JP5522646B2 - Combined power generation facility - Google Patents
Combined power generation facility Download PDFInfo
- Publication number
- JP5522646B2 JP5522646B2 JP2006116080A JP2006116080A JP5522646B2 JP 5522646 B2 JP5522646 B2 JP 5522646B2 JP 2006116080 A JP2006116080 A JP 2006116080A JP 2006116080 A JP2006116080 A JP 2006116080A JP 5522646 B2 JP5522646 B2 JP 5522646B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- reforming
- power generation
- fuel cell
- reformer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
本発明は、水素と酸素との電気化学反応により電力を得る燃料電池装置とガスタービンを組み合わせた複合発電設備に関する。 The present invention relates to a combined power generation facility in which a fuel cell device that obtains electric power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen and a gas turbine are combined.
水素と酸素との電気化学反応により電力を得る燃料電池、例えば、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)は、例えば、ニッケル多孔質体の燃料極(アノード)と、例えば、酸化ニッケル多孔質体の空気極(カソード)との間に、電解質(炭酸塩)が挟まれて構成されている。そして、天然ガス等の燃料から得られた水素(H2)をアノードに供給すると共に、空気(O2)と二酸化炭素(CO2)をカソードに供給することで、H2とO2の電気化学反応により発電が行われる。MCFCは高温で作動するため高効率で、CO2を回収分離できるため環境への影響が少ない等の特徴を有している。このため、近年は、水力、火力、原子力に続く発電システムとして注目されてきている。 A fuel cell that obtains electric power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, for example, a molten carbonate fuel cell (MCFC), for example, has a nickel porous fuel electrode (anode) and a nickel oxide porous material, for example. An electrolyte (carbonate) is sandwiched between the air electrode (cathode). Then, hydrogen (H 2 ) obtained from a fuel such as natural gas is supplied to the anode, and air (O 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) are supplied to the cathode, whereby the electricity of H 2 and O 2 is supplied. Electricity is generated by chemical reaction. MCFC operates at a high temperature, has high efficiency, and can recover and separate CO 2 , so that it has a less environmental impact. For this reason, in recent years, it has attracted attention as a power generation system following hydropower, thermal power, and nuclear power.
また、MCFCは高温で作動するため、排気ガスをガスタービンの燃焼器に供給するように構成して、MCFCとガスタービンとを組み合わせた複合発電設備も従来から提案されてきている(例えば、特許文献1参照)。MCFCとガスタービンとを組み合わせた複合発電設備とすることにより、MCFCとガスタービンとで発電を行うことができる。 In addition, since the MCFC operates at a high temperature, a combined power generation facility in which the exhaust gas is supplied to the combustor of the gas turbine and the MCFC and the gas turbine are combined has been proposed (for example, patents). Reference 1). By using a combined power generation facility that combines an MCFC and a gas turbine, it is possible to generate power with the MCFC and the gas turbine.
MCFCをはじめとして水素と酸素との電気化学反応により電力を得る燃料電池装置では、燃料としての水素を得るために、天然ガス等の燃料ガスを改質手段に送り、改質手段に燃料ガスの2倍から3倍程度の蒸気を投入し、燃料ガスを改質して水素ガスを得ている。 In fuel cell devices that obtain electric power through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, such as MCFC, in order to obtain hydrogen as fuel, a fuel gas such as natural gas is sent to the reforming means, and the fuel gas is supplied to the reforming means. Hydrogen is obtained by reforming the fuel gas by introducing about two to three times the steam.
そして、例えば、MCFCでは、炭酸塩が溶融している領域の温度領域で運転を行うため、カソード側の排気ガスを循環させて温度制御を行っている。MCFCに限らず、燃料電池は運転温度が規制されており、温度制御を行うことは避けられないのが現状である。カソード側の排気ガスを循環させて温度制御を行う場合、特に、純酸素(例えば、95%以上の酸素)を用いて水素との割合を量論比で運転する燃料電池の場合、供給酸素を高レベルに制御しても循環するカソードガスの組成が影響してしまい、燃料電池の性能を高く維持するのは限界があった。 For example, in the MCFC, the temperature is controlled by circulating the exhaust gas on the cathode side in order to operate in the temperature range where the carbonate is melted. The operating temperature of fuel cells is not limited to MCFC, and the current situation is that temperature control is inevitable. In the case of controlling the temperature by circulating the exhaust gas on the cathode side, particularly in the case of a fuel cell that uses pure oxygen (for example, oxygen of 95% or more) and operates at a stoichiometric ratio with hydrogen, supply oxygen is reduced. Even if it is controlled to a high level, the composition of the circulating cathode gas has an effect, and there is a limit to maintaining high performance of the fuel cell.
このため、燃料電池は、高効率で発電が行え、環境に対しても影響が少ない発電システムとして注目されてきているが、反面、温度制御に対する動力等、発電に対して損失が少なからず存在し、また、性能を高次元で維持するのは限界があり、更なる高効率化・高性能化の可能性を有しているのが実情である。このことは、出力の大きさに拘わらず効率化が求められており、特に、少ない出力の設備であっても、高効率化・高性能化が求められている。また、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)に限らず、固体酸化物形燃料電池(SOFC)を適用した発電設備においても同様に高効率化・高性能化が求められている。 For this reason, fuel cells have been attracting attention as power generation systems that can generate power with high efficiency and have little impact on the environment. However, there are considerable losses to power generation, such as power for temperature control. In addition, there is a limit to maintaining the performance at a high level, and there is a possibility of further improvement in efficiency and performance. This means that efficiency is required regardless of the size of the output. In particular, even if the equipment has a small output, high efficiency and high performance are required. Further, not only in molten carbonate fuel cells (MCFC) but also in power generation facilities to which solid oxide fuel cells (SOFC) are applied, high efficiency and high performance are also demanded.
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、発電に対する損失を極力抑えて高次元での効率化・高性能化を図ることができる燃料電池設備とガスタービンとを組み合わせた複合発電設備を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and provides a combined power generation facility that combines a fuel cell facility and a gas turbine capable of achieving high efficiency and high performance while minimizing losses to power generation. The purpose is to do.
上記目的を達成するための複合発電設備に適用される燃料電池設備は、水素を含むアノードガスが供給されると共に酸素を含むカソードガスが供給され、アノードガス及びカソードガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池と、アノードガスの供給系に備えられ燃料を改質する改質器と、燃料電池のアノード極側に備えられアノードガスを吸熱反応させる吸熱反応手段と、吸熱反応手段におけるカソードガスの吸熱反応の状況を調整して燃料電池の運転温度を規制する吸熱調整手段とを備えることが好ましい。 A fuel cell facility applied to a combined power generation facility for achieving the above object is supplied with an anode gas containing hydrogen and a cathode gas containing oxygen, and generates electricity by an electrochemical reaction between the anode gas and the cathode gas. A fuel cell to be performed, a reformer provided in the anode gas supply system for reforming the fuel, an endothermic reaction means provided on the anode electrode side of the fuel cell for endothermic reaction of the anode gas, and a cathode gas in the endothermic reaction means adjust the status of the endothermic reaction preferably Rukoto a heat absorbing adjusting means for regulating the operating temperature of the fuel cell.
これにより、吸熱調整手段によりアノードガスを吸熱反応させることで運転温度を所定温度に維持し、温度制御に対する動力を用いることなく燃料電池の運転温度を所定の状態に制御する。 Thus , the operating temperature is maintained at a predetermined temperature by causing the endothermic reaction of the anode gas by the endothermic adjusting means, and the operating temperature of the fuel cell is controlled to a predetermined state without using power for temperature control.
また、複合発電設備に適用される燃料電池設備は、水素を含むアノードガスが供給されると共に酸素を含むカソードガスが供給され、アノードガス及びカソードガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池と、アノードガスの供給系に備えられ燃料を改質する改質器と、燃料電池のアノード極側に備えられアノードガスを吸熱反応させる吸熱反応手段と、改質器の改質熱源の状況を調整して燃料の改質状態を調整することで吸熱反応手段の状況を調整し燃料電池の運転温度を規制する改質状況調整手段とを備えることが好ましい。 The fuel cell facility applied to the combined power generation facility is supplied with an anode gas containing hydrogen and a cathode gas containing oxygen, and a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between the anode gas and the cathode gas; The reformer for reforming the fuel provided in the anode gas supply system, the endothermic reaction means for the endothermic reaction of the anode gas provided on the anode side of the fuel cell, and the reforming heat source of the reformer are adjusted. Rukoto a reforming conditions adjusting means for adjusting the status of the endothermic reaction means by adjusting the reforming conditions of the fuel regulating the operating temperature of the fuel cell Te is preferred.
これにより、改質状況調整手段により改質器の改質熱源の状況を調整して燃料の改質状態を調整し、調整された燃料をアノードガスとして吸熱反応させることで運転温度を所定温度に維持し、温度制御に対する動力を用いることなく燃料電池の運転温度を所定の状態に制御する。 As a result, the reforming condition adjusting means adjusts the condition of the reforming heat source of the reformer to adjust the reforming state of the fuel, and the operating temperature is set to a predetermined temperature by causing the adjusted fuel to undergo an endothermic reaction as the anode gas. The operation temperature of the fuel cell is controlled to a predetermined state without using power for temperature control.
また、複合発電設備に適用される燃料電池設備は、水素を含むアノードガスが供給されると共に酸素を含むカソードガスが供給され、アノードガス及びカソードガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池と、アノードガスの供給系に備えられ燃料を改質すると共に燃料電池の排気ガスの熱を改質熱源とする改質器と、燃料電池のアノード極側に備えられアノードガスを吸熱反応させる吸熱反応手段と、改質器の改質熱源である燃料電池の排気ガスの流通を調整して燃料の改質状態を調整することで吸熱反応手段の状況を調整し燃料電池の運転温度を規制する改質状況調整手段とを備えることが好ましい。 The fuel cell facility applied to the combined power generation facility is supplied with an anode gas containing hydrogen and a cathode gas containing oxygen, and a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between the anode gas and the cathode gas; A reformer that is provided in the anode gas supply system and reforms the fuel and uses the heat of the exhaust gas of the fuel cell as a reforming heat source, and an endothermic reaction means that is provided on the anode electrode side of the fuel cell and performs an endothermic reaction of the anode gas And reforming to regulate the temperature of the endothermic reaction means and regulate the operating temperature of the fuel cell by adjusting the flow of exhaust gas of the fuel cell, which is the reforming heat source of the reformer, and adjusting the reforming state of the fuel preferably Rukoto a status adjustment unit.
これにより、改質状況調整手段により排気ガスの流通を調整し、改質器の改質熱源の状況を調整して燃料の改質状態を調整し、調整された燃料をアノードガスとして吸熱反応させることで運転温度を所定温度に維持し、温度制御に対する動力を用いることなく燃料電池の運転温度を所定の状態に制御する。 Thereby, the flow of the exhaust gas is adjusted by the reforming condition adjusting means, the reforming heat source condition of the reformer is adjusted to adjust the reforming state of the fuel, and the adjusted fuel is subjected to an endothermic reaction as the anode gas. Thus, the operating temperature is maintained at a predetermined temperature, and the operating temperature of the fuel cell is controlled to a predetermined state without using power for temperature control.
また、複合発電設備に適用される燃料電池設備は、水素を含むアノードガスが供給されると共に酸素を含むカソードガスが供給され、アノードガス及びカソードガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池と、アノードガスの供給系に備えられ燃料を改質すると共に燃料電池の排気ガスの熱を改質熱源とする改質器と、燃料電池のアノード極側に備えられアノードガスを改質することにより吸熱反応させる内部改質手段と、改質器の改質熱源である燃料電池の排気ガスの流通を調整して燃料の改質状態を調整することで内部改質手段の改質状況を調整し燃料電池の運転温度を規制する改質状況調整手段とを備えることが好ましい。 The fuel cell facility applied to the combined power generation facility is supplied with an anode gas containing hydrogen and a cathode gas containing oxygen, and a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between the anode gas and the cathode gas; A reformer that is provided in the anode gas supply system and reforms the fuel and uses the heat of the exhaust gas of the fuel cell as a reforming heat source, and an endothermic device by reforming the anode gas that is provided on the anode electrode side of the fuel cell. Adjusting the reforming status of the internal reforming means by adjusting the reforming state of the fuel by adjusting the flow of the exhaust gas of the internal reforming means to be reacted and the fuel cell that is the reforming heat source of the reformer, and the fuel Rukoto a reforming conditions regulating means for regulating the operating temperature of the battery is preferred.
これにより、改質状況調整手段により排気ガスの流通を調整し、改質器の改質熱源の状況を調整して燃料の改質状態を調整し、調整された燃料をアノードガスとして内部改質手段で改質させ、吸熱反応させることで運転温度を所定温度に維持し、温度制御に対する動力を用いることなく燃料電池の運転温度を所定の状態に制御する。 As a result, the flow of exhaust gas is adjusted by the reforming condition adjusting means, the condition of the reforming heat source of the reformer is adjusted to adjust the reforming state of the fuel, and the reformed fuel is internally reformed using the adjusted fuel as the anode gas. The operation temperature is maintained at a predetermined temperature by reforming by means and causing an endothermic reaction, and the operation temperature of the fuel cell is controlled to a predetermined state without using power for temperature control.
また、複合発電設備に適用される燃料電池設備は、改質器への燃料の流通を調整して燃料の改質状態を調整することで内部改質手段の改質状況を調整する第2改質状況調整手段を備えることが好ましい。 The fuel cell facility applied to the combined power generation facility is a second modification that adjusts the reforming status of the internal reforming means by adjusting the fuel reforming state by adjusting the flow of fuel to the reformer. Rukoto with the quality status adjusting means are preferred.
これにより、第2改質状況調整手段により燃料の改質器への流通を更に調整し、流通量を含めた改質状態の調整を行う。 As a result, the flow of the fuel to the reformer is further adjusted by the second reforming state adjusting means, and the reformed state including the flow rate is adjusted.
また、複合発電設備に適用される燃料電池設備は、燃料電池のカソードガスとして所定圧力の純酸素が供給され、水素と酸素の比が所定の量論比率で供給されて燃料電池が運転されることが好ましい。 The fuel cell facility applied to the combined power generation facility is supplied with pure oxygen at a predetermined pressure as the cathode gas of the fuel cell, and the fuel cell is operated with a ratio of hydrogen and oxygen supplied at a predetermined stoichiometric ratio. It is preferable.
これにより、燃料と当量比の酸素を供給して、水素と酸素の比が所定の量論比率となる量論比運転が行われる。 As a result, oxygen in an equivalent ratio to the fuel is supplied, and a stoichiometric operation in which the ratio of hydrogen to oxygen becomes a predetermined stoichiometric ratio is performed.
また、複合発電設備に適用される燃料電池設備は、所定圧力の純酸素は、圧力スウィング吸着により窒素ガスが濃縮されて空気から除去されて製造された加圧状態の酸素であることが好ましい。 Further, in the fuel cell facility applied to the combined power generation facility, it is preferable that pure oxygen at a predetermined pressure is oxygen in a pressurized state produced by concentrating nitrogen gas by pressure swing adsorption and removing it from the air .
これにより、加圧状態の酸素を容易に得ることができ、酸素を加圧する設備を備える必要がない。 Thereby, the oxygen of a pressurization state can be obtained easily and it is not necessary to provide the equipment which pressurizes oxygen.
また、複合発電設備に適用される燃料電池設備は、燃料電池は、水素を含むアノードガス及び酸素を含むカソードガスの電気化学反応により発電を行う溶融炭酸塩形燃料電池であることが好ましい。 Further, the fuel cell equipment applied to the combined power generation equipment is preferably a molten carbonate fuel cell that generates power by an electrochemical reaction of an anode gas containing hydrogen and a cathode gas containing oxygen .
これにより、溶融炭酸塩形燃料電池を備えた燃料電池設備とすることができる。 Thereby, it can be set as the fuel cell equipment provided with the molten carbonate fuel cell.
上記目的を達成するための請求項1に係る本発明の複合発電設備は、水素を含むアノードガスが供給されると共に酸素を含むカソードガスが供給され、アノードガス及びカソードガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池と、燃料電池の排気ガスが導入されて燃焼される燃焼器と、燃焼器からの燃焼ガスを膨張するガスタービンと、アノードガスの供給系に備えられ燃料を改質すると共にガスタービンの排気ガスの熱を改質熱源とする改質器と、燃料電池のアノード極側に備えられアノードガスを改質することにより吸熱反応させる内部改質手段と、ガスタービンの排気ガスを熱回収してカソードガスの予熱を行う予熱手段と、改質器の改質熱源であるガスタービンの排気ガスの、改質器への熱源流通量を、改質器の出口側で調整すると共に、ガスタービンの排気ガスの、予熱手段への熱源流通量を、予熱手段の出口側で調整し、改質器の燃料の改質状態を調整することで内部改質手段の改質状況を調整し燃料電池の運転温度を規制する改質状況調整手段と、改質器への燃料の流通量を調整して燃料の改質状態を調整することで内部改質手段の改質状況を調整する第2改質状況調整手段とを備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the combined power generation facility of the present invention according to
請求項1に係る本発明では、改質状況調整手段によりガスタービンの排気ガスの、改質器への熱源流通量、予熱手段への熱源流通量を調整し、改質器の改質熱源の状況を調整して燃料の改質状態を調整し、調整された燃料をアノードガスとして内部改質手段で改質させ、吸熱反応させることで運転温度を所定温度に維持し、温度制御に対する動力を用いることなく運転温度を所定の状態に制御することができる燃料電池、及び、ガスタービンを備えた複合発電設備とすることができる。
そして、第2改質状況調整手段により燃料の改質器への流通量を更に調整し、流通量を含めた改質状態の調整を行うことができる燃料電池を備えた複合発電設備とすることができる。
In the present invention according to
And it is set as the combined power generation equipment provided with the fuel cell which can adjust the reforming state including the circulation amount by further adjusting the flow amount of the fuel to the reformer by the second reforming state adjusting means. Can do.
また、請求項2に係る本発明の複合発電設備は、請求項1に記載の複合発電設備において、燃料電池のカソードガスとして所定圧力の純酸素が供給され、水素と酸素の比が所定の量論比率で供給されて燃料電池が運転されることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the combined power generation facility according to the first aspect, wherein pure oxygen at a predetermined pressure is supplied as the cathode gas of the fuel cell, and the ratio of hydrogen to oxygen is a predetermined amount. The fuel cell is operated by being supplied at a stoichiometric ratio.
請求項2に係る本発明では、燃料と当量比の酸素を供給して、水素と酸素の比が所定の量論比率となる量論比運転が行われる燃料電池を備えた複合発電設備とすることができる。
The present invention according to
また、請求項3に係る本発明の複合発電設備は、請求項1または請求項2に記載の複合発電設備において、所定圧力の純酸素は、圧力スウィング吸着により窒素ガスが濃縮されて空気から除去されて製造された加圧状態の酸素であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the combined power generation facility according to the first or second aspect , wherein the pure oxygen at a predetermined pressure is removed from the air by concentrating nitrogen gas by pressure swing adsorption. It is the oxygen of the pressurized state manufactured by being manufactured.
請求項3に係る本発明では、加圧状態の酸素を容易に得ることができ、酸素を加圧する設備を備える必要がない燃料電池を備えた複合発電設備とすることができる。 According to the third aspect of the present invention, it is possible to obtain a combined power generation facility including a fuel cell that can easily obtain pressurized oxygen and does not need to include a facility for pressurizing oxygen.
また、請求項4に係る本発明の複合発電設備は、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の複合発電設備において、燃料電池は、水素を含むアノードガス及び酸素と二酸化炭素を含むカソードガスの電気化学反応により発電を行う溶融炭酸塩形燃料電池であり、ガスタービンの排気ガスの二酸化炭素をカソードガスに混合する循環系統を備え、循環系統には、ガスタービンの排気ガスから二酸化炭素を得る分離手段が備えられていることを特徴とする。 A combined power generation facility according to a fourth aspect of the present invention is the combined power generation facility according to any one of the first to third aspects, wherein the fuel cell includes an anode gas containing hydrogen, oxygen, and carbon dioxide. a molten carbonate fuel cell which generates power by an electrochemical reaction of the cathode gas containing, comprising a circulation system for mixing carbon dioxide of the exhaust gas of the gas turbine to the cathode gas, the circulation system, from the exhaust gas of the gas turbine A separation means for obtaining carbon dioxide is provided.
請求項4に係る本発明では、燃料と当量比の酸素だけを供給することで発電に伴って発生した二酸化炭素の全量を回収してカソードガスの酸化剤として二酸化炭素を高濃度で得ることができる閉サイクルのシステムを構築することが可能になり、高次元で高効率化を図ることができる複合発電設備とすることができる。 In the present invention according to claim 4 , by supplying only oxygen in an equivalent ratio to the fuel, the total amount of carbon dioxide generated with power generation can be recovered to obtain carbon dioxide at a high concentration as an oxidant for the cathode gas. It is possible to construct a closed cycle system that can be used, and it is possible to provide a combined power generation facility that can achieve high efficiency at a high level.
上記目的を達成するための請求項5に係る本発明の複合発電設備は、水素を含むアノードガス及び酸素と二酸化炭素を含むカソードガスの電気化学反応により発電を行う溶融炭酸塩形燃料電池と、溶融炭酸塩形燃料電池の排気ガスが導入されて燃焼される燃焼器と、燃焼器からの燃焼ガスを膨張するガスタービンと、バイパス流路が設けられたアノードガスの供給系に備えられ、バイパス流路の燃料量が調整されて燃料が送られ、燃料を改質すると共に、ガスタービンの排気ガスの熱を改質熱源とする改質器と、溶融炭酸塩形燃料電池のアノード極側に備えられアノードガスを改質することにより吸熱反応させる内部改質手段と、ガスタービンの排気ガスの二酸化炭素をカソードガスに混合する循環系統を備え、循環系統は、ガスタービンの排気ガスを熱回収してカソードガスの予熱を行う予熱手段と、ガスタービンの排気ガスを改質器に流通させる流通系統と、予熱手段の経路及び流通系統へのガスタービンの排気ガスの熱源流通量を調整して改質器での改質状態を調整することでアノードガスの改質状況を調整し、内部改質手段の改質状況を制御して溶融炭酸塩形燃料電池の運転温度を規制する改質状況調整手段と、予熱手段及び流通系統を流通したガスタービンの排気ガスから二酸化炭素を得る分離手段と、分離手段で分離された二酸化炭素を加圧してカソードガスに混合する加圧手段とを備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the combined power generation facility of the present invention according to
請求項5に係る本発明では、改質状況調整手段によりガスタービンの排気ガスの熱源流通量を調整し、改質器の改質熱源の状況を調整して燃料の改質状態を調整し、調整された燃料をアノードガスとして内部改質手段で改質させ、吸熱反応させることで運転温度を所定温度に維持し、温度制御に対する動力を用いることなく運転温度を所定の状態に制御することができる溶融炭酸塩形燃料電池を備えた複合発電設備となり、燃料と当量比の酸素だけを供給することで発電に伴って発生した二酸化炭素の全量を回収してカソードガスの酸化剤として二酸化炭素を高濃度で得ることができる閉サイクルのシステムを構築することが可能になり、高次元で高効率化を図ることができる複合発電設備とすることができる。
In the present invention according to
そして、請求項6に係る本発明の複合発電設備は、請求項5に記載の複合発電設備において、アノードガスの改質器への流通状態を調整して内部改質手段の改質状況を制御するアノードガス流通調整手段を備えたことを特徴とする。
And the combined power generation facility of the present invention according to
請求項6に係る本発明では、改質器への流通状態を調整して内部改質手段の改質状況を調整して溶融炭酸塩形燃料電池の温度制御を行うことができる。
In the present invention according to
また、請求項7に係る本発明の複合発電設備は、請求項5または請求項6に記載の複合発電設備において、加圧手段は二酸化炭素圧縮機であり、二酸化炭素圧縮機の出口側で溶融炭酸塩形燃料電池のカソードガスとして所定圧力の純酸素が供給され、水素と酸素の比が所定の量論比率で供給されて溶融炭酸塩形燃料電池が運転されることを特徴とする。
The combined power generation facility according to the present invention according to
請求項7に係る本発明では、二酸化炭素だけを圧縮する圧縮機を備えることで閉サイクルのシステムを構築することが可能になる。
In the present invention according to
また、請求項8に係る本発明の複合発電設備は、請求項5または請求項6に記載の複合発電設備において、加圧手段は酸素・二酸化炭素圧縮機であり、酸素・二酸化炭素圧縮機の入口側で溶融炭酸塩形燃料電池のカソードガスとして常圧の純酸素が供給され、水素と酸素の比が所定の量論比率で供給されて溶融炭酸塩形燃料電池が運転されることを特徴とする。
The combined power generation facility of the present invention according to
請求項8に係る本発明では、供給される純酸素を圧縮する圧縮機を備えることで閉サイクルのシステムを構築することが可能になる。
In the present invention according to
本発明の複合発電設備は、発電に対する損失を極力抑えて高次元での効率化・高性能化を図ることができる燃料電池設備とガスタービンとを組み合わせた複合発電設備とすることができる。 The combined power generation facility of the present invention can be a combined power generation facility that combines a fuel cell facility and a gas turbine that can achieve high efficiency and high performance while minimizing losses to power generation.
図1には本発明の第1実施形態例に係る複合発電設備の概略系統、図2には本発明の第2実施形態例に係る複合発電設備の概略系統、図3には本発明の第3実施形態例に係る複合発電設備の概略系統、図4には本発明の第4実施形態例に係る複合発電設備の概略系統を示してある。 1 is a schematic system of a combined power generation facility according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic system of a combined power generation facility according to a second embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 shows a schematic system of a combined power generation facility according to a fourth embodiment of the present invention.
図1に基づいて第1実施形態例を説明する。 A first embodiment will be described with reference to FIG.
図1に示すように、本実施形態例の複合発電設備1には、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)2が備えられ、MCFC2の出口ガス(排気ガス)が導入されて燃焼が行われる燃焼器3が設けられている。燃焼器3からの燃焼ガスを膨張して駆動するガスタービン4が備えられ、ガスタービン4には発電機5が同軸上に設けられている。ガスタービン4の駆動により発電機5が作動して発電が行われる。尚、図中の符号で6は燃焼器3の前流側に供えられ逆火を防止するための混合器である。
As shown in FIG. 1, the combined
MCFC2は、例えば、ニッケル多孔質体の燃料極(アノード)7と、例えば、酸化ニッケル多孔質体の空気極(カソード)8との間に、電解質(炭酸塩)が挟まれて構成されている。そして、天然ガス等の燃料fから得られた水素(H2)をアノード7に供給すると共に、空気(O2)とCO2をカソード8に供給することで、H2とO2の電気化学反応により発電が行われる。
The
ガスタービン4の下流にはガスタービン4で仕事を終えた排気ガスの熱回収を行う改質器9及びカソードガス予熱器10が並列に設けられると共に、改質器9及びカソードガス予熱器10の下流側には蒸気発生器11が設けられている。蒸気発生器11で発生した蒸気は改質のための蒸気として燃料fに供給される。
Downstream of the gas turbine 4, a
蒸気発生器11で熱回収された排気ガスはドレン分離冷却器12で凝縮水(H2O)と非凝縮ガス(CO2)に分離される。ドレン分離冷却器12で分離されたCO2はCO2圧縮機13で圧縮され、加圧されたO2と混合されてカソードガス予熱器10に送られる(循環系統)。カソードガス予熱器10で予熱されたO2とCO2の混合ガス(カソードガス)がMCFC2のカソード8に供給される。
The exhaust gas heat recovered by the
燃料f(例えば、メタン)は供給系としての供給路14から改質器9に送られ、改質器9で改質されてアノードガス(H2を含むアノードガス)とされる。改質器9で改質されたアノードガスがMCFC2のアノード7に供給される。
The fuel f (for example, methane) is sent to the
CO2圧縮機13で圧縮されたCO2が混合されるO2は、圧力スウィング吸着により窒素ガスが濃縮されて空気から除去されて製造された加圧状態のO2であり、例えば、酸素が95%で窒素が5%の組成とされている。このため、加圧状態のO2を容易に得ることができ、循環系統に備えられる圧縮機にてCO2だけを圧縮するCO2圧縮機13とすることが可能になる。CO2だけを圧縮する圧縮機とすることで圧縮流体が特定されるため、翼の設計等が容易な圧縮機とすることができる。 O 2 to CO 2 is mixed compressed in the CO 2 compressor 13, nitrogen gas is concentrated by pressure swing adsorption is a O 2 under pressure produced is removed from the air, for example, oxygen The composition is 95% and nitrogen is 5%. For this reason, O 2 in a pressurized state can be easily obtained, and the CO 2 compressor 13 that compresses only CO 2 by the compressor provided in the circulation system can be obtained. Since a compressed fluid is specified by using a compressor that compresses only CO 2 , the compressor can be easily designed with blades and the like.
一方、MCFC2のアノード7には吸熱反応手段としての内部改質手段15が備えられ、内部改質手段15によりアノードガスが改質されて吸熱反応を生じさせるようになっている。詳細は後述するが、アノードガスを内部改質手段15で改質して吸熱反応させることで、MCFC2の運転温度が規制される。MCFC2の運転温度を規制するために、内部改質手段15で改質されるアノードガスの改質状況が調整される(吸熱調整手段)。
On the other hand, the
つまり、改質器9の改質熱源であるガスタービン4の排気ガスの流通を調整して改質器9の温度を調整し、燃料fの改質状態が調整される(例えば、改質器9での改質率を低下させる:改質状況調整手段)。また、改質器9への燃料fの流通を調整して流通量を調整し、内部改質手段15の改質状況が調整される(例えば、改質器9での改質率を低下させる:第2改質調整手段)。
That is, the temperature of the
改質状況調整手段を説明する。 The reforming condition adjusting means will be described.
ガスタービン4の排気側に設けられた改質器9に排気ガスを流通させる改質流路16が備えられると共に、ガスタービン4の排気側に設けられたカソードガス予熱器10に排気ガスを流通させる予熱流路17が備えられている。改質流路16及び予熱流路17は蒸気発生器11の上流で合流されている。また、ガスタービン4の排気ガスを蒸気発生器11の上流に直接合流させるバイパス流路18が設けられている。
A reforming
改質器9の下流側の改質流路16には改質流量調整弁19が設けられ、カソードガス予熱器10の下流側の予熱流路17には予熱流量調整弁20が設けられている。改質流量調整弁19及び予熱流量調整弁20の開度を制御することにより、改質流路16、予熱流路17、バイパス流路18へのガスタービン4の排気ガス流量が制御され、改質器9の熱源となる排気ガス流量が調整されて燃料fの改質状態が調整される。
A reforming flow
第2改質調整手段を説明する。 The second reforming adjusting means will be described.
燃料fの供給系には改質器9を流通しないバイパス流路21が設けられ、バイパス流路21には改質器9を流通する燃料fの量、即ち、燃料fの改質量を調整する流量調整弁22が設けられている。改質流量調整弁19及び予熱流量調整弁20の調整により改質器9の熱源の量が調整され、熱量に応じた燃料fが流通するように流量調整弁22が調整される。これにより、改質器9での改質率を低下させてその分アノードガスを内部改質手段15で改質させて吸熱反応を行わせ、MCFC2の運転温度を規制することができる。
A
上述した複合発電設備1では、MCFC2の排気ガスは燃焼器3で未燃分が完全燃焼されてガスタービン4を駆動し、ガスタービン4の排気ガスの熱が回収(ガス予熱、改質熱源等)され、ドレン分離冷却器12で凝縮水(H2O)と非凝縮ガス(CO2)に分離される。これらのうち、電池反応及び燃焼で生じたH2Oは系外に排出し、CO2は昇圧してカソードガスとして循環使用する。
In the combined
このため、燃料fと当量比のO2だけを供給して量論比運転を行うことで発電に伴って発生したCO2の全量を回収してカソードガスの酸化剤としてCO2を高濃度で得ることができる閉サイクルのシステムを構築することが可能になり、高次元で高効率化を図ることができる複合発電設備1とすることができる。また、ガスタービン4の排気ガスの熱を用いてアノードガス及びカソードガスを適切に昇温させることができる。
For this reason, by supplying only O 2 in an equivalent ratio to the fuel f and performing stoichiometric ratio operation, the entire amount of CO 2 generated during power generation is recovered, and CO 2 is used as a cathode gas oxidant in a high concentration. It is possible to construct a closed-cycle system that can be obtained, and the combined
そして、改質流量調整弁19及び予熱流量調整弁20の調整によりガスタービン4の排気ガスの流通を調整し、改質器9の改質熱源の状況を調整して燃料fの改質状態を調整し、改質状態が調整された燃料fをアノードガスとして内部改質手段15で改質させて吸熱反応させている。吸熱反応によりMCFC2の運転温度が所定温度に維持され、温度制御に対する動力を用いることなくMCFC2の運転温度を所定の状態に制御することができる。
Then, the flow of the exhaust gas from the gas turbine 4 is adjusted by adjusting the reforming flow
因みに、温度制御に対する動力を用いる場合、カソード8の排気ガスをブロアにより循環させてMCFC2の温度を制御することが考えられる。この時、冷却後の排気ガスをカソードガスに合流させてカソード8に供給することになるが、排気ガスの循環によりO2以外のもの(例えば、窒素)が蓄積され、燃料fと当量比のO2により量論比運転する設備としているも拘らず、発電効率の低下を招いてしまう。このため、本実施形態例のように、圧力スウィング吸着により窒素ガスが濃縮されて空気から除去されて製造された加圧状態のO2ガス(僅かであるが窒素が含まれるカソードガス)を用いると、O2の比率が相対的に低下して発電効率の低下が顕著に現れる虞がある。
Incidentally, when power for temperature control is used, it is conceivable to control the temperature of the
上述した複合発電設備1は、吸熱反応によりMCFC2の運転温度が所定温度に維持され、カソード8の排気ガスをブロアにより循環させる、といった温度制御に対する動力を用いることなく、MCFC2の運転温度を所定の状態に制御することができるので、温度制御用の動力が不要になり、O2の比率の相対的な低下の問題が生じることがなく、高い効率を維持することができる。そして、低温のガスが流通する流路に設けられた改質流量調整弁19、予熱流量調整弁20、流量調整弁22の開度を制御することによりMCFC2の運転温度を制御することができるので、高価な高温対応の弁を用いることなくMCFC2の運転温度を制御することができる。また、圧力スウィング吸着により窒素ガスが濃縮されて空気から除去されて製造された加圧状態のO2が用いられるので、加圧状態の酸素を容易に得ることができ、酸素を加圧する設備を備える必要がない。
In the combined
従って、温度制御用の動力が不要になり高い効率を維持することができるMCFC2を備えた複合発電設備1となり、燃料と当量比のO2だけを供給することで発電に伴って発生したCO2の全量を回収してカソードガスの酸化剤としてCO2を高濃度で得ることができる閉サイクルのシステムを構築することが可能になり、高次元で高効率化を図ることができる複合発電設備1となる。このため、発電に対する損失を極力抑えて高次元で効率化・高性能化を図ることができるMCFC2とガスタービン4とを組み合わせた複合発電設備1とすることができる。
Accordingly, power for temperature control is not required, and the combined
尚、上述した実施形態例では、圧力スウィング吸着により窒素ガスが濃縮されて空気から除去されて製造された加圧状態のO2を供給する例を挙げて説明したが、例えば、深冷設備で製造した純O2を別途加圧して供給することも可能である。 In the above-described embodiment, the example in which pressurized O 2 produced by concentrating nitrogen gas by pressure swing adsorption and removing it from the air has been described. The manufactured pure O 2 can be separately pressurized and supplied.
図2に基づいて第2実施形態例を説明する。 A second embodiment will be described with reference to FIG.
第2実施形態例の複合発電設備31は、第1実施形態例の複合発電設備1に対して常圧の純O2を供給し、回収したCO2と共に圧縮してカソードガスとしたものである。このため、第1実施形態例の複合発電設備1の構成部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
The combined
第1実施形態例のCO2圧縮機13(図1参照)に代えて、図2に示すように、ドレン分離冷却器12とカソードガス予熱器10との間には、圧縮機32が備えられている。圧縮機32はCO2とO2の混合ガスが圧縮され、カソードガスとしてカソードガス予熱器10で予熱されてMCFC2のカソード8に供給される。圧縮機32の入口側には、例えば、深冷設備で製造された常圧の純O2が供給され、ドレン分離冷却器12で回収されたCO2が混合される。
Instead of the CO 2 compressor 13 (see FIG. 1) of the first embodiment, as shown in FIG. 2, a
第2実施形態例の複合発電設備31は、第1実施形態例の複合発電設備1と同様に、温度制御用の動力が不要になり高い効率を維持することができるMCFC2を備えた複合発電設備31となり、燃料と当量比のO2だけを供給することで発電に伴って発生したCO2の全量を回収してカソードガスの酸化剤としてCO2を高濃度で得ることができる閉サイクルのシステムを構築することが可能になり、高次元で高効率化を図ることができる複合発電設備31となる。このため、発電に対する損失を極力抑えて高次元で効率化・高性能化を図ることができるMCFC2とガスタービン4とを組み合わせた複合発電設備31とすることができる。
The combined
そして、常圧の純O2を圧縮することができるので、深冷設備で製造した極めて純度の高いO2を供給することができる。このため、燃料と当量比のO2を安定して供給することができ、高効率の発電を安定して行うことができる。 Then, it is possible to compress the pure O 2 at atmospheric pressure, it can be supplied O 2 very high purity produced in cryogenic equipment. For this reason, O 2 having an equivalent ratio to the fuel can be stably supplied, and highly efficient power generation can be stably performed.
図3に基づいて本発明の第3実施形態例を説明する。 A third embodiment of the present invention will be described based on FIG.
第3実施形態例の複合発電設備35は、第1実施形態例の複合発電設備1に対して、MCFC2に代えて酸化物固体電解質形燃料電池(SOFC)を適用したもので、カソードガスとして常圧のO2を適用したものである。そして、CO2を循環させる閉サイクルではなく、第1実施形態例の内部改質手段15と同様の機能としてSOFCの内部改質手段39を使用した構成となっている。このため、第1実施形態例の複合発電設備1の構成部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
The combined
第1実施形態例のMCFC2(図1参照)に代えて、図3に示すように、酸化物固体電解質形燃料電池(SOFC)36が備えられている。SOFC36は、空気極(カソード)37と燃料が供給される燃料極(アノード)38とを備え、アノード38には吸熱反応手段としての内部改質手段39が備えられている。そして、第1実施形態例におけるCO2圧縮機13(図1参照)は設けられておらず、ドレン分離冷却器で分離された気体は外部に放出(回収)される。
Instead of the MCFC 2 (see FIG. 1) of the first embodiment, an oxide solid oxide fuel cell (SOFC) 36 is provided as shown in FIG. The
SOFC36のカソード37にはカソードガス予熱器10で所定温度に予熱されたO2が供給され、SOFC36のアノード38には改質器9で改質された燃料f(バイパス流路21の流通が調整された燃料fが供給されて発電が行われる。アノード38では内部改質手段39で燃料fが改質され(吸熱反応)、SOFC36の温度が調整される。
The
第3実施形態例の複合発電設備35は、第1実施形態例の複合発電設備1と同様に、温度制御用の動力が不要とされた複合発電設備35となり、高次元で高効率化を図ることができる複合発電設備35となる。このため、発電に対する損失を極力抑えて高次元で効率化・高性能化を図ることができるSOFC36とガスタービン4とを組み合わせた複合発電設備35とすることができる。
Similar to the combined
図4に基づいて本発明の第4実施形態例を説明する。 A fourth embodiment of the present invention will be described based on FIG.
図4に示すように、本実施形態例の複合発電設備41には、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)42が備えられ、MCFC42の出口ガス(排気ガス)の一部が導入されて燃焼が行われる燃焼器43が設けられている。また、空気を圧縮する圧縮機44と圧縮空気及び燃料fを燃焼する燃焼器45と燃焼器45からの燃焼ガスを膨張して発電を行うタービン46とを有するガスタービン設備47が備えられている。MCFC42の排気ガスの一部はガスタービン設備47のタービン46で膨張される燃焼ガスに混合される。
As shown in FIG. 4, the combined
尚、図中の符号で48は燃焼器43の前流側に供えられ逆火を防止するための混合器、49はガスタービン設備47の始動用のモータ兼発電機、50は始動時に圧縮機44で圧縮された空気の一部と燃料が導入されて燃焼ガスを生成しMCFC42の排気ガスに混合する始動燃焼器である。
MCFC42は、例えば、ニッケル多孔質体の燃料極(アノード)51と、例えば、酸化ニッケル多孔質体の空気極(カソード)52との間に、電解質(炭酸塩)が挟まれて構成されている。そして、天然ガス等の燃料fから得られた水素(H2)をアノード51に供給すると共に、圧縮機44で圧縮された空気をカソード52に供給することで、H2とO2の電気化学反応により発電が行われる。
The
燃料fはアノードガス予熱器53で予熱された後、改質器54で改質されアノードガス予熱器53で熱回収されてアノード51に供給される。MCFC42の排気ガスは混合器48で混合されて燃焼器43で燃焼され、改質器54の熱源として熱回収された後、ブロア55によりカソード52に圧送される。
The fuel f is preheated by the
一方、カソード52の排気ガスの一部がガスタービン設備47の燃焼器45の燃焼ガスに合流されてタービン46で膨張され、タービン46の排気ガスは蒸気発生器56で熱回収される。蒸気発生器56で熱回収された排気ガスは凝縮器57で凝縮されて凝縮水が蒸気発生器56に給水ポンプにより給水されると共に排気ガスが放出される。
On the other hand, a part of the exhaust gas of the
また、MCFC42のアノード51には吸熱反応手段としての内部改質手段61が備えられ、内部改質手段61によりアノードガスが改質されて吸熱反応を生じさせるようになっている。詳細は後述するが、アノードガスを内部改質手段61で改質して吸熱反応させることで、MCFC42の運転温度が規制される。MCFC42の運転温度を規制するために、内部改質手段61で改質されるアノードガスの改質状況が調整される(吸熱調整手段)。
The
つまり、改質器54の改質熱源である燃焼器43からの燃焼ガスの流通を調整して改質器54の温度を調整し、燃料fの改質状態が調整される(例えば、改質器54での改質率を低下させる:改質状況調整手段)。また、改質器54への燃料fの流通を調整して流通量を調整し、内部改質手段61の改質状況が調整される(例えば、改質器54での改質率を低下させる:第2改質調整手段)。
That is, the temperature of the
改質状況調整手段を説明する。 The reforming condition adjusting means will be described.
燃焼器43の後流側に設けられた改質器54に燃焼ガスを流通させる改質流路62が備えられると共に、改質器54をバイパスするバイパス流路63が備えられている。そして、改質器54の後流側のバイパス流路63との合流部の前側には燃焼ガス流量調整弁64が設けられている。燃焼ガス流量調整弁64の開度を調整することにより改質流路62、バイパス流路63への燃焼器43の燃焼ガスの流量が制御され、改質器54の熱源となる燃焼ガス流量が調整されて燃料fの改質状態が調整される。
A reforming
第2改質調整手段を説明する。 The second reforming adjusting means will be described.
燃料fの供給系にはアノードガス予熱器53を流通させて改質器54に燃料fを流通させる流通路65と、アノードガス予熱器53をバイパスして改質器54に燃料fを流通させるバイパス流通路66と、MCFC42のアノード51に燃料fを直接供給する燃料供給路67とが備えられている。流通路65、バイパス流通路66、燃料供給路67の分岐部位には三方弁68が設けられ、三方弁68の開度状態を調整することにより流通路65、バイパス流通路66、燃料供給路67への燃料fの供給量、即ち、燃料fの改質量を調整することができる。
In the fuel f supply system, the
改質状況調整手段及び第2改質調整手段により、改質器54の熱源の量が調整され、熱量に応じた燃料fが改質器54を流通するようになる。これにより、改質器54での改質率を低下させてその分アノードガスを内部改質手段61で改質させて吸熱反応を行わせ、MCFC42の運転温度を規制することができる。
The amount of heat source of the
上述した複合発電設備41では、燃焼ガス流量調整弁64の調整により燃焼器43の燃焼ガス流量を調整して改質器54の改質熱源の状況を調整し、三方弁68の調整により燃料fの改質量を調整し、燃料fの改質状態が調整される。そして、改質状態が調整された燃料fをアノードガスとして内部改質手段61で改質させて吸熱反応させている。吸熱反応によりMCFC42の運転温度が所定温度に維持され、圧縮空気を燃焼させるガスタービン設備47を備えた設備で、温度制御に対する動力を用いることなくMCFC42の運転温度を所定の状態に制御することができる。
In the combined
従って、温度制御用の動力が極僅かとなり高い効率を維持することができるMCFC42を備えた複合発電設備41となり、圧縮空気を燃焼させるガスタービン設備47を備えた設備で、高次元で高効率化を図ることができる複合発電設備41となる。
Accordingly, the power for temperature control becomes very small, and the combined
本発明は、水素と酸素との電気化学反応により電力を得る燃料電池装置とガスタービンを組み合わせた複合発電設備の産業分野で利用することができる。 The present invention can be utilized in the industrial fields of electrochemical reactions combined cycle facility that combines fuel cell apparatus and the gas turbine for obtaining power by the hydrogen and oxygen.
1、31、35、41 複合発電設備
2、42 溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)
3、43、45 燃焼器
4 ガスタービン
5 発電機
6、48 混合器
7、38、51 燃料極(アノード)
8、37、52 空気極(カソード)
9、54 改質器
10 カソードガス予熱器
11、56 蒸気発生器
12 ドレン分離冷却器
13 CO2圧縮機
15、39、61 内部改質手段
16、62 改質流路
17 予熱流路
18 バイパス流路
19 改質流量調整弁
20 予熱流量調整弁
21、63 バイパス流路
22 流量調整弁
32、44 圧縮機
36 酸化物固体電解質形燃料電池(SOFC)
46 タービン
47 ガスタービン設備
49 モータ/発電機
50 始動燃焼器
55 ブロア
57 凝縮器
64 燃焼ガス流量調整弁
65 流通路
66 バイパス流通路
67 燃料供給路
68 三方弁
1, 31, 35, 41 Combined
3, 43, 45 Combustor 4
8, 37, 52 Air electrode (cathode)
9, 54
46
Claims (8)
燃料電池の排気ガスが導入されて燃焼される燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスを膨張するガスタービンと、
アノードガスの供給系に備えられ燃料を改質すると共にガスタービンの排気ガスの熱を改質熱源とする改質器と、
燃料電池のアノード極側に備えられアノードガスを改質することにより吸熱反応させる内部改質手段と、
ガスタービンの排気ガスを熱回収してカソードガスの予熱を行う予熱手段と、
改質器の改質熱源であるガスタービンの排気ガスの、改質器への熱源流通量を、改質器の出口側で調整すると共に、ガスタービンの排気ガスの、予熱手段への熱源流通量を、予熱手段の出口側で調整し、改質器の燃料の改質状態を調整することで内部改質手段の改質状況を調整し燃料電池の運転温度を規制する改質状況調整手段と、
改質器への燃料の流通量を調整して燃料の改質状態を調整することで内部改質手段の改質状況を調整する第2改質状況調整手段とを備えた
ことを特徴とする複合発電設備。 A fuel cell that is supplied with an anode gas containing hydrogen and a cathode gas containing oxygen, and generates electricity by an electrochemical reaction between the anode gas and the cathode gas;
A combustor in which the exhaust gas of the fuel cell is introduced and burned,
A gas turbine for expanding the combustion gas from the combustor;
A reformer provided in an anode gas supply system for reforming fuel and using the heat of the exhaust gas of the gas turbine as a reforming heat source;
An internal reforming means provided on the anode electrode side of the fuel cell and performing an endothermic reaction by reforming the anode gas;
Preheating means for recovering heat from the exhaust gas of the gas turbine and preheating the cathode gas;
While adjusting the amount of heat source flow of the gas turbine exhaust gas, which is the reforming heat source of the reformer, to the reformer on the outlet side of the reformer, the heat source flow of the gas turbine exhaust gas to the preheating means the amount and adjusted at the outlet side of the preheating means, the reforming conditions regulating means for regulating the operating temperature of the adjusted fuel cell reforming of internal reforming means by adjusting the reforming conditions of the fuel reformer When,
And a second reforming state adjusting unit that adjusts the reforming state of the internal reforming unit by adjusting the amount of fuel flowing to the reformer to adjust the reforming state of the fuel. Combined power generation facilities.
燃料電池のカソードガスとして所定圧力の純酸素が供給され、水素と酸素の比が所定の量論比率で供給されて燃料電池が運転される
ことを特徴とする複合発電設備。 The combined power generation facility according to claim 1,
A combined power generation facility, wherein pure oxygen at a predetermined pressure is supplied as a cathode gas of a fuel cell, and a fuel cell is operated with a ratio of hydrogen and oxygen supplied at a predetermined stoichiometric ratio.
所定圧力の純酸素は、圧力スウィング吸着により窒素ガスが濃縮されて空気から除去されて製造された加圧状態の酸素である
ことを特徴とする複合発電設備。 In the combined power generation facility according to claim 1 or 2,
Pure oxygen at a predetermined pressure is pressurized oxygen produced by concentrating nitrogen gas by pressure swing adsorption and removing it from the air.
燃料電池は、水素を含むアノードガス及び酸素と二酸化炭素を含むカソードガスの電気化学反応により発電を行う溶融炭酸塩形燃料電池であり、
ガスタービンの排気ガスの二酸化炭素をカソードガスに混合する循環系統を備え、
循環系統には、ガスタービンの排気ガスから二酸化炭素を得る分離手段が備えられている
ことを特徴とする複合発電設備。 In the combined power generation facility according to any one of claims 1 to 3,
The fuel cell is a molten carbonate fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction of an anode gas containing hydrogen and a cathode gas containing oxygen and carbon dioxide.
It has a circulation system that mixes carbon dioxide in the exhaust gas of the gas turbine with the cathode gas,
A combined cycle power generation facility characterized in that the circulation system is provided with separation means for obtaining carbon dioxide from the exhaust gas of the gas turbine .
溶融炭酸塩形燃料電池の排気ガスが導入されて燃焼される燃焼器と、
燃焼器からの燃焼ガスを膨張するガスタービンと、
バイパス流路が設けられたアノードガスの供給系に備えられ、バイパス流路の燃料量が調整されて燃料が送られ、燃料を改質すると共に、ガスタービンの排気ガスの熱を改質熱源とする改質器と、
溶融炭酸塩形燃料電池のアノード極側に備えられアノードガスを改質することにより吸熱反応させる内部改質手段と、
ガスタービンの排気ガスの二酸化炭素をカソードガスに混合する循環系統を備え、
循環系統は、
ガスタービンの排気ガスを熱回収してカソードガスの予熱を行う予熱手段と、
ガスタービンの排気ガスを改質器に流通させる流通系統と、
予熱手段の経路及び流通系統へのガスタービンの排気ガスの熱源流通量を調整して改質器での改質状態を調整することでアノードガスの改質状況を調整し、内部改質手段の改質状況を制御して溶融炭酸塩形燃料電池の運転温度を規制する改質状況調整手段と、
予熱手段及び流通系統を流通したガスタービンの排気ガスから二酸化炭素を得る分離手段と、
分離手段で分離された二酸化炭素を加圧してカソードガスに混合する加圧手段と
を備えた
ことを特徴とする複合発電設備。 A molten carbonate fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction of an anode gas containing hydrogen and a cathode gas containing oxygen and carbon dioxide;
A combustor in which exhaust gas from a molten carbonate fuel cell is introduced and burned,
A gas turbine for expanding the combustion gas from the combustor;
Provided in an anode gas supply system provided with a bypass channel, the amount of fuel in the bypass channel is adjusted and fuel is sent to reform the fuel, and the heat of the exhaust gas of the gas turbine is used as a reforming heat source. A reformer to
An internal reforming means provided on the anode electrode side of the molten carbonate fuel cell and performing an endothermic reaction by reforming the anode gas;
It has a circulation system that mixes carbon dioxide in the exhaust gas of the gas turbine with the cathode gas,
The circulation system is
Preheating means for recovering heat from the exhaust gas of the gas turbine and preheating the cathode gas;
A distribution system for distributing the exhaust gas of the gas turbine to the reformer;
The reforming state of the anode gas is adjusted by adjusting the reforming state in the reformer by adjusting the route of the preheating means and the heat source circulation amount of the exhaust gas of the gas turbine to the distribution system, and the internal reforming means A reforming condition adjusting means for controlling the reforming condition to regulate the operating temperature of the molten carbonate fuel cell;
Separation means for obtaining carbon dioxide from the exhaust gas of the gas turbine that has circulated through the preheating means and the distribution system;
And a pressurizing unit that pressurizes the carbon dioxide separated by the separating unit and mixes it with the cathode gas.
アノードガスの改質器への流通状態を調整して内部改質手段の改質状況を制御するアノードガス流通調整手段を備えた
ことを特徴とする複合発電設備。 In the combined power generation facility according to claim 5,
A combined power generation facility comprising anode gas flow adjusting means for controlling a reforming state of internal reforming means by adjusting a flow state of anode gas to a reformer.
加圧手段は二酸化炭素圧縮機であり、二酸化炭素圧縮機の出口側で溶融炭酸塩形燃料電池のカソードガスとして所定圧力の純酸素が供給され、水素と酸素の比が所定の量論比率で供給されて溶融炭酸塩形燃料電池が運転される
ことを特徴とする複合発電設備。 In the combined power generation facility according to claim 5 or 6,
The pressurizing means is a carbon dioxide compressor, pure oxygen at a predetermined pressure is supplied as the cathode gas of the molten carbonate fuel cell at the outlet side of the carbon dioxide compressor, and the ratio of hydrogen to oxygen is a predetermined stoichiometric ratio. A combined power generation facility characterized in that a molten carbonate fuel cell is supplied and operated.
加圧手段は酸素・二酸化炭素圧縮機であり、酸素・二酸化炭素圧縮機の入口側で溶融炭酸塩形燃料電池のカソードガスとして常圧の純酸素が供給され、水素と酸素の比が所定の量論比率で供給されて溶融炭酸塩形燃料電池が運転される
ことを特徴とする複合発電設備。 In the combined power generation facility according to claim 5 or 6,
The pressurizing means is an oxygen / carbon dioxide compressor. At the inlet side of the oxygen / carbon dioxide compressor, normal pressure pure oxygen is supplied as the cathode gas of the molten carbonate fuel cell, and the ratio of hydrogen to oxygen is predetermined. A combined power generation facility characterized in that a molten carbonate fuel cell is operated in a stoichiometric ratio.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006116080A JP5522646B2 (en) | 2006-04-19 | 2006-04-19 | Combined power generation facility |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006116080A JP5522646B2 (en) | 2006-04-19 | 2006-04-19 | Combined power generation facility |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007287579A JP2007287579A (en) | 2007-11-01 |
JP5522646B2 true JP5522646B2 (en) | 2014-06-18 |
Family
ID=38759150
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006116080A Expired - Fee Related JP5522646B2 (en) | 2006-04-19 | 2006-04-19 | Combined power generation facility |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5522646B2 (en) |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008277280A (en) * | 2007-03-30 | 2008-11-13 | Yamatake Corp | Fuel cell system and operation method of fuel cell system |
JP5323333B2 (en) * | 2007-08-28 | 2013-10-23 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell system and operation method thereof |
JP5120075B2 (en) * | 2008-06-03 | 2013-01-16 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell system |
JP2009295534A (en) * | 2008-06-09 | 2009-12-17 | Yamatake Corp | Fuel cell system and operation method for fuel cell system |
JP2010067576A (en) * | 2008-09-12 | 2010-03-25 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | Fuel cell equipment, compound power generation facility, and fuel transformation device |
US7818969B1 (en) | 2009-12-18 | 2010-10-26 | Energyield, Llc | Enhanced efficiency turbine |
JP6103624B2 (en) * | 2012-10-29 | 2017-03-29 | 一般財団法人電力中央研究所 | Cogeneration type power supply and cogeneration system |
JP5931775B2 (en) * | 2013-02-25 | 2016-06-08 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Combined power generation system |
EP2969927B1 (en) * | 2013-03-15 | 2021-06-23 | ExxonMobil Research and Engineering Company | Integrated power generation and chemical production using fuel cells |
JP6115310B2 (en) * | 2013-05-22 | 2017-04-19 | 株式会社デンソー | Fuel cell system |
CN110710040B (en) * | 2017-01-31 | 2023-07-18 | 国际壳牌研究有限公司 | Method and system for producing hydrogen, electricity and co-production |
JP6276880B2 (en) * | 2017-03-01 | 2018-02-07 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Power generation system |
CN108417876A (en) * | 2018-05-22 | 2018-08-17 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | A kind of high-temperature fuel cell coupled electricity-generation system and method |
CN112673501B (en) * | 2018-09-12 | 2024-03-05 | 日产自动车株式会社 | Fuel cell system |
JP6800367B1 (en) * | 2020-06-15 | 2020-12-16 | 東京瓦斯株式会社 | Fuel cell system |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2581662B2 (en) * | 1985-02-20 | 1997-02-12 | 三菱電機株式会社 | Fuel cell generator |
JP3108079B2 (en) * | 1990-07-05 | 2000-11-13 | 電源開発株式会社 | Fuel cell, carbon dioxide fixed combined power generation method |
JPH1126004A (en) * | 1997-07-02 | 1999-01-29 | Toshiba Corp | Power generating system |
JP4629950B2 (en) * | 2002-08-05 | 2011-02-09 | 財団法人電力中央研究所 | Molten carbonate fuel cell power generation system and power generation method in the power generation system |
JP4265173B2 (en) * | 2002-08-23 | 2009-05-20 | 日産自動車株式会社 | Power generator |
US6974644B2 (en) * | 2004-02-06 | 2005-12-13 | Fuelcell Energy, Inc. | Internal reforming fuel cell assembly with selectively adjustable direct and indirect internal reforming |
-
2006
- 2006-04-19 JP JP2006116080A patent/JP5522646B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007287579A (en) | 2007-11-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5522646B2 (en) | Combined power generation facility | |
US8329345B2 (en) | Combined power generation equipment | |
JP5004156B2 (en) | Power generation equipment | |
KR101634391B1 (en) | Fuel cell power production system with an integrated hydrogen utilization device | |
JP6374965B2 (en) | Recirculation apparatus and method for high temperature battery systems | |
JP5331819B2 (en) | MCFC power generation system | |
US20070292727A1 (en) | Fuel Cell System and Method for Generating Electrical Energy Using a Fuel Cell System | |
JP2008529218A (en) | Fuel cell power plant | |
JP2004207241A (en) | Integrated fuel cell hybrid generator with re-circulated air fuel flow | |
JP2005276836A (en) | Method and system for start and transient operation of fuel cell-gas turbine combined system | |
EP2356715A1 (en) | Apparatus and method for capturing carbon dioxide from combustion exhaust gas and generating electric energy by means of mcfc systems | |
JP2002319428A (en) | Molten carbonate fuel cell power generating device | |
KR102017993B1 (en) | hybrid electric power generator system | |
JP4461166B2 (en) | Fuel cell-gas turbine power generation facility | |
JP2001135336A (en) | Fuel cell system | |
JP5183118B2 (en) | Power generation system | |
JP5134186B2 (en) | Combined power generation system using solid oxide fuel cell | |
JP2001143731A (en) | Fuel cell system | |
JP4212322B2 (en) | Combined power generation facilities for fuel cells and micro gas turbines and their startup methods | |
KR102548739B1 (en) | Fuel cell system having high thermal efficiency | |
JPS63239777A (en) | Operation method for fuel cell power generating plant | |
JP3741288B2 (en) | Method and apparatus for controlling cathode temperature of molten carbonate fuel cell power generation facility | |
JP2004134235A (en) | Fuel cell fluid supply system and turbine power generation facility | |
JPH06333585A (en) | Method and device for starting fuel cell generating device | |
JP2007026997A (en) | Fuel cell temperature control method for fused carbonate type fuel cell power generator, and device for the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090413 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120123 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120222 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120419 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121107 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130717 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130906 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20140122 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140213 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20140324 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140402 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140402 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5522646 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |