢和氧进行当量燃烧的燃烧室、以及喷射器，该喷射器使来自该燃烧室的高温蒸汽(燃烧气体)向形成于所述混合部的混合室内喷射并抽吸所述排出蒸汽，所述混合部具有使来自该喷射器的蒸汽膨胀并混合、升压的扩散器。根据该结构，能够以简单的结构获得适当的温度、压力的蒸汽。
在本发明中，可以是，所述燃烧部具有：使氢和氧进行当量燃烧的燃烧室、以及从外侧覆盖该燃烧室进行冷却的冷却室，向所述高压汽轮机供给的主蒸汽的一部分作为冷却用蒸汽向所述冷却室导入。在这种情况下，即使不另行使用制冷剂，也能够有效利用主蒸汽作为制冷剂来冷却燃烧室。
在本发明中，可以是，在形成所述燃烧室的燃烧室壁形成有蒸汽导出孔，所述蒸汽导出孔使所述冷却室内的所述冷却蒸汽向所述燃烧室导出并对所述燃烧室壁的内表面进行气膜冷却。由此，可对形成燃烧室的燃烧室壁进行气膜冷却，因此能够利用在燃烧室壁设置蒸汽导出孔这样的简单结构来抑制燃烧室壁的高温化。
在本发明中，可以是，还具备：与所述低压汽轮机及所述高压汽轮机连结的燃气涡轮发动机、以及将该燃气涡轮发动机的排气作为热源的排气锅炉，在所述排气锅炉中获得的主蒸汽向所述高压汽轮机供给。这样，利用两汽轮机与燃气涡轮发动机和排气锅炉的组合，能够避免浪费地有效利用来自燃气涡轮发动机的排气。其结果是，获得大输出、高效率的系统。
在本发明中，可以是，在所述排气锅炉的中间部获得的副蒸汽向所述低压汽轮机的中间级供给。由此，能够使低压汽轮机内的中间级以后的蒸汽压增大并提高输出。
在本发明中，可以是，还具备发电机，所述发电机通过所述低压汽轮机、所述高压汽轮机、以及所述燃气涡轮发动机进行驱动。根据该结构，由于通过燃气涡轮发动机获得的旋转力与来自两汽轮机的旋转力相加，因此能够以更大的旋转力驱动发电机。其结果是，可获得大输出、高效率的发电系统。
在权利要求和/或说明书和/或附图中公开的至少两个结构的任意组合均包含于本发明。尤其是权利要求书的各权利要求的两个以上的任意组合均包含于本发明。
附图说明
通过参考附图对以下优选的实施方式进行的说明，可更加清楚地理解本发明。但是，实施方式和附图仅用于图示和说明，不应用于限定本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多幅图中的相同部件标号表示相同或相当的部分。
图1是表示本发明的第一实施方式的氢氧当量燃烧涡轮系统的概要结构图。
图2是在该系统中使用的加热器的纵向剖视图。
图3是表示该加热器的燃烧部的主要部位的放大纵向剖视图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的第一实施方式进行详细说明。如图1所示，本发明的涡轮系统具备：由氢氧当量燃烧汽轮机(通称为“氢涡轮”)构成的汽轮机1、燃气涡轮发动机30、排气锅炉50、以及冷凝器70。
氢涡轮1具有：高压汽轮机2、低压汽轮机3、以及配置于这两个汽轮机2、3之间的加热器5。来自高压汽轮机2的排出蒸汽S1经由加热器5向低压汽轮机3供给。来自高压汽轮机2的蒸汽的一部分作为涡轮冷却蒸汽S11向低压汽轮机3导入。
如图2所示，加热器5具备：使氢H2和氧O2进行当量燃烧的燃烧部53、以及混合部55，该混合部55使来自高压汽轮机2的排出蒸汽S4(图1)向该燃烧部53导入并向低压汽轮机3供给。混合部55具有扩散器51、和对该扩散器51进行支撑的箱状的主体52。扩散器51例如是从入口到流动方向的中间部分为止通道面积基本上恒定、且从中间部分朝向排出侧而通道面积逐渐变大的部分圆锥形。在混合部55的内侧形成有混合室55a。该混合室55a的下表面为开口58。将从高压汽轮机2的出口排出的排出蒸汽S1从该开口58向混合室55a导入。
在主体52的一个侧面设置有安装凸台52a，在安装凸台52a形成有插入孔52b。在安装凸台52a装入设置有双头螺栓BT。在扩散器51的基端部51a的外周设置有带螺纹孔的凸缘51b。在主体52的安装凸台52a的插入孔52b中嵌入有扩散器51的基端部51a。基端部51a的外周的带螺纹孔的凸缘51b附接于主体52的安装凸台52a。在该状态下，基端部51a的双头螺栓BT插通于带螺纹孔的凸缘51b的插通孔(未图示)中，并用螺母NT紧固。通过以上方式，将扩散器51与对其进行支撑的箱状的主体52连结。
燃烧部53具备燃烧头56、和与其出口相连的喷射器57。燃烧头56与喷射器57的边界部分64构成燃烧头56的中间部。燃烧头56的横截面形状例如是圆形。喷射器57例如是横截面积朝向下游变大的部分圆锥形。在主体52设置有与扩散器51为相同轴心C的安装孔52c。在该主体52的安装孔52c中嵌入燃烧部53的边界部分64，并通过焊接进行固定。通过以上方式，将燃烧部53安装于混合部55的主体52。
边界部分64包含燃烧头56与喷射器57的边界线BL。喷射器57使来自燃烧头56的燃烧气体(高温蒸汽)R向混合室55a内喷射，并利用喷射器效应对从高压汽轮机2的出口排出的排出蒸汽S1的一部分进行抽吸。喷射器57也具有相同的轴心C。
利用图3说明燃烧部53的具体的结构。如该图所示，燃烧部53的燃烧头56具备：形成于其中央部分的燃烧室60、以及从外侧覆盖该燃烧室60的冷却室61。在燃烧室60中，氢H2和氧O2进行当量燃烧。冷却室61从外侧对该燃烧室60进行冷却。冷却室61被燃烧头56的外壁54覆盖。该燃烧室60与冷却室61被形成燃烧室60的燃烧室壁63分隔。
喷射器57具备：使来自燃烧室60的燃烧气体喷出的喷射通道66、以及从外侧覆盖该喷射通道66并进行冷却的冷却室61A。冷却室61A被喷射器57的外壁67覆盖。喷射通道66与冷却室61A被喷射器57的内壁68分隔。两冷却室61、61A连通。喷射器57的冷却室61A的下游端通过在喷射器57的外壁67与内壁68的两下游端部之间连结的端壁69(图2)进行封闭。两外壁54、67由连续的壁材形成，燃烧室壁63与喷射器57的内壁68也由连续的壁材形成。即，燃烧头56与喷射器57形成为一体。但是，也可以分别单独形成二者56、57，并以焊接等接合方式进行接合。
如后述那样，经由冷却用配管77向冷却室61、61A导入冷却用蒸汽S6。在燃烧室壁63和喷射器57的内壁68形成有多个蒸汽导出孔65。通过该蒸汽导出孔65，使后述的冷却用蒸汽S6向燃烧室60内及喷射通道66导出。利用该冷却用蒸汽S6，对燃烧室壁63和喷射器57的内壁68的内表面进行气膜冷却。
如图2所示，氢H2和氧O2从氢气瓶等氢源(未图示)和氧气瓶等氧源(未图示)经由插入到燃烧室60内的喷嘴向燃烧室60导入。
图1的燃气涡轮发动机30具有：压缩机31、涡轮32、以及燃烧器33。来自涡轮32的排气G向配置于排气通道81内的排气锅炉50供给。排气锅炉50具有排气G的流动方向上游侧的第一锅炉50A、和下游侧的第二锅炉50B。来自低压汽轮机3的排出蒸汽S3在冷凝器70冷凝。在冷凝器70获得的水从配管78、79经过泵71、71加压，并向排气锅炉50的第一锅炉50A及第二锅炉50B供给。该水在排气锅炉50内的水路中流动的期间与排气G进行热交换。
通过热交换获得的蒸汽(过热蒸汽)在第一锅炉50A中储存于第一罐74A。该蒸汽S4作为主蒸汽通过形成主供给通道的主配管72(以下将“配管”与“通道”作为同义语使用)向高压汽轮机2的入口供给。在第二锅炉50B中获得的蒸汽(过热蒸汽)，即，在排气锅炉50的中间部75获得的温度相对较低的蒸汽S5，被储存于第二罐74B。该蒸汽S5作为副蒸汽通过形成副供给通道的副配管73向低压汽轮机3的中间级80供给。在加热器5中加热的再热蒸汽S2具有约900～1200℃的温度，具有驱动低压汽轮机3的充分的能量。
在燃气涡轮发动机30的涡轮32侧配置有减速器35。在氢涡轮1的高压汽轮机侧配置有减速器(带离合器)7。在这些减速器7、35之间配置有作为负载的发电机36。所有的这些设备1、7、30、35以及36通过共同的旋转轴6一体地连接。燃气涡轮发动机30的压缩机31与涡轮32也通过共同的旋转轴6连接，但也可以通过其它旋转轴连接(双轴型)。
接着，对上述结构的氢氧当量燃烧涡轮系统的动作进行说明。当图1所示的燃气涡轮发动机30运转时，排气G从涡轮32通过配管76向排气锅炉50输送。排气G在排气通道81内从其上游侧向下游侧流动。另一方面，当氢涡轮1运转时，从低压汽轮机3排出的排出蒸汽S3在冷凝器70冷凝后，该凝水F经由配管78、79向排气锅炉50供给。
此时，从排气通道81的上游侧的第一锅炉50A获得循环中压力最高的排出蒸汽(主蒸汽)S4。排出蒸汽S4的大部分经由主配管72向氢涡轮1的高压汽轮机2的入口供给。从该主配管72的途中分支出冷却用配管77。主蒸汽S4的一部分作为图3所示的冷却用蒸汽S6经由该冷却用配管77向加热器5的冷却室61导入。由此，即使不另行使用制冷剂，也能够有效利用冷却用蒸汽S6作为制冷剂来冷却燃烧室60。通过将燃烧室60的内压设定为比冷却用蒸汽S6稍低的压力，从而能够进行后述的气膜冷却。另外，通过使燃烧室60的内压成为比低压汽轮机入口充分高的高压，从而能够实现可以期待低压汽轮机入口的升压效果的高速射流。
在燃烧部53的燃烧室60中，进行氢H2和氧O2的当量燃烧，生成燃烧气体R。相对于此，燃烧室60被冷却室61从外侧覆盖，在燃烧室壁63形成有多个蒸汽导出孔65。通过使从多个蒸汽导出孔65导出的冷却用蒸汽S6沿着燃烧室壁63的内表面流动，从而对燃烧室壁63进行气膜冷却。喷射器57的内壁68也同样地，利用从蒸汽导出孔65导出的冷却用蒸汽S6进行气膜冷却。由此，可避免燃烧气体R引起的燃烧室壁63及喷射器内壁68的热故障。
另外，冷却用蒸汽S6在冷却后并不是向外部废弃，而是在燃烧室61及喷射通道66中混合到燃烧气体R中。由此，能够减少从加热器5向低压汽轮机3供给的再热蒸汽S2的量并抑制低压汽轮机3的输出降低。此外，喷射器57由于其外表面利用排出蒸汽S1进行冷却，因此可以省略冷却室61A，做成简单的部分圆锥状的单层管。
如图2所示，来自高压汽轮机2的出口的排出蒸汽S1从混合部55的下表面的开口58向混合室55a导入。氢氧当量燃烧产生的燃烧气体(高温蒸汽)R经由喷射器57的喷射通道66向混合室55a内扩散喷射。此时，利用喷射器57的抽吸效应使导入混合室55a的排出蒸汽S1如箭头A所示那样被抽吸，并与氢氧当量燃烧产生的燃烧气体R一起被导向扩散器51。当通过该扩散器51时，氢氧当量燃烧产生的高温气体R与排出蒸汽S1混合，并且其压力上升，温度下降。
这样，来自扩散器51的氢氧当量燃烧产生的燃烧气体R被排出蒸汽S1(300℃左右)充分稀释，并作为图1所示的再热蒸汽S2(约900～1200℃)向低压汽轮机3供给，用作低压汽轮机3的驱动能量。此外，与以往的汽轮机不同，低压汽轮机3为了能够承受1200℃的蒸汽温度而另行具备与燃气涡轮相同的内部冷却结构，该内部冷却结构利用涡轮冷却蒸汽S11(蒸汽冷却)。
通过向低压汽轮机3供给再热蒸汽S2，从而使低压汽轮机3的入口的蒸汽温度及压力上升而提高输出及热效率。从该低压汽轮机3排出的蒸汽S3被导入冷凝器70而冷凝，并如上所述，经由排气锅炉50再次变为蒸汽而向氢涡轮1供给。在此，因氢氧当量燃烧而在氢涡轮1内增加的水经由排水管85向外部适当地排出。这样，能够实现一种氢氧当量燃烧涡轮系统，其兼顾了降低CO2和提高输出及热效率这两方面。
根据上述结构，加热器5的燃烧部53中的氢和氧的当量燃烧产生的燃烧气体(高温蒸汽)R在混合部55中通过来自高压汽轮机2的排出蒸汽S1进行骤冷(急速冷却)。由此，能够将向低压汽轮机3供给的蒸汽温度调节为进行蒸汽冷却的金属制零件的耐热限度以下。而且，不需要减少氢和氧的当量燃烧量，因此能够提高输出及热效率。另外，通过使用氢涡轮而实现低CO2化。
另外，如上所述，从图2所示的喷射器57喷射的蒸汽R、和利用该喷射器效应抽吸的排出蒸汽S1在扩散器51中混合而降温，因此能够以简单的结构获得适当的温度、压力的蒸汽。
另外，加热器5的燃烧部53具有：使氢和氧进行当量燃烧的燃烧室60、以及从外侧覆盖该燃烧室60进行冷却的冷却室61，向高压汽轮机2供给的主蒸汽S4的一部分作为冷却用蒸汽S6向冷却室61导入。因而，即使不另行使用制冷剂，也能够有效利用冷却用蒸汽S6作为制冷剂来冷却燃烧室60。
而且，在形成图3所示的燃烧室60的燃烧室壁63形成有蒸汽导出孔65，冷却室61内的冷却用蒸汽S3从该蒸汽导出孔65向燃烧室60导入，并利用该冷却用蒸汽S3冷却燃烧室壁63的内表面。由此，能够以简单的结构抑制燃烧室壁63的高温化，并能够有效地进行冷却以达到适当的温度。
而且，图1所示的氢氧当量燃烧涡轮系统具备：燃气涡轮发动机30、和将该燃气涡轮发动机30的排气G作为热源的排气锅炉50，在排气锅炉50中获得的主蒸汽S1向高压汽轮机2供给。由此获得能够避免浪费地有效利用来自燃气涡轮发动机30的排气G且大输出、高效率的系统。
另外，在排气锅炉50的中间部75获得的副蒸汽S5通过副配管73向低压汽轮机3的中间级80供给。由此，能够使低压汽轮机3内的中间级80以后的蒸汽压增大并提高输出。
而且，该实施方式的氢氧当量燃烧涡轮系统具备通过高压汽轮机2、低压汽轮机3、以及燃气涡轮发动机30进行驱动的发电机36。因而，由于通过燃气涡轮发动机30获得的旋转力与来自高压汽轮机2和低压汽轮机3的旋转力相加，因此可获得大输出、高效率的发电系统。
在该实施方式的氢氧当量燃烧涡轮系统中，作为与图1的氢涡轮1组合而并列设置的涡轮，说明了使用燃气涡轮发动机30的例子，但不限于燃气涡轮发动机30，例如也可以并列设置垃圾焚烧设施的焚烧涡轮、其它的涡轮。在任意的情况下，都可获得能够降低CO2并提高热效率的氢氧当量燃烧涡轮系统。另外，通过在燃气涡轮发动机侧也将氢作为燃料，从而能够实现完全没有CO2的发电系统。
如以上所述，一边参照附图一边说明了优选的实施方式，但作为本行业技术人员，通过阅读本说明书，能够容易想到在显而易见的范围内进行各种变更及修正。因而，那样的变更及修正能够解释为属于由权利要求书确定的本发明的范围内。
附图标记说明
1-汽轮机(氢涡轮)；2-高压汽轮机；3-低压汽轮机；5-加热器；6-旋转轴；7-减速器(带离合器)；30-燃气涡轮发动机；32-涡轮；35-减速器；36-发电机；50-排气锅炉；51-扩散器；53-燃烧部；55-混合部；55a-混合室；57-喷射器；60-燃烧室；61-冷却室；63-燃烧室壁；65-蒸汽导出孔；R-燃烧气体(高温蒸汽)；S1-来自高压汽轮机出口的蒸汽；S2-再热蒸汽；S4-排出蒸汽(主蒸汽)；S5-排出蒸汽(副蒸汽)；S6-冷却用蒸汽。

Claims (7)

1.一种氢氧当量燃烧涡轮系统，其中，
其具备：高压汽轮机、低压汽轮机、以及这二者之间的加热器，
所述加热器具有：使氢和氧进行当量燃烧的燃烧部、以及混合部，该混合部使来自所述高压汽轮机的排出蒸汽与来自该燃烧部的高温蒸汽混合并向所述低压汽轮机供给。
2.根据权利要求1所述的氢氧当量燃烧涡轮系统，其特征在于，
所述燃烧部具有：使氢和氧进行当量燃烧的燃烧室、以及喷射器，该喷射器使来自所述燃烧室的高温蒸汽向形成于所述混合部的混合室内喷射并抽吸所述排出蒸汽，
所述混合器具有使来自所述喷射器的蒸汽膨胀并升压、降温的扩散器。
3.根据权利要求1所述的氢氧当量燃烧涡轮系统，其特征在于，
所述燃烧部具有：使氢和氧进行当量燃烧的燃烧室、以及从外侧覆盖该燃烧室进行冷却的冷却室，
向所述高压汽轮机供给的主蒸汽的一部分作为冷却用蒸汽向所述冷却室导入。
4.根据权利要求3所述的氢氧当量燃烧涡轮系统，其特征在于，
在形成所述燃烧室的燃烧室壁形成有蒸汽导出孔，所述蒸汽导出孔使所述冷却室内的所述冷却蒸汽向所述燃烧室导出并对所述燃烧室壁的内表面进行气膜冷却。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的氢氧当量燃烧涡轮系统，其特征在于，
所述氢氧当量燃烧涡轮系统还具备：与所述低压汽轮机及所述高压汽轮机连结的燃气涡轮发动机、以及将该燃气涡轮发动机的排气作为热源的排气锅炉，
在所述排气锅炉中获得的主蒸汽向所述高压汽轮机供给。
6.根据权利要求5所述的氢氧当量燃烧涡轮系统，其特征在于，
在所述排气锅炉的中间部获得的副蒸汽向所述低压汽轮机的中间级供给。
7.根据权利要求5或6所述的氢氧当量燃烧涡轮系统，其特征在于，
所述氢氧当量燃烧涡轮系统还具备发电机，所述发电机通过所述低压汽轮机、所述高压汽轮机、以及所述燃气涡轮发动机进行驱动。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6712672B1 (ja) * 2019-12-09 2020-06-24 新太郎 石山 超臨界ｃｏ２ガスを用いた発電装置及び発電システム
EP4070011B1 (de) 2020-01-29 2024-03-20 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Anlage mit zusatzmodul
DE102021203730A1 (de) * 2021-04-15 2022-10-20 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Erzeugung von elektrischer Energie aus Wasserstoff und Sauerstoff
EP4083501A1 (de) 2021-04-30 2022-11-02 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Verbrennungseinrichtung zur verbrennung von wasserstoff und verfahren zur durchführung der verbrennung
US11988114B2 (en) 2022-04-21 2024-05-21 Mitsubishi Power Americas, Inc. H2 boiler for steam system
JP2024027572A (ja) * 2022-08-18 2024-03-01 株式会社東芝 コンバインドサイクル発電設備
JP2024027574A (ja) * 2022-08-18 2024-03-01 株式会社東芝 コンバインドサイクル発電設備
JP2024030130A (ja) * 2022-08-23 2024-03-07 株式会社東芝 酸素水素燃焼を用いた蒸気タービン発電設備

Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07208192A (ja) * 1994-01-14 1995-08-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水素酸素燃焼タービンプラント
JPH07293207A (ja) * 1994-04-27 1995-11-07 Central Res Inst Of Electric Power Ind 水素燃焼タービンシステム
CN1143993A (zh) * 1994-03-17 1997-02-26 西门子公司 燃气和蒸汽轮机设备的运行方法及按此方法工作的设备
JPH10299417A (ja) * 1997-04-24 1998-11-10 Toshiba Corp 水素燃焼タービンプラント
JPH10306709A (ja) * 1997-05-08 1998-11-17 Toshiba Corp 水素燃焼タービンプラント
CA2246218C (en) * 1997-09-08 2001-05-29 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Gas turbine combustor
US6282883B1 (en) * 1997-09-05 2001-09-04 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Hydrogen burning turbine plant
CN1630769A (zh) * 2002-02-11 2005-06-22 液体空气乔治洛德方法利用和研究的具有监督和管理委员会的有限公司 组合的空气分离和氧助发电系统
JP2006017367A (ja) * 2004-06-30 2006-01-19 Toshiba Corp 水素・酸素燃焼方法および水素・酸素燃焼装置
CN101915163A (zh) * 2010-08-06 2010-12-15 沈阳航空航天大学 一种使用氢气燃料和燃气轮机进行氧燃料燃烧的方法及装备
CN102797515A (zh) * 2011-05-27 2012-11-28 张玉良 热力过程采用喷射抽气节能方法
CN104061028A (zh) * 2014-06-24 2014-09-24 华北电力大学 氢氧与煤粉燃烧结合的二次再热联合循环发电系统及方法
CN104343752A (zh) * 2013-08-08 2015-02-11 笹仓机械工程有限公司 蒸汽喷射器
DE102013221286A1 (de) * 2013-10-21 2015-04-23 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Brennkammer, insbesondere Gasturbinenbrennkammer, z. B. für ein Luftfahrttriebwerk
CN104632408A (zh) * 2013-11-11 2015-05-20 三菱日立电力系统株式会社 高湿度利用燃气轮机系统
CN105240061A (zh) * 2015-10-19 2016-01-13 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种采用注氢燃烧混合式加热的超高温蒸汽动力循环系统
CN105464806A (zh) * 2014-09-30 2016-04-06 株式会社东芝 燃气涡轮设备
CN105518258A (zh) * 2013-11-07 2016-04-20 俄罗斯天然气工业公开股份公司 燃气涡轮装置操作模式和设计

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT94317B (de) 1919-09-26 1923-09-25 Gustav De Grahl Verfahren zur Ausnutzung eines hoch überhitzten Gasverbrennungsgemisches.
US4074708A (en) 1976-06-07 1978-02-21 Combustion Engineering, Inc. Burning hydrogen and oxygen to superheat steam
JPS5853164B2 (ja) * 1978-01-23 1983-11-28 日立造船株式会社 エゼクタ−ノズル式タ−ビンを導入した直接再生サイクルシステム
US4609328A (en) * 1980-06-18 1986-09-02 Ctp Partners Method and apparatus for total energy systems
US4643166A (en) * 1984-12-13 1987-02-17 The Garrett Corporation Steam engine reaction chamber, fuel composition therefore, and method of making and operating same
JP3454372B2 (ja) * 1994-02-04 2003-10-06 石川島播磨重工業株式会社 クローズドサイクルガスタービンの燃焼方法及び装置
US5953900A (en) 1996-09-19 1999-09-21 Siemens Westinghouse Power Corporation Closed loop steam cooled steam turbine
US5775091A (en) * 1996-10-21 1998-07-07 Westinghouse Electric Corporation Hydrogen fueled power plant
US6474069B1 (en) * 2000-10-18 2002-11-05 General Electric Company Gas turbine having combined cycle power augmentation
JP5899846B2 (ja) * 2011-11-15 2016-04-06 東洋インキＳｃホールディングス株式会社 活性エネルギー線硬化型積層体の製造方法および該製造方法を用いた積層体
JP6471321B2 (ja) 2015-07-14 2019-02-20 株式会社ソフイア 遊技機

Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07208192A (ja) * 1994-01-14 1995-08-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水素酸素燃焼タービンプラント
CN1143993A (zh) * 1994-03-17 1997-02-26 西门子公司 燃气和蒸汽轮机设备的运行方法及按此方法工作的设备
JPH07293207A (ja) * 1994-04-27 1995-11-07 Central Res Inst Of Electric Power Ind 水素燃焼タービンシステム
JPH10299417A (ja) * 1997-04-24 1998-11-10 Toshiba Corp 水素燃焼タービンプラント
JPH10306709A (ja) * 1997-05-08 1998-11-17 Toshiba Corp 水素燃焼タービンプラント
US6282883B1 (en) * 1997-09-05 2001-09-04 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Hydrogen burning turbine plant
CA2246218C (en) * 1997-09-08 2001-05-29 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Gas turbine combustor
CN1630769A (zh) * 2002-02-11 2005-06-22 液体空气乔治洛德方法利用和研究的具有监督和管理委员会的有限公司 组合的空气分离和氧助发电系统
JP2006017367A (ja) * 2004-06-30 2006-01-19 Toshiba Corp 水素・酸素燃焼方法および水素・酸素燃焼装置
CN101915163A (zh) * 2010-08-06 2010-12-15 沈阳航空航天大学 一种使用氢气燃料和燃气轮机进行氧燃料燃烧的方法及装备
CN102797515A (zh) * 2011-05-27 2012-11-28 张玉良 热力过程采用喷射抽气节能方法
CN104343752A (zh) * 2013-08-08 2015-02-11 笹仓机械工程有限公司 蒸汽喷射器
DE102013221286A1 (de) * 2013-10-21 2015-04-23 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Brennkammer, insbesondere Gasturbinenbrennkammer, z. B. für ein Luftfahrttriebwerk
CN105518258A (zh) * 2013-11-07 2016-04-20 俄罗斯天然气工业公开股份公司 燃气涡轮装置操作模式和设计
CN104632408A (zh) * 2013-11-11 2015-05-20 三菱日立电力系统株式会社 高湿度利用燃气轮机系统
CN104061028A (zh) * 2014-06-24 2014-09-24 华北电力大学 氢氧与煤粉燃烧结合的二次再热联合循环发电系统及方法
CN105464806A (zh) * 2014-09-30 2016-04-06 株式会社东芝 燃气涡轮设备
CN105240061A (zh) * 2015-10-19 2016-01-13 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种采用注氢燃烧混合式加热的超高温蒸汽动力循环系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
徐鸿等: "三种类型氢-氧联合循环系统热力性能的比较", 《动力工程学报》 *
王逊等: "改进型氢氧联合循环及其性能初步分析", 《工程热物理学报》 *
赵世飞等: "新型氢氧-燃煤联合循环系统热力学性能分析", 《工程热物理学报》 *

Also Published As

Publication number Publication date
GB2573910A (en) 2019-11-20
GB201910840D0 (en) 2019-09-11
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CN110234847B (zh) 2022-06-07
US20190390577A1 (en) 2019-12-26
JP6783160B2 (ja) 2020-11-11
DE112018000670T5 (de) 2019-10-24
WO2018143310A1 (ja) 2018-08-09
JP2018123811A (ja) 2018-08-09
WO2018143310A8 (ja) 2019-08-08
US11608758B2 (en) 2023-03-21
GB2573910B (en) 2021-12-01

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