JP2000348749A - Starting method of fuel cell power generation plant - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池発電プラ
ントの起動方法に関する。The present invention relates to a method for starting a fuel cell power plant.
【０００２】[0002]
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率かつ環
境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特徴
を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システム
として注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行わ
れている。2. Description of the Related Art Molten carbonate fuel cells have features that are not found in conventional power generation equipment, such as high efficiency and little impact on the environment, and are attracting attention as power generation systems following hydro, thermal and nuclear power. It is currently being researched and developed around the world.
【０００３】特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃
料電池を用いた発電設備（燃料電池発電プラント）で
は、図８に示すように天然ガス等の燃料ガス１を水素を
含むアノードガス２に改質する改質器１０と、アノード
ガス２と酸素を含むカソードガス３とから発電する燃料
電池１１とを備えており、改質器１０で作られたアノー
ドガス２は燃料電池１１に供給され、燃料電池内でその
大部分（例えば８０％）を消費した後、アノード排ガス
４として触媒燃焼器２０に供給される。触媒燃焼器２０
ではアノード排ガス中の可燃成分（水素、一酸化炭素、
メタン等）がカソード排ガス７の一部７ａにより燃焼
し、高温の燃焼ガスとなって改質器１０の加熱室Ｈに入
り、改質室Ｒｅを加熱し改質室の燃料を改質する。加熱
室Ｈを出た燃焼排ガス５はＣＯ2 リサイクルブロア１７
ｃで加圧され、加圧空気６と合流してカソードガス３と
なる。このＣＯ2 リサイクルブロア１７ｃは、改質器で
発生したＣＯ2 ガスを燃料電池のカソード側に供給して
カソード反応に利用するようになっている。In particular, in a power generation facility (fuel cell power plant) using a molten carbonate fuel cell using natural gas as fuel, a fuel gas 1 such as natural gas is converted into an anode gas 2 containing hydrogen as shown in FIG. The fuel cell 11 includes a reformer 10 for reforming, and a fuel cell 11 for generating electricity from the anode gas 2 and the cathode gas 3 containing oxygen. The anode gas 2 produced by the reformer 10 is supplied to the fuel cell 11. After a large part (for example, 80%) of the fuel is consumed in the fuel cell, it is supplied to the catalytic combustor 20 as the anode exhaust gas 4. Catalytic combustor 20
In the flammable components (hydrogen, carbon monoxide,
Methane or the like) is burned by a part 7a of the cathode exhaust gas 7 and becomes a high-temperature combustion gas, enters the heating chamber H of the reformer 10, heats the reforming chamber Re, and reforms the fuel in the reforming chamber. The combustion exhaust gas 5 exiting the heating chamber H is a CO 2 recycle blower 17
The gas is pressurized by the pressure c and merges with the pressurized air 6 to form the cathode gas 3. The CO 2 recycle blower 17c supplies the CO 2 gas generated in the reformer to the cathode side of the fuel cell and uses it for the cathode reaction.
【０００４】燃料電池内でその一部が反応したカソード
ガス（カソード排ガス７）の残り７ｂは、ターボチャー
ジャ１２で圧力を回収され、排熱回収蒸気発生装置１９
による熱回収後に系外に排出される。なお、図２におい
て、１３ａは燃料予熱器、１６は起動用ヒータ、１７ｄ
は空気ブロア、１８は起動用設備である。The remaining 7b of the cathode gas (cathode exhaust gas 7) partially reacted in the fuel cell is recovered in pressure by the turbocharger 12, and the exhaust heat recovery steam generator 19
Is discharged outside the system after heat recovery. In FIG. 2, 13a is a fuel preheater, 16 is a starting heater, 17d
Is an air blower, and 18 is a starting device.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の燃料電
池発電プラントでは、装置全体が常温に近い状態から燃
料電池の運転状態になるまでの起動のために、起動用の
ヒータ１６（例えば電気ヒータや熱交換器）と改質器の
燃焼器を昇温するための起動用設備１８が必要であっ
た。また、排熱回収蒸気発生装置１９での蒸気発生を優
先させることで改質器１０の昇温を先行させるためにＣ
Ｏ2 ブロワ１７ｃの入口から排熱回収蒸気発生装置１９
の入口までの抽気ライン１５が必要であった。In the above-mentioned conventional fuel cell power plant, the start-up heater 16 (for example, an electric heater) is used for starting up the whole apparatus from a state close to normal temperature to an operation state of the fuel cell. And a heat exchanger) and a starting equipment 18 for raising the temperature of the combustor of the reformer. In order to prioritize the temperature rise of the reformer 10 by giving priority to the steam generation in the exhaust heat recovery steam generator 19, C
Exhaust heat recovery steam generator 19 from the inlet of O 2 blower 17c
The bleeding line 15 to the entrance of was required.
【０００６】そのため、比較的頻度の低い起動時のみの
ために、起動用ヒータ１６（電気ヒータ、熱交換器）、
起動用設備１８、抽気ライン１５およびこれらの付帯設
備が必要であり、プラント建設コストを押し上げる要因
となっていた。すなわち、起動用ヒータ１６として電気
ヒータや熱交換器でＣＯ2 ブロワ１７ｃによるリサイク
ルラインを加熱する場合には、大型の電気ヒータや熱交
換器が必要となり、機器が大型であり、コスト高となる
ばかりでなく、リサイクルラインへの熱交換器等の設置
により、定常運転時のブロア動力が増し、発電効率を低
下させる問題点があった。また、起動用設備１８と抽気
ライン１５の組合せで昇温する場合には、燃焼排ガス中
の水分の凝縮により、燃料電池を構成する電解質板が水
分を吸水し発電性能を低下させる問題点があった。[0006] Therefore, only for relatively infrequent start-up, the start-up heater 16 (electric heater, heat exchanger),
The start-up equipment 18, the bleed line 15, and these additional equipment are required, which has been a factor that increases the plant construction cost. That is, when the recycle line using the CO 2 blower 17c is heated by the electric heater or the heat exchanger as the starting heater 16, a large electric heater or a heat exchanger is required, and the equipment is large and the cost is high. Not only that, the installation of a heat exchanger or the like in the recycling line increases the blower power during steady operation, and causes a problem of lowering the power generation efficiency. In addition, when the temperature is increased by the combination of the starting equipment 18 and the bleed line 15, there is a problem that the electrolyte plate constituting the fuel cell absorbs the water due to the condensation of the water in the combustion exhaust gas, thereby lowering the power generation performance. Was.
【０００７】本発明は、上述した問題点を解決するため
に創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、
大型でコストの高い機器を減らしてプラント建設コス
トを低減することができ、定常運転時のブロア動力を
低減して高い発電効率を維持でき、昇温中の水分凝縮
をなくして燃料電池の性能低下を防ぐことができる燃料
電池発電プラントの起動方法を提供することにある。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. That is, the object of the present invention is:
Large and costly equipment can be reduced to reduce plant construction costs, reduce blower power during steady-state operation, maintain high power generation efficiency, and reduce fuel cell performance by eliminating water condensation during heating. It is an object of the present invention to provide a method of starting a fuel cell power plant that can prevent the occurrence of a fuel cell.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、改質器
（１０）、燃料電池（１１）及びターボチャージャ（１
２）を備え、改質器で改質した燃料ガスとターボチャー
ジャで加圧した空気とを燃料電池で反応させ、その排ガ
スでターボチャージャを駆動する燃料電池発電プラント
の起動方法であって、ターボチャージャの上流側に設置
された起動用燃焼器（２２）と、ターボチャージャのタ
ービン下流側に設置された起動用熱交換器（２４）とを
備え、起動用燃焼器で燃料を燃焼させてターボチャージ
ャを自立運転させ、起動用熱交換器でターボチャージャ
の排ガスとその加圧空気を熱交換して、加圧空気を加熱
しこの加熱空気で燃料電池発電プラントを昇温する、こ
とを特徴とする燃料電池発電プラントの起動方法が提供
される。According to the present invention, a reformer (10), a fuel cell (11) and a turbocharger (1) are provided.
2) a method of starting a fuel cell power plant in which a fuel gas reacts with a fuel gas reformed by a reformer and air pressurized by a turbocharger in a fuel cell, and the exhaust gas drives a turbocharger; A start-up combustor (22) installed upstream of the charger and a start-up heat exchanger (24) installed downstream of the turbine of the turbocharger. Independently operating the charger, heat exchange between the exhaust gas of the turbocharger and its pressurized air with the heat exchanger for startup, heats the pressurized air, and raises the temperature of the fuel cell power plant with this heated air. A method for starting a fuel cell power plant is provided.
【０００９】上記本発明の方法によれば、ターボチャー
ジャの上流側に設置された起動用燃焼器（２２）で燃料
（例えば、天然ガス）を計装空気で燃焼させることによ
り、燃焼開始からすぐにターボチャージャを起動でき
る。また、供給空気は全量、起動用燃焼器を経てターボ
チャージャのタービンに戻るので、ターボチャージャを
短時間に自立運転させ、安定した空気供給が行えるよう
になる。従って、計装空気により起動用燃焼器が燃焼を
開始すると、すぐにターボチャージャが起動し、ターボ
チャージャの供給空気による自立運転へと移行できるこ
とから、従来必要であった空気ブロアを省略でき、或い
は、少なくとも計装空気容量を小さくできるため、低コ
スト化ができる。According to the method of the present invention, the fuel (for example, natural gas) is burned with the instrumented air in the starting combustor (22) installed on the upstream side of the turbocharger, so that the combustion is started immediately after the start of combustion. Can start the turbocharger. Further, since all the supplied air returns to the turbine of the turbocharger via the starting combustor, the turbocharger can be operated independently in a short time, and stable air supply can be performed. Therefore, as soon as the start-up combustor starts combustion with the instrument air, the turbocharger is started and the operation can be shifted to the self-sustaining operation by the supply air of the turbocharger, so that the air blower which was conventionally required can be omitted, or Since at least the instrumentation air volume can be reduced, the cost can be reduced.
【００１０】更に、ターボチャージャのタービン下流側
に設置された起動用熱交換器（２４）で、ターボチャー
ジャの排ガスとその加圧空気を熱交換して、加圧空気を
加熱しこの加熱空気で燃料電池発電プラントを昇温する
ので、ターボチャージャで圧縮した加圧空気を予熱し
て、例えば触媒燃焼器の上流側に供給することができ
る。また、加圧空気を予熱して供給するので、従来の燃
焼排ガスによる昇温時に問題となる水分凝縮を本質的に
防止することができ、かつ起動用熱交換器を小型にし
て、低コスト化ができる。[0010] Further, the starting heat exchanger (24) installed downstream of the turbine of the turbocharger exchanges heat between the exhaust gas of the turbocharger and its pressurized air, thereby heating the pressurized air and using the heated air. Since the temperature of the fuel cell power plant is raised, the compressed air compressed by the turbocharger can be preheated and supplied to, for example, the upstream side of the catalytic combustor. In addition, since preheated compressed air is supplied, water condensation, which is a problem at the time of temperature rise due to conventional combustion exhaust gas, can be essentially prevented, and the heat exchanger for startup is reduced in size to reduce cost. Can be.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通の
部材には同一の符号を付し重複した説明を省略する。図
１は、本発明の方法を適用する燃料電池発電プラントの
全体構成図である。この図において、図８に示した従来
のプラントから起動用ヒータ１６、起動用設備１８、抽
気ライン１５、空気ブロア１７ｄおよびこれらの付帯設
備が省略されている。また、図１では、それらの代わり
に、ターボチャージャの上流側に設置された起動用燃焼
器２２と、ターボチャージャのタービン下流側に設置さ
れた起動用熱交換器２４とを備えている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, common members are denoted by the same reference numerals, and duplicate description is omitted. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell power plant to which the method of the present invention is applied. In this figure, the starting heater 16, the starting equipment 18, the bleed line 15, the air blower 17d, and their accompanying equipment are omitted from the conventional plant shown in FIG. In FIG. 1, instead of these, a start-up combustor 22 installed upstream of the turbocharger and a start-up heat exchanger 24 installed downstream of the turbine of the turbocharger are provided.
【００１２】起動用燃焼器２２は、燃料電池１１とター
ボチャージャ１２のタービンＴを結ぶカソード排ガスラ
インの途中に設置されている。この燃焼器２２には計装
用空気と、起動用燃料（例えば天然ガス）が供給できる
ようになっている。また、燃焼器２２とタービンＴの間
には、温度検出器２８ａが設置されており、燃焼器出口
温度が一定になるように起動用燃料の流量を制御できる
ようになっている。The starting combustor 22 is installed in the middle of a cathode exhaust gas line connecting the fuel cell 11 and the turbine T of the turbocharger 12. The combustor 22 can be supplied with instrumentation air and start-up fuel (for example, natural gas). Further, a temperature detector 28a is provided between the combustor 22 and the turbine T, so that the flow rate of the starting fuel can be controlled so that the combustor outlet temperature becomes constant.
【００１３】起動用熱交換器２４は、例えばプレートフ
ィン型の間接熱交換器であり、タービンＴと排熱回収蒸
気発生装置１９（ＨＲＳＧ）を結ぶ排ガスラインに設置
されている。また、この熱交換器２４には、ターボチャ
ージャ１２のコンプレッサＣで加圧した加圧空気を供給
する加圧空気ライン２６ａと熱交換器２４で加熱した空
気を触媒燃焼器２０の上流側に供給する加熱空気ライン
２６ｂが接続されている。更に、加熱空気ライン２６ｂ
の途中には助燃用天然ガスの供給ラインが設けられてい
る。The starting heat exchanger 24 is, for example, a plate fin type indirect heat exchanger, and is installed in an exhaust gas line connecting the turbine T and the exhaust heat recovery steam generator 19 (HRSG). The heat exchanger 24 supplies a pressurized air line 26 a for supplying pressurized air pressurized by the compressor C of the turbocharger 12 and an air heated by the heat exchanger 24 to the upstream side of the catalytic combustor 20. The heated air line 26b is connected. Further, the heating air line 26b
Is provided with a supply line of natural gas for combustion.
【００１４】また、図１において、２７ａは空気用三方
弁であり、コンプレッサＣで加圧した加圧空気を燃料電
池１１に供給するラインと加圧空気ライン２６ａとに切
替えることができる。更に、２７ｂは高温リサイクル調
節弁であり、燃料電池１１を出たカソード排ガスのその
上流側へのリサイクル量を調節する。また、２７ｃは、
逆止弁である。また、２８ｂは、触媒燃焼器２０の下流
側に設けられた温度検出器であり、触媒燃焼器２０の出
口温度を検出してフィードバックする。更に、２８ｃ，
２８ｄは、燃料電池１１のカソード側の入口と出口に設
けられた温度検出器である。In FIG. 1, reference numeral 27a denotes a three-way valve for air, which can be switched between a line for supplying pressurized air pressurized by the compressor C to the fuel cell 11 and a pressurized air line 26a. Reference numeral 27b denotes a high-temperature recycle control valve for controlling the amount of cathode exhaust gas discharged from the fuel cell 11 to the upstream side thereof. Also, 27c is
It is a check valve. Reference numeral 28b denotes a temperature detector provided on the downstream side of the catalytic combustor 20, and detects and feeds back the temperature of the outlet of the catalytic combustor 20. Further, 28c,
Reference numeral 28d denotes temperature detectors provided at the cathode side entrance and exit of the fuel cell 11.
【００１５】上述した構成の燃料電池発電プラントを用
いて、本発明の方法によれば、起動用燃焼器２２で燃料
を燃焼させてターボチャージャ１２を自立運転させ、起
動用熱交換器２４でターボチャージャ１２の排ガスとそ
の加圧空気を熱交換して、加圧空気を加熱しこの加熱空
気で燃料電池発電プラントを昇温する。図１から明らか
なように、本発明の方法では、ガス設備を最小限とし、
計装空気のみを用いて起動するようになっている。ま
た、加熱源として電気ヒータを用いずガス燃焼を基本と
している。According to the method of the present invention using the fuel cell power plant having the above-described structure, the fuel is burned by the starting combustor 22 to operate the turbocharger 12 independently, and the turbocharger 12 is operated by the starting heat exchanger 24. The exhaust gas of the charger 12 and the pressurized air thereof are heat-exchanged to heat the pressurized air, and the fuel cell power plant is heated by the heated air. As is evident from FIG. 1, the method of the present invention minimizes gas equipment,
It starts up using only instrumentation air. Further, gas combustion is basically used without using an electric heater as a heating source.
【００１６】図２〜図７は、本発明の方法による起動用
燃焼器起動時からスタンバイ条件成立時までの構成図で
ある。以下、これらの図に基ずいて、本発明の方法を詳
述する。FIGS. 2 to 7 are diagrams showing the configuration from the start of the starting combustor to the stand-by condition being satisfied according to the method of the present invention. Hereinafter, the method of the present invention will be described in detail with reference to these figures.
【００１７】図２は、システム温度が常温に近い状態か
らの本発明の起動用燃焼器起動時の構成図である。起動
用燃焼器起動時には、起動用燃焼器２２を着火できる最
小限の空気を計装空気ラインから供給すると共に、起動
用天然ガスラインから燃料を供給し、起動用燃焼器２２
に着火する。起動用燃焼器２２にてターボチャージャ１
２が起動し、ターボチャージャ１２のコンプレッサＣに
て供給された圧縮空気は、三方弁２７ａ、起動用加熱器
２４、触媒燃焼器２０、改質器１０、燃料電池１１を経
て全量起動用燃焼器２２に戻ってくる。これに伴い計装
空気を減らしてターボチャージャ自立運転に移行する。
また、起動用天然ガス流量で燃焼器温度を一定に制御す
る。なお、本発明の方法では、ターボチャージャによる
圧縮空気はドライヤを介しておらず、またシステム温度
はほぼ常温であるため、昇圧により凝縮が生じる可能性
がある。このため燃料電池内温度が１００℃程度まで上
昇するまでは、システム圧力を昇圧しないのがよい。FIG. 2 is a block diagram of the starting combustor according to the present invention when the system temperature is close to room temperature. At the time of starting the start-up combustor, a minimum amount of air that can ignite the start-up combustor 22 is supplied from the instrumentation air line, and fuel is supplied from the start-up natural gas line.
To ignite. Turbocharger 1 in starting combustor 22
2 starts, and the compressed air supplied by the compressor C of the turbocharger 12 passes through the three-way valve 27a, the starting heater 24, the catalytic combustor 20, the reformer 10, and the fuel cell 11, and the entire starting combustor. Come back to 22. Accompanying this, the instrumentation air is reduced and the operation shifts to turbocharger independent operation.
Also, the combustor temperature is controlled to be constant by the natural gas flow rate for starting. In the method of the present invention, the compressed air generated by the turbocharger does not pass through the dryer, and the system temperature is almost at room temperature. Therefore, it is preferable not to increase the system pressure until the temperature inside the fuel cell rises to about 100 ° C.
【００１８】図３は、ターボチャージャ自立運転成立時
の構成図である。この図に示すように、ターボチャージ
ャの自立運転が成立すると、計装空気ラインからの空気
供給なしに、コンプレッサＣで圧縮した空気で燃焼器２
２の燃焼を継続することができる。この状態で、起動用
加熱器２４で加圧空気をターボチャージャの排ガスと熱
交換して、加圧空気を徐々に加熱し、この加熱空気を約
４００℃程度まで昇温することができる。FIG. 3 is a configuration diagram when the turbocharger self-sustaining operation is established. As shown in this figure, when the self-sustaining operation of the turbocharger is established, the air compressed by the compressor C is supplied to the combustor 2 without supplying air from the instrumentation air line.
2 can be continued. In this state, the pressurized air is heat-exchanged with the exhaust gas of the turbocharger by the start-up heater 24 to gradually heat the pressurized air and raise the temperature of the heated air to about 400 ° C.
【００１９】図４は、触媒燃焼開始時の構成図である。
燃料電池１１の出口温度が１００℃を超え、燃焼排ガス
の凝縮が生じない温度まで昇温が完了したら、触媒燃焼
器２０の出口温度が３５０℃以上であることを確認して
触媒燃焼器２０に助燃用天然ガスを供給し、触媒燃焼器
２０の燃焼を開始する。出口温度が３５０℃以上である
ことにより、触媒燃焼を安定して開始することができ
る。更にこの燃焼を開始後、触媒燃焼器２０の温度が約
７００℃程度となるように、助燃用天然ガス流量を制御
する。また、燃料電池出入り温度差が規定値内（例えば
３０℃以内）に収まるように高温ブロア出力を決める。FIG. 4 is a structural diagram at the start of catalytic combustion.
When the outlet temperature of the fuel cell 11 exceeds 100 ° C. and the temperature is raised to a temperature at which the combustion exhaust gas does not condense, it is confirmed that the outlet temperature of the catalytic combustor 20 is 350 ° C. or more, and The natural gas for auxiliary combustion is supplied, and the combustion of the catalytic combustor 20 is started. When the outlet temperature is 350 ° C. or higher, catalytic combustion can be started stably. Further, after starting the combustion, the flow rate of the natural gas for auxiliary combustion is controlled so that the temperature of the catalytic combustor 20 becomes about 700 ° C. Also, the high-temperature blower output is determined so that the fuel cell in-out temperature difference falls within a specified value (for example, within 30 ° C.).
【００２０】図５は、改質準備時の構成図である。逆止
弁を経て、カソード排ガスを触媒燃焼器２０に導入し、
燃焼可能な温度まで昇温する（例えば燃料電池出口温度
３５０℃以上）。次いで、三方弁２７ａを燃料電池入口
へと切替え、起動用加熱器２４を通る空気をゼロとし、
触媒燃焼器２０の燃焼用空気をカソード出口からのリサ
イクルガスに切り替える。更に、起動用加熱器の空気流
量をゼロとすることでＨＲＳＧ入口温度を上げて、蒸気
量を確保する。FIG. 5 is a configuration diagram at the time of preparation for reforming. Through the check valve, the cathode exhaust gas is introduced into the catalytic combustor 20,
The temperature is raised to a temperature at which combustion is possible (for example, the fuel cell outlet temperature is 350 ° C. or higher). Next, the three-way valve 27a is switched to the fuel cell inlet, and the air passing through the starting heater 24 is set to zero,
The combustion air in the catalytic combustor 20 is switched to the recycle gas from the cathode outlet. Furthermore, the HRSG inlet temperature is raised by setting the air flow rate of the starting heater to zero, thereby securing the steam amount.
【００２１】図６は、改質開始時の構成図である。ＨＲ
ＳＧからの蒸気供給を開始後、天然ガス１の供給を徐々
に増やして改質を開始する。天然ガス１の供給流量が増
加するに伴い、温度検出器２８ｃによる温度制御により
助燃用天然ガス流量は減少する。この助燃用天然ガス流
量がゼロとなった時点で、温度検出器２８ｃによる触媒
燃焼器２０の温度制御は、高温リサイクル調節弁２７ｂ
に切り替える。なおカソードブロア１７ｃは、燃料電池
入り出の温度差を制御する。FIG. 6 is a structural diagram at the time of starting reforming. HR
After starting the supply of steam from the SG, the supply of the natural gas 1 is gradually increased to start reforming. As the supply flow rate of the natural gas 1 increases, the flow rate of the natural gas for auxiliary combustion decreases due to the temperature control by the temperature detector 28c. When the flow rate of the natural gas for auxiliary combustion becomes zero, the temperature of the catalytic combustor 20 by the temperature detector 28c is controlled by the high-temperature recycle control valve 27b.
Switch to The cathode blower 17c controls the temperature difference between the entrance and exit of the fuel cell.
【００２２】図７は、スタンバイ条件成立時の構成図で
ある。この状態で、燃料電池１１は約５８０〜６１０℃
に昇温されており、かつ改質器１０から改質ガスが安定
供給されているので、いつでも燃料電池１１の作動を開
始し燃料電池発電を開始することができる。FIG. 7 is a block diagram when the standby condition is satisfied. In this state, the temperature of the fuel cell 11 is about 580 to 610 ° C.
, And the reformed gas is stably supplied from the reformer 10, so that the operation of the fuel cell 11 can be started at any time to start the fuel cell power generation.
【００２３】上述した本発明の方法によれば、ターボチ
ャージャの上流側に設置された起動用燃焼器２２で燃料
（例えば、天然ガス）を計装空気で燃焼させることによ
り、燃焼開始からすぐにターボチャージャを起動でき
る。また、供給空気は全量、起動用燃焼器２２を経てタ
ーボチャージャのタービンに戻るので、ターボチャージ
ャを短時間に自立運転させ、安定した空気供給が行える
ようになる。従って、計装空気により起動用燃焼器２２
が燃焼を開始すると、すぐにターボチャージャが起動
し、ターボチャージャの供給空気による自立運転へと移
行できることから、従来必要であった空気ブロアを省略
でき、或いは、少なくとも計装空気容量を小さくできる
ため、低コスト化ができる。According to the above-described method of the present invention, the fuel (for example, natural gas) is burned with the instrumented air in the starting combustor 22 provided on the upstream side of the turbocharger, so that the combustion is started immediately after the start of combustion. Can start turbocharger. In addition, since all of the supplied air returns to the turbine of the turbocharger through the starting combustor 22, the turbocharger can be operated independently in a short time, and stable air supply can be performed. Therefore, the starting combustor 22 is operated by the instrument air.
As soon as the combustion starts, the turbocharger starts up and the operation can be shifted to the self-sustaining operation by the supply air of the turbocharger, so that the air blower conventionally required can be omitted, or at least the instrumentation air capacity can be reduced. The cost can be reduced.
【００２４】更に、ターボチャージャのタービン下流側
に設置された起動用熱交換器２４で、ターボチャージャ
の排ガスとその加圧空気を熱交換して、加圧空気を加熱
しこの加熱空気で燃料電池発電プラントを昇温するの
で、ターボチャージャで圧縮した加圧空気を予熱して、
例えば触媒燃焼器２０の上流側に供給することができ
る。また、加圧空気を予熱して供給するので、従来の燃
焼排ガスによる昇温時に問題となる水分凝縮を本質的に
防止することができ、かつ起動用熱交換器２４を小型に
して、低コスト化ができる。Further, in the starting heat exchanger 24 installed on the downstream side of the turbine of the turbocharger, heat is exchanged between the exhaust gas of the turbocharger and its pressurized air, and the pressurized air is heated. As the temperature of the power plant rises, the compressed air compressed by the turbocharger is preheated,
For example, it can be supplied to the upstream side of the catalytic combustor 20. Further, since the pressurized air is preheated and supplied, it is possible to essentially prevent water condensation which is a problem at the time of raising the temperature by the conventional flue gas, and to reduce the size of the starting heat exchanger 24 to reduce the cost. Can be
【００２５】なお本発明は、上述した実施形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々の変更が可能である。The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
【００２６】[0026]
【発明の効果】上述したように、本発明の燃料電池発電
プラントの起動方法は、大型でコストの高い機器を減
らしてプラント建設コストを低減することができ、定
常運転時のブロア動力を低減して高い発電効率を維持で
き、昇温中の水分凝縮をなくして燃料電池の性能低下
を防ぐことができる、等の優れた効果を有する。As described above, the method for starting a fuel cell power plant according to the present invention can reduce large and expensive equipment, reduce plant construction costs, and reduce blower power during steady operation. High power generation efficiency can be maintained, and water condensation during temperature rise can be eliminated to prevent deterioration of fuel cell performance.
【図１】本発明の方法を適用する燃料電池発電プラント
の全体構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell power plant to which a method of the present invention is applied.
【図２】本発明の起動用燃焼器起動時の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of the startup combustor according to the present invention at the time of startup.
【図３】本発明のターボチャージャ自立運転成立時の構
成図である。FIG. 3 is a configuration diagram when the turbocharger self-sustaining operation of the present invention is established.
【図４】本発明の触媒燃焼開始時の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram at the start of catalytic combustion according to the present invention.
【図５】本発明の改質準備時の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of the present invention at the time of preparation for reforming.
【図６】本発明の改質開始時の構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of the present invention at the start of reforming.
【図７】本発明のスタンバイ条件成立時の構成図であ
る。FIG. 7 is a configuration diagram when a standby condition is satisfied according to the present invention.
【図８】従来の燃料電池発電プラントの全体構成図であ
る。FIG. 8 is an overall configuration diagram of a conventional fuel cell power plant.
１ 燃料ガス ２ アノードガス ３ カソードガス ４ アノード排ガス ５ 燃焼排ガス ６ 空気ライン ７ カソード排ガス ７ａ，７ｂ カソード排ガスライン ８ 水蒸気 １０ 改質器 １１ 燃料電池 １２ ターボチャージャ １３ａ 燃料予熱器 １６ 加熱器 １７ｃ ＣＯ2 リサイクルブロア（カソードブロア） １７ｄ 空気ブロア １８ 起動用設備 １９ 排熱回収蒸気発生装置 ２０ 触媒燃焼器 ２２ 起動用燃焼器 ２４ 起動用熱交換器 ２６ａ 加圧空気ライン ２６ｂ 加熱空気ライン ２７ａ 空気用三方弁 ２７ｂ 高温リサイクル調節弁 ２７ｃ 逆止弁付き開閉弁 ２８ａ〜２８ｄ 温度検出器1 fuel gas 2 anode gas 3 cathode gas 4 anode exhaust gas 5 a combustion exhaust gas 6 air line 7 cathode exhaust 7a, 7b cathode exhaust gas line 8 steam 10 reformer 11 fuel cell 12 turbocharger 13a fuel preheater 16 heater 17c CO 2 Recycle Blower (cathode blower) 17d Air blower 18 Starting equipment 19 Exhaust heat recovery steam generator 20 Catalytic combustor 22 Starting combustor 24 Starting heat exchanger 26a Pressurized air line 26b Heated air line 27a Three-way valve for air 27b High temperature Recycle control valve 27c On-off valve with check valve 28a-28d Temperature detector
Claims (1)
ターボチャージャ（１２）を備え、改質器で改質した燃
料ガスとターボチャージャで加圧した空気とを燃料電池
で反応させ、その排ガスでターボチャージャを駆動する
燃料電池発電プラントの起動方法であって、 ターボチャージャの上流側に設置された起動用燃焼器
（２２）と、ターボチャージャのタービン下流側に設置
された起動用熱交換器（２４）とを備え、起動用燃焼器
で燃料を燃焼させてターボチャージャを自立運転させ、
起動用熱交換器でターボチャージャの排ガスとその加圧
空気を熱交換して、加圧空気を加熱しこの加熱空気で燃
料電池発電プラントを昇温する、ことを特徴とする燃料
電池発電プラントの起動方法。1. A fuel cell comprising a reformer (10), a fuel cell (11), and a turbocharger (12), wherein fuel gas reformed by the reformer and air pressurized by the turbocharger are reacted by the fuel cell. A method for starting a fuel cell power plant that drives a turbocharger with the exhaust gas, comprising: a starter combustor (22) installed upstream of the turbocharger; and a starter combustor installed downstream of the turbine of the turbocharger. A heat exchanger (24), and the fuel is burned by the starting combustor to operate the turbocharger independently,
A heat exchanger for starting heat exchanges the exhaust gas of the turbocharger with its pressurized air, heats the pressurized air, and raises the temperature of the fuel cell power plant with the heated air. starting method.
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