(57)【要約】【課題】熱回収熱交換器や配管の材料腐食を防止し、常に安定運転を行うことが可能な燃料電池発電システムを提供する。【解決手段】燃料電池発電システム１に搭載される燃料改質装置５０は、炭化水素系の原燃料Ｆと水蒸気とを混合した燃料ガスを水素リッチガスに改質する改質触媒６が充填される改質反応部５と、改質反応部５に隣接配置されるバーナ燃焼空間８を加熱するバーナ部７と、バーナ燃焼空間８を取り囲むように配置されたバーナ断熱材９を有する。このバーナ断熱材９は、その塩素含有量が２０ｐｐｍ−ｗ（重量）以下になるように形成されている。【選択図】図１
2010184822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系の原燃料と水蒸気とを混合した燃料ガスを水素リッチガスに改質する改質触媒が充填される改質反応部と、
前記改質反応部に隣接配置されるバーナ燃焼空間を加熱するバーナ部と、
前記バーナ燃焼空間を取り囲むように配置されて塩素含有量が２０ｐｐｍ−ｗ以下のバーナ断熱材を具備する断熱部と、
を有することを特徴とする燃料改質装置。
【請求項２】
前記バーナ断熱材は、焼成により脱塩処理し塩素含有量が２０ｐｐｍ−ｗ以下になるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料改質装置。
【請求項３】
炭化水素系の原燃料と水蒸気とを混合した燃料ガスを水素リッチガスに改質する改質触媒が充填される改質反応部と、前記改質反応部に隣接配置されるバーナ燃焼空間を加熱するバーナ部と、前記バーナ燃焼空間を取り囲むように配置されるバーナ断熱材を具備する断熱部と、を有する燃料改質装置と、
前記バーナ燃焼空間から排気されるバーナ排ガスを排気するバーナ排ガス系と、
前記バーナ排ガス系に配置されて前記バーナ排ガス系内を流通する排ガスを冷却し凝縮水を除去した後に大気中に排気するバーナ排ガス凝縮器と、
前記凝縮水の塩素濃度を測定する第１塩素分析手段と、
を有することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項４】
炭化水素系の原燃料と水蒸気とを混合した燃料ガスを水素リッチガスに改質する改質触媒が充填される改質反応部と、前記改質反応部に隣接配置されるバーナ燃焼空間を加熱するバーナ部と、前記バーナ燃焼空間を取り囲むように配置されるバーナ断熱材を具備する断熱部と、を有する燃料改質装置と、
前記バーナ燃焼空間から排気されるバーナ排ガスを排気するバーナ排ガス系と、
前記バーナ排ガス系に配置されて前記バーナ排ガス系内を流通する排ガスを冷却し凝縮水を除去した後に大気中に排気するバーナ排ガス凝縮器と、
前記バーナ排ガス系から分岐されて前記バーナ排ガス凝縮器をバイパスして、大気中にバーナ排ガスを排出するバーナ排ガスバイパス系と、
前記バーナ排ガスバイパス系を流通するバーナ排ガスの塩素濃度を測定する第２塩素分析手段と、
を有することを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項５】
炭化水素系の原燃料と水蒸気とを混合した燃料ガスを水素リッチガスに改質する改質触媒が充填される改質反応部と、前記改質反応部に隣接配置されるバーナ燃焼空間を加熱するバーナ部と、前記バーナ燃焼空間を取り囲むように配置されるバーナ断熱材を具備する断熱部と、を有する燃料改質装置の前処理方法において、
前記バーナ断熱材を加熱して前記バーナ断熱材に含有する塩素を熱分解し、この塩素を含むバーナ排ガスを発生させる断熱材加熱工程と、
前記塩素を含む前記バーナ排気ガスを冷却して凝縮水を生成させる凝縮水生成工程と、
前記凝縮水に含まれる塩素含有量を測定する塩素含有量測定工程と、
前記塩素含有測定工程の後に、前記塩素含有量が所定量以下になることを判定する塩素含有量判定工程と、
前記塩素含有量判定工程の後に、前記バーナ断熱材の加熱を停止する加熱停止工程と、
を有することを特徴とする燃料改質装置の前処理方法。
【請求項６】
炭化水素系の原燃料と水蒸気とを混合した燃料ガスを水素リッチガスに改質する改質触媒が充填される改質反応部と、前記改質反応部に隣接配置されるバーナ燃焼空間を加熱するバーナ部と、前記バーナ燃焼空間を取り囲むように配置されるバーナ断熱材を具備する断熱部と、を有する燃料改質装置と、
前記バーナ燃焼空間から排気されるバーナ排ガスを排気するバーナ排ガス系と、
を有する燃料電池発電システムの運転前処理方法において、
前記バーナ断熱材を加熱して前記バーナ断熱材に含有する塩素を熱分解し、この塩素を含むバーナ排ガスを発生させる断熱材加熱工程と、
前記バーナ排ガス系内を流通する前記バーナ排ガスに含まれる塩素含有量を測定する塩素含有量測定工程と、
前記塩素含有測定工程の後に、前記塩素含有量が所定量以下になることを判定する塩素含有量判定工程と、
前記塩素含有量判定工程の後に、前記バーナ断熱材の加熱を停止する加熱停止工程と、
を有することを特徴とする燃料電池発電システムの運転前処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料改質装置およびその前処理方法並びに、この燃料改質装置が搭載される燃料電池発電システムおよびその運転前処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電システムは、燃料である水素と酸化剤である酸素とを電気化学的に反応させて直接電気を取り出すものであり、高い効率で電気エネルギーを取り出すことができると同時に、静かで有害排ガスを出さないという環境性に優れた特徴を有するシステムである。最近では、小型の固体高分子形燃料電池の開発が活発化し、家庭用燃料電池発電システムの普及も間近な状況となっている。
【０００３】
固体高分子形燃料電池発電システムでは、燃料改質装置において都市ガスやＬＰガスや灯油などの炭化水素系の原燃料から、水蒸気改質などの化学反応により水素リッチな改質ガスを製造し、燃料電池本体に供給し、発電を行っている。
【０００４】
燃料改質装置は、原燃料中に付臭剤や不純物として含まれる硫黄化合物の除去を行う脱硫器、原燃料と水蒸気を混合した燃料ガスを水蒸気改質反応にて水素リッチな改質ガスにする改質器、改質器を出た改質ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）をシフト反応により約０．５％以下に低減させるＣＯ変成器、ＣＯ変成器から出た改質ガスの一酸化炭素（ＣＯ）を選択酸化反応により１０ｐｐｍ以下に低減させるＣＯ選択酸化器、および各反応器の温度を適切にするための熱交換器から構成されている。
【０００５】
改質器は、例えば特許文献１に開示されているように、改質触媒が充填された改質反応部、改質触媒を加熱するバーナ、およびバーナ燃焼空間などを有し、バーナ燃焼空間にはバーナ火炎または燃焼ガスからの放熱の防止や改質器容器の熱保護のために、バーナ断熱材が設置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１３９３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
バーナ断熱材はアルミナやシリカを主原料としたセラミックファイバー成形品からできている。このバーナ断熱材には、素材に元々含有される塩素分、または製造時に使用する水道水等に含まれている塩素分が１００〜１０００ｐｐｍ程度含まれている場合がある。この塩素分は、バーナ燃焼でバーナ断熱材が高温に熱せられると塩素ガスや塩化ガスとして離脱し、塩素を含んだバーナ排ガスとなって、バーナ下流の熱回収熱交換器などに送られる。
【０００８】
熱回収熱交換器でバーナ排ガスが低温になった場合には、バーナ排ガスに塩素が含まれているために、塩素を含んだ凝縮水が生成する。塩素を含む凝縮水により、熱回収熱交換器や配管等のステンレス鋼材に錆、孔食、および応力腐食割れなどの腐食等が発生する。
【０００９】
錆、孔食、および腐食は、熱交換器の性能低下や水処理樹脂の寿命低下や配管閉塞、さらにバーナ排ガスの漏洩を生じさせる問題があった。
【００１０】
本発明は上述した問題を解決するためになされたものであり、その目的は、燃料改質装置のバーナの下流に配置された熱回収熱交換器や配管の材料腐食を防止し、燃料電池発電システムを常に安定して運転することを可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため本発明に係る燃料改質装置は、炭化水素系の原燃料と水蒸気とを混合した燃料ガスを水素リッチガスに改質する改質触媒が充填される改質反応部と、前記改質反応部に隣接配置されるバーナ燃焼空間を加熱するバーナ部と、前記バーナ燃焼空間を取り囲むように配置されて塩素含有量が２０ｐｐｍ−ｗ以下のバーナ断熱材を具備する断熱部と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る燃料電池発電システムは、炭化水素系の原燃料と水蒸気とを混合した燃料ガスを水素リッチガスに改質する改質触媒が充填される改質反応部と、前記改質反応部に隣接配置されるバーナ燃焼空間を加熱するバーナ部と、前記バーナ燃焼空間を取り囲むように配置されるバーナ断熱材を具備する断熱部と、を有する燃料改質装置と、前記バーナ燃焼空間から排気されるバーナ排ガスを排気するバーナ排ガス系と、前記バーナ排ガス系に配置されて前記バーナ排ガス系内を流通する排ガスを冷却し凝縮水を除去した後に大気中に排気するバーナ排ガス凝縮器と、前記凝縮水の塩素濃度を測定する第１塩素分析手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る燃料電池発電システムは、炭化水素系の原燃料と水蒸気とを混合した燃料ガスを水素リッチガスに改質する改質触媒が充填される改質反応部と、前記改質反応部に隣接配置されるバーナ燃焼空間を加熱するバーナ部と、前記バーナ燃焼空間を取り囲むように配置されるバーナ断熱材を具備する断熱部と、を有する燃料改質装置と、前記バーナ燃焼空間から排気されるバーナ排ガスを排気するバーナ排ガス系と、前記バーナ排ガス系に配置されて前記バーナ排ガス系内を流通する排ガスを冷却し凝縮水を除去した後に大気中に排気するバーナ排ガス凝縮器と、前記バーナ排ガス系から分岐されて前記バーナ排ガス凝縮器をバイパスして、大気中にバーナ排ガスを排出するバーナ排ガスバイパス系と、前記バーナ排ガスバイパス系を流通するバーナ排ガスの塩素濃度を測定する第２塩素分析手段と、を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る燃料改質装置の前処理方法は、炭化水素系の原燃料と水蒸気とを混合した燃料ガスを水素リッチガスに改質する改質触媒が充填される改質反応部と、前記改質反応部に隣接配置されるバーナ燃焼空間を加熱するバーナ部と、前記バーナ燃焼空間を取り囲むように配置されるバーナ断熱材を具備する断熱部と、を有する燃料改質装置の前処理方法において、前記バーナ断熱材を加熱して前記バーナ断熱材に含有する塩素を熱分解し、この塩素を含むバーナ排ガスを発生させる断熱材加熱工程と、前記塩素を含む前記バーナ排気ガスを冷却して凝縮水を生成させる凝縮水生成工程と、前記凝縮水に含まれる塩素含有量を測定する塩素含有量測定工程と、前記塩素含有測定工程の後に、前記塩素含有量が所定量以下になることを判定する塩素含有量判定工程と、前記塩素含有量判定工程の後に、前記バーナ断熱材の加熱を停止する加熱停止工程と、を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る燃料電池発電システムの運転前処理方法は、炭化水素系の原燃料と水蒸気とを混合した燃料ガスを水素リッチガスに改質する改質触媒が充填される改質反応部と、前記改質反応部に隣接配置されるバーナ燃焼空間を加熱するバーナ部と、前記バーナ燃焼空間を取り囲むように配置されるバーナ断熱材を具備する断熱部と、を有する燃料改質装置と、前記バーナ燃焼空間から排気されるバーナ排ガスを排気するバーナ排ガス系と、を有する燃料電池発電システムの運転前処理方法において、前記バーナ断熱材を加熱して前記バーナ断熱材に含有する塩素を熱分解し、この塩素を含むバーナ排ガスを発生させる断熱材加熱工程と、前記バーナ排ガス系内を流通する前記バーナ排ガスに含まれる塩素含有量を測定する塩素含有量測定工程と、前記塩素含有測定工程の後に、前記塩素含有量が所定量以下になることを判定する塩素含有量判定工程と、前記塩素含有量判定工程の後に、前記バーナ断熱材の加熱を停止する加熱停止工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃料電池発電システムは、燃料改質装置のバーナの下流に配置された熱回収熱交換器や配管の材料腐食を抑制し、燃料電池発電システムを常に安定して運転することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る燃料電池発電システムの第１の実施形態を示す系統構成図である。
【図２】本発明に係る燃料電池発電システムの第２の実施形態を示す系統構成図である。
【図３】本発明に係る燃料電池発電システムの第３の実施形態を示す系統構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１９】
［第１の実施形態］
図１は本発明に係る燃料電池発電システム１の第１の実施形態を示す系統構成図である。
【００２０】
本実施形態の燃料電池発電システム１は、燃料改質系１ａおよび発電系１ｂを主な構成要素としている。燃料改質系１ａは、原燃料Ｆを水素リッチな改質ガスに改質させる機能を有する。発電系１ｂは、燃料改質系１ａで製造された改質ガス中の水素と空気中の酸素を反応させ、その反応で発生する電気を取り出す機能を有する。
【００２１】
燃料改質系１ａは、脱硫器２、改質器４、ＣＯ変成器１２、およびＣＯ選択酸化器１５などの反応器と、原燃料Ｆを供給する原燃料供給装置３１と、改質水Ｗを供給する改質水供給装置３２などを有する。
【００２２】
さらに、燃料改質系１ａは、各反応器の反応温度を最適に調節するため、および熱効率を向上させたるために、複数の熱交換器を有している。これらの熱交換器には、例えば、燃料予熱器１１、水蒸気発生器１９、バーナ燃料予熱器２０、バーナ空気予熱器２１、バーナ排ガス凝縮器２３などがある。これらの反応器、熱交換器、およびこれらを連結している配管の構成材料は、耐熱性および耐腐食性を考慮して、主にステンレス鋼製となっている。
【００２３】
燃料改質系１ａ内に配置される、脱硫器２、改質器４、ＣＯ変成器１２、ＣＯ選択酸化器１５、および上述の複数の熱交換器類は、軽量化およびコンパクト化のために一体化されている。この一体化された装置を燃料改質装置５０と定義している。
【００２４】
改質器４は、改質触媒６が充填された改質反応部５と、改質触媒６を加熱するバーナ７と、バーナ燃焼空間８と、バーナ燃焼空間８の周囲に配置したバーナ断熱材９等を有している。バーナ燃焼空間８には、改質反応部５と互いに熱交換できるように、改質反応部５と接している部位がある。また、改質反応部５と接していない部位には、放熱を防止するためにバーナ断熱材９と接している。なお、改質器４の外周には、放熱を防止するために保温材１０が設置されている。
【００２５】
本実施形態のバーナ断熱材９は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やシリカ（ＳｉＯ２）等を主原料としたセラミックファイバー成形品である。このバーナ断熱材９は、塩素含有量が２０ｐｐｍ−ｗ（重量）以下になるように形成されている。セラミックファイバー成形品の塩素含有量は、原材料に含まれる塩化物や製造時に使用する水道水の塩素分の影響を受けている。このため、バーナ断熱材９の塩素含有量を、２０ｐｐｍ−ｗ以下にするためには、塩化物を含まない原材料を使用することや、製造時に脱塩水を使用することや、製造時に焼成などにより脱塩することなどが好ましい。
【００２６】
さらに、燃料改質系１ａには、原燃料供給系２６、改質水供給系２８、水蒸気供給系２９、バーナ空気供給系３０、ＣＯ選択酸化空気供給系１４、およびバーナ排ガス系２２などが配置されている。
【００２７】
原燃料供給系２６は、原燃料供給装置３１から原燃料Ｆを原燃料供給ブロア３３などにより脱硫器２に供給する。改質水供給系２８は、改質水供給装置３２からの改質水Ｗを改質水ポンプ３４などにより水蒸気発生器１９に供給する。水蒸気供給系２９は、水蒸気発生器１９から発生する水蒸気が原燃料供給系２６に合流するように形成される。
【００２８】
バーナ空気供給系３０は、バーナ空気ブロア３５などにより外気を取り込んでバーナ７に空気を供給する。ＣＯ選択酸化空気供給系１４は、ＣＯ選択酸化空気ブロア３７などによりＣＯ選択酸化器１５の上流側に空気を供給する。バーナ排ガス系２２はバーナ７からのバーナ排ガスをバーナ排ガス凝縮器２３に供給する。バーナ排ガス凝縮器２３にはドレン水タンク２４と冷却水供給装置２５が接続されている。
【００２９】
本実施形態の燃料電池発電システム１の作用について以下に説明する。
【００３０】
燃料電池発電システム１の起動運転時においては、炭化水素系の原燃料Ｆの一部は、改質反応部５の加熱に利用される。この炭化水素系の原燃料Ｆの一部は、原燃料供給ブロア３３を駆動して起動用燃料遮断弁３６を開き起動用燃料供給系２７を流通して、バーナ空気供給系３０から供給される空気と合流する。この後に、原燃料Ｆの一部は改質器４のバーナ７に供給され、バーナ燃焼空間８で燃焼反応させて改質反応部５を加熱する。
【００３１】
改質反応部５に充填される改質触媒６が所定の温度まで加熱された後に、原燃料Ｆおよび改質水Ｗを供給開始する。先ずは、原燃料Ｆを脱硫器２に供給され、原燃料Ｆに含まれる硫黄化合物を脱硫器２に充填された脱硫触媒３で脱硫される。脱硫された原燃料Ｆは、水蒸気供給系２９から供給される約１２０℃〜２５０℃の水蒸気と混合される。水蒸気と原燃料Ｆが混合された原燃料ガスは、燃料予熱器１１に供給され、約４００℃に加熱させた後に、改質器４の改質触媒６が充填された改質反応部５に供給される。
【００３２】
改質触媒６では原燃料ガスを約７００℃で水蒸気改質反応をさせて水素リッチな改質ガスを生成する。水蒸気改質反応は吸熱反応であり熱源はバーナ燃焼空間８を流れる燃焼ガスを用いている。改質反応部５で生成される水素リッチな改質ガスは、燃料予熱器１１に供給されて、原燃料ガスとの熱交換により約２５０℃に冷却される。この後、改質ガスは、ＣＯ変成器１２内に充填されたＣＯ変成触媒１３へ供給され、シフト反応によりＣＯ濃度が０.５％以下程度に低減される。
【００３３】
ＣＯ変成器１２でＣＯ濃度を約０．５％以下程度に低減された改質ガスは、ＣＯ選択酸化空気供給系１４を流通する空気と混合された後、ＣＯ選択酸化器１５に充填されたＣＯ選択酸化触媒１６に供給される。ＣＯ選択酸化触媒１６に供給された改質ガスは、ＣＯ選択酸化反応またはメタネーション反応によりＣＯ濃度が数ｐｐｍ程度に低減される。
【００３４】
燃料改質装置５０で生成されたＣＯ濃度が低減された水素リッチな改質ガスは、燃料電池本体１７の燃料電池アノード極（図示せず）へ供給されて、燃料電池カソード極（図示せず）に流した空気中の酸素と化学反応し発電する。一方、アノード極で未反応となった燃料改質ガス（アノードオフガス）はアノードオフガス系１８を介して改質器４のバーナ７に供給される。
【００３５】
バーナ７では、アノードオフガス系１８から供給される燃料改質ガスとバーナ空気供給系３０から供給される空気とが反応し燃焼する。これにより、バーナ燃焼空間８では、約１１００〜１４００℃の燃焼火炎および燃焼ガス等が生成する。この発生した燃焼ガス等はバーナ燃焼空間８を流れる際に改質反応部５を加熱する。また、バーナ断熱材９は、バーナ燃焼空間８から改質器４の外部への放熱を抑制している。このときバーナ断熱材９は燃焼ガスにより約５００℃〜１０００℃に達する。このため、バーナ断熱材９に含まれる塩素分は、熱分解して塩素ガスまたは塩化ガスとなって、バーナ断熱材９より離脱する。
【００３６】
バーナ断熱材９に含まれる塩素分は、バーナ断熱材９を離脱した後に、燃焼ガスに混入して塩素を含んだバーナ排ガスとなって水蒸気発生器１９に供給される。ただし、本実施形態では、バーナ断熱材９の塩素含有量は予め２０ｐｐｍ−ｗ以下のものを使用しているために、塩素ガスまたは塩化ガスの発生は微量となっている。
【００３７】
なお、アノードオフガスによる燃焼が開始された後は、起動用燃料遮断弁３６を閉じて、起動用燃料供給系２７を流通して改質器４のバーナ７へ供給されていた原燃料Ｆを停止させる。
【００３８】
改質反応部５と熱交換して約３５０℃〜５００℃に低下したバーナ排ガスは、水蒸気発生器１９に熱源として供給されて、改質水供給系２８を流通する水を水蒸気に変化させる。この後に、バーナ排ガスは、約１２０〜１８０℃に低下して、バーナ燃料予熱器２０およびバーナ空気予熱器２１に供給される。バーナ排ガスは、バーナ燃料予熱器２０およびバーナ空気予熱器２１を流通する間に、アノードオフガスおよびバーナ用空気を予熱して約６０〜１００℃に低下して、燃料改質装置５０から排出される。燃料改質装置５０から排出されるバーナ排ガスは、バーナ排ガス系２２を流通してバーナ排ガス凝縮器２３に送られる。
【００３９】
バーナ排ガス凝縮器２３の送られたバーナ排ガスは、冷却水供給装置２５から供給される冷却水により露点温度以下の４０℃程度に冷却され、凝縮水が除去される。凝縮水が除去されたバーナ排ガスは、大気中に放出される。バーナ排ガス凝縮器２３で発生した凝縮水はドレン水タンク２４に回収される。
【００４０】
バーナ排ガスの水凝縮はバーナ排ガス凝縮器２３だけでなく、機器温度の低い冷起動時ではバーナ空気予熱器２１でも発生する。しかし、バーナ排ガスに含まれる塩素分は微量であることから、凝縮水中の塩素量も微量となり、錆、孔食や応力腐食割れなどの腐食量は低減される。
【００４１】
本実施形態によれば、改質器４のバーナ断熱材９の塩素含有量が予め少ないもの（２０ｐｐｍ―ｗ以下）を使用することにより、バーナ断熱材９からバーナ排ガス中に流出する塩素量を低減させることが可能となる。これによりバーナ下流の熱交換器や配管の腐食を防止でき、長期間にわたって常に安定した運転を行うことが可能となる。
【００４２】
［第２の実施形態］
本発明に係る燃料電池発電システム１の第２の実施形態について以下に説明する。なお、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。図２は、本実施形態の系統構成図である。
【００４３】
本実施形態は、改質器４に組み込まれたバーナ断熱材９の塩素含有量が２０ｐｐｍ−ｗ以上の場合であっても、燃料改質装置５０を燃料電池発電システム１に搭載する前に、燃料改質装置５０単体でバーナ断熱材９を高温に加熱して塩素含有量を２０ｐｐｍ−ｗ以下まで低減させる機能を有している。
【００４４】
本実施形態では、燃料改質装置５０、原料供給装置５１、および第１塩素分析手段４３ａなどを主な構成要素としている。原料供給装置５１には、燃料改質装置５０が単体で運転できるように原燃料供給系２６、改質水供給系２８、バーナ空気供給系３０、ＣＯ選択酸化空気供給系１４、バーナ燃料供給系４２などが配置されている。第１塩素分析手段４３ａは、燃料改質装置５０の下流のバーナ排ガス系２２に配置されている。
【００４５】
以下に、バーナ断熱材９を燃焼ガスにより加熱し、バーナ断熱材９を脱塩前処理する燃料改質装置５０の運転方法について説明する。
【００４６】
第２の実施形態の燃料改質装置５０の運転方法において、第１の実施形態と異なる点は、燃料改質ガス（アノードオフガス）の替わりに原料供給系装置５１のバーナ燃料供給装置４０からバーナ燃料Ｂをバーナ燃料ブロワ４１などによりバーナ燃料供給系４２を流通してバーナ７に供給することである。
【００４７】
バーナ断熱材９の脱塩前処理は、先ず、起動用燃料供給系２７からの原燃料Ｆと、バーナ空気系３０からの空気とを合流させて、バーナ７に供給する。原燃料Ｆと空気は、バーナ燃焼空間８で燃焼して、改質反応部５およびバーナ断熱材９を加熱する。改質反応部５が所定の温度まで加熱されたら、起動用燃料供給系２７から供給される原燃料Ｆを停止する。
【００４８】
この後に、バーナ燃料供給系４２からのバーナ燃料Ｂをバーナ７に供給し、バーナ燃焼空間８での燃焼を継続させる。バーナ断熱材９は、燃焼ガスにより約５００℃〜１０００℃に加熱される。この加熱によって、バーナ断熱材９に含まれる塩素分は、熱分解して塩素ガスまたは塩化ガスとなりバーナ断熱材９より離脱される。バーナ断熱材９より離脱した塩素分は、燃焼ガスに混入して塩素を含んだバーナ排ガスとなって下流の水蒸気発生器１９に供給される。
【００４９】
この塩素を含んだバーナ排ガスは、バーナ燃料予熱器２０およびバーナ空気予熱器２１で熱交換して６０〜１００℃に低下した後に、燃料改質装置５０から排出される。燃料改質装置５０から排出されたバーナ排ガスは、バーナ排ガス系２２を流通してバーナ排ガス凝縮器２３に送られる。
【００５０】
バーナ排ガス凝縮器２３に送られたバーナ排ガスは、冷却水供給装置２５からの冷却水により露点温度以下の４０℃程度に冷却され、凝縮水が除去される。凝縮水が除去されたバーナ排ガスは、大気中に放出される。このとき、バーナ排ガス凝縮器２３で発生した凝縮水は、ドレン水タンク２４に回収される。この凝縮水の塩素濃度を、第１塩素分析手段４３ａにて測定する。この測定により、塩素含有量が２０ｐｐｍ−ｗまで低減したことを確認したときに、バーナ断熱材９の塩素含有量が２０ｐｐｍ−ｗ以下になったと判断する。ここで、脱塩前処理の運転を終了させる。
【００５１】
なお、バーナ断熱材９の脱塩前処理は、バーナ７により加熱できればよいため、バーナ７の燃料として起動用燃料供給系２７の原燃料Ｆまたはバーナ燃料供給系４２のバーナ燃料Ｂのいずれか一方のみを使用してもよい。
【００５２】
本実施形態によれば、塩素含有量が多いバーナ断熱材９を使用した場合において、燃料改質装置５０を単体で運転することにより、バーナ断熱材９の脱塩前処理が可能となる。これにより、塩素含有量が２０ｐｐｍ−ｗ以下に管理されたバーナ断熱材９を有する燃料改質装置５０を、燃料電池発電システム１に搭載することができるので、バーナ下流の熱交換器や配管の腐食を防止でき、長期間にわたって常に安定した運転を行うことが可能となる。
【００５３】
［第３の実施形態］
本発明に係る燃料電池発電システム１の第３の実施形態について以下に説明する。なお、第１および第２の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。図３は、本実施形態の系統構成図である。
【００５４】
本実施形態では、燃料電池発電システム１に搭載された燃料改質装置５０のバーナ断熱材９の塩素含有量が２０ｐｐｍ−ｗ以上の場合であっても、バーナ断熱材９を高温に加熱して塩素含有量を２０ｐｐｍ−ｗ以下まで低減させる機能を有している。
【００５５】
本実施形態では、燃料電池発電システム１とバーナ排ガスバイパス系４４と第２塩素分析手段４３ｂから構成され、バーナ排ガスバイパス系４４は燃料改質装置５０の下流のバーナ排ガス系２２からバーナ排ガスバイパス弁４６を介して配置されている。バーナ排ガスバイパス系４４には第２塩素分析手段４３ｂが配置されている。
【００５６】
以下に、バーナ断熱材９を燃焼ガスにより高温に加熱し、バーナ断熱材を脱塩処理する燃料電池発電システム１の運転方法について説明する。
【００５７】
燃料電池発電システム１の運転方法について第１の実施形態と異なる点は、脱塩処理時にバーナ排ガスバイパス系４４を介してバーナ排ガスを燃料電池発電システム１の外に排出させることである。
【００５８】
バーナ断熱材９はバーナ７で燃焼させた高温の燃焼ガスにより約５００℃〜１０００℃に加熱される。この後に、バーナ断熱材９に含まれる塩素分は、熱分解して塩素ガスまたは塩化ガスとなりバーナ断熱材９より離脱する。バーナ断熱材９より離脱した塩素分は、燃焼ガスに混入して、塩素を含んだバーナ排ガスとなって下流の水蒸気発生器１９に供給される。さらに、塩素を含んだバーナ排ガスは、バーナ燃料予熱器２０およびバーナ空気予熱器２１で熱交換して約６０〜１００℃に低下した後に、燃料改質装置５０から排出される。燃料改質装置５０から排出されたバーナ排ガスは、バーナ排ガスバイパス系４４を流通して燃料電池発電システム１の外に排出される。このときバーナ排ガスバイパス弁４６は開かれており、バーナ排ガス弁４５は閉じられている。バーナ排ガスは、第２塩素分析手段４３ｂにて塩素濃度を測定される。この測定により、塩素含有量が２０ｐｐｍ−ｗまで低減したことを確認したときに、バーナ断熱材９の塩素含有量が２０ｐｐｍ−ｗ以下になったと判断する。ここで、脱塩処理の運転を終了する。
【００５９】
本実施形態によれば、バーナ断熱材９の塩素含有量が多い場合においても、燃料改質装置５０を燃料電池発電システム１に搭載した状態でバーナ断熱材９の脱塩処理が可能となる。
【００６０】
脱塩処理時に発生した塩素を含んだバーナ排ガスは、燃料電池発電システム１のバーナ排ガス凝縮器２３を流れる前に、燃料電池発電システム１の外に排出している。したがって、バーナ排ガス凝縮器２３の腐食を防止でき、長期間にわたって常に安定した運転を行うことが可能となる。
【００６１】
［その他の実施形態］
上記実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１…燃料電池発電システム、１ａ…燃料改質系、１ｂ…発電系、２…脱硫器、３…脱硫触媒、４…改質器、５…改質反応部、６…改質触媒、７…バーナ、８…バーナ燃焼空間、９…バーナ断熱材、１０…保温材、１１…燃料予熱器、１２…ＣＯ変成器、１３…ＣＯ変成触媒、１４…ＣＯ選択酸化空気供給系、１５…ＣＯ選択酸化器、１６…ＣＯ選択酸化触媒、１７…燃料電池本体、１８…アノードオフガス系、１９…水蒸気発生器、２０…バーナ燃料予熱器、２１…バーナ空気予熱器、２２…バーナ排ガス系、２３…バーナ排ガス凝縮器、２４…ドレン水タンク、２５…冷却水供給装置、２６…原燃料供給系、２７…起動用燃料供給系、２８…改質水供給系、２９…水蒸気供給系、３０…バーナ空気供給系、３１…原燃料供給装置、３２…改質水供給装置、３３…原燃料供給ブロワ、３４…改質水ポンプ、３５…バーナ空気ブロワ、３６…起動用燃料遮断弁、３７…ＣＯ選択酸化空気ブロワ、４０…バーナ燃料供給系、４１…バーナ燃料ブロワ、４２…バーナ燃料供給系、４３ａ…第１塩素分析手段、４３ｂ…第２塩素分析手段、４４…バーナ排ガスバイパス系、４５…バーナ排ガス弁、４６…バーナ排ガスバイパス弁、５０…燃料改質装置、５１…原料供給装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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