JP4508660B2 - Combined power generation system using high-temperature fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、高温型燃料電池による発電とガスタービンによる発電とを組み合わせ、常圧型で運転制御される高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムに関する。   The present invention relates to a combined power generation system using a high-temperature fuel cell that is combined with power generation using a high-temperature fuel cell and power generation using a gas turbine and is controlled to operate at a normal pressure.

燃料電池は、燃料の化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換して発電を行うものである。この燃料電池は、燃料側の電極である燃料極と、空気側の電極である空気極と、これらの間にありイオンのみを通す電解質とにより構成されており、電解質の種類によって様々な形式が開発されている。
このうち、固体酸化物型燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:以下「SOFC」と呼ぶ)は、電解質としてジルコニアセラミックスなどのセラミックスが用いられ、天然ガス,石油,メタノール,石炭ガス化ガスなどを燃料として運転される燃料電池である。このSOFCは、イオン電導率を高めるために作動温度が約900〜1000℃程度と高く、用途の広い高効率な高温型燃料電池として知られている。そして、このSOFCは、共通の燃料を使用でき、しかも、高温で運転することからSOFCの排熱を利用できるガスタービンとの相性がよく、SOFCとガスタービンとを組み合わせるコンバインド発電システム、すなわち高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システム(以下「SOFCコンバインド発電システム」と呼ぶ)は、高効率を達成できる発電システムとして期待されている。
A fuel cell generates electricity by directly converting chemical energy of fuel into electric energy. This fuel cell is composed of a fuel electrode that is an electrode on the fuel side, an air electrode that is an electrode on the air side, and an electrolyte that passes only ions between them, and there are various types depending on the type of electrolyte. Has been developed.
Among these, solid oxide fuel cells (hereinafter referred to as “SOFC”) use ceramics such as zirconia ceramics as an electrolyte, and use natural gas, petroleum, methanol, coal gasification gas, etc. as fuel. A fuel cell to be operated. This SOFC has a high operating temperature of about 900 to 1000 ° C. in order to increase the ionic conductivity, and is known as a high-efficiency high-temperature fuel cell that is versatile. This SOFC can use a common fuel, and since it operates at a high temperature, it is compatible with a gas turbine that can utilize the exhaust heat of the SOFC. A combined power generation system that combines a SOFC and a gas turbine, that is, a high-temperature type A combined power generation system using a fuel cell (hereinafter referred to as “SOFC combined power generation system”) is expected as a power generation system capable of achieving high efficiency.

上述したSOFCは、燃料ガス及び空気を高温にして電池系内に流す必要がある。しかし、従来のSOFCコンバインド発電システムでは、例えば特許文献1に記載されているように、ガスタービンの圧縮機で圧縮された高圧空気をSOFCの空気極に導入して発電した後、発電時の反応熱に未反応の燃料ガス及び空気を燃焼させた熱を加えた排熱をガスタービンの駆動に再利用するように構成されているため、高温に加えて高圧とした燃料ガス及び空気を電池系内に流す加圧型のSOFCとなる。   The above-described SOFC needs to flow the fuel gas and air into the battery system at a high temperature. However, in the conventional SOFC combined power generation system, as described in, for example, Patent Document 1, high-pressure air compressed by a gas turbine compressor is introduced into the SOFC air electrode to generate power, and then the reaction during power generation Since it is configured to reuse the heat generated by burning the unreacted fuel gas and air in the heat to drive the gas turbine, the battery system uses high-temperature fuel gas and air in addition to high temperatures. It is a pressurized SOFC that flows inside.

この従来の加圧型SOFCコンバインド発電システムでは、SOFCとガスタービンとの組み合わせによって、ガスタービンの圧縮機で圧縮した高圧空気を空気極に導入する構成としたため、同様に燃料ガスも高圧とする加圧型のSOFCとする必要があった。このような加圧型のSOFCは、燃料極、空気極及び電解質を圧力容器内に設置する必要があり、また、燃料を加圧して燃料極に供給する圧縮機も必要となるため、常圧で運転できるSOFCと比較してコスト高になるという不都合があった。   In this conventional pressurized SOFC combined power generation system, the high pressure air compressed by the compressor of the gas turbine is introduced into the air electrode by the combination of the SOFC and the gas turbine. It was necessary to make it SOFC. Such a pressurized SOFC requires a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte to be installed in the pressure vessel, and also requires a compressor that pressurizes the fuel and supplies it to the fuel electrode. There was an inconvenience that the cost was higher than the SOFC that can be operated.

また、ガスタービンは起動性がよく、運転開始から短時間のうちに定格運転を行って発電を開始できるという利点がある。一方、SOFCは電解質としてセラミックスを用いているので、急激に運転温度を上げると割れ等の問題が生じるため起動性はよくない。特に、ガスタービンの圧縮機で圧縮された空気をSOFCに導入しているため、SOFCで発電するためにはガスタービンの運転が不可欠となる。そして、ガスタービンが起動されると圧縮により温度上昇した空気が供給されてSOFCを通過するので、電解質のセラミックスは比較的短時間で加熱されて昇温してしまう。このため、SOFCコンバインド発電システムではガスタービンの運転速度を徐々に上昇させる必要があり、結果的にガスタービンの起動性を有効に活用することができず、システム全体としても起動性はよくないという不都合があった。   In addition, the gas turbine has a good startability, and has an advantage that power generation can be started by performing rated operation within a short time from the start of operation. On the other hand, since SOFC uses ceramics as the electrolyte, problems such as cracking occur when the operating temperature is suddenly raised, so the startability is not good. In particular, since the air compressed by the compressor of the gas turbine is introduced into the SOFC, the operation of the gas turbine is indispensable for generating power with the SOFC. When the gas turbine is started, air whose temperature has been increased by compression is supplied and passes through the SOFC, so that the ceramics of the electrolyte are heated and heated in a relatively short time. For this reason, in the SOFC combined power generation system, it is necessary to gradually increase the operation speed of the gas turbine. As a result, the startability of the gas turbine cannot be effectively used, and the startability of the entire system is not good. There was an inconvenience.

このため、常圧で運転可能な高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムが、例えば特許文献2に提案されている。この常圧型SOFCコンバインド発電システムは、高温型燃料電池の空気極にガスタービンから排出される十分な酸素量を含むガスタービン排気を導入することにより、燃料電池を常圧で運転することができるものである。また、この常圧型SOFCコンバインド発電システムでは、ガスタービンや高温型燃料電池の排熱を熱交換により有効に利用して高効率な発電をすることが可能になっている。
特開2002−298889号(図1参照) 特開2003−217602号(図1参照)
For this reason, for example, Patent Document 2 proposes a combined power generation system using a high-temperature fuel cell that can be operated at normal pressure. This normal pressure SOFC combined power generation system is capable of operating a fuel cell at normal pressure by introducing gas turbine exhaust containing a sufficient amount of oxygen discharged from the gas turbine into the air electrode of a high temperature fuel cell. It is. Further, in this atmospheric pressure type SOFC combined power generation system, it is possible to efficiently generate power by effectively utilizing the exhaust heat of the gas turbine or the high temperature fuel cell by heat exchange.
Japanese Patent Laying-Open No. 2002-289889 (see FIG. 1) JP 2003-217602 A (see FIG. 1)

しかしながら、上記従来のSOFCコンバインド発電システムには、以下の課題が残されている。すなわち、従来の常圧型のSOFCコンバインド発電システムでは、ガスタービンと燃料電池との起動特性や負荷追従性の違いにより、まだ機器保護のための運転制約があった。例えば、上記特性の相違によって、ガスタービン入口温度、SOFCのスタック入口温度やSOFCの極間差圧を制御することが難しいという不都合がある。また、電源喪失時において、発電所内で必要な電力が供給されず、発電所内の単独運転が困難であった。   However, the following problems remain in the conventional SOFC combined power generation system. That is, in the conventional atmospheric pressure type SOFC combined power generation system, there are still operational restrictions for protecting the equipment due to the difference in the starting characteristics and load followability between the gas turbine and the fuel cell. For example, due to the difference in characteristics, it is difficult to control the gas turbine inlet temperature, the SOFC stack inlet temperature, and the SOFC inter-electrode differential pressure. In addition, when the power supply is lost, the necessary power is not supplied in the power plant, and it is difficult to operate the power plant alone.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、常圧型でも機器保護のための運転制約を遵守して運転・制御が可能な高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a combined power generation system using a high-temperature fuel cell that can be operated and controlled in compliance with operation restrictions for equipment protection even in a normal pressure type. Objective.

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムは、高温燃料ガス及び高温空気の供給を常圧で受けて発電する高温型燃料電池と、同軸に連結された圧縮機部及びタービン部を有するガスタービンと、ガスタービンの出力で駆動されて発電する発電機と、圧縮機部から供給されるガスタービン圧縮空気をタービン部へ導入する圧縮空気供給流路と、ガスタービンから排出されたガスタービン排気を高温型燃料電池の高温空気として高温型燃料電池の空気極に供給するガスタービン排気供給流路と、高温型燃料電池の燃料極を通過した未反応燃料ガスと空気極を通過した未反応空気とガスタービンから直接送り込まれるガスタービン排気の一部とを導入し燃焼させる未反応燃料燃焼器と、未反応燃料燃焼器から排出される燃焼器排気によりガスタービン圧縮空気を熱交換で温度上昇させる熱交換器と、燃焼器排気の温度を調整可能な排気温度制御手段とを備えていることを特徴とする。 The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems. That is, the combined power generation system using the high-temperature fuel cell of the present invention includes a high-temperature fuel cell that generates electric power by receiving supply of high-temperature fuel gas and high-temperature air at normal pressure, and a compressor unit and a turbine unit that are coaxially connected. A gas turbine having a power generator that generates power by being driven by the output of the gas turbine, a compressed air supply passage that introduces gas turbine compressed air supplied from the compressor section to the turbine section, and is discharged from the gas turbine A gas turbine exhaust supply passage that supplies gas turbine exhaust as high-temperature fuel cell high-temperature air to the air electrode of the high-temperature fuel cell, and an unreacted fuel gas that has passed through the fuel electrode of the high-temperature fuel cell and the air electrode and the unreacted fuel combustor for introducing a portion of the gas turbine exhaust is fed directly from the unreacted air and gas turbine combustion, and is discharged from the unreacted fuel combustor Characterized in that it comprises a heat exchanger to raise the temperature of the gas turbine compressor air in the heat exchanger by tempering device exhaust, and adjustable exhaust gas temperature control means the temperature of the combustor exhaust.

このコンバインド発電システムでは、タービン入口温度が目標と異なる場合に排気温度制御手段により燃焼器排気の温度を調整することにより、熱交換器でガスタービン圧縮空気の温度も調整できるので、SOFCの運転状態と独立してタービン入口温度を目標値に制御することができる。特に、SOFCの運転状態変化に応じて排気温度制御手段の操作を先行的に動作させることにより、安定したタービン入口温度の制御が可能になる。   In this combined power generation system, the temperature of the gas turbine compressed air can be adjusted by the heat exchanger by adjusting the temperature of the combustor exhaust by the exhaust temperature control means when the turbine inlet temperature is different from the target. Independently, the turbine inlet temperature can be controlled to a target value. In particular, the turbine inlet temperature can be stably controlled by operating the exhaust temperature control means in advance according to the change in the operating state of the SOFC.

また、本発明の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムは、排気温度制御手段が、補助燃料を未反応燃料ガスと共にその混合比を可変制御して未反応燃料燃焼器に供給する補助燃料供給機構を備えていることを特徴とする。
すなわち、このコンバインド発電システムでは、補助燃料供給機構により補助燃料を未反応燃料ガスと共にその混合比を可変制御して未反応燃料燃焼器に供給することにより、燃焼器排気温度を調整して熱交換器でガスタービン圧縮空気の温度も調整できるので、タービン入口温度を目標値に制御することができる。また、本システムでは、未反応燃料燃焼器がガスタービン排気の低圧部にあるため、加圧型システムに比べて低圧力での燃料供給が可能になる。
Further, in the combined power generation system using the high temperature fuel cell of the present invention, the exhaust temperature control means supplies the auxiliary fuel to the unreacted fuel combustor by variably controlling the mixing ratio of the auxiliary fuel together with the unreacted fuel gas. It is provided with a mechanism.
That is, in this combined power generation system, the auxiliary fuel supply mechanism variably controls the mixing ratio of the auxiliary fuel together with the unreacted fuel gas and supplies it to the unreacted fuel combustor, thereby adjusting the combustor exhaust temperature and exchanging heat. Since the temperature of the gas turbine compressed air can also be adjusted by the generator, the turbine inlet temperature can be controlled to a target value. Moreover, in this system, since the unreacted fuel combustor is in the low pressure portion of the gas turbine exhaust, fuel can be supplied at a lower pressure than in the pressurized system.

また、本発明の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムは、排気温度制御手段が、少なくとも一部の燃焼器排気をその圧力を可変制御して未反応燃料燃焼器に加圧供給する加圧空気供給機構を備え、燃焼器排気が、当該燃焼器排気によりガスタービン圧縮空気を熱交換で温度上昇させる高温再生熱交換器、及び高温再生熱交換器よりも下流で燃焼器排気の排熱を回収する排熱回収ボイラが設けられた燃料再循環流路を通過したものであることを特徴とする。
すなわち、このコンバインド発電システムでは、加圧空気供給機構により排熱回収ボイラ出口の低温の燃焼器排気の一部を、その圧力を可変制御して未反応燃料燃焼器に加圧供給することにより、燃焼器排気温度を調整して熱交換器でガスタービン圧縮空気の温度も調整できるので、タービン入口温度を目標値に制御することができる。
Further, in the combined power generation system using the high-temperature fuel cell of the present invention, the exhaust temperature control means pressurizes and supplies at least a part of the combustor exhaust with a variable pressure to the unreacted fuel combustor. An air supply mechanism is provided, and the combustor exhaust heats the gas turbine compressed air by heat exchange by the combustor exhaust, and the exhaust heat of the combustor exhaust downstream from the high temperature regeneration heat exchanger. It has passed through the fuel recirculation flow path provided with the exhaust heat recovery boiler to collect | recover . It is characterized by the above-mentioned.
That is, in this combined power generation system, a part of the low-temperature combustor exhaust at the exhaust heat recovery boiler outlet is pressurized and supplied to the unreacted fuel combustor by variably controlling the pressure by the pressurized air supply mechanism. Since the temperature of the gas turbine compressed air can be adjusted by the heat exchanger by adjusting the combustor exhaust temperature, the turbine inlet temperature can be controlled to the target value.

本発明の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムは、高温燃料ガス及び高温空気の供給を常圧で受けて発電する高温型燃料電池と、同軸に連結された圧縮機部及びタービン部を有するガスタービンと、ガスタービンの出力で駆動されて発電する発電機と、圧縮機部から供給されるガスタービン圧縮空気をタービン部へ導入する圧縮空気供給流路と、ガスタービンから排出されたガスタービン排気を高温型燃料電池の高温空気として高温型燃料電池の空気極に供給するガスタービン排気供給流路と、高温型燃料電池の燃料極を通過した未反応燃料ガスと空気極を通過した未反応空気とガスタービンから直接送り込まれるガスタービン排気の一部とを導入し燃焼させる未反応燃料燃焼器と、未反応燃料燃焼器から排出される燃焼器排気によりガスタービン圧縮空気を熱交換で温度上昇させる熱交換器と、燃料極に供給される主燃料ガス及び空気極に供給されるガスタービン排気の少なくとも一方の温度を可変制御するスタック入口温度制御手段とを備えていることを特徴とする。 A combined power generation system using a high-temperature fuel cell according to the present invention includes a high-temperature fuel cell that generates electric power by receiving supply of high-temperature fuel gas and high-temperature air at normal pressure, and a compressor unit and a turbine unit that are connected coaxially. A gas turbine, a generator driven by the output of the gas turbine to generate electric power, a compressed air supply passage for introducing gas turbine compressed air supplied from the compressor section into the turbine section, and a gas turbine discharged from the gas turbine A gas turbine exhaust supply passage that supplies exhaust gas as high-temperature fuel cell high-temperature air to the air electrode of the high-temperature fuel cell, and unreacted fuel gas that has passed through the fuel electrode of the high-temperature fuel cell and unreacted gas that has passed through the air electrode and the unreacted fuel combustor for introducing a portion of the gas turbine exhaust is fed directly from the air and the gas turbine combustor, the combustor exhaust gas discharged from the unreacted fuel combustor And a stack inlet temperature control means for variably controlling the temperature of at least one of a heat exchanger for raising the temperature of the gas turbine compressed air by heat exchange and a main fuel gas supplied to the fuel electrode and a gas turbine exhaust supplied to the air electrode. It is characterized by having.

このコンバインド発電システムでは、スタック入口温度制御手段により、燃料極に供給される主燃料ガス及び空気極に供給されるガスタービン排気の少なくとも一方の温度を可変制御することにより、燃料極及び空気極の少なくとも一方の温度調整ができ、ガスタービンの運転状態と独立してスタック入口温度を制御することが可能になる。   In this combined power generation system, the stack inlet temperature control means variably controls the temperature of at least one of the main fuel gas supplied to the fuel electrode and the gas turbine exhaust supplied to the air electrode, so that the fuel electrode and the air electrode At least one of the temperatures can be adjusted, and the stack inlet temperature can be controlled independently of the operating state of the gas turbine.

また、本発明の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムは、スタック入口温度制御手段が、未反応燃料ガスの一部と起動用空気とを燃焼させ燃焼の排気で主燃料ガスの温度制御を行う燃料側起動用燃焼器を備えていることを特徴とする。
すなわち、このコンバインド発電システムでは、燃料側起動用燃焼器により、未反応燃料ガスの一部と起動用空気とを燃焼させ燃焼の排気で主燃料ガスの温度制御を行うので、主燃料ガスと起動用空気との燃焼熱を用いてスタック入口の燃料側温度を制御することができる。
Further, in the combined power generation system using the high temperature fuel cell of the present invention, the stack inlet temperature control means burns part of the unreacted fuel gas and the start-up air, and controls the temperature of the main fuel gas by the combustion exhaust gas. A fuel-side start-up combustor is provided.
That is, in this combined power generation system, the fuel-side start-up combustor burns part of the unreacted fuel gas and start-up air, and controls the temperature of the main fuel gas with the combustion exhaust gas. The fuel side temperature at the stack inlet can be controlled using the combustion heat with the working air.

また、本発明の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムは、スタック入口温度制御手段が、ガスタービン排気供給流路に設けられガスタービン排気と起動用燃料とを燃焼させる空気側起動用燃焼器を備えていることを特徴とする。
すなわち、このコンバインド発電システムでは、ガスタービン排気の温度が低い場合に、空気側起動用燃焼器により、ガスタービン排気と起動用燃料とを燃焼させることによりガスタービン排気を加熱して、ガスタービンの運転状態と独立してスタック入口の空気側温度を調整することができる。なお、上記燃料側起動用燃焼器を組み合わせることにより、スタック入口の温度差をより容易に制御することが可能になる。
Further, in the combined power generation system using the high-temperature fuel cell of the present invention, the stack side inlet temperature control means is provided in the gas turbine exhaust supply flow path, and combusts the gas turbine exhaust and the starting fuel. It is characterized by having.
That is, in this combined power generation system, when the temperature of the gas turbine exhaust is low, the gas turbine exhaust is heated by burning the gas turbine exhaust and the starting fuel by the air-side starting combustor, and the gas turbine exhaust The air temperature at the stack inlet can be adjusted independently of the operating state. In addition, it becomes possible to control the temperature difference at the inlet of the stack more easily by combining the fuel-side start-up combustor.

また、本発明の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムは、スタック入口温度制御手段が、ガスタービン排気供給流路の途中にバイパス弁を介して設けられたバイパス流路と、バイパス流路に設けられガスタービン排気を冷却する冷却器とを備えていることを特徴とする。
すなわち、このコンバインド発電システムでは、高温型燃料電池の起動初期においては、高温のガスタービン排気を直接燃料電池に供給しないよう、その一部を冷却器に供給して冷却しバイパス側の流体と混合することで、ガスタービンの運転状態と独立してスタック入口の空気側温度を調整することができる。なお、上記燃料側起動用燃焼器を組み合わせることにより、スタック入口の温度差をより容易に制御することが可能になる。
Further, in the combined power generation system using the high-temperature fuel cell of the present invention, the stack inlet temperature control means includes a bypass channel provided via a bypass valve in the middle of the gas turbine exhaust supply channel, and a bypass channel. And a cooler for cooling the gas turbine exhaust.
That is, in this combined power generation system, at the initial stage of starting the high-temperature fuel cell, a part of the high-temperature gas turbine exhaust is not supplied directly to the fuel cell but supplied to the cooler to be cooled and mixed with the bypass side fluid. By doing so, the air side temperature of the stack inlet can be adjusted independently of the operating state of the gas turbine. In addition, it becomes possible to control the temperature difference at the inlet of the stack more easily by combining the fuel-side start-up combustor.

本発明の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムは、高温燃料ガス及び高温空気の供給を常圧で受けて発電する高温型燃料電池と、同軸に連結された圧縮機部及びタービン部を有するガスタービンと、ガスタービンの出力で駆動されて発電する発電機と、圧縮機部から供給されるガスタービン圧縮空気をタービン部へ導入する圧縮空気供給流路と、ガスタービンから排出されたガスタービン排気を高温型燃料電池の高温空気として高温型燃料電池の空気極に供給するガスタービン排気供給流路と、高温型燃料電池の燃料極を通過した未反応燃料ガスと空気極を通過した未反応空気とガスタービンから直接送り込まれるガスタービン排気の一部とを導入し燃焼させる未反応燃料燃焼器と、未反応燃料燃焼器から排出される燃焼器排気によりガスタービン圧縮空気を熱交換で温度上昇させる熱交換器と、燃料極に供給される主燃料ガス及び空気極に供給されるガスタービン排気の少なくとも一方の流量を可変制御するスタック入口圧力制御手段とを備えていることを特徴とする。 A combined power generation system using a high-temperature fuel cell according to the present invention includes a high-temperature fuel cell that generates electric power by receiving supply of high-temperature fuel gas and high-temperature air at normal pressure, and a compressor unit and a turbine unit that are connected coaxially. A gas turbine, a generator driven by the output of the gas turbine to generate electric power, a compressed air supply passage for introducing gas turbine compressed air supplied from the compressor section into the turbine section, and a gas turbine discharged from the gas turbine A gas turbine exhaust supply passage that supplies exhaust gas as high-temperature fuel cell high-temperature air to the air electrode of the high-temperature fuel cell, and unreacted fuel gas that has passed through the fuel electrode of the high-temperature fuel cell and unreacted gas that has passed through the air electrode and the unreacted fuel combustor for introducing a portion of the gas turbine exhaust is fed directly from the air and the gas turbine combustor, the combustor exhaust gas discharged from the unreacted fuel combustor And a stack inlet pressure control means for variably controlling the flow rate of at least one of the heat exchanger for raising the temperature of the gas turbine compressed air by heat exchange and the main fuel gas supplied to the fuel electrode and the gas turbine exhaust supplied to the air electrode. It is characterized by having.

このコンバインド発電システムでは、スタック入口圧力制御手段により、燃料極に供給される主燃料ガス及び空気極に供給されるガスタービン排気の少なくとも一方の流量を可変制御することにより、ガスタービンの運転状況と独立してスタック入口の燃料側と空気側との圧力差(極間差圧)を制御することができる。   In this combined power generation system, the stack inlet pressure control means variably controls the flow rate of at least one of the main fuel gas supplied to the fuel electrode and the gas turbine exhaust supplied to the air electrode to The pressure difference between the fuel side and the air side at the stack inlet can be controlled independently.

また、本発明の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムは、スタック入口圧力制御手段が、主燃料ガスを燃料極に供給する主燃料供給流路と、未反応燃料ガスの一部を主燃料供給流路に戻す燃料再循環流路と、燃料再循環流路に設けられ未反応燃料ガスの流量を可変制御して主燃料供給流路に供給する燃料流量制御手段とを備えていることを特徴とする。
すなわち、このコンバインド発電システムでは、燃料流量制御手段により、未反応燃料ガスの流量を可変制御して主燃料供給流路に供給することにより、スタックに流入する燃料流量を制御し、ガスタービンの運転状況と独立してスタック入口の極間差圧を制御することができる。また、常圧型システムにおけるガスタービン排気の低い圧力でも、燃料循環が可能になり、消費電力の低減が可能になる。
In the combined power generation system using the high-temperature fuel cell according to the present invention, the stack inlet pressure control means includes a main fuel supply channel for supplying the main fuel gas to the fuel electrode, and a part of the unreacted fuel gas as the main fuel. A fuel recirculation flow path that returns to the supply flow path, and a fuel flow rate control means that is provided in the fuel recirculation flow path and variably controls the flow rate of the unreacted fuel gas to be supplied to the main fuel supply flow path. Features.
That is, in this combined power generation system, the flow rate of unreacted fuel gas is variably controlled by the fuel flow rate control means and supplied to the main fuel supply flow path, thereby controlling the flow rate of fuel flowing into the stack and operating the gas turbine. Independent of the situation, the pressure difference between the poles at the stack inlet can be controlled. Further, even when the pressure of the gas turbine exhaust in the normal pressure system is low, the fuel can be circulated and the power consumption can be reduced.

また、本発明の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムは、スタック入口圧力制御手段が、ガスタービン排気供給流路に設けられガスタービン排気の流量を制御する排気流量制御手段を備えていることを特徴とする。
すなわち、このコンバインド発電システムでは、排気流量制御手段により、ガスタービン排気からの分岐流量を制御することにより、スタックに流入する空気流量を制御し、ガスタービンの運転状況の変化によるSOFCへの影響を極力低減した運転が可能になり、スタック入口の極間差圧を制御することができる。
In the combined power generation system using the high-temperature fuel cell according to the present invention, the stack inlet pressure control means includes an exhaust flow rate control means for controlling the flow rate of the gas turbine exhaust provided in the gas turbine exhaust supply passage. It is characterized by.
That is, in this combined power generation system, the flow rate of air flowing into the stack is controlled by controlling the branch flow rate from the gas turbine exhaust by the exhaust flow rate control means, and the influence on the SOFC due to the change in the operating condition of the gas turbine is controlled. The operation can be reduced as much as possible, and the pressure difference between the electrodes at the stack inlet can be controlled.

さらに、本発明の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムは、排気流量制御手段が、圧縮機部に主空気を流量制御して供給する主空気流量制御機構を備え、主空気流量制御機構による主空気の流量制御に応じてガスタービン排気の分岐流量を制御することが好ましい。
すなわち、このコンバインド発電システムでは、主空気流量制御機構による主空気の流量制御に応じてガスタービン排気の流量を制御することにより、先行的に主空気流量とガスタービン排気流量とを協調動作させることができる。
Furthermore, in the combined power generation system using the high-temperature fuel cell of the present invention, the exhaust flow rate control means includes a main air flow rate control mechanism that supplies main air to the compressor unit by controlling the flow rate. It is preferable to control the branch flow rate of the gas turbine exhaust according to the flow rate control of the main air.
That is, in this combined power generation system, the main air flow rate and the gas turbine exhaust flow rate are cooperatively operated in advance by controlling the flow rate of the gas turbine exhaust according to the main air flow rate control by the main air flow rate control mechanism. Can do.

また、本発明の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムは、電力系統に接続され高温型燃料電池からの電力を送電する燃料電池側電力ラインと、電力系統に接続され発電機からの電力を送電する発電機側電力ラインと、発電システム内に電力を供給するシステム運用電力ラインと、燃料電池側電力ライン及び発電機側電力ラインの電力系統との接続を少なくとも一つシステム運用電力ラインに任意に切り換え接続可能な電力切り換え手段を備えていることを特徴とする。
すなわち、このコンバインド発電システムでは、停電時等の電源喪失時においても、電力切り換え手段により、燃料電池側電力ライン及び発電機側電力ラインの電力系統との接続を少なくとも一つシステム運用電力ラインに任意に切り換え接続することにより、発電所内で必要な電力が供給され、発電所(発電システム)内の単独運転が可能になり、システムの稼働率を向上させることができる。
The combined power generation system using the high temperature fuel cell according to the present invention includes a fuel cell side power line connected to the power system for transmitting power from the high temperature fuel cell, and a power connected to the power system from the generator. At least one system operation power line can be connected to the generator side power line to transmit power, the system operation power line that supplies power into the power generation system, and the power system of the fuel cell side power line and the generator side power line. And a power switching means capable of switching connection.
That is, in this combined power generation system, even in the event of power loss such as a power failure, the power switching means can arbitrarily connect at least one system power line to the power system of the fuel cell side power line and the generator side power line. By switching to and connected, the necessary power is supplied in the power plant, so that the single operation in the power plant (power generation system) becomes possible, and the operating rate of the system can be improved.

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムによれば、排気温度制御手段により、ガスタービン圧縮空気の温度を調整できるので、SOFCの運転状態と独立してタービン入口温度を目標値に制御することができる。
また、本発明によれば、スタック入口温度制御手段により、燃料極及び空気極の少なくとも一方の温度調整ができ、ガスタービンの運転状態と独立してスタック入口温度を制御することが可能になる。
また、本発明によれば、スタック入口圧力制御手段により、燃料極及び空気極の少なくとも一方の入口流量の調整ができ、ガスタービンの運転状況と独立してスタック入口の燃料側と空気側との圧力差を制御することができる。
このように本発明では、常圧型SOFCコンバインド発電システムにおいて、SOFC及びガスタービンの一方の運転状況と独立して他方側を制御でき、機器保護のための運転制約を遵守した運転が可能になる。
The present invention has the following effects.
That is, according to the combined power generation system using the high-temperature fuel cell according to the present invention, the temperature of the gas turbine compressed air can be adjusted by the exhaust temperature control means, so that the turbine inlet temperature can be targeted independently of the operating state of the SOFC. The value can be controlled.
Further, according to the present invention, the stack inlet temperature control means can adjust the temperature of at least one of the fuel electrode and the air electrode, and the stack inlet temperature can be controlled independently of the operating state of the gas turbine.
Further, according to the present invention, the stack inlet pressure control means can adjust the inlet flow rate of at least one of the fuel electrode and the air electrode, and the fuel side and air side of the stack inlet can be adjusted independently of the operation status of the gas turbine. The pressure difference can be controlled.
As described above, according to the present invention, in the atmospheric pressure type SOFC combined power generation system, the other side can be controlled independently of the operating state of one of the SOFC and the gas turbine, and the operation complying with the operation restrictions for equipment protection can be performed.

以下、本発明に係る高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムの第1実施形態を、図1を参照しながら説明する。   Hereinafter, a first embodiment of a combined power generation system using a high-temperature fuel cell according to the present invention will be described with reference to FIG.

本実施形態のコンバインド発電システムは、図1に示すように、高温燃料ガス及び高温空気の供給を常圧で受けて発電する高温型燃料電池(SOFC)1と、同軸に連結された圧縮機部2及びタービン部3を有するガスタービン4と、ガスタービン4の出力で駆動されて発電する発電機5と、圧縮機部2から供給されるガスタービン圧縮空気をタービン部3へ導入する圧縮空気供給流路6とを備えている。すなわち、このコンバインド発電システムは、SOFC1による発電と、ガスタービン4による発電とを組み合わせて高い発電効率を得るように構成したものである。   As shown in FIG. 1, the combined power generation system of this embodiment includes a high-temperature fuel cell (SOFC) 1 that generates power by receiving supply of high-temperature fuel gas and high-temperature air at normal pressure, and a compressor unit that is coaxially connected. 2 and a gas turbine 4 having a turbine section 3, a generator 5 driven by the output of the gas turbine 4 to generate power, and a compressed air supply for introducing gas turbine compressed air supplied from the compressor section 2 into the turbine section 3. And a flow path 6. That is, this combined power generation system is configured to obtain high power generation efficiency by combining power generation by the SOFC 1 and power generation by the gas turbine 4.

SOFC1による発電は、例えば約1000℃程度の作動温度となるように加熱して供給される高温燃料ガス及び高温空気の反応によって発電される。また、ガスタービン4による発電は、ガスタービン4の出力を駆動源とし、同軸に連結された発電機5を運転することによってなされる。このガスタービン4は、圧縮機部2で主空気を圧縮空気とし、圧縮空気供給流路6を介して導入した圧縮空気とガスタービン燃料とを燃焼させ、この燃焼ガスを膨張させてタービン部3を回転させることにより発電機5を運転する。なお、ガスタービン燃料としては、例えば天然ガスなど、SOFC1の燃料と同じものを使用することができる。   The power generation by the SOFC 1 is generated by the reaction of high-temperature fuel gas and high-temperature air that are heated and supplied so that the operating temperature is about 1000 ° C., for example. Power generation by the gas turbine 4 is performed by operating the generator 5 connected coaxially with the output of the gas turbine 4 as a drive source. In the gas turbine 4, the main air is compressed air in the compressor unit 2, the compressed air introduced through the compressed air supply passage 6 and the gas turbine fuel are combusted, and the combustion gas is expanded to expand the turbine unit 3. The generator 5 is operated by rotating. In addition, as a gas turbine fuel, the same thing as the fuel of SOFC1, such as natural gas, can be used, for example.

また、このコンバインド発電システムは、ガスタービン4から排出されたガスタービン排気をSOFC1の高温空気としてSOFC1の空気極1Aに供給するガスタービン排気供給流路7と、SOFC1の燃料極1Bを通過した未反応燃料ガスを流通させる未反応燃料ガス流路8と、空気極1Aを通過した未反応空気を流通させる未反応空気流路9と、未反応燃料ガス流路8と未反応空気流路9とガスタービン排気供給流路7からの分岐流路10とに接続され未反応燃料ガスと未反応空気とガスタービン排気の一部とを導入し燃焼させる未反応燃料燃焼器11と、未反応燃料燃焼器11から排出される燃焼器排気を煙突へ排気する燃焼器排気流路12と、燃焼器排気流路12及び圧縮空気供給流路6の途中に設けられ燃焼器排気によりガスタービン圧縮空気を熱交換で温度上昇させる高温再生熱交換器13とを備えている。なお、空気極1A及び燃料極1Bは、単セルを積み重ねたスタックを構成している。   The combined power generation system also includes a gas turbine exhaust supply passage 7 that supplies gas turbine exhaust discharged from the gas turbine 4 to the air electrode 1A of the SOFC 1 as high-temperature air of the SOFC 1, and a fuel turbine 1B that has not passed through the fuel electrode 1B of the SOFC 1. An unreacted fuel gas flow path 8 for flowing the reactive fuel gas, an unreacted air flow path 9 for flowing unreacted air that has passed through the air electrode 1A, an unreacted fuel gas flow path 8 and an unreacted air flow path 9; An unreacted fuel combustor 11 connected to the branch flow path 10 from the gas turbine exhaust supply flow path 7 to introduce and burn unreacted fuel gas, unreacted air, and part of the gas turbine exhaust; and unreacted fuel combustion A combustor exhaust passage 12 for exhausting the combustor exhaust discharged from the combustor 11 to the chimney, and a gas cylinder provided in the middle of the combustor exhaust passage 12 and the compressed air supply passage 6 by the combustor exhaust. The bottle compressed air and a high temperature heat exchanger 13 to a temperature rise in the heat exchanger. The air electrode 1A and the fuel electrode 1B constitute a stack in which single cells are stacked.

さらに、本実施形態のコンバインド発電システムは、補助燃料を未反応燃料ガスと共にその混合比を可変制御して未反応燃料燃焼器11に供給する補助燃料供給機構(排気温度制御手段)14と、少なくとも一部の燃焼器排気をその圧力を可変制御して未反応燃料燃焼器11に加圧供給する加圧空気供給機構(排気温度制御手段)15とを備えている。
前記補助燃料供給機構14は、未反応燃料ガス流路8の途中に接続された補助燃料流路16と、補助燃料流路16に設けられた補助燃料制御弁17とを備えている。
Furthermore, the combined power generation system of the present embodiment includes an auxiliary fuel supply mechanism (exhaust temperature control means) 14 that supplies auxiliary fuel to the unreacted fuel combustor 11 by variably controlling the mixing ratio of the auxiliary fuel together with the unreacted fuel gas, and at least A pressurized air supply mechanism (exhaust temperature control means) 15 is provided to supply pressure to a non-reacted fuel combustor 11 by variably controlling the pressure of some combustor exhaust.
The auxiliary fuel supply mechanism 14 includes an auxiliary fuel channel 16 connected in the middle of the unreacted fuel gas channel 8 and an auxiliary fuel control valve 17 provided in the auxiliary fuel channel 16.

前記圧縮機部2には、主空気を流量制御して供給する主空気制御弁(主空気流量制御機構)18が接続されている。
前記ガスタービン排気供給流路7及び前記圧縮空気供給流路6の途中には、ガスタービン排気とガスタービン圧縮空気との熱交換を行いガスタービン圧縮空気を所望の温度まで加熱する低温再生熱交換器19が設けられている。また、ガスタービン排気供給流路7及び未反応空気流路9の途中には、ガスタービン排気と未反応空気との熱交換を行いガスタービン排気を所望の温度に加熱する空気予熱器20が設けられている。
Connected to the compressor section 2 is a main air control valve (main air flow rate control mechanism) 18 that supplies main air by controlling its flow rate.
In the middle of the gas turbine exhaust supply flow path 7 and the compressed air supply flow path 6, low-temperature regenerative heat exchange is performed to heat the gas turbine compressed air to a desired temperature by exchanging heat between the gas turbine exhaust and the gas turbine compressed air. A container 19 is provided. An air preheater 20 is provided in the middle of the gas turbine exhaust supply passage 7 and the unreacted air passage 9 to heat the gas turbine exhaust to a desired temperature by exchanging heat between the gas turbine exhaust and the unreacted air. It has been.

前記燃焼器排気流路12には、高温再生熱交換器13よりも下流に燃焼器排気の排熱を回収する排熱回収ボイラ21が設けられている。排熱回収ボイラ21では、排熱との熱交換によって得られる蒸気や温水などを供給して排熱を利用することができる。
前記加圧空気供給機構15は、燃焼器排気流路12の排熱回収ボイラ21より下流から分岐して未反応燃料ガス流路8の途中(燃料再循環流路22の分岐部より下流)に接続される空気再循環流路23と、空気再循環流路23に設けられ燃焼器排気をその圧力を可変制御して未反応燃料ガス流路8に加圧供給する空気再循環ファン24とから構成されている。
The combustor exhaust passage 12 is provided with an exhaust heat recovery boiler 21 that recovers exhaust heat of the combustor exhaust downstream of the high temperature regeneration heat exchanger 13. In the exhaust heat recovery boiler 21, exhaust heat can be used by supplying steam or hot water obtained by heat exchange with exhaust heat.
The pressurized air supply mechanism 15 branches from the exhaust heat recovery boiler 21 in the combustor exhaust passage 12 downstream from the downstream, and in the middle of the unreacted fuel gas passage 8 (downstream from the branch portion of the fuel recirculation passage 22). From an air recirculation flow path 23 to be connected, and an air recirculation fan 24 provided in the air recirculation flow path 23 to supply pressure to the unreacted fuel gas flow path 8 while variably controlling the pressure of the combustor exhaust. It is configured.

前記燃料極1Bの入口には、主燃料ガス流路25が接続され、主燃料ガス流路25には、主燃料ガスの流量を可変制御する主燃料ガス制御弁26が設けられている。
前記未反応燃料ガス流路8及び前記主燃料ガス流路25の途中には、未反応燃料ガスと主燃料ガスとの熱交換を行い主燃料ガスを所望の温度に加熱する燃料予熱器27が設けられている。
また、未反応燃料ガス流路8からは燃料再循環ファン(燃料流量制御手段、スタック入口圧力制御手段)28を備えた燃料再循環流路22が分岐され、主燃料ガス流路25に接続されている。すなわち、前記燃料再循環ファン28により、未反応燃料ガスの一部は、燃料再循環流路22を介して主燃料ガス流路25に戻される。
A main fuel gas passage 25 is connected to the inlet of the fuel electrode 1B, and a main fuel gas control valve 26 that variably controls the flow rate of the main fuel gas is provided in the main fuel gas passage 25.
In the middle of the unreacted fuel gas flow path 8 and the main fuel gas flow path 25, a fuel preheater 27 for exchanging heat between the unreacted fuel gas and the main fuel gas and heating the main fuel gas to a desired temperature is provided. Is provided.
A fuel recirculation flow path 22 having a fuel recirculation fan (fuel flow rate control means, stack inlet pressure control means) 28 is branched from the unreacted fuel gas flow path 8 and connected to the main fuel gas flow path 25. ing. That is, a part of the unreacted fuel gas is returned to the main fuel gas passage 25 via the fuel recirculation passage 22 by the fuel recirculation fan 28.

なお、本実施形態のコンバインド発電システムは、図示しないが、電力系統に接続されSOFC1からの電力を送電する燃料電池側電力ラインと、電力系統に接続され発電機5からの電力を送電する発電機側電力ラインと、発電システム内に電力を供給するシステム運用電力ラインとを備えている。   Although not shown, the combined power generation system of the present embodiment includes a fuel cell side power line that is connected to the power system and transmits power from the SOFC 1, and a generator that is connected to the power system and transmits power from the generator 5. A side power line and a system operation power line for supplying power into the power generation system.

次に、本実施形態のコンバインド発電システムについて、その運転方法を説明する。   Next, the operation method of the combined power generation system of this embodiment will be described.

まず、主空気制御弁18を介して主空気を圧縮機部2に導入し圧縮空気とした後、ガス圧縮空気を圧縮空気供給流路6の低温再生熱交換器19及び高温再生熱交換器13で加熱してガスタービン燃料と燃焼させ、この燃焼ガスでタービン部3を回転させて発電機5を運転する。
タービン部3から排出されるガスタービン排気は、膨張して常圧となった高温のガス流体であり、SOFC1で高温の主燃料ガスと反応するのに必要な酸素量が十分に含まれている。このガスタービン排気を、空気予熱器20で加熱した後、SOFC1の空気極1Aに導入する。一方、主燃料ガス制御弁26を介して主燃料ガスを主燃料ガス流路25に導入し、燃料予熱器27で加熱した後、燃料極1Bに導入する。SOFC1では、空気極1Aのガスタービン排気と燃料極1Bの主燃料ガスとの反応により発電が行われる。なお、発電機5及びSOFC1での発電で生じた電力は、電力系統に送電される。
First, main air is introduced into the compressor unit 2 via the main air control valve 18 to form compressed air, and then the compressed gas is used as the low-temperature regeneration heat exchanger 19 and the high-temperature regeneration heat exchanger 13 in the compressed air supply passage 6. Is heated and burned with gas turbine fuel, and the turbine unit 3 is rotated by this combustion gas to operate the generator 5.
The gas turbine exhaust discharged from the turbine section 3 is a high-temperature gas fluid that has expanded to atmospheric pressure, and contains a sufficient amount of oxygen necessary to react with the high-temperature main fuel gas in the SOFC 1. . The gas turbine exhaust is heated by the air preheater 20 and then introduced into the air electrode 1A of the SOFC 1. On the other hand, the main fuel gas is introduced into the main fuel gas passage 25 through the main fuel gas control valve 26, heated by the fuel preheater 27, and then introduced into the fuel electrode 1B. In the SOFC 1, power generation is performed by a reaction between the gas turbine exhaust of the air electrode 1A and the main fuel gas of the fuel electrode 1B. The electric power generated by the power generation by the generator 5 and the SOFC 1 is transmitted to the power system.

空気極1Aから出る未反応空気は、分岐流路10からのガスタービン排気と共に未反応燃料燃焼器11に供給される。一方、燃料極1Bから出る未反応燃料ガスは、補助燃料制御弁17で流量が制御された補助燃料流路16からの補助燃料と共に未反応燃料燃焼器11に供給される。これによって、未反応燃料燃焼器11で未反応空気及びガスタービン排気と未反応燃料ガス及び補助燃料とが反応して燃焼し、高温の燃焼器排気が燃焼器排気流路12に供給される。この燃焼器排気は、高温再生熱交換器13及び排熱回収ボイラ21を介して煙突から排出されるが、一部は空気再循環流路23から空気再循環ファン24で流量制御されて再び未反応燃料燃焼器11に上記未反応燃料ガスなどと共に導入される。   Unreacted air exiting from the air electrode 1 </ b> A is supplied to the unreacted fuel combustor 11 together with gas turbine exhaust from the branch flow path 10. On the other hand, the unreacted fuel gas emitted from the fuel electrode 1B is supplied to the unreacted fuel combustor 11 together with the auxiliary fuel from the auxiliary fuel flow path 16 whose flow rate is controlled by the auxiliary fuel control valve 17. As a result, unreacted air and gas turbine exhaust, unreacted fuel gas and auxiliary fuel react and burn in the unreacted fuel combustor 11, and high-temperature combustor exhaust is supplied to the combustor exhaust passage 12. This combustor exhaust is exhausted from the chimney via the high-temperature regenerative heat exchanger 13 and the exhaust heat recovery boiler 21, but a part of the combustor exhaust is controlled by the air recirculation fan 24 through the air recirculation flow path 23 and is again unrecovered The reaction fuel combustor 11 is introduced together with the unreacted fuel gas and the like.

ここで、例えばタービン入口温度が目標より低い場合、補助燃料供給機構14により補助燃料の混合比を増加させる若しくは加圧空気供給機構15により燃焼器排気の流量を減少(インバータ値を減少)させることにより、燃焼器排気の温度を上昇させてタービン入口温度を目標値に制御する。特に、SOFC1の運転状態変化に応じてこれら機構の操作を先行的に動作させることにより、安定したタービン入口温度の制御が可能になる。   Here, for example, when the turbine inlet temperature is lower than the target, the auxiliary fuel supply mechanism 14 increases the auxiliary fuel mixing ratio or the pressurized air supply mechanism 15 decreases the combustor exhaust flow rate (decreases the inverter value). Thus, the temperature of the combustor exhaust is raised to control the turbine inlet temperature to the target value. In particular, the turbine inlet temperature can be stably controlled by operating these mechanisms in advance according to changes in the operating state of the SOFC 1.

すなわち、本実施形態では、補助燃料供給機構14により補助燃料を未反応燃料ガスと共にその混合比を可変制御して未反応燃料燃焼器11に供給することにより、燃焼器排気温度を調整して高温再生熱交換器13でガスタービン圧縮空気の温度も調整できる。本システムでは、未反応燃料燃焼器11がガスタービン排気の低圧部にあるため、加圧型システムに比べて低圧力での燃料供給が可能になる。
また、加圧空気供給機構15により一部の燃焼器排気をその圧力を可変制御して未反応燃料燃焼器11に加圧供給することにより、燃焼器排気温度を調整して高温再生熱交換器13でガスタービン圧縮空気の温度を調整できる。したがって、タービン入口温度が目標と異なる場合に、補助燃料供給機構14や加圧空気供給機構15により、燃焼器排気の温度を調整することにより、SOFC1の運転状態と独立してタービン入口温度を目標値に制御することができる。
That is, in this embodiment, the auxiliary fuel supply mechanism 14 variably controls the mixing ratio of the auxiliary fuel together with the unreacted fuel gas and supplies it to the unreacted fuel combustor 11, thereby adjusting the combustor exhaust temperature and increasing the temperature. The temperature of the gas turbine compressed air can also be adjusted by the regenerative heat exchanger 13. In this system, since the unreacted fuel combustor 11 is in the low pressure portion of the gas turbine exhaust, fuel can be supplied at a lower pressure than in the pressurized system.
Further, a part of the combustor exhaust is variably controlled by the pressurized air supply mechanism 15 and supplied to the unreacted fuel combustor 11 under pressure, thereby adjusting the combustor exhaust temperature and the high temperature regenerative heat exchanger. 13 can adjust the temperature of the gas turbine compressed air. Therefore, when the turbine inlet temperature is different from the target, the temperature of the combustor exhaust is adjusted by the auxiliary fuel supply mechanism 14 or the pressurized air supply mechanism 15, so that the turbine inlet temperature is targeted independently of the operating state of the SOFC 1. The value can be controlled.

次に、本発明に係る高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムの第2実施形態及び第3実施形態を、図2及び図3を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。   Next, a second embodiment and a third embodiment of a combined power generation system using a high-temperature fuel cell according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description, the same constituent elements described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

第2実施形態と第1実施形態との異なる点は、第2実施形態では、図2に示すように、未反応燃料ガスの一部と起動用空気とを燃焼させ燃焼の排気で主燃料ガスの温度制御を行う燃料側起動用燃焼器(スタック入口温度制御手段)30が燃料再循環流路22に設けられている点である。すなわち、本実施形態では、燃料側起動用燃焼器30に接続され起動用空気を起動用空気制御弁31で流量を可変制御して供給する起動用空気流路32が設けられている。これにより、起動用空気制御弁31で起動用空気の流量を可変制御することにより、燃料側起動用燃焼器30からの未反応燃料ガスの燃焼を調整して燃焼排気温度を制御して主燃料ガス流路25に導入することができる。したがって、主燃料ガス流路25内の主燃料ガス温度を制御することができ、スタック入口の燃料側温度を制御することができる。   The difference between the second embodiment and the first embodiment is that, in the second embodiment, as shown in FIG. 2, a part of the unreacted fuel gas and the start-up air are burned and the main fuel gas is discharged by combustion. A fuel side starting combustor (stack inlet temperature control means) 30 for controlling the temperature of the fuel is provided in the fuel recirculation flow path 22. In other words, in the present embodiment, an activation air flow path 32 that is connected to the fuel-side activation combustor 30 and supplies the activation air with the activation air control valve 31 variably controlling the flow rate is provided. As a result, the starting air control valve 31 variably controls the flow rate of the starting air, thereby adjusting the combustion of the unreacted fuel gas from the fuel side starting combustor 30 and controlling the combustion exhaust temperature to control the main fuel. It can be introduced into the gas flow path 25. Therefore, the main fuel gas temperature in the main fuel gas channel 25 can be controlled, and the fuel side temperature at the stack inlet can be controlled.

第3実施形態と第2実施形態との異なる点は、第3実施形態では、図3に示すように、ガスタービン排気と起動用燃料とを燃焼させる空気側起動用燃焼器33がガスタービン排気供給流路7に設けられている点である。また、第3実施形態のコンバインド発電システムでは、ガスタービン排気供給流路7の途中にバイパス弁34を介して設けられたバイパス流路35と、バイパス流路35に設けられガスタービン排気を冷却する冷却器36とを備えている。さらに、第3実施形態のコンバインド発電システムでは、空気極1Aに供給されるガスタービン排気の流量を可変制御するスタック空気流量制御弁(排気流量制御手段、スタック入口圧力制御手段)37がガスタービン排気供給流路7に設けられている。   The difference between the third embodiment and the second embodiment is that, in the third embodiment, as shown in FIG. 3, the air-side startup combustor 33 that combusts the gas turbine exhaust and the startup fuel is a gas turbine exhaust. This is a point provided in the supply flow path 7. In the combined power generation system according to the third embodiment, the bypass passage 35 provided in the middle of the gas turbine exhaust supply passage 7 via the bypass valve 34 and the gas turbine exhaust provided in the bypass passage 35 are cooled. And a cooler 36. Further, in the combined power generation system of the third embodiment, the stack air flow control valve (exhaust flow control means, stack inlet pressure control means) 37 for variably controlling the flow rate of the gas turbine exhaust supplied to the air electrode 1A is a gas turbine exhaust. It is provided in the supply flow path 7.

前記空気側起動用燃焼器33は、ガスタービン排気供給流路7においてバイパス流路35との合流部より下流に設けられ、起動用燃料を供給する起動用燃料流路38が接続されている。起動用燃料流路38には、起動用燃料の流量を可変制御する起動用燃料制御弁39が設けられている。したがって、本実施形態では、ガスタービン排気の温度が低い場合に、空気側起動用燃焼器33により、ガスタービン排気と起動用燃料とを燃焼させることによりガスタービン排気を加熱して、ガスタービン4の運転状態と独立してスタック入口の空気側温度を調整することができる。   The air side start combustor 33 is provided downstream of the gas turbine exhaust supply flow path 7 where it joins the bypass flow path 35, and is connected to a start fuel flow path 38 for supplying start fuel. The starting fuel flow path 38 is provided with a starting fuel control valve 39 for variably controlling the flow rate of the starting fuel. Therefore, in this embodiment, when the temperature of the gas turbine exhaust is low, the gas turbine exhaust is heated by burning the gas turbine exhaust and the starting fuel by the air-side starting combustor 33, and the gas turbine 4 The air side temperature at the stack inlet can be adjusted independently of the operation state.

また、本実施形態では、高温型燃料電池の起動初期においては、高温のガスタービン排気を直接SOFC1に供給しないよう、その一部を冷却器36に供給して冷却しバイパス流体35と混合することで、ガスタービン4の運転状態と独立してスタック入口の空気側温度を調整することができる。なお、これら空気側起動用燃焼器33及び冷却器36と上記燃料側起動用燃焼器30とを組み合わせて制御することにより、スタック入口の温度差をより容易に制御することが可能になる。   In this embodiment, in the initial stage of starting the high-temperature fuel cell, a part of the high-temperature gas turbine exhaust is supplied to the cooler 36 and cooled and mixed with the bypass fluid 35 so as not to be supplied directly to the SOFC 1. Thus, the air side temperature at the stack inlet can be adjusted independently of the operating state of the gas turbine 4. Note that by controlling the air side start combustor 33 and the cooler 36 in combination with the fuel side start combustor 30, the temperature difference at the stack inlet can be controlled more easily.

さらに、本実施形態では、スタック空気流量制御弁37の流量制御によってガスタービン排気の一部を分岐流路10を介して未反応燃料燃焼器11に流すことにより、空気極1Aに供給されるガスタービン排気の流量を可変制御することができる。このように、スタック空気流量制御弁37によって空気極1Aに供給されるガスタービン排気の流量を可変制御することにより、ガスタービン4の運転状況と独立してスタック入口の燃料側と空気側との極間差圧を制御することができる。   Further, in the present embodiment, the gas supplied to the air electrode 1A by flowing a part of the gas turbine exhaust to the unreacted fuel combustor 11 via the branch flow path 10 by the flow rate control of the stack air flow rate control valve 37. The flow rate of the turbine exhaust can be variably controlled. In this way, by variably controlling the flow rate of the gas turbine exhaust supplied to the air electrode 1A by the stack air flow rate control valve 37, the fuel side and air side of the stack inlet can be controlled independently of the operation status of the gas turbine 4. The pressure difference between the electrodes can be controlled.

また、スタック空気流量制御弁37は、主空気制御弁18による主空気の流量制御に応じてガスタービン排気の流量を制御するように設定されている。すなわち、本実施形態のコンバインド発電システムでは、主空気制御弁18による主空気の流量制御に応じてガスタービン排気の流量を制御することにより、先行的に主空気流量とガスタービン排気流量とを協調動作させることができる。   Further, the stack air flow control valve 37 is set to control the flow rate of the gas turbine exhaust according to the main air flow control by the main air control valve 18. That is, in the combined power generation system of the present embodiment, the main air flow rate and the gas turbine exhaust flow rate are coordinated in advance by controlling the flow rate of the gas turbine exhaust according to the flow control of the main air by the main air control valve 18. It can be operated.

次に、本発明に係る高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムの第4実施形態及び第5実施形態を、図4及び図5を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。   Next, a fourth embodiment and a fifth embodiment of a combined power generation system using a high-temperature fuel cell according to the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. In the following description, the same constituent elements described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

第4実施形態と第3実施形態との異なる点は、第4実施形態では、図4に示すように、燃料極1Bに供給される主燃料ガスの流量を可変制御する可変燃料再循環ファン(燃料流量制御手段、スタック入口圧力制御手段)40が燃料再循環流路22に設けられている点である。すなわち、第4実施形態のコンバインド発電システムでは、可変燃料再循環ファン40によって燃料側起動用燃焼器30への未反応燃料ガスの流量を可変制御することにより、燃料側起動用燃焼器30からの燃焼排気の流量と共に主燃料ガス流路25の主燃料ガスの流量も可変制御することができる。したがって、本実施形態では、可変燃料再循環ファン40によって燃料極1Bに供給される主燃料ガスの流量を可変制御することができ、ガスタービン4の運転状況と独立してスタック入口の燃料側と空気側との極間差圧を制御することができる。   The difference between the fourth embodiment and the third embodiment is that, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 4, a variable fuel recirculation fan (variably controlling the flow rate of the main fuel gas supplied to the fuel electrode 1B) (Fuel flow rate control means, stack inlet pressure control means) 40 is provided in the fuel recirculation flow path 22. That is, in the combined power generation system of the fourth embodiment, the flow rate of the unreacted fuel gas to the fuel-side startup combustor 30 is variably controlled by the variable fuel recirculation fan 40, thereby The flow rate of the main fuel gas in the main fuel gas passage 25 can be variably controlled together with the flow rate of the combustion exhaust gas. Therefore, in the present embodiment, the flow rate of the main fuel gas supplied to the fuel electrode 1B by the variable fuel recirculation fan 40 can be variably controlled, and the fuel side at the stack inlet can be controlled independently of the operation status of the gas turbine 4. The differential pressure between the air side and the air side can be controlled.

第5実施形態のコンバインド発電システムは、図5に示すように、電力系統L1に接続されSOFC1からの電力を直交変換器41を介して送電する燃料電池側電力ラインL2と、電力系統L1に接続され発電機5からの電力を送電する発電機側電力ラインL3と、発電システム内に電力を供給するシステム運用電力ラインL4とを備えている。そして、第5実施形態と第4実施形態との異なる点は、燃料電池側電力ラインL2及び発電機側電力ラインL3の電力系統L1との接続を少なくとも一つシステム運用電力ラインL4に任意に切り換え接続可能な電力切り換え手段42を備えている点である。   As shown in FIG. 5, the combined power generation system according to the fifth embodiment is connected to the power system L1 that is connected to the power system L1 and transmits power from the SOFC1 via the orthogonal converter 41, and the power system L1. And a generator-side power line L3 for transmitting power from the generator 5 and a system operation power line L4 for supplying power into the power generation system. The difference between the fifth embodiment and the fourth embodiment is that the connection of the fuel cell side power line L2 and the generator side power line L3 with the power system L1 is arbitrarily switched to the system operation power line L4. The power switching means 42 that can be connected is provided.

前記システム運用電力ラインL4は、通常時は前記電力系統L1と発電システム内の電力稼働設備(例えば、燃料再循環ファン28及び空気再循環ファン24)とを接続してこれら設備に電力を供給するメイン送電ラインL41と、通常時はどの電力ラインとも接続されていないサブ送電ラインL42とを備えている。
前記電力切り換え手段42は、燃料電池側電力ラインL2の電力系統L1との接続を切り離してサブ送電ラインL42に切り換え可能な第1切り換えスイッチ部S1と、メイン送電ラインL41の電力系統L1との接続を切り離してサブ送電ラインL42に切り換え可能な第2切り換えスイッチ部S2と、発電機側電力ラインL3の電力系統L1との接続を切り離してサブ送電ラインL42に切り換え可能な第3切り換えスイッチ部S3とを備えている。
The system operation power line L4 normally supplies power to these facilities by connecting the power system L1 and power operation facilities (for example, the fuel recirculation fan 28 and the air recirculation fan 24) in the power generation system. A main power transmission line L41 and a sub power transmission line L42 that is not connected to any power line at normal times are provided.
The power switching means 42 is a connection between the first switching switch S1 that can be switched to the sub power transmission line L42 by disconnecting the connection of the fuel cell side power line L2 with the power system L1 and the power transmission system L1 of the main power transmission line L41. A second changeover switch section S2 that can be switched to the sub power transmission line L42, and a third changeover switch section S3 that can be disconnected from the power system L1 of the generator side power line L3 and switched to the sub power transmission line L42. It has.

すなわち、本実施形態では、停電時等の電源喪失時において、電力切り換え手段42によって、第1切り換えスイッチ部S1、第2切り換えスイッチ部S2及び第3切り換えスイッチ部S3を作動させて電力系統L1との切り離しと、燃料電池側電力ラインL2及び発電機側電力ラインL3とサブ送電ラインL42との接続と、メイン送電ラインL41とサブ送電ラインL42との接続を行う。そして、まずガスタービン4を起動してガスタービン4からの電力をサブ送電ラインL42を介してメイン送電ラインL41から電力稼働設備(例えば、燃料再循環ファン28及び空気再循環ファン24)に供給する。SOFC1はガスタービン4の起動から遅れて電力供給が可能になり、その際にはSOFC1からも、サブ送電ラインL42を介してメイン送電ラインL41から電力稼働設備に電力が供給される。   That is, in the present embodiment, when the power supply is lost such as during a power failure, the power switching unit 42 operates the first switching switch unit S1, the second switching switch unit S2, and the third switching switch unit S3 to connect the power system L1. Are disconnected, the fuel cell side power line L2, the generator side power line L3, and the sub power transmission line L42 are connected, and the main power transmission line L41 and the sub power transmission line L42 are connected. First, the gas turbine 4 is started and the electric power from the gas turbine 4 is supplied from the main power transmission line L41 to the power operation facility (for example, the fuel recirculation fan 28 and the air recirculation fan 24) via the sub power transmission line L42. . The SOFC 1 can be supplied with power after the start of the gas turbine 4. At that time, the power is also supplied from the main power transmission line L 41 to the power operation facility from the SOFC 1 via the sub power transmission line L 42.

このように本実施形態では、停電時等の電源喪失時においても、電力切り換え手段42により、燃料電池側電力ラインL2及び発電機側電力ラインL3の電力系統L1との接続を少なくとも一つシステム運用電力ラインL4に任意に切り換え接続することにより、発電所内で必要な電力が供給され、発電所(発電システム)内の単独運転が可能になり、システムの稼働率を向上させることができる。   As described above, in this embodiment, even when the power supply is lost such as during a power failure, the power switching means 42 connects at least one connection between the fuel cell side power line L2 and the generator side power line L3 to the power system L1. By arbitrarily switching and connecting to the power line L4, necessary electric power is supplied in the power plant, so that an independent operation in the power plant (power generation system) is possible, and the operating rate of the system can be improved.

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。   The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本発明に係る第1実施形態の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムを示す構成図である。It is a lineblock diagram showing the combined power generation system using the high temperature type fuel cell of a 1st embodiment concerning the present invention. 本発明に係る第2実施形態の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the combined electric power generation system using the high temperature type fuel cell of 2nd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第3実施形態の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the combined electric power generation system using the high temperature type fuel cell of 3rd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第4実施形態の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the combined electric power generation system using the high temperature type fuel cell of 4th Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第5実施形態の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the combined electric power generation system using the high temperature type fuel cell of 5th Embodiment which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…SOFC(高温型燃料電池)、1A…空気極、1B…燃料極、2…圧縮機部、3…タービン部、4…ガスタービン、5…発電機、6…圧縮空気供給流路、7…ガスタービン排気供給流路、11…未反応燃料燃焼器、13…高温再生熱交換器、14…補助燃料供給機構(排気温度制御手段)、15…加圧空気供給機構(排気温度制御手段)、18…主空気制御弁(主空気流量制御機構)、21…排熱回収ボイラ、22…燃料再循環流路、25…主燃料ガス流路、28…燃料再循環ファン(燃料流量制御手段、スタック入口圧力制御手段)、30…燃料側起動用燃焼器(スタック入口温度制御手段)、33…空気側起動用燃焼器、34…バイパス弁、35…バイパス流路、36…冷却器、37…スタック空気流量制御弁(排気流量制御手段、スタック入口圧力制御手段)、40…可変燃料再循環ファン(燃料流量制御手段、スタック入口圧力制御手段)、42…電力切り換え手段、L1…電力系統、L2…燃料電池側電力ライン、L3…発電機側電力ライン、L4…システム運用電力ライン、L41…メイン送電ライン、L42…サブ送電ライン、S1…第1切り換えスイッチ部、S2…第2切り換えスイッチ部、S3…第3切り換えスイッチ部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... SOFC (high temperature type fuel cell), 1A ... Air electrode, 1B ... Fuel electrode, 2 ... Compressor part, 3 ... Turbine part, 4 ... Gas turbine, 5 ... Generator, 6 ... Compressed air supply flow path, 7 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Gas turbine exhaust supply flow path, 11 ... Unreacted fuel combustor, 13 ... High temperature regeneration heat exchanger, 14 ... Auxiliary fuel supply mechanism (exhaust temperature control means), 15 ... Pressurized air supply mechanism (exhaust temperature control means) , 18 ... main air control valve (main air flow rate control mechanism), 21 ... exhaust heat recovery boiler, 22 ... fuel recirculation passage, 25 ... main fuel gas passage, 28 ... fuel recirculation fan (fuel flow control means, Stack inlet pressure control means), 30 ... Fuel side start combustor (stack inlet temperature control means), 33 ... Air side start combustor, 34 ... Bypass valve, 35 ... Bypass flow path, 36 ... Cooler, 37 ... Stack air flow control valve (exhaust flow control means, (Tack inlet pressure control means), 40 ... variable fuel recirculation fan (fuel flow control means, stack inlet pressure control means), 42 ... power switching means, L1 ... power system, L2 ... fuel cell side power line, L3 ... generator Side power line, L4 ... system operation power line, L41 ... main power transmission line, L42 ... sub power transmission line, S1 ... first changeover switch part, S2 ... second changeover switch part, S3 ... third changeover switch part

Claims (11)

高温燃料ガス及び高温空気の供給を常圧で受けて発電する高温型燃料電池と、
同軸に連結された圧縮機部及びタービン部を有するガスタービンと、
該ガスタービンの出力で駆動されて発電する発電機と、
前記圧縮機部から供給されるガスタービン圧縮空気を前記タービン部へ導入する圧縮空気供給流路と、
前記ガスタービンから排出されたガスタービン排気を前記高温型燃料電池の高温空気として高温型燃料電池の空気極に供給するガスタービン排気供給流路と、
前記高温型燃料電池の燃料極を通過した未反応燃料ガスと前記空気極を通過した未反応空気と前記ガスタービンから直接送り込まれる前記ガスタービン排気の一部とを導入し燃焼させる未反応燃料燃焼器と、
該未反応燃料燃焼器から排出される燃焼器排気により前記ガスタービン圧縮空気を熱交換で温度上昇させる熱交換器と、
前記燃焼器排気の温度を調整可能な排気温度制御手段とを備え、
前記排気温度制御手段が、補助燃料を前記未反応燃料ガスと共にその混合比を可変制御して前記未反応燃料燃焼器に供給する補助燃料供給機構を備えていることを特徴とする高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システム。
A high-temperature fuel cell that generates power by receiving supply of high-temperature fuel gas and high-temperature air at normal pressure; and
A gas turbine having a compressor section and a turbine section coupled coaxially;
A generator driven by the output of the gas turbine to generate electricity;
A compressed air supply passage for introducing gas turbine compressed air supplied from the compressor section into the turbine section;
A gas turbine exhaust supply passage for supplying the gas turbine exhaust discharged from the gas turbine to the air electrode of the high temperature fuel cell as the high temperature air of the high temperature fuel cell;
Unreacted fuel combustion that introduces and burns unreacted fuel gas that has passed through the fuel electrode of the high-temperature fuel cell, unreacted air that has passed through the air electrode, and part of the gas turbine exhaust that is fed directly from the gas turbine And
A heat exchanger that raises the temperature of the gas turbine compressed air by heat exchange with the combustor exhaust discharged from the unreacted fuel combustor;
An exhaust temperature control means capable of adjusting the temperature of the combustor exhaust,
The high-temperature fuel cell, wherein the exhaust temperature control means includes an auxiliary fuel supply mechanism that variably controls the mixing ratio of auxiliary fuel together with the unreacted fuel gas and supplies the auxiliary fuel to the unreacted fuel combustor. Combined power generation system using
前記排気温度制御手段が、少なくとも一部の前記燃焼器排気をその圧力を可変制御して前記未反応燃料燃焼器に加圧供給する加圧空気供給機構を備え、
前記燃焼器排気が、当該燃焼器排気により前記ガスタービン圧縮空気を熱交換で温度上昇させる高温再生熱交換器、及び前記高温再生熱交換器よりも下流で前記燃焼器排気の排熱を回収する排熱回収ボイラが設けられた燃料再循環流路を通過したものであることを特徴とする請求項1に記載の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システム。
The exhaust temperature control means includes a pressurized air supply mechanism that variably controls the pressure of at least a part of the combustor exhaust and pressurizes and supplies the unreacted fuel combustor with pressure .
The combustor exhaust recovers exhaust heat of the combustor exhaust downstream of the high temperature regeneration heat exchanger that raises the temperature of the gas turbine compressed air by heat exchange by the combustor exhaust, and the high temperature regeneration heat exchanger. The combined power generation system using a high-temperature fuel cell according to claim 1, wherein the combined power generation system passes through a fuel recirculation passage provided with an exhaust heat recovery boiler .
高温燃料ガス及び高温空気の供給を常圧で受けて発電する高温型燃料電池と、
同軸に連結された圧縮機部及びタービン部を有するガスタービンと、
該ガスタービンの出力で駆動されて発電する発電機と、
前記圧縮機部から供給されるガスタービン圧縮空気を前記タービン部へ導入する圧縮空気供給流路と、
前記ガスタービンから排出されたガスタービン排気を前記高温型燃料電池の高温空気として高温型燃料電池の空気極に供給するガスタービン排気供給流路と、
前記高温型燃料電池の燃料極を通過した未反応燃料ガスと前記空気極を通過した未反応空気と前記ガスタービンから直接送り込まれる前記ガスタービン排気の一部とを導入し燃焼させる未反応燃料燃焼器と、
該未反応燃料燃焼器から排出される燃焼器排気により前記ガスタービン圧縮空気を熱交換で温度上昇させる熱交換器と、
前記燃料極に供給される主燃料ガス及び前記空気極に供給される前記ガスタービン排気の少なくとも一方の温度を可変制御するスタック入口温度制御手段とを備えていることを特徴とする高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システム。
A high-temperature fuel cell that generates power by receiving supply of high-temperature fuel gas and high-temperature air at normal pressure; and
A gas turbine having a compressor section and a turbine section coupled coaxially;
A generator driven by the output of the gas turbine to generate electricity;
A compressed air supply passage for introducing gas turbine compressed air supplied from the compressor section into the turbine section;
A gas turbine exhaust supply passage for supplying the gas turbine exhaust discharged from the gas turbine to the air electrode of the high temperature fuel cell as the high temperature air of the high temperature fuel cell;
Unreacted fuel combustion for introducing and burning unreacted fuel gas that has passed through the fuel electrode of the high-temperature fuel cell, unreacted air that has passed through the air electrode, and part of the gas turbine exhaust that is fed directly from the gas turbine And
A heat exchanger that raises the temperature of the gas turbine compressed air by heat exchange with the combustor exhaust discharged from the unreacted fuel combustor;
And a stack inlet temperature control means for variably controlling the temperature of at least one of the main fuel gas supplied to the fuel electrode and the gas turbine exhaust supplied to the air electrode. Combined power generation system using
前記スタック入口温度制御手段が、前記未反応燃料ガスの一部と起動用空気とを燃焼させ該燃焼の排気で前記主燃料ガスの温度制御を行う燃料側起動用燃焼器を備えていることを特徴とする請求項3に記載の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システム。   The stack inlet temperature control means includes a fuel-side start-up combustor that burns part of the unreacted fuel gas and start-up air and controls the temperature of the main fuel gas with the exhaust of the combustion. A combined power generation system using the high-temperature fuel cell according to claim 3. 前記スタック入口温度制御手段が、前記ガスタービン排気供給流路に設けられ前記ガスタービン排気と起動用燃料とを燃焼させる空気側起動用燃焼器を備えていることを特徴とする請求項3又は4に記載の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システム。   5. The stack inlet temperature control means includes an air-side start combustor provided in the gas turbine exhaust supply flow path for burning the gas turbine exhaust and start-up fuel. Combined power generation system using the high-temperature fuel cell described in 1. 前記スタック入口温度制御手段が、前記ガスタービン排気供給流路の途中にバイパス弁を介して設けられたバイパス流路と、
該バイパス流路に設けられ前記ガスタービン排気を冷却する冷却器とを備えていることを特徴とする請求項3から5のいずれか一項に記載の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システム。
The stack inlet temperature control means, a bypass flow path provided via a bypass valve in the middle of the gas turbine exhaust supply flow path;
A combined power generation system using a high-temperature fuel cell according to any one of claims 3 to 5, further comprising a cooler that is provided in the bypass passage and cools the gas turbine exhaust.
高温燃料ガス及び高温空気の供給を常圧で受けて発電する高温型燃料電池と、
同軸に連結された圧縮機部及びタービン部を有するガスタービンと、
該ガスタービンの出力で駆動されて発電する発電機と、
前記圧縮機部から供給されるガスタービン圧縮空気を前記タービン部へ導入する圧縮空気供給流路と、
前記ガスタービンから排出されたガスタービン排気を前記高温型燃料電池の高温空気として高温型燃料電池の空気極に供給するガスタービン排気供給流路と、
前記高温型燃料電池の燃料極を通過した未反応燃料ガスと前記空気極を通過した未反応空気と前記ガスタービンから直接送り込まれる前記ガスタービン排気の一部とを導入し燃焼させる未反応燃料燃焼器と、
該未反応燃料燃焼器から排出される燃焼器排気により前記ガスタービン圧縮空気を熱交換で温度上昇させる熱交換器と、
前記燃料極に供給される主燃料ガス及び前記空気極に供給される前記ガスタービン排気の少なくとも一方の流量を可変制御するスタック入口圧力制御手段とを備えていることを特徴とする高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システム。
A high-temperature fuel cell that generates power by receiving supply of high-temperature fuel gas and high-temperature air at normal pressure; and
A gas turbine having a compressor section and a turbine section coupled coaxially;
A generator driven by the output of the gas turbine to generate electricity;
A compressed air supply passage for introducing gas turbine compressed air supplied from the compressor section into the turbine section;
A gas turbine exhaust supply passage for supplying the gas turbine exhaust discharged from the gas turbine to the air electrode of the high temperature fuel cell as the high temperature air of the high temperature fuel cell;
Unreacted fuel combustion for introducing and burning unreacted fuel gas that has passed through the fuel electrode of the high-temperature fuel cell, unreacted air that has passed through the air electrode, and part of the gas turbine exhaust that is fed directly from the gas turbine And
A heat exchanger that raises the temperature of the gas turbine compressed air by heat exchange with the combustor exhaust discharged from the unreacted fuel combustor;
And a stack inlet pressure control means for variably controlling the flow rate of at least one of the main fuel gas supplied to the fuel electrode and the gas turbine exhaust supplied to the air electrode. Combined power generation system using
前記スタック入口圧力制御手段が、前記主燃料ガスを前記燃料極に供給する主燃料供給流路と、
前記未反応燃料ガスの一部を前記主燃料供給流路に戻す燃料再循環流路と、
該燃料再循環流路に設けられ前記未反応燃料ガスの流量を可変制御して前記主燃料供給流路に供給する燃料流量制御手段とを備えていることを特徴とする請求項7に記載の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システム。
A main fuel supply passage for supplying the main fuel gas to the fuel electrode;
A fuel recirculation flow path for returning a part of the unreacted fuel gas to the main fuel supply flow path;
8. A fuel flow rate control means provided in the fuel recirculation flow path and variably controlling the flow rate of the unreacted fuel gas and supplying the flow rate to the main fuel supply flow path. Combined power generation system using high-temperature fuel cells.
前記スタック入口圧力制御手段が、前記ガスタービン排気供給流路に設けられ前記ガスタービン排気の流量を制御する排気流量制御手段を備えていることを特徴とする請求項7又は8に記載の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システム。   The high-temperature type according to claim 7 or 8, wherein the stack inlet pressure control means includes exhaust flow rate control means that is provided in the gas turbine exhaust supply passage and controls the flow rate of the gas turbine exhaust. Combined power generation system using fuel cells. 前記排気流量制御手段が、前記圧縮機部に主空気を流量制御して供給する主空気流量制御機構を備え、該主空気流量制御機構による前記主空気の流量制御に応じて前記ガスタービン排気の流量を制御することを特徴とする請求項9に記載の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システム。   The exhaust flow rate control means includes a main air flow rate control mechanism that supplies main air to the compressor unit while controlling the flow rate of the gas turbine exhaust according to the flow rate control of the main air by the main air flow rate control mechanism. The combined power generation system using the high-temperature fuel cell according to claim 9, wherein the flow rate is controlled. 電力系統に接続され前記高温型燃料電池からの電力を送電する燃料電池側電力ラインと、
電力系統に接続され前記発電機からの電力を送電する発電機側電力ラインと、
発電システム内に電力を供給するシステム運用電力ラインと、
前記燃料電池側電力ライン及び前記発電機側電力ラインの電力系統との接続を少なくとも一つ前記システム運用電力ラインに任意に切り換え接続可能な電力切り換え手段を備えていることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の高温型燃料電池を用いたコンバインド発電システム。
A fuel cell side power line connected to a power system and transmitting power from the high temperature fuel cell;
A generator-side power line connected to a power system and transmitting power from the generator;
A system operation power line for supplying power into the power generation system;
2. A power switching means capable of arbitrarily switching and connecting at least one connection between the fuel cell side power line and the power system of the generator side power line to the system operation power line. A combined power generation system using the high-temperature fuel cell according to any one of 1 to 10.
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