JPWO2009041617A1 - タービン設備及び発電設備 - Google Patents

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Abstract

比熱比の小さな分子であるＣＯ2を主成分とする作動流体がガスタービン４で膨張され、ガスタービン４の入口側と出口側で圧力が変化しても温度変化の低下を抑制して高温の排気ガスを得るようにし、圧縮機２の出口側の作動流体の温度とガスタービン４の出口側の排気ガスの温度の差を大きく確保し、再生の効果を大きくして出力を低下させることなく熱効率を向上させる。

Description

本発明は、燃焼流体を膨張させて動力を得るタービン設備に関する。
また、本発明は、炭素系燃料により燃料ガスを生成するガス化炉を備え、ガス化炉からの燃料ガスを燃焼させた作動流体により動力を得るガスタービンを備えた発電設備に関する。
燃焼器からの燃焼ガスを膨張して動力を得るガスタービンを備えた発電設備が種々実用化されている。このような発電設備では、エネルギーを有効に回収して発電効率を向上させている。燃焼器に送られる燃料としては、例えば、天然ガス等が適用され、空気と共に燃焼器で燃焼させて燃焼ガスを得ている。また、石炭を石炭ガス化ガスに変換し、石炭ガス化ガスを燃焼器で燃焼させて燃焼ガスを得ている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
近年、発電設備では更なる効率化が求められてきており、吸気冷却等により出力を向上させたり、燃焼器に送られる流体を再燃させたり流体の温度をガスタービンの排気で昇温して熱効率を高める工夫がされている。吸気冷却や再燃では、出力が向上するものの、燃料消費量が増える等で熱効率を向上させることができない。また、ガスタービンの排気で燃焼器に送られる流体を昇温させることにより、熱効率を向上させることはがきるものの、ガスタービンの出口の温度を高く維持する必要があり、ガスタービンの圧力比を下げる等、熱効率を維持するためには出力を低下させる手段を講じる必要がある。
出力を維持するために熱効率を向上させる設備を別途備えたり、動力機器の能力を高めて設備を大型化することが考えられるが、効率を向上させるために設備機器の高コスト化を招くことになってしまう。このため、設備を大型化することなく効率を高める技術が求められているのが現状である。
上述したように、効率を向上させるためには、系内の熱エネルギーを最大限に活用し、且つ、出力を低下させない、もしくは、出力を向上させることが重要な課題となっており、様々な工夫がされてきている。このような状況において、本発明者等は、熱回収や機器の工夫に加え、ガスタービンで膨張して発電動力を得るための作動流体の物性に着目し、作動流体の物性自体で、仕事を終えた排気ガスのエネルギーを最大限に回収できることを見出した。
特開平４−２４４５０４号公報 特開２００７−１０７４７２号公報
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、出力を低下させることなく熱効率を維持することができるタービン設備を提供することを目的とする。
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、設備を大型化することなく効率を高めることができるガスタービンを備えた発電設備を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明のタービン設備は、比熱比の小さな分子を主成分とする燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼器の燃焼ガスを膨張して動力を得るガスタービンとを備え、前記燃焼ガスが作動流体とされ、前記燃焼器の燃焼ガスと前記ガスタービンで膨張した作動流体との温度差を抑制したことを特徴とする。
請求項１に係る本発明では、比熱比の小さな分子を主成分とする燃焼ガスが燃焼器で発生してガスタービンで膨張されるので、ガスタービンの入口側と出口側で圧力が変化しても温度変化の低下を抑制することができ、高温の排気ガスを得ることができる。このため、排気ガスの熱回収を効率よく行うことができ、出力を低下させることなく熱効率を維持することができるタービン設備とすることができる。
そして、請求項２に係る本発明のタービン設備は、請求項１に記載のタービン設備において、前記燃焼器の燃料は炭素成分が多い燃料であることを特徴とする。
また、請求項３に係る本発明のタービン設備は、請求項１に記載のタービン設備において、前記燃焼器の燃料は炭素成分が多い燃料をガス化した燃料であることを特徴とする。
また、請求項４に係る本発明のタービン設備は、請求項３に記載のタービン設備において、ガス化される炭素成分が多い燃料は石炭であることを特徴とする。
また、請求項５に係る本発明のタービン設備は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のタービン設備において、前記作動流体はＣＯ2を含む流体であることを特徴とする。
このため、炭素成分が多い燃料を燃焼して作動流体としているので、比熱比の小さな分子を主成分とする作動流体を容易に得ることができる。また、作動流体がＣＯ2を含む流体であるので、石炭をガス化した燃料ガスを燃焼することにより比熱比の小さな分子を主成分とする作動流体であるＣＯ2を含む流体を容易に得ることができる。石炭をガス化するに際し、石炭とＯ2またはＣＯ2またはＨ2Ｏとの反応により燃料ガスが生成される。
また、請求項６に係る本発明のタービン設備は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のタービン設備において、前記ガスタービンで仕事を終えた排気である作動流体を圧縮して前記燃焼器に圧縮作動流体を送る圧縮機と、前記ガスタービンで仕事を終えた排気により、前記圧縮機で圧縮された圧縮作動流体を昇温する再生熱交換器とを備えたことを特徴とする。
請求項６に係る本発明では、比熱比が小さな作動流体を適用したことにより、圧縮機の出口の温度を低く抑え、ガスタービンの排気の温度を高く維持することができ、再生熱交換器での熱回収を効率よく行なって熱効率を高く保つことができる。
また、請求項７に係る本発明のタービン設備は、請求項６に記載のタービン設備において、前記燃焼器ではＯ2を用いて燃料ガスを燃焼することを特徴とする。
また、請求項８に係る本発明のタービン設備は、請求項７に記載のタービン設備において、前記Ｏ2を前記圧縮機で圧縮された圧縮作動流体もしくは前記再生熱交換器で昇温された作動流体に供給することを特徴とする。
このため、Ｏ2を用いて炭素成分が多い燃料を燃焼する場合に、的確にＯ2を作動流体に供給することができる。
上記目的を達成するための請求項８に係る本発明の発電設備は、炭素系燃料の反応により燃料ガスを生成するガス化炉と、前記ガス化炉で生成された燃料ガスを燃焼する燃焼器と、前記燃焼器からの燃焼ガスを膨張して動力を得るガスタービンと、前記ガスタービンで仕事を終えた排気から熱を回収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、前記ガスタービンで仕事を終えた排気の一部を圧縮して前記燃焼器に圧縮作動流体を送る圧縮機とを備えたことを特徴とする。
請求項８に係る本発明では、炭素系燃料の反応により生成された燃料ガスを燃焼器で燃焼し、燃焼ガスを作動流体としてガスタービンで膨張して発電動力を得る。ガスタービンの排気が排熱回収ボイラで熱回収され、排気の一部が圧縮されて燃焼器に送られる。このため、比熱比の小さな作動流体であるＣＯ2を含む作動流体を循環させることができ、更に、比熱比の小さな作動流体により圧力変化に対して温度変化が小さい状態で流体を運用することができ、設備を大型化することなく効率を高めることができるガスタービンを備えた発電設備とすることができる。
そして、請求項１０に係る本発明の発電設備は、請求項９に記載の発電設備において、前記ガスタービンで仕事を終えた排気により、前記圧縮機で圧縮された圧縮作動流体を昇温する再生熱交換器を備えたことを特徴とする。
請求項１０に係る本発明では、比熱比が小さいＣＯ2を含む作動流体を適用し、圧縮機の出口の温度を低く抑え、ガスタービンの排気の温度を高く維持することができ、再生熱交換器での熱回収を効率よく行なって熱効率を高く保つことができる。
また、請求項１１に係る本発明の発電設備は、請求項９もしくは請求項１０に記載の発電設備において、前記排熱ボイラからの排気の一部を冷却して水分を凝縮除去することで高純度のＣＯ2を得る冷却手段を備えたことを特徴とする。
また、請求項１２に係る本発明の発電設備は、請求項１１に記載の発電設備において、前記冷却手段で得られた高純度のＣＯ2を前記ガス化炉に供給する供給系を備えたことを特徴とする。
また、請求項１３に係る本発明の発電設備は、請求項１２に記載の発電設備において、前記ガス化炉は、石炭と高純度のＣＯ2を含む流体との反応により石炭ガス化ガスが生成される石炭ガス化炉であることを特徴とする。
また、請求項１４に係る本発明の発電設備は、請求項９〜請求項１３のいずれか一項に記載の発電設備において、前記ガスタービンで仕事を終えた排気の一部から不純物を除去する不純物除去手段を備えたことを特徴とする。
また、請求項１５に係る本発明の発電設備は、請求項９〜請求項１４のいずれか一項に記載の発電設備において、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気を膨張して動力を得る蒸気タービンを備えたことを特徴とする。
このため、石炭ガス化ガスを用いて、効率を高めることができるガスタービンを備えた発電設備とすることができる。更に、蒸気タービンを組み合わせることで、効率を高めた石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ）の設備を構築することができる。また、ガスタービンで仕事を終えた排気の一部から不純物を除去するので、燃焼器に供給される石炭ガス化ガスの不純物を除去する設備を大幅に簡素化することができ、エネルギーロスを抑制することができる。
本発明のタービン設備は、出力を低下させることなく熱効率を維持することができるタービン設備とすることができる。
また、本発明の発電設備は、設備を大型化することなく効率を高めることができるガスタービンを備えた発電設備とすることができる。
本発明の一実施形態例に係るタービン設備の概念系統図である。 本発明の一実施形態例に係る発電設備の概念図である。 本発明の一実施形態例に係る発電設備の概略系統図である。
符号の説明
１ タービン設備
２、２８、３１ 圧縮機
３ 燃焼器
４ ガスタービン
５ 排気経路
６ 排熱回収手段
７ 再生熱交換器
８ 経路
１１ ガス化炉
１２ ガス精製装置
１３ 排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）
１４ 蒸気タービン
１５ 凝縮器
２１ 石炭ガス化設備
２２ 金属フィルタ
２３ 乾式脱硫装置
２４ 酸素製造設備
２５ 復水器
２６ 給水加熱器
２７、３０ 汽水分離器
２９ 水銀除去装置
本発明の一実施形態例に係る発電設備は、高濃度のＯ2を吹き込むことで石炭を反応させてガス化ガス（燃料ガス）を生成するガス化炉を備え、ガス化炉で生成された燃料ガスを燃焼器で燃焼して燃焼ガスとし、燃焼器からの燃焼ガスをガスタービンで膨張して動力を得て、ガスタービンで仕事を終えた排気の一部を圧縮機で圧縮して燃焼器に送り、ガスタービンで仕事を終えた排気ガスであるＣＯ2をガス化炉に供給するようにされている。
高濃度のＯ2（もしくはＣＯ2もしくはＨ2Ｏ）を吹き込むことで石炭を反応させて燃料ガスを生成し、この燃料ガスをＯ2で燃焼することにより、燃焼ガス（作動流体）は比熱比が小さい分子であるＣＯ2を主成分とする作動流体とされ、比熱比が１．２０程度と小さくなる。このため、ガスタービンで作動流体が膨張されて入口側と出口側で圧力が変化しても温度変化の低下を抑制することができ、高温の排気ガスを得ることができる。従って、排気ガスの熱回収を効率よく行うことができ、出力を低下させることなく熱効率を維持することができるタービン設備を備えた発電設備とすることができる。
特に、ガスタービンの排気を圧縮して燃焼器に投入し、ガス化ガスとＯ2共に燃焼させる設備にすることで、圧縮後のＣＯ2流体をガスタービンの排気により昇温させる再生熱交換器の適用が有用となる。即ち、比熱比の小さな分子を主成分とするＣＯ2流体であるため、圧縮機の出口側の温度の上昇が抑制され、ガスタービンの排気の温度の低下が抑制される。これにより、圧縮機の出口の温度とガスタービンの出口の温度の差が大きくなり、再生の効果を大きくして出力を低下させることなく熱効率を向上させることができる。
因みに、空気燃焼のサイクルの場合、燃焼ガス中の窒素濃度が高いので、ＣＯ2の濃度は限られて比熱比を小さくすることができない。また、天然ガス燃料の場合、燃料中の炭素と水素の比率が１：３〜４程度であるため、ＣＯ2の濃度は４０％程度が上限であり、ＣＯ2を主成分とする作動流体とすることができない。
図１に基づいてタービン設備を説明する。図１には本発明の一実施形態例に係るタービン設備の概念系統を示してある。
図に示すように、タービン設備１は、圧縮機２及び燃焼器３及びガスタービン４を備えている。燃焼器３には比熱比の小さな分子を主成分とする燃焼ガスを発生させるための燃料ガス（石炭ガス化ガス）が投入される。燃焼器３では、燃料ガスが高濃度のＯ2（及びＣＯ2）と共に燃焼され、ＣＯ2を主成分とする燃焼ガス（作動流体）が得られる。燃焼器３で燃焼された燃焼ガスはガスタービン４で膨張されて発電動力が得られ、仕事を終えた排気ガスは排気経路５を通って再生熱交換器７及び排熱回収手段６で熱回収される。熱回収された作動流体は余分なＣＯ2及び水が排出されて圧縮機２で圧縮される。前述した高濃度のＯ2は圧縮機２の出口側に供給される。尚、燃焼器３の入口側に高濃度のＯ2を供給することも可能である。
上述したタービン設備１では、比熱比の小さな分子（ＣＯ2）を主成分とする作動流体が循環されてガスタービン４で膨張されるので、ガスタービン４の入口側と出口側で圧力が変化しても温度変化の低下を抑制することができ、高温の排気ガスを得ることができる。そして、圧縮機２で圧縮された圧縮流体は、比熱比が小さいＣＯ2を含む流体であるため、出口側の温度上昇を抑制することができる。
このため、圧縮機２の出口側の流体の温度とガスタービン４の出口側の排気ガスの温度の差が大きくなり、再生の効果を大きくして出力を低下させることなく熱効率を向上させることができる。従って、排気ガスの熱回収を効率よく行うことができ、出力を低下させることなく熱効率を維持することができるタービン設備１とすることができる。
尚、上述したタービン設備１では、ガスタービン４の排気ガスの熱回収を再生熱交換器７で行なって再生効率を高くしているが、比熱比の小さな分子（ＣＯ2）を主成分とする作動流体を膨張し、圧力の変化に対して温度の低下が抑制され、ガスタービン４の排気ガスの温度が高く維持されているので、高温に維持された排気ガスの熱回収に見合う他の機器で熱回収を行なう構成にすることも可能である。
図２、図３に基づいて上述したタービン設備１を備えた発電設備としての石炭ガス化複合発電設備（ＩＧＣＣ）を説明する。
図２には本発明の一実施形態例に係る発電設備の概念、図３には本発明の一実施形態例に係る発電設備の概略系統を示してある。尚、図１で示したタービン設備１と同一構成部材には同一部材を付してある。
図２に示すように、炭素系燃料である石炭とＯ2（ＣＯ2、Ｈ2Ｏ）の反応によりガス化ガス（燃料ガス）を生成するガス化炉１１が備えられ、ガス化炉１１には回収したＣＯ2が供給される。ガス化ガスはガス精製装置１２からガスタービン４（燃焼器３：図１参照）に送られて膨張され、発電動力が得られる。
ガスタービン４で仕事を終えた排気ガス（ＣＯ2）は排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：図１の排熱回収手段６に相当）１３で熱回収され、ＨＲＳＧ１３で発生した蒸気は蒸気タービン１４に送られて膨張され、蒸気タービン１４の発電動力とされる。
ＨＲＳＧ１３で熱回収された排気ガスは水蒸気凝縮器１５で凝縮されてＣＯ2が回収され、回収されるＣＯ2の一部はガス化炉１１に供給される。また、ＨＲＳＧ１３で熱回収されて水蒸気凝縮器１５で凝縮される前の排気ガス（ＣＯ2及び水蒸気）はＯ2と共にガスタービン４（燃焼器３：図１参照）に送られて燃焼ガスとされる。
上述した発電設備では、回収したＣＯ2とＯ2を吹き込むガス化炉１１と、リサイクルした排気ガスにＯ2を混合して燃焼させるクローズドガスタービンを組み合わせたものであり、ガス化性能が大幅に向上し、更に、ＣＯ2を濃縮・分離する必要がない。
ＨＲＳＧ１３で熱回収された排気ガス（ＣＯ2及び水蒸気）はガスタービン４（燃焼器３：図１参照）に送られるので、水蒸気凝縮器１５で凝縮されてＣＯ2を回収する際に不純物を除去することが可能になる。これにより、ガス精製装置１２からのガス化ガスの不純物除去を簡素化することができ、設備の簡素化を図ることが可能になると共に、設備設計の自由度を増すことが可能になる。
ＣＯ2及びＯ2で石炭をガス化することで、ＣＯ2のガス化促進効果により、空気及びＯ2と窒素酸素で石炭をガス化することに比べ、炉内炭素転換率及び冷ガス効率が大幅に向上する。これにより、ガス化炉１１及びチャーのリサイクル系をコンパクトにすることができ、設備コストの低減を図ることができる。
ＣＯ2を濃縮・分離する必要がないので、設備コスト及びＣＯ2回収のための所要動力を大幅に低減することができ、高い送電端効率（例えば、ＨＨＶ４２.０）を得ることができる。また、ガスタービン４に代えて溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）を用いることができ、ＭＣＦＣを用いることで、更に高い送電端効率を得ることができる。
図３に基づいて発電設備の具体的な系統を説明する。
石炭ガス化設備２１（図２に示したガス化炉１１及びガス精製装置１２）には回収されたＣＯ2が供給されると共に石炭とＯ2（ＣＯ2、Ｈ2Ｏ）の反応によりガス化ガス（燃料ガス）が生成される。生成された燃料ガスは、金属フィルタ２２で固体不純物が除去され、乾式脱硫装置２３で硫黄分が除去される。
乾式脱硫装置２３で硫黄分が除去された燃料ガスは燃焼器３に投入され、燃料ガスは酸素製造装置２４で製造された高濃度のＯ2と共に燃焼器３で燃焼される。酸素製造装置２４で製造されたＯ2は石炭ガス化設備２１にも供給される。酸素製造装置２４は、例えば、圧力スウィング吸着により窒素ガスが濃縮されて空気から除去されて加圧されたＯ2が供給される設備や、深冷設備からの純Ｏ2が所定圧力に加圧されて供給される設備を適用することができる。
燃焼器３で生成された燃焼ガスは、体積が一定条件での比熱と、圧力が一定条件での比熱の比である比熱比が小さな分子であるＣＯ2を主成分とする作動流体とされているので、圧力の変化による温度変化が抑制される。
つまり、ガスタービン４の出口側の作動流体（排気ガス）の温度を高く維持することができる。即ち、後述する圧縮機２で圧縮した時の温度上昇を抑制することができると共に、ガスタービン４で膨張させた時の温度低下を抑制することができ、圧縮機２の出口側の作動流体とガスタービン４の出口側の作動流体との温度差を大きくすることができる。
燃焼器３からの燃焼ガスはガスタービン４で膨張されて発電動力が得られる。ガスタービン４で仕事を終えた排気ガス（ＣＯ2を主成分とする作動流体）は排気経路５から排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）１３で熱回収され、ＨＲＳＧ１３で熱回収された排気ガスは圧縮機２で圧縮される。圧縮機２で圧縮された排気ガスは再生熱交換器７で昇温されて燃焼器３に投入される。再生熱交換器７には排気ガスの一部が経路８から送られ、排気ガスが熱回収される。
ガスタービン４の出口側の排気ガスは、ＣＯ2を主成分とする作動流体であるため比熱比が小さく、圧縮機２及びガスタービン４の出入口温度差が小さくなり、再生熱交換器７による熱効率を大幅に向上させることができる。つまり、再生による熱効率の効果を得やすいシステムとなっている。
ＨＲＳＧ１３で発生した蒸気は蒸気タービン１４に送られ、蒸気タービン１４で膨張されて発電動力とされる。蒸気タービン１４で仕事を終えた排気蒸気は復水器２５で復水されて図示しない給水ポンプにより給水加熱器２６に送られる。給水加熱器２６にはＨＲＳＧ１３で熱回収された排気ガスの一部が送られて復水器２５からの給水の加熱を行う。排気ガス側からみると、給水加熱器２６はガス冷却器とされる。給水加熱器２６で加熱された流体はＨＲＳＧ１３に送られて蒸気タービン１４の駆動用の蒸気とされる。
給水加熱器２６で冷却された排気ガス（ＣＯ2を含むガス）は汽水分離器２７で水分が分離されると共に、併設された水洗塔でハロゲンが除去される（不純物除去手段）。ハロゲンが除去された排気ガス（ＣＯ2）は圧縮機２８で所定圧力に加圧され水銀除去装置２９（不純物除去手段）で水銀が除去され、汽水分離器（冷却器）３０で更に水分が除去される。水分が除去された排気ガス（ＣＯ2）は圧縮機３１で所定圧力に加圧されて石炭ガス化設備２１に送られる。余剰のＣＯ2は加圧して液化する等により回収される。
尚、図２で示した水蒸気凝縮器１５は、図３に示した復水器２５、汽水分離器２７、３０に相当する。
上述した発電設備では、石炭と酸素製造装置２４から送られるＯ2（ＣＯ2、Ｈ2Ｏ）の反応により生成されたガス化ガス（燃料ガス）を金属フィルタ２２及び乾式脱硫装置２３を通して燃焼器３に送り、燃焼器３で酸素燃焼することでＣＯ2、を主成分とする比熱比の小さな燃焼ガス（作動流体）が得られ、燃焼器３からの燃焼ガスをガスタービン４で膨張して発電動力を得る。ガスタービン４で仕事を終えた排気ガスはＨＲＳＧ１３で熱回収され、圧縮機２で圧縮された後再生熱交換器７で昇温されて燃焼器３に送られる。再生熱交換器７にはガスタービン４で仕事を終えた排気ガスの一部が送られて熱回収される。
作動流体は、比熱比が小さなＣＯ2を主成分とするので、ガスタービン４の出口側の排気ガスの温度を高く維持することができ、圧縮機２で圧縮した時の温度上昇を抑制することができる。このため、圧縮機２の出口側の作動流体とガスタービン４の出口側の作動流体との温度差が大きくなり、再生熱交換器７での再生効率を高くすることができる。
ＨＲＳＧ１３で熱回収された排気（ＣＯ2）の一部は給水加熱器２６で熱回収され、水分が除去された後圧縮機３１で所定の圧力に加圧されて石炭ガス化設備２１に供給される。水分が除去される過程で、水洗塔で脱ハロゲン及び水銀除去装置２９で水銀除去される。また、圧縮機３１で所定の圧力に加圧された排気（ＣＯ2）の一部は液化される等して回収される。
ガスタービン４の排気は熱回収された後に一部が燃焼器３に投入されるセミクローズドシステムとなっているので、ＨＲＳＧ１３で熱回収されて石炭ガス化設備２１及び外部に回収される排気量が少なく、少ない量の排気に対して不純物を除去することができる。このため、システム全体で不純物の除去を考慮すると、ガスタービン４の燃焼器３の前流側の不純物除去装置として金属フィルタ２２と乾式脱硫装置２３だけを設け、ＨＲＳＧ１３で熱回収された後の排気ガスを脱ハロゲン及び水銀除去する装置を設ける構成とすることができる。
従って、ガス精製設備を簡素化することができると共に回収側も含めて不純物除去に要する熱交換に伴う有効エネルギーのロスを飛躍的に低減することができる。
一方、ＨＲＳＧ１３で発生した蒸気は蒸気タービン１４に送られて蒸気タービン１４が駆動する。排気蒸気は復水器２５で復水され、給水加熱器２６で加熱された流体はＨＲＳＧ１３に送られて蒸気タービン１４の駆動用の蒸気とされる。従って、ガスタービン４及び蒸気タービン１４による複合発電設備とされる。
尚、図３では、排気ガスを圧縮機２８、３１で圧縮して不純物の除去の所定圧力、石炭ガス化設備に供給するための所定圧力にする例を挙げて説明したが、圧縮機の数及び配置は任意であり、設備の規模や機器構成により適宜配置することができる。また、圧縮機２、ガスタービン４、蒸気タービン１４は一軸で配列して発電機を備えた構成にしたり、圧縮機２とガスタービン４の軸と、蒸気タービン１４の軸を並列に配置してそれぞれ発電機を備えた構成にすることが可能である。
上述した発電設備は、設備を大型化することなく効率を高めることができるガスタービン４を備えた発電設備とすることができる。
本発明は、燃焼流体を膨張させて動力を得るタービン設備の産業分野で利用することができる。
また、本発明は、炭素系燃料により燃料ガスを生成するガス化炉を備え、ガス化炉からの燃料ガスを燃焼させた作動流体により動力を得るガスタービンを備えた発電設備の産業分野で利用することができる。

Claims (15)

  1. 比熱比の小さな分子を主成分とする燃焼ガスを発生させる燃焼器と、
    前記燃焼器の燃焼ガスを膨張して動力を得るガスタービンとを備え、
    前記燃焼ガスが作動流体とされ、前記燃焼器の燃焼ガスと前記ガスタービンで膨張した作動流体との温度差を抑制した
    ことを特徴とするタービン設備。
  2. 請求項１に記載のタービン設備において、
    前記燃焼器の燃料は炭素成分が多い燃料である
    ことを特徴とするタービン設備。
  3. 請求項１に記載のタービン設備において、
    前記燃焼器の燃料は炭素成分が多い燃料をガス化した燃料である
    ことを特徴とするタービン設備。
  4. 請求項３に記載のタービン設備において、
    ガス化される炭素成分が多い燃料は石炭である
    ことを特徴とするタービン設備。
  5. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のタービン設備において、
    前記作動流体はＣＯ2を含む流体である
    ことを特徴とするタービン設備。
  6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のタービン設備において、
    前記ガスタービンで仕事を終えた排気である作動流体を圧縮して前記燃焼器に圧縮作動流体を送る圧縮機と、
    前記ガスタービンで仕事を終えた排気により、前記圧縮機で圧縮された圧縮作動流体を昇温する再生熱交換器とを備えた
    ことを特徴とするタービン設備。
  7. 請求項６に記載のタービン設備において、
    前記燃焼器ではＯ2を用いて燃料ガスを燃焼する
    ことを特徴とするタービン設備。
  8. 請求項７に記載のタービン設備において、
    前記Ｏ2を前記圧縮機で圧縮された圧縮作動流体もしくは前記再生熱交換器で昇温された作動流体に供給する
    ことを特徴とするタービン設備。
  9. 炭素系燃料の反応により燃料ガスを生成するガス化炉と、
    前記ガス化炉で生成された燃料ガスを燃焼する燃焼器と、
    前記燃焼器からの燃焼ガスを膨張して動力を得るガスタービンと、
    前記ガスタービンで仕事を終えた排気から熱を回収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、
    前記ガスタービンで仕事を終えた排気の一部を圧縮して前記燃焼器に圧縮作動流体を送る圧縮機とを備えた
    ことを特徴とする発電設備。
  10. 請求項９に記載の発電設備において、
    前記ガスタービンで仕事を終えた排気により、前記圧縮機で圧縮された圧縮作動流体を昇温する再生熱交換器を備えた
    ことを特徴とする発電設備。
  11. 請求項９もしくは請求項１０に記載の発電設備において、
    前記排熱ボイラからの排気の一部を冷却して水分を凝縮除去することで高純度のＣＯ2を得る冷却手段を備えた
    ことを特徴とする発電設備。
  12. 請求項１１に記載の発電設備において、
    前記冷却手段で得られた高純度のＣＯ2を前記ガス化炉に供給する供給系を備えた
    ことを特徴とする発電設備。
  13. 請求項１２に記載の発電設備において、
    前記ガス化炉は、石炭と高純度のＣＯ2を含む流体との反応により石炭ガス化ガスが生成される石炭ガス化炉である
    ことを特徴とする発電設備。
  14. 請求項９〜請求項１３のいずれか一項に記載の発電設備において、
    前記ガスタービンで仕事を終えた排気の一部から不純物を除去する不純物除去手段を備えた
    ことを特徴とする発電設備。
  15. 請求項９〜請求項１４のいずれか一項に記載の発電設備において、
    前記排熱回収ボイラで発生した蒸気を膨張して動力を得る蒸気タービンを備えた
    ことを特徴とする発電設備。
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