JPH06176786A - Method and device of controlling temperature of water supplied to boiler in fuel cell power generating facility - Google Patents

Method and device of controlling temperature of water supplied to boiler in fuel cell power generating facility

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JPH06176786A
JPH06176786A JP4330156A JP33015692A JPH06176786A JP H06176786 A JPH06176786 A JP H06176786A JP 4330156 A JP4330156 A JP 4330156A JP 33015692 A JP33015692 A JP 33015692A JP H06176786 A JPH06176786 A JP H06176786A
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JP
Japan
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feed water
temperature
boiler
exhaust gas
gas
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Application number
JP4330156A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichi Onishi
孝一 大西
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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Publication of JPH06176786A publication Critical patent/JPH06176786A/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a method and a device of controlling the temperature of water supplied to a boiler and increasing efficiency of power generating facilities, by preventing water supplied to the boiler from evaporating in a supplied water heater, from partially flowing in a pipe and from causing pressure loss and obtain a stable flow. CONSTITUTION:A gas cooler 60 is arranged parallel to a supplied water heater 50 on the upstream side of a gas/water separator 70 in an anode exhaust gas line 11 and a control valve 90 is provided at a branch connection on the inlet side between the supplied water heater and the gas cooler to control the flow rate of anode exhaust gas respectively flowing therein. The temperature of water supplied to a boiler on the outlet side of the supplied water heater in a boiler water supply line 83 is detected by a temperature detector 92 and the control valve 90 is controlled according to the detected temperature of water supplied to the boiler to change the flow rate of anode exhaust gas flowing in the supplied water heater 50 so that the temperature of water supplied to the boiler can be controlled.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池発電設備にお
けるボイラ給水温度の制御方法及び装置に関し、更に詳
しくは、溶融炭酸塩型燃料電池から排出されるアノード
排ガスを利用してボイラ給水を加熱する給水加熱器を備
えた燃料電池発電設備におけるボイラ給水温度の制御方
法及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for controlling boiler feed water temperature in a fuel cell power generation facility, and more specifically, heating boiler feed water using anode exhaust gas discharged from a molten carbonate fuel cell. The present invention relates to a method and an apparatus for controlling a boiler feed water temperature in a fuel cell power generation facility including a feed water heater.

【0002】[0002]

【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率、かつ
環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特
徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システ
ムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行
われている。特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃
料電池を用いた発電設備では、図2に示すように天然ガ
スと水蒸気とを混合してなる燃料ガスを水素を含むアノ
ードガスに改質する改質器10と、アノードガスと酸素
を含むカソードガスとから発電する燃料電池20とを一
般的に備えており、改質器で作られたアノードガスは燃
料電池に供給され、燃料電池内でその大部分(例えば8
0%)を消費した後、アノード排ガスとしてその水分を
分離した後、燃焼用ガスとして改質器の燃焼室に供給さ
れる。改質器では燃焼用ガス中の可燃成分(水素、一酸
化炭素、メタン等)を燃焼室で燃焼し、高温の燃焼ガス
により改質室で改質管を加熱し改質管内を通る燃料ガス
を改質する。改質室を出た燃焼排ガスは燃料電池用のカ
ソードガスに合流され、燃料電池のカソード側に必要な
二酸化炭素を供給する。カソードガスは燃料電池内でそ
の一部が反応した後、系外に排出される。
2. Description of the Related Art Molten carbonate fuel cells have characteristics that conventional power generators do not have, such as high efficiency and little impact on the environment, and they are attracting attention as a power generation system following hydropower, thermal power, and nuclear power. Is currently being researched and developed all over the world. In particular, in a power generation facility using a molten carbonate fuel cell using natural gas as a fuel, as shown in FIG. 2, reforming is performed to reform a fuel gas obtained by mixing natural gas and water vapor into an anode gas containing hydrogen. A fuel cell 20 for generating power from an anode gas and a cathode gas containing oxygen is generally provided, and the anode gas produced by the reformer is supplied to the fuel cell, and the anode gas produced by the reformer is used in the fuel cell. Part (eg 8
After consuming 0%), the water content is separated as anode exhaust gas and then supplied to the combustion chamber of the reformer as combustion gas. In the reformer, combustible components (hydrogen, carbon monoxide, methane, etc.) in the combustion gas are burned in the combustion chamber, and the high-temperature combustion gas heats the reforming pipe in the reforming chamber to pass the fuel gas through the reforming pipe. Reform. The flue gas discharged from the reforming chamber is combined with the cathode gas for the fuel cell to supply necessary carbon dioxide to the cathode side of the fuel cell. A part of the cathode gas reacts in the fuel cell, and then is discharged to the outside of the system.

【0003】上記アノード排ガスはその水分を分離する
ために所定の温度まで下げる必要があり、そのために、
幾つかの熱交換器(燃料予熱器30、予熱器40、給水
加熱器50及びガス冷却器60)を経て、気水分離器7
0に供給される。気水分離器においては充分に冷却され
たアノード排ガスの水分を分離し、水分が除去されたア
ノード排ガスは改質器の燃焼室へ供給されて燃焼用ガス
として利用される。一方、アノード排ガスから分離した
水分は所定の給水処理を施された後、ボイラ給水として
上記給水加熱器50で加熱され、ボイラ80へ供給され
る。ボイラに供給されたボイラ給水はボイラの蒸発器8
1及び過熱器82で所定の温度及び圧力の水蒸気にされ
てから上記天然ガスと混合され、燃料ガスとして改質器
の改質管に供給される。気水分離器により分離したアノ
ード排ガスの水分を給水加熱器50内を通過させるの
は、この水分を予め、昇温することにより、当該発電設
備の効率化を図るためであるが、通常、給水加熱器50
におけるボイラの給水温度は飽和温度よりも10〜20
℃低い温度にする必要がある。これは、給水加熱器内に
おいて水分が一部分蒸発すると、二相流となり、管内の
流れに偏流が起き、圧力の損失が生じ、また、安定な流
れが得られず、発電設備の効率化と安定な運転を妨げる
ことになるからである。
The above anode exhaust gas needs to be cooled to a predetermined temperature in order to separate its water content, and therefore,
The steam separator 7 is passed through several heat exchangers (fuel preheater 30, preheater 40, feed water heater 50, and gas cooler 60).
Supplied to zero. In the steam separator, the water in the anode exhaust gas that has been sufficiently cooled is separated, and the anode exhaust gas from which the water has been removed is supplied to the combustion chamber of the reformer and used as combustion gas. On the other hand, the water separated from the anode exhaust gas is subjected to a predetermined water supply treatment, then heated as the boiler water supply by the water supply heater 50 and supplied to the boiler 80. The boiler feed water supplied to the boiler is the evaporator 8 of the boiler.
1 and steam at a predetermined temperature and pressure in the superheater 82, mixed with the above natural gas, and supplied as fuel gas to the reforming pipe of the reformer. The reason why the moisture of the anode exhaust gas separated by the steam separator passes through the feed water heater 50 is to raise the temperature of this moisture in advance to improve the efficiency of the power generation equipment. Heater 50
Boiler feed water temperature is 10-20 than saturation temperature
It is necessary to keep the temperature at ℃ lower. This is because when water partially evaporates in the feed water heater, it becomes a two-phase flow, causing uneven flow in the flow inside the pipe, resulting in pressure loss, and a stable flow cannot be obtained, resulting in efficient and stable power generation equipment. This will hinder proper driving.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述した発電設備にお
いては、燃料電池から出たアノード排ガスの流量は一定
とは限らず、例えば、始動時や負荷変動時にアノード排
ガスの流量が多くなったとき、給水加熱器においてボイ
ラ給水温度が上昇してしまい給水の一部が蒸発してしま
うという問題があった。このような給水加熱器内のボイ
ラ給水の蒸発が生じないように、アノード排ガスの流量
が一定であるときにおけるボイラ給水の受熱量を低めに
設定しておくことが考えられ、このようにすることによ
り、上述のような事態をある程度は回避することができ
る。しかし、給水加熱器内における給水の受熱量を低め
にすることは、発電設備の効率化を図るという目的を充
分には達成することができず、しかも、このようにした
としても、それ以上にアノード排ガスの流量が多くなっ
たときは、結局、給水加熱器内において給水が蒸発して
しまい、上記問題の根本的な解決にはならない。
In the above-described power generation equipment, the flow rate of the anode exhaust gas emitted from the fuel cell is not always constant. For example, when the flow rate of the anode exhaust gas increases at the time of starting or load fluctuation, In the feed water heater, there is a problem that the boiler feed water temperature rises and a part of the feed water evaporates. In order to prevent such evaporation of boiler feed water in the feed water heater, it is conceivable to set the heat receiving amount of boiler feed water to a low value when the flow rate of anode exhaust gas is constant. Thus, the above situation can be avoided to some extent. However, lowering the amount of received heat of the feed water in the feed water heater cannot sufficiently achieve the purpose of improving the efficiency of the power generation equipment, and even if this is done, more than that. When the flow rate of the anode exhaust gas increases, the feed water eventually evaporates in the feed water heater, which is not a fundamental solution to the above problem.

【0005】本発明は、かかる問題を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明は、給水加熱器
においてボイラ給水が蒸発することがなく、しかも、ボ
イラ給水温度として低すぎないようにすることができる
方法及び装置を提供し、これにより発電設備の効率化と
運転の安定化を図ることを目的とするものである。
The present invention was created to solve such a problem. That is, the present invention provides a method and an apparatus that can prevent the boiler feed water from evaporating in the feed water heater and can prevent the boiler feed water temperature from being too low, thereby improving the efficiency and operation of the power generation facility. The purpose is to stabilize the.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、水蒸気
を含む燃料ガスを水素を含むアノードガスに改質する改
質器と、前記アノードガスと酸素を含むカソードガスと
から発電する燃料電池と、燃料ガスに混合する水蒸気を
発生するボイラとを備える燃料電池発電設備におけるボ
イラ給水温度の制御方法において、アノード排ガスの水
分を気水分離器のより分離してボイラ給水とし、低温の
ボイラ給水を給水加熱器において上記燃料電池から出た
高温のアノード排ガスと熱交換して加熱すると共に、ア
ノード排ガスラインにおける気水分離器の上流において
ガス冷却器を給水加熱器と並列に配設し、給水加熱器と
ガス冷却器との入口側における分岐点にそれぞれに流れ
るアノード排ガスの流量を調整する調節弁を設け、ボイ
ラ給水ラインにおける給水加熱器の出口側の温度を検出
し、該検出したボイラ給水温度により上記調節弁を調節
して前記給水加熱器に流れるアノード排ガスの流量を変
化させてボイラ給水温度を制御するようにした、ことを
特徴とする燃料電池発電設備の温度制御方法が提供され
る。
According to the present invention, a reformer for reforming a fuel gas containing water vapor into an anode gas containing hydrogen, and a fuel cell for generating power from the anode gas and a cathode gas containing oxygen. In the method for controlling the boiler feed water temperature in a fuel cell power generation facility including a boiler that generates steam mixed with fuel gas, the moisture of the anode exhaust gas is separated from the steam separator to obtain boiler feed water, and the boiler feed water is at a low temperature. Is heated in the feed water heater by exchanging heat with the high temperature anode exhaust gas from the fuel cell, and a gas cooler is arranged in parallel with the feed water heater upstream of the steam separator in the anode exhaust gas line. A control valve for adjusting the flow rate of the anode exhaust gas flowing to each of the branch points on the inlet side of the heater and the gas cooler was installed to the boiler water supply line. The temperature of the outlet side of the feed water heater is detected, and the boiler feed water temperature is controlled by adjusting the control valve according to the detected boiler feed water temperature to change the flow rate of the anode exhaust gas flowing to the feed water heater. A temperature control method for a fuel cell power generation facility is provided.

【0007】更に、本発明によれば、水蒸気を含む燃料
ガスを水素を含むアノードガスに改質する改質器と、前
記アノードガスと酸素を含むカソードガスとから発電す
る燃料電池と、燃料ガスに混合する水蒸気を発生するボ
イラとを備える燃料電池発電設備におけるボイラ給水温
度の制御装置において、アノード排ガスの水分を分離し
てボイラ給水とする気水分離器と、上記燃料電池から出
た高温のアノード排ガスと低温のボイラ給水との間で熱
を交換する給水加熱器と、アノード排ガスラインにおい
て給水加熱器と並列に配設されると共にアノード排ガス
を冷却するガス冷却器と、アノード排ガスラインにおけ
る給水加熱器とガス冷却器との入口側の分岐点において
それぞれに流れるアノード排ガスの流量を調整する調節
弁と、ボイラ給水ラインにおける給水加熱器の出口側の
温度を検出する温度検出器と、を設け、該温度検出器の
検出温度により上記調節弁を調節して給水加熱器に流れ
るアノード排ガスの流量を変化させボイラ給水温度を制
御するようにした、ことを特徴とする燃料電池発電設備
の温度制御装置が提供される。
Further, according to the present invention, a reformer for reforming a fuel gas containing water vapor into an anode gas containing hydrogen, a fuel cell for generating electricity from the anode gas and a cathode gas containing oxygen, and a fuel gas In a control device for boiler feed water temperature in a fuel cell power generation facility including a boiler that generates water vapor mixed with a steam-water separator that separates moisture of anode exhaust gas into boiler feed water, and A feed water heater that exchanges heat between the anode exhaust gas and low-temperature boiler feed water, a gas cooler that is arranged in parallel with the feed water heater in the anode exhaust gas line and cools the anode exhaust gas, and a feed water in the anode exhaust gas line A control valve for adjusting the flow rate of the anode exhaust gas flowing to each of the branch points on the inlet side of the heater and the gas cooler, and the boiler feed water A temperature detector for detecting the temperature of the outlet side of the feed water heater at the inlet is provided, and the flow rate of the anode exhaust gas flowing to the feed water heater is changed by adjusting the control valve according to the temperature detected by the temperature detector. There is provided a temperature control device for fuel cell power generation equipment, characterized in that the temperature is controlled.

【0008】[0008]

【作用】上記本発明によれば、給水加熱器を出たボイラ
給水温度を検出し、検出温度に基づき調節弁を調節する
ことにより給水加熱器を通るアノード排ガスの流量を制
御する。給水加熱器のアノード排ガスの流量を制御する
ことにより、給水加熱器内を通るボイラ給水温度を所定
の温度、例えば、飽和温度よりも10〜20℃低い温度
に設定することができる。これにより、燃料電池から出
るアノード排ガスの量が予想以上に多くなっても、給水
加熱器を通過するアノード排ガスの流量を制御できるた
め、ボイラ給水が給水加熱器内において蒸発することが
なく、従って、管内の偏流を防止し、圧力の損失を防止
して、安定な流れを得ることができ、よって、発電設備
の効率化と運転の安定化を図ることができる。
According to the present invention, the boiler feed water temperature discharged from the feed water heater is detected, and the control valve is adjusted based on the detected temperature to control the flow rate of the anode exhaust gas passing through the feed water heater. By controlling the flow rate of the anode exhaust gas of the feed water heater, the boiler feed water temperature passing through the inside of the feed water heater can be set to a predetermined temperature, for example, 10 to 20 ° C. lower than the saturation temperature. As a result, even if the amount of anode exhaust gas emitted from the fuel cell becomes larger than expected, the flow rate of anode exhaust gas passing through the feed water heater can be controlled, so that boiler feed water does not evaporate in the feed water heater, and It is possible to prevent uneven flow in the pipe, prevent pressure loss, and obtain a stable flow. Therefore, it is possible to improve efficiency of the power generation equipment and stabilize operation.

【0009】[0009]

【実施例】以下に本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。図1は、本発明による方法を実施するた
めの発電設備を示す全体構成図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a power generation facility for carrying out the method according to the present invention.

【0010】この図において、天然ガスライン1により
天然ガスが、蒸気ライン2により水蒸気がそれぞれ供給
され、これらが合流されて燃料ガスとして燃料ガスライ
ン3により発電設備に供給される。発電設備は、燃料ガ
スを水素を含むアノードガスに改質する改質器10と、
前記アノードガスと酸素を含むカソードガスとから発電
する燃料電池20と、この燃料電池20から出た高温の
アノード排ガスと改質器10に供給する低温の燃料ガス
との間で熱を交換する燃料予熱器30と、燃料予熱器3
0を通過した高温のアノード排ガスと水分が除去され改
質器10の燃焼室10aに供給される低温の燃焼用ガス
との間で熱を交換する予熱器40と、該予熱器40を通
過した高温のアノード排ガスと低温のボイラ給水との間
で熱を交換する給水加熱器50と、該給水加熱器50と
並列に配設されると共に高温のアノード排ガスを冷却す
るガス冷却器60と、アノード排ガスの水分を分離して
ボイラ給水とする気水分離器70と、該気水分離器70
でアノード排ガスから分離した水分を天然ガスと混合し
て燃料ガスとするために蒸発させ過熱する排ガスボイラ
80と、を備えている。なお、アノード排ガスは改質器
10の燃焼室10aで燃焼される燃焼用ガスとして利用
されるが、説明の都合上、燃料電池20から気水分離器
70に入るまでのガスをアノード排ガスと、又その経路
をアノード排ガスライン11といい、気水分離器70か
ら改質器10の燃焼室10aまでのガスを燃焼用ガス、
又その経路を燃焼用ガスライン71という。
In the figure, natural gas is supplied through a natural gas line 1 and steam is supplied through a steam line 2, which are combined and supplied as fuel gas through a fuel gas line 3 to a power generation facility. The power generation facility includes a reformer 10 that reforms a fuel gas into an anode gas containing hydrogen,
A fuel cell 20 for generating power from the anode gas and a cathode gas containing oxygen, and a fuel for exchanging heat between the high temperature anode exhaust gas emitted from the fuel cell 20 and the low temperature fuel gas supplied to the reformer 10. Preheater 30 and fuel preheater 3
The high-temperature anode exhaust gas that has passed 0 and the preheater 40 that exchanges heat between the high-temperature anode exhaust gas and the low-temperature combustion gas that is supplied to the combustion chamber 10a of the reformer 10 and has passed through the preheater 40. A feed water heater 50 for exchanging heat between the high temperature anode exhaust gas and the low temperature boiler feed water, a gas cooler 60 arranged in parallel with the feed water heater 50 and cooling the high temperature anode exhaust gas, and an anode. A steam / water separator 70 for separating the water content of the exhaust gas into boiler feed water, and the steam / water separator 70
The exhaust gas boiler 80, which is heated to evaporate in order to mix the water separated from the anode exhaust gas with the natural gas to produce the fuel gas, is provided. The anode exhaust gas is used as a combustion gas that is burned in the combustion chamber 10a of the reformer 10. However, for convenience of description, the gas from the fuel cell 20 to the steam separator 70 is referred to as the anode exhaust gas. The path is called the anode exhaust gas line 11, and the gas from the steam separator 70 to the combustion chamber 10a of the reformer 10 is used as a combustion gas.
The path is called the combustion gas line 71.

【0011】改質器10は、アノード排ガスから水分が
除去された燃焼用ガスを燃焼させる燃焼室10aと、燃
焼室10aにおいて燃焼ガスからの伝熱により燃料ガス
を改質する改質室10bとからなる。燃焼室10aには
アノード排ガス中の水分が気水分離器70において除去
され、燃焼用ガスとされ、該燃焼用ガスが供給される。
更に、燃焼室10aには図示しない空気源から空気4が
供給され、燃焼室10a内で燃焼用ガスを燃焼させて高
温を発生できるようになっている。改質室10b内には
通常改質触媒が充填された改質管10cが設けられ、燃
焼室10aで発生した高温の燃焼用ガスにより燃料ガス
を改質するようになっている。改質管10cで改質され
た燃料ガスはアノードガスとしてアノードガスライン5
を介して燃料電池20のアノード側に供給される。ま
た、改質室10aで温度が下がった燃焼ガスは燃焼排ガ
スとして燃焼排ガスライン6を介して燃料電池20のカ
ソードガスに合流する。
The reformer 10 includes a combustion chamber 10a for burning the combustion gas from which water has been removed from the anode exhaust gas, and a reforming chamber 10b for reforming the fuel gas by heat transfer from the combustion gas in the combustion chamber 10a. Consists of. Moisture in the anode exhaust gas is removed by the steam separator 70 into the combustion chamber 10a, and the combustion gas is supplied with the combustion gas.
Further, the combustion chamber 10a is supplied with air 4 from an air source (not shown) so that the combustion gas is burned in the combustion chamber 10a to generate a high temperature. A reforming pipe 10c, which is usually filled with a reforming catalyst, is provided in the reforming chamber 10b so that the fuel gas is reformed by the high-temperature combustion gas generated in the combustion chamber 10a. The fuel gas reformed in the reforming pipe 10c is used as the anode gas in the anode gas line 5
Is supplied to the anode side of the fuel cell 20 via the. Further, the combustion gas whose temperature has dropped in the reforming chamber 10a merges with the cathode gas of the fuel cell 20 via the combustion exhaust gas line 6 as combustion exhaust gas.

【0012】改質管10cに供給される燃料ガスは燃料
予熱器30において燃料電池20から出た高温のアノー
ド排ガスとの間で熱が交換されて昇温され、一方、アノ
ード排ガスは燃料予熱器30により温度が少し下げられ
る。燃焼室10aに供給されるアノード排ガスは燃焼室
10aと気水分離器70との間における燃焼用ガスライ
ン71に設けられた予熱器40とブロア42によりその
温度及び流量が制御されるようになっている。予熱器4
0は前記燃料予熱器30を通過した高温のアノード排ガ
スと気水分離器70により水分が除去され低温の燃焼用
ガスとの間で熱が交換され、燃焼用ガスは昇温され、ま
た、燃料予熱器30を通過した高温のアノード排ガスは
更に温度が少し下げられる。
The fuel gas supplied to the reforming pipe 10c is heated in the fuel preheater 30 by exchanging heat with the high temperature anode exhaust gas emitted from the fuel cell 20, while the anode exhaust gas is heated in the fuel preheater. The temperature is lowered slightly by 30. The temperature and flow rate of the anode exhaust gas supplied to the combustion chamber 10a are controlled by the preheater 40 and the blower 42 provided in the combustion gas line 71 between the combustion chamber 10a and the steam separator 70. ing. Preheater 4
0 is heat exchanged between the high temperature anode exhaust gas that has passed through the fuel preheater 30 and the low temperature combustion gas whose moisture has been removed by the steam separator 70, the temperature of the combustion gas is raised, and the fuel is heated. The temperature of the hot anode exhaust gas that has passed through the preheater 30 is further lowered in temperature.

【0013】燃料電池20は、アノードガスが通過する
アノード側(A)と、カソードガスが通過するカソード
側(C)とからなり、アノードガス中の水素、一酸化炭
素と、カソードガス中の酸素、二酸化炭素とから化学反
応により電気を発生するようになっている。この燃料電
池は溶融炭酸塩型燃料電池であるのが好ましい。カソー
ドガスライン7には反応に必要な二酸化炭素が燃焼排ガ
スライン6を介して供給されるようになっている。ま
た、燃料電池20のカソードを通過したカソード排ガス
はカソード排ガスライン8を介して燃料電池20から出
て、その一部がカソード循環ライン9を介してカソード
ガスライン7に循環され、残りが排ガスボイラ80を介
して系外に放出されるようになっている。この排ガスボ
イラ80は後述するようにアノード排ガスから除去した
水分を蒸発させ過熱して水蒸気とした後、上記蒸気ライ
ン2に供給するようになっている。
The fuel cell 20 comprises an anode side (A) through which the anode gas passes and a cathode side (C) through which the cathode gas passes. Hydrogen and carbon monoxide in the anode gas and oxygen in the cathode gas are contained in the fuel cell 20. , Carbon dioxide and a chemical reaction to generate electricity. The fuel cell is preferably a molten carbonate fuel cell. Carbon dioxide necessary for the reaction is supplied to the cathode gas line 7 through the combustion exhaust gas line 6. Further, the cathode exhaust gas that has passed through the cathode of the fuel cell 20 exits from the fuel cell 20 via the cathode exhaust gas line 8, a part of it is circulated to the cathode gas line 7 via the cathode circulation line 9, and the rest is the exhaust gas boiler. It is designed to be released to the outside of the system via 80. As will be described later, the exhaust gas boiler 80 is adapted to evaporate the water removed from the anode exhaust gas to superheat it into steam, and then supply it to the steam line 2.

【0014】給水加熱器50は、予熱器40を通過した
高温のアノード排ガスと低温のボイラ給水との間で熱が
交換され、予熱器40を通過した高温のアノード排ガス
は更に温度が少し下げられる。ガス冷却器60は、アノ
ード排ガスライン11において給水加熱器50と並列に
配設されると共に高温のアノード排ガスを冷却水との間
で熱交換して充分に冷却するようになっている。90
は、アノード排ガスライン11における給水加熱器50
とガス冷却器60との入口側の分岐点に配設された三方
弁であり、該三方弁90は給水加熱器50とガス冷却器
60とにそれぞれ流れるアノード排ガスの流量を調節で
きるようになっている。
In the feed water heater 50, heat is exchanged between the high temperature anode exhaust gas passing through the preheater 40 and the low temperature boiler feed water, and the temperature of the high temperature anode exhaust gas passing through the preheater 40 is further lowered. . The gas cooler 60 is arranged in parallel with the feed water heater 50 in the anode exhaust gas line 11, and is adapted to sufficiently exchange heat of the high-temperature anode exhaust gas with the cooling water for sufficient cooling. 90
Is the feed water heater 50 in the anode exhaust gas line 11.
Is a three-way valve disposed at a branch point on the inlet side between the gas cooler 60 and the gas cooler 60, and the three-way valve 90 can adjust the flow rate of the anode exhaust gas flowing to the feed water heater 50 and the gas cooler 60, respectively. ing.

【0015】92は、前記給水加熱器50から出たボイ
ラ給水温度を検出し、上記三方弁90を制御するための
温度検出器であり、該温度検出器92の検出結果により
上記三方弁90を制御し、給水加熱器50及びガス冷却
器60のそれぞれに流れるアノード排ガスの量を調節す
るようになっている。なお、上記三方弁90は、これに
限らず、給水加熱器50とガス冷却器60との入口側の
分岐点からそれぞれ給水加熱器50及びガス冷却器60
に寄った位置に各別に流量調節弁を設けても良い。気水
分離器70は、給水加熱器50とガス冷却器60との出
口側の分岐点よりも下流側に配設されており、充分に冷
却されたアノード排ガスから水分を除去するようになっ
ている。水分が除去されたアノード排ガスは上述のよう
に燃焼用ガスとして改質器10の燃焼室10aに供給さ
れ、一方、アノード排ガスから除去された水分はボイラ
給水としてボイラ給水ライン83を介して排ガスボイラ
80に供給される。ボイラ給水は、図示しない給水処理
設備により所定の処理が施された後、給水ポンプ85に
より圧送され、給水加熱器50を介して排ガスボイラ8
0の供給される。
Reference numeral 92 denotes a temperature detector for detecting the boiler feed water temperature output from the feed water heater 50 and controlling the three-way valve 90. The temperature detector 92 detects the three-way valve 90 based on the detection result. The amount of anode exhaust gas flowing through each of the feed water heater 50 and the gas cooler 60 is controlled and adjusted. The three-way valve 90 is not limited to this, and the feed water heater 50 and the gas cooler 60 are respectively introduced from branch points on the inlet side of the feed water heater 50 and the gas cooler 60.
A flow rate control valve may be separately provided at a position close to. The steam separator 70 is arranged on the downstream side of the branch point on the outlet side between the feed water heater 50 and the gas cooler 60, and is designed to remove water from the sufficiently cooled anode exhaust gas. There is. The anode exhaust gas from which the moisture has been removed is supplied to the combustion chamber 10a of the reformer 10 as a combustion gas as described above, while the moisture removed from the anode exhaust gas serves as boiler feed water via the boiler feed water line 83 to the exhaust gas boiler. 80. The boiler feed water is subjected to a predetermined treatment by a feed water treatment facility (not shown), then pressure-fed by the feed water pump 85, and the exhaust gas boiler 8 via the feed water heater 50.
0 is supplied.

【0016】給水加熱器50においてボイラ給水は高温
のアノード排ガスとの間で熱交換が行われて昇温される
と共に、上述のように、その出口側で温度が検出され
る。排ガスボイラ80は、高温のカソード排ガスと低温
のボイラ給水との間で熱交換を行うものであり、ボイラ
給水を蒸発させる蒸発器81と蒸発させた水蒸気をさら
に過熱する過熱器82とから成る。排ガスボイラ80に
おいて、蒸発され、過熱されたボイラ給水は蒸気ライン
2へ供給され、天然ガスと混合されて燃料ガスとされ
る。
In the feed water heater 50, heat is exchanged between the boiler feed water and the high-temperature anode exhaust gas to raise the temperature, and the temperature is detected at the outlet side thereof as described above. The exhaust gas boiler 80 exchanges heat between the high-temperature cathode exhaust gas and the low-temperature boiler feed water, and includes an evaporator 81 that evaporates the boiler feed water and a superheater 82 that further superheats the evaporated steam. In the exhaust gas boiler 80, the evaporated and overheated boiler feed water is supplied to the steam line 2 and mixed with natural gas to be a fuel gas.

【0017】以上のような発電設備において、ボイラ給
水温度は以下のように制御され、給水加熱器50内にお
いて蒸発することはない。即ち、給水加熱器50内のボ
イラ給水温度は温度検出器92により逐次検出され、該
検出結果により、例えば、設定温度より高いときは、上
記三方弁90の開度を調節して給水加熱器50に流れる
アノード排ガスの量を減少させ、ガス冷却器60に流れ
るアノード排ガスの量を増加して、これ以上、ボイラ給
水温度が上がらないようにされ、また、逆に、設定温度
より低いときは、上記三方弁90の開度を調節して給水
加熱器50に流れるアノード排ガスの量を増加させ、ガ
ス冷却器60に流れるアノード排ガスの量を減少して、
これ以上、ボイラ給水温度が下がらないようにされてい
る。これにより、給水加熱器50内のボイラ給水は所定
の温度、例えば、飽和温度よりも10〜20℃低い温度
に設定することができ、ボイラ給水が給水加熱器50内
において蒸発されることはなく、また、排ガスボイラ8
0に供給される温度として低くない温度にすることがで
きる。
In the power generation equipment as described above, the boiler feed water temperature is controlled as follows, so that it does not evaporate in the feed water heater 50. That is, the boiler feed water temperature in the feed water heater 50 is sequentially detected by the temperature detector 92. Based on the detection result, for example, when the temperature is higher than the set temperature, the opening degree of the three-way valve 90 is adjusted to adjust the feed water heater 50. The amount of anode exhaust gas flowing to the gas cooler 60 is decreased, and the amount of anode exhaust gas flowing to the gas cooler 60 is increased so that the boiler feed water temperature does not rise any more. Conversely, when the temperature is lower than the set temperature, By adjusting the opening degree of the three-way valve 90 to increase the amount of anode exhaust gas flowing to the feed water heater 50 and decreasing the amount of anode exhaust gas flowing to the gas cooler 60,
The boiler feedwater temperature is prevented from falling any further. Thereby, the boiler feed water in the feed water heater 50 can be set to a predetermined temperature, for example, a temperature 10 to 20 ° C. lower than the saturation temperature, and the boiler feed water is not evaporated in the feed water heater 50. , Again, exhaust gas boiler 8
The temperature supplied to 0 can be a temperature that is not low.

【0018】なお、上記温度検出器92に基づき三方弁
90の開度を調節したとき、給水加熱器50及びガス冷
却器60に流れるアノード排ガスの量が変化して気水分
離器70に入るアノード排ガスの温度が変動してしまう
が、これは、例えば、ガス冷却器60に流す冷却水の量
を変えることにより対処することができる。ガス冷却器
60に流す冷却水の量を変えるには、例えば、気水分離
器70に入るアノードガスの温度を検出して、ガス冷却
器60に流す冷却水の量を制御することが考えられる。
When the opening degree of the three-way valve 90 is adjusted on the basis of the temperature detector 92, the amount of anode exhaust gas flowing through the feed water heater 50 and the gas cooler 60 changes and the anode enters the steam separator 70. The temperature of the exhaust gas fluctuates, which can be dealt with by changing the amount of cooling water flowing through the gas cooler 60, for example. In order to change the amount of cooling water flowing to the gas cooler 60, for example, it is possible to detect the temperature of the anode gas entering the steam separator 70 and control the amount of cooling water flowing to the gas cooler 60. .

【0019】[0019]

【発明の効果】上述した本発明によれば、給水加熱器を
出たボイラ給水温度を検出し、検出温度に基づき調節弁
を調節することにより給水加熱器を通るアノード排ガス
の流量を制御する。給水加熱器のアノード排ガスの流量
を制御することにより、給水加熱器内を通るボイラ給水
温度を所定の温度、例えば、飽和温度よりも10〜20
℃低い温度に設定することができる。これにより、燃料
電池から出るアノード排ガスの量が予想以上に多くなっ
ても、給水加熱器を通過するアノード排ガスの流量を制
御できるため、ボイラ給水が給水加熱器内において蒸発
することがなく、従って、管内の偏流を防止し、圧力の
損失を防止して、安定な流れを得ることができ、よっ
て、発電設備の効率化と運転の安定化を図ることができ
る。
According to the present invention described above, the flow rate of the anode exhaust gas passing through the feed water heater is controlled by detecting the boiler feed water temperature exiting the feed water heater and adjusting the control valve based on the detected temperature. By controlling the flow rate of the anode exhaust gas of the feed water heater, the boiler feed water temperature passing through the inside of the feed water heater is set to a predetermined temperature, for example, 10 to 20 higher than the saturation temperature.
It can be set to a temperature lower by ℃. As a result, even if the amount of anode exhaust gas emitted from the fuel cell becomes larger than expected, the flow rate of anode exhaust gas passing through the feed water heater can be controlled, so that boiler feed water does not evaporate in the feed water heater, and It is possible to prevent uneven flow in the pipe, prevent pressure loss, and obtain a stable flow. Therefore, it is possible to improve efficiency of the power generation equipment and stabilize operation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による方法及び装置を実施する発電設備
を示す全体構成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a power generation facility for implementing a method and an apparatus according to the present invention.

【図2】従来の発電設備を示す全体構成図である。FIG. 2 is an overall configuration diagram showing a conventional power generation facility.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 天然ガスライン 2 蒸気ライン 3 燃料ガスライン 4 空気ライン 5 アノードガスライン 6 燃焼排ガスライン 7 カソードガスライン 8 カソード排ガスライン 9 カソード循環ライン 10 改質器 10a 燃焼室 10b 改質室 10c 改質管 11 アノード排ガスライン 20 燃料電池 30 燃料予熱器 40 予熱器 42 ブロア 50 給水加熱器 60 ガス冷却器 70 気水分離器 71 燃焼用ガスライン 80 排ガスボイラ 81 蒸発器 82 過熱器 83 ボイラ給水ライン 85 給水ポンプ 90 三方弁 92 温度検出器 1 natural gas line 2 steam line 3 fuel gas line 4 air line 5 anode gas line 6 combustion exhaust gas line 7 cathode gas line 8 cathode exhaust gas line 9 cathode circulation line 10 reformer 10a combustion chamber 10b reforming chamber 10c reforming pipe 11 Anode exhaust gas line 20 Fuel cell 30 Fuel preheater 40 Preheater 42 Blower 50 Water heater 60 Gas cooler 70 Steam separator 71 Combustion gas line 80 Exhaust gas boiler 81 Evaporator 82 Superheater 83 Boiler water supply line 85 Water feed pump 90 Three-way valve 92 Temperature detector

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水蒸気を含む燃料ガスを水素を含むアノ
ードガスに改質する改質器と、前記アノードガスと酸素
を含むカソードガスとから発電する燃料電池と、燃料ガ
スに混合する水蒸気を発生するボイラとを備える燃料電
池発電設備におけるボイラ給水温度の制御方法におい
て、 アノード排ガスの水分を気水分離器により分離してボイ
ラ給水とし、低温のボイラ給水を給水加熱器において上
記燃料電池から出た高温のアノード排ガスと熱交換して
加熱すると共に、 アノード排ガスラインにおける気水分離器の上流におい
てガス冷却器を給水加熱器と並列に配設し、 給水加熱器とガス冷却器との入口側における分岐点にそ
れぞれに流れるアノード排ガスの流量を調整する調節弁
を設け、 ボイラ給水ラインにおける給水加熱器の出口側のボイラ
給水温度を検出し、 該検出したボイラ給水温度により上記調節弁を調節して
前記給水加熱器に流れるアノード排ガスの流量を変化さ
せてボイラ給水温度を制御するようにした、ことを特徴
とする燃料電池発電設備におけるボイラ給水温度の制御
方法。
1. A reformer for reforming a fuel gas containing water vapor into an anode gas containing hydrogen, a fuel cell for generating electricity from the anode gas and a cathode gas containing oxygen, and generating water vapor mixed with the fuel gas. In the method for controlling the boiler feed water temperature in a fuel cell power generation facility including a boiler, the moisture of the anode exhaust gas is separated by a steam separator to obtain boiler feed water, and the low temperature boiler feed water is discharged from the fuel cell in the feed water heater. In addition to heating by exchanging heat with the hot anode exhaust gas, a gas cooler is installed in parallel with the feed water heater upstream of the steam separator in the anode exhaust gas line, and at the inlet side of the feed water heater and gas cooler. A control valve that adjusts the flow rate of the anode exhaust gas flowing to each branch is installed, and the boiler on the outlet side of the feed water heater in the boiler feed line is The fuel supply temperature is detected, and the boiler feed water temperature is controlled by adjusting the control valve according to the detected boiler feed water temperature to change the flow rate of anode exhaust gas flowing to the feed water heater. Control method of boiler feedwater temperature in battery power generation equipment.
【請求項2】 水蒸気を含む燃料ガスを水素を含むアノ
ードガスに改質する改質器と、前記アノードガスと酸素
を含むカソードガスとから発電する燃料電池と、燃料ガ
スに混合する水蒸気を発生するボイラとを備える燃料電
池発電設備におけるボイラ給水温度の制御装置におい
て、 アノード排ガスの水分を分離してボイラ給水とする気水
分離器と、 上記燃料電池から出た高温のアノード排ガスと低温のボ
イラ給水との間で熱を交換する給水加熱器と、 アノード排ガスラインにおいて給水加熱器と並列に配設
されると共にアノード排ガスを冷却するガス冷却器と、 アノード排ガスラインにおける給水加熱器とガス冷却器
との入口側の分岐点においてそれぞれに流れるアノード
排ガスの流量を調整する調節弁と、 ボイラ給水ラインにおける給水加熱器の出口側のボイラ
給水温度を検出する温度検出器と、を設け、 該温度検出器の検出温度により上記調節弁を調節して給
水加熱器に流れるアノード排ガスの流量を変化させてボ
イラ給水温度を制御するようにした、ことを特徴とする
燃料電池発電設備におけるボイラ給水温度の制御装置。
2. A reformer for reforming a fuel gas containing water vapor into an anode gas containing hydrogen, a fuel cell for generating power from the anode gas and a cathode gas containing oxygen, and generating water vapor mixed with the fuel gas. In a controller for controlling boiler feed water temperature in a fuel cell power generation facility including a boiler, a steam water separator that separates moisture of anode exhaust gas into boiler feed water, a high temperature anode exhaust gas and a low temperature boiler discharged from the fuel cell. A feed water heater that exchanges heat with the feed water, a gas cooler that is arranged in parallel with the feed water heater in the anode exhaust gas line and cools the anode exhaust gas, and a feed water heater and a gas cooler in the anode exhaust gas line A control valve that adjusts the flow rate of the anode exhaust gas that flows at each branch point on the inlet side of A temperature detector for detecting the boiler feed water temperature on the outlet side of the heater is provided, and the control valve is adjusted according to the temperature detected by the temperature detector to change the flow rate of the anode exhaust gas flowing to the feed water heater to supply boiler feed water. A boiler feed water temperature control device in a fuel cell power generation facility, characterized in that the temperature is controlled.
JP4330156A 1992-12-10 1992-12-10 Method and device of controlling temperature of water supplied to boiler in fuel cell power generating facility Pending JPH06176786A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112786917A (en) * 2021-01-04 2021-05-11 武汉船用电力推进装置研究所(中国船舶重工集团公司第七一二研究所) Hydrogen fuel cell system based on waste heat of low-pressure economizer of power plant

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112786917A (en) * 2021-01-04 2021-05-11 武汉船用电力推进装置研究所(中国船舶重工集团公司第七一二研究所) Hydrogen fuel cell system based on waste heat of low-pressure economizer of power plant
CN112786917B (en) * 2021-01-04 2023-10-13 武汉船用电力推进装置研究所(中国船舶重工集团公司第七一二研究所) Hydrogen fuel cell system based on waste heat of low-pressure economizer of power plant

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