JP2011141968A - Power generation system - Google Patents

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充生 豊田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To aim at improvement in power generation efficiency and a long life of a fuel cell by increasing the amount of gas to be supplied to the fuel cell without deteriorating the efficiency of a power generation system. <P>SOLUTION: The power generation system 1 has a gasifying part 10 which generates a fuel gas by reacting oxygen to carbon obtained by thermal decomposition of coal, a fuel cell which generates electric energy by moving oxygen ions generated in a cathode 201 to an anode 202, and an oxygen producing device 30 which produces oxygen to be supplied to the gasifying part 10 and the fuel cell. The fuel cell has a fuel gas passage in which the fuel gas to be supplied to the anode 202 flows and an oxygen passage in which oxygen to be supplied to the cathode flows, and the fuel gas generated in the gasifying part 10 is supplied to the fuel gas passage and oxygen produced in the oxygen producing device 30 is supplied to the oxygen passage, while the oxygen discharged from the oxygen passage without being consumed in the cathode is supplied to the gasifying part 10. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、発電システムに関する。   The present invention relates to a power generation system.

酸素を用いて石炭をガス化し燃料ガスを生成する石炭ガス化炉と、石炭ガス化炉で生成した燃料ガスを利用して発電する燃料電池とを組み合わせた発電システムが知られている。   2. Description of the Related Art There is known a power generation system that combines a coal gasification furnace that gasifies coal using oxygen to generate fuel gas and a fuel cell that generates power using the fuel gas generated in the coal gasification furnace.

この発電システムでは、例えば、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ;Molten Carbonate Fuel Cell）や固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ;Solid Oxide Fuel Cell）のような作動温度が他の燃料電池よりも高い、いわゆる高温形燃料電池が用いられる。作動温度が高いことで、発電反応の効率が高く触媒を不要にできると共に、高温の排ガスを利用してガスタービンや蒸気タービンを駆動させる複合サイクル化を容易にできる。尚、ＭＣＦＣの作動温度は約６５０度であり、ＳＯＦＣの作動温度は約１０００度である。   In this power generation system, for example, the operating temperature of a molten carbonate fuel cell (MCFC) or a solid oxide fuel cell (SOFC) is higher than that of other fuel cells. A so-called high temperature fuel cell is used. Since the operating temperature is high, the efficiency of the power generation reaction is high and a catalyst is not required, and a combined cycle for driving a gas turbine or a steam turbine using high-temperature exhaust gas can be facilitated. The MCFC operating temperature is about 650 degrees, and the SOFC operating temperature is about 1000 degrees.

ＭＣＦＣでは、カソードで酸素と二酸化炭素と電子とが反応して炭酸イオンが発生し、アノードでカソードから電解質を通って移動してきた炭酸イオンと水素とが反応して二酸化炭素及び水が発生すると共に電子が放出される。この電子が外部回路を通ってカソードに移動することで電流が発生し、電気エネルギーを得ることができる。よって、ＭＣＦＣでは、カソードガス通路に酸素及び二酸化炭素を供給し、アノードガス通路に水素を供給する必要がある。   In MCFC, oxygen, carbon dioxide, and electrons react at the cathode to generate carbonate ions, and at the anode, carbonate ions and hydrogen that have moved from the cathode through the electrolyte react to generate carbon dioxide and water. Electrons are emitted. When these electrons move to the cathode through the external circuit, a current is generated and electric energy can be obtained. Therefore, in MCFC, it is necessary to supply oxygen and carbon dioxide to the cathode gas passage and to supply hydrogen to the anode gas passage.

例えば、石炭ガス化炉とＭＣＦＣとを組み合わせた発電システムでは、石炭ガス化炉に石炭のガス化剤として酸素製造装置で製造した酸素を供給して水素を含む燃料ガスを生成し、この燃料ガスをＭＣＦＣのアノードガス通路に供給することが知られている。また、酸素製造装置で石炭ガス化炉に供給する酸素とは別に製造した酸素と、ＭＣＦＣのアノード排ガスに含まれる二酸化炭素とをＭＣＦＣのカソードガス通路に供給することが知られている（例えば特許文献１参照）。   For example, in a power generation system that combines a coal gasification furnace and an MCFC, oxygen produced by an oxygen production apparatus is supplied to the coal gasification furnace as a coal gasification agent to generate fuel gas containing hydrogen, and this fuel gas Is known to be supplied to the anode gas passage of the MCFC. It is also known to supply oxygen produced separately from oxygen supplied to the coal gasifier with an oxygen production apparatus and carbon dioxide contained in the anode exhaust gas of the MCFC to the cathode gas passage of the MCFC (for example, a patent) Reference 1).

特開２００８−２８７９４０号公報JP 2008-287940 A

ところで、前述した石炭ガス化炉と燃料電池とを組み合わせた発電システムでは、ＭＣＦＣのかわりに、より作動温度の高いＳＯＦＣを採用することが考えられる。ＳＯＦＣでは、カソードで酸素と電子とが反応して酸素イオンが発生し、アノードでカソードから電解質を通って移動してきた酸素イオンと水素とが反応して水が発生すると共に電子が放出される。つまり、ＳＯＦＣのカソードでは、酸素に依存して発電反応が生じる。   By the way, in the electric power generation system which combined the coal gasification furnace and fuel cell mentioned above, it is possible to employ | adopt SOFC with higher operating temperature instead of MCFC. In the SOFC, oxygen and electrons react with each other at the cathode to generate oxygen ions, and oxygen ions and hydrogen that have moved from the cathode through the electrolyte react with each other at the anode to generate water and discharge electrons. That is, at the SOFC cathode, a power generation reaction occurs depending on oxygen.

よって、石炭ガス化炉とＳＯＦＣとを組み合わせた発電システムでは、発電反応に関与しない二酸化炭素によって、カソードにおける酸素の反応効率が低下することを防ぐため、酸素製造装置からの酸素のみをカソードガス通路に供給することが考えられる。この場合、カソードガス通路への酸素の供給量を増やして、カソード全体で酸素を消費させることが望ましい。カソードガス通路に十分な量の酸素が供給されずに、カソードガス通路の入口と出口とで、酸素の圧力差が増大してしまうと、カソードガス通路の入口側に対する出口側のＳＯＦＣの発電量及び発熱量が低減する。これによって、ＳＯＦＣのセル電圧が低下する虞や、入口側と出口側の温度差に起因して発生する熱応力によりＳＯＦＣの寿命が短くなる虞がある。   Therefore, in a power generation system that combines a coal gasifier and SOFC, in order to prevent the reaction efficiency of oxygen at the cathode from being reduced by carbon dioxide that is not involved in the power generation reaction, only oxygen from the oxygen production device is supplied to the cathode gas passage. It is conceivable to supply In this case, it is desirable to increase the amount of oxygen supplied to the cathode gas passage to consume oxygen throughout the cathode. If a sufficient amount of oxygen is not supplied to the cathode gas passage and the pressure difference between the inlet and the outlet of the cathode gas passage increases, the amount of power generated by the SOFC on the outlet side with respect to the inlet side of the cathode gas passage And the calorific value is reduced. As a result, the cell voltage of the SOFC may decrease, or the life of the SOFC may be shortened due to thermal stress generated due to the temperature difference between the inlet side and the outlet side.

これらの不具合を防ぐべく、カソードガス通路への酸素の供給量を増やすためには、酸素製造装置での酸素の製造量を増やす必要があるが、単に製造量を増やしただけでは、酸素の製造にかかるエネルギーが余分に必要になるという問題があった。   In order to prevent these problems, in order to increase the amount of oxygen supplied to the cathode gas passage, it is necessary to increase the amount of oxygen produced in the oxygen production apparatus, but simply increasing the amount of production will produce oxygen. There was a problem that extra energy was required.

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発電システムの効率を低下させずに、燃料電池に供給するガスの量を増やし、燃料電池の発電効率の向上及び長寿命化を図る。   The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to increase the amount of gas supplied to the fuel cell without reducing the efficiency of the power generation system, and to improve the power generation efficiency of the fuel cell. Longer life.

前記課題を解決するための本発明の発電システムは、石炭の熱分解により得られた炭素に酸素を反応させて水素を含む燃料ガスを生成するガス化部と、カソードで発生した酸素イオンをアノードへ移動させることで電気エネルギーを生成する燃料電池と、前記ガス化部及び前記燃料電池に供給される酸素を製造する酸素製造装置とを有する発電システムであって、前記燃料電池は、前記アノードに供給される燃料ガスが流れる燃料ガス通路と、前記カソードに供給される酸素が流れる酸素通路とを有し、前記ガス化部で生成された燃料ガスを前記燃料ガス通路に供給すると共に、前記酸素製造装置で製造された酸素を前記酸素通路に供給し、前記カソードで消費されずに前記酸素通路から排出された酸素を前記ガス化部に供給することを特徴とする。   The power generation system of the present invention for solving the above problems includes a gasification unit for generating fuel gas containing hydrogen by reacting oxygen with carbon obtained by pyrolysis of coal, and oxygen ions generated at a cathode as an anode. A power generation system having a fuel cell that generates electric energy by being moved to and an oxygen production device that produces oxygen supplied to the gasification unit and the fuel cell, the fuel cell being connected to the anode A fuel gas passage through which supplied fuel gas flows; and an oxygen passage through which oxygen supplied to the cathode flows, and the fuel gas generated in the gasification section is supplied to the fuel gas passage, and the oxygen Oxygen produced by a production apparatus is supplied to the oxygen passage, and oxygen discharged from the oxygen passage without being consumed by the cathode is supplied to the gasification section. To.

この発電システムでは、ガス化部において石炭を燃料ガスにガス化するための酸素と、燃料電池のカソードで発電反応させるための酸素とを酸素製造装置で製造し、これらの酸素を燃料電池の酸素通路に供給する。そして、燃料電池のカソードで消費されずに酸素通路から排出された酸素をガス化部に供給する。これによって、酸素製造装置で製造する酸素の合計量を増やすことなく、燃料電池の酸素通路への酸素供給量を、ガス化部に供給する酸素の分増やすことができる。このため、酸素通路の入口側と出口側に生じる酸素の圧力差を低減することができる。その結果、燃料電池のセル電圧の低下や、熱応力の発生を抑制でき、燃料電池の発電効率を向上させること及び燃料電池を長寿命化することができる。   In this power generation system, oxygen for gasifying coal into fuel gas in the gasification section and oxygen for causing a power generation reaction at the cathode of the fuel cell are produced by an oxygen production apparatus, and these oxygens are produced by oxygen in the fuel cell. Supply to the aisle. Then, oxygen discharged from the oxygen passage without being consumed at the cathode of the fuel cell is supplied to the gasification unit. Thus, the oxygen supply amount to the oxygen passage of the fuel cell can be increased by the amount of oxygen supplied to the gasification unit without increasing the total amount of oxygen produced by the oxygen production apparatus. For this reason, the pressure difference of the oxygen which arises in the entrance side and exit side of an oxygen passage can be reduced. As a result, a decrease in the cell voltage of the fuel cell and generation of thermal stress can be suppressed, the power generation efficiency of the fuel cell can be improved, and the life of the fuel cell can be extended.

また、ガス化部に供給する酸素の分だけ酸素通路に流れる酸素の量を増やすことができるため、発電反応に伴って燃料電池に発生する熱を、酸素通路に流れる酸素によって燃料電池の外部に効率よく搬送して燃料電池を冷却することができる。これによって、燃料電池を作動温度に効率よく維持することができ、燃料電池の発電効率を高め、発電システムの効率を向上させることができる。   Further, since the amount of oxygen flowing through the oxygen passage can be increased by the amount of oxygen supplied to the gasification unit, the heat generated in the fuel cell due to the power generation reaction is transferred to the outside of the fuel cell by the oxygen flowing through the oxygen passage. It can be efficiently transported to cool the fuel cell. As a result, the fuel cell can be efficiently maintained at the operating temperature, the power generation efficiency of the fuel cell can be increased, and the efficiency of the power generation system can be improved.

かかる発電システムにおいて、前記アノードで消費されずに前記燃料ガス通路から排出された燃料ガスに含まれる水素と前記酸素通路から排出された酸素とを燃焼反応させる燃焼器と、前記燃焼器に供給される前記酸素及び前記水素の混合比を調整する調整器と、前記燃焼器での燃焼反応によって生成された燃焼排ガスを冷却して前記水蒸気を水とし、前記二酸化炭素から分離する分離部とを備えることが好ましい。
この発電システムでは、燃料電池のアノードで消費されずに燃料ガス通路から排出される燃料ガスに含まれる水素と、燃料電池のカソードで消費されずに酸素ガス通路から排出される酸素とを燃焼器によって燃焼反応させることができる。この際、例えば、水素と酸素とが過不足なく燃焼反応するように、燃焼器に供給する酸素の量を調整器によって調整することで、燃焼器から排出される燃焼排ガスの成分を水蒸気及び二酸化炭素とすることができる。これによって、分離部では、水蒸気が水となるまで燃焼排ガスを冷却することにより、水と二酸化炭素とを気液分離できるため、二酸化炭素の回収装置等を別に設置することなく石炭ガス化炉で生成された燃料ガスに含まれる二酸化炭素を回収することができる。 In such a power generation system, a combustor that combusts and reacts hydrogen contained in the fuel gas discharged from the fuel gas passage without being consumed by the anode and oxygen discharged from the oxygen passage, and is supplied to the combustor. A regulator that adjusts the mixing ratio of the oxygen and the hydrogen, and a separation unit that cools the combustion exhaust gas generated by the combustion reaction in the combustor to convert the water vapor into water and separates it from the carbon dioxide. It is preferable.
In this power generation system, a combustor combines hydrogen contained in the fuel gas discharged from the fuel gas passage without being consumed at the anode of the fuel cell and oxygen discharged from the oxygen gas passage without being consumed at the cathode of the fuel cell. The combustion reaction can be performed. At this time, for example, by adjusting the amount of oxygen supplied to the combustor with a regulator so that hydrogen and oxygen undergo a combustion reaction without excess or deficiency, the components of the combustion exhaust gas discharged from the combustor are changed to steam and dioxide. It can be carbon. As a result, in the separation part, water and carbon dioxide can be separated into gas and liquid by cooling the combustion exhaust gas until the water vapor becomes water, so that a coal gasifier can be used without installing a separate carbon dioxide recovery device. Carbon dioxide contained in the produced fuel gas can be recovered.

かかる発電システムにおいて、水蒸気から動力を得る蒸気タービンを更に備え、前記分離部は、前記燃焼排ガスと冷却水とを熱交換することで、前記水蒸気を水にすると共に前記冷却水を動力水蒸気とする排熱回収ボイラを備え、前記動力水蒸気を前記蒸気タービンに供給することが好ましい。
この発電システムでは、燃焼器から排出される燃焼排ガスと冷却水とを排熱回収ボイラで熱交換させることによって、燃焼排ガスを冷却できると共に、冷却水を動力水蒸気とすることができる。この動力水蒸気によって蒸気タービンを駆動して発電できるため、発電システムの発電効率を向上させることができる。 The power generation system further includes a steam turbine that obtains power from water vapor, and the separation unit exchanges heat between the combustion exhaust gas and the cooling water, thereby changing the water vapor into water and using the cooling water as power water vapor. It is preferable to provide an exhaust heat recovery boiler and supply the power steam to the steam turbine.
In this power generation system, the combustion exhaust gas discharged from the combustor and the cooling water are heat-exchanged by the exhaust heat recovery boiler, whereby the combustion exhaust gas can be cooled and the cooling water can be used as power steam. Since power can be generated by driving the steam turbine with this power steam, the power generation efficiency of the power generation system can be improved.

かかる発電システムにおいて、前記燃焼排ガスから動力を得るガスタービンを更に備え、前記ガスタービンで動力が回収された後の前記燃焼排ガスを、前記分離部に供給することが好ましい。
この発電システムでは、燃焼排ガスによってガスタービンを駆動して発電できると共に、動力水蒸気で蒸気タービンを駆動して発電できる。よって、発電システムの発電効率をより向上させることができる。 In such a power generation system, it is preferable to further include a gas turbine that obtains power from the combustion exhaust gas, and to supply the combustion exhaust gas after the power is recovered by the gas turbine to the separation unit.
In this power generation system, power can be generated by driving a gas turbine with combustion exhaust gas, and power can be generated by driving a steam turbine with power steam. Therefore, the power generation efficiency of the power generation system can be further improved.

かかる発電システムにおいて、前記燃料電池は固体酸化物形燃料電池であり、前記固体酸化物形燃料電池の前記酸素通路に供給される前の酸素を、前記酸素通路から排出された酸素の排熱によって加熱する熱交換器を備え、前記熱交換器で加熱された酸素に、前記酸素通路から排出された酸素の一部を混合して前記酸素通路に供給することが好ましい。
この発電システムでは、約１０００度で作動する固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の酸素通路から排出され、例えば作動温度となっている酸素と、ＳＯＦＣの酸素通路に供給する前の酸素とを熱交換器によって熱交換させ、ＳＯＦＣに供給する前の酸素を加熱することができる。そして、この加熱された酸素にＳＯＦＣの酸素通路から排出された酸素の一部を混合することで、更にＳＯＦＣの作動温度に近づくように温度を上昇させた酸素を酸素通路に供給することができる。これによって、ＳＯＦＣの酸素通路から排出された酸素の排熱を利用して、加熱された酸素をＳＯＦＣに供給することができるため、ＳＯＦＣの発電効率を高め、発電システムの発電効率を向上させることができる。 In such a power generation system, the fuel cell is a solid oxide fuel cell, and oxygen before being supplied to the oxygen passage of the solid oxide fuel cell is obtained by exhaust heat of oxygen discharged from the oxygen passage. It is preferable that a heat exchanger to be heated is provided, and a part of oxygen discharged from the oxygen passage is mixed with oxygen heated by the heat exchanger and supplied to the oxygen passage.
In this power generation system, oxygen discharged from an oxygen passage of a solid oxide fuel cell (SOFC) operating at about 1000 degrees, for example, operating temperature and oxygen before being supplied to the SOFC oxygen passage are heated. Heat can be exchanged by the exchanger and the oxygen before being supplied to the SOFC can be heated. Then, by mixing a part of the oxygen discharged from the oxygen passage of the SOFC with the heated oxygen, it is possible to supply oxygen whose temperature has been increased to approach the operating temperature of the SOFC to the oxygen passage. . This makes it possible to supply the heated oxygen to the SOFC using the exhaust heat of the oxygen discharged from the SOFC oxygen passage, so that the power generation efficiency of the power generation system can be improved by increasing the power generation efficiency of the SOFC. Can do.

本発明によれば、発電システムの効率を低下させずに、燃料電池に供給するガスの量を増やし、燃料電池の発電効率の向上及び長寿命化を図ることができる。   According to the present invention, it is possible to increase the amount of gas supplied to the fuel cell without reducing the efficiency of the power generation system, thereby improving the power generation efficiency of the fuel cell and extending its life.

本実施形態に係る発電システムの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the electric power generation system which concerns on this embodiment. 燃料電池の発電反応を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the electric power generation reaction of a fuel cell.

===発電システムについて===
以下、図１及び図２を参照しつつ、本発明の実施形態に係る発電システム１について説明する。図１は、本実施形態に係る発電システム１の構成例を示すブロック図である。図２は、図１に示す発電システム１に備えられた固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）２００の発電反応について説明するための模式図である。 === About power generation system ===
Hereinafter, the power generation system 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a power generation system 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the power generation reaction of the solid oxide fuel cell (SOFC) 200 provided in the power generation system 1 shown in FIG.

発電システム１は、ガス化部１０と、ＳＯＦＣ２００を有する第１発電部２０と、酸素製造装置３０とを備えている。そして、ＳＯＦＣ２００の有するアノードガス通路（燃料ガス通路）２０５にガス化部１０で生成された燃料ガスが供給され、ＳＯＦＣ２００の有するカソードガス通路（酸素通路）２０４に酸素製造装置３０で製造された酸素が供給される。また、後述するようにカソードガス通路２０４からカソード排ガスとして排出された酸素がガス化部１０に供給される。   The power generation system 1 includes a gasification unit 10, a first power generation unit 20 having a SOFC 200, and an oxygen production apparatus 30. The fuel gas generated in the gasification unit 10 is supplied to the anode gas passage (fuel gas passage) 205 of the SOFC 200, and the oxygen produced by the oxygen production apparatus 30 to the cathode gas passage (oxygen passage) 204 of the SOFC 200. Is supplied. Further, as will be described later, oxygen discharged as cathode exhaust gas from the cathode gas passage 204 is supplied to the gasification unit 10.

更に、発電システム１は、後述する第１発電部２０の燃焼器２４０から排出される燃焼排ガスを利用して発電する第２発電部４０と、第２発電部４０で動力が回収された燃焼排ガスを利用して動力水蒸気を発生させると共に、この燃焼排ガスから二酸化炭素を分離する分離部５０と、分離部５０で発生させた動力水蒸気を利用して発電する第３発電部６０とを備えている。   Furthermore, the power generation system 1 includes a second power generation unit 40 that generates power using combustion exhaust gas discharged from a combustor 240 of the first power generation unit 20 described later, and a combustion exhaust gas from which power is recovered by the second power generation unit 40. Is used to generate power steam, and a separation unit 50 that separates carbon dioxide from the combustion exhaust gas and a third power generation unit 60 that generates power using the power steam generated by the separation unit 50 are provided. .

以下、発電システム１の各構成について夫々説明する。   Hereinafter, each configuration of the power generation system 1 will be described.

<<<酸素製造装置>>>
酸素製造装置３０は、空気から酸素を製造する装置であり、例えば、二酸化炭素及び水分を吸着除去した空気を酸素及び窒素が液化するまで冷却した後、酸素が液体の状態を維持し、窒素が気体となるまで温度を上昇させることで、空気から酸素を分離する。これによって、酸素製造装置３０は、石炭ガス化炉１００で石炭のガス化剤として消費する酸素の量と、ＳＯＦＣ２００のカソード２０１で発電反応に消費する酸素の量とを合わせた量以上の酸素を製造する。酸素製造装置３０で製造した酸素の全量は、第１発電部２０の熱交換器２２０を介してＳＯＦＣ２００のカソードガス通路２０４に供給される。尚、この酸素製造装置３０では、酸素が圧縮された状態で得られるため、加圧された酸素を第１発電部２０に効率よく搬送でき、発電システム１の効率を向上させることができる。 <<< Oxygen production equipment >>>
The oxygen production apparatus 30 is an apparatus that produces oxygen from air. For example, after cooling the air from which carbon dioxide and moisture are adsorbed and removed until the oxygen and nitrogen are liquefied, the oxygen is maintained in a liquid state, and the nitrogen is Oxygen is separated from the air by raising the temperature until it becomes a gas. As a result, the oxygen production apparatus 30 has more oxygen than the total amount of oxygen consumed as a coal gasification agent in the coal gasification furnace 100 and the amount of oxygen consumed in the power generation reaction at the cathode 201 of the SOFC 200. To manufacture. The total amount of oxygen produced by the oxygen production apparatus 30 is supplied to the cathode gas passage 204 of the SOFC 200 via the heat exchanger 220 of the first power generation unit 20. In this oxygen production apparatus 30, since oxygen is obtained in a compressed state, the pressurized oxygen can be efficiently conveyed to the first power generation unit 20, and the efficiency of the power generation system 1 can be improved.

<<<ガス化部>>>
ガス化部１０には、石炭と酸素とが供給され、石炭の熱分解により得られた炭素に酸素を反応させることで、燃料ガスを生成する。また、ガス化部１０で炭素と反応させる酸素としては、第１発電部２０のＳＯＦＣ２００からカソード排ガスとして排出されたものが用いられる。このガス化部１０は、石炭ガス化炉１００と、水蒸気発生部１１０と、脱塵装置１２０と、脱硫装置１３０と、シフト反応器１４０とを備えている。 <<< Gasification Department >>>
The gasification unit 10 is supplied with coal and oxygen, and generates fuel gas by reacting oxygen with carbon obtained by thermal decomposition of coal. Further, as oxygen to be reacted with carbon in the gasification unit 10, oxygen exhausted as cathode exhaust gas from the SOFC 200 of the first power generation unit 20 is used. The gasification unit 10 includes a coal gasification furnace 100, a steam generation unit 110, a dust removing device 120, a desulfurization device 130, and a shift reactor 140.

石炭ガス化炉１００では、例えば、石炭を熱分解して得られた炭素に酸素を反応させることや、石炭を酸素で不完全燃焼させること（部分酸化）によって、水素、一酸化炭素、二酸化炭素等を含む中間燃料ガスを生成する。   In the coal gasification furnace 100, for example, hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide is obtained by reacting oxygen with carbon obtained by pyrolyzing coal, or by incompletely burning coal with oxygen (partial oxidation). The intermediate fuel gas containing etc. is produced | generated.

水蒸気発生部１１０は、ガス冷却器１１１と、復水器１１２とを備えている。ガス冷却器１１１は、復水器１１２から供給される冷却水と、中間燃料ガスとを熱交換させることで、中間燃料ガスを冷却すると共に、冷却水を水蒸気に変化させる。尚、ガス冷却器１１１で発生させた水蒸気は、一部がシフト反応器１４０へ供給され、残りが第３発電部６０に供給される。復水器１１２は、第３発電部６０で使用された水蒸気を回収して液体の冷却水に変化させ、再度ガス冷却器１１１へ供給する。つまり、水蒸気発生部１１０では、水が液体及び気体に変化しながらガス冷却器１１１及び復水器１１２を循環している。   The steam generator 110 includes a gas cooler 111 and a condenser 112. The gas cooler 111 heat-exchanges the cooling water supplied from the condenser 112 and the intermediate fuel gas, thereby cooling the intermediate fuel gas and changing the cooling water into water vapor. A part of the steam generated by the gas cooler 111 is supplied to the shift reactor 140 and the rest is supplied to the third power generation unit 60. The condenser 112 collects the water vapor used in the third power generation unit 60, changes it into liquid cooling water, and supplies it to the gas cooler 111 again. That is, in the water vapor generation unit 110, the water is circulated through the gas cooler 111 and the condenser 112 while changing the water into a liquid and a gas.

脱塵装置１２０は、例えばポーラスフィルタを備え、このポーラスフィルタにガス冷却器１１１で冷却された中間燃料ガスを通過させることによって、中間燃料ガスに含まれる固形の不純物を除去する。脱硫装置１３０は、例えば、脱塵装置１２０から排出された中間燃料ガスと、石灰水や炭酸カルシウム等の硫黄吸収剤とを接触させて、中間燃料ガスに含まれる硫黄成分を除去する。   The dust removing device 120 includes, for example, a porous filter, and removes solid impurities contained in the intermediate fuel gas by passing the intermediate fuel gas cooled by the gas cooler 111 through the porous filter. For example, the desulfurization device 130 makes the intermediate fuel gas discharged from the dust removal device 120 come into contact with a sulfur absorbent such as lime water or calcium carbonate to remove sulfur components contained in the intermediate fuel gas.

シフト反応器１４０は、脱硫装置１３０から排出された中間燃料ガスに含まれる一酸化炭素を減少させ、水素を増加させるように、中間燃料ガスの組成を変化させて燃料ガスを生成する。具体的には、次式に示すように、中間燃料ガス中の一酸化炭素と、水蒸気発生部１１０から供給される水蒸気とをシフト反応させて、二酸化炭素及び水素を発生させる。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２
尚、シフト反応器１４０から排出される燃料ガスは、第１発電部２０のＳＯＦＣ２００のアノードガス通路２０５に供給される。 The shift reactor 140 generates fuel gas by changing the composition of the intermediate fuel gas so as to reduce carbon monoxide contained in the intermediate fuel gas discharged from the desulfurization apparatus 130 and increase hydrogen. Specifically, as shown in the following equation, carbon monoxide in the intermediate fuel gas and water vapor supplied from the water vapor generating unit 110 are subjected to a shift reaction to generate carbon dioxide and hydrogen.
CO + H 2 O → CO 2 + H 2
The fuel gas discharged from the shift reactor 140 is supplied to the anode gas passage 205 of the SOFC 200 of the first power generation unit 20.

<<<第１発電部>>>
第１発電部２０は、ＳＯＦＣ２００と、圧力容器２１０と、熱交換器２２０と、酸素ブロワ２３０と、燃焼器２４０と、調整器２５０とを備えている。 <<< First power generation unit >>>
The first power generation unit 20 includes an SOFC 200, a pressure vessel 210, a heat exchanger 220, an oxygen blower 230, a combustor 240, and a regulator 250.

熱交換器２２０は、酸素製造装置３０で製造された酸素と、ＳＯＦＣ２００からカソード排ガスとして排出された酸素とを熱交換させる。このカソード排ガスは、ＳＯＦＣ２００の作動温度（以下単に作動温度と称する）と同程度の約７００度〜約１０００度となっている。このため、酸素製造装置３０で製造され、カソードガス通路２０４に供給される前の酸素を熱交換器２２０によって加熱することで、作動温度に近づけることができる。これによって、ＳＯＦＣ２００の発電効率を高めることができ、発電システム１の発電効率を向上させることができる。尚、熱交換器２２０で排熱が回収されたカソード排ガスは、ガス化部１０の石炭ガス化炉１００に石炭のガス化剤として供給される。   The heat exchanger 220 exchanges heat between oxygen produced by the oxygen production apparatus 30 and oxygen discharged from the SOFC 200 as cathode exhaust gas. This cathode exhaust gas is about 700 degrees to about 1000 degrees, which is the same as the operating temperature of the SOFC 200 (hereinafter simply referred to as the operating temperature). For this reason, it is possible to approach the operating temperature by heating the oxygen before being supplied to the cathode gas passage 204 by the heat exchanger 220, which is manufactured by the oxygen manufacturing apparatus 30. Thereby, the power generation efficiency of the SOFC 200 can be increased, and the power generation efficiency of the power generation system 1 can be improved. The cathode exhaust gas from which the exhaust heat is recovered by the heat exchanger 220 is supplied to the coal gasification furnace 100 of the gasification unit 10 as a coal gasification agent.

ＳＯＦＣ２００は、作動温度において、ガス化部１０で生成された燃料ガス及び酸素製造装置３０で製造された酸素を発電反応させて発電する。尚、ＳＯＦＣ２００は、この発電反応の効率を高めて発電効率を高めるべく、加圧された状態の燃料ガス及び酸素が供給され加圧運転を行う。   The SOFC 200 generates electricity by causing a power generation reaction between the fuel gas generated by the gasification unit 10 and the oxygen produced by the oxygen production apparatus 30 at the operating temperature. Note that the SOFC 200 performs a pressurization operation by supplying pressurized fuel gas and oxygen in order to increase the efficiency of the power generation reaction and increase the power generation efficiency.

このＳＯＦＣ２００は、図２に示すように、カソード２０１と、アノード２０２と、電解質２０３と、カソードガス通路２０４と、アノードガス通路２０５とを有している。そして、カソード２０１とアノード２０２との間は、ＳＯＦＣ２００で得られる電力を消費する負荷２０７を介して、外部回路２０６により接続されている。   The SOFC 200 includes a cathode 201, an anode 202, an electrolyte 203, a cathode gas passage 204, and an anode gas passage 205 as shown in FIG. The cathode 201 and the anode 202 are connected by an external circuit 206 via a load 207 that consumes power obtained by the SOFC 200.

カソードガス通路２０４には、熱交換器２２０で加熱された酸素が供給される。カソードガス通路２０４に供給された酸素は、カソード２０１に供給されながら、カソードガス通路２０４の入口から出口に向かって流れる。   The cathode gas passage 204 is supplied with oxygen heated by the heat exchanger 220. The oxygen supplied to the cathode gas passage 204 flows from the inlet to the outlet of the cathode gas passage 204 while being supplied to the cathode 201.

カソード２０１は、例えば、ランタンストロンチウムマンガナイト（ＬａＳｒＭｎＯ３）等の多孔質セラミックスからなる。このカソード２０１では、カソードガス通路２０４から供給される酸素（Ｏ２）と、外部回路２０６から供給される電子（２ｅ−）とが反応して、酸素イオン（Ｏ２−）が発生する。このカソード２０１での発電反応に消費されなかった酸素は、カソードガス通路２０４からカソード排ガスとして排出される。尚、カソードガス通路２０４には、前述したように酸素製造装置３０で製造された酸素の全量が供給されるため、カソードガス通路２０４からは、石炭ガス化炉１００で石炭をガス化するのに必要な量を超える量の酸素がカソード排ガスとして排出される。 The cathode 201 is made of a porous ceramic such as lanthanum strontium manganite (LaSrMnO 3 ), for example. In the cathode 201, oxygen (O 2 ) supplied from the cathode gas passage 204 and electrons (2e − ) supplied from the external circuit 206 react to generate oxygen ions (O 2− ). Oxygen that has not been consumed in the power generation reaction at the cathode 201 is discharged from the cathode gas passage 204 as cathode exhaust gas. Since the cathode gas passage 204 is supplied with the entire amount of oxygen produced by the oxygen production apparatus 30 as described above, the cathode gas passage 204 is used for gasifying coal in the coal gasification furnace 100. Excess amount of oxygen is discharged as cathode exhaust gas.

このカソード排ガスは、例えば作動温度となっており、一部が調整器２５０を介して燃焼器２４０に供給される。また、残りのカソード排ガスは、酸素ブロワ２３０によって送風され、一部がカソードガス通路２０４に供給される前の酸素に混合される。これによって、より作動温度に近い温度の酸素をカソードガス通路２０４に供給することができ、ＳＯＦＣ２００の発電効率を高め、発電システム１の発電効率を向上させることができる。酸素ブロワ２３０で送風される残りのカソード排ガスは、熱交換器２２０を介してガス化部１０の石炭ガス化炉１００に供給される。   The cathode exhaust gas has an operating temperature, for example, and a part thereof is supplied to the combustor 240 via the regulator 250. Further, the remaining cathode exhaust gas is blown by the oxygen blower 230, and a part thereof is mixed with oxygen before being supplied to the cathode gas passage 204. As a result, oxygen at a temperature closer to the operating temperature can be supplied to the cathode gas passage 204, so that the power generation efficiency of the SOFC 200 can be increased and the power generation efficiency of the power generation system 1 can be improved. The remaining cathode exhaust gas blown by the oxygen blower 230 is supplied to the coal gasification furnace 100 of the gasification unit 10 via the heat exchanger 220.

電解質２０３は、例えば、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ；ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３）等の酸素イオン導電性セラミックスからなり、カソード２０１で発生させた酸素イオンをアノード２０２に移動させる。 The electrolyte 203 is made of, for example, oxygen ion conductive ceramics such as yttria stabilized zirconia (YSZ; ZrO 2 —Y 2 O 3 ), and moves oxygen ions generated at the cathode 201 to the anode 202.

アノードガス通路２０５には、シフト反応器１４０から燃料ガスが供給される。アノードガス通路２０５に供給された燃料ガスは、アノード２０２に供給されながら、アノードガス通路２０５の入口から出口に向かって流れる。   Fuel gas is supplied to the anode gas passage 205 from the shift reactor 140. The fuel gas supplied to the anode gas passage 205 flows from the inlet to the outlet of the anode gas passage 205 while being supplied to the anode 202.

アノード２０２は、例えば、ニッケル−イットリア安定化ジルコニア（Ｎｉ−ＹＳＺ）等の多孔質セラミックスからなる。このアノード２０２では、アノードガス通路２０５から供給された燃料ガス中の水素（Ｈ２）と、電解質２０３を介してカソード２０１から移動してきた酸素イオンとが反応して、水蒸気（Ｈ２Ｏ）が発生し、同時に電子（２ｅ−）が放出される。放出された電子は、外部回路２０６を通ってカソード２０１に移動し、これが繰り返されることで電気が発生する。尚、アノード２０２で発生した水蒸気と、アノード２０２での発電反応に消費されなかった燃料ガスとは、アノードガス通路２０５からアノード排ガスとして排出される。このアノード排ガスは、例えば作動温度を有し、燃焼器２４０に供給される。 The anode 202 is made of a porous ceramic such as nickel-yttria stabilized zirconia (Ni-YSZ). In the anode 202, hydrogen (H 2 ) in the fuel gas supplied from the anode gas passage 205 reacts with oxygen ions that have moved from the cathode 201 via the electrolyte 203 to generate water vapor (H 2 O). At the same time, electrons (2e − ) are emitted. The emitted electrons move to the cathode 201 through the external circuit 206, and electricity is generated by repeating this. The water vapor generated at the anode 202 and the fuel gas that has not been consumed in the power generation reaction at the anode 202 are discharged from the anode gas passage 205 as anode exhaust gas. The anode exhaust gas has an operating temperature, for example, and is supplied to the combustor 240.

圧力容器２１０は、ＳＯＦＣ２００を収容し、内部が例えば窒素等の不活性ガスによって、ＳＯＦＣ２００に供給される燃料ガス及び酸素の圧力と同程度若しくはこの圧力よりも高い圧力に昇圧されている。これによって、ＳＯＦＣ２００の内部から外部へ燃料ガス等がリークすることを防止できるため、ＳＯＦＣ２００を効率よく加圧運転でき、発電効率を高めることができる。尚、圧力容器２１０内は、例えば、酸素製造装置３０で酸素を製造する際に副生される窒素によって昇圧してもよい。これによって、発電システム１の効率を向上させることができる。   The pressure vessel 210 accommodates the SOFC 200, and the inside thereof is pressurized to an approximately equal or higher pressure than that of the fuel gas and oxygen supplied to the SOFC 200 by an inert gas such as nitrogen. This can prevent fuel gas and the like from leaking from the inside of the SOFC 200 to the outside, so that the SOFC 200 can be efficiently pressurized and power generation efficiency can be increased. The pressure in the pressure vessel 210 may be increased by, for example, nitrogen produced as a by-product when oxygen is produced by the oxygen production apparatus 30. Thereby, the efficiency of the power generation system 1 can be improved.

酸素ブロワ２３０は、前述したようにカソード排ガスを搬送して、カソード通路２０４に供給される前の酸素に混合すると共に熱交換器２２０に供給する。   As described above, the oxygen blower 230 conveys the cathode exhaust gas, mixes it with oxygen before being supplied to the cathode passage 204, and supplies it to the heat exchanger 220.

燃焼器２４０は、カソード排ガスとアノード排ガス中の燃料ガスとを燃焼反応させて、燃焼排ガスを排出する。調整器２５０は、流量調整弁等からなり、燃焼器２４０に供給するカソード排ガスの量を調整する。例えば調整器２５０は、燃焼器２４０の燃焼反応でカソード排ガスとアノード排ガス中の水素とが過不足なく反応して全て水蒸気に変化するように、燃焼器２４０に供給されるカソード排ガスとアノード排ガスとの混合比を調整する。これによって、燃焼器２４０から排出される燃焼排ガスの成分は、水蒸気及び二酸化炭素となる。この燃焼排ガスは、第２発電部４０に供給される。   The combustor 240 causes a combustion reaction between the cathode exhaust gas and the fuel gas in the anode exhaust gas to discharge the combustion exhaust gas. The adjuster 250 includes a flow rate adjusting valve and adjusts the amount of cathode exhaust gas supplied to the combustor 240. For example, the regulator 250 is configured so that the cathode exhaust gas and the anode exhaust gas supplied to the combustor 240 are converted into water vapor so that the cathode exhaust gas and the hydrogen in the anode exhaust gas react with each other without change due to the combustion reaction of the combustor 240. Adjust the mixing ratio. Thereby, the components of the combustion exhaust gas discharged from the combustor 240 are water vapor and carbon dioxide. This combustion exhaust gas is supplied to the second power generation unit 40.

<<<第２発電部>>>
第２発電部４０は、第１発電部２０から供給される燃焼排ガスを利用して発電する。この第２発電部４０は、例えば同一の回転軸に接続された、ガスタービン４１及び発電機４２を備えている。ガスタービン４１は、燃焼排ガスが供給されることによって回転軸を回転させる。発電機４２は、ガスタービン４１が回転軸を回転させることによって発電する。尚、ガスタービン４１を駆動することで動力が回収された燃焼排ガスは、分離部５０に供給される。 <<< Second power generation section >>>
The second power generation unit 40 generates power using the combustion exhaust gas supplied from the first power generation unit 20. This 2nd electric power generation part 40 is provided with the gas turbine 41 and the generator 42 which were connected to the same rotating shaft, for example. The gas turbine 41 rotates the rotating shaft when the combustion exhaust gas is supplied. The generator 42 generates power when the gas turbine 41 rotates the rotation shaft. The combustion exhaust gas whose power is recovered by driving the gas turbine 41 is supplied to the separation unit 50.

<<<分離部>>>
分離部５０は、第２発電部４０から供給される燃焼排ガスを水と二酸化炭素とに分離すると共に、この燃焼排ガスの排熱を利用して第３発電部６０の有する蒸気タービン６１用の動力水蒸気を発生させる。分離部５０は、排熱回収ボイラ５１と、気水分離器５２と、循環ポンプ５３とを備えている。 <<< Separator >>>
The separation unit 50 separates the combustion exhaust gas supplied from the second power generation unit 40 into water and carbon dioxide, and uses the exhaust heat of the combustion exhaust gas to power the steam turbine 61 included in the third power generation unit 60. Generate water vapor. The separation unit 50 includes an exhaust heat recovery boiler 51, a steam / water separator 52, and a circulation pump 53.

排熱回収ボイラ５１は、ガスタービン４１から排出された燃焼排ガスと、循環ポンプ５３によって供給される冷却水とを熱交換させることで、燃焼排ガスを冷却して燃焼排ガス中の水蒸気を水とすると共に、冷却水を加熱して動力水蒸気とする。排熱回収ボイラ５１で発生した動力水蒸気は、第３発電部６０に供給される。また、排熱回収ボイラ５１で冷却された燃焼排ガスは、気水分離器５２に供給される。   The exhaust heat recovery boiler 51 heat-exchanges the combustion exhaust gas discharged from the gas turbine 41 and the cooling water supplied by the circulation pump 53, thereby cooling the combustion exhaust gas and using water vapor in the combustion exhaust gas as water. At the same time, the cooling water is heated to power steam. Power steam generated in the exhaust heat recovery boiler 51 is supplied to the third power generation unit 60. Further, the combustion exhaust gas cooled by the exhaust heat recovery boiler 51 is supplied to the steam separator 52.

気水分離器５２は、排熱回収ボイラ５１で冷却された燃焼排ガスを水と二酸化炭素とに分離する。尚、気水分離器５２で分離された二酸化炭素は回収される。また、気水分離器５２で分離された水は、ガスタービン４１から排出された燃焼排ガスを冷却する冷却水として、循環ポンプ５３により排熱回収ボイラ５１に供給される。   The steam separator 52 separates the combustion exhaust gas cooled by the exhaust heat recovery boiler 51 into water and carbon dioxide. The carbon dioxide separated by the steam separator 52 is recovered. The water separated by the steam separator 52 is supplied to the exhaust heat recovery boiler 51 by the circulation pump 53 as cooling water for cooling the combustion exhaust gas discharged from the gas turbine 41.

循環ポンプ５３は、気水分離器５２から排出される水と、後述する第３発電部６０の復水器６４から排出される水とを排熱回収ボイラ５１に冷却水として供給する。   The circulation pump 53 supplies water discharged from the steam separator 52 and water discharged from a condenser 64 of the third power generation unit 60 described later to the exhaust heat recovery boiler 51 as cooling water.

<<<第３発電部>>>
第３発電部６０は、分離部５０で発生させた動力水蒸気と、ガス化部１０のガス冷却器１１１で発生させた水蒸気とを用いて発電する。この第３発電部６０は、蒸気タービン６１、６２と、発電機６３と、復水器６４とを備えている。 <<< Third power generation section >>>
The third power generation unit 60 generates power using the power steam generated by the separation unit 50 and the steam generated by the gas cooler 111 of the gasification unit 10. The third power generation unit 60 includes steam turbines 61 and 62, a generator 63, and a condenser 64.

蒸気タービン６１は、例えば蒸気タービン６２及び発電機６３と同一の回転軸に接続され、排熱回収ボイラ５１から供給される動力水蒸気によって回転軸を回転させる。尚、蒸気タービン６１を駆動した後の動力水蒸気は、復水器６４に供給される。   The steam turbine 61 is connected to the same rotating shaft as the steam turbine 62 and the generator 63, for example, and rotates the rotating shaft by power steam supplied from the exhaust heat recovery boiler 51. The power steam after driving the steam turbine 61 is supplied to the condenser 64.

蒸気タービン６２は、ガス冷却器１１１から供給される水蒸気によって回転軸を回転させる。尚、蒸気タービン６２を駆動した後の水蒸気は、ガス化部１０の復水器１１２に供給される。発電機６３は、蒸気タービン６１、６２が回転軸を回転させることで発電する。   The steam turbine 62 rotates the rotation shaft by the steam supplied from the gas cooler 111. The steam after driving the steam turbine 62 is supplied to the condenser 112 of the gasification unit 10. The generator 63 generates electric power when the steam turbines 61 and 62 rotate the rotation shaft.

復水器６４は、蒸気タービン６１から供給された動力水蒸気を液体の水に変化させる。復水器６４から排出された水は、分離部５０の気水分離器５２から排出された水に混合され、前述したように、ガスタービン４１から排出された燃焼排ガスを冷却する冷却水として、循環ポンプ５３により排熱回収ボイラ５１に供給される。   The condenser 64 changes the power steam supplied from the steam turbine 61 into liquid water. The water discharged from the condenser 64 is mixed with the water discharged from the steam separator 52 of the separation unit 50, and as described above, as cooling water for cooling the combustion exhaust gas discharged from the gas turbine 41, The exhaust heat recovery boiler 51 is supplied by a circulation pump 53.

以上説明したように、本実施形態に係る発電システム１では、石炭ガス化炉１００で石炭のガス化に消費する酸素及びＳＯＦＣ２００で発電反応に消費する酸素の合計量以上を酸素製造装置３０で製造し、カソードガス通路２０４に供給する。そして、カソード２０１での発電反応に消費されずに、カソードガス通路２０４からカソード排ガスとして排出される酸素を石炭ガス化炉１００に供給して石炭のガス化剤とする。   As described above, in the power generation system 1 according to this embodiment, the oxygen production apparatus 30 produces more than the total amount of oxygen consumed for coal gasification in the coal gasification furnace 100 and oxygen consumed for power generation reaction in the SOFC 200. And supplied to the cathode gas passage 204. Then, oxygen that is discharged as cathode exhaust gas from the cathode gas passage 204 without being consumed in the power generation reaction at the cathode 201 is supplied to the coal gasification furnace 100 to be used as a coal gasification agent.

石炭ガス化炉１００で消費する酸素の量は、ＳＯＦＣ２００のカソード２０１で消費する酸素の量に比べて多い。このため、ＳＯＦＣ２００では、カソード２０１で酸素を消費することにより、カソードガス通路２０４の入口から出口に向かうに連れて酸素の量が減少しても、石炭ガス化炉１００で消費する酸素をカソードガス通路２０４へ余分に供給する分、酸素の供給量に対する消費量の割合を減らすことができる。これによって、カソードガス通路２０４の入口と出口との間で酸素の圧力差が増大し、発電量及び発熱量の差が増大することを抑制でき、ＳＯＦＣ２００のセル電圧が低下したり、熱応力が発生したりすることを抑制できる。その結果、酸素製造装置３０で製造する酸素の全体量を増やすことなく、即ち酸素の製造にかかるエネルギーを余分に必要とすることなく、ＳＯＦＣ２００の発電効率を向上させ、ＳＯＦＣ２００を長寿命化することができる。   The amount of oxygen consumed by the coal gasifier 100 is larger than the amount of oxygen consumed by the cathode 201 of the SOFC 200. Therefore, in the SOFC 200, even if the amount of oxygen decreases from the cathode gas passage 204 toward the outlet by consuming oxygen at the cathode 201, the oxygen consumed in the coal gasifier 100 is reduced to the cathode gas. The amount of consumption with respect to the supply amount of oxygen can be reduced by the extra supply to the passage 204. As a result, it is possible to suppress an increase in the pressure difference of oxygen between the inlet and the outlet of the cathode gas passage 204 and an increase in the difference between the power generation amount and the heat generation amount, thereby reducing the cell voltage of the SOFC 200 and reducing the thermal stress. It can suppress generating. As a result, the power generation efficiency of the SOFC 200 can be improved and the life of the SOFC 200 can be extended without increasing the total amount of oxygen produced by the oxygen production apparatus 30, that is, without requiring extra energy for the production of oxygen. Can do.

さらに、石炭ガス化炉１００に供給するための酸素をカソードガス通路２０４に余分に供給する分、カソードガス通路２０４に流れる酸素の量が増やすことができる。このため、発電反応によって発熱するＳＯＦＣ２００を効率よく冷却して、作動温度に維持することができ、ＳＯＦＣ２００の発電効率を向上させることができる。   Furthermore, the amount of oxygen flowing through the cathode gas passage 204 can be increased by the extra amount of oxygen supplied to the coal gasification furnace 100 being supplied to the cathode gas passage 204. Therefore, the SOFC 200 that generates heat by the power generation reaction can be efficiently cooled and maintained at the operating temperature, and the power generation efficiency of the SOFC 200 can be improved.

また、本実施形態に係る発電システム１では、調整器２５０によって、燃焼器２４０に供給するカソード排ガスの量を調整することができるため、燃焼器２４０でアノード排ガス中の水素と、カソード排ガスの酸素とを過不足なく燃焼反応させて、燃焼器２４０から排出される燃焼排ガスの成分を二酸化炭素及び水蒸気とすることができる。これによって、燃焼排ガスを排熱回収ボイラ５１で冷却して、燃焼排ガス中の水蒸気を水とすることで、気水分離器５２によって燃焼排ガスを二酸化炭素と水とに容易に分離して二酸化炭素を回収することができる。   Further, in the power generation system 1 according to the present embodiment, the amount of cathode exhaust gas supplied to the combustor 240 can be adjusted by the adjuster 250. And the combustion exhaust gas components discharged from the combustor 240 can be converted into carbon dioxide and water vapor. Thus, the combustion exhaust gas is cooled by the exhaust heat recovery boiler 51, and the water vapor in the combustion exhaust gas is converted to water, so that the combustion exhaust gas is easily separated into carbon dioxide and water by the steam separator 52. Can be recovered.

また、気液分離器５２で分離した水は、排熱回収ボイラ５１で燃焼排ガスを冷却する冷却水として利用することができる。また、この冷却水を排熱回収ボイラ５１で動力水蒸気とし、動力水蒸気を蒸気タービン６１の駆動に利用することができる。そして、蒸気タービン６１を駆動した後の動力水蒸気を、復水器６４で液体の水とすることで、再度排熱回収ボイラ５１において燃焼排ガスを冷却する冷却水として利用することができる。よって、燃焼排ガスに含まれる水蒸気を、冷却水及び動力水蒸気に変化させながら、循環ポンプ５３によって分離部５０及び第３発電部６０の間を循環させて利用することができるため、発電システム１の効率を向上させることができる。   The water separated by the gas-liquid separator 52 can be used as cooling water for cooling the combustion exhaust gas by the exhaust heat recovery boiler 51. Further, this cooling water can be converted into power steam by the exhaust heat recovery boiler 51, and the power steam can be used for driving the steam turbine 61. The power steam after driving the steam turbine 61 is converted into liquid water by the condenser 64, so that it can be used again as cooling water for cooling the combustion exhaust gas in the exhaust heat recovery boiler 51. Therefore, since the water vapor contained in the combustion exhaust gas can be used by being circulated between the separation unit 50 and the third power generation unit 60 by the circulation pump 53 while changing the water vapor into the cooling water and the power water vapor. Efficiency can be improved.

また、本実施形態に係る発電システム１では、約１０００度の作動温度で加圧運転を行うＳＯＦＣ２００から排出されるアノード排ガス及びカソード排ガスを燃焼器２４０で燃焼反応させる。これにより、燃焼排ガスは、例えば作動温度を有し、加圧された状態で燃焼器２４０から排出される。この燃焼排ガスを膨張させてガスタービン４１を駆動し、ガスタービン４１で動力が回収された燃焼排ガスの排熱を利用して動力水蒸気を発生させて蒸気タービン６１を駆動する。よって、発電システム１では、ＳＯＦＣ２００から排出される高温高圧のアノード排ガス及びカソード排ガスを利用して、第２発電部４０及び第３発電部６０で効率よく発電することができ、複合的に電力を得ることができるため、発電効率を向上させることができる。   Further, in the power generation system 1 according to the present embodiment, the anode exhaust gas and the cathode exhaust gas discharged from the SOFC 200 that performs the pressurization operation at an operating temperature of about 1000 degrees are caused to undergo a combustion reaction in the combustor 240. Thus, the combustion exhaust gas has an operating temperature, for example, and is discharged from the combustor 240 in a pressurized state. The combustion exhaust gas is expanded to drive the gas turbine 41, and the steam turbine 61 is driven by generating the power steam using the exhaust heat of the combustion exhaust gas whose power is recovered by the gas turbine 41. Therefore, in the power generation system 1, the high-temperature and high-pressure anode exhaust gas and cathode exhaust gas discharged from the SOFC 200 can be used to efficiently generate power in the second power generation unit 40 and the third power generation unit 60, and the power can be combined. Therefore, power generation efficiency can be improved.

===その他の実施形態===
前述した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更、改良されると共に、本発明にはその等価物も含まれる。
例えば、前述した発電システム１の酸素製造装置３０では、いわゆる深冷分離方式によって空気から酸素を分離することとした。しかし、特にこれに限定されるものではなく、例えば、高分子膜中のガス成分毎の透過速度の違いを利用する膜分離方式等によって、酸素を製造してもよい。 === Other Embodiments ===
The above-described embodiments are intended to facilitate understanding of the present invention, and are not intended to limit the present invention. The present invention is changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
For example, in the oxygen production apparatus 30 of the power generation system 1 described above, oxygen is separated from air by a so-called deep cold separation method. However, the present invention is not particularly limited to this, and for example, oxygen may be produced by a membrane separation method using a difference in permeation rate for each gas component in the polymer membrane.

１…発電システム １０…ガス化部 ２０…第１発電部
３０…酸素製造装置 ４０…第２発電部 ４１…ガスタービン
４２、６３…発電機 ５０…分離部 ５１…排熱回収ボイラ
５２…気水分離器 ５３…循環ポンプ ６０…第３発電部
６１、６２…蒸気タービン ６４、１１２…復水器 １００…石炭ガス化炉
１１０…水蒸気発生部 １１１…ガス冷却器 １２０…脱塵装置
１３０…脱硫装置 １４０…シフト反応器 ２００…ＳＯＦＣ
２０１…カソード ２０２…アノード ２０３…電解質
２０４…カソードガス通路 ２０５…アノードガス通路 ２０６…外部回路
２０７…負荷 ２１０…圧力容器 ２２０…熱交換器 ２３０…酸素ブロワ
２４０…燃焼器 ２５０…調整器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power generation system 10 ... Gasification part 20 ... 1st power generation part 30 ... Oxygen production apparatus 40 ... 2nd power generation part 41 ... Gas turbine 42, 63 ... Generator 50 ... Separation part 51 ... Waste heat recovery boiler 52 ... Air-water Separator 53 ... Circulation pump 60 ... Third power generation unit 61, 62 ... Steam turbine 64, 112 ... Condenser 100 ... Coal gasifier 110 ... Steam generation unit 111 ... Gas cooler 120 ... Dedusting device 130 ... Desulfurization device 140 ... Shift reactor 200 ... SOFC
DESCRIPTION OF SYMBOLS 201 ... Cathode 202 ... Anode 203 ... Electrolyte 204 ... Cathode gas passage 205 ... Anode gas passage 206 ... External circuit 207 ... Load 210 ... Pressure vessel 220 ... Heat exchanger 230 ... Oxygen blower 240 ... Combustor 250 ... Regulator

Claims (5)

石炭の熱分解により得られた炭素に酸素を反応させて水素を含む燃料ガスを生成するガス化部と、
カソードで発生した酸素イオンをアノードへ移動させることで電気エネルギーを生成する燃料電池と、
前記ガス化部及び前記燃料電池に供給される酸素を製造する酸素製造装置と
を有する発電システムであって、
前記燃料電池は、
前記アノードに供給される燃料ガスが流れる燃料ガス通路と、
前記カソードに供給される酸素が流れる酸素通路と
を有し、
前記ガス化部で生成された燃料ガスを前記燃料ガス通路に供給すると共に、前記酸素製造装置で製造された酸素を前記酸素通路に供給し、
前記カソードで消費されずに前記酸素通路から排出された酸素を前記ガス化部に供給することを特徴とする発電システム。 A gasification section that generates hydrogen-containing fuel gas by reacting oxygen with carbon obtained by pyrolysis of coal;
A fuel cell that generates electrical energy by moving oxygen ions generated at the cathode to the anode;
A power generation system having an oxygen production apparatus for producing oxygen supplied to the gasification unit and the fuel cell,
The fuel cell
A fuel gas passage through which fuel gas supplied to the anode flows;
An oxygen passage through which oxygen supplied to the cathode flows,
Supplying the fuel gas generated in the gasification section to the fuel gas passage, and supplying oxygen produced by the oxygen production apparatus to the oxygen passage;
A power generation system, wherein oxygen discharged from the oxygen passage without being consumed at the cathode is supplied to the gasification unit. 前記アノードで消費されずに前記燃料ガス通路から排出された燃料ガスに含まれる水素と前記酸素通路から排出された酸素とを燃焼反応させる燃焼器と、
前記燃焼器に供給される前記酸素及び前記水素の混合比を調整する調整器と、
前記燃焼器での燃焼反応によって生成された燃焼排ガスを冷却して前記水蒸気を水とし、前記二酸化炭素から分離する分離部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。 A combustor for causing a combustion reaction between hydrogen contained in the fuel gas discharged from the fuel gas passage without being consumed by the anode and oxygen discharged from the oxygen passage;
A regulator for adjusting a mixing ratio of the oxygen and the hydrogen supplied to the combustor;
A separation unit that cools the flue gas generated by the combustion reaction in the combustor to convert the water vapor into water and separates it from the carbon dioxide;
The power generation system according to claim 1, further comprising: 水蒸気から動力を得る蒸気タービンを更に備え、
前記分離部は、
前記燃焼排ガスと冷却水とを熱交換することで、前記水蒸気を水にすると共に前記冷却水を動力水蒸気とする排熱回収ボイラを備え、
前記動力水蒸気を前記蒸気タービンに供給することを特徴とする請求項２に記載の発電システム。 A steam turbine for obtaining power from steam;
The separator is
By exchanging heat between the combustion exhaust gas and cooling water, the exhaust water recovery boiler is provided with the water vapor as water and the cooling water as power steam,
The power generation system according to claim 2, wherein the power steam is supplied to the steam turbine. 前記燃焼排ガスから動力を得るガスタービンを更に備え、
前記ガスタービンで動力が回収された後の前記燃焼排ガスを、前記分離部に供給することを特徴とする請求項２又は３に記載の発電システム。 A gas turbine for obtaining power from the combustion exhaust gas;
The power generation system according to claim 2 or 3, wherein the combustion exhaust gas after power is recovered by the gas turbine is supplied to the separation unit. 前記燃料電池は固体酸化物形燃料電池であり、
前記固体酸化物形燃料電池の前記酸素通路に供給される前の酸素を、前記酸素通路から排出された酸素の排熱によって加熱する熱交換器を備え、
前記熱交換器で加熱された酸素に、前記酸素通路から排出された酸素の一部を混合して前記酸素通路に供給することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の発電システム。 The fuel cell is a solid oxide fuel cell;
A heat exchanger that heats oxygen before being supplied to the oxygen passage of the solid oxide fuel cell by exhaust heat of oxygen discharged from the oxygen passage;
5. The oxygen heated by the heat exchanger is mixed with a part of oxygen discharged from the oxygen passage and supplied to the oxygen passage. 6. Power generation system.
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