JP3051678B2 - 低温形水素燃焼タービン - Google Patents

低温形水素燃焼タービン

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はトッピング抽気サイ
クルを備えた水素燃焼タービンプラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】トッピング抽気サイクルを備えた水素燃
焼タービンプラントは、例えば特開平７−２０８１９２
等に示されるように、公知のものである。それ等を総合
し、従来のトッピング抽気サイクルの典型的なシステム
図を、図３に示す。
【０００３】１は圧縮機、２は燃焼器、３は第１タービ
ン、４，５は再生熱交換器、６は第２タービン、７は復
水器、８は第３タービン、９，１０は給水加熱器であ
る。
【０００４】圧縮機１により圧縮されたガスは、燃焼器
２において供給されたＯ2 及びＨ2と混合されて燃焼加
熱され、高温の燃焼ガス（水蒸気）となって第１タービ
ン３を駆動する。そしてこのサイクルで燃焼によって発
生した余分な水蒸気は、第１タービン３の下流側の再生
熱交換器４，５で給水を加熱した後、その一部は再び圧
縮機１に吸気される。
【０００５】又、その残部は第２タービン６に供給さ
れ、同第２タービン６を駆動した蒸気は復水器７で凝縮
されて復水となり、給水加熱器９、再生熱交換器５、及
び４で順次加熱されて水蒸気となり、第３タービン８を
駆動し、その排気は燃焼器２に戻される。
【０００６】上記したようなトッピング抽気サイクルを
備えるものに対し、更なる高効率化を目指して高温第１
タービンの入口温度を上昇させ、これに伴う各部の高温
化に対して中間冷却器や再生熱交換器を追加して材料の
使用可能温度を越えることを抑え、実用に供しようとす
るものが見られるに至った。
【０００７】これが図４に示すトッピング再生サイクル
（中間冷却）システムである。即ち、この図４に示した
ものは、図３に示したトッピング抽気サイクルシステム
に比して中間冷却器１３が設けられたことと、再生熱交
換器１１，１２が追加されていることを特異点とするも
のである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】前記した図３のトッピ
ング抽気サイクルを備えたものではそのサイクル構成と
各機器の耐熱レベル等の関係からガス温度に制約がある
こと等からして、効率上必ずしも満足できるものではな
かった。
【０００９】また、図４のトッピング再生サイクル（中
間冷却）システムを備えたものに於いては、高効率化を
目指して高温の第１タービンの入口温度を上昇させ、こ
れに伴う各部の高温化に対して中間冷却器や再生熱交換
器を追加して材料の使用可能温度を越えることを抑えて
きたが、そのための追加機器費用の増加と材料コストの
上昇は避け難く、この面から実用化を阻んでいるのが実
情であった。
【００１０】本発明は従来のものにおけるこれ等の問題
点を解消するべくなされたもので、全体構成をコンパク
トなものとしてコストの低減を図り、かつ、効率良く機
能する新規なトッピング抽気サイクルを提供することを
課題とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決すべくなされたもので、ガスを圧縮する圧縮機と、前
記圧縮されたガスとＯ 2 、Ｈ 2 を燃焼加熱のために混合
し、高温の燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガス
で駆動される第１タービンと、前記第１タービンの排気
蒸気を圧縮機へ送る経路と、前記経路内の排気蒸気の一
部を供給され駆動される第２タービンと、前記第２ター
ビンを駆動した蒸気の復水を前記経路内に設けた１以上
の熱交換器で加熱して蒸気とし、これにより駆動される
第３タービンとを有してなる水素燃焼タービンプラント
において、前記水素燃焼タービンプラントの運転は、前
記第１タービンの入口温度を１６００℃以下の温度とし
て行われ、かつ、前記第３タービンの排気蒸気の一部を
抽気して前記第１タービンの冷却手段を構成した低温形
水素燃焼タービンを提供し、前記第１タービンの入口温
度を１６００℃以下としてプラントの運転を行うと共
に、同第１タービンの冷却を、第３タービンの排気の一
部を抽気して行うことにより、効率低下を最小限に抑え
た冷却を可能とし、第１タービン各部の温度を更に低減
させ得るようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を図１及び
図２に基づいて説明する。なお、前記した従来のものと
同一の部位については図中同一の符号を付して示し、重
複する説明は省略する。
【００１３】本実施の形態のものは、前記した従来のト
ッピング抽気サイクルの構造に加えて、第３タービン８
の排気を燃焼器２へ供給する系路から分岐して、新たな
分岐経路１６を設け、これを第１タービン３に連通し、
同排気の一部で第１タービン３の各部位を冷却するよう
にしたものである。
【００１４】なお、これに先立ち再生熱交換器５を経て
第３タービン８に入る蒸気圧力は、従来のこの種サイク
ルで行なわれていた１４０バールというレベルではな
く、２００バールを目途としてそれ以上の高圧を供給す
ることが望ましく、それにより第３タービン８での仕事
を高圧下での仕事とし、同第３タービン８の仕事量を増
加させ、高効率とすることになる。
【００１５】前記のように構成された本実施の形態にお
ける発電端効率をトッピング再生サイクル等における効
率と比較して図２に示す。なお、ここに示すものは冷却
媒体比率０．１５とした場合のものである。
【００１６】冷却媒体比率は、翼冷却を必要としない理
想的な翼の場合は０であるが、高温翼は冷却不要とはし
難いので、通常、この冷却媒体比率は０．１５（１５
％）程度となるのが一般的である。
【００１７】このような前程で、第１タービン３の入口
温度を約１６００℃以上に上昇させると、中間冷却器、
再生熱交換器等を付加した従来のトッピング再生サイク
ルの方が高効率化が図れる。しかし約１６００℃以下で
は、本実施の形態のトッピング抽気サイクルの方が効率
が優ることがわかる。
【００１８】なお、圧縮機１の出口温度は圧力比に関係
するため、この温度を下げるには中間冷却が有効である
が、第１タービン３の出口温度については同第１タービ
ン３の入口温度の低減が必要であり、これについては第
１タービン３の入口温度が低くても１６００℃以下の限
定条件のもとでは、効率が高く保てるので本実施の形態
のトッピング抽気サイクルが有効である。
【００１９】そして本実施の形態では、第１タービン３
の冷却を第３タービン８の排気の一部を分岐して行って
いるので、燃焼器２の燃焼によって発生した蒸気をサイ
クルの途中で捨てることなく、最後まで仕事をさせるこ
ととなり、効率向上に至るものである。
【００２０】なお、第３タービンに入る蒸気圧力につい
てみれば、通常のトッピング抽気サイクルでは１４０バ
ール程度、一般のコンバインドサイクルでは１６０バー
ル程度、また、一般の蒸気タービンでは２５０バール以
上の臨界圧力が使われはじめていること等からして、こ
こでは２００バール又はそれ以上の圧力になるように諸
条件を設定することにより、第３タービン８での仕事は
高圧からの仕事となり、仕事量が増加し全体として高効
率に結びつけることができる。
【００２１】以上、本発明を図示の実施の形態について
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
よいことはいうまでもない。
【００２２】
【発明の効果】以上、本発明によれば第１タービン入口
温度が低くても１６００℃以下では、トッピング再生サ
イクル以上に高い効率を保つことができる。従って１６
００℃以下の限定条件の下では、中間冷却器や再生熱交
換器の追加を必要とせず、高効率の運転が可能となり、
それに伴って追加機器費用が削減され材料のコストアッ
プが低減される低温形水素燃焼タービンを得ることがで
きたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る低温抽気サイクル
のシステム図，
【図２】図１のものの効率を従来のものと対比した効率
比較図，
【図３】従来の抽気サイクルのシステム図，
【図４】従来の再生サイクルのシステム図。
【符号の説明】
１ 圧縮機 ２ 燃焼器 ３ 第１タービン ４，５ 再生熱交換器 ６ 第２タービン ７ 復水器 ８ 第３タービン １６ 分岐経路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｃ 3/34 Ｆ０２Ｃ 3/34 7/141 7/141 (72)発明者 森 秀隆 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 椙下 秀昭 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 ヘルベルト・イェリッヒャ オーストリア国，エイ−8010グラーツ, インフェルトガッセ，25 (56)参考文献 特開 平９−273402（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−82302（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−208192（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−272516（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−130204（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01K 25/00 F01K 7/38 102 F01K 7/44 F02C 3/30 F02C 3/34 F02C 7/141

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガスを圧縮する圧縮機と、前記圧縮され
    たガスとＯ 2 、Ｈ 2 を燃焼加熱のために混合し、高温の
    燃焼ガスを生成する燃焼器と、前記燃焼ガスで駆動され
    る第１タービンと、前記第１タービンの排気蒸気を圧縮
    機へ送る経路と、前記経路内の排気蒸気の一部を供給さ
    れ駆動される第２タービンと、前記第２タービンを駆動
    した蒸気の復水を前記経路内に設けた１以上の熱交換器
    で加熱して蒸気とし、これにより駆動される第３タービ
    ンとを有してなる水素燃焼タービンプラントにおいて、
    前記水素燃焼タービンプラントの運転は、前記第１ター
    ビンの入口温度を１６００℃以下の温度として行われ、
    かつ、前記第３タービンの排気蒸気の一部を抽気して前
    記第１タービンの冷却手段を構成したことを特徴とする
    低温型水素燃焼タービン。
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