JP4847053B2 - 改質システムの負荷制御方法 - Google Patents
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(1)前記水蒸気発生手段2の燃焼量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値まで階段状に急激に減 少すると共に、前記改質装置1へ供給する原料ガス量と酸素含有ガス量を所定比率に維持した状態で、それら原料ガス量と酸素含有ガス量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値まで階段状に急激に減少する制御を行い、
(2)前記水蒸気発生手段2から前記改質装置1への水蒸気供給量が前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値まで減少した時点で、CO低減手段3へ供給する酸素含有ガス量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値まで階段状に急激に減少する制御を行うことを特徴とする(請求項1)。
(1)前記水蒸気発生手段の燃焼量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値までランプ状または階段状に減少すると共に、前記改質装置へ供給する原料ガス量と酸素含有ガス量を所定比率に維持した状態で、それら原料ガス量と酸素含有ガス量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値までランプ状もまたは階段状に減少する制御を行い、
(2)さらに前記CO低減手段へ供給する酸素含有ガス量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値までランプ状または階段状に減少させる制御を行うように構成されていることを特徴とする(請求項2)。
(1)前記水蒸気発生手段2の燃焼量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値まで階段状に急激に増加すると共に、CO低減手段3へ供給する酸素含有ガス量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値に階段状に急激に増加する制御を行い、
(2)前記水蒸気発生手段2から前記改質装置1への水蒸気供給量が前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値まで増加した時点で、前記改質装置1へ供給する原料ガス量と酸素含有ガス量を所定比率に維持した状態で、それら原料ガス量と酸素含有ガス量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値まで階段状に急激に増加する制御を行うように構成されていることを特徴とする(請求項3)。
(1)前記水蒸気発生手段2の燃焼量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値にまでランプ状または階段状に増加すると共に、前記改質装置1へ供給する原料ガス量と酸素含有ガス量を所定比率に維持した状態で、それら原料ガス量と酸素含有ガス量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値までランプ状または階段状に増加する制御を行い、
(2)前記CO低減手段3へ供給する酸素含有ガス量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値までランプ状または階段状増加する制御を行うように構成されていることを特徴とする(請求項4)。
(1)前記水蒸気発生手段2の燃焼量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値まで階段状に急激に減少すると共に、前記改質装置1へ供給する原料ガス量と酸素含有ガス量を所定比率に維持した状態で、それら原料ガス量と酸素含有ガス量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値まで階段状に急激に減少する制御を行い、
(2)前記水蒸気発生手段2から前記改質装置1への水蒸気供給量が前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値まで減少した時点で、CO低減手段3へ供給する酸素含有ガス量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値まで階段状に急激に減少する制御を行い、
一方、前記制御装置14は階段状に急激に変化する負荷増加指令により、
(3)前記水蒸気発生手段2の燃焼量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値まで階段状に急激に増加すると共に、CO低減手段3へ供給する酸素含有ガス量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値に階段状に急激に増加する制御を行い、
(4)前記水蒸気発生手段2から前記改質装置1への水蒸気供給量が前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値まで増加した時点で、前記改質装置1へ供給する原料ガス量と酸素含有ガス量を所定比率に維持した状態で、それら原料ガス量と酸素含有ガス量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値まで階段状に急激に増加する制御を行うように構成されていることを特徴とする(請求項5)。
(1)前記水蒸気発生手段2の燃焼量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値までランプ状または階段状に減少すると共に、前記改質装置1へ供給する原料ガス量と酸素含有ガス量を所定比率に維持した状態で、それら原料ガス量と酸素含有ガス量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値までランプ状または階段状に減少する制御を行い、
(2)前記CO低減手段3へ供給する酸素含有ガス量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値までランプ状もしくは階段状に減少させる制御を行い、
一方、前記制御装置14は階段状に変化する負荷増加値指令により、
(3)前記水蒸気発生手段2の燃焼量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値にまでランプ状または階段状に増加すると共に、前記改質装置1へ供給する原料ガス量と酸素含有ガス量を所定比率に維持した状態で、それら原料ガス量と酸素含有ガス量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値までランプ状または階段状に増加する制御を行い、
(4)前記CO低減手段3へ供給する酸素含有ガス量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値までランプ状または階段状増加する制御を行うように構成されていることを特徴とする(請求項6)。
またそれと共に改質装置に供給する原料ガス量と酸素含有ガス量も階段状の負荷減少指令に追従して階段状に減少する制御を行うので、改質装置から燃料電池等の負荷設備に供給する改質ガス量を階段状に減少させることができる。
このように第1の本発明によれば、特別な物理量測定方式を採用しなくても、負荷減少指令に的確に追従して改質ガスを減少できると共に、CO低減手段を効率よく運転させることができる。
それと共に改質装置に供給する原料ガス量と酸素含有ガス量を階段状の負荷減少指令に応じてそれに適合する値までランプ状または段階状に減少する制御を行うので、前記水蒸気供給量と原料ガスの比率を適合させながら、前記改質装置で生成する改質ガスを負荷減少指令にスムーズに追従させて燃料電池等の負荷設備に供給することができる。
このように第2の本発明によれば、特別な物理量測定方式を採用しなしなくても、負荷減少指令に的確に追従して改質ガスを減少できると共に、CO低減手段を効率よく運転させることができる。
またCO低減手段へ供給する酸素含有ガス量を負荷増加指令に応じてそれに適合する値に階段状に増加する制御を行うので、原料ガスの供給増加より先に増加する傾向にある水蒸気によりCO低減手段が一時的に過剰水蒸気な状態になることを防止し、CO低減機能の低下を防止することができる。
このように第3の本発明によれば、特別な物理量測定方式を採用しなくても、負荷増加指令に的確に追従して改質ガスを増加できると共に、CO低減手段を効率よく運転させることができる。
さらに改質装置へ供給する原料ガス量と酸素含有ガス量を所定比率に維持した状態で、それら原料ガス量と酸素含有ガスを負荷増加指令に応じてそれに適合する値までランプ状または段階状に増加する制御を行いうので、改質装置から燃料電池等の負荷設備に供給する改質ガス量を迅速に増加させることができる。
このように第4の本発明によれば、特別な物理量測定方式を採用しなくても、負荷増加指令に的確に追従して改質ガスを増加できると共に、CO低減手段を効率よく運転させることができる。
また第6の本発明は、第2の本発明と第4の本発明を組み合わせたものであり、前記した第2の本発明の効果を第4の本発明の効果を合わせた効果を奏する。
(水蒸気発生操作)
水蒸気発生手段2の水貯留部(水ドラム)の水位は水位検出手段40で検出され、その検出値が予め設定された値より少ないときには、制御装置14から流量調整弁32を開ける制御信号が出力され、水貯留部の水位を常に所定範囲に維持する。制御装置14は水蒸気発生手段2の燃焼部2aのバーナーを起動する制御信号を出力すると共に、流量調整弁37,33(または33a)を制御して燃焼部2aへ所定流量の燃料−空気混合物を供給する。すなわち、制御装置14は圧力検出手段41からの水蒸気圧力検出値が予め設定された値になるように、吸引混合手段6へ加圧空気を流す配管102bの流量調整弁37を制御する。なお、流量調整弁39を開閉弁とし、運転時に制御装置14でそれを全開に制御しておき、制御装置14から燃焼部2aの燃料および空気量を制御して必要な水蒸気発生量を調整するように構成することもできる。
水蒸気発生手段2で発生した水蒸気は、流量調整弁39で流量調整されて混合手段4に供給されるが、その流量調整は制御装置14からの制御信号で行われる。すなわち制御装置14に設けた入力手段から改質手段1への原料供給流量の設定値を入力すると、制御装置14は流量調整弁39に所定の弁開度を維持する制御信号を出力する。好適な原料ガスと水蒸気の混合割合は、原料ガスに含まれている炭素Cを基準に表示すると、例えば炭化水素の場合はH2O/C=2.5〜3.5の範囲が好ましく、脂肪族アルコールの場合はH2O/C=2〜3の範囲が好ましい。
前記のように、混合手段4から配管104に流出した原料−水蒸気混合物は改質手段1の供給部68(図3)を経て予備改質室61a内に流入する。平常運転時においては、主改質室62aから隔壁62bを通して伝熱する熱エネルギーによって、予備改質室61aに充填された伝熱粒子層71bが昇温されているので、予備改質室61aに流入した原料−水蒸気混合物はその伝熱粒子層71bを通過する間に改質反応温度まで昇温する。
負荷制御方法1はステップ状に変化する負荷減少指令または付加増加指令に対して各制御対象をステップ状に変化させる制御を行うものである。ここで「ステップ状に変化」とは、例えば図4に示す「負荷減少指令」または「負荷増加指令」のようなあるレベルから他のレベルに急激に状態が変化することをいう。)
負荷制御方法2はステップ状に変化する負荷減少指令または付加増加指令に対して各制御対象をランプ状または段階状に変化させる制御を行うものである。ここで「ランプ状に変化」とは例えば図4に点線で示す原料ガス変化のように、所定時間(例えばt1からt2までの時間)であるレベルから他のレベルに一定勾配で変化することをいう。また「段階状に変化」とは所定時間(例えばt1からt2までの時間)であるレベルから他のレベルまでを複数の小さいステップ状に分けて段階的に変化することをいう。
2 水蒸気発生手段
2a 燃焼部
3 CO低減手段
4 混合手段
6 吸引混合手段
7 加圧空気供給系
8 原料供給系
9 脱硫装置
10 水タンク
12,13 熱交換手段
14 制御装置
21 固定部
22 内部ノズル構造体
23 外部ノズル構造体
24,25 開口部
26 絞り部
40 水位検出手段
41 圧力検出手段
42 温度検出手段
61a 予備改質室
62 内筒
62a 主改質室
62b 隔壁
63 酸素含有ガス導入部
64,65,66 マニホールド
68 供給部
68a 排出部
69 排出部
69a 供給部
70 断熱壁
71b 伝熱粒子層
72a 混合触媒層
72b 伝熱粒子層
72c 高温シフト触媒層
72d 低温シフト触媒層
72e シフト触媒層
73a〜73e 支持板
81,82 配管
83,84 流量調整弁
85 配管
101a〜114 配管
300 燃料電池
301,302 配管
303,304 流路切換弁
Claims (6)
- 燃焼熱により水蒸気を発生する水蒸気発生手段2と、前記発生した水蒸気、原料ガスおよび酸素含有ガスを供給し、前記酸素含有ガスで前記原料ガスの一部を酸化すると共に、その酸化熱を利用して原料ガスの水蒸気改質を行って水素リッチな改質ガスを生成する改質装置1と、前記改質装置1で得られた改質ガスに含まれるCOを酸素含有ガスの存在下に低減するCO低減手段3と、制御装置14とを備えた改質システムの負荷制御方法において、前記制御装置14は、第1のレベルの負荷状態から急激に第2の負荷レベルまで低下させる階段状の負荷減少指令により、
(1)前記水蒸気発生手段2の燃焼量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値まで階段状に急激に減少すると共に、前記改質装置1へ供給する原料ガス量と酸素含有ガス量を所定比率に維持した状態で、それら原料ガス量と酸素含有ガス量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値まで階段状に急激に減少する制御を行い、
(2)前記水蒸気発生手段2から前記改質装置1への水蒸気供給量が前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値まで減少した時点で、CO低減手段3へ供給する酸素含有ガス量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値まで階段状に急激に減少する制御を行うことを特徴とする改質システムの負荷制御方法。 - 燃焼熱により水蒸気を発生する水蒸気発生手段2と、前記発生した水蒸気、原料ガスおよび酸素含有ガスを供給し、前記酸素含有ガスで前記原料ガスの一部を酸化すると共に、その酸化熱を利用して原料ガスの水蒸気改質を行って水素リッチな改質ガスを生成する改質装置1と、前記改質装置1で得られた改質ガスに含まれるCOを酸素含有ガスの存在下に低減するCO低減手段3と、制御装置14とを備えた改質システムの負荷制御方法において、前記制御装置14は、第1のレベルの負荷状態から急激に第2の負荷レベルまで低下させる階段状の負荷減少指令により、
(1)前記水蒸気発生手段の燃焼量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値までランプ状または階段状に減少すると共に、前記改質装置へ供給する原料ガス量と酸素含有ガス量を所定比率に維持した状態で、それら原料ガス量と酸素含有ガス量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値までランプ状または階段状に減少する制御を行い、
(2)さらに前記CO低減手段へ供給する酸素含有ガス量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値までランプ状または階段状に減少させる制御を行うように構成されていることを特徴とする改質システムの負荷制御方法。 - 燃焼熱により水蒸気を発生する水蒸気発生手段2と、前記発生した水蒸気、原料ガスおよび酸素含有ガスを供給し、前記酸素含有ガスで前記原料ガスの一部を酸化すると共に、その酸化熱を利用して原料ガスの水蒸気改質を行って水素リッチな改質ガスを生成する改質装置1と、前記改質装置1で得られた改質ガスに含まれるCOを酸素含有ガスの存在下に低減するCO低減手段3と、制御装置14とを備えた改質システムの負荷制御方法において、前記制御装置14は、第2のレベルの負荷状態から急激に第1の負荷レベルまで増加させる階段状に変化する負荷増加指令により、
(1)前記水蒸気発生手段2の燃焼量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値まで階段状に急激に増加すると共に、CO低減手段3へ供給する酸素含有ガス量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値に階段状に急激に増加する制御を行い、
(2)前記水蒸気発生手段2から前記改質装置1への水蒸気供給量が前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値まで増加した時点で、前記改質装置1へ供給する原料ガス量と酸素含有ガス量を所定比率に維持した状態で、それら原料ガス量と酸素含有ガス量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値まで階段状に急激に増加する制御を行うように構成されていることを特徴とする改質システムの負荷制御方法。 - 燃焼熱により水蒸気を発生する水蒸気発生手段2と、前記発生した水蒸気、原料ガスおよび酸素含有ガスを供給し、前記酸素含有ガスで前記原料ガスの一部を酸化すると共に、その酸化熱を利用して原料ガスの水蒸気改質を行って水素リッチな改質ガスを生成する改質装置1と、前記改質装置1で得られた改質ガスに含まれるCOを酸素含有ガスの存在下に低減するCO低減手段3と、制御装置14とを備えた改質システムの負荷制御方法において、前記制御装置14は、第2のレベルの負荷状態から急激に第1の負荷レベルまで増加させる階段状に変化する負荷増加指令により、
(1)前記水蒸気発生手段2の燃焼量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値にまでランプ状または階段状に増加すると共に、前記改質装置1へ供給する原料ガス量と酸素含有ガス量を所定比率に維持した状態で、それら原料ガス量と酸素含有ガス量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値までランプ状または階段状に増加する制御を行い、
(2)前記CO低減手段3へ供給する酸素含有ガス量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値までランプ状または階段状に増加する制御を行うように構成されていることを特徴とする改質システムの負荷制御方法。 - 燃焼熱により水蒸気を発生する水蒸気発生手段2と、前記発生した水蒸気、原料ガスおよび酸素含有ガスを供給し、前記酸素含有ガスで前記原料ガスの一部を酸化すると共に、その酸化熱を利用して原料ガスの水蒸気改質を行って水素リッチな改質ガスを生成する改質装置1と、前記改質装置1で得られた改質ガスに含まれるCOを酸素含有ガスの存在下に低減するCO低減手段3と、制御装置14とを備えた改質システムの負荷制御方法において、前記制御装置14は、第1のレベルの負荷状態から急激に第2の負荷レベルまで低下させる階段状の負荷減少指令により、
(1)前記水蒸気発生手段2の燃焼量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値まで階段状に急激に減少すると共に、前記改質装置1へ供給する原料ガス量と酸素含有ガス量を所定比率に維持した状態で、それら原料ガス量と酸素含有ガス量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値まで階段状に急激に減少する制御を行い、
(2)前記水蒸気発生手段2から前記改質装置1への水蒸気供給量が前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値まで減少した時点で、CO低減手段3へ供給する酸素含有ガス量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値まで階段状に急激に減少する制御を行い、
一方、前記制御装置14は階段状に急激に変化する負荷増加指令により、
(3)前記水蒸気発生手段2の燃焼量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値まで階段状に急激に増加すると共に、CO低減手段3へ供給する酸素含有ガス量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値に階段状に急激に増加する制御を行い、
(4)前記水蒸気発生手段2から前記改質装置1への水蒸気供給量が前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値まで増加した時点で、前記改質装置1へ供給する原料ガス量と酸素含有ガス量を所定比率に維持した状態で、それら原料ガス量と酸素含有ガス量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値まで階段状に急激に増加する制御を行うように構成されていることを特徴とする改質システムの負荷制御方法。 - 燃焼熱により水蒸気を発生する水蒸気発生手段2と、前記発生した水蒸気、原料ガスおよび酸素含有ガスを供給し、前記酸素含有ガスで前記原料ガスの一部を酸化すると共に、その酸化熱を利用して原料ガスの水蒸気改質を行って水素リッチな改質ガスを生成する改質装置1と、前記改質装置1で得られた改質ガスに含まれるCOを酸素含有ガスの存在下に低減するCO低減手段3と、制御装置14とを備えた改質システムの負荷制御方法において、前記制御装置14は、第1のレベルの負荷状態から急激に第2の負荷レベルまで低下させる階段状の負荷減少指令により、
(1)前記水蒸気発生手段2の燃焼量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値までランプ状または 階段状に減少すると共に、前記改質装置1へ供給する原料ガス量と酸素含有ガス量を所定比率に維持した状態で、それら原料ガス量と酸素含有ガス量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値までランプ状または階段状に減少する制御を行い、
(2)前記CO低減手段3へ供給する酸素含有ガス量を前記負荷減少指令に応じてそれに適合する値までランプ状もしくは階段状に減少させる制御を行い、
一方、前記制御装置14は階段状に変化する負荷増加指令により、
(3)前記水蒸気発生手段2の燃焼量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値にまでランプ状または階段状に増加すると共に、前記改質装置1へ供給する原料ガス量と酸素含有ガス量を所定比率に維持した状態で、それら原料ガス量と酸素含有ガス量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値までランプ状または階段状に増加する制御を行い、
(4)前記CO低減手段3へ供給する酸素含有ガス量を前記負荷増加指令に応じてそれに適合する値までランプ状または階段状増加する制御を行うように構成されていることを特徴とする改質システムの負荷制御方法。
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