JP6029436B2 - Power generation system and method for operating power generation system - Google Patents

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Description

本発明は、少なくとも燃料電池とガスタービンとを組み合わせた発電システム及び発電システムの運転方法に関するものである。   The present invention relates to a power generation system combining at least a fuel cell and a gas turbine, and a method for operating 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、ガスタービンの圧縮機から吐出された空気を空気極側に供給する空気（酸化剤）として使用することができる。また、ＳＯＦＣは、利用できなかった高温の燃料及び排熱をガスタービンの燃焼器において燃料及び酸化性ガスとして使用することができる。また、ＳＯＦＣのほかに作動温度が高い燃料電池として溶融炭酸塩形燃料電池が知られており、ＳＯＦＣと同様にガスタービンとの連携による排熱利用が検討されている。   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 the ionic conductivity, it can be used as air (oxidant) for supplying air discharged from the compressor of the gas turbine to the air electrode side. In addition, the SOFC can use high-temperature fuel and exhaust heat that could not be used as fuel and oxidizing gas in the combustor of the gas turbine. In addition to the SOFC, a molten carbonate fuel cell is known as a fuel cell having a high operating temperature, and the use of exhaust heat in cooperation with a gas turbine is being studied in the same manner as the SOFC.

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は、ＳＯＦＣと、このＳＯＦＣから排出された排燃料ガスと排出空気とを燃焼するガスタービン燃焼器と、空気を圧縮してＳＯＦＣに供給する圧縮機を有するガスタービンとを設けたものである。   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. The combined system described in Patent Document 1 includes an SOFC, a gas turbine combustor that burns exhaust fuel gas and exhaust air discharged from the SOFC, and a compressor that compresses air and supplies the compressed fuel to the SOFC. A gas turbine is provided.

一方で、例えば、下記特許文献２に記載されるように、燃料電池の起動時に、燃料電池の空気極に、炭化水素ガス及び酸素を供給する燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムでは、燃料電池の起動時に、炭化水素ガス等の燃料ガスを空気極において触媒燃焼させることにより、燃料電池を昇温している。   On the other hand, as described in Patent Document 2 below, for example, a fuel cell system that supplies hydrocarbon gas and oxygen to the air electrode of the fuel cell when the fuel cell is started is known. In this fuel cell system, the temperature of the fuel cell is increased by catalytic combustion of a fuel gas such as a hydrocarbon gas at the air electrode when the fuel cell is started.

特開２００９−２０５９３０号公報JP 2009-205930 A 特開２０１１−２９０４９号公報JP 2011-29049 A

上述した特許文献１のコンバインドシステムに、特許文献２の燃料電池システムを適用する場合、空気極において触媒燃焼させた排出空気は、ガスタービン燃焼器に流入することになる。この場合、ＳＯＦＣの起動時は、空気極の温度が低いことから、空気極の触媒活性が低く、触媒燃焼により投入された燃料ガスを完全燃焼させることが難しい。このため、ＳＯＦＣから排出される排出空気には、燃料ガスの未燃成分が含まれる。そして、燃料ガスの未燃成分が含まれる排出空気が、ガスタービン燃焼器に流入することから、ガスタービン燃焼器の燃焼が好適な燃焼条件から外れることとなり、ガスタービンの出力制御に影響を及ぼす可能性がある。   When the fuel cell system of Patent Document 2 is applied to the combined system of Patent Document 1 described above, exhaust air that has been catalytically combusted at the air electrode flows into the gas turbine combustor. In this case, since the temperature of the air electrode is low when the SOFC is activated, the catalytic activity of the air electrode is low, and it is difficult to completely burn the fuel gas introduced by catalytic combustion. For this reason, the exhaust air discharged from the SOFC contains unburned components of the fuel gas. And since the exhaust air containing the unburned component of the fuel gas flows into the gas turbine combustor, the combustion of the gas turbine combustor deviates from suitable combustion conditions, affecting the output control of the gas turbine. there is a possibility.

本発明は、上述した課題を解決するものであり、燃料電池の昇温時において、ガスタービンの燃焼を安定させつつ、燃料電池を昇温させることができる発電システム及び発電システムの運転方法を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described problems, and provides a power generation system and a method for operating the power generation system that can raise the temperature of the fuel cell while stabilizing the combustion of the gas turbine when the temperature of the fuel cell is raised. The purpose is to do.

上記の目的を達成するための本発明の発電システムは、圧縮機と燃焼器を有するガスタービンと、空気極及び燃料極を有し、前記空気極において触媒燃焼が可能な燃料電池と、前記燃料電池の前記空気極側から排出される排酸化性ガスを、前記燃焼器に供給する排酸化性ガス供給ラインと、前記圧縮機で圧縮された圧縮酸化性ガスを、前記燃料電池の前記空気極に供給する圧縮酸化性ガス供給ラインと、前記燃料電池の前記空気極において触媒燃焼させるための燃料ガスを供給する触媒燃焼用燃料ガス供給ラインと、前記燃焼器に供給される前記排酸化性ガスに含まれる前記燃料ガスの未燃成分を燃焼させる燃焼部と、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 includes a gas turbine having a compressor and a combustor, a fuel cell having an air electrode and a fuel electrode, and capable of catalytic combustion in the air electrode, and the fuel. An exhaust oxidizing gas supply line for supplying exhaust oxidizing gas discharged from the air electrode side of the battery to the combustor, and a compressed oxidizing gas compressed by the compressor are used as the air electrode of the fuel cell. A compressed oxidizing gas supply line for supplying to the fuel, a fuel gas supply line for catalytic combustion for supplying a fuel gas for catalytic combustion at the air electrode of the fuel cell, and the exhaust oxidizing gas supplied to the combustor And a combustion section for combusting unburned components of the fuel gas contained in the fuel gas.

従って、燃料電池の昇温時、圧縮酸化性ガス供給ラインによって、圧縮機で圧縮した圧縮酸化性ガスを空気極に供給することができる。また、触媒燃焼用燃料ガス供給ラインによって、空気極において触媒燃焼させるための燃料ガスを、空気極に供給することができる。このため、燃料ガスが空気極において、触媒作用により酸化反応や燃焼反応が促進されて触媒燃焼することで、燃料電池を昇温することができる。そして、燃料電池の空気極側から排出される排酸化性ガスに含まれる燃料ガスの未燃成分は、燃焼部によって燃焼させることができる。よって、燃焼部により燃料ガスの未燃成分が燃焼した排酸化性ガスを、燃焼器に流入させることができるため、ガスタービンの燃焼器における燃焼を、安定的なものにすることができる。これにより、ガスタービンの燃焼器における燃焼を好適な燃焼条件とすることで、ＮＯｘの発生を低減したり、燃焼による燃焼器への局所的な負荷を低減したり、ガスタービンの出力制御への影響を抑制することができる。ここで、触媒燃焼とは、酸化反応や燃焼反応を含めた総称として燃焼と記載する。また、ガスタービンの出力制御への影響としては、未燃成分が燃焼器内で燃焼および失火することによる燃焼器における温度変動又は圧力変動等の外乱が想定される。   Therefore, when the temperature of the fuel cell is raised, the compressed oxidizing gas compressed by the compressor can be supplied to the air electrode through the compressed oxidizing gas supply line. Further, the fuel gas for catalytic combustion at the air electrode can be supplied to the air electrode by the catalyst combustion fuel gas supply line. For this reason, the fuel cell can be heated at the air electrode by catalyzing the oxidation reaction and the combustion reaction promoted by the catalytic action. And the unburned component of the fuel gas contained in the exhaust oxidizing gas discharged | emitted from the air electrode side of a fuel cell can be burned by a combustion part. Therefore, since the exhaust oxidizing gas in which the unburned components of the fuel gas are burned by the combustion section can be flowed into the combustor, the combustion in the combustor of the gas turbine can be made stable. As a result, by making combustion in the combustor of the gas turbine suitable combustion conditions, the generation of NOx can be reduced, the local load on the combustor due to combustion can be reduced, or the output control of the gas turbine can be controlled. The influence can be suppressed. Here, catalytic combustion is described as combustion as a general term including oxidation reaction and combustion reaction. Further, as an influence on the output control of the gas turbine, disturbance such as temperature fluctuation or pressure fluctuation in the combustor due to unburned components combusting and misfiring in the combustor is assumed.

本発明の発電システムでは、前記燃焼部は、前記排酸化性ガス供給ラインに設けられていることを特徴とする。   In the power generation system of the present invention, the combustion section is provided in the exhaust oxidizing gas supply line.

従って、燃焼部は、燃料電池の空気極側から排出された排酸化性ガスに含まれる燃料ガスの未燃成分を燃焼させることができる。   Therefore, the combustion unit can burn the unburned components of the fuel gas contained in the exhaust oxidizing gas discharged from the air electrode side of the fuel cell.

本発明の発電システムでは、前記燃焼部は、燃焼触媒であることを特徴とする。   In the power generation system of the present invention, the combustion section is a combustion catalyst.

従って、燃焼部を燃焼触媒とすることで、燃焼部に流入する排酸化性ガスに含まれる燃料ガスの未燃成分の濃度が、燃焼限界となる濃度より薄い場合であっても、好適に燃焼させることができる。また、排酸化性ガス中の燃料ガスの未燃成分の燃焼によるので、排酸化性ガスの温度は、著しく高温化することがなく、排酸化性ガスの温度を好適に制御することができる。   Therefore, by using the combustion part as a combustion catalyst, even if the concentration of the unburned component of the fuel gas contained in the exhaust oxidant gas flowing into the combustion part is lower than the concentration at which the combustion limit is reached, the combustion is suitably performed. Can be made. Further, since the unburned component of the fuel gas in the exhaust oxidant gas is burned, the temperature of the exhaust oxidant gas is not significantly increased, and the temperature of the exhaust oxidant gas can be suitably controlled.

本発明の発電システムでは、前記燃焼触媒の触媒活性は、前記空気極の触媒活性よりも高いことを特徴とする。   In the power generation system of the present invention, the catalytic activity of the combustion catalyst is higher than the catalytic activity of the air electrode.

従って、空気極の低温での触媒活性が十分でなく、空気極における燃料ガスの触媒燃焼が不十分であったとしても、燃焼触媒は、燃焼反応や酸化反応が促進される低温での触媒活性が、空気極の触媒活性よりも高いため、排酸化性ガスに含まれる燃料ガスの未燃成分を好適に燃焼させることができる。   Therefore, even if the catalytic activity of the air electrode at a low temperature is not sufficient and the catalytic combustion of the fuel gas at the air electrode is insufficient, the combustion catalyst has a catalytic activity at a low temperature that promotes the combustion reaction and oxidation reaction. However, since it is higher than the catalytic activity of the air electrode, the unburned components of the fuel gas contained in the exhaust oxidizing gas can be suitably burned.

また、本発明の発電システムの運転方法は、圧縮機と燃焼器を有するガスタービンと、空気極及び燃料極を有し、前記空気極において触媒燃焼が可能な燃料電池と、前記燃料電池の前記空気極側から排出される排酸化性ガスを、前記燃焼器に供給する排酸化性ガス供給ラインと、前記圧縮機で圧縮された圧縮酸化性ガスを、前記燃料電池の前記空気極に供給する圧縮酸化性ガス供給ラインと、前記燃料電池の前記空気極において触媒燃焼させるための燃料ガスを供給する触媒燃焼用燃料ガス供給ラインと、前記排酸化性ガス供給ラインに設けられ、前記燃焼器に供給される前記排酸化性ガスに含まれる前記燃料ガスの未燃成分を燃焼させる燃焼部と、を備える発電システムの運転方法であって、前記圧縮酸化性ガス供給ラインから前記圧縮酸化性ガスを前記燃料電池に供給する初期昇温工程と、前記触媒燃焼用燃料ガス供給ラインから前記燃料ガスを前記空気極へ供給する触媒燃焼用燃料ガス供給工程と、前記空気極において前記燃料ガスを触媒燃焼させて、前記燃料電池を昇温させる燃料電池昇温工程と、前記燃料電池の前記空気極側から排出される前記排酸化性ガスに含まれる前記燃料ガスの未燃成分を、前記燃焼部において燃焼させる未燃成分燃焼工程と、を含むことを特徴とする。   The operating method of the power generation system of the present invention includes a gas turbine having a compressor and a combustor, a fuel cell having an air electrode and a fuel electrode, and capable of catalytic combustion in the air electrode, and the fuel cell An exhaust oxidizing gas supply line for supplying exhaust oxidizing gas discharged from the air electrode side to the combustor, and a compressed oxidizing gas compressed by the compressor are supplied to the air electrode of the fuel cell. A compressed oxidizing gas supply line; a catalytic combustion fuel gas supply line for supplying a fuel gas for catalytic combustion at the air electrode of the fuel cell; and the exhaust oxidizing gas supply line. A combustion unit that burns unburned components of the fuel gas contained in the supplied exhaust oxidant gas, wherein the compressed acid is supplied from the compressed oxidant gas supply line. An initial temperature raising step of supplying a reactive gas to the fuel cell, a catalytic combustion fuel gas supply step of supplying the fuel gas from the catalytic combustion fuel gas supply line to the air electrode, and the fuel gas at the air electrode A fuel cell heating step of heating the fuel cell by catalytic combustion, and an unburned component of the fuel gas contained in the exhaust oxidizing gas discharged from the air electrode side of the fuel cell, And an unburned component combustion step for burning in the combustion section.

従って、初期昇温工程において、圧縮酸化性ガスを空気極へ供給し、触媒燃焼用燃料ガス供給工程において、燃料ガスを空気極へ供給し、燃料電池昇温工程において、燃料電池を昇温させ、未燃成分燃焼工程において、燃料電池の空気極側から排出される排酸化性ガスに含まれる燃料ガスの未燃成分を燃焼させることができる。このため、未燃成分が燃焼した排酸化性ガスを、燃焼器に流入させることができるため、ガスタービンの燃焼器における燃焼を、安定的なものにすることができる。これにより、ガスタービンの燃焼器における燃焼を好適な燃焼条件とすることで、ＮＯｘの発生を低減したり、燃焼による燃焼器への局所的な負荷を低減したり、ガスタービンの出力制御への影響を抑制することができる。   Accordingly, the compressed oxidizing gas is supplied to the air electrode in the initial temperature raising step, the fuel gas is supplied to the air electrode in the catalytic combustion fuel gas supply step, and the fuel cell is heated in the fuel cell temperature raising step. In the unburned component combustion step, the unburned component of the fuel gas contained in the exhaust oxidizing gas discharged from the air electrode side of the fuel cell can be burned. For this reason, since the exhaust oxidizing gas which the unburned component combusted can be made to flow into a combustor, combustion in a combustor of a gas turbine can be made stable. As a result, by making combustion in the combustor of the gas turbine suitable combustion conditions, the generation of NOx can be reduced, the local load on the combustor due to combustion can be reduced, or the output control of the gas turbine can be controlled. The influence can be suppressed.

また、本発明の他の発電システムの運転方法は、圧縮機と燃焼器を有するガスタービンと、空気極及び燃料極を有し、前記空気極において触媒燃焼が可能な燃料電池と、前記燃料電池の前記空気極側から排出される排酸化性ガスを、前記燃焼器に供給する排酸化性ガス供給ラインと、前記圧縮機で圧縮された圧縮酸化性ガスを、前記燃料電池の前記空気極に供給する圧縮酸化性ガス供給ラインと、前記燃料電池の前記空気極において触媒燃焼させるための燃料ガスを供給する触媒燃焼用燃料ガス供給ラインと、前記圧縮酸化性ガス供給ラインに設けられ、前記燃焼器に供給される前記排酸化性ガスに含まれる前記燃料ガスの未燃成分を燃焼させる燃焼部と、を備える発電システムの運転方法であって、前記圧縮酸化性ガス供給ラインから前記圧縮酸化性ガスを前記燃料電池に供給する初期昇温工程と、前記触媒燃焼用燃料ガス供給ラインから前記空気極へ供給される前記燃料ガスを、前記燃焼部において燃焼させることで、予め未燃成分となる前記燃料ガスを燃焼させる未燃成分燃焼工程と、燃焼させた前記燃料ガスを前記空気極へ供給する触媒燃焼用燃料ガス供給工程と、前記空気極において前記燃料ガスを触媒燃焼させて、前記燃料電池を昇温させる燃料電池昇温工程と、を含むことを特徴とする。   Further, another power generation system operating method of the present invention includes a gas turbine having a compressor and a combustor, an air electrode and a fuel electrode, and a fuel cell capable of catalytic combustion at the air electrode, and the fuel cell. The exhaust oxidizing gas supplied from the air electrode side to the combustor, and the compressed oxidizing gas compressed by the compressor to the air electrode of the fuel cell. A compressed oxidizing gas supply line to be supplied; a fuel gas supply line for catalytic combustion for supplying a fuel gas for catalytic combustion at the air electrode of the fuel cell; and the combustion provided in the compressed oxidizing gas supply line A combustion unit that burns unburned components of the fuel gas contained in the exhaust oxidant gas supplied to a gas generator, the operation method of the power generation system comprising the compressed oxidant gas supply line and the combustion unit An initial temperature raising step for supplying the deoxidized gas to the fuel cell, and the fuel gas supplied from the catalytic combustion fuel gas supply line to the air electrode is combusted in the combustion section, so that unburned in advance. An unburned component combustion step of burning the fuel gas as a component, a catalytic combustion fuel gas supply step of supplying the burned fuel gas to the air electrode, and catalytic combustion of the fuel gas at the air electrode And a fuel cell temperature raising step for raising the temperature of the fuel cell.

従って、初期昇温工程において、圧縮酸化性ガスを空気極へ供給し、未燃成分燃焼工程において、燃料電池の空気極において発生する未燃成分となる燃料ガスを予め燃焼させ、触媒燃焼用燃料ガス供給工程において、燃料ガスを空気極へ供給し、燃料電池昇温工程において、燃料電池を昇温させることができる。このため、燃料ガスの未燃成分が低減された排酸化性ガスを、燃焼器に流入させることができるため、ガスタービンの燃焼器における燃焼を、安定的なものにすることができる。これにより、ガスタービンの燃焼器における燃焼を好適な燃焼条件とすることで、ＮＯｘの発生を低減したり、燃焼による燃焼器への局所的な負荷を低減したり、ガスタービンの出力制御への影響を抑制することができる。   Therefore, in the initial temperature raising step, the compressed oxidizing gas is supplied to the air electrode, and in the unburned component combustion step, the fuel gas that becomes the unburned component generated in the air electrode of the fuel cell is burned in advance, and the fuel for catalytic combustion. In the gas supply step, fuel gas can be supplied to the air electrode, and in the fuel cell heating step, the fuel cell can be heated. For this reason, since the exhaust oxidizing gas from which the unburned component of fuel gas was reduced can be flowed into the combustor, the combustion in the combustor of the gas turbine can be made stable. As a result, by making combustion in the combustor of the gas turbine suitable combustion conditions, the generation of NOx can be reduced, the local load on the combustor due to combustion can be reduced, or the output control of the gas turbine can be controlled. The influence can be suppressed.

本発明の発電システム及び発電システムの運転方法によれば、ガスタービンの燃焼器に流入する排酸化性ガスに含まれる燃料ガスの未燃成分を燃焼させることができる。このため、未燃成分が低減された排酸化性ガスを、燃焼器に流入させることができるため、ガスタービンの燃焼器における燃焼を、安定的なものにすることができる。   According to the power generation system and the operation method of the power generation system of the present invention, the unburned components of the fuel gas contained in the exhaust oxidizing gas flowing into the combustor of the gas turbine can be burned. For this reason, since the exhaust oxidizing gas in which the unburned components are reduced can be caused to flow into the combustor, the combustion in the combustor of the gas turbine can be made stable.

図１は、実施例１の発電システムを表す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a power generation system according to the first embodiment. 図２は、ＳＯＦＣのセルスタックを表す概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an SOFC cell stack. 図３は、実施例２の発電システムを表す概略構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating a power generation system according to the second embodiment.

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 method for operating 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.

実施例１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段階で電気を取り出すことができるため、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 Example 1 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 electricity can be taken out in three stages of SOFC, gas turbine, and steam turbine by installing SOFC upstream of gas turbine combined cycle power generation (GTCC). can do. 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、実施例１の発電システムを表す概略構成図である。実施例１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。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a power generation system according to the first embodiment. In the first embodiment, as illustrated in FIG. 1, the power generation system 10 includes a gas turbine 11 and a generator 12, an SOFC 13, a steam turbine 14 and a generator 15. The power generation system 10 is configured to obtain high power generation efficiency by combining power generation by the gas turbine 11, power generation by the SOFC 13, and power generation by the steam turbine 14.

ガスタービン１１は、圧縮機２１、燃焼器２２、タービン２３を有しており、圧縮機２１とタービン２３は、回転軸２４により一体回転可能に連結されている。圧縮機２１は、空気取り込みライン２５から取り込んだ空気Ａを圧縮する。燃焼器２２は、圧縮機２１から第１圧縮空気供給ライン２６を通して供給された圧縮空気Ａ１と、第１燃料ガス供給ライン２７から供給された燃料ガスＬ１とを混合して燃焼する。タービン２３は、燃焼器２２から排ガス供給ライン２８を通して供給された排ガス（燃焼ガス）Ｇにより回転する。なお、図示しないが、タービン２３は、圧縮機２１で圧縮された圧縮空気Ａ１が車室を通して供給され、この圧縮空気Ａ１を冷却空気として翼などを冷却する。発電機１２は、タービン２３と同軸上に設けられており、タービン２３が回転することで発電することができる。なお、ここで、燃焼器２２に供給する燃料ガスＬ１及び後述する燃料ガスＬ２、燃料ガスＬ４の各燃料ガスは、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）、水素（Ｈ２）および一酸化炭素（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ることが可能である。 The gas turbine 11 includes a compressor 21, a combustor 22, and a turbine 23, and the compressor 21 and the turbine 23 are connected by a rotary shaft 24 so as to be integrally rotatable. The compressor 21 compresses the air A taken in from the air intake line 25. The combustor 22 mixes and combusts the compressed air A <b> 1 supplied from the compressor 21 through the first compressed air supply line 26 and the fuel gas L <b> 1 supplied from the first fuel gas supply line 27. The turbine 23 is rotated by exhaust gas (combustion gas) G supplied from the combustor 22 through the exhaust gas supply line 28. Although not shown, the turbine 23 is supplied with compressed air A1 compressed by the compressor 21 through the passenger compartment, and cools the blades and the like using the compressed air A1 as cooling air. The generator 12 is provided on the same axis as the turbine 23 and can generate electric power when the turbine 23 rotates. Here, the fuel gas L1 supplied to the combustor 22, and the fuel gas L2 and the fuel gas L4 described later are, for example, liquefied natural gas (LNG), hydrogen (H 2 ), and carbon monoxide (CO ), Hydrocarbon gas such as methane (CH 4 ), and gas produced by a gasification facility for carbonaceous raw materials such as coal can be used.

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）と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２１で圧縮された一部の圧縮空気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。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 SOFC 13 is configured to generate power by reacting at a predetermined operating temperature by being supplied with high-temperature fuel gas as a reducing agent and high-temperature air (oxidizing gas) as an oxidant. The SOFC 13 is configured by accommodating an air electrode, a solid electrolyte, and a fuel electrode in a pressure vessel. A part of the compressed air A2 compressed by the compressor 21 is supplied to the air electrode, and the fuel gas L2 is supplied to the fuel electrode to generate power. In addition, the oxidizing gas supplied to the SOFC 13 is a gas containing approximately 15% to 30% oxygen, and typically air is preferable, but in addition to air, a mixed gas of combustion exhaust gas and air, oxygen And the like can be used (hereinafter, the oxidizing gas supplied to the SOFC 13 is referred to as air).

このＳＯＦＣ１３は、第１圧縮空気供給ライン２６から分岐した第２圧縮空気供給ライン（圧縮酸化性ガス供給ライン）３１が連結され、圧縮機２１が圧縮した一部の圧縮空気（圧縮酸化性ガス）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制御弁３２と、圧縮空気Ａ２を昇圧可能なブロワ（昇圧機）３３とが空気の流れ方向に沿って設けられている。制御弁３２は、第２圧縮空気供給ライン３１における空気の流れ方向の上流側に設けられ、ブロワ３３は、制御弁３２の下流側に設けられている。なお、制御弁３２とブロワ３３の配置は、図１の配置に限定されることはなく、ブロワや制御弁の形式によって、順序を逆にして配置してもよい。ＳＯＦＣ１３は、空気極で用いられた排空気（排酸化性ガス）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排空気Ａ３を外部に排出する排出ライン３５と、燃焼器２２に連結される排酸化性ガス供給ライン３６とに分岐される。つまり、排空気ライン３４と排酸化性ガス供給ライン３６とは、ＳＯＦＣ１３の空気極で用いられた排空気Ａ３を、燃焼器２２に供給する排酸化性ガス供給ラインとして機能する。換言すれば、排酸化性ガス供給ライン３６は、排空気Ａ３の流れ方向の上流側の一部が、排空気ライン３４となっている。排出ライン３５は、排出する空気量を調整可能な制御弁３７が設けられ、排酸化性ガス供給ライン３６は、ＳＯＦＣ１３及びガスタービン１１間の系統を切り離すための遮蔽弁３８が設けられている。   The SOFC 13 is connected to a second compressed air supply line (compressed oxidizing gas supply line) 31 branched from the first compressed air supply line 26, and a part of compressed air (compressed oxidizing gas) compressed by the compressor 21. A2 can be supplied to the introduction portion of the air electrode. In the second compressed air supply line 31, a control valve 32 capable of adjusting the amount of air to be supplied and a blower (a booster) 33 capable of increasing the pressure of the compressed air A2 are provided along the air flow direction. The control valve 32 is provided on the upstream side of the second compressed air supply line 31 in the air flow direction, and the blower 33 is provided on the downstream side of the control valve 32. In addition, arrangement | positioning of the control valve 32 and the blower 33 is not limited to arrangement | positioning of FIG. 1, You may arrange | position in reverse order according to the format of a blower or a control valve. The SOFC 13 is connected to an exhaust air line 34 that exhausts exhaust air (exhaust oxidant gas) A3 used at the air electrode. The exhaust air line 34 is branched into an exhaust line 35 for exhausting the exhaust air A3 used at the air electrode to the outside, and an exhaust oxidizing gas supply line 36 connected to the combustor 22. That is, the exhaust air line 34 and the exhaust oxidizing gas supply line 36 function as an exhaust oxidizing gas supply line for supplying the exhaust air A3 used at the air electrode of the SOFC 13 to the combustor 22. In other words, in the exhaust oxidizing gas supply line 36, a part of the upstream side in the flow direction of the exhaust air A3 is the exhaust air line 34. The discharge line 35 is provided with a control valve 37 capable of adjusting the amount of air to be discharged, and the exhaust oxidizing gas supply line 36 is provided with a shielding valve 38 for disconnecting the system between the SOFC 13 and the gas turbine 11.

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、燃焼器２２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制御弁４７と、燃料を昇圧可能なブロワ４８が排燃料ガスＬ３の流れ方向に沿って設けられている。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、ブロワ４８は、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。なお、制御弁４７とブロワ４８の配置は、図１の配置に限定されることはなく、ブロワや制御弁の形式によって、順序を逆にして配置してもよい。   Further, the SOFC 13 is provided with a second fuel gas supply line 41 for supplying the fuel gas L2 to the introduction portion of the fuel electrode. The second fuel gas supply line 41 is provided with a control valve 42 that can adjust the amount of fuel gas to be supplied. The SOFC 13 is connected to an exhaust fuel line 43 that exhausts the exhaust fuel gas L3 used at the fuel electrode. The exhaust fuel line 43 is branched into an exhaust line 44 that discharges to the outside and an exhaust fuel gas supply line 45 that is connected to the combustor 22. The discharge line 44 is provided with a control valve 46 capable of adjusting the amount of fuel gas to be discharged. The exhaust fuel gas supply line 45 is provided with a control valve 47 capable of adjusting the amount of fuel gas to be supplied, and a blower 48 capable of boosting fuel. Is provided along the flow direction of the exhaust fuel gas L3. The control valve 47 is provided upstream of the exhaust fuel gas supply line 45 in the flow direction of the exhaust fuel gas L3, and the blower 48 is provided downstream of the control valve 47 in the flow direction of the exhaust fuel gas L3. The arrangement of the control valve 47 and the blower 48 is not limited to the arrangement shown in FIG. 1, and the order may be reversed depending on the type of the blower or the control valve.

また、ＳＯＦＣ１３は、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に再循環する再循環ブロワ５０が設けられている。   In addition, the SOFC 13 is provided with a fuel gas recirculation line 49 that connects the exhaust fuel line 43 and the second fuel gas supply line 41. The fuel gas recirculation line 49 is provided with a recirculation blower 50 that recirculates the exhaust fuel gas L3 of the exhaust fuel line 43 to the second fuel gas supply line 41.

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Ｓによりタービン５２を回転するものである。この排熱回収ボイラ５１は、ガスタービン１１（タービン２３）からの排ガスライン５３が連結されており、空気と高温の排ガスＧとの間で熱交換を行うことで、蒸気Ｓを生成する。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とが設けられている。そして、給水ライン５５は、復水器５６と給水ポンプ５７とが設けられている。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Ｇは、大気へ放出される。なお、本実施例においては、排ガスＧをＨＲＳＧ５１の熱源として利用しているが、排ガスＧはＨＲＳＧ５１以外の各種機器の熱源として利用することも可能である。   The steam turbine 14 rotates the turbine 52 by the steam S generated by the exhaust heat recovery boiler (HRSG) 51. The exhaust heat recovery boiler 51 is connected to an exhaust gas line 53 from the gas turbine 11 (the turbine 23), and generates steam S by exchanging heat between the air and the high temperature exhaust gas G. The steam turbine 14 (turbine 52) is provided with a steam supply line 54 and a water supply line 55 between the exhaust heat recovery boiler 51. The water supply line 55 is provided with a condenser 56 and a water supply pump 57. The generator 15 is provided coaxially with the turbine 52 and can generate electric power when the turbine 52 rotates. The exhaust gas G from which heat has been recovered by the exhaust heat recovery boiler 51 is released to the atmosphere. In this embodiment, the exhaust gas G is used as a heat source for the HRSG 51. However, the exhaust gas G can also be used as a heat source for various devices other than the HRSG 51.

ここで、本実施例の発電システム１０の作動について説明する。発電システム１０を起動する場合、ガスタービン１１が起動した後に、蒸気タービン１４及びＳＯＦＣ１３が起動する。   Here, the operation of the power generation system 10 of the present embodiment will be described. When the power generation system 10 is activated, the steam turbine 14 and the SOFC 13 are activated after the gas turbine 11 is activated.

まず、ガスタービン１１にて、圧縮機２１が空気Ａを圧縮し、燃焼器２２が圧縮空気Ａ１と燃料ガスＬ１とを混合して燃焼し、タービン２３が排ガスＧにより回転することで、発電機１２が発電を開始する。次に、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。   First, in the gas turbine 11, the compressor 21 compresses the air A, the combustor 22 mixes and burns the compressed air A1 and the fuel gas L1, and the turbine 23 is rotated by the exhaust gas G. 12 starts power generation. Next, in the steam turbine 14, the turbine 52 is rotated by the steam S generated by the exhaust heat recovery boiler 51, whereby the generator 15 starts power generation.

ＳＯＦＣ１３では、まず、圧縮空気Ａ２を供給して昇圧を開始し、加熱を開始する。排出ライン３５の制御弁３７と排酸化性ガス供給ライン３６の遮蔽弁３８を閉止し、第２圧縮空気供給ライン３１のブロワ３３を停止した状態もしくはブロワ３３を運転した状態で、制御弁３２もしくは加圧専用の図示されていない制御弁を所定開度だけ開放する。なお、ここで制御弁３２において昇圧速度を制御するための開度調整を行う。すると、圧縮機２１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側は、圧縮空気Ａ２が供給されることで圧力が上昇する。   In the SOFC 13, first, the compressed air A <b> 2 is supplied to start pressure increase, and heating is started. With the control valve 37 of the discharge line 35 and the shielding valve 38 of the exhaust oxidizing gas supply line 36 closed, the control valve 32 or the blower 33 of the second compressed air supply line 31 is stopped or the blower 33 is operated. A control valve (not shown) dedicated to pressurization is opened by a predetermined opening. Here, the control valve 32 adjusts the opening for controlling the pressure increase speed. Then, a part of the compressed air A2 compressed by the compressor 21 is supplied from the second compressed air supply line 31 to the SOFC 13 side. As a result, the pressure on the SOFC 13 side increases as the compressed air A2 is supplied.

一方、ＳＯＦＣ１３では、その燃料極側に、第２燃料ガス供給ライン４１から燃料ガスＬ２、図示されていない圧縮空気供給ライン３１の分岐から圧縮空気（酸化性ガス）Ａ２、窒素等の不活性ガスを供給して昇圧を開始する。排出ライン４４の制御弁４６と排燃料ガス供給ライン４５の制御弁４７を閉止し、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。なお、再循環ブロワ５０は、燃料極側の加圧前に起動していてもよい。すると、燃料ガスＬ２が第２燃料ガス供給ライン４１からＳＯＦＣ１３側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により再循環する。これにより、ＳＯＦＣ１３側は、燃料ガスＬ２、圧縮空気Ａ２、不活性ガス等が供給されることで圧力が上昇する。   On the other hand, in the SOFC 13, an inert gas such as a fuel gas L2 from the second fuel gas supply line 41, a compressed air (oxidizing gas) A2 from a branch of the compressed air supply line 31 (not shown), nitrogen, etc. To start boosting. With the control valve 46 of the exhaust line 44 and the control valve 47 of the exhaust fuel gas supply line 45 closed and the blower 48 stopped, the control valve 42 of the second fuel gas supply line 41 is opened and the fuel gas is recirculated. The recirculation blower 50 in the line 49 is driven. The recirculation blower 50 may be activated before pressurization on the fuel electrode side. Then, the fuel gas L2 is supplied from the second fuel gas supply line 41 to the SOFC 13 side, and the exhaust fuel gas L3 is recirculated by the fuel gas recirculation line 49. Thus, the pressure on the SOFC 13 side is increased by supplying the fuel gas L2, the compressed air A2, the inert gas, and the like.

そして、ＳＯＦＣ１３の空気極側の圧力が圧縮機２１の出口圧力になると、制御弁３２にてＳＯＦＣ１３への供給空気流量を制御すると共に、ブロワ３３が起動していなければ、ブロワ３３を駆動する。それと同時に遮蔽弁３８を開放してＳＯＦＣ１３からの排空気Ａ３を排酸化性ガス供給ライン３６から燃焼器２２に供給する。このとき、制御弁３７も開放してＳＯＦＣ１３からの排空気Ａ３の一部を排出ライン３５から排出してもよい。すると、圧縮空気Ａ２がブロワ３３によりＳＯＦＣ１３側へ供給される。それと同時に制御弁４６を開放してＳＯＦＣ１３からの排燃料ガスＬ３を排出ライン４４から排出する。そして、ＳＯＦＣ１３における空気極側の圧力と燃料極側の圧力とが目標圧力に到達すると、ＳＯＦＣ１３の昇圧が完了する。   When the pressure on the air electrode side of the SOFC 13 becomes the outlet pressure of the compressor 21, the control valve 32 controls the flow rate of air supplied to the SOFC 13, and if the blower 33 is not activated, the blower 33 is driven. At the same time, the shielding valve 38 is opened to supply exhaust air A3 from the SOFC 13 to the combustor 22 from the exhaust oxidizing gas supply line 36. At this time, the control valve 37 may also be opened to discharge a part of the exhaust air A3 from the SOFC 13 from the discharge line 35. Then, the compressed air A2 is supplied to the SOFC 13 side by the blower 33. At the same time, the control valve 46 is opened, and the exhaust fuel gas L3 from the SOFC 13 is discharged from the discharge line 44. When the pressure on the air electrode side and the pressure on the fuel electrode side in the SOFC 13 reach the target pressure, the pressure increase of the SOFC 13 is completed.

その後、ＳＯＦＣ１３の圧力制御が安定したら、制御弁３７が開となっている場合は閉止する一方、遮蔽弁３８の開放を維持する。このため、ＳＯＦＣ１３からの排空気Ａ３が排酸化性ガス供給ライン３６から燃焼器２２に供給され続ける。また、排燃料ガスＬ３の成分が燃焼器２２へ投入可能な成分となったら、制御弁４６を閉止する一方、制御弁４７を開放してブロワ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から燃焼器２２に供給される。このとき、第１燃料ガス供給ライン２７から燃焼器２２に供給される燃料ガスＬ１を減量する。   After that, when the pressure control of the SOFC 13 is stabilized, when the control valve 37 is open, the control valve 37 is closed and the shielding valve 38 is kept open. For this reason, the exhaust air A3 from the SOFC 13 continues to be supplied from the exhaust oxidizing gas supply line 36 to the combustor 22. When the component of the exhaust fuel gas L3 becomes a component that can be input to the combustor 22, the control valve 46 is closed, while the control valve 47 is opened to drive the blower 48. Then, the exhaust fuel gas L3 from the SOFC 13 is supplied from the exhaust fuel gas supply line 45 to the combustor 22. At this time, the fuel gas L1 supplied from the first fuel gas supply line 27 to the combustor 22 is reduced.

ここで、ガスタービン１１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の駆動による発電機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。   Here, the power generation by the generator 12 by driving the gas turbine 11, the power generation by the SOFC 13, and the power generation by the generator 15 by driving the steam turbine 14 are all performed, and the power generation system 10 becomes a steady operation.

続いて、図２を参照して、ＳＯＦＣ１３に設けられるセルスタックについて説明する。なお、以下の説明では、ＳＯＦＣ１３に適用されるセルスタックとして、円筒形のセルスタックを例として説明するが、必ずしもこの限りである必要はなく、例えば平板形のセルスタックであってもよい。ここで、図２は、ＳＯＦＣのセルスタックを表す概略構成図である。   Next, the cell stack provided in the SOFC 13 will be described with reference to FIG. In the following description, a cylindrical cell stack will be described as an example of a cell stack applied to the SOFC 13, but it is not necessarily limited to this, and for example, a flat cell stack may be used. Here, FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an SOFC cell stack.

図２に示すように、セルスタック１０１は、円筒形状の基体管１０３と、基体管１０３の外周面に複数形成された燃料電池セル１０５と、隣り合う燃料電池セル１０５の間に形成されたインターコネクタ１０７とを有する。燃料電池セル１０５は、燃料極１０９と固体電解質１１１と空気極１１３とが積層して形成されている。また、セルスタック１０１は、基体管１０３の外周面に形成された複数の燃料電池セル１０５の内、基体管１０３の軸方向において最も端に形成された燃料電池セル１０５の空気極１１３に、インターコネクタ１０７を介して電気的に接続されたリード膜１１５を有する。   As shown in FIG. 2, the cell stack 101 includes a cylindrical base tube 103, a plurality of fuel cells 105 formed on the outer peripheral surface of the base tube 103, and an interface formed between adjacent fuel cells 105. Connector 107. The fuel cell 105 is formed by stacking a fuel electrode 109, a solid electrolyte 111, and an air electrode 113. The cell stack 101 is connected to the air electrode 113 of the fuel cell 105 formed at the end in the axial direction of the base tube 103 among the plurality of fuel cells 105 formed on the outer peripheral surface of the base tube 103. A lead film 115 is electrically connected through the connector 107.

基体管１０３は、多孔質材料からなり、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ２（ＣＳＺ）、又はＹ２Ｏ３安定化ＺｒＯ2（ＹＳＺ）、又はＭｇＡｌ２Ｏ４とされる。この基体管１０３は、燃料電池セル１０５とインターコネクタ１０７とリード膜１１５とを支持すると共に、基体管１０３の内周面に供給される燃料ガスＬ２を基体管１０３の細孔を介して基体管１０３の外周面に形成される燃料極１０９に拡散させるものである。 The base tube 103 is made of a porous material, for example, CaO stabilized ZrO 2 (CSZ), Y 2 O 3 stabilized ZrO 2 (YSZ), or MgAl 2 O 4 . The base tube 103 supports the fuel cell 105, the interconnector 107, and the lead film 115, and supplies the fuel gas L 2 supplied to the inner peripheral surface of the base tube 103 through the pores of the base tube 103. It is diffused to the fuel electrode 109 formed on the outer peripheral surface of 103.

燃料極１０９は、Ｎｉとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物で構成され、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺが用いられる。この場合、燃料極１０９は、燃料極１０９の成分であるＮｉが燃料ガスＬ２に対して触媒作用を有する。この触媒作用は、基体管１０３を介して供給された燃料ガスＬ２、例えば、メタン（ＣＨ４）と水蒸気との混合ガスを反応させ、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質するものである。また、燃料極１０９は、改質により得られる水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）と、固体電解質１１１を介して供給される酸素イオン（Ｏ２−）とを固体電解質１１１との界面付近において電気化学的に反応させて水（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）を生成するものである。なお、燃料電池セル１０５は、この時、酸素イオンから放出される電子によって発電する。 The fuel electrode 109 is made of an oxide of a composite material of Ni and a zirconia-based electrolyte material. For example, Ni / YSZ is used. In this case, in the fuel electrode 109, Ni as a component of the fuel electrode 109 has a catalytic action on the fuel gas L2. This catalytic action is performed by reacting a fuel gas L2 supplied through the base tube 103, for example, a mixed gas of methane (CH 4 ) and water vapor, to reform hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO). To do. Further, the fuel electrode 109 has an interface between the solid electrolyte 111 and hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) obtained by reforming and oxygen ions (O 2− ) supplied via the solid electrolyte 111. It reacts electrochemically in the vicinity to produce water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ). At this time, the fuel cell 105 generates electric power by electrons emitted from oxygen ions.

固体電解質１１１は、ガスを通しにくい気密性と、高温で高い酸素イオン導電性とを有するＹＳＺが主として用いられる。この固体電解質１１１は、空気極１１３で生成される酸素イオン（Ｏ２−）を燃料極１０９に移動させるものである。 The solid electrolyte 111 is mainly made of YSZ having gas tightness that prevents gas from passing through and high oxygen ion conductivity at high temperatures. This solid electrolyte 111 moves oxygen ions (O 2− ) generated at the air electrode 113 to the fuel electrode 109.

空気極１１３は、例えば、ＬａＳｒＭｎＯ３系酸化物、又はＬａＣｏＯ３系酸化物で構成される。この空気極１１３は、固体電解質１１１との界面付近において、供給される酸化性ガスとしての圧縮空気Ａ２中の酸素を解離させて酸素イオン（Ｏ２−）を生成するものである。また、この空気極１１３は、燃焼反応に寄与する機能（触媒作用による燃焼）を有している。つまり、詳細は後述するが、空気極１１３に燃料ガスＬ４が供給されると、燃料ガスＬ４は、空気極１１３において触媒燃焼することが可能となっている。以上から、空気極１１３は、発電機能を有する触媒であると共に、酸化反応を含む燃焼機能を有する触媒でもある。 The air electrode 113 is made of, for example, a LaSrMnO 3 oxide or a LaCoO 3 oxide. The air electrode 113 generates oxygen ions (O 2− ) by dissociating oxygen in the compressed air A2 as an oxidizing gas supplied near the interface with the solid electrolyte 111. The air electrode 113 has a function (combustion by catalytic action) that contributes to the combustion reaction. That is, although details will be described later, when the fuel gas L4 is supplied to the air electrode 113, the fuel gas L4 can be catalytically combusted in the air electrode 113. From the above, the air electrode 113 is a catalyst having a power generation function and a catalyst having a combustion function including an oxidation reaction.

インターコネクタ１０７は、ＳｒＴｉＯ３系などのＭ１−ｘＬｘＴｉＯ３（Ｍはアルカリ土類金属元素、Ｌはランタノイド元素）で表される導電性ペロブスカイト型酸化物から構成され、燃料ガスＬ２と圧縮空気Ａ２とが混合しないように緻密な膜となっている。また、インターコネクタ１０７は、酸化雰囲気と還元雰囲気との両雰囲気下で安定した電気導電性を有する。このインターコネクタ１０７は、隣り合う燃料電池セル１０５において、一方の燃料電池セル１０５の空気極１１３と他方の燃料電池セル１０５の燃料極１０９とを電気的に接続し、隣り合う燃料電池セル１０５同士を直列に接続するものである。リード膜１１５は、電子伝導性を有すること、及びセルスタック１０１を構成する他の材料との熱膨張係数が近いことが必要であることから、Ｎｉ／ＹＳＺ等のＮｉとジルコニア系電解質材料との複合材で構成されている。このリード膜１１５は、インターコネクタ１０７により直列に接続される複数の燃料電池セル１０５で発電された直流電力をセルスタック１０１の端部付近まで導出している。 The interconnector 107 is made of a conductive perovskite oxide represented by M 1-x L x TiO 3 (M is an alkaline earth metal element, L is a lanthanoid element) such as SrTiO 3 system, and the fuel gas L2 It is a dense film so as not to mix with the compressed air A2. Further, the interconnector 107 has stable electrical conductivity in both an oxidizing atmosphere and a reducing atmosphere. The interconnector 107 electrically connects the air electrode 113 of one fuel battery cell 105 and the fuel electrode 109 of the other fuel battery cell 105 in adjacent fuel battery cells 105 so that the adjacent fuel battery cells 105 are connected to each other. Are connected in series. Since the lead film 115 needs to have electronic conductivity and a thermal expansion coefficient close to that of other materials constituting the cell stack 101, the lead film 115 is made of Ni such as Ni / YSZ and a zirconia-based electrolyte material. Composed of composite material. The lead film 115 guides DC power generated by the plurality of fuel cells 105 connected in series by the interconnector 107 to the vicinity of the end of the cell stack 101.

ところで、上記の発電システム１０において、ＳＯＦＣ１３を起動させて昇温する場合、ＳＯＦＣ１３のセルスタック１０１は低温となっている。このため、発電システム１０では、ＳＯＦＣ１３の昇温時において、セルスタック１０１の温度を、発電が可能な発電活性温度に迅速に昇温させるべく、空気極１１３の燃焼触媒としての機能を活用している。   By the way, in the power generation system 10 described above, when the SOFC 13 is activated to raise the temperature, the cell stack 101 of the SOFC 13 is at a low temperature. For this reason, the power generation system 10 utilizes the function of the air electrode 113 as a combustion catalyst in order to quickly raise the temperature of the cell stack 101 to the power generation activation temperature at which power generation is possible when the SOFC 13 is heated. Yes.

再び、図１を参照するが、実施例１の発電システム１０は、第２圧縮空気供給ライン３１に接続される触媒燃焼用燃料ガス供給ライン６１が設けられている。触媒燃焼用燃料ガス供給ライン６１は、圧縮空気Ａ２の流れ方向において、ブロワ３３の下流側に接続されている。触媒燃焼用燃料ガス供給ライン６１は、燃料ガスＬ４を、第２圧縮空気供給ライン３１を介して、ＳＯＦＣ１３の空気極１１３に供給している。触媒燃焼用燃料ガス供給ライン６１は、供給する燃料ガス量を調整可能な制御弁６２が設けられている。このため、空気極１１３には、圧縮空気Ａ２と共に燃料ガスＬ４が供給される。   Again referring to FIG. 1, the power generation system 10 of the first embodiment is provided with a catalytic combustion fuel gas supply line 61 connected to the second compressed air supply line 31. The catalytic combustion fuel gas supply line 61 is connected to the downstream side of the blower 33 in the flow direction of the compressed air A2. The catalytic combustion fuel gas supply line 61 supplies the fuel gas L4 to the air electrode 113 of the SOFC 13 via the second compressed air supply line 31. The catalyst combustion fuel gas supply line 61 is provided with a control valve 62 capable of adjusting the amount of fuel gas to be supplied. For this reason, the fuel gas L4 is supplied to the air electrode 113 together with the compressed air A2.

空気極１１３に燃料ガスＬ４が供給されると、空気極１１３は、触媒作用により、燃料ガスＬ４と、酸化性ガスとしての圧縮空気Ａ２とを酸化反応させることで、燃料ガスＬ４を燃焼させる。そして、燃料ガスＬ４を燃焼させることで発生した熱により、空気極１１３を含むセルスタック１０１の温度が上昇する。つまり、空気極１１３の触媒作用を利用してセルスタック１０１を直接加熱することができる。一方、円筒形状の燃料電池セル１０５は、その両端部分が支持されながらガスシール性を保有することが好ましく、燃料電池セル１０５の温度分布は、中央部分に対して、両端部分の温度が低くなることが好ましい。空気極１１３へ供給した参加性ガス中の燃料ガスＬ４が徐々に酸化反応していくので、燃料電池セル１０５の中央部分の温度が高くなるので好ましい状況に温度が上昇する利点がある。   When the fuel gas L4 is supplied to the air electrode 113, the air electrode 113 causes the fuel gas L4 and the compressed air A2 as the oxidizing gas to undergo an oxidation reaction by a catalytic action, thereby burning the fuel gas L4. The temperature of the cell stack 101 including the air electrode 113 rises due to the heat generated by burning the fuel gas L4. That is, the cell stack 101 can be directly heated using the catalytic action of the air electrode 113. On the other hand, the cylindrical fuel cell 105 preferably has gas sealing properties while being supported at both end portions, and the temperature distribution of the fuel cell 105 is lower at both end portions than at the central portion. It is preferable. Since the fuel gas L4 in the participating gas supplied to the air electrode 113 gradually undergoes an oxidation reaction, the temperature of the central portion of the fuel cell 105 becomes higher, so that there is an advantage that the temperature rises in a preferable situation.

また、発電システム１０は、排空気ライン３４に燃焼触媒７１が設けられている。燃焼触媒７１は、例えば、白金（Ｐｔ）系またはパラジウム（Ｐｄ）系の触媒であり、ガス流れへの圧力損失が少なく反応表面積が多いハニカム構造、ペレット構造または粒状構造等となっている。燃焼触媒７１は、ＳＯＦＣ１３の空気極１１３から排出される排空気Ａ３中に含まれる燃料ガスＬ４に起因する未燃成分を燃焼する燃焼部として機能している。燃焼触媒７１の低温での燃焼活性は、空気極１１３の低温での触媒活性よりも高くなっている。このため、ＳＯＦＣ１３を昇温させる過程において、燃焼触媒７１は、空気極１１３よりも低い温度でも、燃焼反応や酸化反応が促進されることから、燃料ガスＬ４に起因する未燃成分を燃焼させることができる。   In the power generation system 10, a combustion catalyst 71 is provided in the exhaust air line 34. The combustion catalyst 71 is, for example, a platinum (Pt) -based or palladium (Pd) -based catalyst, and has a honeycomb structure, a pellet structure, a granular structure, or the like with a small pressure loss to the gas flow and a large reaction surface area. The combustion catalyst 71 functions as a combustion unit that burns unburned components resulting from the fuel gas L4 contained in the exhaust air A3 discharged from the air electrode 113 of the SOFC 13. The combustion activity of the combustion catalyst 71 at a low temperature is higher than that of the air electrode 113 at a low temperature. For this reason, in the process of raising the temperature of the SOFC 13, the combustion catalyst 71 promotes the combustion reaction and the oxidation reaction even at a temperature lower than the air electrode 113, so that the unburned components resulting from the fuel gas L 4 are burned. Can do.

燃焼触媒７１に排空気Ａ３が供給されると、燃焼触媒７１は、触媒作用により、排空気Ａ３中の燃料ガスＬ４に起因する未燃成分と、排空気Ａ３中の酸素とを酸化反応させることで、燃料ガスＬ４に起因する未燃成分を燃焼させる。このため、燃焼触媒７１を通過した排空気Ａ３は、燃料ガスＬ４に起因する未燃成分が燃焼されるため、ＳＯＦＣ１３の空気極１１３から排出された排空気Ａ３に比して、燃料ガスＬ４に起因する未燃成分が低減される。   When the exhaust air A3 is supplied to the combustion catalyst 71, the combustion catalyst 71 causes the unburned component resulting from the fuel gas L4 in the exhaust air A3 and the oxygen in the exhaust air A3 to oxidize by a catalytic action. Then, the unburned components resulting from the fuel gas L4 are combusted. For this reason, since the unburned component resulting from the fuel gas L4 is combusted in the exhaust air A3 that has passed through the combustion catalyst 71, the exhaust gas A3 is converted into the fuel gas L4 as compared with the exhaust air A3 discharged from the air electrode 113 of the SOFC 13. The resulting unburned components are reduced.

次に、実施例１の発電システム１０の運転方法について説明する。この発電システム１０の運転方法は、ＳＯＦＣ１３を起動させて昇温するときに行われる運転方法である。この発電システム１０の運転方法は、初期昇温工程と、触媒燃焼用燃料ガス供給工程と、燃料電池昇温工程と、未燃成分燃焼工程とを含んでいる。   Next, an operation method of the power generation system 10 according to the first embodiment will be described. The operation method of the power generation system 10 is an operation method that is performed when the SOFC 13 is activated to raise the temperature. The operation method of the power generation system 10 includes an initial temperature raising step, a catalytic combustion fuel gas supply step, a fuel cell temperature raising step, and an unburned component combustion step.

発電システム１０が起動され、制御弁３２が所定開度に開弁されることで、ＳＯＦＣ１３に圧縮機２１から圧縮空気Ａ２が供給され、かつ、遮蔽弁３８が開弁される。これにより、圧縮空気Ａ２がＳＯＦＣ１３に供給されることで、ＳＯＦＣ１３のセルスタック１０１を昇温させる初期昇温工程が実行される。つまり、初期昇温工程は、空気極１１３による触媒燃焼での着火が可能となる温度までＳＯＦＣ１３を昇温させることである。   When the power generation system 10 is activated and the control valve 32 is opened to a predetermined opening, the compressed air A2 is supplied from the compressor 21 to the SOFC 13 and the shielding valve 38 is opened. As a result, the compressed air A2 is supplied to the SOFC 13, whereby an initial temperature raising step for raising the temperature of the cell stack 101 of the SOFC 13 is executed. That is, the initial temperature raising step is to raise the temperature of the SOFC 13 to a temperature at which ignition by catalytic combustion by the air electrode 113 is possible.

触媒燃焼用燃料ガス供給工程では、触媒燃焼用燃料ガス供給ライン６１から燃料ガスＬ４を空気極１１３へ供給する。つまり、触媒燃焼用燃料ガス供給工程では、制御弁６２を所定開度に開弁することで、燃料ガスＬ４を、触媒燃焼用燃料ガス供給ライン６１から第２圧縮空気供給ライン３１に供給する。このため、空気極１１３には、第２圧縮空気供給ライン３１から圧縮空気Ａ２と共に燃料ガスＬ４が供給される。   In the catalytic combustion fuel gas supply step, the fuel gas L4 is supplied from the catalytic combustion fuel gas supply line 61 to the air electrode 113. In other words, in the catalytic combustion fuel gas supply step, the fuel gas L4 is supplied from the catalytic combustion fuel gas supply line 61 to the second compressed air supply line 31 by opening the control valve 62 to a predetermined opening. For this reason, the fuel gas L4 is supplied to the air electrode 113 together with the compressed air A2 from the second compressed air supply line 31.

燃料電池昇温工程では、空気極１１３において燃料ガスＬ４を触媒燃焼させることで、セルスタック１０１を昇温させている。つまり、燃料電池昇温工程では、空気極１１３に供給された燃料ガスＬ４と酸化性ガスとしての圧縮空気Ａ２とが、空気極１１３の触媒作用により酸化反応することで、燃料ガスＬ４を燃焼させる。燃料電池昇温工程では、燃料ガスＬ４を燃焼させることで発生した熱により、セルスタック１０１を昇温する。ここで、空気極１１３の温度が比較的低い場合、空気極１１３による触媒燃焼では燃料ガスＬ４に未燃成分が発生するため、未燃成分燃焼工程により燃料ガスＬ４の未燃成分の燃焼が行われる。   In the fuel cell heating step, the cell stack 101 is heated by catalytic combustion of the fuel gas L4 at the air electrode 113. That is, in the fuel cell temperature raising step, the fuel gas L4 supplied to the air electrode 113 and the compressed air A2 as the oxidizing gas undergo an oxidation reaction by the catalytic action of the air electrode 113, thereby burning the fuel gas L4. . In the fuel cell heating step, the cell stack 101 is heated by heat generated by burning the fuel gas L4. Here, when the temperature of the air electrode 113 is relatively low, an unburned component is generated in the fuel gas L4 in the catalytic combustion by the air electrode 113. Therefore, the unburned component of the fuel gas L4 is burned by the unburned component combustion process. Is called.

未燃成分燃焼工程では、ＳＯＦＣ１３の燃料極１０９側から排出される排空気Ａ３に含まれる燃料ガスＬ４の未燃成分を、燃焼触媒７１において燃焼させている。つまり、未燃成分燃焼工程では、燃焼触媒７１に供給された排空気Ａ３に含まれる燃料ガスＬ４の未燃成分と酸素とが、燃焼触媒７１の触媒作用により酸化反応することで、未燃成分を燃焼させる。そして、燃焼触媒７１により燃料ガスＬ４の未燃成分が燃焼された排空気Ａ３は、排酸化性ガス供給ライン３６によって燃焼器２２に供給される。   In the unburned component combustion step, the unburned component of the fuel gas L4 contained in the exhaust air A3 discharged from the fuel electrode 109 side of the SOFC 13 is burned in the combustion catalyst 71. In other words, in the unburned component combustion process, the unburned component of the fuel gas L4 contained in the exhaust air A3 supplied to the combustion catalyst 71 and oxygen undergo an oxidation reaction by the catalytic action of the combustion catalyst 71, thereby unburned component. To burn. The exhaust air A3 in which the unburned components of the fuel gas L4 are combusted by the combustion catalyst 71 is supplied to the combustor 22 through the exhaust oxidizing gas supply line 36.

なお、触媒燃焼用燃料ガス供給ライン６１による燃料ガスＬ４の空気極１１３への供給は、ＳＯＦＣ１３の昇温が完了することで停止される。つまり、発電システム１０は、ＳＯＦＣ１３の昇温が完了したと判断すると、制御弁６２を閉弁して、燃料ガスＬ４の供給を停止する。ここで、ＳＯＦＣ１３の昇温の完了は、ＳＯＦＣ１３の内部の温度が所定の温度以上となった場合でもよいし、ＳＯＦＣ１３が起動を開始してから、所定の時間が経過した場合であってもよい。   The supply of the fuel gas L4 to the air electrode 113 by the catalytic combustion fuel gas supply line 61 is stopped when the temperature increase of the SOFC 13 is completed. That is, when the power generation system 10 determines that the temperature increase of the SOFC 13 has been completed, the power generation system 10 closes the control valve 62 and stops the supply of the fuel gas L4. Here, the completion of the temperature increase of the SOFC 13 may be when the internal temperature of the SOFC 13 becomes equal to or higher than a predetermined temperature, or may be when a predetermined time has elapsed after the SOFC 13 starts to start. .

このように実施例１の発電システム１０にあっては、圧縮機２１と燃焼器２２を有するガスタービン１１と、空気極１１３及び燃料極１０９を有し、空気極１１３において触媒燃焼が可能なＳＯＦＣ１３と、ＳＯＦＣ１３の空気極１１３側から排出される排空気Ａ３を、燃焼器２２に供給する排空気ライン３４及び排酸化性ガス供給ライン３６と、圧縮機２１で圧縮された圧縮空気Ａ２を、ＳＯＦＣ１３の空気極１１３に供給する第２圧縮空気供給ライン３１と、ＳＯＦＣ１３の空気極１１３において触媒燃焼させるための燃料ガスＬ４を供給する触媒燃焼用燃料ガス供給ライン６１と、燃焼器２２に供給される排空気Ａ３に含まれる燃料ガスＬ４の未燃成分を燃焼させる燃焼触媒７１と、を備える。   Thus, in the power generation system 10 according to the first embodiment, the SOFC 13 having the gas turbine 11 having the compressor 21 and the combustor 22, the air electrode 113 and the fuel electrode 109, and capable of catalytic combustion at the air electrode 113. Then, the exhaust air A3 exhausted from the air electrode 113 side of the SOFC 13 to the combustor 22, the exhaust oxidizing gas supply line 36, and the compressed air A2 compressed by the compressor 21 are converted into SOFC13. The second compressed air supply line 31 that supplies the air electrode 113, the catalyst combustion fuel gas supply line 61 that supplies the fuel gas L 4 for catalytic combustion in the air electrode 113 of the SOFC 13, and the combustor 22. A combustion catalyst 71 that combusts unburned components of the fuel gas L4 contained in the exhaust air A3.

従って、ＳＯＦＣ１３の昇温時、第２圧縮空気供給ライン３１によって、圧縮機２１で圧縮した圧縮空気Ａ２を空気極１１３に供給することができる。また、触媒燃焼用燃料ガス供給ライン６１によって、空気極１１３において触媒燃焼させるための燃料ガスＬ４を、空気極１１３に供給することができる。このため、燃料ガスＬ４が空気極１１３において触媒燃焼することで、ＳＯＦＣ１３のセルスタック１０１を昇温することができる。そして、ＳＯＦＣ１３の空気極１１３側から排出される排空気Ａ３に含まれる燃料ガスＬ４の未燃成分は、燃焼触媒７１によって燃焼させることができる。よって、燃焼触媒７１により未燃成分が燃焼した排空気Ａ３を、燃焼器２２に流入させることができるため、ガスタービン１１の燃焼器２２における燃焼を、好適な燃焼条件にすることができる。これにより、ガスタービン１１の燃焼器２２における燃焼を安定させることで、ＮＯｘの発生を低減したり、燃焼による燃焼器２２への局所的な負荷を低減したり、ガスタービン１１の出力制御への影響を抑制することができる。   Accordingly, the compressed air A2 compressed by the compressor 21 can be supplied to the air electrode 113 by the second compressed air supply line 31 when the SOFC 13 is heated. Further, the fuel gas L4 for catalytic combustion in the air electrode 113 can be supplied to the air electrode 113 by the catalyst combustion fuel gas supply line 61. For this reason, when the fuel gas L4 is catalytically combusted in the air electrode 113, the temperature of the cell stack 101 of the SOFC 13 can be raised. The unburned component of the fuel gas L4 contained in the exhaust air A3 discharged from the air electrode 113 side of the SOFC 13 can be burned by the combustion catalyst 71. Therefore, since the exhaust air A3 in which the unburned components are burned by the combustion catalyst 71 can be caused to flow into the combustor 22, the combustion in the combustor 22 of the gas turbine 11 can be set to suitable combustion conditions. Thereby, by stabilizing the combustion in the combustor 22 of the gas turbine 11, the generation of NOx is reduced, the local load on the combustor 22 due to the combustion is reduced, or the output control of the gas turbine 11 is controlled. The influence can be suppressed.

実施例１の発電システム１０では、燃焼触媒７１を、排空気ライン３４に設けることができる。従って、燃焼触媒７１は、ＳＯＦＣ１３の空気極１１３側から排出された排空気Ａ３に含まれる燃料ガスＬ４に起因する未燃成分を燃焼させることができる。   In the power generation system 10 of the first embodiment, the combustion catalyst 71 can be provided in the exhaust air line 34. Therefore, the combustion catalyst 71 can combust unburned components resulting from the fuel gas L4 contained in the exhaust air A3 exhausted from the air electrode 113 side of the SOFC 13.

実施例１の発電システム１０では、燃焼触媒７１を用いることができる。従って、燃焼触媒７１に流入する排空気Ａ３に含まれる燃料ガスＬ４の未燃成分の濃度が、燃焼限界となる濃度より薄い場合であっても、好適に燃焼させることができる。また、排空気Ａ３中の燃料ガスＬ４の未燃成分の燃焼によるので、排空気Ａ３の温度は、大きく高温化することがない。   In the power generation system 10 of the first embodiment, the combustion catalyst 71 can be used. Therefore, even when the concentration of the unburned component of the fuel gas L4 contained in the exhaust air A3 flowing into the combustion catalyst 71 is lower than the concentration that becomes the combustion limit, it can be suitably burned. Further, since the unburned components of the fuel gas L4 in the exhaust air A3 are combusted, the temperature of the exhaust air A3 does not increase greatly.

実施例１の発電システム１０では、燃焼触媒７１の低温での触媒活性を、空気極１１３の低温での触媒活性よりも高くすることができる。従って、空気極１１３の温度が低いことで触媒活性を十分に確保できず、空気極１１３における燃料ガスＬ４の触媒燃焼が不十分であったとしても、燃焼触媒７１の低温での触媒活性は、空気極１１３の触媒活性よりも高いため、排空気Ａ３に含まれる燃料ガスＬ４に起因する未燃成分を好適に燃焼させることができる。   In the power generation system 10 of the first embodiment, the catalytic activity of the combustion catalyst 71 at a low temperature can be made higher than the catalytic activity of the air electrode 113 at a low temperature. Therefore, even if the temperature of the air electrode 113 is low, the catalyst activity cannot be sufficiently ensured, and even if the catalytic combustion of the fuel gas L4 in the air electrode 113 is insufficient, the catalytic activity of the combustion catalyst 71 at a low temperature is Since it is higher than the catalytic activity of the air electrode 113, the unburned component resulting from the fuel gas L4 contained in the exhaust air A3 can be suitably combusted.

また、実施例１の発電システム１０の運転方法にあっては、第２圧縮空気供給ライン３１から圧縮空気Ａ２をＳＯＦＣ１３に供給する初期昇温工程と、触媒燃焼用燃料ガス供給ライン６１から燃料ガスＬ４を空気極１１３へ供給する触媒燃焼用燃料ガス供給工程と、空気極１１３において燃料ガスＬ４を触媒燃焼させて、ＳＯＦＣ１３のセルスタック１０１を昇温させる燃料電池昇温工程と、ＳＯＦＣ１３の空気極１１３側から排出される排空気Ａ３に含まれる燃料ガスＬ４の未燃成分を、燃焼触媒７１において燃焼させる未燃成分燃焼工程と、を含む。   In the operation method of the power generation system 10 according to the first embodiment, the initial heating step for supplying the compressed air A2 from the second compressed air supply line 31 to the SOFC 13 and the fuel gas from the catalytic combustion fuel gas supply line 61 are performed. A fuel gas supply process for catalytic combustion for supplying L4 to the air electrode 113, a fuel cell temperature raising process for catalytically burning the fuel gas L4 in the air electrode 113 to raise the temperature of the cell stack 101 of the SOFC 13, and an air electrode for the SOFC 13 An unburned component combustion step of burning the unburned component of the fuel gas L4 contained in the exhaust air A3 discharged from the 113 side in the combustion catalyst 71.

従って、初期昇温工程において、圧縮空気Ａ２を空気極１１３へ供給し、触媒燃焼用燃料ガス供給工程において、燃料ガスＬ４を空気極１１３へ供給し、燃料電池昇温工程において、ＳＯＦＣ１３のセルスタック１０１を昇温させ、未燃成分燃焼工程において、ＳＯＦＣ１３の空気極１１３側から排出される排空気Ａ３に含まれる燃料ガスＬ４に起因する未燃成分を燃焼させることができる。このため、未燃成分が燃焼した排空気Ａ３を、燃焼器２２に流入させることができるため、ガスタービン１１の燃焼器２２における燃焼を、好適な燃焼条件にすることができる。これにより、ガスタービン１１の燃焼器２２における燃焼を安定させることで、ＮＯｘの発生を低減したり、燃焼による燃焼器２２への局所的な負荷を低減したり、ガスタービン１１の出力制御への影響を抑制することができる。   Accordingly, compressed air A2 is supplied to the air electrode 113 in the initial temperature raising step, fuel gas L4 is supplied to the air electrode 113 in the catalytic combustion fuel gas supply step, and the cell stack of the SOFC 13 is supplied in the fuel cell temperature raising step. In the unburned component combustion step, the unburned component caused by the fuel gas L4 contained in the exhaust air A3 discharged from the air electrode 113 side of the SOFC 13 can be burned. For this reason, since the exhaust air A3 which the unburned component combusted can be made to flow into the combustor 22, combustion in the combustor 22 of the gas turbine 11 can be made into suitable combustion conditions. Thereby, by stabilizing the combustion in the combustor 22 of the gas turbine 11, the generation of NOx is reduced, the local load on the combustor 22 due to the combustion is reduced, or the output control of the gas turbine 11 is controlled. The influence can be suppressed.

次に、図３を参照して、実施例２の発電システム２００について説明する。図３は、実施例２の発電システムを表す概略構成図である。なお、実施例２では、実施例１と重複する記載を避けるべく、実施例１と異なる部分について説明する。実施例１では、発電システム１０の燃焼触媒７１が、排空気ライン３４に設けられたが、実施例２では、燃焼触媒２０１が、第２圧縮空気供給ライン３１に設けられている。以下、実施例２の発電システム２００について説明する。   Next, a power generation system 200 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating a power generation system according to the second embodiment. In the second embodiment, parts different from the first embodiment will be described in order to avoid overlapping with the first embodiment. In the first embodiment, the combustion catalyst 71 of the power generation system 10 is provided in the exhaust air line 34, but in the second embodiment, the combustion catalyst 201 is provided in the second compressed air supply line 31. Hereinafter, the power generation system 200 of Example 2 will be described.

図３に示すように、発電システム２００において、第２圧縮空気供給ライン３１には、燃焼触媒２０１が設けられている。燃焼触媒２０１には、触媒燃焼用燃料ガス供給ライン６１から燃料ガスＬ４が供給される。燃料ガスＬ４の流れ方向において、制御弁６２の下流側に燃焼触媒２０１が接続されている。燃焼触媒２０１は、実施例１の燃焼触媒７１と同様に構成されている。この燃焼触媒２０１は、空気極１１３において発生する未燃成分となる燃料ガスＬ４を予め燃焼させることで、空気極１１３から排出される排空気Ａ３中に含まれる燃料ガスＬ４に起因する未燃成分を低減している。   As shown in FIG. 3, in the power generation system 200, a combustion catalyst 201 is provided in the second compressed air supply line 31. Fuel gas L4 is supplied to the combustion catalyst 201 from the fuel gas supply line 61 for catalytic combustion. A combustion catalyst 201 is connected to the downstream side of the control valve 62 in the flow direction of the fuel gas L4. The combustion catalyst 201 is configured in the same manner as the combustion catalyst 71 of the first embodiment. The combustion catalyst 201 burns in advance the fuel gas L4 that is an unburned component generated in the air electrode 113, thereby causing the unburned component resulting from the fuel gas L4 contained in the exhaust air A3 discharged from the air electrode 113. Is reduced.

燃焼触媒２０１に燃料ガスＬ４が供給されると、燃焼触媒２０１は、触媒作用により、燃料ガスＬ４を燃焼させる。燃焼触媒２０１を通過した燃料ガスＬ４は、第２圧縮空気供給ライン３１を介して、ＳＯＦＣ１３の空気極１１３に供給される。このため、空気極１１３には、圧縮空気Ａ２と共に、燃焼触媒２０１で燃焼した燃料ガスＬ４の未燃成分が供給される。このとき、圧縮空気Ａ２は、燃焼触媒２０１で燃焼されることで発生する熱により、昇温されている。   When the fuel gas L4 is supplied to the combustion catalyst 201, the combustion catalyst 201 burns the fuel gas L4 by catalytic action. The fuel gas L4 that has passed through the combustion catalyst 201 is supplied to the air electrode 113 of the SOFC 13 via the second compressed air supply line 31. For this reason, uncombusted components of the fuel gas L4 combusted by the combustion catalyst 201 are supplied to the air electrode 113 together with the compressed air A2. At this time, the temperature of the compressed air A2 is raised by the heat generated by being burned by the combustion catalyst 201.

次に、実施例２の発電システム２００の運転方法について説明する。この発電システム２００の運転方法は、初期昇温工程と、未燃成分燃焼工程と、触媒燃焼用燃料ガス供給工程と、燃料電池昇温工程と、を含んでいる。   Next, an operation method of the power generation system 200 according to the second embodiment will be described. The operation method of the power generation system 200 includes an initial temperature raising step, an unburned component combustion step, a catalytic combustion fuel gas supply step, and a fuel cell temperature raising step.

発電システム１０が起動され、制御弁３２が所定開度に開弁されることで、ＳＯＦＣ１３に圧縮機２１から圧縮空気Ａ２が供給され、かつ、遮蔽弁３８が開弁される。これにより、圧縮空気Ａ２がＳＯＦＣ１３に供給されることで、ＳＯＦＣ１３のセルスタック１０１を昇温させる初期昇温工程が実行される。つまり、初期昇温工程は、空気極１１３による触媒燃焼での着火が可能となる温度までＳＯＦＣ１３を昇温させることである。ＳＯＦＣ１３を圧縮空気Ａ２のみで必要な温度まで昇温し難い場合には、圧縮空気Ａ２を加熱するために、燃焼触媒２０１で加熱してもよいし、図示しないが、第２圧縮空気供給ライン３１またはＳＯＦＣ１３内にバーナ等の燃焼器、もしくは蒸気等の熱源による加熱器を燃焼触媒２０１とは別に、もしくは燃焼触媒２０１の代わりに設けてもよい。   When the power generation system 10 is activated and the control valve 32 is opened to a predetermined opening, the compressed air A2 is supplied from the compressor 21 to the SOFC 13 and the shielding valve 38 is opened. As a result, the compressed air A2 is supplied to the SOFC 13, whereby an initial temperature raising step for raising the temperature of the cell stack 101 of the SOFC 13 is executed. That is, the initial temperature raising step is to raise the temperature of the SOFC 13 to a temperature at which ignition by catalytic combustion by the air electrode 113 is possible. When it is difficult to raise the temperature of the SOFC 13 to the required temperature only with the compressed air A2, the second compressed air supply line 31 may be heated with the combustion catalyst 201 in order to heat the compressed air A2. Alternatively, a combustor such as a burner or a heater using a heat source such as steam may be provided in the SOFC 13 separately from the combustion catalyst 201 or in place of the combustion catalyst 201.

未燃成分燃焼工程では、触媒燃焼用燃料ガス供給ライン６１から空気極１１３へ供給される燃料ガスＬ４を、燃焼触媒２０１において燃焼させることで、予め未燃成分となる燃料ガスＬ４を燃焼させている。つまり、未燃成分燃焼工程では、制御弁６２を所定開度に開弁することで、燃料ガスＬ４を、燃焼触媒２０１に供給する。未燃成分燃焼工程では、燃焼触媒２０１に供給された燃料ガスＬ４が、燃焼触媒２０１の触媒作用によって燃焼する。このため、未燃成分燃焼工程では、圧縮空気Ａ２が昇温される。   In the unburned component combustion process, the fuel gas L4 supplied from the catalyst combustion fuel gas supply line 61 to the air electrode 113 is burned in the combustion catalyst 201, so that the fuel gas L4 that becomes an unburned component is burned in advance. Yes. That is, in the unburned component combustion process, the fuel gas L4 is supplied to the combustion catalyst 201 by opening the control valve 62 to a predetermined opening. In the unburned component combustion process, the fuel gas L 4 supplied to the combustion catalyst 201 is burned by the catalytic action of the combustion catalyst 201. For this reason, in the unburned component combustion process, the temperature of the compressed air A2 is increased.

触媒燃焼用燃料ガス供給工程では、燃焼触媒２０１で燃焼した後の燃料ガスＬ４の未燃成分を空気極１１３へ供給する。つまり、触媒燃焼用燃料ガス供給工程では、第２圧縮空気供給ライン３１に設けられる燃焼触媒２０１で燃焼した燃料ガスＬ４の未燃成分を、第２圧縮空気供給ライン３１を介して空気極１１３に供給する。このため、空気極１１３には、第２圧縮空気供給ライン３１から圧縮空気Ａ２と共に、燃焼触媒２０１で燃焼した燃料ガスＬ４の未燃成分が供給される。   In the catalytic combustion fuel gas supply step, the unburned components of the fuel gas L 4 after being burned by the combustion catalyst 201 are supplied to the air electrode 113. That is, in the catalyst combustion fuel gas supply step, the unburned components of the fuel gas L4 combusted by the combustion catalyst 201 provided in the second compressed air supply line 31 are transferred to the air electrode 113 via the second compressed air supply line 31. Supply. For this reason, unburned components of the fuel gas L4 combusted by the combustion catalyst 201 are supplied to the air electrode 113 from the second compressed air supply line 31 together with the compressed air A2.

燃料電池昇温工程では、空気極１１３において燃料ガスＬ４の未燃成分を触媒燃焼させることで、セルスタック１０１を昇温させている。つまり、燃料電池昇温工程では、空気極１１３に供給された燃料ガスＬ４の未燃成分と酸化性ガスとしての圧縮空気Ａ２とが、空気極１１３の触媒作用により酸化反応することで、燃料ガスＬ４の未燃成分を燃焼させる。燃料電池昇温工程では、燃料ガスＬ４の未燃成分を空気極１１３で触媒燃焼させることで発生した熱により、セルスタック１０１を昇温する。   In the fuel cell heating step, the cell stack 101 is heated by catalytically burning the unburned components of the fuel gas L4 in the air electrode 113. That is, in the fuel cell temperature raising step, the unburned component of the fuel gas L4 supplied to the air electrode 113 and the compressed air A2 as the oxidizing gas undergo an oxidation reaction by the catalytic action of the air electrode 113, so that the fuel gas The unburned component of L4 is burned. In the fuel cell temperature raising step, the temperature of the cell stack 101 is raised by heat generated by catalytic combustion of the unburned components of the fuel gas L4 at the air electrode 113.

このように実施例２の発電システム２００にあっては、燃焼触媒２０１を、第２圧縮空気供給ライン３１に設けることができる。従って、燃焼触媒２０１は、触媒燃焼用燃料ガス供給ライン６１からＳＯＦＣ１３の空気極１１３に供給される燃料ガスＬ４を予め燃焼させることができる。このため、燃焼触媒２０１は、空気極１１３において発生する未燃成分となる燃料ガスＬ４を、予め燃焼させることができる。よって、燃焼触媒２０１は、ＳＯＦＣ１３の空気極１１３側から排出された排空気Ａ３に含まれる燃料ガスＬ４に起因する未燃成分を低減することができる。このとき、圧縮空気Ａ２の温度も燃焼触媒２０１による燃焼によって昇温させることができ、また、昇温させた圧縮空気Ａ２を空気極１１３に供給することができるため、ＳＯＦＣ１３のセルスタック１０１をより迅速に昇温することができる。   As described above, in the power generation system 200 according to the second embodiment, the combustion catalyst 201 can be provided in the second compressed air supply line 31. Therefore, the combustion catalyst 201 can burn the fuel gas L4 supplied from the catalyst combustion fuel gas supply line 61 to the air electrode 113 of the SOFC 13 in advance. For this reason, the combustion catalyst 201 can burn the fuel gas L4, which is an unburned component generated in the air electrode 113, in advance. Therefore, the combustion catalyst 201 can reduce unburned components resulting from the fuel gas L4 contained in the exhaust air A3 discharged from the air electrode 113 side of the SOFC 13. At this time, the temperature of the compressed air A2 can also be raised by the combustion by the combustion catalyst 201, and the raised compressed air A2 can be supplied to the air electrode 113. The temperature can be raised quickly.

また、実施例２の発電システム２００の運転方法にあっては、第２圧縮空気供給ライン３１から圧縮空気Ａ２をＳＯＦＣ１３に供給する初期昇温工程と、触媒燃焼用燃料ガス供給ライン６１から空気極１１３へ供給される燃料ガスＬ４を、燃焼触媒２０１において燃焼させることで、未燃成分となる燃料ガスＬ４を予め燃焼させる未燃成分燃焼工程と、燃焼させた燃料ガスＬ４を空気極１１３へ供給する触媒燃焼用燃料ガス供給工程と、空気極１１３において燃料ガスＬ４を触媒燃焼させて、ＳＯＦＣ１３のセルスタック１０１を昇温させる燃料電池昇温工程と、を含む。   In the operation method of the power generation system 200 according to the second embodiment, the initial heating step for supplying the compressed air A2 from the second compressed air supply line 31 to the SOFC 13 and the air electrode from the catalyst combustion fuel gas supply line 61 are performed. The fuel gas L4 supplied to 113 is combusted in the combustion catalyst 201 to thereby burn the fuel gas L4 as an unburned component in advance, and the burned fuel gas L4 is supplied to the air electrode 113. A fuel gas supply step for catalytic combustion, and a fuel cell temperature raising step for raising the temperature of the cell stack 101 of the SOFC 13 by catalytically burning the fuel gas L4 in the air electrode 113.

従って、初期昇温工程において、圧縮空気Ａ２を空気極１１３へ供給し、未燃成分燃焼工程において、ＳＯＦＣ１３の温度に対応して、空気極１１３において発生する未燃成分となる燃料ガスＬ４を予め燃焼させ、触媒燃焼用燃料ガス供給工程において、燃料ガスＬ４を空気極１１３へ供給し、燃料電池昇温工程において、ＳＯＦＣ１３のセルスタック１０１を昇温させることができる。このため、燃料ガスＬ４に起因する未燃成分が低減された排空気Ａ３を、燃焼器２２に流入させることができるため、ガスタービン１１の燃焼器２２における燃焼を、好適な燃焼条件にすることができる。これにより、ガスタービン１１の燃焼器２２における燃焼を安定させることで、ＮＯｘの発生を低減したり、燃焼による燃焼器２２への局所的な負荷を低減したり、ガスタービンの出力制御への影響を抑制することができる。   Therefore, compressed air A2 is supplied to the air electrode 113 in the initial temperature raising step, and in the unburned component combustion step, the fuel gas L4, which is an unburned component generated in the air electrode 113, is preliminarily corresponding to the temperature of the SOFC 13. The fuel gas L4 is supplied to the air electrode 113 in the catalyst combustion fuel gas supply step, and the cell stack 101 of the SOFC 13 can be heated in the fuel cell temperature increase step. For this reason, since the exhaust air A3 in which the unburned components resulting from the fuel gas L4 are reduced can be caused to flow into the combustor 22, the combustion in the combustor 22 of the gas turbine 11 is set to suitable combustion conditions. Can do. Thereby, by stabilizing the combustion in the combustor 22 of the gas turbine 11, the generation of NOx is reduced, the local load on the combustor 22 due to the combustion is reduced, or the output control of the gas turbine is affected. Can be suppressed.

なお、実施例１及び２では、燃焼触媒７１，２０１を用いて、排空気Ａ３に含まれる燃料ガスＬ４の未燃成分を燃焼したが、この構成に限定されない。排空気Ａ３に含まれる燃料ガスＬ４の未燃成分の濃度が薄い場合であっても燃焼可能な燃焼部であれば、いずれであってもよい。特に、実施例２の場合、燃焼部として、例えば、バーナ等の燃焼器を適用してもよい。   In Examples 1 and 2, the combustion catalysts 71 and 201 are used to burn the unburned components of the fuel gas L4 contained in the exhaust air A3. However, the present invention is not limited to this configuration. Any combustion part may be used as long as it is combustible even when the concentration of the unburned component of the fuel gas L4 contained in the exhaust air A3 is low. In particular, in the case of the second embodiment, for example, a combustor such as a burner may be applied as the combustion unit.

また、実施例１及び２では、触媒燃焼用燃料ガス供給ライン６１を、第２圧縮空気供給ライン３１に接続したが、この構成に限定されない。ＳＯＦＣ１３の空気極１１３に燃料ガスＬ４を供給可能であれば、いずれの構成であってもよく、例えば、触媒燃焼用燃料ガス供給ライン６１を、ＳＯＦＣ１３の空気極１１３の導入部に直接接続してもよい。   In the first and second embodiments, the catalytic combustion fuel gas supply line 61 is connected to the second compressed air supply line 31. However, the present invention is not limited to this configuration. Any configuration is possible as long as the fuel gas L4 can be supplied to the air electrode 113 of the SOFC 13. For example, the fuel gas supply line 61 for catalytic combustion is directly connected to the introduction portion of the air electrode 113 of the SOFC 13. Also good.

１０ 発電システム
１１ ガスタービン
１２ 発電機
１３ ＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池：燃料電池）
１４ 蒸気タービン
１５ 発電機
２１ 圧縮機
２２ 燃焼器
２３ タービン
２６ 第１圧縮空気供給ライン
３１ 第２圧縮空気供給ライン
３２ 制御弁
３３ ブロワ（昇圧機）
３４ 排空気ライン
３５ 排出ライン
３６ 排酸化性ガス供給ライン
３７ 制御弁
３８ 遮蔽弁
６１ 触媒燃焼用燃料ガス供給ライン
６２ 制御弁
７１ 燃焼触媒
１０１ セルスタック
１０３ 基体管
１０５ 燃料電池セル
１０７ インターコネクタ
１０９ 燃料極
１１１ 固体電解質
１１３ 空気極
２００ 発電システム（実施例２）
２０１ 燃焼触媒（実施例２）
Ｌ１ 燃料ガス
Ｌ２ 燃料ガス
Ｌ３ 排燃料ガス
Ｌ４ 燃料ガス
Ａ１ 圧縮空気
Ａ２ 圧縮空気
Ａ３ 排空気 10 Power Generation System 11 Gas Turbine 12 Generator 13 SOFC (Solid Oxide Fuel Cell)
14 Steam Turbine 15 Generator 21 Compressor 22 Combustor 23 Turbine 26 First Compressed Air Supply Line 31 Second Compressed Air Supply Line 32 Control Valve 33 Blower (Booster)
34 Exhaust Air Line 35 Exhaust Line 36 Exhaust Oxidizing Gas Supply Line 37 Control Valve 38 Shielding Valve 61 Catalytic Combustion Fuel Gas Supply Line 62 Control Valve 71 Combustion Catalyst 101 Cell Stack 103 Base Tube 105 Fuel Cell 107 Interconnector 109 Fuel Electrode 111 Solid electrolyte 113 Air electrode 200 Power generation system (Example 2)
201 Combustion catalyst (Example 2)
L1 Fuel gas L2 Fuel gas L3 Exhaust fuel gas L4 Fuel gas A1 Compressed air A2 Compressed air A3 Exhaust air

Claims (10)

圧縮機と燃焼器を有するガスタービンと、
空気極及び燃料極を有し、前記空気極において触媒燃焼が可能な燃料電池と、
前記燃料電池の前記空気極側から排出される排酸化性ガスを、前記燃焼器に供給する排酸化性ガス供給ラインと、
前記圧縮機で圧縮された圧縮酸化性ガスを、前記燃料電池の前記空気極に供給する圧縮酸化性ガス供給ラインと、
前記燃料電池の前記空気極において触媒燃焼させるための燃料ガスを供給する触媒燃焼用燃料ガス供給ラインと、
前記燃焼器に供給される前記排酸化性ガスに含まれる前記燃料ガスの未燃成分を燃焼させる燃焼部と、を備えることを特徴とする発電システム。 A gas turbine having a compressor and a combustor;
A fuel cell having an air electrode and a fuel electrode and capable of catalytic combustion in the air electrode;
An exhaust oxidizing gas supply line for supplying exhaust oxidizing gas discharged from the air electrode side of the fuel cell to the combustor;
A compressed oxidizing gas supply line for supplying the compressed oxidizing gas compressed by the compressor to the air electrode of the fuel cell;
A fuel gas supply line for catalytic combustion for supplying a fuel gas for catalytic combustion at the air electrode of the fuel cell;
And a combustion section for burning unburned components of the fuel gas contained in the exhaust oxidizing gas supplied to the combustor. 前記燃料電池の前記空気極側から前記排酸化性ガスを排出する排空気ラインと、  An exhaust air line for discharging the exhaust oxidizing gas from the air electrode side of the fuel cell;
前記排酸化性ガスを外部に排出する排出ラインと、をさらに備え、  A discharge line for discharging the exhaust oxidizing gas to the outside,
前記排空気ラインは、前記排酸化性ガス供給ラインと前記排出ラインとに分岐されることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。  The power generation system according to claim 1, wherein the exhaust air line is branched into the exhaust oxidizing gas supply line and the exhaust line. 前記燃料ガスは、前記燃料電池の起動時に前記燃焼部に供給される一方で、前記燃料電池の昇温完了後に供給停止されることを特徴とする請求項１または２に記載の発電システム。  3. The power generation system according to claim 1, wherein the fuel gas is supplied to the combustion unit when the fuel cell is activated, and is stopped after the temperature rise of the fuel cell is completed. 前記燃焼部は、前記排酸化性ガス供給ラインに設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発電システム。 The power generation system according to any one of claims 1 to 3, wherein the combustion unit is provided in the exhaust oxidizing gas supply line. 前記燃焼部は、燃焼触媒であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の発電システム。 Said combustion section, power generation system according to claim 1, any one of 4, which is a combustion catalyst. 前記燃焼触媒の触媒活性は、前記空気極の触媒活性よりも高いことを特徴とする請求項５に記載の発電システム。 The power generation system according to claim 5 , wherein the catalytic activity of the combustion catalyst is higher than the catalytic activity of the air electrode. 圧縮機と燃焼器を有するガスタービンと、
空気極及び燃料極を有し、前記空気極において触媒燃焼が可能な燃料電池と、
前記燃料電池の前記空気極側から排出される排酸化性ガスを、前記燃焼器に供給する排酸化性ガス供給ラインと、
前記圧縮機で圧縮された圧縮酸化性ガスを、前記燃料電池の前記空気極に供給する圧縮酸化性ガス供給ラインと、
前記燃料電池の前記空気極において触媒燃焼させるための燃料ガスを供給する触媒燃焼用燃料ガス供給ラインと、
前記排酸化性ガス供給ラインに設けられ、前記燃焼器に供給される前記排酸化性ガスに含まれる前記燃料ガスの未燃成分を燃焼させる燃焼部と、を備える発電システムの運転方法であって、
前記圧縮酸化性ガス供給ラインから前記圧縮酸化性ガスを前記燃料電池に供給する初期昇温工程と、
前記触媒燃焼用燃料ガス供給ラインから前記燃料ガスを前記空気極へ供給する触媒燃焼用燃料ガス供給工程と、
前記空気極において前記燃料ガスを触媒燃焼させて、前記燃料電池を昇温させる燃料電池昇温工程と、
前記燃料電池の前記空気極側から排出される前記排酸化性ガスに含まれる前記燃料ガスの未燃成分を、前記燃焼部において燃焼させる未燃成分燃焼工程と、を含むことを特徴とする発電システムの運転方法。 A gas turbine having a compressor and a combustor;
A fuel cell having an air electrode and a fuel electrode and capable of catalytic combustion in the air electrode;
An exhaust oxidizing gas supply line for supplying exhaust oxidizing gas discharged from the air electrode side of the fuel cell to the combustor;
A compressed oxidizing gas supply line for supplying the compressed oxidizing gas compressed by the compressor to the air electrode of the fuel cell;
A fuel gas supply line for catalytic combustion for supplying a fuel gas for catalytic combustion at the air electrode of the fuel cell;
A combustion section provided in the exhaust oxidant gas supply line and combusting an unburned component of the fuel gas contained in the exhaust oxidant gas supplied to the combustor. ,
An initial temperature raising step of supplying the compressed oxidizing gas to the fuel cell from the compressed oxidizing gas supply line;
A catalytic combustion fuel gas supply step of supplying the fuel gas from the catalytic combustion fuel gas supply line to the air electrode;
A fuel cell heating step for catalytically burning the fuel gas at the air electrode to raise the temperature of the fuel cell;
And an unburned component combustion step of burning unburned components of the fuel gas contained in the exhaust oxidant gas discharged from the air electrode side of the fuel cell in the combustion section. How to operate the system. 圧縮機と燃焼器を有するガスタービンと、
空気極及び燃料極を有し、前記空気極において触媒燃焼が可能な燃料電池と、
前記燃料電池の前記空気極側から排出される排酸化性ガスを、前記燃焼器に供給する排酸化性ガス供給ラインと、
前記圧縮機で圧縮された圧縮酸化性ガスを、前記燃料電池の前記空気極に供給する圧縮酸化性ガス供給ラインと、
前記燃料電池の前記空気極において触媒燃焼させるための燃料ガスを供給する触媒燃焼用燃料ガス供給ラインと、
前記圧縮酸化性ガス供給ラインに設けられ、前記燃焼器に供給される前記排酸化性ガスに含まれる前記燃料ガスの未燃成分を燃焼させる燃焼部と、を備える発電システムの運転方法であって、
前記圧縮酸化性ガス供給ラインから前記圧縮酸化性ガスを前記燃料電池に供給する初期昇温工程と、
前記触媒燃焼用燃料ガス供給ラインから前記空気極へ供給される前記燃料ガスを、前記燃焼部において燃焼させることで、予め未燃成分となる前記燃料ガスを燃焼させる未燃成分燃焼工程と、
燃焼させた前記燃料ガスを前記空気極へ供給する触媒燃焼用燃料ガス供給工程と、
前記空気極において前記燃料ガスを触媒燃焼させて、前記燃料電池を昇温させる燃料電池昇温工程と、を含むことを特徴とする発電システムの運転方法。 A gas turbine having a compressor and a combustor;
A fuel cell having an air electrode and a fuel electrode and capable of catalytic combustion in the air electrode;
An exhaust oxidizing gas supply line for supplying exhaust oxidizing gas discharged from the air electrode side of the fuel cell to the combustor;
A compressed oxidizing gas supply line for supplying the compressed oxidizing gas compressed by the compressor to the air electrode of the fuel cell;
A fuel gas supply line for catalytic combustion for supplying a fuel gas for catalytic combustion at the air electrode of the fuel cell;
A combustion unit that is provided in the compressed oxidizing gas supply line and burns an unburned component of the fuel gas contained in the exhaust oxidizing gas supplied to the combustor. ,
An initial temperature raising step of supplying the compressed oxidizing gas to the fuel cell from the compressed oxidizing gas supply line;
An unburned component combustion step of burning the fuel gas, which becomes an unburned component in advance, by burning the fuel gas supplied from the catalyst combustion fuel gas supply line to the air electrode in the combustion section;
A catalytic combustion fuel gas supply step for supplying the burned fuel gas to the air electrode;
And a fuel cell temperature raising step of raising the temperature of the fuel cell by catalytic combustion of the fuel gas at the air electrode. 前記発電システムは、  The power generation system includes:
前記燃料電池の前記空気極側から前記排酸化性ガスを排出する排空気ラインと、  An exhaust air line for discharging the exhaust oxidizing gas from the air electrode side of the fuel cell;
前記排酸化性ガスを外部に排出する排出ラインと、をさらに備え、  A discharge line for discharging the exhaust oxidizing gas to the outside,
前記排空気ラインは、前記排酸化性ガス供給ラインと前記排出ラインとに分岐されることを特徴とする請求項７または８に記載の発電システムの運転方法。  The operation method of the power generation system according to claim 7 or 8, wherein the exhaust air line is branched into the exhaust oxidizing gas supply line and the exhaust line. 前記燃料ガスは、前記燃料電池の起動時に前記燃焼部に供給される一方で、前記燃料電池の昇温完了後に供給停止されることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の発電システムの運転方法。  10. The fuel gas according to claim 7, wherein the fuel gas is supplied to the combustion unit when the fuel cell is started, and is stopped after the temperature rise of the fuel cell is completed. To operate the power generation system.
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