JP2810367B2 - Operating method of fuel cell power plant and fuel cell power plant - Google Patents
Operating method of fuel cell power plant and fuel cell power plantInfo
- Publication number
- JP2810367B2 JP2810367B2 JP62268298A JP26829887A JP2810367B2 JP 2810367 B2 JP2810367 B2 JP 2810367B2 JP 62268298 A JP62268298 A JP 62268298A JP 26829887 A JP26829887 A JP 26829887A JP 2810367 B2 JP2810367 B2 JP 2810367B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- fuel cell
- exhaust gas
- pressure
- reformer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
- H01M8/04335—Temperature; Ambient temperature of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
- H01M8/0435—Temperature; Ambient temperature of cathode exhausts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
- H01M8/04373—Temperature; Ambient temperature of auxiliary devices, e.g. reformers, compressors, burners
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
- H01M8/04388—Pressure; Ambient pressure; Flow of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
- H01M8/04395—Pressure; Ambient pressure; Flow of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
- H01M8/04402—Pressure; Ambient pressure; Flow of anode exhausts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
- H01M8/0441—Pressure; Ambient pressure; Flow of cathode exhausts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
- H01M8/04425—Pressure; Ambient pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformers, compressors, burners
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
- H01M8/04432—Pressure differences, e.g. between anode and cathode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04701—Temperature
- H01M8/04716—Temperature of fuel cell exhausts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04701—Temperature
- H01M8/04738—Temperature of auxiliary devices, e.g. reformer, compressor, burner
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04746—Pressure; Flow
- H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04746—Pressure; Flow
- H01M8/04761—Pressure; Flow of fuel cell exhausts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04746—Pressure; Flow
- H01M8/04776—Pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformer, compressor, burner
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04746—Pressure; Flow
- H01M8/04783—Pressure differences, e.g. between anode and cathode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0612—Combination 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
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、燃料電池を用いたコジェネレーションプラ
ントの運転方法に係り、特に、低負荷域まで安定な運転
が可能であり、かつ、熱/電子出力を任意に選択するこ
とができる運転方法と、その装置とに関するものであ
る。
〔従来の技術〕
従来の燃料電池発電プラントでは、特公昭58−56231
号公報に記載のように、燃料電池アノードの未反応燃料
を改質器燃焼部へ供給して熱回収を行うこと等により、
定格での発電効率の向上を図っていた。しかし、部分負
荷時の運転方法、特にコジェネレーションを考慮した部
分負荷時の特性については検討が行なわれなかったた
め、特別な配慮はされていなかった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術においては、部分負荷時の運転方法につ
いて配慮されておらず、定格負荷運転時の発電効率向上
のため、加圧の発電プラントを構成している。そして、
部分負荷運転時は、補助燃料を供給して膨張タービン,
圧縮機を負荷範囲全域でほぼ一定の運転条件に保ち、プ
ラントの運転圧力を一定に保っている。このように圧力
を一定に保つと、燃料制御弁の制御特性および膨張ター
ビン圧縮機の運転特性が制約されるので、部分負荷時の
運用特性が悪く、特に最低負荷率が高くなるという問題
がある。また、コジェネレーションプラントにおいて
は、電力需要および熱需要の両方に対応した負荷運用が
できないという問題があった。
本発明の目的は、加圧の燃料電池プラントの部分負荷
での運用性を向上させると同時に、特にコジェネレーシ
ョンプラントにおいて、任意の比率で、電気出力と熱出
力とを供給することができる負荷運用性に優れた、信頼
性の高い高効率な燃料電池発電プラントの運転方法を提
供することにあり、他の目的は、上記方法を的確に実施
し得る燃料電池発電プラントを提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の燃料電池発電プラントの運転方法において
は、電力要求負荷信号に基づいて燃料系統の燃料圧力を
選定し、該選定した圧力と現在の燃料圧力との差を吸収
すべく燃料圧力調整弁の開度を調整する工程と、燃料電
池カソードから排出されたカソード排ガスを熱交換し、
膨張タービンに供給する排ガスの入熱量を調整すると共
に、該膨張タービンから排熱回収ボイラに供給される排
ガスの入熱量を調整する工程とを有することを特徴とす
るものである。
また本発明の燃料電池発電プラントにおいては、電力
要求負荷信号に基づいて燃料系統の燃料圧力を選定し、
該選定した圧力と現在の燃料圧力との差を吸収すべく燃
料圧力調整弁の開度を調整する手段と、カソード排ガス
系の途中位置に設置され、該カソード排ガスと熱交換す
ると共に、熱交換されたカソード排ガスを膨張タービン
に供給させる熱回収ボイラと、膨張タービンから排出さ
れた排ガスの排気系の途中位置に設置され、燃料系の燃
料の一部を導き、排熱回収ボイラへ供給される排ガスの
入熱量を調整する補助燃焼装置とを有することを特徴と
するものである。
〔作用〕
本発明の燃料電池発電プラントの運転方法では、上述
の如く、電力要求負荷信号に基づいて燃料系統の燃料圧
力を選定し、該選定した圧力と現在の燃料圧力との差を
吸収すべく燃料圧力調整弁の開度を調整する工程を有す
るので、電気出力を制御することができ、また燃料電池
カソードから排出されたカソード排ガスを熱交換し、膨
張タービンに供給する排ガスの入熱量を調整すると共
に、該膨張タービンから排熱回収ボイラに供給される排
ガスの入熱量を調整する工程を有するので、熱出力を制
御することができ、したがって、電気出力と熱出力とを
任意の比率で供給することができ、電力需要と熱需要と
の双方の需要に対処できることにより、負荷運用性に優
れた信頼性の高い高効率を得ることができる。
また、本発明の燃料電池発電プラントでは、上述の如
く、電力要求負荷信号に基づいて燃料系統の燃料圧力を
選定し、該選定した圧力と現在の燃料圧力との差を吸収
すべく燃料圧力調整弁の開度を調整する手段と、カソー
ド排ガス系の途中位置に設置され、該カソード排ガスと
熱交換すると共に、熱交換されたカソード排ガスを膨張
タービンに供給させる熱回収ボイラと、膨張タービンか
ら排出された排ガスの排気系の途中位置に、燃料系の燃
料の一部を導き、排熱回収ボイラへ供給される排ガスの
入熱量を調整する補助燃焼装置とを有して構成したの
で、上記方法を的確に実施し得る。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を第1図乃至第15図により説明
する。第1図乃至第8図は本発明による燃料電池発電プ
ラントの運転方法を実施するためのプラントの第一の実
施例を示している。
本発明の運転方法を実施するための燃料電池発電プラ
ントは、第1図に示す燃料1が、約6〜10kg/cm2に加圧
されて改質器4に供給される。改質器4では、天然ガス
等の燃料を、改質器反応部5で、膨張タービン37の排熱
回収ボイラ41等により生成される蒸気3と改質反応を起
こさせ、,燃料(水素)及び一酸化炭素を主成分とする
ガスに改質させる。
改質させた水素及び一酸化炭素を主成分とする反応ガ
スは約600℃で燃料電池8のアノード9へ供給される。
本実施例で用いた燃料電池8は、燃料電池の積層体に
より構成され、各燃料電池は、正極と負極とこれらの両
極の間に配置された電解質10と、正極の非電解質側に設
けられたガス通路(正極及び正極ガス通路をカソード11
と呼ぶ)と負極の非電解質側に設けられたガス通路(負
極及び負極ガス通路をアノード9と呼ぶ)とを含む。
本実施例では、電解質10に炭酸リチウム,炭酸カリウ
ムなどの炭酸塩を用い、それが溶融状態になる約550℃
〜700℃の温度で運転する溶融炭酸塩タイプのものを用
いている。
アノード9へ供給された反応ガス7は、カソード11へ
供給される空気及び炭酸ガスとの混合ガス(酸化剤ガ
ス)30と反応する。カソード11では、上記酸化剤ガスが
電子を受け取って炭酸イオンになり、電解質10の中に入
る。アノード9では、水素と電解質中の炭酸イオンが反
応し、炭酸ガス及び水を生成して電子を放出する。この
結果、アノード9からカソード11へ電子が移動すること
により電流が発生する。
燃料電池8のアノード排ガス12には、反応ガス7中の
水素,一酸化炭素と、炭酸イオンとの反応により生成し
た炭酸ガス,水とを含んでいる。そして、このアノード
排ガス12は、ガス/ガス熱交換器13にて熱交換し冷却さ
れる。これがさらにガス冷却器87にて冷却され、気水分
離器15にて水分が分離される。水分を分離したアノード
排ガス17は、圧縮機18にて圧縮され、改質器燃焼部6へ
供給される。
燃料1を蒸気3と反応させて水素及び一酸化炭素に改
質する蒸気改質反応は吸熱反応であり、外部から熱を与
える必要がある。本実施例では、改質器燃焼部6へ燃料
電池アノード排ガス12(20)を供給し、ガス中に含まれ
る水素,一酸化炭素等の未反応燃料を燃焼させて反応熱
を供給している。
改質器4の反応は、改質器反応部5へ供給する燃料1
と蒸気3との比が一定となるよう燃料流量に比例して蒸
気3の流量を制御すること、及び反応温度が一定となる
よう改質器燃焼部6の燃焼温度84を空気流量調整弁73に
より調整し、空気過剰率を制御することにより行ってい
る。
燃料電池8のカソード11へ供給される酸化剤ガス(混
合ガス)30は、前述した如く空気と炭酸ガスとの混合ガ
スである。そのうち、空気は空気圧縮機36にて、定格負
荷運転時6〜10kg/cm2に加圧され供給される。一方、炭
酸ガスは、改質器燃焼部6の排ガス21として供給され
る。排ガス21は、燃料となるアノード排ガス20昇圧圧縮
機18で加圧すること、及び空気27を圧縮機36で加圧する
ことにより、定格負荷運転時6〜10kg/cm2に生成されて
いる。
燃料電池8は、反応圧力,反応温度,反応ガス中の燃
料濃度が高いほど反応ガスの持つ熱量から電気出力とし
て取り出させ割合である発電効率が高いことが知られて
いる。
反応ガス圧力については、燃料電池の発電効率は、圧
力が高いほど高くなるが、日本国内では、法規制上の制
約により10kg/cm2以下とするのが一般的にである。
燃料電池で反応したガスの持つ熱量のうち、電気出力
として取り出すことのできない熱量は、分極,接触抵抗
等の抵抗により熱に変換させるため、燃料電池を冷却す
る必要がある。
燃料電池8の冷却は、アノード9及びカソード11への
多量のガスを流して冷却している。燃料電池カソード11
の排ガス32は、膨張タービン37へ供給し、該膨張タービ
ン37によって圧縮機36を駆動することにより熱回収を行
っている。
燃料電池発電プラントは、改質器4,燃料電池8,膨張タ
ービン37が相互にバランスして、熱回収システムを構成
することにより、定格負荷運転時のプラント総合発電効
率45〜50%、総合熱効率80〜85%を達成している。
また燃料電池8は、薄い燃料電池の積層体で構成され
ているため、アノード9,カソード11間の差圧を0.01〜0.
1kg/cm2程度に押さえる必要がある。
従来の加圧燃料電池プラントでは、燃料圧力を一定と
して、燃料流量調整弁68により燃料流量を制御し、膨張
タービン37へ補助燃料を供給して、該膨張タービン37を
ほぼ一定運転とし、部分負荷の運用を行っていた。この
場合、燃料流量調整弁68の調整範囲は約20〜100%程度
であり、膨張タービン37の運転特性により、プラント全
体の部分負荷運用が制約される。
なお、燃料流量調整弁68の調整は第3図に示すよう
に、制御装置66の差分演算部66aが、入力された電力負
荷要求信号64と負荷設定値とを比較してその差を求める
と共に、該求めた差に応じ燃料流量を求めると、比例ゲ
イン66bがその値に基づきセレクタ66c,自動/手動の切
替器(この場合は自動である)66dを介し、弁用の信号
に変換するコンバータ66eに出力することにより、燃料
流量調整弁68の開度が調整されるものである。
本発明では、燃料電池発電プラントへの電力負荷要求
信号64に基づいて燃料圧力を選定し、該選定した燃料圧
力に応じて圧力調整弁65の開度を調整することにより燃
料電池8の電気出力を制御する。
即ち、第1図に示すように、燃料1を供給する配管の
途中位置に燃料圧力発信器(PX)102を設置し、制御装
置66において第2図に示すように、電力負荷要求信号64
が入力されたとき、差分演算部66aが電力負荷要求信号6
4と圧力発信器102によって検出された燃料圧力とを比較
し、予め定められた負荷と圧力との関係に基づき、電力
負荷要求信号64に対応する燃料圧力を選定すると共に、
該選定した燃料圧力と現在の燃料電池8の負荷信号62に
対応する燃料圧力との差を求めると共に、比例ゲイン66
bがその求めた差に応じセレクタ66c,オート/手動用の
切替器66d(この場合はオートになっている)を介しコ
ンバータ66eに出力し、該コンバータ66eが弁用の電気信
号に変換することにより、燃料圧力調整弁65の開度を調
整する。従って、電力負荷要求信号64に基づいて選定さ
れた燃料圧力と現在の燃料圧力との差を吸収できるよう
に燃料圧力調整弁65の開度を調整することにより、電気
出力48を制御するようにしている。
また、選定された燃料圧力に対応し、膨張タービン37
へ供給される排ガスの熱量を調整することにより圧縮機
36の吐出空気圧力を制御し、燃料電池8のアノード9,カ
ソード11間の差圧を許容値範囲に押さえている。
即ち、燃料電池8のカソード11及び膨張タービン37間
の排ガス管路の途中位置に熱回収ボイラ81を設置し、カ
ソード11からの排ガスが熱回収ボイラ81を通過すること
により、膨張タービン37へ供給される排ガスの熱量を調
整している。この場合、熱回収ボイラ81に供給される給
水82の流量を調整して、排ガス熱量を制御する。
給水82の流量調整は、第1図に示すように、圧縮機36
から供給される空気の圧力を検出する発信器80を設置す
る。そして、制御装置66は第4図に示すよう、差分演算
部66aが前記検出器80による検出信号(空気圧)と、燃
料圧力発信器102からの検出信号(燃料圧力)とを比較
し、その差を求めると共に、その差に対応する給水82の
流量を演算し、比例ゲイン66bが該演算した値に基づき
セレクタ66c,切替器66dを介しコンバータ66eに出力する
ことにより、給水流量調整弁83の開度を調整する。この
調整により、熱回収ボイラ81に送り込まれる蒸気量が制
御されることにより、膨張タービン37に供給すべきカソ
ード排ガス32の入熱量が制御される。
燃料電池で発生する電気出力48は、電解質10中を移動
するイオンの数に比例する。即ち、供給される燃料の重
量流量に比例することになる。燃料の重量流量は、燃料
圧力に比例するので、燃料圧力を調整し、燃料電池8に
供給する燃料ガス(反応ガス7及び排ガス混合ガス)を
調整すれば、結果的に燃料電池8の電気出力を制御する
ことができる。
さらに、圧縮機36の流量と圧力の特性に対応して、改
質反応,電池反応の反応温度を一定に保つ必要がある。
圧縮機36の吐出空気流量は、ほぼ吐出圧力に比例して
減少するが、膨張タービン37,圧縮機36の断熱効率の低
下により、膨張タービン,圧縮機の作動点は、燃料電池
8の動作点と比べて相対的に高負荷領域に移行する。し
たがって、吐出空気流量は、反応に必要とされる流量に
比べて過剰に供給される。改質器4の反応は温度に依存
するため、改質器燃焼部6の温度を、空気流量調整弁73
により空燃比を制御することにより行っている。そのた
め、改質器燃焼部6の温度を検出する改質器燃料温度発
信器84を設置し、制御装置66において、差分演算部66a
が第5図に示すように、前記発信器84の検出温度と予め
定められた設定値(SG)とを比較してその差を求めると
共に、該求めた差に対応する空気流量を演算し、比例ゲ
イン66bがその演算した値に基づきセレクタ66c,切替器6
6dを介しコンバータ66eに出力して、空気流量調整弁73
の開度を調整している。
燃料電池8の反応温度については、カソード出口ガス
31の温度ガスの一部を、カソード再循環圧縮機34により
再循環することにより行っている。
部分負荷運転時、改質器燃焼部6に供給される空気77
の一部46が補助燃焼器69に送られ、改質器燃焼部6を空
気の一部がバイパスすることから、カソード11へ供給さ
れる酸化剤ガス21の温度が低下するので、カソード循環
流量が増加し、補機動力の増加を招くおそれがあるが、
改質器燃焼部6の出口部に設置した補助燃焼器69に対
し、燃料1の一部を補助燃料47として引き込み、補助燃
料調整弁43で供給することにより、酸化剤ガス21の温度
を制御している。
そのため、第1図に示すように、酸化剤ガス21の温度
を検出する温度発信器85を設置し、制御装置66において
第6図に示すように、差分演算部66aが温度発信器85に
よって検出されたガス温度と電力負荷要求信号64とに基
づいて該電力負荷要求信号に対応する温度を選定し、該
選定した温度と負荷信号62に対応する温度との差を求め
ると共に、該差に対応する燃料量を求め、比例ゲイン66
bが求めた差に基づきセレクタ66c,オート/手動用の切
替器66dを介しコンバータ66eに出力することにより、補
助燃料調整弁43の開度を調整し、酸化剤ガス温度を制御
している。
熱出力の需要に対しては、電気出力の需要とは別に、
排熱回収ボイラ41の入口側に燃料1の一部を補助燃料55
として引き出す補助燃焼装置45を設置することにより、
対応することができる。即ち、燃料1の配管の途中位置
に補助燃料調整弁44,補助燃焼装置45を有する配管を設
置し、該補助燃焼装置45に膨張タービン37からの排ガス
39と補助燃料55とが供給されることにより、さらなる排
ガス58として排熱回収ボイラ41に送られる。
ここで、補助燃料55を使用しかつ増加すると、補助燃
料47が不足することから、補助燃料55の増加に対する燃
焼用空気流量については、プラントに供給される燃料流
量と電気出力48と熱出力とから、所要空気量を算出して
バイパス空気流量調整弁74を調整する。
即ち、第1図に示すように、燃料1の供給管における
燃料圧縮機49と燃料圧力調整弁65との間に燃料流量発信
器101を設置すると共に、圧縮機36からの空気27の流量
を検出する空気流量発信器111を設置する。そして、制
御装置66は第8図に示すように、燃料流量発信器101か
らの検出出力と電気出力と熱出力とを取り込むと共に、
差分演算部66aがそれらと前記空気流量発信器111の検出
流量とを比較し、該空気流量発信器111との差に対応す
る空気流量を求め、その差分に応じた空気流量を求める
と、比例ゲイン66bがそれに基づいてコンバータ66eに出
力することにより、バイパス空気流量調整弁74の開度を
調整する。
この場合、上記バイパス空気流量の増加に対応し、補
助燃料調整弁43の調整により補助燃料47を増加し、酸化
剤ガス21の温度を設定値に保つことができる。
なお、補助燃料47及び55の流量増量により、バイパス
空気の必要流量46が増加する。しかし、燃料電池出力が
一定の場合でも補助燃料の増加にしたがって空気圧力が
低下するので、この圧力低下を補うよう、膨張タービン
負荷を増加させればよい。これにより、プラント全体の
圧力はバランスする。
熱出力の制御としては、第7図の構成を用いてもよ
い。例えば第1図に示すように、排熱回収ボイラ41から
供給された蒸気流量,蒸気圧力,蒸気温度を検出するた
めの蒸気流量発信器104,蒸気圧力発信器105,蒸気温度発
信器106を設置する一方、熱回収ボイラ81から供給され
た蒸気流量,蒸気圧力,蒸気温度を検出するための蒸気
流量発信器108,蒸気圧力発信器109,蒸気温度発信器110
を設置する。そして、制御装置66は第7図に示すよう
に、比較演算部66fが前記各発信器104〜106の検出値
と、各発信器108〜110の検出値とを比較すると共に、比
較した結果をさらに差分演算部66aにより熱出力設定値
と比較して差を求め、該求めた差に対応するように補助
燃料供給量を演算し、該演算した値に基づき比例ゲイン
66bがセレクタ66c,切替器66dを介しコンバータ66eに出
力して補助燃料調整弁44の開度を調整することにより行
う。
以上の実施例によれば、燃料1の圧力を調整すること
により電気出力48を制御することができ、また膨張ター
ビン37への入熱量,排熱回収ボイラ41への入熱量及び改
質器7への空気量や燃料を調整することにより、燃料電
池8の電気出力48に左右されることなく、燃料電池の運
転制限範囲内において任意に、熱出力を得ることができ
る。
なお、燃料圧力を変化させる手段としては、燃料圧縮
機49の回転数を制御して燃料流量及び燃料圧力を調整す
ることも可能である。特に燃料電池発電プラントにおい
ては、燃料電池8から直流電気出力48を取り出して、直
流電動機による回転数制御を行うことも可能である。
また、多段の往復動の圧縮機を用い、負荷の範囲に応
じて段数を調整し、大きな負荷変化には段数の切替えに
より、段数の切替えでは調整できない圧力微調整を圧力
調整弁65により行うことも可能である。
第9図は本発明方法を実施するためのプラントの第二
の実施例を示し、圧縮機49の回転数により、燃料圧力を
調整したものである。
即ち、制御装置66は第9図に示すように、差分演算部
66aが電力負荷要求信号64に基づいて燃料圧力を選定
し、該選定した燃料圧力と現在の燃料圧力との差を求め
ると共に、該差に対応する燃料圧縮機49の電動機49Aの
回転数を求め、該求めた値に基づき比例ゲイン66bがセ
レクタ66c,切替器66dを介し燃料圧縮機49用の電動機49A
に出力し、該電動機49Aを求めた回転数で駆動すること
により燃料圧縮機49の回転数を調整したものである。し
たがって、燃料圧縮機49の回転数を変えて燃料圧力を調
整したものであり、燃料圧力を調整する点では前述した
第一の実施例と基本的には同様である。
また第3図乃至第8図の構成も第一の実施例と同様に
共用し、同様の作用効果を得ることができるので、ここ
ではその説明を省略する。
第10図及び第11図は同じく第三の実施例を示してい
る。なお、本例では、前述した第3図乃至第6図を共用
している。
この実施例において前述した実施例と異なるのは、熱
出力の制御を主として熱回収ボイラ81の負荷調整によっ
て行うようにしたものである。即ち、本実施例におい
て、制御装置66は第10図に示すように、比較演算部66f
が前記各発信器104〜106の検出値と、各発信器108〜110
の検出値とを比較すると共に、比較した結果をさらに差
分演算部66aにより熱出力設定値と比較して差を求め、
該求めた差に対応するように補助燃料供給量を演算し、
それに基づき比例ゲイン66bがセレクタ66c,切替器66dを
介しコンバータ66eに出力して補助燃料調整弁43の開度
を調整する。
また、酸化剤ガス21の温度制御については、酸化剤ガ
ス温度発信器85からの検出信号と負荷要求信号とに基づ
き、改質器補助燃焼器69に供給すべきバイパス空気量46
を調整したものであり、概略的には第一の実施例におけ
る第6図と類似しているので、ここではその説明を省略
する。
上述の各実施例は、燃料電池8の出力信号62に対応し
て燃料圧力を選定し、該選定した燃料圧力となるように
燃料1の圧力を種々の手段で変化させることにより、大
きな負荷変化には燃料圧力で対処し、また小さな負荷変
化には燃料流量調整弁26で対処することができるので、
負荷運用範囲を確実に大きくすることができる。因み
に、従来では約20〜100%の負荷程度であったものが、
実施例では、約5〜100%の負荷程度に拡大することが
できる。
また、燃料供給圧力に対応して、圧縮機吐出空気圧力
を減少できるので、空気昇圧のための補助燃料を減少さ
せることができ、部分負荷運転時の発電効率が向上す
る。燃料圧力の低下にしたがって、例えば50%負荷運転
時には約3〜4%電池効率が低下するが、従来例では、
燃料の約10〜15%に相当する補助燃料を供給していたも
のを、実施例ではほぼ0にでき、結局6〜10%程度発電
効率を向上することができる。
さらに、燃料電池8の電気出力48に拘わることなく、
熱出力を得ることができるので、電力,熱のそれぞれの
需要に対応して運転が可能であり、それだけ利用率が向
上するため、償却年数が減少し、経済を高めることがで
きる。なお、本実施例では、熱/電気出力比を約0.6〜
6%程度の範囲で任意に選定することが可能となる。
第12図は本発明方法を実施するためのプラントの第四
の実施例を示している。
前述した第一の実施例では圧縮機吐出空気27の圧力を
空気圧力発信器80により直接検出して制御していたが、
本実施例では、膨張タービン37への入熱を求めることに
より、圧縮機吐出圧力を推定するようにしたものであ
る。即ち、この実施例は、膨脹タービン37に対する入口
側のガス温度と出口側のガス温度とをそれぞれ温度発信
器(図中に、TEで示す)で検出すると共に、圧縮機36か
らの吐出空気流量を空気流量発信器111で検出すると、
制御装置66がそれらに基づき上記入熱量を算出したもの
である。
第13図は、補助燃焼装置45を膨張タービン37入口側に
設置した第五の実施例を示している。即ち、カソード11
の排ガス31の途中位置に補助燃焼装置45を設置すると共
に、該燃焼装置45に燃料1の一部55を導くよう、補助燃
料調整弁44を有する配管を接続している。
本実施例によれば、膨張タービン37入口側に補助燃焼
装置45を設けたことにより、負荷変化に対応して、膨張
タービン37の負荷を第一の実施例,第四の実施例に比べ
て速やかに変化させることができるという利点がある。
第14図は他の実施例を示している。
第一〜第三の実施例においてはアノード出口ガス20を
改質器燃焼部6に供給した例を示したが、本実施例にお
いては、アノード出口ガス20を補助燃焼器69に供給でき
るように配管したものである。
本実施例によれば、部分負荷運転時、燃料電池には、
余剰の燃料が供給されることになり、燃料電池アノード
9中での水素濃度が高くなるため、第一の実施例に比べ
て部分負荷運転時の発電効率を向上させることができ
る。向上値は第一の実施例に比べて3〜4%程度であ
る。
第15図は本発明に係る熱量電池発電プラントの第一の
実施例における部分負荷特性を示す。電気出力を94で、
最小時の熱出力,最大時の熱出力を96で示す。熱出力は
95〜96の範囲で可変することができるため、熱/電気出
力比が97〜98まで可変とすることが可能となり、プラン
トの利用率を向上させることができる結果、それだけ経
済性が向上することがわかる。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明方法によれば、電力要求負
荷信号に基づいて燃料系統の燃料圧力を選定し、該選定
した圧力と現在の燃料圧力との差を吸収すべく燃料圧力
調整弁の開度を調整する工程と、燃料電池カソードから
排出されたカソード排ガスを熱交換し、膨張タービンに
供給する排ガスの入熱量を調整すると共に、該膨張ター
ビンから排熱回収ボイラに供給される排ガスの入熱量を
調整する工程とを有して構成したので、電気出力と熱出
力とを任意の比率で供給することができ、電力需要と熱
需要との双方の需要に対処できることにより、負荷運用
性に優れた信頼性の高い高効率を得ることができる効果
がある。
そして、本発明の燃料電池発電プラントにおいては、
電力要求負荷信号に基づいて燃料系統の燃料圧力を選定
し、該選定した圧力と現在の燃料圧力との差を吸収すべ
く燃料圧力調整弁の開度を調整する手段と、カソード排
ガス系の途中位置に設置され、該カソード排ガスと熱交
換すると共に、熱交換されたカソード排ガスを膨張ター
ビンに供給させる熱回収ボイラと、膨張タービンから排
出された排ガスの排気系の途中位置に、燃料系の燃料の
一部を導き、排熱回収ボイラへ供給される排ガスの入熱
量を調整する補助燃焼装置とを有して構成したので、上
記方法を的確に実施し得る効果がある。
また本発明においては、電力要求負荷信号に基づいて
燃料系統の燃料圧力を選定し、該選定した圧力と現在の
燃料圧力との差を吸収すべく燃料圧力調整弁の開度を調
整する手段と、カソード排ガス系の途中位置に設置さ
れ、該カソード排ガスと熱交換すると共に、熱交換され
たカソード排ガスを膨張タービンに供給させる熱回収ボ
イラと、カソード排ガス系におけるカソード及び熱回収
ボイラ間に設置され、かつ燃料系の燃料の一部を導き、
熱回収ボイラを通過するカソード排ガスの熱量を調整す
る補助燃焼手段とを有するので、これによっても上記方
法を的確に実施し得る効果がある。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a cogeneration plug using a fuel cell.
In particular, stable operation up to low load range
Can be selected and the heat / electronic output can be selected arbitrarily.
Operating method and its device.
You. [Prior art] In a conventional fuel cell power plant, Japanese Patent Publication No. 58-56231
Unreacted fuel in the fuel cell anode as described in
By supplying heat to the reformer combustion section,
The aim was to improve the power generation efficiency at the rated power. But partial negative
Driving method during loading, especially for cogeneration
No consideration was given to the characteristics under minute load
Therefore, no special consideration was given. [Problems to be Solved by the Invention] In the above prior art, the operation method under a partial load is not described.
Power generation efficiency during rated load operation
Therefore, a pressurized power plant is configured. And
During partial load operation, the auxiliary turbine is
Keep the compressor at nearly constant operating conditions over the entire load range,
The operating pressure of the runt is kept constant. Thus the pressure
If the pressure is kept constant, the control characteristics of the fuel control valve and the expansion
Since the operating characteristics of the bin compressor are restricted,
Poor operating characteristics, especially high minimum load factor
There is. Also, in cogeneration plants
Has a load operation that addresses both power and heat demand.
There was a problem that it was not possible. An object of the present invention is to provide a partial load of a pressurized fuel cell plant.
At the same time as co-generation
Electrical power and heat output at an arbitrary ratio
Excellent load operability that can supply power and reliability
A highly efficient and efficient fuel cell power plant operation method
Another purpose is to implement the above method properly.
It is to provide a fuel cell power plant that can be used. [Means for Solving the Problems] In the operation method of the fuel cell power plant according to the present invention,
Calculates the fuel pressure of the fuel system based on the power demand load signal.
Select and absorb the difference between the selected pressure and the current fuel pressure
Adjusting the opening of the fuel pressure adjustment valve to
Heat exchange of cathode exhaust gas discharged from the pond cathode,
Adjusting the heat input of exhaust gas supplied to the expansion turbine
The exhaust gas supplied from the expansion turbine to the exhaust heat recovery boiler
Adjusting the heat input of the gas.
Things. In the fuel cell power plant of the present invention,
Select the fuel pressure of the fuel system based on the required load signal,
In order to absorb the difference between the selected pressure and the current fuel pressure, the fuel
Means for adjusting the opening of the fuel pressure regulating valve and cathode exhaust gas
It is installed in the middle of the system and exchanges heat with the cathode exhaust gas.
And heat exchanged cathode exhaust gas into an expansion turbine.
Heat recovery boiler to be supplied to the
Installed in the exhaust system of exhaust gas
Of waste gas supplied to the waste heat recovery boiler
Characterized by having an auxiliary combustion device for adjusting the amount of heat input
Is what you do. [Operation] In the operation method of the fuel cell power plant according to the present invention,
The fuel pressure of the fuel system based on the power demand load signal.
Force and select the difference between the selected pressure and the current fuel pressure.
There is a process to adjust the opening of the fuel pressure control valve to absorb
Therefore, the electric output can be controlled and the fuel cell
The cathode exhaust gas discharged from the cathode exchanges heat and expands.
Adjusting the heat input of the exhaust gas supplied to the tension turbine
The exhaust gas supplied from the expansion turbine to the exhaust heat recovery boiler
It has a process to adjust the heat input of the gas, so the heat output is controlled.
And therefore the electrical and thermal output
It can be supplied at any ratio, and the power demand and heat demand
Can handle both demands of
High reliability and high efficiency can be obtained. Further, in the fuel cell power plant of the present invention,
The fuel pressure of the fuel system based on the power demand load signal.
Select and absorb the difference between the selected pressure and the current fuel pressure
Means for adjusting the opening of the fuel pressure regulating valve to
Installed in the middle of the exhaust gas system,
Heat exchange and expansion of heat exchanged cathode exhaust gas
Heat recovery boiler to supply to turbine and expansion turbine
In the exhaust system of exhaust gas discharged from
Of waste gas supplied to the waste heat recovery boiler
And an auxiliary combustion device for adjusting the heat input.
Thus, the above method can be performed accurately. Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 15.
I do. 1 to 8 show a fuel cell power generation unit according to the present invention.
The first fruit of the plant to implement the method of operating the runt
An example is shown. Fuel cell power generation plug for implementing the operation method of the present invention
The fuel 1 shown in Fig. 1 is approximately 6 to 10 kg / cm Two Pressurized
And supplied to the reformer 4. In the reformer 4, natural gas
Of the expansion turbine 37 in the reformer reactor 5
A reforming reaction occurs with steam 3 generated by the recovery boiler 41 and the like.
The main component is fuel (hydrogen) and carbon monoxide
Reform into gas. Reaction gas mainly composed of reformed hydrogen and carbon monoxide
The fuel is supplied to the anode 9 of the fuel cell 8 at about 600 ° C. The fuel cell 8 used in the present embodiment is a fuel cell laminated body.
Each fuel cell has a positive electrode, a negative electrode, and both
An electrolyte 10 placed between the electrodes and a non-electrolyte side of the positive electrode
Gas passage (the cathode and the cathode gas passage are connected to the cathode 11
) And a gas passage (negative electrode) provided on the non-electrolyte side of the negative electrode.
(Anode and anode gas passages are referred to as anodes 9). In this embodiment, the electrolyte 10 contains lithium carbonate and potassium carbonate.
About 550 ° C, when it uses a carbonate such as
Use a molten carbonate type operating at a temperature of ~ 700 ° C
Have been. The reaction gas 7 supplied to the anode 9 is supplied to the cathode 11
Gas mixture with supplied air and carbon dioxide (oxidant gas
React with 30). At the cathode 11, the oxidizing gas is
Upon receiving the electrons, they become carbonate ions and enter the electrolyte 10.
You. At the anode 9, hydrogen and carbonate ions in the electrolyte react with each other.
In response, it generates carbon dioxide gas and water and emits electrons. this
As a result, electrons move from the anode 9 to the cathode 11
Generates a current. The anode exhaust gas 12 of the fuel cell 8 includes
Formed by the reaction of hydrogen and carbon monoxide with carbonate ions
Contains carbon dioxide and water. And this anode
The exhaust gas 12 is cooled by heat exchange in a gas / gas heat exchanger 13.
It is. This is further cooled by the gas cooler 87,
The water is separated by the separator 15. Anode separated from water
The exhaust gas 17 is compressed by the compressor 18 and goes to the reformer combustion section 6.
Supplied. React fuel 1 with steam 3 to convert to hydrogen and carbon monoxide
Steam reforming reaction is an endothermic reaction,
Need to be In this embodiment, the fuel is supplied to the reformer combustion section 6.
Supply battery anode exhaust gas 12 (20), contained in gas
Of unreacted fuel such as hydrogen and carbon monoxide
Has been supplied. The reaction of the reformer 4 depends on the fuel 1 supplied to the reformer reactor 5.
So that the ratio of steam to steam 3 is constant.
Controlling the flow rate of the gas 3 and keeping the reaction temperature constant
The combustion temperature 84 of the reformer combustion section 6 is supplied to the air flow control valve 73.
More by adjusting the excess air ratio.
You. Oxidant gas (mixed gas) supplied to the cathode 11 of the fuel cell 8
30) is a gas mixture of air and carbon dioxide as described above.
Is. Of which, the air is rated negative by the air compressor 36.
6 ~ 10kg / cm when loading Two And is supplied to it. Meanwhile, charcoal
The acid gas is supplied as an exhaust gas 21 of the reformer combustion section 6.
You. Exhaust gas 21 is used as anode exhaust gas 20 as fuel.
Pressurizing with compressor 18 and pressurizing air 27 with compressor 36
6 to 10 kg / cm during rated load operation Two Generated to
I have. The fuel cell 8 has a reaction pressure, a reaction temperature, a fuel in the reaction gas.
The higher the charge concentration, the more the heat output of the reaction gas
Is known to have high power generation efficiency
I have. Regarding the reaction gas pressure, the power generation efficiency of the fuel cell is
The higher the power, the higher it will be.
About 10kg / cm Two In general, Of the calorific value of the gas reacted by the fuel cell, the electric output
The amount of heat that cannot be extracted as
Cooling the fuel cell to convert it to heat
Need to be The cooling of the fuel cell 8 is applied to the anode 9 and the cathode 11.
Cooling by flowing a large amount of gas. Fuel cell cathode 11
Exhaust gas 32 is supplied to an expansion turbine 37 and the expansion turbine
The heat recovery is performed by driving the compressor 36 with the
ing. The fuel cell power plant comprises a reformer 4, a fuel cell 8, an expansion
Bins 37 balance each other to form a heat recovery system
The total power generation efficiency of the plant during rated load operation.
It achieves a rate of 45-50% and a total thermal efficiency of 80-85%. The fuel cell 8 is composed of a thin fuel cell stack.
Therefore, the differential pressure between the anode 9 and the cathode 11 is 0.01 to 0.
1kg / cm Two It is necessary to hold down to the extent. In a conventional pressurized fuel cell plant, the fuel pressure is kept constant.
The fuel flow rate is controlled by the fuel flow rate regulating valve 68 to expand
Supplementary fuel is supplied to the turbine 37, and the expansion turbine 37 is
The operation was almost constant and the partial load was operated. this
In this case, the adjustment range of the fuel flow control valve 68 is about 20 to 100%.
And the operating characteristics of the expansion turbine 37
Partial load operation of the body is restricted. The adjustment of the fuel flow control valve 68 is performed as shown in FIG.
The difference calculation unit 66a of the control device 66
Comparing the load request signal 64 with the load set value and finding the difference
At the same time, when the fuel flow rate is determined according to the determined difference,
In 66b, based on the value, selector 66c, automatic / manual switching
Signal for valve via changer (automatic in this case) 66d
The output to the converter 66e is converted to fuel
The opening of the flow control valve 68 is adjusted. According to the present invention, the power load request to the fuel cell power plant is
A fuel pressure is selected based on the signal 64, and the selected fuel pressure is selected.
By adjusting the opening of the pressure regulating valve 65 according to the force,
The electric output of the fuel cell 8 is controlled. That is, as shown in FIG.
Install the fuel pressure transmitter (PX) 102 in the middle
As shown in FIG.
Is input, the difference calculation unit 66a outputs the power load request signal 6
4 and the fuel pressure detected by pressure transmitter 102
Power based on a predetermined relationship between load and pressure.
While selecting the fuel pressure corresponding to the load request signal 64,
The selected fuel pressure and the current load signal 62 of the fuel cell 8 are
The difference from the corresponding fuel pressure is determined, and the proportional gain 66
b is a selector 66c for auto / manual
Switch 66d (automatic in this case)
The converter 66e outputs the electric signal for the valve.
To adjust the opening of the fuel pressure regulating valve 65.
Adjust. Therefore, it is selected based on the power load request signal 64.
To absorb the difference between the measured fuel pressure and the current fuel pressure.
By adjusting the opening of the fuel pressure adjustment valve 65,
Output 48 is controlled. In addition, the expansion turbine 37 corresponds to the selected fuel pressure.
By adjusting the calorific value of the exhaust gas supplied to the compressor
The discharge air pressure of the fuel cell 8 is controlled so that the anode 9
The differential pressure between the swords 11 is kept within the allowable value range. That is, between the cathode 11 of the fuel cell 8 and the expansion turbine 37
A heat recovery boiler 81 is installed at an intermediate position in the exhaust gas line of
Exhaust gas from sword 11 passes through heat recovery boiler 81
Control the amount of heat of the exhaust gas supplied to the expansion turbine 37
Is in place. In this case, the power supplied to the heat recovery boiler 81
By adjusting the flow rate of the water 82, the calorific value of the exhaust gas is controlled. As shown in FIG. 1, the flow rate of the feed water 82 is adjusted by the compressor 36.
Transmitter 80 that detects the pressure of air supplied from
You. Then, the controller 66 calculates the difference as shown in FIG.
The section 66a receives the detection signal (pneumatic pressure) from the detector 80 and
Comparison with the detection signal (fuel pressure) from the fuel pressure transmitter 102
And determine the difference, and the water supply 82 corresponding to the difference
The flow rate is calculated, and the proportional gain 66b is calculated based on the calculated value.
Output to converter 66e via selector 66c and switch 66d
Thus, the opening of the water supply flow rate adjustment valve 83 is adjusted. this
Adjustment controls the amount of steam sent to heat recovery boiler 81
Is controlled, so that the gas to be supplied to the expansion turbine 37 is controlled.
The heat input amount of the mode exhaust gas 32 is controlled. The electrical output 48 generated by the fuel cell travels through the electrolyte 10
Is proportional to the number of ions. That is, the weight of the supplied fuel
It will be proportional to the mass flow rate. The weight flow rate of the fuel
Since it is proportional to the pressure, adjust the fuel pressure
The supplied fuel gas (mixed gas of reaction gas 7 and exhaust gas)
If adjusted, the electric output of the fuel cell 8 is controlled as a result.
be able to. Furthermore, in accordance with the flow rate and pressure characteristics of the compressor 36,
It is necessary to keep the reaction temperature of the quality reaction and the battery reaction constant. The discharge air flow rate of the compressor 36 is almost proportional to the discharge pressure.
Although it decreases, the insulation efficiency of the expansion turbine 37 and compressor 36 is low.
The operating point of the expansion turbine and compressor is below the fuel cell
The operating point shifts to a relatively high load area as compared with the operating point No. 8. I
Therefore, the discharge air flow rate is set to the flow rate required for the reaction.
Supplied in excess. Reformer 4 reaction depends on temperature
Therefore, the temperature of the reformer combustion section 6 is controlled by the air flow control valve 73.
The control is performed by controlling the air-fuel ratio. That
In order to detect the temperature of the reformer combustion section 6,
A transmitter 84 is installed, and a difference calculation unit 66a is provided in the control device 66.
As shown in FIG. 5, the detected temperature of the
By comparing with the set value (SG),
In both cases, the air flow rate corresponding to the obtained difference is calculated, and the proportional
The selector 66c and the switching unit 6
Output to the converter 66e via 6d, the air flow regulating valve 73
Is adjusted. Regarding the reaction temperature of the fuel cell 8, the cathode outlet gas
Part of the temperature gas of 31 is removed by the cathode recirculation compressor 34
This is done by recirculation. During the partial load operation, the air 77 supplied to the reformer combustion section 6
A part 46 of the fuel is sent to the auxiliary combustor 69 to empty the reformer combustion section 6.
Since part of the air bypasses, it is supplied to the cathode 11.
Since the temperature of the oxidizing gas 21 decreases, the cathode circulation
Although the flow rate may increase and the auxiliary power may increase,
The auxiliary combustor 69 installed at the outlet of the reformer combustion section 6
And a part of fuel 1 is drawn in as auxiliary fuel 47,
The temperature of the oxidizing gas 21 is supplied by the
Is controlling. Therefore, as shown in FIG.
Temperature transmitter 85 for detecting
As shown in FIG. 6, the difference calculation unit 66a
Therefore, based on the detected gas temperature and the power load request signal 64,
Then, the temperature corresponding to the power load request signal is selected,
Find the difference between the selected temperature and the temperature corresponding to the load signal 62.
In addition, the fuel amount corresponding to the difference is obtained, and the proportional gain 66
Selector 66c, auto / manual switching based on the difference
Output to the converter 66e via the changer 66d.
Adjust the opening of auxiliary fuel adjustment valve 43 to control oxidant gas temperature
doing. For demand for heat output, separate from demand for electrical output,
A part of fuel 1 is supplied as auxiliary fuel 55 at the inlet side of heat recovery steam generator 41.
By installing the auxiliary combustion device 45 drawn out as
Can respond. That is, an intermediate position of the fuel 1 pipe
A pipe with an auxiliary fuel regulating valve 44 and auxiliary combustion device 45
Exhaust gas from the expansion turbine 37 to the auxiliary combustion device 45
39 and supplementary fuel 55 are supplied to further
The gas 58 is sent to the exhaust heat recovery boiler 41. Here, when the auxiliary fuel 55 is used and increased, the auxiliary fuel 55 is used.
Fuel supply shortage, the fuel
For combustion air flow, the fuel flow supplied to the plant
Calculate the required air volume from the volume, electrical output 48 and heat output
Adjust the bypass air flow control valve 74. That is, as shown in FIG.
Transmission of fuel flow between fuel compressor 49 and fuel pressure regulating valve 65
With the compressor 101 installed, the flow rate of air 27 from the compressor 36
Is installed. And the system
The control device 66 is, as shown in FIG.
While taking in their detection output, electrical output and heat output,
The difference calculation unit 66a detects them and the air flow rate transmitter 111 detects them.
The flow rate is compared with that of the air flow
To determine the air flow rate according to the difference
The proportional gain 66b is output to the converter 66e based on this.
The opening of the bypass air flow control valve 74
adjust. In this case, in response to the increase in the bypass air flow rate,
Adjustment of the auxiliary fuel adjustment valve 43 increases the auxiliary fuel 47 and oxidizes it.
The temperature of the agent gas 21 can be kept at the set value. In addition, by increasing the flow rate of auxiliary fuel 47 and 55, bypass
The required air flow 46 increases. However, the fuel cell output
Even in certain cases, the air pressure increases as the auxiliary fuel increases.
As the pressure drops, the expansion turbine
What is necessary is just to increase a load. This allows the entire plant
Pressure balances. For controlling the heat output, the configuration shown in FIG. 7 may be used.
No. For example, as shown in FIG.
For detecting the supplied steam flow rate, steam pressure and steam temperature
Steam flow transmitter 104, steam pressure transmitter 105, steam temperature generator
While the transmitter 106 is installed, it is supplied from the heat recovery boiler 81.
Steam for detecting steam flow, steam pressure, and steam temperature
Flow transmitter 108, steam pressure transmitter 109, steam temperature transmitter 110
Is installed. Then, the control device 66 operates as shown in FIG.
In addition, the comparison operation unit 66f detects the detection value of each of the transmitters 104 to 106.
And the detected values of each of the transmitters 108 to 110,
The result of the comparison is further set to the heat output set value by the difference calculation unit 66a.
Calculate the difference by comparing with, and assist to correspond to the obtained difference
The fuel supply amount is calculated, and the proportional gain is calculated based on the calculated value.
66b is output to converter 66e via selector 66c and switch 66d.
Force to adjust the opening of the auxiliary fuel adjustment valve 44.
U. According to the above embodiment, adjusting the pressure of the fuel 1
Can control the electrical output 48 and the expansion
Heat input to bin 37, heat input to waste heat recovery boiler 41, and
By adjusting the amount of air and fuel to the
The operation of the fuel cell is independent of the electrical output 48 of the pond 8.
The heat output can be arbitrarily obtained within the rotation limit range.
You. The means for changing the fuel pressure includes fuel compression.
The fuel flow rate and fuel pressure by controlling the rotation speed of the machine 49
It is also possible. Especially in fuel cell power plants
The DC electrical output 48 from the fuel cell 8
It is also possible to control the number of revolutions by a flow motor. Also, use a multi-stage reciprocating compressor to respond to the load range.
Adjust the number of stages to switch the number of stages for large load changes.
Pressure fine adjustment that cannot be adjusted by switching the number of stages.
The adjustment can be performed by the adjustment valve 65. FIG. 9 shows a second example of a plant for carrying out the method of the present invention.
In this embodiment, the fuel pressure is changed according to the rotation speed of the compressor 49.
Adjusted. That is, the control device 66, as shown in FIG.
66a selects fuel pressure based on power load request signal 64
Calculating the difference between the selected fuel pressure and the current fuel pressure.
And the electric motor 49A of the fuel compressor 49 corresponding to the difference.
The rotational speed is determined, and a proportional gain 66b is set based on the determined value.
Motor 49A for the fuel compressor 49 via the collector 66c and the switch 66d
And the motor 49A is driven at the determined rotational speed.
The number of revolutions of the fuel compressor 49 is adjusted by the above. I
Therefore, the fuel pressure is adjusted by changing the rotation speed of the fuel compressor 49.
As described above, the fuel pressure is adjusted.
This is basically the same as the first embodiment. 3 to 8 are the same as in the first embodiment.
Since it can be shared and achieve the same effect,
Then, the description is omitted. FIG. 10 and FIG. 11 also show a third embodiment.
You. In this example, FIGS. 3 to 6 described above are shared.
doing. The difference between this embodiment and the previous embodiment is that
The output is controlled mainly by adjusting the load of the heat recovery boiler 81.
It is intended to be performed. That is, in this embodiment,
Therefore, the control device 66, as shown in FIG.
Are the detected values of the transmitters 104 to 106 and the transmitters 108 to 110
With the detected values of
The difference is obtained by comparing with the heat output set value by the minute calculation unit 66a,
Calculate the auxiliary fuel supply amount so as to correspond to the obtained difference,
Based on that, the proportional gain 66b changes the selector 66c and the switch 66d.
Output to the converter 66e through the auxiliary fuel regulating valve 43
To adjust. As for the temperature control of the oxidizing gas 21,
Based on the detection signal from the temperature transmitter 85 and the load request signal.
The amount of bypass air 46 to be supplied to the reformer auxiliary combustor 69
Is roughly adjusted in the first embodiment.
6 is similar to that of FIG.
I do. Each of the above embodiments corresponds to the output signal 62 of the fuel cell 8.
And select the fuel pressure so that the selected fuel pressure is reached.
By changing the pressure of the fuel 1 by various means,
Large load changes are handled by the fuel pressure and small load changes.
Can be dealt with by the fuel flow control valve 26,
The load operation range can be reliably increased. Reason
What used to be about 20-100% load in the past,
In the embodiment, the load can be increased to about 5 to 100%.
it can. Also, the compressor discharge air pressure corresponds to the fuel supply pressure.
Reduced auxiliary fuel for air pressurization
Power generation efficiency during partial load operation.
You. As the fuel pressure decreases, for example, 50% load operation
Sometimes the battery efficiency decreases by about 3-4%, but in the conventional example,
Had supplied auxiliary fuel equivalent to about 10-15% of the fuel
However, in the embodiment, it can be reduced to almost 0, and after all, about 6 to 10% power generation
Efficiency can be improved. Further, regardless of the electric output 48 of the fuel cell 8,
Since heat output can be obtained, each of power and heat
Operation is possible in response to demand, and the utilization rate is
The depreciation period and increase the economy.
Wear. In this embodiment, the heat / electric output ratio is set to about 0.6 to
It can be arbitrarily selected within a range of about 6%. FIG. 12 shows a fourth embodiment of a plant for carrying out the method of the present invention.
Is shown. In the first embodiment described above, the pressure of the compressor discharge air 27 is increased.
Although it was directly detected and controlled by the air pressure transmitter 80,
In this embodiment, the heat input to the expansion turbine 37 is determined.
The compressor discharge pressure is estimated from
You. That is, this embodiment has an inlet to the expansion turbine 37.
Transmits the gas temperature on the outlet side and the gas temperature on the outlet side
(Indicated by TE in the figure) and the compressor 36
When these discharge air flow rates are detected by the air flow rate transmitter 111,
The control device 66 calculates the above heat input based on them.
It is. FIG. 13 shows that the auxiliary combustion device 45 is placed on the expansion turbine 37 inlet side.
14 shows a fifth embodiment installed. That is, the cathode 11
When an auxiliary combustion device 45 is installed in the middle of the exhaust gas 31
In order to guide a part 55 of the fuel 1 to the combustion device 45,
A pipe having a charge adjusting valve 44 is connected. According to this embodiment, auxiliary combustion is performed on the expansion turbine 37 inlet side.
With the installation of the device 45, expansion in response to load changes
Compare the load of the turbine 37 with the first and fourth embodiments.
And can be changed quickly. FIG. 14 shows another embodiment. In the first to third embodiments, the anode outlet gas 20 is
An example in which the fuel was supplied to the reformer combustion section 6 was shown.
In other words, the anode outlet gas 20 can be supplied to the auxiliary combustor 69.
It is the one that was plumbed. According to this embodiment, during the partial load operation, the fuel cell
Excess fuel will be supplied and the fuel cell anode
As compared with the first embodiment, the hydrogen concentration in
Power generation efficiency during partial load operation.
You. The improvement is about 3 to 4% compared to the first embodiment.
You. FIG. 15 shows a first example of the calorific power generation plant according to the present invention.
4 shows a partial load characteristic in the embodiment. Electric output at 94,
The heat output at minimum and at maximum is indicated by 96. Heat output
The heat / electricity output can be varied in the range of 95 to 96.
The power ratio can be varied from 97 to 98.
As a result, the utilization rate of
It can be seen that the cost performance is improved. [Effects of the Invention] As described above, according to the method of the present invention, the power demand
The fuel pressure of the fuel system is selected based on the load signal.
Fuel pressure to absorb the difference between the set pressure and the current fuel pressure.
Adjusting the opening of the regulating valve, and from the fuel cell cathode
Heat exchange of the discharged cathode exhaust gas to the expansion turbine
In addition to adjusting the heat input of the supplied exhaust gas, the expansion
The amount of heat input of the exhaust gas supplied from the bin to the waste heat recovery boiler
Adjustment process, so that electrical output and heat output
Power can be supplied at any ratio, power demand and heat
Load management by being able to deal with both demand and demand
Of high reliability and high efficiency
There is. And in the fuel cell power plant of the present invention,
Select fuel pressure of fuel system based on power demand load signal
And absorb the difference between the selected pressure and the current fuel pressure.
Means for adjusting the opening of the fuel pressure adjusting valve,
It is installed in the middle of the gas system and exchanges heat with the cathode exhaust gas.
And heat exchanged cathode exhaust gas
Heat recovery boiler to supply to the bin and exhaust from the expansion turbine
In the exhaust system of the emitted exhaust gas, the fuel
Partial heat input of exhaust gas supplied to the waste heat recovery boiler
And an auxiliary combustion device that adjusts the amount.
There is an effect that the above-mentioned method can be performed accurately. Also, in the present invention, based on the power demand load signal,
Select the fuel pressure of the fuel system, and
Adjust the opening of the fuel pressure adjustment valve to absorb the difference from the fuel pressure.
Control means and an intermediate part of the cathode exhaust system.
And heat exchange with the cathode exhaust gas.
Heat recovery unit that supplies the exhaust gas from the exhaust gas to the expansion turbine
Ira and cathode and heat recovery in cathode exhaust system
It is installed between boilers and guides part of the fuel in the fuel system,
Adjust the calorific value of the cathode exhaust gas passing through the heat recovery boiler
And auxiliary combustion means.
There is an effect that the law can be properly implemented.
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による燃料電池発電プラントの運転方法
を実施するための運転装置の第一の実施例を示す全体系
統図、第2図乃至第8図は運転装置の各制御系の制御内
容を示す説明図、第9図は同じく運転装置の第二の実施
例を示す制御用説明図、第10図は同じく第三の実施例を
示す補助燃料調整弁の制御用説明図、第11図はバイパス
空気流量調整弁制御用の説明図、第12図は同じく第四の
実施例を示す全体系統図、第13図は同じく第五の実施例
を示す全体系統図、第14図は他の実施例を示す全体系統
図、第15図は本発明の効果を説明するための図表であ
る。
1……燃料、3……蒸気、4……改質器、5……改質器
反応部、6……改質器燃焼部、7……反応ガス、8……
燃料電池、9……燃料電池のアノード、11……燃料電池
のカソード、12……アノード出口ガス、20……燃料電池
アノードの排ガス、21……改質器燃焼部の排ガス、26…
…空気、31,32……燃料電池カソードの排ガス、36……
圧縮機、37……膨張タービン、43……補助燃料調整弁、
44……補助燃料調整弁、45……補助燃焼装置、48……電
気出力、62……燃料電池負荷信号、64……電力負荷要求
信号、65……燃料圧力調整弁、66……制御装置、68……
燃料流量調整弁、69……補助燃焼器、73……空気流量調
整弁、74……バイパス空気流量調整弁、80……空気圧力
発信器、81……熱回収ボイラ、83……給水流量調整弁、
84……改質器燃料温度発信器、85……酸化剤ガス温度発
信器、102……燃料圧力発信器、104,108……蒸気流量発
信器、105,109……蒸気圧力発信器、106,110……蒸気温
度発信器。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an overall system diagram showing a first embodiment of an operating device for implementing a method of operating a fuel cell power plant according to the present invention, and FIGS. 2 to 8 are operating devices. FIG. 9 is a control explanatory diagram showing a second embodiment of the operating device, and FIG. 10 is a control of an auxiliary fuel adjusting valve also showing a third embodiment of the present invention. FIG. 11 is an explanatory diagram for controlling a bypass air flow control valve, FIG. 12 is an overall system diagram showing a fourth embodiment, and FIG. 13 is an overall system diagram showing a fifth embodiment. FIG. 14 is an overall system diagram showing another embodiment, and FIG. 15 is a table for explaining the effects of the present invention. 1 ... fuel, 3 ... steam, 4 ... reformer, 5 ... reformer reaction section, 6 ... reformer combustion section, 7 ... reaction gas, 8 ...
Fuel cell, 9: anode of fuel cell, 11: cathode of fuel cell, 12: anode outlet gas, 20: exhaust gas of anode of fuel cell, 21: exhaust gas of combustion section of reformer, 26 ...
… Air, 31, 32… exhaust gas from fuel cell cathode, 36…
Compressor, 37 ... Expansion turbine, 43 ... Auxiliary fuel regulating valve,
44 …… Auxiliary fuel regulating valve, 45 …… Auxiliary combustion device, 48 …… Electric output, 62 …… Fuel cell load signal, 64 …… Power load request signal, 65 …… Fuel pressure regulating valve, 66 …… Control device , 68 ……
Fuel flow control valve, 69 Auxiliary combustor, 73 Air flow control valve, 74 Bypass air flow control valve, 80 Air pressure transmitter, 81 Heat recovery boiler, 83 Water supply flow control valve,
84 Reformer fuel temperature transmitter, 85 Oxidant gas temperature transmitter, 102 Fuel pressure transmitter, 104,108 Steam flow transmitter, 105,109 Steam pressure transmitter, 106,110 Steam temperature Transmitter.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服部 洋市 茨城県日立市幸町3丁目2番1号 日立 エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 横須賀 建志 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 (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 (56)参考文献 特開 昭60−10566(JP,A) 特開 昭59−75571(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01M 8/00 - 8/24──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroshi Hattori 3-2-1 Sachimachi, Hitachi-shi, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Takeshi Yokosuka 4-6-1 Kanda Surugadai, Chiyoda-ku, Tokyo Stock Hitachi, Ltd. (72) Inventor Naruhisa Sugita 502, Kandachicho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref. Machinery Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-60-10566 (JP, A) JP-A-59-75571 ( JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) H01M 8/00-8/24
Claims (1)
する燃料電池と、燃料ガスを生成し、かつ燃料電池に供
給する改質器と、該改質器に燃料を供給し、かつ燃料流
量調整弁及び燃料圧力調整弁を有する燃料系統と、燃料
電池のカソードから排出されたカソード排ガスを取り込
む膨張タービンと、膨張タービンから排出された排ガス
と熱交換し、所望の蒸気を生成すると共に、該蒸気の一
部を前記燃料系統に供給する排熱回収ボイラと、燃料電
池のアノードから排出されたアノード排ガスを、改質器
の燃焼部に供給するアノード排ガス循環系とを有する燃
料電池発電プラントの運転方法において、電力要求負荷
信号に基づいて燃料系統の燃料圧力を選定し、該選定し
た圧力と現在の燃料圧力との差を吸収すべく燃料圧力調
整弁の開度を調整する工程と、燃料電池カソードから排
出されたカソード排ガスを熱交換し、膨張タービンに供
給する排ガスの入熱量を調整すると共に、該膨張タービ
ンから排熱回収ボイラに供給される排ガスの入熱量を調
整する工程とを有することを特徴とする燃料電池発電プ
ラントの運転方法。 2.燃料ガスと酸化剤ガスが電気化学反応して電気出力
する燃料電池と、燃料ガスを生成し、かつ燃料電池に供
給する改質器と、該改質器の燃焼部から排出された酸化
剤ガスを加熱する改質器補助燃焼器と、前記改質器に燃
料を供給し、かつ燃料流量調整弁及び燃料圧力調整弁を
有する燃料系統と、燃料電池のカソードから排出された
カソード排ガス系と接続された膨張タービンと、該膨張
タービンによって駆動され、かつ圧縮した空気を改質器
の燃焼部に供給する圧縮機と、膨張タービンからの排ガ
スの排気系と接続され、該排気系の排ガスと熱交換して
所望の蒸気を生成すると共に、該蒸気の一部を前記燃料
系統に供給する排熱回収ボイラと、燃料電池のアノード
から排出されたアノード排ガスを、改質器の燃焼部に供
給するアノード排ガス循環系とを備えた燃料電池発電プ
ラントにおいて、電力要求負荷信号に基づいて燃料系統
の燃料圧力を選定し、該選定した圧力と現在の燃料圧力
との差を吸収すべく燃料圧力調整弁の開度を調整する手
段と、カソード排ガス系の途中位置に設置され、該カソ
ード排ガスと熱交換すると共に、熱交換されたカソード
排ガスを膨張タービンに供給させる熱回収ボイラと、膨
張タービンから排出された排ガスの排気系の途中位置に
設置され、燃料系統の燃料の一部を導き、排熱回収ボイ
ラへ供給される排ガスの入熱量を調整する補助燃焼装置
とを有することを特徴とする燃料電池発電プラント。 3.請求項2において少なくとも、燃料系統における燃
料の圧力と圧縮機から排出された空気の圧力とに基づ
き、熱回収ボイラに供給される給水の流量調整弁の開度
を調整する手段と、改質器燃焼部内の温度と設定値とに
基づき、圧縮機から改質器燃焼部に供給される空気の流
量を調整し得る空気流量調整弁の開度を調整する手段
と、改質器補助燃焼器から排出された酸化剤ガスの温度
と燃料電池の負荷信号とに基づき、燃料系統から改質器
補助燃焼器に供給される燃料の流量を調整し得る補助燃
料調整弁の開度を調整する手段と、前記排熱回収ボイラ
によって熱交換された蒸気流量,蒸気圧力,蒸気温度と
前記熱回収ボイラによって熱交換された蒸気流量,蒸気
圧力,蒸気温度と熱出力設定とに基づき、前記補助燃焼
装置に導かれる燃料流量を調整し得る補助燃料調整弁の
開度を調整する手段と、燃料電池の電気出力,熱出力,
燃料系統における燃料流量と圧縮機からの空気流量とに
基づき、圧縮機から改質器補助燃焼器に供給される空気
量を調整し得るバイパス空気流量調整弁の開度を調整す
る手段との何れか一方を有することを特徴とする燃料電
池発電プラント。 4.燃料ガスと酸化剤ガスが電気化学反応して電気出力
する燃料電池と、燃料ガスを生成し、かつ燃料電池に供
給する改質器と、該改質器の燃焼部から排出された酸化
剤ガスを加熱する改質器補助燃焼器と、前記改質器に燃
料を供給し、かつ燃料流量調整弁及び燃料圧力調整弁を
有する燃料系統と、燃料電池のカソードから排出された
カソード排ガス系と接続された膨張タービンと、該膨張
タービンによって駆動され、かつ圧縮した空気を改質器
の燃焼部に供給する圧縮機と、膨張タービンからの排ガ
スの排気系と接続され、該排気系の排ガスと熱交換して
所望の蒸気を生成すると共に、該蒸気の一部を前記燃料
系統に供給する排熱回収ボイラと、燃料電池のアノード
から排出されたアノード排ガスを、改質器の燃焼部に供
給するアノード排ガス循環系とを備えた燃料電池発電プ
ラントにおいて、電力要求負荷信号に基づいて燃料系統
の燃料圧力を選定し、該選定した圧力と現在の燃料圧力
との差を吸収すべく燃料圧力調整弁の開度を調整する手
段と、カソード排ガス系の途中位置に設置され、該カソ
ード排ガスと熱交換すると共に、熱交換されたカソード
排ガスを膨張タービンに供給させる熱回収ボイラと、カ
ソード排ガス系におけるカソード及び熱回収ボイラ間に
設置され、かつ燃料系統の燃料の一部を導き、熱回収ボ
イラを通過するカソード排ガスの熱量を調整する補助燃
焼装置とを有することを特徴とする燃料電池発電プラン
ト。 5.請求項4において少なくとも、燃料系統における燃
料の圧力と圧縮機から排出された空気の圧力とに基づ
き、熱回収ボイラに供給される給水の流量調整弁の開度
を調整する手段と、改質器燃焼部内の温度と設定値とに
基づき、圧縮機から改質器燃焼部に供給される空気の流
量を調整し得る空気流量調整弁の開度を調整する手段
と、改質器補助燃焼器から排出された酸化剤ガスの温度
と燃料電池の負荷信号とに基づき、燃料系統から改質器
補助燃焼器に供給される燃料の流量を調整し得る補助燃
料調整弁の開度を調整する手段と、前記排熱回収ボイラ
によって熱交換された蒸気流量,蒸気圧力,蒸気温度と
前記熱回収ボイラによって熱交換された蒸気流量,蒸気
圧力,蒸気温度と熱出力設定とに基づき、前記補助燃焼
装置に導かれる燃料流量を調整し得る補助燃料調整弁の
開度を調整する手段と、燃料電池の電気出力,熱出力,
燃料系統における燃料流量と圧縮機からの空気流量とに
基づき、圧縮機から改質器補助燃焼器に供給される空気
量を調整し得るバイパス空気流量調整弁の開度を調整す
る手段とに何れか一方を有することを特徴とする燃料電
池発電プラント。(57) [Claims] A fuel cell in which a fuel gas and an oxidant gas undergo an electrochemical reaction to output electricity, a reformer that generates and supplies the fuel gas to the fuel cell; and supplies fuel to the reformer and adjusts a fuel flow rate. A fuel system having a valve and a fuel pressure regulating valve, an expansion turbine that takes in the cathode exhaust gas discharged from the cathode of the fuel cell, heat exchange with the exhaust gas discharged from the expansion turbine to generate desired steam, and Operation of a fuel cell power plant having an exhaust heat recovery boiler for supplying part of the fuel gas to the fuel system, and an anode exhaust gas circulation system for supplying anode exhaust gas discharged from the anode of the fuel cell to the combustion section of the reformer In the method, a fuel pressure of a fuel system is selected based on a power demand load signal, and an opening of a fuel pressure regulating valve is adjusted to absorb a difference between the selected pressure and a current fuel pressure. And heat exchange of the cathode exhaust gas discharged from the fuel cell cathode to adjust the heat input amount of the exhaust gas supplied to the expansion turbine, and also adjust the heat input amount of the exhaust gas supplied from the expansion turbine to the exhaust heat recovery boiler. And an operating method of the fuel cell power plant. 2. A fuel cell in which a fuel gas and an oxidant gas perform an electrochemical reaction to output electricity; a reformer that generates the fuel gas and supplies the fuel gas to the fuel cell; and an oxidant gas discharged from a combustion section of the reformer An auxiliary combustor for heating the fuel cell, a fuel system for supplying fuel to the reformer and having a fuel flow control valve and a fuel pressure control valve, and a cathode exhaust system discharged from a cathode of the fuel cell. Expansion turbine, a compressor driven by the expansion turbine and supplying compressed air to a combustion section of a reformer, and an exhaust system for exhaust gas from the expansion turbine, and the exhaust gas and heat of the exhaust system are connected. An exhaust heat recovery boiler that generates a desired steam by replacement and supplies a part of the steam to the fuel system, and an anode exhaust gas discharged from an anode of a fuel cell is supplied to a combustion unit of a reformer. Anode exhaust gas In a fuel cell power plant having a ring system, a fuel pressure of a fuel system is selected based on a power demand load signal, and a fuel pressure regulating valve is opened to absorb a difference between the selected pressure and a current fuel pressure. A heat recovery boiler that is installed at an intermediate position in the cathode exhaust gas system, exchanges heat with the cathode exhaust gas, and supplies the heat-exchanged cathode exhaust gas to the expansion turbine; and an exhaust gas discharged from the expansion turbine. A fuel cell power plant, comprising: an auxiliary combustion device installed at an intermediate position of the exhaust system, guiding a part of the fuel of the fuel system, and adjusting the heat input amount of the exhaust gas supplied to the exhaust heat recovery boiler. . 3. 3. A reformer according to claim 2, wherein at least based on the pressure of the fuel in the fuel system and the pressure of the air discharged from the compressor, the opening of the flow control valve of the feed water supplied to the heat recovery boiler is adjusted. Means for adjusting the opening of an air flow control valve capable of adjusting the flow rate of air supplied from the compressor to the reformer combustion section based on the temperature and the set value in the combustion section; Means for adjusting the opening of an auxiliary fuel adjusting valve capable of adjusting the flow rate of fuel supplied from the fuel system to the reformer auxiliary combustor based on the temperature of the discharged oxidizing gas and the load signal of the fuel cell; The auxiliary combustion device is configured based on the steam flow rate, steam pressure, and steam temperature exchanged by the waste heat recovery boiler and the steam flow rate, steam pressure, steam temperature, and heat output setting exchanged by the heat recovery boiler. Guided fuel flow Means for adjusting the opening of the auxiliary fuel adjusting valve capable of settling, the electrical output of the fuel cell, heat output,
A means for adjusting the opening of a bypass air flow control valve capable of adjusting the amount of air supplied from the compressor to the auxiliary reformer combustor based on the fuel flow rate in the fuel system and the air flow rate from the compressor. A fuel cell power plant comprising: 4. A fuel cell in which a fuel gas and an oxidant gas perform an electrochemical reaction to output electricity; a reformer that generates the fuel gas and supplies the fuel gas to the fuel cell; and an oxidant gas discharged from a combustion section of the reformer An auxiliary combustor for heating the fuel cell, a fuel system for supplying fuel to the reformer and having a fuel flow control valve and a fuel pressure control valve, and a cathode exhaust system discharged from a cathode of the fuel cell. Expansion turbine, a compressor driven by the expansion turbine and supplying compressed air to a combustion section of a reformer, and an exhaust system for exhaust gas from the expansion turbine, and the exhaust gas and heat of the exhaust system are connected. An exhaust heat recovery boiler that generates a desired steam by replacement and supplies a part of the steam to the fuel system, and an anode exhaust gas discharged from an anode of a fuel cell is supplied to a combustion unit of a reformer. Anode exhaust gas In a fuel cell power plant having a ring system, a fuel pressure of a fuel system is selected based on a power demand load signal, and a fuel pressure regulating valve is opened to absorb a difference between the selected pressure and a current fuel pressure. A heat recovery boiler installed in the middle of the cathode exhaust gas system to exchange heat with the cathode exhaust gas and to supply the heat-exchanged cathode exhaust gas to the expansion turbine; A fuel cell power plant comprising: an auxiliary combustion device installed between recovery boilers, for guiding a part of fuel in a fuel system, and adjusting the calorific value of cathode exhaust gas passing through the heat recovery boiler. 5. 5. A reformer according to claim 4, wherein at least based on the pressure of the fuel in the fuel system and the pressure of the air discharged from the compressor, the opening degree of the flow control valve of the water supply to the heat recovery boiler is adjusted. Means for adjusting the opening of an air flow control valve capable of adjusting the flow rate of air supplied from the compressor to the reformer combustion section based on the temperature and the set value in the combustion section; Means for adjusting the opening of an auxiliary fuel adjusting valve capable of adjusting the flow rate of fuel supplied from the fuel system to the reformer auxiliary combustor based on the temperature of the discharged oxidizing gas and the load signal of the fuel cell; The auxiliary combustion device is configured based on the steam flow rate, steam pressure, and steam temperature exchanged by the waste heat recovery boiler and the steam flow rate, steam pressure, steam temperature, and heat output setting exchanged by the heat recovery boiler. Guided fuel flow Means for adjusting the opening of the auxiliary fuel adjusting valve capable of settling, the electrical output of the fuel cell, heat output,
Means for adjusting the opening of a bypass air flow control valve that can adjust the amount of air supplied from the compressor to the reformer auxiliary combustor based on the fuel flow rate in the fuel system and the air flow rate from the compressor. A fuel cell power plant comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62268298A JP2810367B2 (en) | 1987-10-26 | 1987-10-26 | Operating method of fuel cell power plant and fuel cell power plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62268298A JP2810367B2 (en) | 1987-10-26 | 1987-10-26 | Operating method of fuel cell power plant and fuel cell power plant |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01112671A JPH01112671A (en) | 1989-05-01 |
| JP2810367B2 true JP2810367B2 (en) | 1998-10-15 |
Family
ID=17456583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62268298A Expired - Fee Related JP2810367B2 (en) | 1987-10-26 | 1987-10-26 | Operating method of fuel cell power plant and fuel cell power plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2810367B2 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2575529B2 (en) * | 1990-11-06 | 1997-01-29 | 三菱電機株式会社 | Fuel cell |
| US5366821A (en) * | 1992-03-13 | 1994-11-22 | Ballard Power Systems Inc. | Constant voltage fuel cell with improved reactant supply and control system |
| JP2002367643A (en) * | 2001-06-12 | 2002-12-20 | Toshiba Corp | Fuel cell power generation system |
| CN111173580A (en) * | 2020-02-28 | 2020-05-19 | 西安热工研究院有限公司 | Power generation system based on metal fuel lithium energy storage, combustion and electrolysis regeneration |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5975571A (en) * | 1982-10-23 | 1984-04-28 | Jgc Corp | Method for operating power generating system with fuel cell |
| JPS6010566A (en) * | 1983-06-30 | 1985-01-19 | Toshiba Corp | Operation of fuel cell |
-
1987
- 1987-10-26 JP JP62268298A patent/JP2810367B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01112671A (en) | 1989-05-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7011903B2 (en) | Method and apparatus for a combined fuel cell and hydrogen purification system | |
| EP3627603B1 (en) | Fuel cell system and method for operating the same, and electrochemical system and method for operating the same | |
| JP2020061268A (en) | Solid oxide type fuel cell system | |
| JP2013527555A (en) | How to operate a cogeneration facility | |
| JP2810367B2 (en) | Operating method of fuel cell power plant and fuel cell power plant | |
| KR20230037182A (en) | Fuel cell system | |
| JP2585210B2 (en) | Fuel cell power plant | |
| JP3220438B2 (en) | Fuel cell power generation system | |
| JPS6056374A (en) | Fuel flow controlling device for fuel cell | |
| KR100356682B1 (en) | Recycle apparatus of fuel cell power generation system | |
| CN116979091B (en) | High-efficiency energy conversion system based on SOFC and operation method | |
| KR20020031686A (en) | Apparatus and method of efficiency improvement for Fuel Cell generation of electric power sysytem | |
| EP4664570A1 (en) | Fuel cell system | |
| JPH0461464B2 (en) | ||
| JP3513933B2 (en) | Fuel cell power generator | |
| KR20200002389A (en) | Fuel cell-Engine hybrid power generation system using engine-generated power for system operation | |
| JPS6139369A (en) | Fuel cell power generation plant | |
| JP2009117170A (en) | Hydrogen production power generation system and load following power generation method thereof | |
| JPH088108B2 (en) | Fuel cell power plant | |
| JP3211505B2 (en) | Method for controlling anode inlet temperature of molten carbonate fuel cell power generator | |
| JP2814706B2 (en) | Fuel cell generator | |
| JPH0824054B2 (en) | Fuel cell power plant and control method thereof | |
| JPS62119869A (en) | Control system for fuel cell power generation plant | |
| CN112038667B (en) | Gas circulation humidifying method and device for hydrogen-oxygen fuel cell test | |
| JPS63239777A (en) | Operation method for fuel cell power generating plant |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |