JP2000265805A - タービン設備 - Google Patents
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 液体CO2 を回収して液体CO2 を燃料として利
用する。 【解決手段】 燃焼器１からのCO2 を含む燃焼ガスが膨
張される膨張タービン２と、膨張タービン２の排ガスを
凝縮してCO2 ガスとする再生器４と、再生器４で凝縮さ
れたCO2 ガスを液化して液体CO2 とする液化手段７と、
液化手段７で液化された液体CO2 を加圧して高圧CO2 ガ
スとする共に加圧した高圧CO2 ガスを再生器４から燃焼
器１に投入する高圧ポンプ８とを備え、CO2 ガスを液化
するための動力を採用することなく液体CO2 を回収して
液体CO2 を燃料として利用する。
用する。 【解決手段】 燃焼器１からのCO2 を含む燃焼ガスが膨
張される膨張タービン２と、膨張タービン２の排ガスを
凝縮してCO2 ガスとする再生器４と、再生器４で凝縮さ
れたCO2 ガスを液化して液体CO2 とする液化手段７と、
液化手段７で液化された液体CO2 を加圧して高圧CO2 ガ
スとする共に加圧した高圧CO2 ガスを再生器４から燃焼
器１に投入する高圧ポンプ８とを備え、CO2 ガスを液化
するための動力を採用することなく液体CO2 を回収して
液体CO2 を燃料として利用する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼により生じた
CO2 ガスを液化して再利用するタービン設備に関する。
CO2 ガスを液化して再利用するタービン設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭化水素燃料のガスタービンを備えた発
電プラントでは様々な高効率化が図られている。ガスタ
ービンに蒸気を投入する酸素燃焼のガスタービンのH2O
とCO2について、H2O は凝縮して系内給水に再循環しCO
2 は液化して排出する技術が考えられている。
電プラントでは様々な高効率化が図られている。ガスタ
ービンに蒸気を投入する酸素燃焼のガスタービンのH2O
とCO2について、H2O は凝縮して系内給水に再循環しCO
2 は液化して排出する技術が考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記発電プラントは水
蒸気中心の作動媒体でありそれを復水する再の熱損失が
存在しておりこれがシステム損失をもたらす。そこで、
作動媒体をCO2 中心とすることで復水器を使用せず液体
CO2 を回収再利用する高性能の発電設備を考え出した。
蒸気中心の作動媒体でありそれを復水する再の熱損失が
存在しておりこれがシステム損失をもたらす。そこで、
作動媒体をCO2 中心とすることで復水器を使用せず液体
CO2 を回収再利用する高性能の発電設備を考え出した。
【０００４】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、液体CO2 を経由する高圧閉サイクルガスタービン設
備を提供することを目的とする。
で、液体CO2 を経由する高圧閉サイクルガスタービン設
備を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の構成は、燃焼器からのCO2 を含む燃焼ガスが
膨張する膨張タービンと、前記膨張タービンの排ガスか
ら水分を凝縮してCO2ガスとする再生器と、前記再生器
及び予冷で冷却されたCO2 ガスを液化して液体CO2 とす
る液化手段と、前記液化手段で液化された液体CO2 を加
圧して高圧CO2ガスとする共に加圧した高圧CO2 ガスを
前記再生器から前記燃焼器に投入する加圧手段とを備え
たことを特徴とする。
の本発明の構成は、燃焼器からのCO2 を含む燃焼ガスが
膨張する膨張タービンと、前記膨張タービンの排ガスか
ら水分を凝縮してCO2ガスとする再生器と、前記再生器
及び予冷で冷却されたCO2 ガスを液化して液体CO2 とす
る液化手段と、前記液化手段で液化された液体CO2 を加
圧して高圧CO2ガスとする共に加圧した高圧CO2 ガスを
前記再生器から前記燃焼器に投入する加圧手段とを備え
たことを特徴とする。
【０００６】そして、前記液化手段は、前記再生器で凝
縮されたCO2 ガスを断熱膨張する断熱膨張タービンと、
前記断熱膨張タービンで断熱膨張したCO2 を気体と液体
とに分離する凝縮器とからなることを特徴とする。ま
た、前記断熱膨張タービンの前側にCO2 ガスを冷却する
予冷手段を備えたことを特徴とする。また、前記予冷手
段は、前記凝縮器で分離された気体のCO2 を冷媒とした
ことを特徴とする。更に、前記燃焼器の上流側に燃料電
池を備えたことを特徴とし、前記加圧手段で加圧された
前記再生器からの高圧CO2 ガスが前記燃料電池の作動流
体となることを特徴とする。
縮されたCO2 ガスを断熱膨張する断熱膨張タービンと、
前記断熱膨張タービンで断熱膨張したCO2 を気体と液体
とに分離する凝縮器とからなることを特徴とする。ま
た、前記断熱膨張タービンの前側にCO2 ガスを冷却する
予冷手段を備えたことを特徴とする。また、前記予冷手
段は、前記凝縮器で分離された気体のCO2 を冷媒とした
ことを特徴とする。更に、前記燃焼器の上流側に燃料電
池を備えたことを特徴とし、前記加圧手段で加圧された
前記再生器からの高圧CO2 ガスが前記燃料電池の作動流
体となることを特徴とする。
【０００７】また、上記目的を達成するための本発明の
構成は、燃焼器からのCO2 を含む燃焼ガスが膨張する膨
張タービンと、第２燃焼器からの燃焼ガスが膨張される
第２膨張タービンを備えると共に前記第２膨張タービン
の排気を圧縮する圧縮機が備えられたタービン装置と、
前記膨張タービンの排ガスの熱回収で昇温度したCO2ガ
スを第２燃焼器に投入する再生器と、前記タービン装置
の前記圧縮機から抽気したCO2 ガスを液化して液体CO2
とする液化手段と、前記液化手段で液化された液体CO2
を加圧して高圧CO2 ガスとする共に加圧した高圧CO2 ガ
スを自らの再生器を経由して前記燃焼器に投入する加圧
手段とを備えたことを特徴とする。
構成は、燃焼器からのCO2 を含む燃焼ガスが膨張する膨
張タービンと、第２燃焼器からの燃焼ガスが膨張される
第２膨張タービンを備えると共に前記第２膨張タービン
の排気を圧縮する圧縮機が備えられたタービン装置と、
前記膨張タービンの排ガスの熱回収で昇温度したCO2ガ
スを第２燃焼器に投入する再生器と、前記タービン装置
の前記圧縮機から抽気したCO2 ガスを液化して液体CO2
とする液化手段と、前記液化手段で液化された液体CO2
を加圧して高圧CO2 ガスとする共に加圧した高圧CO2 ガ
スを自らの再生器を経由して前記燃焼器に投入する加圧
手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】そして、前記第２膨張タービンの排気側に
蒸気を発生する排熱回収ボイラを設けると共に、前記排
熱回収ボイラで発生した蒸気が送られて仕事をする蒸気
タービンを設けたことを特徴とする。また、前記液化手
段からのCO2 により前記圧縮機の吸気を冷却する吸気冷
却手段を備えたことを特徴とする。
蒸気を発生する排熱回収ボイラを設けると共に、前記排
熱回収ボイラで発生した蒸気が送られて仕事をする蒸気
タービンを設けたことを特徴とする。また、前記液化手
段からのCO2 により前記圧縮機の吸気を冷却する吸気冷
却手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１には本発明の第１実施形態例
に係るタービン設備の概略系統を示してある。
に係るタービン設備の概略系統を示してある。
【００１０】図１に示すように、本実施形態例のタービ
ン設備は、燃焼器１からのCO2 を含む燃焼ガスが膨張す
る膨張タービン２を備え、膨張タービン２には発電機３
が接続されている。膨張タービン２の排気は再生器４に
送られ、再生器４では排熱を液体CO2 の気化に使用す
る。再生器４からのCO2 ガスは予冷手段５に送られ、予
冷手段５で更に冷却されたCO2 ガスは断熱膨張タービン
６を有する液化手段７で液体CO2 となる。液体CO2 は加
圧手段としての昇圧ポンプ８によって加圧されて再生器
４でCO2 ガスとされ、燃焼器１に投入される。尚、図中
９は断熱膨張タービン６に接続された発電機である。
ン設備は、燃焼器１からのCO2 を含む燃焼ガスが膨張す
る膨張タービン２を備え、膨張タービン２には発電機３
が接続されている。膨張タービン２の排気は再生器４に
送られ、再生器４では排熱を液体CO2 の気化に使用す
る。再生器４からのCO2 ガスは予冷手段５に送られ、予
冷手段５で更に冷却されたCO2 ガスは断熱膨張タービン
６を有する液化手段７で液体CO2 となる。液体CO2 は加
圧手段としての昇圧ポンプ８によって加圧されて再生器
４でCO2 ガスとされ、燃焼器１に投入される。尚、図中
９は断熱膨張タービン６に接続された発電機である。
【００１１】つまり、燃焼器１は高圧CO2 ガスが主な作
動媒体であり、炭化水素やH2添加の燃料と酸素を投入す
る。膨張タービン２の排気ガスを液体CO2 とする必要か
ら、上記タービン設備のライン圧は所定圧力（例えば7k
g/cm2)に設定するんので、膨張タービン２及び断熱膨張
タービン６は背圧タービンを採用する。系内の圧力は昇
圧ポンプ８の昇圧による入口圧力により確保されてい
る。これにより、高膨張比のタービン発電が実現可能と
なる。
動媒体であり、炭化水素やH2添加の燃料と酸素を投入す
る。膨張タービン２の排気ガスを液体CO2 とする必要か
ら、上記タービン設備のライン圧は所定圧力（例えば7k
g/cm2)に設定するんので、膨張タービン２及び断熱膨張
タービン６は背圧タービンを採用する。系内の圧力は昇
圧ポンプ８の昇圧による入口圧力により確保されてい
る。これにより、高膨張比のタービン発電が実現可能と
なる。
【００１２】断熱膨張タービン６を有する液化手段７を
説明する。予冷手段５で冷却されたCO2 ガスは、断熱膨
張タービン６で断熱膨張されて液体CO2 とされ、液体CO
2 は凝縮器１０で液体CO2 と気体CO2 が分離される。つ
まり、循環流体（CO2,CO,H2O) が一括液化の時に分別さ
れる。分離された液体CO2 は液化炭酸タンク１２に貯蔵
される。この液体CO2 を発電に用いる時はまず移送ポン
プ１１及び昇圧ポンプ８により加圧し再生器４で高圧CO
2 ガスとする。系内バランス上余剰な液体CO2（外部か
ら投入された燃料に相当する液体CO2 量）は液化炭酸タ
ンク１２から液体の状態で排出することとする。
説明する。予冷手段５で冷却されたCO2 ガスは、断熱膨
張タービン６で断熱膨張されて液体CO2 とされ、液体CO
2 は凝縮器１０で液体CO2 と気体CO2 が分離される。つ
まり、循環流体（CO2,CO,H2O) が一括液化の時に分別さ
れる。分離された液体CO2 は液化炭酸タンク１２に貯蔵
される。この液体CO2 を発電に用いる時はまず移送ポン
プ１１及び昇圧ポンプ８により加圧し再生器４で高圧CO
2 ガスとする。系内バランス上余剰な液体CO2（外部か
ら投入された燃料に相当する液体CO2 量）は液化炭酸タ
ンク１２から液体の状態で排出することとする。
【００１３】予冷手段５で冷却されたCO2 ガスは液化手
段７で液化して液体の状態で液化炭酸タンク１２に貯蔵
する。液相でCO2 を扱うため、移送、貯留、加圧のハン
ドリングが容易である。
段７で液化して液体の状態で液化炭酸タンク１２に貯蔵
する。液相でCO2 を扱うため、移送、貯留、加圧のハン
ドリングが容易である。
【００１４】予冷却手段５を説明する。予冷却手段５は
one through 方式で４台の第１冷却装置１３、第２冷
却装置１４、第３冷却装置１５及び第４冷却装置１６が
上流側から順に備えられている。予冷却手段５からの凝
縮水は、再生器４からの凝縮水と共に排出される。第１
冷却装置１３では、凝縮器１０で分離されたCO2 冷排気
（気体のCO2 ）を冷媒として再生器４からのCO2 ガスの
冷却が行なわれる。第２冷却装置１４では、外部の燃料
(LNG) を冷媒として再生器４からのCO2 ガスの冷却が行
なわれる。第３冷却装置１５では、空気液化設備１７か
らの液体O2（）を冷媒として再生器４からのCO2 ガス
の冷却が行なわれる。また、第４冷却装置１６では、空
気液化設備１７からの液体N2の一部が抽出されて抽出さ
れた液体N2（）を冷媒として再生器４からのCO2 ガス
の冷却が行なわれる。尚、空気液化設備１７からの液体
N2は、システムで別途冷熱利用される。
one through 方式で４台の第１冷却装置１３、第２冷
却装置１４、第３冷却装置１５及び第４冷却装置１６が
上流側から順に備えられている。予冷却手段５からの凝
縮水は、再生器４からの凝縮水と共に排出される。第１
冷却装置１３では、凝縮器１０で分離されたCO2 冷排気
（気体のCO2 ）を冷媒として再生器４からのCO2 ガスの
冷却が行なわれる。第２冷却装置１４では、外部の燃料
(LNG) を冷媒として再生器４からのCO2 ガスの冷却が行
なわれる。第３冷却装置１５では、空気液化設備１７か
らの液体O2（）を冷媒として再生器４からのCO2 ガス
の冷却が行なわれる。また、第４冷却装置１６では、空
気液化設備１７からの液体N2の一部が抽出されて抽出さ
れた液体N2（）を冷媒として再生器４からのCO2 ガス
の冷却が行なわれる。尚、空気液化設備１７からの液体
N2は、システムで別途冷熱利用される。
【００１５】第１冷却装置１３の冷媒とされたCO2 冷排
気は、圧縮機１８で圧縮されて膨張タービン２の翼の冷
却に使用される。これにより、特別な冷却媒体（空気
等）を外部から投入することなく自らの循環流体CO2 で
膨張タービン２の翼冷却が行なえる。尚、圧縮機１８で
圧縮されたCO2 冷排気の一部は再生器４からのCO2 ガス
に混合される。
気は、圧縮機１８で圧縮されて膨張タービン２の翼の冷
却に使用される。これにより、特別な冷却媒体（空気
等）を外部から投入することなく自らの循環流体CO2 で
膨張タービン２の翼冷却が行なえる。尚、圧縮機１８で
圧縮されたCO2 冷排気の一部は再生器４からのCO2 ガス
に混合される。
【００１６】一方、燃焼器１の前側には燃料電池２２が
備えられ、昇圧ポンプ８によって加圧され再生器４で生
成した高圧CO2 ガスが燃料電池２２の作動流体となる。
また、燃料電池２２には、第２冷却装置１４の冷媒とさ
れた外部の燃料(LNG) f1が改質器２３を介して送られる
と共に、電気分解装置２４で生成されたO2及びH2が送ら
れ、燃料電池２２内の燃焼を行う。液化CO2 を気化させ
る際昇圧ポンプ８によって高圧に昇圧（数百atm)してい
るため、この高圧CO2 ガスを燃料電池２２の作動流体と
して使用して電池の高圧下高効率を実現することが可能
となる。燃料電池２２を作動させた後の高圧排気は燃焼
器１に投入され、後述するように、別途（例えば電気分
解装置２４で）生成されたO2の一部が燃焼器１に投入さ
れるため、残存O2が限りなく零の当量燃焼として高効率
発電が行なえる。
備えられ、昇圧ポンプ８によって加圧され再生器４で生
成した高圧CO2 ガスが燃料電池２２の作動流体となる。
また、燃料電池２２には、第２冷却装置１４の冷媒とさ
れた外部の燃料(LNG) f1が改質器２３を介して送られる
と共に、電気分解装置２４で生成されたO2及びH2が送ら
れ、燃料電池２２内の燃焼を行う。液化CO2 を気化させ
る際昇圧ポンプ８によって高圧に昇圧（数百atm)してい
るため、この高圧CO2 ガスを燃料電池２２の作動流体と
して使用して電池の高圧下高効率を実現することが可能
となる。燃料電池２２を作動させた後の高圧排気は燃焼
器１に投入され、後述するように、別途（例えば電気分
解装置２４で）生成されたO2の一部が燃焼器１に投入さ
れるため、残存O2が限りなく零の当量燃焼として高効率
発電が行なえる。
【００１７】また、電気分解装置２４で生成されたO2の
一部が燃焼器１に投入され、第３冷却装置１５の冷媒と
して用いられて気化したO2（）が、燃焼器１に投入さ
れるO2に混合される。また、電気分解装置２４で生成さ
れたH2の一部がカロリーアップのために、第２冷却装置
１４の冷却媒体である燃料(LNG) f1と混合される。
一部が燃焼器１に投入され、第３冷却装置１５の冷媒と
して用いられて気化したO2（）が、燃焼器１に投入さ
れるO2に混合される。また、電気分解装置２４で生成さ
れたH2の一部がカロリーアップのために、第２冷却装置
１４の冷却媒体である燃料(LNG) f1と混合される。
【００１８】上述したタービン設備では、膨張タービン
２の排気系を液化手段７に接続し、断熱膨張タービン６
を含む液化手段７で液化された液体CO2 を昇圧ポンプ８
を介して昇圧して十分高圧のCO2 ガスを得ているので、
液化のために改めて圧縮機等の特別な手段で昇圧する必
要がない。また、この系に投入される燃料に対応する余
剰なCO2 は液体CO2 として排出するので、CO2 の環境へ
の排出をなくすことが可能になる。また、液体CO2 を昇
圧ポンプ８を介して昇圧して十分高圧のCO2 ガスを得て
いるので、燃料電池２２の高圧作動が実現できると共
に、高膨張比のタービン発電を実現することができる。
２の排気系を液化手段７に接続し、断熱膨張タービン６
を含む液化手段７で液化された液体CO2 を昇圧ポンプ８
を介して昇圧して十分高圧のCO2 ガスを得ているので、
液化のために改めて圧縮機等の特別な手段で昇圧する必
要がない。また、この系に投入される燃料に対応する余
剰なCO2 は液体CO2 として排出するので、CO2 の環境へ
の排出をなくすことが可能になる。また、液体CO2 を昇
圧ポンプ８を介して昇圧して十分高圧のCO2 ガスを得て
いるので、燃料電池２２の高圧作動が実現できると共
に、高膨張比のタービン発電を実現することができる。
【００１９】本発明の第２実施形態例を図２に基づいて
説明する。図２には本発明の第２実施形態例に係るター
ビン設備の概略系統を示してある。尚、図１に示した部
材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略
してある。
説明する。図２には本発明の第２実施形態例に係るター
ビン設備の概略系統を示してある。尚、図１に示した部
材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略
してある。
【００２０】図２に示したタービン設備は、燃焼用酸化
剤に空気を用いた例である。燃料電池２２及び燃焼器１
に投入される空気は、燃料の当量燃焼に見合ったO2を供
給する最小限のものとするので、N2は少ない。尚、空気
の加圧供給は、例えば、軸直結の専用圧縮機や別置の専
用圧縮機、L-air のポンプ昇圧（O240wt％) 、酸素冨化
膜の利用によるO2濃度向上等が挙げられる。この中で、
L-air のポンプ昇圧（O240wt％) 及び酸素冨化膜の利用
によるO2濃度向上は、窒素ガス量を削減する時に採用す
る。
剤に空気を用いた例である。燃料電池２２及び燃焼器１
に投入される空気は、燃料の当量燃焼に見合ったO2を供
給する最小限のものとするので、N2は少ない。尚、空気
の加圧供給は、例えば、軸直結の専用圧縮機や別置の専
用圧縮機、L-air のポンプ昇圧（O240wt％) 、酸素冨化
膜の利用によるO2濃度向上等が挙げられる。この中で、
L-air のポンプ昇圧（O240wt％) 及び酸素冨化膜の利用
によるO2濃度向上は、窒素ガス量を削減する時に採用す
る。
【００２１】図１に示した設備に対し、空気浄化設備１
７及び電気分解装置２４を削除してある。これにより、
設備費及び運用費を安価にしている。また、予冷手段５
には第１冷却装置１３及び第２冷却装置１４のみが備え
られている。
７及び電気分解装置２４を削除してある。これにより、
設備費及び運用費を安価にしている。また、予冷手段５
には第１冷却装置１３及び第２冷却装置１４のみが備え
られている。
【００２２】循環流体は、N2,O2,CO2,H2O の混合流体と
する。液化においては、CO2 のみを凝縮器１０で液化
し、N2は低温気体のままとする。液化により純度の高い
CO2 を得ることができ、また、その予冷においてH2O を
凝縮除去できる。凝縮器１０からのN2冷排気と、LNG と
で排気を冷却する（第１冷却装置１３及び第２冷却装置
１４）。N2冷排気は昇温後系外へ排出する。再生器４か
らの気体CO2 は圧縮機１８で昇圧して翼冷却ののち、燃
料電池２２及び燃焼器１に循環利用する。
する。液化においては、CO2 のみを凝縮器１０で液化
し、N2は低温気体のままとする。液化により純度の高い
CO2 を得ることができ、また、その予冷においてH2O を
凝縮除去できる。凝縮器１０からのN2冷排気と、LNG と
で排気を冷却する（第１冷却装置１３及び第２冷却装置
１４）。N2冷排気は昇温後系外へ排出する。再生器４か
らの気体CO2 は圧縮機１８で昇圧して翼冷却ののち、燃
料電池２２及び燃焼器１に循環利用する。
【００２３】次に、本発明の第３実施形態例を図３に基
づいて説明する。図３には本発明の第３実施形態例に係
るタービン設備の概略系統を示してある。尚、図１に示
した部材と同一部材には同一符号を付してある。
づいて説明する。図３には本発明の第３実施形態例に係
るタービン設備の概略系統を示してある。尚、図１に示
した部材と同一部材には同一符号を付してある。
【００２４】図３に示すように、本実施形態例のタービ
ン設備は、燃焼器１からのCO2 を含む燃焼ガスが膨張す
る膨張タービン２を備え、膨張タービン２には発電機３
が接続されている。膨張タービン２の排気は再生器４に
送られ、再生器４では排ガスからの熱回収を行う。ま
た、第２燃焼器３１からのCO2 を含む燃焼ガスが膨張す
る第２膨張タービン３２を備えると共に、第２膨張ター
ビン３２の排気を再び圧縮する圧縮機３３が同軸状に備
えられたタービン装置３４が設けられている。第２膨張
タービン３２の排気ガスは、第２再生器３５で冷却さ
れ、CO2 ガスは、排熱回収ボイラ３６、冷却装置３７及
び吸気冷却手段としての吸冷熱交換器３８を通って圧縮
機３３に投入される。尚、図中３９は圧縮機３３に接続
された発電機である。
ン設備は、燃焼器１からのCO2 を含む燃焼ガスが膨張す
る膨張タービン２を備え、膨張タービン２には発電機３
が接続されている。膨張タービン２の排気は再生器４に
送られ、再生器４では排ガスからの熱回収を行う。ま
た、第２燃焼器３１からのCO2 を含む燃焼ガスが膨張す
る第２膨張タービン３２を備えると共に、第２膨張ター
ビン３２の排気を再び圧縮する圧縮機３３が同軸状に備
えられたタービン装置３４が設けられている。第２膨張
タービン３２の排気ガスは、第２再生器３５で冷却さ
れ、CO2 ガスは、排熱回収ボイラ３６、冷却装置３７及
び吸気冷却手段としての吸冷熱交換器３８を通って圧縮
機３３に投入される。尚、図中３９は圧縮機３３に接続
された発電機である。
【００２５】圧縮機３３で圧縮されたCO2 ガスは、抽気
されて予冷却手段４１に送られ、予冷手段４１で冷却さ
れたCO2 ガスは断熱膨張タービン６を有する液化手段７
で液体CO2 とされる。液体CO2 を発電に用いる時は加圧
手段としての昇圧ポンプ８によって昇圧しCO2 ガスとす
る。尚、図中９は断熱膨張タービン６に接続された発電
機である。昇圧ポンプ８によって加圧された液体CO
2 は、再生器４で気体となり燃焼器１及び燃料電池２２
に投入される。また、圧縮機３３で圧縮されたCO2ガス
の一方は、第２再生器３５を通って第２燃焼器３１に投
入される。一方、第２再生器３５を通って第２燃焼器３
１に投入されるCO2 ガスに、再生器４で熱回収されたCO
2 ガスが混合して第２燃焼器３１に投入される。
されて予冷却手段４１に送られ、予冷手段４１で冷却さ
れたCO2 ガスは断熱膨張タービン６を有する液化手段７
で液体CO2 とされる。液体CO2 を発電に用いる時は加圧
手段としての昇圧ポンプ８によって昇圧しCO2 ガスとす
る。尚、図中９は断熱膨張タービン６に接続された発電
機である。昇圧ポンプ８によって加圧された液体CO
2 は、再生器４で気体となり燃焼器１及び燃料電池２２
に投入される。また、圧縮機３３で圧縮されたCO2ガス
の一方は、第２再生器３５を通って第２燃焼器３１に投
入される。一方、第２再生器３５を通って第２燃焼器３
１に投入されるCO2 ガスに、再生器４で熱回収されたCO
2 ガスが混合して第２燃焼器３１に投入される。
【００２６】予冷手段４１を説明する。予冷手段４１は
第１冷却装置５１及び第２冷却装置５２が上流側から順
に備えられている。第１冷却装置５１では、外部からの
冷却水を冷媒として圧縮機３３で圧縮されたCO2 ガスの
冷却が行なわれる。第２冷却装置５２では、燃料(LNG)
を冷媒として第１冷却装置５１出口のCO2 ガスを冷却す
る。CO2 ガスの冷却を行ない気化したLNG(f1) は、外部
から供給するO2と共に第２燃焼器３１に投入される。ま
た、第１冷却装置５１で冷却されたCO2 ガスは、第２膨
張タービン３２の翼の冷却に使用される。尚、再生器４
で冷却されたCO 2 ガスを膨張タービン２の翼の冷却に使
用することも可能である。
第１冷却装置５１及び第２冷却装置５２が上流側から順
に備えられている。第１冷却装置５１では、外部からの
冷却水を冷媒として圧縮機３３で圧縮されたCO2 ガスの
冷却が行なわれる。第２冷却装置５２では、燃料(LNG)
を冷媒として第１冷却装置５１出口のCO2 ガスを冷却す
る。CO2 ガスの冷却を行ない気化したLNG(f1) は、外部
から供給するO2と共に第２燃焼器３１に投入される。ま
た、第１冷却装置５１で冷却されたCO2 ガスは、第２膨
張タービン３２の翼の冷却に使用される。尚、再生器４
で冷却されたCO 2 ガスを膨張タービン２の翼の冷却に使
用することも可能である。
【００２７】断熱膨張タービン６を有する液化手段７を
説明する。予冷却手段４１で冷却されたCO2 ガスは、断
熱膨張タービン６で断熱膨張されて液体CO2 とされ、液
体CO 2 は凝縮器１０で液体CO2 と気体CO2 が分離され
る。つまり、循環流体（CO2,CO,H2O) が一括液化の時に
分別される。分離された液体CO2 は液化炭酸タンク１２
に貯蔵される。液化炭酸タンク１２に貯蔵された液体CO
2 から余剰分（外部から投入する燃料に相当するCO2 ）
を液体の状態で排出する。液化炭酸タンク１２の容量の
範囲ではこの排出は必ずしも必要でない。
説明する。予冷却手段４１で冷却されたCO2 ガスは、断
熱膨張タービン６で断熱膨張されて液体CO2 とされ、液
体CO 2 は凝縮器１０で液体CO2 と気体CO2 が分離され
る。つまり、循環流体（CO2,CO,H2O) が一括液化の時に
分別される。分離された液体CO2 は液化炭酸タンク１２
に貯蔵される。液化炭酸タンク１２に貯蔵された液体CO
2 から余剰分（外部から投入する燃料に相当するCO2 ）
を液体の状態で排出する。液化炭酸タンク１２の容量の
範囲ではこの排出は必ずしも必要でない。
【００２８】予冷手段４１で冷却されたCO2 ガスは液化
手段７で液化されて液体の状態で液化炭酸タンク１２に
貯蔵する。液相で取り扱うので、移送、貯留、加圧のハ
ンドリングが容易である。
手段７で液化されて液体の状態で液化炭酸タンク１２に
貯蔵する。液相で取り扱うので、移送、貯留、加圧のハ
ンドリングが容易である。
【００２９】一方、廃熱回収ボイラ３６で発生した蒸気
は蒸気タービン４２に送られ、発電機４３を駆動する。
蒸気タービン４２の排気蒸気は復水器４４で復水とな
り、排熱回収ボイラ３６に循環供給される。冷却装置３
７では、外部の冷却水を冷却媒体として第２再生器３５
で冷却されたCO2 ガスを更に冷却する。吸冷熱交換器３
８では、凝縮器１０で分離されたCO2 冷排気（気体のCO
2 ）を冷媒として第２再生器３５でから流入するCO2 ガ
スの冷却が行なわれる。また、吸冷熱交換器３８の下流
側では液化炭酸タンク１２から排出されるCO2 の一部が
直接噴射で混合されると共に、吸冷熱交換器３８の冷媒
として用いられたCO2 冷排気を混合して冷却温度の制御
を行う。
は蒸気タービン４２に送られ、発電機４３を駆動する。
蒸気タービン４２の排気蒸気は復水器４４で復水とな
り、排熱回収ボイラ３６に循環供給される。冷却装置３
７では、外部の冷却水を冷却媒体として第２再生器３５
で冷却されたCO2 ガスを更に冷却する。吸冷熱交換器３
８では、凝縮器１０で分離されたCO2 冷排気（気体のCO
2 ）を冷媒として第２再生器３５でから流入するCO2 ガ
スの冷却が行なわれる。また、吸冷熱交換器３８の下流
側では液化炭酸タンク１２から排出されるCO2 の一部が
直接噴射で混合されると共に、吸冷熱交換器３８の冷媒
として用いられたCO2 冷排気を混合して冷却温度の制御
を行う。
【００３０】上述したタービン設備は、液体CO2 を生成
してそれを気化してCO2 をシステムの循環流体とし、更
に、吸冷熱交換器３８の吸気冷却の冷却媒体として適用
しお、また、吸冷熱交換器３８の下流側への直接噴射で
の投入に適用しているので、CO2 保有熱の有効な循環利
用が可能になり、CO2 の環境への排出を最小限のものと
することが可能になる。また、第２膨張タービン３２か
ら圧縮機３３へのラインに、第２再生器３５、廃熱回収
ボイラ３６、冷却装置３７及び吸冷熱交換器３８を設け
て圧縮機３３の入口温度を下げ、圧縮動力の軽減を図っ
ている。また、CO2 冷排気を圧縮機３３の吸気冷却の冷
却媒体に使用することで更に動力を削減している。上述
したタービン設備では、第２膨張タービン３２から圧縮
機３３へのラインを、任意の圧力で計画できるが、CO2
の系外への漏れを防止する観点から略常圧から負圧と
し、同様にタービン出力を確保することが可能である。
してそれを気化してCO2 をシステムの循環流体とし、更
に、吸冷熱交換器３８の吸気冷却の冷却媒体として適用
しお、また、吸冷熱交換器３８の下流側への直接噴射で
の投入に適用しているので、CO2 保有熱の有効な循環利
用が可能になり、CO2 の環境への排出を最小限のものと
することが可能になる。また、第２膨張タービン３２か
ら圧縮機３３へのラインに、第２再生器３５、廃熱回収
ボイラ３６、冷却装置３７及び吸冷熱交換器３８を設け
て圧縮機３３の入口温度を下げ、圧縮動力の軽減を図っ
ている。また、CO2 冷排気を圧縮機３３の吸気冷却の冷
却媒体に使用することで更に動力を削減している。上述
したタービン設備では、第２膨張タービン３２から圧縮
機３３へのラインを、任意の圧力で計画できるが、CO2
の系外への漏れを防止する観点から略常圧から負圧と
し、同様にタービン出力を確保することが可能である。
【００３１】本発明の第４実施形態例を図４に基づいて
説明する。図４には本発明の第４実施形態例に係るター
ビン設備の概略系統を示してある。尚、図３に示した部
材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略
してある。
説明する。図４には本発明の第４実施形態例に係るター
ビン設備の概略系統を示してある。尚、図３に示した部
材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略
してある。
【００３２】図４に示したタービン設備は、燃焼用酸化
剤に空気を用いた例である。第２燃焼器３１に投入され
る空気は、燃料の当量燃焼に見合ったO2を供給する最小
限のものとするので、N2は少ない。また、予冷手段４１
には第１冷却装置５１及び第２冷却装置５２に加え、最
上流側に第３冷却装置５３が備えられている。尚、空気
の加圧供給は、例えば、軸直結の専用圧縮機や別置の専
用圧縮機、L-air のポンプ昇圧（O240wt％) 、酸素冨化
膜の利用によるO2濃度向上等が挙げられる。この中で、
L-air のポンプ昇圧（O240wt％) 及び酸素冨化膜の利用
によるO2濃度向上は、窒素ガス量を削減する時に採用す
る。
剤に空気を用いた例である。第２燃焼器３１に投入され
る空気は、燃料の当量燃焼に見合ったO2を供給する最小
限のものとするので、N2は少ない。また、予冷手段４１
には第１冷却装置５１及び第２冷却装置５２に加え、最
上流側に第３冷却装置５３が備えられている。尚、空気
の加圧供給は、例えば、軸直結の専用圧縮機や別置の専
用圧縮機、L-air のポンプ昇圧（O240wt％) 、酸素冨化
膜の利用によるO2濃度向上等が挙げられる。この中で、
L-air のポンプ昇圧（O240wt％) 及び酸素冨化膜の利用
によるO2濃度向上は、窒素ガス量を削減する時に採用す
る。
【００３３】循環流体は、N2,O2,CO2,H2O その他微量成
分の混合流体とする。微量成分にはCO, NOx 等が含まれ
る。循環流体の成分濃度は、CO2>N2>H2O>O2>その他とな
っている。液化においては、CO2 のみを凝縮器１０で液
化し、N2は低温気体のままとする。液化により純度の高
いCO2 を得ることができ、また、その予冷においてH2O
を凝縮除去できる。凝縮器１０からのN2冷排気は第２冷
却装置５２で抽気ｉを予冷する。LNG は第１冷却装置５
１及び第３冷却装置５３で抽気ｉを冷却し、自らは昇温
して炭化水素燃料（C,H)となって第２燃焼器３１に投入
される。第２燃焼器３１に投入された空気中のN2ガスは
抽気ｉからのN2冷排気として系外へ排出する。
分の混合流体とする。微量成分にはCO, NOx 等が含まれ
る。循環流体の成分濃度は、CO2>N2>H2O>O2>その他とな
っている。液化においては、CO2 のみを凝縮器１０で液
化し、N2は低温気体のままとする。液化により純度の高
いCO2 を得ることができ、また、その予冷においてH2O
を凝縮除去できる。凝縮器１０からのN2冷排気は第２冷
却装置５２で抽気ｉを予冷する。LNG は第１冷却装置５
１及び第３冷却装置５３で抽気ｉを冷却し、自らは昇温
して炭化水素燃料（C,H)となって第２燃焼器３１に投入
される。第２燃焼器３１に投入された空気中のN2ガスは
抽気ｉからのN2冷排気として系外へ排出する。
【００３４】
【発明の効果】本発明のタービン設備は、燃焼器からの
CO2 を中心とする燃焼ガスが膨張する膨張タービンと、
前記膨張タービンの排ガスからの回収熱でCO2 ガスとす
る再生器と、前記再生器で冷却された排気ガスを液化し
て液体CO2 とする液化手段と、前記液化手段で液化され
た液体CO2 を加圧して高圧にする共に高圧のCO2 ガスを
前記再生器から前記燃焼器に投入する加圧手段とを備え
膨張タービンを背圧タービンとすることでCO2 循環サイ
クルを可能としている。
CO2 を中心とする燃焼ガスが膨張する膨張タービンと、
前記膨張タービンの排ガスからの回収熱でCO2 ガスとす
る再生器と、前記再生器で冷却された排気ガスを液化し
て液体CO2 とする液化手段と、前記液化手段で液化され
た液体CO2 を加圧して高圧にする共に高圧のCO2 ガスを
前記再生器から前記燃焼器に投入する加圧手段とを備え
膨張タービンを背圧タービンとすることでCO2 循環サイ
クルを可能としている。
【００３５】また、前記液化手段は、前記再生器で冷却
されたCO2 ガスを断熱膨張する断熱膨張タービンと、前
記断熱膨張タービンで断熱膨張したCO2 を気体と液体と
に分離する凝縮器が膨張タービン背圧を高めて断熱膨張
の膨張比を確保するので、圧縮手段を不要にしてCO2 ガ
スを液化することが可能になる。また、冷排気をタービ
ンの翼冷却に用いて最小限の冷却量とすることによりタ
ービン通過流体量を最大とし、高発電出力を得る。
されたCO2 ガスを断熱膨張する断熱膨張タービンと、前
記断熱膨張タービンで断熱膨張したCO2 を気体と液体と
に分離する凝縮器が膨張タービン背圧を高めて断熱膨張
の膨張比を確保するので、圧縮手段を不要にしてCO2 ガ
スを液化することが可能になる。また、冷排気をタービ
ンの翼冷却に用いて最小限の冷却量とすることによりタ
ービン通過流体量を最大とし、高発電出力を得る。
【００３６】また、前記断熱膨張タービンの前側にCO2
ガスを冷却する予冷手段を備え、前記予冷手段は、前記
凝縮器で分離された気体のCO2 を冷媒としたので、系内
での冷熱の利用が図れ、液化CO2 の生成効率を高めるこ
とができる。また、前記燃焼器の上流側に燃料電池を備
え、前記加圧手段で加圧された前記再生器からの高圧CO
2 ガスで前記燃料電池を高圧下作動としたので、電池の
発電効率を高めることができる。
ガスを冷却する予冷手段を備え、前記予冷手段は、前記
凝縮器で分離された気体のCO2 を冷媒としたので、系内
での冷熱の利用が図れ、液化CO2 の生成効率を高めるこ
とができる。また、前記燃焼器の上流側に燃料電池を備
え、前記加圧手段で加圧された前記再生器からの高圧CO
2 ガスで前記燃料電池を高圧下作動としたので、電池の
発電効率を高めることができる。
【００３７】図１の高圧ライン方式に対して常圧から負
圧の低圧ライン方式の閉サイクルガスタービンを複合し
ている。燃焼器からのCO2 を含む燃焼ガスが膨張される
膨張タービンと、第２燃焼器からの燃焼ガスが膨張され
る第２膨張タービンを備えると共に前記第２膨張タービ
ンの排気を圧縮する圧縮機が備えられたタービン装置
と、前記膨張タービンの排気から熱回収して昇温したCO
2 ガスを第２燃焼器に投入する再生器と、前記タービン
装置の前記圧縮機から抽気したCO2 ガスを液化して液体
CO2 とする液化手段と、前記液化手段で液化された液体
CO2 を加圧して高圧CO2 ガスとする共に加圧した高圧CO
2 ガスを前記再生器から前記燃焼器に投入する加圧手段
とを備えたので、液化の予圧CO2 ガスを圧縮機の抽気で
賄う、膨張タービン排気の高温・高圧のCO2 ガスは第２
燃焼器の作動媒体の増強（混入）と燃料消費率の低減を
図る、等循環媒体の分岐・合流により発電効率を高めて
いる。
圧の低圧ライン方式の閉サイクルガスタービンを複合し
ている。燃焼器からのCO2 を含む燃焼ガスが膨張される
膨張タービンと、第２燃焼器からの燃焼ガスが膨張され
る第２膨張タービンを備えると共に前記第２膨張タービ
ンの排気を圧縮する圧縮機が備えられたタービン装置
と、前記膨張タービンの排気から熱回収して昇温したCO
2 ガスを第２燃焼器に投入する再生器と、前記タービン
装置の前記圧縮機から抽気したCO2 ガスを液化して液体
CO2 とする液化手段と、前記液化手段で液化された液体
CO2 を加圧して高圧CO2 ガスとする共に加圧した高圧CO
2 ガスを前記再生器から前記燃焼器に投入する加圧手段
とを備えたので、液化の予圧CO2 ガスを圧縮機の抽気で
賄う、膨張タービン排気の高温・高圧のCO2 ガスは第２
燃焼器の作動媒体の増強（混入）と燃料消費率の低減を
図る、等循環媒体の分岐・合流により発電効率を高めて
いる。
【００３８】また、前記第２膨張タービンの排気側に前
記第２膨張タービンの排気で蒸気を発生する廃熱回収ボ
イラを設けると共に、前記廃熱回収ボイラで発生した蒸
気が送られて仕事をする蒸気タービンを設けたので、プ
ラントの効率向上が図れる。また、前記液化手段からの
CO2 により前記第２膨張タービンの吸気冷却を行なう吸
気冷却手段を備えたので、圧縮動力を削減し、ガスター
ビン出力を高めることができる。
記第２膨張タービンの排気で蒸気を発生する廃熱回収ボ
イラを設けると共に、前記廃熱回収ボイラで発生した蒸
気が送られて仕事をする蒸気タービンを設けたので、プ
ラントの効率向上が図れる。また、前記液化手段からの
CO2 により前記第２膨張タービンの吸気冷却を行なう吸
気冷却手段を備えたので、圧縮動力を削減し、ガスター
ビン出力を高めることができる。
【図１】本発明の第１実施形態例に係るタービン設備の
概略系統図。
概略系統図。
【図２】本発明の第２実施形態例に係るタービン設備の
概略系統図。
概略系統図。
【図３】本発明の第３実施形態例に係るタービン設備の
概略系統図。
概略系統図。
【図４】本発明の第４実施形態例に係るタービン設備の
概略系統図。
概略系統図。
１ 燃焼器 ２ 膨張タービン ３ 発電機 ４ 再生器 ５ 予冷手段 ６ 断熱膨張タービン ７ 液化手段 ８ 昇圧ポンプ ９ 発電機 １０ 凝縮器 １１ ポンプ １２ 液化炭酸タンク １３ 第１冷却装置 １４ 第２冷却装置 １５ 第３冷却装置 １６ 第４冷却装置 １７ 空気液化設備 １８ 圧縮機 ２２ 燃料電池 ２３ 改質器 ２４ 電気分解装置 ３１ 第２燃焼器 ３２ 第２膨張タービン ３３ 圧縮機 ３４ タービン装置 ３５ 第２再生器 ３６ 廃熱回収ボイラ ３７ 冷却装置 ３８ 吸冷熱交換器 ４１ 予冷手段 ４２ 蒸気タービン ４３ 発電機 ４４ 復水器 ５１ 第１冷却装置 ５２ 第２冷却装置
Claims (10)
- 【請求項１】 燃焼器からのCO2 を含む燃焼ガスが膨張
される膨張タービンと、前記膨張タービンの排ガスを凝
縮してCO2 ガスとする再生器と、前記再生器で及び予冷
で水分を凝縮したCO2 ガスを液化して液体CO2 とする液
化手段と、前記液化手段で液化された液体CO2 を加圧し
て高圧CO2 ガスとする共に加圧した高圧CO2 ガスを前記
再生器から前記燃焼器に投入する加圧手段とを備えたこ
とを特徴とするタービン設備。 - 【請求項２】 請求項１において、前記液化手段は、前
記再生器で凝縮されたCO2 ガスを断熱膨張する断熱膨張
タービンと、前記断熱膨張タービンで断熱膨張したCO2
を気体と液体とに分離する凝縮器とからなることを特徴
とするタービン設備。 - 【請求項３】 請求項２において、前記断熱膨張タービ
ンの前側にCO2 ガスを冷却する予冷手段を備えたことを
特徴とするタービン設備。 - 【請求項４】 請求項３において、前記予冷手段は、前
記凝縮器で分離された気体のCO2 を冷媒としたことを特
徴とするタービン設備。 - 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に
おいて、前記燃焼器の上流側に燃料電池を備えたことを
特徴とするタービン設備。 - 【請求項６】 請求項５において、前記加圧手段で加圧
された前記再生器からの高圧CO2 ガスが前記燃料電池の
作動流体となることを特徴とするタービン設備。 - 【請求項７】 燃焼器からのCO2 を含む燃焼ガスが膨張
される膨張タービンと、第２燃焼器からの燃焼ガスが膨
張する第２膨張タービンを備えると共に前記第２膨張タ
ービンの排気を圧縮する圧縮機が備えられたタービン装
置と、前記膨張タービンの排ガスから水分を凝縮してCO
2 ガスとしこのCO2 ガスを昇温して第２燃焼器に投入す
る再生器と、前記タービン装置の前記圧縮機から抽気し
たCO2ガスを液化して液体CO2 とする液化手段と、前記
液化手段で液化された液体CO2を加圧して高圧CO2 ガス
とする共に加圧した高圧CO2 ガスを前記燃焼器に投入す
る加圧手段とを備えたことを特徴とするタービン設備。 - 【請求項８】 請求項７において、前記第２膨張タービ
ンの排気側に前記第２膨張タービンの排気で蒸気を発生
する排熱回収ボイラを設けると共に、前記排熱回収ボイ
ラで発生した蒸気が送られて仕事をする蒸気タービンを
設けたことを特徴とするタービン設備。 - 【請求項９】 請求項７において、前記液化手段からの
CO2 により前記第２膨張タービンの吸気冷却を行なう吸
気冷却手段を備えたことを特徴とするタービン設備。 - 【請求項１０】 請求項７において、液体CO2 を用いて
請求項１，５，６の発電サイクルを複合しその排気を第
２燃焼器に投入することを特徴とするタービン設備。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11066117A JP2000265805A (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | タービン設備 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11066117A JP2000265805A (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | タービン設備 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000265805A true JP2000265805A (ja) | 2000-09-26 |
Family
ID=13306628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11066117A Withdrawn JP2000265805A (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | タービン設備 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1999
- 1999-03-12 JP JP11066117A patent/JP2000265805A/ja not_active Withdrawn
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