DE102010039799A1 - Dampfturbinenkraftwerk und Verfahren zum Betrieb desselben - Google Patents

Dampfturbinenkraftwerk und Verfahren zum Betrieb desselben Download PDF

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Abstract

Ein Dampfturbinenkraftwerk 10 beinhaltet eine Dampfturbineneinrichtung 20, in der Leistung durch das Antreiben von Dampfturbinen mit Dampf aus einem Dampfkessel 21, der Dampf unter Verwendung von Verbrennungswärme erzeugt, und Dampf aus einem Wärmesammeldampfgenerator 31, der Dampf unter Verwendung von Sonnenlicht erzeugt, erzeugt wird, und eine Kohlendioxidsammeleinrichtung 60, in der in einem Verbrennungsgas von dem Dampfkessel 21 und dergleichen enthaltenes Kohlendioxid gesammelt wird. Ferner wird Dampf aus dem Wärmesammeldampfgenerator 31 zu einer Solarwärmedampfturbine 32 gefördert und führt Expansionsarbeit aus und wird danach ein Teil des Dampfs über eine Leitung 51 zu der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 gefördert und erwärmt die Absorptionsflüssigkeit 100 in dem Rückgewinnungsturm 80.

Description

  • GEBIET
  • Hierin beschriebene Ausführungsformen betreffen allgemein ein Dampfturbinenkraftwerk, das eine Dampfturbine, einen Dampfkessel, einen Turbinengenerator usw. beinhaltet, und ein Verfahren zum Betrieb desselben. Die Ausführungsformen betreffen ferner ein Dampfturbinenkraftwerk, bei dem die Leistungserzeugungseffizienz durch Erhöhen einer Dampftemperatur verbessert ist und das eine Vorrichtung aufweist, die in einem aus einem Dampfkessel abgeführten Verbrennungsgas enthaltenes CO2 trennt und sammelt, und ein Verfahren zum Betrieb desselben.
  • HINTERGRUND
  • Bei konventionellen Dampfturbinenkraftwerken ist ein Temperaturzustand eines Dampfs 600°C oder niedriger und sind deshalb Elemente von Komponententeilen, die Hochtemperaturdampf ausgesetzt werden, z. B. Turbinenrotoren, Rotorblätter, Düsen usw., aus ferritischen wärmebeständigen Stählen ausgebildet, die sich durch Herstellbarkeit und wirtschaftliche Effizienz auszeichnen. Andererseits werden Kohlenstoffstähle als Materialien verwendet, die Komponententeile bilden, die keinem Hochtemperaturdampf ausgesetzt werden, z. B. Zuführwassererhitzer.
  • In den letzten Jahren wurde die Leistungsfähigkeit von Dampfturbinenkraftwerken aus Gründen, wie z. B. Brennstoffeinsparung und Erhaltung der Umwelt, proaktiv verbessert. Zum Beispiel ist eine Dampfturbine in Betrieb, die Hochtemperaturdampf mit einer Temperatur von annähernd 600°C (620°C oder niedriger) verwendet. Bei einer solchen Dampfturbine, die Hochtemperaturdampf verwendet, gibt es einige Teile, die charakteristische Erfordernisse aufweisen, welche die ferritischen wärmebeständigen Stähle nicht erfüllen können. Dementsprechend werden austenitische wärmebeständige Stähle oder dergleichen verwendet, die noch bessere Hochtemperaturcharakteristiken aufweisen. Jedoch führt die Verwendung der austenitischen wärmebeständigen Stähle zu einem Anstieg der Anlagenkosten. Außerdem weisen die austenitischen wärmebeständigen Stähle verglichen mit den ferritischen wärmebeständigen Stählen eine geringe Wärmeleitfähigkeit und einen großen Längenausdehnungskoeffizienten auf und weisen daher ein Problem dahingehend auf, dass eine Wärmespannung leicht auftritt, wenn eine Last sich während des Anschaltens eines Kraftwerks, des Abschaltens eines Kraftwerks oder dergleichen ändert.
  • Ferner werden gegenwärtig so genannte hochentwickelte ultrasuperkritische (A-USC) Leistungserzeugungssysteme der 700°C-Klasse untersucht, die Dampftemperaturen von 700°C oder höher verwenden. Wenn eine Eingangsdampftemperatur einer Dampfturbine 650°C oder mehr beträgt, gibt es einen Teil, an dem die Temperatur des Turbinenentnahmedampfs 580°C übersteigt, was es erforderlich macht, die wärmebeständigen Stähle für einen Zuführwassererhitzer zu verwenden, der mit diesem Entnahmedampf eine Erwärmung durchführt. Jedoch ist das Fördern des Turbinenentnahmedampfs zu dem Zuführwassererhitzer bei einer höheren Temperatur als 580°C in Anbetracht einer Wärmespannung, die proportional zu der Differenz zwischen einer Zuführwassertemperatur und einer Entnahmedampftemperatur erzeugt wird, nicht günstig. Um dies zu vermeiden, wird ein Prozess in Betracht gezogen, bei dem ein Teil des aus einer Hochdruckturbine abgeführten Dampfs einmal einer Gegendruckentnahmeturbine zugeführt wird, um Arbeit zu entnehmen, und der Entnahmedampf aus der Gegendruckentnahmeturbine, der einen verringerten Druck und eine verringerte Temperatur aufweist, dem Zuführwassererhitzer zugeführt wird. Konventionell ist diese Gegendruckentnahmeturbine direkt mit einer Zuführwasserpumpe zum Antreiben der Zuführwasserpumpe verbunden.
  • Als eine Ursache des Phänomens der globalen Erwärmung wurde auf den durch Kohlendioxid (CO2) hervorgerufenen Treibhauseffekt hingewiesen. Dementsprechend werden z. B. Verfahren zum Entfernen und Sammeln von Kohlendioxid in einem Verbrennungsabgas, indem das Verbrennungsabgas mit einer Absorptionsflüssigkeit in Kontakt gebracht wird, aktiv untersucht, die auf Wärmekraftwerke abzielen, die eine große Menge an fossilem Brennstoff verwenden.
  • 9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines konventionellen Kohlendioxidsammelsystems 300 veranschaulicht, das Kohlendioxid in einem Verbrennungsabgas entfernt und sammelt.
  • Bei dem in 9 veranschaulichten konventionellen Kohlendioxidsammelsystem 300 wird z. B. ein durch Verbrennen eines fossilen Brennstoffs in einem Dampfkessel abgeführtes Verbrennungsabgas durch eine Verbrennungsabgaszuführöffnung 311 zu einem Absorptionsturm 310 geführt. Eine Absorptionsflüssigkeit 320, die Kohlendioxid absorbiert, wird einem oberen Teil des Absorptionsturms 310 zugeführt und diese zugeführte Absorptionsflüssigkeit 320 wird mit dem geförderten Verbrennungsabgas in Gas-Flüssigkeits-Kontakt gebracht und absorbiert das Kohlendioxid in dem Verbrennungsabgas.
  • Die Absorptionsflüssigkeit 320, die das Kohlendioxid absorbiert hat, wird durch eine Absorptionsflüssigkeitsumlaufpumpe 330 von einem unteren Teil des Absorptionsturms 310 durch einen Wärmetauscher 340 geleitet und zu einem Rückgewinnungsturm 350 geführt.
  • Zusätzlich wird die Temperatur der Absorptionsflüssigkeit 320, die das Kohlendioxid absorbiert hat, wegen der Wärme der thermischen Reaktion aufgrund dieser Absorption und der Eigenwärme des Verbrennungsabgases höher als die Temperatur der Absorptionsflüssigkeit 320 vor der Absorption.
  • Andererseits wird der Rest des Verbrennungsabgases, aus dem das Kohlendioxid in die Absorptionsflüssigkeit 320 absorbiert wurde, aus dem oberen Teil des Absorptionsturms 310 in die Atmosphäre abgegeben.
  • Die zu dem Rückgewinnungsturm 350 geführte Absorptionsflüssigkeit 320 wird in einem Verdampfer 360 erwärmt, um das absorbierte Kohlendioxid abzuführen, und rückgewonnen, so dass sie wieder die zum Absorbieren von Kohlendioxid geeignete Absorptionsflüssigkeit 320 wird. Die rückgewonnene Absorptionsflüssigkeit 320 wird durch eine Absorptionsflüssigkeitsumlaufpumpe 331 über den Wärmetauscher 340 zu dem oberen Teil des Absorptionsturms 310 zurückgeführt.
  • Andererseits wird das aus der Absorptionsflüssigkeit 320 abgeführte Kohlendioxid über eine Kühleinrichtung 341 zu einem Dampfabscheider 370 geführt, um Wasser daraus zu entfernen, und danach zu einem Kohlendioxidkompressor 380 geführt, um darin gesammelt zu werden. Ein in dem Dampfabscheider 370 abgeschiedenes Kondensat wird zu dem Rückgewinnungsturm 350 geführt. Als die Wärmequelle für den Verdampfer 360 wird hauptsächlich aus einem Dampfturbinenprozess in dem Wärmekraftwerk entnommener Dampf oder dergleichen verwendet. Jedoch kann auch Kohlendioxidgas verwendet werden, das bei dem Vorgang des Komprimierens des Kohlendioxids auf eine hohe Temperatur erwärmt wurde (siehe z. B. JP-B2 2809381 (Patenteintragung) (hierin nachfolgend als Referenz 1 bezeichnet) und JP-A-2004-323339 (KOKAI) (hierin nachfolgend als Referenz 2 bezeichnet)).
  • Zum Beispiel offenbart Referenz 2 ein Verfahren zum Fördern eines Teils von aus einer Hochdruckturbine abgeführtem Dampf in eine Gegendruckturbine zum Antreiben eines Kohlendioxidkompressors und Fördern eines Teils von aus einer Mitteldruckturbine abgeführtem Dampf in eine Gegendruckturbine zum Antreiben von Hilfsvorrichtungen (z. B. zum Antreiben einer Zuführwasserpumpe), wodurch aus den Dampfturbinen abgeführter Dampf in einem Kohlendioxidsammelsystem zum Erwärmen verwendet wird.
  • Es sind Verfahren offenbart, die ein Hybridsystem betreffen, das in einem kombinierten Erzeugungssystem Solarwärme mitnutzt (siehe z. B. JP-A-2008-39367 (KOKAI) (hierin nachfolgend als Referenz 3 bezeichnet) und JP-A-2008-121483 (KOKAI) (hierin nachfolgend als Referenz 4 bezeichnet)). Bei diesem Solarwärme mitnutzenden Hybridsystem ist ein Solarwärme absorbierender Wärmetauscher neben einem Abwärme-Rückgewinnungsdampfkessel eines kombinierten Erzeugungsprozesses vorgesehen, wodurch der Brennstoffverbrauch des gesamten Erzeugungsprozesses verbessert wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Diagramm, das eine Übersicht eines Dampfturbinenkraftwerks einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
  • 2 ist ein Diagramm, das eine Übersicht einer Kohlendioxidsammeleinrichtung in dem Dampfturbinenkraftwerk der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
  • 3 ist ein Diagramm, das Zustandsänderungen von Dampf in dem Dampfturbinenkraftwerk der ersten Ausführungsform durch ein T-s-Liniendiagramm (Temperatur-Entropie-Liniendiagramm) veranschaulicht.
  • 4 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Bezugs zwischen Solarwärmeenergie und der Ausgabe einer Solarwärmedampfturbine an einem Tag.
  • 5 ist ein Diagramm, das eine Übersicht eines Dampfturbinenkraftwerks einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
  • 6 ist ein Diagramm, das Zustandsänderungen von Dampf in dem Dampfturbinenkraftwerk der zweiten Ausführungsform durch ein T-s-Liniendiagramm (Temperatur-Entropie-Liniendiagramm) veranschaulicht.
  • 7 ist ein Diagramm, das eine Übersicht eines Dampfturbinenkraftwerks einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.
  • 8 ist ein Diagramm, das Zustandsänderungen von Dampf in dem Dampfturbinenkraftwerk der dritten Ausführungsform durch ein T-s-Liniendiagramm (Temperatur-Entropie-Liniendiagramm) veranschaulicht.
  • 9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines konventionellen Kohlendioxidsammelsystems veranschaulicht, das Kohlendioxid in einem Verbrennungsabgas entfernt und sammelt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Bei dem oben beschriebenen konventionellen Kohlendioxidsammelsystem, das aus der Gegendruckturbine abgeführten Dampf als Heizdampf für die Absorptionsflüssigkeit verwendet, entspricht der Gesamtbetrag einer von dem Kohlendioxidkompressor und den Hilfsvorrichtungen benötigen Antriebsdampfflussrate nicht immer einer in dem Kohlendioxidsammelsystem benötigen Heizdampfflussrate. Daher wird, wenn die Antriebsdampfflussrate größer als die notwendige Dampfflussrate ist, der überschüssige Dampf in einem Dampfkondensator oder dergleichen ausgeschieden. In diesem Fall wird Dampf mit hoher Energie zu dem Kondensator abgeführt, was einen Verlust von Energie bedeutet. Wenn die Antriebsdampfflussrate niedriger als die notwendige Dampfflussrate ist, wird fehlender Dampf direkt dem Kohlendioxidsammelsystem zugeführt. In diesem Fall wird auch ein Energieverlust bewirkt, da der Druck und die Temperatur des dem Kohlendioxidrückgewinnungssystem zugeführten Dampfs auf die erforderlichen Werte verringert werden sollen, was dessen Energie verringert.
  • Ferner muss bei dem konventionellen Kohlendioxidsammelsystem Kohlendioxid auf die eine oder andere Weise von der Absorptionsflüssigkeit, die Kohlendioxid in dem Verbrennungsabgas absorbiert hat, getrennt und gesammelt werden. Normalerweise wird diese Trennung des Kohlendioxids am einfachsten durch Erwärmen der Absorptionsflüssigkeit durchgeführt und wurde deshalb konventionell ein Erwärmungsverdampfungsverfahren verwendet. Jedoch ist, um Kohlendioxid zu trennen, die für die Trennung verwendete Wärmemenge groß und gilt, dass die Leistungserzeugungseffizienz um annähernd 30% im Relativwert abnimmt, wenn Dampf in einem Dampfturbinenprozess entnommen wird.
  • Zum Beispiel beträgt, wenn eine auf Amin basierende Absorptionsflüssigkeit mit hoher Kohlendioxidabsorptionsleistung als die Absorptionsflüssigkeit verwendet wird, die Temperatur zum Erwärmen der Absorptionsflüssigkeit, die Kohlendioxid absorbiert hat, um das Kohlendioxid zu trennen, annähernd 100°C bis 150°C. Als zu diesem Zeitpunkt benötigte Wärmemenge werden 2,5 MJ bis 3,5 MJ/(kg-CO2) genannt, d. h. 2,5 MJ bis 3,5 MJ pro 1 kg Kohlendioxid. Diese Wärmemenge ist z. B. äquivalent zu annährend 10% bis 20% des Heizwerts von Kohle, wenn Kohle als Brennstoff für den Dampfkessel verwendet wird.
  • Dementsprechend werden in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen ein Dampfturbinenkraftwerk und ein Verfahren zum Betrieb desselben bereitgestellt, die Abdampf mit niedriger Energie, der aus einer Leistungserzeugung durch eine Solarwärme verwendende Dampfturbine entsteht, als eine in dem Kohlendioxidsammelsystem benötigte Energiequelle verwenden, um so Energieverluste zu unterdrücken und eine hohe Leistungserzeugungseffizienz zu erzielen.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird ein Dampfturbinenkraftwerk bereitgestellt, das beinhaltet: eine Dampfturbineneinrichtung, die beinhaltet: einen Dampfkessel mit einem Überhitzer und wenigstens einem Wiedererhitzer, eine erste Dampfturbine, die durch von dem Überhitzer geförderten Frischdampf angetrieben wird, eine zweite Dampfturbine, die durch von dem Wiedererhitzer geförderten Dampf angetrieben wird, wobei der Wiedererhitzer aus der ersten Dampfturbine abgeführten Dampf wieder erwärmt, eine dritte Dampfturbine, die durch Dampf, der aus der zweiten Dampfturbine abgeführt wird, angetrieben wird, einen zumindest mit der dritten Dampfturbine gekoppelten Generator, einen Dampfkondensator, der aus der dritten Dampfturbine abgeführten Dampf in ein Kondensat kondensiert, einen Zuführwassererhitzer, der in einem Wasserzuführsystem. zwischen dem Dampfkondensator und dem Dampfkessel zum Erwärmen von von dem Dampfkondensator gefördertem Zuführwasser vorgesehen ist, einen Wärmesammeldampfgenerator, der aus einem Teil des Kondensats durch Verwenden von Wärme von Sonnenlicht Dampf erzeugt, und eine vierte Dampfturbine, die durch von wenigstens dem Wärmesammeldampfgenerator geförderten Dampf angetrieben wird; und eine Kohlendioxidsammeleinrichtung, die beinhaltet: einen Absorptionsturm, in dem in einem Verbrennungsgas von dem Dampfkessel enthaltenes Kohlendioxid von einer Absorptionsflüssigkeit absorbiert wird, einen Rückgewinnungsturm, in dem die Absorptionsflüssigkeit erwärmt wird, indem Wärme von aus der vierten Dampfturbine abgeführtem Dampf verwendet wird, um das Kohlendioxid aus der Absorptionsflüssigkeit abzuführen, und eine Sammelvorrichtung, die in dem Rückgewinnungsturm abgeführtes Kohlendioxid sammelt.
  • Ferner wird gemäß einer Ausführungsform ein Verfahren zum Betrieb eines Dampfturbinenkraftwerks bereitgestellt, das beinhaltet: Erzeugen von Frischdampf in einem Dampfkessel; Antreiben einer ersten Dampfturbine durch den Frischdampf; Zuführen wenigstens eines Teils von Abdampf aus der ersten Dampfturbine zu dem Dampfkessel, um wieder erwärmten Dampf zu erzeugen; Erzeugen des wieder erwärmten Dampfs in dem Dampfkessel; Antreiben einer zweiten Dampfturbine durch den wieder erwärmten Dampf; Antreiben einer dritten Dampfturbine durch aus der zweiten Dampfturbine abgeführten Dampf; Kondensieren von aus der dritten Dampfturbine abgeführtem Dampf in ein Kondensat; Erwärmen des Kondensats durch Verwenden von Wärme von Dampf, der aus wenigstens einer der ersten, der zweiten und der dritten Dampfturbine entnommen oder abgeführt wurde; Zuführen wenigstens eines Teils des Kondensats zu dem Dampfkessel, um den Frischdampf zu erzeugen; Erzeugen von Dampf aus einem Teil des Kondensats in einem Wärmesammeldampfgenerator durch Verwenden von Wärme von Sonnenlicht; Antreiben einer vierten Dampfturbine durch in wenigstens dem Wärmesammeldampfgenerator erzeugten Dampf; Absorbieren von Kohlendioxid, das in einem Verbrennungsgas von dem Dampfkessel enthalten ist, in eine Absorptionsflüssigkeit; Abführen des Kohlendioxids aus der Absorptionsflüssigkeit durch Verwenden von Wärme von aus der vierten Dampfturbine abgeführtem Dampf; und Sammeln von aus dem Rückgewinnungsturm abgeführtem Kohlendioxid.
  • Nachfolgend werden hierin Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
  • [Erste Ausführungsform]
  • 1 ist ein Diagramm, das eine Übersicht eines Dampfturbinenkraftwerks 10 einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
  • Das Dampfturbinenkraftwerk 10 der ersten Ausführungsform beinhaltet eine Dampfturbineneinrichtung 20, in der Leistung erzeugt wird, indem Dampfturbinen mit Dampf aus einem Dampfkessel 21, der unter Verwendung von Verbrennungswärme Dampf erzeugt, und Dampf aus einem Wärmesammeldampfgenerator 31, der unter Verwendung von Wärme von Sonnenlicht Dampf erzeugt, angetrieben werden, und eine Kohlendioxidsammeleinrichtung 60, in der in einem Verbrennungsgas von dem Dampfkessel 21 und dergleichen enthaltenes Kohlendioxid gesammelt wird.
  • Zunächst wird die Dampfturbineneinrichtung 20 beschrieben.
  • Wie in 1 veranschaulicht ist, beinhaltet die Dampfturbineneinrichtung 20 einen Dampfkessel 21 mit einem Überhitzer 21a und einem Wiedererhitzer 21b, eine Hochdruckturbine 22, die als die erste Dampfturbine wirkt, eine Mitteldruckturbine 23, die als die zweite Dampfturbine wirkt, eine Niederdruckturbine 24, die als die dritte Dampfturbine wirkt, einen Dampfkondensator 25, eine Kondensatpumpe 26, Niederdruck-Zuführwassererhitzer 27a, 27b, 27c, einen Luftabscheider 28, eine Dampfkessel-Zuführwasserpumpe 29 und Hochdruck-Zuführwassererhitzer 30a, 30b.
  • Ferner beinhaltet die Dampfturbineneinrichtung 20 einen Wärmesammeldampfgenerator 31, der einen Teil eines in dem Luftabscheider 28 entlüfteten Zuführwassers durch Wärmeenergie von Sonnenlicht erwärmt, um Dampf zu erzeugen, und eine Solarwärmedampfturbine 32, die als die vierte Dampfturbine wirkt und zu der in diesem Wärmesammeldampfgenerator 31 erzeugter Dampf gefördert wird. Ferner ist diese so aufgebaut, dass ein Teil von aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführtem Dampf der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 zugeführt wird.
  • Der Wärmesammeldampfgenerator 31 beinhaltet z. B. einen Heizmechanismus, der ein flüssiges Heizmedium durch Sonnenlicht erwärmt, einen Wärmetauscher, der Zuführwasser durch das von diesem Heizmechanismus zugeführte Heizmedium erwärmt, eine an einer Leitung vorgesehene Umlaufpumpe, die das Heizmedium zu dem Heizmechanismus und dem Wärmetauscher in Umlauf bringt, usw. Speziell ist es z. B. möglich, für den Wärmesammeldampfgenerator 31 einen wannenartigen thermischen Solarkollektor mit einem gekrümmten Spiegel, der Sonnenlicht linear konzentriert, oder einen turmartigen thermischen Solarkollektor zu verwenden, der ebene Spiegel, die Sonnenlicht auf einen an einem Mittelteil angeordneten Wärmekollektor konzentrieren, verwendet. Bei diesen thermischen Solarkollektoren wird ein Heizmedium, wie z. B. Öl, durch Solarwärmeenergie erwärmt und Wärme von diesem Heizmedium durch Wärmeaustausch an die Wasserzufuhr gegeben. Bei dem wannenartigen thermischen Solarkollektor wird z. B. Dampf mit einer Temperatur innerhalb des Bereichs von 370°C bis 400°C erhalten. Andererseits wird bei dem turmartigen thermischen Solarkollektor z. B. Dampf mit einer Temperatur innerhalb des Bereichs von 500°C bis 550°C erhalten. Dementsprechend wird es, wenn ein thermischer Solarkollektor gewählt wird, bevorzugt, einen thermischen Solarkollektor zu wählen, durch den Dampf mit einer Temperatur erhalten werden kann, die nahe bei der des aus der Hochdruckturbine 22 abgeführten Dampfs liegt.
  • Hierbei kann ein Wärmespeicher 34, der einen Teil von Wärme von in dem Wärmesammeldampfgenerator 31 erzeugtem Dampf speichert, zwischen dem Wärmesammeldampfgenerator 31 und der Solarwärmedampfturbine 32 vorgesehen sein. Zusätzlich kann ein beliebiges Verfahren zum Speichern von Wärme in dem Wärmespeicher 34 verwendet werden, wie z. B. eines, das die Eigenwärme einer Substanz verwendet, eines, das die Latentwärme einer Substanz verwendet, eines, das eine chemische Reaktion verwendet, oder dergleichen.
  • Wenn der Wärmespeicher 34 beinhaltet ist, ist eine Umlaufleitung 34a, die das Heizmedium des Wärmesammeldampfgenerators 31 in Umlauf bringt, zwischen dem Wärmesammeldampfgenerator 31 und dem Wärmespeicher 34 vorgesehen. Wenn Wärme in dem Wärmespeicher 34 gespeichert wird oder wenn die in dem Wärmespeicher 34 gespeicherte Wärme in dem Wärmesammeldampfgenerator 31 verwendet wird, wird eine an der Umlaufleitung 34a vorgesehene Umlaufpumpe (nicht veranschaulicht) betätigt, um Wärme zu speichern oder die gespeicherte Wärme abzuführen. Indem so der Wärmespeicher 34 beinhaltet wird, ist es möglich, überschüssige Wärme einmal in dem Wärmespeicher 34 zu speichern, z. B. wenn der Betrag der Sonneneinstrahlung groß ist. Andererseits kann, wenn eine vorgegebene Solarwärmeenergiemenge in der Nacht oder wegen eines kleinen Betrags der Sonneneinstrahlung nicht erhalten werden kann, die gespeicherte Wärme entnommen werden. Das heißt, durch Beinhalten des Wärmespeichers 34 kann eine Schwankung der Solarwärme absorbiert und ausgeglichen werden.
  • Hierbei ist die Solarwärmedampfturbine 32 entlang der gleichen Achse wie die Niederdruckturbine 24 verbunden und dafür aufgebaut, einen Generator 35a anzutreiben. Die Hochdruckturbine 22 ist entlang der gleichen Achse wie die Mitteldruckturbine 23 verbunden und dafür aufgebaut, einen Generator 35b anzutreiben. Indem die Dampfturbinen so angeordnet werden, ist es möglich, zu verhindern, dass die Gesamtlänge groß wird, und dadurch Dampfleckverluste wegen eines Unterschieds der Wärmeausdehnung zwischen Turbinenrotoren und ortsfesten Elementen zu verringern. Außerdem können, indem die Dampfturbine, zu der Hochtemperaturdampf gefördert wird, und die Dampfturbine, zu der Dampf mit relativ niedriger Temperatur gefördert wird, getrennt vorgesehen werden und ein Drucklager in jeder von diesen geeignet angeordnet wird, die Anfahrcharakteristiken verbessert werden.
  • Bei dieser Dampfturbineneinrichtung 20 wird ein in dem Überhitzer 21a des Dampfkessels 21 erzeugter Hochtemperaturdampf über eine Frischdampfleitung 42 zu der Hochdruckturbine 22 gefördert, führt Expansionsarbeit aus und wird danach über eine Niedertemperatur-Wiedererwärmungsdampfleitung 43 zu dem Wiedererhitzer 21b des Dampfkessels 21 gefördert. Hierbei wird bevorzugt, dass die Temperatur des von dem Überhitzer 21a zu der Hochdruckturbine 22 geförderten Dampfs in Anbetracht der Verbesserung der Leistungserzeugungseffizienz 620°C oder mehr beträgt. Zum Beispiel ist es auch möglich, Hochtemperaturdampf mit einer Temperatur von annähernd 650°C oder mehr zu der Hochdruckturbine 22 zu fördern. Ein Teil des aus der Hochdruckturbine 22 abgeführten Dampfs wird über eine von der Niedertemperatur-Wiedererwärmungsdampfleitung 43, die den aus der Hochdruckturbine 22 abgeführten Dampf zu dem Wiedererhitzer 21b fördert, abgezweigte Leitung 44 zu dem Hochdruck-Zuführwassererhitzer 30a gefördert, um so das Zuführwasser zu erwärmen. Ferner wird aus der Hochdruckturbine 22 entnommener Entnahmedampf über eine Leitung 45 zu dem Hochdruck-Zuführwassererhitzer 30b gefördert, um so das Zuführwasser zu erwärmen.
  • Hierbei wird es, wenn die Temperatur des aus der Hochdruckturbine 22 abgeführten Dampfs höher als eine vorgegebene Temperatur von zu dem Hochdruck-Zuführwassererhitzer 30a gefördertem Dampf ist, bevorzugt, einen Wärmetauscher (nicht veranschaulicht) vorzusehen, der dafür geeignet ist, Wärme zwischen dem Zuführwasser, das in einer Zuführwasserleitung 49 zwischen dem Hochdruck-Zuführwassererhitzer 30a und dem Überhitzer 21a des Dampfkessels 21 fließt, und Dampf, der in der Leitung 44, die den aus der Hochdruckturbine 22 abgeführten Dampf zu dem Hochdruck-Zuführwassererhitzer 30a fördert, fliegt, auszutauschen. In diesem Fall kann dieser Wärmetauscher als ein Enthitzer aufgebaut sein, der einen Teil der Eigenwärme des aus der Hochdruckturbine 22 abgeführten Dampfs an das Zuführwasser gibt. Daher kann Dampf mit einer geeigneten Temperatur zu dem Hochdruck-Zuführwassererhitzer 30a gefördert werden.
  • Der Dampf, der in dem Wiedererhitzer 21b erneut erwärmt (wieder erwärmt) wurde, so dass er überhitzter Dampf (wieder erwärmter Dampf) mit einer hohen Temperatur ist, wird über eine Hochtemperatur-Wiedererwärmungsdampfleitung 46 zu der Mitteldruckturbine 23 gefördert, führt Expansionsarbeit aus und wird danach über eine Leitung 47 zu der Niederdruckturbine 24 gefördert. Hierbei wird bevorzugt, dass die Temperatur des in dem Wiedererhitzer 21b erwärmten und zu der Mitteldruckturbine 23 geförderten Dampfs in Anbetracht der Verbesserung der Leistungserzeugungseffizienz 620°C oder mehr beträgt. Zum Beispiel kann ein Hochtemperaturdampf mit annähernd 650°C oder mehr zu der Mitteldruckturbine 23 gefördert werden. Die Mitteldruckturbine 23 treibt den Generator 35b an, um Leistung zu erzeugen.
  • Der Dampf, der zu der Niederdruckturbine 24 gefördert wurde und eine Expansionsarbeit ausgeführt hat, wird zu dem Dampfkondensator 25 geführt, um in ein Kondensat kondensiert zu werden. Aus der Niederdruckturbine 24 entnommener Entnahmedampf wird über eine Leitung 48 zu den Niederdruck-Zuführwassererhitzern 27a, 27b, 27c geführt, um das Zuführwasser zu erwärmen. Die Niederdruckturbine 24 treibt den Generator 35a an, um Leistung zu erzeugen.
  • Das Kondensat in dem Dampfkondensator 25 wird durch die Kondensatpumpe 26 zu den Niederdruck-Zuführwassererhitzern 27a, 27b, 27c und dem Luftabscheider 28 gefördert und als ein Zuführwasser zu dem Dampfkessel 21 wieder verwendet. Das zu dem Luftabscheider 28 geförderte Kondensat wird durch die Dampfkessel-Zuführwasserpumpe 29 mit Druck beaufschlagt und über die Zuführwasserleitung 49 durch die Hochdruck-Zuführwassererhitzer 30a, 30b dem Überhitzer 21a zugeführt. Andererseits wird ein Teil des zu dem Luftabscheider 28 geförderten Zuführwassers (Kondensat) durch eine Zuführwasserpumpe 33 über eine von einer Wasserzuführsystemleitung 40 abgezweigte Leitung 41 zu dem Wärmesammeldampfgenerator 31 gefördert. Das zu dem Wärmesammeldampfgenerator 31 geförderte Zuführwasser wird in dem Wärmesammeldampfgenerator 31 erwärmt und wandelt sich in Dampf um und wird zu der Solarwärmedampfturbine 32 gefördert.
  • Zum Beispiel wird, wenn der Wärmespeicher 34 beinhaltet ist, wenn die durch den Wärmesammeldampfgenerator 31 erhaltene Solarwärmeenergie einen notwendigen Betrag übersteigt, die an der Umlaufleitung 34a vorgesehene Umlaufpumpe (nicht veranschaulicht) betätigt, um Wärme in dem Wärmespeicher 34 zu speichern. Eine vorgegebene Menge an Solarwärmeenergie wird dann über ein Heizmedium von dem Wärmesammeldampfgenerator 31 an das Zuführwasser gegeben, wodurch ermöglicht wird, dass Dampf mit einer geeigneten Temperatur zu der Solarwärmedampfturbine 32 gefördert wird.
  • Andererseits wird, wenn der Wärmespeicher 34 beinhaltet ist und der Wärmespeicher 34 bereits Wärme gespeichert hat, wenn die durch den Wärmesammeldampfgenerator 31 erhaltene Solarwärmeenergie geringer als eine notwendige Menge ist, die an der Umlaufleitung 34a vorgesehene Umlaufpumpe (nicht veranschaulicht) betätigt, um die in dem Wärmespeicher 34 gespeicherte Wärme in dem Wärmesammeldampfgenerator 31 zu verwenden. Eine vorgegebene Menge von Solarwärmeenergie wird dann über ein Heizmedium von dem Wärmesammeldampfgenerator 31 an das Zuführwasser gegeben, wodurch ermöglicht wird, Dampf mit einer geeigneten Temperatur zu der Solarwärmedampfturbine 32 zu fördern.
  • Hierbei kann eine von der Niedertemperatur-Wiedererwärmungsdampfleitung 43, die den aus der Hochdruckturbine 22 abgeführten Dampf zu dem Wiedererhitzer 21b fördert, abgezweigte Leitung 50 vorgesehen sein, die mit einem Dampfeinlass der Solarwärmedampfturbine 32 kommuniziert. Zum Beispiel kann, wenn der Wärmespeicher 34 nicht beinhaltet ist oder wenn der Wärmespeicher 34 beinhaltet ist, aber die nur durch die in dem Wärmespeicher 34 gespeicherte Wärme an das Zuführwasser gegebene Energie nicht ausreichend ist, ein Teil des aus der Hochdruckturbine 22 abgeführten Dampfs über die Leitung 50 zu der Solarwärmedampfturbine 32 gefördert werden. Hierbei wird bevorzugt, dass der zu der Solarwärmedampfturbine 32 geförderte Dampf eine Temperatur aufweist, die nahe bei der des durch den Wärmesammeldampfgenerator 31 erzeugten Dampfs liegt. Zum Beispiel kann der Dampf eine Temperatur innerhalb des Bereichs von 370°C bis 400°C aufweisen, wenn der Wärmesammeldampfgenerator 31 wannenartig ist, und eine Temperatur innerhalb des Bereichs von 500°C bis 550°C aufweisen, wenn der Wärmesammeldampfgenerator 31 turmartig ist.
  • Der zu der Solarwärmedampfturbine 32 geförderte Dampf führt eine Expansionsarbeit aus und danach wird ein Teil desselben über eine Leitung 51 der Kohledioxidsammeleinrichtung 60 zugeführt. Der Rest wird über eine von der Leitung 51 abgezweigte Leitung 52 zusammen mit dem oben beschriebenen aus der Niederdruckturbine 24 entnommenen Entnahmedampf zu dem Niederdruck-Zuführwassererhitzer 27c gefördert.
  • Hierbei kann der aus der Solarwärmedampfturbine 32 entnommene Entnahmedampf über eine Leitung 53 zu einer vorgegebenen Turbinenstufe der Mitteldruckturbine 23 als Kühldampf zum Kühlen eines Turbinenrotors, der Turbinenrotorblätter, eines Gehäuses usw. der Mitteldruckturbine 23 gefördert werden. Daher können die Kriechfestigkeiten des Turbinenrotors und der Turbinenrotorblätter der Mitteldruckturbine 23 gewährleistet werden. Ferner kann durch Verwendung des aus der Solarwärmedampfturbine 32 entnommenen Kühldampfs mit einer niedrigen Temperatur ein Prozessverlust verringert werden. Zusätzlich wird es, wenn Dampf aus der Solarwärmedampfturbine 32 entnommen wird, um die Mitteldruckturbine 23 zu kühlen, bevorzugt, aus der Solarwärmedampfturbine 32 Dampf mit einem Druck zu entnehmen, der höher als der Druck des Dampfs in einem Kühlungsteil der Mitteldruckturbine 23 ist.
  • Hierbei ist die Leitung 50 mit einem Flussregelventil V1 zum Einstellen der Flussrate des zu der Solarwärmedampfturbine 32 geförderten Dampfs versehen. Außerdem ist die Leitung 52 mit einem Druckregelventil V2 zum Einstellen des Drucks des aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführten Dampfs versehen. Ferner ist, wenn aus der Solarwärmedampfturbine 32 entnommener Dampf als Kühldampf zu der Mitteldruckturbine 23 gefördert wird, die Leitung 53 mit einem Flussregelventil V3 zum Einstellen der Flussrate von aus der Solarwärmedampfturbine 32 entnommenem Dampf versehen. Zusätzlich wird mit Bezug auf die Ausgabe erzeugter Leistung in dem Dampfturbinenkraftwerk 10 die Flussrate von zu der Hochdruckturbine 22 gefördertem Frischdampf mit einem Dampfsteuerventil (nicht veranschaulicht) so eingestellt, dass die Gesamtausgabe des Generators 35a und des Generators 35b einer Zielausgabe entspricht. Ferner werden die oben beschriebenen Ventile, Pumpen usw. durch eine nicht veranschaulichte Steuereinrichtung auf Grundlage von Information von z. B. einer Temperaturerfassungseinrichtung, einer Flusserfassungseinrichtung, einer Druckerfassungseinrichtung usw., die nicht veranschaulicht sind, rückkopplungsgesteuert.
  • Zum Beispiel werden die Flussrate und die Temperatur von zu der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 gefördertem Dampf durch die Steuereinrichtung, die das Druckregelventil V2 usw. steuert, auf eine vorgegebene Flussrate und eine vorgegebene Temperatur eingestellt. Speziell wird, wenn die Temperatur des aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführten Dampfs niedriger ist als die Temperatur von in der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 benötigtem Dampf, z. B. das Druckregelventil V2 geschlossen, um den Druck des aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführten Dampfs zu erhöhen. Daher kann die Temperatur des aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführten Dampfs erhöht werden, so dass sie nahe bei der vorgegebenen Temperatur liegt. Zusätzlich kann, wenn eine geringe Einstellung der Temperatur benötigt wird, z. B. ein Teil der Leitung 51 durch Sprühwasser oder dergleichen gekühlt werden, um die Temperatureinstellung durchzuführen. Wenn die Flussrate des zu der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 geförderten Dampfs niedriger als eine vorgegebene Flussrate ist, kann z. B. die Menge des Zuführwassers von der Zuführwasserpumpe 33 erhöht oder die Öffnung des Flussregelventils V1 vergrößert werden, um diese nahe zu der vorgegebenen Flussrate zu bringen.
  • Es ist zu beachten, dass, obwohl das Beispiel des Einstellens des Flussregelventils V1 und des Druckregelventils V2 auf Grundlage der Temperatur und der Flussrate des zu der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 geförderten Dampfs hier beschrieben wurde, das Flussregelventil V1 und das Druckregelventil V2 z. B. auf Grundlage der Temperatur der Absorptionsflüssigkeit in dem Rückgewinnungsturm der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60, die später beschrieben wird, eingestellt werden können. Indem das Flussregelventil V1 und das Druckregelventil V2 so auf Grundlage der Temperatur der Absorptionsflüssigkeit eingestellt werden, ist es möglich, eine Zeitverzögerung für die Durchführung einer geeigneten Steuerung zu verringern. In dieser Situation können das Flussregelventil V1 und das Druckregelventil V2 mit Bezug auf die Flussrate der Absorptionsflüssigkeit als eine Funktion gesteuert werden, um die Steuerung zu stabilisieren.
  • Als Nächstes wird die Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 beschrieben.
  • 2 ist ein Diagramm, das eine Übersicht der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 in dem Dampfturbinenkraftwerk 10 der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
  • Wie in 2 veranschaulicht ist, beinhaltet die Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 einen Absorptionsturm 70, einen Rückgewinnungsturm 80 und eine Kohlendioxidsammelvorrichtung 90.
  • Der Absorptionsturm 70 ist ein Turm, zu dem aus dem Dampfkessel 21 abgeführtes Verbrennungsgas gefördert wird, und dieses Verbrennungsgas wird mit Absorptionsflüssigkeit 100 in Gas-Flüssigkeits-Kontakt gebracht, so dass das in dem Verbrennungsgas enthaltene Kohlendioxid in die Absorptionsflüssigkeit 100 absorbiert wird.
  • Der Rückgewinnungsturm 80 ist ein Turm, in dem die Absorptionsflüssigkeit 100, die Kohlendioxid in dem Absorptionsturm 70 absorbiert hat, durch Verwendung von Wärme des aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführten Dampfs erwärmt wird, um so das Kohlendioxid von der Absorptionsflüssigkeit 100 zu trennen.
  • Die Kohlendioxidsammelvorrichtung 90 ist eine Vorrichtung zum Sammeln des in dem Rückgewinnungsturm 80 getrennten Kohlendioxids. Die Kohlendioxidsammelvorrichtung 90 besteht z. B. aus einem Kompressionskollektor, der das getrennte Kohlendioxid komprimiert und sammelt oder dergleichen.
  • Die Absorptionsflüssigkeit kann hierbei eine Flüssigkeit sein, in der Kohlendioxid absorbiert werden kann und aus der Kohlendioxid unter einer vorgegebenen Bedingung abgeführt werden kann, und z. B. kann eine wässrige Aminlösung oder dergleichen verwendet werden. Es ist speziell möglich, als die wässrige Aminlösung z. B. eine wässrige Lösung eines von Alkanolaminen, wie z. B. Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Methyldiethanolamin, Diisopropanolamin und Diglykolamin oder eine wässrige Lösung, in der zwei oder mehr von diesen gemischt sind, zu verwenden.
  • Bei der oben beschriebenen Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 wird z. B. durch Verbrennen und Abführen eines fossilen Brennstoffs in dem Dampfkessel 21 erzeugtes Verbrennungsabgas über eine Verbrennungsabgaszuführöffnung 71 zu dem Absorptionsturm 70 gefördert. Die Absorptionsflüssigkeit 100, die Kohlendioxid absorbiert, wird einem oberen Teil des Absorptionsturms 70 zugeführt und diese zugeführte Absorptionsflüssigkeit 100 wird z. B. nach unten gesprüht, um mit dem geförderten Verbrennungsabgas in Gas-Flüssigkeits-Kontakt gebracht zu werden, wodurch Kohlendioxid in dem Verbrennungsabgas absorbiert wird.
  • Die Absorptionsflüssigkeit 100, die Kohlendioxid absorbiert hat, wird durch eine Absorptionsflüssigkeitsumlaufpumpe 110 von einem unteren Teil des Absorptionsturms 70 durch einen Wärmetauscher 120 geleitet und zu dem Rückgewinnungsturm 80 gefördert. Hierbei wird die Absorptionsflüssigkeit 100, wenn sie durch den Wärmetauscher 120 tritt, durch die von dem Rückgewinnungsturm 80 zu dem Absorptionsturm 70 geförderte Absorptionsflüssigkeit 100 erwärmt. Die Temperatur der Absorptionsflüssigkeit 100, die Kohlendioxid absorbiert hat, wird durch Reaktionswärme dieser Absorption und Eigenwärme des Verbrennungsabgases höher als die Temperatur der Absorptionsflüssigkeit 100 vor der Absorption von Kohlendioxid.
  • Andererseits wird der Rest des Verbrennungsabgases, aus dem das Kohlendioxid in die Absorptionsflüssigkeit 100 absorbiert wurde, von dem oberen Teil des Absorptionsturms 70 in die Atmosphäre freigesetzt.
  • Die zu dem Rückgewinnungsturm 80 geförderte Absorptionsflüssigkeit 100 wird in einem Verdampfer 130 erwärmt, um das absorbierte Kohlendioxid abzuführen, und rückgewonnen, um wieder die zum Absorbieren von Kohlendioxid geeignete Absorptionsflüssigkeit 100 zu werden. Der aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführte Dampf wird über die Leitung 51 zu dem Verdampfer 130 gefördert. Durch diesen aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführten Dampf wird die Absorptionsflüssigkeit 100, die Kohlendioxid absorbiert hat, erwärmt.
  • Hierbei wird die Temperatur des aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführten und zu dem Verdampfer 130 geförderten Dampfs durch die oben beschriebene Steuerung in der Dampfturbineneinrichtung 20 auf eine vorgegebene Temperatur eingestellt. Die vorgegebene Temperatur ist hierbei eine zum Erwärmen der Absorptionsflüssigkeit 100 auf eine Temperatur, bei der Kohlendioxid effektiv in dem Rückgewinnungsturm 80 abgeführt werden kann, benötigte Temperatur und entsprechend der verwendeten Absorptionsflüssigkeit 100 geeignet festgelegt. Zum Beispiel liegt, wenn die oben beschriebene wässrige Aminlösung als die Absorptionsflüssigkeit 100 verwendet wird, die Temperatur, bei der Kohlendioxid effektiv abgeführt werden kann, innerhalb des Bereichs von 100°C bis 120°C. Das heißt, Wärme, durch welche die Temperatur der zu dem Rückgewinnungsturm 80 geförderten Absorptionsflüssigkeit 100 so erhöht werden kann, dass sie innerhalb des Bereichs von 100°C bis 120°C liegt, kann in dem Verdampfer 130 an die Absorptionsflüssigkeit 100 gegeben werden. Das heißt, die vorgegebene Temperatur des zu der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 geförderten Dampfs ist abhängig von der Flussrate der erwärmten Absorptionsflüssigkeit 100 und der Flussrate von zu dem Verdampfer 130 gefördertem Dampf unterschiedlich und es wird bevorzugt, dass die vorgegebene Temperatur unter Berücksichtigung dieser Flussraten innerhalb des Bereichs von annähernd 130°C bis 150°C festgelegt wird.
  • Der Dampf, der durch den Verdampfer 130 Wärme zu der Absorptionsflüssigkeit 100 freigesetzt hat, wird zu dem in 1 veranschaulichten Dampfkondensator 25 gefördert und in ein Kondensat kondensiert. Wenn der Dampf, der durch den Verdampfer 130 Wärme zu der Absorptionsflüssigkeit 100 freigesetzt hat, in das Kondensat kondensiert wird, kann das Kondensat von dem Verdampfer 130 z. B. zu der Leitung geführt werden, in der Kondensat zwischen dem Niederdruck-Zuführwassererhitzer 27a und dem Niederdruck-Zuführwassererhitzer 27b, die in 1 veranschaulicht sind, fließt.
  • Ferner wird die rückgewonnene Absorptionsflüssigkeit 100, aus der das Kohlendioxid abgeführt wurde, durch eine Absorptionsflüssigkeitsumlaufpumpe 111 über den Wärmetauscher 120 wieder zu dem oberen Teil des Absorptionsturms 70 zurückgeführt. Hierbei erwärmt die Absorptionsflüssigkeit 100, wenn sie durch den Wärmetauscher 120 tritt, die Absorptionsflüssigkeit 100, die von dem Absorptionsturm 70 zu dem Rückgewinnungsturm 80 gefördert wird. Daher wird die Temperatur der zu dem Absorptionsturm 70 zurückgeführten Absorptionsflüssigkeit 100 zu einer Temperatur, die niedriger als die Temperatur in dem Rückgewinnungsturm 80 und zum Absorbieren von Kohlendioxid des Verbrennungsabgases in dem Absorptionsturm 70 geeignet ist. Kurz gefasst ist der Wärmetauscher 120 ein regenerativer Wärmetauscher, der Wärme der rückgewonnen Absorptionsflüssigkeit 100 mit einer relativ hohen Temperatur, die über die Absorptionsflüssigkeitsumlaufpumpe 111 von dem Verdampfer 130 zugeführt wird, in die Absorptionsflüssigkeit 100 mit einer relativ niedrigen Temperatur rückgewinnt, die Kohlendioxid absorbiert hat, über die Absorptionsflüssigkeitsumlaufpumpe 110 von dem unteren Teil des Absorptionsturms 70 zugeführt wird und zum Verdampfen des absorbierten Kohlendioxids erwärmt werden muss.
  • Andererseits wird das in dem Rückgewinnungsturm 80 aus der Absorptionsflüssigkeit 100 abgeführte Kohlendioxid über eine Kühleinrichtung 121 zu einem Dampfabscheider 140 gefördert, um Wasser daraus zu entfernen, und danach zu der Kohlendioxidsammelvorrichtung 90 gefördert, um darin gesammelt zu werden. Ein in dem Dampfabscheider 140 getrenntes Kondensat wird zu dem Rückgewinnungsturm 80 gefördert.
  • Zusätzlich werden die Absorptionsflüssigkeitsumlaufpumpe 110, die Absorptionsflüssigkeitsumlaufpumpe 111, die Kohlendioxidsammelvorrichtung 90 usw. durch die oben beschriebene Steuereinrichtung (nicht veranschaulicht) gesteuert.
  • Als Nächstes wird die Prozesseffizienz (Prozesswirkungsgrad) bei dem Dampfturbinenkraftwerk 10 der ersten Ausführungsform beschrieben.
  • 3 ist ein Diagramm, das Zustandsänderungen von Dampf in dem Dampfturbinenkraftwerk 10 der ersten Ausführungsform durch ein T-s-Liniendiagramm (Temperatur-Entropie-Liniendiagramm) veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass 3 außerdem zum Vergleich Zustandsänderungen bei einem konventionellen einstufigen Wiedererwärmungsprozess veranschaulicht. Hierbei wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die Temperatur des zu der Hochdruckturbine 22 des Dampfturbinenkraftwerks 10 der ersten Ausführungsform geförderten Dampfs 650°C beträgt und die Temperatur von zu einer Hochdruckturbine in einem konventionellen Dampfturbinenkraftwerk gefördertem Dampf 600°C beträgt. Zusätzlich wird in 3 der Expansionsvorgang in jeder Dampfturbine als eine adiabatische Expansion angenommen.
  • Bei dem konventionellen Dampfturbinenkraftwerk, bezeichnen 6 → 1 einen isobaren Temperaturanstieg in einem Überhitzer, 1 → 2 eine adiabatische Expansion in der Hochdruckturbine, 2 → 3 eine isobare Wiedererwärmung in einem Wiedererhitzer und 3 → 4 eine adiabatische Expansion in einer Mitteldruckturbine und einer Niederdruckturbine. Ferner bezeichnen 4 → 5 eine isobare Kondensation in einem Dampfkondensator und 5 → 6 einen Druckanstieg und einen Temperaturanstieg in einer Zuführwasserpumpe und einem Zuführwassererhitzer.
  • Andererseits ist bei dem Dampfturbinenkraftwerk 10 der ersten Ausführungsform, da die Temperatur des zu der Hochdruckturbine 22 geförderten Dampfs höher ist als die Temperatur des zu der Hochdruckturbine in dem konventionellen Dampfturbinenkraftwerk geförderten Dampfs, die adiabatische Expansion in der Hochdruckturbine 22 1a → 2a. Die adiabatische Expansion in der Mitteldruckturbine 23 und der Niederdruckturbine 24 ist 3a → 4a.
  • In 3 ist die von Dampfzustandswerten, die höher als konventionelle Dampfzustandswerte sind, umgebene Fläche (Fläche des Abschnitts, der in 3 durch schräge Linien gekennzeichnet ist) ein Energiezuwachs, der als Arbeit entnommen werden kann, d. h. ein Betrag des Beitrags zu der Effizienzverbesserung wegen des Temperaturanstiegs.
  • Ferner wird eine adiabatische Expansion in der Solarwärmedampfturbine 32 durch 2a → 7 dargestellt und die Temperatur des aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführten Dampfs durch den Druck Pex des abgeführten Dampfs bestimmt. Hierbei sind die Temperatur und der Druck des in dem Wärmesammeldampfgenerator 31 erzeugten Dampfs im Wesentlichen die gleichen wie die Temperatur und der Druck des aus der Hochdruckturbine 22 abgeführten Dampfs und ist daher ein von jedem von diesen zu der Solarwärmedampfturbine 32 geförderter Dampf in einem Dampfzustand 2a.
  • Ferner wird, z. B. wenn die Temperatur des aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführten Dampfs niedriger als die Temperatur (z. B. 150°C) von in der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 benötigtem Dampf ist, das Druckregelventil V2 geschlossen, um den Druck Pex des aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführten Dampfs zu erhöhen. Daher kann die Temperatur des aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführten Dampfs erhöht werden, so dass diese nahe bei der vorgegebenen Temperatur liegt. Wenn die Flussrate des zu der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 geförderten Dampfs niedriger als eine vorgegebene Flussrate ist, kann z. B. die Menge an Zuführwasser von der Zuführwasserpumpe 33 erhöht werden oder die Öffnung des Flussregelventils V1 vergrößert werden, um so die Flussrate nahe zu der vorgegebenen Flussrate zu bringen.
  • Durch die oben beschriebene Steuerung wird die Ausgabe des gesamten Dampfturbinenkraftwerks 10 durch die Gesamtausgabe des Generators 35a und des Generators 35b bestimmt. Dementsprechend ist es möglich, eine vorgegebene Ausgabe zu erhalten, indem die Flussrate des zu der Hochdruckturbine 22 geförderten Dampfs durch ein Dampfsteuerventil (nicht veranschaulicht) gesteuert wird und dadurch die Ausgaben der Generatoren 35a, 35b gesteuert werden.
  • Zusätzlich wird, wenn das Dampfturbinenkraftwerk 10 betrieben wird, wenn der zu dem Verdampfer 130 geförderte Dampf zum Zweck des Ersetzens der Absorptionsflüssigkeit 100 der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 oder dergleichen abgetrennt ist, ein an der Leitung 51 vorgesehenes Absperrventil (nicht veranschaulicht) geschlossen, um den Fluss von Dampf in die Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 abzustellen. Außerdem wird das Druckregelventil V2 vollständig geöffnet, um die zu dem Niederdruck-Zuführwassererhitzer 27c zu fördernde Gesamtmenge des aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführten Dampfs zu steuern.
  • Hierbei wird die Solarwärmeenergie und die Ausgabe der Solarwärmedampfturbine 32 in dem Fall, in dem der Wärmespeicher 34 in der Dampfturbineneinrichtung 20 des Dampfturbinenkraftwerks 10 beinhaltet ist, und in dem Fall, in dem der Wärmespeicher 34 nicht beinhaltet ist, beschrieben.
  • 4 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Bezugs zwischen der Solarwärmeenergie und der Ausgabe der Solarwärmedampfturbine 32 an einem Tag. Es ist zu beachten, dass hierbei angenommen wird, dass die Ausgabe der Solarwärmedampfturbine 32 (Verdrängung der Solarwärmedampfturbine 32) konstant ist.
  • Wenn der Wärmespeicher 34 nicht beinhaltet ist, wie in 4 veranschaulicht ist, ist abhängig von der Solarwärmeenergie eine Ausgabe bis zu der maximalen Dampfmenge, die in die Solarwärmedampfturbine 32 gesaugt werden kann (maximale Saugmenge), möglich. Jedoch ist, sogar wenn eine Ausgabe bis zu der maximalen Saugmenge der Solarwärmedampfturbine 32 möglich ist, da die in der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 benötigte Dampfmenge vorgegeben ist, Überschussenergie, die diese notwendige Menge überschreitet, verloren. Ferner sollte, wenn es unmöglich wird, die Solarwärmeenergie zu erhalten, die Energie, die dem Erhalten der oben beschriebenen konstanten Ausgabe entspricht (Energie, die dem in 4 durch einen gestrichelten Pfeil gezeigten Abschnitt entspricht), durch den aus der Hochdruckturbine 22 abgeführten Dampf (Unterstützungsdampf) ergänzt werden. Zusätzlich ist in dem oben beschriebenen Fall, in dem der Wärmespeicher 34 nicht beinhaltet ist, eine Verbrennungsunterstützeinrichtung vorgesehen.
  • Andererseits kann, wenn der Wärmespeicher 34 beinhaltet ist, eine große Menge an Solarwärmeenergie erhalten werden und eine Überschussenergie, welche die in der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 benötigte Dampfmenge überschreitet, in dem Wärmespeicher 34 gespeichert werden. Dementsprechend kann, wenn die Solarwärmenergie abnimmt, wie z. B. am frühen Abend, die in dem Wärmespeicher 34 gespeicherte Wärme verwendet werden, um Dampf zu der Solarwärmedampfturbine 32 zu fördern. Daher ist die Energie, die durch den Unterstützungsdampf ergänzt werden sollte, die Energie, die immer noch unzureichend ist, wenn die Wärme in dem Wärmespeicher 34 verwendet wird (Energie, die dem in 4 durch einen durchgezogenen Pfeil gezeigten Abschnitt entspricht). Wenn der oben beschriebene Wärmespeicher 34 beinhaltet ist, ist es nicht notwendig, eine Verbrennungsunterstützeinrichtung vorzusehen.
  • Wie oben beschrieben wurde, kann die Brennstoffverbrauchsverringerung wegen der Solarwärmedampfturbine 32 von dem Betrag der Brennstoffverbrauchsverringerung wegen der Verwendung der Solarwärmeenergie, wenn der Wärmespeicher 34 nicht beinhaltet ist (die Energiemenge des in 4 durch nach links geneigte, schräge Linien gezeigten Abschnitts), zu dem Betrag der Brennstoffverbrauchsverringerung wegen der Verwendung der Solarwärmeenergie, wenn der Wärmespeicher 34 beinhaltet ist (die Energiemenge des in 4 durch nach rechts geneigte, schräge Linien gezeigten Abschnitts), zunehmen.
  • Zusätzlich ist z. B. Kohlenfeuer allgemein bezüglich der Dampfkesselbedienbarkeit schlechter als andere Brennstoffe und wird, da die Leistung durch die Temperaturerhöhung verbessert wird, das Dampfturbinenkraftwerk nahe zu einem Nennzustand betrieben, der eine gute Leistung während des Tags liefert. Zur Nachtzeit, in der die Leistungsnachfrage gering ist, wird das Dampfturbinenkraftwerk 10 oft ohne Unterbrechung betrieben. Insbesondere bei einem Dampfturbinenkraftwerk unter solchen Betriebsbedingungen ist es effektiv, den Wärmespeicher 34 zu beinhalten.
  • Wie oben beschrieben wurde, sind in dem Dampfturbinenkraftwerk 10 der ersten Ausführungsform der Wärmesammeldampfgenerator 31 und die Solarwärmedampfturbine 32 beinhaltet und kann ein Teil des Zuführwassers als Dampf in dem Wärmesammeldampfgenerator 31 zu der Solarwärmedampfturbine 32 gefördert werden, um so die Solarwärmedampfturbine 32 anzutreiben, um Leistung zu erzeugen.
  • Ferner kann bei dem Dampfturbinenkraftwerk 10 der ersten Ausführungsform die Brennstoffverbrauchsverringerung wegen der Solarwärmedampfturbine 32 vergrößert werden, indem der Wärmespeicher 34 beinhaltet wird.
  • Außerdem kann bei dem Dampfturbinenkraftwerk 10 der ersten Ausführungsform Dampf mit geringer Energie nach dem Ausführen von Expansionsarbeit in der Solarwärmedampfturbine 32 als Energie verwendet werden, die in dem Rückgewinnungsturm 80 der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 benötigt wird. Daher können Energieverluste unterdrückt werden und kann eine hohe Leistungserzeugungseffizienz erzielt werden.
  • Hierbei ist bei dem oben beschriebenen Dampfturbinenkraftwerk 10 die Solarwärmedampfturbine 32 entlang der gleichen Achse wie die Niederdruckturbine 24 verbunden und dafür aufgebaut, den Generator 35a anzutreiben, und die Hochdruckturbine 22 entlang der gleichen Achse wie die Mitteldruckturbine 23 verbunden und dafür aufgebaut, den Generator 35b anzutreiben. Jedoch sind die Anordnungen und Aufbauten der Dampfturbinen nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die Solarwärmedampfturbine 32 so angeordnet sein, dass sie entlang der gleichen Achse wie die Hochdruckturbine 22 und die Mitteldruckturbine 23 verbunden ist. Die Solarwärmedampfturbine 32 kann auch so angeordnet sein, dass sie nur einen einzelnen Generator aufweist. Außerdem kann ein Tandemverbundaufbau vorgesehen sein, bei dem die Hochdruckturbine 22, die Mitteldruckturbine 23, die Niederdruckturbine 24 und die Solarwärmedampfturbine 32 entlang der gleichen Achse verbunden sind.
  • Dieser kann so aufgebaut sein, dass die Drehgeschwindigkeit durch das Verbinden von Getrieben erhöht wird, wenn die Solarwärmedampfturbine 32 verbünden ist. Daher kann die Größe der Solarwärmedampfturbine 32 verringert werden und deren Leistung verbessert werden.
  • Die Niederdruckturbine 24 kann mit halber Geschwindigkeit, d. h. mit 1800 U/Min oder 1500 U/Min verglichen mit normalen 3600 U/Min oder 3000 U/Min, betrieben werden, um die Zentrifugalkraft zu verringern, und lange Blätter können als Turbinenrotorblätter der letzten Turbinenstufe verwendet werden. Daher können eine axiale Ausströmgeschwindigkeit verringert und ein Ausströmverlust gesenkt werden. Hierbei können eine ringförmige Ausströmfläche, eine axiale Ausströmgeschwindigkeit und ein Ausströmverlust durch die folgenden Gleichungen (Gleichung (1) bis Gleichung (3)) definiert werden: ringförmige Ausströmfläche = Blattlänge (m) × durchschnittlicher Durchmesser (m) × π Gleichung (1) axiale Ausströmgeschwindigkeit = volumetrische Ausströmflussrate (m3/s)/ringförmige Ausströmfläche (m2) Gleichung (2) Ausströmverlust = A/2g × Ausströmmassenflussrate (kg/s) × (axiale Ausströmgeschwindigkeit)2 Gleichung (3)
  • Hierbei ist A konstant und g die Erdbeschleunigung.
  • [Zweite Ausführungsform}
  • 5 ist ein Diagramm, das eine Übersicht eines Dampfturbinenkraftwerks 11 einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass die gleichen Komponenten wie die des Dampfturbinenkraftwerks 10 der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und doppelte Beschreibungen weggelassen oder vereinfacht sind.
  • Das Dampfturbinenkraftwerk 11 der zweiten Ausführungsform beinhaltet eine Dampfturbineneinrichtung 20, in der Leistung erzeugt wird, indem Dampfturbinen mit Dampf aus einem Dampfkessel 21, der unter Verwendung von Verbrennungswärme Dampf erzeugt, und Dampf aus einem Wärmesammeldampfgenerator 31, der unter Verwendung von Wärme von Sonnenlicht Dampf erzeugt, angetrieben werden, und eine Kohlendioxidsammeleinrichtung 60, in der in einem Verbrennungsgas von dem Dampfkessel 21 und dergleichen enthaltenes Kohlendioxid gesammelt wird.
  • Zunächst wird die Dampfturbineneinrichtung 20 beschrieben.
  • Wie in 5 veranschaulicht ist, beinhaltet die Dampfturbineneinrichtung 20 einen Dampfkessel 21 mit einem Überhitzer 21a und Wiedererhitzern 21b, 21c, eine Ultrahochdruckturbine 36, die als die erste Dampfturbine wirkt, eine Hochdruckturbine 22, die als eine von zwei Dampfturbinen wirkt, welche die zweite Dampfturbine bilden, eine Mitteldruckturbine 23, die als die andere der zwei Dampfturbinen wirkt, welche die zweite Dampfturbine bilden, eine Niederdruckturbine 24, die als die dritte Dampfturbine wirkt, einen Dampfkondensator 25, eine Kondensatpumpe 26, Niederdruck-Zuführwassererhitzer 27a, 27b, 27c, einen Luftabscheider 28, eine Dampfkessel-Zuführwasserpumpe 29 und Hochdruck-Zuführwassererhitzer 30a, 30b.
  • Ferner beinhaltet die Dampfturbineneinrichtung 20 einen Wärmesammeldampfgenerator 31, der Dampf aus einen Teil von in dem Luftabscheider 28 entlüftetem Zuführwasser erzeugt, und eine Solarwärmedampfturbine 32, die als die vierte Dampfturbine wirkt, zu der in diesem Wärmesammeldampfgenerator 31 erzeugter Dampf gefördert wird. Ferner ist diese so aufgebaut, dass ein Teil von aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführtem Dampf der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 zugeführt wird.
  • Der Wärmesammeldampfgenerator 31 beinhaltet z. B. einen Heizmechanismus, der ein flüssiges Heizmedium durch Sonnenlicht erwärmt, einen Wärmetauscher, der Zuführwasser durch das von diesem Heizmechanismus zugeführte Heizmedium erwärmt, eine an einer Leitung vorgesehene Umlaufpumpe, die das Heizmedium zu dem Heizmechanismus und dem Wärmetauscher in Umlauf bringt, usw. Für den Wärmesammeldampfgenerator 31 kann z. B., wie oben beschrieben wurde, ein wannenartiger thermischer Solarkollektor oder ein turmartiger thermischer Solarkollektor verwendet werden.
  • Zusätzlich kann, ähnlich zu dem Dampfturbinenkraftwerk 10 der ersten Ausführungsform 1, ein Wärmespeicher 34, der einen Teil einer Wärme von in dem Wärmesammeldampfgenerator 31 erzeugtem Dampf speichert, zwischen dem Wärmesammeldampfgenerator 31 und der Solarwärmedampfturbine 32 vorgesehen sein.
  • Hierbei ist die Solarwärmedampfturbine 32 entlang der gleichen Achse wie die Niederdruckturbine 24 verbunden und dafür aufgebaut, einen Generator 35a anzutreiben. Die Ultrahochdruckturbine 36 ist entlang der gleichen Achse wie die Hochdruckturbine 22 und die Mitteldruckturbine 23 verbunden und dafür aufgebaut, einen Generator 35b anzutreiben. Indem die Dampfturbinen so angeordnet werden, ist es möglich, zu verhindern, dass die Gesamtlänge groß wird, und dadurch Dampfleckverluste wegen einer Differenz der Wärmeausdehnung zwischen Turbinenrotoren und ortsfesten Elementen zu verringern. Außerdem können, indem die Dampfturbine, zu der Hochtemperaturdampf gefördert wird, und die Dampfturbine, zu der Dampf mit relativ niedriger Temperatur gefördert wird, getrennt vorgesehen werden und ein Drucklager in jeder von diesen geeignet angeordnet wird, die Anfahrcharakteristiken verbessert werden.
  • Es ist zu beachten, dass die Anordnungen und Aufbauten der Dampfturbinen nicht auf die oben beschriebenen Aufbauten beschränkt sind. Aufbauten, die ähnlich zu den bei dem Dampfturbinenkraftwerk 10 der ersten Ausführungsform veranschaulichten anderen Anordnungen und Aufbauten sind, können verwendet werden.
  • Bei dieser Dampfturbineneinrichtung 20 wird in dem Überhitzer 21a des Dampfkessels 21 erzeugter Hochtemperaturdampf über eine Frischdampfleitung 42 zu der Ultrahochdruckturbine 36 gefördert, führt Expansionsarbeit aus und wird danach über eine Niedertemperatur-Wiedererwärmungsdampfleitung 43a zu dem Wiedererhitzer 21b des Dampfkessels 21 gefördert. Hierbei wird bevorzugt, dass die Temperatur des von dem Überhitzer 21a zu der Ultrahochdruckturbine 36 geförderten Dampfs in Anbetracht der Verbesserung der Leistungserzeugungseffizienz 620°C oder mehr beträgt. Zum Beispiel ist es auch möglich, Hochtemperaturdampf mit einer Temperatur von annähernd 650°C oder mehr zu der Ultrahochdruckturbine 36 zu fördern. Ein Teil von aus der Ultrahochdruckturbine 36 abgeführtem Dampf wird über eine von der Niedertemperatur-Wiedererwärmungsdampfleitung 43a, die den aus der Ultrahochdruckturbine 36 abgeführten Dampf zu dem Wiedererhitzer 21b fördert, abgezweigte Leitung 44a zu dem Hochdruck-Zuführwassererhitzer 30b gefördert, um so das Zuführwasser zu erwärmen.
  • Der Dampf, der in dem Wiedererhitzer 21b erneut erwärmt (wieder erwärmt) wurde, so dass er überhitzter Dampf mit einer hohen Temperatur ist, wird über eine Hochtemperatur-Wiedererwärmungsdampfleitung 46a zu der Hochdruckturbine 22 gefördert, führt Expansionsarbeit aus und wird danach über eine Niedertemperatur-Wiedererwärmungsdampfleitung 43b zu dem Wiedererhitzer 21c des Dampfkessels 21 gefördert. Hierbei wird bevorzugt, dass die Temperatur des von dem Wiedererhitzer 21b zu der Hochdruckturbine 22 geförderten Dampfs in Anbetracht der Verbesserung der Leistungserzeugungseffizienz 620°C oder mehr beträgt. Zum Beispiel ist es auch möglich, Hochtemperaturdampf mit einer Temperatur von annähernd 650°C oder mehr zu der Hochdruckturbine 22 zu fördern. Ein Teil von aus der Hochdruckturbine 22 abgeführtem Dampf wird über eine von der Niedertemperatur-Wiedererwärmungsdampfleitung 43b, die den aus der Hochdruckturbine 22 abgeführten Dampf zu dem Wiedererhitzer 21c fördert, abgezweigte Leitung 44b zu dem Hochdruck-Zuführwassererhitzer 30a gefördert, um so das Zuführwasser zu erwärmen.
  • Hierbei wird, wenn die Temperatur des aus der Hochdruckturbine 22 abgeführten Dampfs höher ist als eine vorgegebene Temperatur von zu dem Hochdruck-Zuführwassererhitzer 30a gefördertem Dampf, bevorzugt, einen Wärmetauscher (nicht veranschaulicht) vorzusehen, der dafür geeignet ist, Wärme zwischen Zuführwasser, das in einer Zuführwasserleitung 49 zwischen dem Hochdruck-Zuführwassererhitzer 30a und dem Überhitzer 21a des Dampfkessels 21 fließt, und Dampf, der in der Leitung 44b, die den aus der Hochdruckturbine 22 abgeführten Dampf zu dem Hochdruck-Zuführwassererhitzer 30a fördert, fließt, auszutauschen. Daher kann Dampf mit einer geeigneten Temperatur zu dem Hochdruck-Zuführwassererhitzer 30a gefördert werden.
  • Zusätzlich kann aus der Ultrahochdruckturbine 36 entnommener Dampf über eine Leitung 54 zu einer vorgegebenen Turbinenstufe der Hochdruckturbine 22 als Kühldampf zum Kühlen eines Turbinenrotors, der Turbinenrotorblätter, eines Gehäuses usw. der Hochdruckturbine 22 gefördert werden. Daher können die Kriechfestigkeiten des Turbinenrotors und der Turbinenrotorblätter der Hochdruckturbine 22 gewährleistet werden.
  • Der Dampf, der in dem Wiedererhitzer 21c erneut erwärmt (wieder erwärmt) wurde, so dass er überhitzter Dampf mit einer hohen Temperatur ist, wird über eine Hochtemperatur-Wiedererwärmungsdampfleitung 46b zu der Mitteldruckturbine 23 gefördert, führt Expansionsarbeit aus und wird danach über eine Leitung 47 zu der Niederdruckturbine 24 gefördert. Hierbei wird bevorzugt, dass die Temperatur des in dem Wiedererhitzer 21c erwärmten und zu der Mitteldruckturbine 23 geförderten Dampfs in Anbetracht der Verbesserung der Leistungserzeugungseffizienz 620°C oder mehr beträgt. Zum Beispiel kann Hochtemperaturdampf mit annähernd 650°C oder mehr zu der Mitteldruckturbine 23 gefördert werden. Die Mitteldruckturbine 23 treibt den Generator 35b an, um Leistung zu erzeugen.
  • Der Dampf, der zu der Niederdruckturbine 24 gefördert wurde und eine Expansionsarbeit ausgeführt hat, wird zum dem Dampfkondensator 25 geführt, um in ein Kondensat kondensiert zu werden. Aus der Niederdruckturbine 24 entnommener Entnahmedampf wird über eine Leitung 48 zu den Niederdruck-Zuführwassererhitzern 27a, 27b, 27c geführt, um das Zuführwasser zu erwärmen. Die Niederdruckturbine 24 treibt den Generator 35a an, um Leistung zu erzeugen.
  • Das Kondensat in dem Dampfkondensator 25 wird durch die Kondensatpumpe 26 zu den Niederdruck-Zuführwassererhitzern 27a, 27b, 27c und dem Luftabscheider 28 gefördert und als Zuführwasser zu dem Dampfkessel 21 wieder verwendet. Das zu dem Luftabscheider 28 geförderte Kondensat wird durch die Dampfkessel-Zuführwasserpumpe 29 mit Druck beaufschlagt und über die Zuführwasserleitung 49 durch die Hochdruck-Zuführwassererhitzer 30a, 30b dem Überhitzer 21a zugeführt. Andererseits wird ein Teil des zu dem Luftabscheider 28 geförderten Zuführwassers (Kondensat) durch eine Zuführwasserpumpe 33 über eine von einer Wasserzuführsystemleitung 40 abgezweigte Leitung 41 zu dem Wärmesammeldampfgenerator 31 gefördert. Das zu dem Wärmesammeldampfgenerator 31 geförderte Zuführwasser wird in dem Wärmesammeldampfgenerator 31 erwärmt und wandelt sich in Dampf um und wird zu der Solarwärmedampfturbine 32 gefördert.
  • Zum Beispiel wird, wenn der Wärmespeicher 34 beinhaltet ist, wenn die durch den Wärmesammeldampfgenerator 31 erhaltene Solarwärmeenergie eine notwendige Menge übersteigt, die an der Umlaufleitung 34a vorgesehene Umlaufpumpe (nicht veranschaulicht) betätigt, um Wärme in dem Wärmespeicher 34 zu speichern. Eine vorgegebene Menge an Solarwärmeenergie wird dann über ein Heizmedium von dem Wärmesammeldampfgenerator 31 an das Zuführwasser gegeben, wodurch ermöglicht wird, Dampf mit einer geeigneten Temperatur zu der Solarwärmedampfturbine 32 zu fördern.
  • Andererseits wird, wenn der Wärmespeicher 34 beinhaltet ist und der Wärmespeicher 34 bereits Wärme gespeichert hat, wenn die durch den Wärmesammeldampfgenerator 31 erhaltene Solarwärmeenergie geringer als eine notwendige Menge ist, die an der Umlaufleitung 34a vorgesehene Umlaufpumpe (nicht veranschaulicht) betätigt, um die in dem Wärmespeicher 34 gespeicherte Wärme in dem Wärmesammeldampfgenerator 31 zu verwenden. Eine vorgegebene Menge an Solarwärmeenergie wird dann über ein Heizmedium von dem Wärmesammeldampfgenerator 31 an das Zuführwasser gegeben, wodurch ermöglicht wird, Dampf mit einer geeigneten Temperatur zu der Solarwärmedampfturbine 32 zu fördern.
  • Hierbei kann eine von der Niedertemperatur-Wiedererwärmungsdampfleitung 43a, die den aus der Ultrahochdruckturbine 36 abgeführten Dampf zu dem Wiedererhitzer 21b fördert, abgezweigte Leitung 50 vorgesehen sein, die mit einem Dampfeinlass der Solarwärmedampfturbine 32 kommuniziert. Zum Beispiel kann, wenn der Wärmespeicher 34 nicht beinhaltet ist oder wenn der Wärmespeicher 34 beinhaltet ist, aber die nur durch die in dem Wärmespeicher 34 gespeicherte Wärme an das Zuführwasser gegebene Energie nicht ausreichend ist, ein Teil des aus der Ultrahochdruckturbine 36 abgeführten Dampfs über die Leitung 50 zu der Solarwärmedampfturbine 32 gefördert werden. Hierbei wird bevorzugt, dass der zu der Solarwärmedampfturbine 32 geförderte Dampf eine Temperatur aufweist, die nahe bei der des durch den Wärmesammeldampfgenerator 31 erzeugten Dampfs liegt. Zum Beispiel kann der Dampf eine Temperatur innerhalb des Bereichs von 370°C bis 400°C aufweisen, wenn der Wärmesammeldampfgenerator 31 wannenartig ist, und eine Temperatur innerhalb des Bereichs von 500°C bis 550°C aufweisen, wenn der Wärmesammeldampfgenerator 31 turmartig ist.
  • Der zu der Solarwärmedampfturbine 32 geförderte Dampf führt Expansionsarbeit aus und danach wird ein Teil desselben über eine Leitung 51 der Kohledioxidsammeleinrichtung 60 zugeführt. Der Rest wird über eine von der Leitung 51 abgezweigte Leitung 52 zusammen mit dem oben beschriebenen aus der Niederdruckturbine 24 entnommenen Entnahmedampf zu dem Niederdruck-Zuführwassererhitzer 27c gefördert.
  • Hierbei kann aus der Solarwärmedampfturbine 32 entnommener Dampf über eine Leitung 53 zu einer vorgegebenen Turbinenstufe der Mitteldruckturbine 23 als Kühldampf zum Kühlen eines Turbinenrotors, der Turbinenrotorblätter, eines Gehäuses usw. der Mitteldruckturbine 23 gefördert werden. Daher können die Kriechfestigkeiten des Turbinenrotors und der Turbinenrotorblätter der Mitteldruckturbine 23 gewährleistet werden. Ferner kann durch Verwendung des aus der Solarwärmedampfturbine 32 entnommenen Kühldampfs mit einer niedrigen Temperatur ein Prozessverlust verringert werden. Zusätzlich wird es, wenn Dampf aus der Solarwärmedampfturbine 32 entnommen wird, um die Mitteldruckturbine 23 zu kühlen, bevorzugt, aus der Solarwärmedampfturbine 32 Dampf mit einem Druck zu entnehmen, der höher als der Druck des Dampfs in einem Kühlungsteil der Mitteldruckturbine 23 ist.
  • Hierbei ist die Leitung 50 mit einem Flussregelventil V1 zum Einstellen der Flussrate des zu der Solarwärmedampfturbine 32 geförderten Dampfs versehen. Außerdem ist die Leitung 52 mit einem Druckregelventil V2 zum Einstellen des Drucks des aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführten Dampfs versehen. Ferner ist, wenn aus der Solarwärmedampfturbine 32 entnommener Dampf als Kühldampf zu der Mitteldruckturbine 23 gefördert wird, die Leitung 53 mit einem Flussregelventil V3 zum Einstellen der Flussrate von aus der Solarwärmedampfturbine 32 entnommenem Dampf versehen. Außerdem ist, wenn der aus der Ultrahochdruckturbine 36 entnommene Dampf als Kühldampf zu der Hochdruckturbine 22 gefördert wird, die Leitung 54 mit einem Flussregelventil V4 zum Einstellen der Flussrate von aus der Ultrahochdruckturbine 36 entnommenem Dampf versehen.
  • Zusätzlich wird mit Bezug auf die Ausgabe erzeugter Leistung in dem Dampfturbinenkraftwerk 11 die Flussrate von zu der Ultrahochdruckturbine 36 gefördertem Frischdampf mit einem Dampfsteuerventil (nicht veranschaulicht) so eingestellt, dass die Gesamtausgabe des Generators 35a und des Generators 35b einer Zielausgabe entspricht. Ferner werden die oben beschriebenen Ventile, Pumpen usw. durch eine nicht veranschaulichte Steuereinrichtung auf Grundlage von Information von z. B. einer Temperaturerfassungseinrichtung, einer Flusserfassungseinrichtung, einer Druckerfassungseinrichtung usw., die nicht veranschaulicht sind, rückkopplungsgesteuert.
  • Zum Beispiel werden die Flussrate und die Temperatur von zu der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 gefördertem Dampf durch die Steuereinrichtung, die das Druckregelventil V2 usw. steuert, auf eine vorgegebene Flussrate und eine vorgegebene Temperatur eingestellt. Speziell wird, wenn die Temperatur des aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführten Dampfs niedriger ist als die Temperatur von in der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 benötigtem Dampf, z. B. das Druckregelventil V2 geschlossen, um den Druck des aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführten Dampfs zu erhöhen. Daher kann die Temperatur des aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführten Dampfs erhöht werden, so dass sie nahe bei der vorgegebenen Temperatur liegt. Zusätzlich kann, wenn eine geringe Einstellung der Temperatur benötigt wird, z. B. ein Teil der Leitung 51 durch Sprühwasser oder dergleichen gekühlt werden, um die Temperatureinstellung durchzuführen. Wenn die Flussrate des zu der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 geförderten Dampfs geringer als eine vorgegebene Flussrate ist, kann z. B. die Menge des Zuführwassers von der Zuführwasserpumpe 33 erhöht oder die Öffnung des Flussregelventils V1 vergrößert werden, um diese nahe zu der vorgegebenen Flussrate zu bringen.
  • Es ist zu beachten, dass, obwohl das Beispiel des Einstellens des Flussregelventils V1 und des Druckregelventils V2 auf Grundlage der Temperatur und der Flussrate des zu der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 geförderten Dampfs hier beschrieben wurde, das Flussregelventil V1 und das Druckregelventil V2 z. B. auf Grundlage der Temperatur der Absorptionsflüssigkeit in dem Rückgewinnungsturm der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60, die später beschrieben wird, eingestellt werden können. Indem das Flussregelventil V1 und das Druckregelventil V2 so auf Grundlage der Temperatur der Absorptionsflüssigkeit eingestellt werden, ist es möglich, eine Zeitverzögerung für die Durchführung einer geeigneten Steuerung zu verringern. In dieser Situation können das Flussregelventil V1 und das Druckregelventil V2 mit Bezug auf die Flussrate der Absorptionsflüssigkeit als eine Funktion gesteuert werden, um die Steuerung zu stabilisieren.
  • Es ist zu beachten, dass der Aufbau, der Betrieb und die Wirkung der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 die gleichen sind wie die der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 in dem Dampfturbinenkraftwerk 10 der ersten Ausführungsform.
  • Als Nächstes wird die Prozesseffizienz bei dem Dampfturbinenkraftwerk 11 der zweiten Ausführungsform beschrieben.
  • 6 ist ein Diagramm, das Zustandsänderungen von Dampf in dem Dampfturbinenkraftwerk 11 der zweiten Ausführungsform durch ein T-s-Liniendiagramm (Temperatur-Entropie-Liniendiagramm) veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass 6 zum Vergleich auch Zustandsänderungen in einem konventionellen zweistufigen Wiedererwärmungsprozess veranschaulicht. Hierbei wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die Temperatur des zu der Ultrahochdruckturbine 36 des Dampfturbinenkraftwerks 11 der zweiten Ausführungsform geförderten Dampfs 650°C beträgt und die Temperatur von zu einer Ultrahochdruckturbine in einem konventionellen Dampfturbinenkraftwerk gefördertem Dampf 600°C beträgt. Ferner wird in 6, ähnlich wie bei 3, angenommen, dass der Expansionsvorgang in jeder Dampfturbine eine adiabatische Expansion ist.
  • Bei dem konventionellen Dampfturbinenkraftwerk bezeichnen 8 → 1 einen isobaren Temperaturanstieg in einem Dampfkessel 21, 1 → 2 eine adiabatische Expansion in der Ultrahochdruckturbine, 2 → 3 ein isobares Wiedererwärmen in einem Wiedererhitzer, 3 → 4 eine adiabatische Expansion in einer Hochdruckturbine, 4 → 5 ein isobares Wiedererwärmen in dem Wiedererhitzer und 5 → 6 eine adiabatische Expansion in einer Mitteldruckturbine und einer Niederdruckturbine. Ferner bezeichnen 6 → 7 eine isobare Kondensation in einem Dampfkondensator und 7 → 8 einen Druckanstieg und einen Temperaturanstieg in einer Zuführwasserpumpe und einem Zuführwassererhitzer.
  • Andererseits ist bei dem Dampfturbinenkraftwerk 11 der zweiten Ausführungsform, da die Temperatur des zu der Ultrahochdruckturbine 36 geförderten Dampfs höher ist als die Temperatur von zu der Ultrahochdruckturbine in dem konventionellen Dampfturbinenkraftwerk gefördertem Dampf, eine adiabatische Expansion in der Ultrahochdruckturbine 36 1a → 2a. Eine adiabatische Expansion in der Hochdruckturbine 22 ist 3a → 4a. Eine adiabatische Expansion in der Mitteldruckturbine 23 und der Niederdruckturbine 24 ist 5a → 6a.
  • In 6 ist die von Dampfzustandswerten, die höher als konventionelle Dampfzustandswerte sind, umgebene Fläche (Fläche des Abschnitts, der in 6 durch schräge Linien gekennzeichnet ist) ein Energiezuwachs, der als Arbeit entnommen werden kann, d. h. ein Betrag des Beitrags zu der Effizienzverbesserung wegen des Temperaturanstiegs.
  • Ferner wird eine adiabatische Expansion in der Solarwärmedampfturbine 32 durch 2a → 9 dargestellt und die Temperatur des aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführten Dampfs durch den Druck Pex des abgeführten Dampfs bestimmt. Hierbei sind die Temperatur und der Druck von in dem Wärmesammeldampfgenerator 31 erzeugtem Dampf im Wesentlichen die gleichen wie die Temperatur und der Druck des aus der Ultrahochdruckturbine 36 abgeführten Dampfs und ist daher ein von jedem von diesen zu der Solarwärmedampfturbine 32 geförderter Dampf in einem Dampfzustand 2a.
  • Ferner wird, z. B. wenn die Temperatur des aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführten Dampfs niedriger als die Temperatur (z. B. 150°C) von in der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 benötigtem Dampf ist, das Druckregelventil V2 geschlossen, um den Druck Pex des aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführten Dampfs zu erhöhen. Daher kann die Temperatur des aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführten Dampfs erhöht werden, so dass diese nahe bei der vorgegebenen Temperatur liegt. Wenn die Flussrate des zu der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 geförderten Dampfs niedriger als eine vorgegebene Flussrate ist, kann z. B. die Menge an Zuführwasser von der Zuführwasserpumpe 33 erhöht werden oder die Öffnung des Flussregelventils V1 vergrößert werden, um so die Flussrate nahe zu der vorgegebenen Flussrate zu bringen.
  • Durch die oben beschriebene Steuerung wird die Ausgabe des gesamten Dampfturbinenkraftwerks 10 durch die Gesamtausgabe des Generators 35a und des Generators 35b bestimmt. Dementsprechend ist es möglich, eine vorgegebene Ausgabe zu erhalten, indem die Flussrate des zu der Ultrahochdruckturbine 36 geförderten Dampfs durch ein Dampfsteuerventil (nicht veranschaulicht) gesteuert wird und dadurch die Ausgaben der Generatoren 35a, 35b gesteuert werden.
  • Zusätzlich wird, wenn das Dampfturbinenkraftwerk 10 betrieben wird, wenn der zu dem Verdampfer 130 geförderte Dampf zum Zweck des Ersetzens der Absorptionsflüssigkeit 100 der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 oder dergleichen abgetrennt ist, ein an der Leitung 51 vorgesehenes Absperrventil (nicht veranschaulicht) geschlossen, um den Fluss von Dampf in die Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 abzustellen. Außerdem wird das Druckregelventil V2 vollständig geöffnet, um die zu dem Niederdruck-Zuführwassererhitzer 27c zu fördernde Gesamtmenge des aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführten Dampfs zu steuern.
  • Wie oben beschrieben wurde, sind in dem Dampfturbinenkraftwerk 11 der zweiten Ausführungsform der Wärmesammeldampfgenerator 31 und die Solarwärmedampfturbine 32 beinhaltet und kann ein Teil des Zuführwassers als Dampf in dem Wärmesammeldampfgenerator 31 zu der Solarwärmedampfturbine 32 gefördert werden, um so die Solarwärmedampfturbine 32 anzutreiben, um Leistung zu erzeugen.
  • Ferner kann in dem Dampfturbinenkraftwerk 11 der zweiten Ausführungsform die Brennstoffverbrauchsverringerung wegen der Solarwärmedampfturbine 32 erhöht werden, indem der Wärmespeicher 34 beinhaltet wird.
  • Außerdem kann bei dem Dampfturbinenkraftwerk 11 der zweiten Ausführungsform Dampf mit niedriger Energie nach dem Ausführen von Expansionsarbeit in der Solarwärmedampfturbine 32 als Energie verwendet werden, die in dem Rückgewinnungsturm 80 der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 benötigt wird. Daher können Energieverluste unterdrückt werden und kann eine hohe Leistungserzeugungseffizienz erzielt werden.
  • [Dritte Ausführungsform]
  • 7 ist ein Diagramm, das eine Übersicht eines Dampfturbinenkraftwerks 12 einer dritten Ausführungsform veranschaulicht. 8 ist ein Diagramm, das Zustandsänderungen von Dampf in dem Dampfturbinenkraftwerk 12 der dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein T-s-Liniendiagramm (Temperatur-Entropie-Liniendiagramm) veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass 8 zum Vergleich auch Zustandsänderungen in einem konventionellen zweistufigen Wiedererwärmungsprozess veranschaulicht. Ferner werden die gleichen Komponenten wie die der Dampfturbinenkraftwerke 10, 11 der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und doppelte Beschreibungen weggelassen oder vereinfacht. Zusätzlich wird in 8, ähnlich wie bei 3, angenommen, dass der Expansionsvorgang in jeder Dampfturbine eine adiabatische Expansion ist.
  • Das Dampfturbinenkraftwerk 12 der dritten Ausführungsform ist ähnlich zu dem Dampfturbinenkraftwerk 11 der zweiten Ausführungsform aufgebaut, außer dass die Solarwärmedampfturbine 32 des Dampfturbinenkraftwerks 11 der zweiten Ausführungsform als eine Wiedererwärmungsturbine aufgebaut ist und ein Wärmesammeldampfgenerator als ein Wiedererhitzer beinhaltet ist.
  • Hierbei wird angenommen, dass die Temperatur von zu der Ultrahochdruckturbine 36 gefördertem Dampf annähernd 600°C beträgt und die Temperatur von aus der Ultrahochdruckturbine 36 abgeführtem Dampf niedriger ist als die Temperatur von aus der Ultrahochdruckturbine 36 des Dampfturbinenkraftwerks 11 der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform abgeführtem Dampf. Ferner wird, wenn versucht wird, die Temperatur des aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführten Dampfs auf eine in der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 erforderliche Temperatur (z. B. 150°C) zu ändern, angenommen, dass der Zustand des Dampfs zu einem feuchten Bereich (Bereich, der niedriger liegt als eine in 8 veranschaulichte Sättigungsdampflinie) gehört. Wenn der Zustand des abgeführten Dampfs somit zu einem feuchten Bereich gehört, treten z. B. Probleme bezüglich eines Verschleißes von Rotorblättern und Statorblättern der letzten Turbinenstufe und dergleichen auf und wird die Zuverlässigkeit der Dampfturbinen gering.
  • Zusätzlich kann, wenn der Ausströmdruck des aus der Solarwärmedampfturbine 32 abgeführten Dampfs erhöht wird, die Dampftemperatur über die Sättigungstemperatur erhöht werden. Jedoch sind eine Druckentlastung und eine Temperaturverringerung des abgeführten Dampfs notwendig, um die Temperatur des abgeführten Dampfs auf annähernd 150°C zu bringen, was einen Energieverlust bedeutet.
  • Dementsprechend beinhaltet das Dampfturbinenkraftwerk 12 der dritten Ausführungsform eine Wiedererwärmungs-Solarwärmedampfturbine mit Solarwärmedampfturbinen 32a, 32b und einen Wärmesammeldampfgenerator 37 als einen Wiedererhitzer, wie in 7 veranschaulicht ist. Zusätzlich besteht dieser Wärmesammeldampfgenerator 37 aus dem gleichen Wärmesammeldampfgenerator wie der Wärmesammeldampfgenerator 31.
  • Eine Umlaufleitung 34a, die das Heizmedium des Wärmesammeldampfgenerators 31 in Umlauf bringt, ist zwischen dem Wärmesammeldampfgenerator 31 und dem Wärmespeicher 34 vorgesehen. Eine Umlaufleitung 34b, die das Heizmedium des Wärmesammeldampfgenerators 31 in Umlauf bringt, ist zwischen dem Wärmesammeldampfgenerator 37 und dem Wärmespeicher 34 vorgesehen. Wenn Wärme in dem Wärmespeicher 34 gespeichert wird oder wenn die in dem Wärmespeicher 34 gespeicherte Wärme in dem Wärmesammeldampfgenerator 31 verwendet wird, werden an der Umlaufleitung 34a und der Umlaufleitung 34b vorgesehene Umlaufpumpen (nicht veranschaulicht) betätigt, um Wärme zu speichern oder die gespeicherte Wärme abzuführen. Indem der Wärmespeicher 34 so beinhaltet wird, ist es möglich, überschüssige Wärme einmal in dem Wärmespeicher 34 zu speichern, z. B. wenn der Betrag der Sonneneinstrahlung groß ist. Andererseits kann, wenn eine vorgegebene Solarwärmeenergiemenge in der Nacht oder wegen eines kleinen Betrags der Sonneneinstrahlung nicht erreicht werden kann, die gespeicherte Wärme entnommen werden. Das heißt, durch Beinhalten des Wärmespeichers 34 kann eine Schwankung der Solarwärme absorbiert und ausgeglichen werden.
  • Obwohl hier das Beispiel des Beinhaltens der Umlaufleitung 34a und der Umlaufleitung 34b in paralleler Weise beschrieben wurde, können die Verbindung zwischen dem Wärmesammeldampfgenerator 31 und dem Wärmespeicher 34 und die Verbindung zwischen dem Wärmesammeldampfgenerator 37 und dem Wärmespeicher 34 mit einer Umlaufleitung in Reihe ausgebildet sein.
  • Bei dieser Dampfturbineneinrichtung 20 wird in dem Überhitzer 21a des Dampfkessels 21 erzeugter Hochtemperaturdampf über eine Frischdampfleitung 42 zu der Ultrahochdruckturbine 36 gefördert, führt Expansionsarbeit aus und wird danach über eine Niedertemperatur-Wiedererwärmungsdampfleitung 43a zu dem Wiedererhitzer 21b des Dampfkessels 21 gefördert. Hierbei beträgt die Temperatur des von dem Überhitzer 21a zu der Ultrahochdruckturbine 36 geförderten Dampfs annähernd 600°C, wie oben beschrieben wurde. Ein Teil des aus der Ultrahochdruckturbine 36 abgeführten Dampfs wird über eine von der Niedertemperatur-Wiedererwärmungsdampfleitung 43a, die den aus der Ultrahochdruckturbine 36 abgeführten Dampf zu dem Wiedererhitzer 21b fördert, abgezweigte Leitung 44a zu dem Hochdruck-Zuführwassererhitzer 30b gefördert, um so das Zuführwasser zu erwärmen.
  • Der Dampf, der in dem Wiedererhitzer 21b erneut erwärmt (wieder erwärmt) wurde, so dass er überhitzter Dampf mit einer hohen Temperatur ist, wird über eine Hochtemperatur-Wiedererwärmungsdampfleitung 46a zu der Hochdruckturbine 22 gefördert, führt Expansionsarbeit aus und wird danach über eine Niedertemperatur-Wiedererwärmungsdampfleitung 43b zu dem Wiedererhitzer 21c des Dampfkessels 21 gefördert. Hierbei wird bevorzugt, dass die Temperatur des von dem Wiedererhitzer 21b zu der Hochdruckturbine 22 geförderten Dampfs in Anbetracht der Verbesserung der Leistungserzeugungseffizienz 620°C oder mehr beträgt. Zum Beispiel ist es auch möglich, Hochtemperaturdampf mit einer Temperatur von annähernd 650°C oder mehr zu der Hochdruckturbine 22 zu fördern. Ein Teil von aus der Hochdruckturbine 22 abgeführtem Dampf wird über eine von der Niedertemperatur-Wiedererwärmungsdampfleitung 43b, die den aus der Hochdruckturbine 22 abgeführten Dampf zu dem Wiedererhitzer 21c fördert, abgezweigte Leitung 44b zu dem Hochdruck-Zuführwassererhitzer 30a gefördert, um so das Zuführwasser zu erwärmen.
  • Hierbei wird es, wenn die Temperatur des aus der Hochdruckturbine 22 abgeführten Dampfs höher ist als eine vorgegebene Temperatur von zu dem Hochdruck-Zuführwassererhitzer 30a gefördertem Dampf, bevorzugt, einen Wärmetauscher (nicht veranschaulicht) vorzusehen, der dafür geeignet ist, Wärme zwischen Zuführwasser, das in einer Zuführwasserleitung 49 zwischen dem Hochdruck-Zuführwassererhitzer 30a und dem Überhitzer 21a des Dampfkessels 21 fließt, und Dampf, der in der Leitung 44b, die den aus der Hochdruckturbine 22 abgeführten Dampf zu dem Hochdruck-Zuführwassererhitzer 30a fördert, fließt, auszutauschen. Daher kann Dampf mit einer geeigneten Temperatur zu dem Hochdruck-Zuführwassererhitzer 30a gefördert werden.
  • Zusätzlich kann aus der Ultrahochdruckturbine 36 entnommener Entnahmedampf über eine Leitung 54 zu einer vorgegebenen Turbinenstufe der Hochdruckturbine 22 als Kühldampf zum Kühlen eines Turbinenrotors, der Turbinenrotorblätter, eines Gehäuses usw. der Hochdruckturbine 22 gefördert werden. Daher können die Kriechfestigkeiten des Turbinenrotors und der Turbinenrotorblätter der Hochdruckturbine 22 gewährleistet werden.
  • Der Dampf, der in dem Wiedererhitzer 21c erneut erwärmt (wieder erwärmt) wurde, so dass er überhitzter Dampf mit einer hohen Temperatur ist, wird über eine Hochtemperatur-Wiedererwärmungsdampfleitung 46b zu der Mitteldruckturbine 23 gefördert, führt Expansionsarbeit aus und wird danach über eine Leitung 47 zu der Niederdruckturbine 24 gefördert. Hierbei wird bevorzugt, dass die Temperatur des in dem Wiedererhitzer 21c erwärmten und zu der Mitteldruckturbine 23 geförderten Dampfs in Anbetracht der Verbesserung der Leistungserzeugungseffizienz 620°C oder mehr beträgt. Zum Beispiel kann Hochtemperaturdampf mit ungefähr 650°C oder mehr zu der Mitteldruckturbine 23 gefördert werden. Die Mitteldruckturbine 23 treibt den Generator 35b an, um Leistung zu erzeugen.
  • Der Dampf, der zu der Niederdruckturbine 24 gefördert wurde und Expansionsarbeit ausgeführt hat, wird zu dem Dampfkondensator 25 geführt, um in ein Kondensat kondensiert zu werden. Aus der Niederdruckturbine 24 entnommener Entnahmedampf wird über eine Leitung 48 zu den Niederdruck-Zuführwassererhitzern 27a, 27b, 27c geführt, um das Zuführwasser zu erwärmen. Die Niederdruckturbine 24 treibt den Generator 35a an, um Leistung zu erzeugen.
  • Das Kondensat in dem Dampfkondensator 25 wird durch die Kondensatpumpe 26 zu den Niederdruck-Zuführwassererhitzern 27a, 27b, 27c und dem Luftabscheider 28 gefördert und als Zuführwasser zu dem Dampfkessel 21 wieder verwendet. Das zu dem Luftabscheider 28 geförderte Kondensat wird durch die Dampfkessel-Zuführwasserpumpe 29 mit Druck beaufschlagt und über die Zuführwasserleitung 49 durch die Hochdruck-Zuführwassererhitzer 30a, 30b dem Überhitzer 21a zugeführt. Andererseits wird ein Teil des zu dem Luftabscheider 28 geförderten Zuführwassers (Kondensat) durch eine Zuführwasserpumpe 33 über eine von einer Wasserzuführsystemleitung 40 abgezweigte Leitung 41 zu dem Wärmesammeldampfgenerator 31 gefördert. Das zu dem Wärmesammeldampfgenerator 31 geförderte Zuführwasser wird in dem Wärmesammeldampfgenerator 31 erwärmt und wandelt sich in Dampf um und wird zu der Solarwärmedampfturbine 32 gefördert.
  • Zum Beispiel wird, wenn der Wärmespeicher 34 beinhaltet ist, wenn die durch den Wärmesammeldampfgenerator 31 erhaltene Solarwärmeenergie eine notwendige Menge übersteigt, die an der Umlaufleitung 34a vorgesehene Umlaufpumpe (nicht veranschaulicht) betätigt, um Wärme in dem Wärmespeicher 34 zu speichern. Eine vorgegebene Menge an Solarwärmeenergie wird dann über ein Heizmedium von dem Wärmesammeldampfgenerator 31 an das Zuführwasser gegeben, wodurch ermöglicht wird, Dampf mit einer geeigneten Temperatur zu der Solarwärmedampfturbine 32a zu fördern.
  • Andererseits wird, wenn der Wärmespeicher 34 beinhaltet ist und der Wärmespeicher 34 bereits Wärme gespeichert hat, wenn die durch den Wärmesammeldampfgenerator 31 erhaltene Solarwärmeenergie geringer als eine notwendige Menge ist, die an der Umlaufleitung 34a vorgesehene Umlaufpumpe (nicht veranschaulicht) betätigt, um die in dem Wärmespeicher 34 gespeicherte Wärme in dem Wärmesammeldampfgenerator 31 zu verwenden. Eine vorgegebene Menge an Solarwärmeenergie wird dann über ein Heizmedium von dem Wärmesammeldampfgenerator 31 an das Zuführwasser gegeben, wodurch ermöglicht wird, Dampf mit einer geeigneten Temperatur zu der Solarwärmedampfturbine 32a zu fördern.
  • Hierbei kann eine von der Niedertemperatur-Wiedererwärmungsdampfleitung 43, die den aus der Ultrahochdruckturbine 36 abgeführten Dampf zu dem Wiedererhitzer 21b fördert, abgezweigte Leitung 50 vorgesehen sein, die mit einem Dampfeinlass der Solarwärmedampfturbine 32a kommuniziert. Zum Beispiel kann, wenn der Wärmespeicher 34 nicht beinhaltet ist oder wenn der Wärmespeicher 34 beinhaltet ist, aber die nur durch die in dem Wärmespeicher 34 gespeicherte Wärme an das Zuführwasser gegebene Energie nicht ausreichend ist, ein Teil des aus der Ultrahochdruckturbine 36 abgeführten Dampfs über die Leitung 50 zu der Solarwärmedampfturbine 32a gefördert werden. Hierbei wird bevorzugt, dass der zu der Solarwärmedampfturbine 32 geförderte Dampf eine Temperatur aufweist, die nahe bei der des durch den Wärmesammeldampfgenerator 31 erzeugten Dampfs liegt. Zum Beispiel kann der Dampf eine Temperatur innerhalb des Bereichs von 370°C bis 400°C aufweisen.
  • Der zu der Solarwärmedampfturbine 32a geförderte Dampf führt Expansionsarbeit aus und wird danach über eine Niedertemperatur-Wiedererwärmungsdampfleitung 55 zu dem Wärmesammeldampfgenerator 37 gefördert, um darin erwärmt zu werden. Der in dem Wärmesammeldampfgenerator 37 erwärmte Dampf wird über eine Hochtemperatur-Wiedererwärmungsdampfleitung 56 zu der Solarwärmedampfturbine 32b gefördert.
  • Der zu der Solarwärmedampfturbine 32b geförderte Dampf führt Expansionsarbeit aus und danach wird ein Teil desselben über eine Leitung 51 der Kohledioxidsammeleinrichtung 60 zugeführt. Der Rest wird über eine von der Leitung 51 abgezweigte Leitung 52 zusammen mit dem oben beschriebenen aus der Niederdruckturbine 24 entnommenen Entnahmedampf zu dem Niederdruck-Zuführwassererhitzer 27c gefördert.
  • Hierbei kann aus der Solarwärmedampfturbine 32b entnommener Dampf über eine Leitung 53 zu einer vorgegebenen Turbinenstufe der Mitteldruckturbine 23 als Kühldampf zum Kühlen eines Turbinenrotors, der Turbinenrotorblätter, eines Gehäuses usw. der Mitteldruckturbine 23 gefördert werden. Daher können die Kriechfestigkeiten des Turbinenrotors und der Turbinenrotorblätter der Mitteldruckturbine 23 gewährleistet werden. Ferner kann durch Verwendung des aus der Solarwärmedampfturbine 32b entnommenen Kühldampfs mit einer niedrigen Temperatur ein Prozessverlust verringert werden.
  • Hierbei ist die Leitung 50 mit einem Flussregelventil V1 zum Einstellen der Flussrate des zu der Solarwärmedampfturbine 32a geförderten Dampfs versehen. Außerdem ist die Leitung 52 mit einem Druckregelventil V2 zum Einstellen des Drucks des aus der Solarwärmedampfturbine 32b abgeführten Dampfs versehen. Ferner ist, wenn aus der Solarwärmedampfturbine 32b entnommener Dampf als Kühldampf zu der Mitteldruckturbine 23 gefördert wird, die Leitung 53 mit einem Flussregelventil V3 zum Einstellen der Flussrate von aus der Solarwärmedampfturbine 32b entnommenem Dampf versehen. Außerdem ist, wenn der aus der Ultrahochdruckturbine 36 entnommene Dampf als Kühldampf zu der Hochdruckturbine 22 gefördert wird, die Leitung 54 mit einem Flussregelventil V4 zum Einstellen der Flussrate von aus der Ultrahochdruckturbine 36 entnommenem Dampf versehen.
  • Zusätzlich wird mit Bezug auf die Ausgabe erzeugter Leistung in dem Dampfturbinenkraftwerk 10 die Flussrate von zu der Ultrahochdruckturbine 36 gefördertem Frischdampf mit einem Dampfsteuerventil (nicht veranschaulicht) eingestellt, so dass die Gesamtausgabe des Generators 35a und des Generators 35b einer Zielausgabe entspricht. Ferner werden die oben beschriebenen Ventile, Pumpen usw. durch eine nicht veranschaulichte Steuereinrichtung auf Grundlage von Information von z. B. einer Temperaturerfassungseinrichtung, einer Flusserfassungseinrichtung, einer Druckerfassungseinrichtung usw., die nicht veranschaulicht sind, rückkopplungsgesteuert.
  • Dampf, der zu der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 gefördert wurde, indem der aus Solarwärmedampfturbine 32a abgeführte Dampf durch den Wärmesammeldampfgenerator 37 so erwärmt wurde, weist einen Zustand auf, der nicht zu dem feuchten Bereich gehört, und wird mit einer geeigneten Temperatur (z. B. 150°C) zu der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 gefördert.
  • Es ist zu beachten, dass der Aufbau, der Betrieb und die Wirkung der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 die gleichen sind wie die der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 in dem Dampfturbinenkraftwerk 10 der ersten Ausführungsform.
  • Als Nächstes wird eine Prozesseffizienz in dem Dampfturbinenkraftwerk 12 der dritten Ausführungsform mit Bezug auf 8 beschrieben. Es ist zu beachten, dass Beschreibungen, die sich mit der Beschreibung der Prozesseffizienz bei dem Dampfturbinenkraftwerk 11 der zweiten Ausführungsform überlappen, hier weggelassen werden.
  • Da die Temperatur von zu der Ultrahochdruckturbine 36 gefördertem Dampf annähernd 600°C beträgt, ist die Temperatur von zu der Solarwärmedampfturbine 32a in dem Dampfturbinenkraftwerk 12 der dritten Ausführungsform gefördertem Dampf (Temperatur bei 2) niedriger als die Temperatur des zu der Solarwärmedampfturbine 32 des Dampfturbinenkraftwerks 11 der zweiten Ausführungsform geförderten Dampfs (Temperatur bei 2a in 6). Wenn versucht wird, den Zustand des aus der Solarwärmedampfturbine 32a in dem Dampfturbinenkraftwerk 12 der dritten Ausführungsform abgeführten Dampfs auf eine in der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 erforderliche Temperatur (z. B. 150°C) zu ändern, wird angenommen, dass der Zustand des Dampfs zu einem feuchten Bereich (Bereich, der niedriger als eine in 8 veranschaulichte Sättigungsdampflinie liegt) gehört.
  • Dementsprechend wird bei dem Dampfturbinenkraftwerk 12 der dritten Ausführungsform der aus der Solarwärmedampfturbine 32a abgeführte Dampf (Dampfzustand 9a) in dem Wärmesammeldampfgenerator 37 erwärmt und dann zu der Solarwärmedampfturbine 32b gefördert (Dampfzustand 9b). Der Zustand des aus der Solarwärmedampfturbine 32b abgeführten Dampfs (Dampfzustand 9c) wird zu einem in der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 erforderlichen Dampfzustand gemacht.
  • Hierbei ist bei dem Dampfturbinenkraftwerk 12 der dritten Ausführungsform die Temperatur des zu der Ultrahochdruckturbine 36 geförderten Dampfs gleich groß wie die Temperatur von zu der Ultrahochdruckturbine in dem konventionellen Dampfturbinenkraftwerk gefördertem Dampf und ist die adiabatische Expansion in der Ultrahochdruckturbine 36 daher 1 → 2. Eine adiabatische Expansion in der Solarwärmedampfturbine 32a ist 2 → 9a. Eine adiabatische Expansion in der Solarwärmedampfturbine 32b ist 9b → 9c.
  • In 8 ist die von Dampfzustandswerten, die höher als konventionelle Dampfzustandwerte sind, umgebene Fläche (Fläche des in 8 durch schräge Linien gekennzeichneten Abschnitts) ein Energiezuwachs, der als Arbeit entnommen werden kann, d. h. ein Betrag des Beitrags zu der Effizienzverbesserung wegen des Temperaturanstiegs.
  • Daher ist es durch Antreiben der Solarwärmedampfturbine 32a und der Solarwärmedampfturbine 32b möglich, den Zustand des aus der Solarwärmedampfturbine 32b abgeführten Dampfs zu einem Dampfzustand an einer Hochtemperaturseite mit Bezug auf die Sättigungsdampflinie (stromaufwärts der in 8 veranschaulichten Sättigungsdampflinie) und zu einem in der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 erforderlichen Dampfzustand (z. B. 150°C) zu machen.
  • Wie oben beschrieben wurde, ist es bei dem Dampfturbinenkraftwerk 12 der dritten Ausführungsform, zusätzlich zu dem Betrieb und der Wirkung des Dampfturbinenkraftwerks 11 der zweiten Ausführungsform, sogar wenn die Temperatur des zu der Ultrahochdruckturbine 36 geförderten Dampfs annähernd 600°C beträgt, möglich, den Zustand des aus der Solarwärmedampfturbine 32b abgeführten Dampfs zu einem Dampfzustand zu machen, der an einer Hochtemperaturseite mit Bezug auf die Sättigungsdampflinie liegt (stromaufwärts der Sättigungsdampflinie in 8) und in der Kohlendioxidsammeleinrichtung 60 erforderlich ist (z. B. 150°C).
  • Der aus der Solarwärmedampfturbine 32b abgeführte Dampf kann daher den Zustand von überhitztem Dampf beibehalten. Deshalb kann ein Dampfturbinenkraftwerk mit hoher Zuverlässigkeit erreicht werden, ohne ein Problem eines Verschleißes von Rotorblättern und Statorblättern der letzten Turbinenstufe hervorzurufen.
  • Das Dampfturbinenkraftwerk und das Verfahren zum Betrieb desselben gemäß den Ausführungsformen ermöglichen es, Abdampf mit niedriger Energie zu verwenden, nachdem eine Leistungserzeugung mit Dampfturbinen unter Verwendung von Solarwärme als einer in einem Kohlendioxidsammelsystem benötigten Energiequelle durchgeführt wurde, um so Energieverluste zu unterdrücken und eine hohe Leistungserzeugungseffizienz zu erzielen. Vorhergehend wurden die Ausführungsformen spezifisch beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und kann auf verschiedene Arten innerhalb des Bereichs ohne Abweichung von dem Wesen der Erfindung abgeändert werden.
  • Während bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, wurden diese Ausführungsformen rein beispielhaft dargelegt und sind nicht dazu gedacht, den Umfang der Erfindung zu beschränken. Tatsächlich können die hierin beschriebenen neuen Verfahren und Systeme in einer Vielzahl anderer Ausgestaltungen ausgeführt werden; ferner können verschiedene Weglassungen, Ersetzungen und Änderungen der Ausgestaltung der hierin beschriebenen Verfahren und Systeme durchgeführt werden, ohne von dem Wesen der Erfindung abzuweichen. Die angefügten Ansprüche und deren Äquivalente sind dazu gedacht, solche Ausgestaltungen oder Abwandlungen abzudecken, die innerhalb des Umfangs und des Wesens der Erfindung liegen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • JP 2004-323339 A [0012]
    • JP 2008-39367 A [0014]
    • JP 2008-121483 A [0014]

Claims (10)

  1. Dampfturbinenkraftwerk, umfassend: eine Dampfturbineneinrichtung, die umfasst: einen Dampfkessel mit einem Überhitzer und wenigstens einem Wiedererhitzer, eine erste Dampfturbine, die durch von dem Überhitzer geförderten Frischdampf angetrieben wird, eine zweite Dampfturbine, die durch von dem Wiedererhitzer geförderten Dampf angetrieben wird, wobei der Wiedererhitzer aus der ersten Dampfturbine abgeführten Dampf wieder erwärmt, eine dritte Dampfturbine, die durch Dampf angetrieben wird, der aus der zweiten Dampfturbine abgeführt wird, einen zumindest mit der dritten Dampfturbine gekoppelten Generator, einen Dampfkondensator, der aus der dritten Dampfturbine abgeführten Dampf in ein Kondensat kondensiert, einen Zuführwassererhitzer, der in einem Wasserzuführsystem zwischen dem Dampfkondensator und dem Dampfkessel zum Erwärmen von von dem Dampfkondensator gefördertem Zuführwasser vorgesehen ist, einen Wärmesammeldampfgenerator, der aus einem Teil des Kondensats durch Verwenden von Wärme von Sonnenlicht Dampf erzeugt, und eine vierte Dampfturbine, die durch von wenigstens dem Wärmesammeldampfgenerator geförderten Dampf angetrieben wird; und eine Kohlendioxidsammeleinrichtung, die umfasst: einen Absorptionsturm, in dem in einem Verbrennungsgas von dem Dampfkessel enthaltenes Kohlendioxid von einer Absorptionsflüssigkeit absorbiert wird, einen Rückgewinnungsturm, in dem die Absorptionsflüssigkeit erwärmt wird, indem Wärme von aus der vierten Dampfturbine abgeführtem Dampf verwendet wird, um das Kohlendioxid aus der Absorptionsflüssigkeit abzuführen, und eine Sammelvorrichtung, die in dem Rückgewinnungsturm abgeführtes Kohlendioxid sammelt.
  2. Dampfturbinenkraftwerk nach Anspruch 1, bei dem die Dampfturbineneinrichtung dafür eingerichtet ist, einen Teil von aus der ersten Dampfturbine abgeführtem Dampf zu der vierten Dampfturbine zu fördern.
  3. Dampfturbinenkraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Dampfturbineneinrichtung einen Wärmespeicher umfasst, der einen Teil von in dem Wärmesammeldampfgenerator erhaltener Wärme speichert; und bei dem die in dem Wärmespeicher gespeicherte Wärme verwendet wird, um zu der vierten Dampfturbine zu fördernden Dampf zu erzeugen.
  4. Dampfturbinenkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wiedererhitzer einen ersten Wiedererhitzer und einen zweiten Wiedererhitzer umfasst, die zweite Dampfturbine zwei Dampfturbinen umfasst, wobei eine der zwei Dampfturbinen durch in dem ersten Wiedererhitzer wieder erwärmten Dampf angetrieben wird und die andere der zwei Dampfturbinen durch in dem zweiten Wiedererhitzer wieder erwärmten Dampf angetrieben wird, und aus der einen der zwei Dampfturbinen abgeführter Dampf zu dem zweiten Wiedererhitzer gefördert wird und aus der anderen der zwei Dampfturbinen abgeführter Dampf zu der dritten Dampfturbine gefördert wird.
  5. Dampfturbinenkraftwerk nach einem der vorhergehender Ansprüche, ferner umfassend: ein Druckregelventil, das einen Druck von aus der vierten Dampfturbine abgeführtem Dampf einstellt.
  6. Dampfturbinenkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem aus der vierten Dampfturbine entnommener Dampf zu der zweiten Dampfturbine als Kühldampf der zweiten Dampfturbine gefördert wird.
  7. Dampfturbinenkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: ein Flussregelventil, das eine Flussrate von aus der vierten Dampfturbine abgeführtem Dampf einstellt, wobei das Flussregelventil auf Grundlage einer Temperatur der Absorptionsflüssigkeit in dem Rückgewinnungsturm geregelt wird.
  8. Dampfturbinenkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: ein Flussregelventil, das eine Flussrate von aus der vierten Dampfturbine abgeführtem Dampf einstellt, wobei das Flussregelventil auf Grundlage einer Flussrate der Absorptionsflüssigkeit in dem Rückgewinnungsturm geregelt wird.
  9. Dampfturbinenkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die vierte Dampfturbine mit der dritten Dampfturbine gekoppelt ist.
  10. Verfahren zum Betrieb eines Dampfturbinenkraftwerks, umfassend: Erzeugen von Frischdampf in einem Dampfkessel; Antreiben einer ersten Dampfturbine durch den Frischdampf; Zuführen wenigstens eines Teils von Abdampf aus der ersten Dampfturbine zu dem Dampfkessel, um wieder erwärmten Dampf zu erzeugen; Erzeugen des wieder erwärmten Dampfs in dem Dampfkessel; Antreiben einer zweiten Dampfturbine durch den wieder erwärmten Dampf; Antreiben einer dritten Dampfturbine durch aus der zweiten Dampfturbine abgeführten Dampf; Kondensieren von aus der dritten Dampfturbine abgeführtem Dampf in ein Kondensat; Erwärmen des Kondensats durch Verwenden von Wärme von Dampf, der aus wenigstens einer der ersten, der zweiten und der dritten Dampfturbine entnommen oder abgeführt wurde; Zuführen wenigstens eines Teils des Kondensats zu dem Dampfkessel, um den Frischdampf zu erzeugen; Erzeugen von Dampf aus einem Teil des Kondensats in einem Wärmesammeldampfgenerator durch Verwenden von Wärme von Sonnenlicht; Antreiben einer vierten Dampfturbine durch in wenigstens dem Wärmesammeldampfgenerator erzeugten Dampf; Absorbieren von Kohlendioxid, das in einem Verbrennungsgas von dem Dampfkessel enthalten ist, in eine Absorptionsflüssigkeit; Abführen des Kohlendioxids aus der Absorptionsflüssigkeit durch Verwenden von Wärme von aus der vierten Dampfturbine abgeführtem Dampf; und Sammeln von aus dem Rückgewinnungsturm abgeführtem Kohlendioxid.
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