JP2016056685A - ガスタービン設備 - Google Patents

Abstract

【課題】効率の低下、機器の劣化、および、機器の損傷等が発生することを抑制可能な、ガスタービン設備を提供する。【解決手段】実施形態のガスタービン設備は、燃焼器とタービンと熱交換器と冷却器と分離器と加圧部とを有する。熱交換器は、タービンから排出された混合流体が通過し、冷却器は、熱交換器を通過した混合流体を冷却する。分離器は、冷却器で冷却された混合流体を、二酸化炭素ガスと、二酸化炭素が溶存した液相水とに分離する。加圧部は、分離器から供給された二酸化炭素ガスを超臨界状態になるように加圧して、熱交換器へ供給する。熱交換器では、加圧部において加圧された二酸化炭素と、タービンから排出された混合流体との間において熱交換が行なわれ、その熱交換が行なわれた二酸化炭素が超臨界状態で燃焼器に供給される。また、分離器は、混合流体から不純物を除去するように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、ガスタービン設備に関する。

ガスタービン設備においては、タービンから排出された排気ガスの一部を作動媒体として循環させて利用する技術が提案されている（たとえば、特許文献１，２参照）。

具体的には、上記のガスタービン設備では、燃焼器において、燃料と酸素との燃焼反応が超臨界状態の二酸化炭素中で生じ、二酸化炭素と水蒸気とを含む燃焼ガスが生成される。そして、二酸化炭素と水蒸気とが混合した高温な混合流体が、燃焼器からタービンへ供給されて、タービンが駆動する。タービンから排気ガスとして排出された混合流体は、たとえば、熱交換器と冷却器とにおいて順次冷却された後に、汽水分離器において、二酸化炭素ガスと、二酸化炭素が溶存した液相水とに分離される。そして、汽水分離器で分離された二酸化炭素ガスは、圧縮器、ポンプなどによって超臨界状態になるように加圧された後に、熱交換器に供給される。熱交換器では、超臨界流体である二酸化炭素と、タービンから排出された混合流体との間において熱交換が行なわれる。そして、その熱交換によって加熱された超臨界状態の二酸化炭素が、燃焼器に供給される。燃焼器では、その加熱された超臨界状態の二酸化炭素中において燃料が燃焼されることによって、燃焼ガスが生成される。そして、上述したように、その燃焼ガスを含む混合流体がタービンに作動媒体として供給される。

上記のガスタービン設備では、燃焼器で生成された二酸化炭素に相当する量の二酸化炭素が、作動媒体の流路から外部に排出される。そして、ガスタービン設備において外部に排出されずに残った二酸化炭素は、作動媒体の流路を循環する。

特開２０１０−１８０８６８号公報 特開２０１１−２０２６６８号公報

ガスタービン設備において燃焼器に供給される燃料には、炭化水素（メタンなど）などの可燃性物質の他に、硫黄化合物などの不燃性物質が含まれる。また、燃焼器に酸化剤として供給される酸素は、空気分離装置によって大気から高濃度に分離されたものが用いられるが、窒素（Ｎ_２）などの不純物を含む。このため、燃焼器で生成される燃焼ガスにおいては、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの不純物が、含有する場合がある。また、燃焼ガスにおいては、不完全燃焼によって、一酸化炭素などの不純物が含有する場合がある。その他、ガスタービン設備において作動媒体が流れる流路には、錆やスケールなどの固体不純物が堆積する場合がある。

上述したように、上記のガスタービン設備においては、タービンから排気ガスとして排出された混合流体の一部が作動媒体の流路を循環する。このため、上述した不純物の割合が作動媒体において増加し、効率の低下、機器の劣化、および、機器の損傷等が発生する場合がある。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、不純物に起因して、効率の低下、機器の劣化、および、機器の損傷等が発生することを抑制可能な、ガスタービン設備を提供することである。

実施形態のガスタービン設備は、燃焼器とタービンと熱交換器と冷却器と分離器と加圧部とを有する。燃焼器は、燃料を燃焼させることによって燃焼ガスを生成し、二酸化炭素と水蒸気とを含む混合流体を排出する。タービンは、燃焼器から混合流体が供給されることによって駆動する。熱交換器は、タービンから排出された混合流体が通過する。冷却器は、熱交換器を通過した混合流体を冷却する。分離器は、冷却器で冷却された混合流体を、二酸化炭素ガスと、二酸化炭素が溶存した液相水とに分離する。加圧部は、分離器から供給された二酸化炭素ガスを超臨界状態になるように加圧して、熱交換器へ供給する。熱交換器では、加圧部において加圧された二酸化炭素と、タービンから排出された混合流体との間において熱交換が行なわれ、その熱交換が行われた二酸化炭素が超臨界状態で燃焼器に供給される。また、分離器は、混合流体から不純物を除去するように構成されている。

図１は、第１実施形態に係るガスタービン設備について模式的に示す系統図である。 図２は、第１実施形態に係るガスタービン設備において、分離器を示す図である。 図３は、第１実施形態の変形例に係るガスタービン設備について模式的に示す系統図である。 図４は、第１実施形態の変形例に係るガスタービン設備において、分離器を示す図である。 図５は、第２実施形態に係るガスタービン設備について模式的に示す系統図である。 図６は、第３実施形態に係るガスタービン設備について模式的に示す系統図である。

実施形態について、図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
［Ａ］ガスタービン設備１の構成
図１は、第１実施形態に係るガスタービン設備について模式的に示す系統図である。図１においては、ガスタービン設備を構成する各部を模式的に示すと共に、ガスタービン設備を構成する各部を流れる流体について、実線の矢印を用いて示している。

図１に示すように、ガスタービン設備１は、燃焼器１０と、タービン２０と、熱交換器３０と、冷却器４０と、分離器５０と、圧縮器６０（加圧部）と、分配器７０と、二酸化炭素分離装置８０と、固形不純物除去装置８１と、水質処理装置８２と、水質管理装置８３とを有する。各部は金属材料を用いて形成されている。

詳細については後述するが、本実施形態のガスタービン設備１は、超臨界二酸化炭素循環発電システムであって、タービン２０から排出された排気ガスの一部を作動媒体として循環させて利用する。

ガスタービン設備１を構成する各部について順次説明する。

［Ａ−１］燃焼器１０
燃焼器１０は、燃料Ｆ１と酸素Ｆ２とが供給される。燃料Ｆ１は、例えば、天然ガスであって、メタンなどの炭化水素を可燃性ガスとして含有する。燃料Ｆ１は、石炭ガス化ガス等でもよい。酸素Ｆ２は、たとえば、空気分離装置（図示省略）を用いて大気から分離されたものが、燃焼器１０に供給される。燃料Ｆ１および酸素Ｆ２のそれぞれは、流量調整弁（図示省略）によって流量が調整されて、燃焼器１０に供給される。

この他に、燃焼器１０は、熱交換器３０で加熱された超臨界状態の二酸化炭素Ｆ３０ｂが供給される。そして、燃焼器１０では、その加熱された超臨界状態の二酸化炭素Ｆ３０ｂ中において、燃料Ｆ１と酸素Ｆ２との間の燃焼反応が生じ、二酸化炭素と水蒸気とを含む燃焼ガスが生成される。

そして、二酸化炭素と水蒸気とが混合した高温な混合流体Ｆ１０が、燃焼器１０からタービン２０へ供給される。

［Ａ−２］タービン２０
タービン２０は、燃焼器１０から混合流体Ｆ１０が供給されることによって駆動する。具体的には、タービン２０は、ケーシング（図示省略）の内部にタービンロータ（図示省略）が収容されており、ケーシングの内部において、その供給された混合流体Ｆ１０が膨張して仕事を行うことによって、タービンロータが回転する。タービン２０は、タービンロータに発電機（図示省略）の回転軸が連結されており、タービンロータの回転によって発電機が駆動し、発電が行われる。

そして、二酸化炭素と水蒸気とが混合した低圧な混合流体Ｆ２０が、タービン２０から排気ガスとして熱交換器３０へ排出される。

［Ａ−３］熱交換器３０
熱交換器３０は、タービン２０から排気ガスとして排出された混合流体Ｆ２０が流入する。これと共に、熱交換器３０は、圧縮器６０において超臨界状態になるように加圧された二酸化炭素Ｆ６０のうち、分配器７０によって分配された一方の二酸化炭素Ｆ７０ｂが流入する。そして、熱交換器３０では、タービン２０から供給された混合流体Ｆ２０と、分配器７０から供給された二酸化炭素Ｆ７０ｂとの間において、熱交換が行われる。

タービン２０から供給された混合流体Ｆ２０は、熱交換器３０において冷却され、低温な混合流体Ｆ３０ａとして熱交換器３０から冷却器４０に流出する。この一方で、分配器７０から供給された二酸化炭素Ｆ７０ｂは、熱交換器３０において加熱され、高温な超臨界状態の二酸化炭素Ｆ３０ｂとして、熱交換器３０から燃焼器１０に流出する。

［Ａ−４］冷却器４０、
冷却器４０は、熱交換器３０から供給された混合流体Ｆ３０ａを冷却する。具体的には、冷却器４０においては、熱交換器３０から混合流体Ｆ３０ａが流入し、その混合流体Ｆ３０ａが冷却媒体（図示省略）との熱交換によって冷却される。これにより、混合流体Ｆ３０ａに含まれる水蒸気が凝縮されて、液相水になる。

そして、二酸化炭素ガスと液相水とを含む混合流体Ｆ４０（気液二相流体）が、冷却器４０から分離器５０へ流出する。

［Ａ−５］分離器５０
分離器５０は、冷却器４０から供給された混合流体Ｆ４０（気液二相流体）を、二酸化炭素ガスＦ５０ａと、二酸化炭素が溶存した液相水Ｆ５０ｂとに分離する。分離器５０は、たとえば、汽水分離器（セパレータ）である。

詳細については後述するが、分離器５０は、冷却器４０から供給された混合流体Ｆ４０から不純物を除去するように構成されている。

［Ａ−６］圧縮器６０（加圧部）
圧縮器６０は、分離器５０から供給された二酸化炭素ガスＦ５０ａを加圧する。ここでは、圧縮器６０は、その供給された二酸化炭素ガスＦ５０ａが超臨界状態になるように加圧を行う。圧縮器６０は、たとえば、遠心圧縮器である。

そして、超臨界状態の二酸化炭素Ｆ６０が圧縮器６０から分配器７０へ流出する。

［Ａ−７］分配器７０
分配器７０は、圧縮器６０から供給された超臨界状態の二酸化炭素Ｆ６０を分配する。

具体的には、分配器７０は、圧縮器６０から供給された二酸化炭素Ｆ６０の一部を外部に排出する。分配器７０から外部へ排出される二酸化炭素Ｆ７０ａの量は、燃焼器で生成される二酸化炭素の量に相当する。この一方で、圧縮器６０から供給された二酸化炭素Ｆ６０のうち、残りの二酸化炭素Ｆ７０ｂは、熱交換器３０へ供給される。上述したように、その二酸化炭素Ｆ７０ｂは、熱交換器３０において加熱され、高温な超臨界状態の二酸化炭素Ｆ３０ｂとして、熱交換器３０から燃焼器１０に流出する。

［Ａ−８］二酸化炭素分離装置８０
二酸化炭素分離装置８０は、二酸化炭素が溶存した液相水Ｆ５０ｂが、分離器５０から供給される。そして、二酸化炭素分離装置８０は、その液相水Ｆ５０ｂを、二酸化炭素ガスＦ８０ａと、二酸化炭素が除去された液相水Ｆ８０ｂとに分離する。二酸化炭素分離装置８０は、たとえば、フラッシャである。

二酸化炭素分離装置８０で分離された二酸化炭素ガスＦ８０ａは、分離器５０で分離された二酸化炭素ガスＦ５０ａと共に、燃焼器１０に供給される。この一方で、二酸化炭素分離装置８０で分離された液相水Ｆ８０ｂは、固形不純物除去装置８１に供給される。

［Ａ−９］固形不純物除去装置８１
固形不純物除去装置８１は、二酸化炭素分離装置８０から排出された液相水Ｆ８０ｂから固形の不純物を除去する。具体的には、固形不純物除去装置８１は、フィルタ（図示省略）を有し、液相水Ｆ８０ｂをフィルタに通過させ、液相水Ｆ８０ｂに含まれる固形の不純物をフィルタが捕捉することによって、液相水Ｆ８０ｂから固形の不純物を除去する。

そして、固形不純物除去装置８１で固形の不純物が除去された液相水Ｆ８１は、水質処理装置８２に流出する。

［Ａ−１０］水質処理装置８２
水質処理装置８２は、固形不純物除去装置８１から供給された液相水Ｆ８１について、硫黄酸化物（ＳＯｘ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する処理を行う。

水質処理装置８２では、たとえば、イオン交換法によって、硫黄酸化物の除去を行う。具体的には、二酸化硫黄（ＳＯ_２）と水との反応によって亜硫酸（Ｈ_２ＳＯ_３）が生成され、三酸化硫黄（ＳＯ_３）と水との反応によって硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）が生成される。そして、亜硫酸（Ｈ_２ＳＯ_３）について、たとえば、イオン交換法によって除去される。これ同様に、水質処理装置８２では、たとえば、イオン交換法によって、窒素酸化物の除去を行う。具体的には、二酸化窒素（ＮＯ２）と水との反応によって硝酸（ＨＮＯ_３）と亜硝酸（ＨＮＯ_２）が生成される。そして、硝酸の形になっている硝酸性窒素は、たとえば、イオン交換樹脂を用いて除去される。

そして、水質処理装置８２で硫黄酸化物および窒素酸化物が除去された液相水Ｆ８２は、水質管理装置８３に流出する。

［Ａ−１１］水質管理装置８３
水質管理装置８３は、水質処理装置８２から供給された液相水Ｆ８２を管理する。

具体的には、水質管理装置８３は、センサ（図示省略）と演算器（図示省略）とを有する。水質管理装置８３において、センサは、液相水Ｆ８２において、固形不純物、硫黄酸化物、および窒素酸化物などの不純物が含まれる濃度を検出し、検出信号を出力する。そして、その検出信号に基いて、液相水Ｆ８２の不純物濃度が予め設定した値以下であるか否かを演算器が判断する。そして、その判断結果に応じて、演算器が、たとえば、警報器（図示省略）を操作することによって、警報器から警報を発する。この警報によって、フィルタやイオン交換樹脂などを交換する作業が必要であることがわかる。

［Ｂ］分離器５０の詳細
図２は、第１実施形態に係るガスタービン設備において、分離器を示す図である。図２においては、分離器５０の構成に関して模式的に示している。なお、図２に示す分離器はの構成は、一例であって、他の構成であってもよい。

図２に示すように、分離器５０は、容器５１と、第１の多孔板部５２と、第２の多孔板部５３と、第１の噴霧部５４と、第２の噴霧部５５とを有する。

分離器５０を構成する各部について順次説明する。

分離器５０のうち、容器５１は、胴部５１０と上板部５１１と底板部５１２とを有し、供給口５１Ａと排気口５１Ｂと排水口５１Ｃとが形成されている。容器５１において、胴部５１０は、円筒状であって中心軸が鉛直方向に沿っており、供給口５１Ａが形成されている。上板部５１１は、胴部５１０の上側に設けられており、排気口５１Ｂが形成されている。底板部５１２は、胴部５１０の下側に設けられており、排水口５１Ｃが形成されている。容器５１の内部は、たとえば、ライニングの設置、耐食コーティングの実施、耐食材料の使用、中和処理等によって、耐食処理が施されている。具体的には、ライニングの設置では、たとえば、ゴムライニングあるいはポリエチレンライニング等を行う。耐食コーティングの実施では、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標）など）のコーティングを行う。耐食材料の使用では、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼を使用する。中和処理では、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性水溶液を用いた中和処理を行う。

第１の多孔板部５２は、容器５１の内部において上板部５１１と底板部５１２との間に配置されており、胴部５１０の内周面に固定されている。第１の多孔板部５２は、多孔板を含み、供給口５１Ａよりも上方に位置している。

第２の多孔板部５３は、第１の多孔板部５２と同様に、容器５１の内部において上板部５１１と底板部５１２との間に配置されており、胴部５１０の内周面に固定されている。第２の多孔板部５３は、多孔板を含み、第１の多孔板部５２よりも上方に位置している。

第１の噴霧部５４は、スプレーを含み、容器５１の内部において第１の多孔板部５２と第２の多孔板部５３との間に配置されている。

第２の噴霧部５５は、第１の噴霧部５４と同様に、スプレーを含み、容器５１の内部において第２の多孔板部５３の下方に配置されている。

以下より、分離器５０を流れる各流体について説明する。

分離器５０においては、混合流体Ｆ４０（気液二相流体）（図１参照）が供給口５１Ａを介して容器５１の内部に供給される。その混合流体Ｆ４０（気液二相流体）は、容器５１の内部において、二酸化炭素ガスＦ５０ａと、二酸化炭素が溶存した液相水Ｆ５０ｂとに分離される。二酸化炭素ガスＦ５０ａは、容器５１の内部において第１の多孔板部５２と第２の多孔板部５３とを順次介して上方へ移動する。そして、二酸化炭素ガスＦ５０ａは、排気口５１Ｂを介して容器５１の内部から外部へ排出される。この一方で、二酸化炭素が溶存した液相水Ｆ５０ｂは、容器５１の内部において下方へ移動し、容器５１の下部で貯留する。そして、その液相水Ｆ５０ｂは、排水口５１Ｃを介して容器５１の内部から外部へ排出される。

本実施形態の分離器５０では、容器５１の内部において、第１の噴霧部５４から純水Ｆ５が噴霧される。第１の噴霧部５４によって噴霧された純水Ｆ５は、容器５１の内部において、第１の多孔板部５２と第２の多孔板部５３とを順次介して、下方へ移動する。このとき、噴霧された純水Ｆ５は、容器５１の内部に存在する硫黄酸化物および窒素酸化物が溶解する。そして、その噴霧された純水Ｆ５は、容器５１の下部に溜まっている液相水Ｆ５０ｂに混入する。

この他に、本実施形態の分離器５０では、容器５１の内部において、第２の噴霧部５５から、容器５１の下部に溜まっている液相水Ｆ５０ｂが噴霧される。ここでは、容器５１の下部に溜まっている液相水Ｆ５０ｂは、ポンプＰ５０を介して、第２の噴霧部５５に供給され、第２の噴霧部５５から噴霧される。第２の噴霧部５５によって噴霧された液相水Ｆ５０ｂは、容器５１の内部において、第２の多孔板部５３を介して、下方へ移動する。このとき、噴霧された液相水Ｆ５０ｂは、容器５１の内部に存在する硫黄酸化物および窒素酸化物が溶解する。そして、その噴霧された液相水Ｆ５０ｂは、容器５１の下部に溜まっている液相水Ｆ５０ｂに混入する。

このように、本実施形態において、分離器５０は、冷却器４０から混合流体Ｆ４０（気液二相流体）が供給される容器５１の内部において、分離した液相水Ｆ５０ｂを散布して循環させることによって、燃焼器１０において燃焼で生じた硫黄酸化物および窒素酸化物を除去するように構成されている。

［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態のガスタービン設備１は、タービン２０から排出された排気ガスの一部を作動媒体として循環させて利用する。具体的には、本実施形態のガスタービン設備１では、二酸化炭素と水蒸気とが混合した高温な混合流体Ｆ２０が、燃焼器１０からタービン２０へ供給されて、タービン２０が駆動する。タービン２０から排気ガスとして排出された混合流体Ｆ２０は、熱交換器３０と冷却器４０とにおいて順次冷却された後に、分離器５０において、二酸化炭素ガスＦ５０ａと、二酸化炭素が溶存した液相水Ｆ５０ｂとに分離される。二酸化炭素が溶存した液相水Ｆ５０ｂは、二酸化炭素分離装置８０において、二酸化炭素ガスＦ８０ａと、二酸化炭素が除去された液相水Ｆ８０ｂとに分離される。そして、分離器５０で分離された二酸化炭素ガスＦ５０ａと、二酸化炭素分離装置８０で分離された二酸化炭素ガスＦ８０ａとの両者は、合流し、圧縮器６０によって超臨界状態になるように加圧された後に、分配器７０を介して、熱交換器３０に供給される。熱交換器３０では、超臨界流体である二酸化炭素Ｆ７０ｂと、タービン２０から排出された混合流体Ｆ２０との間において熱交換が行なわれる。そして、その熱交換によって加熱された超臨界状態の二酸化炭素Ｆ３０ｂが、燃焼器１０に供給される。燃焼器１０では、その加熱された超臨界状態の二酸化炭素Ｆ３０ｂ中において燃料Ｆ１が燃焼されることによって、燃焼ガスが生成される。そして、上述したように、その燃焼ガスを含む混合流体Ｆ１０がタービン２０に作動媒体として供給される。

本実施形態のガスタービン設備１において、分離器５０は、気液分離を行う他に、冷却器４０で冷却された混合流体Ｆ４０から不純物を除去するように構成されている。ここでは、分離器５０は、上述したように、混合流体Ｆ４０が供給される容器５１の内部において、分離した液相水Ｆ５０ｂを散布し循環させることによって、燃焼器１０において燃焼で生じた硫黄酸化物および窒素酸化物を混合流体Ｆ４０から除去する。このため、本実施形態のガスタービン設備１は、硫黄酸化物および窒素酸化物の割合が作動媒体において増加することを抑制可能であって、効率の低下、機器の劣化、および、機器の損傷等が発生することを防止可能である。これと共に、本実施形態のガスタービン設備１は、二酸化炭素を外部へ排出する量を効果的に低減することが可能である。

また、本実施形態のガスタービン設備１では、固形不純物除去装置８１が、二酸化炭素分離装置８０で分離された液相水Ｆ８０ｂから固形の不純物を除去する。また、本実施形態では、二酸化炭素分離装置８０で分離された液相水Ｆ８０ｂが固形不純物除去装置８１を介して水質処理装置８２に供給され、水質処理装置８２が、その液相水Ｆ８０ｂについて硫黄酸化物および窒素酸化物を除去する処理を行う。さらに、本実施形態では、二酸化炭素分離装置８０で分離された液相水Ｆ８０ｂが固形不純物除去装置８１と水質処理装置８２とを介して水質管理装置８３に供給され、水質管理装置８３が、その液相水Ｆ８０ｂを管理する。このため、本実施形態のガスタービン設備１は、固形の不純物、硫黄酸化物、および窒素酸化物の割合が作動媒体において増加することを抑制可能であって、効率の低下、機器の劣化、および、機器の損傷等が発生することを防止可能である。

［Ｄ］変形例
［Ｄ−１］変形例１−１
図３は、第１実施形態の変形例に係るガスタービン設備について模式的に示す系統図である。図３においては、図１と同様に、ガスタービン設備を構成する各部を模式的に示すと共に、ガスタービン設備を構成する各部を流れる流体について、実線の矢印を用いて示している。

図３に示すように、圧縮器６０と分配器７０との間に、冷却器４０Ｂとポンプ６１（加圧部）との両者が介在していてもよい。この場合には、圧縮器６０で加圧された二酸化炭素Ｆ６０を冷却器４０Ｂが冷却する。そして、その冷却器４０Ｂで冷却された二酸化炭素Ｆ４０Ｂをポンプ６１が昇圧する。ポンプ６１は、たとえば、圧力が臨界圧よりも低い二酸化炭素Ｆ６０を、圧力が臨界圧以上になるように昇圧する。そして、そのポンプ６１で昇圧された二酸化炭素Ｆ６１が分配器７０に供給される。

また、上記の実施形態では、水質管理装置８３は、演算器（図示省略）が警報器（図示省略）を操作することによって警報を発する場合について説明したが、これに限らない。水質管理装置８３は、液相水Ｆ８２の不純物濃度が予め設定した値以下であるか否かを演算器が判断した結果に応じて、演算器が切替弁（図示省略）を操作することによって、液相水Ｆ８２の流路を切り替えるように構成されていてもよい。

具体的には、液相水Ｆ８２の不純物濃度が予め設定した値（排出基準値）以下である場合には、その不純物濃度が低い液相水Ｆ８３ａを外部へ排出するように流路を切り替える。この一方で、液相水Ｆ８２の不純物濃度が予め設定した値よりも高い場合には、その不純物濃度が高い液相水Ｆ８３ｂを固形不純物除去装置８１の上流に合流させるように流路を切り替える。つまり、その不純物濃度が高い液相水Ｆ８３ｂを、固形不純物除去装置８１と水質処理装置８２とに順次通過させて、循環させる。

［Ｄ−２］変形例１−２
図４は、第１実施形態の変形例に係るガスタービン設備において、分離器を示す図である。図４においては、図２と同様に、分離器５０の構成に関して模式的に示している。

図４に示すように、分離器５０は、容器５１の内部において、分離した液相水Ｆ５０ｂを撹拌するよう構成されていてもよい。つまり、分離器５０は、撹拌機５７が設置されていてもよい。

撹拌機５７は、撹拌ロッド５７１と撹拌羽根５７２とを有する。撹拌機５７は、撹拌ロッド５７１の一端側に撹拌羽根５７２が固定されている。撹拌機５７は、回転機構（図示省略）で撹拌ロッド５７１を回転させることによって、容器５１の内部において撹拌羽根５７２を回転させて、液相水Ｆ５０ｂを撹拌する。これにより、容器５１の下部に固形不純物（錆、金属剥離物など）が堆積せず、固形不純物が容器５１の外部へ容易に排出可能である。

［Ｄ−３］変形例１−３
上記の実施形態では、二酸化炭素分離装置８０で分離された二酸化炭素ガスＦ８０ａが、分離器５０で分離された二酸化炭素ガスＦ５０ａと共に、燃焼器１０に供給される場合について説明したが、これに限らない。二酸化炭素分離装置８０で分離された二酸化炭素ガスＦ８０ａを、燃焼器１０に供給せずに、系外へ排出してもよい。ここでは、二酸化炭素ガスＦ８０ａを単独で系外へ排出してもよい。この他に、その二酸化炭素ガスＦ８０ａを、分配器７０から排出された二酸化炭素Ｆ７０ａに合流させた後に、系外へ排出してもよい。

＜第２実施形態＞
［Ａ］ガスタービン設備１の構成
図５は、第２実施形態に係るガスタービン設備について模式的に示す系統図である。図５においては、図１と同様に、ガスタービン設備を構成する各部を模式的に示すと共に、ガスタービン設備を構成する各部を流れる流体について、実線の矢印を用いて示している。

図５に示すように、本実施形態のガスタービン設備１ｂは、燃焼器１０と、タービン２０と、熱交換器３０と、冷却器４０と、分離器５０と、圧縮器６０（加圧部）と、分配器７０とを有する。

しかし、本実施形態のガスタービン設備１ｂは、上記の第１実施形態の場合（図１などを参照）と異なり、二酸化炭素分離装置８０と、固形不純物除去装置８１と、水質処理装置８２と、水質管理装置８３とを有していない。本実施形態のガスタービン設備１ｂは、上記の第１実施形態の場合と異なり、フィルタ９１と、酸化処理部９２と、脱硫脱硝装置９３とを有する。本実施形態は、上記の点、及び、関連する点を除き、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において第１実施形態の場合と重複する個所については、適宜、記載を省略する。

ガスタービン設備１ｂにおいて、フィルタ９１は、熱交換器３０から供給される混合流体Ｆ３０ａに不純物として含まれる固形の不純物（錆など）を除去するように構成されている。具体的には、フィルタ９１は、金属フィルタであって、混合流体Ｆ３０ａが通過するときに、その混合流体Ｆ３０ａに含まれる固形の不純物を捕捉することによって、混合流体Ｆ３０ａから固形の不純物を除去する。そして、フィルタ９１によって固形の不純物が除去された混合流体Ｆ９１は、酸化処理部９２に流出する。

ガスタービン設備１ｂにおいて、酸化処理部９２は、酸化触媒を有し、フィルタ９１から供給される混合流体Ｆ９１に不純物として含まれる一酸化炭素を酸化するように構成されている。酸化触媒は、たとえば、ルテニウム（Ｒｕ）などの貴金属触媒である。酸化処理部９２において、一酸化炭素は、混合流体Ｆ９１に含まれる酸素と反応することによって、二酸化炭素になる。そして、酸化処理部９２において一酸化炭素が酸化した混合流体Ｆ９２は、脱硫脱硝装置９３に流出する。

ガスタービン設備１ｂにおいて、脱硫脱硝装置９３は、酸化処理部９２から供給される混合流体Ｆ９２に不純物として含まれる硫黄酸化物および窒素酸化物を除去する。具体的には、脱硫脱硝装置９３は、たとえば、湿式石灰石こう法によって、硫黄酸化物の除去を行うように構成されている。これと共に、脱硫脱硝装置９３は、たとえば、アンモニア選択接触還元法によって、窒素酸化物の除去を行うように構成されている。そして、脱硫脱硝装置９３で硫黄酸化物および窒素酸化物が除去された混合流体Ｆ９３は、冷却器４０に流出する。

そして、脱硫脱硝装置９３を通過した混合流体Ｆ９３は、冷却器４０において冷却された後に、分離器５０において、二酸化炭素ガスＦ５０ａと、二酸化炭素が溶存した液相水Ｆ５０ｂとに分離される。分離器５０で分離された液相水Ｆ５０ｂは、ガスタービン設備１ｂの外部へ排出される。これに対して、分離器５０で分離された二酸化炭素ガスＦ５０ａは、圧縮器６０によって超臨界状態になるように加圧された後に、分配器７０を介して、熱交換器３０に供給される。熱交換器３０では、超臨界流体である二酸化炭素Ｆ７０ｂと、タービン２０から排出された混合流体Ｆ２０との間において熱交換が行なわれる。熱交換器３０での熱交換によって加熱された超臨界状態の二酸化炭素Ｆ３０ｂは、燃焼器１０に供給される。燃焼器１０では、その加熱された超臨界状態の二酸化炭素Ｆ３０ｂ中において燃料Ｆ１が燃焼されることによって、燃焼ガスが生成され、その燃焼ガスを含む混合流体Ｆ１０がタービン２０に作動媒体として供給される。

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態では、熱交換器３０を通過した混合流体Ｆ３０ａは、フィルタ９１と酸化処理部９２と脱硫脱硝装置９３とのそれぞれによって、不純物が除去される。このため、本実施形態は、不純物の割合が作動媒体において増加することを抑制可能であって、効率の低下、機器の劣化、および、機器の損傷等が発生することを防止可能である。その結果、設備の長寿命化を容易に実現することができる。

［Ｃ］変形例
上記の実施形態では、脱硫脱硝装置９３が酸化処理部９２の下流に配置される場合について説明したが、これに限らない。脱硫脱硝装置９３に流入する流体の温度に応じて、脱硫脱硝装置９３を、上記の位置以外の位置に配置してもよい。たとえば、脱硫脱硝装置９３のうち、アンモニア選択接触還元法によって窒素酸化物の除去を行う脱硝装置（図示省略）については、一般に、３５０℃程度の温度で処理を行うので、たとえば、熱交換器３０の途中の流路に、配置されてもよい。

＜第３実施形態＞
図６は、第３実施形態に係るガスタービン設備について模式的に示す系統図である。図６においては、図５と同様に、ガスタービン設備を構成する各部を模式的に示すと共に、ガスタービン設備を構成する各部を流れる流体について、実線の矢印を用いて示している。この他に、図６においては、電気信号の流れについて、一点鎖線の矢印を用いて示している。

図６に示すように、本実施形態のガスタービン設備１ｃは、第２実施形態の場合と同様に、燃焼器１０と、タービン２０と、熱交換器３０と、冷却器４０と、分離器５０と、圧縮器６０（加圧部）と、分配器７０とを有する。この他に、本実施形態のガスタービン設備１ｃは、第２実施形態の場合と同様に、フィルタ９１と、酸化処理部９２と、脱硫脱硝装置９３とを有する。

しかし、本実施形態のガスタービン設備１ｃは、上記の第２実施形態の場合（図５などを参照）と異なり、脱硫脱硝装置９３が複数設けられている。また、本実施形態では、複数の弁Ｖ９３が設けられていると共に、センサ９４と制御部９５とが更に設けられている。本実施形態は、上記の点、及び、関連する点を除き、第２実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において第２実施形態の場合と重複する個所については、適宜、記載を省略する。

ガスタービン設備１ｃにおいて、複数の脱硫脱硝装置９３のそれぞれは、第２実施形態の場合と同様に、酸化処理部９２から供給される混合流体Ｆ９２に不純物として含まれる硫黄酸化物および窒素酸化物を除去するように構成されている。本実施形態では、第１脱硫脱硝装置９３Ａ、第２脱硫脱硝装置９３Ｂ、および、第３脱硫脱硝装置９３Ｃが、脱硫脱硝装置９３として設置されている。ここでは、第１脱硫脱硝装置９３Ａと、第２脱硫脱硝装置９３Ｂと、第３脱硫脱硝装置９３Ｃとのそれぞれは、酸化処理部９２から供給される混合流体Ｆ９２の流路において、互いに並列に並ぶように設置されている。

ガスタービン設備１ｃにおいて、複数の弁Ｖ９３のそれぞれは、複数の脱硫脱硝装置９３のそれぞれよりも上流側の位置に設けられている。本実施形態では、第１脱硫脱硝装置９３Ａと第２脱硫脱硝装置９３Ｂと第３脱硫脱硝装置９３Ｃとのそれぞれの上流に、第１の弁Ｖ９３Ａと第２の弁Ｖ９３Ｂと第３の弁Ｖ９３Ｃとのそれぞれが設置されている。第１の弁Ｖ９３Ａと第２の弁Ｖ９３Ｂと第３の弁Ｖ９３Ｃとのそれぞれは、制御部９５から出力された制御信号Ｓ９５に基いて、開閉動作が制御される。

ガスタービン設備１ｃにおいて、センサ９４は、脱硫脱硝装置９３を通過した混合流体Ｆ９３において、硫黄酸化物および窒素酸化物などの不純物が含まれる濃度を検出する。そして、センサ９４は、その検出結果に基いて検出信号Ｓ９４を制御部９５へ出力する。センサ９４を通過した混合流体Ｆ９４は、第２実施形態の場合と同様に、冷却器４０に流出し、各部を順次流れる。

ガスタービン設備１ｃにおいて、制御部９５は、演算器を含み、センサ９４から出力された検出信号Ｓ９４に基いて制御信号Ｓ９５を出力することによって、複数の弁Ｖ９３のうち、一の弁を開け、他の弁を閉めた状態にする。ここでは、制御部９５は、センサ９４から出力された検出信号Ｓ９４に基いて、脱硫脱硝装置９３を通過した混合流体Ｆ９３の不純物濃度が予め設定した値以下であるか否かを演算器が判断する。そして、制御部９５は、その判断結果に応じて、複数の弁Ｖ９３のそれぞれに制御信号Ｓ９５を出力することによって、複数の弁Ｖ９３のうち、一の弁を順次選択して開ける。すなわち、制御部９５は、複数の脱硫脱硝装置９３のうち、一の脱硫脱硝装置９３を開けた状態のときに、その一の脱硫脱硝装置９３を通過した混合流体Ｆ９３の不純物濃度が予め設定した値を超えた場合には、酸化処理部９２から供給される混合流体Ｆ９２が、他の脱硫脱硝装置９３を通過するように切り替える。

具体的には、制御部９５は、まず、第１の弁Ｖ９３Ａを開け、第２の弁Ｖ９３Ｂおよび第３の弁Ｖ９３Ｃを閉めた状態にすることによって、酸化処理部９２から供給される混合流体Ｆ９２が第１脱硫脱硝装置９３Ａを通過するように制御を行う。その状態において、第１脱硫脱硝装置９３Ａを通過した混合流体Ｆ９３の不純物濃度が予め設定した値を超えたと判断した場合には、制御部９５は、第１の弁Ｖ９３Ａを閉め、第２の弁Ｖ９３Ｂを開けた状態にする。これにより、制御部９５は、第１脱硫脱硝装置９３Ａを混合流体Ｆ９２が通過する状態から、第２脱硫脱硝装置９３Ｂを混合流体Ｆ９２が通過する状態に切り替える。そして、その状態において、第２脱硫脱硝装置９３Ｂを通過した混合流体Ｆ９３の不純物濃度が予め設定した値を超えたと判断した場合には、制御部９５は、第２の弁Ｖ９３Ｂを閉め、第３の弁Ｖ９３Ｃを開けた状態にする。これにより、制御部９５は、第２脱硫脱硝装置９３Ｂを混合流体Ｆ９２が通過する状態から、第３脱硫脱硝装置９３Ｃを混合流体Ｆ９２が通過する状態に切り替える。このように、制御部９５は、第１脱硫脱硝装置９３Ａと第２脱硫脱硝装置９３Ｂと第３脱硫脱硝装置９３Ｃとを順次切り替える。

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態では、複数の脱硫脱硝装置９３を有すると共に、脱硫脱硝装置９３を通過した混合流体Ｆ９３に含まれる硫黄酸化物および窒素酸化物を検出するセンサ９４を有する。このため、本実施形態では、混合流体Ｆ９３に含まれる硫黄酸化物および窒素酸化物の濃度に応じて、複数の脱硫脱硝装置９３を切り替えて利用することができる。その結果、本実施形態では、不純物の割合が作動媒体において増加することを効果的に抑制可能であって、効率の低下、機器の劣化、および、機器の損傷等が発生することを防止可能である。そして、これに伴って、設備の長寿命化を容易に実現することができる。

［Ｃ］変形例
上記の実施形態においては、センサ９４から出力された検出信号Ｓ９４に基いて、制御部９５が複数の脱硫脱硝装置９３を自動的に切り替えて利用する場合について説明したが、これに限らない。制御部９５を設置せずに、センサ９４で得られた検出データに応じてマニュアルで複数の脱硫脱硝装置９３を切り替えるように構成してもよい。

また、上記の実施形態では、脱硫脱硝装置９３（９３Ａ〜９３Ｃ）が酸化処理部９２の下流に配置される場合について説明したが、これに限らない。脱硫脱硝装置９３（９３Ａ〜９３Ｃ）に流入する流体の温度に応じて、脱硫脱硝装置９３（９３Ａ〜９３Ｃ）を、上記の位置以外の位置に配置してもよい。たとえば、脱硫脱硝装置９３（９３Ａ〜９３Ｃ）のうち、アンモニア選択接触還元法によって窒素酸化物の除去を行う脱硝装置（図示省略）については、一般に、３５０℃程度の温度で処理を行うので、たとえば、熱交換器３０の途中の流路に、配置されてもよい。

＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…ガスタービン設備、１ｂ…ガスタービン設備、１ｃ…ガスタービン設備、１０…燃焼器、２０…タービン、３０…熱交換器、４０…冷却器、４０Ｂ…冷却器、５０…分離器、５１…容器、５１Ａ…供給口、５１Ｂ…排気口、５１Ｃ…排水口、５２…第１多孔板部、５３…第２多孔板部、５４…第１噴霧部、５５…第２噴霧部、５７…撹拌機、６０…圧縮器、６１…ポンプ、７０…分配器、８０…二酸化炭素分離装置、８１…固形不純物除去装置、８２…水質処理装置、８３…水質管理装置、９１…フィルタ、９２…酸化処理部、９３…脱硫脱硝装置、９３Ａ…第１脱硫脱硝装置、９３Ｂ…第２脱硫脱硝装置、９３Ｃ…第３脱硫脱硝装置、９４…センサ、９５…制御部、５１０…胴部、５１１…上板部、５１２…底板部、５７１…撹拌ロッド、５７２…撹拌羽根、Ｖ９３…弁、Ｖ９３Ａ…第１弁、Ｖ９３Ｂ…第２弁、Ｖ９３Ｃ…第３弁

Claims (12)

1. 燃料を燃焼させることによって燃焼ガスを生成し、二酸化炭素と水蒸気とを含む混合流体を排出する燃焼器と、
   前記燃焼器から前記混合流体が供給されることによって駆動するタービンと、
   前記タービンから排出された前記混合流体が通過する熱交換器と、
   前記熱交換器を通過した前記混合流体を冷却する冷却器と、
   前記冷却器で冷却された前記混合流体を、二酸化炭素ガスと、二酸化炭素が溶存した液相水とに分離する分離器と、
   前記分離器から供給された前記二酸化炭素ガスを超臨界状態になるように加圧して、前記熱交換器へ供給する加圧部と
   を有し、
   前記熱交換器では、前記加圧部において加圧された二酸化炭素と、前記タービンから排出された前記混合流体との間において熱交換が行なわれ、当該熱交換が行われた二酸化炭素が超臨界状態で前記燃焼器に供給され、
   前記分離器は、前記混合流体から不純物を除去するように構成されていることを特徴とする、
   ガスタービン設備。
2. 前記分離器は、前記混合流体が供給される容器の内部において、前記液相水を散布し循環させることによって、前記燃焼器において燃焼で生じた硫黄酸化物および窒素酸化物を前記混合流体から除去する、
   請求項１に記載のガスタービン設備。
3. 前記分離器は、前記容器の内部が耐食処理されている、
   請求項２に記載のガスタービン設備。
4. 前記分離器は、前記容器の内部において前記液相水を撹拌するよう構成されている、
   請求項２または３に記載のガスタービン設備。
5. 前記分離器から前記液相水が供給され、当該液相水を、二酸化炭素ガスと、二酸化炭素が除去された液相水とに分離する二酸化炭素分離装置
   を有する、
   請求項１から４のいずれかに記載のガスタービン設備。
6. 前記二酸化炭素分離装置において分離された二酸化炭素ガスは、前記分離器において分離された二酸化炭素ガスと共に、前記燃焼器に供給される、
   請求項５に記載のガスタービン設備。
7. 前記二酸化炭素分離装置から排出された前記液相水から固形の不純物を除去する固形不純物除去装置
   を有する、
   請求項５または６に記載のガスタービン設備。
8. 前記二酸化炭素分離装置から排出された前記液相水について、硫黄酸化物および窒素酸化物を除去する処理を行う水質処理装置
   を有する、
   請求項５から７のいずれかに記載のガスタービン設備。
9. 前記二酸化炭素分離装置から排出された前記液相水を管理する水質管理装置
   を有する、
   請求項５から８のいずれかに記載のガスタービン設備。
10. 前記熱交換器を通過した前記混合流体から固形の不純物を除去するフィルタ
    を有する、
    請求項１から請求項９のいずれかに記載のガスタービン設備。
11. 前記熱交換器を通過した前記混合流体に含まれる一酸化炭素を酸化する酸化触媒を有する酸化処理部
    を有する、
    請求項１から請求項１０のいずれかに記載のガスタービン設備。
12. 前記熱交換器を通過した前記混合流体について、硫黄酸化物および窒素酸化物を除去する処理を行う脱硫脱硝装置
    を有する、
    請求項１から請求項１１のいずれかに記載のガスタービン設備。

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