JP3059115B2 - 水素燃焼タービンプラント - Google Patents
水素燃焼タービンプラントInfo
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- JP3059115B2 JP3059115B2 JP9107688A JP10768897A JP3059115B2 JP 3059115 B2 JP3059115 B2 JP 3059115B2 JP 9107688 A JP9107688 A JP 9107688A JP 10768897 A JP10768897 A JP 10768897A JP 3059115 B2 JP3059115 B2 JP 3059115B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels
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- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素を燃料とし、
純酸素を酸化剤とする水素燃焼タービンプラントに係
り、特に、多段再熱ランキンサイクルをベースとし、水
素の純酸素燃焼により発生する蒸気をタービンの構成部
品の冷却に利用する水素燃焼タービンプラントに関す
る。
純酸素を酸化剤とする水素燃焼タービンプラントに係
り、特に、多段再熱ランキンサイクルをベースとし、水
素の純酸素燃焼により発生する蒸気をタービンの構成部
品の冷却に利用する水素燃焼タービンプラントに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】最近の火力発電プラントでは、プラント
の高熱効率化，プラントの起動時間短縮化が高く評価さ
れ、ガスタービンに、蒸気タービンプラントおよび排熱
回収ボイラを組み合せたコンバインドサイクル発電プラ
ントが実用機として数多く運転されている。
の高熱効率化，プラントの起動時間短縮化が高く評価さ
れ、ガスタービンに、蒸気タービンプラントおよび排熱
回収ボイラを組み合せたコンバインドサイクル発電プラ
ントが実用機として数多く運転されている。
【０００３】しかし、このコンバインドサイクル発電プ
ラントにおいては、ガスタービンプラントの燃料に、液
化天然ガスや石油（灯油）等の天然資源を使用している
が、何分にもガスタービンプラントの燃料が時間当り数
百トンと多量に消費することを考えると、天然資源の埋
蔵量に限界があり、自ずと代替燃料が必要になってきて
いる。また、天然資源は、クリーンなエネルギと言えど
も、ＮＯｘ，ＣＯ等の有害廃棄物を皆無にすることがで
きず、高出力化が求められている今日、その燃料消費を
考えると、有害廃棄物の極めて少ない代替燃料が必要で
ある。また、各家庭を含めた民生部門での電力消費が依
然として延びている今日、この需要に応えるために、ガ
スタービンプラントよりも高い出力が出せる代替原動機
が必要である。
ラントにおいては、ガスタービンプラントの燃料に、液
化天然ガスや石油（灯油）等の天然資源を使用している
が、何分にもガスタービンプラントの燃料が時間当り数
百トンと多量に消費することを考えると、天然資源の埋
蔵量に限界があり、自ずと代替燃料が必要になってきて
いる。また、天然資源は、クリーンなエネルギと言えど
も、ＮＯｘ，ＣＯ等の有害廃棄物を皆無にすることがで
きず、高出力化が求められている今日、その燃料消費を
考えると、有害廃棄物の極めて少ない代替燃料が必要で
ある。また、各家庭を含めた民生部門での電力消費が依
然として延びている今日、この需要に応えるために、ガ
スタービンプラントよりも高い出力が出せる代替原動機
が必要である。
【０００４】このような社会的ニーズ・シーズに対し、
最近、燃料に水素を用い、また酸化剤に純酸素を用い、
水素の純酸素燃焼により生成される廃棄物をクリーン化
させ、さらに発生する蒸気を超高温化させ、この超高温
蒸気をタービン駆動蒸気にする水素燃焼タービンプラン
トに、蒸気発生器（排熱回収ボイラとしての熱交換器）
を組み合せたコンバインドサイクル発電プラントが公表
され（特開平７−２９３２０７号公報）、商業ベースへ
の実現性を高い期待をもって見守られている。
最近、燃料に水素を用い、また酸化剤に純酸素を用い、
水素の純酸素燃焼により生成される廃棄物をクリーン化
させ、さらに発生する蒸気を超高温化させ、この超高温
蒸気をタービン駆動蒸気にする水素燃焼タービンプラン
トに、蒸気発生器（排熱回収ボイラとしての熱交換器）
を組み合せたコンバインドサイクル発電プラントが公表
され（特開平７−２９３２０７号公報）、商業ベースへ
の実現性を高い期待をもって見守られている。
【０００５】この水素燃焼タービンプラントは、図３に
示すように、高圧タービン１と低圧タービン２との間
に、中高圧タービン３ａと中低圧タービン３ｂを組み合
せた中圧タービン３を備え、中高圧タービン３ａ、中低
圧タービン３ｂのそれぞれに高圧水素燃焼器４ａ、低圧
水素燃焼器４ｂから発生する超高温蒸気（水蒸気）を供
給させるようになっている。
示すように、高圧タービン１と低圧タービン２との間
に、中高圧タービン３ａと中低圧タービン３ｂを組み合
せた中圧タービン３を備え、中高圧タービン３ａ、中低
圧タービン３ｂのそれぞれに高圧水素燃焼器４ａ、低圧
水素燃焼器４ｂから発生する超高温蒸気（水蒸気）を供
給させるようになっている。
【０００６】また、中圧タービン３の中高圧タービン３
ａおよび中低圧タービン３ｂの出口側には、蒸気発生器
としての第１熱交換器（排熱回収ボイラ）５ａ、第２熱
交換器（排熱回収ボイラ）５ｂをそれぞれ備えている。
ａおよび中低圧タービン３ｂの出口側には、蒸気発生器
としての第１熱交換器（排熱回収ボイラ）５ａ、第２熱
交換器（排熱回収ボイラ）５ｂをそれぞれ備えている。
【０００７】第１熱交換器５ａ、第２熱交換器５ｂは、
ともに蒸気タービンプラント６の給水系６ａからの給水
が供給されており、中高圧タービン３ａの排気蒸気およ
び中低圧タービン３ｂの排気蒸気のそれぞれを加熱源に
して、図４に示すように、給水を高温化させている。
ともに蒸気タービンプラント６の給水系６ａからの給水
が供給されており、中高圧タービン３ａの排気蒸気およ
び中低圧タービン３ｂの排気蒸気のそれぞれを加熱源に
して、図４に示すように、給水を高温化させている。
【０００８】また、第１熱交換器５ａは、図３に示すよ
うに、蒸気を過熱器７で再び高温化させ、その高温蒸気
を第２熱交換器５ｂから供給される高温蒸気に合流さ
せ、高圧タービン１に駆動蒸気として供給する一方、低
圧水素燃焼器４ｂにも供給し、再び超高温化させて中低
圧タービン３ｂに供給している。また、第２熱交換器５
ｂは、蒸気を高温化させ、駆動蒸気として低圧タービン
２に供給している。
うに、蒸気を過熱器７で再び高温化させ、その高温蒸気
を第２熱交換器５ｂから供給される高温蒸気に合流さ
せ、高圧タービン１に駆動蒸気として供給する一方、低
圧水素燃焼器４ｂにも供給し、再び超高温化させて中低
圧タービン３ｂに供給している。また、第２熱交換器５
ｂは、蒸気を高温化させ、駆動蒸気として低圧タービン
２に供給している。
【０００９】このように、最近、開示された水素燃焼タ
ービンプラントは、高低圧水素燃焼器４ａ，４ｂを備
え、水素の純酸素燃焼により１７００℃以上の超高温蒸
気を発生させることができるようになっており、この超
高温化に伴って４８万ＫＷ以上の電気出力が出せ、民生
部門の電力需要に応えようとしている。なお、４８万Ｋ
Ｗ以上の電気出力は、この種の単機容量として世界最大
級である。
ービンプラントは、高低圧水素燃焼器４ａ，４ｂを備
え、水素の純酸素燃焼により１７００℃以上の超高温蒸
気を発生させることができるようになっており、この超
高温化に伴って４８万ＫＷ以上の電気出力が出せ、民生
部門の電力需要に応えようとしている。なお、４８万Ｋ
Ｗ以上の電気出力は、この種の単機容量として世界最大
級である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】特開平７−２９３２０
７号公報に開示された水素燃焼タービンプラントは、タ
ービン駆動蒸気が１７００℃以上の超高温になっている
ため、従来の構成機器の一つ一つを見直すと、解決すべ
き課題が数多く含まれており、その一つにタービン構成
部品、例えばタービン静翼、タービン動翼の効果的な冷
却化と、これに関連する冷却蒸気の供給・回収がある。
７号公報に開示された水素燃焼タービンプラントは、タ
ービン駆動蒸気が１７００℃以上の超高温になっている
ため、従来の構成機器の一つ一つを見直すと、解決すべ
き課題が数多く含まれており、その一つにタービン構成
部品、例えばタービン静翼、タービン動翼の効果的な冷
却化と、これに関連する冷却蒸気の供給・回収がある。
【００１１】従来、タービン静翼、タービン動翼等のタ
ービン構成部品は、耐熱材料の開発と冷却技術の進歩に
より高温、例えば１３００℃の燃焼ガス温度でも充分に
対処できるようになっているが、何分にも未だ未経験の
超高温のタービン駆動蒸気を冷却用蒸気として使用する
ものであってみれば、翼内を過不足なく冷却できるかど
うか、一抹の不安がある。
ービン構成部品は、耐熱材料の開発と冷却技術の進歩に
より高温、例えば１３００℃の燃焼ガス温度でも充分に
対処できるようになっているが、何分にも未だ未経験の
超高温のタービン駆動蒸気を冷却用蒸気として使用する
ものであってみれば、翼内を過不足なく冷却できるかど
うか、一抹の不安がある。
【００１２】また、翼内に供給する冷却用蒸気の供給源
を何処に求めるか、あるいは翼内冷却後の冷却用蒸気を
何処に回収させるかは、冷却用蒸気の消費に伴うプラン
ト熱精算の考察およびタービン駆動蒸気が超高温である
こととのバランス等主要な検討項目であり、その供給源
および回収源の選定を誤れば、冷却用蒸気の無駄なエネ
ルギ消費、ひいてはプラント熱効率の低下に繋るおそれ
がある。
を何処に求めるか、あるいは翼内冷却後の冷却用蒸気を
何処に回収させるかは、冷却用蒸気の消費に伴うプラン
ト熱精算の考察およびタービン駆動蒸気が超高温である
こととのバランス等主要な検討項目であり、その供給源
および回収源の選定を誤れば、冷却用蒸気の無駄なエネ
ルギ消費、ひいてはプラント熱効率の低下に繋るおそれ
がある。
【００１３】本発明は、このような検討結果からなされ
たもので、効果的なタービン構成部品の冷却と、適正な
冷却用蒸気の供給源の選定およびその回収の検討を充分
に行った水素燃焼タービンプラントを提供することを目
的とする。
たもので、効果的なタービン構成部品の冷却と、適正な
冷却用蒸気の供給源の選定およびその回収の検討を充分
に行った水素燃焼タービンプラントを提供することを目
的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明に係る水素燃焼タ
ービンプラントは、上述した課題を解決するために、請
求項１に記載したように、高圧タービンと低圧タービン
との間に、中圧タービンを二つに区分けした中高圧ター
ビンと中低圧タービンとを設けるとともに、中高圧ター
ビンへ供給する水蒸気を、水素と純酸素とを当量燃焼さ
せて再加熱する高圧水素燃焼器と、上記中高圧タービン
のタービン排気を上記中低圧タービンへ水蒸気として供
給する際、水素と純酸素とを当量燃焼させて再加熱する
低圧水素燃焼器とを備えた水素燃焼タービンプラントに
おいて、上記中高圧タービンと上記低圧水素燃焼器との
間に高圧熱交換器を設け、高圧熱交換器で給水を加熱し
た蒸気の一部を、上記中高圧タービンの構成部品に冷却
用として供給した後、再び上記高圧熱交換器に戻す冷却
用高圧蒸気供給系と、上記中低圧タービンと上記低圧タ
ービンとの間に低圧熱交換器を設け、低圧熱交換器で給
水を加熱した蒸気の一部を、上記中低圧タービンの構成
部品に冷却用として供給した後、再び上記低圧熱交換器
に戻す冷却用低圧蒸気供給系とを備えたものである。
ービンプラントは、上述した課題を解決するために、請
求項１に記載したように、高圧タービンと低圧タービン
との間に、中圧タービンを二つに区分けした中高圧ター
ビンと中低圧タービンとを設けるとともに、中高圧ター
ビンへ供給する水蒸気を、水素と純酸素とを当量燃焼さ
せて再加熱する高圧水素燃焼器と、上記中高圧タービン
のタービン排気を上記中低圧タービンへ水蒸気として供
給する際、水素と純酸素とを当量燃焼させて再加熱する
低圧水素燃焼器とを備えた水素燃焼タービンプラントに
おいて、上記中高圧タービンと上記低圧水素燃焼器との
間に高圧熱交換器を設け、高圧熱交換器で給水を加熱し
た蒸気の一部を、上記中高圧タービンの構成部品に冷却
用として供給した後、再び上記高圧熱交換器に戻す冷却
用高圧蒸気供給系と、上記中低圧タービンと上記低圧タ
ービンとの間に低圧熱交換器を設け、低圧熱交換器で給
水を加熱した蒸気の一部を、上記中低圧タービンの構成
部品に冷却用として供給した後、再び上記低圧熱交換器
に戻す冷却用低圧蒸気供給系とを備えたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る水素燃焼ター
ビンプラントの一実施形態を図面を参照して説明する。
ビンプラントの一実施形態を図面を参照して説明する。
【００１６】図１は、エネルギ供給プラントとして本発
明に係る水素燃焼タービンプラントを発電プラントに適
用した系統図を示す。
明に係る水素燃焼タービンプラントを発電プラントに適
用した系統図を示す。
【００１７】この水素燃焼タービンプラント１０は、高
圧タービン１１と低圧タービン１２との間に中高圧ター
ビン１３ａと中低圧タービン１３ｂからなる２段の中圧
タービン１３が設けられる。
圧タービン１１と低圧タービン１２との間に中高圧ター
ビン１３ａと中低圧タービン１３ｂからなる２段の中圧
タービン１３が設けられる。
【００１８】中圧タービン１３を構成する中高圧タービ
ン１３ａおよび中低圧タービン１３ｂのタービン入口側
に高圧水素燃焼器１５および低圧水素燃焼器１６がそれ
ぞれ設置される。各水素燃焼器１５，１６は水素と純酸
素とを当量燃焼させ、例えば１７００℃程度あるいはそ
れ以上の超高温蒸気を中高圧タービン１３ａあるいは中
低圧タービン１３ｂに供給するようになっている。
ン１３ａおよび中低圧タービン１３ｂのタービン入口側
に高圧水素燃焼器１５および低圧水素燃焼器１６がそれ
ぞれ設置される。各水素燃焼器１５，１６は水素と純酸
素とを当量燃焼させ、例えば１７００℃程度あるいはそ
れ以上の超高温蒸気を中高圧タービン１３ａあるいは中
低圧タービン１３ｂに供給するようになっている。
【００１９】また、中高圧タービン１３ａおよび中低圧
タービン１３ｂのタービン排気側に、高温のタービン排
気の排熱を熱回収する高圧熱交換器１７および低圧熱交
換器１８がそれぞれ設置される。
タービン１３ｂのタービン排気側に、高温のタービン排
気の排熱を熱回収する高圧熱交換器１７および低圧熱交
換器１８がそれぞれ設置される。
【００２０】高圧熱交換器１７は、中高圧タービン１３
ａの排気を加熱源として復水給水系１９からの給水を加
熱して蒸気を発生させ、その蒸気を中高圧タービン１３
ａの構成部品、例えばタービン静翼、タービン動翼等に
冷却用として供給する冷却用高圧蒸気供給系１７ａを備
えている。
ａの排気を加熱源として復水給水系１９からの給水を加
熱して蒸気を発生させ、その蒸気を中高圧タービン１３
ａの構成部品、例えばタービン静翼、タービン動翼等に
冷却用として供給する冷却用高圧蒸気供給系１７ａを備
えている。
【００２１】また、低圧熱交換器１８は、中低圧タービ
ン１３ｂの排気を加熱源として復水給水系１９からの給
水を加熱して蒸気を発生させ、その蒸気を中低圧タービ
ン１３ｂの構成部品、例えばタービン静翼、タービン動
翼等に冷却用として供給する冷却用低圧蒸気供給系１８
ａを備えている。
ン１３ｂの排気を加熱源として復水給水系１９からの給
水を加熱して蒸気を発生させ、その蒸気を中低圧タービ
ン１３ｂの構成部品、例えばタービン静翼、タービン動
翼等に冷却用として供給する冷却用低圧蒸気供給系１８
ａを備えている。
【００２２】この水素燃焼タービンプラント１０は、発
電プラントとして機能し、高圧タービン１１、各中圧タ
ービン１３および低圧タービン１２を駆動させることに
より、各タービン１１，１２，１３が仕事をし、発電機
２０を回転駆動させ、電気出力を得るようにするととも
に、中圧タービン１３を構成する中高圧タービン１３ａ
および中低圧タービン１３ｂのそれぞれの構成部品の冷
却化に対処できるようになっている。
電プラントとして機能し、高圧タービン１１、各中圧タ
ービン１３および低圧タービン１２を駆動させることに
より、各タービン１１，１２，１３が仕事をし、発電機
２０を回転駆動させ、電気出力を得るようにするととも
に、中圧タービン１３を構成する中高圧タービン１３ａ
および中低圧タービン１３ｂのそれぞれの構成部品の冷
却化に対処できるようになっている。
【００２３】また、低圧タービン１２で仕事をし、膨張
した蒸気は、続いて復水器２１に案内され、ここで冷却
され、凝縮作用を受けて復水となる。この復水は復水ポ
ンプ２２により復水給水系１９に案内される。一部の復
水は必要に応じて系外に排出される。
した蒸気は、続いて復水器２１に案内され、ここで冷却
され、凝縮作用を受けて復水となる。この復水は復水ポ
ンプ２２により復水給水系１９に案内される。一部の復
水は必要に応じて系外に排出される。
【００２４】一方、復水給水系１９には多段式の低圧給
水加熱器２３、脱気器２４、中圧給水加熱器２５および
高圧給水加熱器２６が順次設置される。復水給水系１９
を通る復水（給水）は低圧給水加熱器２３、中圧給水加
熱器２５および高圧給水加熱器２６で、それぞれ順次加
熱され、段階的に温度上昇する。給水の加熱蒸気は低圧
タービン１２や中圧タービン１３からのタービン抽気で
ある。一方、復水給水系１９を通る復水や給水は復水ポ
ンプ２２および多段の給水ポンプ２８，２９によりポン
プアップされ、加圧される。
水加熱器２３、脱気器２４、中圧給水加熱器２５および
高圧給水加熱器２６が順次設置される。復水給水系１９
を通る復水（給水）は低圧給水加熱器２３、中圧給水加
熱器２５および高圧給水加熱器２６で、それぞれ順次加
熱され、段階的に温度上昇する。給水の加熱蒸気は低圧
タービン１２や中圧タービン１３からのタービン抽気で
ある。一方、復水給水系１９を通る復水や給水は復水ポ
ンプ２２および多段の給水ポンプ２８，２９によりポン
プアップされ、加圧される。
【００２５】なお、この復水給水系１９では復水（給
水）を低圧、中圧および高圧の給水加熱器で多段に加熱
する例を示したが、給水を多段加熱する際、中圧給水加
熱器２５やこの加熱器に給水を送り込む給水ポンプ２８
は必ずしも必要としない。
水）を低圧、中圧および高圧の給水加熱器で多段に加熱
する例を示したが、給水を多段加熱する際、中圧給水加
熱器２５やこの加熱器に給水を送り込む給水ポンプ２８
は必ずしも必要としない。
【００２６】復水給水系１９の各給水加熱器２３，２
５，２６で多段加熱された高温（例えば３５０℃程度）
で高圧（例えば３５０ａｔａ〜５００ａｔａ）の給水
は、排熱回収ボイラ１７に送られ、この排熱回収ボイラ
１７にて中高圧タービン１３ａで膨張したタービン排気
（例えば圧力１９ａｔａ、温度１２５０℃程度）と熱交
換し、より高温・高圧の高圧タービン駆動用蒸気が生成
される。この蒸気は高圧タービン１１の入口側に戻さ
れ、２段再熱ランキンサイクルが構成される。従来の水
素燃焼タービンプラントで用いられた過熱器は不要とな
る。
５，２６で多段加熱された高温（例えば３５０℃程度）
で高圧（例えば３５０ａｔａ〜５００ａｔａ）の給水
は、排熱回収ボイラ１７に送られ、この排熱回収ボイラ
１７にて中高圧タービン１３ａで膨張したタービン排気
（例えば圧力１９ａｔａ、温度１２５０℃程度）と熱交
換し、より高温・高圧の高圧タービン駆動用蒸気が生成
される。この蒸気は高圧タービン１１の入口側に戻さ
れ、２段再熱ランキンサイクルが構成される。従来の水
素燃焼タービンプラントで用いられた過熱器は不要とな
る。
【００２７】次に、水素燃焼タービンプラントの作用を
説明する。
説明する。
【００２８】この水素燃焼タービンプラント１０は、図
２で示すＴ−Ｓ線図に基づいて運転される。復水給水系
１９を通る給水は、給水加熱器２３，２５，２６により
多段加熱され、高温高圧（例えば３５０℃、３７０ａｔ
ａ程度）となり、この給水は続いて高圧熱交換器１７で
中高圧タービン１３ａからのタービン排気により過熱さ
れ、過熱蒸気となる。その際、過熱途中の一部の蒸気
は、冷却用の蒸気として冷却用高圧蒸気供給系１７ａを
介して中高圧タービン１３ａの構成部品に供給され、そ
の構成部品を冷却後、中高圧タービン１３ａの駆動蒸気
に合流させるか、あるいは再び高圧熱交換器１７に戻す
かのいずれかが選択される。この選択は、計画時の熱精
算から決定される。高圧熱交換器１７を出た加熱蒸気
は、例えば６５０℃、８５０ａｔａ程度の高圧タービン
駆動用蒸気となって高圧タービン１１に供給され、この
高圧タービン１１を駆動する。
２で示すＴ−Ｓ線図に基づいて運転される。復水給水系
１９を通る給水は、給水加熱器２３，２５，２６により
多段加熱され、高温高圧（例えば３５０℃、３７０ａｔ
ａ程度）となり、この給水は続いて高圧熱交換器１７で
中高圧タービン１３ａからのタービン排気により過熱さ
れ、過熱蒸気となる。その際、過熱途中の一部の蒸気
は、冷却用の蒸気として冷却用高圧蒸気供給系１７ａを
介して中高圧タービン１３ａの構成部品に供給され、そ
の構成部品を冷却後、中高圧タービン１３ａの駆動蒸気
に合流させるか、あるいは再び高圧熱交換器１７に戻す
かのいずれかが選択される。この選択は、計画時の熱精
算から決定される。高圧熱交換器１７を出た加熱蒸気
は、例えば６５０℃、８５０ａｔａ程度の高圧タービン
駆動用蒸気となって高圧タービン１１に供給され、この
高圧タービン１１を駆動する。
【００２９】高圧タービン１１で膨張し、仕事をしたタ
ービン排気は、例えば３８５℃、７５ａｔａ程度の排気
蒸気となって高圧水素燃焼器１５に供給される。このタ
ービン排気は高圧水素燃焼器１５で水素と純酸素との当
量燃焼により温度上昇し、例えば１６００℃〜１７００
℃程度、７０ａｔａ程度の超高温蒸気となって中圧ター
ビン１３の中高圧タービン１３ａに導かれ、この中高圧
タービン１３ａを超高温蒸気で駆動させる。
ービン排気は、例えば３８５℃、７５ａｔａ程度の排気
蒸気となって高圧水素燃焼器１５に供給される。このタ
ービン排気は高圧水素燃焼器１５で水素と純酸素との当
量燃焼により温度上昇し、例えば１６００℃〜１７００
℃程度、７０ａｔａ程度の超高温蒸気となって中圧ター
ビン１３の中高圧タービン１３ａに導かれ、この中高圧
タービン１３ａを超高温蒸気で駆動させる。
【００３０】中高圧タービン１３ａで膨張し、仕事をし
た蒸気は、例えば１２５０°、１９ａｔａ程度のタービ
ン排気となって高圧熱交換器１７に案内され、ここで上
述復水給水系１９からの給水を加熱して中高圧タービン
１３ａの構成部品の冷却用としての蒸気を生成する。給
水の加熱により温度降下したタービン排気は、例えば６
００°程度の蒸気となって低圧水素燃焼器１６に案内さ
れ、ここで水素と純酸素の当量燃焼により、例えば１７
ａｔａ，１７００°以上に再加熱され、過熱蒸気として
中低圧タービン１３ｂに供給され、中低圧タービン１３
ｂを駆動させる。
た蒸気は、例えば１２５０°、１９ａｔａ程度のタービ
ン排気となって高圧熱交換器１７に案内され、ここで上
述復水給水系１９からの給水を加熱して中高圧タービン
１３ａの構成部品の冷却用としての蒸気を生成する。給
水の加熱により温度降下したタービン排気は、例えば６
００°程度の蒸気となって低圧水素燃焼器１６に案内さ
れ、ここで水素と純酸素の当量燃焼により、例えば１７
ａｔａ，１７００°以上に再加熱され、過熱蒸気として
中低圧タービン１３ｂに供給され、中低圧タービン１３
ｂを駆動させる。
【００３１】中低圧タービン１３ｂで仕事をしたタービ
ン排気は、例えば１．１ａｔａ、１０００°程度になっ
て低圧熱交換器１８に案内され、ここで復水給水系１９
からの給水を加熱させる。タービン排気により加熱され
る復水給水系１９からの給水に基づく蒸気は、その一部
を冷却用低圧蒸気供給系１８ａを介して中低圧タービン
１３ｂの構成部品を冷却し、冷却後、中低圧タービン１
３ｂの駆動蒸気に合流させるか、あるいは再び低圧熱交
換器１８に戻されるかのいずれかが選択される。この選
択は、計画時の熱精算により決定される。
ン排気は、例えば１．１ａｔａ、１０００°程度になっ
て低圧熱交換器１８に案内され、ここで復水給水系１９
からの給水を加熱させる。タービン排気により加熱され
る復水給水系１９からの給水に基づく蒸気は、その一部
を冷却用低圧蒸気供給系１８ａを介して中低圧タービン
１３ｂの構成部品を冷却し、冷却後、中低圧タービン１
３ｂの駆動蒸気に合流させるか、あるいは再び低圧熱交
換器１８に戻されるかのいずれかが選択される。この選
択は、計画時の熱精算により決定される。
【００３２】中低圧タービン１３ｂのタービン排気によ
り過熱された復水給水系１９からの給水に基づく過熱蒸
気は、上述高圧熱交換器１７からの過熱蒸気と合流し、
その合流過熱蒸気で高圧タービン１１を駆動させる。
り過熱された復水給水系１９からの給水に基づく過熱蒸
気は、上述高圧熱交換器１７からの過熱蒸気と合流し、
その合流過熱蒸気で高圧タービン１１を駆動させる。
【００３３】また、復水給水系１９からの給水の加熱に
より昇温降下した中低圧タービン１３ｂからのタービン
排気は、低圧タービン１２に案内され、ここで再び膨張
仕事をさせる。各タービン１１，１２，１３の駆動によ
り発電機２０が回転駆動され、電気出力が得られる。低
圧タービン１２で仕事をした蒸気は、温度が１００°以
下、例えば５８℃でほぼ大気圧となって復水器２１に案
内され、この復水器２１で冷却され、復水となる。
より昇温降下した中低圧タービン１３ｂからのタービン
排気は、低圧タービン１２に案内され、ここで再び膨張
仕事をさせる。各タービン１１，１２，１３の駆動によ
り発電機２０が回転駆動され、電気出力が得られる。低
圧タービン１２で仕事をした蒸気は、温度が１００°以
下、例えば５８℃でほぼ大気圧となって復水器２１に案
内され、この復水器２１で冷却され、復水となる。
【００３４】この復水は、復水給水系１９の各給水加熱
器２３，２５，２６を通る間に多段に加熱されるととも
に、復水ポンプ２２、給水ポンプ２８，２９で加圧さ
れ、高温（３５０℃程度）高圧（３７０ａｔａ程度）と
なって高圧熱交換器１７、低圧熱交換器１８のそれぞれ
に案内される。
器２３，２５，２６を通る間に多段に加熱されるととも
に、復水ポンプ２２、給水ポンプ２８，２９で加圧さ
れ、高温（３５０℃程度）高圧（３７０ａｔａ程度）と
なって高圧熱交換器１７、低圧熱交換器１８のそれぞれ
に案内される。
【００３５】表１は、本実施形態に係る水素燃焼タービ
ンプラントと、ガスタービンプラントに蒸気タービンプ
ラントを組み合せ、ガスタービン燃焼器の燃料に、例え
ばＬＮＧ等の気体燃料を使用する従来のコンバインドサ
イクル発電プラントとを比較したものである。
ンプラントと、ガスタービンプラントに蒸気タービンプ
ラントを組み合せ、ガスタービン燃焼器の燃料に、例え
ばＬＮＧ等の気体燃料を使用する従来のコンバインドサ
イクル発電プラントとを比較したものである。
【００３６】
【表１】
【００３７】本実施形態は、中高圧タービン１３ａの出
口側に高圧熱交換器１７を設ける一方、中低圧タービン
１３ｂの出口側に低圧熱交換器１８を設け、復水給水系
１９からの給水を高圧熱交換器１７および低圧熱交換器
１８のそれぞれに案内し、ここで生成される蒸気の一部
を各タービン１３ａ，１３ｂの構成部品の冷却用として
案内し、その構成部品を冷却後、各タービン１３ａ，１
３ｂの駆動蒸気に合流させるか、あるいは各熱交換器１
７，１８に戻すかのいずれかを選択しているので、各タ
ービン１３ａ，１３ｂの駆動蒸気の超高温化が図られ、
また冷却用の蒸気の適正な温度の選定化と相俟って効果
的な熱回収化が図られる。
口側に高圧熱交換器１７を設ける一方、中低圧タービン
１３ｂの出口側に低圧熱交換器１８を設け、復水給水系
１９からの給水を高圧熱交換器１７および低圧熱交換器
１８のそれぞれに案内し、ここで生成される蒸気の一部
を各タービン１３ａ，１３ｂの構成部品の冷却用として
案内し、その構成部品を冷却後、各タービン１３ａ，１
３ｂの駆動蒸気に合流させるか、あるいは各熱交換器１
７，１８に戻すかのいずれかを選択しているので、各タ
ービン１３ａ，１３ｂの駆動蒸気の超高温化が図られ、
また冷却用の蒸気の適正な温度の選定化と相俟って効果
的な熱回収化が図られる。
【００３８】したがって、表１からも認められるよう
に、本実施形態では、従来に較べプラント熱高率を大幅
に向上させることができる。
に、本実施形態では、従来に較べプラント熱高率を大幅
に向上させることができる。
【００３９】
【発明の効果】以上の説明の通り、本発明に係る水素燃
焼タービンプラントは、高圧タービンと低圧タービンと
の間に設けた中高圧タービンおよび中低圧タービンを設
けるとともに、各タービンの排気側に熱交換器を少なく
とも一つ以上を設置し、各熱交換器に復水給水系の給水
を案内し、各タービンの排気を加熱源として、その給水
から蒸気を生成せしめ、その蒸気の一部を各タービンの
構成部品の冷却用に供し、冷却後の蒸気を各タービンの
駆動蒸気に合流させるか、再び各熱交換器に戻すかの選
択を行なったので、各タービンの構成部品の冷却化に伴
う各タービンの駆動蒸気の超高温化、冷却用の蒸気の効
果的な熱回収化を図ることができ、従来に較べプラント
熱効率の大幅な向上を図ることができる。
焼タービンプラントは、高圧タービンと低圧タービンと
の間に設けた中高圧タービンおよび中低圧タービンを設
けるとともに、各タービンの排気側に熱交換器を少なく
とも一つ以上を設置し、各熱交換器に復水給水系の給水
を案内し、各タービンの排気を加熱源として、その給水
から蒸気を生成せしめ、その蒸気の一部を各タービンの
構成部品の冷却用に供し、冷却後の蒸気を各タービンの
駆動蒸気に合流させるか、再び各熱交換器に戻すかの選
択を行なったので、各タービンの構成部品の冷却化に伴
う各タービンの駆動蒸気の超高温化、冷却用の蒸気の効
果的な熱回収化を図ることができ、従来に較べプラント
熱効率の大幅な向上を図ることができる。
【図１】本発明に係る水素燃焼タービンプラントの実施
形態を示す概略系統図。
形態を示す概略系統図。
【図２】図１に示された水素燃焼タービンプラントに相
当するＴ−Ｓ線図。
当するＴ−Ｓ線図。
【図３】従来の水素燃焼タービンプラントの実施形態を
示す概略系統図。
示す概略系統図。
【図４】図３に示された水素燃焼タービンプラントに相
当するＴ−Ｓ線図。
当するＴ−Ｓ線図。
１ 高圧タービン ２ 低圧タービン ３ 中圧タービン ３ａ 中高圧タービン ３ｂ 中低圧タービン ４ａ 高圧水素燃焼器 ４ｂ 低圧水素燃焼器 ５ａ 第１熱交換器 ５ｂ 第２熱交換器 ６ 蒸気タービンプラント ６ａ 給水系 １０ 水素燃焼タービンプラント １１ 高圧タービン １２ 低圧タービン １３ 中圧タービン １３ａ 中高圧タービン １３ｂ 中低圧タービン １５ 高圧水素燃焼器 １６ 低圧水素燃焼器 １７ 高圧熱交換器 １７ａ 冷却用高圧蒸気供給系 １８ 低圧熱交換器 １８ａ 冷却用低圧蒸気供給系 １９ 復水給水系 ２０ 発電機 ２１ 復水器 ２２ 復水ポンプ ２３ 低圧給水加熱器 ２４ 脱気器 ２５ 中圧給水加熱器 ２６ 高圧給水加熱器 ２８，２９ 給水ポンプ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−293207（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−130204（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−89086（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−273402（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01K 7/22 F01K 25/00 F02B 43/10
Claims (1)
- 【請求項１】高圧タービンと低圧タービンとの間に、中
圧タービンを二つに区分けした中高圧タービンと中低圧
タービンとを設けるとともに、中高圧タービンへ供給す
る水蒸気を、水素と純酸素とを当量燃焼させて再加熱す
る高圧水素燃焼器と、上記中高圧タービンのタービン排
気を上記中低圧タービンへ水蒸気として供給する際、水
素と純酸素とを当量燃焼させて再加熱する低圧水素燃焼
器とを備えた水素燃焼タービンプラントにおいて、上記
中高圧タービンと上記低圧水素燃焼器との間に高圧熱交
換器を設け、高圧熱交換器で給水を加熱した蒸気の一部
を、上記中高圧タービンの構成部品に冷却用として供給
した後、再び上記高圧熱交換器に戻す冷却用高圧蒸気供
給系と、上記中低圧タービンと上記低圧タービンとの間
に低圧熱交換器を設け、低圧熱交換器で給水を加熱した
蒸気の一部を、上記中低圧タービンの構成部品に冷却用
として供給した後、再び上記低圧熱交換器に戻す冷却用
低圧蒸気供給系とを備えたことを特徴とする水素燃焼タ
ービンプラント。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9107688A JP3059115B2 (ja) | 1997-04-24 | 1997-04-24 | 水素燃焼タービンプラント |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9107688A JP3059115B2 (ja) | 1997-04-24 | 1997-04-24 | 水素燃焼タービンプラント |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10299417A JPH10299417A (ja) | 1998-11-10 |
| JP3059115B2 true JP3059115B2 (ja) | 2000-07-04 |
Family
ID=14465455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9107688A Expired - Fee Related JP3059115B2 (ja) | 1997-04-24 | 1997-04-24 | 水素燃焼タービンプラント |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3059115B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6783160B2 (ja) * | 2017-02-03 | 2020-11-11 | 川崎重工業株式会社 | 水素酸素当量燃焼タービンシステム |
-
1997
- 1997-04-24 JP JP9107688A patent/JP3059115B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10299417A (ja) | 1998-11-10 |
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