CN104755722B - 发电系统、发电系统的驱动方法和燃烧器 - Google Patents

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Abstract

消除因种类不同的燃料气体的温度差导致的不良状况。在发电系统(10)中，将从SOFC(13)排出的燃料气体废气(L3)作为燃气涡轮机(11)的燃烧器的燃料来利用，并且将经燃气涡轮机(11)的压缩机(20)压缩后的一部分压缩空气(A2)利用于SOFC(13)的驱动中，燃气涡轮机(11)具备：第1燃烧器(21A)，其使与燃料气体废气(L3)种类不同的燃料气体(L1)燃烧；第1涡轮机(22A)，其由从第1燃烧器(21A)提供的燃烧气体(G1)驱动；第2燃烧器(21B)，其使燃料气体废气(L3)燃烧；和第2涡轮机(22B)，其与第1涡轮机(22A)轴连结，由从第2燃烧器(21B)提供的燃烧气体(G2)驱动。

Description

发电系统、发电系统的驱动方法和燃烧器
技术领域
本发明涉及将燃料电池、燃气涡轮机和蒸汽涡轮机组合而成的发电系统、发电系统的驱动方法和燃烧器。
背景技术
作为燃料电池的固体氧化物形电池(Solid Oxide Fuel Cell：以下称为SOFC)被公知为用途广泛的高效率燃料电池。该SOFC由于为了提高离子导电率而增高工作温度，因此能够将从燃气涡轮机的压缩机排出的压缩空气作为提供给空气极侧的空气(氧化剂)来使用。另外，能够将从SOFC排放出的高温的燃料气体废气作为燃气涡轮机的燃烧器的燃料来使用。
为此，例如如下述专利文献1所记载的那样，作为能够达成高效率发电的发电系统，提出有各种将SOFC、燃气涡轮机和蒸汽涡轮机组合而成的系统。在该专利文献1所记载的复合系统中，燃气涡轮机具备：将空气压缩后提供给SOFC的压缩机、和由从该SOFC排出的燃料气体废气和空气来生成燃烧气体的燃烧器。
另外，例如下述专利文献2示出了具备使从燃料电池排出的燃料气体废气燃烧的燃烧器的燃料电池系统。该燃烧器具备：一次燃烧室，其通过烧嘴(burner)将来自燃料电池的燃料气体废气喷出，并使用一次空气来进行燃料气体废气的一次燃烧；和二次燃烧室，其经由与一次燃烧室相比缩窄了气体通路的连络通路与一次燃烧室连接，并使用二次空气来进行来自一次燃烧室的气体的二次燃烧。并且，烧嘴具备同心配置而成的三重的吹出口，其中，在中央部配置喷出点火用喷火枪火焰的喷火枪火焰吹出口，在喷火枪火焰吹出口的外侧配置喷出燃料气体废气的环状的燃料废气吹出口，在燃料废气吹出口的外侧配置喷出空气废气的环状的空气废气吹出口，并且，该烧嘴在空气废气吹出口内具备贯通空气废气吹出口内并喷出辅助燃料的多个辅助燃料吹出口。
另外，例如下述专利文献3示出了将卡路里不同的至少2个种类的燃料提供给燃烧器的燃烧器的燃料提供方法。在燃气涡轮机的运转开始时，使用对构成燃烧器的第1喷嘴提供高卡路里燃料的第1燃料提供系统、以及对构成燃烧器的第2喷嘴提供低卡路里燃料的第2燃料提供系统这两者，来对燃烧器提供高卡路里燃料以及低卡路里燃料。然后，在达到燃气涡轮机仅以低卡路里燃料就能继续运转的输出的时间点，阻断向燃烧器提供高卡路里燃料，仅对燃烧器提供低卡路里燃料。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2009-205930号公报
专利文献2：JP特开2008-166070号公报
专利文献3：JP特开2012-41882号公报
发明概要
发明要解决的课题
在上述的专利文献1所示的发电系统中，燃气涡轮机由在燃烧器中燃烧从SOFC排出的燃料气体废气和压缩空气而生成的燃烧气体进行驱动。另一方面，SOFC利用被提供的燃料气体和在压缩机中经压缩后的压缩空气进行发电，将发电中利用过的燃料气体废气和压缩空气排出到燃气涡轮机。由此，在首先驱动了燃气涡轮机后，对SOFC提供压缩空气来驱动SOFC。
在上述的专利文献1所示的发电系统中，对燃气涡轮机提供燃烧气体的燃烧器由于是在SOFC不运转的状态下被提供燃料气体废气，因此需要燃料气体。另外，燃烧器在将来自SOFC的燃料气体废气作为燃料来利用时，在相对于燃气涡轮机达到额定负载的热输入来说，热输入不足的情况下，需要提供高卡路里的燃料气体来补充热输入。如此，在将SOFC、燃气涡轮机和蒸汽涡轮机组合而成的发电系统的运转时，根据SOFC和燃气涡轮机的运转状态的不同，提供给燃烧器的燃料如燃料气体废气和燃料气体那样成为种类不同的燃料气体。
于是，一般为了使种类不同的各燃料气体在燃烧器中燃烧，优选使用混合器。但是，从SOFC排出的燃料气体废气达到400℃左右，用于补充热输入的燃料气体是15℃左右，双方存在温度差。为此，在混合器中各燃料气体因温度差而混合不均匀，存在燃烧变得不稳定的危险，或者，需要应对在混合器或其周边配管中因温度差而出现的热伸长。
发明内容
本发明为了解决上述的课题而提出，目的在于提供一种能够消除因种类不同的燃料气体的温度差导致的不良状况的发电系统以及发电系统的驱动方法。
本发明为了解决上述的课题而提出，目的在于，提供一种发电系统、发电系统的驱动方法和燃烧器，在发电系统的驱动时，即使对燃烧器提供了种类不同的燃料，也能够在使燃气涡轮机稳定的状态下被驱动。
用于解决课题的手段
用于达成上述目的的本发明的发电系统，将从燃料电池排出的燃料气体废气作为燃气涡轮机的燃烧器的燃料来利用，并且将经所述燃气涡轮机的压缩机压缩后的一部分压缩空气利用于所述燃料电池的驱动中，所述发电系统的特征在于，所述燃气涡轮机具备：第1燃烧器，其使与所述燃料气体废气种类不同的燃料气体燃烧；第1涡轮机，其由从所述第1燃烧器提供的燃烧气体驱动；第2燃烧器，其使所述燃料气体废气燃烧；和第2涡轮机，其与所述第1涡轮机轴连结，由从所述第2燃烧器提供的燃烧气体驱动。
因此，使燃料气体废气和燃料气体分别在分开的燃烧器中独立燃烧。由此，不需要将燃料气体废气和燃料气体在混合器中进行混合，不会出现各燃料气体混合不均匀而使燃烧变得不稳定的情况，不需要应对在混合器或其周边配管中因温度差而出现的热伸长，因此能够消除因种类不同的燃料气体的温度差导致的不良状况。
另外，在本发明的发电系统中，特征在于，具备：接断部，其连接或切断所述第1涡轮机与所述第2涡轮机的轴连结。
因此，在不具备接断部的情况下，由于在仅第1涡轮机的驱动时，在不对第2涡轮机提供燃烧气体的状态下，第2涡轮机会与第1涡轮机一起旋转，因此会给第1涡轮机带来负载，但通过具备接断部，能防止给第1涡轮机带来负载的事态。
另外，在本发明的发电系统中，具备：燃料气体提供线路，其将所述燃料气体提供给所述第1燃烧器；燃料气体废气提供线路，其将所述燃料气体废气提供给所述第2燃烧器；燃料气体控制阀，其设置在所述燃料气体提供线路上；燃料气体废气控制阀，其设置在所述燃料气体废气提供线路上；和控制部，其在所述燃料电池被驱动前，进行将所述燃料气体废气控制阀关闭并将所述燃料气体控制阀打开的控制，在所述燃料电池的驱动后，进行将所述燃料气体废气控制阀打开的控制。
因此，在对燃气涡轮机进行驱动时，通过将燃料气体提供给第1燃烧器来驱动第1涡轮机。另外，在第1涡轮机被驱动后，将经压缩机压缩后的一部分压缩空气提供给燃料电池，来驱动燃料电池。并且，由于如果燃料电池被驱动，就会从燃料电池排出燃料气体废气，因此将该燃料气体废气提供给第2燃烧器。如此，本发明的发电系统能使燃料气体废气和燃料气体分别在分开的燃烧器中独立燃烧，并且能高效地驱动燃料电池。
用于达成上述目的的本发明的发电系统的驱动方法，所述发电系统将从燃料电池排出的燃料气体废气作为燃气涡轮机的燃烧器的燃料来利用，并且将经所述燃气涡轮机的压缩机压缩后的一部分压缩空气利用于所述燃料电池的驱动中，所述发电系统的驱动方法的特征在于，所述燃气涡轮机具备：第1燃烧器，其使与所述燃料气体废气种类不同的燃料气体燃烧；第1涡轮机，其由从所述第1燃烧器提供的燃烧气体驱动；第2燃烧器，其使所述燃料气体废气燃烧；和第2涡轮机，其与所述第1涡轮机轴连结，由从所述第2燃烧器提供的燃烧气体驱动；所述发电系统的驱动方法具有：对所述第1燃烧器提供所述燃料气体来驱动所述第1涡轮机的工序；接下来驱动所述燃料电池的工序；和接下来对所述第2燃烧器提供所述燃料气体废气来驱动所述第2涡轮机的工序。
因此，在对燃气涡轮机进行驱动时，通过将燃料气体提供给第1燃烧器来驱动第1涡轮机。另外，在第1涡轮机被驱动后，将经压缩机压缩后的一部分压缩空气提供给燃料电池，来驱动燃料电池。然后，由于如果燃料电池被驱动，就会从燃料电池排出燃料气体废气，因此将该燃料气体废气提供给第2燃烧器。如此，本发明的发电系统的驱动方法使燃料气体废气和燃料气体分别在分开的燃烧器中独立燃烧。由此，不需要将燃料气体废气和燃料气体在混合器中进行混合，不会出现各燃料气体混合不均匀而使燃烧变得不稳定的情况，不需要应对在混合器或其周边配管中因温度差而出现的热伸长，因此能够消除因种类不同的燃料气体的温度差导致的不良状况。并且，本发明的发电系统的驱动方法能使燃料气体废气和燃料气体分别在分开的燃烧器中独立燃烧，并且能高效地驱动燃料电池。
另外，本发明的发电系统的驱动方法的特征在于，具备：接断部，其连接或切断所述第1涡轮机与所述第2涡轮机的轴连结；所述发电系统的驱动方法具有：通过所述接断部来切断所述第1涡轮机与所述第2涡轮机的轴连结的工序；接下来对所述第1燃烧器提供所述燃料气体来驱动所述第1涡轮机的工序；接下来驱动所述燃料电池的工序；接下来通过所述接断部来连接所述第1涡轮机与所述第2涡轮机的轴连结的工序；和接下来对所述第2燃烧器提供所述燃料气体废气来驱动所述第2涡轮机的工序。
因此，在不具备接断部的情况下，由于在仅第1涡轮机的驱动时，在不对第2涡轮机提供燃烧气体的状态下，第2涡轮机会与第1涡轮机一起旋转，因此会给第1涡轮机带来负载，但通过具备接断部，能防止给第1涡轮机带来负载的事态。
用于达成上述目的的本发明的发电系统，将从燃料电池排出的燃料气体废气作为燃气涡轮机的燃烧器的燃料来利用，所述发电系统的特征在于，所述燃烧器具备：第1主喷嘴；第2主喷嘴；第1主喷嘴燃料线路，其与所述第1主喷嘴连接，并输送从所述燃料电池排出的所述燃料气体废气；第2主喷嘴燃料线路，其与所述第2主喷嘴连接，并输送与所述燃料气体废气种类不同的燃料气体；第1主喷嘴控制阀，其设置在所述第1主喷嘴燃料线路上；和第2主喷嘴控制阀，其设置在所述第2主喷嘴燃料线路上；该发电系统具有控制部，该控制部在起动所述燃气涡轮机时进行将所述第1主喷嘴控制阀关闭并将所述第2主喷嘴控制阀打开的控制，如果在所述燃气涡轮机的起动后起动了所述燃料电池，则进行将所述第1主喷嘴控制阀打开并将所述第2主喷嘴控制阀缩窄的控制。
因此，在起动燃气涡轮机时，通过将燃料气体提供给燃烧器来起动燃气涡轮机。另外，在起动了燃气涡轮机后，将经压缩机压缩后的一部分压缩空气提供给燃料电池，来起动燃料电池。然后，由于如果起动了燃料电池，就会从燃料电池排出燃料气体废气，因此将该燃料气体废气提供给燃烧器，并且提供缩减了流量的给定量的燃料气体来补足燃料气体废气的热输入不足。由此，发电系统能在使燃气涡轮机稳定的状态下被驱动。并且，由于从第1主喷嘴和第2主喷嘴分别独立地提供高温的燃料气体废气和低温的燃料气体并使其燃烧，因此能省略将这些温度不同的燃料气体废气和燃料气体相混合后提供给燃烧器的混合器。
另外，本发明的发电系统的特征在于，所述燃烧器具备：值班喷嘴(pilotnozzle)；值班喷嘴燃料线路，其与所述值班喷嘴连接，并输送所述燃料气体；和值班喷嘴控制阀，其设置在所述值班喷嘴燃料线路上；所述控制部在起动、驱动所述燃气涡轮机时，进行将所述值班喷嘴控制阀打开的控制。
因此，在起动、驱动燃气涡轮机时，通过使从值班喷嘴喷射出的燃料气体燃烧，能进行用于进行将从第1主喷嘴、第2主喷嘴喷射的燃料气体废气、燃料气体与压缩空气相混合后得到的预混合气体的稳定燃烧的稳燃。
用于达成上述目的的本发明的发电系统的驱动方法，所述发电系统将从燃料电池排出的燃料气体废气作为燃气涡轮机的燃烧器的燃料来利用，所述发电系统的驱动方法的特征在于，所述燃烧器具备：第1主喷嘴，其喷射从所述燃料电池排出的所述燃料气体废气；和第2主喷嘴，其喷射与所述燃料气体废气种类不同的燃料气体；所述发电系统的驱动方法具有：在起动所述燃气涡轮机时，仅从所述第2主喷嘴喷射燃料气体的工序；和如果在所述燃气涡轮机的起动后起动了所述燃料电池，则从所述第1主喷嘴喷射所述燃料气体废气并且从所述第2主喷嘴喷射缩减为给定量的所述燃料气体的工序。
因此，在起动燃气涡轮机时，通过从燃烧器的第2主喷嘴喷射燃料气体并使其燃烧来起动燃气涡轮机。另外，在起动了燃气涡轮机后，将经压缩机压缩后的一部分压缩空气提供给燃料电池，来起动燃料电池。然后，如果起动了燃料电池，则从燃烧器的第1主喷嘴喷射由燃料电池排出的燃料气体废气，并且从第2主喷嘴喷射用于补足该燃料气体废气的热输入不足的给定量的燃料气体。由此，发电系统能在使燃气涡轮机稳定的状态下进行驱动。并且，由于从第1主喷嘴和第2主喷嘴分别独立地提供高温的燃料气体废气和低温的燃料气体并使其燃烧，因此能省略将这些温度不同的燃料气体废气和燃料气体相混合后提供给燃烧器的混合器。
用于达成上述目的的本发明的燃烧器，由具有燃料电池和燃气涡轮机的发电系统所具备，该燃烧器将使从所述燃料电池排出的燃料气体废气燃烧后得到的燃烧气体提供给燃气涡轮机，所述燃烧器的特征在于，具有：第1主喷嘴，其喷射从所述燃料电池排出的所述燃料气体废气；第2主喷嘴，其喷射与所述燃料气体废气种类不同的燃料气体；第1主喷嘴控制阀，其控制来自所述第1主喷嘴的所述燃料气体废气的喷射；和第2主喷嘴控制阀，其控制来自所述第2主喷嘴的所述燃料气体的喷射。
因此，在起动燃气涡轮机时，通过将第2主喷嘴控制阀打开从第2主喷嘴喷射燃料气体并使其燃烧，来起动燃气涡轮机。另外，在起动了燃气涡轮机后，将经燃气涡轮机的压缩机压缩后的一部分压缩空气提供给燃料电池，来起动燃料电池。然后，如果起动了燃料电池，则将第1主喷嘴控制阀打开，从第1主喷嘴喷射由燃料电池排放出的燃料气体废气并使其燃烧，并且喷射由第2主喷嘴控制阀缩减了流量的给定量的燃料气体，来补足燃料气体废气的热输入不足。由此，发电系统能在使燃气涡轮机稳定的状态下被驱动。并且，由于从第1主喷嘴和第2主喷嘴分别独立地提供高温的燃料气体废气和低温的燃料气体并使其燃烧，因此能省略将这些温度不同的燃料气体废气和燃料气体相混合后提供给燃烧器的混合器。
另外，本发明的燃烧器的特征在于，还具有：值班喷嘴，其喷射所述燃料气体；和值班喷嘴控制阀，其控制来自所述值班喷嘴的所述燃料气体的喷射。
因此，在起动、驱动燃气涡轮机时，通过使将值班喷嘴控制阀打开后从值班喷嘴喷射出的燃料气体燃烧，能进行用于进行将从第1主喷嘴、第2主喷嘴喷射的燃料气体废气、燃料气体与压缩空气相混合后得到的预混合气体的稳定燃烧的稳燃。
发明效果
根据本发明，能消除因种类不同的燃料气体的温度差导致的不良状况。
根据本发明，在发电系统的驱动时，即使对燃烧器提供种类不同的燃料，也能在使燃气涡轮机稳定的状态下被驱动。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1所涉及的发电系统的简要构成图。
图2是本实施例1的发电系统中的驱动时的时序图。
图3是表示本发明的实施例2所涉及的发电系统的燃烧器的简要图。
图4是图3中的A-A截面图。
图5是本实施例2的发电系统中的燃烧器驱动时的燃料提供的流程图。
图6是表示本实施例2的发电系统的简要构成图。
具体实施方式
[实施例1]
以下参考附图来详细说明本发明所涉及的发电系统以及发电系统中的燃料电池的运转方法的适合的实施例。另外，并不通过本实施例来限定本发明，另外，在实施例有多个的情况下，还包含组合各实施例而构成的方案。
本实施例1的发电系统是将固体氧化物形燃料电池(以下称作SOFC)、燃气涡轮机和蒸汽涡轮机组合而成的三联循环(Triple Combined Cycle：注册商标)。该三联循环通过将SOFC设置在燃气涡轮机复合循环发电(GTCC)的上游侧，从而能在SOFC、燃气涡轮机、蒸汽涡轮机这3个阶段进行发电，因此能实现极高的发电效率。另外，在以下的说明中，应用固体氧化物形燃料电池作为本发明的燃料电池来进行说明，但并不限定于该形式的燃料电池。
图1是表示本发明的实施例1所涉及的发电系统的简要构成图，图2是本实施例1的发电系统中的驱动时的时序图。
在本实施例1中，如图1所示，发电系统10具有：燃气涡轮机11以及发电机12、SOFC13、和蒸汽涡轮机14以及发电机15。该发电系统10构成为，通过将基于燃气涡轮机11进行的发电、基于SOFC13进行的发电、和基于蒸汽涡轮机14进行的发电组合起来，从而得到高的发电效率。
燃气涡轮机11具有：压缩机20、第1燃烧器21A、第2燃烧器21B、第1涡轮机22A、第2涡轮机22B。
压缩机20对从空气取入线路24取入的空气A进行压缩。压缩机20通过旋转轴23A以能一体旋转的方式与第1涡轮机22A轴连结。
第1燃烧器21A通过第1压缩空气提供线路25以及从该第1压缩空气提供线路25分支为2个线路的一个第1压缩空气提供分支线路25A而连结到压缩机20，且由压缩机20提供压缩空气A1。另外，第1燃烧器21A通过第1燃料气体提供线路26而被提供燃料气体L1。第1燃料气体提供线路(燃料气体提供线路)26设置有能调整所提供的燃料气体量的第1燃料气体控制阀(燃料气体控制阀)28。并且，第1燃烧器21A将这些压缩空气A1和燃料气体L1相混合并使其燃烧。另外，在此，例如使用液化天然气(LNG)作为提供给第1燃烧器21A的燃料气体L1。第2燃烧器21B通过第1压缩空气提供线路25以及从该第1压缩空气提供线路25分支为2个线路的另一个第1压缩空气提供分支线路25B而连结到压缩机20，且由压缩机20提供压缩空气A1。另外，第2燃烧器21B通过后述的燃料气体废气提供线路45而被提供燃料气体废气L3。并且，第2燃烧器21B将这些压缩空气A1和燃料气体废气L3相混合并使其燃烧。另外，第1压缩空气提供线路25设置有能调整所提供的空气量的第1压缩空气控制阀29。另外，另一个第1压缩空气提供分支线路25B设置有能调整所提供的空气量的第1压缩空气分支控制阀30。
第1涡轮机22A借助于从第1燃烧器21A经过第1燃烧气体提供线路27A提供的燃烧气体G1而旋转。第2涡轮机22B借助于从第2燃烧器21B经过第2燃烧气体提供线路27B提供的燃烧气体G2而旋转。这些第1涡轮机22A和第2涡轮机22B通过位于与旋转轴23A同轴的轴上的旋转轴23B以能一体旋转的方式轴连结。另外，在第1涡轮机22A与第2涡轮机22B之间的旋转轴23B上设置对第1涡轮机22A与第2涡轮机22B的轴连结进行连接或切断的接断部60。接断部60能构成为联轴器(clutch)。
发电机12设置在与压缩机20、第1涡轮机22A、第2涡轮机22B同轴的轴上，通过第1涡轮机22A、第2涡轮机22B旋转能进行发电。
SOFC13通过被提供作为还原剂的高温的燃料气体和作为氧化剂的高温的空气(氧化性气体)，从而在给定的工作温度下发生反应，进行发电。该SOFC13将空气极、固体电解质和燃料极收容于压力容器内而构成。通过对空气极提供经压缩机20压缩后的压缩空气A2，并对燃料极提供燃料气体L2，来进行发电。另外，在此，作为提供给SOFC13的燃料气体L2，例如使用液化天然气(LNG)、氢(H2)以及一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)等碳氢化合物气体、由煤炭等碳质原料的气化设备制造出的气体。另外，提供给SOFC13的氧化性气体是大致含氧15％～30％的气体，代表性地优选空气，但除了空气以外还能使用燃烧废气和空气的混合气体、氧和空气的混合气体等(以下，将提供给SOFC13的氧化性气体称作空气)。
该SOFC13通过第2压缩空气提供线路31与压缩机20连结，能将经压缩机20压缩后的一部分压缩空气A2提供给空气极的导入部。该第2压缩空气提供线路31沿压缩空气A2的流动方向设置有能调整所提供的空气量的第2压缩空气控制阀32、和能将压缩空气A2升压的压缩空气鼓风机33。第2压缩空气控制阀32设置在第2压缩空气提供线路31上的压缩空气A2的流动方向的上游侧，压缩空气鼓风机33设置在第2压缩空气控制阀32的下游侧。SOFC13连结有将空气极使用过的压缩空气A3排出的空气废气线路34。该空气废气线路34分支为将空气极使用过的压缩空气A3排出到外部的排出线路35和压缩空气循环线路36，其中，该压缩空气循环线路36连结到各第1压缩空气提供分支线路25A、25B在第1压缩空气提供线路25上进行分支的近前侧。排出线路35设置有能调整所排出的空气量的压缩空气排出控制阀37，压缩空气循环线路36设置有能调整进行循环的空气量的压缩空气循环控制阀38。
另外，SOFC13设置有将燃料气体L2提供给燃料极的导入部的第2燃料气体提供线路41。第2燃料气体提供线路41设置有能调整所提供的燃料气体量的第2燃料气体控制阀42。SOFC13连结有将燃料极使用过的燃料气体废气L3排出的燃料废气线路43。该燃料废气线路43分支为排出到外部的排出线路44、和与第2燃烧器21B连结的燃料气体废气提供线路45。排出线路44设置有能调整所排出的燃料气体量的燃料气体废气排出控制阀46，燃料气体废气提供线路45沿燃料气体废气L3的流动方向设置有能调整所提供的燃料气体量的燃料气体废气控制阀47、和能将燃料气体废气L3升压的燃料气体废气鼓风机48。燃料气体废气控制阀47设置在燃料气体废气提供线路45上的燃料气体废气L3的流动方向的上游侧，燃料气体废气鼓风机48设置在燃料气体废气控制阀47的燃料气体废气L3的流动方向的下游侧。
另外，设置有将燃料废气线路43与第2燃料气体提供线路41连结的燃料气体再循环线路49。燃料气体再循环线路49设置有使燃料废气线路43的燃料气体废气L3再循环到第2燃料气体提供线路41的再循环鼓风机50。
蒸汽涡轮机14是涡轮机52借助于在余热回收锅炉(HRSG)51中生成的蒸汽而进行旋转的设备。蒸汽涡轮机14(涡轮机52)在与余热回收锅炉51之间设置蒸汽提供线路54和供水线路55。并且，供水线路55设置有冷凝器56和供水泵57。余热回收锅炉51连结有来自燃气涡轮机11(第1涡轮机22A以及第2涡轮机22B)的废气线路53，通过在由废气线路53提供的高温的废气G3与由供水线路55提供的水之间进行热交换来生成蒸汽S。发电机15设置在与涡轮机52同轴的轴上，能通过涡轮机52旋转来进行发电。另外，由余热回收锅炉51回收了热后的废气G3在去除了有害物质后被排放至大气。
在此，使用图1以及图2来说明本实施例1的发电系统10的驱动方法(驱动顺序)。在驱动发电系统10时，按照燃气涡轮机11、蒸汽涡轮机14、SOFC13的顺序进行驱动。该发电系统10的驱动由控制装置(控制部)70统一地进行控制。
首先，控制装置70将第1燃料气体提供线路26的第1燃料气体控制阀28以及第1压缩空气提供线路25的第1压缩空气控制阀29打开，并且将接断部60设为切断状态，将其它控制阀30、32、37、38、42、46、47关闭，使供水泵57以及各鼓风机33、48、50停止。即，在燃气涡轮机11中，压缩机20将空气A压缩，第1燃烧器21A将压缩空气A1和燃料气体L1相混合并使其燃烧，第1涡轮机22A借助于燃烧气体G1而进行旋转。然后，第1涡轮机22A达到额定负载，发电机12开始发电。
接下来，控制装置70驱动供水泵57。即，在蒸汽涡轮机14中，涡轮机52借助于由余热回收锅炉51生成的蒸汽S而进行旋转，由此发电机15开始发电。
接下来，控制装置70在将排出线路35的压缩空气排出控制阀37和压缩空气循环线路36的压缩空气循环控制阀38关闭、且将第2压缩空气提供线路31的压缩空气鼓风机33停止的状态下，使第2压缩空气提供线路31的第2压缩空气控制阀32仅打开给定开度。于是，经压缩机20压缩后的一部分压缩空气A2被从第2压缩空气提供线路31提供到SOFC13侧。由此，SOFC13的空气极侧因被提供压缩空气A2而压力上升。即，为了驱动SOFC13，从压缩机20提供压缩空气A2，并开始SOFC13的加压，同时开始加热。
另一方面，控制装置70在将排出线路44的燃料气体废气排出控制阀46和燃料气体废气提供线路45的燃料气体废气控制阀47关闭、将燃料气体废气鼓风机48停止的状态下，打开第2燃料气体提供线路41的第2燃料气体控制阀42，并且驱动燃料气体再循环线路49的再循环鼓风机50。于是，燃料气体L2被从第2燃料气体提供线路41提供到SOFC13，并且燃料气体废气L3通过燃料气体再循环线路49而进行再循环。由此，SOFC13侧因被提供燃料气体L2而压力上升。即，在SOFC13的燃料极侧，提供燃料气体L2并开始加压。
然后，如果第1燃烧器21A的压缩空气A1的入口压力成为压缩机20的出口压力，SOFC13的空气极侧的压力成为压缩机20的出口压力，从而均压化，则控制装置70将第2压缩空气控制阀32设为全开，并且驱动压缩空气鼓风机33。与此同时，控制装置70将压缩空气排出控制阀37打开，将来自SOFC13的压缩空气A3从排出线路35排出。于是，通过压缩空气鼓风机33将压缩空气A2提供到SOFC13侧。与此同时，控制装置70将再循环鼓风机50停止并且将燃料气体废气排出控制阀46打开，将来自SOFC13的燃料气体废气L3从排出线路44排出。然后，在SOFC13中的空气极侧的压力和燃料极侧的压力达到目标压力时，就完成了SOFC13的加压。
之后，在SOFC13的反应(发电)稳定，且压缩空气A3和燃料气体废气L3的成分、温度、压力稳定(恒定化)后，控制装置70将第1压缩空气控制阀29以及压缩空气排出控制阀37关闭，另一方面将压缩空气循环控制阀38打开。于是，来自SOFC13的压缩空气A3从压缩空气循环线路36经过一个第1压缩空气提供分支线路25A被提供给第1燃烧器21A。即，第1涡轮机22A借助于使用来自SOFC13的压缩空气A3在第1燃烧器21A中燃烧的燃烧气体G1而进行旋转。
进而，控制装置70将接断部60设为连接状态，将燃料气体废气排出控制阀46关闭，另一方面将另一个第1压缩空气提供分支线路25B的第1压缩空气分支控制阀30以及燃料气体废气控制阀47打开，并驱动燃料气体废气鼓风机48。于是，将来自SOFC13的燃料气体废气L3从燃料气体废气提供线路45提供到第2燃烧器21B，并且将来自SOFC13的压缩空气A3提供到第2燃烧器21B。即，第2涡轮机22B借助于使用来自SOFC13的压缩空气A3以及来自SOFC13的燃料气体废气L3在第2燃烧器21B中燃烧的燃烧气体G2而进行旋转。
然后，进行基于燃气涡轮机11中的第1涡轮机22A以及第2涡轮机22B的驱动的发电机12的发电、SOFC13的发电、基于蒸汽涡轮机14的驱动的发电机15的发电当中的全部发电，发电系统10成为稳态运转。
另外，也可以不设置接断部60。这种情况下，第1涡轮机22A和第2涡轮机22B始终被轴连结，在仅第1涡轮机22A的驱动时，在不对第2涡轮机22B提供燃烧气体G2的状态下，第2涡轮机22B与第1涡轮机22A一起旋转。
如此，在本实施例1的发电系统10中，将从SOFC13排出的燃料气体废气L3作为燃气涡轮机11的燃烧器的燃料来利用，并且将经燃气涡轮机11的压缩机20压缩后的一部分压缩空气A2利用于SOFC13的驱动中，在该发电系统10中，燃气涡轮机11具备：第1燃烧器21A，其使与燃料气体废气L3种类不同的燃料气体L1燃烧；第1涡轮机22A，其由从第1燃烧器21A提供的燃烧气体G1驱动；第2燃烧器21B，其使燃料气体废气L3燃烧；和第2涡轮机22B，其与第1涡轮机22A轴连结，由从第2燃烧器21B提供的燃烧气体G2驱动。
因此，本实施例1的发电系统10使燃料气体废气L3和燃料气体L1分别在分开的燃烧器21A、21B中独立燃烧。由此，由于不需要将燃料气体废气L3和燃料气体L1在混合器中进行混合，不会出现各燃料气体L3、L1混合不均匀而使燃烧变得不稳定的情况，不需要应对在混合器或其周边配管中因温度差而出现的热伸长，因此能够消除因种类不同的燃料气体L3、L1的温度差导致的不良状况。
另外，在本实施例1的发电系统10中，具备连接或切断第1涡轮机22A与第2涡轮机22B的轴连结的接断部60。
因此，在不具备接断部60的情况下，由于在仅第1涡轮机22A的驱动时，在不对第2涡轮机22B提供燃烧气体G2的状态下，第2涡轮机22B会与第1涡轮机22A一起旋转，因此会给第1涡轮机22A带来负载，但是通过具备接断部60，能防止给第1涡轮机22A带来负载的事态。
另外，在本实施例1的发电系统10中，具备：第1燃料气体提供线路(燃料气体提供线路)26，其将燃料气体L1提供给第1燃烧器21A；燃料气体废气提供线路45，其将燃料气体废气L3提供给第2燃烧器21B；第1燃料气体控制阀(燃料气体控制阀)28，其设置在第1燃料气体提供线路26上；燃料气体废气控制阀47，其设置在燃料气体废气提供线路45上；和控制装置(控制部)70，其在SOFC13被驱动前，进行将燃料气体废气控制阀47关闭并将第1燃料气体控制阀28打开的控制，在SOFC13的驱动后，进行将燃料气体废气控制阀47打开的控制。
因此，在对燃气涡轮机11进行驱动时，通过将燃料气体L1提供给第1燃烧器21A来驱动第1涡轮机22A。另外，在第1涡轮机22A被驱动后，将经压缩机20压缩后的一部分压缩空气A2提供给SOFC13，来驱动SOFC13。然后，由于如果SOFC13被驱动，就会从SOFC13排出燃料气体废气L3，因此将该燃料气体废气L3提供给第2燃烧器21B。如此，本实施例1的发电系统10能使燃料气体废气L3和燃料气体L1分别在分开的燃烧器21A、21B中独立燃烧，并且能高效地驱动SOFC13。
另外，在本实施例1的发电系统10的驱动方法中，将从SOFC13排出的燃料气体废气L3作为燃气涡轮机11的燃烧器的燃料来利用，并且将经燃气涡轮机11的压缩机20压缩后的一部分压缩空气A2利用于SOFC13的驱动中，在该发电系统10的驱动方法中，燃气涡轮机11具备：第1燃烧器21A，其使与燃料气体废气L3种类不同的燃料气体L1燃烧；第1涡轮机22A，其由从第1燃烧器21A提供的燃烧气体G1驱动；第2燃烧器21B，其使燃料气体废气L3燃烧；和第2涡轮机22B，其与第1涡轮机22A轴连结，由从第2燃烧器21B提供的燃烧气体G2驱动；该发电系统10的驱动方法具有：对第1燃烧器21A提供燃料气体L1来驱动第1涡轮机22A的工序；接下来驱动SOFC13的工序；和接下来对第2燃烧器21B提供燃料气体废气L3来驱动第2涡轮机22B的工序。
因此，在对燃气涡轮机11进行驱动时，通过将燃料气体L1提供给第1燃烧器21A来驱动第1涡轮机22A。另外，在第1涡轮机22A被驱动后，将经压缩机20压缩后的一部分压缩空气A2提供给SOFC13，来驱动SOFC13。然后，由于如果SOFC13被驱动，就会从SOFC13排出燃料气体废气L3，因此将该燃料气体废气L3提供给第2燃烧器21B。如此，本实施例1的发电系统10的驱动方法使燃料气体废气L3和燃料气体L1分别在分开的燃烧器21A、21B中独立燃烧。由此，不需要将燃料气体废气L3和燃料气体L1在混合器中进行混合，没有各燃料气体L3、L1混合不均匀而使燃烧变得不稳定的情况，不需要应对在混合器或其周边配管中因温度差而出现的热伸长，因此能够消除因种类不同的燃料气体L3、L1的温度差导致的不良状况。并且，本实施例1的发电系统10的驱动方法能使燃料气体废气L3和燃料气体L1分别在分开的燃烧器21A、21B中独立燃烧，并且能高效地驱动SOFC13。
另外，在本实施例1的发电系统10的驱动方法中，该发电系统10具备：接断部60，其连接或切断第1涡轮机22A与第2涡轮机22B的轴连结；该发电系统10的驱动方法具有：通过接断部60来切断第1涡轮机22A与第2涡轮机22B的轴连结的工序；接下来对第1燃烧器21A提供燃料气体L1来驱动第1涡轮机22A的工序；接下来驱动SOFC13的工序；接下来通过接断部60来连接第1涡轮机22A与第2涡轮机22B的轴连结的工序；和接下来对第2燃烧器21B提供燃料气体废气L3来驱动第2涡轮机22B的工序。
因此，在不具备接断部60的情况下，由于在仅第1涡轮机22A的驱动时，在不对第2涡轮机22B提供燃烧气体G2的状态下，第2涡轮机22B会与第1涡轮机22A一起旋转，因此会给第1涡轮机22A带来负载，但通过具备接断部60，能防止给第1涡轮机22A带来负载的事态。
[实施例2]
以下参考附图来详细说明本发明所涉及的发电系统以及发电系统中的燃料电池的运转方法的适合的实施例。另外，并不通过该实施例来限定本发明，另外，在实施例有多个的情况下，还包含将各实施例组合的方案。
本实施例2的发电系统是将固体氧化物形电池(以下，称作SOFC)、燃气涡轮机和蒸汽涡轮机组合而成的三联循环(Triple Combined Cycle：注册商标)。该三联循环通过在燃气涡轮机复合循环发电(GTCC)的上游侧设置SOFC，从而能在SOFC、燃气涡轮机、蒸汽涡轮机这3个阶段进行发电，因此能实现极高的发电效率。另外，在以下的说明中，应用固体氧化物形燃料电池作为本发明的燃料电池来进行说明，但并不限定于该形式的燃料电池。
图3是表示本发明的实施例2所涉及的发电系统的燃烧器的简要图，图4是图3中的A-A截面图，图5是本实施例2的发电系统中的燃烧器驱动时的燃料提供的流程图，图6是表示本实施例2的发电系统的简要构成图。
在本实施例2中，如图6所示，发电系统110具有：燃气涡轮机111以及发电机112、SOFC113、和蒸汽涡轮机114以及发电机115。该发电系统110构成为，通过将基于燃气涡轮机111进行的发电、基于SOFC113进行的发电、和基于蒸汽涡轮机114进行的发电组合起来，从而得到高的发电效率。
燃气涡轮机111具有压缩机121、燃烧器122、涡轮机123，压缩机121和涡轮机123通过旋转轴124以能一体旋转的方式连结。压缩机121对从空气取入线路125取入的空气A100进行压缩。燃烧器122将从压缩机121经过第1压缩空气提供线路126提供的压缩空气A101、和从第1燃料气体提供线路127提供的燃料气体L101进行混合并使其燃烧。涡轮机123借助于从燃烧器122经过燃料气体提供线路128提供的燃烧气体G101而进行旋转。另外，虽未图示，但涡轮机123通过壳体被提供经压缩机121压缩后的压缩空气A101，将该压缩空气A101作为冷却空气来冷却叶片等。发电机112设置在与涡轮机123同轴的轴上，能通过涡轮机123旋转来进行发电。另外，在此，例如使用液化天然气(LNG)作为提供给燃烧器122的燃料气体L101。
SOFC113通过被提供作为还原剂的高温的燃料气体和作为氧化剂的高温的空气(氧化性气体)，从而在给定的工作温度下发生反应，进行发电。该SOFC113将空气极、固体电解质和燃料极收容于压力容器内而构成。通过对空气极提供经压缩机121压缩后的压缩空气A102，并对燃料极提供燃料气体L102，来进行发电。另外，在此，作为提供给SOFC113的燃料气体L102，例如使用液化天然气(LNG)、氢(H2)以及一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)等碳氢化合物气体、由煤炭等碳质原料的气化设备制造出的气体。另外，提供给SOFC113的氧化性气体是大致含氧15％～30％的气体，代表性地优选空气，但除了空气以外还能使用燃烧废气和空气的混合气体、氧和空气的混合气体等(以下，将提供给SOFC113的氧化性气体称作空气)。
该SOFC113连结有从第1压缩空气提供线路126分支的第2压缩空气提供线路131，能将经压缩机121压缩后的一部分压缩空气A102提供到空气极的导入部。该第2压缩空气提供线路131沿压缩空气A102的流动方向设置有能调整所提供的空气量的控制阀132、和能将压缩空气A102升压的鼓风机133。控制阀132设置在第2压缩空气提供线路131上的压缩空气A102的流动方向的上游侧，鼓风机133设置在控制阀132的下游侧。SOFC113连结有将空气极使用过的压缩空气A103排出的空气废气线路134。该空气废气线路134分支为将空气极使用过的压缩空气A103(空气废气)排出到外部的排出线路135、和与燃烧器122连结的压缩空气循环线路136。排出线路135设置有能调整所排出的空气量的控制阀137，压缩空气循环线路136设置有能调整进行循环的空气量的控制阀138。
另外，SOFC113设置有将燃料气体L102提供到燃料极的导入部的第2燃料气体提供线路141。第2燃料气体提供线路141设置有能调整所提供的燃料气体量的控制阀142。SOFC113连结有将燃料极使用过的燃料气体废气L103排出的燃料废气线路143。该燃料废气线路143分支为排出到外部的排出线路144、和与燃烧器122连结的燃料气体废气提供线路145。排出线路144设置有能调整所排出的燃料气体量的控制阀146，燃料气体废气提供线路145沿燃料气体废气L103的流动方向设置有能调整所提供的燃料气体量的控制阀147、和能将燃料气体废气L103升压的鼓风机148。控制阀147设置在燃料气体废气提供线路145上的燃料气体废气L103的流动方向的上游侧，鼓风机148设置在控制阀147的燃料气体废气L103的流动方向的下游侧。
另外，SOFC113设置有将燃料废气线路143与第2燃料气体提供线路141连结的燃料气体再循环线路149。燃料气体再循环线路149设置有使燃料废气线路143的燃料气体废气L103再循环到第2燃料气体提供线路141的再循环鼓风机150。
蒸汽涡轮机114是涡轮机152借助于在余热回收锅炉(HRSG)151中生成的蒸汽而进行旋转的设备。蒸汽涡轮机114(涡轮机152)在与余热回收锅炉151之间设置蒸汽提供线路154和供水线路155。并且，供水线路155设置有冷凝器156和供水泵157。余热回收锅炉151连结有来自燃气涡轮机111(涡轮机123)的废气线路153，通过在由废气线路153提供的高温的废气G102与由供水线路155提供的水之间进行热交换来生成蒸汽S100。发电机115设置在与涡轮机152同轴的轴上，能通过涡轮机152旋转来进行发电。另外，由余热回收锅炉151回收了热的废气G102在被去除了有害物质后被排放至大气。
在此，说明本实施例2的发电系统110的工作。在起动发电系统110时，按照燃气涡轮机111、蒸汽涡轮机114、SOFC113的顺序进行起动。
首先，在燃气涡轮机111中，压缩机121将空气A100压缩，燃烧器122将压缩空气A101和燃料气体L101相混合并使其燃烧，涡轮机123借助于燃烧气体G101而进行旋转，由此发电机112开始发电。接下来，在蒸汽涡轮机114中，涡轮机152借助于由余热回收锅炉151生成的蒸汽S100而进行旋转，由此发电机115开始发电。
接下来，为了使SOFC113起动，从压缩机121提供压缩空气A102，并开始SOFC113的加压，同时开始加热。在将排出线路135的控制阀137和压缩空气循环线路136的控制阀138关闭、将第2压缩空气提供线路131的鼓风机133停止的状态下，仅将控制阀132打开给定开度。于是，经压缩机121压缩后的一部分压缩空气A102从第2压缩空气提供线路131被提供到SOFC113侧。由此，SOFC113的空气极侧由于被提供压缩空气A102而压力上升。
另一方面，在SOFC113的燃料极侧，提供燃料气体L102并开始加压。在将排出线路144的控制阀146和燃料气体废气提供线路145的控制阀147关闭、将鼓风机148停止的状态下，打开第2燃料气体提供线路141的控制阀142，并且驱动燃料气体再循环线路149的再循环鼓风机150。于是，燃料气体L102从第2燃料气体提供线路141被提供给SOFC113，并且燃料气体废气L103通过燃料气体再循环线路149而进行再循环。由此，SOFC113侧通过被提供燃料气体L102而压力上升。
然后，如果SOFC113的空气极侧的压力成为压缩机121的出口压力，则将控制阀132设为全开，并且驱动鼓风机133。与此同时，打开控制阀137将来自SOFC113的压缩空气A103从排出线路135排出。于是，通过鼓风机133将压缩空气A102提供到SOFC113侧。与此同时，打开控制阀146将来自SOFC113的燃料气体废气L103从排出线路144排出。然后，在SOFC113中的空气极侧的压力和燃料极侧的压力达到目标压力时，就完成了SOFC113的加压。
之后，在SOFC113的反应(发电)稳定且压缩空气A103和燃料气体废气L103的成分稳定后，关闭控制阀137，另一方面打开控制阀138。于是，将来自SOFC113的压缩空气A103从压缩空气循环线路136提供给燃烧器122。另外，关闭控制阀146，另一方面打开控制阀147，并驱动鼓风机148。于是，将来自SOFC113的燃料气体废气L103从燃料气体废气提供线路145提供给燃烧器122。此时，将从第1燃料气体提供线路127提供给燃烧器122的燃料气体L101减量。
在此，进行基于燃气涡轮机111的驱动的发电机112的发电、SOFC113的发电、基于蒸汽涡轮机114的驱动的发电机115的发电当中的全部发电，发电系统110成为稳态运转。
以下，说明燃烧器122。燃烧器122配置于涡轮机123的壳体(未图示)中。燃烧器122在壳体中被提供经压缩机121压缩后的压缩空气A101、从SOFC113排出的压缩空气A103，将该压缩空气A101、压缩空气A103与燃料气体L101相混合并使其燃烧，生成燃烧气体G101。
如图3以及图4所示，燃烧器122按照在外筒101的内部空开给定间隔来形成空气通路R的方式对内筒102进行支撑。内筒102在其前端部连结有与涡轮机123连接的尾筒(燃烧气体提供线路128)。
内筒102在其内部的中心部的燃烧器轴C上沿该燃烧器轴C的延伸方向配设有值班喷嘴103。值班喷嘴103在其前端部的周围装备有筒状且前端侧以大角度来形成的燃烧筒103b。
另外，内筒102在其内部的内周面按照沿圆周方向包围值班喷嘴103的方式与燃烧器轴C平行地配设多个(本实施例2中为8个)主喷嘴(也称作预混合喷嘴)104。该主喷嘴104具有第1主喷嘴104A以及第2主喷嘴104B。在本实施例2中，第1主喷嘴104A和第2主喷嘴104B各设置4个，并在内筒102的圆周方向上交替地配置。
外筒101在其基端部设置有顶盖部101A。顶盖部101A由筒状构件101Aa和盖构件101Ab构成，其中，筒状构件101Aa沿外筒101的基端部的内周面配置，并与外筒101一起形成空气通路R的一部分，盖构件101Ab阻塞该筒状构件101Aa的基端侧的开口。盖构件101Ab支撑上述的值班喷嘴103，并在外侧配置有该值班喷嘴103的燃料端口103a。该燃料端口103a连接有从第1燃料气体提供线路127分支的值班喷嘴燃料线路127a，将燃料气体L101提供到值班喷嘴103。另外，盖构件101Ab支撑上述的第1主喷嘴104A以及第2主喷嘴104B，并在外侧配置有第1主喷嘴104A的燃料端口104Aa以及第2主喷嘴104B的燃料端口104Ba。第1主喷嘴104A的燃料端口104Aa连接有作为第1主喷嘴燃料线路的燃料气体废气提供线路145，将燃料气体废气L103提供到第1主喷嘴104A。另外，第2主喷嘴104B的燃料端口104Ba连接有从第1燃料气体提供线路127分支的第2主喷嘴燃料线路127b，将燃料气体L101提供到第2主喷嘴104B。
另外，值班喷嘴燃料线路127a设置有对燃料气体L101向值班喷嘴103的提供进行控制的值班喷嘴控制阀105A。另外，燃料气体废气提供线路145设置有对燃料气体废气L103向第1主喷嘴104A的提供进行控制的第1主喷嘴控制阀105B。另外，第2主喷嘴燃料线路127b设置有对燃料气体L101向第2主喷嘴104B的提供进行控制的第2主喷嘴控制阀105C。
在这样的燃烧器122中，如果高温、高压的压缩空气A101、压缩空气A103从外筒101的前端侧流入到空气通路R，则该压缩空气A101、压缩空气A103在外筒101的基端侧的顶盖部101A的位置折返，流入到内筒102内。在内筒102内，从主喷嘴104(104A、104B)喷射出的燃料气体L101、燃料气体废气L103与流入到内筒102内的压缩空气A101、压缩空气A103相混合而成为预混合气体，并流入到内筒102的前端侧的尾筒内。另外，在内筒102内，从值班喷嘴103喷射出的燃料气体L101、与流入到内筒102内的压缩空气A101、压缩空气A103相混合，通过未图示的火种被点火而燃烧，生成燃烧气体G101并喷出到尾筒内。此时，通过使燃烧气体G101的一部分在尾筒内伴随火焰而扩散到周围并将其喷出，从而使从各主喷嘴104流入到尾筒内的预混合气体被点火来进行燃烧。将生成的燃烧气体G101提供给涡轮机123。
在燃烧器122中，各控制阀105A、105B、105C由控制装置(控制部)106控制开闭以及开度。控制装置106对应于燃气涡轮机111的起动、运转状态、SOFC113的运转状态来控制各控制阀105A、105B、105C。因此，控制装置106被输入燃气涡轮机111、SOFC113的运转状态，进行经常监视。
以下，说明上述的控制装置106进行的控制即本实施例2的发电系统110的驱动方法。另外，在此，说明按照燃气涡轮机111、蒸汽涡轮机114、SOFC113的顺序进行起动的情况下的燃气涡轮机111的驱动。
首先，在起动燃气涡轮机111前的停止状态下，控制装置106将值班喷嘴控制阀105A、第1主喷嘴控制阀105B以及第2主喷嘴控制阀105C设为关闭的状态。
然后，如图5所示，在接收到起动燃气涡轮机111的指令的情况下(步骤S1：“是”)，控制装置106进行将值班喷嘴控制阀105A打开且将第2主喷嘴控制阀105C打开的控制(步骤S2)。燃烧器122使燃料气体L101从值班喷嘴103喷射且使燃料气体L101从第2主喷嘴104B喷射，与压缩空气A101混合，生成燃烧气体。由此，燃气涡轮机111借助于由燃料气体L101生成的燃烧气体G101而起动。
之后，将经燃气涡轮机111的压缩机121压缩后的一部分压缩空气A102提供给SOFC113，并且将燃料气体L102提供给SOFC113，来起动SOFC113。在输入了起动该SOFC113的意思的信号的情况下(步骤S3：“是”)，控制装置106在将值班喷嘴控制阀105A保持打开不变的状态下，进行将第1主喷嘴控制阀105B打开并且将第2主喷嘴控制阀105C缩窄为给定开度的控制(步骤S4)。于是，在燃烧器122中，使燃料气体废气L103从第1主喷嘴104A喷射来生成燃烧气体G101。第2主喷嘴控制阀105C的给定开度是用于提供燃料气体L101来补充热输入的开度，该提供的燃料气体L101是相对于燃气涡轮机111达到额定负载的热输入在仅利用燃料气体废气L103的情况下热输入不足的量。由此，如果从起动后的SOFC113排出燃料气体废气L103，则燃气涡轮机111就主要由燃料气体废气L103驱动。另外，控制装置106直到在步骤S3中输入了起动SOFC113的意思的信号为止(步骤S3：“否”)，都在步骤S2中将值班喷嘴控制阀105A打开并且将第2主喷嘴控制阀105C打开，燃烧器122通过从值班喷嘴103喷射出的燃料气体L101来生成燃烧气体G101。即，燃气涡轮机111直到SOFC113被起动为止，都由通过燃料气体L101生成的燃烧气体G101驱动。
如此，在本实施例2的发电系统110中，将从SOFC113排出的燃料气体废气L103作为燃气涡轮机111的燃烧器122的燃料来利用，在该发电系统110中，燃烧器122具备：第1主喷嘴104A；第2主喷嘴104B；燃料气体废气提供线路(第1主喷嘴燃料线路)145，其与第1主喷嘴104A连接，并输送从SOFC113排出的燃料气体废气L103；第2主喷嘴燃料线路127b，其与第2主喷嘴104B连接，并输送与燃料气体废气L103种类不同的燃料气体L101；第1主喷嘴控制阀105B，其设置在燃料气体废气提供线路145上；和第2主喷嘴控制阀105C，其设置在第2主喷嘴燃料线路127b上；该发电系统110具有：控制装置106，其在起动燃气涡轮机111时进行将第1主喷嘴控制阀105B关闭并将第2主喷嘴控制阀105C打开的控制，如果在燃气涡轮机111的起动后起动了SOFC113，则进行将第1主喷嘴控制阀105B打开并将第2主喷嘴控制阀105C缩窄的控制。
因此，在起动燃气涡轮机111时，通过将燃料气体L101提供给燃烧器122来起动燃气涡轮机111。另外，在起动了燃气涡轮机111后，将经压缩机121压缩后的一部分压缩空气A102提供给SOFC113，使SOFC113起动。然后，由于如果起动了SOFC113，就会从SOFC113排出燃料气体废气L103，因此将该燃料气体废气L103提供给燃烧器122，并且提供缩减了流量的给定量的燃料气体L101来补足燃料气体废气L103的热输入不足。由此，本实施例2的发电系统110能在使燃气涡轮机111稳定的状态下被驱动。并且，由于从第1主喷嘴104A和第2主喷嘴104B分别独立地提供高温(450℃左右)的燃料气体废气L103和低温(15℃左右)的燃料气体L101并使其燃烧，因此能省略将这些温度不同的燃料气体废气L103和燃料气体L101相混合后提供给燃烧器122的混合器。
另外，在本实施例2的发电系统110中，燃烧器122具备：值班喷嘴103；值班喷嘴燃料线路127a，其与值班喷嘴103连接，并输送燃料气体L101；和值班喷嘴控制阀105A，其设置在值班喷嘴燃料线路127a上；控制装置106在起动、驱动燃气涡轮机111时，进行将值班喷嘴控制阀105A打开的控制。
因此，在起动、驱动燃气涡轮机111时，通过使从值班喷嘴103喷射出的燃料气体L101燃烧，能进行用于进行将从第1主喷嘴104A、第2主喷嘴104B喷射的燃料气体废气L103、燃料气体L101与压缩空气相混合后得到的预混合气体的稳定燃烧的稳燃。
另外，在本实施例2的发电系统110的驱动方法中，该发电系统110将从SOFC113排出的燃料气体废气L103作为燃气涡轮机111的燃烧器122的燃料来利用，在该发电系统110的驱动方法中，燃烧器122具备：第1主喷嘴104A，其喷射从SOFC113排出的燃料气体废气L103；和第2主喷嘴104B，其喷射与燃料气体废气L103种类不同的燃料气体L101；该发电系统110的驱动方法具有：在起动燃气涡轮机111时，仅从第2主喷嘴104B喷射燃料气体L101的工序；和如果在燃气涡轮机111的起动后起动了SOFC113，则从第1主喷嘴104A喷射燃料气体废气L103，并且从第2主喷嘴104B喷射缩减为给定量的燃料气体L101的工序。
因此，在起动燃气涡轮机111时，通过从燃烧器122的第2主喷嘴104B喷射燃料气体L101并使其燃烧，来起动燃气涡轮机111。另外，在起动了燃气涡轮机111后，将经压缩机121压缩后的一部分压缩空气A102提供给SOFC113，使SOFC113起动。然后，如果起动了SOFC113，则从燃烧器122的第1主喷嘴104A喷射从SOFC113排出的燃料气体废气L103，并且从第2主喷嘴104B喷射用来补足该燃料气体废气L103的热输入不足的给定量的燃料气体L101。由此，本实施例2的发电系统110能在使燃气涡轮机111稳定的状态下进行驱动。并且，由于从第1主喷嘴104A和第2主喷嘴104B分别独立地提供高温(450℃左右)的燃料气体废气L103和低温(15℃左右)的燃料气体L101并使其燃烧，因此能省略将这些温度不同的燃料气体废气L103和燃料气体L101相混合后提供给燃烧器122的混合器。
另外，本实施例2的燃烧器122由具有SOFC113和燃气涡轮机111的发电系统110所具备，该燃烧器122将使从SOFC113排出的燃料气体废气L103燃烧后得到的燃烧气体提供给燃气涡轮机111，在该燃烧器122中，具有：第1主喷嘴104A，其喷射从SOFC113排出的燃料气体废气L103；第2主喷嘴104B，其喷射与燃料气体废气L103种类不同的燃料气体L101；第1主喷嘴控制阀105B，其控制来自第1主喷嘴104A的燃料气体废气L103的喷射；和第2主喷嘴控制阀105C，其控制来自第2主喷嘴104B的燃料气体L101的喷射。
因此，在起动燃气涡轮机111时，通过将第2主喷嘴控制阀105C打开，从第2主喷嘴104B喷射燃料气体L101并使其燃烧，来起动燃气涡轮机111。另外，在起动了燃气涡轮机111后，将经燃气涡轮机111的压缩机121压缩后的一部分压缩空气A102提供给SOFC113，使SOFC113起动。然后，如果起动了SOFC113，则将第1主喷嘴控制阀105B打开，从第1主喷嘴104A喷射由SOFC113排放出的燃料气体废气L103，并使其燃烧，并且喷射通过第2主喷嘴控制阀105C缩减了流量的给定量的燃料气体L101，来补足燃料气体废气L103的热输入不足。由此，本实施例2的发电系统110能在使燃气涡轮机111稳定的状态下被驱动。并且，由于从第1主喷嘴104A和第2主喷嘴104B分别独立地提供高温(450℃左右)的燃料气体废气L103和低温(15℃左右)的燃料气体L101并使其燃烧，因此能省略将这些温度不同的燃料气体废气L103和燃料气体L101相混合后提供给燃烧器122的混合器。
另外，本实施例2的燃烧器122还具有：值班喷嘴103，其喷射燃料气体L101；和值班喷嘴控制阀105A，其控制来自值班喷嘴103的燃料气体L101的喷射。
因此，在起动、驱动燃气涡轮机111时，通过打开值班喷嘴控制阀105A使从值班喷嘴103喷射出的燃料气体L101燃烧，能进行用于进行将从第1主喷嘴104A、第2主喷嘴104B喷射的燃料气体废气L103、燃料气体L101与压缩空气相混合后得到的预混合气体的稳定燃烧的稳燃。
符号说明
10 发电系统
11 燃气涡轮机
12 发电机
13 SOFC(燃料电池)
14 蒸汽涡轮机
15 发电机
20 压缩机
21A 第1燃烧器
21B 第2燃烧器
22A 第1涡轮机
22B 第2涡轮机
26 第1燃料气体提供线路(燃料气体提供线路)
28 第1燃料气体控制阀(燃料气体控制阀)
45 燃料气体废气提供线路
47 燃料气体废气控制阀
60 接断部
70 控制装置
103 值班喷嘴
104A 第1主喷嘴
104B 第2主喷嘴
105A 值班喷嘴控制阀
105B 第1主喷嘴控制阀
105C 第2主喷嘴控制阀
106 控制装置(控制部)
110 发电系统
111 燃气涡轮机
113 SOFC(固体氧化物形燃料电池：燃料电池)
122 燃烧器
127a 值班喷嘴燃料线路
127b 第2主喷嘴燃料线路
145 燃料气体废气提供线路(第1主喷嘴燃料线路)
L101 燃料气体
L103 燃料气体废气

Claims (9)

1.一种发电系统，将从燃料电池排出的燃料气体废气作为燃气涡轮机的燃烧器的燃料来利用，并且将经所述燃气涡轮机的压缩机压缩后的一部分压缩空气利用于所述燃料电池的驱动中，所述发电系统的特征在于，
所述燃气涡轮机具备：
第1燃烧器，其使与所述燃料气体废气种类不同的燃料气体燃烧；
第1涡轮机，其由从所述第1燃烧器提供的燃烧气体驱动；
第2燃烧器，其使所述燃料气体废气燃烧；和
第2涡轮机，其与所述第1涡轮机轴连结，由从所述第2燃烧器提供的燃烧气体驱动，
所述发电系统具备：
燃料气体提供线路，其将所述燃料气体提供给所述第1燃烧器；
燃料气体废气提供线路，其将所述燃料气体废气提供给所述第2燃烧器；
燃料气体控制阀，其设置在所述燃料气体提供线路上；
燃料气体废气控制阀，其设置在所述燃料气体废气提供线路上；和
控制部，其在所述燃料电池被驱动前，进行将所述燃料气体废气控制阀关闭并将所述燃料气体控制阀打开的控制，在所述燃料电池的驱动后，进行将所述燃料气体废气控制阀打开的控制。
2.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，
所述发电系统具备：
接断部，其连接或切断所述第1涡轮机与所述第2涡轮机的轴连结。
3.一种发电系统的驱动方法，所述发电系统将从燃料电池排出的燃料气体废气作为燃气涡轮机的燃烧器的燃料来利用，并且将经所述燃气涡轮机的压缩机压缩后的一部分压缩空气利用于所述燃料电池的驱动中，所述发电系统的驱动方法的特征在于，
所述燃气涡轮机具备：
第1燃烧器，其使与所述燃料气体废气种类不同的燃料气体燃烧；
第1涡轮机，其由从所述第1燃烧器提供的燃烧气体驱动；
第2燃烧器，其使所述燃料气体废气燃烧；和
第2涡轮机，其与所述第1涡轮机轴连结，由从所述第2燃烧器提供的燃烧气体驱动，
所述发电系统的驱动方法具有：
对所述第1燃烧器提供所述燃料气体来驱动所述第1涡轮机的工序；
接下来驱动所述燃料电池的工序；和
接下来对所述第2燃烧器提供所述燃料气体废气来驱动所述第2涡轮机的工序。
4.根据权利要求3所述的发电系统的驱动方法，其特征在于，
所述发电系统具备：
接断部，其连接或切断所述第1涡轮机与所述第2涡轮机的轴连结，
所述发电系统的驱动方法具有：
通过所述接断部来切断所述第1涡轮机与所述第2涡轮机的轴连结的工序；
接下来对所述第1燃烧器提供所述燃料气体来驱动所述第1涡轮机的工序；
接下来驱动所述燃料电池的工序；
接下来通过所述接断部来连接所述第1涡轮机与所述第2涡轮机的轴连结的工序；和
接下来对所述第2燃烧器提供所述燃料气体废气来驱动所述第2涡轮机的工序。
5.一种发电系统，将从燃料电池排出的燃料气体废气作为燃气涡轮机的燃烧器的燃料来利用，所述发电系统的特征在于，
所述燃烧器具备：
第1主喷嘴；
第2主喷嘴；
第1主喷嘴燃料线路，其与所述第1主喷嘴连接，并输送从所述燃料电池排出的所述燃料气体废气；
第2主喷嘴燃料线路，其与所述第2主喷嘴连接，并输送与所述燃料气体废气种类不同的燃料气体；
第1主喷嘴控制阀，其设置在所述第1主喷嘴燃料线路上；和
第2主喷嘴控制阀，其设置在所述第2主喷嘴燃料线路上，
所述发电系统具有：
控制部，其在起动所述燃气涡轮机时进行将所述第1主喷嘴控制阀关闭并将所述第2主喷嘴控制阀打开的控制，如果在所述燃气涡轮机的起动后起动了所述燃料电池，则进行将所述第1主喷嘴控制阀打开并将所述第2主喷嘴控制阀缩窄的控制。
6.根据权利要求5所述的发电系统，其特征在于，
所述燃烧器具备：
值班喷嘴；
值班喷嘴燃料线路，其与所述值班喷嘴连接，并输送所述燃料气体；和
值班喷嘴控制阀，其设置在所述值班喷嘴燃料线路上，
所述控制部在起动、驱动所述燃气涡轮机时，进行将所述值班喷嘴控制阀打开的控制。
7.一种发电系统的驱动方法，所述发电系统将从燃料电池排出的燃料气体废气作为燃气涡轮机的燃烧器的燃料来利用，
所述发电系统的驱动方法的特征在于，
所述燃烧器具备：
第1主喷嘴，其喷射从所述燃料电池排出的所述燃料气体废气；和
第2主喷嘴，其喷射与所述燃料气体废气种类不同的燃料气体，
所述发电系统的驱动方法具有：
在起动所述燃气涡轮机时，仅从所述第2主喷嘴喷射燃料气体的工序；和
如果在所述燃气涡轮机的起动后起动了所述燃料电池，则从所述第1主喷嘴喷射所述燃料气体废气，并且从所述第2主喷嘴喷射缩减为给定量的所述燃料气体的工序。
8.一种燃烧器，由具有燃料电池和燃气涡轮机的发电系统所具备，该燃烧器将使从所述燃料电池排出的燃料气体废气燃烧后得到的燃烧气体提供给燃气涡轮机，所述燃烧器的特征在于，具有：
第1主喷嘴，其喷射从所述燃料电池排出的所述燃料气体废气；
第2主喷嘴，其喷射与所述燃料气体废气种类不同的燃料气体；
第1主喷嘴控制阀，其控制来自所述第1主喷嘴的所述燃料气体废气的喷射；和
第2主喷嘴控制阀，其控制来自所述第2主喷嘴的所述燃料气体的喷射。
9.根据权利要求8所述的燃烧器，其特征在于，
所述燃烧器还具有：
值班喷嘴，其喷射所述燃料气体；和
值班喷嘴控制阀，其控制来自所述值班喷嘴的所述燃料气体的喷射。
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