[發明專利]發電系統、發電系統的驅動方法和燃燒器

有效

• 申請號: 201380055541.8
• 申請日: 2013-11-05
• 公開（公告）號: CN104755722A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發明（設計）人: 真鍋壯;藤井健太郎
• 申請（專利權）人: 三菱日立電力系統株式會社
• 主分類號: F02C6/00
• 分類號: F02C6/00;F02C7/22;F02C9/34;F02C9/40;F23R3/36;H01M8/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王亞愛

技術領域

本發明涉及將燃料電池、燃氣渦輪機和蒸汽渦輪機組合而成的發電系統、發電系統的驅動方法和燃燒器。

背景技術

作為燃料電池的固體氧化物形電池(Solid?Oxide?Fuel?Cell：以下稱為SOFC)被公知為用途廣泛的高效率燃料電池。該SOFC由于為了提高離子導電率而增高工作溫度，因此能夠將從燃氣渦輪機的壓縮機排出的壓縮空氣作為提供給空氣極側的空氣(氧化劑)來使用。另外，能夠將從SOFC排放出的高溫的燃料氣體廢氣作為燃氣渦輪機的燃燒器的燃料來使用。

為此，例如如下述專利文獻1所記載的那樣，作為能夠達成高效率發電的發電系統，提出有各種將SOFC、燃氣渦輪機和蒸汽渦輪機組合而成的系統。在該專利文獻1所記載的復合系統中，燃氣渦輪機具備：將空氣壓縮后提供給SOFC的壓縮機、和由從該SOFC排出的燃料氣體廢氣和空氣來生成燃燒氣體的燃燒器。

另外，例如下述專利文獻2示出了具備使從燃料電池排出的燃料氣體廢氣燃燒的燃燒器的燃料電池系統。該燃燒器具備：一次燃燒室，其通過燒嘴(burner)將來自燃料電池的燃料氣體廢氣噴出，并使用一次空氣來進行燃料氣體廢氣的一次燃燒；和二次燃燒室，其經由與一次燃燒室相比縮窄了氣體通路的連絡通路與一次燃燒室連接，并使用二次空氣來進行來自一次燃燒室的氣體的二次燃燒。并且，燒嘴具備同心配置而成的三重的吹出口，其中，在中央部配置噴出點火用噴火槍火焰的噴火槍火焰吹出口，在噴火槍火焰吹出口的外側配置噴出燃料氣體廢氣的環狀的燃料廢氣吹出口，在燃料廢氣吹出口的外側配置噴出空氣廢氣的環狀的空氣廢氣吹出口，并且，該燒嘴在空氣廢氣吹出口內具備貫通空氣廢氣吹出口內并噴出輔助燃料的多個輔助燃料吹出口。

另外，例如下述專利文獻3示出了將卡路里不同的至少2個種類的燃料提供給燃燒器的燃燒器的燃料提供方法。在燃氣渦輪機的運轉開始時，使用對構成燃燒器的第1噴嘴提供高卡路里燃料的第1燃料提供系統、以及對構成燃燒器的第2噴嘴提供低卡路里燃料的第2燃料提供系統這兩者，來對燃燒器提供高卡路里燃料以及低卡路里燃料。然后，在達到燃氣渦輪機僅以低卡路里燃料就能繼續運轉的輸出的時間點，阻斷向燃燒器提供高卡路里燃料，僅對燃燒器提供低卡路里燃料。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：JP特開2009-205930號公報

專利文獻2：JP特開2008-166070號公報

專利文獻3：JP特開2012-41882號公報

發明概要

發明要解決的課題

在上述的專利文獻1所示的發電系統中，燃氣渦輪機由在燃燒器中燃燒從SOFC排出的燃料氣體廢氣和壓縮空氣而生成的燃燒氣體進行驅動。另一方面，SOFC利用被提供的燃料氣體和在壓縮機中經壓縮后的壓縮空氣進行發電，將發電中利用過的燃料氣體廢氣和壓縮空氣排出到燃氣渦輪機。由此，在首先驅動了燃氣渦輪機后，對SOFC提供壓縮空氣來驅動SOFC。

在上述的專利文獻1所示的發電系統中，對燃氣渦輪機提供燃燒氣體的燃燒器由于是在SOFC不運轉的狀態下被提供燃料氣體廢氣，因此需要燃料氣體。另外，燃燒器在將來自SOFC的燃料氣體廢氣作為燃料來利用時，在相對于燃氣渦輪機達到額定負載的熱輸入來說，熱輸入不足的情況下，需要提供高卡路里的燃料氣體來補充熱輸入。如此，在將SOFC、燃氣渦輪機和蒸汽渦輪機組合而成的發電系統的運轉時，根據SOFC和燃氣渦輪機的運轉狀態的不同，提供給燃燒器的燃料如燃料氣體廢氣和燃料氣體那樣成為種類不同的燃料氣體。

于是，一般為了使種類不同的各燃料氣體在燃燒器中燃燒，優選使用混合器。但是，從SOFC排出的燃料氣體廢氣達到400℃左右，用于補充熱輸入的燃料氣體是15℃左右，雙方存在溫度差。為此，在混合器中各燃料氣體因溫度差而混合不均勻，存在燃燒變得不穩定的危險，或者，需要應對在混合器或其周邊配管中因溫度差而出現的熱伸長。

發明內容

本發明為了解決上述的課題而提出，目的在于提供一種能夠消除因種類不同的燃料氣體的溫度差導致的不良狀況的發電系統以及發電系統的驅動方法。

本發明為了解決上述的課題而提出，目的在于，提供一種發電系統、發電系統的驅動方法和燃燒器，在發電系統的驅動時，即使對燃燒器提供了種類不同的燃料，也能夠在使燃氣渦輪機穩定的狀態下被驅動。

用于解決課題的手段