发电系统及发电系统中的燃料电池的启动方法和运行方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种发电系统及发电系统中的燃料电池的启动方法和运行方法，其中，该发电系统由燃料电池、燃气轮机以及蒸汽轮机组合而成。
【背景技术】
[0002]作为用途广泛且效率高的燃料电池，已知有作为燃料电池的固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell:以下称为“SOFC”)。在该SOFC中，为了提高离子电导率而提高了工作温度，因此，能够将从燃气轮机的压缩机喷出的空气用作供至空气极侧的空气(氧化剂)。另外，SOFC的未利用的高温燃料用作燃气轮机的燃烧器的燃料。
[0003]因此，例如如下述专利文献I所述，作为能够实现高效率发电的发电系统，业者提出了各种由S0FC、燃气轮机以及蒸汽轮机组合而成的发电系统。该专利文献I中公开的联合系统，设有S0FC、燃烧从该SOFC排出的废燃料气和废空气的燃气轮机燃烧器、具有将空气压缩后供给SOFC的压缩机的燃气轮机。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本专利特开2009-205930号公报发明概要
[0007]发明拟解决的问题
[0008]在上述现有的发电系统中，先使燃气轮机进行运行，并将被该燃气轮机的压缩机压缩了的一部分空气供给S0FC，从而对SOFC进行加压，然后使SOFC启动。该情况下，为了形成如下一种流程，当燃气轮机的压缩机的出口压力与接收从SOFC排出的废燃料气的燃气轮机的燃烧器的入口压力变为恒定时，补充压力损失部分，然后向SOFC供给压缩空气，优选利用鼓风机吹送压缩空气。但是，鼓风机在从开始运行至额定运行为止的期间内，内部的压力或者流量急剧变动，使得运行变得不稳定。因此，随着鼓风机开始运行压缩空气的流量急剧增加而被输送至S0FC，有时会出现供至燃气轮机的燃烧器的压缩空气不足的情况。由此，在燃烧器中，燃烧用空气不足会导致燃烧气体的温度升高，或者，在燃烧器或者涡轮机中，因为冷却用空气不足而难以充分冷却。另外，为了防止随着鼓风机开始运行压缩空气的流量急剧增加而被输送至S0FC，导致供至燃气轮机的燃烧器的压缩空气不足的情况，可以考虑将燃气轮机的压缩机的SOFC侧出口和燃气轮机的燃烧器的SOFC侧入口堵住，但是，这样会导致鼓风机无法启动。
[0009]本发明为解决上述问题开发而成，其目的在于提供一种发电系统以及发电系统中的燃料电池的启动方法，其能够抑制燃料电池启动时燃气轮机中的空气不足，从而能够稳定地启动。
[0010]另外，在上述现有的发电系统的额定运行时，燃气轮机的运行状态随发电状况发生变动。该情况下，压缩机的出口压力会发生变动。因此，供至SOFC侧的压缩空气的压力不稳定。SOFC优选以将空气极与燃料极的压力控制为相等而使空气和燃料不会流入彼此间的稳定状态运行，当供给的压缩空气的压力不稳定时，SOFC的运行状态会变得不稳定，从而有可能导致发电效率下降。
[0011]本发明为了解决上述问题开发而成，其目的在于提供一种发电系统以及发电系统中的燃料电池的运行方法，其能够使从燃气轮机供至燃料电池的压缩空气的压力保持恒定。
[0012]解决课题的方法
[0013]为达成上述目的的本发明的发电系统，其特征在于具备:具有压缩机和燃烧器的燃气轮机；用于将被所述压缩机压缩了的压缩空气供给所述燃烧器的第I压缩空气供给管线；具有空气极和燃料极的燃料电池；用于将被所述压缩机压缩了的一部分压缩空气供至所述空气极的第2压缩空气供给管线；设置于所述第2压缩空气供给管线，对所述压缩空气进行增压的增压机；将所述第2压缩空气供给管线中的所述增压机的上游侧与下游侧连接的增压机循环管线；设置于所述增压机循环管线中的第I控制阀；设置于所述第2压缩空气供给管线中的所述增压机循环管线与所述燃料电池之间的第2控制阀；以及在所述燃料电池启动时将所述第2控制阀关闭且将所述第I控制阀打开，使所述增压机启动的控制部。
[0014]因此，在燃料电池启动时，在将被压缩机压缩了的一部分压缩空气供至空气极的第2压缩空气供给管线中，使压缩空气从增压机的下游侧朝向上游侧循环。因此，此时供至燃烧器或者涡轮机的压缩空气不会不足，从而能够防止燃烧器中产生异常燃烧、或者涡轮机的冷却不足。由此，能够防止燃气轮机中的空气不足，从而能够稳定地启动。
[0015]在本发明的发电系统的特征在于，还具备用于检测所述增压机中的压缩空气的压力或者流量的检测器，当所述流量检测器检测出的压力或者流量变为规定值时，所述控制部将所述第2控制阀打开，并且将所述第I控制阀关闭。
[0016]因此，通过在增压机中的压缩空气的流量变稳定后向燃料电池输送压缩空气，能够恰当地抑制燃气轮机中的空气不足。
[0017]另外，本发明的发电系统中的燃料电池的启动方法，其特征在于，包括:燃料电池启动时，使设置于所述燃料电池的空气极近旁的增压机启动，对被燃气轮机的压缩机压缩了的一部分压缩空气进行增压，并且使该压缩空气从该增压机的下游侧朝向上游侧循环的工序；接着，当被所述燃气轮机的压缩机压缩了的一部分压缩空气的压力或者流量变为规定值时，利用所述增压机对所述压缩空气进行增压的同时，将该压缩空气供至所述燃料电池的空气极的工序。
[0018]因此，在燃料电池启动时，燃烧器或者涡轮机中的压缩空气不会不足，从而能够防止燃气轮机中的空气不足，能够稳定地进行启动。
[0019]为达成上述目的的本发明的发电系统，其特征在于，具备:具有压缩机和燃烧器的燃气轮机；具有空气极和燃料极的燃料电池；用于将被所述压缩机压缩了的一部分压缩空气供至所述空气极的压缩空气供给管线；设置于所述压缩空气供给管线的压力控制阀；设置于所述压缩空气供给管线，检测供至所述空气极的压缩空气的压力的检测器；以及根据所述检测器检测出的压力的变动而对所述压力控制阀的开度进行控制，使供至所述空气极的压缩空气的压力达到恒定的控制部。
[0020]因此，当燃气轮机的压缩机的出口侧压力发生变动时，通过对压力控制阀的开度进行控制，从而弥补该压缩空气的压力。因此，能够使从燃气轮机供至燃料电池的压缩空气的压力保持恒定。由此，燃料电池在恒定压力的压缩空气下工作，因此，燃料电池的运行状态稳定，从而能够稳定地进行发电。
[0021]本发明的发电系统的特征在于，所述压力控制阀由多个控制阀并联而构成。
[0022]因此，在对压力控制阀的开度进行控制时，例如先对流量调节范围小的控制阀进行控制，接着对流量调节范围大的控制阀进行控制。通过如此进行控制，能够通过流量调节范围小的控制阀来弥补流量调节范围较大的控制阀开始工作时的工作不稳定的范围。由此，能够顺畅且正确地进行使压缩空气的压力保持恒定的控制。另外，即使多个控制阀的流量调节范围相同，也可以通过依次对开度进行控制，从而顺畅且正确地进行使压缩空气的压力保持恒定的控制。
[0023]另外，本发明的发电系统中的燃料电池的运行方法，其特征在于，包括:将被燃气轮机的压缩机压缩了的一部分压缩空气供至燃料电池的空气极的工序；以及在供至所述燃料电池的压缩空气的压力发生变动时，对所述压缩空气的流量进行调节，使所述压缩空气的压力达到恒定的工序。
[0024]因此，即使燃气轮机的压缩机的出口侧压力发生变动，也能够对压缩空气的流量进行控制，从而使该压缩空气的压力保持恒定。因此，能够使从燃气轮机供至燃料电池的压缩空气的压力保持恒定。由此，由于燃料电池在恒定压力的压缩空气下工作，因此，燃料电池的运行状态稳定，从而能够稳定地进行发电。
[0025]发明效果
[0026]根据本发明的发电系统以及发电系统中的燃料电池的启动方法，由于是利用设置于燃料电池的空气极近旁的增压机对被燃气轮机的压缩机压缩过的一部分压缩空气进行增压，并且使该一部分压缩空气从该增压机的下游侧朝向上游侧循环后供给燃料电池，因此，能够防止燃气轮机中的空气不足，从而能够稳定地启动。另外，即使在为了防止随着鼓风机开始运行压缩空气的流量急剧增加而被输送至燃料电池，从而导致供至燃气轮机的燃烧器的压缩空气不足的情况，而将燃气轮机的压缩机的燃料电池侧出口和燃气轮机的燃烧器的燃料电池侧入口堵住的状态下，也能够使鼓风机启动。
[0027]根据本发明的发电系统以及发电系统中的燃料电池的运行方法，即使燃气轮机的压缩机的出口侧压力发生变动，也能够通过调节压缩空气的流量，使从燃气轮机供至燃料电池的压缩空气的压力保持恒定。
【附图说明】
[0028]图1是表示本发明的实施例1涉及的发电系统中的压缩空气供给管线的简图。
[0029]图2是表示本实施例1的发电系统中的固体氧化物燃料电池启动时压缩空气的供给时机的时序图。
[0030]图3是表示本实施例1的发电系统的概略构成图。
[0031]图4是表示本发明的实施例2涉及的发电系统中的压缩空气供给管线的简图。
[0032]图5是本实施例2的发电系统中的固体氧化物燃料电池运行时压缩空气的供给流程图。
[0033]图6是表示本实施例2涉及的另一方式的发电系统中的压缩空气供给管线的简图。
[0034]图7是表示本实施例2的发电系统的概略构成图。
【具体实施方式】
[0035]实施例1
[0036]以下，参照附图对于本发明涉及的发电系统以及发电系统中的燃料电池的启动方法的较佳实施例详细地进行说明。需要说明的是，本发明并不限定于该实施例，另外，在存在多个实施例的情况下，也包括将各实施例加以组合而构成的实施例。
[0037]本实施例1的发电系统是由固体氧化物燃料电池(以下称为“SOFC”)、燃气轮机以及蒸汽