JPH11294114A - タービンプラント - Google Patents

タービンプラント

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JPH11294114A
JPH11294114A JP9466398A JP9466398A JPH11294114A JP H11294114 A JPH11294114 A JP H11294114A JP 9466398 A JP9466398 A JP 9466398A JP 9466398 A JP9466398 A JP 9466398A JP H11294114 A JPH11294114 A JP H11294114A
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turbine
compressor
temperature
pressure
working fluid
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JP9466398A
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English (en)
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Hideaki Sugishita
秀昭 椙下
Hidetaka Mori
秀隆 森
Ichiro Fukue
一郎 福江
Kazuo Uematsu
一雄 上松
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 メタノール燃料や他の化石燃料を用いるター
ビンプラントに関し、燃料がＯ2 と反応し、ＣＯ2 とＨ
2 Ｏの混合ガスとなり、これを作動流体とする複合発電
プラントの発電効率を高める。 【解決手段】 低圧、高圧圧縮機１ａ，１ｂは作動流体
を圧縮し、燃焼器２に導き、メタノールを燃料としてＯ
2 を加え燃焼させて高温ガスを発生させ、そのガスは高
温タービン３で仕事をし、熱交換器４，５を通り、低圧
圧縮機１ａへ戻り、１部はボトミング系の低圧タービン
７で仕事をする。ボトミング系の復水器９からは加圧ポ
ンプ１０で復水が熱交換器５，４を通り、高温蒸気とな
り高圧タービン６で仕事をしてその排気は燃焼器２へ混
合される。又、中間冷却器１４には、加圧ポンプ１０で
加圧された復水が混入し、高圧圧縮機１ｂの圧縮動力を
低減し、更に、高圧圧縮機１ｂ出口と高圧タービン６出
口から冷却媒体１３を導き、高温タービン３の高温部を
冷却するので発電端効率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、メタノール等の化
石燃料を用いるタービンプラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】図１４は純酸素を酸化剤としてメタンを
燃料とする複合発電設備の従来技術としてグラーツ工科
大学の提案する複合発電設備である。図において、１は
圧縮機であり、作動流体である水蒸気と二酸化炭素の混
合気体を系全体の最適化検討により決まる圧力まで圧縮
する。２は燃焼器であり、燃料であるメタンと当量燃焼
するのに必要な酸素が供給され高温高圧の燃焼ガスを生
じる。このとき、燃焼ガスの成分は二酸化炭素と水蒸気
である。３はタービンであり、高温高圧の燃焼ガスを膨
張させ仕事を得る。４，５は熱交換器であり、４，５の
中間点より抽気された高温タービン３の排気と熱交換す
ることにより、ボトミング系で生じた圧縮水を加温し高
温高圧の蒸気を、発生させることができる。６は高圧タ
ービンであり、４，５の熱交換器で発生した高温高圧の
蒸気を２の燃焼器入口圧力程度まで膨張させて仕事を得
るとともに、膨張後の蒸気を燃焼器２入り口に混入させ
る。４，５の熱交換器を通過した高温ガスは減温されて
１の圧縮機入口に戻る。
【０００３】７は低圧タービンであり、４，５の熱交換
器の中間点より抽気した燃焼ガスを真空近くまで膨張さ
せて仕事を得る。８は二酸化炭素圧縮機（真空ポンプ）
であり、２の燃焼器で生じた二酸化炭素を全量含む混合
気体を大気圧まで圧縮することにより燃焼生成物である
二酸化炭素を系外に放出する。９は復水器であり、８の
二酸化炭素圧縮機（真空ポンプ）により減圧された低圧
タービン７出口気体を海水等と熱交換させて減温するこ
とにより水蒸気を液化する。液化された水は１０の加圧
ポンプにより加圧されて熱交換器４，５に給水され高温
高圧の蒸気となる。燃焼生成物の水蒸気は、復水器９で
液化した水、及び真空ポンプで大気圧まで圧縮する過程
で発生するドレンにより系外に排出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述のように従来の複
合発電設備は、メタン燃料と酸素を用いて二酸化炭素と
水蒸気を成分とする高温燃焼ガスを得ているが、メタノ
ール（ＣＨ3 ＯＨ）や他の化石燃料を燃料として用いる
ことも可能である。しかし、この場合は発電端効率が低
いことが課題であった。
【０００５】そこで本発明では、従来のメタン燃料を使
用した複合発電プラントを改良してメタノール燃料や他
の化石を用いたタービンプラントとし、従来の複合発電
プラントよりも発電端効率を高め、タービンプラントの
信頼性も向上させることを目的としてなされたものであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために次の（１）乃至（１３）の手段を提供す
る。
【０００７】（１）水蒸気と二酸化炭素の混合気体を作
動流体として圧縮する圧縮機と、同圧縮機からの作動流
体に酸素と共にメタノール等の化石燃料を加え燃焼させ
る燃焼器と、同燃焼器からの燃焼ガスを膨張させ仕事を
する高温タービンと、同高温タービンの排気で低圧ター
ビンを駆動して仕事をするボトミング系と、同ボトミン
グ系からの復水を前記高温タービンの排気と熱交換して
高温蒸気とすると共に、その熱交換後の前記排気を前記
圧縮機入口に作動流体として導く熱交換器と、同熱交換
器で加熱されたボトミング系の高温蒸気を膨張させて仕
事をし、膨張後の蒸気を前記燃焼器へ混入する高圧ター
ビンとを備えてなるタービンプラントにおいて、前記圧
縮機は低圧と高圧圧縮機からなり、同低圧と高圧圧縮機
間には中間冷却器を介して作動流体を流す流路を設け、
同中間冷却器には前記ボトミング系からの復水の一部を
加圧して混合させる構成とし、更に、前記高圧圧縮機出
口と前記高圧タービン出口とから作動流体を抽気し、冷
却媒体として前記高温タービンの高温部分に導き冷却す
る高温タービン冷却系統を設けたことを特徴とするター
ビンプラント。
【０００８】本発明の（１）は、低圧圧縮機出口のガス
を減温し、圧縮動力を低減することにより発電効率が向
上し、又高圧圧縮機出口のディスク強度の信頼性が高ま
る。又、燃焼器の入口ガス温度が低減することにより燃
焼器の高温部分の信頼性が高まる。更に、高温タービン
冷却系統により高温タービンの信頼性も向上する。又、
本発明の（１）はメタノール燃料のみならず他の化石燃
料も使用でき、又製鉄プラント等で発生する副生ガス
や、石炭ガス化燃料にも有効である。
【０００９】（２）従来のタービンプラントにおいて、
前記圧縮機出口と前記燃焼器との間には、前記圧縮機出
口ガスを前記高温タービンの排気と熱交換させ、燃焼器
入口ガス温度を上昇させる再生熱交換器を設け、更に、
前記圧縮機出口と前記高圧タービン出口とから作動流体
を抽気し、冷却媒体として前記高温タービンの高温部に
導き冷却する高温タービン冷却系統を設けたことを特徴
とするタービンプラント。
【００１０】本発明の（２）は再生熱交換器により燃焼
器入口ガス温度が上昇し、燃料流量が減少し、発電端効
率が向上する。又、高温タービン冷却系統により高温タ
ービンの高温部が冷却され、信頼性が向上する。又、本
発明はメタノール燃料のみならず他の化石燃料を用いる
ことができ、又、製鉄プラント等で発生する副生ガスや
石炭ガス化燃料にも有効である。
【００１１】（３）上記（２）において、前記圧縮機は
低圧と高圧圧縮機からなり、同低圧と高圧圧縮機間には
中間冷却器を介して作動流体を流す流路を設け、同中間
冷却器には前記ボトミング系からの復水の一部を加圧し
て混合させることを特徴とするタービンプラント。
【００１２】本発明の（３）では、上記（２）の効果に
加え、低圧圧縮機出口のガスを減温し、高圧圧縮機の圧
縮動力を低減することにより発電端効率が向上する。
又、高圧圧縮機出口温度を減少させ、高圧圧縮機出口の
ディスク強度の信頼性が高まる。更に燃焼器の入口ガス
温度の低減により燃焼器の高温部分の信頼性が高まるも
のである。
【００１３】（４）従来のタービンプラントにおいて、
前記熱交換器からのボトミング系の加熱蒸気は高圧ター
ビンを経由せず前記燃焼器へ直接混入されると共に、前
記圧縮機出口と前記熱交換器の高温側ガスを抽気して前
記高温タービンの高温部分に導き、冷却する高温タービ
ン冷却系統を設けたことを特徴とするタービンプラン
ト。
【００１４】本発明の（４）では、高圧タービンが省略
されるので従来よりも建設コストが削減され、高温ター
ビン冷却系統により高温タービンが効果的に冷却される
ので高温タービンの信頼性が向上する。又、本発明の
（４）もメタノール燃料のみならず他の化石燃料を用い
ることができ、又、製鉄プラント等で発生する副生ガス
や石炭ガス化燃料にも有効である。
【００１５】（５）上記（４）において、前記圧縮機は
低圧と高圧圧縮機からなり、同低圧と高圧圧縮機間には
中間冷却器を介して作動流体を流す流路を設け、同中間
冷却器には前記ボトミング系からの復水の一部を加圧し
て混合させることを特徴とするタービンプラント。
【００１６】本発明の（５）では、上記（４）の効果に
加え、低圧圧縮機出口ガスを減温し、高圧圧縮機の圧縮
動力を低減することにより発電端効率が向上する。又、
高圧圧縮機出口温度が減少し、高圧圧縮機出口のディス
ク強度の信頼性が向上し、更に燃焼器の入口ガス温度の
低減により燃焼器の高温部分の信頼性も向上する。
【００１７】（６）従来のタービンプラントにおいて、
前記ボトミング系は低圧タービンのない復水系のみから
なり、同復水系の復水の一部を圧縮機入口へ作動流体と
して導き、前記熱交換器は前記復水系の復水を前記高温
タービンからの排気で熱交換し、その熱交換により生じ
た高温蒸気を高圧タービンを経由せず前記燃焼器へ直接
混入させると共に、同高温タービンの熱交換後の排気は
前記ボトミング系の復水系に導く構成とし、更に前記圧
縮機出口と前記熱交換器の高温ガス側よりそれぞれ冷却
媒体を抽気し、前記高温タービンを冷却する高温タービ
ン冷却系統を設けたことを特徴とするタービンプラン
ト。
【００１８】本発明の（６）では、高圧タービンと低圧
タービンを省略することにより従来よりも建設コストを
削減することができる。又、圧縮機入口温度を低減でき
圧縮機動力を低減し発電端効率が向上する。又、高温タ
ービン冷却系統により高温タービンの高温部が効果的に
冷却され、高温タービンの信頼性が向上する。また、本
発明の（６）もメタノール燃料のみならず他の化石燃料
を用いることができ、又、製鉄プラント等で発生する副
生ガスや石炭ガス化燃料にも有効である。
【００１９】（７）上記（６）において、前記圧縮機は
低圧と高圧圧縮機からなり、同低圧と高圧圧縮機間には
中間冷却器を介して作動流体を流す流路を設け、同中間
冷却器には前記ボトミング系からの復水の一部を加圧し
て混合させることを特徴とするタービンプラント。
【００２０】本発明の（７）では、上記（６）の効果に
加え、低圧圧縮機出口ガスを減温し、高圧圧縮機の圧縮
動力を低減することにより発電端効率が向上する。又、
高圧圧縮機出口温度を減少させ、高圧圧縮機のディスク
強度の信頼性が高まり、更に燃焼器の入口ガス温度の低
減により燃焼器の高温部分の信頼性も高まる。
【００２１】（８）上記（２）において、前記ボトミン
グ系は低圧タービンのない復水系からなり、前記圧縮機
入口には作動流体として前記ボトミング系の復水を導く
ような構成とし、前記熱交換器での熱交換後の前記高温
タービンの排気は前記ボトミング系の復水器へ導かれる
ことを特徴とするタービンプラント。
【００２２】本発明の（８）では、上記の（２）の効果
に加え、低圧タービンが省略されるので、上記（２）の
発明よりは建設コストが削減される。又、圧縮機入口温
度を低減でき圧縮機動力を低減して発電端効率が向上す
る。
【００２３】（９）上記（８）において、前記圧縮機は
低圧と高圧圧縮機からなり、同低圧と高圧圧縮機間には
中間冷却器を介して作動流体を流す流路を設け、同中間
冷却器には前記ボトミング系からの復水の一部を加圧し
て混合させることを特徴とするタービンプラント。
【００２４】本発明の（９）では、上記（８）の効果に
加え、低圧圧縮機出口ガスを減温し、高圧圧縮機の圧縮
動力を低減することにより、発電端効率を向上させる。
又、高圧圧縮機出口温度を減少させ、高圧圧縮機出口の
ディスク強度の信頼性が高まる。更に、燃焼器の入口ガ
ス温度の低減により燃焼器の高温部分の信頼性も高ま
る。
【００２５】（１０）従来のタービンプラントにおい
て、前記ボトミング系は低圧タービンのない復水系とＣ
Ｏ2 圧縮機からなり、同復水系の復水の一部を圧縮機入
口へ作動流体として導き、前記熱交換器は前記復水系の
復水を前記高温タービンからの排気で熱交換し、その熱
交換により生じた高温蒸気を高圧タービンを経由せず前
記燃焼器へ直接混入させると共に、同高温タービンの熱
交換後の排気は前記ボトミング系の復水系に導く構成と
し、更に前記圧縮機出口と前記熱交換器の高温ガス側よ
りそれぞれ冷却媒体を抽気し、前記高温タービンを冷却
する高温タービン冷却系統を設けたことを特徴とするタ
ービンプラント。
【００２６】本発明の（１０）では、高温タービン出口
圧力を減圧し、タービン出口温度を低減することで高温
タービンの最終段動翼のクリープ寿命が増すようにな
り、又、高圧タービンと低圧タービンを省略するので建
設コストを削除することができる。又、高温タービン冷
却系統により高温タービンの高温部を冷却するので高温
タービンの信頼性が高まる。又、圧縮機入口温度を低減
でき圧縮機動力を低減し発電端効率が向上する。又、本
発明の（１０）もメタノール燃料のみならず他の化石燃
料も使用することができ、又、製鉄プラント等で発生す
る副生ガスや石炭ガス化燃料にも有効である。
【００２７】（１１）上記（１０）において、前記圧縮
機は低圧と高圧圧縮機からなり、同低圧と高圧圧縮機間
には中間冷却器を介して作動流体を流す流路を設け、同
中間冷却器には前記ボトミング系からの復水の一部を加
圧して混合させることを特徴とするタービンプラント。
【００２８】本発明の（１１）は、上記（１０）の効果
に加えて、低圧圧縮機出口ガスを減温し、高圧圧縮機の
圧縮動力を低減することにより発電端効率を向上させ
る。又、高圧圧縮機出口温度を減少させ、高圧圧縮機出
口のディスクの強度の信頼性が高まる。更に、燃焼器の
入口ガス温度の低減により燃焼器の高温部分の信頼性も
高まる。
【００２９】（１２）上記（２）において、前記ボトミ
ング系は低圧タービンのない復水系からなり、同復水系
の復水の一部を前記圧縮機の作動流体として導き、前記
熱交換後の高温タービンの排気は前記復水系へ導かれる
ことを特徴とするタービンプラント。
【００３０】本発明の（１２）では、上記（２）の効果
に加え、高温タービン出口圧力を減圧し、タービン出口
温度を低減することで、高温タービンの最終段動翼のク
リープ寿命を増すようになる。又、低圧タービンを省略
することにより建設コストを削除できる。更に、圧縮機
入口温度を低減でき圧縮機動力を低減して発電端効率を
向上できる。
【００３１】（１３）上記（１２）において、前記圧縮
機は低圧と高圧圧縮機からなり、同低圧と高圧圧縮機間
には中間冷却器を介して作動流体を流す流路を設け、同
中間冷却器には前記ボトミング系からの復水の一部を加
圧して混合させることを特徴とするタービンプラント。
【００３２】本発明の（１３）では、上記（１２）の効
果に加え、低圧圧縮機出口ガスを減温し、高圧圧縮機の
圧縮動力を低減することにより発電端効率を向上させ
る。又、高圧圧縮機出口温度を減少させ、高圧圧縮機出
口のディスク強度の信頼性が高まる。更に燃焼器入口ガ
ス温度の低減により燃焼器の高温部分の信頼性も高ま
る。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の第１形態に係る化石燃料を使用したタービンプラン
トの系統図であり、本タービンプラント（ここでは燃料
をメタノールとして説明する。）は、図１４に示す従来
例に中間冷却器１４を追加している。図１４の従来例の
圧縮機１を低圧圧縮機１ａと高圧圧縮機１ｂに分割し、
さらにその途中に中間冷却器１４を追加している。この
中間冷却器１４では、加圧ポンプ１０で低圧圧縮機１ａ
出口圧力と同程度で圧縮した加圧水を混合させることに
より低圧圧縮機１ａ出口のガスを減温し（高圧圧縮機１
ｂ入口ガス温度を減温し）、高圧圧縮機１ｂの圧縮動力
を低減し発電端効率を向上させるとともに、高圧圧縮機
１ｂ出口温度を減少させ、高圧圧縮機１ｂ出口のディス
ク強度の信頼性を高め、更に燃焼器２の入り口ガス温度
の低減により燃焼器２の高温部分の信頼性を高めること
ができる。
【００３４】また、燃焼器２では、メタノール（ＣＨ3
ＯＨ）が、当量燃焼に必要な酸素（Ｏ2 ）とが反応し、
高温の水蒸気（Ｈ2 Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ2 ）の混合
ガスとなる。この反応は以下のようになる。
【００３５】ＣＨ3 ＯＨ＋Ｏ2 →ＣＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ＋発
熱；従って、作動媒体は、図１４に示す従来例と同じ二
酸化炭素（ＣＯ2 ）と水蒸気（Ｈ2 Ｏ）となる。
【００３６】また、高温タービン３の高温部分を冷却す
るために、高圧タービン６の出口と圧縮機１の出口から
冷却媒体１３（水蒸気と二酸化炭素の混合ガス）を抽気
して用いる。
【００３７】ここでは、メタノールを例として説明した
が他の化石燃料を用いることも可能である。また、製鉄
プラント等で発生する副生ガスを燃料とする場合や石炭
ガス化燃料を燃料とする場合でも有効性を持つ。
【００３８】本発明の実施の第１形態によれば、圧縮機
１を上記のように低圧と高圧圧縮機に分割することによ
り低圧圧縮機１ａ出口のガスを減温し（高圧圧縮機１ｂ
入口ガス温度を減温し）、高圧圧縮機１ｂの圧縮動力を
低減することができ、発電端効率を向上させる効果があ
る。また、高圧圧縮機１ｂ出口温度を減少させ、高圧圧
縮機１ｂ出口のディスク強度の信頼性を高める効果があ
る。
【００３９】更に燃焼器２の入り口ガス温度の低減によ
り燃焼器２の高温部分の信頼性を高める効果がある。ま
た、高圧タービン６の出口と圧縮機１の出口から冷却媒
体（水蒸気と二酸化炭素の混合ガス）を抽気することに
より、高温タービン３の高温部分を冷却し、高温タービ
ン３の信頼性を高める効果がある。
【００４０】図２は本発明の実施の第２形態に係るター
ビンプラントの系統図である。本実施の第２形態は再生
熱交換器１５を高温タービン３の下流側に配置し、圧縮
機１の出口ガスと熱交換することにより燃焼器２の入り
口ガス温度を上昇させ、燃料流量を減少させることによ
り発電端効率を向上させるものである。
【００４１】また、実施の第１形態と同様に、高温ター
ビン３の高温部分を冷却するために、高圧タービン６の
出口と圧縮機１の出口から冷却媒体１３（水蒸気と二酸
化炭素の混合ガス）を抽気して用いる。その他の構成は
図１４の従来例と同じである。
【００４２】本実施の第２形態によれば、燃焼器２の入
り口ガス温度を上昇させ、燃料流量を減少させることに
より発電端効率を向上させる効果がある。また、高圧タ
ービン６の出口と圧縮機１の出口から冷却媒体（水蒸気
と二酸化炭素の混合ガス）を抽気することにより、高温
タービン３の高温部分を冷却し、高温タービン３の信頼
性を高める効果がある。
【００４３】図３は本発明の実施の第３形態に係るター
ビンプラントの系統図である。本実施の第３形態は図２
に示す実施の第２形態の圧縮機を低圧圧縮機１ａと高圧
圧縮機１ｂに分割し、さらにその途中に中間冷却器１４
を追加している。この中間冷却器１４では、加圧ポンプ
１０で低圧圧縮機１ａ出口圧力と同程度まで圧縮した加
圧水を混合させることにより低圧圧縮機１ａ出口のガス
を減温し（高圧圧縮機１ｂ入り口ガス温度を減温し）、
高圧圧縮機１ｂの圧縮動力を低減するとともに、高圧圧
縮機１ｂ出口温度を減少させ、高圧圧縮機１ｂ出口のデ
ィスク強度の信頼性を高め、更に燃焼器２の入り口ガス
温度の低減により燃焼器２の高温部分の信頼性を高める
ことができる。その他の構成は実施の第２形態と同じで
ある。
【００４４】本実施の第３形態によれば、実施の第２形
態の圧縮機１を低圧圧縮機１ａと高圧圧縮機１ｂに分割
したことにより低圧圧縮機１ａ出口のガスを減温し（高
圧圧縮機１ｂ入口ガス温度を減温し）、高圧圧縮機１ｂ
の圧縮動力を低減することができ、発電端効率を向上さ
せる効果がある。また、高圧圧縮機１ｂ出口温度を減少
させ、高圧圧縮機１ｂ出口のディスク強度の信頼性を高
める効果がある。更に燃焼器２の入り口ガス温度の低減
により燃焼器２の高温部分の信頼性を高める効果があ
る。その他の効果は実施の第２形態と同じである。
【００４５】図４は本発明の実施の第４形態に係るター
ビンプラントの系統図である。本実施の第４形態は図１
４に示す従来例において、高圧タービン６を省略し、建
設コストを削減したものである。また、高温タービン３
の高温部分を冷却するために圧縮機１出口と、熱交換器
４と５の間の高温側ガスより冷却媒体を抽気するように
して高温タービン３の信頼性を高めている。その他の構
成は図１４と同じである。
【００４６】本実施の第４形態によれば、高圧タービン
６を省略することにより、建設コストを削減する効果が
ある。また、これにより従来例で示す高温タービン３の
高温部分を冷却するために圧縮機１出口と、熱交換器４
と５の間の高温側ガスより冷却媒体を抽気するようにし
て高温タービン３の信頼性を高める効果がある。
【００４７】図５は本発明の実施の第５形態に係るター
ビンプラントの系統図である。本実施の第５形態は図４
の実施の第４形態の圧縮機を低圧圧縮機１ａと高圧圧縮
機１ｂに分割し、さらにその途中に中間冷却器１４を追
加している。この中間冷却器１４では、加圧ポンプ１０
で低圧圧縮機１ａ出口圧力と同程度まで圧縮した加圧水
を混合させることにより低圧圧縮機１ａ出口のガスを減
温し（高圧圧縮機１ｂｂ入口ガス温度を減温し）、高圧
圧縮機１ｂの圧縮動力を低減するとともに、高圧圧縮機
１ｂ出口温度を減少させ、高圧圧縮機１ｂ出口のディス
ク強度の信頼性を高め、更に燃焼器２の入り口ガス温度
の低減により燃焼器２の高温部分の信頼性を高めること
ができる。その他の構成は実施の第４形態と同じであ
る。
【００４８】本実施の第５形態によれば、図４の実施の
第４形態の圧縮機を低圧圧縮機１ａと高圧圧縮機１ｂに
分割したことにより低圧圧縮機１ａ出口のガスを減温し
（高圧圧縮機１ｂ入口ガス温度を減温し）、高圧圧縮機
１ｂの圧縮動力を低減することができ、発電端効率を向
上させる効果がある。また、高圧圧縮機１ｂ出口温度を
減少させ、高圧圧縮機１ｂ出口のディスク強度の信頼性
を高める効果がある。更に燃焼器２の入り口ガス温度の
低減により燃焼器２の高温部分の信頼性を高める効果が
ある。その他の効果は実施の第４形態と同じである。
【００４９】図６は本発明の実施の第６形態に係るター
ビンプラントの系統図である。本実施の第６形態は図１
４に示す従来例において、高圧タービン６およびボトミ
ング系（低圧タービン７、ＣＯ2 圧縮機８、モータ１
１）を省略し、建設コストを削減したものである。ま
た、これにより図１４の従来例において高圧タービン６
の出口より抽気する高温タービン冷却用のガスは、高圧
タービン６がないため熱交換器４と５の高温側ガスより
抽気するようにしている。また、復水器９への供給系統
は、熱交換器５の出口から供給するように変更してい
る。したがって圧縮機１への供給ラインは、復水器９出
口から供給するように変更している。その他の構成は図
１４の従来例と同じである。
【００５０】本実施の第６形態によれば、高圧タービン
６およびボトミング系を省略することにより、建設コス
トを削減する効果がある。また、圧縮機入り口温度を低
減でき圧縮機動力を低減し発電端効率を向上する効果が
ある。
【００５１】図７は本発明の実施の第７形態に係るター
ビンプラントの系統図である。本実施の第７形態は図６
に示す実施の第６形態の圧縮機１を低圧圧縮機１ａと高
圧圧縮機１ｂに分割し、さらにその途中に中間冷却器１
４を追加している。この中間冷却器１４では、加圧ポン
プ１０で低圧圧縮機１ａ出口圧力と同程度まで圧縮した
加圧水を混合させることにより低圧圧縮機１ａ出口のガ
スを減温し（高圧圧縮機１ｂ入口ガス温度を減温し）、
高圧圧縮機１ｂの圧縮動力を低減するとともに、高圧圧
縮機１ｂ出口温度を減少させ、高圧圧縮機１ｂ出口のデ
ィスク強度の信頼性を高め、更に燃焼器２の入口ガス温
度の低減により燃焼器２の高温部分の信頼性を高めるこ
とができる。その他の構成は実施の第６形態と同じであ
る。
【００５２】本実施の第７形態によれば、実施の第６形
態の圧縮機１を低圧圧縮機１ａと高圧圧縮機１ｂに分割
したことにより低圧圧縮機１出口のガスを減温し（高圧
圧縮機１ｂ入口ガス温度を減温し）、高圧圧縮機１ｂの
圧縮動力を低減することができ、発電端効率を向上させ
る効果がある。また、高圧圧縮機１ｂ出口温度を減少さ
せ、高圧圧縮機１ｂ出口のディスク強度の信頼性を高め
る効果がある。更に燃焼器２の入り口ガス温度の低減に
より燃焼器２の高温部分の信頼性を高める効果がある。
その他の効果は実施の第６形態と同じである。
【００５３】図８は本発明の実施の第８形態に係るター
ビンプラントの系統図である。本実施の第８形態は図２
に示す実施の第２形態において、ボトミング系（低圧タ
ービン７、ＣＯ2 圧縮機８、モータ１１）を省略し、建
設コストを削減したものである。また、復水器９の供給
系統は、熱交換器５の出口から供給するように変更して
いる。したがって圧縮機１への供給ラインは、復水器９
出口から供給するように変更している。
【００５４】本実施の第８形態によればボトミング系を
省略することにより、建設コストを削減する効果があ
る。また、圧縮機１入り口温度を低減でき圧縮機動力を
低減し発電端効率を向上する効果がある。その他の効果
は実施の第２形態と同じである。
【００５５】図９は実施の第９形態に係るタービンプラ
ントの系統図である。本実施の第９形態は図８に示す実
施の第８形態の圧縮機１を低圧圧縮機１ａと高圧圧縮機
１ｂに分割し、さらにその途中に中間冷却器１４を追加
している。この中間冷却器１４では、加圧ポンプ１０で
低圧圧縮機１ａ出口圧力と同程度まで圧縮した加圧水を
混合させることにより低圧圧縮機１ａ出口のガスを減温
し（高圧圧縮機１ｂ入口ガス温度を減温し）、高圧圧縮
機１ｂの圧縮動力を低減するとともに、高圧圧縮機１ｂ
出口温度を減少させ、高圧圧縮機１ｂ出口のディスク強
度の信頼性を高め、更に燃焼器２の入り口ガス温度の低
減により燃焼器２の高温部分の信頼性を高めることがで
きる。その他の構成は実施の第８形態と同じである。
【００５６】本実施の第９形態によれば、実施の第８形
態の圧縮機１を低圧圧縮機１ａと高圧圧縮機１ｂに分割
したことにより低圧圧縮機１ａ出口のガスを減温し（高
圧圧縮機１ｂ入口ガス温度を減温し）、高圧圧縮機１ｂ
の圧縮動力を低減することができ、発電端効率を向上さ
せる効果がある。また、高圧圧縮機１ｂ出口温度を減少
させ、高圧圧縮機１ｂ出口のディスク強度の信頼性を高
める効果がある。更に燃焼器２の入り口ガス温度の低減
により燃焼器２の高温部分の信頼性を高める効果があ
る。その他の効果は実施の第８形態と同じである。
【００５７】図１０は本発明の実施の第１０形態に係る
タービンプラントの系統図である。本実施の第１０形態
は、図１４の従来例において、タービン３出口圧力を減
圧し、タービン３出口温度を低減することで、タービン
３の最終段動翼のクリープ寿命を増すことができるもの
である。また、高圧タービン６および低圧タービン７を
省略し、建設コストを削減したものである。また、高温
タービン３の高温部分を冷却するために圧縮機１出口
と、熱交換器４と５の間の高温側より冷却媒体を抽気し
て、高温タービン３の信頼性を高めている。また、復水
器９への供給系統は、熱交換器５の出口から供給するよ
うに変更している。したがって圧縮機１への供給ライン
は、復水器９出口から供給するように変更している。そ
の他の構成は従来例と同じである。
【００５８】本実施の第１０形態によれば、図１４の従
来例において、タービン３出口圧力を減圧し、タービン
３出口温度を低減することで、タービン３の最終段動翼
のクリープ寿命を増す効果がある。また、高圧タービン
６および低圧タービン７を省略することにより、建設コ
ストを削減する効果がある。また、高温タービン３の高
温部分を冷却するため高温タービン３の信頼性を高める
効果がある。また、圧縮機入口温度を低減でき圧縮機動
力を低減し発電端効率を向上する効果がある。
【００５９】図１１は本発明の実施の第１１形態に係る
タービンプラントの系統図である。本実施の第１１形態
は図１０に示す実施の第１０形態の圧縮機１を低圧圧縮
機１ａと高圧圧縮機１ｂに分割し、さらにその途中に中
間冷却器１４を追加している。この中間冷却器１４で
は、加圧ポンプ１０で低圧圧縮機１ａ出口圧力と同程度
まで圧縮した加圧水を混合させることにより低圧圧縮機
１ａ出口のガスを減温し（高圧圧縮機１ｂ入口ガス温度
を減温し）、高圧圧縮機１ｂの圧縮動力を低減するとと
もに、高圧圧縮機１ｂ出口温度を減少させ、高圧圧縮機
１ｂ出口のディスク強度の信頼性を高め、更に燃焼器２
の入口ガス温度の低減により燃焼器２の高温部分の信頼
性を高めることができる。その他の構成は実施の第１０
形態と同じである。
【００６０】本実施の第１１形態によれば、実施の第１
０形態の圧縮機１を低圧圧縮機１ａと高圧圧縮機１ｂに
分割することにより低圧圧縮機１ａ出口のガスを減温し
（高圧圧縮機１ｂ入口ガス温度を減温し）、高圧圧縮機
１ｂの圧縮動力を低減することができ、発電端効率を向
上させる効果がある。また、高圧圧縮機１ｂ出口温度を
減少させ、高圧圧縮機１ｂ出口のディスク強度の信頼性
を高める効果がある。更に燃焼器２の入口ガス温度の低
減により燃焼器２の高温部分の信頼性を高める効果があ
る。その他の効果は実施の第１０形態と同じである。
【００６１】図１２は本発明の実施の第１２形態に係る
タービンプラントの系統図である。本実施の第１２形態
は図２における実施の第２形態において、タービン３出
口圧力を減圧し、タービン３出口温度を低減すること
で、タービン３の最終段動翼のクリープ寿命を増すこと
ができるものである。また、低圧タービン７を省略し、
建設コストを削減したものである。また、復水器９への
供給系統は、熱交換器５の出口から供給するように変更
している。したがって圧縮機１への供給ラインは、復水
器９出口から供給するように変更している。その他の構
成は実施の第２形態と同じである。
【００６２】本実施の第１２形態によれば、実施の第２
形態において、タービン３出口圧力を減圧し、タービン
３出口温度を低減することで、タービン３の最終段動翼
のクリープ寿命を増す効果がある。また、低圧タービン
７を省略することにより、建設コストを削減する効果が
ある。また、圧縮機入口温度を低減でき圧縮機動力を低
減し発電端効率を向上する効果がある。
【００６３】図１３は本発明の実施の第１３形態に係る
タービンプラントの系統図である。本実施の第１３形態
は図１２に示す実施の第１２形態の圧縮機１を低圧圧縮
機１ａと高圧圧縮機１ｂに分割し、さらにそ途中に中間
冷却器１４を追加している。この中間冷却器１４では、
加圧ポンプ１０で低圧圧縮機１ａ出口圧力と同程度まで
圧縮した加圧水を混合させることにより低圧圧縮機１ａ
出口のガスを減温し（高圧圧縮機１ｂ入口ガス温度を減
温し）、高圧圧縮機１ｂの圧縮動力を低減するととも
に、高圧圧縮機１ｂ出口温度を減少させ、高圧圧縮機１
ｂ出口のディスク強度の信頼性を高め、更に燃焼器２の
入口ガス温度の低減により燃焼器２の高温部分の信頼性
を高めることができる。その他の構成は実施の第１２形
態と同じである。
【００６４】本実施の第１３形態によれば、図１２に示
す実施の第１２形態の圧縮機１を低圧圧縮機１ａと高圧
圧縮機１ｂに分割することにより低圧圧縮機１ａ出口の
ガスを減温し（高圧圧縮機１ｂ入口ガス温度を減温
し）、高圧圧縮機１ｂの圧縮動力を低減することがで
き、発電端効率を向上させる効果がある。また、高圧圧
縮機出口温度を減少させ、高圧圧縮機出口のディスク強
度の信頼性を高める効果がある。更に燃焼器２の入り口
ガス温度の低減により燃焼器２の高温部分の信頼性を高
める効果がある。その他の構成は実施の第１２形態と同
じである。
【００６５】
【発明の効果】本発明の（１）ではタービンプラントに
おいて、圧縮機を低圧と高圧圧縮機に分割し、その途中
に中間冷却器を追加する構成とし、更に高温タービン冷
却系統を設けたことを特徴としている。又、本発明の
（２）は、再生熱交換器を設け、更に高温タービン冷却
系統を設けたことを特徴とし、又、本発明の（４）は高
圧タービンを省略し、高温タービン冷却系統を設けるこ
とを特徴とし、又、本発明の（６）では、高圧タービン
とボトミング系の低圧タービンを省略したことを特徴と
し、更に本発明の（１０）では高温タービンを省略する
と共にボトミング系の低圧タービン及びＣＯ2 圧縮機を
省略したことを特徴としている。本発明はこれらを基本
的な発明とし、更に、（３），（５），（７）〜
（９），（１１）〜（１３）の各発明により、従来のタ
ービンプラントに比べ、発電端効率が向上し、高温ター
ビンの冷却による高温タービンの信頼性の向上、燃焼器
入口ガス温度の低減による燃焼器高温部分の信頼性向
上、高圧圧縮機出口のディスク強度向上、更には低圧タ
ービンや高圧タービンの省略による建設コストの削除、
等の著しい効果が得られる。
【００６６】又、本発明はメタノール燃料のみならず、
他の化石燃料にも有効であり、又製鉄プラントで発生す
る副生ガスや石炭液化ガス等の燃料も適用できるもので
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係るタービンプラン
トの系統図である。
【図２】本発明の実施の第２形態に係るタービンプラン
トの系統図である。
【図３】本発明の実施の第３形態に係るタービンプラン
トの系統図である。
【図４】本発明の実施の第４形態に係るタービンプラン
トの系統図である。
【図５】本発明の実施の第５形態に係るタービンプラン
トの系統図である。
【図６】本発明の実施の第６形態に係るタービンプラン
トの系統図である。
【図７】本発明の実施の第７形態に係るタービンプラン
トの系統図である。
【図８】本発明の実施の第８形態に係るタービンプラン
トの系統図である。
【図９】本発明の実施の第９形態に係るタービンプラン
トの系統図である。
【図１０】本発明の実施の第１０形態に係るタービンプ
ラントの系統図である。
【図１１】本発明の実施の第１１形態に係るタービンプ
ラントの系統図である。
【図１２】本発明の実施の第１２形態に係るタービンプ
ラントの系統図である。
【図１３】本発明の実施の第１３形態に係るタービンプ
ラントの系統図である。
【図１４】従来のタービンプラントの系統図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機 １ａ 低圧圧縮機 １ｂ 高圧圧縮機 ２ 燃焼器 ３ 高温タービン ４，５ 熱交換器 ６ 高圧タービン ７ 低圧タービン ８ ＣＯ2 圧縮機 ９ 復水器 １０ 加圧ポンプ １１ モータ １２ 発電機 １３ 高温タービン冷却媒体 １４ 中間冷却器 １５ 再生熱交換器
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｃ 6/00 Ｆ０２Ｃ 6/00 Ｂ Ｄ 6/18 6/18 Ｚ Ｆ２２Ｂ 1/18 Ｆ２２Ｂ 1/18 Ｅ Ｋ (72)発明者 上松 一雄 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製作所内

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 水蒸気と二酸化炭素の混合気体を作動流
    体として圧縮する圧縮機と、同圧縮機からの作動流体に
    酸素と共にメタノール等の化石燃料を加え燃焼させる燃
    焼器と、同燃焼器からの燃焼ガスを膨張させ仕事をする
    高温タービンと、同高温タービンの排気で低圧タービン
    を駆動して仕事をするボトミング系と、同ボトミング系
    からの復水を前記高温タービンの排気と熱交換して高温
    蒸気とすると共に、その熱交換後の前記排気を前記圧縮
    機入口に作動流体として導く熱交換器と、同熱交換器で
    加熱されたボトミング系の高温蒸気を膨張させて仕事を
    し、膨張後の蒸気を前記燃焼器へ混入する高圧タービン
    とを備えたタービンプラントにおいて、前記圧縮機は低
    圧と高圧圧縮機からなり、同低圧と高圧圧縮機間には中
    間冷却器を介して作動流体を流す流路を設け、同中間冷
    却器には前記ボトミング系からの復水の一部を加圧して
    混合させる構成とし、更に、前記高圧圧縮機出口と前記
    高圧タービン出口とから作動流体を抽気し、冷却媒体と
    して前記高温タービンの高温部分に導き冷却する高温タ
    ービン冷却系統を設けたことを特徴とするタービンプラ
    ント。
  2. 【請求項２】 水蒸気と二酸化炭素の混合気体を作動流
    体として圧縮する圧縮機と、同圧縮機からの作動流体に
    酸素と共にメタノール等の化石燃料を加え燃焼させる燃
    焼器と、同燃焼器からの燃焼ガスを膨張させ仕事をする
    高温タービンと、同高温タービンの排気で低圧タービン
    を駆動して仕事をするボトミング系と、同ボトミング系
    からの復水を前記高温タービンの排気と熱交換して高温
    蒸気とすると共に、その熱交換後の前記排気を前記圧縮
    機入口に作動流体として導く熱交換器と、同熱交換器で
    加熱されたボトミング系の高温蒸気を膨張させて仕事を
    し、膨張後の蒸気を前記燃焼器へ混入する高圧タービン
    とを備えたタービンプラントにおいて、前記圧縮機出口
    と前記燃焼器との間には、前記圧縮機出口ガスを前記高
    温タービンの排気と熱交換させ、燃焼器入口ガス温度を
    上昇させる再生熱交換器を設け、更に、前記圧縮機出口
    と前記高圧タービン出口とから作動流体を抽気し、冷却
    媒体として前記高温タービンの高温部に導き冷却する高
    温タービン冷却系統を設けたことを特徴とするタービン
    プラント。
  3. 【請求項３】 前記圧縮機は低圧と高圧圧縮機からな
    り、同低圧と高圧圧縮機間には中間冷却器を介して作動
    流体を流す流路を設け、同中間冷却器には前記ボトミン
    グ系からの復水の一部を加圧して混合させることを特徴
    とする請求項２記載のタービンプラント。
  4. 【請求項４】 水蒸気と二酸化炭素の混合気体を作動流
    体として圧縮する圧縮機と、同圧縮機からの作動流体に
    酸素と共にメタノール等の化石燃料を加え燃焼させる燃
    焼器と、同燃焼器からの燃焼ガスを膨張させ仕事をする
    高温タービンと、同高温タービンの排気で低圧タービン
    を駆動して仕事をするボトミング系と、同ボトミング系
    からの復水を前記高温タービンの排気と熱交換して高温
    蒸気とすると共に、その熱交換後の前記排気を前記圧縮
    機入口に作動流体として導く熱交換器と、同熱交換器で
    加熱されたボトミング系の高温蒸気を膨張させて仕事を
    し、膨張後の蒸気を前記燃焼器へ混入する高圧タービン
    とを備えたタービンプラントにおいて、前記熱交換器か
    らのボトミング系の加熱蒸気は高圧タービンを経由せず
    前記燃焼器へ直接混入されると共に、前記圧縮機出口と
    前記熱交換器の高温側ガスを抽気して前記高温タービン
    の高温部分に導き、冷却する高温タービン冷却系統を設
    けたことを特徴とするタービンプラント。
  5. 【請求項５】 前記圧縮機は低圧と高圧圧縮機からな
    り、同低圧と高圧圧縮機間には中間冷却器を介して作動
    流体を流す流路を設け、同中間冷却器には前記ボトミン
    グ系からの復水の一部を加圧して混合させることを特徴
    とする請求項４記載のタービンプラント。
  6. 【請求項６】 水蒸気と二酸化炭素の混合気体を作動流
    体として圧縮する圧縮機と、同圧縮機からの作動流体に
    酸素と共にメタノール等の化石燃料を加え燃焼させる燃
    焼器と、同燃焼器からの燃焼ガスを膨張させ仕事をする
    高温タービンと、同高温タービンの排気で低圧タービン
    を駆動して仕事をするボトミング系と、同ボトミング系
    からの復水を前記高温タービンの排気と熱交換して高温
    蒸気とすると共に、その熱交換後の前記排気を前記圧縮
    機入口に作動流体として導く熱交換器と、同熱交換器で
    加熱されたボトミング系の高温蒸気を膨張させて仕事を
    し、膨張後の蒸気を前記燃焼器へ混入する高圧タービン
    とを備えてなるタービンプラントにおいて、前記ボトミ
    ング系は低圧タービンのない復水系のみからなり、同復
    水系の復水の一部を圧縮機入口へ作動流体として導き、
    前記熱交換器は前記復水系の復水を前記高温タービンか
    らの排気で熱交換し、その熱交換により生じた高温蒸気
    を高圧タービンを経由せず前記燃焼器へ直接混入させる
    と共に、同高温タービンの熱交換後の排気は前記ボトミ
    ング系の復水系に導く構成とし、更に前記圧縮機出口と
    前記熱交換器の高温ガス側よりそれぞれ冷却媒体を抽気
    し、前記高温タービンを冷却する高温タービン冷却系統
    を設けたことを特徴とするタービンプラント。
  7. 【請求項７】 前記圧縮機は低圧と高圧圧縮機からな
    り、同低圧と高圧圧縮機間には中間冷却器を介して作動
    流体を流す流路を設け、同中間冷却器には前記ボトミン
    グ系からの復水の一部を加圧して混合させることを特徴
    とする請求項６記載のタービンプラント。
  8. 【請求項８】 前記ボトミング系は低圧タービンのない
    復水系からなり、前記圧縮機入口には作動流体として前
    記ボトミング系の復水を導くような構成とし、前記熱交
    換器での熱交換後の前記高温タービンの排気は前記ボト
    ミング系の復水器へ導かれることを特徴とする請求項２
    記載のタービンプラント。
  9. 【請求項９】 前記圧縮機は低圧と高圧圧縮機からな
    り、同低圧と高圧圧縮機間には中間冷却器を介して作動
    流体を流す流路を設け、同中間冷却器には前記ボトミン
    グ系からの復水の一部を加圧して混合させることを特徴
    とする請求項８記載のタービンプラント。
  10. 【請求項１０】 水蒸気と二酸化炭素の混合気体を作動
    流体として圧縮する圧縮機と、同圧縮機からの作動流体
    に酸素と共にメタノール等の化石燃料を加え燃焼させる
    燃焼器と、同燃焼器からの燃焼ガスを膨張させ仕事をす
    る高温タービンと、同高温タービンの排気で低圧タービ
    ンを駆動して仕事をするボトミング系と、同ボトミング
    系からの復水を前記高温タービンの排気と熱交換して高
    温蒸気とすると共に、その熱交換後の前記排気を前記圧
    縮機入口に作動流体として導く熱交換器と、同熱交換器
    で加熱されたボトミング系の高温蒸気を膨張させて仕事
    をし、膨張後の蒸気を前記燃焼器へ混入する高圧タービ
    ンとを備えたタービンプラントにおいて、前記ボトミン
    グ系は低圧タービンのない復水系とＣＯ2 圧縮機からな
    り、同復水系の復水の一部を圧縮機入口へ作動流体とし
    て導き、前記熱交換器は前記復水系の復水を前記高温タ
    ービンからの排気で熱交換し、その熱交換により生じた
    高温蒸気を高圧タービンを経由せず前記燃焼器へ直接混
    入させると共に、同高温タービンの熱交換後の排気は前
    記ボトミング系の復水系に導く構成とし、更に前記圧縮
    機出口と前記熱交換器の高温ガス側よりそれぞれ冷却媒
    体を抽気し、前記高温タービンを冷却する高温タービン
    冷却系統を設けたことを特徴とするタービンプラント。
  11. 【請求項１１】 前記圧縮機は低圧と高圧圧縮機からな
    り、同低圧と高圧圧縮機間には中間冷却器を介して作動
    流体を流す流路を設け、同中間冷却器には前記ボトミン
    グ系からの復水の一部を加圧して混合させることを特徴
    とする請求項１０記載のタービンプラント。
  12. 【請求項１２】 前記ボトミング系は低圧タービンのな
    い復水系からなり、同復水系の復水の一部を前記圧縮機
    の作動流体として導き、前記熱交換後の高温タービンの
    排気は前記復水系へ導かれることを特徴とする請求項２
    記載のタービンプラント。
  13. 【請求項１３】 前記圧縮機は低圧と高圧圧縮機からな
    り、同低圧と高圧圧縮機間には中間冷却器を介して作動
    流体を流す流路を設け、同中間冷却器には前記ボトミン
    グ系からの復水の一部を加圧して混合させることを特徴
    とする請求項１２記載のタービンプラント。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004204849A (ja) * 2002-12-23 2004-07-22 General Electric Co <Ge> 冷却タービン一体型燃料電池ハイブリッド発電装置
JP2011530034A (ja) * 2008-07-30 2011-12-15 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 代替作動流体でガスタービンエンジンを作動させるシステム及び方法
JP2014517180A (ja) * 2011-03-22 2014-07-17 エクソンモービル アップストリーム リサーチ カンパニー 低エミッションタービンシステムにおいて化学量論的燃焼を制御するシステム及び方法

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