JPH0824054B2 - Fuel cell power plant and control method thereof - Google Patents

Fuel cell power plant and control method thereof

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JPH0824054B2
JPH0824054B2 JP60108362A JP10836285A JPH0824054B2 JP H0824054 B2 JPH0824054 B2 JP H0824054B2 JP 60108362 A JP60108362 A JP 60108362A JP 10836285 A JP10836285 A JP 10836285A JP H0824054 B2 JPH0824054 B2 JP H0824054B2
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reformer
fuel
temperature
gas
exhaust gas
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芳樹 野口
洋市 服部
成久 杉田
正治 高橋
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Hitachi Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、原料ガス、たとえば天然ガスを水蒸気改質
して水素燃料ガスを生成する改質器と、改質器から得ら
れる水素燃料ガスを燃料とする燃料電池を備え、燃料電
池のアノード排ガスを改質器の燃料として利用する燃料
電池発電プラントとその制御方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a reformer for steam-reforming a raw material gas, for example, natural gas to produce hydrogen fuel gas, and a hydrogen fuel gas obtained from the reformer. The present invention relates to a fuel cell power generation plant that includes a fuel cell as a fuel and uses anode exhaust gas of the fuel cell as fuel for a reformer, and a control method thereof.

〔発明の背景〕[Background of the Invention]

本発明に最も近い公知例として、特開昭57−212779号
公報がある。
As a known example closest to the present invention, there is JP-A-57-212779.

燃料電池発電プラントは、現在種々の研究開発改良が
なされているが、システム上はいくつかの課題があり、
そのうちの一つとしてプラント負荷変化時の応答性の問
題がある。すなわち燃料電池本体の負荷変化に対する応
答はほとんど瞬時であるのに対し、改質器の応答は時間
的な遅れがある為、たとえば負荷増加時は改質器の温度
が低下し、又、負荷減少時は改質器の温度が上昇すると
いう問題がある。
Fuel cell power plants are currently undergoing various research and development improvements, but there are some system problems.
One of them is the problem of responsiveness when the plant load changes. That is, the response to the load change of the fuel cell main body is almost instantaneous, but the response of the reformer has a time delay, so that the temperature of the reformer decreases and the load decreases when the load increases, for example. There is a problem that the temperature of the reformer rises.

この対策の1つとして、上記特開昭57−212779号に、
改質器に常時補助燃料を供給し、さらにアノード排ガス
排出ラインを設ける方法が提案されている。この方法
は、負荷変化率の小さい領域では改質器に常時供給して
いる補助燃料の流量を調整することによつて改質器の温
度を制御し、又、負荷急減時には、アノード排ガスを排
出ラインより外部へ逃がすことによつて改質器の温度を
制御している。
As one of measures against this, Japanese Patent Laid-Open No. 57-212779 mentioned above,
A method has been proposed in which auxiliary fuel is constantly supplied to the reformer and an anode exhaust gas discharge line is provided. In this method, the temperature of the reformer is controlled by adjusting the flow rate of the auxiliary fuel that is constantly supplied to the reformer in the region where the load change rate is small, and the anode exhaust gas is discharged when the load is suddenly reduced. The temperature of the reformer is controlled by letting it escape from the line.

ところが、この方法では改質器へアノード排ガスの他
に補助燃料を常時供給している為、補助燃料を使用しな
い場合に比べてプラント熱効率が低く、又、プラント負
荷急減時にはアノード排ガスを外部へ逃がしている為、
プラント熱効率が低下し、さらに排ガス処理装置が必要
になるという欠点があつた。
However, in this method, the auxiliary fuel is always supplied to the reformer in addition to the anode exhaust gas, so the plant thermal efficiency is lower than when the auxiliary fuel is not used, and the anode exhaust gas is released to the outside when the plant load suddenly decreases. Because
There was a drawback that the thermal efficiency of the plant was lowered and an exhaust gas treatment device was required.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明の目的は、原料ガスを水蒸気改質して水素燃料
ガスを生成する改質器と改質器から得られる水素燃料ガ
スを燃料とする燃料電池を備えた燃料電池発電プラント
において、負荷変化要求に対するプラント負荷変化の迅
速な追随性を保ちつつ、プラント熱効率の向上、改質器
触媒の寿命延長を図ることのできる燃料電池発電プラン
トとその製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to change a load in a fuel cell power plant including a reformer that steam-reforms a raw material gas to generate a hydrogen fuel gas and a fuel cell that uses the hydrogen fuel gas obtained from the reformer as a fuel. It is an object of the present invention to provide a fuel cell power generation plant capable of improving the thermal efficiency of the plant and prolonging the life of the reformer catalyst while maintaining the rapid change of the plant load with respect to the demand, and a manufacturing method thereof.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

従来の燃料電池発電プラントの制御方法では、補助燃
料を常時使用し、又、アノード排ガスを外部へ捨てる
為、プラント熱効率が低下し、又、アノード排ガス処理
装置が必要であつた。
In the conventional control method of the fuel cell power generation plant, the auxiliary fuel is always used and the anode exhaust gas is discarded to the outside, so that the thermal efficiency of the plant is lowered and the anode exhaust gas treatment device is required.

本発明は、アノード排ガスを改質器燃焼部入口より改
質器燃料ガス出口、又は改質器原料ガス入口へバイパス
再循環する系統を設けるか、あるいはアノード排ガスを
改質器燃焼部入口よりガスタービン入口に設置した燃焼
器へバイパスする系統を設け、改質器燃焼部又は改質部
の温度を検出してアノード排ガスバイパス流量を制御す
ることにより、改質器燃焼部へ供給するアノード排ガス
量を調整することによつて、プラント熱効率の向上,改
質器触媒の寿命延長を図ることができる。
The present invention provides a system in which the anode exhaust gas is bypass-recirculated from the reformer combustion section inlet to the reformer fuel gas outlet or the reformer raw material gas inlet, or the anode exhaust gas is gasified from the reformer combustion section inlet. The amount of anode exhaust gas supplied to the reformer combustion unit by establishing a system that bypasses the combustor installed at the turbine inlet and detecting the temperature of the reformer combustion unit or reformer unit to control the anode exhaust gas bypass flow rate. It is possible to improve the thermal efficiency of the plant and extend the life of the reformer catalyst by adjusting the.

〔発明の実施例〕Example of Invention

以下、本発明の実施例を図面により説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は、本発明の第1の実施例を示す。 FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.

この第1の実施例の燃料電池発電プラントは、ガス精
製部1と、改質器改質部2と改質器燃焼部3を有する改
質器4と、アノード5と電解質6とカソード7を有する
燃料電池8と、ガス/ガス熱交換器9と、気水分離器10
と、圧縮機11,12,13と、タービン14と、給水ポンプ15
と、排熱回収ボイラ16等を備えている。
The fuel cell power plant of the first embodiment includes a gas refining section 1, a reformer 4 having a reformer reforming section 2 and a reformer combustion section 3, an anode 5, an electrolyte 6 and a cathode 7. Fuel cell 8 having, gas / gas heat exchanger 9, and steam separator 10
, Compressors 11, 12, 13, turbine 14, and feed pump 15
And an exhaust heat recovery boiler 16 and the like.

ガス精製部1には、原料ガス17として約10〜12Kg/cm2
aに加圧された天然ガス等が供給される。天然ガス中の
硫黄分は改質用触媒の活性低下の原因となる為、ガス精
製部1で天然ガス中の硫黄分を除去した後、改質器改質
部2へ原料ガス18が送られる。
In the gas refining section 1, as a raw material gas 17, about 10 to 12 kg / cm 2
A pressurized natural gas or the like is supplied to a. Since the sulfur content in the natural gas causes a decrease in the activity of the reforming catalyst, the raw gas 18 is sent to the reformer reforming section 2 after removing the sulfur content in the natural gas in the gas refining section 1. .

一方、排熱回収ボイラ16で蒸気19が生成され、改質器
改質部2へ供給される。
On the other hand, steam 19 is generated in the exhaust heat recovery boiler 16 and supplied to the reformer reforming section 2.

改質器4では、改質器改質部2において改質器燃焼部
3より供給される熱によつて原料ガス18と蒸気19が改質
反応を起こし、メタンを主成分とするガスが、水素およ
び一酸化炭素を主成分とするガスに改質される。
In the reformer 4, the raw material gas 18 and the steam 19 undergo a reforming reaction by the heat supplied from the reformer reforming section 3 in the reformer reforming section 2, and the gas containing methane as a main component It is reformed into a gas composed mainly of hydrogen and carbon monoxide.

改質された水素および一酸化炭素を主成分とする燃料
ガス20は燃料電池8のアノード5へ供給される。
The fuel gas 20 containing reformed hydrogen and carbon monoxide as main components is supplied to the anode 5 of the fuel cell 8.

燃料電池8は、燃料電池セルの積層体で構成され、各
燃料電池セルは正極とこれら両極の間に配置された電解
質を有して構成されている。
The fuel cell 8 is composed of a stack of fuel cells, and each fuel cell is composed of a positive electrode and an electrolyte disposed between the both electrodes.

燃料電池8のアノード5に供給された燃料ガス20は、
圧縮機13より供給される空気21と改質器改質部3より供
給される改質器排ガス22の混合ガス23と反応し、電気化
学反応によつて直流電気出力を発生する。直流電気出力
は、インバーター24にて、交流に変換され最終的な出力
とされる。
The fuel gas 20 supplied to the anode 5 of the fuel cell 8 is
It reacts with the mixed gas 23 of the air 21 supplied from the compressor 13 and the reformer exhaust gas 22 supplied from the reformer reforming section 3 to generate a DC electric output by an electrochemical reaction. The direct current electric output is converted into alternating current by the inverter 24 to be a final output.

燃料電池8のアノード排ガス25は、ガス/ガス熱交換
器9にて熱交換して冷却され、気水分離器10へ送られ
る。気水分離器10でガス中の水分を分離されたアノード
排ガスは圧縮機11で昇圧された後、ガス/ガス熱交換器
9にて熱交換して加熱され、改質器燃焼部3へ送られ
る。
The anode exhaust gas 25 of the fuel cell 8 is heat-exchanged and cooled in the gas / gas heat exchanger 9, and is sent to the steam separator 10. The anode exhaust gas from which water in the gas has been separated by the steam separator 10 is pressurized by the compressor 11 and then heat-exchanged by the gas / gas heat exchanger 9 to be heated and sent to the reformer combustion section 3. To be

一方、燃料電池8のカソード排ガス26は、タービン14
へ送られるが、一部分岐して圧縮機12より昇圧され、燃
料電池8のカソード入口へ再循環される。タービン14へ
送られたカソード排ガスは、タービン14で仕事をし、圧
縮機13を駆動すると共に発電機27を駆動して電気出力を
発生させる。
On the other hand, the cathode exhaust gas 26 of the fuel cell 8 is the turbine 14
Is sent to the cathode inlet of the fuel cell 8 and is recirculated. The cathode exhaust gas sent to the turbine 14 works in the turbine 14 to drive the compressor 13 and the generator 27 to generate an electric output.

タービン14よりの排ガス28は、排熱回収ボイラ16にて
熱回収され蒸気を発生した後、系外へ排出される。
Exhaust gas 28 from the turbine 14 is exhausted to the outside of the system after the heat is recovered by the exhaust heat recovery boiler 16 to generate steam.

改質器燃焼部3へ送られたアノード排ガス25はガス中
に水素,一酸化炭素などの未反応の燃焼成分を含んでい
る為、圧縮機13より供給される空気29にて触媒燃焼さ
せ、改質器改質部2に熱回収している。
Since the anode exhaust gas 25 sent to the reformer combustion section 3 contains unreacted combustion components such as hydrogen and carbon monoxide in the gas, it is catalytically burned by the air 29 supplied from the compressor 13, The heat is recovered in the reformer reforming section 2.

燃料電池プラント制御系統を説明する。 The fuel cell plant control system will be described.

燃料電池プラント制御装置39は、入力としてプラント
負荷要求信号53、燃料電池出力54、タービン出力55、原
料ガス流量信号56等の信号を入力し、燃料流量,改質蒸
気流量等の制御信号を出力し、プラントを制御する。燃
料流量の制御は、流量制御弁41を介して行い、改質蒸気
流量は、改質蒸気流量制御器51を介して改質蒸気流量調
整弁44を制御することによつて行う。更に、インバータ
ー24の制御を行う。この他に、改質器4の温度を負荷要
求に応じて一定の温度に保つべく、改質器温度制御器38
を制御することもできる。
The fuel cell plant control device 39 inputs signals such as a plant load request signal 53, a fuel cell output 54, a turbine output 55, and a raw material gas flow rate signal 56 as inputs, and outputs control signals such as a fuel flow rate and a reforming steam flow rate. And control the plant. The fuel flow rate is controlled via the flow rate control valve 41, and the reforming steam flow rate is controlled by controlling the reforming steam flow rate adjusting valve 44 via the reforming steam flow rate controller 51. Further, the inverter 24 is controlled. In addition to this, in order to keep the temperature of the reformer 4 at a constant temperature according to the load demand, the reformer temperature controller 38
Can also be controlled.

更に詳述する。 Further details will be described.

負荷要求信号(例えば負荷増加)53を受けて、弁41に
より燃料流量20に変化(増加)させ、電池インバーター
24に負荷増加信号を与えるとともに、流量計48による原
料ガス流量計測信号により改質蒸気流量信号を与える。
さらに、インバーター24からの電池出力54とタービン出
力55を受けて燃料流量にフイードバツクする。又、改質
器温度設定を例えば負荷減少の場合には、温度上昇を見
込んであらかじめ温度減少方向に信号を与えて、改質器
の温度を一定に保つ様制御器38を介してフイードフオワ
ード制御を行わなせる。
In response to the load request signal (for example, load increase) 53, the valve 41 changes (increases) the fuel flow rate to 20 and the battery inverter
A load increase signal is given to 24, and a reforming steam flow rate signal is given by a raw material gas flow rate measurement signal from a flow meter 48.
Further, the battery output 54 and the turbine output 55 from the inverter 24 are received to feed back the fuel flow rate. When the reformer temperature setting is, for example, a load decrease, a signal is given in advance in the temperature decreasing direction in anticipation of a temperature increase, and a feedback control is performed via the controller 38 so as to keep the temperature of the reformer constant. Perform word control.

流量計45は、補助燃料52の流量検出を行い、流量計46
はアノード排ガス流量検出を行い、流量計47は空気流量
検出を行い、流量計48は原料ガス流量検出を行い、流量
計49は改質蒸気量流検出を行う。
The flow meter 45 detects the flow rate of the auxiliary fuel 52, and the flow meter 46
Performs the anode exhaust gas flow rate detection, the flow meter 47 performs the air flow rate detection, the flow meter 48 performs the source gas flow rate detection, and the flow meter 49 performs the reforming vapor flow rate detection.

空気流量制御器50は流量計45,46,47の検出流量を取込
み、空気流量調整弁43の開度制御を行う。
The air flow rate controller 50 takes in the flow rates detected by the flow meters 45, 46, 47 and controls the opening degree of the air flow rate adjusting valve 43.

改質器温度制御器38は、改質器燃焼部3の温度計32の
検出温度、又はフイードフオワード制御信号を取込み補
助燃料流量調整弁42及びバイパス流量制御弁31の開度制
御を行う。
The reformer temperature controller 38 takes in the temperature detected by the thermometer 32 of the reformer combustor 3 or takes in a feedforward control signal and controls the opening degree of the auxiliary fuel flow rate adjusting valve 42 and the bypass flow rate control valve 31. .

改質器蒸気流量制御器51は制御装置39からの開度指令
制御信号を受けて改質器蒸気流量調整弁44の開度制御を
行う。
The reformer steam flow rate controller 51 receives the opening degree command control signal from the control device 39 and controls the opening degree of the reformer steam flow rate adjusting valve 44.

燃料電池発電プラントの負荷変化時における一般的特
性を以下に説明する。
The general characteristics of the fuel cell power plant when the load changes will be described below.

燃料電池発電プラントの負荷増加時には、燃料電池プ
ラント制御装置39に負荷増加の信号53がはいると共に、
燃料ガス流量調整弁41に流量を増加させる信号がはい
り、燃料ガス流量が増加する。燃料電池本体の負荷応答
性は極めて速いので、電池出力は増加するが、改質器燃
焼部3へ供給されるアノード排ガス流量は制御の時間的
遅れがある為、すぐには増加しない。従つて、原料ガス
流量が増加することにより改質器改質部2において原料
ガスの改質に必要な熱量は増加するにもかかわらず、改
質器燃焼部3において発生する熱量は、あまり増加せ
ず、改質器4の温度は低下する。
When the load of the fuel cell power plant increases, the fuel cell plant control device 39 receives the load increase signal 53,
A signal for increasing the flow rate is input to the fuel gas flow rate adjusting valve 41, and the fuel gas flow rate increases. Since the load response of the fuel cell main body is extremely fast, the cell output increases, but the anode exhaust gas flow rate supplied to the reformer combustion section 3 does not immediately increase due to the control delay. Therefore, although the amount of heat required for reforming the raw material gas in the reformer reforming section 2 increases as the flow rate of the raw material gas increases, the amount of heat generated in the reformer combustion section 3 increases too much. However, the temperature of the reformer 4 decreases.

また、燃料電池発電プラントの負荷減少時には、燃料
電池制御装置39に減加減昇の信号53がはいると共に、燃
料ガス流量調整弁41に流量をしぼる信号がはいり、燃料
ガス流量が減少する。燃料電池本体の負荷応答性は負荷
増加時と同様に極めて速いので、電池出力は減少する
が、改質器燃焼部3へ供給されるアノード排ガス流量は
制御の時間的遅れがある為、直ぐには減少しない。従つ
て、原料ガス流量が減少することにより改質器改質部2
において原料ガスの改質に必要とする熱量は減少してい
るにもかかわらず、改質器燃焼部3において発生する熱
量はあまり減少せず、改質器の温度は上昇する。
Further, when the load of the fuel cell power plant is reduced, the fuel cell control device 39 receives the signal 53 of increase / decrease and increase, and the fuel gas flow rate adjusting valve 41 receives the signal of narrowing the flow rate, and the fuel gas flow rate decreases. Since the load responsiveness of the fuel cell body is extremely fast as when the load increases, the cell output decreases, but the flow rate of the anode exhaust gas supplied to the reformer combustion section 3 has a time delay in control, and therefore it is not long afterwards. Does not decrease. Therefore, the reformer reforming unit 2 is reduced by reducing the flow rate of the raw material gas.
Although the amount of heat required for reforming the raw material gas is reduced, the amount of heat generated in the reformer combustion section 3 does not decrease so much, and the temperature of the reformer rises.

上記に示すような燃料電池発電プラントの負荷変化時
における改質器4の制御の応答遅れに対して、負荷増加
時については、改質器燃焼部3の熱量不足分を補助燃料
52を供給することにより解決している。
For the response delay of the control of the reformer 4 when the load of the fuel cell power plant changes as described above, when the load increases, the insufficient calorific value of the reformer combustion unit 3 is used as the auxiliary fuel.
It is solved by supplying 52.

一方、負荷減少時については、改質器燃焼部3の熱量
が余剰となつている為、改質器燃焼部3を冷却するか、
あるいはアノード排ガスを一部改質器燃焼部3以外へ放
出する必要がある。改質器燃焼部3を冷却すると、その
冷却熱量はロスとなるのでプラント熱効率上好ましくな
い。又、アノード排ガスの余剰分を系外へ排出する方法
もプラント熱効率上好ましくなく、さらに大気中へアノ
ード排ガスをそのまま排出できないので、アノード排ガ
スの処理装置が必要となり設備的にもコストがかかり好
ましくない。
On the other hand, when the load is reduced, the heat quantity of the reformer combustion section 3 is excessive.
Alternatively, it is necessary to partly discharge the anode exhaust gas to other than the reformer combustion section 3. When the reformer combustion section 3 is cooled, the amount of cooling heat is lost, which is not preferable in terms of plant thermal efficiency. In addition, the method of discharging the surplus anode exhaust gas to the outside of the system is not preferable in terms of plant thermal efficiency, and further, since the anode exhaust gas cannot be directly discharged to the atmosphere, a device for treating the anode exhaust gas is required, which is costly in terms of equipment and is not preferable. .

したがつて、アノード排ガスの余剰分はプラント系内
において処理することがプラント熱効率・設備コストの
点から要求される。
Therefore, it is required to treat the surplus anode exhaust gas in the plant system in terms of plant thermal efficiency and equipment cost.

アノード排ガスの余剰分をプラント系内において処理
する方法としては、改質器燃焼部3の入口にサージタン
クを設置してアノード排ガス余剰分を吸収する方法があ
るが、アノードの圧力制御が厳しい為、容量の大きなサ
ージタンクが必要となるので、コンパクト性を要求され
る燃料電池発電プラントには不向きであり、設備的にも
コストがかかる。
As a method of treating the surplus anode exhaust gas in the plant system, there is a method of installing a surge tank at the inlet of the reformer combustion section 3 to absorb the surplus anode exhaust gas, but the pressure control of the anode is strict. However, since a surge tank having a large capacity is required, it is not suitable for a fuel cell power generation plant that requires compactness, and it requires a high facility cost.

第1図に示す本発明の実施例においては、改質器燃焼
部3入口から改質器燃料ガス出口へアノード排ガス25を
バイパスする系統30と、アノード排ガスバイパス流量調
整弁31を設け、改質器燃焼部3へ供給するアノード排ガ
スの余剰分を燃料ガス側へ再循環させ、改質器4の温度
を制御している。
In the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, a system 30 for bypassing the anode exhaust gas 25 from the reformer combustion section 3 inlet to the reformer fuel gas outlet, and an anode exhaust gas bypass flow rate adjusting valve 31 are provided to perform reforming. The surplus of the anode exhaust gas supplied to the reactor combustion section 3 is recirculated to the fuel gas side to control the temperature of the reformer 4.

第2図に、プラント負荷減少時のプラント負荷と各ガ
ス流量及び改質器温度の関係を示す。横軸は時間、縦軸
は負荷・流量及び温度を示し、33はプラント負荷、34は
アノード排ガス流量、35は原料ガス流量、36はアノード
排ガスバイパス流量、37は改質器の温度を示す。第1図
の系統図を参照しながらプラント負荷減少時の制御方式
を以下に説明する。
FIG. 2 shows the relationship between the plant load, each gas flow rate, and the reformer temperature when the plant load is reduced. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents load / flow rate and temperature. 33 is the plant load, 34 is the anode exhaust gas flow rate, 35 is the source gas flow rate, 36 is the anode exhaust gas bypass flow rate, and 37 is the reformer temperature. The control method when the plant load is reduced will be described below with reference to the system diagram of FIG.

プラント負荷33を第2図に示すように変化させる場
合、A〜Bの通常運転時には第1図のアノード排ガスバ
イパス流量調整弁31は閉じており、アノード排ガスバイ
パス終了36は0である。BからDへ負荷を減少させるよ
うに、燃料ガスを負荷変化要求に合わせて減少させる。
これに対し、アノード排ガス流量34の変化は第2図に示
すように時間遅れがある為、改質器にはアノード排ガス
要求量以上にアノード排ガスが供給され、改質器の温度
37は第2図に示されるように上昇する。この改質器の温
度を第1図に示す温度計32で検出し、改質器設定温度と
の偏差により該偏差を零にする方向で温度制御器38か
ら、アノード排ガスバイパス流量調整弁31へ信号を与
え、改質器燃焼部3で必要とするアノード排ガス流量
と、改質器燃焼部3へ供給されているアノード排ガス流
量のアンバランス分をバイパス系統30を通して、燃料ガ
ス20のラインへ再循環させる。アノード排ガスをバイパ
ス再循環させる状態で、第2図に示す目標負荷のDまで
運転し、Dからさらにある一定の時間後のEになると、
プラント負荷のアノード排ガス量がマツチし、アノード
排ガスバイパス流量は0になる。
When the plant load 33 is changed as shown in FIG. 2, the anode exhaust gas bypass flow rate adjusting valve 31 of FIG. 1 is closed and the anode exhaust gas bypass end 36 is 0 during normal operation of A to B. As the load is reduced from B to D, the fuel gas is reduced to meet the load change demand.
On the other hand, since the change of the anode exhaust gas flow rate 34 has a time delay as shown in FIG. 2, the reformer is supplied with more anode exhaust gas than the required amount of anode exhaust gas, and the temperature of the reformer is increased.
37 rises as shown in FIG. The temperature of the reformer is detected by the thermometer 32 shown in FIG. 1, and the temperature controller 38 shifts to the anode exhaust gas bypass flow rate adjusting valve 31 in a direction to make the deviation zero by the deviation from the reformer set temperature. A signal is given, and the unbalanced portion between the anode exhaust gas flow rate required in the reformer combustion section 3 and the anode exhaust gas flow rate supplied to the reformer combustion section 3 is re-routed to the fuel gas 20 line through the bypass system 30. Circulate. When the anode exhaust gas is bypassed and recirculated, the engine is operated up to the target load D shown in FIG. 2, and when E reaches a certain time after D,
The amount of anode exhaust gas under plant load is matched, and the anode exhaust gas bypass flow rate becomes zero.

又、負荷が急激に減少し改質器の設定温度と温度計32
の偏差を検出してから、アノード排ガスバイパス流量調
整弁31へ信号を与えていては、改質器温度制御の遅れが
考えられる場合には、アノード排ガスバイパス流量調整
弁31へプラント制御装置39より先行的に信号を与え、フ
イードフオワード制御してもよい。
Also, the load suddenly decreases and the set temperature of the reformer and the thermometer 32
After the deviation is detected, a signal is given to the anode exhaust gas bypass flow rate adjustment valve 31, and if a delay in the reformer temperature control is considered, the anode exhaust gas bypass flow rate adjustment valve 31 is sent to the plant control device 39 from the plant control device 39. The signal may be given in advance to control the feed forward.

第3図に、プラント負荷急減時で、フイードフオワー
ド制御する場合のプラント負荷と各ガス流量及び改質器
温度の関係を示す。プラント負荷の減少開始と同時にア
ノード排ガスバイパス流量調整弁を開けるようプラント
制御装置より信号を与え、アノード排ガスバイパス流量
36を負荷変化率に応じてあらかじめ設定された流量で流
す。又、同時に原料ガス流量35もプラント負荷に先行し
て減少させる。
FIG. 3 shows the relationship between the plant load, each gas flow rate, and the reformer temperature when the feedforward control is performed when the plant load suddenly decreases. A signal is sent from the plant controller to open the anode exhaust gas bypass flow control valve at the same time when the plant load starts to decrease, and the anode exhaust gas bypass flow rate is sent.
Flow 36 at a preset flow rate according to the load change rate. At the same time, the raw material gas flow rate 35 is also reduced prior to the plant load.

改質器の温度差とバイパス量・バイパス弁開度の関係
を述べる。
The relationship between the temperature difference of the reformer and the bypass amount / bypass valve opening will be described.

アノード排ガスバイパス量は、大きな負荷変化に対し
ては、負荷変化速度(例えば5分間に100%→25%)に
よつてあらかじめ設定してバイパス弁31の開度を決め
る。又、小さな負荷変化に対しては、改質器の温度を検
出してバイパス弁31の開度を制御する。この場合はリニ
アに行う。
For a large load change, the anode exhaust gas bypass amount is preset according to the load change speed (for example, 100% → 25% in 5 minutes) to determine the opening degree of the bypass valve 31. Further, for a small load change, the temperature of the reformer is detected and the opening degree of the bypass valve 31 is controlled. In this case, perform linearly.

第4図には、温度偏差と弁開度との関係を示す。この
図では、制御対象弁として、補助燃料制御弁42とアノー
ド排ガスバイパス流量制御弁31とした。実線が一般的な
制御例、点線が改質器設定温度付近でオーバラツプさせ
た制御例を示す。改質器設定温度に対して実際の計測温
度が大きい場合(即ち温度偏差が正のとき)、弁42の開
度は零、即ち閉じさせ、弁31をその偏差量に応じてリニ
アに開度制御する。一方、偏差が負のときには、弁31は
閉じてバイパス系路の働きを止めさせ、代りに弁41を反
比例する方向でリニアに開度制御する。
FIG. 4 shows the relationship between the temperature deviation and the valve opening. In this figure, the auxiliary fuel control valve 42 and the anode exhaust gas bypass flow control valve 31 are used as control target valves. The solid line shows a general control example, and the dotted line shows a control example in which the temperature is around the reformer set temperature. When the actual measured temperature is higher than the reformer set temperature (that is, when the temperature deviation is positive), the opening of the valve 42 is set to zero, that is, the valve 31 is closed linearly according to the deviation amount. Control. On the other hand, when the deviation is negative, the valve 31 is closed to stop the operation of the bypass passage, and instead, the opening of the valve 41 is linearly controlled in an inversely proportional direction.

第5図は、本発明の第2の実施例を示す。 FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.

燃料電池発電プラントの負荷変化時の制御方式の基本
概念は第1の実施例と同様であるが、アノード排ガスバ
イパス先を改質器の原料ガス入口としている。即ち、バ
イパス管路30、弁31を介してバイパスさせている。
The basic concept of the control system when the load of the fuel cell power plant changes is similar to that of the first embodiment, but the anode exhaust gas bypass destination is the raw material gas inlet of the reformer. That is, it is bypassed via the bypass line 30 and the valve 31.

第6図は本発明の第3の実施例を示す。 FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention.

本実施例においては、アノード排ガスバイパス先をタ
ービン14の入口に設置した燃焼器40としている。アノー
ド排ガスのバイパスガスの燃料ガス側へ再循環しないの
で、第1・第2の実施例に比べて制御性はさらに良くな
る。
In this embodiment, the anode exhaust gas bypass destination is the combustor 40 installed at the inlet of the turbine 14. Since the bypass gas of the anode exhaust gas is not recirculated to the fuel gas side, the controllability is further improved as compared with the first and second embodiments.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によれば、燃料電池発電
プラントにおいて、負荷変化要求に対するプラント負荷
変化の迅速な追随性を保ちつつ、プラント熱効率の向
上、改質器触媒の寿命延長を図り、さらにアノード排ガ
ス系外放出用処理装置を削減することができる。
As described above, according to the present invention, in the fuel cell power plant, while maintaining the rapid followability of the plant load change to the load change request, the plant thermal efficiency is improved, the life of the reformer catalyst is extended, and It is possible to reduce the number of processing devices for discharge to the outside of the anode exhaust gas system.

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

第1図,第5図と第6図は本発明の実施例の燃料電池発
電プラントの系統図である。第2図と第3図は負荷変化
時の燃料電池発電プラントの特性を示す図。第4図は温
度偏差と弁開度との関係図である。 1……ガス精製部、2……改質器改質部、3……改質器
燃焼部、4……改質器、5…アノード、6……電解質、
7……カソード、8……燃料電池。
1, 5 and 6 are system diagrams of a fuel cell power plant according to an embodiment of the present invention. 2 and 3 are diagrams showing the characteristics of the fuel cell power plant when the load changes. FIG. 4 is a relationship diagram between temperature deviation and valve opening. 1 ... Gas refining section, 2 ... Reformer reforming section, 3 ... Reformer combustion section, 4 ... Reformer, 5 ... Anode, 6 ... Electrolyte,
7 ... Cathode, 8 ... Fuel cell.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉田 成久 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 高橋 正治 東京都千代田区神田駿河台4丁目6番地 株式会社日立製作所内 (56)参考文献 特開 昭53−81923(JP,A) 特開 昭58−133782(JP,A) 特開 昭59−68181(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Naruhisa Sugita, 502 Jinritsucho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hiritsu Manufacturing Co., Ltd. Mechanical Research Laboratory (72) Inventor, Shoji Takahashi 4-6, Kanda Surugadai, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Hitachi (56) Reference JP-A-53-81923 (JP, A) JP-A-58-133782 (JP, A) JP-A-59-68181 (JP, A)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】原水ガスを水蒸気改質して水素燃料ガスを
生成する改質器と、生成された水素燃料ガスが燃料とし
てアノードに供給される燃料電池と、該燃料電池のアノ
ード排ガスを前記改質器の燃料として再利用する系統
と、該系統を通り再利用される前記アノード排ガスを前
記改質器上流で分岐して前記原料ガスまたは前記水素燃
料ガスに合流させるバイパス管と、該バイパス管を通る
アノード排ガスの流量を制御するバイパス弁と、前記改
質器の燃料を補助する補助燃料供給系統と、該補助燃料
供給系統に設けられ補助燃料量を調整する補助燃料弁
と、前記改質器の燃焼部温度を検出する検出手段と、該
検出手段による検出温度と改質器設定温度とを比較し検
出温度>改質器設定温度の場合には前記補助燃料弁を閉
弁して前記バイパス弁開度を温度偏差に応じて制御し検
出温度<改質器設定温度の場合には前記バイパス弁を閉
弁して前記補助燃料弁開度を温度偏差に応じて制御する
制御手段とを備えることを特徴とする燃料電池発電プラ
ント。
1. A reformer for steam-reforming raw water gas to produce hydrogen fuel gas, a fuel cell in which the produced hydrogen fuel gas is supplied as fuel to an anode, and an anode exhaust gas of the fuel cell. A system for reusing as a fuel for a reformer, a bypass pipe for branching the anode exhaust gas reused through the system upstream of the reformer to join with the raw material gas or the hydrogen fuel gas, and the bypass pipe A bypass valve for controlling the flow rate of the anode exhaust gas passing through the pipe; an auxiliary fuel supply system for assisting the fuel of the reformer; an auxiliary fuel valve provided in the auxiliary fuel supply system for adjusting the amount of auxiliary fuel; The detection means for detecting the temperature of the combustion part of the quality control device is compared with the temperature detected by the detection means and the reformer set temperature. When the detected temperature> the reformer set temperature, the auxiliary fuel valve is closed. The bypass valve Temperature control according to the temperature deviation, and when the detected temperature <reformer setting temperature, the bypass valve is closed and the auxiliary fuel valve opening degree is controlled according to the temperature deviation. Characteristic fuel cell power plant.
【請求項2】原料ガスを水蒸気改質して水素燃料ガスを
生成する改質器と、生成された水素燃料ガスが燃料とし
てアノードに供給される燃料電池と、該燃料電池のアノ
ード排ガスを前記改質器の燃料として再利用する系統
と、該系統を通り再利用される前記アノード排ガスの一
部を前記改質器上流でバイパス分岐して前記原料ガスま
たは前記水素燃料ガスに合流させるバイパス管と、該バ
イパス管を通るアノード排ガスの流量を制御するバイパ
ス弁と、前記改質器の燃料を補助する補助燃料供給系統
と、該補助燃料供給系統に設けられ補助燃料量を調整す
る補助燃料弁と、前記改質器の燃焼部温度を検出する検
出手段とを備える燃料電池発電プラントにおいて、前記
検出手段による検出温度と改質器設定温度とを比較し、
検出温度>改質器設定温度の場合には、前記補助燃料弁
を閉弁して補助燃料を遮断すると共に、温度偏差が大き
いほど前記バイパス弁開度を大きくしてアノード排ガス
のバイパス量を多くし、検出温度<改質器設定温度の場
合には、前記バイパス弁を閉弁してアノード排ガスのバ
イパスを遮断すると共に、温度偏差が大きいほど前記補
助燃料弁開度を大きくして補助燃料量を増大させること
を特徴とする燃料電池発電プラントの制御方法。
2. A reformer for steam-reforming a raw material gas to produce hydrogen fuel gas, a fuel cell in which the produced hydrogen fuel gas is supplied to an anode as a fuel, and an anode exhaust gas of the fuel cell. A system for reusing as a fuel for a reformer, and a bypass pipe for diverging a part of the anode exhaust gas recycled through the system into a bypass branch upstream of the reformer to join with the raw material gas or the hydrogen fuel gas. A bypass valve for controlling the flow rate of anode exhaust gas passing through the bypass pipe; an auxiliary fuel supply system for assisting the fuel of the reformer; and an auxiliary fuel valve provided in the auxiliary fuel supply system for adjusting the amount of auxiliary fuel. In the fuel cell power plant comprising a detection means for detecting the combustion section temperature of the reformer, the detection temperature by the detection means and the reformer set temperature are compared,
When the detected temperature is higher than the reformer set temperature, the auxiliary fuel valve is closed to shut off the auxiliary fuel, and the larger the temperature deviation is, the larger the bypass valve opening is to increase the bypass amount of the anode exhaust gas. If the detected temperature is less than the reformer setting temperature, the bypass valve is closed to shut off the bypass of the anode exhaust gas, and the auxiliary fuel valve opening is increased as the temperature deviation increases to increase the auxiliary fuel amount. A method of controlling a fuel cell power plant, comprising:
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