JP6301118B2 - ガス化燃料電池複合発電システム及びガス化燃料電池複合発電システムの運転方法 - Google Patents
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Description
そして、上記IGCCに燃料電池を組み込んだ石炭ガス化燃料電池複合発電システム(IGFC:Integrated Coal Gasification Fuel Cell Combined Cycle)では、燃料電池が、ガス化されて精製された可燃性ガスを燃料ガスとして用いることによって、発電が行われる。
特許文献1には、複合発電システムに関する発明であって、燃料電池からガスタービンの燃焼器に未反応の燃料ガスが供給されるとき、燃焼器入口における発熱量が一定になるように、可燃性ガス供給手段から燃焼器に供給される可燃性ガスの量が制御されることが記載されている。
なお、図2で示したガス化燃料電池複合発電システムの構成は、本発明の一実施形態に係るガス化燃料電池複合発電設備と重複することから、図1を用いて後述する。
すなわち、本発明に係るガス化燃料電池複合発電システムは、炭化水素起源燃料をガス化するガス化炉と、前記ガス化されたガスを精製するガス精製部と、前記精製された可燃性ガスが供給されて発電を行う固体酸化物形燃料電池と、前記固体酸化物形燃料電池を通過した前記可燃性ガスが供給される燃焼器を有し、発電機を駆動させるガスタービンと、前記ガス精製部の下流側、かつ、前記固体酸化物形燃料電池の上流側に設けられ、前記ガス精製部によって精製された前記可燃性ガスを前記固体酸化物形燃料電池へ供給し、かつ、前記固体酸化物形燃料電池を介さずに前記燃焼器へ供給する分岐部と、前記ガス精製部によって精製された前記可燃性ガスに含まれる水を分離して、前記固体酸化物形燃料電池へ供給される前記可燃性ガスに対して、分離した前記水を全て添加する水分離部を更に備える。
本実施形態のガス化燃料電池複合発電システムは、例えば、石炭などの炭化水素起源燃料をガス化して得られる燃料を用いて複合発電をする石炭ガス化燃料電池複合発電システム(IGFC:Integrated Coal Gasification Fuel Cell Combined Cycle)である。なお、ガス化炉でのガス化の対象となる炭化水素起源燃料は、石炭に限定されることはなく、例えばバイオ燃料、石油残渣油などでもよい。
燃焼器41は、圧縮機42から圧縮空気が供給され、SOFC30とH2O分離・添加装置80から燃料ガスが供給される。燃焼器41は、燃料ガスを燃焼させて、高温高圧の燃焼排ガスを生成する。燃焼排ガスはタービン43へ供給されることによってタービン43を回転させ、タービン43は軸出力を発生させる。タービン43で発生した軸出力は、同軸に連結された発電機Gを駆動し、発電機Gにおいてガスタービン40を駆動源とする発電が行われる。また、タービン43の軸出力は、圧縮機42の継続運転にも使用される。タービン43で仕事をした燃焼排ガスは、排熱回収ボイラ(HRSG:Heat Recovery Steam Generator)50へ供給される。
なお、図1で示した発電機Gは、ガスタービン40のタービン43及び蒸気タービン51と同軸に連結されているが、ガスタービン40及び蒸気タービン51に各々専用の発電機を連結して発電する構成としてもよい。
例えば、H2O分離・添加装置80の上流側に設けられた検知器(図示せず。)を用いて、SOFC30へ供給される可燃性ガスのガス組成を分析する。検知結果に基づいて、例えばS/C比が2から4程度となるように、H2O分離・添加装置80が外部から水を添加する。
また、SOFC30の燃料利用率を低下させることなくSOFC30へ可燃性ガスを供給したまま、燃焼器41での燃料ガス発熱量を適切に保つことができる。したがって、SOFC30での未反応の燃料ガスの副反応による発熱量の損失を低減でき、プラント効率を向上させることができる。例えば、燃料ガス発熱量の下限は、ガスタービン40の火が消えない(失火が生じない)ように決定され、燃料ガス発熱量の上限は、ガスタービン40の機器の耐久性が保持されるように決定される。
さらに、SOFC30に供給される可燃性ガスに含まれる水分量が従来に比べて多くなることから、SOFC30での炭素析出を起こしにくい運転状態とすることができる。
20 ガス精製部
30 固体酸化物形燃料電池(SOFC)
40 ガスタービン
41 燃焼器
42 圧縮機
43 タービン
50 排熱回収ボイラ(HRSG)
51 蒸気タービン
60 酸素製造装置
70 抽気空気昇圧機
80 H2O分離・添加装置(分岐部)
82 圧力調整弁
G 発電機
Claims (3)
- 炭化水素起源燃料をガス化するガス化炉と、
前記ガス化されたガスを精製するガス精製部と、
前記精製された可燃性ガスが供給されて発電を行う固体酸化物形燃料電池と、
前記固体酸化物形燃料電池を通過した前記可燃性ガスが供給される燃焼器を有し、発電機を駆動させるガスタービンと、
前記ガス精製部の下流側、かつ、前記固体酸化物形燃料電池の上流側に設けられ、前記ガス精製部によって精製された前記可燃性ガスを前記固体酸化物形燃料電池へ供給し、かつ、前記固体酸化物形燃料電池を介さずに前記燃焼器へ供給する分岐部と、
前記ガス精製部によって精製された前記可燃性ガスに含まれる水を分離して、前記固体酸化物形燃料電池へ供給される前記可燃性ガスに対して、分離した前記水を全て添加する水分離部を更に備えるガス化燃料電池複合発電システム。 - 前記分岐部から前記固体酸化物形燃料電池を介さずに前記燃焼器へ供給される前記可燃性ガスの流量は、前記燃焼器の温度に基づいて調整される請求項1に記載のガス化燃料電池複合発電システム。
- ガス化炉が炭化水素起源燃料をガス化するステップと、
ガス精製部が前記ガス化されたガスを精製するステップと、
前記精製された可燃性ガスが供給されて固体酸化物形燃料電池が発電を行うステップと、
前記固体酸化物形燃料電池を通過した前記可燃性ガスが供給される燃焼器を有するガスタービンが発電機を駆動させるステップと、
前記ガス精製部によって精製された前記可燃性ガスを前記固体酸化物形燃料電池へ供給し、かつ、前記固体酸化物形燃料電池を介さずに前記燃焼器へ供給するステップと、
前記ガス精製部によって精製された前記可燃性ガスに含まれる水を分離して、前記固体酸化物形燃料電池へ供給される前記可燃性ガスに対して、分離した前記水を全て添加するステップと、
を備えるガス化燃料電池複合発電システムの運転方法。
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