JP6004913B2 - Power generation system, power generation system driving method, and combustor - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池とガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた発電システム、発電システムの駆動方法及び燃焼器に関するものである。   The present invention relates to a power generation system that combines a fuel cell, a gas turbine, and a steam turbine, a driving method of the power generation system, and a combustor.

燃料電池としての固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：以下ＳＯＦＣ）は、用途の広い高効率な燃料電池として知られている。このＳＯＦＣは、イオン導電率を高めるために作動温度が高くされているので、空気極側に供給する空気（酸化剤）としてガスタービンの圧縮機から吐出された圧縮空気を使用することができる。また、ＳＯＦＣから排気された高温の排燃料ガスをガスタービンの燃焼器の燃料として使用することができる。   A solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as SOFC) as a fuel cell is known as a highly efficient fuel cell having a wide range of uses. Since this SOFC has a high operating temperature in order to increase ionic conductivity, compressed air discharged from the compressor of the gas turbine can be used as air (oxidant) supplied to the air electrode side. Further, the high-temperature exhaust fuel gas exhausted from the SOFC can be used as fuel for the combustor of the gas turbine.

このため、例えば、下記特許文献１に記載されるように、高効率発電を達成することができる発電システムとして、ＳＯＦＣとガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたものが各種提案されている。この特許文献１に記載されたコンバインドシステムにおいて、ガスタービンは、空気を圧縮してＳＯＦＣに供給する圧縮機と、このＳＯＦＣから排出された排燃料ガスと空気から燃焼ガスを生成する燃焼器を有したものである。   For this reason, for example, as described in Patent Document 1 below, various combinations of SOFC, gas turbine, and steam turbine have been proposed as power generation systems that can achieve high-efficiency power generation. In the combined system described in Patent Document 1, the gas turbine includes a compressor that compresses air and supplies the compressed gas to the SOFC, and a combustor that generates combustion gas from the exhaust fuel gas discharged from the SOFC and the air. It is what.

なお、例えば、下記特許文献２は、燃料電池から排出される排燃料ガスを燃焼させる燃焼器を備えた燃料電池システムについて示されている。この燃焼器は、燃料電池からの排燃料ガスがバーナにより噴出され一次空気を用いて排燃料ガスの一次燃焼を行う一次燃焼室と、一次燃焼室よりもガス通路が絞られた連絡通路を介して一次燃焼室に接続され二次空気を用いて一次燃焼室からのガスの二次燃焼を行う二次燃焼室とを備える。そして、バーナは、中央部に着火用トーチ火炎を噴出するトーチ火炎吹出口を配置し、トーチ火炎吹出口の外側に排燃料ガスを噴出する環状の排燃料吹出口を配置し、排燃料吹出口の外側に排空気を噴出する環状の排空気吹出口を同心に配置してなる三重の吹出口を備えるとともに、排空気吹出口内に排空気吹出口内を貫通して助燃料を噴出する複数の助燃料吹出口を備える。   For example, the following Patent Document 2 shows a fuel cell system including a combustor that combusts exhaust fuel gas discharged from a fuel cell. This combustor includes a primary combustion chamber in which exhaust fuel gas from a fuel cell is ejected by a burner and performs primary combustion of exhaust fuel gas using primary air, and a communication passage in which the gas passage is narrower than the primary combustion chamber. And a secondary combustion chamber connected to the primary combustion chamber and performing secondary combustion of gas from the primary combustion chamber using secondary air. The burner has a torch flame outlet for ejecting an ignition torch flame at the center, an annular exhaust fuel outlet for ejecting exhaust fuel gas outside the torch flame outlet, and an exhaust fuel outlet A plurality of outlets that are arranged concentrically with an annular exhaust air outlet for ejecting exhaust air to the outside of the exhaust air, and a plurality of jets of auxiliary fuel that penetrate through the exhaust air outlet into the exhaust air outlet The auxiliary fuel outlet is provided.

また、例えば、下記特許文献３は、カロリーの異なる少なくとも二種類の燃料を燃焼器に供給する燃焼器の燃料供給方法が示されている。ガスタービンの運転開始時には、燃焼器を構成する第１ノズルに、高カロリー燃料を供給する第１燃料供給系統、および燃焼器を構成する第２ノズルに、低カロリー燃料を供給する第２燃料供給系統の双方を用いて、燃焼器に高カロリー燃料および低カロリー燃料を供給する。そして、ガスタービンが低カロリー燃料のみで継続運転可能な出力に達した時点で、燃焼器への高カロリー燃料の供給を遮断し、燃焼器に低カロリー燃料のみを供給する。   Further, for example, Patent Document 3 below shows a fuel supply method for a combustor that supplies at least two types of fuel having different calories to the combustor. At the start of operation of the gas turbine, a first fuel supply system that supplies high-calorie fuel to the first nozzle that constitutes the combustor, and a second fuel supply that supplies low-calorie fuel to the second nozzle that constitutes the combustor Both systems are used to supply high and low calorie fuel to the combustor. Then, when the gas turbine reaches an output capable of being continuously operated with only the low calorie fuel, the supply of the high calorie fuel to the combustor is cut off, and only the low calorie fuel is supplied to the combustor.

特開２００９−２０５９３０号公報JP 2009-205930 A 特開２００８−１６６０７０号公報JP 2008-166070 A 特開２０１２−４１８８２号公報JP 2012-41882 A

上述した特許文献１に示すような発電システムにおいて、ガスタービンは、燃焼器においてＳＯＦＣから排出された排燃料ガスと圧縮空気とを燃焼し生成した燃焼ガスで駆動する。一方、ＳＯＦＣは、供給された燃料ガスと圧縮機において圧縮された圧縮空気を利用して発電をし、発電に利用された排燃料ガスと圧縮空気をガスタービンへ排出する。このため、まず、ガスタービンを起動させた後、ＳＯＦＣに圧縮空気を供給してＳＯＦＣを起動させる。   In the power generation system as shown in Patent Document 1 described above, the gas turbine is driven by the combustion gas generated by burning the exhaust fuel gas discharged from the SOFC and the compressed air in the combustor. On the other hand, the SOFC generates power using the supplied fuel gas and compressed air compressed by the compressor, and discharges the exhaust fuel gas and compressed air used for power generation to the gas turbine. For this reason, first, after starting a gas turbine, compressed air is supplied to SOFC and SOFC is started.

上述した特許文献１に示すような発電システムにおいて、ガスタービンに燃焼ガスを供給する燃焼器は、ＳＯＦＣが運転していない状態では排燃料ガスが供給されないため、燃料ガスが必要となる。また、燃焼器は、ＳＯＦＣからの排燃料ガスを燃料として利用する際、ガスタービンが定格負荷に到達する入熱に対して、入熱が不足する場合には、高カロリーな燃料ガスを供給して入熱を補う必要がある。このように、ＳＯＦＣとガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた発電システムの運転にあたっては、ＳＯＦＣとガスタービンの運転状態によって、燃焼器に供給される燃料が排燃料ガスと燃料ガスとのように、種類の異なる燃料ガスとなる。   In the power generation system as shown in Patent Document 1 described above, a combustor that supplies combustion gas to a gas turbine requires fuel gas because exhaust gas is not supplied when the SOFC is not operating. In addition, when using the exhaust fuel gas from the SOFC as fuel, the combustor supplies high-calorie fuel gas if the heat input is insufficient with respect to the heat input at which the gas turbine reaches the rated load. It is necessary to compensate for heat input. As described above, in the operation of the power generation system that combines the SOFC, the gas turbine, and the steam turbine, depending on the operating state of the SOFC and the gas turbine, the fuel supplied to the combustor is different from the exhaust fuel gas and the fuel gas. It becomes different fuel gas.

本発明は、上述した課題を解決するものであり、発電システムの駆動に際し、燃焼器に種類の異なる燃料が供給されても、ガスタービンを安定させた状態で駆動させることのできる発電システム、発電システムの駆動方法及び燃焼器を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described problems, and can generate a power generation system and a power generation system that can drive the gas turbine in a stable state even when different types of fuel are supplied to the combustor when the power generation system is driven. It is an object of the present invention to provide a method of driving a system and a combustor.

上記の目的を達成するための本発明の発電システムは、燃料電池から排出される排燃料ガスをガスタービンの燃焼器の燃料として利用する発電システムにおいて、前記燃焼器は、第１メインノズルと、第２メインノズルと、前記第１メインノズルに接続されて前記燃料電池から排出される前記排燃料ガスを送る第１メインノズル燃料ラインと、前記第２メインノズルに接続されて前記排燃料ガスとは種類の異なる燃料ガスを送る第２メインノズル燃料ラインと、前記第１メインノズル燃料ラインに設けられる第１メインノズル制御弁と、前記第２メインノズル燃料ラインに設けられる第２メインノズル制御弁と、を備え、前記ガスタービンを起動する場合に前記第１メインノズル制御弁を閉止して前記第２メインノズル制御弁を開放する制御をし、前記ガスタービンの起動後に前記燃料電池が起動されると、前記第１メインノズル制御弁を開放し前記第２メインノズル制御弁を絞る制御をする制御部を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a power generation system of the present invention uses an exhaust fuel gas discharged from a fuel cell as fuel for a combustor of a gas turbine. The combustor includes a first main nozzle, A second main nozzle, a first main nozzle fuel line that is connected to the first main nozzle and sends the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell, and is connected to the second main nozzle and the exhaust fuel gas. A second main nozzle fuel line for sending different types of fuel gas, a first main nozzle control valve provided in the first main nozzle fuel line, and a second main nozzle control valve provided in the second main nozzle fuel line And a control for closing the first main nozzle control valve and opening the second main nozzle control valve when starting the gas turbine. And, when the fuel cell is started after starting of the gas turbine, and having a control unit for the control of opening the first main nozzle control valve throttling the second main nozzle control valve.

従って、ガスタービンを起動する場合、燃料ガスを燃焼器に供給することで、ガスタービンを起動する。また、ガスタービンが起動された後は、圧縮機で圧縮された一部の圧縮空気を燃料電池に供給し、燃料電池を起動させる。そして、燃料電池が起動されると、燃料電池から排燃料ガスが排出されるため、この排燃料ガスを燃焼器に供給すると共に、流量を絞った所定量の燃料ガスを供給して排燃料ガスの入熱不足を補完する。このため、発電システムは、ガスタービンを安定させた状態で駆動させることができる。しかも、第１メインノズルと第２メインノズルとから、高温の排燃料ガスと低温の燃料ガスとがそれぞれ独立して供給され燃焼されるため、これら温度の異なる排燃料ガスと燃料ガスとを混合させ燃焼器に供給する混合器を省略することができる。   Therefore, when starting a gas turbine, a gas turbine is started by supplying fuel gas to a combustor. Moreover, after starting a gas turbine, a part of compressed air compressed with the compressor is supplied to a fuel cell, and a fuel cell is started. When the fuel cell is started, the exhaust fuel gas is discharged from the fuel cell. Thus, the exhaust fuel gas is supplied to the combustor, and a predetermined amount of fuel gas with a reduced flow rate is supplied to supply the exhaust fuel gas. To compensate for the lack of heat input. For this reason, the power generation system can drive the gas turbine in a stable state. Moreover, since the high temperature exhaust fuel gas and the low temperature fuel gas are independently supplied from the first main nozzle and the second main nozzle and burned, the exhaust fuel gas and the fuel gas having different temperatures are mixed. The mixer supplied to the combustor can be omitted.

また、本発明の発電システムは、前記燃焼器は、パイロットノズルと、前記パイロットノズルに接続されて前記燃料ガスを送るパイロットノズル燃料ラインと、前記パイロットノズル燃料ラインに設けられるパイロットノズル制御弁と、を備え、前記制御部は、前記ガスタービンを起動する場合や駆動する場合に前記パイロットノズル制御弁を開放する制御をすることを特徴とする。   In the power generation system of the present invention, the combustor includes a pilot nozzle, a pilot nozzle fuel line that is connected to the pilot nozzle and sends the fuel gas, a pilot nozzle control valve provided in the pilot nozzle fuel line, The control unit performs control to open the pilot nozzle control valve when starting or driving the gas turbine.

従って、ガスタービンを起動する場合や駆動する場合、パイロットノズルから噴射された燃料ガスを燃焼させることで、第１メインノズルや第２メインノズルから噴射される排燃料ガスや燃料ガスと圧縮空気とが混合された予混合気の安定燃焼を行うための保炎を行うことができる。   Therefore, when the gas turbine is started or driven, the fuel gas injected from the pilot nozzle is burned, so that the exhaust fuel gas or fuel gas injected from the first main nozzle or the second main nozzle and the compressed air It is possible to perform flame holding for performing stable combustion of the premixed gas mixed with.

上記の目的を達成するための本発明の発電システムの駆動方法は、燃料電池から排出される排燃料ガスをガスタービンの燃焼器の燃料として利用する発電システムの駆動方法において、前記燃焼器は、前記燃料電池から排出される前記排燃料ガスを噴射する第１メインノズルと、前記排燃料ガスとは種類の異なる燃料ガスを噴射する第２メインノズルと、を備え、前記ガスタービンを起動する場合に前記第２メインノズルのみから燃料ガスを噴射する工程と、前記ガスタービンの起動後に前記燃料電池が起動されると、前記第１メインノズルから前記排燃料ガスを噴射するとともに、前記第２メインノズルから所定量に絞られた前記燃料ガスを噴射する工程と、を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a driving method for a power generation system according to the present invention is a driving method for a power generation system that uses exhaust fuel gas discharged from a fuel cell as fuel for a combustor of a gas turbine. A first main nozzle for injecting the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell; and a second main nozzle for injecting a fuel gas different in type from the exhaust fuel gas, and starting the gas turbine Injecting fuel gas only from the second main nozzle, and when the fuel cell is started after the gas turbine is started, the exhaust fuel gas is injected from the first main nozzle and the second main nozzle is injected. And a step of injecting the fuel gas restricted to a predetermined amount from a nozzle.

従って、ガスタービンを起動する場合、燃焼器の第２メインノズルから燃料ガスを噴射し燃焼させることで、ガスタービンを起動する。また、ガスタービンが起動された後は、圧縮機で圧縮された一部の圧縮空気を燃料電池に供給し、燃料電池を起動させる。そして、燃料電池が起動されると、燃料電池から排出された排燃料ガスが燃焼器の第１メインノズルから噴射されると共に、この排燃料ガスの入熱不足を補完する所定量の燃料ガスが第２メインノズルから噴射される。このため、発電システムは、ガスタービンを安定させた状態で駆動することができる。しかも、第１メインノズルと第２メインノズルとから、高温の排燃料ガスと低温の燃料ガスとがそれぞれ独立して供給されて燃焼されるため、これら温度の異なる排燃料ガスと燃料ガスとを混合させ燃焼器に供給する混合器を省略することができる。   Therefore, when starting the gas turbine, the gas turbine is started by injecting and burning the fuel gas from the second main nozzle of the combustor. Moreover, after starting a gas turbine, a part of compressed air compressed with the compressor is supplied to a fuel cell, and a fuel cell is started. When the fuel cell is started, the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell is injected from the first main nozzle of the combustor, and a predetermined amount of fuel gas that complements the lack of heat input of the exhaust fuel gas is generated. Injected from the second main nozzle. For this reason, the power generation system can drive the gas turbine in a stable state. Moreover, since the high-temperature exhaust fuel gas and the low-temperature fuel gas are separately supplied from the first main nozzle and the second main nozzle and burned, the exhaust fuel gas and the fuel gas having different temperatures are combined. Mixers that are mixed and fed to the combustor can be omitted.

上記の目的を達成するための本発明の燃焼器は、燃料電池とガスタービンとを有する発電システムに備えられ、前記燃料電池から排出される排燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスをガスタービンに供給する燃焼器において、前記燃料電池から排出される前記排燃料ガスを噴射する第１メインノズルと、前記排燃料ガスとは種類の異なる燃料ガスを噴射する第２メインノズルと、前記第１メインノズルからの前記排燃料ガスの噴射を制御する第１メインノズル制御弁と、前記第２メインノズルからの前記燃料ガスの噴射を制御する第２メインノズル制御弁と、を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a combustor according to the present invention is provided in a power generation system having a fuel cell and a gas turbine, and supplies a combustion gas obtained by burning exhaust fuel gas discharged from the fuel cell to the gas turbine. A first main nozzle for injecting the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell, a second main nozzle for injecting a fuel gas different from the exhaust fuel gas, and the first main nozzle. A first main nozzle control valve that controls injection of the exhaust fuel gas from the second main nozzle, and a second main nozzle control valve that controls injection of the fuel gas from the second main nozzle.

従って、ガスタービンを起動する場合、第２メインノズル制御弁を開放して第２メインノズルから燃料ガスを噴射し燃焼させることで、ガスタービンを起動する。また、ガスタービンが起動された後は、ガスタービンの圧縮機で圧縮された一部の圧縮空気を燃料電池に供給し、燃料電池を起動させる。そして、燃料電池が起動されると、第１メインノズル制御弁を開放して第１メインノズルから、燃料電池から排気された排燃料ガスを噴射し燃焼させると共に、第２メインノズル制御弁により流量を絞った所定量の燃料ガスを噴射し、排燃料ガスの入熱不足を補完する。このため、発電システムは、ガスタービンを安定させた状態で駆動させることができる。しかも、第１メインノズルと第２メインノズルとから、高温の排燃料ガスと低温の燃料ガスとがそれぞれ独立して供給され燃焼されるため、これら温度の異なる排燃料ガスと燃料ガスとを混合させ燃焼器に供給する混合器を省略することができる。   Therefore, when starting the gas turbine, the gas turbine is started by opening the second main nozzle control valve and injecting and burning the fuel gas from the second main nozzle. In addition, after the gas turbine is started, a part of the compressed air compressed by the compressor of the gas turbine is supplied to the fuel cell to start the fuel cell. When the fuel cell is started, the first main nozzle control valve is opened, the exhaust fuel gas exhausted from the fuel cell is injected from the first main nozzle and burned, and the flow rate is controlled by the second main nozzle control valve. A predetermined amount of the fuel gas is injected to compensate for the lack of heat input of the exhaust fuel gas. For this reason, the power generation system can drive the gas turbine in a stable state. Moreover, since the high temperature exhaust fuel gas and the low temperature fuel gas are independently supplied from the first main nozzle and the second main nozzle and burned, the exhaust fuel gas and the fuel gas having different temperatures are mixed. The mixer supplied to the combustor can be omitted.

また、本発明の燃焼器は、前記燃料ガスを噴射するパイロットノズルと、前記パイロットノズルからの前記燃料ガスの噴射を制御するパイロットノズル制御弁と、をさらに有することを特徴とする。   The combustor of the present invention further includes a pilot nozzle that injects the fuel gas, and a pilot nozzle control valve that controls injection of the fuel gas from the pilot nozzle.

従って、ガスタービンを起動する場合や駆動する場合、パイロットノズル制御弁を開放してパイロットノズルから噴射された燃料ガスを燃焼させることで、第１メインノズルや第２メインノズルから噴射される排燃料ガスや燃料ガスと圧縮空気とが混合された予混合気の安定燃焼を行うための保炎を行うことができる。   Therefore, when the gas turbine is started or driven, the exhaust fuel injected from the first main nozzle or the second main nozzle is opened by burning the fuel gas injected from the pilot nozzle by opening the pilot nozzle control valve. Flame holding for stable combustion of the premixed gas in which gas or fuel gas and compressed air are mixed can be performed.

本発明によれば、発電システムの駆動に際し、燃焼器に種類の異なる燃料が供給されても、ガスタービンを安定させた状態で駆動させることができる。   According to the present invention, even when different types of fuel are supplied to the combustor when the power generation system is driven, the gas turbine can be driven in a stable state.

図１は、本発明の一実施例に係る発電システムの燃焼器を表す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a combustor of a power generation system according to an embodiment of the present invention. 図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 図３は、本実施例の発電システムにおける燃焼器駆動時での燃料供給のフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart of fuel supply when the combustor is driven in the power generation system of the present embodiment. 図４は、本実施例の発電システムを表す概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating the power generation system of the present embodiment.

以下に添付図面を参照して、本発明に係る発電システム及び発電システムにおける燃料電池の運転方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。   Exemplary embodiments of a power generation system and a fuel cell operating method in the power generation system according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by this Example, Moreover, when there exists multiple Example, what comprises combining each Example is also included.

本実施例の発電システムは、固体酸化物形燃料電池（以下、ＳＯＦＣと称する。）とガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたトリプルコンバインドサイクル（Ｔｒｉｐｌｅ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ：登録商標）である。このトリプルコンバインドサイクルは、ガスタービンコンバインドサイクル発電（ＧＴＣＣ）の上流側にＳＯＦＣを設置することにより、ＳＯＦＣ、ガスタービン、蒸気タービンの３段階で発電することができるため、極めて高い発電効率を実現することができる。なお、以下の説明では、本発明の燃料電池として固体酸化物形燃料電池を適用して説明するが、この形式の燃料電池に限定されるものではない。   The power generation system of this embodiment is a triple combined cycle (registered trademark) in which a solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as SOFC), a gas turbine, and a steam turbine are combined. This triple combined cycle realizes extremely high power generation efficiency because it can generate power in three stages: SOFC, gas turbine, and steam turbine by installing SOFC upstream of gas turbine combined cycle power generation (GTCC). be able to. In the following description, a solid oxide fuel cell is applied as the fuel cell of the present invention, but the present invention is not limited to this type of fuel cell.

図１は、本発明の一実施例に係る発電システムの燃焼器を表す概略図、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図、図３は、本実施例の発電システムにおける燃焼器駆動時での燃料供給のフローチャート、図４は、本実施例の発電システムを表す概略構成図である。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a combustor of a power generation system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing the power generation system of the present embodiment.

本実施例において、図４に示すように、発電システム１０は、ガスタービン１１及び発電機１２と、ＳＯＦＣ１３と、蒸気タービン１４及び発電機１５とを有している。この発電システム１０は、ガスタービン１１による発電と、ＳＯＦＣ１３による発電と、蒸気タービン１４による発電とを組み合わせることで、高い発電効率を得るように構成したものである。   In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the power generation system 10 includes a gas turbine 11 and a generator 12, an SOFC 13, a steam turbine 14 and a generator 15. The power generation system 10 is configured to obtain high power generation efficiency by combining power generation by the gas turbine 11, power generation by the SOFC 13, and power generation by the steam turbine 14.

ガスタービン１１は、圧縮機２１、燃焼器２２、タービン２３を有しており、圧縮機２１とタービン２３は、回転軸２４により一体回転可能に連結されている。圧縮機２１は、空気取り込みライン２５から取り込んだ空気Ａを圧縮する。燃焼器２２は、圧縮機２１から第１圧縮空気供給ライン２６を通して供給された圧縮空気Ａ１と、第１燃料ガス供給ライン２７から供給された燃料ガスＬ１とを混合して燃焼する。タービン２３は、燃焼器２２から燃焼ガス供給ライン２８を通して供給された燃焼ガスＧ１により回転する。なお、図示しないが、タービン２３は、圧縮機２１で圧縮された圧縮空気Ａ１が車室を通して供給され、この圧縮空気Ａ１を冷却空気として翼などを冷却する。発電機１２は、タービン２３と同軸上に設けられており、タービン２３が回転することで発電することができる。なお、ここでは、燃焼器２２に供給する燃料ガスＬ１として、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）を用いている。 The gas turbine 11 includes a compressor 21, a combustor 22, and a turbine 23, and the compressor 21 and the turbine 23 are connected by a rotary shaft 24 so as to be integrally rotatable. The compressor 21 compresses the air A taken in from the air intake line 25. The combustor 22 mixes and combusts the compressed air A <b> 1 supplied from the compressor 21 through the first compressed air supply line 26 and the fuel gas L <b> 1 supplied from the first fuel gas supply line 27. Turbine 23 is rotated by the supplied combustion gas G1 through the combustion gas supply line 28 from the combustor 22. Although not shown, the turbine 23 is supplied with compressed air A1 compressed by the compressor 21 through the passenger compartment, and cools the blades and the like using the compressed air A1 as cooling air. The generator 12 is provided on the same axis as the turbine 23 and can generate electric power when the turbine 23 rotates. Here, for example, liquefied natural gas (LNG) is used as the fuel gas L1 supplied to the combustor 22.

ＳＯＦＣ１３は、還元剤としての高温の燃料ガスと酸化剤としての高温の空気（酸化性ガス）が供給されることで、所定の作動温度にて反応して発電を行うものである。このＳＯＦＣ１３は、圧力容器内に空気極と固体電解質と燃料極が収容されて構成される。空気極に圧縮機２１で圧縮された圧縮空気Ａ２が供給され、燃料極に燃料ガスＬ２が供給されることで発電を行う。なお、ここでは、ＳＯＦＣ１３に供給する燃料ガスＬ２として、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）、水素（Ｈ２）および一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）などの炭化水素ガス、石炭など炭素質原料のガス化設備により製造したガスを用いている。また、ＳＯＦＣ１３に供給される酸化性ガスは、酸素を略１５％〜３０％含むガスであり、代表的には空気が好適であるが、空気以外にも燃焼排ガスと空気の混合ガスや、酸素と空気の混合ガスなどが使用可能である（以下、ＳＯＦＣ１３に供給される酸化性ガスを空気という）。 The SOFC 13 generates power by reacting at a predetermined operating temperature by being supplied with high-temperature fuel gas as a reducing agent and high-temperature air (oxidizing gas) as an oxidant. The SOFC 13 is configured by accommodating an air electrode, a solid electrolyte, and a fuel electrode in a pressure vessel. Compressed air A2 compressed by the compressor 21 is supplied to the air electrode, and fuel gas L2 is supplied to the fuel electrode to generate power. Here, as the fuel gas L2 supplied to the SOFC 13, for example, liquefied natural gas (LNG), hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), hydrocarbon gas such as methane (CH 4 ), carbon such as coal, etc. Gas produced by gasification equipment for quality raw materials is used. In addition, the oxidizing gas supplied to the SOFC 13 is a gas containing approximately 15% to 30% oxygen, and typically air is preferable, but in addition to air, a mixed gas of combustion exhaust gas and air, oxygen And the like can be used (hereinafter, the oxidizing gas supplied to the SOFC 13 is referred to as air).

このＳＯＦＣ１３は、第１圧縮空気供給ライン２６から分岐した第２圧縮空気供給ライン３１が連結され、圧縮機２１が圧縮した一部の圧縮空気Ａ２を空気極の導入部に供給することができる。この第２圧縮空気供給ライン３１は、供給する空気量を調整可能な制御弁３２と、圧縮空気Ａ２を昇圧可能なブロワ３３とが圧縮空気Ａ２の流れ方向に沿って設けられている。制御弁３２は、第２圧縮空気供給ライン３１における圧縮空気Ａ２の流れ方向の上流側に設けられ、ブロワ３３は、制御弁３２の下流側に設けられている。ＳＯＦＣ１３は、空気極で用いられた圧縮空気Ａ３を排出する排空気ライン３４が連結されている。この排空気ライン３４は、空気極で用いられた圧縮空気Ａ３（排空気）を外部に排出する排出ライン３５と、燃焼器２２に連結される圧縮空気循環ライン３６とに分岐される。排出ライン３５は、排出する空気量を調整可能な制御弁３７が設けられ、圧縮空気循環ライン３６は、循環する空気量を調整可能な制御弁３８が設けられている。   The SOFC 13 is connected to the second compressed air supply line 31 branched from the first compressed air supply line 26, and can supply a part of the compressed air A2 compressed by the compressor 21 to the introduction portion of the air electrode. In the second compressed air supply line 31, a control valve 32 capable of adjusting the amount of air to be supplied and a blower 33 capable of increasing the pressure of the compressed air A2 are provided along the flow direction of the compressed air A2. The control valve 32 is provided on the upstream side in the flow direction of the compressed air A <b> 2 in the second compressed air supply line 31, and the blower 33 is provided on the downstream side of the control valve 32. The SOFC 13 is connected to an exhaust air line 34 for discharging the compressed air A3 used at the air electrode. The exhaust air line 34 is branched into a discharge line 35 that discharges compressed air A3 (exhaust air) used in the air electrode to the outside, and a compressed air circulation line 36 that is connected to the combustor 22. The discharge line 35 is provided with a control valve 37 capable of adjusting the amount of air discharged, and the compressed air circulation line 36 is provided with a control valve 38 capable of adjusting the amount of air circulated.

また、ＳＯＦＣ１３は、燃料ガスＬ２を燃料極の導入部に供給する第２燃料ガス供給ライン４１が設けられている。第２燃料ガス供給ライン４１は、供給する燃料ガス量を調整可能な制御弁４２が設けられている。ＳＯＦＣ１３は、燃料極で用いられた排燃料ガスＬ３を排出する排燃料ライン４３が連結されている。この排燃料ライン４３は、外部に排出する排出ライン４４と、燃焼器２２に連結される排燃料ガス供給ライン４５とに分岐される。排出ライン４４は、排出する燃料ガス量を調整可能な制御弁４６が設けられ、排燃料ガス供給ライン４５は、供給する燃料ガス量を調整可能な制御弁４７と、排燃料ガスＬ３を昇圧可能なブロワ４８が排燃料ガスＬ３の流れ方向に沿って設けられている。制御弁４７は、排燃料ガス供給ライン４５における排燃料ガスＬ３の流れ方向の上流側に設けられ、ブロワ４８は、制御弁４７の排燃料ガスＬ３の流れ方向の下流側に設けられている。   Further, the SOFC 13 is provided with a second fuel gas supply line 41 for supplying the fuel gas L2 to the introduction portion of the fuel electrode. The second fuel gas supply line 41 is provided with a control valve 42 that can adjust the amount of fuel gas to be supplied. The SOFC 13 is connected to an exhaust fuel line 43 that exhausts the exhaust fuel gas L3 used at the fuel electrode. The exhaust fuel line 43 is branched into an exhaust line 44 that discharges to the outside and an exhaust fuel gas supply line 45 that is connected to the combustor 22. The discharge line 44 is provided with a control valve 46 capable of adjusting the amount of fuel gas to be discharged, and the exhaust fuel gas supply line 45 is capable of boosting the exhaust fuel gas L3 and a control valve 47 capable of adjusting the amount of fuel gas to be supplied. A blower 48 is provided along the flow direction of the exhaust fuel gas L3. The control valve 47 is provided upstream of the exhaust fuel gas supply line 45 in the flow direction of the exhaust fuel gas L3, and the blower 48 is provided downstream of the control valve 47 in the flow direction of the exhaust fuel gas L3.

また、排燃料ライン４３と第２燃料ガス供給ライン４１とを連結する燃料ガス再循環ライン４９が設けられている。燃料ガス再循環ライン４９は、排燃料ライン４３の排燃料ガスＬ３を第２燃料ガス供給ライン４１に再循環させる再循環ブロワ５０が設けられている。 In addition, a fuel gas recirculation line 49 that connects the exhaust fuel line 43 and the second fuel gas supply line 41 is provided. The fuel gas recirculation line 49 is provided with a recirculation blower 50 that recirculates the exhaust fuel gas L3 of the exhaust fuel line 43 to the second fuel gas supply line 41.

蒸気タービン１４は、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）５１で生成された蒸気によりタービン５２が回転するものである。蒸気タービン１４（タービン５２）は、排熱回収ボイラ５１との間に蒸気供給ライン５４と給水ライン５５が設けられている。そして、給水ライン５５は、復水器５６と給水ポンプ５７が設けられている。排熱回収ボイラ５１は、ガスタービン１１（タービン２３）からの排ガスライン５３が連結されており、排ガスライン５３から供給される高温の排ガスＧ２と給水ライン５５から供給される水との間で熱交換を行うことで、蒸気Ｓを生成する。発電機１５は、タービン５２と同軸上に設けられており、タービン５２が回転することで発電することができる。なお、排熱回収ボイラ５１で熱が回収された排ガスＧ２は、有害物質を除去されてから大気へ放出される。   In the steam turbine 14, the turbine 52 is rotated by steam generated by the exhaust heat recovery boiler (HRSG) 51. The steam turbine 14 (turbine 52) is provided with a steam supply line 54 and a water supply line 55 between the exhaust heat recovery boiler 51. The water supply line 55 is provided with a condenser 56 and a water supply pump 57. The exhaust heat recovery boiler 51 is connected to an exhaust gas line 53 from the gas turbine 11 (the turbine 23), and heats between the high temperature exhaust gas G <b> 2 supplied from the exhaust gas line 53 and the water supplied from the water supply line 55. Steam S is produced | generated by performing exchange. The generator 15 is provided coaxially with the turbine 52 and can generate electric power when the turbine 52 rotates. The exhaust gas G2 from which heat has been recovered by the exhaust heat recovery boiler 51 is released to the atmosphere after removing harmful substances.

ここで、本実施例の発電システム１０の作動について説明する。発電システム１０を起動する場合、ガスタービン１１、蒸気タービン１４、ＳＯＦＣ１３の順に起動する。   Here, the operation of the power generation system 10 of the present embodiment will be described. When starting the electric power generation system 10, it starts in order of the gas turbine 11, the steam turbine 14, and SOFC13.

まず、ガスタービン１１にて、圧縮機２１が空気Ａを圧縮し、燃焼器２２が圧縮空気Ａ１と燃料ガスＬ１とを混合して燃焼し、タービン２３が燃焼ガスＧ１により回転することで、発電機１２が発電を開始する。次に、蒸気タービン１４にて、排熱回収ボイラ５１により生成された蒸気Ｓによりタービン５２が回転し、これにより発電機１５が発電を開始する。   First, in the gas turbine 11, the compressor 21 compresses the air A, the combustor 22 mixes and combusts the compressed air A1 and the fuel gas L1, and the turbine 23 rotates by the combustion gas G1, thereby generating power. The machine 12 starts power generation. Next, in the steam turbine 14, the turbine 52 is rotated by the steam S generated by the exhaust heat recovery boiler 51, whereby the generator 15 starts power generation.

続いて、ＳＯＦＣ１３を起動させるために、圧縮機２１から圧縮空気Ａ２を供給してＳＯＦＣ１３の加圧を開始すると共に加熱を開始する。排出ライン３５の制御弁３７と圧縮空気循環ライン３６の制御弁３８を閉止し、第２圧縮空気供給ライン３１のブロワ３３を停止した状態で、制御弁３２を所定開度だけ開放する。すると、圧縮機２１で圧縮した一部の圧縮空気Ａ２が第２圧縮空気供給ライン３１からＳＯＦＣ１３側へ供給される。これにより、ＳＯＦＣ１３の空気極側は、圧縮空気Ａ２が供給されることで圧力が上昇する。   Subsequently, in order to start the SOFC 13, the compressed air A <b> 2 is supplied from the compressor 21 to start pressurizing the SOFC 13 and start heating. With the control valve 37 of the discharge line 35 and the control valve 38 of the compressed air circulation line 36 closed and the blower 33 of the second compressed air supply line 31 stopped, the control valve 32 is opened by a predetermined opening. Then, a part of the compressed air A2 compressed by the compressor 21 is supplied from the second compressed air supply line 31 to the SOFC 13 side. As a result, the pressure on the air electrode side of the SOFC 13 rises when the compressed air A2 is supplied.

一方、ＳＯＦＣ１３の燃料極側では、燃料ガスＬ２を供給して加圧を開始する。排出ライン４４の制御弁４６と排燃料ガス供給ライン４５の制御弁４７を閉止し、ブロワ４８を停止した状態で、第２燃料ガス供給ライン４１の制御弁４２を開放すると共に、燃料ガス再循環ライン４９の再循環ブロワ５０を駆動する。すると、燃料ガスＬ２が第２燃料ガス供給ライン４１からＳＯＦＣ１３へ供給されると共に、排燃料ガスＬ３が燃料ガス再循環ライン４９により再循環される。これにより、ＳＯＦＣ１３側は、燃料ガスＬ２が供給されることで圧力が上昇する。   On the other hand, on the fuel electrode side of the SOFC 13, the fuel gas L2 is supplied to start pressurization. With the control valve 46 of the exhaust line 44 and the control valve 47 of the exhaust fuel gas supply line 45 closed and the blower 48 stopped, the control valve 42 of the second fuel gas supply line 41 is opened and the fuel gas is recirculated. The recirculation blower 50 in the line 49 is driven. Then, the fuel gas L 2 is supplied from the second fuel gas supply line 41 to the SOFC 13, and the exhaust fuel gas L 3 is recirculated by the fuel gas recirculation line 49. As a result, the pressure on the SOFC 13 side is increased by supplying the fuel gas L2.

そして、ＳＯＦＣ１３の空気極側の圧力が圧縮機２１の出口圧力になると、制御弁３２を全開にすると共に、ブロワ３３を駆動する。それと同時に制御弁３７を開放してＳＯＦＣ１３からの圧縮空気Ａ３を排出ライン３５から排出する。すると、圧縮空気Ａ２がブロワ３３によりＳＯＦＣ１３側へ供給される。それと同時に制御弁４６を開放してＳＯＦＣ１３からの排燃料ガスＬ３を排出ライン４４から排出する。そして、ＳＯＦＣ１３における空気極側の圧力と燃料極側の圧力が目標圧力に到達すると、ＳＯＦＣ１３の加圧が完了する。   When the pressure on the air electrode side of the SOFC 13 reaches the outlet pressure of the compressor 21, the control valve 32 is fully opened and the blower 33 is driven. At the same time, the control valve 37 is opened and the compressed air A3 from the SOFC 13 is discharged from the discharge line 35. Then, the compressed air A2 is supplied to the SOFC 13 side by the blower 33. At the same time, the control valve 46 is opened, and the exhaust fuel gas L3 from the SOFC 13 is discharged from the discharge line 44. When the pressure on the air electrode side and the pressure on the fuel electrode side in the SOFC 13 reach the target pressure, pressurization of the SOFC 13 is completed.

その後、ＳＯＦＣ１３の反応（発電）が安定し、圧縮空気Ａ３と排燃料ガスＬ３の成分が安定したら、制御弁３７を閉止する一方、制御弁３８を開放する。すると、ＳＯＦＣ１３からの圧縮空気Ａ３が圧縮空気循環ライン３６から燃焼器２２に供給される。また、制御弁４６を閉止する一方、制御弁４７を開放してブロワ４８を駆動する。すると、ＳＯＦＣ１３からの排燃料ガスＬ３が排燃料ガス供給ライン４５から燃焼器２２に供給される。このとき、第１燃料ガス供給ライン２７から燃焼器２２に供給される燃料ガスＬ１を減量する。   Thereafter, when the reaction (power generation) of the SOFC 13 is stabilized and the components of the compressed air A3 and the exhaust fuel gas L3 are stabilized, the control valve 37 is closed and the control valve 38 is opened. Then, compressed air A3 from the SOFC 13 is supplied from the compressed air circulation line 36 to the combustor 22. Further, the control valve 46 is closed, while the control valve 47 is opened to drive the blower 48. Then, the exhaust fuel gas L3 from the SOFC 13 is supplied from the exhaust fuel gas supply line 45 to the combustor 22. At this time, the fuel gas L1 supplied from the first fuel gas supply line 27 to the combustor 22 is reduced.

ここで、ガスタービン１１の駆動による発電機１２での発電、ＳＯＦＣ１３での発電、蒸気タービン１４の駆動により発電機１５での発電が全て行われることとなり、発電システム１０が定常運転となる。   Here, the power generation by the generator 12 by driving the gas turbine 11, the power generation by the SOFC 13, and the power generation by the generator 15 are all performed by driving the steam turbine 14, and the power generation system 10 becomes a steady operation.

以下、燃焼器２２について説明する。燃焼器２２は、タービン２３の車室（図示せず）に配置される。燃焼器２２は、圧縮機２１で圧縮された圧縮空気Ａ１やＳＯＦＣ１３から排出された圧縮空気Ａ３が車室に供給され、この圧縮空気Ａ１や圧縮空気Ａ３と燃料ガスＬ１を混合し燃焼させ燃焼ガスＧ１を生成する。   Hereinafter, the combustor 22 will be described. The combustor 22 is disposed in a casing (not shown) of the turbine 23. The combustor 22 is supplied with compressed air A1 compressed by the compressor 21 or compressed air A3 discharged from the SOFC 13 to the vehicle compartment, and mixes and combusts the compressed air A1 or compressed air A3 and the fuel gas L1. G1 is generated.

図１および図２に示すように、燃焼器２２は、外筒１の内部に所定間隔をあけて空気通路Ｒを形成するように内筒２が支持されている。内筒２は、その先端部にタービン２３に接続される尾筒（燃焼ガス供給ライン２８）が連結されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, in the combustor 22, the inner cylinder 2 is supported so as to form an air passage R at a predetermined interval inside the outer cylinder 1. The inner cylinder 2 is connected with a tail cylinder (combustion gas supply line 28) connected to the turbine 23 at a tip portion thereof.

内筒２は、その内部の中心部の燃焼器軸Ｃ上で、この燃焼器軸Ｃの延在方向に沿ってパイロットノズル３が配設されている。パイロットノズル３は、その先端部の周囲に、筒状で先端側が広角して形成された燃焼筒３ｂが装着されている。   The inner cylinder 2 is provided with a pilot nozzle 3 along the extending direction of the combustor shaft C on the combustor shaft C in the center of the inner tube 2. The pilot nozzle 3 is provided with a combustion cylinder 3b formed in a cylindrical shape with a wide angle at the tip side around the tip part.

また、内筒２は、その内部の内周面に周方向に沿ってパイロットノズル３を取り囲むように複数（本実施例では８個）のメインノズル（予混合ノズルともいう）４が燃焼器軸Ｃと平行に配設されている。このメインノズル４は、第１メインノズル４Ａおよび第２メインノズル４Ｂを有する。本実施例において、第１メインノズル４Ａと第２メインノズル４Ｂとは、４個ずつ設けられ、内筒２の周方向で交互に配置されている。   The inner cylinder 2 has a plurality of (eight in this embodiment) main nozzles (also referred to as premixing nozzles) 4 so as to surround the pilot nozzle 3 along the circumferential direction on the inner peripheral surface of the inner cylinder 2. It is arranged in parallel with C. The main nozzle 4 has a first main nozzle 4A and a second main nozzle 4B. In the present embodiment, four first main nozzles 4A and four second main nozzles 4B are provided, and are alternately arranged in the circumferential direction of the inner cylinder 2.

外筒１は、その基端部にトップハット部１Ａが設けられている。トップハット部１Ａは、外筒１の基端部の内周面に沿って配置されて、外筒１とともに空気通路Ｒの一部を形成する筒状部材１Ａａと、この筒状部材１Ａａの基端側の開口を閉塞する蓋部材１Ａｂとで構成されている。蓋部材１Ａｂは、上述のパイロットノズル３が支持され、このパイロットノズル３の燃料ポート３ａが外側に配置されている。この燃料ポート３ａは、第１燃料ガス供給ライン２７から分岐したパイロットノズル燃料ライン２７ａが接続されてパイロットノズル３に燃料ガスＬ１が供給される。また、蓋部材１Ａｂは、上述の第１メインノズル４Ａおよび第２メインノズル４Ｂが支持され、第１メインノズル４Ａの燃料ポート４Ａａおよび第２メインノズル４Ｂの燃料ポート４Ｂａが外側に配置されている。第１メインノズル４Ａの燃料ポート４Ａａは、第１メインノズル燃料ラインとしての排燃料ガス供給ライン４５が接続されて第１メインノズル４Ａに排燃料ガスＬ３が供給される。また、第２メインノズル４Ｂの燃料ポート４Ｂａは、第１燃料ガス供給ライン２７から分岐した第２メインノズル燃料ライン２７ｂが接続されて第２メインノズル４Ｂに燃料ガスＬ１が供給される。   The outer cylinder 1 is provided with a top hat portion 1A at a base end portion thereof. The top hat portion 1A is disposed along the inner peripheral surface of the base end portion of the outer cylinder 1, and forms a part of the air passage R together with the outer cylinder 1, and a base of the cylindrical member 1Aa. The lid member 1Ab closes the opening on the end side. The lid member 1Ab supports the pilot nozzle 3 described above, and the fuel port 3a of the pilot nozzle 3 is disposed outside. The fuel port 3 a is connected to a pilot nozzle fuel line 27 a branched from the first fuel gas supply line 27, and the fuel gas L 1 is supplied to the pilot nozzle 3. The lid member 1Ab supports the first main nozzle 4A and the second main nozzle 4B described above, and the fuel port 4Aa of the first main nozzle 4A and the fuel port 4Ba of the second main nozzle 4B are disposed outside. . The fuel port 4Aa of the first main nozzle 4A is connected to an exhaust fuel gas supply line 45 as a first main nozzle fuel line, and the exhaust fuel gas L3 is supplied to the first main nozzle 4A. The fuel port 4Ba of the second main nozzle 4B is connected to the second main nozzle fuel line 27b branched from the first fuel gas supply line 27, and the fuel gas L1 is supplied to the second main nozzle 4B.

また、パイロットノズル燃料ライン２７ａは、パイロットノズル３への燃料ガスＬ１の供給を制御するパイロットノズル制御弁５Ａが設けられている。また、排燃料ガス供給ライン４５は、第１メインノズル４Ａへの排燃料ガスＬ３の供給を制御する第１メインノズル制御弁５Ｂが設けられている。また、第２メインノズル燃料ライン２７ｂは、第２メインノズル４Ｂへの燃料ガスＬ１の供給を制御する第２メインノズル制御弁５Ｃが設けられている。   The pilot nozzle fuel line 27 a is provided with a pilot nozzle control valve 5 </ b> A that controls the supply of the fuel gas L <b> 1 to the pilot nozzle 3. The exhaust fuel gas supply line 45 is provided with a first main nozzle control valve 5B that controls the supply of the exhaust fuel gas L3 to the first main nozzle 4A. The second main nozzle fuel line 27b is provided with a second main nozzle control valve 5C that controls the supply of the fuel gas L1 to the second main nozzle 4B.

このような燃焼器２２では、高温・高圧の圧縮空気Ａ１や圧縮空気Ａ３が外筒１の先端側から空気通路Ｒに流れ込むと、この圧縮空気Ａ１や圧縮空気Ａ３は、外筒１の基端側のトップハット部１Ａの位置で折り返され、内筒２内に流れ込む。内筒２内では、メインノズル４（４Ａ，４Ｂ）から噴射された燃料ガスＬ１や排燃料ガスＬ３と、内筒２内に流れ込む圧縮空気Ａ１や圧縮空気Ａ３とが混合されて予混合気となり、内筒２の先端側の尾筒内に流れ込む。また、内筒２内では、パイロットノズル３から噴射された燃料ガスＬ１と、内筒２内に流れ込む圧縮空気Ａ１や圧縮空気Ａ３とが混合され、図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスＧ１を生成して尾筒内に噴出する。このとき、燃焼ガスＧ１の一部が尾筒内に火炎を伴って周囲に拡散するように噴出することで、各メインノズル４から尾筒内に流れ込んだ予混合気に着火されて燃焼する。生成された燃焼ガスＧ１は、タービン２３に供給される。   In such a combustor 22, when high-temperature / high-pressure compressed air A <b> 1 or compressed air A <b> 3 flows into the air passage R from the distal end side of the outer cylinder 1, the compressed air A <b> 1 or compressed air A <b> 3 is the base end of the outer cylinder 1. It is folded at the position of the top hat portion 1 </ b> A on the side and flows into the inner cylinder 2. In the inner cylinder 2, the fuel gas L <b> 1 and the exhaust fuel gas L <b> 3 injected from the main nozzle 4 (4 </ b> A, 4 </ b> B) and the compressed air A <b> 1 and the compressed air A <b> 3 flowing into the inner cylinder 2 are mixed to form a premixed gas. Then, it flows into the tail tube on the tip side of the inner tube 2. Further, in the inner cylinder 2, the fuel gas L1 injected from the pilot nozzle 3 and the compressed air A1 and compressed air A3 flowing into the inner cylinder 2 are mixed, ignited and burned by an unillustrated type fire. A gas G1 is generated and ejected into the tail cylinder. At this time, a part of the combustion gas G1 is ejected so as to be diffused into the tail cylinder with a flame so that it is ignited and combusted by the premixed gas flowing from the main nozzles 4 into the tail cylinder. The generated combustion gas G <b> 1 is supplied to the turbine 23.

燃焼器２２において、各制御弁５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、制御装置（制御部）６より開閉および開度が制御される。制御装置６は、ガスタービン１１の起動や運転状態、ＳＯＦＣ１３の運転状態に応じて各制御弁５Ａ，５Ｂ，５Ｃを制御する。従って、制御装置６は、ガスタービン１１やＳＯＦＣ１３の運転状態を入力し常時監視する。   In the combustor 22, each control valve 5 </ b> A, 5 </ b> B, 5 </ b> C is controlled to be opened / closed and opened by a control device (control unit) 6. The control device 6 controls the control valves 5A, 5B, and 5C in accordance with the startup and operation state of the gas turbine 11 and the operation state of the SOFC 13. Therefore, the control device 6 inputs and constantly monitors the operating state of the gas turbine 11 and the SOFC 13.

以下、上述した制御装置６による制御であって、本実施例の発電システム１０の駆動方法について説明する。なお、ここでは、ガスタービン１１、蒸気タービン１４、ＳＯＦＣ１３の順に起動する場合であって、ガスタービン１１の駆動について説明する。   Hereinafter, the driving method of the power generation system 10 of the present embodiment, which is the control by the control device 6 described above, will be described. In addition, here, it is a case where it starts in order of the gas turbine 11, the steam turbine 14, and SOFC13, Comprising: The drive of the gas turbine 11 is demonstrated.

まず、ガスタービン１１を起動する前の停止状態において、制御装置６は、パイロットノズル制御弁５Ａ、第１メインノズル制御弁５Ｂおよび第２メインノズル制御弁５Ｃを閉止した状態とする。   First, in the stop state before starting the gas turbine 11, the control device 6 sets the pilot nozzle control valve 5A, the first main nozzle control valve 5B, and the second main nozzle control valve 5C in a closed state.

そして、図３に示すように、ガスタービン１１を起動する指令を受けた場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、制御装置６は、パイロットノズル制御弁５Ａを開放し、かつ第２メインノズル制御弁５Ｃを開放する制御をする（ステップＳ２）。燃焼器２２は、パイロットノズル３から燃料ガスＬ１を噴射させ、かつ第２メインノズル４Ｂから燃料ガスＬ１を噴射させて圧縮空気Ａ１と混合し燃焼ガスを生成する。これにより、ガスタービン１１は、燃料ガスＬ１から生成された燃焼ガスＧ１により起動される。   Then, as shown in FIG. 3, when receiving a command to start the gas turbine 11 (step S1: Yes), the control device 6 opens the pilot nozzle control valve 5A and opens the second main nozzle control valve 5C. Control to release is performed (step S2). The combustor 22 injects the fuel gas L1 from the pilot nozzle 3 and injects the fuel gas L1 from the second main nozzle 4B to mix with the compressed air A1 to generate combustion gas. Thereby, the gas turbine 11 is started by the combustion gas G1 produced | generated from the fuel gas L1.

その後、ガスタービン１１の圧縮機２１が圧縮した一部の圧縮空気Ａ２がＳＯＦＣ１３に供給されるようになり、かつ燃料ガスＬ２がＳＯＦＣ１３に供給されてＳＯＦＣ１３が起動される。このＳＯＦＣ１３が起動された旨の信号を入力した場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、制御装置６は、パイロットノズル制御弁５Ａを開放したままの状態で、第１メインノズル制御弁５Ｂを開放し、かつ第２メインノズル制御弁５Ｃを所定開度に絞る制御をする（ステップＳ４）。すると、燃焼器２２において、第１メインノズル４Ａから排燃料ガスＬ３を噴射させて燃焼ガスＧ１を生成させる。第２メインノズル制御弁５Ｃの所定開度は、ガスタービン１１が定格負荷に到達する入熱に対し、排燃料ガスＬ３のみで入熱が不足する分を、燃料ガスＬ１を供給して入熱を補うための開度である。これにより、起動後のＳＯＦＣ１３から排燃料ガスＬ３が排出されると、ガスタービン１１は、主に排燃料ガスＬ３により駆動される。なお、制御装置６は、ステップＳ３でＳＯＦＣ１３が起動された旨の信号を入力するまでは（ステップＳ３：Ｎｏ）、ステップＳ２にてパイロットノズル制御弁５Ａを開放し、かつ第２メインノズル制御弁５Ｃを開放し、燃焼器２２は、パイロットノズル３から噴射された燃料ガスＬ１により燃焼ガスＧ１を生成する。つまり、ガスタービン１１は、ＳＯＦＣ１３が起動されるまでは燃料ガスＬ１により生成された燃焼ガスＧ１により駆動される。   Thereafter, a part of the compressed air A2 compressed by the compressor 21 of the gas turbine 11 is supplied to the SOFC 13, and the fuel gas L2 is supplied to the SOFC 13 to activate the SOFC 13. When the signal indicating that the SOFC 13 is activated is input (step S3: Yes), the control device 6 opens the first main nozzle control valve 5B while keeping the pilot nozzle control valve 5A open, and Control is performed to reduce the second main nozzle control valve 5C to a predetermined opening degree (step S4). Then, in the combustor 22, the exhaust fuel gas L3 is injected from the first main nozzle 4A to generate the combustion gas G1. The predetermined opening degree of the second main nozzle control valve 5C is such that the heat input by the gas turbine 11 reaching the rated load is supplied by the fuel gas L1 and the heat input by the exhaust fuel gas L3 is insufficient. It is the opening for making up. Thus, when the exhaust fuel gas L3 is discharged from the activated SOFC 13, the gas turbine 11 is mainly driven by the exhaust fuel gas L3. The control device 6 opens the pilot nozzle control valve 5A in step S2 and inputs the second main nozzle control valve until a signal indicating that the SOFC 13 is activated in step S3 (step S3: No). 5C is opened, and the combustor 22 generates combustion gas G1 by the fuel gas L1 injected from the pilot nozzle 3. That is, the gas turbine 11 is driven by the combustion gas G1 generated by the fuel gas L1 until the SOFC 13 is started.

このように本実施例の発電システム１０にあっては、ＳＯＦＣ１３から排出される排燃料ガスＬ３をガスタービン１１の燃焼器２２の燃料として利用する発電システム１０において、燃焼器２２は、第１メインノズル４Ａと、第２メインノズル４Ｂと、第１メインノズル４Ａに接続されてＳＯＦＣ１３から排出される排燃料ガスＬ３を送る排燃料ガス供給ライン（第１メインノズル燃料ライン）４５と、第２メインノズル４Ｂに接続されて排燃料ガスＬ３とは種類の異なる燃料ガスＬ１を送る第２メインノズル燃料ライン２７ｂと、排燃料ガス供給ライン４５に設けられる第１メインノズル制御弁５Ｂと、第２メインノズル燃料ライン２７ｂに設けられる第２メインノズル制御弁５Ｃと、を備え、ガスタービン１１を起動する場合に第１メインノズル制御弁５Ｂを閉止して第２メインノズル制御弁５Ｃを開放する制御をし、ガスタービン１１の起動後にＳＯＦＣ１３が起動されると、第１メインノズル制御弁５Ｂを開放し第２メインノズル制御弁５Ｃを絞る制御をする制御装置６を有する。   As described above, in the power generation system 10 of the present embodiment, in the power generation system 10 that uses the exhaust fuel gas L3 discharged from the SOFC 13 as the fuel of the combustor 22 of the gas turbine 11, the combustor 22 includes the first main A nozzle 4A, a second main nozzle 4B, an exhaust fuel gas supply line (first main nozzle fuel line) 45 that is connected to the first main nozzle 4A and sends exhaust fuel gas L3 exhausted from the SOFC 13, and a second main A second main nozzle fuel line 27b that is connected to the nozzle 4B and sends a fuel gas L1 of a type different from the exhaust fuel gas L3, a first main nozzle control valve 5B provided in the exhaust fuel gas supply line 45, and a second main A second main nozzle control valve 5C provided in the nozzle fuel line 27b, and when the gas turbine 11 is started, the first main nozzle control valve 5C is provided. Control is performed to close the nozzle control valve 5B and open the second main nozzle control valve 5C. When the SOFC 13 is started after the gas turbine 11 is started, the first main nozzle control valve 5B is opened and the second main nozzle control is performed. It has the control apparatus 6 which performs control which throttles the valve 5C.

従って、ガスタービン１１を起動する場合、燃料ガスＬ１を燃焼器２２に供給することで、ガスタービン１１を起動する。また、ガスタービン１１が起動された後は、圧縮機２１で圧縮された一部の圧縮空気Ａ２をＳＯＦＣ１３に供給し、ＳＯＦＣ１３を起動させる。そして、ＳＯＦＣ１３が起動されると、ＳＯＦＣ１３から排燃料ガスＬ３が排出されるため、この排燃料ガスＬ３を燃焼器２２に供給すると共に、流量を絞った所定量の燃料ガスＬ１を供給して排燃料ガスＬ３の入熱不足を補完する。このため、本実施例の発電システム１０は、ガスタービン１１を安定させた状態で駆動させることが可能になる。しかも、第１メインノズル４Ａと第２メインノズル４Ｂとから、高温（４５０℃程度）の排燃料ガスＬ３と低温（１５℃程度）の燃料ガスＬ１とがそれぞれ独立して供給され燃焼されるため、これら温度の異なる排燃料ガスＬ３と燃料ガスＬ１とを混合させ燃焼器２２に供給する混合器を省略することが可能になる。   Therefore, when starting the gas turbine 11, the gas turbine 11 is started by supplying the fuel gas L <b> 1 to the combustor 22. In addition, after the gas turbine 11 is started, a part of the compressed air A2 compressed by the compressor 21 is supplied to the SOFC 13 to start the SOFC 13. When the SOFC 13 is activated, the exhaust fuel gas L3 is exhausted from the SOFC 13. Therefore, the exhaust fuel gas L3 is supplied to the combustor 22, and a predetermined amount of the fuel gas L1 with a reduced flow rate is supplied and exhausted. Compensate for insufficient heat input of fuel gas L3. For this reason, the power generation system 10 of the present embodiment can drive the gas turbine 11 in a stable state. Moreover, since the high temperature (about 450 ° C.) exhaust fuel gas L3 and the low temperature (about 15 ° C.) fuel gas L1 are supplied and burned independently from the first main nozzle 4A and the second main nozzle 4B. Thus, it is possible to omit the mixer that mixes the exhaust fuel gas L3 and the fuel gas L1 having different temperatures and supplies the mixture to the combustor 22.

また、本実施例の発電システム１０にあっては、燃焼器２２は、パイロットノズル３と、パイロットノズル３に接続されて燃料ガスＬ１を送るパイロットノズル燃料ライン２７ａと、パイロットノズル燃料ライン２７ａに設けられるパイロットノズル制御弁５Ａと、を備え、制御装置６は、ガスタービン１１を起動する場合や駆動する場合にパイロットノズル制御弁５Ａを開放する制御をする。   In the power generation system 10 of the present embodiment, the combustor 22 is provided in the pilot nozzle 3, the pilot nozzle fuel line 27a that is connected to the pilot nozzle 3 and sends the fuel gas L1, and the pilot nozzle fuel line 27a. The control device 6 controls to open the pilot nozzle control valve 5A when the gas turbine 11 is started or driven.

従って、ガスタービン１１を起動する場合や駆動する場合、パイロットノズル３から噴射された燃料ガスＬ１を燃焼させることで、第１メインノズル４Ａや第２メインノズル４Ｂから噴射される排燃料ガスＬ３や燃料ガスＬ１と圧縮空気とが混合された予混合気の安定燃焼を行うための保炎を行うことが可能になる。   Accordingly, when the gas turbine 11 is started or driven, the fuel gas L1 injected from the pilot nozzle 3 is burned, so that the exhaust fuel gas L3 injected from the first main nozzle 4A or the second main nozzle 4B It becomes possible to perform flame holding for stable combustion of the premixed gas in which the fuel gas L1 and compressed air are mixed.

また、本実施例の発電システム１０の駆動方法にあっては、ＳＯＦＣ１３から排出される排燃料ガスＬ３をガスタービン１１の燃焼器２２の燃料として利用する発電システム１０の駆動方法において、燃焼器２２は、ＳＯＦＣ１３から排出される排燃料ガスＬ３を噴射する第１メインノズル４Ａと、排燃料ガスＬ３とは種類の異なる燃料ガスＬ１を噴射する第２メインノズル４Ｂと、を備え、ガスタービン１１を起動する場合に第２メインノズル４Ｂのみから燃料ガスＬ１を噴射する工程と、ガスタービン１１の起動後にＳＯＦＣ１３が起動されると、第１メインノズル４Ａから排燃料ガスＬ３を噴射するとともに、第２メインノズル４Ｂから所定量に絞られた燃料ガスＬ１を噴射する工程と、を有する。   In the driving method of the power generation system 10 according to the present embodiment, in the driving method of the power generation system 10 that uses the exhaust fuel gas L3 discharged from the SOFC 13 as the fuel of the combustor 22 of the gas turbine 11, the combustor 22 Includes a first main nozzle 4A that injects exhaust fuel gas L3 discharged from the SOFC 13 and a second main nozzle 4B that injects fuel gas L1 of a different type from the exhaust fuel gas L3. When starting, the fuel gas L1 is injected only from the second main nozzle 4B, and when the SOFC 13 is started after the gas turbine 11 is started, the exhaust fuel gas L3 is injected from the first main nozzle 4A and the second And a step of injecting the fuel gas L1 restricted to a predetermined amount from the main nozzle 4B.

従って、ガスタービン１１を起動する場合、燃焼器２２の第２メインノズル４Ｂから燃料ガスＬ１を噴射し燃焼させることで、ガスタービン１１を起動する。また、ガスタービン１１が起動された後は、圧縮機２１で圧縮された一部の圧縮空気Ａ２をＳＯＦＣ１３に供給し、ＳＯＦＣ１３を起動させる。そして、ＳＯＦＣ１３が起動されると、ＳＯＦＣ１３から排出された排燃料ガスＬ３が燃焼器２２の第１メインノズル４Ａから噴射されると共に、この排燃料ガスＬ３の入熱不足を補完する所定量の燃料ガスＬ１が第２メインノズル４Ｂから噴射される。このため、本実施例の発電システム１０は、ガスタービン１１を安定させた状態で駆動することが可能になる。しかも、第１メインノズル４Ａと第２メインノズル４Ｂとから、高温（４５０℃程度）の排燃料ガスＬ３と低温（１５℃程度）の燃料ガスＬ１とがそれぞれ独立して供給されて燃焼されるため、これら温度の異なる排燃料ガスＬ３と燃料ガスＬ１とを混合させ燃焼器２２に供給する混合器を省略することが可能になる。   Therefore, when starting the gas turbine 11, the gas turbine 11 is started by injecting the fuel gas L1 from the 2nd main nozzle 4B of the combustor 22, and making it burn. In addition, after the gas turbine 11 is started, a part of the compressed air A2 compressed by the compressor 21 is supplied to the SOFC 13 to start the SOFC 13. When the SOFC 13 is activated, the exhaust fuel gas L3 discharged from the SOFC 13 is injected from the first main nozzle 4A of the combustor 22, and a predetermined amount of fuel that supplements the lack of heat input of the exhaust fuel gas L3. The gas L1 is injected from the second main nozzle 4B. For this reason, the power generation system 10 of the present embodiment can be driven in a state in which the gas turbine 11 is stabilized. Moreover, the high temperature (about 450 ° C.) exhaust fuel gas L3 and the low temperature (about 15 ° C.) fuel gas L1 are independently supplied from the first main nozzle 4A and the second main nozzle 4B and burned. Therefore, it is possible to omit a mixer that mixes the exhaust fuel gas L3 and the fuel gas L1 having different temperatures and supplies them to the combustor 22.

また、本実施例の燃焼器２２にあっては、ＳＯＦＣ１３とガスタービン１１とを有する発電システム１０に備えられ、ＳＯＦＣ１３から排出される排燃料ガスＬ３を燃焼させた燃焼ガスをガスタービン１１に供給する燃焼器２２において、ＳＯＦＣ１３から排出される排燃料ガスＬ３を噴射する第１メインノズル４Ａと、排燃料ガスＬ３とは種類の異なる燃料ガスＬ１を噴射する第２メインノズル４Ｂと、第１メインノズル４Ａからの排燃料ガスＬ３の噴射を制御する第１メインノズル制御弁５Ｂと、第２メインノズル４Ｂからの燃料ガスＬ１の噴射を制御する第２メインノズル制御弁５Ｃと、を有する。   Further, in the combustor 22 of the present embodiment, the combustion gas which is provided in the power generation system 10 having the SOFC 13 and the gas turbine 11 and burns the exhaust fuel gas L3 discharged from the SOFC 13 is supplied to the gas turbine 11. In the combustor 22, the first main nozzle 4A for injecting the exhaust fuel gas L3 discharged from the SOFC 13, the second main nozzle 4B for injecting the fuel gas L1 different from the exhaust fuel gas L3, and the first main It has a first main nozzle control valve 5B that controls the injection of the exhaust fuel gas L3 from the nozzle 4A and a second main nozzle control valve 5C that controls the injection of the fuel gas L1 from the second main nozzle 4B.

従って、ガスタービン１１を起動する場合、第２メインノズル制御弁５Ｃを開放して第２メインノズル４Ｂから燃料ガスＬ１を噴射し燃焼させることで、ガスタービン１１を起動する。また、ガスタービン１１が起動された後は、ガスタービン１１の圧縮機２１で圧縮された一部の圧縮空気Ａ２をＳＯＦＣ１３に供給し、ＳＯＦＣ１３を起動させる。そして、ＳＯＦＣ１３が起動されると、第１メインノズル制御弁５Ｂを開放して第１メインノズル４Ａから、ＳＯＦＣ１３から排気された排燃料ガスＬ３を噴射し燃焼させると共に、第２メインノズル制御弁５Ｃにより流量を絞った所定量の燃料ガスＬ１を噴射し、排燃料ガスＬ３の入熱不足を補完する。このため、本実施例の発電システム１０は、ガスタービン１１を安定させた状態で駆動させることが可能になる。しかも、第１メインノズル４Ａと第２メインノズル４Ｂとから、高温（４５０℃程度）の排燃料ガスＬ３と低温（１５℃程度）の燃料ガスＬ１とがそれぞれ独立して供給され燃焼されるため、これら温度の異なる排燃料ガスＬ３と燃料ガスＬ１とを混合させ燃焼器２２に供給する混合器を省略することが可能になる。   Accordingly, when starting the gas turbine 11, the gas turbine 11 is started by opening the second main nozzle control valve 5C and injecting and burning the fuel gas L1 from the second main nozzle 4B. Moreover, after the gas turbine 11 is started, a part of the compressed air A2 compressed by the compressor 21 of the gas turbine 11 is supplied to the SOFC 13 to start the SOFC 13. When the SOFC 13 is activated, the first main nozzle control valve 5B is opened, the exhaust fuel gas L3 exhausted from the SOFC 13 is injected from the first main nozzle 4A and burned, and the second main nozzle control valve 5C. A predetermined amount of the fuel gas L1 with a reduced flow rate is injected to compensate for the lack of heat input of the exhaust fuel gas L3. For this reason, the power generation system 10 of the present embodiment can drive the gas turbine 11 in a stable state. Moreover, since the high temperature (about 450 ° C.) exhaust fuel gas L3 and the low temperature (about 15 ° C.) fuel gas L1 are supplied and burned independently from the first main nozzle 4A and the second main nozzle 4B. Thus, it is possible to omit the mixer that mixes the exhaust fuel gas L3 and the fuel gas L1 having different temperatures and supplies the mixture to the combustor 22.

また、本実施例の燃焼器２２にあっては、燃料ガスＬ１を噴射するパイロットノズル３と、パイロットノズル３からの燃料ガスＬ１の噴射を制御するパイロットノズル制御弁５Ａと、をさらに有する。   Further, the combustor 22 of this embodiment further includes a pilot nozzle 3 that injects the fuel gas L1 and a pilot nozzle control valve 5A that controls injection of the fuel gas L1 from the pilot nozzle 3.

従って、ガスタービン１１を起動する場合や駆動する場合、パイロットノズル制御弁５Ａを開放してパイロットノズル３から噴射された燃料ガスＬ１を燃焼させることで、第１メインノズル４Ａや第２メインノズル４Ｂから噴射される排燃料ガスＬ３や燃料ガスＬ１と圧縮空気とが混合された予混合気の安定燃焼を行うための保炎を行うことが可能になる。   Therefore, when starting or driving the gas turbine 11, the pilot nozzle control valve 5A is opened and the fuel gas L1 injected from the pilot nozzle 3 is burned, whereby the first main nozzle 4A and the second main nozzle 4B. It is possible to carry out flame holding for stable combustion of the pre-mixed gas in which the exhaust fuel gas L3 or the fuel gas L1 and the compressed air that are injected from are mixed.

３ パイロットノズル
４Ａ 第１メインノズル
４Ｂ 第２メインノズル
５Ａ パイロットノズル制御弁
５Ｂ 第１メインノズル制御弁
５Ｃ 第２メインノズル制御弁
６ 制御装置（制御部）
１０ 発電システム
１１ ガスタービン
１３ ＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池：燃料電池）
２２ 燃焼器
２７ａ パイロットノズル燃料ライン
２７ｂ 第２メインノズル燃料ライン
４５ 排燃料ガス供給ライン（第１メインノズル燃料ライン）
Ｌ１ 燃料ガス
Ｌ３ 排燃料ガス DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Pilot nozzle 4A 1st main nozzle 4B 2nd main nozzle 5A Pilot nozzle control valve 5B 1st main nozzle control valve 5C 2nd main nozzle control valve 6 Control apparatus (control part)
10 Power Generation System 11 Gas Turbine 13 SOFC (Solid Oxide Fuel Cell)
22 Combustor 27a Pilot nozzle fuel line 27b Second main nozzle fuel line 45 Exhaust fuel gas supply line (first main nozzle fuel line)
L1 Fuel gas L3 Exhaust fuel gas

Claims (3)

燃料電池から排出される排燃料ガスをガスタービンの燃焼器の燃料として利用する発電システムにおいて、
前記燃焼器は、
第１メインノズルと、
第２メインノズルと、
前記第１メインノズルに接続されて前記燃料電池から排出される前記排燃料ガスを送る第１メインノズル燃料ラインと、
前記第２メインノズルに接続されて前記排燃料ガスとは種類の異なる燃料ガスを送る第２メインノズル燃料ラインと、
前記第１メインノズル燃料ラインに設けられる第１メインノズル制御弁と、
前記第２メインノズル燃料ラインに設けられる第２メインノズル制御弁と、
を備え、
前記ガスタービンを起動する場合に前記第１メインノズル制御弁を閉止して前記第２メインノズル制御弁を開放する制御をし、前記ガスタービンの起動後に前記燃料電池が起動されると、前記第１メインノズル制御弁を開放し前記第２メインノズル制御弁を絞る制御をする制御部を有し、
前記燃焼器は、パイロットノズルと、前記パイロットノズルに接続されて前記燃料ガスを送るパイロットノズル燃料ラインと、前記パイロットノズル燃料ラインに設けられるパイロットノズル制御弁と、を備え、前記制御部は、前記ガスタービンを起動する場合や駆動する場合に前記パイロットノズル制御弁を開放する制御をすることを特徴とする発電システム。 In a power generation system that uses exhaust fuel gas discharged from a fuel cell as fuel for a combustor of a gas turbine,
The combustor
A first main nozzle;
A second main nozzle;
A first main nozzle fuel line connected to the first main nozzle and sending the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell;
A second main nozzle fuel line connected to the second main nozzle and sending a fuel gas of a different type from the exhaust fuel gas;
A first main nozzle control valve provided in the first main nozzle fuel line;
A second main nozzle control valve provided in the second main nozzle fuel line;
With
When starting the gas turbine, the first main nozzle control valve is closed and the second main nozzle control valve is controlled to open, and the fuel cell is started after the gas turbine is started. A control unit that controls to open one main nozzle control valve and throttle the second main nozzle control valve ;
The combustor includes a pilot nozzle, a pilot nozzle fuel line that is connected to the pilot nozzle and sends the fuel gas, and a pilot nozzle control valve that is provided in the pilot nozzle fuel line. A power generation system that controls to open the pilot nozzle control valve when starting or driving a gas turbine . 燃料電池から排出される排燃料ガスをガスタービンの燃焼器の燃料として利用する発電システムの駆動方法において、
前記燃焼器は、
前記燃料電池から排出される前記排燃料ガスを噴射する第１メインノズルと、前記排燃料ガスとは種類の異なる燃料ガスを噴射する第２メインノズルと、前記燃料ガスを噴射するパイロットノズルと、を備え、
前記ガスタービンを起動する場合に前記第２メインノズルのみから燃料ガスを噴射する工程と、
前記ガスタービンの起動後に前記燃料電池が起動されると、前記第１メインノズルから前記排燃料ガスを噴射するとともに、前記第２メインノズルから所定量に絞られた前記燃料ガスを噴射する工程と、
前記ガスタービンを起動する場合や駆動する場合に前記パイロットノズルから前記燃料ガスを噴射する工程と、
を有することを特徴とする発電システムの駆動方法。 In a driving method of a power generation system using exhaust fuel gas discharged from a fuel cell as fuel for a combustor of a gas turbine,
The combustor
A first main nozzle for injecting the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell; a second main nozzle for injecting a fuel gas different from the exhaust fuel gas; and a pilot nozzle for injecting the fuel gas; With
Injecting fuel gas only from the second main nozzle when starting the gas turbine;
A step of injecting the exhaust fuel gas from the first main nozzle and injecting the fuel gas restricted to a predetermined amount from the second main nozzle when the fuel cell is started after the gas turbine is started; ,
Injecting the fuel gas from the pilot nozzle when starting or driving the gas turbine;
A method for driving a power generation system comprising: 燃料電池とガスタービンとを有する発電システムに備えられ、前記燃料電池から排出される排燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスをガスタービンに供給する燃焼器において、
前記燃料電池から排出される前記排燃料ガスを噴射する第１メインノズルと、
前記排燃料ガスとは種類の異なる燃料ガスを噴射する第２メインノズルと、
前記第１メインノズルからの前記排燃料ガスの噴射を制御する第１メインノズル制御弁と、
前記第２メインノズルからの前記燃料ガスの噴射を制御する第２メインノズル制御弁と、
前記燃料ガスを噴射するパイロットノズルと、前記パイロットノズルからの前記燃料ガスの噴射を制御するパイロットノズル制御弁と、
を有することを特徴とする燃焼器。 In a combustor that is provided in a power generation system having a fuel cell and a gas turbine, and that supplies a combustion gas obtained by burning exhaust fuel gas discharged from the fuel cell to a gas turbine,
A first main nozzle for injecting the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell;
A second main nozzle for injecting a different type of fuel gas from the exhaust fuel gas;
A first main nozzle control valve that controls injection of the exhaust fuel gas from the first main nozzle;
A second main nozzle control valve for controlling injection of the fuel gas from the second main nozzle;
A pilot nozzle for injecting the fuel gas; a pilot nozzle control valve for controlling injection of the fuel gas from the pilot nozzle;
A combustor characterized by comprising:
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KR1020167020727A KR101682870B1 (en) 2012-11-21 2013-11-05 Power generation system, method for powering power generation system, and combustor
US14/437,338 US10107190B2 (en) 2012-11-21 2013-11-05 Power generation system, driving method for power generation system, and combustor
CN201380055541.8A CN104755722B (en) 2012-11-21 2013-11-05 Electricity generation system, the driving method of electricity generation system and burner
KR1020157010271A KR101707353B1 (en) 2012-11-21 2013-11-05 Power generation system, method for powering power generation system, and combustor
PCT/JP2013/079923 WO2014080758A1 (en) 2012-11-21 2013-11-05 Power generation system, method for powering power generation system, and combustor
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6382755B2 (en) * 2015-03-13 2018-08-29 株式会社東芝 Fuel cell combined power generation system and operation method thereof
CN111417822B (en) * 2017-11-30 2021-06-29 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 Oxidant-multi-fuel burner nozzle capable of being used for solid fuel and gas fuel

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4817389A (en) * 1987-09-24 1989-04-04 United Technologies Corporation Fuel injection system
JP3012166B2 (en) * 1995-02-01 2000-02-21 川崎重工業株式会社 Gas turbine combustion system
JPH11343869A (en) * 1998-06-02 1999-12-14 Hitachi Ltd Gas turbine combustor and control method thereof
JP2006144759A (en) * 2004-11-25 2006-06-08 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Premixing combustor for gas turbine and its fuel supply control method
JP2008251247A (en) * 2007-03-29 2008-10-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Fuel cell gas turbine compound power generation system and its control method
EP2075440B1 (en) * 2007-12-31 2012-05-30 Ansaldo Energia S.P.A. Method and device for controlling a gas-turbine plant
JP5183605B2 (en) * 2009-09-30 2013-04-17 株式会社日立製作所 Low calorie gas fired gas turbine system and method of operating the system

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