JPH0635840B2 - Coレヒートガスタービン・コンバインドサイクルによる発電方法 - Google Patents

Coレヒートガスタービン・コンバインドサイクルによる発電方法

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JPH0635840B2
JPH0635840B2 JP1235242A JP23524289A JPH0635840B2 JP H0635840 B2 JPH0635840 B2 JP H0635840B2 JP 1235242 A JP1235242 A JP 1235242A JP 23524289 A JP23524289 A JP 23524289A JP H0635840 B2 JPH0635840 B2 JP H0635840B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はCOレヒートガスタービン・コンバインドサイ
クルによる発電方法に関する。
(従来の技術) ガスタービンによる発電方法として、例えば、燃焼酸化
剤として空気、燃料として石油類、石炭類、天然ガス等
の化石燃料を使用して作動流体である蒸気を発生させ、
この蒸気を利用して蒸気タービンで発電する方法が知ら
れている。この場合、プラントの熱効率は例えば発電端
で約43%程度になっている。
(発明が解決しようとする課題) しかし、前記発電方法では、燃焼酸化剤として空気を使
用しているため、環境汚染物質としての窒素酸化物であ
るNOが発生して、これが燃焼排ガスとして大気中に放
出され、また燃料として化石燃料を使用しているため、
硫黄酸化物であるSOが発生して、これが燃焼排ガスと
して同様に大気中に放出されて、大気汚染の原因となる
欠点があった。またNOを除去するための脱硝設備や、
SOを除去するための脱硫設備が必要で設備コストがか
かる欠点があった。
また、オープンサイクルでは地球の温室効果の原因とな
る二酸化炭素ガス(CO)も燃焼排ガスとして大気中に
排出される欠点があった。
本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、窒素酸化物である
NOや硫黄酸化物であるSO等の大気汚染物質が発生せ
ず、また温室効果の原因となる二酸化炭素ガス(CO
を大気中に放出せずに有効利用を図ることが出来るCO
レヒートガスタービン・コンバインドサイクルによる発
電方法を提供することである。
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成する本発明のCOレヒートガスタービン
・コンバインドサイクルによる発電方法では、酸素ガス
(O2)を燃焼酸化剤に用いて一酸化炭素ガス(CO)を燃焼
させて二酸化炭素ガス(CO)を生成し、前記二酸化炭
素ガス(CO)を作動流体として循環させて利用してC
Oレヒートガスタービンで発電することを特徴としてい
る。
また、酸素ガス(O2)を燃焼酸化剤に用いて一酸化炭素
ガス(CO)を燃焼させて二酸化炭素ガス(CO)を生成
し、前記二酸化炭素ガス(CO)を作動流体として利用
してCOレヒートガスタービンで発電した後、前記二酸
化炭素ガスの排熱を利用して蒸気タービンで発電し、こ
の後前記二酸化炭素ガスの一部を前記燃焼生成ガスの生
成に再利用するために循環させる一方、残部を化学プラ
ント用原材料として利用することを特徴としている。
(作用) 上記手段によれば、窒素酸化物NOの発生源である空気
を燃焼酸化剤として用いる代わりに酸素ガス(O2)を使
用し、また硫黄酸化物SOXの発生源である化石燃料の代
わりに一酸化炭素ガス(CO)を使用して、大気汚染をな
くす一方、二酸化炭素ガス(CO)を循環させ、また一
部を化学プラント用原材料として使用することにより大
気中への放出をなくしている。
(実施例) 以下本発明の実施例について説明する。
第1図は本発明のCOレヒートガスタービン・コンバイ
ンドサイクルによる発電方法を実施するための装置のシ
ステム構成を示す説明図である。図中符号1はCOレヒ
ートガスタービン、2は排熱回収蒸気発生器、3は蒸気
タービンである。
前記COレヒートガスタービン1は、一酸化炭素ガス
(CO)を燃焼酸化剤である酸素ガス(O2)で燃焼して二
酸化炭素ガス(CO)を生成する燃焼器4と、この燃焼
器4からの二酸化炭素ガスを作動流体として発電する高
圧タービン5と、この高圧タービン5から排出された二
酸化炭素ガスを作動流体として発電する中圧タービン6
と、この中圧タービン6から排出された二酸化炭素ガス
を混ぜて一酸化炭素ガス(CO)を酸素ガス(O2)で燃焼
して二酸化炭素ガス(CO)を生成する再燃焼器7と、
この再燃焼器7からの二酸化炭素ガスを作動流体として
発電する低圧タービン8とから構成されている。
また前記排熱回収蒸気発生装置2は、前記蒸気タービン
3の作動流体である蒸気を発生するために前記低圧ター
ビン8から排出された二酸化炭素ガスから排熱を回収す
る一方、前記低圧タービン8から排出された若干量の残
存一酸化炭素ガスと酸素ガスを最適の反応温度領域で酸
化触媒により反応させて二酸化炭素ガスにするものであ
る。
また前記蒸気タービン3は、前記排熱回収蒸気発生器2
において前記低圧タービン8から排出された二酸化炭素
ガスと熱交換して得た過熱蒸気を作動流体として発電す
る第1タービン9と第2タービン10とから構成されて
いる。
尚、第1図中11は二酸化炭素ガスが循環するサイクル
配管で、低圧コンプレッサ12、高圧コンプレッサ1
3、アキュムレータ14、前置冷却器15、中間冷却器
16が配置されている。また17は蒸気が循環するサイ
クル配管で、復水器18、給水ポンプ19等が配置され
ている。
次に前記装置を利用して本発明のCOレヒートガスター
ビン・コンバインドサイクルによる発電方法の一実施例
を説明する。
燃焼器4、再燃焼器7により生成された二酸化炭素ガス
は高圧タービン4、中圧タービン6、低圧タービン8で
作動流体として利用された後、一部はメタノール製造プ
ロセス等に使用され、残部は再び作動流体として使用さ
れる。
サイクル管11を循環する二酸化炭素ガスはまず高圧コ
ンプレッサ10で加圧された後、燃焼器4に送られる。
燃焼器4では前記高圧コンプレッサ10で加圧された二
酸化炭素ガスを混ぜせ加熱し、一酸化炭素ガス(CO)を燃
焼酸化剤である酸素ガス(O2)で燃焼して二酸化炭素ガ
ス(CO)を生成する。
そして燃焼器4を出た二酸化炭素ガスは高温、高圧状態
の作動流体として高圧タービン5に送られて膨張し、タ
ービン5を回転して発電を行う(発電量60MW程
度)。
そして高圧タービン5を出た二酸化炭素ガスは再度作動
流体として中圧タービン6に送られて膨張し、タービン
6を回転して発電を行う(発電量53MW程度)。中圧
タービン6を出た二酸化炭素ガスは再燃焼器7に送ら
れ、再燃焼器7で新たに生成される二酸化炭素ガスと混
合されて加熱された後、作動流体として低圧タービン8
に送られて膨張し、タービン8を回転して発電を行う
(発電量184MW程度)。
低圧タービン8を出た作動流体である二酸化炭素ガスは
排熱回収蒸気発生器2に送られ、ここでサイクル管11
を循環する飽和水を加熱して熱交換する。この排熱回収
蒸気発生器2では、二酸化炭素ガスと飽和水との間で熱
交換する他に、作動流体中に含まれる若干の残存の一酸
化炭素ガスと酸素ガスを最適反応温度領域において酸化
触媒により反応して二酸化炭素ガスとする。
前記排熱回収蒸気発生器2を出た二酸化炭素ガスは10
0%と純度が高いため、一部はメタノール製造プロセス
等に利用され、残部は前置冷却器15で例えば冷却され
た後、COレヒートガスタービン1によって回転駆動す
る低圧コンプレッサ12で加圧される。低圧コンプレッ
サ12で加圧された二酸化炭素ガスは中間冷却器16で
冷却された後、同じくCOレヒートガスタービン1で回
転駆動する高圧コンプレッサ13に送られる。
そして前述の如く高圧コンプレッサ13で加圧された
後、燃焼器4に送り込まれ、再び作動流体として利用さ
れる。
一方、前記排熱回収蒸気発生装置2で加熱された過熱蒸
気は作動流体として第1タービン9に送られて膨張し、
タービン9を回転して発電を行い(発電量14MW程
度)、そして再び前記排熱回収蒸気発生器2で加熱され
てから第2タービン10に送られて膨張し、タービン1
0を回転して発電(発電量41MW程度)を行う。
第2タービン10から出た蒸気は復水器18で復水して
飽和水となり、給水ポンプ19により排熱回収蒸気発生
器3に送られ、ここで二酸化炭素ガスと熱交換して蒸気
になり、再び作動流体として第1タービン9、第2ター
ビン10に送られる。
以上のようにしてCOレヒートガスタービン1及び蒸気
タービン3で発電が行われる。ここでCOレヒートガス
タービン1の性能は高圧タービン5、低圧タービン8に
おける入口ガス温度及びサイクル圧力、即ち高圧コンプ
レッサ13の出口圧力によって影響を受ける。またサイ
クル圧力を高圧コンプレッサ13と低圧コンプレッサ1
2でどのような圧力比で配分するかによって影響を受け
る。
例えば高圧タービン5の入口ガス温度1300℃に設定し、
また低圧タービン8の入口ガス温度を1150℃に設定し
て、サイクル圧力をパラメータにすると第2図に示す性
能が得られる。
同図から有らかな如く、サイクル圧力を高くし、低圧コ
ンプレッサ12の圧力比を低くしたほうが熱効率、比出
力ともに高くなる。例えばサイクル圧力を80ata に設
定し、また高圧コンプレッサ13の圧力比を12.92 、低
圧コンプレッサ12の圧力比6.0 とすると、熱効率はC
Oレヒートガスタービン1単独で48.6%となり、またC
Oレヒートガスタービン1と蒸気タービン3とを合わせ
たコンバインド発電プラントで61.0%にもなる。
この場合における各機器の設計主要目は例えば次の通り
である。
発電端G出力……250 MW COレヒートガスタービン1出力……199 MW 蒸気タービン3出力……54MW 燃焼器4の一酸化炭素ガス供給量……92t/h 燃焼器4の酸素ガス供給量……52.6t/h 再燃焼器7の一酸化炭素ガス供給量……62t/h 再燃焼器7の酸素ガス供給量……35.4t/h 一酸化炭素ガス発熱量……2287kcal/kg 低圧コンプレッサ12の 二酸化炭素ガス循環量……240kg/s 中圧タービン6の入口圧力……33.6ata 低圧タービン8の入口圧力……13.9ata 低圧コンプレッサ12の入口温度……40℃ 低圧コンプレッサ12の出口温度…… 201℃ 高圧コンプレッサ13の入口温度……60℃ 高圧コンプレッサ13の出口温度…… 354℃ 中圧タービン6の入口温度…… 955℃ 中圧タービン6の出口温度…… 750℃ 低圧タービン8の出口温度…… 580℃ 排熱回収蒸気発生装置2の 二酸化炭素ガス循環量…… 301kg/s 排熱回収蒸気発生器2の出口温度…… 102℃ (発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、燃料が一酸化炭素
ガス、酸素ガスを燃焼酸化剤として二酸化炭素ガスを生
成し、この二酸化炭素ガスを作動流体としているので、
窒素酸化物であるNOや硫黄酸化物であるSO等の大気
汚染物質が発生せず、また温室効果の原因となる二酸化
炭素ガス(CO)を大気中に放出せずに循環させて使用
しているので何ら支障が生じない。
また、熱効率が60%以上と高く、また比出力が大きい
ので単機の大容量化に適している。また作動流体として
二酸化炭素ガスを使用しているため、高温部の酸化腐食
に対する影響は高温空気の場合よりも非常に少ない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の発電方法を実施するための装置の概略
説明図であり、また第2図はCOレヒートガスタービン
・コンバインドサイクルの性能を示すグラフである。 1はCOレヒートガスタービン、 2は蒸気タービン、3は排熱回収蒸気発生器、 4は燃焼器、5は高圧タービン、 6は中圧タービン、7は再燃焼器、 8は低圧タービン、9は第1タービン、 10は第2タービン、11はサイクル配管、 12は低圧コンプレッサ、 13は高圧コンプレッサ、 14はアキュムレータ、15は前置冷却器、 16は中間冷却器、17はサイクル配管、 18は復水器、19は給水ポンプである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02C 6/18 A 7910−3G (72)発明者 安川 茂 茨城県那珂郡東海村白方字白根2番地の4 日本原子力研究所東海研究所内 (72)発明者 竹矢 一雄 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 安井 元 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社 東芝 京浜事業所内 (56)参考文献 特開 昭63−32127(JP,A) 特開 昭63−50627(JP,A) 特開 昭63−57825(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸素ガス(O2)を燃焼酸化剤に用いて一酸
    化炭素ガス(CO)を燃焼させて二酸化炭素ガス(CO)を
    生成し、前記二酸化炭素ガス(CO)を作動流体として
    循環させて利用してCOレヒートガスタービンで発電す
    ることを特徴とするCOレヒートガスタービン・コンバ
    インドサイクルによる発電方法。
  2. 【請求項2】酸素ガス(O2)を燃焼酸化剤に用いて一酸
    化炭素ガス(CO)を燃焼させて二酸化炭素ガス(CO)を
    生成し、前記二酸化炭素ガス(CO)を作動流体として
    利用してCOレヒートガスタービンで発電した後、前記
    二酸化炭素ガスの排熱を利用して蒸気タービンで発電
    し、この後前記二酸化炭素ガスの一部を前記燃焼生成ガ
    スの生成に再利用するために循環させる一方、残部を化
    学プラント用原材料として利用することを特徴とするC
    Oレヒートガスタービン・コンバインドサイクルによる
    発電方法。
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