JP3611596B2 - 水素燃焼タービンシステム - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、水素燃焼タービンシステムに関する。更に詳述すると、本発明は、水素を燃焼させて生成された燃焼ガスによってタービンを駆動し、このタービンを駆動した後の燃焼ガスの熱で発生させて蒸気によってタービンに連結された別のタービンを駆動させるように構成されたブレイトンサイクルとランキンサイクルとを組み合わせた型の水素燃焼タービンシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
水素燃焼タービンシステムは、水素を燃焼して生成された高温の水蒸気を利用したCO2 排出の無いクリーンな発電サイクルとして注目されている。この水素燃焼タービンシステムとして、従来、種々の方式が提案されているが、そのうちでも例えば図4に示すようなシステムが高効率化を可能にしたものとして知られている。
【0003】
このシステムは、グラーツ工科大によって提案されたもので、ブレイトンサイクルとランキンサイクルとを並列に組み合わせている。即ち、このシステムは、水素と酸素とを燃焼させる水素燃焼器101と、この水素燃焼器101で再加熱された蒸気を導入して駆動される中圧タービン102と、この中圧タービン102の出口蒸気を熱源として給水を過熱して蒸気を生成する熱交換器(蒸気発生器)103と、熱交換器103を通過した中圧タービンの出口蒸気の一部(約2/3)を導入して駆動される低圧タービン104と、低圧タービン104の出口蒸気を復水器107で復水させた給水を熱交換器103で蒸気にして導入し駆動される高圧タービン105と、中圧タービン102の出口蒸気の一部(約1/3)を分岐させてこれを昇圧させるコンプレッサ106とを備え、蒸気の全量を復水せずに一部の蒸気(1/3)を圧縮して再使用するようにしている。尚、符号108は発電機を示している。このサイクルの場合、図5に示すようなT−S線図が得られた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図4のサイクルは蒸気量が不足するため、蒸気の全量を復水せずに一部をコンプレッサ106で昇圧させて使用しなければならないことから、酸素製造動力等の他に所内動力を必要とする。
【0005】
また、コンプレッサ106で蒸気の一部を加圧して再使用するため、コンプレッサ106での結露を防止しなければならないことから負荷変化に弱い欠点がある。
【0006】
更に、提案サイクルによれば、ブレイトンサイクルとランキンサイクルとを組み合わせることにより中圧蒸気に超高温蒸気を使用し、ボトミングサイクルであるランキンサイクルの効率を高くすることによって熱効率を上げるようにしたものであることから、圧力及び温度が高いという問題を有している。例えば、中圧タービン102に49kg/cm2 A、1200℃の高温の蒸気を無冷却で使用しなければならず、更に圧力比13.42、吐出圧51kg/cm2 Aの蒸気圧縮機を使用しなければならないため、実現性に問題がある。
【0007】
本発明は、中圧蒸気の温度を下げ超高温タービンの入口蒸気温度を上げることによって、実現性を高めたサイクルを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明は、純酸素と水素を当量燃焼させた熱で蒸気を発生させ、該蒸気を複数段のタービンに順次導入してこれらを駆動し、最終段のタービンの出口蒸気を全量復水させて前記純酸素と水素の当量燃焼で発生した水分を系外へ排出してから再び給水する水素燃焼タービンシステムにおいて、高圧タービンと低圧タービンとの間に少なくとも2段以上の中圧タービンを設けると共に各中圧タービンに純酸素と水素を当量燃焼させて前段のタービンの出口蒸気を再加熱する水素燃焼器をそれぞれ設ける一方、前記各中圧タービンの出口蒸気を熱源として前記各熱交換器で給水の一部を加熱して蒸気を発生させ、その発生蒸気の全量を高圧タービンに導入すると共に前記高圧タービンの出口蒸気を上流側の前記水素燃焼器に導入して再加熱すると共に上流側の中圧タービンに導入してこれを駆動し、更に該上流側の中圧タービンの出口蒸気を下流側の前記熱交換器の熱源とした後に下流側の前記水素燃焼器で再加熱してから下流側の中圧タービンに導入してこれを駆動し、かつ該下流側の中圧タービンの出口蒸気を下流側の前記熱交換器の熱源として利用してから前記低圧タービンに導入してこれを駆動するようにしている。
【0009】
また、本発明の水素燃焼タービンシステムは、上流側の熱交換器を通過して中圧タービンの出口蒸気を熱源として蒸発した蒸気を導入し、上流側の水素燃焼器で再加熱された蒸気を熱源として過熱する過熱器を上流側の水素燃焼器と中圧タービンとの間に設置するようにしている。
【0010】
【作用】
高圧タービンと低圧タービンの他に少なくとも2段以上設置された中圧タービンの各入口蒸気は水素と純酸素とを当量燃焼させる水素燃焼器によってそれぞれ再加熱され、各中圧タービンへの入口蒸気温度を高くして熱効率を上げる。しかも、給水は、上流側の中圧タービンの出口蒸気を熱源とする熱交換器と下流側の中圧タービンの出口蒸気を熱源とする熱交換器とでそれぞれ比較的高温の蒸気の熱で加熱され蒸気とされる。したがって、サイクル全体で必要とする蒸気量を全量復水させることができ、蒸気の一部を圧縮するコンプレッサなどを必要としない。しかも、高温となる純酸素と水素との燃焼によって発生する高温の蒸気が前段のタービンの出口蒸気によってタービン翼が耐える温度まで希釈される。
【0011】
また、請求項2の発明の場合、上流側の水素燃焼器で再加熱された蒸気を過熱器で高圧タービンの入口蒸気の過熱の熱源として利用した後にその温度を上流側の中圧タービンの入口蒸気温度として好適な温度まで下げることができる。
【0012】
【実施例】
以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。
【0013】
図1に本発明の水素燃焼タービンシステムの一実施例を示す。この水素燃焼タービンシステムは、発電機14を駆動する高圧タービン9と低圧タービン8及び中高圧と中低圧との少なくとも2段の中圧タービン1,2が同軸上に設置され、各タービン9,1,2,8に順次蒸気を通すことによって回転駆動させ発電機14に回転を与えるようにしている。
【0014】
中高圧タービン1と中低圧タービン2の上流側(タービン入口側)には、純酸素で水素を当量燃焼させて前段のタービンの出口蒸気を再加熱する高圧水素燃焼器3と低圧水素燃焼器4とがそれぞれ設けられている。本実施例の場合、高圧タービン9の出口蒸気と中高圧タービン1を出て熱交換器6で熱利用された後の蒸気を再加熱するように設けられている。また、中高圧タービン1と中低圧タービン2の下流側(タービン出口側)には、各タービン1,2から出た蒸気を熱源として給水を蒸発させて蒸気とする熱交換器6,7が設けられている。即ち、高圧水素燃焼器3と低圧水素燃焼器4との再加熱によって高温にされた中高圧タービン1と中低圧タービン2の出口蒸気によって給水を蒸発させ蒸気を得るようにしている。
【0015】
中低圧タービン2の下流の熱交換器7で給水を蒸発させるのに利用された後の蒸気は、最下段の低圧タービン8に導入されてこれを駆動する。また、低圧タービン8で使用された蒸気は、給水予熱器11及び脱気器12で使用するために抽気される分を除いてほぼ全量が復水器10で復水される。そして、水素と酸素との燃焼で発生した水分を系外へ排出した残りを再び給水として循環させるように設けられている。
【0016】
また、中高圧タービン1と高圧水素燃焼器3との間には熱交換器6で蒸発した蒸気を高圧水素燃焼器3からの蒸気を熱源として過熱する過熱器5が配置されている。そして、この過熱器5と熱交換器7とは高圧タービン9に連結されて発生蒸気の全量がそのまま高圧タービン9に導入されるように設けられている。
【0017】
以上のように構成された水素燃焼タービンシステムによれば、次のように作動する。
【0018】
給水ポンプ13によって供給される給水は、中低圧タービン2から排出される蒸気を熱源とする熱交換器7と中高圧タービン1の出口蒸気を熱源とする熱交換器6に例えばほぼ半分ずつに分けて供給され、中高圧タービン1および中低圧タービン2の出口蒸気の熱を利用してそれぞれ蒸気とされる。このうち熱交換器6で発生した蒸気は更に高圧水素燃焼器3から吐出される高温・高圧の蒸気を熱源とする過熱器5に導入されて過熱される。そして、熱交換器6および7で得られた蒸気は合流してからそのまま高圧タービン9に導入されこれを駆動する。
【0019】
次いで、高圧タービン9から排出される蒸気は高圧水素燃焼器3に導入されて再加熱される。この高圧水素燃焼器3では純酸素と水素とを当量燃焼させて熱を得る。したがって、燃焼熱は非常に高温となるが、高圧タービン9の出口蒸気によって希釈され、中高圧タービン1の入口蒸気温度よりも僅かに高い温度例えば800℃程度にまで下げられる。そして、再加熱された蒸気は過熱器5での熱交換器6からの蒸気の過熱の熱源として利用され、その温度を中高圧タービン1の入口蒸気温度として好適な600℃程度まで下げる。そして、中高圧タービン1に蒸気の全量が導入されてこれを駆動する。尚、高圧水素燃焼器3における水素と酸素の燃焼では、高温・高圧の蒸気が発生し、CO2 の発生がない。
【0020】
中高圧タービン1から排出される蒸気は熱交換器6の熱源として利用され給水を蒸発させる。そして、低圧水素燃焼器4に導入されて純酸素と水素との当量燃焼によって再加熱され、昇温される。再加熱された蒸気は中低圧タービン2に導入されこれを駆動する。このとき、熱交換器6を通過した後の蒸気の一部はバイパス15を通って低温のままタービン翼の冷却用蒸気として中低圧タービン2に導入される。
【0021】
中低圧タービン2を駆動した後の蒸気は熱交換器7へ導入されて給水の一部を蒸発させる熱源として使用された後、低圧タービン8へ導入されてこれを駆動する。中低圧タービン2を駆動した後の蒸気は復水器10で全量が復水された後、高圧水素燃焼器3及び低圧水素燃焼器4での燃焼によって発生した水分を系外へ排出する。また、低圧タービン8を駆動する蒸気の一部が抽気され、給水予熱器11の熱源として使用される。これら給水予熱器11で使用された蒸気は水となって給水系あるいは復水器10へ還流される。復水された水は脱気器12において脱気され、給水ポンプ13で循環・給水される。
【0022】
この結果、図3に示すようなT−S線図が得られる。
【0023】
尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、中高圧タービン1のタービン翼が高い入口蒸気温度に耐えることができるものである場合、図2に示すように、高圧水素燃焼器3で再加熱された蒸気を冷却せずに高温のまま中高圧タービン1に導入し、中高圧タービン2を駆動するようにしても良い。このとき、中高圧タービン1の出口蒸気によって蒸気にされる給水の一部は、蒸気にされた後そのまま過熱されずに高圧タービン9へ導入されるように設けられている。この場合、中高圧タービン1への入口蒸気温度が実施例1のものより高くなるため、熱効率がより高くなる。
【0024】
また、本実施例では、中圧タービンとしては中高圧タービン1と中低圧タービン2との2段が設置されているが、これに特に限定されず、3段以上の中圧タービンを設けてそれぞれに前段のタービンの出口蒸気を水素と酸素の当量燃焼で再加熱する水素燃焼器と各中圧タービンの出口蒸気の熱を利用して蒸気を発生させる熱交換器とを設けるようにしても良い。
【0025】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明の水素燃焼タービンシステムは、高圧タービンと低圧タービンの他に少なくとも2段以上の中圧タービンを設け、かつ各中圧タービンの入口蒸気を水素と純酸素とを当量燃焼させる水素燃焼器によってそれぞれ再加熱するようにしているので、サイクル全体で必要とする蒸気量を全量復水させることができ、蒸気の一部を圧縮するコンプレッサなどを必要としないし、各中圧タービンの入口蒸気温度を高くして熱効率を上げることができる。
【0026】
しかも、高温となる純酸素と水素との燃焼によって発生する高温の蒸気が前段のタービンから排出される蒸気によってタービン翼が耐える温度まで希釈されるので、水素燃焼タービンシステムの実用化が容易である。
【0027】
また、請求項2の発明の場合、上流側の水素燃焼器で再加熱された蒸気を過熱器で高圧タービンの入口蒸気の過熱の熱源として利用した後にその温度を上流側の中圧タービンの入口蒸気温度として好適な温度まで下げることができるようにしているので、現在実用化されている中圧タービンを使用しても過熱器で使用する熱分だけ熱効率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の水素燃焼タービンシステムの一実施例を示すサイクル構成図である。
【図2】本発明の水素燃焼タービンシステムの他の実施例を示すサイクル構成図である。
【図3】図1の実施例に係る水素燃焼タービンシステムのT−S線図である。
【図4】従来の水素燃焼タービンシステムの一実施例を示すサイクル構成図である。
【図5】図4の実施例に係る水素燃焼タービンシステムのT−S線図である。
【符号の説明】
1 中高圧タービン(上流側の中圧タービン)
2 中低圧タービン(下流側の中圧タービン)
3 高圧水素燃焼器(上流側の水素燃焼器)
4 低圧水素燃焼器(下流側の水素燃焼器)
6,7 熱交換器
8 低圧タービン
9 高圧タービン
10 復水器
13 給水ポンプ
14 発電機
【産業上の利用分野】
本発明は、水素燃焼タービンシステムに関する。更に詳述すると、本発明は、水素を燃焼させて生成された燃焼ガスによってタービンを駆動し、このタービンを駆動した後の燃焼ガスの熱で発生させて蒸気によってタービンに連結された別のタービンを駆動させるように構成されたブレイトンサイクルとランキンサイクルとを組み合わせた型の水素燃焼タービンシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
水素燃焼タービンシステムは、水素を燃焼して生成された高温の水蒸気を利用したCO2 排出の無いクリーンな発電サイクルとして注目されている。この水素燃焼タービンシステムとして、従来、種々の方式が提案されているが、そのうちでも例えば図4に示すようなシステムが高効率化を可能にしたものとして知られている。
【0003】
このシステムは、グラーツ工科大によって提案されたもので、ブレイトンサイクルとランキンサイクルとを並列に組み合わせている。即ち、このシステムは、水素と酸素とを燃焼させる水素燃焼器101と、この水素燃焼器101で再加熱された蒸気を導入して駆動される中圧タービン102と、この中圧タービン102の出口蒸気を熱源として給水を過熱して蒸気を生成する熱交換器(蒸気発生器)103と、熱交換器103を通過した中圧タービンの出口蒸気の一部(約2/3)を導入して駆動される低圧タービン104と、低圧タービン104の出口蒸気を復水器107で復水させた給水を熱交換器103で蒸気にして導入し駆動される高圧タービン105と、中圧タービン102の出口蒸気の一部(約1/3)を分岐させてこれを昇圧させるコンプレッサ106とを備え、蒸気の全量を復水せずに一部の蒸気(1/3)を圧縮して再使用するようにしている。尚、符号108は発電機を示している。このサイクルの場合、図5に示すようなT−S線図が得られた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図4のサイクルは蒸気量が不足するため、蒸気の全量を復水せずに一部をコンプレッサ106で昇圧させて使用しなければならないことから、酸素製造動力等の他に所内動力を必要とする。
【0005】
また、コンプレッサ106で蒸気の一部を加圧して再使用するため、コンプレッサ106での結露を防止しなければならないことから負荷変化に弱い欠点がある。
【0006】
更に、提案サイクルによれば、ブレイトンサイクルとランキンサイクルとを組み合わせることにより中圧蒸気に超高温蒸気を使用し、ボトミングサイクルであるランキンサイクルの効率を高くすることによって熱効率を上げるようにしたものであることから、圧力及び温度が高いという問題を有している。例えば、中圧タービン102に49kg/cm2 A、1200℃の高温の蒸気を無冷却で使用しなければならず、更に圧力比13.42、吐出圧51kg/cm2 Aの蒸気圧縮機を使用しなければならないため、実現性に問題がある。
【0007】
本発明は、中圧蒸気の温度を下げ超高温タービンの入口蒸気温度を上げることによって、実現性を高めたサイクルを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明は、純酸素と水素を当量燃焼させた熱で蒸気を発生させ、該蒸気を複数段のタービンに順次導入してこれらを駆動し、最終段のタービンの出口蒸気を全量復水させて前記純酸素と水素の当量燃焼で発生した水分を系外へ排出してから再び給水する水素燃焼タービンシステムにおいて、高圧タービンと低圧タービンとの間に少なくとも2段以上の中圧タービンを設けると共に各中圧タービンに純酸素と水素を当量燃焼させて前段のタービンの出口蒸気を再加熱する水素燃焼器をそれぞれ設ける一方、前記各中圧タービンの出口蒸気を熱源として前記各熱交換器で給水の一部を加熱して蒸気を発生させ、その発生蒸気の全量を高圧タービンに導入すると共に前記高圧タービンの出口蒸気を上流側の前記水素燃焼器に導入して再加熱すると共に上流側の中圧タービンに導入してこれを駆動し、更に該上流側の中圧タービンの出口蒸気を下流側の前記熱交換器の熱源とした後に下流側の前記水素燃焼器で再加熱してから下流側の中圧タービンに導入してこれを駆動し、かつ該下流側の中圧タービンの出口蒸気を下流側の前記熱交換器の熱源として利用してから前記低圧タービンに導入してこれを駆動するようにしている。
【0009】
また、本発明の水素燃焼タービンシステムは、上流側の熱交換器を通過して中圧タービンの出口蒸気を熱源として蒸発した蒸気を導入し、上流側の水素燃焼器で再加熱された蒸気を熱源として過熱する過熱器を上流側の水素燃焼器と中圧タービンとの間に設置するようにしている。
【0010】
【作用】
高圧タービンと低圧タービンの他に少なくとも2段以上設置された中圧タービンの各入口蒸気は水素と純酸素とを当量燃焼させる水素燃焼器によってそれぞれ再加熱され、各中圧タービンへの入口蒸気温度を高くして熱効率を上げる。しかも、給水は、上流側の中圧タービンの出口蒸気を熱源とする熱交換器と下流側の中圧タービンの出口蒸気を熱源とする熱交換器とでそれぞれ比較的高温の蒸気の熱で加熱され蒸気とされる。したがって、サイクル全体で必要とする蒸気量を全量復水させることができ、蒸気の一部を圧縮するコンプレッサなどを必要としない。しかも、高温となる純酸素と水素との燃焼によって発生する高温の蒸気が前段のタービンの出口蒸気によってタービン翼が耐える温度まで希釈される。
【0011】
また、請求項2の発明の場合、上流側の水素燃焼器で再加熱された蒸気を過熱器で高圧タービンの入口蒸気の過熱の熱源として利用した後にその温度を上流側の中圧タービンの入口蒸気温度として好適な温度まで下げることができる。
【0012】
【実施例】
以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。
【0013】
図1に本発明の水素燃焼タービンシステムの一実施例を示す。この水素燃焼タービンシステムは、発電機14を駆動する高圧タービン9と低圧タービン8及び中高圧と中低圧との少なくとも2段の中圧タービン1,2が同軸上に設置され、各タービン9,1,2,8に順次蒸気を通すことによって回転駆動させ発電機14に回転を与えるようにしている。
【0014】
中高圧タービン1と中低圧タービン2の上流側(タービン入口側)には、純酸素で水素を当量燃焼させて前段のタービンの出口蒸気を再加熱する高圧水素燃焼器3と低圧水素燃焼器4とがそれぞれ設けられている。本実施例の場合、高圧タービン9の出口蒸気と中高圧タービン1を出て熱交換器6で熱利用された後の蒸気を再加熱するように設けられている。また、中高圧タービン1と中低圧タービン2の下流側(タービン出口側)には、各タービン1,2から出た蒸気を熱源として給水を蒸発させて蒸気とする熱交換器6,7が設けられている。即ち、高圧水素燃焼器3と低圧水素燃焼器4との再加熱によって高温にされた中高圧タービン1と中低圧タービン2の出口蒸気によって給水を蒸発させ蒸気を得るようにしている。
【0015】
中低圧タービン2の下流の熱交換器7で給水を蒸発させるのに利用された後の蒸気は、最下段の低圧タービン8に導入されてこれを駆動する。また、低圧タービン8で使用された蒸気は、給水予熱器11及び脱気器12で使用するために抽気される分を除いてほぼ全量が復水器10で復水される。そして、水素と酸素との燃焼で発生した水分を系外へ排出した残りを再び給水として循環させるように設けられている。
【0016】
また、中高圧タービン1と高圧水素燃焼器3との間には熱交換器6で蒸発した蒸気を高圧水素燃焼器3からの蒸気を熱源として過熱する過熱器5が配置されている。そして、この過熱器5と熱交換器7とは高圧タービン9に連結されて発生蒸気の全量がそのまま高圧タービン9に導入されるように設けられている。
【0017】
以上のように構成された水素燃焼タービンシステムによれば、次のように作動する。
【0018】
給水ポンプ13によって供給される給水は、中低圧タービン2から排出される蒸気を熱源とする熱交換器7と中高圧タービン1の出口蒸気を熱源とする熱交換器6に例えばほぼ半分ずつに分けて供給され、中高圧タービン1および中低圧タービン2の出口蒸気の熱を利用してそれぞれ蒸気とされる。このうち熱交換器6で発生した蒸気は更に高圧水素燃焼器3から吐出される高温・高圧の蒸気を熱源とする過熱器5に導入されて過熱される。そして、熱交換器6および7で得られた蒸気は合流してからそのまま高圧タービン9に導入されこれを駆動する。
【0019】
次いで、高圧タービン9から排出される蒸気は高圧水素燃焼器3に導入されて再加熱される。この高圧水素燃焼器3では純酸素と水素とを当量燃焼させて熱を得る。したがって、燃焼熱は非常に高温となるが、高圧タービン9の出口蒸気によって希釈され、中高圧タービン1の入口蒸気温度よりも僅かに高い温度例えば800℃程度にまで下げられる。そして、再加熱された蒸気は過熱器5での熱交換器6からの蒸気の過熱の熱源として利用され、その温度を中高圧タービン1の入口蒸気温度として好適な600℃程度まで下げる。そして、中高圧タービン1に蒸気の全量が導入されてこれを駆動する。尚、高圧水素燃焼器3における水素と酸素の燃焼では、高温・高圧の蒸気が発生し、CO2 の発生がない。
【0020】
中高圧タービン1から排出される蒸気は熱交換器6の熱源として利用され給水を蒸発させる。そして、低圧水素燃焼器4に導入されて純酸素と水素との当量燃焼によって再加熱され、昇温される。再加熱された蒸気は中低圧タービン2に導入されこれを駆動する。このとき、熱交換器6を通過した後の蒸気の一部はバイパス15を通って低温のままタービン翼の冷却用蒸気として中低圧タービン2に導入される。
【0021】
中低圧タービン2を駆動した後の蒸気は熱交換器7へ導入されて給水の一部を蒸発させる熱源として使用された後、低圧タービン8へ導入されてこれを駆動する。中低圧タービン2を駆動した後の蒸気は復水器10で全量が復水された後、高圧水素燃焼器3及び低圧水素燃焼器4での燃焼によって発生した水分を系外へ排出する。また、低圧タービン8を駆動する蒸気の一部が抽気され、給水予熱器11の熱源として使用される。これら給水予熱器11で使用された蒸気は水となって給水系あるいは復水器10へ還流される。復水された水は脱気器12において脱気され、給水ポンプ13で循環・給水される。
【0022】
この結果、図3に示すようなT−S線図が得られる。
【0023】
尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、中高圧タービン1のタービン翼が高い入口蒸気温度に耐えることができるものである場合、図2に示すように、高圧水素燃焼器3で再加熱された蒸気を冷却せずに高温のまま中高圧タービン1に導入し、中高圧タービン2を駆動するようにしても良い。このとき、中高圧タービン1の出口蒸気によって蒸気にされる給水の一部は、蒸気にされた後そのまま過熱されずに高圧タービン9へ導入されるように設けられている。この場合、中高圧タービン1への入口蒸気温度が実施例1のものより高くなるため、熱効率がより高くなる。
【0024】
また、本実施例では、中圧タービンとしては中高圧タービン1と中低圧タービン2との2段が設置されているが、これに特に限定されず、3段以上の中圧タービンを設けてそれぞれに前段のタービンの出口蒸気を水素と酸素の当量燃焼で再加熱する水素燃焼器と各中圧タービンの出口蒸気の熱を利用して蒸気を発生させる熱交換器とを設けるようにしても良い。
【0025】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明の水素燃焼タービンシステムは、高圧タービンと低圧タービンの他に少なくとも2段以上の中圧タービンを設け、かつ各中圧タービンの入口蒸気を水素と純酸素とを当量燃焼させる水素燃焼器によってそれぞれ再加熱するようにしているので、サイクル全体で必要とする蒸気量を全量復水させることができ、蒸気の一部を圧縮するコンプレッサなどを必要としないし、各中圧タービンの入口蒸気温度を高くして熱効率を上げることができる。
【0026】
しかも、高温となる純酸素と水素との燃焼によって発生する高温の蒸気が前段のタービンから排出される蒸気によってタービン翼が耐える温度まで希釈されるので、水素燃焼タービンシステムの実用化が容易である。
【0027】
また、請求項2の発明の場合、上流側の水素燃焼器で再加熱された蒸気を過熱器で高圧タービンの入口蒸気の過熱の熱源として利用した後にその温度を上流側の中圧タービンの入口蒸気温度として好適な温度まで下げることができるようにしているので、現在実用化されている中圧タービンを使用しても過熱器で使用する熱分だけ熱効率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の水素燃焼タービンシステムの一実施例を示すサイクル構成図である。
【図2】本発明の水素燃焼タービンシステムの他の実施例を示すサイクル構成図である。
【図3】図1の実施例に係る水素燃焼タービンシステムのT−S線図である。
【図4】従来の水素燃焼タービンシステムの一実施例を示すサイクル構成図である。
【図5】図4の実施例に係る水素燃焼タービンシステムのT−S線図である。
【符号の説明】
1 中高圧タービン(上流側の中圧タービン)
2 中低圧タービン(下流側の中圧タービン)
3 高圧水素燃焼器(上流側の水素燃焼器)
4 低圧水素燃焼器(下流側の水素燃焼器)
6,7 熱交換器
8 低圧タービン
9 高圧タービン
10 復水器
13 給水ポンプ
14 発電機
Claims (2)
- 純酸素と水素を当量燃焼させた熱で蒸気を発生させ、該蒸気を複数段のタービンに順次導入してこれらを駆動し、最終段のタービンの出口蒸気を全量復水させて前記純酸素と水素の当量燃焼で発生した水分を系外へ排出してから再び給水する水素燃焼タービンシステムにおいて、高圧タービンと低圧タービンとの間に少なくとも2段以上の中圧タービンを設けると共に各中圧タービンに純酸素と水素を当量燃焼させて前段のタービンの出口蒸気を再加熱する水素燃焼器をそれぞれ設ける一方、前記各中圧タービンの出口蒸気を熱源として前記各熱交換器で給水の一部を加熱して蒸気を発生させ、その発生蒸気の全量を高圧タービンに導入すると共に前記高圧タービンの出口蒸気を上流側の前記水素燃焼器に導入して再加熱すると共に上流側の中圧タービンに導入してこれを駆動し、更に該上流側の中圧タービンの出口蒸気を下流側の前記熱交換器の熱源とした後に下流側の前記水素燃焼器で再加熱してから下流側の中圧タービンに導入してこれを駆動し、かつ該下流側の中圧タービンの出口蒸気を下流側の前記熱交換器の熱源として利用してから前記低圧タービンに導入してこれを駆動するようにしたことを特徴とする水素燃焼タービンシステム。
- 前記上流側の熱交換器を通過して中圧タービンの出口蒸気を熱源として蒸発した蒸気を導入し、前記上流側の水素燃焼器で再加熱された蒸気を熱源として過熱する過熱器を前記上流側の水素燃焼器と中圧タービンとの間に設置したことを特徴とする請求項1記載の水素燃焼タービンシステム。
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