JPH03258902A

JPH03258902A - 発電プラント

Info

Publication number: JPH03258902A
Application number: JP5372490A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Uematsu; 上松　一雄; Takeshi Arase; 荒瀬　健; Yoshiki Kadoya; 角家　義樹
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1990-03-07
Filing date: 1990-03-07
Publication date: 1991-11-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、発電プラント、より詳細には不活性ガス循環
型システムを利用した無公害・高効率の発電プラントに
関する。

従来の技術発電プラントにおいて、そのガスタービンを駆動する高
温の作動流体を得るために、化石燃料等の種々の燃料か
用いられ、この燃料に空気を供給して燃焼させているか
、窒素を主体とした複雑な組成のガスか発生し、次のよ
うな問題かあった。

（１）　　ＮＯＸ、　Ｃｏ。、ＣＯ等の公害物質の発生
が避けられない。

（２）高効率化のためにガスター゛ビン人口温度を高温
化すると、高温腐蝕の問題か発生する。

（３）高効率とするためのガスタービンへの作動流体と
しては最良のものとは言えない。

このような問題のうち、公害問題を解決するために、近
年、不活性ガス循環型システムというものが開発されて
いる。

第９図はこの不活性カス循環型システムの一例を示し、
１が燃焼器で、この燃焼器１には酸素（０２）と水素（
Ｈ３）がそれぞれ酸素貯蔵タンク２及び水素貯蔵タンク
３から調圧弁４及び５を通して供給されて燃焼され、こ
れにより発生する水蒸気に後述するコンプレッサ６から
循環されてくる不活性ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴ
ン、クセノンなど）が適当量混入される。

そして、この水蒸気と不活性ガスは、ガスタービン７へ
送られて仕事（発電）をし、その後気液分離装置付のコ
ンデンサ８へ送られて冷却され、これにより水と不活性
ガスの混合体が気液分離され、その凝縮した水（Ｈ２Ｏ
）は外部へ取り出される。

方、残った不活性ガスは、前述したコンプレッサ６へ送
られて圧縮され、その後前述した燃焼器１へ循環される
。なお、９は発電機である。

発明が解決しようとする課題以上述べた不活性ガス循環型システムによれば、酸素と
水素の燃焼へ不活性ガスを混入し、無公害のガス（不活
性ガスと水蒸気）によってガスタービンの仕事を取り出
すようにしているので、公害の問題は改善されるが、し
かし、コンバインドサイクル化する上では次のような問
題がある。

すなわち、不活性ガスは比熱比が大きく単独のガスター
ビンサイクル効率を高くとれるが、しかし、このことは
ガスタービン排ガス温度が低くなることでもあり、コン
バインドサイクル化する上でデメリットであった。

課題を解決するための手段本発明は、このような従来技術の課題を解決するために
、水素と酸素を不活性ガス中で燃焼させる燃焼器と、こ
の燃焼器からの水蒸気と不活性ガスとによって駆動され
るガスタービンと、このガスタービンからの排ガスを凝
縮するコンデンサと、このコンデンサで水から分離され
た不活性ガスを圧縮して前記燃焼器へ循環させるコンプ
レッサとから成る不活性ガス循環型システムにおける前
記ガスタービンの下流側に排ガスボイラを設置し、この
排ガスボイラで発生される蒸気のクローズドサイクルシ
ステムを構成して発電を行うようにしたものである。

また、本発明は、好適には、前記ガスタービンの下流側
にメタノール分解手段を設置するとともに、このメタノ
ール分解手段の出口を前記燃焼器の入口側に接続する。

さらに、このようなメタノール分解手段に代えて、本発
明は、好適には、前記ガスタービンの下流側にメタノー
ル改質手段を設置するとともに、このメタノール改質手
段の出口を前記燃焼器の人口側に接続する。

作用上記の手段によれば、不活性ガス循環型システムにおけ
るガスタービンの入口温度を上昇させて９００°Ｃ以上
にすると、排ガス温度が熱回収に十分となり、ざら温度
上昇させるとコンバインドサイクル効率は大幅に向上す
る。

また、この排ガス温度をメタノール分解に利用すると、
メタノールから水素及び−酸化炭素を燃料として得られ
ると同時に、コンバインドサイクル効率をさらに向上さ
せることが可能となる。

さらに、この排ガス温度をメタノール分解ではなくてメ
タノール改質に利用すると、コンバインドサイクル効率
を下げることなく、メタノールから水素を燃料として得
ることができる。

実施例以下図面を参照して本発明の実施例について詳述する。

第１図は本発明の第１実施例を示し、第９図に示したも
のと同一の部分には同一の符号を付しであるので、その
詳細な説明は省略する。

本実施例によれば、第９図を参照して詳細に説明した酸
素・水素燃焼器１、ガスタービン７、コンデンサ８及び
コンプレッサ６等から戒る不活性ガス循環型システムに
おけるガスタービン７の下流側に排ガスボイラ１１が設
置されているとともに、この排ガスボイラ１１で発生さ
れる蒸気のクローズドサイクルシステムか構成されて発
電が行なわれるようにされている。

すなわち、不活性ガス循環型システムにおけるガスター
ビン７からの排ガスの熱によって排ガスボイラＩｆにて
蒸気（又はフレオン等、常温以上にて状態変化する流体
）を発生させ、この蒸気は作動流体として蒸気タービン
１２へ供給されて仕事をなし、これにより発電機１３が
駆動され、発電が行なわれる。そして、蒸気タービン１
２にて仕事をなした蒸気はコンデンサ１４へ供給されて
、冷却・凝縮され、その復水が給水ポンプ１５によって
前述した排ガスボイラ１１へ供給されるようになってい
る。

以上第１図に示した発電プラントにおいて、不活性ガス
循環型システムにおけるガスタービン７の入口温度を９
００℃以上にすると、タービン排ガス温度が排熱回収す
るのに十分となり、従来のガスタービンコンバインドサ
イクル効率を上回るようになり、この傾向はガスタービ
ン人口温度を上昇させる程、強くなる。

第２図は、ガスタービン人口圧力１５ｋｇ／ｃｍ２ａ、
不活性ガスとしてアルゴンガスを使用したケースの計算
例を示す。ガスタービン入口温度が１５００℃において
、従来のガスタービンコンバインドサイクル効率に比べ
１０％、第９図に示した不活性ガス循環型ガスタービン
単独サイクル効率に比べ１５％の効率向上となることを
表わしている。

また、変形例として、図示はしないが、第１図に示した
ガスタービン７の下流側に再熱装置を設置して、さらに
ガスタービン効率を向上させることもできる。

すなわち、第１図に示した実施例ではコンプレッサ６か
ら出た不活性ガスはそのまま燃焼器１へ導入されている
が、ガスタービン７の入口温度を９００℃よりも一層高
い温度例えば１４００℃以上とする場合には、不活性ガ
スの温度を燃焼器１に入る前に第１図に示した実施例の
場合におけるそれよりも上昇させる必要がある。このた
め、ガスタービン７の下流側に再熱装置を設置し、コン
プレッサ６を出た不活性ガスをいったんこの再熱装置へ
送って、ガスタービン７か”らの排ガスの熱を利用して
再熱し、その後燃焼器１へ導入することにより、さらに
ガスタービン効率を向上させることができる。

次に、第３図は本発明の第２実施例を示し、第１図に示
したものと同一の部分には同一の符号を付しであるので
、その詳細な説明は省略する。

本実施例によれば、第１図に示した第１実施例における
水素貯蔵タンク３及びその関連する調圧弁５が省略され
、この代わりに、不活性ガス循環型システムにおけるガ
スタービン７の下流側にメタノール分解手段が設置され
、このメタノール分解手段の出口か燃焼器ｌの入口側に
接続されている。

すなわち、メタノール貯蔵タンク２１内のメタノール（
ＣＨ！ＯＨ）が、加圧ポンプ２２にて圧送されて、ガス
タービン７からの排ガスの熱で加熱され、その後メタノ
ール分解装置２３へ供給されて、メタノール分解が行な
われる。この分解反応は、ＣＨ，ＯＨ＋熱−２Ｈ，＋Ｃ
Ｏと表わされる。

そして、このメタノールの分解により発生した水素（Ｈ
２）と−酸化炭素（ＣＯ）が、燃焼器１へ供給されて、
酸素（０□）と屈合され、不活性ガス中で燃焼させられ
る。

また、本実施例によれば、コンプレッサ６の上流側にＣ
Ｌ分離装Ｍ２４が設置され、コンデンサ８から送られて
くる不活性ガス中がらＣＯ２か分離されて、タンク２５
に貯蔵されるようになっている。

以上第３図に示した発電プラントにおいて、第１図に示
したものと同様に、不活性ガス循環型システムにおける
ガスタービン７の下流側に設置した排ガスボイラ１１を
含む蒸気のクローズドサイクルシステムを備えているの
で、ガスタービンの入口温度を９００℃以上にすると、
タービン排ガス温度が排熱回収するのに十分となり、従
来のガスタービンコンバインドサイクル効率を上回るよ
うになり、この傾向はガスタービン人口温度を上昇させ
る程、強くなる。

そして、このガスタービン７の排ガス温度をまたメタノ
ール分解に利用しているので、コンパインドサイクル効
率をさらに数％向上させることかできる上に、メタノー
ルから水素及び−酸化炭素を燃料として得ることができ
る。

さらに、化石燃料を使用した発電設備のＣＯ２発生によ
る環境問題に対してＣＯ２分離、貯蔵を行うことにより
、ＣＯ２発生防止対策に寄与できる。

なお、第３図に示した実施例では、加圧ポンプ２２にて
圧送されるメタノールが排ガスボイラ１１の上流側でガ
スタービン７からの排ガスの熱で加熱されるようになっ
ているが、変形例として、第４図に示すように排ガスボ
イラ１１を通過した後の排ガスの熱でメタノールが加熱
されるように、または第５図に示すようにガスタービン
７からの排ガスの熱で排ガスボイラ１１内の水と同時に
メタノールが加熱されるようにすることもできる。

次に、第６図は本発明の第３実施例を示し、第１図に示
したものと同一の部分には同一の符号を付しであるので
、その詳細な説明は省略する。

本実施例によれば、第１図に示した第１実施例における
水素貯蔵タンク３及びその関連する調圧弁５か省略され
、この代わりに、不活性ガス循環型システムにおけるガ
スタービン７の下流側にメタノール改質手段か設置され
、このメタノール改質手段の出口が燃焼器１の入口側に
接続されている。

すなわち、メタノール貯蔵タンク３１から供給されたメ
タノール（ＣＨｓＯＨ）か、コンデンサ８から排出され
た水（Ｈ２Ｏ）の一部と混合され、それから加圧ポンプ
３２にて圧送されて、ガスタービン７からの排ガスの熱
で加熱され、その後メタノール改質装置３３へ供給され
て、メタノール改質が行なわれる。

この改質反応は、ＣＨ３０）Ｈ−Ｈ２０＋熱→３Ｈ２＋
　ＣＯ２と表わされる。

そして、このメタノールの改質により発生したＣＯ３は
ＣＯ７分離装置３４で水素（Ｈ２）から分離されてタン
ク３５に貯蔵され、一方水素（Ｈ２）は燃焼器１へ供給
されて、酸素（０２）と混合され、不活性ガス中で燃焼
させられる。

以上第６図に示した発電プラントにおいて、第１図に示
したものと同様に、不活性ガス循環型システムにおける
ガスタービン７の下流側に設置した排ガスボイラ１１を
含む蒸気のクローズドサイクルシステムを備えているの
で、ガスタービンの入口温度を９００°Ｃ以上にすると
、タービン排ガス温度が排熱回収するのに十分となり、
従来のガスタービンコンバインドサイクル効率を上回る
ようになり、この傾向はガスタービン人口温度を上昇さ
せる程、強くなる。

そして、このガスタービン７の排ガス温度をまたメタノ
ール改質に利用しているので、コンバインドサイクル効
率を下げることなく、メタノールから水素燃料を得るこ
とができる。

さらに、化石燃料を使用した発電設備のＣＯ２発生によ
る環境問題に対して、ＣＯ２分離・貯蔵を行うことによ
り、ＣＯ２発生防止対策に寄与できる。

なお、第６図に示した実施例では、加圧ポンプ３２にて
圧送されるメタノールと水の混合体が排ガスボイラ１１
の上流側でガスタービン７からの排ガスの熱で加熱され
るようになっているが、変形例として、第７図に示すよ
うに排ガスボイラ１１を通過した後の排ガスの熱でメタ
ノールと水の混合体が加熱されるように、または第８図
に示すようにガスタービン７からの排ガスの熱で排ガス
ボイラ１１内の水と同時にメタノールと水の混合体か加
熱されるようにすることもできる。

発明の効果以上述べたように、本発明によれば、酸素と水素の燃焼
へ不活性ガスを混入し、無公害のガス（不活性ガスと水
蒸気）によってガスタービンの仕事を取り出すようにし
て公害の問題を改善している不活性ガス循環型システム
におけるガスタービンの下流側に設置した排ガスボイラ
を含む蒸気のクローズドサイクルシステムを構成した発
電プラントとし、前記ガスタービンの人口温度を上昇さ
せて９００℃以上にすることにより、排ガス温度が熱回
収に十分となり、さらに温度上昇させることによりコン
バインドサイクル効率を大幅に向上させることができる
。

また、好適には、ガスタービンの下流側にメタノール分
解手段を設置して、排ガス温度をメタノール分解に利用
することにより、コンバインドサイクル効率をさらに向
上させることができるとともに、メタノールから水素及
び−酸化炭素を燃料として得ることができ、したかって
石油代替エネルギとして有効なメタノール燃料の利用が
可能となる。

さらに、ガスタービンの下流側にメタノール分解手段に
代えてメタノール改質手段を設置して、排ガス温度をメ
タノール改質に利用することにより、コンバインドサイ
クル効率を下げることなく、メタノールから水素燃料と
して得ることができ、したがって石油代替エネルギとし
て有効なメタノール燃料の利用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１、実施例による発電プラントを示
す系統図、第２図はそのサイクル効率の向上の効果を説
明するための図、第３図は本発明の第２実施例による発
電プラントを示す系統図、第４図及び第５図はこの第２
実施例の異なる２つの変形例を示す系統図、第６図は本
発明の第３実施例による発電プラントを示す系統図、第
７図及び第８図はこの第３実施例の異なる２つの変形例
を示す系統図、第９図は従来例を示す系統図である。１・・燃焼器、２・・酸素貯蔵タンク、３・・水素貯蔵
タンク、４，５・・調圧弁、６・・コンプレッサ、７・
・ガスタービン、８・・コンプレッサ、９・・発電機、
１１・・排ガスボイラ、１２・・蒸気タービン、１３・
・発電機、１４・・コンデンサ、１５・・給水ポンプ、
２１．３１・・メタノール貯蔵タンク、２２．３３・・
加圧ポンプ、２３・・メタノール分解装置、３３・・メ
タノール改質装置、２４３４・・ＣＯ，分離装置、２５
．３５・・ＣＯ，貯蔵タンク。

Claims

【特許請求の範囲】１　水素と酸素を不活性ガス中で燃焼させる燃焼器と、
この燃焼器からの水蒸気と不活性ガスとによって駆動さ
れるガスタービンと、このガスタービンからの排ガスを
凝縮するコンデンサと、このコンデンサで水から分離さ
れた不活性ガスを圧縮して前記燃焼器へ循環させるコン
プレッサとから成る不活性ガス循環型システムにおける
前記ガスタービンの下流側に排ガスボイラを設置し、こ
の排ガスボイラで発生される蒸気のクローズドサイクル
システムを構成して発電を行うようにしたことを特徴と
する発電プラント。２　請求項１記載の発電システムにおいて、前記ガスタ
ービンの下流側にメタノール分解手段を設置するととも
に、このメタノール分解手段の出口を前記燃焼器の入口
側に接続してなる発電システム。３　請求項１記載の発電システムにおいて、前記ガスタ
ービンの下流側にメタノール改質手段を設置するととも
に、このメタノール改質手段の出口を前記燃焼器の入口
側に接続してなる発電システム。