JPH11241618A

JPH11241618A - ガスタービン発電プラント

Info

Publication number: JPH11241618A
Application number: JP10045799A
Authority: JP
Inventors: Keiji Murata; 田圭治村; Hakaru Ogawa; 川斗小; Michio Hori; 美知郎堀; Masafumi Fukuda; 田雅文福; Yukio Ohashi; 橋幸夫大
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 1999-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】二酸化炭素回収型のガスタービンプラントに
おいて、排気ガス中に含まれる水蒸気を効率よく分離す
る。【解決手段】ガスタービン４から排出される排気ガス
は、凝縮分離装置２０に導入される。凝縮分離装置２０
は、チューブ式凝縮部２０Ａと、その下流側に設けられ
た直接接触式凝縮部２０Ｂとを有する。凝縮分離装置２
０により水蒸気が凝縮除去された排気ガスすなわち二酸
化炭素ガスは、その一部が回収され、二酸化炭素液化装
置３１により液化された後、直接接触式凝縮部２０Ｂ内
にミスト状に噴霧される。液化二酸化炭素は直接接触式
凝縮部２０Ｂ内でフラッシュして低温の二酸化炭素ガス
に戻る。直接接触式凝縮部２０Ｂ内において、この低温
の二酸化炭素ガスと排気ガスとが直接接触することによ
り、排気ガス中に含まれる水蒸気を高効率で凝縮させる
ことができる。圧縮機９に送られる排気ガスは水分を殆
ど含まない二酸化炭素ガスとなり、圧縮機９における動
力損失および圧縮機９の損傷を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン発電
プラントに係り、とりわけ燃焼器において炭化水素燃料
及び酸素を混合燃焼させて燃焼ガスを生成し、この燃焼
ガスでガスタービンを駆動し、このガスタービンからの
排気ガス中の水分を除去して高濃度の二酸化炭素とし、
この二酸化炭素を回収除去、または前記燃焼器に戻すよ
うにした二酸化炭素回収型のガスタービン発電プラント
に関する。

【０００２】

【従来の技術】二酸化炭素回収型ガスタービン発電プラ
ントは従来から知られており、その一例として特開平３
−１４５５２３に開示されたコンバインドサイクル型の
発電プラントを図７に示す。

【０００３】図７に示すガスタービン発電プラントにお
いて、燃料供給装置１からの燃料は燃焼器３において酸
素製造装置２からの酸素で燃焼し、その燃焼ガスはガス
タービン４に供給されてガスタービン４を回転駆動す
る。ガスタービン４はこれと同軸上の発電機５を回転さ
せ、この発電機５により発電が行われる。ガスタービン
４からの排気ガスは、排熱回収ボイラ６にて顕熱回収さ
れ、凝縮器７にて排ガス中の水蒸気が凝縮され、さらに
気水分離器８で気水分離された後、高濃度の二酸化炭素
ガスとなる。この二酸化炭素ガスは圧縮機９にて圧縮さ
れた後、燃焼器３に送られる。また、圧縮機９に送られ
る二酸化炭素ガスの一部は回収され、二酸化炭素処理装
置３０で処理される。

【０００４】一方、排熱回収ボイラ６にて発生した水蒸
気は、蒸気タービン１０に供給されて蒸気タービン１０
を駆動する。従って、発電機５は、ガスタービン４のみ
ならず蒸気タービン１０によっても回転駆動される。蒸
気タービン１０を駆動した水蒸気は復水器１１により凝
縮され、給水ポンプ１２により排熱回収ボイラ６に送ら
れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような二酸化炭素
回収型ガスタービン発電プラントでは、排熱回収ボイラ
６から排出される排気ガス中の水蒸気は、凝縮器７にお
いて凝縮され、気水分離器８により回収される。一方、
不凝縮ガスである二酸化炭素の一部は、二酸化炭素処理
装置１４で処理され、残りの二酸化炭素は圧縮機９にて
圧縮され燃焼器３に送られる。

【０００６】このとき、排気ガスすなわち二酸化炭素中
に水蒸気が多量に残っていると、圧縮機９または二酸化
炭素処理装置３０へ水分が持ち込まれることになり、こ
のことは圧縮機９または二酸化炭素処理装置３０の動力
損失の原因となる。また、大量の水蒸気が圧縮機９に持
ち込まれた場合には、圧縮機の損傷の原因となる。

【０００７】排気ガス中の水蒸気を除去するための凝縮
器７として、通常は、シェルとこの中に設けられた多数
のフィン付き管により構成されるシェルアンドチューブ
型のものが用いられている。凝縮器７の管外側を流れる
排気ガスは管内側を流れる冷却水によって冷却され、排
気ガス中の水蒸気はフィン付き管の外表面で凝縮する。

【０００８】しかし、排気ガス中には不凝縮ガスである
二酸化炭素ガスが多量に含まれるので、フィンの数を増
やしたり、フィン高さを高くするだけでは十分な凝縮性
能は得られず、排気ガスすなわち二酸化炭素ガス中に水
蒸気が多量に残ってしまう。この問題を解決するため、
伝熱管の数を増やして凝縮性能向上を図ろうとすると、
凝縮器が非常に大きくなって発電プラントがコスト高に
なってしまう。

【０００９】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、凝縮器の凝縮性能を向上させ、圧縮機あるいは二
酸化炭素処理装置へ持ち込まれる水分量を抑えることに
よって、これら装置における動力損失を減少させるとと
もに、圧縮機の損傷を抑制することを目的とする。

【００１０】さらに本発明は、凝縮器の凝縮性能を向上
させて凝縮器を小型化し、プラントを低コスト化するこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、燃料と酸素とを混合し燃焼させる燃焼器
と、前記燃焼器からの燃焼ガスにより駆動されるととも
に、二酸化炭素と水蒸気とを含む排気ガスを排出するガ
スタービンと、前記ガスタービンから排出される排気ガ
スに冷媒を直接接触させて排気ガス中に含まれる水蒸気
を凝縮させる直接接触式凝縮部を少なくともその一部に
含み、排気ガスに含まれる水蒸気を凝縮分離する凝縮分
離装置とを備えたガスタービン発電プラントを提供す
る。

【００１２】好ましくは、直接接触式凝縮部において使
用される冷媒は、凝縮分離装置により水分が除去された
排気ガス中から回収された二酸化炭素を冷却若しくは液
化したもの、または水、好ましくは凝縮分離装置におい
て凝縮分離された凝縮水が使用される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明に
よるガスタービン発電プラントの実施形態について説明
する。なお、以下の実施形態の説明においては、従来技
術と同一部材には同一符号を付している。

【００１４】［第１の実施形態］まず、図１乃至図４を
参照して第１の実施形態について説明する。図１は、本
発明に係るガスタービン発電プラントの一例として、ガ
スタービンとこのガスタービンの排熱を利用して駆動さ
れる蒸気タービンとを備えたコンバインドサイクル型の
発電プラントの概略系統を示している。

【００１５】この図１に示すように、本実施形態に係る
発電プラントは、炭化水素燃料を供給する燃料供給装置
１および酸素を供給する酸素製造装置２と、これら燃料
供給装置１および酸素製造装置２からの燃料および酸素
を混合して燃焼させる燃焼器３と、燃焼器３から排出さ
れる燃焼ガスにより回転駆動されるガスタービン４と、
ガスタービン４により駆動される発電機５とを備えてい
る。

【００１６】ガスタービン４には、このガスタービン４
から排出される排気ガスから熱を回収する排熱回収ボイ
ラ（排熱回収器）６が接続されている。排熱回収ボイラ
６には、この排熱回収ボイラ６により蒸気とされた水
（作動流体）により回転駆動される蒸気タービン１０
と、蒸気タービン１０から排出される蒸気を凝縮して水
（液体）に戻す凝縮器１１と、凝縮器１１からの凝縮水
をチューブ式凝縮部２０Ａ（詳細は後述する）を経由し
て排熱回収ボイラ６に戻すための給水ポンプ１２とが順
次接続されている。

【００１７】また、排熱回収ボイラ６には、この排熱回
収ボイラ６から排出される排気ガスに含まれる水蒸気を
凝縮分離する凝縮分離装置２０が接続されている。凝縮
分離装置２０には、この凝縮分離装置２０により水分が
分離されて高濃度の二酸化炭素ガス、すなわち実質的に
二酸化炭素ガスとみなせる排気ガスを、圧縮して燃焼器
３に戻す圧縮機９が接続されている。

【００１８】凝縮分離装置２０と圧縮機９とを連結する
管路１３の途中には、排気ガス中に含まれる余剰の二酸
化炭素を回収して処理する二酸化炭素処理装置３０が接
続されている。この二酸化炭素処理装置３０は、二酸化
炭素を液化するための二酸化炭素液化装置３１と、この
二酸化炭素液化装置３１により液化された二酸化炭素を
処理する二酸化炭素処理部３２とを有する。二酸化炭素
処理装置３０の二酸化炭素液化装置３１は、凝縮分離装
置２０の直接接触式凝縮部２０Ｂ（詳細は後述する）に
管路２５によって接続されている。

【００１９】次に、凝縮分離装置２０について詳細に説
明する。図１および図２に示すように、凝縮分離装置２
０は、排気ガスの流れ方向に関して上流側から順次配置
されたチューブ式凝縮部２０Ａ、直接接触式凝縮部２０
Ｂおよび気水分離部２０Ｃにより構成されており、これ
らの構造詳細を図２に示す。

【００２０】図２に示すように、凝縮分離装置２０の最
も上流側に設けられたチューブ式凝縮部２０Ａは、排熱
回収ボイラ６からの排気ガスが導入されるシェル２１
と、このシェル２１内に複数設けられたフィンチューブ
（伝熱管）２２とから構成される。本例においては、フ
ィンチューブ２２内を通る冷媒は、図１よりわかるよう
に凝縮器１１により冷却された凝縮水である。第１のシ
ェル２１の下方には、液だめタンク２１ａが設けられて
いる。すなわち、本実施形態において、チューブ式凝縮
部２０Ａは、いわゆるシェルアンドチューブ式凝縮器の
形態を採る。

【００２１】また、直接接触式凝縮部２０Ｂは、通路２
３によりチューブ式凝縮部２０Ａのシェル２１に接続さ
れたシェル２４を有している。シェル２４の上部には、
二酸化炭素液化装置３１と連通する管路２５が接続され
ている。管路２５のシェル２４側端部には、噴霧ノズル
２６が設けられている。なお、図２において符号２５ａ
を付し破線で示す部材は、後述する第２の実施形態のよ
うに直接接触式凝縮部２０Ｂに気体の冷媒が供給される
場合に使用される膨張弁であり、本実施形態においては
用いられない。

【００２２】また、気水分離部２０Ｃは、通路２７によ
り直接接触式凝縮部２０Ｂのシェル２４に接続されたシ
ェル２８を有している。このシェル内には模式的に図示
した邪魔板２９が設けられている。なお、気水分離部２
０Ｃは、そのシェル２８の出口部分に気水分離用のフィ
ルタを有していてもよい。すなわち、この気水分離部２
０Ｃは、それ自体公知の気水分離器の構成と同一の構成
を採る。

【００２３】チューブ式凝縮部２０Ａ、直接接触式凝縮
部２０Ｂおよび気水分離部２０Ｃには、排水管３９が接
続されている。

【００２４】次に、上記構成を有する本実施形態の作用
について説明する。図１に示すように、燃料供給装置１
からの燃料は燃焼器３において酸素製造装置２からの酸
素で燃焼し、その燃焼ガスはガスタービン４に供給され
てガスタービン４を回転駆動する。ガスタービン４はこ
れと同軸上の発電機５を回転させ、発電が行われる。ガ
スタービン４から排出される排気ガスは、排熱回収ボイ
ラ６にて顕熱回収され、凝縮分離装置２０に導入され
る。

【００２５】凝縮分離装置２０により十分に水分が除去
された排気ガス、すなわち実質的に二酸化炭素ガスから
なる排気ガスは、圧縮機９に送られて再加圧され、燃焼
器３に戻される。排気ガスは、凝縮分離装置２０から圧
縮機９に至る途中で、その一部（燃焼により増加した
分）が抜き取られ、二酸化炭素処理装置３０に設けられ
た二酸化炭素液化装置３１により液化される。液化され
た二酸化炭素の一部は二酸化炭素処理部３２に送られそ
こで処理される。一方、液化された二酸化炭素の一部は
凝縮分離装置２０の直接接触式凝縮部２０Ｂに送られ、
冷媒として用いられる。

【００２６】一方、蒸気タービン１０は、排熱回収ボイ
ラ６により加熱された水蒸気（蒸気タービン系の作動流
体）により駆動される。蒸気タービンを出た水蒸気は、
復水器１１により凝縮される。そしてこの凝縮水は、給
水ポンプ１２により、凝縮分離装置２０のチューブ式凝
縮部２０Ａを経て、排熱回収ボイラ６に戻される。な
お、この場合、チューブ式凝縮部２０Ａにおいては、排
熱回収ボイラ６においてある程度温度が低下した排気ガ
スと比較的低温の水との間で熱交換が行われることにな
り、排熱回収ボイラ６においてはガスタービンから出た
直後の比較的高温の排気ガスとチューブ式凝縮部２０Ａ
における熱交換によりある程度温度が上昇した水との間
で熱交換が行われることになる。

【００２７】次に、凝縮分離装置２０において行われる
排気ガスからの水分分離作用について、図１および図２
を参照して更に詳細に説明する。ガスタービン４から排
出され、排熱回収ボイラ６を通過した排気ガスは、実質
的に二酸化炭素ガスと水蒸気を含んでなる。この排気ガ
スは、凝縮分離装置２０を構成するチューブ式凝縮部２
０Ａをまず通過する。

【００２８】チューブ式凝縮部２０Ａのシェル２１内に
おいて、排気ガスに含まれる水蒸気の一部が、シェル２
１内に配置されたフィンチューブ２２の外表面で凝縮す
る。凝縮した水の多くは液だめタンク２１ａ内に落下す
る。また、凝縮した水の残部は液滴の状態で排気ガスと
ともに直接接触式凝縮部２０Ｂへ流入する。従って、直
接接触式凝縮部２０Ｂのシェル２４内に流入する排気ガ
スは、二酸化炭素ガス、水蒸気および液滴を含む混相流
である。

【００２９】次いで、直接接触式凝縮部２０Ｂのシェル
２４内に、二酸化炭素液化装置３０から送られてきた液
化二酸化炭素が、ノズル２６によりミスト状に噴霧さ
れ、これによりフラッシュして低温の二酸化炭素ガスと
なる。チューブ式凝縮部２０Ａから導入された排気ガス
は、この低温の二酸化炭素によって直接接触冷却されて
凝縮する。

【００３０】この場合、液化二酸化炭素がミスト状にな
るように噴射されるため、二酸化炭素と排気ガスとの接
触面積は膨大なものとなり、非常に高い凝縮性能が得ら
れる。従って、直接接触式凝縮部２０Ｂのシェル２４内
で、排気ガス中に含まれる水蒸気のほとんどは凝縮し液
滴となる。

【００３１】凝縮した水の多くはシェル２４の下方に落
下する。また、凝縮した水の残部は液滴の状態で排気ガ
スとともに気水分離部２０Ｃに流入する。気水分離部２
０Ｃのシェル２８内において、排気ガスに含まれる液滴
は、邪魔板２９の作用により、シェル２８の下方に落下
する。従って気水分離部２０Ｃから排出される排気ガス
は水分を殆ど含まない高濃度の二酸化炭素ガスとなる。

【００３２】なお、チューブ式凝縮部２０Ａ、直接接触
式凝縮部２０Ｂおよび気水分離部２０Ｃにおいて分離さ
れた水は、適当な水回収装置（図示せず）により回収さ
れ再利用されるか、若しくは廃棄される。

【００３３】なお、図１に示す実施形態においては、二
酸化炭素ガスは圧縮機９に至る前に抜き取られ二酸化炭
素液化装置３１に送られるようになっているが、これに
限定されるものではない。すなわち、二酸化炭素ガスを
圧縮機９により圧縮した後燃焼器３に戻す前に抜き取
り、二酸化炭素液化装置３１に送るようにしてもよい
（図１二点鎖線参照）。このようにすれば、二酸化炭素
液化装置３１における液化プロセスにおいて通常必要と
される二酸化炭素の加圧工程に要する動力を低減するこ
とができる。

【００３４】また、凝縮分離装置２０の直接接触式凝縮
部２０Ｂに液化二酸化炭素を送ることに代えて、二酸化
炭素液化装置３１における液化プロセスで生じた低温の
二酸化炭素ガスを送るようにしてもよい。

【００３５】また、上記実施形態においては、凝縮分離
装置２０を構成するチューブ式凝縮部２０Ａ、直接接触
式凝縮部２０Ｂおよび気水分離部２０Ｃは、それぞれが
互いに分離された専用のシェルを有するものであったが
（図２参照）、これに限定されるものではない。すなわ
ち、これらチューブ式凝縮部２０Ａ、直接接触式凝縮部
２０Ｂおよび気水分離部２０Ｃの少なくとも２つが１つ
のシェルを共用するように凝縮分離装置２０を構成して
もよい。

【００３６】また、図１に示す実施形態においては、ガ
スタービン発電プラントがコンバインドサイクル方式の
ものであったが、本発明が適用される発電プラントは、
図３に示すように蒸気タービンを含まない方式のもので
あってもよい。この場合、図３に示すように、凝縮分離
装置２０のチューブ式凝縮部２０Ａのフィンチューブ２
２内に流す冷媒として、直接接触式凝縮部２０Ｂから排
出される凝縮水の一部が供給され、チューブ式凝縮部２
０Ａのフィンチューブ２２内を通った冷媒（水）は、燃
焼器３に供給される。むろん、図１に示す実施形態にお
いても、チューブ式凝縮部２０Ａのフィンチューブ２２
に流す冷媒（水）を、蒸気タービンの作動流体の系統か
ら分離した冷却水供給装置により供給してもよい。

【００３７】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、凝縮分離装置２０により排気ガス中に含まれる水分
を高効率で除去することができるため、圧縮機９に持ち
込まれる水分量を大幅に低減することができる。このた
め、圧縮機９における動力損失を低減することができ、
また圧縮機９の損傷をも抑制することができる。また、
排気ガス中の水分量が低減されることにより、二酸化炭
素液化装置３１の動力損失を低減することができる。

【００３８】また、本実施形態によれば、直接接触式凝
縮部２０Ｂに供給される液化二酸化炭素は、燃焼により
生じた余剰の二酸化炭素を回収するための二酸化炭素処
理装置３０が通常具備している二酸化炭素液化装置３１
により供給される。すなわち直接接触式凝縮部２０Ｂに
供給される液化二酸化炭素を生成するだけのために二酸
化炭素液化装置３１を設けるのではないため、プラント
の複雑化およびコストアップを必要最小限にとどめるこ
とができる。

【００３９】更に、本実施形態によれば、凝縮分離装置
２０を構成するチューブ式凝縮部２０Ａの下流側に高い
凝縮能力を有する直接接触式凝縮部２０Ｂが設けられて
いる。このため、凝縮分離装置２０全体の凝縮分離性能
を向上させるためにチューブ式凝縮部２０Ａのフィンチ
ューブ（伝熱管）２２の本数を増やす必要はない。この
ため凝縮分離装置２０を小型化することができ、プラン
トのコストを大幅に低減することができる。

【００４０】なお、凝縮分離装置２０の直接接触式凝縮
部２０Ｂはそれ単独で非常に高い凝縮性能を有している
ため、凝縮分離装置２０は必ずしもチューブ式凝縮部２
０Ａを有している必要はなく、直接接触式凝縮部２０Ｂ
および気水分離部２０Ｃのみにより凝縮分離装置２０を
構成するようにしても構わない。チューブ式凝縮部２０
Ａを設けるか否かは、プラントの方式や要求性能等を考
慮して総合的見地で判断される。

【００４１】［第２の実施形態］次に第２の実施の形態
について図４により説明する。第２の実施形態は、第１
の実施形態に対して、二酸化炭素の回収手法および直接
接触式凝縮部２０Ｂへの供給手法が異なり、他は第１の
実施形態と略同一である。第２の実施の形態において第
１の実施の形態と同一部分については同一符号を付し、
重複する説明は省略する。

【００４２】図４に示すように、凝縮分離装置２０と圧
縮機９とを結ぶ管路１３の途中には、この管路１３を流
れる排気ガス（この排気ガスは実質的に二酸化炭素ガス
からなる）からその一部を回収して圧縮する圧縮機３５
と、この圧縮機３５に接続され圧縮機３５により圧縮さ
れた排気ガスすなわち二酸化炭素を冷却する冷却器（二
酸化炭素冷却器）３６が順次接続されている。冷却器３
６は管路２５を介して直接接触式凝縮器２０Ｂに接続さ
れている。なお、本実施形態において、管路２５には、
膨張弁２５ａ（図２において破線で示す）が設けられて
いる。

【００４３】ガスタービン４から排出された排気ガス
は、排熱回収ボイラ６により顕熱回収される。そして、
排気ガス中の水分は、凝縮分離装置２０により凝縮除去
される。凝縮分離装置２０で水分を除去された排気ガス
すなわち二酸化炭素ガスは、圧縮機９に送られ再加圧さ
れる。凝縮分離装置２０と圧縮機９との間で、燃焼によ
って増えた分の二酸化炭素ガスの一部は抜き取られ、二
酸化炭素処理装置３０により処理される。

【００４４】本実施形態においては、凝縮分離装置２０
を出た排気ガスすなわち二酸化炭素ガスは、管路１３の
途中でその一部が抜き取られ、圧縮機３５に送られる。
圧縮機３５により圧縮された二酸化炭素ガスは、冷却器
３６により冷却（放熱）された後、膨張弁２５ａが設け
られた管路２５を経て、凝縮分離装置２０の直接接触式
凝縮部２０Ｂのシェル２４内に戻される。

【００４５】シェル２４に戻された二酸化炭素ガスは、
断熱膨張して温度が更に低下し、シェル２４内にチュー
ブ式凝縮部２０Ａから流入してきた排気ガスと直接接触
する。これにより、チューブ式凝縮部２０Ａからの排気
ガス中の水分が凝縮する。

【００４６】この場合、断熱膨張して温度低下した二酸
化炭素ガスと排気ガスとの接触面積は膨大なものとなる
ので、非常に高い凝縮性能が得られる。従って、本実施
形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られ
る。

【００４７】なお、本実施形態において、二酸化炭素を
回収してから直接接触式凝縮器２０Ｂに放出するまでの
プロセスは、二酸化炭素を液化するプロセスとしても使
用することができるため、熱力学的な条件次第では、本
実施形態の構成によっても、二酸化炭素を液体条件で直
接接触式凝縮器２０Ｂに供給することも可能である。ま
た、図４に示す実施形態においては、チューブ式凝縮部
２０Ａに戻す排気ガスすなわち二酸化炭素ガスは、凝縮
分離装置２０と圧縮機９との間で抜き出すようにしてい
るが、これに限定されるものではない。すなわち、圧縮
機９で排気ガスを圧縮した後に、二酸化炭素ガスを抜き
取るようにしてもよい（図４二点鎖線参照）。このよう
にすれば、圧縮機３５の駆動に必要な動力を低減させる
ことができ、場合によっては圧縮機３５を省略すること
ができる。

【００４８】［第３の実施形態］次に第３の実施の形態
について図５により説明する。

【００４９】第３の実施形態は、第１の実施形態に対し
て、回収した二酸化炭素を直接接触式凝縮部２０Ｂに冷
媒として供給することに代えて、凝縮分離装置２０によ
り凝縮分離された水を直接接触式凝縮部２０Ｂに冷媒と
して供給するようにした点が異なり、他は第１の実施形
態と略同一である。第３の実施の形態において第１の実
施の形態と同一部分については同一符号を付し、重複す
る説明は省略する。

【００５０】図５に示すように、第３の実施形態におい
ては、凝縮分離装置２０の排水管３９（図２参照）に給
水ポンプ３７および水冷却装置３８が順次接続されてい
る。そして水冷却装置３８は直接接触式凝縮器２０Ｂに
接続された配管２５に接続されている。

【００５１】ガスタービン４から排出された排気ガス
は、排熱回収ボイラ６により顕熱回収される。そして、
排気ガス中の水分は、凝縮分離装置２０により凝縮除去
される。凝縮分離装置２０で水分を除去された排気ガス
すなわち二酸化炭素ガスは、圧縮機９に送られ再加圧さ
れる。凝縮分離装置２０と圧縮機９との間で、燃焼によ
って増えた分の二酸化炭素ガスは抜き取られ、二酸化炭
素処理装置３０により処理される。

【００５２】本実施形態においては、凝縮分離装置２０
において排気ガス中から凝縮分離された水は、水冷却装
置３８により冷却され過冷却水とされ、給水ポンプ３７
の圧力により凝縮分離装置２０の直接接触式凝縮部２０
Ｂに送られる。この過冷却水は、直接接触式凝縮部２０
Ｂにおいて、シェル２４内にノズル２６（図２参照）に
よりミスト状に噴霧される。

【００５３】チューブ式凝縮部２０Ａから直接接触式凝
縮部２０Ｂのシェル２４（図２参照）に流入する排気ガ
ス中に含まれる水蒸気は、噴霧された過冷却水と直接接
触して凝縮する。

【００５４】この場合、過冷却水がミスト状に噴霧され
るため、過冷却水と排気ガスとの接触面積は膨大なもの
となるので、非常に高い凝縮性能が得られる。このた
め、本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効
果が得られる。

【００５５】なお、上記実施形態においては、直接接触
式凝縮部２０Ｂに冷媒として送られる水が凝縮分離装置
２０により回収されたものであり、このことは水資源を
保護する上で有益であるが、これに限定されるものでは
ない。すなわち、直接接触式凝縮部２０Ｂに送る水は、
独立した水供給系により供給されるものであってもよ
い。

【００５６】また、図５に示す実施形態においては、ガ
スタービン発電プラントがコンバインドサイクル方式の
ものであったが、本発明が適用される発電プラントは、
図６に示すように蒸気タービンを含まない方式のもので
あってもよい。この場合、図３に示すように、凝縮分離
装置２０のチューブ式凝縮部２０Ａのフィンチューブ２
２内に流す冷媒として、直接接触式凝縮部２０Ｂから排
出される凝縮水の一部が供給され、チューブ式凝縮部２
０Ａのフィンチューブ２２内を通った冷媒（水）は、燃
焼器３に供給される。むろん、図５に示す実施形態にお
いても、チューブ式凝縮部２０Ａのフィンチューブ２２
に流す冷媒（水）を、蒸気タービンの作動流体の系統か
ら分離した冷却水供給装置により供給してもよい。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ガスタービン発電プラントに、排気ガス中に含まれる水
蒸気を効率よく除去することができる凝縮分離装置を設
けたため、圧縮機の動力損失を低減させるとができ、ま
た圧縮機の損傷を抑制することができる。さらに凝縮分
離装置を小型化することができるため、プラントのコス
トを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるガスタービン発電プラントの第１
の実施形態を示す概略的系統図。

【図２】第１の実施形態における凝縮分離装置の構成を
示す模式的断面図。

【図３】第１の実施形態の変形例を示す概略的系統図。

【図４】本発明によるガスタービン発電プラントの第２
の実施形態を示す概略的系統図。

【図５】本発明によるガスタービン発電プラントの第３
の実施形態を示す概略的系統図。

【図６】第３の実施形態の変形例を示す概略的系統図。

【図７】従来のガスタービン発電プラントの概略構成
図。

【符号の説明】

３燃焼器４ガスタービン６排熱回収器９圧縮機１０蒸気タービン２０凝縮分離装置２０Ｂ直接接触式凝縮部３１二酸化炭素液化装置３５（第２の）圧縮機３６二酸化炭素冷却器３８水冷却装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｃ 3/30 Ｆ０２Ｃ 6/00 Ｅ 6/00 Ｂ０１Ｄ 53/34 １３５Ｚ (72)発明者福田雅文東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内 (72)発明者大橋幸夫神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料と酸素とを混合し燃焼させる燃焼器
と、前記燃焼器からの燃焼ガスにより駆動されるとともに、
二酸化炭素と水蒸気とを含む排気ガスを排出するガスタ
ービンと、前記ガスタービンから排出される排気ガスに冷媒を直接
接触させて排気ガス中に含まれる水蒸気を凝縮させる直
接接触式凝縮部を少なくともその一部に含み、排気ガス
に含まれる水蒸気を凝縮分離する凝縮分離装置と、を備
えたことを特徴とするガスタービン発電プラント。
【請求項２】前記凝縮分離装置により水蒸気が分離され
た実質的に二酸化炭素ガスからなる排気ガスを圧縮して
前記燃焼器に戻す圧縮機を、更に備えたことを特徴とす
る請求項１に記載のガスタービン発電プラント。
【請求項３】前記直接接触式凝縮部において使用される
冷媒は、排気ガス中に含まれる二酸化炭素ガスを回収し
て冷却または液化したものであることを特徴とする、請
求項１または２に記載のガスタービン発電プラント。
【請求項４】排気ガスの流れに関して前記凝縮分離装置
の下流側に設けられ、実質的に二酸化炭素ガスからなる
排気ガスを回収して液化する二酸化炭素液化装置を更に
備え、前記二酸化炭素液化装置から、液化された二酸化炭素お
よび液化プロセスで生じた低温の二酸化炭素の少なくと
も一方が、冷媒として前記直接接触式凝縮部に供給され
ることを特徴とする、請求項３に記載のガスタービン発
電プラント。
【請求項５】液化された二酸化炭素は、冷媒として前記
直接接触式凝縮部に供給される場合、ミスト状に噴霧さ
れることを特徴とする、請求項４に記載のガスタービン
発電プラント。
【請求項６】前記圧縮機により圧縮された実質的に二酸
化炭素ガスからなる排気ガスを冷却する二酸化炭素冷却
器を更に備え、前記圧縮機および前記二酸化炭素冷却器により圧縮およ
び冷却された二酸化炭素が、冷媒として前記直接接触式
凝縮部に供給されることを特徴とする請求項３に記載の
ガスタービン発電プラント。
【請求項７】排気ガスの流れに関して前記凝縮分離装置
の下流側で、実質的に二酸化炭素ガスからなる排気ガス
を回収して圧縮する第２の圧縮機と、前記第２の圧縮機により圧縮された排気ガスを冷却する
二酸化炭素冷却器と、を更に備え、前記第２の圧縮機および前記二酸化炭素冷却器により圧
縮および冷却された二酸化炭素が、冷媒として前記直接
接触式凝縮部に供給されることを特徴とする請求項３に
記載のガスタービン発電プラント。
【請求項８】前記直接接触式凝縮部において使用される
冷媒は、水であることを特徴とする請求項１または２に
記載のガスタービン発電プラント。
【請求項９】前記凝縮分離装置により排気ガスから分離
された水を回収して冷却する水冷却装置を更に備え、前記水冷却装置により冷却された水が、前記直接接触式
凝縮器に冷媒として供給されることを特徴とする、請求
項８に記載のガスタービン発電プラント。
【請求項１０】前記水は、冷媒として前記直接接触式凝
縮部に供給される場合、過冷却状態でミスト状に噴霧さ
れることを特徴とする、請求項９に記載のガスタービン
発電プラント。
【請求項１１】前記凝縮分離装置は、排気ガスの流れに
関して前記直接接触式凝縮部の上流側に設けられるとと
もに伝熱管を有するチューブ式凝縮部を更に含み、前記チューブ式凝縮部において、前記伝熱管を介して前
記ガスタービンから排出される排気ガスと前記伝熱管内
の冷媒との間で熱交換が行なわれ、排気ガスに含まれる
水蒸気が凝縮されることを特徴とする、請求項１乃至１
０のいずれかに記載のガスタービンプラント。
【請求項１２】排気ガスの流れに関して前記ガスタービ
ンの下流側かつ前記凝縮分離装置の上流側に設けられ、
前記ガスタービンから排出される排気ガスと熱交換して
作動流体を加熱する排熱回収器と、前記作動流体により駆動される蒸気タービンと、を更に
備えたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに
記載のガスタービン発電プラント。