发电系统、发电系统的驱动方法和燃烧器的制造方法
【技术领域】
本发明涉及将燃料电池、燃气涡轮机和蒸汽涡轮机组合而成的发电系统、发电系统的驱动方法和燃烧器。
【背景技术】
作为燃料电池的固体氧化物形电池(Solid Oxide Fuel Cell:以下称为SOFC)被公知为用途广泛的高效率燃料电池。该SOFC由于为了提高离子导电率而增高工作温度，因此能够将从燃气涡轮机的压缩机排出的压缩空气作为提供给空气极侧的空气(氧化剂)来使用。另外，能够将从SOFC排放出的高温的燃料气体废气作为燃气涡轮机的燃烧器的燃料来使用。
为此，例如如下述专利文献I所记载的那样，作为能够达成高效率发电的发电系统，提出有各种将S0FC、燃气涡轮机和蒸汽涡轮机组合而成的系统。在该专利文献I所记载的复合系统中，燃气涡轮机具备:将空气压缩后提供给SOFC的压缩机、和由从该SOFC排出的燃料气体废气和空气来生成燃烧气体的燃烧器。
另外，例如下述专利文献2示出了具备使从燃料电池排出的燃料气体废气燃烧的燃烧器的燃料电池系统。该燃烧器具备:一次燃烧室，其通过烧嘴(burner)将来自燃料电池的燃料气体废气喷出，并使用一次空气来进行燃料气体废气的一次燃烧；和二次燃烧室，其经由与一次燃烧室相比缩窄了气体通路的连络通路与一次燃烧室连接，并使用二次空气来进行来自一次燃烧室的气体的二次燃烧。并且，烧嘴具备同心配置而成的三重的吹出口，其中，在中央部配置喷出点火用喷火枪火焰的喷火枪火焰吹出口，在喷火枪火焰吹出口的外侧配置喷出燃料气体废气的环状的燃料废气吹出口，在燃料废气吹出口的外侧配置喷出空气废气的环状的空气废气吹出口，并且，该烧嘴在空气废气吹出口内具备贯通空气废气吹出口内并喷出辅助燃料的多个辅助燃料吹出口。
另外，例如下述专利文献3示出了将卡路里不同的至少2个种类的燃料提供给燃烧器的燃烧器的燃料提供方法。在燃气涡轮机的运转开始时，使用对构成燃烧器的第I喷嘴提供高卡路里燃料的第I燃料提供系统、以及对构成燃烧器的第2喷嘴提供低卡路里燃料的第2燃料提供系统这两者，来对燃烧器提供高卡路里燃料以及低卡路里燃料。然后，在达到燃气涡轮机仅以低卡路里燃料就能继续运转的输出的时间点，阻断向燃烧器提供高卡路里燃料，仅对燃烧器提供低卡路里燃料。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:JP特开2009-205930号公报
专利文献2:JP特开2008-166070号公报
专利文献3:JP特开2012-41882号公报
发明概要
发明要解决的课题在上述的专利文献I所示的发电系统中，燃气涡轮机由在燃烧器中燃烧从SOFC排出的燃料气体废气和压缩空气而生成的燃烧气体进行驱动。另一方面，SOFC利用被提供的燃料气体和在压缩机中经压缩后的压缩空气进行发电，将发电中利用过的燃料气体废气和压缩空气排出到燃气涡轮机。由此，在首先驱动了燃气涡轮机后，对SOFC提供压缩空气来驱动SOFCo
在上述的专利文献I所示的发电系统中，对燃气涡轮机提供燃烧气体的燃烧器由于是在SOFC不运转的状态下被提供燃料气体废气，因此需要燃料气体。另外，燃烧器在将来自SOFC的燃料气体废气作为燃料来利用时，在相对于燃气涡轮机达到额定负载的热输入来说，热输入不足的情况下，需要提供高卡路里的燃料气体来补充热输入。如此，在将S0FC、燃气涡轮机和蒸汽涡轮机组合而成的发电系统的运转时，根据SOFC和燃气涡轮机的运转状态的不同，提供给燃烧器的燃料如燃料气体废气和燃料气体那样成为种类不同的燃料气体。
于是，一般为了使种类不同的各燃料气体在燃烧器中燃烧，优选使用混合器。但是，从SOFC排出的燃料气体废气达到400°C左右，用于补充热输入的燃料气体是15°C左右，双方存在温度差。为此，在混合器中各燃料气体因温度差而混合不均匀，存在燃烧变得不稳定的危险，或者，需要应对在混合器或其周边配管中因温度差而出现的热伸长。
【发明内容】
本发明为了解决上述的课题而提出，目的在于提供一种能够消除因种类不同的燃料气体的温度差导致的不良状况的发电系统以及发电系统的驱动方法。
本发明为了解决上述的课题而提出，目的在于，提供一种发电系统、发电系统的驱动方法和燃烧器，在发电系统的驱动时，即使对燃烧器提供了种类不同的燃料，也能够在使燃气涡轮机稳定的状态下被驱动。
用于解决课题的手段
用于达成上述目的的本发明的发电系统，将从燃料电池排出的燃料气体废气作为燃气涡轮机的燃烧器的燃料来利用，并且将经所述燃气涡轮机的压缩机压缩后的一部分压缩空气利用于所述燃料电池的驱动中，所述发电系统的特征在于，所述燃气涡轮机具备:第I燃烧器，其使与所述燃料气体废气种类不同的燃料气体燃烧；第I涡轮机，其由从所述第I燃烧器提供的燃烧气体驱动；第2燃烧器，其使所述燃料气体废气燃烧；和第2涡轮机，其与所述第I涡轮机轴连结，由从所述第2燃烧器提供的燃烧气体驱动。
因此，使燃料气体废气和燃料气体分别在分开的燃烧器中独立燃烧。由此，不需要将燃料气体废气和燃料气体在混合器中进行混合，不会出现各燃料气体混合不均匀而使燃烧变得不稳定的情况，不需要应对在混合器或其周边配管中因温度差而出现的热伸长，因此能够消除因种类不同的燃料气体的温度差导致的不良状况。
另外，在本发明的发电系统中，特征在于，具备:接断部，其连接或切断所述第I涡轮机与所述第2涡轮机的轴连结。
因此，在不具备接断部的情况下，由于在仅第I涡轮机的驱动时，在不对第2涡轮机提供燃烧气体的状态下，第2涡轮机会与第I涡轮机一起旋转，因此会给第I涡轮机带来负载，但通过具备接断部，能防止给第I涡轮机带来负载的事态。 另外，在本发明的发电系统中，具备:燃料气体提供线路，其将所述燃料气体提供给所述第I燃烧器；燃料气体废气提供线路，其将所述燃料气体废气提供给所述第2燃烧器；燃料气体控制阀，其设置在所述燃料气体提供线路上；燃料气体废气控制阀，其设置在所述燃料气体废气提供线路上；和控制部，其在所述燃料电池被驱动前，进行将所述燃料气体废气控制阀关闭并将所述燃料气体控制阀打开的控制，在所述燃料电池的驱动后，进行将所述燃料气体废气控制阀打开的控制。
因此，在对燃气涡轮机进行驱动时，通过将燃料气体提供给第I燃烧器来驱动第I涡轮机。另外，在第I涡轮机被驱动后，将经压缩机压缩后的一部分压缩空气提供给燃料电池，来驱动燃料电池。并且，由于如果燃料电池被驱动，就会从燃料电池排出燃料气体废气，因此将该燃料气体废气提供给第2燃烧器。如此，本发明的发电系统能使燃料气体废气和燃料气体分别在分开的燃烧器中独立燃烧，并且能高效地驱动燃料电池。
用于达成上述目的的本发明的发电系统的驱动方法，所述发电系统将从燃料电池排出的燃料气体废气作为燃气涡轮机的燃烧器的燃料来利用，并且将经所述燃气涡轮机的压缩机压缩后的一部分压缩空气利用于所述燃料电池的驱动中，所述发电系统的驱动方法的特征在于，所述燃气涡轮机具备:第I燃烧器，其使与所述燃料气体废气种类不同的燃料气体燃烧；第I涡轮机，其由从所述第I燃烧器提供的燃烧气体驱动；第2燃烧器，其使所述燃料气体废气燃烧；和第2涡轮机，其与所述第I涡轮机轴连结，由从所述第2燃烧器提供的燃烧气体驱动；所述发电系统的驱动方法具有:对所述第I燃烧器提供所述燃料气体来驱动所述第I涡轮机的工序；接下来驱动所述燃料电池的工序；和接下来对所述第2燃烧器提供所述燃料气体废气来驱动所述第2涡轮机的工序。
因此，在对燃气涡轮机进行驱动时，通过将燃料气体提供给第I燃烧器来驱动第I涡轮机。另外，在第I涡轮机被驱动后，将经压缩机压缩后的一部分压缩空气提供给燃料电池，来驱动燃料电池。然后，由于如果燃料电池被驱动，就会从燃料电池排出燃料气体废气，因此将该燃料气体废气提供给第2燃烧器。如此，本发明的发电系统的驱动方法使燃料气体废气和燃料气体分别在分开的燃烧器中独立燃烧。由此，不需要将燃料气体废气和燃料气体在混合器中进行混合，不会出现各燃料气体混合不均匀而使燃烧变得不稳定的情况，不需要应对在混合器或其周边配管中因温度差而出现的热伸长，因此能够消除因种类不同的燃料气体的温度差导致的不良状况。并且，本发明的发电系统的驱动方法能使燃料气体废气和燃料气体分别在分开的燃烧器中独立燃烧，并且能高效地驱动燃料电池。
另外，本发明的发电系统的驱动方法的特征在于，具备:接断部，其连接或切断所述第I涡轮机与所述第2涡轮机的轴连结；所述发电系统的驱动方法具有:通过所述接断部来切断所述第I涡轮机与所述第2涡轮机的轴连结的工序；接下来对所述第I燃烧器提供所述燃料气体来驱动所述第I涡轮机的工序；接下来驱动所述燃料电池的工序；接下来通过所述接断部来连接所述第I涡轮机与所述第2涡轮机的轴连结的工序；和接下来对所述第2燃烧器提供所述燃料气体废气来驱动所述第2涡轮机的工序。
因此，在不具备接断部的情况下，由于在仅第I涡轮机的驱动时，在不对第2涡轮机提供燃烧气体的状态下，第2涡轮机会与第I涡轮机一起旋转，因此会给第I涡轮机带来负载，但通过具备接断部，能防止给第I涡轮机带来负载的事态。
用于达成上述目的的本发明的发电系统，将从燃料电池排出的燃料气体废气作为燃气涡轮机的燃烧器的燃料来利用，所述发电系统的特征在于，所述燃烧器具备:第I主喷嘴；第2主喷嘴；第I主喷嘴燃料线路，其与所述第I主喷嘴连接，并输送从所述燃料电池排出的所述燃料气体废气；第2主喷嘴燃料线路，其与所述第2主喷嘴连接，并输送与所述燃料气体废气种类不同的燃料气体；第I主喷嘴控制阀，其设置在所述第I主喷嘴燃料线路上；和第2主喷嘴控制阀，其设置在所述第2主喷嘴燃料线路上；该发电系统具有控制部，该控制部在起动所述燃气涡轮机时进行将所述第I主喷嘴控制阀关闭并将所述第2主喷嘴控制阀打开的控制，如果在所述燃气涡轮机的起动后起动了所述燃料电池，则进行将所述第I主喷嘴控制阀打开并将所述第2主喷嘴控制阀缩窄的控制。
因此，在起动燃气涡轮机时，通过将燃料气体提供给燃烧器来起动燃气涡轮机。另外，在起动了燃气涡轮机后，将经压缩机压缩后的一部分压缩空气提供给燃料电池，来起动燃料电池。然后，由于如果起动了燃料电池，就会从燃料电池排出燃料气体废气，因此将该燃料气体废气提供给燃烧器，并且提供缩减了流量的给定