(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧蒸気タービンと、
系外から供給される燃料と酸素を燃焼させる第一の燃焼器と、
前記高圧蒸気タービン排気と前記第一の燃焼器で発生した燃焼ガスを混合して生成される蒸気燃焼ガス混合流体により駆動される第一のガスタービンと、
前記第一のガスタービン排気に系外から燃料と酸素を補給して燃焼させる第二の燃焼器と、
前記第二の燃焼器で生成される蒸気燃焼ガス混合流体を高温熱源として、前記高圧蒸気タービンを駆動する蒸気を発生する排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラで熱交換した後排気される前記蒸気燃焼ガス混合流体により駆動される第二のガスタービンと、
前記第二のガスタービンの排気に含まれる非凝縮性ガスを分離回収し系外へ排出する非凝縮性ガス分離回収装置を備えた復水器と、
前記復水器で凝縮され回収された水の余剰分を系外へ排出する排水設備と、
前記の余剰分の水を系外に排出した後に残された水を排熱回収ボイラへ供給する給水設備と、
を備えた炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラント。
【請求項２】
高圧蒸気タービンと、
系外から供給される燃料と酸素を燃焼させる第一の燃焼器と、
前記高圧蒸気タービン排気と前記第一の燃焼器で発生した燃焼ガスを混合して生成される蒸気燃焼ガス混合流体により駆動される第一のガスタービンと、
系外から供給される燃料と酸素を燃焼させる第二の燃焼器と、
前記第一のガスタービン排気と前記第二の燃焼器で発生した燃焼ガスを混合して生成される蒸気燃焼ガス混合流体により駆動される第二のガスタービンと、
前記第二のガスタービンの排気に系外から燃料と酸素を補給して燃焼させる第三の燃焼器と、
前記第三の燃焼器で生成される蒸気燃焼ガス混合流体を高温熱源として、前記高圧蒸気タービンを駆動する高温高圧蒸気を発生する排熱回収ボイラと、
前記排熱回収ボイラで熱交換した後排気される前記蒸気燃焼ガス混合流体により駆動される第三のガスタービンと、
前記第三のガスタービン排気に含まれる非凝縮性ガスを分離回収し系外へ排出する非凝縮性ガス分離回収装置を備えた復水器と、
前記復水器で凝縮され回収された水の余剰分を系外へ排出する排水設備と、
前記の余剰分の水を系外に排出した後に残された水を排熱回収ボイラへ供給する給水設備と、
を備えた炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラント。
【請求項３】
前記高圧蒸気タービンの排気から抽気され前記第一のガスタービンを冷却した後に前記第一の燃焼器に投入されるガスタービン冷却ラインを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラント。
【請求項４】
前記高圧蒸気タービンの排気から抽出され一方で前記第一のガスタービンを冷却した後に前記第一の燃焼器に投入されるとともにまた一方で前記第二のガスタービンを冷却した後に前記第二の燃焼器に投入されるガスタービン冷却ラインを有する
ことを特徴とする請求項２に記載の炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラント。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントにおけるプラント運転方法において、
燃焼器における燃焼を、燃料として炭化水素系燃料、酸化剤として酸素を系外より供給し、かつ燃焼により生成される非凝縮性ガスの量が最小となるように供給する炭化水素系燃料と酸素の供給割合を理論当モル比に制御する
ことを特徴とする炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントの運転方法。
【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、とりわけ燃料酸化剤として酸素を使用し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、このガスタービン排ガス中の炭酸ガスを分離回収するようにした炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラント及びその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に従来技術による炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントのシステム構成を示す。このシステムは、公知のガスタービン複合発電プラントシステムにおいて、排熱回収ボイラ１から排出される排ガスから化学吸収法または物理吸着法等の方法により炭酸ガスを分離回収する炭酸ガス分離回収装置３５が付加されたものである。
図５に示される従来技術による炭酸ガス回収型タービン発電プラントの構成の特徴及び問題点は次のとおりである。
【０００３】
ガスタービン３１によって駆動される圧縮機３２で所定圧力（通常３ＭＰａ以下）に加圧された空気は、燃焼器３３で同じく加圧されて供給される燃料と混合し燃焼して、高温（通常１４５０℃以下）の燃焼ガスとなり、タービン３４に導入されほぼ大気圧まで膨張してガスタービン３４および発電機１０を駆動する。前記タービン３４の排気ガス（通常６００℃以下）は、その保有熱を回収し電力を発生するために、排熱回収ボイラ１に送られ給水と熱交換して蒸気を発生する。排熱回収ボイラ１を出て低温（通常１００℃程度）となった排ガスは、炭酸ガス分離回収装置３５に導かれ、ここにおいて炭酸ガスが分離回収される。残りの排ガス（主成分は窒素ガスおよび水蒸気）は、煙突３７より大気に放出される。排熱回収ボイラ１で発生した蒸気は、配管３８を経由して蒸気タービン３６に供給され、ここで復水器１１内圧力まで膨張して蒸気タービン３６を駆動し発電機１０で電力を発生する。
【０００４】
図５は、ガスタービン３１および蒸気タービン３６が同軸で接続されている構成の例を示す。蒸気タービン３６を駆動した蒸気は復水器１１で凝縮して水となり、低圧給水加熱器３９、脱気器４０を経て、給水ポンプ１５で所定圧まで昇圧され、高圧給水加熱器４１を経て、排熱回収ボイラ１へ供給されサイクル作動流体として循環する。
【０００５】
図５に示される前述の発電プラントシステムの温度（Ｔ）−エントロピー（Ｓ）線図（Ｔ−Ｓ線図）を図６に示す。
ガスタービン３１の排ガス保有熱の有効利用（図中「蒸気タービンサイクル」と記載）を図るコンバインド（複合）サイクルでは、ガスタービンだけのシンプルサイクルの場合より高い発電効率が得られる。最新のガスタービンコンバインドサイクル発電プラントの発電効率はおおよそ５１％である。図６において「ガスタービンサイクル」および「蒸気タービンサイクル」と記入した白抜き部が有効仕事量を、斜線部が熱損失を、示す。ここで炭酸ガス分離回収装置３５は炭酸ガスの分離にエネルギー（動力および熱）を消費するので、発電プラントとしての入熱量は増加し、実際に有効な電力（送電端出力）は減少する。よって、送電端基準のプラント効率を向上するためには炭酸ガス分離回収装置３５において炭酸ガスの分離のために消費されるエネルギー（動力および熱）を低減することが必要である。
【０００６】
ガスタービンの空気比（理論空気量に対する実際の空気量の比）は高温ガスタービンにおいても通常２以上であるが、燃焼ガスには炭酸ガスの他に燃焼空気中の窒素ガスや水蒸気も含まれる。燃焼ガスが膨張しガスタービンを駆動し排熱回収ボイラで熱交換した後の温度は通常約１００℃であり、常温に比し体積流量が大きい。よって、炭酸ガス分離回収プロセスにおいては、このような膨張後の体積流量の大きな大量の燃焼ガスを処理することが必要となる。
【０００７】
このようにガスタービンを駆動した後の膨張した燃焼ガスから炭酸ガスを分離するには、体積流量の大きな大量の燃焼ガスを処理しなければならないので、処理設備が大型化するとともに、炭酸ガス分離回収に要するエネルギー消費量（動力および熱の消費量）も大きく、そのため送電端基準プラント効率上は不利となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、ガスタービン発電プラントとしてシステムがシンプルであり、炭酸ガス分離に要するエネルギー消費量が少なく、送電端基準プラント効率の高い炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラント及びその運転方法を提供する。
【００１０】
請求項１記載の発明は、高圧蒸気タービンと、系外から供給される燃料と酸素を燃焼させる第一の燃焼器と、前記高圧蒸気タービン排気と前記第一の燃焼器で発生した燃焼ガスを混合して生成される蒸気燃焼ガス混合流体により駆動される第一のガスタービンと、前記第一のガスタービン排気に系外から燃料と酸素を補給して燃焼させる第二の燃焼器と、前記第二の燃焼器で生成される蒸気燃焼ガス混合流体を高温熱源として、前記高圧蒸気タービンを駆動する蒸気を発生する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラで熱交換した後排気される前記蒸気燃焼ガス混合流体により駆動される第二のガスタービンと、前記第二のガスタービンの排気に含まれる非凝縮性ガスを分離回収し系外へ排出する非凝縮性ガス分離回収装置を備えた復水器と、前記復水器で凝縮され回収された水の余剰分を系外へ排出する排水設備と、前記の余剰分の水を系外に排出した後に残された水を排熱回収ボイラへ供給する給水設備と、を備えた炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントである。
【００１１】
本発明の炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントにおいては、第二の燃焼器で補給される燃料と酸素で助燃され加熱された蒸気燃焼ガス混合流体が排熱回収ボイラに導入されこれと給水との熱交換によって発生する高圧高温蒸気が高圧配管に導かれて高圧蒸気タービンに導入されタービンを駆動し、その排気と系外から第一の燃焼器に供給される燃料及び酸素が燃焼して生成された燃焼ガスが混合した高温の蒸気燃焼ガス混合流体が第一のガスタービンを駆動する。排熱回収ボイラ給水を高圧化し、第一の燃焼器、第二の燃焼器の性能を高めることにより、前記各々のタービン駆動流体をタービン入口温度許容限界まで高温化することが可能となる。排熱回収ボイラで給水との熱交換を行った蒸気燃焼ガス混合流体は、全量、第二のガスタービンを駆動した後、復水器内に導かれる。復水器には炭酸ガスを含む非凝縮性ガスを分離回収し系外へ排出する非凝縮性ガス排出装置が装備されている。第二のガスタービン排気は、復水器で冷却され潜熱を放出し、水蒸気成分は直ちに凝縮して水にって回収され、同時に、気相中には炭酸ガスを含む非凝縮性ガスが受動的に残って分離され回収される。このように回収された水のうち、燃料の燃焼によって生成した水量相当分の余剰の水は、排水設備により系外に排出され、残りの復水は、給水設備によって配管を経て排熱回収ボイラへ供給されシステムを循環する。このようなシンプルなタービンプラント構成によって、炭酸ガスを確実に分離回収しつつ効率よく発電をおこなうことが可能となる。
【００１２】
請求項２記載の本発明は、高圧蒸気タービンと、系外から供給される燃料と酸素を燃焼させる第一の燃焼器と、前記高圧蒸気タービン排気と前記第一の燃焼器で発生した燃焼ガスを混合して生成される蒸気燃焼ガス混合流体により駆動される第一のガスタービンと、系外から供給される燃料と酸素を燃焼させる第二の燃焼器と、前記第一のガスタービン排気と前記第二の燃焼器で発生した燃焼ガスを混合して生成される蒸気燃焼ガス混合流体により駆動される第二のガスタービンと、前記第二のガスタービンの排気に系外から燃料と酸素を補給して燃焼させる第三の燃焼器と、
前記第三の燃焼器で生成される蒸気燃焼ガス混合流体を高温熱源として、前記高圧蒸気タービンを駆動する高温高圧蒸気を発生する排熱回収ボイラと、前記排熱回収ボイラで熱交換した後排気される前記蒸気燃焼ガス混合流体により駆動される第三のガスタービンと、前記第三のガスタービン排気に含まれる非凝縮性ガスを分離回収し系外へ排出する非凝縮性ガス分離回収装置を備えた復水器と、前記復水器で凝縮され回収された水の余剰分を系外へ排出する排水設備と、前記の余剰分の水を系外に排出した後に残された水を排熱回収ボイラへ供給する給水設備と、を備えた炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントである。
【００１３】
本発明を構成する炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントは、前述の請求項１の発明による炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントにおける第一のガスタービンの後に更に第二のガスタービンを追設した構成となっている。排熱回収ボイラ給水の高圧化と第一乃至第三の燃焼器を最大限機能させることにより、タービン駆動流体をそれぞれのタービンの入口温度許容限界まで高温化することが可能である。このようにシンプルなタービンプラント構成により、炭酸ガスを確実に分離回収しつつ効率よくプラント出力の増加を図ることが可能となる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載の炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントにおいて、前記高圧蒸気タービンの排気から抽気され前記第一のガスタービンを冷却した後に前記第一の燃焼器に投入されるガスタービン冷却ラインを有することを特徴とするものである。これにより、タービン駆動流体に吹き出す冷却方式に比べ、駆動流体の仕事量の割合が増えプラント効率が向上する。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項２に記載の炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントにおいて、前記高圧蒸気タービンの排気から抽出され一方で前記第一のガスタービンを冷却した後に前記第一の燃焼器に投入されるとともにまた一方で前記第二のガスタービンを冷却した後に前記第二の燃焼器に投入されるガスタービン冷却ラインを有することを特徴とするものである。前述同様、これにより、タービン駆動流体に吹き出す冷却方式に比べ、駆動流体の仕事量の割合が増えプラント効率が向上する。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントにおけるプラント運転方法において、燃焼器における燃焼を、燃料として炭化水素系燃料、酸化剤として酸素を系外より供給し、かつ燃焼により生成される非凝縮性ガスの量が最小となるように供給する炭化水素系燃料と酸素の供給割合を理論当モル比に制御することを特徴とするものである。このように、燃焼器における酸素及び燃料の供給割合を理論当モル比とすることにより、酸素及び燃料の消費量が最小、燃量消費効率が最大となるとともに、復水器における非凝縮性ガス量が最小となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントを図を用いて詳細に説明する。ただし、この実施の形態に記載される構成部品、寸法、配置、固定方法などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる例示に過ぎない。
図１は、本発明の第一の実施の形態の炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントを示す。
【００１８】
図１に示される本発明の第一の実施の形態の炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントにおいて、１は排熱回収ボイラ、２は高圧配管、３は高圧蒸気タービン、４は第一の燃焼器たる中圧ガスタービン用燃焼器、５は第一のガスタービンたる中圧ガスタービン、６はガスタービン冷却ライン、７は第二の燃焼器たる排熱回収ボイラ入口燃焼器、８は低圧配管、９は第二のガスタービンたる低圧ガスタービン、１０は発電機、１１は復水器であり、前記復水器１１は非凝縮性ガスを分離回収し系外へ排出する非凝縮性ガス分離回収装置１２を備えており、１３は排水設備、１４は給水設備、１５は給水配管である。また、１８は燃料供給装置、１９は酸素製造装置、２０は燃料および酸素供給制御装置、２１は燃料供給制御弁、２２は酸素供給制御弁である。
【００１９】
排熱回収ボイラ１で発生した高圧高温蒸気（例；３５ＭＰａ×６５０℃）は、高圧配管２を経て高圧蒸気タービン３に供給され、膨張して前記高圧蒸気タービン３を駆動し動力を発生する。
【００２０】
中圧ガスタービン用燃焼器４において、燃料（例えば、メタンＣＨ4等の炭化水素系燃料）と、酸化剤として酸素Ｏ2が、系外より供給され、酸素燃焼が行われる。前記高圧蒸気タービン３の排気はこの燃焼ガスと混合され高温の蒸気燃焼ガス混合流体が生成され、中圧ガスタービン５を駆動する。前記高圧蒸気タービン３の排気の一部は抽気されガスタービン冷却ライン６を通り前記中圧ガスタービン５を冷却し自らを加熱した後に前記中圧ガスタービン用燃焼器４に投入される。
【００２１】
前記中圧ガスタービン用燃焼器４において外部から供給される酸素供給量と燃料供給量の割合は理論当モル比になるように制御され、また酸素供給量と燃料供給量の全体量は、前記高圧蒸気タービン３の排気と燃焼ガスの混合ガス（蒸気燃焼ガス混合流体）の温度が前記中圧ガスタービン５の許容最高温度より決められる温度（例；１４５０℃）になるように制御される。中圧ガスタービン５の駆動流体である前記の混合ガスは、水蒸気Ｈ2Ｏ及び炭酸ガスＣＯ2を主成分とし、これらに加えて微少量の、窒素ガスＮ2、アルゴンガスＡｒ、酸素ガスＯ2、メタンガスＣＨ4を含む混合流体である。
【００２２】
中圧ガスタービン５で膨張し（膨張後圧力は、例えば、０．５ＭＰａ）、仕事をした蒸気燃焼ガス混合流体は、排熱回収ボイラ入口燃焼器７における補助燃焼（以下単に「助燃」という）により高圧蒸気タービン３の入口蒸気条件（例えば、３５ＭＰａ×６５０℃）を確保しまたは維持するのに必要な温度まで昇温される。排熱回収ボイラ入口燃焼器７における助燃は、外部より補給される炭化水素系燃料と酸素による酸素燃焼によって行われる。燃料供給量と酸素供給量の割合は理論当モル比になるように制御され、また燃料供給量と酸素供給量の全体量は、前述の高圧蒸気タービン３の入口蒸気条件（例えば、３５ＭＰａ×６５０℃）を確保しまたは維持するのに必要な混合ガス温度となるように制御される。
【００２３】
中圧ガスタービン５の排気と排熱回収ボイラ入口燃焼器７における助燃によって生成された燃焼ガスが混合された蒸気燃焼ガス混合流体は、排熱回収ボイラ１に導入され、給水側との熱交換をして降温した後、低圧配管８を経て低圧ガスタービン９に供給され、低圧ガスタービン９で復水器内圧力(例えば、０．００５ＭＰａ)まで膨張し仕事をする。
【００２４】
復水器１１の内圧は、冷却水温度プラスαの温度に対応する湿り蒸気飽和圧力に維持される。また復水器１１には炭酸ガスを主成分とする非凝縮性ガスを分離回収し系外へ排出する非凝縮ガス分離回収装置１２が装備されている。低圧ガスタービン１１出口よりの排気は、若干の湿り度を有する蒸気燃焼ガス混合流体であり、復水器１１内に入ると、前記排気中の水蒸気は、冷却水によって冷却され潜熱を放出して直ちに凝縮し、復水になる一方、炭酸ガスを含む非凝縮性ガスは、凝縮せず受動的に気相中にそのまま残るので、復水器１１内の下流気相側に吸い込みファンや真空ポンプ等を配置して構成される非凝縮ガス分離回収装置１２により容易に分離回収され系外に排出される。
【００２５】
復水器１１で凝縮し生成する復水のうち、前記の中圧ガスタービン用燃焼器及び排熱回収ボイラ入口燃焼器における燃料の酸素燃焼により発生した水量に相当する水は、排水装置１３に装備された排水ポンプ１３−１より系外に排出され、残りは給水設備１４に装備された給水ポンプ１４−１により給水処理装置１４−２、給水加熱器１４−３を経て給水配管１５に導かれて排熱回収ボイラへ供給され、システム内を循環する。
【００２６】
このように、本発明の第一の実施の形態の炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントは、高圧高温蒸気で駆動されるの高圧蒸気タービン３をトッピングプラントとし、その排気と中圧ガスタービン３入口側に装備された中圧ガスタービン入口燃焼器４における酸素燃焼により生成される蒸気燃焼ガス混合流体で駆動される中圧ガスタービンをミッドリングプラントとし、さらにその排気と排熱回収ボイラ１入口側に装備された排熱回収ボイラ入口燃焼器７における酸素燃焼により生成される高温燃焼ガスの混合による蒸気燃焼ガス混合流体が、排熱回収ボイラ１において前記給水と熱交換し高圧高温蒸気を発生せしめて降温した後に、この降温した蒸気燃焼ガス混合流体によって駆動される低圧ガスタービンをボトミングプラントとするシンプルな構成となっている。
【００２７】
上述のようなプラント構成を選択することにより、従来に比して次のような優れた効果が奏される。
・（第１の効果）より高いプラント発電効率が得られる。
・（第２の効果）プラントシステムがよりシンプルとなり、より信頼性が高くより経済的な発電プラントを提供できる。
・（第３の効果）炭酸ガス分離のためのエネルギー（動力および熱）が不要である。
【００２８】
前記第１の効果が得られる理由は、次のように説明される。
【００２９】
図２は、本発明第一の実施形態に対応する温度−エントロピー線図（Ｔ−Ｓ線図）である。排熱回収ボイラ１で発生した高圧高温蒸気は高圧蒸気タービン３ で膨張し仕事をした後、中圧ガスタービン用燃焼器４において生成される燃焼ガスとの直接混合により中圧ガスタービン５が許容する高温中圧蒸気燃焼ガス混合流体となり中圧ガスタービン５へ導入され圧力比に応じ膨張し仕事をする。中圧ガスタービン５で仕事をした蒸気燃焼ガス混合流体は、排熱回収ボイラ１にて高圧蒸気タービンが許容する最高温度の高温高圧蒸気が得られるように、排熱回収ボイラ入口燃焼器７において助燃が行われた後に排熱回収ボイラ１に導入されるので、図中「助燃」と記載される斜線部分相当のエネルギーによって、給水の昇圧と高温化が図られ、このようにして生成された高圧高温蒸気が高圧蒸気タービン３を駆動するので、タービン効率は最高となる。前記のとおり高圧蒸気タービン３の排気は中圧ガスタービン用燃焼器４において炭化水素系燃料と酸素による酸素燃焼によって生成される高温の燃焼ガスが混合され、中圧ガスタービン３が許容する最高温の蒸気燃焼ガス混合流体となるので、中圧ガスタービン５の入口圧力を上げ圧力比を大きくとることにより最高効率が得られる。低圧低温になって排熱回収ボイラ１から排気された蒸気燃焼ガス混合流体はさらに低圧ガスタービン９で復水器１１の内圧まで膨張し仕事をする。外部より供給される燃料及び酸素の量と割合を制御することで、中圧ガスタービン用燃焼器４、排熱回収ボイラ入口燃焼器７における酸素燃焼によるエネルギー投入量を容易に制御することができ、効率よく蒸気燃焼ガス混合流体の低圧ガスタービン９の入口温度を高めることができる。低圧ガスタービン９の入口における蒸気燃焼ガス混合流体の温度ができるだけ高くなるようにして低圧ガスタービン９の排気が復水器１１内で凝縮する圧力に相応するように排熱回収ボイラ給水圧力を調整することにより、より高い低圧ガスタービンプラント効率が得られることになる。燃料の酸素燃焼で生成された蒸気燃焼ガス混合流体の熱エネルギーは、最後に復水器へ至るまで系内に閉じ込められた状態が維持され排熱回収ボイラにおける給水との熱交換で系内を循環させることによって、エネルギー損失を極小化するとともにそれぞれのタービンプラントにおいて最高のプラント効率を達成可能とするシステムを実現している。
【００３０】
このように本発明第一の実施の形態による炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントでは、高圧蒸気タービン３および中圧ガスタービン５の入口温度をそれぞれの許容最高温度にまで昇温することによりそれぞれのタービンプラントの最高効率を達成すること、また排熱回収ボイラ１における熱交換に伴う熱損失発生を最小に抑えること、そしてさらに低圧ガスタービン９の入口温度と排気圧力を調整することにより低圧ガスタービン出力を最大にすること、が可能であり、これらのことによりプラントの高効率達成が可能となるわけである。
【００３１】
前記の第２の効果が得られる理由は、次のとおりである。
炭酸ガスを混合して含む混合ガスから炭酸ガスを分離する方法としては、化学吸収法や物理吸着法が知られている。しかし、化学吸収法においては、吸収剤による吸収プロセスと加熱による分離プロセスが必要であり、大規模な設備が必要であり、また物理吸着法においては、炭酸ガス吸着剤の冷却加圧プロセスと加温減圧プロセスを繰り返すものであり、吸着剤が必要であるのに加えて、加圧冷却装置、減圧加熱装置等の大掛かりな設備が必要である。これに対して、本発明第一の実施の形態による炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントにおいては、タービンを駆動する蒸気燃焼ガス混合流体は、冷却によって容易に凝縮する性質を持つ水蒸気と、容易に凝縮せず気相のままの状態であり続ける非凝縮性ガスである炭酸ガスや窒素ガスなどの混合ガスであり、炭酸ガスを含む物理吸着法は、復水器１１における水蒸気の凝縮に伴い受動的に容易に分離される。このために特別な炭酸ガス分離装置を設けることは不要であり、前述のとおり、復水器１１内の下流気相側に吸い込みファンや真空ポンプ等を配置して構成される非凝縮ガス分離回収装置１２により容易に分離回収され系外に排出することができる。従って、炭酸ガスの分離回収のために、化学吸収法や物理吸着法で必要となるような大掛かりな設備は不要である。また、本発明第一の実施の形態による発電プラントにおいては、系外から供給する酸素を製造する場合でも、例えば既に実用に供されている深冷分離装置を利用することが可能であり、信頼性が高く設備も相対的にコンパクトである。そして、炭化水素系燃料を供給する設備については、既存設備で十分であり、決して大掛かりかつ複雑な設備を要しない。このように、本発明の第一の実施の形態の炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントは、プラントシステムがシンプルであり、機器の種類が少なくて済み、高い信頼性と経済性を実現可能な優れた発電設備であると言うことができる。
【００３２】
前記の第３の効果が得られる理由は、次のとおりである。
本発明第一の実施の形態による発電プラントにおいては、タービンを駆動する蒸気燃焼ガス混合流体中に含まれる炭酸ガスは、復水器１１における水蒸気の凝縮に伴い受動的に分離されるので、特別な炭酸ガス分離装置を設けることは不要である。
よって炭酸ガス分離回収に要する消費動力は、復水器１１における非凝縮性ガスの抽出に要するポンプ動力のみであり、発電電力量の高々２％程度である。この他に空気分離器における動力消費が発生するが、大型の空気分離器の場合でも、消費動力は、０．３ｋＷｈ／Ｎｍ3−Ｏ2以下であり、発電電力量の１０％程度である。よって消費動力は、おおよそ１２％程度となる。
一方、化学吸収法においては、吸収剤による吸収と加熱による分離のプロセスが必要であり、設備が大掛かりになると共に吸収および分離に必要なエネルギー量は発電電力量相当で１５％程度とされる。また、吸着剤を用いる物理吸着法においても、低温加圧による吸着と加温低圧による脱着に要するエネルギー量は化学吸収法とほぼ同等といわれている。
以上のように、炭酸ガス分離方式に要する動力に関しても、本発明の方が他よりも有利である。
【００３３】
図２は、本発明の第二の実施の形態の炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントを示す。
【００３４】
図３に示されるように、本第二の実施の形態においては、本発明の第一の実施の形態と相違する点は、高圧蒸気タービン３の駆動流体圧力をより高くして、高中圧ガスタービン用燃焼器１６及び高中圧ガスタービン１７を設置し、高中圧ガスタービン１７の排気を中圧ガスタービン５の駆動流体とする再燃タービン方式としたことである。この場合、本発明の第１の実施の形態と比較し、より大きな動力とより高いプラント効率を得ることできる。
その理由は次のとおりである。
【００３５】
本発明第二の実施の形態に対する温度−エントロピー線図（Ｔ−Ｓ線図）を図４に示す。高圧蒸気タービン３の駆動流体圧力の高圧化により高中圧ガスタービン１７が有効に仕事をするための圧力差が十分に確保され、高中圧ガスタービン１７入口燃焼量に見合うエネルギーのほとんが動力および中圧ガスタービン５を駆動する蒸気燃焼ガス混合流体に回収されることにより、より大きな動力とより高いプラント効率を得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、ガスタービン発電プラントとしてシステムがシンプルであり、炭酸ガス分離回収に要するエネルギー消費量が少なく、プラント効率の高い炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントを示す概略系統図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態の炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントに係る温度−エントピー線図（Ｔ−Ｓ線図）である。
【図３】本発明の第二の実施の形態の炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントを示す概略系統図である。
【図４】本発明の第二の実施の形態の炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントに係る温度−エントピー線図（Ｔ−Ｓ線図）である。
【図５】従来の炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントを示す概略系統図である。
【図６】従来の炭酸ガス回収型ガスタービン発電プラントに係る温度−エントピー線図（Ｔ−Ｓ線図）である。
【符号の説明】
１…排熱回収ボイラ
２…高圧配管
３…高圧蒸気タービン
４…中圧ガスタービン用燃焼器
５…中圧ガスタービン
６…ガスタービン冷却ライン
７…排熱回収ボイラ入口燃焼器
８…低圧配管
９…低圧ガスタービン
１０…発電機
１１…復水器
１２…非凝縮性ガス分離回収装置
１２−１…非凝縮性ガス排気真空ポンプ（吸い込みファン）
１３…排水設備
１３−１…排水ポンプ
１４…給水設備
１４−１…給水ポンプ
１４−２…給水処理装置
１４−３…給水加熱器
１５…給水配管
１６…高中圧ガスタービン用燃焼器
１７…高中圧ガスタービン
１８…燃料供給装置
１９…酸素製造装置
２０…燃料および酸素供給制御装置
２１…燃料供給制御弁
２２…酸素供給制御弁
３１…ガスタービン
３２…圧縮機
３３…燃焼器
３４…タービン
３５…炭酸ガスガス分離回収装置
３６…蒸気タービン
３７…煙突
３８…配管
３９…低圧給水加熱器
４０…脱気器
４１…高圧給水加熱器
【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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【図６】
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