JPH0676845A - 燃料電池設備用タービン・コンプレッサ装置の制御方法 - Google Patents
燃料電池設備用タービン・コンプレッサ装置の制御方法Info
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- Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)
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Abstract
料電池設備のプラント効率を高め、かつNOx 発生量を
低減することができるタービン・コンプレッサ装置の制
御方法を提供する。 【構成】 圧縮空気を必要とし高温の排ガスを排出する
システム9を備え、かつシステム9からの排ガスで駆動
されるタービン4と、タービンに機械的に連結されたコ
ンプレッサ3と、タービンに機械的に連結された発電・
電動機6と、タービンの排ガス入口ラインに設けられた
補助燃焼器11と、補助燃焼器に供給する燃料の量を制
御する燃料制御弁12とを備え、システムの部分負荷時
に、タービンを出る排ガスの温度を検出し、温度が所定
の温度以上であるように補助燃焼器11に燃料を供給
し、かつタービンの出力が低いときに、コンプレッサが
所定の回転速度を維持するように、発電・電動機6によ
りタービンを駆動する。
Description
からの高温排ガスにより駆動されるタービン・コンプレ
ッサ装置の制御方法に関する。
固体電解質型燃料電池発電システムなどのように、圧縮
空気を必要とし高温の排ガスを排出するシステムでは、
システムからの高温排ガスで駆動されるタービンと、こ
のタービンに機械的に連結されたコンプレッサとを備え
るタービン・コンプレッサ装置が一般に用いられる。
えば図2に示すような構成からなっている。この図にお
いて、31は空気吸入ライン、32は空気吸入弁、33
は空気圧縮機(コンプレッサ)、34は排ガスタービン
(タービン)、35は減速機、36は発電機、37は空
気量制御弁、38は空気逃し弁、39は燃料電池発電シ
ステム(発電システム)、40は排ガス管、41は補助
燃焼器、42は燃料制御弁、43は燃料管、44は排ガ
ス管、45は排熱ボイラである。
て、排ガス入口ラインである排ガス管40からの高温排
ガスでタービン34が駆動され、このタービン34によ
ってコンプレッサ33と発電機36が駆動され、コンプ
レッサ33で発生した圧縮空気を発電システム39に供
給するようになっている。すなわち、タービン・コンプ
レッサ装置の基本的機能は、発電システム39で必要と
する圧縮空気を供給することと、タービン34の余剰出
力を発電という形で回収することにある。
する場合には、空気吸入弁32と空気量制御弁37を全
開し、空気逃し弁38と燃料制御弁42を全閉した状態
でタービン・コンプレッサ装置が運転され、コンプレッ
サ33で発生した空気は全て発電システム39に供給さ
れ、発電システム39からの排ガスは補助燃焼器41で
燃料を燃焼させることなくそのままタービン34に供給
される。この場合、タービン34に供給されるガスは高
温(例えば700°C以上)であり、タービン34の出
力はコンプレッサ33の駆動力を上回り、その余剰出力
は発電機36により回収される。また、タービン34を
出るガスの温度も高く、排熱ボイラ45により高温の過
熱蒸気を発生することができ、この過熱蒸気は発電シス
テム39に供給され燃料の改質等に用いることができ
る。
合には、空気吸入弁32によりコンプレッサ33の吸入
空気量を減らし、空気量制御弁37により発電システム
39に必要な量の空気を発電システム39に供給し、余
剰空気は空気逃し弁38を通して補助燃焼器41に供給
される。この場合、発電システム39からの排ガスと余
剰空気との混合ガスは、温度が低くなり、従ってタービ
ン34の出力が低下し、コンプレッサ33を駆動するこ
とができなくなる。そのため、従来の装置では、燃料制
御弁42を介して補助燃焼器41に燃料を供給し、燃料
の燃焼により混合ガスの温度を高めていた。この場合、
燃料の使用によるプラント効率の低下を最小限に抑える
ため、タービン34の出力によりコンプレッサ33を駆
動できる最小限度まで燃料を絞り、発電機出力がほぼゼ
ロになるように制御することが提案されていた(特開平
3−286150号)。
負荷時のタービン・コンプレッサ装置の制御方法では、
部分負荷時に、依然として相当量の補助燃料を必要とす
ることがわかった。この補助燃料による熱量はタービン
及び排ガスボイラで熱回収されるが、発電システムと比
較すると熱効率が極めて低く(例えば10%以下)、そ
のため、補助燃料を使うほど全体のプラント効率が悪化
する問題があった。
の火炎を伴う通常の燃焼であり、高温によりサーマルN
Ox が発生するため、発電システムの低公害特性を阻害
する問題があった。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、本発明の目的は、
補助燃料の使用量を更に低減することにより、燃料電池
設備のプラント効率を高め、かつNOx 発生量を低減す
ることができるタービン・コンプレッサ装置の制御方法
を提供することにある。
気を必要とし高温の排ガスを排出するシステムを備え、
かつ前記システムからの排ガスで駆動されるタービン
と、該タービンに機械的に連結されたコンプレッサと、
前記タービンに機械的に連結された発電・電動機と、前
記タービンの排ガス入口ラインに設けられた補助燃焼器
と、該補助燃焼器に供給する燃料の量を制御する燃料制
御弁とを備え、前記システムの部分負荷時に、前記ター
ビンを出る排ガスの温度を検出し、該温度が所定の温度
以上であるように前記補助燃焼器に燃料を供給し、かつ
タービンの出力が低いときに、前記コンプレッサが所定
の回転速度を維持するように、前記発電・電動機により
前記タービンを駆動する、ことを特徴とする。
レッサにより圧縮空気を発生させ、発生した圧縮空気の
うちシステムで必要とする量を該システムに供給し、余
剰の圧縮空気を補助燃焼器に供給する。また、タービン
を出る排ガスを排熱ボイラに供給し、該排熱ボイラによ
り高温の蒸気を発生させ、該蒸気を前記システムに供給
する、ことが好ましい。
荷時に、タービンを出る排ガスの温度を検出し、この温
度が所定の温度以上であるように補助燃焼器に燃料を供
給するので、排熱ボイラによる発生蒸気の温度を所望の
範囲に保持したままで、補助燃焼器での燃料の使用量を
最小限に抑えることができる。特に、タービンの出力が
低いときに、コンプレッサが所定の回転速度を維持する
ように、発電・電動機によりタービンを駆動するので、
タービンの出力によりコンプレッサを駆動できる最小限
度まで燃料を絞る場合に較べても更に燃料の使用量を少
なくすることができる。
回収効率(10%以下)に比較して、発電・電動機の効
率ははるかに高いので、発電システムで発電した電気の
一部を発電・電動機の駆動に用いても、燃料電池設備全
体のプラント効率を高めることができる。また、補助燃
料の使用量を少なくすることにより、燃料の燃焼による
NOx 発生量を低減し、燃料電池システムの低公害特性
を維持することができる。
照して説明する。図1は本発明の方法を実施するための
燃料電池設備用タービン・コンプレッサ装置の全体構成
図である。この図において、タービン・コンプレッサ装
置は、圧縮空気を必要とし高温の排ガスを排出するシス
テム9を備えている。このシステム9は、溶融炭酸塩型
燃料電池発電システム又は固体電解質型燃料電池発電シ
ステム等の発電システムであるのが良い。かかる発電シ
ステムは、例えば、改質器、熱交換器、ブロア、気水分
離器等を備え、供給された圧縮空気と燃料から化学反応
により電気を発電し、高温の排ガスを排出するようにな
っている。
ステム9からの排ガスで駆動されるタービン4と、ター
ビン4に機械的に連結されたコンプレッサ3と、タービ
ン4に機械的に連結された発電・電動機6と、タービン
4の排ガス入口ライン10に設けられた補助燃焼器11
と、補助燃焼器11に供給する燃料の量を制御する燃料
制御弁12とを備えている。発電・電動機6は、発電機
と電動機の両方の機能を有する。すなわち、通常の発電
機のようにタービン4の出力により発電することがで
き、かつ逆に電力を供給することによりタービン4を駆
動することができる。なお、かかる機能は通常の発電機
及び電動機がそのまま備えている。また、補助燃焼器1
1はガス燃料又は液体燃料を燃焼させる通常のバーナで
ある。
すように、更に、空気吸入ライン1、空気吸入弁2、減
速機5、空気流量制御弁7、空気逃し弁8、燃料管1
3、排熱ボイラ14、排ガスライン15、負荷制御装置
16、排ガス温度検出器17、給水ライン18、蒸気ラ
イン19、流量調節器20、22、圧力調節器21を備
えている。なお、図示のように、コンプレッサ3、ター
ビン4、減速器5、発電・電動機6は、機械的に連結さ
れている。また空気流量制御弁7はシステム9への空気
流量を制御するもので、図示していないが、通常、複数
のラインを備えている。
合には、空気吸入弁2と空気量制御弁7を全開し、空気
逃し弁8と燃料制御弁12を全閉した状態でタービン・
コンプレッサ装置が運転され、コンプレッサ3で発生し
た空気は全てシステム9に供給され、システム9からの
排ガスは補助燃焼器11で燃料を燃焼させることなくそ
のままタービン4に供給される。この場合、タービン4
に供給されるガスは高温(例えば700°C以上)であ
り、タービン4の出力はコンプレッサ3の駆動力を上回
り、その余剰出力は発電・電動機6により回収される。
また、タービン4を出るガスの温度も高く、排熱ボイラ
14により高温の過熱蒸気(例えば450°C以上)を
発生することができ、この過熱蒸気は発電システム19
に供給され燃料の改質等に用いることができる。
は、空気吸入弁2によりコンプレッサ3の吸入空気量を
減らし、空気量制御弁7によりシステム9に必要な量の
空気をシステム9に供給し、余剰空気は空気逃し弁8を
通して補助燃焼器11に供給される。この場合、システ
ム9からの排ガスと余剰空気との混合ガスは、温度が低
くなり、タービン4の出力が低下し、コンプレッサ3を
駆動することができなくなる。そのため、燃料制御弁1
2を介して補助燃焼器11に燃料を供給し、燃料の燃焼
により混合ガスの温度を高める。この場合、本発明によ
れば、タービン4を出る排ガスの温度を排ガス温度検出
器17により検出し、この温度が所定の温度以上である
ように燃料制御弁12により補助燃焼器11に供給する
燃料の量をを制御する。また、同時に発電・電動機6を
電動機としても使用し、タービン4を出る排ガスの温度
が高いにもかかわらずタービン4の出力が低いときに、
コンプレッサ3が所定の回転速度を維持するように、発
電・電動機6によりタービンを駆動する。
度は、十分高い温度、例えば475°C以上に設定する
のが良い。これにより、排熱ボイラ14により高温の過
熱蒸気(例えば450°C)を発生することができ、こ
の過熱蒸気をシステム9に供給して燃料の改質等に用い
ることができる。
の部分負荷時に、タービンを出る排ガスの温度を検出
し、この温度が所定の温度以上であるように補助燃焼器
に燃料を供給するので、排熱ボイラによる発生蒸気の温
度を所望の範囲に保持したままで、補助燃焼器での燃料
の使用量を最小限に抑えることができる。特に、タービ
ンの出力が低いときに、コンプレッサが所定の回転速度
を維持するように、発電・電動機によりタービンを駆動
するので、タービンの出力によりコンプレッサを駆動で
きる最小限度まで燃料を絞る場合に較べても更に燃料の
使用量を少なくすることができる。
回収効率(10%以下)に比較して、発電・電動機の効
率ははるかに高いので、発電システムで発電した電気の
一部を発電・電動機の駆動に用いても、燃料電池設備全
体のプラント効率を高めることができる。また、補助燃
料の使用量を少なくすることにより、燃料の燃焼による
NOx 発生量を低減し、燃料電池システムの低公害特性
を維持することができる。
使用量を更に低減し、これにより、燃料電池設備のプラ
ント効率を高め、かつNOx 発生量を低減することがで
きる。
タービン・コンプレッサ装置の全体構成図である。
図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 圧縮空気を必要とし高温の排ガスを排出
するシステムを備え、かつ前記システムからの排ガスで
駆動されるタービンと、該タービンに機械的に連結され
たコンプレッサと、前記タービンに機械的に連結された
発電・電動機と、前記タービンの排ガス入口ラインに設
けられた補助燃焼器と、該補助燃焼器に供給する燃料の
量を制御する燃料制御弁とを備え、 前記システムの部分負荷時に、前記タービンを出る排ガ
スの温度を検出し、該温度が所定の温度以上であるよう
に前記補助燃焼器に燃料を供給し、かつタービンの出力
が低いときに、前記コンプレッサが所定の回転速度を維
持するように、前記発電・電動機により前記タービンを
駆動する、ことを特徴とする燃料電池設備用タービン・
コンプレッサ装置の制御方法。 - 【請求項2】 コンプレッサにより圧縮空気を発生さ
せ、発生した圧縮空気のうちシステムで必要とする量を
該システムに供給し、余剰の圧縮空気を補助燃焼器に供
給する、ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池設
備用タービン・コンプレッサ装置の制御方法。 - 【請求項3】 タービンを出る排ガスを排熱ボイラに供
給し、該排熱ボイラにより高温の蒸気を発生させ、該蒸
気を前記システムに供給する、ことを特徴とする請求項
2に記載の燃料電池設備用タービン・コンプレッサ装置
の制御方法。
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JP04229621A JP3137147B2 (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | 燃料電池設備用タービン・コンプレッサ装置の制御方法 |
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1992
- 1992-08-28 JP JP04229621A patent/JP3137147B2/ja not_active Expired - Fee Related
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