JP2004047395A - タービン発電設備及び複合発電設備 - Google Patents
タービン発電設備及び複合発電設備 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004047395A JP2004047395A JP2002206508A JP2002206508A JP2004047395A JP 2004047395 A JP2004047395 A JP 2004047395A JP 2002206508 A JP2002206508 A JP 2002206508A JP 2002206508 A JP2002206508 A JP 2002206508A JP 2004047395 A JP2004047395 A JP 2004047395A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- fuel cell
- turbine
- compressed air
- power generation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
- Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
【解決手段】起動時に圧縮機3から燃料電池装置1に供給される圧縮空気を予熱する加熱装置17を備え、起動時に圧縮空気を予熱することで燃料電池装置1の反応温度に応じた圧縮空気を供給し、起動時に圧縮空気の温度と燃料電池装置1の運転温度とを考慮して燃料電池装置1を効率よく運転することができる燃料電池装置1とガスタービン2とを組み合わせたタービン発電設備とする。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池設備とガスタービンを組み合わせたタービン発電設備に関する。
【0002】
【従来の技術】
燃料電池は、空気と燃料とを電解質を介して電気化学反応させて発電を行う装置であり、高い発電効率で電気エネルギーを発生させることができる。この燃料電池から排出される排出ガスの温度は高く、排出ガスの熱エネルギーをガスタービン及び蒸気タービン等のボトミングサイクルにより回収して発電に利用することにより、システム損失を小さくすることができ、高い発電効率を得ることができる。特に、高温型燃料電池では排出ガスの温度が高いので、このような高温型燃料電池とガスタービンとを組み合わせたタービン発電設備では、高効率で発電を実施することができる。
【0003】
尚、高温型燃料電池としては、運転温度が約1000℃の固体電解質型燃料電池(SOFC)や運転温度が約650 ℃の溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
燃料電池(例えば、SOFC)とガスタービンとを組み合わせたタービン発電設備では、圧縮機からの圧縮空気が反応用の空気として燃料電池に送られるが、圧縮空気の温度と燃料電池の運転温度に差があり、効率良く燃料電池を運転するためには、起動時に圧縮空気の温度を燃料電池の運転温度に近づける工夫が必要である。
【0005】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、燃料電池とガスタービンとを組み合わせたタービン発電設備において、起動時に圧縮空気の温度と燃料電池の運転温度とを考慮して燃料電池を効率よく運転することができるタービン発電設備を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のタービン発電設備は、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮空気が供給され供給された空気中の酸素と燃料とを電解質を介して化学反応させて発電する燃料電池と、燃料電池からの排気が膨張されるタービンと、燃料電池の起動時に圧縮機から燃料電池に供給される圧縮空気を予熱する予熱手段とを備えたことを特徴とする。
【0007】
そして、圧縮機の出口側と予熱手段の入口側との間に三方弁を設け、起動時に三方弁により圧縮機の出口側の圧縮空気をタービンの入口側にバイパスさせることを特徴とする。
【0008】
また、予熱手段の出口側と燃料電池の入口側との間に三方弁を設け、起動時に三方弁により予熱手段で予熱された圧縮空気をタービンの入口側にバイパスさせることを特徴とする。
【0009】
また、起動時に燃料電池に供給される燃料の予熱を行う燃料予熱手段を備えたことを特徴とする。
【0010】
また、予熱手段は、バーナーにより圧縮空気を加熱する加熱手段であることを特徴とする。
【0011】
また、予熱手段は、圧縮空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを燃料電池に供給する燃焼手段であることを特徴とする。
【0012】
また、予熱手段は、電気ヒータにより圧縮空気を加熱する電気加熱手段であることを特徴とする。
【0013】
また、燃料電池に供給される燃料は、ガス化炉から供給される燃料ガスであることを特徴とする。
【0014】
上記目的を達成するための本発明の複合発電設備は、請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載のタービン発電設備と、タービン発電設備のタービンの排気ガスの熱回収を行って蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、蒸気タービンの排気を復水する復水手段と、復水手段からの復水を排熱回収ボイラに給水する給水手段とを備えたことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1には本発明の第1実施形態例に係るタービン発電設備を備えた複合発電設備の概略系統を示してある。
【0016】
図に示すように、タービン発電設備は、燃料電池としての燃料電池装置1とガスタービン2とで構成されている。ガスタービン2は圧縮機3及び燃焼器22及びタービン4及び発電機5で構成され、タービン4の排気ガスは排熱回収ボイラ6で熱回収されて大気に放出される。排熱回収ボイラ6では排気ガスの排熱により蒸気を発生し、発生した蒸気は蒸気タービン7に送られて蒸気タービン7で動力が回収される。蒸気タービン7の排気蒸気は復水手段としての復水器8で復水され、復水は給水手段としての給水ポンプ9により排熱回収ボイラ6の図示しないドラムに給水される(複合発電設備)。
【0017】
燃料電池装置1は、空気(酸素)と燃料fとを電解質を介して化学反応させて発電する燃料電池部11を備えている。燃料電池部11は、燃料fと、酸化剤として酸素を固体電解質膜を介して反応させて発電するようになっている。燃料電池部11で反応を終えた排出空気が排出空気ライン12aから燃焼器22に送られ、燃料電池部11で反応を終えた排出燃料が排出燃料ライン12bから燃焼器22に送られ、燃焼される。燃焼器22の燃焼ガスはタービン4で膨張されてタービン4の排気ガスが排熱回収ボイラ6で回収される。
【0018】
圧縮機3で圧縮された空気は圧縮空気ライン14から燃料電池装置1側に送られる。排出空気ライン12aには熱交換器51が設けられ、圧縮空気ライン14は熱交換器51を経由して燃料電池装置1の空気入口側に接続されている。熱交換器51では排出空気と圧縮空気とが熱交換され、圧縮空気が燃料電池の作動温度(例えば、約1000℃)まで昇温される。
【0019】
また、燃料電池装置1側には燃料供給ライン13から燃料fが供給される。排出燃料ライン12bには熱交換器52が設けられ、燃料供給ライン13は熱交換器52を経由して燃料電池装置1の燃料入口側に接続されている。熱交換器52では排出燃料と燃料fとが熱交換され、燃料fが燃料電池の作動温度(例えば、約1000℃)まで昇温される。
【0020】
燃料供給ライン13には天然ガス等の炭化水素系燃料や水素の他に燃料ガス化炉15で重油、軽油、石炭燃料等がガス化された燃料fが供給される。
【0021】
圧縮機3からの圧縮空気を燃料電池装置1側に送る圧縮空気ライン14には予熱手段としての加熱装置17が設けられ、燃料電池装置1の起動時(タービン発電設備の起動時)に加熱装置17により圧縮空気が加熱(予熱)されるようになっている。加熱装置17は圧縮空気が流通する加熱器18を備え、バーナー19により加熱器18を加熱することで流通する圧縮空気の温度を、例えば、SOFCの運転温度である約1000℃に加熱する。燃料電池装置1の反応が開始されると、圧縮空気は熱交換器51により、例えば、SOFCの運転温度である約1000℃に加熱されるため、過剰な加熱を抑制するために加熱装置17の負荷を徐々に低下させる。
【0022】
尚、圧縮空気の加熱温度はSOFCの運転温度である約1000℃に近づいた温度であればよく、圧縮機3の出口温度とSOFCの運転温度の中間温度(例えば、650 ℃乃至800 ℃等)の任意の温度に制御することが可能である。
【0023】
燃料ガス化炉15からの燃料fを燃料電池装置1側に送る燃料供給ライン13には燃料予熱手段としての燃料加熱装置25が設けられ、燃料電池装置1の起動時(タービン発電設備の起動時)に燃料加熱装置25により燃料fが加熱(予熱)されるようになっている。燃料加熱装置25は燃料fが流通する燃料加熱器26を備え、バーナー27により燃料加熱器26を加熱することで流通する燃料fの温度を、例えば、SOFCの運転温度に最適な温度に加熱する。燃料電池装置1の反応が開始されると、燃料fは間接冷却により、例えば、SOFCの運転温度に最適な温度に加熱されるため、過剰な加熱を抑制するために燃料加熱装置25の負荷を徐々に低下させる。
【0024】
上記構成のタービン発電設備を備えた複合発電設備では、燃料電池装置1の燃料電池部11に燃料供給ライン13から燃料fが供給される。この時、燃料fは熱交換器52で燃料電池の作動温度(例えば、約1000℃)まで昇温されて供給される。また、燃料電池装置1の燃料電池部11に圧縮空気ライン14から圧縮空気が供給される。この時、圧縮空気は熱交換器51で燃料電池の作動温度(例えば、約1000℃)まで昇温されて供給される。
【0025】
燃料電池部11では圧縮空気中の酸素及び改質された燃料fの化学反応により発電が行われる。燃料電池部11からの排出空気が排出空気ライン12aから燃焼器22に送られると共に、燃料電池部11からの排出燃料が排出燃料ライン12bから燃焼器22に送られる。燃料電池部11からの排出流体(排出空気及び排出燃料)は燃焼器22で燃焼され、燃焼ガスがタービン4で膨張されてタービン4が駆動し、タービン4の排気ガスが排熱回収ボイラ6で熱回収されて蒸気が発生される。発生した蒸気は蒸気タービン7に送られて蒸気タービンを駆動し、蒸気タービン7の排気は復水器8で復水されて給水ポンプ9により排熱回収ボイラ6の図示しないドラムに給水される。
【0026】
上述したタービン発電設備では、起動時には圧縮空気及び燃料fの温度が低いため、燃料電池装置1での反応が効率よく行われないことになる。このため、起動時には、加熱装置17のバーナー19を作動させて加熱器18で燃料電池部11に供給される圧縮空気を、例えば、SOFCの運転温度である約1000℃に加熱する。また、起動時には、燃料加熱装置25のバーナー27を作動させて燃料加熱器26で燃料電池部11に供給される燃料fを、例えば、SOFCの運転温度に最適な温度に加熱する。
【0027】
これにより、起動時であっても燃料電池部11には圧縮空気及び燃料fが反応可能な温度に加熱されて供給され、起動直後から燃料電池部11が効果的に反応して効率よく発電を実施することができ発電効率を高めることが可能になる。
【0028】
図2、図3に基づいて予熱手段及び燃料予熱手段の他の実施形態例を説明する。図2、図3には他の実施形態例に係る予熱手段及び燃料予熱手段の概略系統を示してある。
【0029】
図2に示すように、圧縮空気ライン14(燃料供給ライン13)には熱交換器31が設けられ、圧縮空気ライン14(燃料供給ライン13)を流通する圧縮空気(燃料f)が熱交換器31で加熱媒体によって間接的に加熱される。加熱媒体としては、他系統からの蒸気や熱水、または、排熱回収ボイラ6(図1参照)からの蒸気が適用される。
【0030】
図2に示した熱交換器31では、SOFCの運転温度である約1000℃の高温にまで加熱することはできないが、簡単な構成で熱源を新たに設けることなく圧縮空気(燃料f)を燃料電池部11の反応に適した温度に昇温することができる。
【0031】
図3に示すように、圧縮空気ライン14(燃料供給ライン13)には加熱器32が設けられ、加熱器32には電気ヒーター33が設けられている。圧縮空気ライン14(燃料供給ライン13)を流通する圧縮空気(燃料f)が加熱器32で電気ヒーター33によって加熱される。
【0032】
図3に示した電気ヒーター33を備えた加熱器32では、電気ヒーター33の能力を制御することで、SOFCの運転温度である約1000℃までの間の任意の温度に圧縮空気(燃料f)を加熱することができる。
【0033】
図4に基づいて予熱手段の他の実施形態例を説明する。図4には他の実施形態例に係る予熱手段の概略系統を示してある。
【0034】
図4に示すように、圧縮空気ライン14には加熱燃焼器34が設けられ、加熱燃焼器34には燃料が送られるバーナー35が設けられている。圧縮空気ライン14を流通する圧縮空気が加熱燃焼器34でバーナー35により燃料と共に燃焼され、加熱燃焼器34からの燃焼ガスが燃料電池装置1に送られる。
【0035】
図4に示した加熱燃焼器34では、燃焼によって圧縮空気がSOFCの運転温度である約1000℃の高温に加熱されるので、確実に圧縮空気を高温ガスにして燃料電池装置1に送ることができる。
【0036】
図5に基づいて本発明の第2実施形態例に係るタービン発電設備を説明する。
【0037】
図5には本発明の第2実施形態例に係るタービン発電設備を備えた複合発電設備の概略系統を示してある。尚、図1に示した部材と同一部材には同一符号を付してある。
【0038】
図に示すように、タービン発電設備は、燃料電池としての燃料電池装置1とガスタービン2とで構成されている。ガスタービン2は圧縮機3及び燃焼器22及びタービン4及び発電機5で構成され、タービン4の排気ガスは排熱回収ボイラ6で熱回収されて大気に放出される。排熱回収ボイラ6では排気ガスの排熱により蒸気を発生し、発生した蒸気は蒸気タービン7に送られて蒸気タービン7で動力が回収される。蒸気タービン7の排気蒸気は復水手段としての復水器8で復水され、復水は給水手段としての給水ポンプ9により排熱回収ボイラ6の図示しないドラムに給水される(複合発電設備)。
【0039】
燃料電池装置1は、空気(酸素)と燃料fとを電解質を介して化学反応させて発電する燃料電池部11を備えている。燃料電池部11は、燃料fと、酸化剤として酸素を固体電解質膜を介して反応させて発電するようになっている。燃料電池部11で反応を終えた排出空気が排出空気ライン12aから燃焼器22に送られ、燃料電池部11で反応を終えた排出燃料が排出燃料ライン12bから燃焼器22に送られ、燃焼される。燃焼器22の燃焼ガスはタービン4で膨張されタービン4の排気ガスが排熱回収ボイラ6で回収される。
【0040】
圧縮機3で圧縮された空気は圧縮空気ライン14から燃料電池装置1側に送られる。排出空気ライン12aには熱交換器51が設けられ、圧縮空気ライン14は熱交換器51を経由して燃料電池装置1の空気入口側に接続されている。熱交換器51では排出空気と圧縮空気とが熱交換され、圧縮空気が燃料電池の作動温度(例えば、約1000℃)まで昇温される。
【0041】
また、燃料電池装置1側には燃料供給ライン13から燃料fが供給される。排出燃料ライン12bには熱交換器52が設けられ、燃料供給ライン13は熱交換器52を経由して燃料電池装置1の燃料入口側に接続されている。熱交換器52では排出燃料と燃料fとが熱交換され、燃料fが燃料電池の作動温度(例えば、約1000℃)まで昇温される。
【0042】
燃料供給ライン13には天然ガス等の炭化水素系燃料や水素の他に燃料ガス化炉15で重油、軽油、石炭燃料等がガス化された燃料fが供給される。
【0043】
圧縮機3からの圧縮空気を燃料電池装置1側に送る圧縮空気ライン14には予熱手段としての加熱装置17が設けられ、燃料電池装置1の起動時(タービン発電設備の起動時)に加熱装置17により圧縮空気が加熱(予熱)されるようになっている。加熱装置17は圧縮空気が流通する加熱器18を備え、バーナー19により加熱器18を加熱することで流通する圧縮空気の温度を、例えば、SOFCの運転温度である約1000℃に加熱する。燃料電池装置1の反応が開始されると、圧縮空気は熱交換器51により、例えば、SOFCの運転温度である約1000℃に加熱されるため、過剰な加熱を抑制するために加熱装置17の負荷を徐々に低下させる。
【0044】
尚、圧縮空気の加熱温度はSOFCの運転温度である約1000℃に近づいた温度であればよく、圧縮機3の出口温度とSOFCの運転温度の中間温度(例えば、650 ℃乃至800 ℃等)の任意の温度に制御することが可能である。
【0045】
加熱装置17の上流側(圧縮機3側)における圧縮空気ライン14には三方弁37が設けられ、三方弁37には燃焼器22の上流側(燃料電池装置1側)における排出空気ライン12aにつながるバイパス路38が設けられている。通常運転時は、圧縮機3からの圧縮空気は加熱装置17側に送られ、設備の起動時は、圧縮機3からの圧縮空気は燃焼器22側に送られる。設備の起動後は、圧縮機3からの圧縮空気が運転状況に応じて徐々に加熱装置17側に切り換えられる。
【0046】
図中の符号で39,40は逆止弁で、排出空気ライン12aからバイパス路38側へのガスの流入及びバイパス路38から排出空気ライン12a側への流体の流入が阻止されるようになっている。
【0047】
燃料ガス化炉15からの燃料fを燃料電池装置1側に送る燃料供給ライン13には燃料予熱手段としての燃料加熱装置25が設けられ、燃料電池装置1の起動時(タービン発電設備の起動時)に燃料加熱装置25により燃料fが加熱(予熱)されるようになっている。燃料加熱装置25は燃料fが流通する燃料加熱器26を備え、バーナー27により燃料加熱器26を加熱することで流通する燃料fの温度を、例えば、SOFCの運転温度に最適な温度に加熱する。燃料電池装置1の反応が開始されると、燃料fは熱交換器52により、例えば、SOFCの運転温度に最適な温度に加熱されるため、過剰な加熱を抑制するために燃料加熱装置25の負荷を徐々に低下させる。
【0048】
上記構成のタービン発電設備を備えた複合発電設備では、燃料電池装置1の燃料電池部11に燃料供給ライン13から燃料fが供給される。この時、燃料fは熱交換器52で燃料電池の作動温度(例えば、約1000℃)まで昇温されて供給される。また、燃料電池装置1の燃料電池部11に圧縮空気ライン14から圧縮空気が供給される。この時、圧縮空気は熱交換器51で燃料電池の作動温度(例えば、約1000℃)まで昇温されて供給される。
【0049】
燃料電池部11では圧縮空気中の酸素及び改質された燃料fの化学反応により発電が行われる。燃料電池部11からの排出空気が排出空気ライン12aから燃焼器22に送られると共に、燃料電池部11からの排出燃料が排出燃料ライン12bから燃焼器22に送られる。燃料電池部11からの排出流体(排出空気及び排出燃料)は燃焼器22で燃焼され、燃焼ガスがタービン4で膨張されてタービン4が駆動し、タービン4の排気ガスが排熱回収ボイラ6で熱回収されて蒸気が発生される。発生した蒸気は蒸気タービン7に送られて蒸気タービンを駆動し、蒸気タービン7の排気は復水器8で復水されて給水ポンプ9により排熱回収ボイラ6の図示しないドラムに給水される。
【0050】
上述したタービン発電設備では、設備の起動時には三方弁37の切り換えにより圧縮機3からの圧縮空気をバイパス路38から燃焼器22に送り、燃焼器22に燃料を投入して燃焼器22で燃焼ガスを生成し、生成された燃焼ガスをタービン4に送ってタービン4を昇速させる。タービン4の昇速と共に三方弁37を徐々に切り換えて圧縮空気を加熱装置17(燃料電池装置1側)に切り換えて送ると共に燃焼器22側に送る圧縮空気を減量する。この状態で、加熱装置17のバーナー19を作動させて加熱器18で燃料電池部11に供給される圧縮空気を、例えば、SOFCの運転温度である約1000℃に加熱する。
【0051】
また、起動時には、燃料加熱装置25のバーナー27を作動させて燃料加熱器26で燃料電池部11に供給される燃料fを、例えば、SOFCの運転温度に最適な温度に加熱する。
【0052】
これにより、設備の起動時にタービン4を昇速させて翼の共振等を抑制すると共に、燃料電池装置1の起動時であっても燃料電池部11には圧縮空気及び燃料fが反応可能な温度に加熱されて供給される。このため、設備の起動直後からタービン4の翼の共振を抑制した状態で、燃料電池部11が効果的に反応して効率よく発電を実施することができ発電効率を高めることが可能になる。
【0053】
図6に基づいて本発明の第3実施形態例に係るタービン発電設備を説明する。
【0054】
図6には本発明の第3実施形態例に係るタービン発電設備を備えた複合発電設備の概略系統を示してある。尚、図1、図5に示した部材と同一部材には同一符号を付してある。
【0055】
図に示すように、タービン発電設備は、燃料電池としての燃料電池装置1とガスタービン2とで構成されている。ガスタービン2は圧縮機3及び燃焼器22及びタービン4及び発電機5で構成され、タービン4の排気ガスは排熱回収ボイラ6で熱回収されて大気に放出される。排熱回収ボイラ6では排気ガスの排熱により蒸気を発生し、発生した蒸気は蒸気タービン7に送られて蒸気タービン7で動力が回収される。蒸気タービン7の排気蒸気は復水手段としての復水器8で復水され、復水は給水手段としての給水ポンプ9により排熱回収ボイラ6の図示しないドラムに給水される(複合発電設備)。
【0056】
燃料電池装置1は、空気(酸素)と燃料fとを電解質を介して化学反応させて発電する燃料電池部11を備えている。燃料電池部11は、燃料fと、酸化剤として酸素を固体電解質膜を介して反応させて発電するようになっている。燃料電池部11で反応を終えた排出空気が排出空気ライン12aから燃焼器22に送られ、燃料電池部11で反応を終えた排出燃料が排出燃料ライン12bから燃焼器22に送られ、燃焼される。燃焼器22の燃焼ガスはタービン4で膨張されてタービン4の排気ガスが排熱回収ボイラ6で回収される。
【0057】
圧縮機3で圧縮された空気は圧縮空気ライン14から燃料電池装置1側に送られる。排出空気ライン12aには熱交換器51が設けられ、圧縮空気ライン14は熱交換器51を経由して燃料電池装置1の空気入口側に接続されている。熱交換器51では排出空気と圧縮空気とが熱交換され、圧縮空気が燃料電池の作動温度(例えば、約1000℃)まで昇温される。
【0058】
また、燃料電池装置1側には燃料供給ライン13から燃料fが供給される。排出燃料ライン12bには熱交換器52が設けられ、燃料供給ライン13は熱交換器52を経由して燃料電池装置1の燃料入口側に接続されている。熱交換器52では排出燃料と燃料fとが熱交換され、燃料fが燃料電池の作動温度(例えば、約1000℃)まで昇温される。
【0059】
燃料供給ライン13には天然ガス等の炭化水素系燃料や水素の他に燃料ガス化炉15で重油、軽油、石炭燃料等がガス化された燃料fが供給される。
【0060】
圧縮機3からの圧縮空気を燃料電池装置1側に送る圧縮空気ライン14には予熱手段としての加熱装置17が設けられ、燃料電池装置1の起動時(タービン発電設備の起動時)に加熱装置17により圧縮空気が加熱(予熱)されるようになっている。加熱装置17は圧縮空気が流通する加熱器18を備え、バーナー19により加熱器18を加熱することで流通する圧縮空気の温度を、例えば、SOFCの運転温度である約1000℃に加熱する。燃料電池装置1の反応が開始されると、圧縮空気は熱交換器51により、例えば、SOFCの運転温度である約1000℃に加熱されるため、過剰な加熱を抑制するために加熱装置17の負荷を徐々に低下させる。
【0061】
尚、圧縮空気の加熱温度はSOFCの運転温度である約1000℃に近づいた温度であればよく、圧縮機3の出口温度とSOFCの運転温度の中間温度(例えば、650 ℃乃至800 ℃等)の任意の温度に制御することが可能である。
【0062】
加熱装置17の下流側(燃料電池装置1側)における圧縮空気ライン14には三方弁45が設けられ、三方弁45には燃焼器22の上流側(燃料電池装置1側)における排出空気ライン12aにつながるバイパス路38が設けられている。通常運転時は、圧縮機3からの圧縮空気は加熱装置17から燃料電池装置1側に送られ、設備の起動時は、圧縮機3からの圧縮空気は加熱装置17で加熱されて燃焼器22側に送られる。設備の起動後は、圧縮機3からの圧縮空気が加熱装置17で加熱され運転状況に応じて徐々に燃料電池装置1側に切り換えられる。
【0063】
図中の符号で46,47は逆止弁で、排出空気ライン12aからバイパス路38側へのガスの流入及びバイパス路38から排出空気ライン12a側へのガスの流入が阻止されるようになっている。
【0064】
燃料ガス化炉15からの燃料fを燃料電池装置1側に送る燃料供給ライン13には燃料予熱手段としての燃料加熱装置25が設けられ、燃料電池装置1の起動時(タービン発電設備の起動時)に燃料加熱装置25により燃料fが加熱(予熱)されるようになっている。燃料加熱装置25は燃料fが流通する燃料加熱器26を備え、バーナー27により燃料加熱器26を加熱することで流通する燃料fの温度を、例えば、SOFCの運転温度に最適な温度に加熱する。燃料電池装置1の反応が開始されると、燃料fは熱交換器52により、例えば、SOFCの運転温度に最適な温度に加熱されるため、過剰な加熱を抑制するために燃料加熱装置25の負荷を徐々に低下させる。
【0065】
上記構成のタービン発電設備を備えた複合発電設備では、燃料電池装置1の燃料電池部11に燃料供給ライン13から燃料fが供給される。この時、燃料fは熱交換器52で燃料電池の作動温度(例えば、約1000℃)まで昇温されて供給される。また、燃料電池装置1の燃料電池部11に圧縮空気ライン14から圧縮空気が供給される。この時、圧縮空気は熱交換器51で燃料電池の作動温度(例えば、約1000℃)まで昇温されて供給される。
【0066】
燃料電池部11では圧縮空気中の酸素及び改質された燃料fの化学反応により発電が行われる。燃料電池部11からの排出空気が排出空気ライン12aから燃焼器22に送られると共に、燃料電池部11からの排出燃料が排出燃料ライン12bから燃焼器22に送られる。燃料電池部11からの排出流体(排出空気及び排出燃料)は燃焼器22で燃焼され、燃焼ガスがタービン4で膨張されてタービン4が駆動し、タービン4の排気ガスが排熱回収ボイラ6で熱回収されて蒸気が発生される。発生した蒸気は蒸気タービン7に送られて蒸気タービンを駆動し、蒸気タービン7の排気は復水器8で復水されて給水ポンプ9により排熱回収ボイラ6の図示しないドラムに給水される。
【0067】
上述したタービン発電設備では、設備の起動時には、加熱装置17のバーナー19を作動させて圧縮機3からの圧縮空気を加熱器18で加熱し、三方弁45の切り換えによりバイパス路38から加熱された圧縮空気を燃焼器22に送り、燃焼器22に燃料を投入して燃焼器22で燃焼ガスを生成し、生成された燃焼ガスをタービン4に送ってタービン4を昇速させる。タービン4の昇速と共に三方弁45を徐々に切り換えて加熱装置17で例えば、SOFCの運転温度である約1000℃に加熱された圧縮空気を燃料電池装置1側に切り換えて送ると共に燃焼器22側に送る圧縮空気を減量する。
【0068】
また、起動時には、燃料加熱装置25のバーナー27を作動させて燃料加熱器26で燃料電池部11に供給される燃料fを、例えば、SOFCの運転温度に最適な温度に加熱する。
【0069】
これにより、設備の起動時にタービン4を昇速させて翼の共振等を抑制すると共に、燃料電池装置1の起動時であっても燃料電池部11には圧縮空気及び燃料fが反応可能な温度に加熱されて供給される。このため、設備の起動直後からタービン4の翼の共振を抑制した状態で、燃料電池部11が効果的に反応して効率よく発電を実施することができ発電効率を高めることが可能になる。
【0070】
また、燃焼器22には、起動時には加熱装置17で加熱された圧縮空気が送られるため、燃焼器22の容量を抑制することが可能である。また、燃料電池装置1を切り離して100 %負荷で運用する場合であっても、加熱装置17で加熱された圧縮空気が送られるため、大きな容量の燃焼器を必要としない。
【0071】
【発明の効果】
本発明のタービン発電設備は、空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮空気が供給され供給された空気中の酸素と燃料とを電解質を介して化学反応させて発電する燃料電池と、燃料電池からの排気が膨張されるタービンと、燃料電池の起動時に圧縮機から燃料電池に供給される圧縮空気を予熱する予熱手段とを備えたので、起動時に圧縮空気を予熱することで燃料電池の反応温度に応じた圧縮空気を供給することができる。この結果、燃料電池とガスタービンとを組み合わせたタービン発電設備において、起動時に圧縮空気の温度と燃料電池の運転温度とを考慮して燃料電池を効率よく運転することができるタービン発電設備とすることが可能になる。
【0072】
本発明の複合発電設備は、請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載のタービン発電設備と、タービン発電設備のタービンの排気ガスの熱回収を行って蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、蒸気タービンの排気を復水する復水手段と、復水手段からの復水を排熱回収ボイラに給水する給水手段とを備えたので、起動時に圧縮空気を予熱することで燃料電池の反応温度に応じた圧縮空気を供給することができるタービン発電設備を備えた複合発電設備となる。この結果、燃料電池とガスタービンとを組み合わせたタービン発電設備において、起動時に圧縮空気の温度と燃料電池の運転温度とを考慮して燃料電池を効率よく運転することができるタービン発電設備を備えた複合発電設備とすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態例に係るタービン発電設備を備えた複合発電設備の概略系統図。
【図2】他の実施形態例に係る予熱手段及び燃料予熱手段の概略系統図。
【図3】他の実施形態例に係る予熱手段及び燃料予熱手段の概略系統図。
【図4】他の実施形態例に係る予熱手段の概略系統図。
【図5】本発明の第2実施形態例に係るタービン発電設備を備えた複合発電設備の概略系統図。
【図6】本発明の第3実施形態例に係るタービン発電設備を備えた複合発電設備の概略系統図。
【符号の説明】
1 燃料電池装置
2 ガスタービン
3 圧縮機
4 タービン
5 発電機
6 排熱回収ボイラ
7 蒸気タービン
8 復水器
9 給水ポンプ
11 燃料電池部
13 燃料供給ライン
14 圧縮空気ライン
15 燃料ガス炉
17 加熱装置
18,32 加熱器
19,27 バーナー
22 燃焼器
25 燃料加熱装置
26 燃料加熱器
31 熱交換器
33 電気ヒータ
35 バーナー
37,45 三方弁
38 バイパス路
39,40,46,47 逆止弁
51,52 熱交換器
Claims (9)
- 空気を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された圧縮空気が供給され供給された空気中の酸素と燃料とを電解質を介して化学反応させて発電する燃料電池と、燃料電池からの排気が膨張されるタービンと、燃料電池の起動時に圧縮機から燃料電池に供給される圧縮空気を予熱する予熱手段とを備えたことを特徴とするタービン発電設備。
- 請求項1において、
圧縮機の出口側と予熱手段の入口側との間に三方弁を設け、起動時に三方弁により圧縮機の出口側の圧縮空気をタービンの入口側にバイパスさせることを特徴とするタービン発電設備。 - 請求項1において、
予熱手段の出口側と燃料電池の入口側との間に三方弁を設け、起動時に三方弁により予熱手段で予熱された圧縮空気をタービンの入口側にバイパスさせることを特徴とするタービン発電設備。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
起動時に燃料電池に供給される燃料の予熱を行う燃料予熱手段を備えたことを特徴とするタービン発電設備。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
予熱手段は、バーナーにより圧縮空気を加熱する加熱手段であることを特徴とするタービン発電設備。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
予熱手段は、圧縮空気と燃料とを燃焼させて燃焼ガスを燃料電池に供給する燃焼手段であることを特徴とするタービン発電設備。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
予熱手段は、電気ヒータにより圧縮空気を加熱する電気加熱手段であることを特徴とするタービン発電設備。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか一項において、
燃料電池に供給される燃料は、ガス化炉から供給される燃料ガスであることを特徴とするタービン発電設備。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載のタービン発電設備と、
タービン発電設備のタービンの排気ガスの熱回収を行って蒸気を発生させる排熱回収ボイラと、
排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、
蒸気タービンの排気を復水する復水手段と、
復水手段からの復水を排熱回収ボイラに給水する給水手段と
を備えたことを特徴とする複合発電設備。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002206508A JP4209150B2 (ja) | 2002-07-16 | 2002-07-16 | 複合発電設備 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002206508A JP4209150B2 (ja) | 2002-07-16 | 2002-07-16 | 複合発電設備 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004047395A true JP2004047395A (ja) | 2004-02-12 |
JP4209150B2 JP4209150B2 (ja) | 2009-01-14 |
Family
ID=31711473
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002206508A Expired - Fee Related JP4209150B2 (ja) | 2002-07-16 | 2002-07-16 | 複合発電設備 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4209150B2 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004134235A (ja) * | 2002-10-10 | 2004-04-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池流体供給システム及びタービン発電設備 |
JP2011007101A (ja) * | 2009-06-25 | 2011-01-13 | Hitachi Ltd | 再生サイクルガスタービンシステム |
JP2017037819A (ja) * | 2015-08-13 | 2017-02-16 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池コージェネレーションシステム、その起動方法及びその運転方法 |
CN107795340A (zh) * | 2016-09-07 | 2018-03-13 | 通用电气公司 | 涡轮机温度控制*** |
JP2018060732A (ja) * | 2016-10-07 | 2018-04-12 | 東京瓦斯株式会社 | 発電システム |
WO2020240885A1 (ja) * | 2019-05-31 | 2020-12-03 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 加圧空気供給システム及びこの加圧空気供給システムを備える燃料電池システム並びにこの加圧空気供給システムの起動方法 |
-
2002
- 2002-07-16 JP JP2002206508A patent/JP4209150B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004134235A (ja) * | 2002-10-10 | 2004-04-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料電池流体供給システム及びタービン発電設備 |
JP2011007101A (ja) * | 2009-06-25 | 2011-01-13 | Hitachi Ltd | 再生サイクルガスタービンシステム |
JP2017037819A (ja) * | 2015-08-13 | 2017-02-16 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池コージェネレーションシステム、その起動方法及びその運転方法 |
CN107795340A (zh) * | 2016-09-07 | 2018-03-13 | 通用电气公司 | 涡轮机温度控制*** |
CN107795340B (zh) * | 2016-09-07 | 2022-03-08 | 通用电气公司 | 涡轮机温度控制*** |
JP2018060732A (ja) * | 2016-10-07 | 2018-04-12 | 東京瓦斯株式会社 | 発電システム |
WO2020240885A1 (ja) * | 2019-05-31 | 2020-12-03 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 加圧空気供給システム及びこの加圧空気供給システムを備える燃料電池システム並びにこの加圧空気供給システムの起動方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4209150B2 (ja) | 2009-01-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102319093B1 (ko) | 가압 공기 공급 시스템 및 이 가압 공기 공급 시스템을 구비하는 연료 전지 시스템 그리고 이 가압 공기 공급 시스템의 기동 방법 | |
JP5185657B2 (ja) | コンバインドシステム | |
JP5004156B2 (ja) | 発電設備 | |
JP5185659B2 (ja) | コンバインドシステム | |
JP5896885B2 (ja) | 発電システム及び発電システムの運転方法 | |
JP4568486B2 (ja) | ハイブリッド型燃料電池システム | |
JP2003217602A (ja) | 高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システム | |
JP4209150B2 (ja) | 複合発電設備 | |
JP4508660B2 (ja) | 高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システム | |
JP3804204B2 (ja) | 多段タービン圧縮機を備えた燃料電池発電装置 | |
JP4461166B2 (ja) | 燃料電池−ガスタービン発電設備 | |
JPH09144560A (ja) | 水素燃焼ガスタービンプラントおよびその運転方法 | |
JP2004206896A (ja) | 燃料電池−ガスタービン発電設備 | |
JP4192023B2 (ja) | 熱電供給システム | |
JPH11238520A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
JP3344439B2 (ja) | タービンコンプレッサ用燃焼装置と燃焼方法 | |
JP2008078144A (ja) | 燃料電池−ガスタービン発電設備及び複合発電設備 | |
JP2000348749A (ja) | 燃料電池発電プラントの起動方法 | |
JP4212322B2 (ja) | 燃料電池とマイクロガスタービンのコンバインド発電設備とその起動方法 | |
JP5134186B2 (ja) | 固体酸化物形燃料電池を用いたコンバインド発電システム | |
JP4578787B2 (ja) | ハイブリッド型燃料電池システム | |
JP4209015B2 (ja) | 固体電解質燃料電池複合発電プラントシステム | |
JP3573239B2 (ja) | 燃料電池発電装置 | |
JP2002305009A (ja) | 燃料電池複合発電装置 | |
JP3897149B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池・スターリングエンジンコンバインドシステム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050617 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070613 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070724 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070919 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20081007 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20081022 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111031 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111031 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121031 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |