JPH11510581A

JPH11510581A - 水素燃料半密閉蒸気タービン発電プラント

Info

Publication number: JPH11510581A
Application number: JP9508439A
Authority: JP
Inventors: ヒューバー，デビッド，ジェイ
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1995-08-10
Filing date: 1996-07-15
Publication date: 1999-09-14
Also published as: US5644911A; WO1997006352A1; CA2229178A1; EP0843778A1

Abstract

(57)【要約】水素燃料及び酸素酸化体を理論混合比で注入・燃焼させて燃焼プロセスの主副生物がＨ₂Ｏであるようにする燃焼器を利用する半密閉蒸気タービン発電システムを提供する。このシステムは、システム内の蒸気の相当多くの部分を再循環させることができる復熱装置、燃料予熱装置、燃料加熱装置及び復水器を更に有する。

Description

【発明の詳細な説明】水素燃料半密閉蒸気タービン発電プラント発明の属する技術分野本発明は蒸気タービンプラントに関し、特に密閉又は半密閉蒸気タービンに関する。従来の技術タービンシステムは、加圧ガスを用いてロータの翼に機械的エネルギを与える。加圧ガスがタービン中で膨張すると、ロータはロータのシャフトに加わるトルクの形で機械的エネルギを発生する。タービンシステムで用いられる通常のガスとしては、大気（主として窒素）及び蒸気（Ｈ₂Ｏ）がある。従来の開放大気型燃焼タービン１２０の一例が図１に示されている。図１に示すタービン１２０は、８段軸流圧縮機１２４，１２６、燃焼器１２８及び３段軸流タービン構成要素１３４を有している。このタービン１２０では、大気は空気入口１２２に引き込まれて静翼１２４及び圧縮機翼１２６によって圧縮される。圧縮機翼１２４によって生じた空気（又はガス）は圧縮機に入ったガスと比較して圧力及び温度は増加しているが体積は減少している。このガスは、燃料入口１３２のところで燃料が加えられる燃焼器１２８内でさらに加熱又は過熱される。燃焼器１２８で生じたガスの体積及び温度は、燃焼器に入ったガスと比較して増大している。燃焼器１２８で生じた高圧高温のガスは、タービン構成要素１３４の翼に沿って流れ、それによりタービンのシャフト１３８を回転させてエネルギを生じさせる。次に、ガスはタービン排気部１３６に流れる。タービン構成要素１３４の翼を通過して出たガスは、燃焼器１２８から出たガスと比較して、圧力及び温度は低く、体積は増加している。しかしながら、排出ガスの温度及び体積は、当初空気入口２２に入った大気と比較して依然として大きい。半密閉及び密閉方式が、開放燃焼タービンシステムの排気部中に生じたガスの潜在的エネルギを利用するために開発された。これについては例えば、「Van Nostrand's Scientific Encyclopedia」（６版、１９８３年）の第１３３２〜１３４０頁を参照されたい。なおかかる文献の箇所を、本明細書の一部を形成するものとして引用する。この文献は、半密閉又は密閉大気システムでは、エネルギを再生用熱交換器によって排出空気から取り出すことができることを記載している。加うるに、この文献は、かかるシステムでは、もし排出空気の一部を再循環させれば、これを例えば予冷器によってさらに処理して排出空気の圧力レベル、体積及び温度を、圧縮機段のところで密閉系に入る空気の圧力レベル、体積及び温度と同じようにするよう変化させる必要がある。かかる文献は、排出蒸気を、その圧力レベル、体積及び温度を、システムの圧縮機段のところで密閉系に入る蒸気の圧力レベル、体積及び温度と類似するよう変化させるために処理するシステム及び方法を開示しているわけではない。タービンシステムでは、燃焼器中で用いられる燃料の選択は重要であり、システム中で用いられるガスの種類、即ち例えば大気又は蒸気（Ｈ₂Ｏ）の関数として様々である。大気システムでは、天然ガス、製油所ガス及び高炉ガスが一般に用いられている。これらのシステムでは、燃料は翼に付着するアッシュ又はタービンの翼を腐食させてタービンの長期間にわたる作動を妨害する場合のあるダストを生じないことが重要である。半密閉又は密閉方式では、燃料の選択は、ガス又は空気の一部がタービンシステム全体に再循環するので重要である。もし燃料が半密閉又は密閉系中でアッシュ又はダスト或いは他の副生物を生ずると、副生物の一部は、再循環空気と一緒にタービンシステム全体中を循環することになる。半密閉又は密閉蒸気タービンシステムでは、アッシュ又はダストは、水粒子に付着して、タービンシステム中に運ばれる場合がある。したがって、例えば燃焼プロセス中に、副生物、例えばアッシュ又はダストをほとんど生じないか、或いはまったく生じさせない蒸気燃焼タービンシステムが要望されている。発明の概要本発明の目的は、燃焼中に副生物を殆ど生じさせないか、或いは全く生じさせない半密閉蒸気タービン発電プラント及びその作動方法を提供する。例示の実施形態では、発電装置は、蒸気圧縮機、燃焼器及び蒸気タービンを有する。燃焼器は、理論混合比の水素燃料と酸素酸化体を、蒸気圧縮機で生じた高圧蒸気中へ注入して燃焼させて過熱蒸気を生じさせる。なお、水素燃料と酸素酸化体の注入及び燃焼によっては、Ｈ₂Ｏ以外には副生物は殆ど生じない。蒸気圧縮機で生じた高圧蒸気の一部は、蒸気タービンによって受け取られ、蒸気タービンはこれにより冷却される。別の実施形態では、発電装置は又、復水器を有する。復水器は、排出蒸気を受け入れて排出蒸気から飽和蒸気を生じさせる。蒸気圧縮機は、復水器で生じた復水を受け入れて、蒸気圧縮機による蒸気の圧縮中に水滴を飽和蒸気中へ注入する水滴インゼクタを含む。圧縮中に飽和蒸気中へ水滴を注入することにより、蒸気圧縮機を連続的に冷却することにより蒸気圧縮機で生じた高圧蒸気の温度を下げる。この実施形態は、復熱装置を更に有するのがよい。復熱装置は、蒸気圧縮機からの高圧蒸気及び蒸気タービンからの排出蒸気を受け入れて排出蒸気から熱を抽出し、温度の下がった排出蒸気を生じさせると共に抽出した熱を高圧蒸気に与えて第１の温度よりも高いが、第２の温度よりは低い第３の温度を有する温度の上がった高圧蒸気を生じさせる。燃焼器は、蒸気圧縮機で生じた高圧蒸気の代わりに、復熱装置で生じた前記温度の上がった高圧蒸気を受け入れる。本発明の別の実施形態では、発電装置は、燃料予熱装置及び燃料加熱装置を更に有する。燃料予熱装置は、水素燃料、酸素酸化体及び復熱装置からの前記温度の下がった排出蒸気を受け入れ、前記温度の下がった排出蒸気から熱を抽出して更に温度の下がった排出蒸気を生じさせると共に抽出した熱を水素燃料及び酸素酸化体に与えて予熱された水素燃料及び予熱された酸素酸化体を生じさせる。燃料加熱装置は、燃料予熱装置で生じた予熱水素燃料及び予熱酸素酸化体、及び蒸気タービンで生じた排出蒸気を受け入れ、排出蒸気から熱を抽出すると共に抽出した熱を予熱水素燃料及び予熱酸素酸化体に与えて加熱された水素燃料及び酸素酸化体を生じさせる。さらに、燃料加熱装置によって受け取られる蒸気タービンからの排出蒸気の量は、燃焼器内での加熱水素燃料及び加熱酸素酸化体の注入燃焼により生じる蒸気の量と同程度である。さらに、燃料加熱装置が排出蒸気から熱を抽出したあと、蒸気は、燃料加熱装置を介してタービン装置から除去される。図面の簡単な説明図１（従来技術）は、大気燃焼式タービンシステムの横断面図である。図２は、本発明の例示の半密閉蒸気燃焼タービンシステムの略図である。好ましい実施の形態の詳細な説明図２は、本発明の例示の半密閉蒸気タービン発電プラント又はシステム１０の略図を示している。システム１０は、蒸気圧縮機２０、蒸気タービン３０、燃焼器４０、復水器５０、復熱装置又は回収熱交換器６０、燃料加熱器７０、燃料予熱装置８０、水素源９２及び酸素源９４を含む。これら構成要素は、以下に詳細に説明するように過剰の水７２だけが燃料加熱器７０から排水される半密閉システムを形成している。蒸気圧縮機２０は、復水器５０から飽和蒸気５２及び復水５４を受け入れて高圧蒸気２４を発生する。復水器５０（以下に詳細に説明する）は、温度Ｔ１、圧力レベルＰ１及び体積Ｖ１の飽和蒸気５２及び復水５４を生じさせる。復水５４は、水滴インゼクタ２２によって用いられ、これらインゼクタ２２は、本発明の蒸気圧縮機２０に含まれる。水滴インゼクタ２２は、蒸気圧縮機２０の入口のところで復水５４から水滴を飽和蒸気５２中へ送り込む。水滴は、圧縮プロセス中に蒸気内へ蒸発すると飽和蒸気の温度Ｔ１を下げる。蒸気圧縮機２０は、飽和蒸気５２を圧縮して、温度Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）、圧力レベルＰ２（Ｐ２＞Ｐ１）及び体積Ｖ２（Ｖ２＜Ｖ１）の高圧蒸気２４を生じさせる。上述の水滴注入法により、蒸気２４の温度Ｔ２は、蒸気圧縮機２０内での通常の温度ほど高く上がらないようになる。その結果、本発明の好ましい実施形態では、高圧蒸気２４の一部も、蒸気タービン３０に直接供給される。以下に詳細に説明するように、高圧蒸気は、蒸気タービン３０を作動中、低温状態に保つのに用いられる。かくして、水滴注入法は、圧縮機２０の所要の電力出力を減少させる。復熱装置６０は、圧縮機２０で生じた圧縮蒸気２４及び蒸気タービン３０で生じた排出蒸気３２を受け入れて、温度及び圧力が上がった蒸気６２及び温度の下がった排出蒸気６４を生じさせる。以下に詳細に説明するように、蒸気タービン３０は排出蒸気３２を生じさせ、この蒸気は復熱装置６０及び燃料加熱装置７０に差し向けられる。復熱装置６０は、排出蒸気３２から熱を抽出し、排出蒸気３２から温度の下がった排出蒸気６４を生じさせる。復熱装置６０は、抽出した熱を高圧蒸気２４に与えて、温度Ｔ３（Ｔ３＞Ｔ２）、圧力レベルＰ２及び体積Ｖ３（Ｖ３＞Ｖ２）の一層温度の高い高圧蒸気６２を生じさせる。燃焼器４０は、復熱装置６０で生じた高圧蒸気６２及び燃料加熱装置７０からの加熱水素燃料７６及び加熱酸素酸化体７８を受け入れて、過熱状態の高圧蒸気４２を生じさせる。以下に詳細に説明するように、燃料加熱装置７０は、加熱水素燃料７６及び加熱酸素酸化体７８を生じさせ、又は供給する。燃焼器４０は、加熱水素燃料７６及び加熱酸素酸化体７８を、水素と酸素が理論混合比の状態で注入・燃焼させる。燃料を組み合わせて燃焼させることにより、蒸気６２の温度が実質的に上昇し、それにより圧力レベル〜Ｐ２、温度Ｔ４（Ｔ４＞Ｔ３）及び体積（Ｖ４＞Ｖ３）の過熱高圧蒸気４２が生じる。理論混合比の水素燃料７６と酸素酸化体７８の燃焼の主副生物は、Ｈ₂Ｏである。その結果、本発明の燃焼器４０は、アッシュ、ダスト又は他の副生物をほとんど生じさせず、もし生じたとしてもこれはタービンシステムの作動ガス、この場合、蒸気中に吸収されない。蒸気タービン３０は、燃焼器４０で生じた過熱高圧蒸気４２を受け取って機械的エネルギ（図示せず）及び排出蒸気３２を生じさせる。蒸気タービン３０の翼（図示せず）は、蒸気が翼を通り過ぎる際に過熱蒸気４２からエネルギを吸収する。蒸気４２はこの過程で膨張し、その体積を増してその圧力レベルが減少すると共にその温度が下がる。膨張過程の結果として、機械的エネルギ（翼が取り付けられたシャフトの回転を生じさせる翼によるエネルギの吸収）及び圧力Ｐ３（Ｐ１＜Ｐ３＜Ｐ２）、温度Ｔ５（Ｔ１＜Ｔ５＜Ｔ４）及び体積Ｖ５（Ｖ５＞Ｖ４）の排出蒸気３２が生じる。上述のように、排出蒸気３２の一部は、復熱装置６０と燃料加熱装置７０の両方に差し向けられる。本発明の好ましい実施形態では、圧縮機２０によって生じた高圧蒸気２４の一部（図示せず）もまた、蒸気タービン３０に差し向けられて蒸気タービン３０を冷却するのに役立つ。高圧蒸気２４は、過熱蒸気６２よりも著しく低い温度を有している。高圧蒸気２４は、蒸気タービン３０の外側部分に沿って差し向けられて蒸気タービン３０の作動温度を下げる。その結果、この蒸気２４の温度は上昇することになろう。温度が高くなった蒸気２４は、本発明の好ましい実施形態における膨張過程の段階で排気蒸気４２に加えられ又はこれと合流する。上述のように、燃焼器４０は、加熱水素燃料７６及び加熱酸素酸化体７８を注入・燃焼させる。水素源９２は水素燃料９６を供給し、酸素源９４は酸素酸化体９８を供給する。燃料予熱装置８０は、復熱装置６０から低温の排気蒸気６４、水素源９２から水素燃料９６及び酸素源９４から酸素酸化体９８を受け取って、予熱された水素燃料８６、予熱された酸素酸化体８８及び温度の低くなった排出蒸気８２を生じさせる。燃料予熱装置８０は、すでに温度の低くなった排出蒸気６４から熱を抽出して一段と温度の低い排出蒸気８２を生じさせる。抽出した熱は、水素燃料９６及び酸素酸化体９８から予熱水素燃料８６及び予熱酸素酸化体８８を生じさせるのに用いられる。燃料予熱装置７０は、燃料予熱装置によって生じた予熱水素燃料８６及び予熱酸素酸化体８８及び蒸気タービン３０によって生じた排出蒸気３２を受け取って、加熱水素燃料７６及び加熱酸素酸化体７８を生じさせる。燃料予熱装置８０と同様に、燃料加熱器７０は、蒸気源、この場合排出蒸気３２から熱を抽出する。しかしながら、排気蒸気３２は、燃料予熱装置８０に供給される温度の下がった排出蒸気６４よりも温度が高い。その結果、燃料予熱装置７０は、その蒸気源から一層多量の熱を抽出し、一層多量の熱を水素燃料７６及び酸素酸化体７８に与える。本発明の好ましい実施形態では、熱を排出蒸気３２から抽出した後、燃料加熱装置は、水（Ｈ₂Ｏ）７２を生じさせ、これはシステムから除去される。燃料加熱装置によってシステムから除去された水の質量流量は、本発明の燃焼プロセスでシステム中に導入される水の質量流量と同程度である。かくして、蒸気タービン３０によって燃料加熱装置に差し向けられる排出蒸気３２の量又はレベルは、燃料器４０への加熱水素燃料７６及び加熱酸素酸化体７８の注入によって生じた蒸気のレベルと同程度である。これにより、タービンシステム中に存在する蒸気がいつでも多すぎもせず少なすぎもしないようになる。燃料加熱装置７０内の水７２の除去の点以外においては、本発明の蒸気タービンシステム１０は密閉方式である。その結果、本発明のシステムは、システム中に異なる種類のガス又は異なる燃焼用燃料を用いるシステムと比べて環境保護面において利点を有している。というのは、本発明のシステムの副生物は純水（Ｈ₂Ｏ）だけであるからである。最後に説明する本発明の重要な要素は、復水器５０である。復水器５０は、燃料予熱装置から温度の下がった排出蒸気８２を受け取って、飽和蒸気５２及び復水５４を生じさせる。上述のように、排出蒸気８２は、復熱装置６０及び燃料予熱装置８０による蒸気からの熱の抽出に起因して排出蒸気３２と比べて温度が実質的に低い。復水器５０は、排出蒸気８２の温度を飽和温度Ｔ１に一段と下げて温度Ｔ１、圧力レベルＰ１及び体積Ｖ１の飽和蒸気５２を生じさせる。復水器５０は、圧縮機２０の入口のところで水滴インゼクタ２２に給水するのに十分な量の十分な量の復水５４が生じるまで排出蒸気８２の一部を更に冷却する。かくして、本発明のタービン発電プラント又はシステム１０は、復熱装置６０、燃料予熱装置８０及び復水器５０を用いているので、蒸気の相当多くの部分を十分に再循環させることができる。加熱水素燃料７６及び加熱酸素酸化体７８を注入・燃焼させる燃焼プロセスによって生じた蒸気のレベルと等量の蒸気の僅かな部分だけが、燃料加熱装置７０によってシステムから除去される。本発明を例示の実施形態を用いて説明したが、特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲は、請求項に記載された技術的事項によってのみ定められる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９７年８月７日【補正内容】 Nostrand's Scientific Encyclopedia」（６版、１９８３年）の第１３３２〜１３４０頁を参照されたい。なおかかる文献の箇所を、本明細書の一部を形成するものとして引用する。この文献は、半密閉又は密閉大気システムでは、エネルギを再生用熱交換器によって排出空気から取り出すことができることを記載している。加うるに、この文献は、かかるシステムでは、もし排出空気の一部を再循環させれば、これを例えば予冷器によってさらに処理して排出空気の圧力レベル、体積及び温度を、圧縮機段のところで密閉系に入る空気の圧力レベル、体積及び温度と同じようにするよう変化させる必要がある。かかる文献は、排出蒸気を、その圧力レベル、体積及び温度を、システムの圧縮機段のところで密閉系に入る蒸気の圧力レベル、体積及び温度と類似するよう変化させるために処理するシステム及び方法を開示しているわけではない。タービンシステムでは、燃焼器中で用いられる燃料の選択は重要であり、システム中で用いられるガスの種類、即ち例えば大気又は蒸気（Ｈ₂Ｏ）の関数として様々である。大気システムでは、天然ガス、製油所ガス及び高炉ガスが一般に用いられている。これらのシステムでは、燃料は翼に付着するアッシュ又はタービンの翼を腐食させてタービンの長期間にわたる作動を妨害する場合のあるダストを生じないことが重要である。半密閉又は密閉方式では、燃料の選択は、ガス又は空気の一部がタービンシステム全体に再循環するので重要である。もし燃料が半密閉又は密閉系中でアッシュ又はダスト或いは他の副生物を生ずると、副生物の一部は、再循環空気と一緒にタービンシステム全体中を循環することになる。半密閉又は密閉蒸気タービンシステムでは、アッシュ又はダストは、水粒子に付着して、タービンシステム中に運ばれる場合がある。したがって、例えば燃焼プロセス中に、副生物、例えばアッシュ又はダストをほとんど生じないか、或いはまったく生じさせない蒸気燃焼タービンシステムが要望されている。１９９３年１月１２日に発行された米国特許第５，１７７，９５２号は、圧縮蒸気の圧力を増大させるよう燃焼器内で水素の酸化を行う密閉サイクル発電システムを開示している。１９９４年７月２６日に発行された米国特許第５，３３１，８０６号は、水を圧縮機内に注入して温度を下げると共に圧縮中に必要な仕事を減少させる水素燃料ガスタービンを開示している。これら米国特許により教示されるシステムは、復水器を介して熱が失われるために効率が低い。放出物が少量であるという利点を保ったままで効率のよいシステムが要望されている。発明の概要本発明の目的は、燃焼中に副生物を殆ど生じさせないか、或いは全く生じさせない半密閉蒸気タービン発電プラント及びその作動方法を提供する。例示の実施形態では、発電装置は、蒸気圧縮機、燃焼器及び蒸気タービンを有する。燃焼器は、理論混合比の水素燃料と酸素酸化体を、蒸気圧縮機で生じた高圧蒸気中へ注入して燃焼させて過熱蒸気を生じさせる。なお、水素燃料と酸素酸化体の注入及び燃焼によっては、Ｈ₂Ｏ以外には副生物は殆ど生じない。蒸気圧縮機で生じた高圧蒸気の一部は、蒸気タービンによって受け取られ、蒸気タービンはこれにより冷却される。別の実施形態では、発電装置は又、復水器を有する。復水器は、排出蒸気を受け入れて排出蒸気から飽和蒸気を生じさせる。蒸気圧縮機は、復水器で生じた復水を受け入れて、蒸気圧縮機による蒸気の圧縮中に水滴を飽和蒸気中へ注入する水滴インゼクタを含む。圧縮中に飽和蒸気中へ水滴を注入することにより、蒸気圧縮機を連続的に冷却することにより蒸気圧縮機で生じた高圧蒸気の温度を下げる。最後に説明する本発明の重要な要素は、復水器５０である。復水器５０は、燃料予熱装置から温度の下がった排出蒸気８２を受け取って、飽和蒸気５２及び復水５４を生じさせる。上述のように、排出蒸気８２は、復熱装置６０及び燃料予熱装置８０による蒸気からの熱の抽出に起因して排出蒸気３２と比べて温度が実質的に低い。復水器５０は、排出蒸気８２の温度を飽和温度Ｔ１に一段と下げて温度Ｔ１、圧力レベルＰ１及び体積Ｖ１の飽和蒸気５２を生じさせる。復水器５０は、圧縮機２０の入口のところで水滴インゼクタ２２に給水するのに十分な量の十分な量の復水５４が生じるまで排出蒸気８２の一部を更に冷却する。かくして、本発明のタービン発電プラント又はシステム１０は、復熱装置６０、燃料予熱装置８０及び復水器５０を用いているので、蒸気の相当多くの部分を十分に再循環させることができる。加熱水素燃料７６及び加熱酸素酸化体７８を注入・燃焼させる燃焼プロセスによって生じた蒸気のレベルと等量の蒸気の僅かな部分だけが、燃料加熱装置７０によってシステムから除去される。請求の範囲１．排出蒸気を受け入れて排出蒸気から飽和蒸気を生じさせる復水器（50）を有する半密閉蒸気タービン発電装置（10）であって、復水器から第１の圧力レベルを有する飽和蒸気を受け入れて第１の圧力レベルよりも高い第２の圧力レベルを有する高圧蒸気を発生する蒸気圧縮機（20）と、蒸気圧縮機（20）で生じた第１の温度を有する高圧蒸気を受け入れると共に理論混合比の水素燃料と酸素酸化体を高圧蒸気中へ注入して燃焼させ、第１の温度よりも高い第２の温度を有する過熱高圧蒸気を生じさせる燃焼器（40）とを有し、水素燃料と酸素酸化体の注入及び燃焼によっては、Ｈ₂Ｏ以外には副生物は殆ど生じず、更に、燃焼器（20）で生じた過熱蒸気を受け入れて過熱蒸気から機械的エネルギを生じさせると共に過熱蒸気から第２の温度よりも低いが、第１の温度よりは高い第３の温度を有する排出蒸気を生じさせる蒸気タービン（30）を有する半密閉蒸気タービン発電装置（10）において、蒸気圧縮機（20）によって生じた高圧蒸気の一部は、蒸気タービンによって受け取られ、これにより蒸気タービンが冷却されることを特徴とする半密閉蒸気タービン発電装置。２．復熱装置（60）を更に有し、復熱装置（60）は、蒸気圧縮機（20）からの高圧蒸気及び蒸気タービン（30）からの排出蒸気を受け入れて排出蒸気から熱を抽出し、温度の下がった排出蒸気を生じさせると共に抽出した熱を高圧蒸気に与えて第１の温度よりも高いが、第２の温度よりは低い第３の温度を有する温度の上がった高圧蒸気を生じさせ、復水器（50）は、復熱装置（60）で生じた前記温度の下がった排出蒸気から排出蒸気を受け入れ、燃焼器（40）は、復熱装置（60）で生じた前記温度の上がった高圧蒸気から高圧蒸気を受け入れることを特徴とする請求項１記載の半密閉蒸気タービン発電装置。３．燃料予熱装置（80）を更に有し、燃料予熱装置（80）は、水素燃料（92）、酸素酸化体（94）及び復熱装置（60）からの温度の下がった排出蒸気を受け入れ、前記温度の下がった排出蒸気から熱を抽出して更に温度の下がった排出蒸気を生じさせると共に抽出した熱を水素燃料（92）及び酸素酸化体（94）に与えて予熱された水素燃料及び予熱された酸素酸化体を生じさせ、復水器（50）は、燃料予熱装置（80）で生じた前記更に温度の下がった排出蒸気から排出蒸気を受け入れ、燃焼器（40）は、燃料予熱装置（80）で生じた予熱水素燃料及び予熱酸素酸化体から水素燃料及び酸素酸化体を受け入れることを特徴とする請求項２記載の半密閉蒸気タービン発電装置。４．燃料加熱装置（70）を更に有し、燃料加熱装置（70）は、燃料予熱装置（80 ）で生じた予熱水素燃料及び予熱酸素酸化体、及び蒸気タービン（30）で生じた排出蒸気を受け入れ、排出蒸気から熱を抽出すると共に抽出した熱を予熱水素燃料及び予熱酸素酸化体に与えて加熱された水素燃料及び酸素酸化体を生じさせ、燃焼器（40）は、燃料加熱装置（70）で生じた加熱水素燃料及び加熱酸素酸化体を受け入れることを特徴とする請求項３記載の半密閉蒸気タービン発電装置。５．燃料加熱装置によって受け取られる蒸気タービンからの排出蒸気の量は、燃焼器（40）内での加熱水素燃料及び加熱酸素酸化体の注入燃焼により生じる蒸気の量と同程度であり、燃料加熱装置が排出蒸気から熱を抽出したあと、蒸気は、燃料加熱装置（70）を介してタービン装置（10）から除去されることを特徴とする請求項４記載の半密閉蒸気タービン発電装置。【図２】

Claims

【特許請求の範囲】１．第１の圧力レベルを有する蒸気を受け入れて第１の圧力レベルよりも高い第２の圧力レベルを有する高圧蒸気を発生する蒸気圧縮機と、蒸気圧縮機から第１の温度を有する高圧蒸気を受け入れると共に理論混合比の水素燃料と酸素酸化体を高圧蒸気中へ注入して燃焼させ、第１の温度よりも高い第２の温度を有する過熱蒸気を生じさせる燃焼器とを有し、水素燃料と酸素酸化体の注入及び燃焼によっては、Ｈ₂Ｏ以外には副生物は殆ど生じず、更に、燃焼器で生じた過熱蒸気を受け入れて過熱蒸気から機械的エネルギを生じさせる蒸気タービンを有することを特徴とする蒸気タービン発電装置。２．蒸気圧縮機によって生じた高圧蒸気の一部は、蒸気タービンによって受け取られ、これにより蒸気タービンが冷却されることを特徴とする請求項記載の蒸気タービン発電装置。３．排出蒸気を受け入れて排出蒸気から飽和蒸気を生じさせる復水器と、復水器から第１の圧力レベルを有する飽和蒸気を受け入れて第１の圧力レベルよりも高い第２の圧力レベルを有する高圧蒸気を発生する蒸気圧縮機と、蒸気圧縮機で生じた第１の温度を有する高圧蒸気を受け入れると共に理論混合比の水素燃料と酸素酸化体を高圧蒸気中へ注入して燃焼させ、第１の温度よりも高い第２の温度を有する過熱された高圧蒸気を生じさせる燃焼器とを有し、水素燃料と酸素酸化体の注入及び燃焼によっては、Ｈ₂Ｏ以外には副生物は殆ど生じず、更に、燃焼器で生じた過熱蒸気を受け入れて過熱蒸気から機械的エネルギを生じさせると共に過熱蒸気から第１の温度よりも高いが、第２の温度よりは低い第３の温度を有する排出蒸気を生じさせる蒸気タービンを有することを特徴とする半密閉蒸気タービン発電装置。４．復水器は、排出蒸気の一部から復水を生じさせ、蒸気圧縮機は、復水器で生じた復水を受け入れて、蒸気圧縮機による蒸気の圧縮中に水滴を飽和蒸気中へ注入し、それにより蒸気圧縮機で生じた高圧蒸気の温度を下げるようにする水滴インゼクタを含むことを特徴とする請求項３記載の半密閉蒸気タービン発電装置。５．蒸気圧縮機で生じた高圧蒸気の一部は、蒸気タービンによって受け取られ、これにより蒸気タービンが冷却されることを特徴とする請求項４記載の半密閉蒸気タービン発電装置。６．復熱装置を更に有し、復熱装置は、蒸気圧縮機からの高圧蒸気及び蒸気タービンからの排出蒸気を受け入れて排出蒸気から熱を抽出し、温度の下がった排出蒸気を生じさせると共に抽出した熱を高圧蒸気に与えて第１の温度よりも高いが、第２の温度よりは低い第３の温度を有する温度の上がった高圧蒸気を生じさせ、復水器は、復熱装置で生じた前記温度の下がった排出蒸気から排出蒸気を受け入れ、燃焼器は、復熱装置で生じた前記温度の上がった高圧蒸気から高圧蒸気を受け入れることを特徴とする請求項６記載の半密閉蒸気タービン発電装置。７．燃料予熱装置を更に有し、燃料予熱装置は、水素燃料、酸素酸化体及び復熱装置からの温度の下がった排出蒸気を受け入れ、前記温度の下がった排出蒸気から熱を抽出して更に温度の下がった排出蒸気を生じさせると共に抽出した熱を水素燃料及び酸素酸化体に与えて予熱された水素燃料及び予熱された酸素酸化体を生じさせ、復水器は、燃料予熱装置で生じた前記更に温度の下がった排出蒸気から排出蒸気を受け入れ、燃焼器は、燃料予熱装置で生じた予熱水素燃料及び予熱酸素酸化体から水素燃料及び酸素酸化体を受け入れることを特徴とする請求項５記載の半密閉蒸気タービン発電装置。８．燃料加熱装置を更に有し、燃料加熱装置は、燃料予熱装置で生じた予熱水素燃料及び予熱酸素酸化体、及び蒸気タービンで生じた排出蒸気を受け入れ、排出蒸気から熱を抽出すると共に抽出した熱を予熱水素燃料及び予熱酸素酸化体に与えて加熱された水素燃料及び酸素酸化体を生じさせ、燃焼器は、燃料加熱装置で生じた加熱水素燃料及び加熱酸素酸化体を受け入れることを特徴とする請求項７記載の半密閉蒸気タービン発電装置。９．燃料加熱装置によって受け取られる蒸気タービンからの排出蒸気の量は、燃焼器内での加熱水素燃料及び加熱酸素酸化体の注入燃焼により生じる蒸気の量と同程度であり、燃料加熱装置が排出蒸気から熱を抽出したあと、蒸気は、燃料加熱装置を介してタービン装置から除去されることを特徴とする請求項８記載の半密閉蒸気タービン発電装置。 10．更に温度の下がった排出蒸気を受け入れて排出蒸気から飽和蒸気及び復水を生じさせる復水器と、復水器で生じた第１の圧力レベルを有する飽和蒸気及び復水を受け入れて第１の圧力レベルよりも高い第２の圧力レベルを有する高圧蒸気を生じさせる蒸気圧縮機とを有し、蒸気圧縮機は、復水器で生じた復水を受け入れて、蒸気圧縮機による蒸気の圧縮中に水滴を飽和蒸気中へ注入し、それにより蒸気圧縮機で生じた高圧蒸気の温度を下げるようにする水滴インゼクタを含み、更に、蒸気圧縮機からの高圧蒸気及び排出蒸気を受け入れて排出蒸気から熱を抽出し、温度の下がった排出蒸気を生じさせると共に抽出した熱を高圧蒸気に与えて温度の上がった高圧蒸気を生じさせる復熱装置と、水素燃料、酸素酸化体及び復熱装置からの前記温度の下がった排出蒸気を受け入れ、前記温度の下がった排出蒸気から熱を抽出して更に温度の下がった排出蒸気を生じさせると共に抽出した熱を水素燃料及び酸素酸化体に与えて予熱された水素燃料及び予熱された酸素酸化体を生じさせる燃料予熱装置と、燃料予熱装置で生じた予熱水素燃料及び予熱酸素酸化体、及び排出蒸気を受け入れ、排出蒸気から熱を抽出すると共に抽出した熱を予熱水素燃料及び予熱酸素酸化体に与えて加熱された水素燃料及び酸素酸化体を生じさせる燃料加熱装置と、燃料加熱装置で生じた加熱水素燃料及び加熱酸素酸化体、及び復熱装置で生じた前記温度の上がった第１の温度を有する高圧蒸気を受け入れ、理論混合比の加熱水素燃料と加熱酸素酸化体を高圧蒸気中へ注入して燃焼させ、第１の温度よりも高い第２の温度を有する過熱高圧蒸気を生じさせる燃焼器とを有し、水素燃料と酸素酸化体の注入及び燃焼によっては、Ｈ₂ Ｏ以外には副生物は殆ど生じず、更に、燃焼器で生じた過熱蒸気を受け入れて過熱蒸気から機械的エネルギを生じさせ、過熱蒸気から第１の温度よりも高いが、第２の温度よりは低い第３の温度を有する排出蒸気を生じさせ、また、蒸気圧縮機で生じた高圧蒸気を受け入れて高圧蒸気により冷却される蒸気タービンとを有し、燃料加熱装置によって受け取られる蒸気タービンからの排出蒸気の量は、燃焼器内での加熱水素燃料及び加熱酸素酸化体の注入燃焼により生じる蒸気の量と同程度であり、燃料加熱装置が排出蒸気から熱を抽出したあと、蒸気は、燃料加熱装置を介してタービン装置から除去されることを特徴とする半密閉蒸気タービン発電装置。 11．排出蒸気を復水することによって排出蒸気から飽和蒸気を生じさせる段階(a )と、第１の圧力レベルを有する飽和蒸気を圧縮することによって飽和蒸気から第１の圧力レベルよりも高い第２の圧力レベルを有する高圧蒸気を生じさせる段階(b)と、理論混合比の水素燃料と酸素酸化体を第１の温度を有する高圧蒸気中へ注入して燃焼させることにより第１の温度よりも高い第２の温度を有する過熱蒸気を生じさせ、水素燃料と酸素酸化体の注入及び燃焼によっては、Ｈ₂Ｏ以外には副生物は殆ど生じない段階(c)と、過熱蒸気から機械的エネルギ及び第１の温度よりも高いが、第２の温度よりは低い第３の温度を有する排出蒸気を生じさせる段階(d)とを有することを特徴とする半密閉蒸気タービン発電装置の作動方法。 12．排出蒸気の一部から復水を生じさせる段階と、復水から生じた水滴を蒸気の圧縮中に飽和蒸気中へ注入し、それにより高圧蒸気の温度を下げる段階とを更に有することを特徴とする請求項１１記載の半密閉蒸気タービン発電装置の作動方法。 13．蒸気タービンが、前記段階(d)で用いられ、蒸気タービンを高圧蒸気で冷却する段階を更に有することを特徴とする請求項１２記載の半密閉蒸気タービン発電装置の作動方法。 14．排出蒸気から熱を抽出して温度の下がった排出蒸気を生じさせる段階と、抽出した熱を高圧蒸気に与えて温度が上がって、第１の温度よりも高いが、第２の温度よりは低い第３の温度を有する高圧蒸気を生じさせる段階とを更に有し、段階(a)では、排出蒸気を復水することにより前記温度の下がった排出蒸気から飽和蒸気を生じさせ、段階(c)では、理論混合比の水素燃料と酸素酸化体を前記温度の上がった高圧蒸気中へ注入して燃焼させることにより第２の温度を有する過熱蒸気を生じさせ、水素燃料と酸素酸化体の注入及び燃焼によっては、Ｈ₂Ｏ以外には副生物は殆ど生じないことを特徴とする請求項１３記載の半密閉蒸気タービン発電装置の作動方法。 15．前記温度の下がった排出蒸気から熱を抽出して、熱の抽出後に、前記温度の下がった排出蒸気から更に温度の下がった排出蒸気を生じさせる段階と、抽出した熱を水素燃料及び酸素酸化体に与えて予熱された水素燃料及び予熱された酸素酸化体を生じさせる段階とを更に有し、段階(a)では、排出蒸気を復水することにより前記更に温度の下がった排出蒸気から飽和蒸気を生じさせ、段階(c)では、理論混合比の予熱水素燃料と予熱酸素酸化体を前記温度の上がった高圧蒸気中へ注入して燃焼させることにより第２の温度を有する過熱蒸気を生じさせ、水素燃料と酸素酸化体の注入及び燃焼によっては、Ｈ₂Ｏ以外には副生物は殆ど生じないことを特徴とする請求項１４記載の半密閉蒸気タービン発電装置の作動方法。 16．抽出した熱を予熱水素燃料及び予熱酸素酸化体に与えて加熱された水素燃料及び加熱された酸素酸化体を生じさせ、段階(c)では、理論混合比の加熱水素燃料と加熱酸素酸化体を前記温度の上がった高圧蒸気中へ注入して燃焼させることにより第２の温度を有する過熱蒸気を生じさせ、水素燃料と酸素酸化体の注入及び燃焼によっては、Ｈ₂Ｏ以外には副生物は殆ど生じないことを特徴とする請求項１５記載の半密閉蒸気タービン発電装置の作動方法。