发电系统的制作方法
【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，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]众所周知，固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell)以下称为SOFC，是一种用途较广的高效率燃料电池。在该SOFC中，为了提高离子传导率设定的工作温度较高，因此，作为向空气极一侧供应的空气即氧化剂，能够使用从燃气轮机的压缩机喷出的压缩空气。另外，SOFC能够将排出的高温的排出燃气作为燃气轮机的燃烧器的燃料而使用。
[0003]因此，例如正如下述专利文献I所述，作为能够实现高效率发电的发电系统，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。在该专利文献I所述的复合系统中，燃气轮机具有:将空气压缩后供应给SOFC的压缩机；由从该SOFC排出的排出燃气及压缩空气生成燃烧气体的燃烷器。
[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
[0007]发明拟解决的问题
[0008]如上所述，在以往的发电系统中，燃烧器利用从SOFC排出的排出燃气及另行供应的燃气，生成燃烧气体。在这种情况下，从SOFC排出的排出燃气为约400°C，另行供应的燃气为常温例如约15°C，因此，两者之间将产生较大的温差。因此，需要对供应排出燃气或燃气的导管等实施热伸长对策。另外，为了均匀地混合排出燃气与燃气，也有在燃烧器的上流导管设置混合器的情况。通过设置该混合器，能够均匀地混合低热量的排出燃气与高热量的燃气。但是，排出燃气与燃气之间存在较大的温差，因此，需要向混合器或其周边导管，例如将排出燃气或燃气供应至混合器的导管等，实施热伸长对策。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于，为解决上述课题提供一种即使排出燃气与燃气之间存在较大的温差，也可不需要混合器或其周边导管的热伸长对策的发电系统。
[0010]为实现上述目的，本发明的发电系统的特征在于，具有:燃料电池；燃气轮机，其具有压缩机与燃烧器；第I压缩空气供应管线，其将压缩空气从所述压缩机供应至所述燃烧器；第2压缩空气供应管线，其将压缩空气从所述压缩机供应至所述燃料电池；排出空气供应管线，其将从所述燃料电池排出的排出空气供应至所述燃烧器；第I燃气供应管线，其将第I燃气供应至所述燃烧器；第2燃气供应管线，其将第2燃气供应至所述燃料电池；排出燃气供应管线，其将从所述燃料电池排出的排出燃气供应至所述燃烧器；加热装置，其加热通过所述第I燃气供应管线供应至所述燃烧器的第I燃气。
[0011]从而，由于第I燃气在通过第I燃气供应管线时被加热装置加热，因此排出燃气与第I燃气的温差减少，温度相近的第I燃气与排出燃气被供应至燃烧器，从而燃气轮机燃烧器能够同时高效率燃烧排出燃气与第I燃气，生成最合适的燃烧气体，并且能够确保在燃气轮机燃烧器中稳定燃烧而提高发电效率。
[0012]本发明的发电系统，其特征在于，所述加热装置为热交换器。
[0013]从而，由于将加热装置设为热交换器，能够高效率的使用热能，且由于不需要其他燃烧器等，因此能够抑制高成本化。
[0014]本发明的发电系统，其特征在于，所述热交换器在流动于所述排出空气供应管线的排出空气，与流动于所述第I燃气供应管线的第I燃气之间进行热交换。
[0015]从而，通过对排出空气与第I燃气进行热交换来加热第I燃气，因此，能够高效率加热第I燃气，另外，能够降低高温的排出空气的温度，且能够简化该排出空气的供应设备而降低制造成本。
[0016]本发明的发电系统，其特征在于，所述热交换器在流动于所述排出燃气供应管线的排出燃气，与流动于所述第I燃气供应管线的第I燃气之间进行热交换。
[0017]从而，通过对排出燃气与第I燃气进行热交换来加热第I燃气，因此，能够高效率加热第I燃气，另外，通过降低排出燃气的温度，能够极力减少该排出燃气与第I燃气之间的温差。
[0018]本发明的发电系统，其特征在于，所述加热装置具有:第I热交换器，其在流动于排出空气供应管线的排出空气与热交换介质之间进行热交换；第2热交换器，其在经所述第I热交换器热交换的热交换介质与流动于所述第I燃气供应管线的第I燃气之间进行热交换。
[0019]从而，第I燃气从由排出空气加热的热交换介质中获取热能而被加热，因此，能够防止燃气之间的热交换而确保其安全性。
[0020]本发明的发电系统，其特征在于，设置有混合器，该混合器混合流动于所述排出燃气供应管线的排出燃气，及由所述加热装置加热的第I燃气。
[0021]从而，将排出燃气与被加热的第I燃气用混合器混合后供应至燃烧器，排出燃气与第I燃气的温差减少，因此，能够对两者进行适当的混合，且能够提高于燃烧器中的燃烧效率。
[0022]发明效果
[0023]根据本发明的发电系统，由于设置有加热装置，该加热装置加热通过第I燃气供应管线供应至燃烧器的第I燃气，因此，能够高效率燃烧排出燃气与第I燃气，生成最佳的燃烧气体，且能够确保在燃气轮机燃烧器中的稳定燃烧而提高发电效率。
【附图说明】
[0024]图1是表示本发明的实施例1所涉及的发电系统中的燃气的供应管线的概要图。
[0025]图2是表示实施例1的发电系统的结构概要图。
[0026]图3是表示本发明的实施例2所涉及的发电系统中的燃气的供应管线的概要图。
[0027]图4是表示本发明的实施例3所涉及的发电系统中的燃气的供应管线的概要图。
【具体实施方式】
[0028]以下参照附图，详细说明本发明所涉及的发电系统的优选实施例。另外，本发明并不限定于该实施例，且，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。
[0029]实施例1
[0030]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、燃气轮机以及蒸汽轮机组合而成的三重联合循环，该三重联合循环的注册商标为Triple Combined Cycle。该三重联合循环通过在燃气轮机联合循环发电(GTCC)的上游侧设置S0FC，能够通过S0FC、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，在以下说明中，作为本发明的燃料电池适用固体氧化物燃料电池进行说明，但并不限定于此种形式的燃料电池。
[0031]图1为表示本发明的实施例1所涉及的发电系统中的燃气的供应管线的概要图；图2是表示实施例1的发电系统的结构概要图。
[0032]实施例1中，如图2所示，发电系统10具有燃气轮机11、发电机12、S0FC13、蒸汽轮机14以及发电机15。该发电系统10构成为:通过组合利用燃气轮机11的发电、利用S0FC13的发电、以及利用蒸汽轮机14的发电，可获得较高的发电效率。
[0033]燃气轮机11具有压缩机21、燃烧器22、涡轮机23，压缩机21和涡轮机23可通过旋转轴24 —体旋转地进行连接。压缩机21将从空气吸入管线25吸入的空气A进行压缩。燃烧器22将从压缩机21通过第I压缩空气供应管线26供应的压缩空气Al，以及供应自第I燃气供应管线27的燃气LI混合后，进行燃烧。涡轮机23借助从燃烧器22通过排气供应管线28供应的燃烧气体Gl进行旋转。另外，虽未图示，涡轮机23通过机室供应利用压缩机21压缩的压缩空气Al，并将该压缩空气Al作为冷却空气来冷却叶片等。发电机12与涡轮机23设置在同轴上，能够通过旋转涡轮机23来发电。另外，此处，作为供应至燃烧器22的燃气LI，使用例如液化天然气(LNG)。
[0034]S0FC13通过供应作为还原剂的高温燃气及作为氧化剂的高温空气即氧化性气体，在规定的运行温度下发生反应，进行发电。该S0FC13构成为:在压力容器内收容空气极、固体电解质和燃料极。通过将利用压缩机21压缩的部分压缩空气A2供应至空气极，将燃气L2供应至燃料极，进行发电。另外，此处，作为供应至S0FC13的燃气L2，例如可使用液化天然气(LNG)、氢(H2)和一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)等烃类气体、以及利用煤炭等碳质原料的气化设备制成的气体。此外，供应至S0FC13的氧化性气体是含氧量约为15%?30%的气体，作为代表优选为空气，但除了空气以外还可使用燃烧排气和空气的混合气体或氧气和空气的混合气体等。以下，将供应至S0FC13的氧化性气体称为空气。
[0035]该S0FC13连接着从第I压缩空气供应管线26分叉的第2压缩空气供应管线31，并且将压缩机21压缩的部分压缩空气A2供应至空气极的导入部。该第2压缩空气供应管线31上，沿着压缩空气A2的流动方向设有可调节要供应的空气量的控制阀32，以及可将压缩空气A2进行升压的鼓风机33即增压机。控制阀32设置在第2压缩空气供应管线31中压缩空气A2的流动方向的上游侧，鼓风机33设置在控制阀32的下游侧。S0FC13连接着排空气管线34，该排空气管线34排出空气极中使用的压缩空气A3即排出空气。该排空气管线34分叉为将空气极中使用的压缩空气A3排出到外部的排出管线35，以及连接至燃烧器22的压缩空气循环管线36。排出管线35设有可调节要排出的空气量的控制阀37，压缩空气循环管线36设有可调节要循环的空气量的控制阀38。
[0036]此外，SOFC13设有将燃气L2供应至燃料极的导入部的第2燃气供应管线41。第2燃气供应管线41设有可调节要供应的燃气量的控制