JP5984709B2 - Power generation system and method for driving power generation system - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池とガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた発電システム及び発電システムの駆動方法に関するものである。 The present invention relates to a power generation system that combines a fuel cell, a gas turbine, and a steam turbine, and a method for driving the power generation system.
燃料電池としての固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：以下ＳＯＦＣ）は、用途の広い高効率な燃料電池として知られている。このＳＯＦＣは、イオン導電率を高めるために作動温度が高くされているので、空気極側に供給する空気（酸化剤）としてガスタービンの圧縮機から吐出された圧縮空気を使用することができる。また、ＳＯＦＣから排気された高温の排燃料ガスをガスタービンの燃焼器の燃料として使用することができる。 A solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as SOFC) as a fuel cell is known as a highly efficient fuel cell having a wide range of uses. Since this SOFC has a high operating temperature in order to increase ionic conductivity, compressed air discharged from the compressor of the gas turbine can be used as air (oxidant) supplied to the air electrode side. Further, the high-temperature exhaust fuel gas exhausted from the SOFC can be used as fuel for the combustor of the gas turbine.
このため、例えば、下記特許文献１に記載されるように、高効率発電を達成することができる発電システムとして、ＳＯＦＣとガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたものが各種提案されている。この特許文献１に記載されたコンバインドシステムにおいて、ガスタービンは、空気を圧縮してＳＯＦＣに供給する圧縮機と、このＳＯＦＣから排出された排燃料ガスと空気から燃焼ガスを生成する燃焼器を有したものである。 For this reason, for example, as described in Patent Document 1 below, various combinations of SOFC, gas turbine, and steam turbine have been proposed as power generation systems that can achieve high-efficiency power generation. In the combined system described in Patent Document 1, the gas turbine includes a compressor that compresses air and supplies the compressed gas to the SOFC, and a combustor that generates combustion gas from the exhaust fuel gas discharged from the SOFC and the air. It is what.
上述した特許文献１に示すような発電システムにおいて、ガスタービンは、燃焼器においてＳＯＦＣから排出された排燃料ガスと圧縮空気とを燃焼し生成した燃焼ガスで駆動する。一方、ＳＯＦＣは、供給された燃料ガスと圧縮機において圧縮された圧縮空気を利用して発電をし、発電に利用された排燃料ガスと圧縮空気をガスタービンへ排出する。このため、まず、ガスタービンを駆動させた後、ＳＯＦＣに圧縮空気を供給してＳＯＦＣを駆動させる。 In the power generation system as shown in Patent Document 1 described above, the gas turbine is driven by the combustion gas generated by burning the exhaust fuel gas discharged from the SOFC and the compressed air in the combustor. On the other hand, the SOFC generates power using the supplied fuel gas and compressed air compressed by the compressor, and discharges the exhaust fuel gas and compressed air used for power generation to the gas turbine. For this reason, first, after driving a gas turbine, compressed air is supplied to SOFC and SOFC is driven.
上述した特許文献１に示すような発電システムにおいて、ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器は、ＳＯＦＣが運転していない状態では排燃料ガスが供給されないため、燃料ガスが必要となる。また、燃焼器は、ＳＯＦＣからの排燃料ガスを燃料として利用する際、ガスタービンが定格負荷に到達する入熱に対して、入熱が不足する場合には、高カロリーな燃料ガスを供給して入熱を補う必要がある。このように、ＳＯＦＣとガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた発電システムの運転にあたっては、ＳＯＦＣとガスタービンの運転状態によって、燃焼器に供給される燃料が排燃料ガスと燃料ガスとのように、種類の異なる燃料ガスとなる。 In the power generation system as shown in Patent Document 1 described above, a combustor that supplies combustion gas to a gas turbine requires fuel gas because exhaust gas is not supplied when the SOFC is not operating. In addition, when using the exhaust fuel gas from the SOFC as fuel, the combustor supplies high-calorie fuel gas if the heat input is insufficient with respect to the heat input at which the gas turbine reaches the rated load. It is necessary to compensate for heat input. As described above, in the operation of the power generation system that combines the SOFC, the gas turbine, and the steam turbine, depending on the operating state of the SOFC and the gas turbine, the fuel supplied to the combustor is different from the exhaust fuel gas and the fuel gas. It becomes different fuel gas.
ところで、一般に、種類の異なる各燃料ガスを燃焼器で燃焼させるには、混合器を使用することが好ましい。しかし、ＳＯＦＣから排出される排燃料ガスは４００℃程度に達し、入熱を補うための燃料ガスは１５℃程度であり、双方に温度差がある。このため、温度差により混合器において各燃料ガスが均一に混ざらず燃焼が不安定になるおそれがあったり、温度差により混合器やその周辺配管に熱伸びの対策が必要になったりする。 In general, it is preferable to use a mixer to burn different types of fuel gas in the combustor. However, the exhaust fuel gas discharged from the SOFC reaches about 400 ° C., the fuel gas for supplementing heat input is about 15 ° C., and there is a temperature difference between the two. For this reason, the fuel gas may not be mixed uniformly in the mixer due to the temperature difference and the combustion may become unstable, or the temperature difference may require countermeasures for thermal expansion in the mixer and its surrounding piping.
本発明は、上述した課題を解決するものであり、種類の異なる燃料ガスの温度差による不都合を解消することのできる発電システム及び発電システムの駆動方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a power generation system and a method for driving the power generation system that can eliminate the inconvenience due to the temperature difference between different types of fuel gas.
上記の目的を達成するための本発明の発電システムは、燃料電池から排出される排燃料ガスをガスタービンの燃焼器の燃料として利用すると共に、前記ガスタービンの圧縮機で圧縮された一部の圧縮空気を前記燃料電池の駆動に利用する発電システムにおいて、前記ガスタービンは、前記排燃料ガスとは種類の異なる燃料ガスを燃焼させる第１燃焼器と、前記第１燃焼器から供給される燃焼ガスにより駆動される第１タービンと、前記排燃料ガスを燃焼させる第２燃焼器と、前記第１タービンと軸連結されており前記第２燃焼器から供給される燃焼ガスにより駆動される第２タービンと、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a power generation system of the present invention uses exhaust fuel gas discharged from a fuel cell as fuel for a combustor of a gas turbine, and a part of the gas compressed by the compressor of the gas turbine. In the power generation system that uses compressed air to drive the fuel cell, the gas turbine burns a fuel gas of a type different from the exhaust fuel gas, and combustion supplied from the first combustor A first turbine driven by gas, a second combustor for burning the exhaust fuel gas, and a second turbine connected to the first turbine and driven by the combustion gas supplied from the second combustor. And a turbine.
従って、排燃料ガスと燃料ガスとをそれぞれ別の燃焼器で独立して燃焼させる。このため、排燃料ガスと燃料ガスとを混合器で混合する必要がなく、各燃料ガスが均一に混ざらず燃焼が不安定になったり、温度差により混合器やその周辺配管に熱伸びの対策が必要になったりすることがないため、種類の異なる燃料ガスの温度差による不都合を解消することができる。 Therefore, the exhaust fuel gas and the fuel gas are independently burned by separate combustors. For this reason, it is not necessary to mix exhaust fuel gas and fuel gas in a mixer, each fuel gas is not mixed uniformly, combustion becomes unstable, and measures against thermal expansion in the mixer and its surrounding piping due to temperature differences Is not necessary, so the inconvenience due to the temperature difference between different types of fuel gas can be solved.
また、本発明の発電システムでは、前記第１タービンと前記第２タービンとの軸連結を接続または切断する接断部を備えることを特徴とする。 In the power generation system of the present invention, a connection part for connecting or disconnecting the shaft connection between the first turbine and the second turbine is provided.
従って、接断部を備えていない場合は、第１タービンのみの駆動時に、第２タービンに燃焼ガスが供給されていない状態で第２タービンは第１タービンと共に回転するため、第１タービンに負荷が掛かるが、接断部を備えることで、第１タービンに負荷が掛かる事態を防ぐことができる。 Therefore, when the connecting / disconnecting portion is not provided, the second turbine rotates together with the first turbine in a state where the combustion gas is not supplied to the second turbine when only the first turbine is driven. However, it is possible to prevent a load from being applied to the first turbine by providing the connection / disconnection part.
また、本発明の発電システムでは、前記燃料ガスを前記第１燃焼器に供給する燃料ガス供給ラインと、前記排燃料ガスを前記第２燃焼器に供給する排燃料ガス供給ラインと、前記燃料ガス供給ラインに設けられる燃料ガス制御弁と、前記排燃料ガス供給ラインに設けられる排燃料ガス制御弁と、前記燃料電池が駆動される前に、前記排燃料ガス制御弁を閉止して前記燃料ガス制御弁を開放する制御をし、前記燃料電池の駆動後に、前記排燃料ガス制御弁を開放する制御をする制御部と、を備える。 In the power generation system of the present invention, a fuel gas supply line that supplies the fuel gas to the first combustor, an exhaust fuel gas supply line that supplies the exhaust fuel gas to the second combustor, and the fuel gas A fuel gas control valve provided in a supply line; an exhaust fuel gas control valve provided in the exhaust fuel gas supply line; and the fuel gas control valve is closed before the fuel cell is driven to close the fuel gas A control unit that controls to open the control valve and controls to open the exhaust fuel gas control valve after the fuel cell is driven.
従って、ガスタービンを駆動する場合、燃料ガスを第１燃焼器に供給することで、第１タービンを駆動する。また、第１タービンが駆動された後は、圧縮機で圧縮された一部の圧縮空気を燃料電池に供給し、燃料電池を駆動させる。そして、燃料電池が駆動されると、燃料電池から排燃料ガスが排出されるため、この排燃料ガスを第２燃焼器に供給する。このように、本発明の発電システムは、排燃料ガスと燃料ガスとをそれぞれ別の燃焼器で独立して燃焼させると共に、燃料電池を効率よく駆動させることができる。 Therefore, when driving the gas turbine, the first turbine is driven by supplying the fuel gas to the first combustor. In addition, after the first turbine is driven, a part of the compressed air compressed by the compressor is supplied to the fuel cell to drive the fuel cell. When the fuel cell is driven, exhaust fuel gas is discharged from the fuel cell, so that this exhaust fuel gas is supplied to the second combustor. As described above, the power generation system of the present invention can burn the exhaust fuel gas and the fuel gas independently in separate combustors and efficiently drive the fuel cell.
上記の目的を達成するための本発明の発電システムの駆動方法は、燃料電池から排出される排燃料ガスをガスタービンの燃焼器の燃料として利用すると共に、前記ガスタービンの圧縮機で圧縮された一部の圧縮空気を前記燃料電池の駆動に利用する発電システムの駆動方法において、前記ガスタービンは、前記排燃料ガスとは種類の異なる燃料ガスを燃焼させる第１燃焼器と、前記第１燃焼器から供給される燃焼ガスにより駆動される第１タービンと、前記排燃料ガスを燃焼させる第２燃焼器と、前記第１タービンと軸連結されており前記第２燃焼器から供給される燃焼ガスにより駆動される第２タービンと、を備え、前記第１燃焼器に前記燃料ガスを供給して前記第１タービンを駆動する工程と、次に、前記燃料電池を駆動する工程と、次に、前記第２燃焼器に前記排燃料ガスを供給して前記第２タービンを駆動する工程と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a driving method of a power generation system according to the present invention uses exhaust fuel gas discharged from a fuel cell as fuel for a combustor of a gas turbine and is compressed by the compressor of the gas turbine. In the driving method of a power generation system that uses a part of compressed air for driving the fuel cell, the gas turbine includes a first combustor that burns a different type of fuel gas from the exhaust fuel gas, and the first combustion A first turbine driven by combustion gas supplied from a combustor, a second combustor for combusting the exhaust fuel gas, and a combustion gas that is axially connected to the first turbine and supplied from the second combustor A second turbine driven by the first turbine, and supplying the fuel gas to the first combustor to drive the first turbine; next, driving the fuel cell; , Characterized by having a the steps of supplying the exhaust fuel gas to the second combustor for driving the second turbine.
従って、ガスタービンを駆動する場合、燃料ガスを第１燃焼器に供給することで、第１タービンを駆動する。また、第１タービンが駆動された後は、圧縮機で圧縮された一部の圧縮空気を燃料電池に供給し、燃料電池を駆動させる。そして、燃料電池が駆動されると、燃料電池から排燃料ガスが排出されるため、この排燃料ガスを第２燃焼器に供給する。このように、本発明の発電システムの駆動方法は、排燃料ガスと燃料ガスとをそれぞれ別の燃焼器で独立して燃焼させる。このため、排燃料ガスと燃料ガスとを混合器で混合する必要がなく、各燃料ガスが均一に混ざらず燃焼が不安定になったり、温度差により混合器やその周辺配管に熱伸びの対策が必要になったりすることがないため、種類の異なる燃料ガスの温度差による不都合を解消することができる。しかも、本発明の発電システムの駆動方法は、排燃料ガスと燃料ガスとをそれぞれ別の燃焼器で独立して燃焼させると共に、燃料電池を効率よく駆動させることができる。 Therefore, when driving the gas turbine, the first turbine is driven by supplying the fuel gas to the first combustor. In addition, after the first turbine is driven, a part of the compressed air compressed by the compressor is supplied to the fuel cell to drive the fuel cell. When the fuel cell is driven, exhaust fuel gas is discharged from the fuel cell, so that this exhaust fuel gas is supplied to the second combustor. As described above, according to the driving method of the power generation system of the present invention, the exhaust fuel gas and the fuel gas are independently burned by separate combustors. For this reason, it is not necessary to mix exhaust fuel gas and fuel gas in a mixer, each fuel gas is not mixed uniformly, combustion becomes unstable, and measures against thermal expansion in the mixer and its surrounding piping due to temperature differences Is not necessary, so the inconvenience due to the temperature difference between different types of fuel gas can be solved. Moreover, the driving method of the power generation system of the present invention can burn the exhaust fuel gas and the fuel gas independently in separate combustors, and can drive the fuel cell efficiently.
また、本発明の発電システムの駆動方法は、前記第１タービンと前記第２タービンとの軸連結を接続または切断する接断部を備え、前記接断部により前記第１タービンと前記第２タービンとの軸連結を切断する工程と、次に、前記第１燃焼器に前記燃料ガスを供給して前記第１タービンを駆動する工程と、次に、前記燃料電池を駆動する工程と、次に、前記接断部により前記第１タービンと前記第２タービンとの軸連結を接続する工程と、次に、前記第２燃焼器に前記排燃料ガスを供給して前記第２タービンを駆動する工程と、を有することを特徴とする。 The power generation system driving method according to the present invention further includes a connection part for connecting or disconnecting the shaft connection between the first turbine and the second turbine, and the first turbine and the second turbine are connected by the connection part. Cutting the shaft connection to the first combustor, supplying the fuel gas to the first combustor to drive the first turbine, then driving the fuel cell, , Connecting the shaft connection between the first turbine and the second turbine by the connecting / disconnecting portion, and then supplying the exhaust fuel gas to the second combustor to drive the second turbine It is characterized by having.
従って、接断部を備えていない場合は、第１タービンのみの駆動時に、第２タービンに燃焼ガスが供給されていない状態で第２タービンは第１タービンと共に回転するため、第１タービンに負荷が掛かるが、接断部を備えることで、第１タービンに負荷が掛かる事態を防ぐことができる。 Therefore, when the connecting / disconnecting portion is not provided, the second turbine rotates together with the first turbine in a state where the combustion gas is not supplied to the second turbine when only the first turbine is driven. However, it is possible to prevent a load from being applied to the first turbine by providing the connection / disconnection part.
本発明によれば、種類の異なる燃料ガスの温度差による不都合を解消することができる。 According to the present invention, inconvenience due to a temperature difference between different types of fuel gas can be solved.
以下に添付図面を参照して、本発明に係る発電システム及び発電システムにおける燃料電池の運転方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。 Exemplary embodiments of a power generation system and a fuel cell operating method in the power generation system according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by this Example, Moreover, when there exists multiple Example, what comprises combining each Example is also included.
本実施例の発電システムは、固体酸化物形燃料電池（以下、ＳＯＦＣと称する。）とガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたトリプルコンバインドサイクル（Ｔｒｉｐｌｅ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ：登録商標）である。このトリプルコンバインドサイクルは、ガスタービンコンバインドサイクル発電（ＧＴＣＣ）の上流側にＳＯＦＣを設置することにより、ＳＯＦＣ、ガスタービン、蒸気タービンの３段階で発電することができるため、極めて高い発電効率を実現することができる。なお、以下の説明では、本発明の燃料電池として固体酸化物形燃料電池を適用して説明するが、この形式の燃料電池に限定されるものではない。 The power generation system of this embodiment is a triple combined cycle (registered trademark) in which a solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as SOFC), a gas turbine, and a steam turbine are combined. This triple combined cycle realizes extremely high power generation efficiency because it can generate power in three stages: SOFC, gas turbine, and steam turbine by installing SOFC upstream of gas turbine combined cycle power generation (GTCC). be able to. In the following description, a solid oxide fuel cell is applied as the fuel cell of the present invention, but the present invention is not limited to this type of fuel cell.
図１は、本発明の一実施例に係る発電システムを表す概略構成図、図２は、本実施例の発電システムにおける駆動時のタイムチャートである。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a power generation system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a time chart during driving in the power generation system of the present embodiment.
本実施例において、図１に示すように、発電システム１０は、ガスタービン１１及び発電機１２と、ＳＯＦＣ１３と、蒸気タービン１４及び発電機１５とを有している。この発電システム１０は、ガスタービン１１による発電と、ＳＯＦＣ１３による発電と、蒸気タービン１４による発電とを組み合わせることで、高い発電効率を得るように構成したものである。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
ガスタービン１１は、圧縮機２０、第１燃焼器２１Ａ、第２燃焼器２１Ｂ、第１タービン２２Ａ、第２タービン２２Ｂを有している。
The gas turbine 11 includes a
圧縮機２０は、空気取り込みライン２４から取り込んだ空気Ａを圧縮する。圧縮機２０は、第１タービン２２Ａと回転軸２３Ａにより一体回転可能に軸連結されている。
The
第１燃焼器２１Ａは、第１圧縮空気供給ライン２５及び当該第１圧縮空気供給ライン２５から２つに分岐した一方の第１圧縮空気供給分岐ライン２５Ａで圧縮機２０に連結され、圧縮機２０から圧縮空気Ａ１が供給される。また、第１燃焼器２１Ａは、第１燃料ガス供給ライン２６を通して燃料ガスＬ１が供給される。第１燃料ガス供給ライン（燃料ガス供給ライン）２６は、供給する燃料ガス量を調整可能な第１燃料ガス制御弁（燃料ガス制御弁）２８が設けられている。そして、第１燃焼器２１Ａは、これら圧縮空気Ａ１と燃料ガスＬ１とを混合して燃焼させる。なお、ここでは、第１燃焼器２１Ａに供給する燃料ガスＬ１として、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）を用いている。第２燃焼器２１Ｂは、第１圧縮空気供給ライン２５及び当該第１圧縮空気供給ライン２５から２つに分岐した他方の第１圧縮空気供給分岐ライン２５Ｂで圧縮機２０に連結され、圧縮機２０から圧縮空気Ａ１が供給される。また、第２燃焼器２１Ｂは、後述する排燃料ガス供給ライン４５を通して排燃料ガスＬ３が供給される。そして、第２燃焼器２１Ｂは、これら圧縮空気Ａ１と排燃料ガスＬ３とを混合して燃焼させる。なお、第１圧縮空気供給ライン２５は、供給する空気量を調整可能な第１圧縮空気制御弁２９が設けられている。また、他方の第１圧縮空気供給分岐ライン２５Ｂは、供給する空気量を調整可能な第１圧縮空気分岐制御弁３０が設けられている。
The first combustor 21 </ b> A is connected to the
第１タービン２２Ａは、第１燃焼器２１Ａから第１燃焼ガス供給ライン２７Ａを通して供給された燃焼ガスＧ１により回転する。第２タービン２２Ｂは、第２燃焼器２１Ｂから第２燃焼ガス供給ライン２７Ｂを通して供給された燃焼ガスＧ２により回転する。これら第１タービン２２Ａと第２タービン２２Ｂは、回転軸２３Ａと同軸上にある回転軸２３Ｂにより一体回転可能に軸連結されている。また、第１タービン２２Ａと第２タービン２２Ｂとの間の回転軸２３Ｂに、第１タービン２２Ａと第２タービン２２Ｂとの軸連結を接続または切断する接断部６０が設けられている。接断部６０は、クラッチとして構成できる。
The
発電機１２は、圧縮機２０、第１タービン２２Ａ、第２タービン２２Ｂと同軸上に設けられており、第１タービン２２Ａや第２タービン２２Ｂが回転することで発電することができる。
The
ＳＯＦＣ１３は、還元剤としての高温の燃料ガスと酸化剤としての高温の空気（酸化性ガス）が供給されることで、所定の作動温度にて反応して発電を行うものである。このＳＯＦＣ１３は、圧力容器内に空気極と固体電解質と燃料極が収容されて構成される。空気極に圧縮機２０で圧縮された圧縮空気Ａ２が供給され、燃料極に燃料ガスＬ２が供給されることで発電を行う。なお、ここでは、ＳＯＦＣ１３に供給する燃料ガスＬ２として、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）、水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）などの炭化水素ガス、石炭など炭素質原料のガス化設備により製造したガスを用いている。また、ＳＯＦＣ１３に供給される酸化性ガスは、酸素を略１５％〜３０％含むガスであり、代表的には空気が好適であるが、空気以外にも燃焼排ガスと空気の混合ガスや、酸素と空気の混合ガスなどが使用可能である（以下、ＳＯＦＣ１３に供給される酸化性ガスを空気という）。
The
このＳＯＦＣ１３は、圧縮機２０と第２圧縮空気供給ライン３１で連結され、圧縮機２０が圧縮した一部の圧縮空気Ａ２を空気極の導入部に供給することができる。この第２圧縮空気供給ライン３１は、供給する空気量を調整可能な第２圧縮空気制御弁３２と、圧縮空気Ａ２を昇圧可能な圧縮空気ブロワ３３とが圧縮空気Ａ２の流れ方向に沿って設けられている。第２圧縮空気制御弁３２は、第２圧縮空気供給ライン３１における圧縮空気Ａ２の流れ方向の上流側に設けられ、圧縮空気ブロワ３３は、第２圧縮空気制御弁３２の下流側に設けられている。ＳＯＦＣ１３は、空気極で用いられた圧縮空気Ａ３を排出する排空気ライン３４が連結されている。この排空気ライン３４は、空気極で用いられた圧縮空気Ａ３を外部に排出する排出ライン３５と、第１圧縮空気供給ライン２５において各第１圧縮空気供給分岐ライン２５Ａ，２５Ｂが分岐する手前側に連結される圧縮空気循環ライン３６とに分岐される。排出ライン３５は、排出する空気量を調整可能な圧縮空気排出制御弁３７が設けられ、圧縮空気循環ライン３６は、循環する空気量を調整可能な圧縮空気循環制御弁３８が設けられている。
The
また、ＳＯＦＣ１３は、燃料ガスＬ２を燃料極の導入部に供給する第２燃料ガス供給ライン４１が設けられている。第２燃料ガス供給ライン４１は、供給する燃料ガス量を調整可能な第２燃料ガス制御弁４２が設けられている。ＳＯＦＣ１３は、燃料極で用いられた排燃料ガスＬ３を排出する排燃料ライン４３が連結されている。この排燃料ライン４３は、外部に排出する排出ライン４４と、第２燃焼器２１Ｂに連結される排燃料ガス供給ライン４５とに分岐される。排出ライン４４は、排出する燃料ガス量を調整可能な排燃料ガス排出制御弁４６が設けられ、排燃料ガス供給ライン４５は、供給する燃料ガス量を調整可能な排燃料ガス制御弁４７と、排燃料ガスＬ３を昇圧可能な排燃料ガスブロワ４８が排燃料ガスＬ３の流れ方向に沿って設けられている。排燃料ガス制御弁４７は、排燃料ガス供給ライン４５における排燃料ガスＬ３の流れ方向の上流側に設けられ、排燃料ガスブロワ４８は、排燃料ガス制御弁４７の排燃料ガスＬ３の流れ方向の下流側に設けられている。
Further, the
また、排燃料ライン４３と第２燃料ガス供給ライン４１とを連結する燃料ガス再循環ライン４９が設けられている。燃料ガス再循環ライン４９は、排燃料ライン４３の排燃料ガスＬ３を第２燃料ガス供給ライン４１に再循環させる再循環ブロワ５０が設けられている。
In addition, a fuel
蒸気タービン１４は、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）５１で生成された蒸気によりタービン５２が回転するものである。蒸気タービン１４（タービン５２）は、排熱回収ボイラ５１との間に蒸気供給ライン５４と給水ライン５５が設けられている。そして、給水ライン５５は、復水器５６と給水ポンプ５７が設けられている。排熱回収ボイラ５１は、ガスタービン１１（第１タービン２２Ａ及び第２タービン２２Ｂ）からの排ガスライン５３が連結されており、排ガスライン５３から供給される高温の排ガスＧ３と給水ライン５５から供給される水との間で熱交換を行うことで、蒸気Ｓを生成する。発電機１５は、タービン５２と同軸上に設けられており、タービン５２が回転することで発電することができる。なお、排熱回収ボイラ５１で熱が回収された排ガスＧ３は、有害物質を除去されてから大気へ放出される。
In the
ここで、図１及び図２を用いて本実施例の発電システム１０の駆動方法（駆動手順）について説明する。発電システム１０を駆動する場合、ガスタービン１１、蒸気タービン１４、ＳＯＦＣ１３の順に駆動する。この発電システム１０の駆動は、制御装置（制御部）７０により統括的に制御される。
Here, a driving method (driving procedure) of the
まず、制御装置７０は、第１燃料ガス供給ライン２６の第１燃料ガス制御弁２８及び第１圧縮空気供給ライン２５の第１圧縮空気制御弁２９を開放すると共に接断部６０を切断状態とし、その他の制御弁３０，３２，３７，３８，４２，４６，４７を閉止し、給水ポンプ５７及び各ブロア３３，４８，５０を停止させる。即ち、ガスタービン１１にて、圧縮機２０が空気Ａを圧縮し、第１燃焼器２１Ａが圧縮空気Ａ１と燃料ガスＬ１とを混合して燃焼し、第１タービン２２Ａが燃焼ガスＧ１により回転する。そして、第１タービン２２Ａが定格負荷に到達し、発電機１２が発電を開始する。
First, the
続いて、制御装置７０は、給水ポンプ５７を駆動させる。即ち、蒸気タービン１４にて、排熱回収ボイラ５１により生成された蒸気Ｓによりタービン５２が回転し、これにより発電機１５が発電を開始する。
Subsequently, the
続いて、制御装置７０は、排出ライン３５の圧縮空気排出制御弁３７と圧縮空気循環ライン３６の圧縮空気循環制御弁３８を閉止し、かつ第２圧縮空気供給ライン３１の圧縮空気ブロワ３３を停止した状態で、第２圧縮空気供給ライン３１の第２圧縮空気制御弁３２を所定開度だけ開放する。すると、圧縮機２０で圧縮した一部の圧縮空気Ａ２が第２圧縮空気供給ライン３１からＳＯＦＣ１３側へ供給される。これにより、ＳＯＦＣ１３の空気極側は、圧縮空気Ａ２が供給されることで圧力が上昇する。即ち、ＳＯＦＣ１３を駆動させるため、圧縮機２０から圧縮空気Ａ２を供給してＳＯＦＣ１３の加圧を開始すると共に加熱を開始する。
Subsequently, the
一方、制御装置７０は、排出ライン４４の排燃料ガス排出制御弁４６と排燃料ガス供給ライン４５の排燃料ガス制御弁４７を閉止し、排燃料ガスブロワ４８を停止した状態で、第２燃料ガス供給ライン４１の第２燃料ガス制御弁４２を開放すると共に、燃料ガス再循環ライン４９の再循環ブロワ５０を駆動する。すると、燃料ガスＬ２が第２燃料ガス供給ライン４１からＳＯＦＣ１３へ供給されると共に、排燃料ガスＬ３が燃料ガス再循環ライン４９により再循環される。これにより、ＳＯＦＣ１３側は、燃料ガスＬ２が供給されることで圧力が上昇する。即ち、ＳＯＦＣ１３の燃料極側で、燃料ガスＬ２を供給して加圧を開始する。
On the other hand, the
そして、第１燃焼器２１Ａの圧縮空気Ａ１の入口圧力が圧縮機２０の出口圧力になり、ＳＯＦＣ１３の空気極側の圧力が圧縮機２０の出口圧力になって均圧化されると、制御装置７０は、第２圧縮空気制御弁３２を全開にすると共に、圧縮空気ブロワ３３を駆動する。それと同時に制御装置７０は、圧縮空気排出制御弁３７を開放してＳＯＦＣ１３からの圧縮空気Ａ３を排出ライン３５から排出させる。すると、圧縮空気Ａ２が圧縮空気ブロワ３３によりＳＯＦＣ１３側へ供給される。それと同時に制御装置７０は、再循環ブロア５０を停止すると共に排燃料ガス排出制御弁４６を開放してＳＯＦＣ１３からの排燃料ガスＬ３を排出ライン４４から排出させる。そして、ＳＯＦＣ１３における空気極側の圧力と燃料極側の圧力が目標圧力に到達すると、ＳＯＦＣ１３の加圧が完了する。
When the inlet pressure of the compressed air A1 of the first combustor 21A becomes the outlet pressure of the
その後、ＳＯＦＣ１３の反応（発電）が安定し、圧縮空気Ａ３と排燃料ガスＬ３の成分・温度・圧力が安定（一定化）したら、制御装置７０は、第１圧縮空気制御弁２９及び圧縮空気排出制御弁３７を閉止する一方、圧縮空気循環制御弁３８を開放する。すると、ＳＯＦＣ１３からの圧縮空気Ａ３が圧縮空気循環ライン３６から一方の第１圧縮空気供給分岐ライン２５Ａを通じて第１燃焼器２１Ａに供給される。即ち、ＳＯＦＣ１３からの圧縮空気Ａ３を用いて第１燃焼器２１Ａで燃焼された燃焼ガスＧ１により第１タービン２２Ａが回転する。
After that, when the reaction (power generation) of the
さらに、制御装置７０は、接断部６０を接続状態とし、排燃料ガス排出制御弁４６を閉止する一方、他方の第１圧縮空気供給分岐ライン２５Ｂの第１圧縮空気分岐制御弁３０及び排燃料ガス制御弁４７を開放して排燃料ガスブロワ４８を駆動する。すると、ＳＯＦＣ１３からの排燃料ガスＬ３が排燃料ガス供給ライン４５から第２燃焼器２１Ｂに供給されると共に、ＳＯＦＣ１３からの圧縮空気Ａ３が第２燃焼器２１Ｂに供給される。即ち、ＳＯＦＣ１３からの圧縮空気Ａ３及びＳＯＦＣ１３からの排燃料ガスＬ３を用いて第２燃焼器２１Ｂで燃焼された燃焼ガスＧ２により第２タービン２２Ｂが回転する。
Further, the
そして、ガスタービン１１における第１タービン２２Ａ及び第２タービン２２Ｂの駆動による発電機１２での発電、ＳＯＦＣ１３での発電、蒸気タービン１４の駆動により発電機１５での発電が全て行われることとなり、発電システム１０が定常運転となる。
Then, the power generation by the
なお、接断部６０は設けなくてもよい。この場合、第１タービン２２Ａと第２タービン２２Ｂは常に軸連結されており、第１タービン２２Ａのみの駆動時に、第２タービン２２Ｂに燃焼ガスＧ２が供給されていない状態で第２タービン２２Ｂは第１タービン２２Ａと共に回転する。
In addition, the
このように本実施例の発電システム１０にあっては、ＳＯＦＣ１３から排出される排燃料ガスＬ３をガスタービン１１の燃焼器の燃料として利用すると共に、ガスタービン１１の圧縮機２０で圧縮された一部の圧縮空気Ａ２をＳＯＦＣ１３の駆動に利用する発電システム１０において、ガスタービン１１は、排燃料ガスＬ３とは種類の異なる燃料ガスＬ１を燃焼させる第１燃焼器２１Ａと、第１燃焼器２１Ａから供給される燃焼ガスＧ１により駆動される第１タービン２２Ａと、排燃料ガスＬ３を燃焼させる第２燃焼器２１Ｂと、第１タービン２２Ａと軸連結されており第２燃焼器２１Ｂから供給される燃焼ガスＧ２により駆動される第２タービン２２Ｂと、を備える。
As described above, in the
従って、本実施例の発電システム１０は、排燃料ガスＬ３と燃料ガスＬ１とをそれぞれ別の燃焼器２１Ａ，２１Ｂで独立して燃焼させる。このため、排燃料ガスＬ３と燃料ガスＬ１とを混合器で混合する必要がなく、各燃料ガスＬ３，Ｌ１が均一に混ざらず燃焼が不安定になったり、温度差により混合器やその周辺配管に熱伸びの対策が必要になったりすることがないため、種類の異なる燃料ガスＬ３，Ｌ１の温度差による不都合を解消することができる。
Therefore, the
また、本実施例の発電システム１０にあっては、第１タービン２２Ａと第２タービン２２Ｂとの軸連結を接続または切断する接断部６０を備える。
Moreover, in the electric
従って、接断部６０を備えていない場合は、第１タービン２２Ａのみの駆動時に、第２タービン２２Ｂに燃焼ガスＧ２が供給されていない状態で第２タービン２２Ｂは第１タービン２２Ａと共に回転するため、第１タービン２２Ａに負荷が掛かるが、接断部６０を備えることで、第１タービン２２Ａに負荷が掛かる事態を防ぐことができる。
Therefore, when the
また、本実施例の発電システム１０にあっては、燃料ガスＬ１を第１燃焼器２１Ａに供給する第１燃料ガス供給ライン（燃料ガス供給ライン）２６と、排燃料ガスＬ３を第２燃焼器２１Ｂに供給する排燃料ガス供給ライン４５と、第１燃料ガス供給ライン２６に設けられる第１燃料ガス制御弁（燃料ガス制御弁）２８と、排燃料ガス供給ライン４５に設けられる排燃料ガス制御弁４７と、ＳＯＦＣ１３が駆動される前に、排燃料ガス制御弁４７を閉止して第１燃料ガス制御弁２８を開放する制御をし、ＳＯＦＣ１３の駆動後に、排燃料ガス制御弁４７を開放する制御をする制御装置（制御部）７０と、を備える。
Further, in the
従って、ガスタービン１１を駆動する場合、燃料ガスＬ１を第１燃焼器２１Ａに供給することで、第１タービン２２Ａを駆動する。また、第１タービン２２Ａが駆動された後は、圧縮機２０で圧縮された一部の圧縮空気Ａ２をＳＯＦＣ１３に供給し、ＳＯＦＣ１３を駆動させる。そして、ＳＯＦＣ１３が駆動されると、ＳＯＦＣ１３から排燃料ガスＬ３が排出されるため、この排燃料ガスＬ３を第２燃焼器２１Ｂに供給する。このように、本実施例の発電システム１０は、排燃料ガスＬ３と燃料ガスＬ１とをそれぞれ別の燃焼器２１Ａ，２１Ｂで独立して燃焼させると共に、ＳＯＦＣ１３を効率よく駆動させることができる。
Therefore, when driving the gas turbine 11, the
また、本実施例の発電システム１０の駆動方法にあっては、ＳＯＦＣ１３から排出される排燃料ガスＬ３をガスタービン１１の燃焼器の燃料として利用すると共に、ガスタービン１１の圧縮機２０で圧縮された一部の圧縮空気Ａ２をＳＯＦＣ１３の駆動に利用する発電システム１０の駆動方法において、ガスタービン１１は、排燃料ガスＬ３とは種類の異なる燃料ガスＬ１を燃焼させる第１燃焼器２１Ａと、第１燃焼器２１Ａから供給される燃焼ガスＧ１により駆動される第１タービン２２Ａと、排燃料ガスＬ３を燃焼させる第２燃焼器２１Ｂと、第１タービン２２Ａと軸連結されており第２燃焼器２１Ｂから供給される燃焼ガスＧ２により駆動される第２タービン２２Ｂと、を備え、第１燃焼器２１Ａに燃料ガスＬ１を供給して第１タービン２２Ａを駆動する工程と、次に、ＳＯＦＣ１３を駆動する工程と、次に、第２燃焼器２１Ｂに排燃料ガスＬ３を供給して第２タービン２２Ｂを駆動する工程と、を有する。
In the driving method of the
従って、ガスタービン１１を駆動する場合、燃料ガスＬ１を第１燃焼器２１Ａに供給することで、第１タービン２２Ａを駆動する。また、第１タービン２２Ａが駆動された後は、圧縮機２０で圧縮された一部の圧縮空気Ａ２をＳＯＦＣ１３に供給し、ＳＯＦＣ１３を駆動させる。そして、ＳＯＦＣ１３が駆動されると、ＳＯＦＣ１３から排燃料ガスＬ３が排出されるため、この排燃料ガスＬ３を第２燃焼器２１Ｂに供給する。このように、本実施例の発電システム１０の駆動方法は、排燃料ガスＬ３と燃料ガスＬ１とをそれぞれ別の燃焼器２１Ａ，２１Ｂで独立して燃焼させる。このため、排燃料ガスＬ３と燃料ガスＬ１とを混合器で混合する必要がなく、各燃料ガスＬ３，Ｌ１が均一に混ざらず燃焼が不安定になったり、温度差により混合器やその周辺配管に熱伸びの対策が必要になったりすることがないため、種類の異なる燃料ガスＬ３，Ｌ１の温度差による不都合を解消することができる。しかも、本実施例の発電システム１０の駆動方法は、排燃料ガスＬ３と燃料ガスＬ１とをそれぞれ別の燃焼器２１Ａ，２１Ｂで独立して燃焼させると共に、ＳＯＦＣ１３を効率よく駆動させることができる。
Therefore, when driving the gas turbine 11, the
また、本実施例の発電システム１０の駆動方法にあっては、第１タービン２２Ａと第２タービン２２Ｂとの軸連結を接続または切断する接断部６０を備え、接断部６０により第１タービン２２Ａと第２タービン２２Ｂとの軸連結を切断する工程と、次に、第１燃焼器２１Ａに燃料ガスＬ１を供給して第１タービン２２Ａを駆動する工程と、次に、ＳＯＦＣ１３を駆動する工程と、次に、接断部６０により第１タービン２２Ａと第２タービン２２Ｂとの軸連結を接続する工程と、次に、第２燃焼器２１Ｂに排燃料ガスＬ３を供給して第２タービン２２Ｂを駆動する工程と、を有する。
Moreover, in the driving method of the
従って、接断部６０を備えていない場合は、第１タービン２２Ａのみの駆動時に、第２タービン２２Ｂに燃焼ガスＧ２が供給されていない状態で第２タービン２２Ｂは第１タービン２２Ａと共に回転するため、第１タービン２２Ａに負荷が掛かるが、接断部６０を備えることで、第１タービン２２Ａに負荷が掛かる事態を防ぐことができる。
Therefore, when the
１０ 発電システム
１１ ガスタービン
１２ 発電機
１３ ＳＯＦＣ（燃料電池）
１４ 蒸気タービン
１５ 発電機
２０ 圧縮機
２１Ａ 第１燃焼器
２１Ｂ 第２燃焼器
２２Ａ 第１タービン
２２Ｂ 第２タービン
２６ 第１燃料ガス供給ライン（燃料ガス供給ライン）
２８ 第１燃料ガス制御弁（燃料ガス制御弁）
４５ 排燃料ガス供給ライン
４７ 排燃料ガス制御弁
６０ 接断部
７０ 制御装置
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
28 1st fuel gas control valve (fuel gas control valve)
45 Exhaust fuel
Claims (5)
前記ガスタービンは、
前記排燃料ガスとは種類の異なる燃料ガスを燃焼させる第１燃焼器と、
前記第１燃焼器から供給される燃焼ガスにより駆動される第１タービンと、
前記排燃料ガスを燃焼させる第２燃焼器と、
前記第１タービンと軸連結されており前記第２燃焼器から供給される燃焼ガスにより駆動される第２タービンと、
を備え、
前記第１タービンと前記第２タービンとの軸連結を接続または切断する接断部を備えることを特徴とする発電システム。 In a power generation system that uses exhaust fuel gas discharged from a fuel cell as fuel for a combustor of a gas turbine, and uses a part of compressed air compressed by a compressor of the gas turbine for driving the fuel cell,
The gas turbine is
A first combustor for burning a fuel gas different from the exhaust fuel gas;
A first turbine driven by combustion gas supplied from the first combustor;
A second combustor for combusting the exhaust fuel gas;
A second turbine connected to the first turbine and driven by combustion gas supplied from the second combustor;
With
Power generation system that further comprising a disconnection unit which connects or disconnects the axial coupling between the second turbine and the first turbine.
前記ガスタービンは、
前記排燃料ガスとは種類の異なる燃料ガスを燃焼させる第１燃焼器と、
前記第１燃焼器から供給される燃焼ガスにより駆動される第１タービンと、
前記排燃料ガスを燃焼させる第２燃焼器と、
前記第１タービンと軸連結されており前記第２燃焼器から供給される燃焼ガスにより駆動される第２タービンと、
を備え、
前記燃料ガスを前記第１燃焼器に供給する燃料ガス供給ラインと、
前記排燃料ガスを前記第２燃焼器に供給する排燃料ガス供給ラインと、
前記燃料ガス供給ラインに設けられる燃料ガス制御弁と、
前記排燃料ガス供給ラインに設けられる排燃料ガス制御弁と、
前記燃料電池が駆動される前に、前記排燃料ガス制御弁を閉止して前記燃料ガス制御弁を開放する制御をし、前記燃料電池の駆動後に、前記排燃料ガス制御弁を開放する制御をする制御部と、
を備えることを特徴とする発電システム。 In a power generation system that uses exhaust fuel gas discharged from a fuel cell as fuel for a combustor of a gas turbine, and uses a part of compressed air compressed by a compressor of the gas turbine for driving the fuel cell,
The gas turbine is
A first combustor for burning a fuel gas different from the exhaust fuel gas;
A first turbine driven by combustion gas supplied from the first combustor;
A second combustor for combusting the exhaust fuel gas;
A second turbine connected to the first turbine and driven by combustion gas supplied from the second combustor;
With
A fuel gas supply line for supplying the fuel gas to the first combustor;
An exhaust fuel gas supply line for supplying the exhaust fuel gas to the second combustor;
A fuel gas control valve provided in the fuel gas supply line;
An exhaust fuel gas control valve provided in the exhaust fuel gas supply line;
Control is performed to close the exhaust fuel gas control valve and open the fuel gas control valve before the fuel cell is driven, and to open the exhaust fuel gas control valve after the fuel cell is driven. A control unit,
Power generation system that comprising: a.
前記排燃料ガスを前記第２燃焼器に供給する排燃料ガス供給ラインと、
前記燃料ガス供給ラインに設けられる燃料ガス制御弁と、
前記排燃料ガス供給ラインに設けられる排燃料ガス制御弁と、
前記燃料電池が駆動される前に、前記排燃料ガス制御弁を閉止して前記燃料ガス制御弁を開放する制御をし、前記燃料電池の駆動後に、前記排燃料ガス制御弁を開放する制御をする制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。 A fuel gas supply line for supplying the fuel gas to the first combustor;
An exhaust fuel gas supply line for supplying the exhaust fuel gas to the second combustor;
A fuel gas control valve provided in the fuel gas supply line;
An exhaust fuel gas control valve provided in the exhaust fuel gas supply line;
Control is performed to close the exhaust fuel gas control valve and open the fuel gas control valve before the fuel cell is driven, and to open the exhaust fuel gas control valve after the fuel cell is driven. A control unit,
The power generation system according to claim 1 , further comprising:
前記ガスタービンは、
前記排燃料ガスとは種類の異なる燃料ガスを燃焼させる第１燃焼器と、
前記第１燃焼器から供給される燃焼ガスにより駆動される第１タービンと、
前記排燃料ガスを燃焼させる第２燃焼器と、
前記第１タービンと軸連結されており前記第２燃焼器から供給される燃焼ガスにより駆動される第２タービンと、
を備え、
前記第１燃焼器に前記燃料ガスを供給して前記第１タービンを駆動する工程と、
次に、前記燃料電池を駆動する工程と、
次に、前記第２燃焼器に前記排燃料ガスを供給して前記第２タービンを駆動する工程と、
を有することを特徴とする発電システムの駆動方法。 Driving a power generation system that uses exhaust fuel gas discharged from a fuel cell as fuel for a combustor of a gas turbine and uses a part of compressed air compressed by the compressor of the gas turbine to drive the fuel cell In the method
The gas turbine is
A first combustor for burning a fuel gas different from the exhaust fuel gas;
A first turbine driven by combustion gas supplied from the first combustor;
A second combustor for combusting the exhaust fuel gas;
A second turbine connected to the first turbine and driven by combustion gas supplied from the second combustor;
With
Supplying the fuel gas to the first combustor to drive the first turbine;
Next, driving the fuel cell;
Next, supplying the exhaust fuel gas to the second combustor to drive the second turbine;
A method for driving a power generation system comprising:
前記接断部により前記第１タービンと前記第２タービンとの軸連結を切断する工程と、
次に、前記第１燃焼器に前記燃料ガスを供給して前記第１タービンを駆動する工程と、
次に、前記燃料電池を駆動する工程と、
次に、前記接断部により前記第１タービンと前記第２タービンとの軸連結を接続する工程と、
次に、前記第２燃焼器に前記排燃料ガスを供給して前記第２タービンを駆動する工程と、
を有することを特徴とする請求項４に記載の発電システムの駆動方法。 A connection part for connecting or disconnecting the shaft connection between the first turbine and the second turbine;
Cutting the shaft connection between the first turbine and the second turbine by the connection portion;
Next, supplying the fuel gas to the first combustor to drive the first turbine;
Next, driving the fuel cell;
Next, connecting the shaft connection of the first turbine and the second turbine by the connection part,
Next, supplying the exhaust fuel gas to the second combustor to drive the second turbine;
The driving method of the power generation system according to claim 4, wherein
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