JP2877720B2 - タービンシステム - Google Patents
タービンシステムInfo
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- JP2877720B2 JP2877720B2 JP5761595A JP5761595A JP2877720B2 JP 2877720 B2 JP2877720 B2 JP 2877720B2 JP 5761595 A JP5761595 A JP 5761595A JP 5761595 A JP5761595 A JP 5761595A JP 2877720 B2 JP2877720 B2 JP 2877720B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は水素を燃料とするタービ
ンシステムに係り、とりわけ、タービンの作動媒体が水
蒸気であり、この水蒸気がボイラーまたは蒸気発生器に
より水から生成されるランキンサイクルを適用したター
ビンシステムに関する。
ンシステムに係り、とりわけ、タービンの作動媒体が水
蒸気であり、この水蒸気がボイラーまたは蒸気発生器に
より水から生成されるランキンサイクルを適用したター
ビンシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のタービンサイクルを図４に示す。
【０００３】このタービンサイクルでは、燃料Ｆおよび
空気Ａがボイラー１に供給され、このボイラー１の内部
で高温の燃焼ガスが生成する。この燃焼ガスの熱によ
り、給水ポンプ２からボイラー１に供給される水が蒸発
過熱され、高温高圧の蒸気になる。燃焼ガスはボイラー
排気Ｅとなってボイラー１から排出される。
空気Ａがボイラー１に供給され、このボイラー１の内部
で高温の燃焼ガスが生成する。この燃焼ガスの熱によ
り、給水ポンプ２からボイラー１に供給される水が蒸発
過熱され、高温高圧の蒸気になる。燃焼ガスはボイラー
排気Ｅとなってボイラー１から排出される。
【０００４】現状では、ボイラー１で使用できる材料の
制限から、蒸気温度は最高で６３０℃程度、圧力は３０
０ata 程度である。この蒸気は高圧タービン３に導かれ
て、膨張し、高圧タービン３で仕事をする。この後、温
度および圧力が低下した蒸気は、再度ボイラー１に導か
れて加熱される。
制限から、蒸気温度は最高で６３０℃程度、圧力は３０
０ata 程度である。この蒸気は高圧タービン３に導かれ
て、膨張し、高圧タービン３で仕事をする。この後、温
度および圧力が低下した蒸気は、再度ボイラー１に導か
れて加熱される。
【０００５】加熱後の温度は、やはりボイラー１で使用
できる材料の制限から、現状では最高で６３０℃程度で
ある。再加熱された蒸気は中圧タービン４に導かれて膨
張し、仕事をする。中圧タービン４から出た蒸気は、低
圧タービン５に導かれ、復水器６の圧力まで膨張し、仕
事をする。
できる材料の制限から、現状では最高で６３０℃程度で
ある。再加熱された蒸気は中圧タービン４に導かれて膨
張し、仕事をする。中圧タービン４から出た蒸気は、低
圧タービン５に導かれ、復水器６の圧力まで膨張し、仕
事をする。
【０００６】低圧タービン５から出た蒸気は復水器６で
冷却され、水に戻る。復水器６の水は給水ポンプ２によ
り昇圧され、前述したようにボイラー１に供給される。
冷却され、水に戻る。復水器６の水は給水ポンプ２によ
り昇圧され、前述したようにボイラー１に供給される。
【０００７】このようなサイクルを組んだ結果、高位発
熱量ベースで４０％程度の熱効率が得られている。
熱量ベースで４０％程度の熱効率が得られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のタービンサイクルでは、ボイラー材料の制限
から前記以上の大幅な熱効率の向上は期待できない。
うな従来のタービンサイクルでは、ボイラー材料の制限
から前記以上の大幅な熱効率の向上は期待できない。
【０００９】本発明はこのような状況に基づいてなされ
たもので、前記以上の高い熱効率を得ることができ、し
かも機器コストを節約でき、プラント建設コストの更な
る低減が図れるタービンサイクルを提供することを目的
とする。
たもので、前記以上の高い熱効率を得ることができ、し
かも機器コストを節約でき、プラント建設コストの更な
る低減が図れるタービンサイクルを提供することを目的
とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明では、作動媒体を水蒸気とし、
燃料として水素、酸化剤として酸素を用いるタービンシ
ステムであって、蒸気中で水素を酸素により燃焼させる
燃焼器と、この燃焼器で発生した蒸気を膨張させる高圧
タービンと、この高圧タービンの排気中に含まれる熱に
より水を蒸発させそれを前記燃焼器に前記水素の燃焼に
使用する蒸気として供給する蒸気発生器と、この蒸気発
生器で熱交換して温度が低下した蒸気を膨張させる低圧
タービンと、この低圧タービンの排気を冷却し水に戻す
復水器と、この水を昇圧し前記蒸気発生器に蒸発用の前
記水として供給する給水ポンプとを備えたことを特徴と
する、高低圧２種類のタービンからなるタービンシステ
ムを提供する。
に、請求項１記載の発明では、作動媒体を水蒸気とし、
燃料として水素、酸化剤として酸素を用いるタービンシ
ステムであって、蒸気中で水素を酸素により燃焼させる
燃焼器と、この燃焼器で発生した蒸気を膨張させる高圧
タービンと、この高圧タービンの排気中に含まれる熱に
より水を蒸発させそれを前記燃焼器に前記水素の燃焼に
使用する蒸気として供給する蒸気発生器と、この蒸気発
生器で熱交換して温度が低下した蒸気を膨張させる低圧
タービンと、この低圧タービンの排気を冷却し水に戻す
復水器と、この水を昇圧し前記蒸気発生器に蒸発用の前
記水として供給する給水ポンプとを備えたことを特徴と
する、高低圧２種類のタービンからなるタービンシステ
ムを提供する。
【００１１】請求項２記載の発明では、作動媒体を水蒸
気とし、燃料として水素、酸化剤として酸素を用いるタ
ービンシステムであって、蒸気中で水素を酸素により燃
焼させる高圧燃焼器と、この高圧燃焼器で発生した蒸気
を膨張させる高圧タービンと、この高圧タービンの排気
蒸気中で水素を酸素により燃焼させる低圧燃焼器と、こ
の低圧燃焼器で発生した蒸気を膨張させる中圧タービン
と、この中圧タービンの排気中に含まれる熱により水を
蒸発させそれを前記高圧燃焼器に前記水素の燃焼に使用
する蒸気として供給する蒸気発生器と、この蒸気発生器
で熱交換して温度が低下した蒸気を膨張させる低圧ター
ビンと、この低圧タービンの排気を冷却して水に戻す復
水器と、この水を昇圧して前記蒸気発生器に蒸発用の前
記水として供給する給水ポンプとを備えたことを特徴と
する、高，中，低圧３種類のタービンからなるタービン
システムを提供する。
気とし、燃料として水素、酸化剤として酸素を用いるタ
ービンシステムであって、蒸気中で水素を酸素により燃
焼させる高圧燃焼器と、この高圧燃焼器で発生した蒸気
を膨張させる高圧タービンと、この高圧タービンの排気
蒸気中で水素を酸素により燃焼させる低圧燃焼器と、こ
の低圧燃焼器で発生した蒸気を膨張させる中圧タービン
と、この中圧タービンの排気中に含まれる熱により水を
蒸発させそれを前記高圧燃焼器に前記水素の燃焼に使用
する蒸気として供給する蒸気発生器と、この蒸気発生器
で熱交換して温度が低下した蒸気を膨張させる低圧ター
ビンと、この低圧タービンの排気を冷却して水に戻す復
水器と、この水を昇圧して前記蒸気発生器に蒸発用の前
記水として供給する給水ポンプとを備えたことを特徴と
する、高，中，低圧３種類のタービンからなるタービン
システムを提供する。
【００１２】請求項３記載の発明では、作動媒体を水蒸
気とし、燃料として水素、酸化剤として酸素を用いるタ
ービンシステムであって、蒸気中で水素を酸素により燃
焼させる高圧燃焼器と、この高圧燃焼器で発生した蒸気
を膨張させる高圧タービンと、この高圧タービンの排気
中に含まれる熱により水を蒸発させそれを前記高圧燃焼
器に前記水素の燃焼に使用する蒸気として供給する高圧
蒸気発生器と、この高圧蒸気発生器の排気蒸気中で水素
を酸素により燃焼させる低圧燃焼器と、この低圧燃焼器
で発生した蒸気を膨張させる中圧タービンと、この中圧
タービンの排気中に含まれる熱により水を蒸発させそれ
を前記高圧燃焼器に前記水素の燃焼に使用する蒸気とし
て前記高圧蒸気発生器からの蒸気とともに供給する低圧
蒸気発生器と、この低圧蒸気発生器で熱交換して温度が
低下した蒸気を膨張させる低圧タービンと、この低圧タ
ービンの排気を冷却して水に戻す復水器と、この水を昇
圧して前記高圧蒸気発生器と低圧蒸気発生器とに蒸発用
の前記水として供給する給水ポンプとを備えたことを特
徴とする、高，中，低圧３種類のタービンからなるター
ビンシステムを提供する。
気とし、燃料として水素、酸化剤として酸素を用いるタ
ービンシステムであって、蒸気中で水素を酸素により燃
焼させる高圧燃焼器と、この高圧燃焼器で発生した蒸気
を膨張させる高圧タービンと、この高圧タービンの排気
中に含まれる熱により水を蒸発させそれを前記高圧燃焼
器に前記水素の燃焼に使用する蒸気として供給する高圧
蒸気発生器と、この高圧蒸気発生器の排気蒸気中で水素
を酸素により燃焼させる低圧燃焼器と、この低圧燃焼器
で発生した蒸気を膨張させる中圧タービンと、この中圧
タービンの排気中に含まれる熱により水を蒸発させそれ
を前記高圧燃焼器に前記水素の燃焼に使用する蒸気とし
て前記高圧蒸気発生器からの蒸気とともに供給する低圧
蒸気発生器と、この低圧蒸気発生器で熱交換して温度が
低下した蒸気を膨張させる低圧タービンと、この低圧タ
ービンの排気を冷却して水に戻す復水器と、この水を昇
圧して前記高圧蒸気発生器と低圧蒸気発生器とに蒸発用
の前記水として供給する給水ポンプとを備えたことを特
徴とする、高，中，低圧３種類のタービンからなるター
ビンシステムを提供する。
【００１３】
【作用】請求項１記載の発明によれば、蒸気発生器で生
成した蒸気を燃焼器で加熱するので、従来ボイラー材料
の制限から６３０℃程度までしか高温化できなかった蒸
気が、例えば１５００℃程度まで高温化できる。
成した蒸気を燃焼器で加熱するので、従来ボイラー材料
の制限から６３０℃程度までしか高温化できなかった蒸
気が、例えば１５００℃程度まで高温化できる。
【００１４】したがって、サイクルの最高温度を大幅に
向上できるので、大幅な熱効率向上が達成でき、また構
成が簡単であり、建設コストが大幅に軽減できる。
向上できるので、大幅な熱効率向上が達成でき、また構
成が簡単であり、建設コストが大幅に軽減できる。
【００１５】請求項２記載の発明によれば、蒸気発生器
で生成した蒸気を高圧燃焼器で加熱するので、従来ボイ
ラー材料の制限から６３０℃程度までしか高温化できな
かった蒸気が、例えば１５００℃程度まで高温化でき、
同様に低圧燃焼器により、中圧タービン入口蒸気温度を
かなりの高温まで上昇できる。
で生成した蒸気を高圧燃焼器で加熱するので、従来ボイ
ラー材料の制限から６３０℃程度までしか高温化できな
かった蒸気が、例えば１５００℃程度まで高温化でき、
同様に低圧燃焼器により、中圧タービン入口蒸気温度を
かなりの高温まで上昇できる。
【００１６】したがって、サイクルの最高温度を大幅に
向上できるので、大幅な熱効率向上が達成でき、例えば
高位発熱量基準で６０％以上が達成できる。
向上できるので、大幅な熱効率向上が達成でき、例えば
高位発熱量基準で６０％以上が達成できる。
【００１７】なお、本発明では低圧燃焼器の入口蒸気温
度が上昇するので製造は若干困難になるが、建設コスト
は比較的低廉で済む。
度が上昇するので製造は若干困難になるが、建設コスト
は比較的低廉で済む。
【００１８】請求項３記載の発明によれば、蒸気発生器
で生成した蒸気を高圧燃焼器で加熱するので、従来ボイ
ラー材料の制限から６３０℃程度までしか高温化できな
かった蒸気が、例えば１５００℃程度まで高温化でき
る。
で生成した蒸気を高圧燃焼器で加熱するので、従来ボイ
ラー材料の制限から６３０℃程度までしか高温化できな
かった蒸気が、例えば１５００℃程度まで高温化でき
る。
【００１９】同様に低圧燃焼器により、中圧タービン入
口蒸気温度も例えば１７００℃程度まで上昇できる。
口蒸気温度も例えば１７００℃程度まで上昇できる。
【００２０】このようにサイクルの最高温度を大幅に向
上できるので、大幅な熱効率向上が達成でき、例えば高
位発熱量基準で６０％以上が達成できる。
上できるので、大幅な熱効率向上が達成でき、例えば高
位発熱量基準で６０％以上が達成できる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００２２】実施例１（図１） 本実施例のタービンサイクル１０１は、図１に示すよう
に、蒸気中で供給される水素Ｈを酸素Ｏにより燃焼させ
る高圧燃焼器１１と、この高圧燃焼器１１で発生した蒸
気を膨張させる高圧タービン１２と、この高圧タービン
１２の排気中に含まれる熱により水を蒸発させそれを高
圧燃焼器１１に供給する高圧蒸気発生器１３と、この高
圧蒸気発生器１３の排気蒸気中で新たに供給される水素
Ｈを酸素Ｏにより燃焼させる低圧燃焼器１４と、この低
圧燃焼器１４で発生した蒸気を膨張させる中圧タービン
１５と、この中圧タービン１５の排気中に含まれる熱に
より水を蒸発させそれを高圧燃焼器１１に供給する低圧
蒸気発生器１６と、この低圧蒸気発生器１６で発生した
蒸気を膨張させる低圧タービン１７と、この低圧タービ
ン１７の排気を冷却して水に戻す復水器１８と、この水
を昇圧して高圧蒸気発生器１３と低圧蒸気発生器１６と
に供給する給水ポンプ１９とを備えて構成されている。
に、蒸気中で供給される水素Ｈを酸素Ｏにより燃焼させ
る高圧燃焼器１１と、この高圧燃焼器１１で発生した蒸
気を膨張させる高圧タービン１２と、この高圧タービン
１２の排気中に含まれる熱により水を蒸発させそれを高
圧燃焼器１１に供給する高圧蒸気発生器１３と、この高
圧蒸気発生器１３の排気蒸気中で新たに供給される水素
Ｈを酸素Ｏにより燃焼させる低圧燃焼器１４と、この低
圧燃焼器１４で発生した蒸気を膨張させる中圧タービン
１５と、この中圧タービン１５の排気中に含まれる熱に
より水を蒸発させそれを高圧燃焼器１１に供給する低圧
蒸気発生器１６と、この低圧蒸気発生器１６で発生した
蒸気を膨張させる低圧タービン１７と、この低圧タービ
ン１７の排気を冷却して水に戻す復水器１８と、この水
を昇圧して高圧蒸気発生器１３と低圧蒸気発生器１６と
に供給する給水ポンプ１９とを備えて構成されている。
【００２３】高圧燃焼器４には比較的高温、高圧例えば
６３５℃、７０ata の蒸気が高圧蒸気発生器１３と低圧
蒸気発生器１６とから供給される。高圧燃焼器１１には
系外から水素Ｈおよび水素Ｈと完全燃焼できる当量比の
酸素Ｏが供給される。
６３５℃、７０ata の蒸気が高圧蒸気発生器１３と低圧
蒸気発生器１６とから供給される。高圧燃焼器１１には
系外から水素Ｈおよび水素Ｈと完全燃焼できる当量比の
酸素Ｏが供給される。
【００２４】これらは高圧蒸気発生器１３と低圧蒸気発
生器１６とから導かれた蒸気中で燃焼する。その結果、
高圧燃焼器１１の出口温度は高温になり、例えば１５０
０℃程度まで上昇することもある。
生器１６とから導かれた蒸気中で燃焼する。その結果、
高圧燃焼器１１の出口温度は高温になり、例えば１５０
０℃程度まで上昇することもある。
【００２５】また、水素Ｈと酸素Ｏとが当量比で燃焼し
て蒸気に変化するため、高圧燃焼器１１から流出する蒸
気量は流入する量よりも増える。
て蒸気に変化するため、高圧燃焼器１１から流出する蒸
気量は流入する量よりも増える。
【００２６】高圧燃焼器１１から流出した高温の蒸気
は、高圧タービン１２に導かれる。高圧タービン１２で
蒸気は膨張し仕事をする。蒸気は膨張前に比べ若干温
度、圧力が低下し、高圧蒸気発生器１３に導かれる。
は、高圧タービン１２に導かれる。高圧タービン１２で
蒸気は膨張し仕事をする。蒸気は膨張前に比べ若干温
度、圧力が低下し、高圧蒸気発生器１３に導かれる。
【００２７】高圧蒸気発生器１３では高圧タービン１２
から流入する比較的高温の蒸気の熱が、給水ポンプ１９
から供給される水に受け渡され、この水が蒸発して蒸気
となる。この蒸気が前述の高圧燃焼器１１に供給され
る。
から流入する比較的高温の蒸気の熱が、給水ポンプ１９
から供給される水に受け渡され、この水が蒸発して蒸気
となる。この蒸気が前述の高圧燃焼器１１に供給され
る。
【００２８】高圧タービン１２から供給され、高圧蒸気
発生器１３で熱交換して温度が低下した蒸気は、次に低
圧燃焼器１４に導かれる。低圧燃焼器１４には系外から
水素Ｈおよび水素Ｈと完全燃焼できる当量比の酸素Ｏが
供給される。これらは高圧蒸気発生器１３から導かれた
蒸気中で燃焼する。
発生器１３で熱交換して温度が低下した蒸気は、次に低
圧燃焼器１４に導かれる。低圧燃焼器１４には系外から
水素Ｈおよび水素Ｈと完全燃焼できる当量比の酸素Ｏが
供給される。これらは高圧蒸気発生器１３から導かれた
蒸気中で燃焼する。
【００２９】その結果、低圧燃焼器１４出口の温度は高
温になり、例えば１７００℃程度まで上昇することもあ
る。また、水素Ｈと酸素Ｏとが当量比で燃焼して蒸気に
変化するため、低圧燃焼器１４から流出する蒸気量は流
入する量よりも増える。
温になり、例えば１７００℃程度まで上昇することもあ
る。また、水素Ｈと酸素Ｏとが当量比で燃焼して蒸気に
変化するため、低圧燃焼器１４から流出する蒸気量は流
入する量よりも増える。
【００３０】低圧燃焼器１４から流出した高温の蒸気
は、中圧タービン１５に導かれて膨張し、仕事をする。
蒸気は膨張前に比べて若干、温度および圧力が低下し、
低圧蒸気発生器１６に導かれる。
は、中圧タービン１５に導かれて膨張し、仕事をする。
蒸気は膨張前に比べて若干、温度および圧力が低下し、
低圧蒸気発生器１６に導かれる。
【００３１】低圧蒸気発生器１６では、中圧タービン１
５からの比較的高温の蒸気からの熱が給水ポンプ１９か
ら供給される水に受け渡され、この水が蒸発して蒸気と
なる。この蒸気が高圧蒸気発生器１３からの蒸気と共に
前述の高圧燃焼器１１に供給される。
５からの比較的高温の蒸気からの熱が給水ポンプ１９か
ら供給される水に受け渡され、この水が蒸発して蒸気と
なる。この蒸気が高圧蒸気発生器１３からの蒸気と共に
前述の高圧燃焼器１１に供給される。
【００３２】中圧タービン１５から供給され、低圧蒸気
発生器１６で熱交換して温度が低下した蒸気は、次に低
圧タービン１７に導かれる。低圧タービン１７では、蒸
気が復水器１０の圧力まで膨張し、仕事をする。
発生器１６で熱交換して温度が低下した蒸気は、次に低
圧タービン１７に導かれる。低圧タービン１７では、蒸
気が復水器１０の圧力まで膨張し、仕事をする。
【００３３】その後、蒸気は復水器１８で冷却されて水
に変化する。水は給水ポンプ１９で昇圧され、前述のよ
うに高圧蒸気発生器１３と低圧蒸気発生器１６とに供給
される。
に変化する。水は給水ポンプ１９で昇圧され、前述のよ
うに高圧蒸気発生器１３と低圧蒸気発生器１６とに供給
される。
【００３４】また、系内の質量バランスをとるために、
高圧燃焼器１１および低圧燃焼器１４における水素Ｈと
酸素Ｏとの反応で生じた蒸気と等しい量の水が、排水Ｄ
として系外に排出される。
高圧燃焼器１１および低圧燃焼器１４における水素Ｈと
酸素Ｏとの反応で生じた蒸気と等しい量の水が、排水Ｄ
として系外に排出される。
【００３５】なお、高圧タービン１２、中圧タービン１
５および低圧タービン１７の仕事は、図示しない発電機
により、電気出力に変換される。
５および低圧タービン１７の仕事は、図示しない発電機
により、電気出力に変換される。
【００３６】以上の実施例１のタービンシステム１０１
によれば、蒸気発生器１３，１６で生成した蒸気を高圧
燃焼器１１で加熱するので、従来ボイラー材料の制限か
ら６３０℃程度までしか高温化できなかった蒸気が、例
えば１５００℃程度まで高温化できる。
によれば、蒸気発生器１３，１６で生成した蒸気を高圧
燃焼器１１で加熱するので、従来ボイラー材料の制限か
ら６３０℃程度までしか高温化できなかった蒸気が、例
えば１５００℃程度まで高温化できる。
【００３７】同様に低圧燃焼器１４により、中圧タービ
ン１５の入口蒸気温度も例えば１７００℃程度まで上昇
できる。
ン１５の入口蒸気温度も例えば１７００℃程度まで上昇
できる。
【００３８】このように、サイクルの最高温度を大幅に
向上できるので、大幅な熱効率向上が達成でき、例えば
高位発熱量基準で６０％以上が達成できる。
向上できるので、大幅な熱効率向上が達成でき、例えば
高位発熱量基準で６０％以上が達成できる。
【００３９】実施例２（図２） 本実施例のタービンサイクル１０２は、基本的に実施例
１のタービンサイクル１０１とほぼ同様の構成を有する
が、図２に示すように、蒸気発生器が一基だけ設けられ
ている。
１のタービンサイクル１０１とほぼ同様の構成を有する
が、図２に示すように、蒸気発生器が一基だけ設けられ
ている。
【００４０】即ち、本実施例のタービンサイクル１０２
は、蒸気中で水素Ｈを酸素Ｏにより燃焼させる高圧燃焼
器１１と、この高圧燃焼器１１で発生した蒸気を膨張さ
せる高圧タービン１２と、この高圧タービン１２の排気
蒸気中で水素Ｈを酸素Ｏにより燃焼させる低圧燃焼器１
４と、この低圧燃焼器１４で発生した蒸気を膨張させる
中圧タービン１５と、この中圧タービン１５の排気中に
含まれる熱により水を蒸発させそれを高圧燃焼器１１に
供給する蒸気発生器１６ａと、この蒸気発生器１６ａで
発生した蒸気を膨張させる低圧タービン１７と、この低
圧タービン１７の排気を冷却して水に戻す復水器１８
と、この水を昇圧して蒸気発生器１６ａに供給する給水
ポンプ１９とを備えた構成とされている。
は、蒸気中で水素Ｈを酸素Ｏにより燃焼させる高圧燃焼
器１１と、この高圧燃焼器１１で発生した蒸気を膨張さ
せる高圧タービン１２と、この高圧タービン１２の排気
蒸気中で水素Ｈを酸素Ｏにより燃焼させる低圧燃焼器１
４と、この低圧燃焼器１４で発生した蒸気を膨張させる
中圧タービン１５と、この中圧タービン１５の排気中に
含まれる熱により水を蒸発させそれを高圧燃焼器１１に
供給する蒸気発生器１６ａと、この蒸気発生器１６ａで
発生した蒸気を膨張させる低圧タービン１７と、この低
圧タービン１７の排気を冷却して水に戻す復水器１８
と、この水を昇圧して蒸気発生器１６ａに供給する給水
ポンプ１９とを備えた構成とされている。
【００４１】本実施例においては、高圧燃焼器４には比
較的高温、高圧例えば６３５℃、７０ata の蒸気が低圧
蒸気発生器１６ａから供給される。高圧燃焼器１１には
系外から水素Ｈおよび水素Ｈと完全燃焼できる当量比の
酸素Ｏが供給される。
較的高温、高圧例えば６３５℃、７０ata の蒸気が低圧
蒸気発生器１６ａから供給される。高圧燃焼器１１には
系外から水素Ｈおよび水素Ｈと完全燃焼できる当量比の
酸素Ｏが供給される。
【００４２】これらは蒸気発生器１６ａから導かれた蒸
気中で燃焼する。その結果、高圧燃焼器１１の出口温度
は高温になり、例えば１５００℃程度まで上昇すること
もある。
気中で燃焼する。その結果、高圧燃焼器１１の出口温度
は高温になり、例えば１５００℃程度まで上昇すること
もある。
【００４３】また、水素Ｈと酸素Ｏとが当量比で燃焼し
て蒸気に変化するため、高圧燃焼器１１から流出する蒸
気量は流入する量よりも増える。
て蒸気に変化するため、高圧燃焼器１１から流出する蒸
気量は流入する量よりも増える。
【００４４】高圧燃焼器１１から流出した高温の蒸気
は、高圧タービン１２に導かれる。高圧タービン１２で
蒸気は膨張し仕事をする。蒸気は膨張前に比べ若干温
度、圧力が低下し、低圧燃焼器１４に導かれる。低圧燃
焼器１４には系外から水素Ｈおよび水素Ｈと完全燃焼で
きる当量比の酸素Ｏが供給される。これらは高圧タービ
ン１２から導かれた蒸気中で燃焼する。
は、高圧タービン１２に導かれる。高圧タービン１２で
蒸気は膨張し仕事をする。蒸気は膨張前に比べ若干温
度、圧力が低下し、低圧燃焼器１４に導かれる。低圧燃
焼器１４には系外から水素Ｈおよび水素Ｈと完全燃焼で
きる当量比の酸素Ｏが供給される。これらは高圧タービ
ン１２から導かれた蒸気中で燃焼する。
【００４５】その結果、低圧燃焼器１４出口の温度は高
温になり、１７００℃以上まで上昇することもある。ま
た、水素Ｈと酸素Ｏとが当量比で燃焼して蒸気に変化す
るため、低圧燃焼器１４から流出する蒸気量は流入する
量よりも増える。
温になり、１７００℃以上まで上昇することもある。ま
た、水素Ｈと酸素Ｏとが当量比で燃焼して蒸気に変化す
るため、低圧燃焼器１４から流出する蒸気量は流入する
量よりも増える。
【００４６】低圧燃焼器１４から流出した高温の蒸気
は、中圧タービン１５に導かれて膨張し、仕事をする。
蒸気は膨張前に比べて若干、温度および圧力が低下し、
蒸気発生器１６ａに導かれる。
は、中圧タービン１５に導かれて膨張し、仕事をする。
蒸気は膨張前に比べて若干、温度および圧力が低下し、
蒸気発生器１６ａに導かれる。
【００４７】蒸気発生器１６ａでは、中圧タービン１５
からの比較的高温の蒸気からの熱が給水ポンプ１９から
供給される水に受け渡され、この水が蒸発して蒸気とな
る。この蒸気が高圧燃焼器１１に供給される。
からの比較的高温の蒸気からの熱が給水ポンプ１９から
供給される水に受け渡され、この水が蒸発して蒸気とな
る。この蒸気が高圧燃焼器１１に供給される。
【００４８】中圧タービン１５から供給され、蒸気発生
器１６ａで熱交換して温度が低下した蒸気は、次に低圧
タービン１７に導かれる。低圧タービン１７では、蒸気
が復水器１８の圧力まで膨張し、仕事をする。
器１６ａで熱交換して温度が低下した蒸気は、次に低圧
タービン１７に導かれる。低圧タービン１７では、蒸気
が復水器１８の圧力まで膨張し、仕事をする。
【００４９】その後、蒸気は復水器１８で冷却されて水
に変化する。水は給水ポンプ１９で昇圧され、蒸気発生
器１６ａに供給される。
に変化する。水は給水ポンプ１９で昇圧され、蒸気発生
器１６ａに供給される。
【００５０】また、系内の質量バランスをとるために、
水素Ｈと酸素Ｏとの反応で生じた蒸気と等しい量の水
が、排水Ｄとして系外に排出される。
水素Ｈと酸素Ｏとの反応で生じた蒸気と等しい量の水
が、排水Ｄとして系外に排出される。
【００５１】なお、高圧タービン１２、中圧タービン１
５および低圧タービン１７の仕事は、図示しない発電機
により、電気出力に変換される。
５および低圧タービン１７の仕事は、図示しない発電機
により、電気出力に変換される。
【００５２】以上の実施例２のタービンサイクル１０２
によれば、蒸気発生器１６ａで生成した蒸気を高圧燃焼
器１１で加熱するので、従来ボイラー材料の制限から６
３０℃程度までしか高温化できなかった蒸気が、例えば
１５００℃程度まで高温化でき、同様に低圧燃焼器１４
により、中圧タービン１５の入口蒸気温度をかなりの高
温まで上昇できる。
によれば、蒸気発生器１６ａで生成した蒸気を高圧燃焼
器１１で加熱するので、従来ボイラー材料の制限から６
３０℃程度までしか高温化できなかった蒸気が、例えば
１５００℃程度まで高温化でき、同様に低圧燃焼器１４
により、中圧タービン１５の入口蒸気温度をかなりの高
温まで上昇できる。
【００５３】なお、本実施例では、前記実施例１の高圧
蒸気発生器を省略した形の構成となっており、この省略
により低圧燃焼器１４へ流入する蒸気温度が上昇し、低
圧燃焼器１４により耐熱性の高い材料と冷却が必要にな
るが、高価な高圧蒸気発生器のコストを節約でき、結果
としてプラント建設コストの更なる低減が図れる。
蒸気発生器を省略した形の構成となっており、この省略
により低圧燃焼器１４へ流入する蒸気温度が上昇し、低
圧燃焼器１４により耐熱性の高い材料と冷却が必要にな
るが、高価な高圧蒸気発生器のコストを節約でき、結果
としてプラント建設コストの更なる低減が図れる。
【００５４】性能は実施例１のタービンサイクル１０１
と同程度を期待できる。
と同程度を期待できる。
【００５５】実施例３（図３） 本実施例のタービンサイクル１０３は、前記各実施例に
比して、さらに簡素な構成となっている。
比して、さらに簡素な構成となっている。
【００５６】即ち、図３に示すように、本実施例のター
ビンサイクル１０３は、蒸気中で水素Ｈを酸素Ｏにより
燃焼させる燃焼器１１ａと、この燃焼器１１ａで発生し
た蒸気を膨張させる高圧タービン１２と、この高圧ター
ビン１２の排気中に含まれる熱により水を蒸発させそれ
を燃焼器１１ａに供給する蒸気発生器１６ａと、この蒸
気発生器１６ａで発生した蒸気を膨張させる低圧タービ
ン１７と、この低圧タービン１７の排気を冷却し水に戻
す復水器１８と、この水を昇圧し蒸気発生器１６ａに供
給する給水ポンプ１９とを備えた構成とされている。
ビンサイクル１０３は、蒸気中で水素Ｈを酸素Ｏにより
燃焼させる燃焼器１１ａと、この燃焼器１１ａで発生し
た蒸気を膨張させる高圧タービン１２と、この高圧ター
ビン１２の排気中に含まれる熱により水を蒸発させそれ
を燃焼器１１ａに供給する蒸気発生器１６ａと、この蒸
気発生器１６ａで発生した蒸気を膨張させる低圧タービ
ン１７と、この低圧タービン１７の排気を冷却し水に戻
す復水器１８と、この水を昇圧し蒸気発生器１６ａに供
給する給水ポンプ１９とを備えた構成とされている。
【００５７】本実施例においても前記実施例とほぼ同様
の作用が行われるが、本実施例では、前記実施例２のタ
ービンサイクル１０２から更に高圧タービン１２、およ
び高圧燃焼器１１が省略された形となっており、この省
略により蒸気発生器１６ａで発生する蒸気は燃焼器１１
ａに直接導かれる。
の作用が行われるが、本実施例では、前記実施例２のタ
ービンサイクル１０２から更に高圧タービン１２、およ
び高圧燃焼器１１が省略された形となっており、この省
略により蒸気発生器１６ａで発生する蒸気は燃焼器１１
ａに直接導かれる。
【００５８】これにより、燃焼器が２つから１つに減少
し、仕事をするタービンも同様に２つから１つに減少す
るため、プラントの出力および熱効率は実施例１や実施
例２よりも低下する。
し、仕事をするタービンも同様に２つから１つに減少す
るため、プラントの出力および熱効率は実施例１や実施
例２よりも低下する。
【００５９】しかし、これら機器のコストを節約でき、
結果としてプラント建設コストの更なる低減が図れる。
結果としてプラント建設コストの更なる低減が図れる。
【００６０】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、蒸気発生
器で生成した蒸気を燃焼器で加熱するので、従来ボイラ
ー材料の制限から６３０℃程度までしか高温化できなか
った蒸気が、例えば１５００℃程度まで高温化できる。
器で生成した蒸気を燃焼器で加熱するので、従来ボイラ
ー材料の制限から６３０℃程度までしか高温化できなか
った蒸気が、例えば１５００℃程度まで高温化できる。
【００６１】したがって、サイクルの最高温度を大幅に
向上できるので、大幅な熱効率向上が達成でき、また構
成が簡単であり、建設コストが大幅に軽減できる。
向上できるので、大幅な熱効率向上が達成でき、また構
成が簡単であり、建設コストが大幅に軽減できる。
【００６２】請求項２記載の発明によれば、蒸気発生器
で生成した蒸気を高圧燃焼器で加熱するので、従来ボイ
ラー材料の制限から６３０℃程度までしか高温化できな
かった蒸気が、例えば１５００℃程度まで高温化でき、
同様に低圧燃焼器により、中圧タービン入口蒸気温度を
かなりの高温まで上昇できる。
で生成した蒸気を高圧燃焼器で加熱するので、従来ボイ
ラー材料の制限から６３０℃程度までしか高温化できな
かった蒸気が、例えば１５００℃程度まで高温化でき、
同様に低圧燃焼器により、中圧タービン入口蒸気温度を
かなりの高温まで上昇できる。
【００６３】したがって、サイクルの最高温度を大幅に
向上できるので、大幅な熱効率向上が達成でき、例えば
高位発熱量基準で６０％以上が達成できる。
向上できるので、大幅な熱効率向上が達成でき、例えば
高位発熱量基準で６０％以上が達成できる。
【００６４】なお、本発明では低圧燃焼器の入口蒸気温
度が上昇するので製造は若干困難になるが、建設コスト
は比較的低廉で済む。
度が上昇するので製造は若干困難になるが、建設コスト
は比較的低廉で済む。
【００６５】請求項３記載の発明によれば、蒸気発生器
で生成した蒸気を高圧燃焼器で加熱するので、従来ボイ
ラー材料の制限から６３０℃程度までしか高温化できな
かった蒸気が、例えば１５００℃程度まで高温化でき
る。
で生成した蒸気を高圧燃焼器で加熱するので、従来ボイ
ラー材料の制限から６３０℃程度までしか高温化できな
かった蒸気が、例えば１５００℃程度まで高温化でき
る。
【００６６】同様に低圧燃焼器により、中圧タービン入
口蒸気温度も例えば１７００℃程度まで上昇できる。
口蒸気温度も例えば１７００℃程度まで上昇できる。
【００６７】このようにサイクルの最高温度を大幅に向
上できるので、大幅な熱効率向上が達成でき、例えば高
位発熱量基準で６０％以上が達成できる。
上できるので、大幅な熱効率向上が達成でき、例えば高
位発熱量基準で６０％以上が達成できる。
【図１】本発明の実施例１のタービンサイクル１０１を
示す系統図。
示す系統図。
【図２】本発明の実施例２のタービンサイクル１０２を
示す系統図。
示す系統図。
【図３】本発明の実施例３のタービンサイクル１０３を
示す系統図。
示す系統図。
【図４】従来のタービンサイクル２０１を示す系統図。
１０１ タービンサイクル １１ 高圧燃焼器 １１ａ 燃焼器 １２ 高圧タービン １３ 高圧蒸気発生器 １４ 低圧燃焼器 １５ 中圧タービン １６ 低圧蒸気発生器 １６ａ 蒸気発生器 １７ 低圧タービン １８ 復水器 １９ 給水ポンプ １０２ タービンサイクル １０３ タービンサイクル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F01K 7/02 F01K 7/18 F01K 25/00
Claims (3)
- 【請求項１】 作動媒体を水蒸気とし、燃料として水
素、酸化剤として酸素を用いるタービンシステムであっ
て、蒸気中で水素を酸素により燃焼させる燃焼器と、こ
の燃焼器で発生した蒸気を膨張させる高圧タービンと、
この高圧タービンの排気中に含まれる熱により水を蒸発
させそれを前記燃焼器に前記水素の燃焼に使用する蒸気
として供給する蒸気発生器と、この蒸気発生器で熱交換
して温度が低下した蒸気を膨張させる低圧タービンと、
この低圧タービンの排気を冷却し水に戻す復水器と、こ
の水を昇圧し前記蒸気発生器に蒸発用の前記水として供
給する給水ポンプとを備えたことを特徴とする、高低圧
２種類のタービンからなるタービンシステム。 - 【請求項２】 作動媒体を水蒸気とし、燃料として水
素、酸化剤として酸素を用いるタービンシステムであっ
て、蒸気中で水素を酸素により燃焼させる高圧燃焼器
と、この高圧燃焼器で発生した蒸気を膨張させる高圧タ
ービンと、この高圧タービンの排気蒸気中で水素を酸素
により燃焼させる低圧燃焼器と、この低圧燃焼器で発生
した蒸気を膨張させる中圧タービンと、この中圧タービ
ンの排気中に含まれる熱により水を蒸発させそれを前記
高圧燃焼器に前記水素の燃焼に使用する蒸気として供給
する蒸気発生器と、この蒸気発生器で熱交換して温度が
低下した蒸気を膨張させる低圧タービンと、この低圧タ
ービンの排気を冷却して水に戻す復水器と、この水を昇
圧して前記蒸気発生器に蒸発用の前記水として供給する
給水ポンプとを備えたことを特徴とする、高，中，低圧
３種類のタービンからなるタービンシステム。 - 【請求項３】 作動媒体を水蒸気とし、燃料として水
素、酸化剤として酸素を用いるタービンシステムであっ
て、蒸気中で水素を酸素により燃焼させる高圧燃焼器
と、この高圧燃焼器で発生した蒸気を膨張させる高圧タ
ービンと、この高圧タービンの排気中に含まれる熱によ
り水を蒸発させそれを前記高圧燃焼器に前記水素の燃焼
に使用する蒸気として供給する高圧蒸気発生器と、この
高圧蒸気発生器の排気蒸気中で水素を酸素により燃焼さ
せる低圧燃焼器と、この低圧燃焼器で発生した蒸気を膨
張させる中圧タービンと、この中圧タービンの排気中に
含まれる熱により水を蒸発させそれを前記高圧燃焼器に
前記水素の燃焼に使用する蒸気として前記高圧蒸気発生
器からの蒸気とともに供給する低圧蒸気発生器と、この
低圧蒸気発生器で熱交換して温度が低下した蒸気を膨張
させる低圧タービンと、この低圧タービンの排気を冷却
して水に戻す復水器と、この水を昇圧して前記高圧蒸気
発生器と低圧蒸気発生器とに蒸発用の前記水として供給
する給水ポンプとを備えたことを特徴とする、高，中，
低圧３種類のタービンからなるタービンシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5761595A JP2877720B2 (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | タービンシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5761595A JP2877720B2 (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | タービンシステム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08254107A JPH08254107A (ja) | 1996-10-01 |
| JP2877720B2 true JP2877720B2 (ja) | 1999-03-31 |
Family
ID=13060787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5761595A Expired - Lifetime JP2877720B2 (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | タービンシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2877720B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5953900A (en) * | 1996-09-19 | 1999-09-21 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Closed loop steam cooled steam turbine |
| WO2009031747A1 (en) * | 2007-09-06 | 2009-03-12 | Korea Institute Of Machinery And Materials | Power plant having pure oxygen combustor |
| US8539749B1 (en) * | 2012-04-12 | 2013-09-24 | General Electric Company | Systems and apparatus relating to reheat combustion turbine engines with exhaust gas recirculation |
| CN107246291B (zh) * | 2017-06-29 | 2019-03-08 | 中国石油大学(北京) | 非共沸工质双压蒸发有机朗肯循环发电系统 |
| CN107503810B (zh) * | 2017-07-20 | 2019-10-29 | 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司 | 一种近零排放动力循环系统 |
| WO2022006442A2 (en) * | 2020-07-02 | 2022-01-06 | Roberto Ruiz | System and process for electricity generation using steam production by hydrogen combustion |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| JPS6466406A (en) * | 1987-09-08 | 1989-03-13 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Electric power plant |
| JP3611596B2 (ja) * | 1994-04-27 | 2005-01-19 | 財団法人電力中央研究所 | 水素燃焼タービンシステム |
-
1995
- 1995-03-16 JP JP5761595A patent/JP2877720B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08254107A (ja) | 1996-10-01 |
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