JP2744090B2

JP2744090B2 - 火力発電プラントおよび火力発電方法

Info

Publication number: JP2744090B2
Application number: JP1269240A
Authority: JP
Inventors: 丙植朴; 健一中村; 胖鈴木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-10-18
Filing date: 1989-10-18
Publication date: 1998-04-28
Anticipated expiration: 2013-04-28
Also published as: JPH03145523A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は火力発電プラントおよび火力発電方法に係
り、特に二酸化炭素回収プロセスを組み込んだ閉鎖サイ
クル型の火力発電プラントおよび火力発電方法に関す
る。

（従来の技術）従来の発電プラント、特に火力発電プラントにおいて
蒸気タービンもしくはガスタービンまたはその両者は、
燃焼器中において燃料と空気を燃焼させることにより発
生される燃焼ガスエネルギによって駆動される。また空
気は圧縮機において圧縮され作動流体として利用されて
いる。

このような火力発電プラントにおいては天然ガス、石
油燃料ガスまたは石炭ガスがガス燃料として用いられて
おり、それらのガス燃料は通常一酸化炭素、炭素または
他の水素炭化物から成っている。

したがって、空気の存在下で燃料を燃焼した後の燃焼
ガスは窒素ガスおよび酸素ガスに加えて二酸化炭素、窒
素酸化物（NO₂）および、燃料例えば重油等に含まれる
硫黄の酸化による硫黄酸化物等を含んでいる。炭酸ガ
ス、窒素酸化物または硫黄酸化物のような有害なガスを
大気中に排出することは環境汚染上、重要な問題となっ
ている。燃焼器内において空気の存在下で燃料を燃焼さ
せる限り、その燃焼ガス中の窒素酸化物発生を抑制する
ことは容易なことではない。

従来の発電プラントにおいては、このような窒素酸化
物および硫黄酸化物を除去するために余分なガス除去設
備を組み込まなければならない。

一方、燃焼後に大気中に排出されるガス中から二酸化
炭素を除去するためには大気中に二酸化炭素を放出する
以前に排気ガス中から二酸化炭素を回収することが必要
である。排気ガス中から二酸化炭素を回収する方法とし
て従来一般に行なわれている方法では、排気ガスから二
酸化炭素を選択的に吸収する能力を有する溶剤を利用す
ることによって行なわれている。高度に濃縮された二酸
化炭素を含む溶剤は過熱することより容易に二酸化炭素
を放出する性質を有している。したがって、高度に濃縮
された二酸化炭素を含む溶剤を熱することにより炭酸ガ
スは回収することができる。

（発明が解決しようとする課題）燃焼器内で空気の存在下において燃料を燃焼させる
と、その燃焼ガス中には、CO₂の他に窒素酸化物（NO_X）
および燃料中に含まれる硫黄の酸化による硫黄酸化物
（SO_X）等の有毒ガス成分を含み、この排気ガスをその
まま大気中に放出することは重大に環境汚染の問題とな
る。

また、これらNO_X，SO_Xを除去するために別個の除去装
置を設けることは、発電プラントの運転効率上およびそ
のためのコストの点からも好ましくない。一方、溶剤を
利用することにより二酸化炭素を回収する方法において
は、以下のような問題点を有している。

まず第１に、二酸化炭素は溶剤に接触させることによ
り吸収されるが、接触時間は無限にとることができない
ため火力発電プラントの稼働中常に排気ガスと溶剤とを
接触しておくことは不可能である。したがって、炭酸ガ
スの幾分かは排気ガス中に回収されないまま残って大気
中に放出される可能性がある。

第２に、火力発電プラントにおいては通常極端に大量
の二酸化炭素が発生される。したがって、大量の二酸化
炭素を回収するために使用される溶剤の量も膨大なもの
となり、その溶剤を加熱するための多大の熱エネルギが
必要となる。

したがって、従来の方法においては二酸化炭素回収シ
ステムそのものが非常にコスト高のものとなり、それを
駆動するための費用も莫大なものである。

また、別の観点において、従来の火力発電プラントに
おいては、約80％の窒素を有する空気が燃料を燃焼させ
るために用いられており、排気ガス中には濃縮された窒
素ガスが多量に含まれることになる。したがって、排気
ガス総量も非常に多いものとなり、炭酸ガスを吸収する
ための溶剤の量も非常に大きいものとなる。

本発明の目的は上述のような従来技術における欠点を
除去するものであり、窒素酸化物、硫黄酸化物および二
酸化炭素を殆ど放出することなく炭酸ガス回収システム
を組み込んだ閉鎖サイクル型の発電プラントを提供する
ことである。

本発明の他の目的はタービン動作のために過熱蒸気お
よび二酸化炭素を作動流体とし利用し、二酸化炭素を殆
ど大気中に放出しないようにした閉鎖２重流体ガスター
ビン火力発電プラントを提供するものである。

本発明のさらに他の目的は、大気中に二酸化炭素を放
出することなく二酸化炭素を循環させてタービンの作動
流体として利用するようにした閉鎖コンバインドサイク
ル型の火力発電プラントを提供することである。

さらに本発明の別の目的は水を作動流体として利用
し、大気中に二酸化炭素を放出しないようにした閉鎖水
分ガスタービン発電プラントを提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上述および他の目的を達成するために、本発明により
提供される火力発電プラントは、その１観点において
は、酸素の存在下において燃料を燃焼させるようにした
燃焼器と、燃焼器に燃料を供給する燃料供給装置と、燃
焼器に酸素を供給する酸素供給装置と、燃焼器に接続さ
れ燃焼器からの燃焼ガスにより駆動されるタービンと、
前記タービンに接続されたジェネレータと、主に二酸化
炭素および水分ガスから成るタービン排気ガスが案内さ
れる排熱ボイラと、前記排熱ボイラに接続され排熱ボイ
ラからの冷却排気ガス中の水分を凝縮するコンデンサ
と、コンデンサに接続され凝縮水と主に二酸化炭素から
成るガス要素を分離する気水分離装置と、気水分離装置
に接続され主に二酸化炭素から成るガス要素を圧縮する
圧縮機とから成り、気水分離装置は凝縮水を供給するよ
うに排熱ボイラに接続され、排熱ボイラは排熱ボイラ内
において凝縮水とタービン排気ガスとの間の熱交換作用
により発生される過熱蒸気を供給するよう前記燃焼器に
接続されていることを特徴とする。

本発明の他の観点において、本発明は、閉鎖コンバイ
ンドサイクル型の火力発電プラントを提供するものであ
り、前述の第１観点における火力発電プラントに比べ
て、火力発電プラントにおいては排熱ボイラに気水分離
装置を接続する代りに蒸気タービンをジェネレータに接
続させ、その蒸気タービンは排熱ボイラにコンデンサを
介して接続することにより別の閉鎖蒸気サイクルを構成
するようにしている。

さらに本発明の他の観点において上記第１観点におけ
る圧縮機が除去されており、主に二酸化炭素を含むガス
要素は気水分離器により分離され、そこから発電プラン
ト外へ回収除去されるようにされている。

（作用）本発明によれば、燃焼器に供給される燃料は空気では
なく酸素であり、酸素の存在下において燃焼器内で燃焼
され、主に水分ガスおよび二酸化炭素を含む燃焼ガスが
燃焼器からタービンへ供給されている。ジェネレータは
タービンの駆動により駆動され、その際燃焼ガスはター
ビンの作動流体として作用する。タービンからの排気ガ
スは排熱ボイラに送られ排熱ボイラ内において熱交換作
用を行なう。そして、排熱ボイラからの冷却されたター
ビン排気ガスはコンデンサに送られ、タービン排気ガス
中の水分ガス（蒸気）が凝縮され、凝縮水となる。この
途上にSO_X除去装置を組み込んでSO_Xを除去することもで
きる。主に二酸化炭素から成るガス要素は気水分離装置
内において凝縮水と分離され大気中に放出されることな
く回収される。

主に二酸化炭素を含む分離されたガス要素は圧縮機に
供給されてもよく、また大気中に放出することなくプラ
ント外に回収してもよい。

分離された凝縮水から熱回収を有効に行なうために排
熱ボイラに供給されることなく、発電プラント外に回収
してもよい。

（実施例）以下本発明の実施例について添付図面を参照して説明
する。

第１図は本発明の火力発電プラントの第１実施例を示
すブロック図である。第１図の火力発電プラントは一般
に燃焼器１、タービン２、ジェネレータ３、排熱ボイラ
４、圧縮機５、コンデンサ６、および気水分離装置７か
ら成るものであり、これらは管路を介して作動的に接続
され閉鎖サイクル型発電プラントを構成するようになっ
ている。

さらに詳細には第１図において、燃料ガス供給装置Ｆ
から供給された例えば石炭ガス等の燃料は、燃焼器１内
において酸素の供給装置Ｏから供給された酸素の存在下
において燃焼される。燃焼器１は管路８を介してタービ
ン２に接続され、燃焼器１からの燃焼ガスにより駆動さ
れるタービン２は駆動軸９を介してジェネレータ３に接
続されている。また、タービン２は排熱ボイラ４に接続
されており、管路10を介してタービンを駆動した後、冷
却された排気ガスを排熱ボイラに供給するようにしてい
る。

一方、排熱ボイラ４はコンデンサ６に管路11を介して
接続され、排熱ボイラからの冷却されたタービン排気ガ
スをコンデンサ６に供給し、このコンデンサ６にてター
ビン排気中に含まれる水分ガス（蒸気）を凝縮し、凝縮
水にする。気水分離装置７はコンデンサ６に接続され、
コンデンサ６からの流体をガス成分と凝縮水とに分離す
る。気水分離装置７は圧縮機５に管路12を介して接続さ
れ、また圧縮機５は管路16を介して燃焼器１に接続され
る。

気水分離装置７は圧縮機５に管路12を介して接続さ
れ、圧縮機５は管路16を介し燃焼器１および軸17を介し
てタービン２に接続されている。上述したように、第１
図に示される発電プラントは閉鎖サイクルを構成するも
のである。

上述の第１実施例において気水分離装置７はまた排熱
ボイラ４に管路13を介して接続され、管路13の途上には
水供給ポンプ14が組み込まれている。さらに気水分離装
置７および圧縮機５を接続する管路12の途上には余剰の
二酸化炭素を除去し回収する二酸化炭素回収除去装置が
接続されており、この回収除去装置は吸引ポンプＰおよ
びリザボイヤ（リザーバ）Ｒ等を有する。

また、燃料中に含まれるかもしれない硫黄を酸化する
ことにより生ずる酸化硫黄ガス（SO_X：硫黄酸化物）
は、管路11に例えば湿式洗浄装置Ｓを組み込み、除去す
るようにすれば、より効果的にSO_Xを除去することがで
きる。

本実施例における酸素供給装置Ｏとしては公知の酸素
発生装置を利用することができる。この酸素発生装置は
例えば特別の技術を有することなく空気から酸素を取り
出すタイプのものであってもよい。

本実施例の動作を以下に述べる。

例えば石炭ガス等の燃料は燃焼器１内に供給され、空
気ではなく酸素の存在下において燃焼させる。このよう
な燃焼過程において圧縮されたCO₂および加熱蒸気は作
動流体として利用され、CO₂はさらに燃焼器１内での過
度の燃焼を抑制するよう作用する。

燃焼ガスを構成する主成分ガスはCO₂およびH₂Oであ
る。すなわち燃料ガスの主な構成要素はC,CO,H₂，CO₂，
およびCmHnであり、これらは以下のように反応する。

上述の反応式から分かるように燃焼ガスは実質的にCO
₂およびH₂Oから成る。したがって、燃焼ガスがタービン
２を駆動するために利用された後の排気ガスは、排気ガ
スおよびこのタービン排気ガスが排熱ボイラ４内におい
てさらに利用された後の排気ガスは実質的にはCO₂およ
びH₂Oから成るものである。

タービン２の駆動はジェネレータ３に駆動軸９を介し
て伝達され動力を発生する。タービン２からの高温のタ
ービン排気ガスは排熱ボイラ４に送られ、この排熱ボイ
ラ４でタービン排気ガスは凝縮水といわゆる熱交換作用
が行なわれ、凝縮水を加熱し、加熱蒸気を生成してい
る。加熱された凝縮水すなわち水は燃焼器１に加熱蒸気
の形態として供給される。

排熱ボイラ４からの冷却されたタービン排気ガスは主
にCO₂および水分ガス（H₂Oガス）を含み、その後コンデ
ンサ６に供給されコンデンサ６内においてタービン排気
ガス中の水分ガスは凝縮されて凝縮水となる。燃料中に
硫黄成分が含まれる場合には、その途上にSO_X除去装置
を設けて除去することができる。凝縮水および主にCO₂
から成るガス成分は続いて気水分離装置７に送られ、こ
の気水分離装置７内において凝縮水すなわち水はガス要
素から分離される。分離された凝縮水は排熱ボイラ４に
管路13を介して排熱ボイラ４に供給される一方、分離さ
れたガス要素は管路12を介して圧縮機５に送られる。

圧縮機５に供給されたCO₂はその内部において圧縮さ
れ、タービン２の作動流体として燃焼器１に送られる。
気水分離装置７からのCO₂の大部分はこの目的のために
利用されるが、燃料の燃焼により生ずる過剰のCO₂は管
路12の途上に接続された吸引ポンプＰおよびリザボイヤ
Ｒ等から成るCO₂除去回収装置を介して回収される。

さらに詳細に述べると、高温の燃焼ガスは最初にター
ビン２を駆動し電力を発生するために用いられる。ター
ビン２からの排気ガスは、なおかなりの高温エネルギを
有しているので、排熱ボイラ４中において過熱蒸気を発
生するために熱交換作用が行われる。このようにして発
電効率をさらに高めることができる。

排熱ボイラ４からの低温の排気ガスはその後コンデン
サ６に送られ、コンデンサ６内において排気ガス中に含
まれる水分はほぼ完全に水に凝縮され、その後排熱ボイ
ラ４に供給水として供給される。

コンデンサ６からのガスの殆どの成分はCO₂である
が、僅かに酸素および窒素を含んでいる。酸素ガスの存
在は燃料ガスを完全に燃焼させるために過剰に酸素を供
給することによって発生するものであり、一方窒素ガス
の存在は一般には石炭ガス等の燃料ガス中には無視でき
る程度ではあるが、極く少量の窒素ガスが含まれている
からである。

気水分離装置７からのガス要素は主作動流体として再
循環される。過剰のCO₂は別途設けた液化装置等の回収
装置により回収される。したがって第１図に示される本
発明の実施例における火力発電プラントから殆どCO₂は
大気中に放出されることがない。

上述したように本発明の第１実施例における火力発電
プラントは、いわゆる閉鎖型２重流体ガスタービンプラ
ントであり、燃料ガスは酸素の存在下において燃焼器中
で燃焼され、この際一般に窒素、酸素または他の要素等
を含む空気を用いて燃焼することがないので、窒素酸化
物（NO_X）等の有害なガスの発生を実質的に防ぐことが
できる。そして、これらの反応工程においては殆ど水が
残るのみであり、これらの水は供給水として排熱ボイラ
４へ送られ排熱ボイラ４内での熱交換作用により過熱蒸
気として燃焼器１へ供給される。

一方、CO₂は再循環させることにより作動流体として
効果的に利用され、燃料の燃焼により生じた余剰のCO₂
は大気中に放出することなく回収される。

したがって、環境汚染等の問題は例えばNO_XおよびCO₂
等の有害なガスを除去するために特別の装置を用いるこ
となくほぼ実質的に解決することができる。

本発明の第１実施例に基づき構築されたシミュレーシ
ョンモデルを用いた実験結果において、数々のパラメー
タ（特にここでは述べない）を用いて行なった実験結果
においても効率の良い結果が得られている。

これらのシミュレーションモデルを用いた結果および
上述の記載からも明らかなように、本発明の実施例によ
れば、大気中に殆どCO₂を排出することなくさらに発電
効率43.7％の効率で火力発電プラントを作動することが
可能になることがわかった。

また本実施例においては回収されたCO₂を液化する装
置および酸素を発生する装置等の装置を設けることが必
要であるが、これらは環境汚染等の問題および有害なガ
ス等を大気中に発生することがないという点および将来
的における火力発電プラントへの利用を考えると大した
問題ではない。

第２図は本発明の火力発電プラントの第２実施例を示
すブロック図であり、この第２実施例はいわゆる閉鎖２
重流体再生ガスタービンプラントと呼ばれるものであ
る。

第２図に示される火力発電プラントは第１図に示され
る第１実施例と比較した場合、符号20で示される再生器
を含んでいる点においてのみ異なるものであり、他の構
成要素はほぼ第１図に示される実施例と同じものであ
る。したがってこれら共通の構成要素に関しては、第１
図と同様の参照符号を付すことによりその詳細な説明は
ここでは省略する。

再生器20は一種の熱交換器であり、タービン２と排熱
ボイラ４を接続する管路を通る排気ガスと、圧縮機５お
よび燃焼器１を接続する管路を通る圧縮二酸化炭素との
間で熱交換動作を行なわせる。

再生器20はタービン排気ガスからの熱エネルギを回収
し、回収した熱エネルギを主作動流体すなわちCO₂の温
度を上げるために用いている。このように再生器20を組
み込むことにより火力発電プラントの熱発生効率を多大
に改善している。また、再生器20を設けることにより圧
縮機５からの炭酸ガスはタービン２からの排気ガスによ
り再生器20内の熱交換作用により加熱され、高温に加熱
された二酸化炭素は燃焼器１に供給され、タービンの主
作動流体として作動する。再生器20を通った排気ガスは
管路22を介して排熱ボイラ４に供給される。

上述のように第２図に示される本発明の火力発電プラ
ントによれば、例えば石炭ガス等の燃料ガスは燃焼器１
内において主に窒素、酸素または他のガス要素から成る
空気を用いる代りに酸素の存在下において燃焼されるの
で、排気ガス中には実質的にはNO_X等は含まれることが
ない。そして、排気ガスは主にH₂Oを含んでおり、このH
₂Oは供給水として排熱ボイラに送られ排熱ボイラ４中で
加熱される。加熱された加熱蒸気は主作動流体として作
動する。

一方、圧縮機５からの二酸化炭素は熱交換作用により
再熱器20内においてタービン２からの排気ガスにより高
度に加熱される。これら反応において燃料の燃焼により
生じた余剰の二酸化炭素は大気中に放出されることなく
回収される。

また、燃料中に含まれるかもしれない硫黄を酸化する
ことにより生ずる硫黄酸化物（SO_X）は、管路11に例え
ば湿式洗浄装置Ｓを組み混み、除去するようにすれば、
より効果的にSO_X（硫黄酸化物）を除去することができ
る。

したがって本実施例においても、例えばNO_X，SO_Xおよ
びCO₂等の有害なガスを大気中に放出するのを防ぐため
の除去装置を特別に設けることなく、環境汚染等の問題
を解決することが可能となる。

本発明の他の観点においては、第１図および第２図に
示される火力発電プラントの原理は、コンバインドサイ
クル型の火力発電プラントにおいても積極的に利用され
るものである。

第３図はコンバインドサイクル型の火力発電プラント
を示す本発明の第３実施例のブロック図である。

第３図において燃焼器１内で例えば石炭ガス等の燃料
は酸素（純粋酸素）の存在下において酸素燃焼される。
燃焼器１は管路８を介してタービン２に接続され、燃焼
器１からの燃焼ガスにより駆動されるタービン２は駆動
軸９を介してジェネレータ３に接続されている。

また、タービン２はタービン作動後の排気ガスを管路
10を介して排熱ボイラ４に供給するよう接続されてい
る。排熱ボイラ４は管路11を介してコンデンサ６に接続
され、排熱ボイラ４内で冷却された排気ガスをコンデン
サ６に供給している。気水分離装置７はコンデンサ６に
接続され、コンデンサ６からの流体を主にCO₂から成る
ガス成分と凝縮水とに分離している。

気水分離装置７は圧縮機５に管路12を介して接続さ
れ、圧縮機５は管路16を介して燃焼器１に、また軸17を
介してタービン２に接続されている。上述のように、第
３図に示される発電プラントは閉鎖サイクルを構成して
いる。

本実施例において蒸気タービン30がさらに設けられ、
蒸気タービン30は駆動軸9aを介してジェネレータ３に接
続されている。蒸気タービン30は管路32を介してコンデ
ンサ31に接続され、コンデンサ31は管路32を介して排熱
ボイラ４に接続されている。また管路32には水供給ポン
プ33が組み込まれている。排熱ボイラ４は蒸気タービン
30に接続されている。したがって、タービン30、コンデ
ンサ31および排熱ボイラ４は管路32を介して閉鎖サイク
ルを形成している。第３図に示された火力発電プラント
はコンバインド閉鎖型の発電プラントということができ
る。

第３図に示されるコンバインドサイクル型の発電プラ
ントによれば、コンデンサ31で凝縮され蓄えられた水は
排熱ボイラに送られ、排熱ボイラ中においてタービンか
らの高温の排気ガスにより加熱され熱交換作用により水
蒸気を発生する。過熱蒸気は蒸気タービン30に送られ蒸
気タービンを駆動し、次いで駆動軸9aを介してジェネレ
ータ３を駆動する。蒸気タービン30を駆動するために利
用された後の蒸気は、コンデンサ31に送られて凝縮され
凝縮水として再利用される。

本実施例においては、気水分離装置７で分離された凝
縮水は水分回収装置Ｗにより回収され、主にCO₂から成
るガス要素は圧縮機５へ管路12を介して供給される。管
路12の途上には余剰のCO₂を回収するための吸引ポンプ
ＰおよびリザボイヤＲ等を含むCO₂回収除去装置を設け
ることができる。

また、燃料中に含まれるかもしれない硫黄を酸化する
ことにより生ずる硫黄酸化物（SO_X）は、管路11に例え
ば湿式洗浄装置Ｓを組み混み、除去するようにすれば、
より効果的にSO_Xを除去することができる。

上述のように第３図に示される本発明の火力発電プラ
ントによれば、例えば石炭ガス等のガス燃料は空気では
なく酸素の存在下において酸素燃焼されるので、配設さ
れる排気ガス中には実質的にNO_Xを含むことがなく、ま
たCO₂は主作動流体として再循環される。余剰のCO₂は大
気中に放出されることなく回収される。高温の排気ガス
はジェネレータ３に接続された蒸気タービン駆動用の過
熱蒸気を発生するために排熱ボイラ４内において熱交換
を行なうために利用される。

したがって本実施例によれば、例えばNO_Xのような有
害なガスを除去するための特別の装置を設けることな
く、環境汚染問題を実質的解消することができる。

さらに本実施例によれば、従来の開放型発電プラント
と異なり、排気ガス中の水分が凝縮されるので、排気ガ
ス圧は大気圧以下に減少され、したがってタービンの膨
張比を大きくすることができる。その結果、タービンの
出力効率を大幅に上げることができる。

第４図は本発明の第４実施例を示すブロック図であ
る。第４図に示される発電プラントは以下に述べる性質
上閉鎖型H₂Oガス流体発電プラントと言えるだろう。第
４図において第１図と同等の部材を示すものには同じ番
号を付してその説明を省略する。

本実施例は基本的にはCO₂を回収除去して圧縮機に送
る管路が気水分離装置７に接続されていない点が第１図
に示される実施例とは異なるものである。この意味にお
いて、本実施例は本発明の上位概念的実施例と言えるか
もしれない。

すなわち例えば石炭ガスのような燃料は燃料供給装置
Ｆから燃焼器１に供給され、酸素供給装置Ｏから供給さ
れた酸素の存在下において燃焼される。燃焼器１からの
燃焼ガスはタービン２に送られタービンを駆動し、次い
で駆動軸９を介してジェネレータ３を駆動する。

タービン２からの排気ガスは管路10を介して排熱ボイ
ラ４に送られ、排熱ボイラ４内において排気ガスとコン
デンサ６からの凝縮水との間で熱交換作用が行なわれ
る。排熱ボイラ４からの排気ガスは主にH₂OおよびCO₂を
含み、コンデンサ６に送られる。

コンデンサ６内において排気ガス中の水分は凝縮され
て凝縮水となる。凝縮水は気水分離装置７より主にCO₂
から成るガス要素から分離される。凝縮水は次いでポン
プ手段14を介して排熱ボイラ４に送られ、一方CO₂は発
電プラント外に設けられたCO₂回収除去システムに回収
される。排熱ボイラ４中の凝縮水は加熱されて過熱蒸気
となりタービンの作動流体として燃焼器１に供給され
る。

したがって本実施例によれば、排気ガス中の水分は発
電プラント外に排出されることなく凝縮水として効果的
に再利用される。そして、過熱蒸気は従来の発電プラン
トにおけるように空気を用いる代りにタービンの主作動
流体として利用される。さらに、例えばNO_X，SO_Xおよび
CO₂のような有害なガスの放出に関しては先に述べた実
施例と同様の効果を達成することができ、大気中に殆ど
排出されることがない。

本実施例において燃料供給装置Ｆおよび酸素供給装置
Ｏは第４図に点線で示されるように排熱ボイラ４に接続
させ、排熱ボイラ４内での熱交換作用を補助するように
してもよい。

上述の本発明の実施例によれば、排気ガス中に含まれ
るCO₂は、CO₂を吸収するための特別の溶剤等を用いるこ
となく、発電に利用された後の排気ガスを冷却すること
によりタービン作動流体として再利用することができ
る。燃料は空気ではなく酸素の存在下において燃焼器１
内で燃焼されるので、例えば空気中のN₂の酸化によるNO
_Xのような有害なガスを放出することがない。また燃料
としては液状天然ガスおよびオイル等の水素炭化物燃料
を用いてもよい。

したがって本発明による火力発電プラントは燃料に関
しての種々の可変的な要因に殆ど関係なく、長期に亘っ
てのエネルギ源として確保することができる。H₂Oガス
を作動流体として利用した実施例においては作動流体の
温度を蒸気タービン発電プラントに比べて高くすること
ができ、したがって高能率の発電が可能となる。一方、
回収されたCO₂が作動流体として利用される実施例にお
いては排気ガス中の水分は排気ガスを冷却することによ
り凝縮されるので、タービンの排圧は大気圧より低くす
ることができ、従来のガスタービン発電プラントに比べ
発電効率を非常に高めることができる。

本発明による火力発電プラントは現存のプラントに適
用することも可能である。また、公知の酸素製造装置を
酸素供給装置Ｏとして利用することができる。またCO₂
回収除去装置に関しても公知のものを利用することがで
きる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、燃焼器内においては燃料は空気燃焼
ではなく酸素燃焼されるので、その燃焼ガス中およびタ
ービンからの排気ガス中には殆ど窒素酸化物を含むこと
がない。したがってNO_X等の有害なガスを大気中に放出
することがない。タービン排気ガス中に含まれる二酸化
炭素および水分は気水分離装置で分離され、分離された
ガス要素はほとんどCO₂であり、N₂ガス等が含まれない
のでCO₂の回収が簡単かつ容易となり、また、CO₂ガスは
作動流体として回収再利用されるので、大気中に放出さ
れることがない。また燃料の燃焼により生ずる余剰のCO
₂回収装置を設けて容易に回収することもできる。した
がって環境汚染の問題は例えば窒素酸化物、および燃料
中の硫黄の酸化により硫黄酸化物、二酸化炭素等の有害
なガスを除去する。

また、気水分離装置で分離された凝縮水は排熱ボイラ
で過熱蒸気にして燃焼器に供給することにより、ガスタ
ービンの作動流体を確保する一方、燃焼器を過冷却する
ことなく、冷却することができる。

さらに、気水分離装置で分離されたガス要素を圧縮機
で圧縮して燃焼器に還流させるようにしたから、空気燃
焼と異なり、酸素燃焼により不足しがちなガスタービン
の作動流体量を充分に確保し、燃焼ガスの希釈化を図る
一方、上記ガス要素はほとんどCO₂であるので配管等の
腐食を有効的に防止できる。

さらにまた、シミュレーションモデルを用いた実験結
果においても高効率の発電を行ない得ることが示されて
おり、その利用範囲と併せて将来性が豊かなものである
と言える。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の火力発電プラントの第１実施
例〜第４実施例を示すブロック図である。１…燃焼器、２…タービン、３…ジェネレータ、４…排
熱ボイラ、５…圧縮機、６…コンデンサ、７…気水分離
装置、20…再熱器、30…蒸気タービン、31…コンデン
サ、Ｆ…燃料供給装置、Ｏ…酸素供給装置、Ｒ…CO₂リ
ザボイヤ、Ｗ…凝縮水回収装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き特許法第30条第１項適用申請有り平成１年６月26日日本経済新聞朝刊第12版第19面に発表 (72)発明者鈴木胖大阪府箕面市桜２丁目４番５号 (56)参考文献特開昭60−40733（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−72722（ＪＰ，Ａ) 実公昭52−28001（ＪＰ，Ｙ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】酸素の存在下において燃料を燃焼させるよ
うにした燃焼器と、前記燃焼器に燃料を供給する燃料供
給装置と、前記燃焼器に酸素を供給する酸素供給装置
と、前記燃焼器に接続され前記燃焼器からの燃焼ガスに
より駆動されるタービンと、前記タービンに接続された
ジェネレータと、上記タービンから排出される主に二酸
化炭素および水分ガスから成るタービン排気ガスを回収
する排熱ボイラと、前記排熱ボイラに接続され前記排熱
ボイラからの冷却排気ガス中の水分ガスを凝縮するコン
デンサと、前記コンデンサで凝縮された凝縮水と主に二
酸化炭素から成るガス要素を分離する気水分離装置と、
前記気水分離装置に接続され主に二酸化炭素から成るガ
ス要素を圧縮する圧縮機とから成り、前記気水分離装置
は凝縮水を供給するように前記排熱ボイラに接続され、
前記排熱ボイラは凝縮水とタービン排気ガスとの間の熱
交換作用により発生する過熱蒸気を前記燃焼器に供給す
るように接続されたことを特徴とする閉鎖２重流体ガス
タービン出力発生構造の火力発電プラント。
【請求項２】前記気水分離装置および前記圧縮機を接続
する管路に接続された過剰の二酸化炭素回収除去手段を
さらに有することを特徴とする請求項１記載の火力発電
プラント。
【請求項３】再生器をさらに設け、前記タービンと前記
排熱ボイラを接続する管路および前記圧縮機と前記燃焼
器を接続する管路の一部を前記再生器内に組み込み、再
生器内で熱交換作用を行なわせるようにした請求項１記
載の火力発電プラント。
【請求項４】前記排熱ボイラと前記コンデンサを接続す
る管路に酸化硫黄除去装置を組み込んだ請求項１記載の
火力発電プラント。
【請求項５】酸素の存在下において燃料を燃焼させるよ
うにした燃焼器と、前記燃焼器に燃料を供給する燃料供
給装置と、前記燃焼器に酸素を供給する酸素供給装置
と、前記燃焼器に接続され前記燃焼器からの燃焼ガスに
より駆動されるタービンと、前記タービンに接続された
ジェネレータと、上記タービンから排出される主に二酸
化炭素から成るガスおよび水分ガスを含むタービン排気
ガスを回収する排熱ボイラと、前記排熱ボイラに接続さ
れ、前記排熱ボイラからの冷却排気ガス中の水分を凝縮
するコンデンサと、前記コンデンサに接続され凝縮水と
主に二酸化炭素から成るガス要素を分離する気水分離装
置と、前記気水分離装置に接続され主に二酸化炭素から
成るガス要素を圧縮する圧縮機とから成り、前記圧縮機
は圧縮された二酸化炭素を前記燃焼器に供給するように
接続されており、さらに前記排熱ボイラに接続された蒸
気タービンと前記蒸気タービンおよび前記排熱ボイラに
管路を介して接続されたコンデンサから成り、前記蒸気
タービン、前記コンデンサおよび前記排熱ボイラが閉鎖
蒸気タービンサイクルを構成するようにしたことを特徴
とする閉鎖コンバインドサイクル構造の火力発電プラン
ト。
【請求項６】前記排熱ボイラと前記圧縮機を結ぶ管路中
に過剰の二酸化炭素を回収除去する二酸化炭素回収除去
装置を組み込んだことを特徴とする請求項５記載の火力
発電プラント。
【請求項７】凝縮水回収装置を前記気水分離装置に接続
させた請求項５記載の火力発電プラント。
【請求項８】前記排熱ボイラと前記コンデンサを接続す
る管路に酸化硫黄除去装置を組み込んだ請求項５記載の
火力発電プラント。
【請求項９】酸素の存在下で燃料を燃焼するようにした
燃焼器と、前記燃焼器に燃料を供給する燃料供給装置
と、前記燃焼器に酸素を供給する酸素供給装置と、前記
燃焼器が接続され前記燃焼器からの燃焼ガスにより駆動
されるタービンと、前記タービンに接続されたジェネレ
ータと、前記タービンから排出される主に二酸化炭素お
よび水分ガスから成るタービン排気ガスが案内される排
熱ボイラと、前記排熱ボイラに接続され前記排熱ボイラ
からの冷却排気ガス中の水分を凝縮するコンデンサと、
前記コンデンサで凝縮された凝縮水と主に二酸化炭素か
ら成るガス要素とを分離する気水分離装置とから成り、
前記気水分離装置は前記排熱ボイラに凝縮水を供給する
ように接続され、前記排熱ボイラは凝縮水とタービン排
気ガスとの間で熱交換作用により発生する過熱蒸気を前
記燃焼器に供給するように接続されたことを特徴とする
水分ガスタービン構造の火力発電プラント。
【請求項１０】前記気水分離装置に接続された二酸化炭
素回収除去装置をさらに有する請求項９記載の火力発電
プラント。
【請求項１１】前記燃料供給装置および前記酸素供給装
置が前記排熱ボイラに接続され、排熱ボイラ内での熱交
換作用を補助するようにした請求項９記載の火力発電プ
ラント。
【請求項１２】前記排熱ボイラと前記コンデンサを接続
する管路に酸化硫黄除去装置を組み込んだ請求項９記載
の火力発電プラント。
【請求項１３】燃焼器、タービン、ジェネレータ、排熱
ボイラ、コンデンサおよび気水分離装置を管路を介して
接続するようにした火力発電プラントを利用することに
より熱エネルギを発生する方法において、酸素の存在下
で燃焼器内に燃料を供給し、燃焼により発生した主に二
酸化炭素および水分ガスから成る燃焼ガスをタービンに
供給し、タービン作動流体としての燃焼ガスでタービン
を駆動することによりジェネレータを駆動した後、ター
ビン排気ガスを排熱ボイラに回収して熱交換作用を行な
わせ、排熱ボイラから冷却されたタービン排気ガスをコ
ンデンサに送ってタービン排気ガス中の水分ガスを凝縮
し、コンデンサ内で凝縮された凝縮水と主に二酸化炭素
から成るガス要素とを気水分離装置で分離し、分離され
た凝縮水が前記排熱ボイラに供給されてタービン排気ガ
スと熱交換され、過熱蒸気となって燃焼器に供給される
一方、前記ガス要素を大気中に放出することなく回収す
ることを特徴とする火力発電方法。
【請求項１４】主に二酸化炭素を含む分離されたガス要
素が圧縮機に供給され圧縮される請求項13記載の火力発
電方法。
【請求項１５】分離されたガス要素が大気中に放出され
ることなく発電プラントの外部に回収される請求項13記
載の火力発電方法。
【請求項１６】分離された凝縮水が発電プラントの外部
に回収される請求項13記載の火力発電方法。