JP2014020319A - タービンのシール装置および火力発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】シール装置における旋回流成分を低減可能なタービンのシール装置および発電システムを提供する。
【解決手段】シール装置１０８は、回転体１０３と、これを取り囲むように配置される静止体１０４との間の隙間に設けられるシール部材１０９と、前記静止体から径方向内側に向かって延在される静翼の冷却に用いた冷却媒体を前記静止体の内部に取り込んだ後に前記シール部材の少なくとも上流側に流し込む、前記静止体の内部に形成される流体経路４，８と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、タービンのシール装置および火力発電システムに関する。

ターボ式流体機械の一例である蒸気タービンでは、高温および高圧の蒸気からなる流体を作動流体として用いてタービンロータを高速回転させる。タービンロータの外周面側には、ステータが対向配置されており、タービンロータの回転時にステータの内周面に接触しないように、タービンロータの外周面とステータの内周面との間には隙間が設けられている。

この隙間を介して漏れ出た流体はタービンロータの回転駆動には使用されないため、隙間から漏れ出る流体をできるだけ抑制するためにシール装置が設けられている。

シール装置は、タービンロータの外周面またはステータの内周面に多数の非接触型のシールフィンを配設して、シールフィンの先端と対向面との隙間をより狭くして、漏洩流体の流量を減らしている。

しかしながら、シール装置を設けても、依然として流体の漏れは生じる。シール装置における漏れ流速が円周方向成分を持った状態で径方向に変位すると、シール装置内の円周方向圧力分布に不平衡が生じ、タービンロータを不安定化させる流体力が発生する。この不安定流体力は主に、シール装置の上流側における旋回流成分により引き起こされる。

旋回流成分が増えるほど不安定力が増大し、タービンロータが不安定な自励振動を起こしやすくなる。このことは、経験やモデル試験、流体解析プログラムにより把握されており、シール装置の上流側での旋回流成分を低減することが、軸系自励振動の抑制に効果があることが判明している。この種の自励振動は、蒸気タービンにおいてはスチールホワールとして知られており、蒸気条件の高圧化に伴って問題となっている。

特開平７−１９００５号公報

本発明の実施形態は、シール装置における旋回流成分を低減可能なタービンのシール装置および発電システムを提供するものである。

本実施形態によれば、回転体と、これを取り囲むように配置される静止体との間の隙間に設けられるシール部材と、前記静止体から径方向内側に向かって延在される静翼の冷却に用いた冷却媒体を前記静止体の内部に取り込んだ後に前記シール部材の少なくとも上流側に流し込む、前記静止体の内部に形成される流体経路と、を備えることを特徴とするタービンのシール装置が提供される。

本実施形態に適用可能なＣＯ_２タービン１０１の主要部の軸方向断面図。 シール装置１０８の周辺を拡大した断面図。 ステータ１０４内に設けられる流体経路４とそれに繋がる流体経路８の一例を示す平面図。 旋回流成分を低減できる理由を説明する図。 図４の一変形例を示す図。 上段側シールフィン１０９の１段目と２段目の間に孔７を形成するとともに、４段目と５段目の間にも孔７を形成する例を示す図。 孔７の内壁をテーパ状にした例を示す図。 円周方向に隣接する２つの静翼１０６の間に位置する孔７を形成する前に、予め切り欠き９を形成する例を示す図。 流体経路４，８から冷却ＣＯ_２ガスが流れ込む孔７の周辺のシールフィン１０９を変形させて、孔７の位置周辺のシールフィン１０９の間隔を狭める例を示す図。 タービンロータ１０３側にシールフィン１０９を配設した例を模式的に示す図。 タービンロータ１０３側に設けたシールフィン１０９に対向配置されるように、ステータ１０４側にハニカムシート１０を設ける例を示す図。 ハニカムシート１０の平面図。 図１のＣＯ_２タービン１０１を利用する火力発電システムの一例を示す概略構成図。

図１は本実施形態に適用可能なＣＯ_２タービン１０１の主要部の軸方向断面図である。本実施形態に係るＣＯ_２タービン１０１は、内側ケーシング１０２の周囲を外側ケーシングで覆った二重構造のケーシングを備えている。

タービンロータ１０３から径方向外側に、環状に一定間隔で動翼１０５が配設されている。これら動翼１０５は、軸方向にも所定間隔で配設され、軸方向に隣接する動翼１０５の間には、静翼１０６が配設されている。静翼１０６は、環状に一定間隔で配設されている。動翼１０５の基部はタービンロータ１０３の外周面に植設される。

図１では、動翼１０５と静翼１０６を軸方向に交互に５個ずつ配設した５段構成の例を示しているが、動翼１０５と静翼１０６の段数に特に制限はない。

図１のＣＯ_２タービン１０１は、超臨界状態のＣＯ_２を作動流体として用いてタービンロータ１０３を駆動するとともに、ＣＯ_２タービン１０１から排気されたＣＯ_２を循環させてＣＯ_２タービン１０１内に注入し、各部の冷却に用いている。

ＣＯ_２は３１℃、７．４ＭPａに臨界点があり、図１のＣＯ_２タービン１０１は、この臨界点よりも高温かつ高圧でＣＯ_２を使用することを前提としている。

図１のＣＯ_２タービン１０１の上流側には、スリーブ管１０７が設けられており、このスリーブ管１０７から超臨界状態のＣＯ_２ガスが作動流体としてタービン内に注入される。注入されたＣＯ_２ガスは、軸方向に沿って、上流側から下流側に流れ、不図示の排気管から排気される。

タービンロータ１０３は、動翼１０５に流体が衝突した力を利用して回転駆動するものであり、動翼１０５の外周面側の隙間と静翼１０６の内周面側の隙間を通って漏れてしまう。この漏れを抑制するために、動翼１０５の外周面側と静翼１０６の内周面側にはそれぞれシール装置１０８が配設されている。

シール装置１０８は、タービンロータ１０３側の動翼１０５の外周面および静翼１０６の対向面と、ステータ１０４側の静翼１０６の外周面および動翼１０５の対向面との少なくとも一方に所定間隔でシールフィン１０９を配設したものであり、これにより、隙間を狭くして流体が漏れにくくしている。

シール装置１０８は、動翼１０５または静翼１０６の外周面とその対向面だけでなく、最上段の静翼１０６よりも上段側にあるグランドパッキン１１１にも設けられている。

シール装置１０８を設けても、動翼１０５と静翼１０６の外周面側を高温の流体が流れるため、動翼１０５と静翼１０６は高温に晒されることになる。そこで、図１のＣＯ_２タービン１０１では、外部から供給された低温のＣＯ_２ガス（以下、冷却ＣＯ_２ガス）を用いて、動翼１０５と静翼１０６を冷却するようにしてもよい。

冷却ＣＯ_２ガスの一部は、内側ケーシング１０２内に設けられた流体経路１１３を通って、静翼１０６を冷却するために利用される。静翼１０６の冷却に用いられたＣＯ_２ガスは、動翼１０５駆動用の主流の流体経路１１４に合流して、タービンロータ１０３を回転駆動するために再利用される。

上述したように、シール装置１０８の特に上流側における旋回流成分は、タービンロータ１０３を不安定化させる流体力を引き起こし、タービンロータ１０３が自励振動を起こしやすくなる。この対策のために、本実施形態に係るＣＯ_２タービンは、シール装置１０８に構造的な工夫を施している。

図２はシール装置１０８の周辺を拡大した断面図である。図２の矢印ｙ１は内側ケーシング１０２内の流体経路１１３から分岐した流体経路１から静翼１０６の方向に流れる冷却ＣＯ_２ガス（冷却媒体）の経路を示し、矢印ｙ２は動力発生用の高温かつ高圧のＣＯ_２ガスの主流経路を示している。

図２に示すように、内側ケーシング１０２内に設けられた流体経路１１３を流れる冷却ＣＯ_２ガスは、静翼１０６の基部側に設けられた流体経路１を通って、ステータ１０４を介して静翼１０６の内部に導入されて、静翼１０６を冷却する。静翼１０６の内輪２まで達した冷却ＣＯ_２ガスは、静翼１０６の外輪３まで戻って、ステータ１０４内に設けられる流体経路４に流れ込む。

図３はステータ１０４内に設けられる流体経路４とそれに繋がる流体経路８の一例を示す平面図であり、流体経路４，８からタービンロータ１０３側を見た平面図である。図３のｘ方向が軸方向、ｙ方向が円周方向である。静翼１０６とシールフィン１０９は、図３の紙面の裏面側に延在されている。

図２および図３に示すように、内側ケーシング１０２内の流体経路１１３から分岐した流体経路１に繋がるステータ１０４内の孔５から冷却ＣＯ_２ガスが静翼１０６に導入され、この冷却ＣＯ_２ガスは静翼１０６の内輪２を通って外輪３の外周面の孔（第１の孔）６からステータ１０４内の流体経路４に流れ込む。この孔６に繋がる流体経路４は、軸方向に伸びて、シール装置１０６上の孔（第２の孔）７を通過した後に、円周方向に向きを変えて、別の流体経路８に合流する。この流体経路８は、ステータ１０４の軸方向に沿って延在しており、軸方向の同じ円周位置に並んだ複数の静翼１０６を冷却した冷却ＣＯ_２ガスを流すものである。流体経路８にも孔７が設けられている。

このように、流体経路８は、ステータ１０４の軸方向の同じ円周位置に並んだ複数の静翼１０６に対応づけて設けられるため、円周方向にｎ個（ｎは２以上の整数）の静翼１０６が配設されているとすると、流体経路８もｎ個、軸方向に沿って所定間隔で設けられることになる。

図３では、一つの静翼１０６に対して２個の孔７を設けており、いずれの孔７も上流側１段目と２段目のシールフィン１０９の間に配置している。一方の孔７は流体経路４上に設けられており、他方の孔７は流体経路８上に設けられている。これらの孔７には、静翼１０６の外輪３の孔６から流体経路４に流れ込んだ冷却ＣＯ_２ガスの一部が流れ込んで、シールフィン１０９の周囲を冷却する。

なお、一つの静翼１０６に対して設けられる孔７の数には特に制限はない。後述するように、孔７は、必ずしもシールフィン１０９の上段側１段目と２段目の間に設ける必要はないが、旋回流成分の低減という観点からは、シールフィン１０９の上段側に設けるのが望ましい。

上述したように、ステータ１０４内の軸方向に伸びる流体経路８には、軸方向の同じ円周位置に並んだ複数の静翼１０６を冷却した冷却ＣＯ_２ガスが流れるため、この流体経路８上に、シールフィン１０９の位置に合わせて孔７を設ければ、この孔７からシールフィン１０９に流れ込む冷却ＣＯ_２ガスの流量を増やすことができ、シールフィン１０９の冷却効果を向上できる。シールフィン１０９を冷却することにより、シールフィン１０９の形状変化を抑制でき、耐久性も向上する。

また、上述した孔７からシールフィン１０９に冷却ＣＯ_２ガスを流し込むことで、シール装置１０８の周囲に発生する旋回流成分を低減できる。

図４は旋回流成分を低減できる理由を説明する図であり、タービンロータ１０３とステータ１０４との円周方向の断面構造を模式的に示す図である。図４に示すように、流体経路４，８上の孔７からシールフィン１０９の上流側１段目と２段目の間に注入される冷却ＣＯ_２ガスは、径方向に沿って流れる。これに対して、旋回流成分はタービンロータ１０３の円周方向に形成されるため、冷却ＣＯ_２ガスによって、旋回流成分の流れが妨げられ、旋回流成分を低減することができる。

図５は図４の一変形例を示す図であり、ステータ１０４を複数のセグメント（分割構造体）１０４ａ〜１０４ｄに分けた例を示している。図５の例では、ステータ１０４を４つのセグメント１０４ａから１０４ｄに分けており、各セグメントにシールフィン１０９に通じる孔７と流体経路４，８とを設けている。

図５のように、ステータ１０４を複数のセグメント１０４ａ〜１０４ｄに分けることで、流体経路４，８と孔７を加工形成しやすくなるとともに、ステータ１０４の組立作業性も向上する。

なお、セグメント化する単位は必ずしも４つに限定されない。ステータ１０４の製造のしやすさと組立作業性を考えると、円周方向に設ける孔７と流体経路４，８の数に応じてセグメント化するのがよい。すなわち、各セグメントに孔７と流体経路４，８を設けるようにすれば、ステータ１０４を比較的容易に製造でき、またステータ１０４の組み付けも行いやすくなる。

図２および図３では、上端側１段目と２段目のシールフィン１０９の間に孔７を形成する例を示したが、３段目以降のシールフィン１０９の間にも孔７を形成してもよい。図６は上段側シールフィン１０９の１段目と２段目の間に孔７を形成するとともに、４段目と５段目の間にも孔７を形成する例を示している。これにより、シール装置１０８の上流側の旋回流成分だけでなく、下流側の旋回流成分も低減できる。

上述した図１〜図５では、流体経路４，８からシールフィン１０９に冷却ＣＯ_２ガスを流し込むための孔７の形状については特に限定していない。ただし、シール装置１０８の旋回流成分を低減し、かつシールフィン１０９を冷却するという観点からは、孔７からシールフィン１０９に流し込む冷却ＣＯ_２ガスの流速を上げるのが望ましい。このため、図７は孔７の内壁をテーパ状にした例を示している。図７の孔７は、シールフィン１０９およびロータ１０３に近づくにつれ、孔径を小さくしている。これにより、孔７を通過する冷却ＣＯ_２ガスの圧力はシールフィン１０９に近づくにつれて高くなり、冷却ＣＯ_２ガスの流速は高くなる。したがって、旋回流成分をより効率的に低減でき、またシール装置１０８の冷却効果を向上できる。

流体経路４，８上のすべての孔７をテーパ状に加工する必要はなく、一部の孔７のみをテーパ状に加工してもよい。テーパ状に加工する孔７については、孔７をテーパ状に加工しやすいように、流体経路４，８上の孔７の形成位置に予め切り欠きを形成しておいてもよい。

例えば、図８は、円周方向に隣接する２つの静翼１０６の間に位置する孔７について、この孔７を形成する前に、予め切り欠き９を形成する例を示している。切り欠き９の形状は問わないが、例えば、半円形状でもよい。このような切り欠き９が予め形成されていれば、切り欠き９の中心部を掘り下げて貫通させることで、図７のようなテーパ状の孔を容易に形成できる。

図７では、冷却ＣＯ_２ガスの流速を高速化する一手法を示したが、冷却ＣＯ_２ガスの流速を高くする代わりに、あるいは流速を高くすることに加えて、作動流体の旋回流成分の形成箇所を制御することも考えられる。例えば、図９は、流体経路４，８から冷却ＣＯ_２ガスが流れ込む孔７の周辺のシールフィン１０９を変形させて、孔７の位置周辺のシールフィン１０９の間隔を狭める例を示している。図９では、円周方向に延在するシールフィン１０９の一部を変形させている。より具体的には、流体経路４，８に接続される孔７の位置付近のシールフィン１０９の間隔を部分的に狭めて、この狭めた部分で、冷却ＣＯ_２ガスの流速が一時的に高くなるようにしている。

シールフィン１０９の間隔を部分的に狭めることで、隣接するシールフィン１０９の間を流れる作動流体の旋回流成分が狭めた部分に集約され、この部分に冷却ＣＯ_２ガスを流し込むことで、旋回流成分を効率的に低減できる。

上述した図１〜図９では、ステータ１０４側にシールフィン１０９を列設する例を示したが、タービンロータ１０３側にシールフィン１０９を列設してもよい。図１０はタービンロータ１０３側にシールフィン１０９を配設した例を模式的に示す図である。より具体的には、タービンロータ１０３に植設された動翼１０５の先端面と、ステータ１０４に植設された静翼１０６の対向面とにシールフィン１０９が配設される。

シールフィン１０９をタービンロータ１０３側に設けると、仮にシールフィン１０９の先端部分がステータ１０４に接触して熱が発生したとしても、その熱がタービンロータ１０３側に伝達することはなく、シールフィン１０９をステータ１０４側に設けた場合と比べて、シールフィン１０９の接触時の熱伸びやラビング振動の発生を抑制できる。

図１０の変形例として、図１１に示すように、タービンロータ１０３側に設けたシールフィン１０９に対向配置されるように、ステータ１０４側にハニカムシート１０を設けてもよい。ハニカムシート１０は、軸系自励振動を抑制できるという長所がある一方、上流側と下流側に高い圧力差があると、ハニカム構造が損傷するという耐久性上の短所がある。

そこで、図１１のハニカムシート１０は、流体経路４，８からの冷却ＣＯ_２ガスをシールフィン１０９の上流側に流し込むための孔７をハニカムシート１０に形成している。

図１２はハニカムシート１０の平面図である。ハニカムシート１０は、ベース基板１１の上に編み目（蜂の巣）構造が形成されている。編み目構造の部分は、流体を通過させることができるが、ベース基板１１は流体を遮断するため、ハニカムシート１０のままでは、ベース基板１１側から流体を通過させることができない。

そこで、図１２に示すように、ベース基板１１の縦方向一列に所定サイズの孔１２を複数個形成することにより、これらの孔１２を介して流体経路からの冷却ＣＯ_２ガスをシールフィン１０９に流し込むことができる。なお、ベース基板１１のどこに何個の孔１２を形成するかは任意であり、シールフィン１０９の位置に合わせて、必要な数だけ孔１２を形成すればよい。

このような孔１２を形成して冷却ＣＯ_２ガスをシールフィン側に流すことで、圧力差を低減でき、耐久性上の問題を起こすことなく、ハニカムシート１０を使用できる。

このように、本実施形態では、静翼１０６を冷却するために用いた冷却ＣＯ_２ガスを通過させる流体経路４，８をステータ１０４内に設け、この流体経路４，８からシール装置１０８内のシールフィン１０９の間に冷却ＣＯ_２ガスを流し込むための孔７を形成するため、シールフィン１０９の周囲に生じる旋回流成分を低減できるとともに、シールフィン１０９を効率よく冷却できる。

図２〜図１２では、図１に示すＣＯ_２タービン内のシールフィン１０９の周囲に生じる旋回流成分の低減とシールフィン１０９の冷却とを行う例を示したが、本発明は、シール装置１０８を備えた種々のタービンに適用可能であり、必ずしもＣＯ_２タービンのシール装置１０８に限定されるものではない。すなわち、本発明は、シールフィン１０９の周囲に旋回流成分を引き起こす種々のタイプのタービンのシール装置１０８に適用可能である。

図１のＣＯ_２タービン１０１は、発電とＣＯ_２の分離および回収とが同時に可能な火力発電システムに組み込むことができる。図１３は図１のＣＯ_２タービン１０１を利用する火力発電システムの一例を示す概略構成図である。図１３の火力発電システム１２０は、酸素製造装置１２１と、燃焼器１２２と、図１に示したＣＯ_２タービン１０１と、発電機１２３と、再生熱交換器１２４と、冷却器１２５と、湿分分離器１２６とを有する。

酸素製造装置１２１は、空気に含まれる窒素を除去して、酸素のみを抽出する。燃焼器１２２は、酸素製造装置１２１で抽出した酸素と、燃料と、ＣＯ_２とを用いて高温の燃焼ガスを生成する。この燃焼ガスの成分は、ＣＯ_２と水である。燃焼器１２２が用いる燃料は、メタンガス等の窒素を用いない天然ガスが用いられる。

燃焼器１２２で生成された高温かつ高圧のＣＯ_２ガスは図１に示したＣＯ_２タービン１０１に注入されて、タービンロータ１０３の回転駆動に用いられる。タービンロータ１０３の回転軸には、発電機１２３が接続されており、発電機１２３はタービンロータ１０３の回転駆動力を利用して発電を行う。

ＣＯ_２タービン１０１から排出されたＣＯ_２と水蒸気は、再生熱交換器１２４で冷却された後、さらに冷却器１２５にて冷却される。その後、湿分分離器１２６で水が除去されて、ＣＯ_２のみが抽出される。このＣＯ_２はＣＯ_２ポンプにて圧縮されて昇圧される。

ＣＯ_２ポンプで昇圧した高圧のＣＯ_２の一部は、再生熱交換器１２４で４００℃程度まで昇温される。再生熱交換器１２４から排出されたＣＯ_２は、冷却ＣＯ_２としてＣＯ_２タービン１０１の冷却に用いられるとともに、燃焼器１２２にも供給される。

ＣＯ_２ポンプで昇圧した高圧のＣＯ_２のうち、再生熱交換器１２４を介して発電に再利用されるＣＯ_２以外の余剰のＣＯ_２は、貯蔵したり、他の用途での利用（例えば、石油掘削量増大のための利用）のために回収される。

このように、図１３の発電システムは、燃焼によって生成したＣＯ_２と水のみを用いて発電を行い、ＣＯ_２の大部分は循環させて再利用するため、有害ガスであるＮＯｘを排出するおそれがなく、またＣＯ_２を分離および回収する設備を別個に設ける必要もない。さらに、余剰のＣＯ_２は、そのまま高純度の状態で回収でき、発電以外の種々の用途に用いることが容易である。

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

１ 流体経路、２ 内輪、３ 外輪、４ 流体経路、５〜７ 孔、８ 流体経路、９ 切り欠き、１０ ハニカムシート、１１ ベース基板、１２ 孔、１０１ ＣＯ_２タービン、１０２ 内側ケーシング、１０３ タービンロータ、１０４ ステータ、１０５ 動翼、１０６ 静翼、１０７ スリーブ管、１０８ シール装置、１０９ シールフィン、１１０ ハニカム材、１１１ グランドパッキン、１１３ 流体経路、１１４ 流体経路、１２０ 火力発電システム、１２１ 酸素製造装置、１２２ 燃焼器、１２３ 発電機、１２４ 再生熱交換器、１２５ 冷却器、１２６ 湿分分離器

Claims (11)

1. 回転体と、これを取り囲むように配置される静止体との間の隙間に設けられるシール部材と、
   前記静止体から径方向内側に向かって延在される静翼の冷却に用いた冷却媒体を前記静止体の内部に取り込んだ後に前記シール部材の少なくとも上流側に流し込む、前記静止体の内部に形成される流体経路と、を備えることを特徴とするタービンのシール装置。
2. 前記流体経路には、対応する前記静翼の冷却に用いた冷却媒体を取り込む第１の孔と、前記シール部材の少なくとも上流側に前記冷却媒体を流し込む第２の孔とが設けられることを請求項１に記載のシール装置。
3. 前記シール部材は、軸方向に沿って配設された複数のシールフィンを備え、
   前記第２の孔は、前記複数のシールフィンのうち、上流側の１段目および２段目のシールフィンの間に設けられることを特徴とする請求項２に記載のシール装置。
4. 前記第２の孔は、複数個設けられ、そのうちの一部の孔は、前記複数のシールフィンのうち、上流側の３段目以降のシールフィンの間に設けられることを特徴とする請求項３に記載のシール装置。
5. 前記第２の孔は、隣接する２つの前記シールフィンの間に設けられ、
   これら２つのシールフィンの間隔は、前記第２の孔の周囲で狭まっていることを特徴とする請求項３または４に記載のシール装置。
6. 前記複数のシールフィンは、前記静翼の外周面と、前記回転体の外周面から径方向外側に向かって延在される動翼に面する前記静止体の対向面とに設けられることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載のシール装置。
7. 前記複数のシールフィンは、前記回転体の外周面から径方向外側に向かって延在される動翼の外周面と、前記静翼に面する前記回転体の対向面とに設けられることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載のシール装置。
8. 前記第２の孔は、前記シール部材に近い面側の孔径が、対向面側の孔径よりも小さいテーパ状であることを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載のシール装置。
9. 前記静止体は、それぞれが軸方向に延在されており、それぞれを円周方向に接合可能な複数の分割構造体を有し、
   前記複数の分割構造体のそれぞれごとに前記第２の孔と前記流体経路とが設けられることを特徴とする請求項２乃至８のいずれかに記載のシール装置。
10. 前記シール部材は、前記回転体の外周面から径方向外側に向かって延在される動翼に面する前記静止体の対向面と、前記回転体の外周面に面する前記静翼の対向面との少なくとも一方に設けられる内周面側に開口した複数の穴を有する開口部材を有し、
    前記開口部材の少なくとも上流側に前記第２の孔が形成されることを特徴とする請求項２乃至９のいずれかに記載のシール装置。
11. 空気から酸素を抽出する酸素製造装置と、
    前記酸素製造装置で抽出した酸素と、窒素を含まない燃料と、ＣＯ_２とを利用して、ＣＯ_２および水からなる燃料ガスを生成する燃焼器と、
    前記燃焼器で生成したＣＯ_２を作動流体として利用して前記回転体を回転させるとともに、ＣＯ_２および水を排気する請求項１乃至８のいずれかに記載のシール装置を有するＣＯ_２タービンと、
    前記ＣＯ_２タービンの回転体の回転軸の回転駆動力により発電する発電機と、
    前記ＣＯ_２タービンから排気されたＣＯ_２および水を冷却する再生熱交換器と、
    前記再生熱交換器で冷却されたＣＯ_２および水をさらに冷却する冷却器と、
    前記冷却器で冷却したＣＯ_２および水を分離して水を除去する湿分分離器と、
    前記湿分分離器で分離されたＣＯ_２を昇圧する昇圧器と、を備え、
    前記昇圧器で昇圧されたＣＯ_２の少なくとも一部は、前記再生熱交換器で昇温された後に、前記燃焼器と前記ＣＯ_２タービンとに注入される火力発電システム。

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