发电系统及发电系统的运行方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发电系统及发电系统的运行方法，其中，该发电系统由固体氧化物燃料电池、燃气轮机以及蒸汽轮机组合而成。
【背景技术】
[0002]众所周知，固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell:以下称为S0FC)是一种用途较广的高效率燃料电池。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应至空气极侧的空气(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]另外，专利文献2中公开了下述内容，即:在使从SOFC排出的废空气与供至SOFC的空气热交换之后，与废热回收锅炉的管道之间进行热交换，从而将废空气的热量利用于废热回收锅炉的发电中。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本专利特开2009-205930号公报
[0008]专利文献2:日本专利特开平11-297336号公报
[0009]发明拟解决的问题
[0010]上述现有的发电系统从SOFC排出作为废空气的过热至高温的空气。在专利文献I中，与废空气进行各种热交换，从而将废空气中所含的热量回收。此处，在发电系统中，效率有待进一步提高，并且废空气的利用方法还有改善的余地。
【发明内容】
[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能够有效地利用从SOFC排出的废空气的热量的发电系统及发电系统的运行方法。
[0012]解决问题的方法
[0013]用于达成上述目的的本发明的发电系统，其特征在于，具备:燃气轮机，其具有压缩机和燃烧器；燃料电池，其具有空气极及燃料极；废空气流通管线，用于将从所述燃料电池排出的废空气供应至所述燃气轮机；废燃料气供给管线，用于将从所述燃料电池排出的废燃料气供应至所述燃气轮机；涡轮机，其具备高压涡轮机、中压涡轮机以及低压涡轮机；废热回收锅炉，其具备高压蒸汽循环机构、中压蒸汽循环机构以及低压蒸汽循环机构，其中，所述高压蒸汽循环机构从排出自所述燃气轮机的废气中回收热量，生成蒸汽，并将所生成的蒸汽供应至所述高压涡轮机，所述中压蒸汽循环机构从排出自所述燃气轮机的废气中回收热量，生成比所述高压蒸汽循环机构的蒸汽压力低的蒸汽，并将所生成的蒸汽供应至所述中压涡轮机，所述低压蒸汽循环机构从排出自所述燃气轮机的废气中回收热量，生成比所述中压蒸汽循环机构的蒸汽压力低的蒸汽，并将所生成的蒸汽供应至所述低压涡轮机；以及至少一个废空气用热交换器，其使蒸汽与在所述废空气流通管线流动的废气之间进行热交换，使所述蒸汽升温，使所述废气降温，所述蒸汽在所述高压蒸汽循环机构或者所述中压蒸汽循环机构中与所述废气进行热交换，流向所述涡轮机。
[0014]因此，通过与在高压蒸汽循环机构或者中压蒸汽循环机构中过热后的蒸汽之间进行热交换，使废空气降温，能够在防止废空气的温度大幅降低的同时使废空气降温。由此，能够维持较高温的状态供应至燃气轮机，从而能够在燃气轮机及废热回收锅炉两者中回收废空气中所含的热量。由此，能够提高利用效率。此外，通过使废空气降温，能够减小废空气流通管线上的负担。
[0015]本发明的发电系统的特征在于，所述高压蒸汽循环机构具备高压过热器，在所述废空气用热交换器，利用所述高压过热器过热后的蒸汽与所述废空气之间进行热交换，在所述高压蒸汽循环机构流动的蒸汽，在所述废空气用热交换器中热交换后，供应至所述高压涡轮机。
[0016]因此，能够在防止废空气的温度大幅降低的同时使废空气降温。
[0017]本发明的发电系统的特征在于，具有用于向所述燃气轮机供应燃料气体的燃料气体供给管线和至少一个燃料气体用热交换器，其中，所述燃料气体用热交换器使在所述高压蒸汽循环机构中与所述废气进行热交换且流向所述涡轮机的蒸汽与在所述燃料气体供给管线流动的燃料气体之间进行热交换，使所述蒸汽降温，使所述燃料气体升温，其中，在所述高压蒸汽循环机构流动的蒸汽，在所述燃料气体用热交换器中热交换后，在所述废空气用热交换器中进行热交换，然后供应至所述高压涡轮机。
[0018]因此，能够在防止废空气的温度大幅降低的同时使废空气降温。另外，通过使燃料气体升温，能够在燃气轮机和涡轮机两者中回收其热量。
[0019]本发明的发电系统的特征在于，所述废热回收锅炉还具有再热蒸汽循环机构，所述再热蒸汽循环机构具备利用从所述燃气轮机排出的废气使所回收蒸汽升温的再热器，并且回收从高压涡轮机通过后的蒸汽，利用所述再热器使所回收蒸汽升温，将升温后的蒸汽供应至所述中压涡轮机，在所述废空气用热交换器，利用所述再热器过热后的蒸汽与所述废空气之间进行热交换，在所述再热蒸汽循环机构流动的蒸汽，在所述废空气用热交换器中热交换后，供应至所述中压涡轮机。
[0020]因此，能够在防止废空气的温度大幅降低的同时使废空气降温。
[0021]另外，根据本发明的发电系统的运行方法，其中，所述发电系统具备:燃气轮机，其具有压缩机和燃烧器；燃料电池，其具有空气极及燃料极；废空气流通管线，用于将从所述燃料电池排出的废空气供应至所述燃气轮机；废燃料气供给管线，用于将从所述燃料电池排出的废燃料气供应至所述燃气轮机；涡轮机，其具备高压涡轮机、中压涡轮机以及低压涡轮机；废热回收锅炉，其具有高压蒸汽循环机构、中压蒸汽循环机构以及低压蒸汽循环机构，其中，所述高压蒸汽循环机构从排出自所述燃气轮机的废气中回收热量，生成蒸汽，并将所生成的蒸汽供应至所述高压涡轮机，所述中压蒸汽循环机构从排出自所述燃气轮机的废气中回收热量，生成比所述高压蒸汽循环机构的蒸汽压力低的蒸汽，并将所生成的蒸汽供应至所述中压涡轮机，所述低压蒸汽循环机构从排出自所述燃气轮机的废气中回收热量，生成比所述中压蒸汽循环机构的蒸汽压力低的蒸汽，并将所生成的蒸汽供应至所述低压涡轮机，该发电系统的运行方法的特征在于，包括:在所述高压蒸汽循环机构或者所述中压蒸汽循环机构中，使流通的蒸汽与所述废气进行热交换的工序；在进行热交换后，使流向所述涡轮机的蒸汽与在所述废空气流通管线流动的废气之间进行热交换，使所述蒸汽升温，使所述废气降温的工序。
[0022]因此，通过与在高压蒸汽循环机构或者中压蒸汽循环机构中过热后的蒸汽之间进行热交换，使废空气降温，能够在防止废空气的温度大幅降低的同时使废空气降温。由此，能够维持较高温的状态供应至燃气轮机，从而能够在燃气轮机及废热回收锅炉两者中回收废空气中所含的热量。由此，能够提高利用效率。此外，通过使废空气降温，能够减小废空气流通管线上的负担。
[0023]发明效果
[0024]根据本发明的发电系统及发电系统的运行方法，通过与在高压蒸汽循环机构或者中压蒸汽循环机构中过热后的蒸汽之间进行热交换，使废空气降温，能够在防止废空气的温度大幅降低的同时使废空气降温。由此，能够维持较高温的状态供应至燃气轮机，从而能够在燃气轮机及废热回收锅炉两者中回收废空气中所含的热量。由此，能够提高利用效率。
【附图说明】
[0025]图1是表示本实施例的发电系统的概略结构图。
[0026]图2是表示本发明的一个实施例所涉及的发电系统中的废热回收锅炉和涡轮机的概略结构图。
[0027]图3是表示本实施例的发电系统的热交换单元的概略结构图。
[0028]图4是表示本实施例的发电系统的热交换单元的其他例子的概略结构图。
[0029]图5是表示本实施例的发电系统的热交换单元的其他例子的概略结构图。
【具体实施方式】
[0030]以下参照附图，详细说明本发明所涉及的发电系统及发电系统的运行方法的优选实施例。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。
[0031]实施例
[0032]本实施例的发电系统是由固体氧化物燃料电池(以下称为“SOFC”)、燃气轮机以及蒸汽轮机组合而成的三联循环系统(注册商标)。该三联循环系统通过在燃气轮机联合循环发电(GTCC)的上游侧设置SOFC，能够通过SOFC、燃气轮机、蒸汽轮机这三个阶段进行发电，因此能够实现极高的发电效率。另外，在以下的说明中，以本发明的燃料电池使用固体氧化物燃料电池为例进行说明，但是，并不限定于该形式的燃料电池。
[0033]图1是表示本实施例的发电系统的概略结构图。在本实施例中，如图1所示，发电系统10具有燃气轮机11和发电机12、SOFC13、以及蒸汽轮机14和发电机15。该发电系统10构成为:通过组合燃气轮机11发电、SOFC13发电、蒸汽轮机14发电，能够得到高的发电效率。另外，发电系统10具备控制装置62。控制装置62根据输入的设定、输入的指示以及利用检测部检测出的结果等，对发电系统10的各部的动作进行控制。
[0034]燃气轮机11具有压缩机21、燃烧器22以及涡轮机23，压缩机21和涡轮机23以通过旋转轴24能够呈一体地旋转的方式被连接。压缩机21将从空气吸入管线25吸入的空气A加以压缩。燃烧器22将从压缩机21经由第I压缩空气供给管线26供给的压缩空气A1和从第丨燃料气体供给管线27供给的燃料气体LI混合后进行燃烧。涡轮机23在从燃烧器22经由废气供给管线28供给的废气(燃烧气体)G的作用下进行旋转。另外，虽未图示，但是，被压缩机21压缩过的压缩空气Al经由机壳供向涡轮机23，该压缩空气Al作为冷却空气对叶片等进行冷却。发电机12与涡轮机23设置在同一条轴上，能够通过涡轮机23旋转而进行发电。另外，在此，作为供给燃烧器22的燃料气体LI，使用例如液化天然气(LNG) ο
[0035]SOFC13，通过接收