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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024027572
(43)【公開日】2024-03-01
(54)【発明の名称】コンバインドサイクル発電設備
(51)【国際特許分類】
F01K 3/24 20060101AFI20240222BHJP
F01K 21/04 20060101ALI20240222BHJP
F01K 23/10 20060101ALI20240222BHJP
F02C 6/18 20060101ALI20240222BHJP
【ＦＩ】
F01K3/24
F01K21/04 A
F01K23/10 W
F02C6/18 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022130460
(22)【出願日】2022-08-18
(71)【出願人】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(71)【出願人】
【識別番号】317015294
【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001092
【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】奥山 知視
(72)【発明者】
【氏名】島田 秀顕
(72)【発明者】
【氏名】伊東 正雄
(72)【発明者】
【氏名】森澤 優一
(72)【発明者】
【氏名】糟谷 宏樹
(72)【発明者】
【氏名】平山 龍
(72)【発明者】
【氏名】多田 宏次郎
【テーマコード（参考）】
3G081
【Ｆターム（参考）】
3G081BA02
3G081BA11
3G081BC07
3G081DA03
(57)【要約】
【課題】２段再熱が可能であるとともに熱効率および出力が向上されるコンバインドサイクル発電設備を提供する。
【解決手段】実施形態のコンバインドサイクル発電設備１は、ガスタービン１０と、ガスタービン１０の排気によって蒸気を発生させる高圧蒸気生成部４１および蒸気を再熱する再熱部５０を備える排熱回収ボイラ３０と、高圧蒸気生成部４１からの蒸気が導入される高圧タービン７１と、高圧タービン７１の下流側に設けられる中圧タービン７２と、再熱部５０を介在して高圧タービン７１の出口と中圧タービン７２の入口とを連結する再熱蒸気管６３と、中圧タービン７２から排出された蒸気が導入されるとともに、酸素と水素を燃焼させて導入された蒸気を再熱する燃焼器７５と、燃焼器７５から排出された蒸気が導入される低圧タービン７３と、低圧タービン７３から排出された蒸気を復水とする復水器７４とを備える。
【選択図】図１
【解決手段】実施形態のコンバインドサイクル発電設備１は、ガスタービン１０と、ガスタービン１０の排気によって蒸気を発生させる高圧蒸気生成部４１および蒸気を再熱する再熱部５０を備える排熱回収ボイラ３０と、高圧蒸気生成部４１からの蒸気が導入される高圧タービン７１と、高圧タービン７１の下流側に設けられる中圧タービン７２と、再熱部５０を介在して高圧タービン７１の出口と中圧タービン７２の入口とを連結する再熱蒸気管６３と、中圧タービン７２から排出された蒸気が導入されるとともに、酸素と水素を燃焼させて導入された蒸気を再熱する燃焼器７５と、燃焼器７５から排出された蒸気が導入される低圧タービン７３と、低圧タービン７３から排出された蒸気を復水とする復水器７４とを備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガスタービンと、
前記ガスタービンからの排気の熱量を利用して、蒸気を発生させる蒸気生成部および蒸気を再熱する再熱部を備える排熱回収ボイラと、
前記蒸気生成部で発生した蒸気が導入される第１の蒸気タービンと、
蒸気流の流れ方向において、前記第１の蒸気タービンの下流側に設けられる第２の蒸気タービンと、
前記再熱部を介在して前記第１の蒸気タービンの蒸気出口と前記第２の蒸気タービンの蒸気入口とを連結する再熱蒸気管と、
前記第２の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されるとともに、酸素と水素を燃焼させて導入された蒸気を再熱する燃焼器と、
前記燃焼器から排出された蒸気が導入される第３の蒸気タービンと、
前記第３の蒸気タービンから排出された蒸気を復水とする復水器と
を具備することを特徴とするコンバインドサイクル発電設備。
前記ガスタービンからの排気の熱量を利用して、蒸気を発生させる蒸気生成部および蒸気を再熱する再熱部を備える排熱回収ボイラと、
前記蒸気生成部で発生した蒸気が導入される第１の蒸気タービンと、
蒸気流の流れ方向において、前記第１の蒸気タービンの下流側に設けられる第２の蒸気タービンと、
前記再熱部を介在して前記第１の蒸気タービンの蒸気出口と前記第２の蒸気タービンの蒸気入口とを連結する再熱蒸気管と、
前記第２の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されるとともに、酸素と水素を燃焼させて導入された蒸気を再熱する燃焼器と、
前記燃焼器から排出された蒸気が導入される第３の蒸気タービンと、
前記第３の蒸気タービンから排出された蒸気を復水とする復水器と
を具備することを特徴とするコンバインドサイクル発電設備。
【請求項2】
前記蒸気生成部が、第１の蒸気を発生させる第１の蒸気生成部であり、
前記排熱回収ボイラが、前記第１の蒸気の圧力よりも低い圧力の第２の蒸気を発生させる第２の蒸気生成部を備え、
前記第１の蒸気タービンの蒸気出口と前記再熱部との間の前記再熱蒸気管に前記第２の蒸気が導入されることを特徴とする請求項１記載のコンバインドサイクル発電設備。
前記排熱回収ボイラが、前記第１の蒸気の圧力よりも低い圧力の第２の蒸気を発生させる第２の蒸気生成部を備え、
前記第１の蒸気タービンの蒸気出口と前記再熱部との間の前記再熱蒸気管に前記第２の蒸気が導入されることを特徴とする請求項１記載のコンバインドサイクル発電設備。
【請求項3】
ガスタービンと、
前記ガスタービンからの排気の熱量を利用して、蒸気を発生させる蒸気生成部および蒸気を再熱する再熱部を備える排熱回収ボイラと、
前記蒸気生成部で発生した蒸気が導入される第１の蒸気タービンと、
前記第１の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されるとともに、酸素と水素を燃焼させて導入された蒸気を再熱する燃焼器と、
前記燃焼器から排出された蒸気が導入される第２の蒸気タービンと、
蒸気流の流れ方向において、前記第２の蒸気タービンの下流側に設けられる第３の蒸気タービンと、
前記再熱部を介在して前記第２の蒸気タービンの蒸気出口と前記第３の蒸気タービンの蒸気入口とを連結する再熱蒸気管と、
前記第３の蒸気タービンから排出された蒸気を復水とする復水器と
を具備することを特徴とするコンバインドサイクル発電設備。
前記ガスタービンからの排気の熱量を利用して、蒸気を発生させる蒸気生成部および蒸気を再熱する再熱部を備える排熱回収ボイラと、
前記蒸気生成部で発生した蒸気が導入される第１の蒸気タービンと、
前記第１の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されるとともに、酸素と水素を燃焼させて導入された蒸気を再熱する燃焼器と、
前記燃焼器から排出された蒸気が導入される第２の蒸気タービンと、
蒸気流の流れ方向において、前記第２の蒸気タービンの下流側に設けられる第３の蒸気タービンと、
前記再熱部を介在して前記第２の蒸気タービンの蒸気出口と前記第３の蒸気タービンの蒸気入口とを連結する再熱蒸気管と、
前記第３の蒸気タービンから排出された蒸気を復水とする復水器と
を具備することを特徴とするコンバインドサイクル発電設備。
【請求項4】
前記蒸気生成部が、第１の蒸気を発生させる第１の蒸気生成部であり、
前記排熱回収ボイラが、前記第１の蒸気の圧力よりも低い圧力の第２の蒸気を発生させる第２の蒸気生成部を備え、
前記第２の蒸気タービンの蒸気出口と前記再熱部との間の前記再熱蒸気管に前記第２の蒸気が導入されることを特徴とする請求項３記載のコンバインドサイクル発電設備。
前記排熱回収ボイラが、前記第１の蒸気の圧力よりも低い圧力の第２の蒸気を発生させる第２の蒸気生成部を備え、
前記第２の蒸気タービンの蒸気出口と前記再熱部との間の前記再熱蒸気管に前記第２の蒸気が導入されることを特徴とする請求項３記載のコンバインドサイクル発電設備。
【請求項5】
前記排熱回収ボイラが、前記第２の蒸気の圧力よりも低い圧力の第３の蒸気を発生させる第３の蒸気生成部を備え、
前記第３の蒸気が前記第３の蒸気タービンの所定のタービン段落に導入されることを特徴とする請求項２または４記載のコンバインドサイクル発電設備。
前記第３の蒸気が前記第３の蒸気タービンの所定のタービン段落に導入されることを特徴とする請求項２または４記載のコンバインドサイクル発電設備。
【請求項6】
前記燃焼器で生成した水蒸気が凝縮した分の水量を前記復水器で生成した復水から除去するための復水排出系統を備えることを特徴とする請求項１または３記載のコンバインドサイクル発電設備。
【請求項7】
前記復水器で生成した復水を前記蒸気生成部に供給する復水供給系統を備えることを特徴とする請求項１または３記載のコンバインドサイクル発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、コンバインドサイクル発電設備に関する。
【背景技術】
【0002】
近年の火力発電プラントにおいては、プラント熱効率が高いコンバインドサイクル発電設備の需要が高まっている。従来のコンバインドサイクル発電設備は、ガスタービン、排熱回収ボイラ、蒸気タービン、発電機を備える。このコンバインドサイクル発電設備において、ガスタービンからの高温の排気は、排熱回収ボイラに導入される。蒸気タービンは、例えば、高圧タービン、中圧タービン、低圧タービンで構成される。
【0003】
排熱回収ボイラにおいて、ガスタービンからの排気の熱量を有効に利用して蒸気を発生させるために、高圧、中圧および低圧の３つの圧力レベルの蒸気生成部を備える構成が採用されている。蒸気生成部で生成された蒸気は、蒸気タービンに導入される。
【0004】
従来のコンバインドサイクル発電設備において、熱効率を向上させるために、高圧タービンから排気された蒸気を排熱回収ボイラの再熱部で再熱して中圧タービンに導入する再熱サイクルが採用されている。この場合、中圧タービンに導入される再熱蒸気の温度は、例えば、高圧タービンに導入される主蒸気の温度と同程度に設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０２１－８５６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記したように、排熱回収ボイラにおいて、ガスタービンからの排気は、蒸気を発生させるための熱源として利用される。そのため、排気が各蒸気生成部を通過するに伴って、排気の温度は低下する。
【0007】
上記した再熱サイクルを採用して、中圧タービンに導入される再熱蒸気の温度を高圧タービンに導入される主蒸気の温度と同程度に設定する場合、排熱回収ボイラにおいて蒸気の生成および蒸気の再熱の双方を適正に実施するためには、再熱回数は１回が限度となる。すなわち、従来のコンバインドサイクル発電設備では、排熱回収ボイラにおいて１段再熱が限度となる。
【0008】
そのため、従来の再熱サイクルの構成を採用したコンバインドサイクル発電設備においては、これまで以上の再熱による熱効率の向上を得ることは困難である。
【0009】
本発明が解決しようとする課題は、２段再熱が可能であるとともに、熱効率および出力を向上させることができるコンバインドサイクル発電設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
実施形態のコンバインドサイクル発電設備は、ガスタービンと、前記ガスタービンからの排気の熱量を利用して、蒸気を発生させる蒸気生成部および蒸気を再熱する再熱部を備える排熱回収ボイラとを備える。
【0011】
また、このコンバインドサイクル発電設備は、前記蒸気生成部で発生した蒸気が導入される第１の蒸気タービンと、蒸気流の流れ方向において、前記第１の蒸気タービンの下流側に設けられる第２の蒸気タービンと、前記再熱部を介在して前記第１の蒸気タービンの蒸気出口と前記第２の蒸気タービンの蒸気入口とを連結する再熱蒸気管と、前記第２の蒸気タービンから排出された蒸気が導入されるとともに、酸素と水素を燃焼させて導入された蒸気を再熱する燃焼器と、前記燃焼器から排出された蒸気が導入される第３の蒸気タービンと、前記第３の蒸気タービンから排出された蒸気を復水とする復水器とを備える。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第１の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備の構成を模式的に示す系統図である。
【図2】第１の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備におけるＴ-ｓ線図を示す図である。
【図3】第２の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備の構成を模式的に示す系統図である。
【図4】第２の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備におけるＴ-ｓ線図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0014】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備１の構成を模式的に示す系統図である。
図１は、第１の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備１の構成を模式的に示す系統図である。
【0015】
図１に示すように、コンバインドサイクル発電設備１は、ガスタービン１０と、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）３０と、蒸気タービンシステム７０と、発電機２０とを主たる構成機器として備える。
【0016】
ガスタービン１０は、圧縮機１１と、燃焼器１２と、タービン１３とを備える。圧縮機１１およびタービン１３と同一の軸線上に発電機２０が配置されている。圧縮機１１、タービン１３および発電機２０のそれぞれのロータが一体的に回転するように構成されている。
【0017】
圧縮機１１は、例えば、空気を吸入して圧縮し、燃焼器１２に供給する。燃焼器１２には、燃料供給部１４から燃料が供給される。燃焼器１２では、燃料と圧縮空気とが燃焼し、燃焼ガスが生成される。
【0018】
なお、ここでは、酸化剤として圧縮空気を使用した一例を示すが、酸化剤は空気に限られない。酸化剤として、例えば、酸素が使用されてもよい。燃料は、特に限定されるものではない。燃料として、例えば、メタン、天然ガスなどの炭化水素、水素、アンモニア、炭化水素と水素の複合燃料、炭化水素とアンモニアの複合燃料などが使用されてもよい。また、燃料として、例えば、一酸化炭素および水素などを含む石炭ガス化ガス燃料、またはアンモニアを含む石炭ガス化ガス燃料が使用されてもよい。
【0019】
燃焼器１２で生成された燃焼ガスは、タービン１３に供給され、タービン１３を回動させる。タービン１３の回動によって発電機２０や圧縮機１１が駆動される。タービン１３から排出された燃焼ガスは、排気として排熱回収ボイラ３０に導かれる。
【0020】
排熱回収ボイラ３０は、ガスタービン１０からの排気が導入される流路３１、流路３１に設けられた蒸気生成部４０および再熱部５０、蒸気生成部４０を通過した排気を外部に排出する煙突３２を備える。蒸気生成部４０は、排気が有する熱量を利用して蒸気を発生させる。再熱部５０は、排気が有する熱量を利用して蒸気を再熱する。ここでは、自然循環型の蒸気生成部４０を例示して説明する。なお、蒸気生成部４０の構成は、強制循環型、貫流型の構成であってもよい。
【0021】
蒸気生成部４０は、例えば、高圧蒸気生成部４１と、中圧蒸気生成部４２と、低圧蒸気生成部４３とを備える。そして、これらの蒸気生成部は、排気が導入される側から、高圧蒸気生成部４１、中圧蒸気生成部４２、低圧蒸気生成部４３の順に配置されている。
【0022】
高圧蒸気生成部４１は、第１の高圧過熱器４１ａ、第２の高圧過熱器４１ｂ、高圧蒸気ドラム４１ｃ、高圧蒸発器４１ｄ、高圧節炭器４１ｅを備える。高圧蒸気ドラム４１ｃは、高圧蒸発器４１ｄに接続されている。高圧節炭器４１ｅは、復水器７４からの給水を導く給水管６７ｂと連結されている。なお、ここでは、２つの高圧過熱器を備えた一例を示しているが、一つの高圧過熱器を備える構成でもよい。
【0023】
高圧節炭器４１ｅで加熱された水は、高圧蒸気ドラム４１ｃに導入され、高圧蒸発器４１ｄで蒸気となる。高圧蒸発器４１ｄで発生した蒸気は、第２の高圧過熱器４１ｂ、第１の高圧過熱器４１ａに導かれて過熱される。過熱された蒸気は、主蒸気管６０を介して高圧タービン７１に導かれる。
【0024】
中圧蒸気生成部４２は、中圧過熱器４２ａ、中圧蒸気ドラム４２ｂ、中圧蒸発器４２ｃ、中圧節炭器４２ｄを備える。中圧蒸気ドラム４２ｂは、中圧蒸発器４２ｃに接続されている。中圧節炭器４２ｄは、例えば、低圧節炭器４３ｄと連結されている。
【0025】
低圧節炭器４３ｄから供給された水は、中圧節炭器４２ｄにおいて加熱される。中圧節炭器４２ｄで加熱された水は、中圧蒸気ドラム４２ｂに導入され、中圧蒸発器４２ｃで蒸気となる。中圧蒸発器４２ｃで発生した蒸気は、中圧過熱器４２ａに導かれて過熱される。過熱された蒸気は、蒸気管６９を介して後述する低温再熱蒸気管６４に導かれる。蒸気管６９には、低温再熱蒸気管６４に導入する蒸気の流量を調整する蒸気弁６９ａが介在している。
【0026】
低圧蒸気生成部４３は、低圧過熱器４３ａ、低圧蒸気ドラム４３ｂ、低圧蒸発器４３ｃ、低圧節炭器４３ｄを備える。低圧蒸気ドラム４３ｂは、低圧蒸発器４３ｃに接続されている。低圧節炭器４３ｄは、復水器７４からの給水を導く給水管６７ａと連結されている。
【0027】
低圧節炭器４３ｄで加熱された水は、低圧蒸気ドラム４３ｂに導入され、低圧蒸発器４３ｃで蒸気となる。低圧蒸発器４３ｃで発生した蒸気は、低圧過熱器４３ａに導かれて過熱される。過熱された蒸気は、蒸気供給管６１を介して低圧タービン７３の所定のタービン段落に導かれる。蒸気は、蒸気供給管６１を介して、例えば、初段のタービン段落よりも下流側のタービン段落に導入される。このように、蒸気供給管６１を介して蒸気を導入することで、タービン出力を増加させることができる。
【0028】
再熱部５０は、例えば、第１の高圧過熱器４１ａと第２の高圧過熱器４１ｂとの間に配置される。再熱部５０の蒸気入口は、低温再熱蒸気管６４に連結され、再熱部５０の蒸気出口は、高温再熱蒸気管６５に連結されている。
【0029】
蒸気タービンシステム７０は、複数の蒸気タービンと、復水器７４と、燃焼器７５とを備える。複数の蒸気タービンとして、高圧タービン７１と、中圧タービン７２と、低圧タービン７３とを備える。蒸気流の流れ方向において、中圧タービン７２は、高圧タービン７１の下流側に設けられ、低圧タービン７３は、中圧タービン７２の下流側に設けられている。
【0030】
なお、高圧タービン７１は、第１の蒸気タービンとして機能し、中圧タービン７２は、第２の蒸気タービンとして機能し、低圧タービン７３は、第３の蒸気タービンとして機能する。
【0031】
図１に示す形態では、圧縮機１１、タービン１３、発電機２０、高圧タービン７１、中圧タービン７２および低圧タービン７３は、同一の軸線上に配置され、それぞれのロータが一体的に回転するように構成されている。なお、例えば、ガスタービン１０、蒸気タービンは、それぞれ別体の発電機に連結されてもよい。
【0032】
高圧タービン７１の蒸気入口は、主蒸気管６０を介して第１の高圧過熱器４１ａと連結されている。主蒸気管６０には、高圧タービン７１に導入する蒸気の流量を調整する蒸気弁６０ａが介在している。
【0033】
高圧タービン７１の蒸気出口は、再熱部５０を介在する再熱蒸気管６３を介して中圧タービン７２の蒸気入口と連結されている。再熱蒸気管６３は、高圧タービン７１の蒸気出口と再熱部５０との間を連結する低温再熱蒸気管６４と、再熱部５０と中圧タービン７２の蒸気入口との間を連結する高温再熱蒸気管６５とを備える。例えば、高温再熱蒸気管６５には、中圧タービン７２に導入する蒸気の流量を調整する蒸気弁６５ａが介在している。
【0034】
中圧タービン７２の蒸気出口は、蒸気管６２を介して低圧タービン７３の蒸気入口と連結されている。蒸気管６２には、燃焼器７５が介在している。
【0035】
燃焼器７５は、燃料と酸化剤とを燃焼させる。燃焼器７５は、燃料を供給する燃料供給部７５ａと、酸化剤を供給する酸化剤供給部７５ｂとを備える。燃焼器７５に供給される燃料は、水素（Ｈ２）である。また、燃焼器７５に供給される酸化剤は、酸素（Ｏ２）である。そのため、燃焼器７５では、燃焼ガスとして水蒸気が生成される。
【0036】
また、燃焼器７５には、中圧タービン７２から排出された蒸気が導入される。燃焼器７５は、生成された水蒸気によってその導入された蒸気を再熱する。そして、燃焼器７５で生成された水蒸気は、中圧タービン７２の蒸気出口から排出された蒸気と混ざり、低圧タービン７３に供給される。
【0037】
ここで、蒸気管６２は、燃焼器７５をバイパスするバイパス管（図示しない）を備えてもよい。バイパス管を備えることで、例えば、燃焼器７５を停止させてメンテナンスの際、コンバインドサイクル発電設備１を停止させることなく従来の１段再熱のサイクルを実施することができる。この場合、蒸気管６２において、燃焼器７５の入口近傍および出口近傍にそれぞれ蒸気弁（図示しない）が備えられる。これらの蒸気弁を閉めることで、蒸気がバイパス管を流れる際において、燃焼器７５への蒸気の流入を防止できる。なお、バイパス管は、蒸気流量を調節するための蒸気弁を備える。
【0038】
なお、ここでは、燃焼器７５が蒸気管６２に介在する一例を示しているが、燃焼器７５は、低圧タービン７３の蒸気入口部に備えられてもよい。
【0039】
低圧タービン７３の所定のタービン段落は、蒸気供給管６１を介して低圧過熱器４３ａと連結されている。なお、前述したように、所定のタービン段落は、初段よりも下流のタービン段落である。蒸気供給管６１には、低圧タービン７３に導入する蒸気の流量を調整する蒸気弁６１ａが介在している。
【0040】
低圧タービン７３の蒸気出口は、排気管６６を介して復水器７４に連結されている。復水器７４は、給水管６７、６７ａ、６７ｂを介して、高圧節炭器４１ｅ、低圧節炭器４３ｄに連結されている。給水管６７には、例えば、低圧給水ポンプ７６、高圧給水ポンプ７７が介在している。なお、給水管６７は、高圧給水ポンプ７７が設けられた位置よりも下流側で、給水管６７ａと給水管６７ｂとに分岐している。
【0041】
復水器７４で生成された復水は、低圧給水ポンプ７６、高圧給水ポンプ７７によって、高圧節炭器４１ｅ、低圧節炭器４３ｄに圧送される。なお、給水管６７、６７ａ、６７ｂ、低圧給水ポンプ７６、高圧給水ポンプ７７は、復水供給系統として機能する。
【0042】
また、給水管６７には、燃焼器７５で生成した水蒸気が凝縮した分の水量を復水器７４で生成した復水から除去するための排出管６８が備えられている。排出管６８には、排出する水量を調整する流量調整弁６８ａが設けられている。排出管６８は、例えば、低圧給水ポンプ７６と高圧給水ポンプ７７との間に位置する給水管６７に連結されている。なお、排出管６８および流量調整弁６８ａは、燃焼器７５で生成した水蒸気が凝縮した分の水量を排出するための復水排出系統として機能する。
【0043】
ここで、蒸気タービンシステム７０において、主蒸気管６０を介して高圧タービン７１に導入された蒸気は、高圧タービン７１を回動させた後、低温再熱蒸気管６４に排出される。低温再熱蒸気管６４に排出された蒸気は、再熱部５０に導かれる。この際、例えば、低温再熱蒸気管６４には、蒸気管６９を介して中圧過熱器４２ａから蒸気が導入される。
【0044】
低温再熱蒸気管６４を介して再熱部５０に導かれた蒸気は、再熱され高温再熱蒸気管６５に導かれる。そして、蒸気は、高温再熱蒸気管６５を介して中圧タービン７２に導入される。
【0045】
中圧タービン７２に導入された蒸気は、中圧タービン７２を回動させた後、蒸気管６２に排出される。蒸気管６２に排出された蒸気は、燃焼器７５に導入される。
【0046】
燃焼器７５では、水素と酸素の燃焼によって水蒸気が生成される。燃焼器７５で生成された水蒸気は、燃焼器７５に導入された蒸気と混合されて、低圧タービン７３に導入される蒸気となる。
【0047】
ここで、低圧タービン７３に導入される蒸気の流量は、燃焼器７５で生成された水蒸気の流量分増加する。また、中圧タービン７２から排出された蒸気の温度は、燃焼器７５で生成された高温の水蒸気と混合されることによって上昇する。すなわち、中圧タービン７２から排出された蒸気は、再熱される。
【0048】
低圧タービン７３に導入される蒸気の温度および流量は、燃焼器７５の燃焼条件を調整することで調整される。例えば、低圧タービン７３に導入される蒸気の温度は、例えば、高圧タービン７１に導入される蒸気の温度と同程度の温度に調整される。
【0049】
低圧タービン７３に導入される蒸気の温度を上昇させ、さらに低圧タービン７３に導入される蒸気の流量を増加することで、低圧タービン７３における熱効率および出力が増加する。すなわち、燃焼器７５を備えることで、熱効率および出力が増加する。
【0050】
低圧タービン７３に導入された蒸気は、低圧タービン７３を回動させた後、排気管６６に排出される。
【0051】
排気管６６に排出された蒸気は、復水器７４に導入され、復水となる。なお、復水器７４の復水は、低圧給水ポンプ７６、高圧給水ポンプ７７によって圧送され、給水管６７、６７ａ、６７ｂを介して、高圧節炭器４１ｅ、低圧節炭器４３ｄに導かれる。
【0052】
上記したように、第１の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備１では、燃焼器７５においての再熱および排熱回収ボイラ３０においての再熱の２段再熱が実現される。
【0053】
ここで、図２は、第１の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備１におけるＴ-ｓ線図を示す図である。図２において、横軸は、蒸気の比エントロピ（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））を示している。横軸上の温度は、絶対零度である。縦軸は、蒸気の温度（Ｋ）を示している。
【0054】
図２において、飽和限界線ＢＣは、一点鎖線で示されている。飽和限界線ＢＣにおいて、臨界点ＣＰよりも低エントロピ側が飽和液線ＳＬであり、臨界点ＣＰよりも高エントロピ側が飽和蒸気線ＳＶである。なお、図２において、コンバインドサイクル発電設備１の熱サイクルにおける各状態をアルファベットａ－ｊを付して示している。
【0055】
図２に示すように、コンバインドサイクル発電設備１における２段再熱のサイクルは、状態ａ、状態ｂ、状態ｃ・・・状態ｊ、状態ａの順に進行する。ここで、状態ａ－状態ｂ間は、低圧給水ポンプ７６の入口と高圧節炭器４１ｅの入口との間の状態、状態ｂ－状態ｃ間は、高圧節炭器４１ｅの入口と高圧蒸気ドラム４１ｃの入口との間の状態、状態ｃ－状態ｄ間は、高圧蒸気ドラム４１ｃの入口と第２の高圧過熱器４１ｂの入口との間の状態、状態ｄ－状態ｅ間は、第２の高圧過熱器４１ｂの入口と高圧タービン７１の蒸気入口との間の状態、状態ｅ－状態ｆ間は、高圧タービン７１の蒸気入口と再熱部５０の蒸気入口の間の状態、状態ｆ－状態ｇ間は、再熱部５０の蒸気入口と中圧タービン７２の蒸気入口との間の状態、状態ｇ－状態ｈ間は、中圧タービン７２の蒸気入口と燃焼器７５の蒸気入口との間の状態、状態ｈ－状態ｉ間は、燃焼器７５の蒸気入口と低圧タービン７３の蒸気入口との間の状態、状態ｉ－状態ｊ間は、低圧タービン７３の蒸気入口と復水器７４の蒸気入口との間の状態、状態ｊ－状態ａ間は、復水器７４の蒸気入口と低圧給水ポンプ７６の入口との間の状態を示す。
【0056】
ここでは、状態ｆ－状態ｇ間の１段目の再熱は、再熱部５０によって行われ、状態ｈ－状態ｉ間の２段目の再熱は、燃焼器７５によって行われる一例を示している。
【0057】
図２において、ａｂｃｄｅｆｇｈｉｊで囲まれる面積は、コンバインドサイクル発電設備１における２段再熱のサイクルにおける正味の仕事量に相当する。また、ａｂｃｄｅｆｇｈｋで囲まれる面積は、コンバインドサイクル発電設備１において、２段目の再熱を実施しない場合（１段再熱の場合）のサイクルにおける正味の仕事量に相当する。
【0058】
図２に示すように、状態ｊにおける蒸気の温度は、状態ｊの蒸気の比エントロピと等しい比エントロピにおける飽和蒸気線ＳＶ上の乾き飽和蒸気の温度よりも低くなる。すなわち、状態ｊにおける蒸気は、湿り蒸気となる。
【0059】
燃焼器７５および排熱回収ボイラ３０を用いた２段再熱を実施することで、排熱回収ボイラ３０を用いた１段再熱を実施する場合よりも、ｈｉｊｋで囲まれる面積に相当する正味の仕事量が増加する。なお、図２において、燃焼器７５における再熱によって得られる正味の仕事量の部分を実線のハッチングで示している。
【0060】
ここで、ｊｋｌｍで囲まれる面積は、燃焼器７５における再熱によって得られた熱量の内、復水器７４において放熱される熱量に相当する。なお、図２において、この放熱される熱量の部分を破線のハッチングで示している。
【0061】
図２において、燃焼器７５の蒸気入口における蒸気の温度は、中圧タービン７２の蒸気入口における蒸気の温度にも依存するが、例えば、低い条件であっても３５０℃程度となる。低圧タービン７３の蒸気入口における蒸気の温度は、例えば、５００℃を超える温度となる。復水器７４の蒸気入口の温度は、例えば、３０℃程度となる。
【0062】
そのため、燃焼器７５における再熱によって得られる正味の仕事量（実線のハッチングの面積）は、燃焼器７５における再熱によって得られた熱量の一部である、復水器７４において放熱される熱量（破線のハッチングの面積）よりも大きい。また、燃焼器７５における加熱過程（状態ｈから状態ｉ）における平均温度は、燃焼器７５における加熱過程を除いた加熱過程（状態ａから状態ｅおよび状態ｆから状態ｇ）における平均温度よりも高い。すなわち、燃焼器７５における再熱によって、サイクルの熱効率が向上する。
【0063】
なお、上記した各蒸気の温度は一例であり、これらに限定されない。ここで、上記した各蒸気の温度範囲を考慮しても、燃焼器７５における再熱によって得られる正味の仕事量（実線のハッチングの面積）は、燃焼器７５における再熱によって得られた熱量の一部である、復水器７４において放熱される熱量（破線のハッチングの面積）よりも大きくなる。
【0064】
上記したように、第１の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備１によれば、水素と酸素を燃焼させて水蒸気を生成するとともに蒸気を再熱する燃焼器７５を備えることで、１回の再熱が限度である従来の排熱回収ボイラの構成を採用しつつ２段再熱が可能となる。すなわち、コンバインドサイクル発電設備１では、燃焼器７５を備えることで、排熱回収ボイラ３０の再熱部５０における１回の再熱、および排熱回収ボイラ３０以外の燃焼器７５における１回の再熱の合計２回の再熱を行うことができる。
【0065】
第１の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備１において、このような２段再熱サイクルを備えることで、サイクルの熱効率が向上する。
【0066】
また、第１の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備１では、中圧タービン７２および低圧タービン７３に、高圧タービン７１に導入される蒸気の温度と同程度の温度の蒸気を導入することができる。これによって、サイクルの熱効率が向上する。
【0067】
さらに、低圧タービン７３に導入される蒸気の流量は、燃焼器７５において生成された蒸気分増加する。そのため、タービン出力が増加する。
【0068】
ここで、前述したように、ガスタービン１０の燃焼器１２に使用される燃料は、特に限定されない。例えば、ガスタービン１０の燃焼器１２の燃料に炭化水素を含む燃料を使用した場合、蒸気タービンシステム７０における燃焼器７５では燃料として水素が使用されるため、コンバインドサイクル発電設備１における単位出力当たりの二酸化炭素（ＣＯ２）の排出量が低減される。
【0069】
すなわち、コンバインドサイクル発電設備１では、水素燃料を使用する燃焼器７５で生成した水蒸気を利用して出力の一部が得られている。そのため、コンバインドサイクル発電設備１における単位出力当たりの二酸化炭素（ＣＯ２）の排出量は、炭化水素を含む燃料を使用したガスタービン１０からの排気を利用して発生した蒸気によって全出力が得られるコンバインドサイクル発電設備における単位出力当たりの二酸化炭素（ＣＯ２）の排出量よりも低い。
【0070】
（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備２の構成を模式的に示す系統図である。なお、第２の実施の形態において、第１の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備１と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
図３は、第２の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備２の構成を模式的に示す系統図である。なお、第２の実施の形態において、第１の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備１と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
【0071】
第２の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備２においては、燃焼器７５は、高圧タービン７１と中圧タービン７２との間に配置され、中圧タービン７２から排出された蒸気が排熱回収ボイラ３０において再熱される。その他の構成は、第１の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備１の構成と同じである。そのため、ここでは、主に第１の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備１の構成と異なる構成について説明する。
【0072】
図３に示すように、蒸気タービンシステム７０において、高圧タービン７１の蒸気入口は、主蒸気管６０を介して第１の高圧過熱器４１ａと連結されている。高圧タービン７１の蒸気出口は、蒸気管６２を介して中圧タービン７２の蒸気入口と連結されている。蒸気管６２には、燃焼器７５が介在している。なお、燃焼器７５の構成は、前述したとおりである。
【0073】
ここで、燃焼器７５には、高圧タービン７１から排出された蒸気が導入される。燃焼器７５は、酸素と水素の燃焼で生成された水蒸気によってその導入された蒸気を再熱する。そして、燃焼器７５で生成された水蒸気は、高圧タービン７１の蒸気出口から排出された蒸気と混ざり、中圧タービン７２に供給される。
【0074】
なお、第２の実施の形態においても、蒸気管６２は、燃焼器７５をバイパスするバイパス管（図示しない）を備えてもよい。この場合、蒸気管６２において、燃焼器７５の入口近傍および出口近傍にそれぞれ蒸気弁が備えられる。バイパス管を備えることにおける作用効果は、第１の実施の形態で説明したとおりである。
【0075】
なお、ここでは、燃焼器７５が蒸気管６２に介在する一例を示しているが、燃焼器７５は、中圧タービン７２の蒸気入口部に備えられてもよい。
【0076】
中圧タービン７２の蒸気出口は、再熱部５０を介在する再熱蒸気管６３を介して低圧タービン７３の蒸気入口と連結されている。再熱蒸気管６３は、中圧タービン７２の蒸気出口と再熱部５０との間を連結する低温再熱蒸気管６４と、再熱部５０と低圧タービン７３の蒸気入口との間を連結する高温再熱蒸気管６５とを備える。例えば、高温再熱蒸気管６５には、低圧タービン７３に導入する蒸気の流量を調整する蒸気弁６５ａが介在している。
【0077】
なお、前述したとおり、低圧タービン７３の蒸気出口は、排気管６６を介して復水器７４に連結されている。
【0078】
ここで、蒸気タービンシステム７０において、主蒸気管６０を介して高圧タービン７１に導入された蒸気は、高圧タービン７１を回動させた後、蒸気管６２に排出される。蒸気管６２に排出された蒸気は、燃焼器７５に導入される。
【0079】
燃焼器７５では、水素と酸素の燃焼によって水蒸気が生成される。燃焼器７５で生成された水蒸気は、燃焼器７５に導入された蒸気と混合されて、中圧タービン７２に導入される蒸気となる。
【0080】
ここで、中圧タービン７２に導入される蒸気の流量は、燃焼器７５で生成された水蒸気の流量分増加する。また、高圧タービン７１から排出された蒸気の温度は、燃焼器７５で生成された高温の水蒸気と混合されることによって上昇する。すなわち、高圧タービン７１から排出された蒸気は、再熱される。
【0081】
中圧タービン７２に導入される蒸気の温度および流量は、燃焼器７５の燃焼条件を調整することで調整される。例えば、中圧タービン７２に導入される蒸気の温度は、例えば、高圧タービン７１に導入される蒸気の温度と同程度の温度に調整される。
【0082】
中圧タービン７２に導入される蒸気の温度を上昇させ、さらに中圧タービン７２に導入される蒸気の流量を増加することで、中圧タービン７２における熱効率および出力が増加する。すなわち、燃焼器７５を備えることで、熱効率および出力が増加する。
【0083】
中圧タービン７２に導入された蒸気は、中圧タービン７２を回動させた後、低温再熱蒸気管６４に排出される。低温再熱蒸気管６４に排出された蒸気は、再熱部５０に導かれる。この際、例えば、低温再熱蒸気管６４には、蒸気管６９を介して中圧過熱器４２ａから蒸気が導入される。
【0084】
低温再熱蒸気管６４を介して再熱部５０に導かれた蒸気は、再熱され高温再熱蒸気管６５に導かれる。そして、蒸気は、高温再熱蒸気管６５を介して低圧タービン７３に導入される。低圧タービン７３に導入された蒸気は、低圧タービン７３を回動させた後、排気管６６に排出される。
【0085】
ここで、低圧タービン７３に導入される蒸気の流量は、燃焼器７５で生成された水蒸気の流量分増加する。そのため、燃焼器７５を備えることで、低圧タービン７３においても出力が増加する。
【0086】
排気管６６に排出された蒸気は、復水器７４に導入され、復水となる。なお、復水器７４の復水は、低圧給水ポンプ７６、高圧給水ポンプ７７によって圧送され、給水管６７、６７ａ、６７ｂを介して、高圧節炭器４１ｅ、低圧節炭器４３ｄに導かれる。
【0087】
上記したように、第２の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備２では、燃焼器７５においての再熱および排熱回収ボイラ３０においての再熱の２段再熱が実現される。
【0088】
ここで、図４は、第２の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備２におけるＴ-ｓ線図を示す図である。図４において、図２と同様に、横軸は、蒸気の比エントロピ（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））を示し、縦軸は、蒸気の温度（Ｋ）を示している。なお、図４において、コンバインドサイクル発電設備２の熱サイクルにおける各状態をアルファベットａ－ｊを付して示している。
【0089】
図４に示すように、コンバインドサイクル発電設備２における２段再熱のサイクルは、状態ａ、状態ｂ、状態ｃ・・・状態ｊ、状態ａの順に進行する。ここで、状態ａ－状態ｂ間は、低圧給水ポンプ７６の入口と高圧節炭器４１ｅの入口との間の状態、状態ｂ－状態ｃ間は、高圧節炭器４１ｅの入口と高圧蒸気ドラム４１ｃの入口との間の状態、状態ｃ－状態ｄ間は、高圧蒸気ドラム４１ｃの入口と第２の高圧過熱器４１ｂの入口との間の状態、状態ｄ－状態ｅ間は、第２の高圧過熱器４１ｂの入口と高圧タービン７１の蒸気入口との間の状態、状態ｅ－状態ｆ間は、高圧タービン７１の蒸気入口と燃焼器７５の蒸気入口の間の状態、状態ｆ－状態ｇ間は、燃焼器７５の蒸気入口と中圧タービン７２の蒸気入口との間の状態、状態ｇ－状態ｈ間は、中圧タービン７２の蒸気入口と再熱部５０の蒸気入口との間の状態、状態ｈ－状態ｉ間は、再熱部５０の蒸気入口と低圧タービン７３の蒸気入口との間の状態、状態ｉ－状態ｊ間は、低圧タービン７３の蒸気入口と復水器７４の蒸気入口との間の状態、状態ｊ－状態ａ間は、復水器７４の蒸気入口と低圧給水ポンプ７６の入口との間の状態を示す。
【0090】
ここでは、状態ｆ－状態ｇ間の１段目の再熱は、燃焼器７５によって行われ、状態ｈ－状態ｉ間の２段目の再熱は、再熱部５０によって行われる一例を示している。
【0091】
図４において、ａｂｃｄｅｆｇｈｉｊで囲まれる面積は、コンバインドサイクル発電設備２における２段再熱のサイクルにおける正味の仕事量に相当する。また、ａｂｃｄｅｌで囲まれる面積は、コンバインドサイクル発電設備２において、再熱を実施しない場合のサイクルにおける正味の仕事量に相当する。また、ａｂｃｄｅｆｇｋで囲まれる面積は、コンバインドサイクル発電設備２において、２段目の再熱を実施しない場合（燃焼器７５における１段再熱の場合）のサイクルにおける正味の仕事量に相当する。
【0092】
図４に示すように、状態ｊにおける蒸気の温度は、状態ｊの蒸気の比エントロピと等しい比エントロピにおける飽和蒸気線ＳＶ上の乾き飽和蒸気の温度よりも低くなる。すなわち、状態ｊにおける蒸気は、湿り蒸気となる。
【0093】
燃焼器７５および排熱回収ボイラ３０を用いた２段再熱を実施することで、排熱回収ボイラ３０を用いた１段再熱を実施する場合よりも、ｆｇｋｌで囲まれる面積に相当する正味の仕事量が増加する。なお、図４において、燃焼器７５における再熱によって得られる正味の仕事量の部分を実線のハッチングで示している。
【0094】
ここで、ｋｌｍｎで囲まれる面積は、燃焼器７５における再熱によって得られた熱量の内、復水器７４において放熱される熱量に相当する。なお、図４において、この放熱される熱量の部分を破線のハッチングで示している。
【0095】
図４において、燃焼器７５の蒸気入口における蒸気の温度は、高圧タービン７１の蒸気入口における蒸気の温度にも依存するが、例えば、低い条件であっても３５０℃程度となる。また、中圧タービン７２の蒸気入口における蒸気の温度は、例えば、５００℃を超える温度となる。復水器７４の蒸気入口の温度は、例えば、３０℃程度となる。
【0096】
そのため、燃焼器７５における再熱によって得られる正味の仕事量（実線のハッチングの面積）は、燃焼器７５における再熱によって得られた熱量の一部である、復水器７４において放熱される熱量（破線のハッチングの面積）よりも大きい。また、燃焼器７５における加熱過程（状態ｆから状態ｇ）における平均温度は、燃焼器７５における加熱過程を除いた加熱過程（状態ａから状態ｅおよび状態ｈから状態ｉ）における平均温度よりも高い。すなわち、燃焼器７５における再熱によって、サイクルの熱効率が向上する。
【0097】
なお、上記した各蒸気の温度は一例であり、これらに限定されない。ここで、上記した各蒸気の温度範囲を考慮しても、燃焼器７５における再熱によって得られる正味の仕事量（実線のハッチングの面積）は、燃焼器７５における再熱によって得られた熱量の一部である、復水器７４において放熱される熱量（破線のハッチングの面積）よりも大きくなる。
【0098】
上記したように、第２の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備２によれば、第１の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備１と同様の作用効果が得られる。すなわち、コンバインドサイクル発電設備２によれば、水素と酸素を燃焼させて水蒸気を生成するとともに蒸気を加熱する燃焼器７５を備えることで、１回の再熱が限度である従来の排熱回収ボイラの構成を採用しつつ２段再熱が可能となる。このような２段再熱サイクルを備えることで、サイクルの熱効率が向上する。
【0099】
また、第２の実施の形態のコンバインドサイクル発電設備２では、中圧タービン７２および低圧タービン７３に、高圧タービン７１に導入される蒸気の温度と同程度の温度の蒸気を導入することができる。これによって、サイクルの熱効率が向上する。
【0100】
さらに、低圧タービン７３に導入される蒸気の流量は、燃焼器７５において生成された蒸気分増加する。そのため、タービン出力が増加する。
【0101】
また、ガスタービン１０の燃焼器１２の燃料に炭化水素を含む燃料を使用した場合、前述したように、蒸気タービンシステム７０における燃焼器７５では燃料として水素が使用されるため、コンバインドサイクル発電設備２における単位出力当たりの二酸化炭素（ＣＯ２）の排出量が低減される。
【0102】
以上説明した実施形態によれば、２段再熱が可能であるとともに、熱効率および出力を向上させることが可能となる。
【0103】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0104】
１、２…コンバインドサイクル発電設備、１０…ガスタービン、１１…空気圧縮機、１２、７５…燃焼器、１３…タービン、１４、７５ａ…燃料供給部、２０…発電機、３０…排熱回収ボイラ、３１…流路、３２…煙突、４０…蒸気生成部、４１…高圧蒸気生成部、４１ａ…第１の高圧過熱器、４１ｂ…第２の高圧過熱器、４１ｃ…高圧蒸気ドラム、４１ｄ…高圧蒸発器、４１ｅ…高圧節炭器、４２…中圧蒸気生成部、４２ａ…中圧過熱器、４２ｂ…中圧蒸気ドラム、４２ｃ…中圧蒸発器、４２ｄ…中圧節炭器、４３…低圧蒸気生成部、４３ａ…低圧過熱器、４３ｂ…低圧蒸気ドラム、４３ｃ…低圧蒸発器、４３ｄ…低圧節炭器、５０…再熱部、６０…主蒸気管、６０ａ、６１ａ、６５ａ、６９ａ…蒸気弁、６１…蒸気供給管、６２、６９…蒸気管、６３…再熱蒸気管、６４…低温再熱蒸気管、６５…高温再熱蒸気管、６６…排気管、６７、６７ａ、６７ｂ…給水管、６８…排出管、６８ａ…流量調整弁、７０…蒸気タービンシステム、７１…高圧タービン、７２…中圧タービン、７３…低圧タービン、７４…復水器、７５ｂ…酸化剤供給部、７６…低圧給水ポンプ、７７…高圧給水ポンプ、ＢＣ…飽和限界線、ＣＰ…臨界点、ＳＬ…飽和液線、ＳＶ…飽和蒸気線。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】