JPH1193621A - 水素燃焼タービンプラント - Google Patents

水素燃焼タービンプラント

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Publication number
JPH1193621A
JPH1193621A JP25209997A JP25209997A JPH1193621A JP H1193621 A JPH1193621 A JP H1193621A JP 25209997 A JP25209997 A JP 25209997A JP 25209997 A JP25209997 A JP 25209997A JP H1193621 A JPH1193621 A JP H1193621A
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JP
Japan
Prior art keywords
turbine
steam
hydrogen
combustor
heat exchanger
Prior art date
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Pending
Application number
JP25209997A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuo Uematsu
一雄 上松
Hidetaka Mori
秀隆 森
Hideaki Sugishita
秀昭 椙下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Priority to EP98115532A priority patent/EP0900921A3/en
Priority to CA002245470A priority patent/CA2245470A1/en
Priority to US09/145,018 priority patent/US6282883B1/en
Publication of JPH1193621A publication Critical patent/JPH1193621A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/005Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for the working fluid being steam, created by combustion of hydrogen with oxygen
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水素と酸素とを燃焼させて高温蒸気を発生
し、この高温蒸気でタービンを駆動すると共に、タービ
ン翼を蒸気で冷却するように構成した水素燃焼タービン
プラントにおいて、発電端効率の低下率を少くすること
のできる冷却系統を採用した水素燃焼タービンプラント
を提供する。 【解決手段】 燃焼器104で水素と酸素を燃焼して生
成した高温蒸気は第1タービン105へ導かれ、その排
気は熱交換器103,106,107,108へと流れ
たのち低圧圧縮機100へ供給される。第3熱交換器1
07を出た第1タービン排気の一部は抽気されて第2タ
ービン109へ供給される。また、熱交換器108,1
07,106で加熱された蒸気は第3タービン110へ
導かれる。第3タービン110の排気の一部は第1ター
ビン冷却蒸気119として第1タービン105へ導かれ
ると共に、第3タービン110の排気の他の一部は第1
タービン回収型冷却蒸気120として第1タービン10
5に供給されて加熱されたのち、燃焼器104の入口に
回収される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、NOx やCO2
発生しない無公害の水素と酸素を燃焼させて高温の燃焼
ガス(高温の水蒸気)を発生し、その高温蒸気をタービ
ンに供給して発電するようにした水素燃焼タービンプラ
ントに関する。
【0002】
【従来の技術】現在考えられている水素燃焼タービンプ
ラントとして高効率で実現性の高いサイクルの1つを図
2に示してある。図2において、200は低圧圧縮機、
202は高圧圧縮機である。201は中間冷却器で、両
圧縮機200,202の間に連絡されている。203は
第1熱交換器、204は燃焼器、205は第1タービン
である。
【0003】206,207及び208は、図のように
第1タービン205の排気(水蒸気)が導かれてその排
熱を回収する第2熱交換器、第3熱交換器及び第4熱交
換器である。209は第2タービン、211は復水器、
217は第1給水加熱器、218は第2給水加熱器を示
している。212は第1ポンプ、213は第2ポンプで
ある。210は第3タービンを示し、214,215及
び216はそれぞれ発電機を示している。
【0004】このように構成された図2の水素燃焼ター
ビンプラントにおいて、後記するように第4熱交換器2
08を出た第1タービン205の排気(水蒸気)は低圧
圧縮機200で圧縮され、中間冷却器201で第2ポン
プ213で送られる給水と混合し冷却された後、高圧圧
縮機202で圧縮され、その後、第3タービン210の
出口蒸気の一部と混合された後、第1熱交換器203に
導かれる。
【0005】第1熱交換器203で昇温した後の蒸気
は、燃焼器204に供給された水素および酸素と混合さ
れて燃焼され、その燃焼により発生した高温の燃焼ガス
(水蒸気)は第1タービン205に導入されてこれを駆
動する。
【0006】第1タービン205を出た燃焼ガス(水蒸
気)は、熱交換器203,206に並列に分岐して導か
れて温度を下げた後、熱交換器207および208に導
かれ更に温度を下げた後、前記したように低圧圧縮機2
00へ流れる。
【0007】一方、第3熱交換器207を出て第4熱交
換器208へ流れる第1タービン205の排気(水蒸
気)の一部は分岐されて第2タービン209へ導かれて
これを駆動する。第2タービン209からの蒸気は復水
器211に導かれ、復水器211を出た復水は第1及び
第2給水加熱器217及び218で加熱された後、第1
ポンプ212により第4、第3、第2熱交換器208,
207,206に送られ更に加熱されて、蒸気となって
第3タービン210に供給されてこれを駆動する。
【0008】第3タービン210を出た排気の一部は、
第1タービン205の冷却蒸気219として用いられ、
残部の排気は、前記したように高圧圧縮機202の出口
蒸気と混合される。また、復水器211を出た復水の一
部は、前記したように第2ポンプ213によって中間冷
却器201へ送られ低圧圧縮機200の出口蒸気と混合
される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】図2に示した水素燃焼
タービンプラントでは、第3タービンを出た排気(水蒸
気)の一部が第1タービン205のタービン翼などの冷
却蒸気として用いられるが、このタービンプラントの更
なる高効率化のためには、第1タービン205の冷却蒸
気をできるだけ減少させるか、もしくは、発電端効率の
低下率の少ない冷却方式を採用することが必要となる。
【0010】本発明は、水素と酸素とを燃焼させて高温
蒸気を発生し、この高温蒸気でタービンを駆動すると共
にタービン翼を蒸気で冷却するように構成した水素燃焼
タービンプラントにおいて、発電端効率の低下率を少く
することのできる冷却系統を採用した水素燃焼タービン
プラントを提供することを課題としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明は、水素と酸素とを燃焼器で燃焼させて高温
蒸気を発生し、その高温蒸気を第1タービンに供給して
これを駆動し、同第1タービンからの排気蒸気を熱交換
器に入れて排熱を与え、その熱交換器から流出した蒸気
を圧縮機に送り、同圧縮機からの圧縮蒸気を前記燃焼器
へ戻すサイクルを構成し、前記熱交換器で回収した排熱
を前記サイクルとは別置の第3タービンの入口流路に与
えると共に、前記熱交換器に前記第1タービンから流入
する蒸気の一部を前記圧縮機へ送る流路から抽気して別
置の第2タービンに送り、同第2タービンの戻り蒸気は
復水器に戻るように構成した水素燃焼タービンプラント
において次の構成を採用する。
【0012】すなわち、本発明にあっては、前記第3タ
ービンの出口から抽気した蒸気を前記第1タービンに回
収型冷却蒸気として供給してタービン翼を冷却させ昇温
した蒸気を前記燃焼器の入口に回収する回収型冷却系統
を設ける。
【0013】本発明による水素燃焼タービンプラントで
は、前記したように第3タービンから第1タービンへ回
収型冷却系統によって導かれた冷却蒸気は燃焼器の入口
に回収されるので、その分、第1タービンガスパス内部
へ流れる冷却蒸気量が減少される。
【0014】従って、本発明の水素燃焼タービンプラン
トではタービンガスパス内部への冷却蒸気の混入量が減
らされ、ガスパス内部流体の温度低下と冷却蒸気がガス
パス内流体と混合するときの圧力損失が減り、また、第
1タービンを冷却して得られた熱を燃焼器に回収し燃料
流量を減少させることができ、これにより発電端効率が
向上される。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明による水素燃焼ター
ビンプラントを図1に示した実施の一形態に基づいて具
体的に説明する。なお、図1において、各部の符号に
は、100台の数字を用いているが、10台以下の数字
において、図2に示した200台を除いた各部の符号と
同じ符号は同等の構成部分を示しており、それらについ
ての重複する説明は省略する。
【0016】図1に示された水素燃焼タービンプラント
において図2に示したタービンプラントとの違いは、第
1タービン105の冷却において、従来と同様の第1タ
ービン冷却蒸気119に加え、第1タービン回収型冷却
蒸気120を第3タービン110出口より抽気し、第1
タービン105を冷却後、熱交換器103出口蒸気(燃
焼器104入口蒸気)と混合させる回収型冷却系統を追
加した点である。その他の系統は図2と実質同一であ
る。
【0017】図1の水素酸素燃焼タービンプラントで
は、前記したように、第1タービン105の冷却に、通
常の冷却方式に使用する第1タービン冷却蒸気119に
加え、第1タービン回収型冷却蒸気120を追加する。
表1と表2に本発明と従来の水素酸素燃焼タービンプラ
ントのサイクル計算例を示している。なお、表1と表2
は、それぞれ図1と図2に番号を記した位置での流量、
温度、圧力を示している。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】表1及び表2に示されているように、本発
明では、従来より第1タービンの冷却媒体割合の総量は
0.15から0.172へ増加するものの、この0.1
72の内、0.109が回収型冷却蒸気へ置きかわり、
第1タービンガスパス内部への冷却蒸気混入量が0.1
5(従来)から0.063(本発明)へと減少する。こ
れによって、発電端効率は60.3%から61.0%へ
相対的に1.2%向上する作用がある。(計算上の仮定
には表3を使用した。) すなわち、第1タービン冷却蒸気119のような通常の
冷却方式と第1タービン回収型冷却蒸気120のような
回収型の冷却方式では、回収型の冷却方式の方がタービ
ンガスパス内部への冷却媒体の混入によるガスパス内部
流体の温度低下、および冷却媒体とガスパス内部流体が
混合する時の圧力損失が無くなるため、冷却によるター
ビン出力の低下が小さくなる作用がある。また、回収型
の冷却によりタービンより得られた熱量を燃焼器の上流
へ回収することにより、燃料流量が減少できることも発
電端効率を向上させる理由である。
【0021】
【表3】
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、水素燃
焼器からの高温蒸気で駆動される第1タービンと、排熱
を一部回収した第1タービンの排気の一部を抽気して導
かれる第2タービンと、第1タービンの排熱を回収した
蒸気により駆動される第3タービンを有する水素燃焼タ
ービンプラントにおいて、第3タービンの出口から抽気
した蒸気を第1タービンに回収型冷却蒸気として供給し
てタービン翼を冷却させ昇温した蒸気を水素燃焼器の入
口に回収する回収型冷却系統を設けたものである。
【0023】この本発明の水素燃焼タービンプラントに
よれば、第3タービンから冷却のため第1タービンへ導
かれた蒸気は燃焼器の入口に回収されるので、その分だ
け、第1タービンガスパス内部へ流れる冷却蒸気量が減
少される。
【0024】このようにタービンガスパス内部への冷却
蒸気の混入量が減らされるので、ガスパス内部流体の温
度低下と冷却蒸気がガスパス内流体と混合するときの圧
力損失が減り、また、第1タービンを冷却して得られた
熱を燃焼器に回収し燃料流量を減少させることができ、
これらの作用により発電端効率が向上される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態による水素燃焼タービン
プラントの系統図。
【図2】従来の水素燃焼タービンプラントの系統図。
【符号の説明】
100,200 低圧圧縮機 101,201 中間冷却器 102,202 高圧圧縮機 103,203 第1熱交換器 104,204 燃焼器 105,205 第1タービン 106,206 第2熱交換器 107,207 第3熱交換器 108,208 第4熱交換器 109,209 第2タービン 110,210 第3タービン 111,211 復水器 112,212 第1ポンプ 113,213 第2ポンプ 114,214 第1発電機 115,215 第2発電機 116,216 第3発電機 117,217 第1給水加熱器 118,218 第2給水加熱器 119,219 第1タービン冷却蒸気 120 第1タービン回収型冷却蒸気

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水素と酸素とを燃焼器で燃焼させて高温
    蒸気を発生し、その高温蒸気を第1タービンに供給して
    これを駆動し、同第1タービンからの排気蒸気を熱交換
    器に入れて排熱を与え、その熱交換器から流出した蒸気
    を圧縮機に送り、同圧縮機からの圧縮蒸気を前記燃焼器
    へ戻すサイクルを構成し、前記熱交換器で回収した排熱
    を前記サイクルとは別置の第3タービンの入口流路に与
    えると共に、前記熱交換器に前記第1タービンから流入
    する蒸気の一部を前記圧縮機へ送る流路から抽気して別
    置の第2タービンに送り、同第2タービンの戻り蒸気は
    復水器に戻るように構成した水素燃焼タービンプラント
    において、前記第3タービンの出口から抽気した蒸気を
    前記第1タービンに回収型冷却蒸気として供給してター
    ビン翼を冷却させ昇温した蒸気を前記燃焼器の入口に回
    収する回収型冷却系統を設けたことを特徴とする水素燃
    焼タービンプラント。
JP25209997A 1997-09-05 1997-09-17 水素燃焼タービンプラント Pending JPH1193621A (ja)

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EP98115532A EP0900921A3 (en) 1997-09-05 1998-08-18 Hydrogen burning turbine plant
CA002245470A CA2245470A1 (en) 1997-09-05 1998-08-25 Hydrogen burning turbine plant
US09/145,018 US6282883B1 (en) 1997-09-05 1998-09-01 Hydrogen burning turbine plant

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105134318A (zh) * 2015-08-07 2015-12-09 上海交通大学 基于氢气-蒸汽涡轮复合循环的储能装置
GB2533547A (en) * 2014-10-30 2016-06-29 Parsons Brinckerhoff Ltd Process and plant for power generation

Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2533547A (en) * 2014-10-30 2016-06-29 Parsons Brinckerhoff Ltd Process and plant for power generation
GB2533547B (en) * 2014-10-30 2018-10-03 Parsons Brinckerhoff Ltd Process and plant for power generation
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