(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気発電設備（１）と複合サイクル式発電設備（２）の一方又は両方から成る発電設備であって、
発電設備（１，２）の水蒸気サイクルが、二つの蒸気タービン機器（１４，１５）から構成され、第一の蒸気タービン機器（１４）が、少なくとも二つの圧力レベルを有する蒸気タービンを備えており、第二の蒸気タービン機器（１５）が、蒸気を膨張させてＣＯ２回収システム（１２）の供給圧力とするように設計された少なくとも一つの背圧蒸気タービン（２７）を備えており、
第二の蒸気タービン機器（１５）が、低圧蒸気タービン（２８）を更に有し、その低圧蒸気タービンは、その供給圧力が背圧蒸気タービン（２７）の出口圧力と一致するように設計されていることと、
背圧蒸気タービン（２７）と低圧蒸気タービン（２８）の両方が、ＣＯ２回収システム（１２）の蒸気マスフローに関して、ＣＯ２回収システム（１２）が動作していない時に背圧蒸気タービン（２７）の出口蒸気の熱エネルギーを機械的なエネルギーに変換するように設計されていることと、
を特徴とする発電設備。
【請求項２】
請求項１に記載の発電設備（１，２）において、
第二の蒸気タービン機器（１５）の少なくとも一つの背圧蒸気タービン（２７）は、その入口圧力が第一の蒸気タービン機器（１４）の高圧蒸気タービン（２４）の入口圧力を下回るとともに、第一の蒸気タービン機器（１４）の高圧蒸気タービン（２４）の出口圧力と異なるように設計されていることを特徴とする発電設備。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発電設備（１，２）において、
第二の蒸気タービン機器（１５）が、二つの低圧蒸気タービン（２８，４４）を有し、一方の低圧蒸気タービンの設計時のマスフローが、設計条件でのＣＯ２回収システム（１２）の蒸気要件と等しく、他方の低圧蒸気タービンの設計時のマスフローが、設計条件での使用可能な低圧蒸気と設計条件でのＣＯ２回収システム（１２）の蒸気要件の間の差に一致することを特徴とする発電設備。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一つに記載の発電設備（１，２）において、
第二の蒸気タービン機器（１５）の設計時のマスフローが、第一の蒸気タービン機器（１４）よりも小さいことと、
第二の蒸気タービン機器（１５）は、その動作周波数が第一の蒸気タービン機器（１４）よりも高くなるように設計されていることと、
を特徴とする発電設備。
【請求項５】
排ガス用ダクトと煙突（１６）を備えた複合サイクル式発電設備（２）であって、
複合サイクル式発電設備（２）の水蒸気サイクルが、二つの蒸気タービン機器（１４，１５）から構成され、第一の蒸気タービン機器（１４）が、蒸気を膨張させてＣＯ２回収システム（１２）用の供給圧力として適した背圧とするように設計された少なくとも一つの中間圧蒸気タービン（２５）を備えており、第二の蒸気タービン機器（１５）が、低圧タービン（２８）を備えており、その低圧タービンは、中間圧蒸気タービン（２５）の出口圧力と一致する入口圧力を有するとともに、ＣＯ２回収システム（１２）の蒸気マスフローに関して、ＣＯ２回収システム（１２）が動作していない時に中間圧蒸気タービン（２５）の出口蒸気の熱エネルギーを機械的なエネルギーに変換するように設計されている発電設備。
【請求項６】
請求項５に記載の発電設備（２）において、
複合サイクル式発電設備の少なくとも一つのガスタービン（３０）は、排ガスが再循環するように設計されていることと、
熱回収蒸気発生器（３９）から出て来る排ガスの一部が、そのガスタービン（３０）の吸気に再循環されることと、
を特徴とする発電設備。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか一つに記載の発電設備（１，２）において、
第二の蒸気タービン機器（１５）の低圧タービン（２８）が、オーバーランニングクラッチ（２３）を介して、発電機（４５，５）と接続可能であることを特徴とする発電設備。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか一つに記載の発電設備（１，２）において、
第一と第二の蒸気タービン機器（１４，１５）が、一つの共通のシャフト上に一列に配置されて、一つの発電機（５）を駆動することを特徴とする発電設備。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか一つに記載の発電設備（１，２）において、
第一の蒸気タービン機器（１４）が、発電機（５，４５）の第一の側と連結された一つの中間圧蒸気タービン（２７）のためのシャフトを有することと、
第二の蒸気タービン機器（１５）が、発電機（５，４５）の第二の側と連結された追加の低圧蒸気タービン（４４）と、オーバーランニングクラッチ（２３）を介して、この追加の低圧蒸気タービン（４４）と接続可能な第二の低圧タービン（２８）とを有することと、
を特徴とする発電設備。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか一つに記載の発電設備（１，２）において、
この発電設備が、排ガス（４）からＣＯ２を除去するＣＯ２回収システム（１２）と、ＣＯ２回収システム（１２）との排ガス用ダクトと、ＣＯ２回収システム（１２）の下流の煙突（１６）とを有することを特徴とする発電設備。
【請求項１１】
請求項１から９までのいずれか一つに記載の発電設備（１，２）において、
この発電設備が、発電設備の排ガス（４）からＣＯ２を除去可能なＣＯ２回収システム（１２）のために必要なスペースを有することと、
この発電設備が、排ガス（４）からＣＯ２を除去するＣＯ２回収システム（１２）を後で取り付けることができるように構成されているか、この発電設備が、ＣＯ２回収システム（１２）を後で取り付けるために準備された排ガス用ダクトと煙突（１６）を有するか、或いはその両方であることと、
を特徴とする発電設備。
【請求項１２】
請求項１０に記載の発電設備（１，２）の動作方法において、
第一の蒸気タービン機器（１４）が、蒸気サイクルの定常状態の全ての動作点の間に電力を作り出すように動作することと、
ＣＯ２回収システム（１２）が動作している期間の間、第二の蒸気タービン機器（１５）の少なくとも一部の蒸気が、ＣＯ２回収システム（１２）に迂回されるか、電力を作り出すとともに、低圧蒸気をＣＯ２回収システム（１２）に送り出すか、或いはその両方を行うように動作することと、
ＣＯ２回収システム（１２）が動作していない時に、両方の蒸気タービン機器（１４，１５）が、全ての使用可能な蒸気を用いて、電力を作り出すように動作することと、
を特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、
電力需要が大きな期間の間又はＣＯ２の回収が不要又は動作不可能な間に、ＣＯ２回収システム（１２）が切り換えられて、第二の蒸気タービン機器（１５）の第二の低圧タービン（２８）がピーク電力を作り出すように動作することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の方法において、
ＣＯ２回収システム（１２）が動作していない時に、第二の蒸気タービン機器の第二の低圧タービン（２８）に最小限の蒸気フローを加えて、速い始動又は負荷動作のために第二の蒸気タービン（２８）を温められた状態に維持することを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載の発電設備（１，２）を後で取り付ける方法において、
ＣＯ２回収システム（１２）は、ＣＯ２回収システム（１２）のために設けられたスペースに配備されることと、
ＣＯ２回収システム（１２）は、発電設備（１，２）が動作している間に配備されることと、
発電設備（１，２）の動作は、ＣＯ２回収システム（１２）の接続とその後の再稼働のためだけに中断され、ＣＯ２回収システム（１２）の接続とは、低圧蒸気（１１ｃ）、復水（１３）、電力供給及び制御の接続、並びに排ガス用ダクトの接続と排ガス用ダクトの改修の一方又は両方であることと、
を特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ２回収部を統合した発電設備及びＣＯ２回収部用の準備を整えた発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、温室効果ガスの発生が地球の温暖化を引き起して、温室効果ガスの発生量が更に増加すると地球の温暖化を加速させることが明らかになった。ＣＯ２（二酸化炭素）は、主要な温室効果ガスとして看做されているので、ＣＣＳ（炭素の回収と貯蔵）が、温室効果ガスの大気中への放出を削減して、地球の温暖化を制御できる重要な手段の一つとして考えられている。そのような意味において、ＣＣＳは、ＣＯ２の回収、圧縮、輸送、貯蔵を行うプロセスとして定義される。回収は、炭素をベースとする燃料の燃焼後の排ガスからＣＯ２を除去するか、或いは燃焼前に炭素を除去して、処理するプロセスとして定義される。排ガス又は燃料ガスの流れからＣＯ２を除去するための吸収剤、吸着剤又はその他の手段の再生は、回収プロセスの一部と考えられる。
【０００３】
現在大規模な産業用途に最も近いと考えられているＣＯ２回収技術は、燃焼後の回収である。燃焼後の回収では、ＣＯ２は、排ガスから除去される。残りの排ガスは、大気中に放出され、ＣＯ２は、輸送と貯蔵のために圧縮される。吸収、吸着、膜分離、深冷分離などの排ガスからＣＯ２を除去するための幾つかの技術が周知である。
【０００４】
ＣＯ２の回収及び圧縮のための全ての周知の技術は、比較的大きな量のエネルギーを必要とする。様々なプロセスとそれらのプロセスの発電設備への統合による発電量の低下及び効率の悪化の最適化に関する多くの文献が有る。
【０００５】
特許文献１は、燃焼後の回収の例とＣＯ２吸収又は吸収液の再生による出力電力損失を低減する方法を記載している。そこでは、発電設備の蒸気タービンの異なる段階から吸収剤を再生するための蒸気を抽出して、タービン出力の低下を最小化することが提案されている。
【０００６】
同じ観点で、特許文献２は、吸収剤を再生するために、ＣＯ２の流れを圧縮することから得られる圧縮熱を使用することを提案している。
【０００７】
これらの方法は、特定のＣＯ２回収機器の所要電力を低減することを目的としているが、設備の動作上の柔軟性を低下させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許公開第１６８８１７３号明細書
【特許文献２】国際特許公開第２００７／０７３２０１号明細書
【特許文献３】米国特許公開第５５７７３７８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の主要な課題は、ＣＯ２回収システム用の蒸気の抽出が動作している場合でも、ＣＯ２回収システムが動作しておらず、蒸気が抽出されていない場合でも、高い効率の動作を可能とする、動作上の柔軟性を向上させた、ＣＯ２回収システムを備えた化石燃料燃焼式発電設備を提示することである。更に、そのような形式の設備の動作方法も本発明の課題である。別の課題は、将来の時点にＣＯ２回収システムを後で取り付ける準備を整えた、蒸気を抽出する、或いは抽出しない形での高い効率の動作が可能な蒸気サイクルを既に配備した発電設備を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一つの主要な特徴は、二つの蒸気タービン機器による水蒸気サイクルを配備することである。一方の蒸気タービン機器は、ＣＯ２回収動作と独立して動作し、他方の蒸気タービン機器は、ＣＯ２回収動作の間少なくとも部分的に停止することができる。
【００１１】
そのために、二つの蒸気タービン機器による水蒸気サイクルを備えた発電設備を提案する。第一の蒸気タービン機器は、少なくとも二つの圧力レベルを有する蒸気タービンを有し、第二の蒸気タービン機器は、蒸気を膨張させて、ＣＯ２回収システム用の供給圧力として適した背圧とするように設計された少なくとも一つの背圧タービン、或いは蒸気を膨張させて、ＣＯ２回収システム用の供給圧力として適した圧力とするように設計された中間圧タービンを有する。
【００１２】
そのような蒸気サイクルを最適化するためには、異なる圧力レベルでボイラー内の熱を抽出するのが有利である。そのため、本発明の一つの実施形態では、第二のタービン機器の背圧蒸気タービンの入口圧力は、第一のタービン機器の中間圧蒸気タービンの入口圧力よりも高いか、或いは低い。例えば、第二のタービン機器の背圧蒸気タービンの入口圧力は、第一のタービン機器の中間圧蒸気タービンの入口圧力よりも高い。その結果、水蒸気サイクル全体は、設備の性能と採算性を最大化するために、第二の蒸気タービンに対して専用の追加圧力レベルを有する。
【００１３】
第二のタービン機器の背圧蒸気タービンの出口蒸気を常時効率的に使用するために、背圧タービンの出口圧力と出力マスフローのために設計された低圧蒸気タービンは、第二のタービン機器の一部とする。それは、蒸気がＣＯ２回収システムに送り出されない場合に、背圧タービンの出口蒸気フローを機械的なエネルギーに変換する。
【００１４】
更に、第二の蒸気タービン機器の設計時のマスフローは、典型的には、第一の蒸気タービン機器よりも小さい。その結果、第二の蒸気タービン機器又は第二の蒸気タービン機器の背圧タービンは、第一の蒸気タービン機器よりも高い周波数で動作するのが有利な場合が有る。それは、配電網に電力を供給するために、変速機を介して配電網の周波数で動作する発電機と接続されるか、或いは上昇した周波数で動作する発電機を駆動する。後者の場合、第二の発電機は、周波数変換器、例えば、マトリックスコンバータを用いて、配電網と接続される。
【００１５】
別の実施形態では、本発電設備は、排ガスからＣＯ２を除去するＣＯ２回収システムを備えた、或いはＣＯ２回収システムを後で取り付ける準備を整えた複合サイクル式発電設備である。それは、排ガス用ダクトと煙突、並びに二つの蒸気タービン機器を備えている。第一の蒸気タービン機器は、蒸気を膨張させて、設置済み、或いは計画中のＣＯ２回収システム用の供給圧力として適した背圧とするように設計された少なくとも一つの背圧タービンを有する。第二の蒸気タービン機器は、その入口圧力が背圧タービンの出口圧力と一致するとともに、ＣＯ２回収システムの蒸気マスフローに関して、ＣＯ２回収システムが動作していない時に背圧蒸気タービンの出口蒸気の熱エネルギーを機械的なエネルギーに変換するように設計された低圧タービンを有する。
【００１６】
このような形式の蒸気タービン機器は、例えば、アンミンに基づくＣＯ２回収システムに適している。それらは、典型的には、低圧レベルの比較的大量の蒸気を必要とする。それらのために、背圧蒸気タービンが低い背圧に膨張させる。低品質の蒸気は、比較的低い比エンタルピーを有し、そのため、背圧蒸気タービンのマスフロー全体がＣＯ２回収のために必要となる。それによって、低圧蒸気タービンを省略することができる。この構成は、排ガスマスフローに対する蒸気マスフローの比率が小さい複合サイクル式発電設備に特に適している。低圧タービンを省略することができる別の実施形態は、吸収剤としてのアンモニアに基づくＣＯ２回収システムである。その場合、典型的には、追加のプロセス蒸気を抽出に使用することが可能である。
【００１７】
別の実施形態では、本発電設備は、排ガス再循環式ガスタービンを備えた複合サイクル式発電設備である。排ガスの一部は、その有効な熱を熱回収蒸気発生器で抽出された後、吸気又はガスタービンに再循環される。それは、排ガス中のＣＯ２濃度を増大させて、排ガスからのＣＯ２回収を容易にする。
【００１８】
別の実施形態では、第二の蒸気タービン機器の低圧タービンは、オーバーランニングクラッチを介して、第二のタービン機器のシャフトと係合可能である。蒸気が低圧タービンに供給されて、低圧タービンが動作すると、オーバーランニングクラッチが係合されて、低圧タービンが、第二の発電機を駆動する。ＣＯ２回収動作中、蒸気が供給されない場合、ギヤの係合が解かれて、蒸気タービンが停止状態に留まることができる。
【００１９】
一つの実施形態では、第一と第二の蒸気タービン機器は、これら二つの蒸気タービン機器の間のただ一つの発電機に対する一つの共通のシャフト上に一列に配置される。
【００２０】
全ての実施形態は、排ガスからＣＯ２を除去するＣＯ２回収システム、ＣＯ２回収システムとの排ガス用ダクト及びＣＯ２回収システムの下流の煙突を備えているか、或いはそのような回収システムを後で取り付けるために必要なスペースを有する。ＣＯ２回収システムは、ＣＯ２処理部、圧縮機器などの付加装置を備えることができる。本設備がＣＯ２回収システムを別途後で取り付けられるように設計されている場合、本設備と予約スペースは、ＣＯ２回収システムを後で接続できるように構成されていなければならない。更に、ＣＯ２回収前の排ガス冷却及び工事のためのスペースも、必要な場合に別途後で取り付けるために予約しておくものとする。
【００２１】
将来の時点に後で取り付ける設備の一つの実施形態では、将来のＣＯ２回収システムを考慮して、煙突は最後の位置に配置される。排ガス用ダクトは、後での取り付け前に連続動作するように設計されており、ＣＯ２回収システムが後で取り付けられると、バイパスダクトとして使用できる。ＣＯ２回収システムを後で取り付ける影響を最小限にするために、排ガス用ダクトは、ＣＯ２回収システムを後で取り付けた場合に排ガスをＣＯ２回収システムに送るフラップ、ダンパー又はダイバータを事前に構成されているものとする。更に、それは、将来のＣＯ２回収システムからのＣＯ２を除去された排ガスを排ガス用ダクトに戻すための分岐接続部を備えているものとする。ＣＯ２回収システムがフル稼働した場合、ダンパー又はダイバータの下流に有る、発電設備の本来の排ガス用ダクトの一部は、バイパスダクトとなる。
【００２２】
ＣＯ２回収システムの追加圧力損失を考慮すると、排ガス用送風機のためのスペースは、実現可能な場合に設けられているものとする。それによって、排ガスを煙突に直接誘導するダクトの初期の背圧に関して、発電設備を最適化することが可能となる。一つの実施形態では、排ガス用送風機は、ダイバータ又はダンパーの下流に設置されるとともに、ＣＯ２回収動作のためだけに必要である。
【００２３】
排ガス用ダクトの機械的なインタフェースの外に、復水用戻り配管、発電設備とＣＯ２回収システム間の制御インタフェースを含む、ＣＯ２回収システムへの低圧蒸気用パイプ装置が必要である。
【００２４】
ここで提案している設備構成の一つの主要な利点は、既存の発電設備を大幅に改修すること無く、ＣＯ２回収部を備えていない既存の従来の発電設備に後で取り付けて、ＣＯ２回収部を備えた発電設備に改造できることである。
【００２５】
本発明の一つの構成要素は、ＣＯ２回収部を備えていない既存の従来の発電設備に後で取り付けて、ＣＯ２回収部を備えた発電設備とする方法である。本方法では、ＣＯ２回収システムは、既存の発電設備に隣接して配備される。
【００２６】
本方法の一つの実施形態では、ＣＯ２回収システム、追加の排ガス用ダクト、並びに必要な蒸気、電力及び制御接続部は、従来の発電設備が通常通り動作している間に配備される。既存の従来の発電設備の動作は、既存の従来の発電設備をＣＯ２回収システムと接続するためだけに中断される。そのために、追加の、或いは変更された排ガス用ダクトだけが接続される。更に、低圧蒸気、復水、電力供給部及び制御部がＣＯ２回収システムと接続される。更に、その後の再稼働を実施しなければならない。ここで提案している蒸気サイクルは、ＣＯ２回収システムを後で取り付けるものと規定しているので、本来の発電設備自体の主要な構成部分、例えば、蒸気又はガスタービン、或いはボイラーの改修又は後での取り付けは、実施する必要がないか、或いは非常に限定的にのみ実施される。
【００２７】
ＣＯ２回収システムは、既存の発電設備の動作と独立してコールド形態で稼働させることができる。従来の発電設備からＣＯ２回収方式に切り換えるためには、フラップ、ダンパー又はダイバータが排ガスを送り出す方向を単純に変更すればよい。その構成に応じて、ＣＯ２回収システムからの戻り分岐部を既存の煙突に接続すればよい。
【００２８】
従って、既存の発電設備の商用動作の中断を最小限にできる。排ガス用ダクトの再接続又は変更に必要な時間は、既存の発電設備の通常の保守のための計画停電に必要な時間以下に低減できる。
【００２９】
本発明の別の主題は、前述した通りのＣＯ２回収システムを備えた、炭素をベースとする燃料を燃焼させる発電設備の動作方法である。その動作方法では、第一の蒸気タービン機器は、蒸気サイクルの定常状態の動作の間に電力を作り出すように動作する。第二の蒸気タービン機器は、ＣＯ２回収システム１２が動作している期間の間、ＣＯ２回収システム用の蒸気を供給するために、少なくとも部分的に迂回されるか、或いは電力を作り出して、低圧蒸気をＣＯ２回収システム１２に送り出すように動作する。ＣＯ２回収システムが動作していない時には、両方の蒸気タービン機器は、定常状態の動作の間、全ての使用可能な蒸気を用いて電力を作り出すように動作する。全ての使用可能な蒸気とは、発電設備自体の動作、例えば、燃料の予熱に必要な蒸気フローの分だけ低減された、或いは例えば、コージェネレーションでのプロセス蒸気として転換された蒸気の分だけ低減された、ボイラー又はＨＲＳＧが発生する蒸気である。
【００３０】
別の実施形態では、電力需要が大きい期間の間、或いはＣＯ２回収が不要又は動作不可能な間、ピーク電力を作り出すために、ＣＯ２回収ユニットを停止して、第二の蒸気タービン機器の低圧タービンを動作させる。
【００３１】
電力需要が大きい期間の間に追加電力が必要な場合、第二の蒸気タービン機器の低圧タービンの速い始動及び／又は負荷動作を可能とするために、第二の蒸気タービン機器の低圧タービンに最小限の蒸気フローを加えて、それを温められた状態に保持する。
【００３２】
そのような水蒸気サイクルの二つの部分への分割によって、ＣＯ２回収システムのために蒸気を使用する場合でも、ＣＯ２回収システムのために蒸気を使用しない場合でも、高い効率の動作が可能となる。それによって、ＣＯ２回収と最適化の目標に応じた様々な動作方法による柔軟な動作が可能となる。考えられる最適化の目標は、例えば、最大電力、最大効率、最大ＣＯ２回収率である。
【００３３】
ここで述べた蒸気発電設備は、典型的には、石炭燃焼式蒸気発電設備である。しかし、本発明は、石油又はガス燃焼式蒸気発電設備などのそれ以外の形式の化石燃料燃焼式蒸気発電設備にも適用可能である。
【００３４】
以下において、添付図面を用いて、本発明の特徴と利点を詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ＣＯ２回収システムと二つの蒸気タービン機器による水蒸気サイクルを備えた化石燃料燃焼式蒸気発電設備の模式図
【図２】ＣＯ２回収システムと四つの圧力レベルを使用する二つの蒸気タービン機器による水蒸気サイクルを備えた化石燃料燃焼式蒸気発電設備の模式図
【図３】排ガス再循環部、ＣＯ２回収システム及び二つの蒸気タービン機器による水蒸気サイクルを備えた複合サイクル式設備の模式図
【図４】排ガス再循環部、ＣＯ２回収システム及び一つのシャフトに沿って一列に配置された、オーバーランニングクラッチを介して係合可能な二つの蒸気タービン機器による水蒸気サイクルを備えた複合サイクル式設備の模式図
【図５】排ガス再循環部、ＣＯ２回収システム及び一つのシャフトに沿って一列に配置され、第二の蒸気タービン機器がオーバーランニングクラッチを介して係合可能な二つの低圧タービンを有する二つの蒸気タービン機器による水蒸気サイクルを備えた複合サイクル式設備の模式図
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明によるＣＯ２回収部を備えた発電設備の主要な構成部分は、第一の蒸気タービン機器１４、第二の蒸気タービン機器１５及びＣＯ２回収システム１２を備えた発電設備１，２である。
【００３７】
本発明の一つの実施形態による設備構成の第一の例が、図１に図示されている。この例では、発電設備１は、蒸気発電設備１である。それは、化石燃料８と空気７を供給されるボイラー３、第一の蒸気タービン機器１４、第二の蒸気タービン機器１５及びＣＯ２回収システム１２を備えている。燃料７と空気８は、ボイラー３内で燃焼されて、生蒸気９，１０，３７と排ガス４が発生する。
【００３８】
第一の蒸気タービン機器１４は、ＨＰＴ（高圧蒸気タービン）２４、ＩＰＴ（中間圧蒸気タービン）２５及びＬＰＴ（低圧蒸気タービン）２６を有する。ＨＰＴ２４とＩＰＴ２５は、ボイラー３からの高圧の生蒸気９と中間圧の生蒸気１０によって駆動される。ＬＰＴ２６は、ＩＰＴ２５から得られる低圧の蒸気１１ａ及び／又はボイラー３からの低圧の生蒸気３７によって駆動される。この構成は、更に、電力を作り出す発電機５と、ボイラー３に給水１９を戻す復水器１８とを有する。この蒸気サイクルは、簡略化されており、給水ポンプ、ボイラーの細部などは本発明の対象ではないので、それらが無い形で模式的に図示されている。
【００３９】
第二の蒸気タービン機器１５は、背圧蒸気タービン２７と第二のＬＰＴ（低圧蒸気タービン）２８を有する。背圧蒸気タービン２７は、ボイラー３からの中間圧の生蒸気１０によって駆動される。それに代わって、背圧蒸気タービン２７は、第一のＩＰＴ２５から抽出された中間圧の蒸気１０’によって駆動することもできる。そのような蒸気の抽出は、蒸気抽出弁２９によって制御できる。中間圧の蒸気１０は、蒸気制御弁３８によって制御できる。第二のＬＰＴ２８は、ＣＯ２回収システムが動作していない場合に背圧蒸気タービン２７の排気蒸気から得られる低圧の蒸気１１ｂによって駆動される。第二のＬＰＴ２８への蒸気フローは、第二のＬＰ制御弁４１によって制御される。この構成は、更に、電力を作り出す発電機４５と、ボイラー３に給水１９を戻す復水器１８とを有する。この蒸気サイクルは、簡略化されており、給水ポンプ、ボイラーの細部などは本発明の対象ではないので、それらが無い形で模式的に図示されている。
【００４０】
ＣＯ２回収システム１２は、排ガス４からＣＯ２を除去する箱として模式的に図示されている。ＣＯ２を除去された排ガス１６は、ＣＯ２回収ユニット１２から煙突１６に放出される。ＣＯ２回収ユニット１２が動作していない場合、排ガス用バイパス４０を介して、それを迂回することができる。そのようなバイパスフローを制御するために、排ガス用ダクトにバイパス用フラップ２１が配備されている。
【００４１】
ＣＯ２回収システム１２は、例えば、吸収剤によって排ガス４からＣＯ２を除去するＣＯ２吸収ユニットと、吸収剤からＣＯ２を放出させる再生ユニットとを有する。排ガスの温度とＣＯ２吸収ユニットの動作温度範囲に応じて、排ガス用冷却機６も必要な場合が有る。回収されたＣＯ２は、圧縮と貯蔵１７のために送り出される。典型的には、ＣＯ２回収システムは、その再生ユニットのために大量の熱エネルギーを必要とする。それは、背圧蒸気タービン２７からの低圧蒸気１１ｃとしてＣＯ２回収システムに供給される。ＣＯ２回収システム１２への低圧蒸気１１ｃの流れは、回収システム用制御弁４２によって制御される。復水又は低品質の蒸気は、ＣＯ２回収システム１２から水蒸気サイクルの復水リターン１３に戻される。
【００４２】
図２は、ＣＯ２回収システム１２と四つの圧力レベルを使用する二つの蒸気タービン機器１４，１５による水蒸気サイクルを備えた化石燃料燃焼式蒸気発電設備１を模式的に図示している。第一の蒸気タービン機器１４とＣＯ２回収システム１２は、図１に図示されたものと同様である。
【００４３】
この例では、背圧蒸気タービン２７は、第一の蒸気タービン機器１４のＩＰＴ２５と同じ圧力レベルの中間圧の蒸気１０ではなく、第一の蒸気タービン機器１４の中間圧と比べて増大された圧力レベルの中間圧を増大された蒸気２０を供給される。背圧蒸気タービン２７への中間圧を増大された蒸気４３の流れは、蒸気制御弁３８によって制御できる。中間圧蒸気タービンのために二つの異なる圧力レベルを使用することによって、水蒸気サイクルは効果的に４圧力レベルのサイクルとなる。それによって、より良好に抽出された熱を活用できるとともに、全体的な効率を向上させることが可能となる。
【００４４】
図３は、排ガス再循環部３５を備えたガスタービン３０、ＣＯ２回収システム１２及び二つの蒸気タービン機器１４，１５による水蒸気サイクルを有する複合サイクル式設備２を模式的に図示している。第一と第二の蒸気タービン機器１４，１５は、図１に図示されたものと同様である。
【００４５】
ガスタービン３０は、吸気７を圧縮する圧縮機３１、燃焼器３２及びタービン３３を有し、発電機５を駆動する。圧縮されたガスは、燃焼器３２内で燃料８を燃焼させるために使用されて、加圧された熱いガスがタービン３３内で膨張する。その主な出力は、発電機５からの電力と熱い排ガス３４である。熱い排ガス３４は、生蒸気９，１０，３７を発生する熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）３９を通過する。排ガスは、低い温度レベルでＨＲＳＧ３９から出て行き、ＣＯ２回収システム１２に送り出される。
【００４６】
この例では、ガスタービンは、排ガス再循環部を備えたガスタービンとして図示されている。排ガスの制御可能な部分は、（図示されていない）ダンパー、或いは制御フラップ及び／又は送風機によって、排ガス再循環部２２の方に方向転換されて、排ガス再循環ライン３５を介して吸気７に再循環される。この再循環された排ガスは、ガスタービンの圧縮機３１の入口温度を制限又は制御するために、排ガス用冷却機３６で冷却される。排ガス用冷却機３６は、典型的には、冷却された排ガスから復水を除去する（図示されていない）復水分離器を備えている。
【００４７】
更に、複合サイクル式発電設備２は、図１に図示されたものと同様の第一と第二の蒸気タービン機器１４，１５を備えている。しかし、蒸気は、ボイラー３からではなく、ＨＲＳＧ３９から供給される。
【００４８】
図４は、排ガス再循環部３５とＣＯ２回収システム１２を備えた複合サイクル式設備２の別の例を模式的に図示している。この例では、水蒸気サイクルの二つの蒸気タービン機器１４，１５は、一つのシャフトに沿って一列に配置されている。第一のタービン機器１４は、簡略化されており、ＨＰＴ２４と、ＣＯ２回収システム１２が必要とする特性で排気蒸気を提供する背圧タービンとして設計されたＩＰＴ２５とだけから構成される。ＩＰＴ２５の排気蒸気は、低圧の蒸気であり、ＣＯ２回収システム１２が動作していない時に第二の蒸気タービン機器を駆動するために使用されるか、或いはＣＯ２回収システム１２のために使用される。
【００４９】
第二の蒸気タービン機器１５も、簡略化されており、ＬＰＴ２８だけから構成される。それは、第一の蒸気タービン機器１４と同じシャフトに沿って配置されている。ＬＰＴ２８が動作している場合、それは、オーバーランニングクラッチ２３を介して、第一の蒸気タービン機器１４の発電機５と係合される。低圧蒸気１１ｃがＣＯ２回収システム１２の動作のために使用される場合、第二の蒸気タービン機器１５は、オフラインとなり、オーバーランニングクラッチ２３の係合は解かれる。
【００５０】
第二のＬＰＴ２８への低圧蒸気１１ｂの流れは、第二のＬＰ制御弁４１によって制御される。ＣＯ２回収システム１２への低圧蒸気１１ｃの流れは、回収システム用制御弁４２によって制御される。
【００５１】
本発明の別の実施形態が図５に図示されている。それは、排ガス再循環部、ＣＯ２回収システム１２及び二つの蒸気タービン機器１４，１５を一つのシャフトに沿って一列に配置した水蒸気サイクルを備えた複合サイクル式設備２を模式的に図示している。それは、図４に示された例と同様であるが、第二の蒸気タービン機器１５が、オーバーランニングクラッチ２３を介して係合可能な二つの低圧タービン２８，４４を有する。ＣＯ２回収システム１２の蒸気の要件に応じて、ＣＯ２回収システム１２は、ＩＰＴ２５の全ての排気蒸気を必要としない。余分の低圧蒸気１１ａを活用するために、第二の低圧蒸気タービン４４が第二の蒸気タービン機器１５に追加されている。第一の蒸気タービン機器のＨＰＴ２４とＩＰＴ２５は、発電機の一方の側で発電機５と連結されている。追加のＬＰＴ４４は、他方の側で発電機５と連結されている。更に、第二の蒸気タービン機器のＬＰＴ２８は、オーバーランニングクラッチ２３を介して、追加のＬＰＴ４４と係合可能である。第二のＬＰＴ２８への低圧蒸気１１ｂの流れは、第二のＬＰ制御弁４１によって制御される。追加の低圧蒸気タービン４４への低圧蒸気の流れは、ＬＰ制御弁４３によって制御される。ＬＰＴ２８の設計時のマスフローは、設計条件でのＣＯ２回収システム１２の蒸気の要件と等しい。追加のＬＰＴ４４の設計時のマスフローは、設計条件での使用可能な低圧蒸気と設計条件でのＣＯ２回収システム１２の蒸気の要件の間の差に一致する。ここで、設計条件とは、設備設計のためのベース負荷と環境条件で設備を動作させる場合の条件、例えば、ＩＳＯによる条件（ＩＳＯ２３１４、周囲温度１５°Ｃ、周囲圧力１０１３ｍｂａｒ、相対湿度６０％）である。
【００５２】
前記の図面に図示した実施例は、当業者に対して、それらの実施例と異なるが、本発明の範囲内に含まれる実施形態を提示している。
【００５３】
例えば、全ての図面は、ＣＯ２回収システムを備えた発電設備１，２を図示している。本発明による回収の準備を整えた発電設備１，２を提示するために、同じ構成と二つの蒸気タービン機器１４，１５を使用することができる。排ガス用冷却機６を含むＣＯ２回収システム１２は、単純に省略されるか、或いは将来の時点に後で取り付けるためのスペースで置き換えられる。ＣＯ２回収システムとＣＯ２回収システム１２に低圧蒸気１１ｃを供給する蒸気ラインを接続するのに必要な排ガス用ダクトは、省略するか、或いは後での接続のためにブラインドフランジを配備することができる。
【００５４】
前述した例では、単一燃焼式ガスタービンが記載されている。例えば、特許文献３に記載されている、再熱燃焼器を備えたガスタービンとも呼ばれる逐次燃焼式ガスタービンを同様に使用できるものと理解すべきである。逐次燃焼式ガスタービンと単一燃焼式ガスタービンの組み合わせに基づく発電設備も使用できる。逐次燃焼式ガスタービンの使用は、典型的には、排ガス中のＣＯ２濃度が単一燃焼式ガスタービンよりも高くなるので、その方が有利である場合が有る。
【００５５】
これらの例では、複合サイクル式発電設備に対して、単一シャフト式パワートレインが図示されていない。しかし、オーバーランニングクラッチ２３を介して第一の蒸気タービン機器１４及び／又は第二の蒸気タービン機器１５をガスタービンの発電機５と連結した単一シャフト式パワートレインによる構成も同様に考えられる。
【００５６】
更に、ボイラーとの用語は、限定された意味で使用すべきではない。例えば、超臨界蒸気発電機も、本発明の意味におけるボイラーと考えられる。
【符号の説明】
【００５７】
１    ＣＯ２回収部を備えた蒸気発電設備
２    ＣＯ２回収部を備えた複合サイクル式発電設備
３    ボイラー
４    排ガス
５    発電機
６    排ガス用冷却機
７    空気
８    燃料
９    高圧生蒸気
１０，１０’    中間圧蒸気
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ    低圧蒸気
１２    ＣＯ２回収システム
１３    復水リターン
１４    第一の蒸気タービン機器
１５    第二の蒸気タービン機器
１６    ＣＯ２を除去された排ガス
１７    圧縮及び貯蔵用ＣＯ２
１８    復水器
１９    給水
２０    中間圧を増大された生蒸気
２１    ＣＯ２回収システム用バイパスフラップ
２２    排ガス再循環用制御フラップ
２３    オーバーランニングクラッチ
２４    ＨＰＴ（高圧蒸気タービン）
２５    第一のＩＰＴ（中間圧蒸気タービン）
２６    第一のＬＰＴ（低圧蒸気タービン）
２７    第二のＩＰＴ（中間圧蒸気タービン）
２８    第二のＬＰＴ（低圧蒸気タービン）
２９    蒸気抽出弁
３０    ガスタービン
３１    圧縮機
３２    燃焼器
３３    タービン
３４    ガスタービンの排ガス
３５    排ガス再循環ライン
３６    排ガス用冷却機
３７    低圧生蒸気
３８    ＩＰ制御弁（中間圧蒸気制御弁）
３９    ＨＲＳＧ（熱回収蒸気発生器）
４０    排ガス用バイパス
４１    ＬＰ制御弁（低圧蒸気制御弁）
４２    ＣＯ２回収システム用制御弁
４３    ＬＰ制御弁
４４    ＬＰ蒸気タービン
４５    発電機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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