(57)【要約】本発明に基づく蒸気発電所（１）は、少なくとも１つの蒸気タービン（３）とボイラ（５）とを有し、蒸気流（１７）の流れ方向（９）においてボイラ（５）の下流でかつ蒸気タービン（３）の上流に、および／または蒸気タービン（３）の第１タービン段（１１）の下流でかつ第２タービン段（１３）の上流に、燃焼装置（７）が配置され、蒸気流（１７）が、燃焼装置（７）の燃焼室（１９）内で、燃焼室（１９）に発生した高温ガスとの混合によって加熱される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの蒸気タービン（３）とボイラ（５）とを有する蒸気発電所（１）において、蒸気流（１７）の流れ方向（９）においてボイラ（５）の下流でかつ蒸気タービン（３）の上流に、および／または蒸気タービン（３）の第１タービン段（１１）の下流でかつ第２タービン段（１３）の上流に、燃焼装置（７）が配置され、蒸気流（１７）が、燃焼装置（７）の燃焼室（１９）内で、燃焼室（１９）に発生した高温ガスとの混合によって加熱されることを特徴とする蒸気発電所（１）。
【請求項２】
燃焼装置（７）に燃料（３３）として、水素および／または炭化水素、特にメタンが供給されることを特徴とする請求項１記載の蒸気発電所（１）。
【請求項３】
燃焼室（１９）内に燃焼雰囲気を発生させるために燃焼装置（７）に、酸素含有ガス、特に純粋な酸素（３１）および／または空気が供給されることを特徴とする請求項１又は２記載の蒸気発電所（１）。
【請求項４】
発生した燃焼生成物（３９）が、蒸気タービン（３）の後に接続された復水器（２５）によって蒸気流（９）から除去されることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の蒸気発電所（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの蒸気タービンとボイラとを有する蒸気発電所に関する。
【０００２】
公知の蒸気発電所の場合、蒸気タービンの運転蒸気は通常ボイラで発生される。その場合、高温ガスに含まれるエネルギーが１つあるいは複数の熱交換器に与えられる。熱交換器は、水を供給されその水を加熱して運転蒸気を発生するか、蒸気を供給されその蒸気を過熱する。蒸気の過熱は、公知の蒸気発電所の場合、例えば、蒸気タービンの高圧段と中圧段との間で行われ、高圧段から出た蒸気がボイラ内に配置された再熱器によって過熱され、中圧段に供給される。
【０００３】
蒸気のそのような再熱は例えば蒸気タービンの高い効率に貢献する。
【０００４】
公知の蒸気発電所の場合、蒸気を発生および／または再熱するための熱エネルギーの供給は、ボイラ内に配置されボイラ内を導かれる高温ガスに接触する熱交換伝熱面によって行われる。加熱された熱交換伝熱面はさらにその熱エネルギーを、熱交換伝熱面で形成された伝熱器の内部を導かれる水および／または蒸気に与える。即ち、加熱は、高温ガスから熱交換伝熱面への熱伝達および熱交換伝熱面から被加熱媒体への熱伝達によって行われる。
【０００５】
公知の蒸気発電所のボイラに使用されている従来公知の熱交換器の場合、高温ガスのエネルギーが、高温ガスで加熱された熱交換伝熱面の材料を介して被加熱媒体に伝達されるので、被加熱媒体、例えば水および／または蒸気に伝達されるエネルギーの量は、熱交換伝熱面の材料特性によって制限される。
【０００６】
従って、公知の蒸気発電所の場合、熱エネルギーを伝達する熱交換伝熱面が、その材料特性のためおよびそれに関連する熱負荷限界のために任意に高く加熱できず、このために、許容蒸気温度が制限される。
【０００７】
さらに、高温ガスから被加熱媒体への熱伝達は、主に熱交換伝熱面の必要な加熱のために、遅れが伴う。
【０００８】
本発明の課題は、柔軟に使用でき、特に上述した従来の欠点を解消した、少なくとも１つの蒸気タービンとボイラとを有する蒸気発電所を提供することにある。
【０００９】
この課題は、本発明に基づいて、少なくとも１つの蒸気タービンとボイラとを有する蒸気発電所において、蒸気流の流れ方向においてボイラの下流でかつ蒸気タービンの上流に、および／または蒸気タービンの第１タービン段の下流でかつ第２タービン段の上流に、燃焼装置が配置され、蒸気流が、燃焼装置の燃焼室内で、燃焼室に発生した高温ガスとの混合によって加熱されることによって解決される。
【００１０】
本発明は、高温ガスから被加熱媒体への熱伝達が、被加熱媒体へのエネルギー伝達が熱交換伝熱面を使用していないことにより、従来と比較して僅かしか制限されないという考えから出発している。
【００１１】
これは、本発明の場合、加熱すべき蒸気が、燃焼室内に直接導入され、そこで高温ガスに直接に混合されることによって達成される。
【００１２】
即ち、本発明に基づくこの内部追加燃焼は、蒸気の流れ方向においてボイラの下流でかつ蒸気タービンの上流で、主蒸気を過熱するためにも、あるいは１つのタービン段でエネルギーの一部を放出し本発明に基づく過熱後に他のタービン段に供給される蒸気を過熱するためにも使用される。
【００１３】
本発明に基づく蒸気発電所によって、従来に比べて高い蒸気温度が得られ、この蒸気温度によって蒸気発電所の効率が向上する。
【００１４】
燃焼装置に燃料として、水素および／または炭化水素、特にメタンが供給されると有利である。
【００１５】
燃料として水素の使用は、特に、（水素が一般に行なわれているように炭化水素の改質あるいは気化によって製造される場合に）発生する二酸化炭素が、水素の製造中に炭化水素の改質あるいは気化時に比較的僅かなエネルギー消費で抑制され、それにより蒸気発電所の蒸気タービンおよび／または他の構成要素の内部における酸性蒸気混合体の形成が予め回避される利点を生ずる。
【００１６】
燃焼室の特に良好な燃焼を達成するために、燃焼雰囲気を発生させるために燃焼装置に、酸素含有ガス、特に純粋な酸素および／または空気が供給されると有利である。
【００１７】
本発明のこの実施態様は、燃料の燃焼が適切な燃焼雰囲気内でしかできないという要件を考慮している。特に効果的な燃焼は純粋な酸素の供給によって可能である。というのは、純粋な酸素は、空気と異なって、燃焼にとってむしろ妨げとなる別の成分を含んでいないからである。その成分は、適切な燃焼雰囲気を発生させるために、事情によっては、燃焼前に例えば空気分解装置で分離されねばならない。
【００１８】
本発明の他の有利な実施態様において、発生した燃焼生成物は蒸気タービンの後に接続された復水器によって蒸気流から除去される。
【００１９】
実際にすべての燃焼過程で燃焼生成物が生じ、この燃焼生成物は、特に長い運転時間の経過と共に、燃焼室あるいは他の構成要素に付着しその機能を低下させるので、通常排出されねばならない。
【００２０】
本発明に基づく蒸気発電所において燃料として例えば炭化水素が純粋な酸素から成る雰囲気内で燃焼されるとき、少なくとも、水と二酸化炭素とから成る燃焼生成物が生ずる。この燃焼生成物は蒸気流によって一緒に運ばれ、復水器に導入される。公知の蒸気発電所の場合、復水器は通常もともと存在し、従って本発明に関連して必ずしも、燃焼生成物の除去に適した別個の復水器を設ける必要はない。
【００２１】
水−二酸化炭素混合体として燃焼生成物を含む蒸気が冷却する際、その水分はほとんど凝縮し、ほぼ純粋なガス状二酸化炭素が残る。このガス状二酸化炭素は復水器で取出され、例えば貯蔵される。
【００２２】
既に述べたように、燃料として、炭化水素の改質あるいは気化によって製造された水素を使用する場合、発生する二酸化炭素は燃料を燃焼装置に流入する前に除去され、従ってこの場合燃焼時に実際に燃焼生成物として二酸化炭素は生じない。
【００２３】
本発明に基づく蒸気発電所の燃焼装置によって実現される内部追加燃焼は、蒸気タービンの運転中、非常に速やかに利用できる。そのために、燃焼室に導入された燃料の点火しか必要とされず、特に、公知の熱交換伝熱面の加熱時間は不要となる。
【００２４】
さらに、本発明に基づく蒸気発電所は、燃焼生成物および／または排気ガスが、蒸気流によって一緒に運ばれ、蒸気回路の別の個所、例えば上述の復水器で取出されるので、必ずしも燃焼室から別個の搬出装置によって排出される必要がないという利点を有する。さらに、本発明によって、ボイラの設計を変更する必要なしに、高い蒸気温度が得られる。
【００２５】
本発明に基づく蒸気発電所は、特に、ピーク負荷時間にエネルギーを供給するためにも、あるいは電気エネルギー供給系統の系統周波数を支えるためにも使用でき、本発明に基づく蒸気発電所は迅速な出力調整が可能であり、非常に柔軟に使用できる。
【００２６】
以下において本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２７】
図には、発電機２１に連結された蒸気タービン３並びにボイラ５を有する本発明に基づく蒸気発電所１が示されている。
【００２８】
蒸気タービン３は３段式に構成され、第１タービン段１１と、第２タービン段１３と、第３タービン段１５とを有し、それらの各タービン段はそれぞれ高圧段、中圧段ないしは低圧段として形成されている。
【００２９】
この図の実施例において、ボイラ５は石炭２７を燃料とするボイラであり、石炭燃焼を維持するために燃焼空気２９が供給される。
【００３０】
ボイラ５において、その高温端の範囲に加熱器３７が、並びに、低温の範囲に再熱器３５が配置されている。
【００３１】
加熱器３７は、給水タンク２３からの給水２４をボイラ５内で加熱して、第１タービン段１１に供給する運転蒸気を発生させる。
【００３２】
その蒸気は、第１タービン段１１における部分膨張後に、再熱器３５によって再熱される。蒸気流１７は再熱器３５から矢印９の方向に出て、燃焼装置７に導入される。蒸気流１７は燃焼室１９内で燃料３３と添加酸素３１によって加熱される。蒸気流１７は燃焼室１９内で燃料３３の燃焼により生ずる高温ガスと混合される。
【００３３】
即ち、高温ガスから蒸気流１７への熱伝達は、熱伝達のために材料、例えば熱交換伝熱面を利用することなしに、混合によって直接行われる。
【００３４】
適当な燃焼雰囲気を発生させるために、酸素３１の代わりに、空気を利用することも可能である。空気は、場合によっては、燃焼室への導入前に、空気分解装置によって、酸素と残留ガスとに分離される。
【００３５】
燃料３３として、例えば炭化水素、特にメタンあるいは水素が使用される。
【００３６】
燃焼装置７によって加熱された蒸気流１７は第２タービン段１３に供給され、そこで、その蒸気流１７はその中に含まれるエネルギーの少なくとも一部を機械仕事に変換する。そのようにして一層膨張した蒸気は、第２タービン段１３から出て、第３タービン段１５に供給され、そこで、蒸気内になお存在するエネルギーはできるだけ良好に機械エネルギーに変換される。
【００３７】
膨張した蒸気は、水−蒸気混合体として、第３タービン段１５から出て、復水器２５に導入され、そこで、なお存在する蒸気が凝縮され水となる。
【００３８】
復水器２５で生ずるこの水は復水２６として給水タンク２３に供給される。
【００３９】
燃焼装置７の燃焼室１９内において燃焼時に生ずる燃焼生成物３９は復水器２５で取出される。
【００４０】
燃焼室１９内において蒸気流１７の内部で燃焼が起こるので、その燃焼生成物３９は、蒸気回路内を蒸気流１７によって一緒に運ばれ、本発明のこの実施例に応じて復水器２５で取出される。
【００４１】
燃料３３として例えば炭化水素が酸素３１で燃焼されると、その燃焼生成物３９は水と二酸化炭素とを含んでいる。この水−二酸化炭素混合体は蒸気流１７によって一緒に運ばれ、復水器２５で取出される。というのは、水−二酸化炭素混合体が冷却された際に、水分がほとんど凝縮され、ほぼ純粋なガス状二酸化炭素がガスとして残存するからである。そのガスは続いて搬出され、例えば貯蔵される。
【００４２】
燃焼生成物としての水は、勿論、通常排出される必要がなく、復水２６の成分として給水タンク２３に供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に基づく蒸気発電所の配管系統図。
【符号の説明】
【００４４】
１    蒸気発電所
３    蒸気タービン
５    ボイラ
７    燃焼装置
９    蒸気流れ方向
１１    第１タービン段
１３    第２タービン段
１７    蒸気流
１９    燃焼室
３１    酸素
３３    燃料
３９    燃焼生成物
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【国際調査報告】
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