(57)【要約】【課題】起動を迅速に行える燃料電池コンバインドサイクル発電プラントを提供することである。【解決手段】起動時には燃料ガス供給系統２１を通して燃料ガスを直接的に燃焼器１７に導きガスタービンおよび蒸気タービンを起動する。それと並行して、排熱回収ボイラ１９で生成された蒸気の一部で燃料予熱器１２により燃料ガスを予熱し、予熱された燃料ガスを脱硫装置１３で脱硫し、少なくとも脱硫装置１３が起動完了するまで脱硫装置１３で脱硫した燃料ガスを固体酸化物形燃料電池１１をバイパスして燃焼器１７に供給する。その後に固体酸化物形燃料電池１１を起動する。【選択図】  図１
2004220941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気圧縮機により圧縮された圧縮空気と燃料ガスとを固体酸化物形燃料電池に供給し、圧縮空気中の酸素と燃料ガスとを反応させて電気化学的に発電すると共に、前記固体酸化物形燃料電池からの排ガスを燃焼器に供給して燃焼反応を通じて高温の作動ガスを生成し、その高温の作動ガスをガスタービンへ供給してガスタービンを駆動し、ガスタービンの排ガスとの熱交換を通じて排熱回収ボイラで蒸気を生成し、その蒸気を蒸気タービンに供給するようにした燃料電池コンバインドサイクル発電プラントにおいて、前記燃料ガスを直接的に燃焼器に導く燃料ガス供給系統と、前記排熱回収ボイラで生成された蒸気の一部で前記固体酸化物形燃料電池に供給する燃料ガスを予熱するための燃料予熱器とを備えたことを特徴とする燃料電池コンバインドサイクル発電プラント。
【請求項２】
前記燃料ガス供給系統、前記固体酸化物形燃料電池からの排ガスを前記燃焼器に供給する燃料電池排ガス供給系統の各々に流量調節弁を設け、前記ガスタービンの入口燃料入熱に外乱を与えないように、前記燃料ガス供給系統からの燃料ガスの流量、燃料電池排ガス供給系統からの燃料電池排ガスの流量を調節することを特徴とする請求項１記載の燃料電池コンバインドサイクル発電プラント。
【請求項３】
空気圧縮機により圧縮された圧縮空気と燃料ガスとを固体酸化物形燃料電池に供給し、圧縮空気中の酸素と燃料ガスとを反応させて電気化学的に発電すると共に、前記固体酸化物形燃料電池からの排ガスを燃焼器に供給して燃焼反応を通じて高温の作動ガスを生成し、その高温の作動ガスをガスタービンへ供給してガスタービンを駆動し、ガスタービンの排ガスとの熱交換を通じて排熱回収ボイラで蒸気を生成し、その蒸気を蒸気タービンに供給するようにした燃料電池コンバインドサイクル発電プラントにおいて、前記燃料ガスを直接的に燃焼器に導く燃料ガス供給系統と、前記排熱回収ボイラで生成された蒸気の一部で前記固体酸化物形燃料電池に供給する燃料ガスを予熱するための燃料予熱器と、前記燃料予熱器で予熱された燃料ガスを脱硫する脱硫装置と、少なくとも前記脱硫装置が起動完了するまで前記脱硫装置で脱硫した燃料ガスを前記固体酸化物形燃料電池をバイパスして前記燃焼器に供給する燃料電池バイパス系統とを備えたことを特徴とする燃料電池コンバインドサイクル発電プラント。
【請求項４】
前記燃料ガス供給系統、前記燃料電池バイパス系統、前記固体酸化物形燃料電池からの排ガスを前記燃焼器に供給する燃料電池排ガス供給系統の各々に流量調節弁を設け、前記ガスタービンの入口燃料入熱に外乱を与えないように、前記燃料ガス供給系統からの燃料ガスの流量、前記燃料電池バイパス系統からの脱硫された燃料ガスの流量、燃料電池排ガス供給系統からの燃料電池排ガスの流量を調節することを特徴とする請求項３記載の燃料電池コンバインドサイクル発電プラント。
【請求項５】
空気圧縮機により圧縮された圧縮空気と燃料ガスとを固体酸化物形燃料電池に供給し、圧縮空気中の酸素と燃料ガスとを反応させて電気化学的に発電すると共に、前記固体酸化物形燃料電池からの排ガスを燃焼器に供給して燃焼反応を通じて高温の作動ガスを生成し、その高温の作動ガスをガスタービンへ供給してガスタービンを駆動し、ガスタービンの排ガスとの熱交換を通じて排熱回収ボイラで蒸気を生成し、その蒸気を蒸気タービンに供給するようにした燃料電池コンバインドサイクル発電プラントの起動方法において、起動時には前記燃料ガスを直接的に燃焼器に供給し、前記燃焼器で燃料ガスを燃焼させて得られた高温の作動ガスで前記ガスタービンを駆動し、前記ガスタービンの排ガスとの熱交換を通じて排熱回収ボイラで発生した蒸気により蒸気タービンを起動し、それと並行して前記固体酸化物燃料電池を起動することを特徴とする燃料電池コンバインドサイクル発電プラントの起動方法。
【請求項６】
空気圧縮機により圧縮された圧縮空気と燃料ガスとを固体酸化物形燃料電池に供給し、圧縮空気中の酸素と燃料ガスとを反応させて電気化学的に発電すると共に、前記固体酸化物形燃料電池からの排ガスを燃焼器に供給して燃焼反応を通じて高温の作動ガスを生成し、その高温の作動ガスをガスタービンへ供給してガスタービンを駆動し、ガスタービンの排ガスとの熱交換を通じて排熱回収ボイラで蒸気を生成し、その蒸気を蒸気タービンに供給するようにした燃料電池コンバインドサイクル発電プラントの起動方法において、起動時には前記燃料ガスを直接的に燃焼器に導く燃料ガス供給系統を通して前記燃料ガスを前記燃焼器に供給し、前記燃焼器で燃料ガスを燃焼させて得られた高温の作動ガスで前記ガスタービンを駆動し、前記ガスタービンを駆動した排ガスを排熱回収ボイラに導き、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気で蒸気タービンを起動すると共にその一部の蒸気を燃料予熱器に導き、前記燃料予熱器で予熱された燃料ガスを前記固体酸化物形燃料電池に徐々に供給して前記固体酸化物形燃料電池を起動し、前記固体酸化物形燃料電池からの排ガスをガスタービン入口燃料入熱に外乱を与えないように前記燃焼器に供給することを特徴とする燃料電池コンバインドサイクル発電プラントの起動方法。
【請求項７】
空気圧縮機により圧縮された圧縮空気と燃料ガスとを固体酸化物形燃料電池に供給し、圧縮空気中の酸素と燃料ガスとを反応させて電気化学的に発電すると共に、前記固体酸化物形燃料電池からの排ガスを燃焼器に供給して燃焼反応を通じて高温の作動ガスを生成し、その高温の作動ガスをガスタービンへ供給してガスタービンを駆動し、ガスタービンの排ガスとの熱交換を通じて排熱回収ボイラで蒸気を生成し、その蒸気を蒸気タービンに供給するようにした燃料電池コンバインドサイクル発電プラントの起動方法において、起動時には前記燃料ガスを直接的に燃焼器に導く燃料ガス供給系統を通して前記燃料ガスを前記燃焼器に供給し、前記燃焼器で燃料ガスを燃焼させて得られた高温の作動ガスで前記ガスタービンを駆動し、前記ガスタービンを駆動した排ガスを排熱回収ボイラに導き、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気で蒸気タービンを起動すると共にその一部の蒸気を燃料予熱器に導き、前記燃料予熱器で予熱された燃料ガスを脱硫装置に導き、少なくとも前記脱硫装置が起動完了するまで前記脱硫装置で脱硫した燃料ガスを前記固体酸化物形燃料電池をバイパスする燃料電池バイパス系統を通してガスタービン入口燃料入熱に外乱を与えないように前記燃焼器に供給し、前記脱硫装置が起動完了すると前記脱硫装置からの燃料ガスを前記固体酸化物形燃料電池に徐々に供給して前記固体酸化物形燃料電池を起動し、前記固体酸化物形燃料電池からの排ガスをガスタービン入口燃料入熱に外乱を与えないように前記燃焼器に供給することを特徴とする燃料電池コンバインドサイクル発電プラントの起動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体酸化物形燃料電池の排ガスを利用してガスタービンと排熱回収ボイラとを組み合わせたコンバインドサイクル発電プラントのガスタービンを駆動するようにした燃料電池コンバインドサイクル発電プラントおよびその起動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電プラントにおいては、ガスタービンの排ガスを利用して排熱回収ボイラで蒸気を発生させ、その蒸気で蒸気タービンを駆動するようにしたコンバインドサイクル発電プラントが多く採用されている。これにより、発電効率の高効率化を図っている。
【０００３】
一方、燃料電池は燃料から直接的に発電できることから発電効率が高く、また環境に対してもクリーンであることからその利用が期待されている。固体酸化物形燃料電池は作動温度が８００℃〜１０００℃であり、その排ガスは温度が高く、さらに排ガス中には未利用燃料を含んでいる。
【０００４】
そこで、固体酸化物形燃料電池の排ガスをコンバインドサイクル発電プラントの燃焼器に導きガスタービンの燃料として利用し、発電効率をさらに向上させたものが開発されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３４３３７１号公報（図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような燃料電池コンバインドサイクル発電プラントでは、燃料電池で発生した排ガスをガスタービンの燃焼器に供給してガスタービンを駆動するようにしているので、燃料電池からの排ガスが少ないと、ガスタービンを駆動することができない。
【０００７】
固体酸化物形燃料電池では、電池セルがセラミックで形成されており、急激な温度変化を与えると電池セルが破損してしまう恐れがあることから、その起動には時間を要するので、燃料電池からガスタービンを駆動するのに必要な排ガスが供給されるまでに時間がかかる。つまり、発電プラント全体としてみた場合に定格出力を出力できるまでに時間がかかり、発電プラントとしての運用性が制限される。
【０００８】
本発明の目的は、起動を迅速に行える燃料電池コンバインドサイクル発電プラントおよびその起動方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る燃料電池コンバインドサイクル発電プラントは、空気圧縮機により圧縮された圧縮空気と燃料ガスとを固体酸化物形燃料電池に供給し、圧縮空気中の酸素と燃料ガスとを反応させて電気化学的に発電すると共に、前記固体酸化物形燃料電池からの排ガスを燃焼器に供給して燃焼反応を通じて高温の作動ガスを生成し、その高温の作動ガスをガスタービンへ供給してガスタービンを駆動し、ガスタービンの排ガスとの熱交換を通じて排熱回収ボイラで蒸気を生成し、その蒸気を蒸気タービンに供給するようにした燃料電池コンバインドサイクル発電プラントにおいて、前記燃料ガスを直接的に燃焼器に導く燃料ガス供給系統と、前記排熱回収ボイラで生成された蒸気の一部で前記固体酸化物形燃料電池に供給する燃料ガスを予熱するための燃料予熱器とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明に係る燃料電池コンバインドサイクル発電プラントは、請求項１の発明において、前記燃料ガス供給系統、前記固体酸化物形燃料電池からの排ガスを前記燃焼器に供給する燃料電池排ガス供給系統の各々に流量調節弁を設け、前記ガスタービンの入口燃料入熱に外乱を与えないように、前記燃料ガス供給系統からの燃料ガスの流量、燃料電池排ガス供給系統からの燃料電池排ガスの流量を調節することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明に係る燃料電池コンバインドサイクル発電プラントは、空気圧縮機により圧縮された圧縮空気と燃料ガスとを固体酸化物形燃料電池に供給し、圧縮空気中の酸素と燃料ガスとを反応させて電気化学的に発電すると共に、前記固体酸化物形燃料電池からの排ガスを燃焼器に供給して燃焼反応を通じて高温の作動ガスを生成し、その高温の作動ガスをガスタービンへ供給してガスタービンを駆動し、ガスタービンの排ガスとの熱交換を通じて排熱回収ボイラで蒸気を生成し、その蒸気を蒸気タービンに供給するようにした燃料電池コンバインドサイクル発電プラントにおいて、前記燃料ガスを直接的に燃焼器に導く燃料ガス供給系統と、前記排熱回収ボイラで生成された蒸気の一部で前記固体酸化物形燃料電池に供給する燃料ガスを予熱するための燃料予熱器と、前記燃料予熱器で予熱された燃料ガスを脱硫する脱硫装置と、少なくとも前記脱硫装置が起動完了するまで前記脱硫装置で脱硫した燃料ガスを前記固体酸化物形燃料電池をバイパスして前記燃焼器に供給する燃料電池バイパス系統とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明に係る燃料電池コンバインドサイクル発電プラントは、請求項３の発明において、前記燃料ガス供給系統、前記燃料電池バイパス系統、前記固体酸化物形燃料電池からの排ガスを前記燃焼器に供給する燃料電池排ガス供給系統の各々に流量調節弁を設け、前記ガスタービンの入口燃料入熱に外乱を与えないように、前記燃料ガス供給系統からの燃料ガスの流量、前記燃料電池バイパス系統からの脱硫された燃料ガスの流量、燃料電池排ガス供給系統からの燃料電池排ガスの流量を調節することを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明に係る燃料電池コンバインドサイクル発電プラントの起動方法は、空気圧縮機により圧縮された圧縮空気と燃料ガスとを固体酸化物形燃料電池に供給し、圧縮空気中の酸素と燃料ガスとを反応させて電気化学的に発電すると共に、前記固体酸化物形燃料電池からの排ガスを燃焼器に供給して燃焼反応を通じて高温の作動ガスを生成し、その高温の作動ガスをガスタービンへ供給してガスタービンを駆動し、ガスタービンの排ガスとの熱交換を通じて排熱回収ボイラで蒸気を生成し、その蒸気を蒸気タービンに供給するようにした燃料電池コンバインドサイクル発電プラントの起動方法において、起動時には前記燃料ガスを直接的に燃焼器に供給し、前記燃焼器で燃料ガスを燃焼させて得られた高温の作動ガスで前記ガスタービンを駆動し、前記ガスタービンの排ガスとの熱交換を通じて排熱回収ボイラで発生した蒸気により蒸気タービンを起動し、それと並行して前記固体酸化物燃料電池を起動することを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明に係る燃料電池コンバインドサイクル発電プラントの起動方法は、空気圧縮機により圧縮された圧縮空気と燃料ガスとを固体酸化物形燃料電池に供給し、圧縮空気中の酸素と燃料ガスとを反応させて電気化学的に発電すると共に、前記固体酸化物形燃料電池からの排ガスを燃焼器に供給して燃焼反応を通じて高温の作動ガスを生成し、その高温の作動ガスをガスタービンへ供給してガスタービンを駆動し、ガスタービンの排ガスとの熱交換を通じて排熱回収ボイラで蒸気を生成し、その蒸気を蒸気タービンに供給するようにした燃料電池コンバインドサイクル発電プラントの起動方法において、起動時には前記燃料ガスを直接的に燃焼器に導く燃料ガス供給系統を通して前記燃料ガスを前記燃焼器に供給し、前記燃焼器で燃料ガスを燃焼させて得られた高温の作動ガスで前記ガスタービンを駆動し、前記ガスタービンを駆動した排ガスを排熱回収ボイラに導き、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気で蒸気タービンを起動すると共にその一部の蒸気を燃料予熱器に導き、前記燃料予熱器で予熱された燃料ガスを前記固体酸化物形燃料電池に徐々に供給して前記固体酸化物形燃料電池を起動し、前記固体酸化物形燃料電池からの排ガスをガスタービン入口燃料入熱に外乱を与えないように前記燃焼器に供給することを特徴とする。
【００１５】
請求項７の発明に係る燃料電池コンバインドサイクル発電プラントの起動方法は、空気圧縮機により圧縮された圧縮空気と燃料ガスとを固体酸化物形燃料電池に供給し、圧縮空気中の酸素と燃料ガスとを反応させて電気化学的に発電すると共に、前記固体酸化物形燃料電池からの排ガスを燃焼器に供給して燃焼反応を通じて高温の作動ガスを生成し、その高温の作動ガスをガスタービンへ供給してガスタービンを駆動し、ガスタービンの排ガスとの熱交換を通じて排熱回収ボイラで蒸気を生成し、その蒸気を蒸気タービンに供給するようにした燃料電池コンバインドサイクル発電プラントの起動方法において、起動時には前記燃料ガスを直接的に燃焼器に導く燃料ガス供給系統を通して前記燃料ガスを前記燃焼器に供給し、前記燃焼器で燃料ガスを燃焼させて得られた高温の作動ガスで前記ガスタービンを駆動し、前記ガスタービンを駆動した排ガスを排熱回収ボイラに導き、前記排熱回収ボイラで発生した蒸気で蒸気タービンを起動すると共にその一部の蒸気を燃料予熱器に導き、前記燃料予熱器で予熱された燃料ガスを脱硫装置に導き、少なくとも前記脱硫装置が起動完了するまで前記脱硫装置で脱硫した燃料ガスを前記固体酸化物形燃料電池をバイパスする燃料電池バイパス系統を通してガスタービン入口燃料入熱に外乱を与えないように前記燃焼器に供給し、前記脱硫装置が起動完了すると前記脱硫装置からの燃料ガスを前記固体酸化物形燃料電池に徐々に供給して前記固体酸化物形燃料電池を起動し、前記固体酸化物形燃料電池からの排ガスをガスタービン入口燃料入熱に外乱を与えないように前記燃焼器に供給することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係る燃料電池コンバインドサイクル発電プラントの構成図である。固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）１１は、電池セルの電解質がイオン導電性セラミックスで形成され、電池セルの燃料極に供給される燃料ガスと電池セルの空気極に供給される酸素との電気化学反応により直流電力を発生するものである。固体酸化物形燃料電池１１は、燃料改質を電池の内部で行え、電解質が固体で構成されるので電解質の蒸発による電池性能の低下がなく、作動温度が８００℃〜１０００℃であり、その排ガス温度が高いという特徴を有する。
【００１７】
燃料ガスは、通常、天然ガスＮＧが使用される。固体酸化物形燃料電池１１の通常運転時においては、燃料ガスは燃料予熱器１２で予熱され脱硫装置１３で脱硫されて固体酸化物形燃料電池１１の燃料極に供給される。燃料予熱器１２で燃料ガスを予熱するのは固体酸化物形燃料電池１１の作動温度が高いので、電池を構成する部材に熱ストレスを与えないようにするためである。
【００１８】
一方、固体酸化物形燃料電池１１の空気極には空気圧縮機１４で圧縮され昇圧器１５で昇圧された空気が供給される。これにより、固体酸化物形燃料電池１１では、燃料極に供給される燃料ガスと空気極に供給される酸素との電気化学反応により直流電力を発生する。発生した直流電力はインバータ装置１６により交流電力に変換されて、図示省略の電力系統に送電される。
【００１９】
固体酸化物形燃料電池１１の排ガスおよび酸素を消費した後の排空気は、燃焼器１７に供給され、固体酸化物形燃料電池１１の排ガス中の未利用燃料を燃焼させる。燃焼器１７で得られた高温の作動ガスはガスタービン１８に導かれて、ガスタービン１８を駆動し、ガスタービン１８を駆動した排ガスは排熱回収ボイラ１９に導かれる。排熱回収ボイラ１９では、ガスタービン１８の排ガスで蒸気を発生させ、その蒸気で蒸気タービン２０を起動すると共に、その一部の蒸気を燃料予熱器１２に導き、燃料予熱器１２で燃料ガスを予熱する。なお、ガスタービン１８や蒸気タービン２０は交流発電機を駆動して交流電力を発生し、図示省略の電力系統に交流電力を送電する。また、蒸気タービンで仕事を終えた蒸気は復水器で復水され排熱回収ボイラ１９に戻される。
【００２０】
ここで、燃料予熱器１２、脱硫装置１３および固体酸化物形燃料電池１１をバイパスして、燃料ガスを直接的に燃焼器１７に導くための燃料ガス供給系統２１が設けられており、また、固体酸化物形燃料電池１１をバイパスして、脱硫装置１３で脱硫した燃料ガスを燃焼器１７に供給するための燃料電池バイパス系統２２が設けられている。
【００２１】
燃料ガス供給系統２１は、発電プラントの起動時に開かれ、燃料予熱器１２、脱硫装置１３および固体酸化物形燃料電池１１をバイパスして、燃料ガスを直接的に燃焼器１７に導く。また、燃料電池バイパス系統２２は、発電プラントの起動過程において、少なくとも脱硫装置１３が起動完了するまで脱硫装置１３で脱硫した脱硫が不完全な燃料ガスを固体酸化物形燃料電池１１をバイパスして燃焼器１７に供給する。
【００２２】
すなわち、起動時には、まず、燃料ガス供給系統２１を開き、燃料ガスを燃料ガス供給系統２１を通して燃焼器１７に供給し、燃焼器１７で燃料ガスを燃焼させてガスタービン１８を起動する。そして、排熱回収ボイラ１９の蒸気が確立して燃料予熱器１２により燃料ガスの予熱が可能となると、燃料電池パイパス系統２２を開き、燃料ガスを燃料予熱器１２で予熱した燃料ガスを徐々に脱硫装置１３に供給し脱硫装置１３の起動を開始する。これは、脱硫装置１３の触媒を徐々に暖め脱硫装置１３に熱ストレスを与えないようにするためである。また、固体酸化物形燃料電池１１をバイパスするのは、脱硫装置１３による未脱硫の燃料ガスを固体酸化物形燃料電池１１に供給するのを防止するためである。
【００２３】
そして、脱硫装置１３の起動が完了し燃料ガスの脱硫が適正に行われ始めると、固体酸化物燃料電池１１に燃料ガスを徐々に供給し、固体酸化物形燃料電池１１を起動する。それに伴い燃料電池バイパス系統２２を閉じる。
【００２４】
固体酸化物形燃料電池１１の作動温度は高いので、電池を構成する部材に熱ストレスを与えないように時間をかけて徐々に発電電力を増加させていく。そして、定格電力を出力できるようになると通常運転となる。この間は、固体酸化物形燃料電池１１の出力の上昇に伴い固体酸化物形燃料電池１１の排ガスが徐々に増加するので、燃料ガス供給系統２１から燃焼器１７に供給する燃料ガスは徐々に減少させる。そして、固体酸化物形燃料電池１１が通常運転になった場合であっても、ガスタービン１８への入熱が不足する場合には燃料ガス供給系統２１から燃焼器１７に燃料ガスを供給することになる。
【００２５】
このように、起動に当たっては、まずガスタービン１８および蒸気タービンを起動して交流電力を発生させ、その後に固体酸化物形燃料電池１１を起動して電力を発生させるので、固体酸化物形燃料電池１１に熱ストレスを与えることなく、しかも、発電プラント全体としては、迅速に起動することができ電力系統に早期に電力を供給できるようになる。
【００２６】
ここで、起動過程において、燃焼器１７に供給される燃料は、燃料ガス供給系統２１からの燃料ガス、燃料電池バイパス系統２２からの脱硫後の燃料ガス、固体酸化物形燃料電池１１の排ガスであり、運転状態に応じてこれら燃料ガスは切り替わる。従って、ガスタービン１８に供給される作動ガスの熱量が変動することになる。そこで、ガスタービン１８の作動ガスの熱量が変動しないようにガスタービン入口燃料入熱制御を行う。
【００２７】
図２は、燃焼器１７の周囲の詳細図である。図２に示すように、燃料ガス供給系統２１、燃料電池バイパス系統２２、燃料電池排ガス系統２３には、それぞれの系統を流れるガス流量を調節する流量調節弁２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、およびそれぞれの系統を流れるガス熱量を計測する熱量計２５ａ、２５ｂ、２５ｃが設けられ、さらに、燃焼器１７の入口には、燃焼器１７に供給される燃料の圧力を調節する燃料圧力調節弁２６および燃料圧力を検出する燃料圧力検出器２７、燃焼器１７に供給される燃料の流量を調節する燃料流量調節弁２８および燃料流量を検出する燃料流量検出器２９が設けられている。
【００２８】
制御装置３０は、燃料が切り替わってもガスタービン１８の作動ガスの熱量が変動しないようにガスタービン入口燃料入熱制御を行うものであり、熱量計２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、燃料圧力検出器２７、燃料流量検出器２９の検出信号に基づいて、それぞれの流量調節弁２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、燃料圧力調節弁２６、燃料流量調節弁２８を調節する。
【００２９】
図３は、本発明の実施の形態に係る燃料電池コンバインドサイクル発電プラントの起動時における各部の動作タイミングを示すタイムチャートである。いま、燃料電池コンバインドサイクル発電プラントに起動指令があったとすると、まず時点ｔ１で燃料ガス供給系統２１が開き、燃料ガスが燃焼器１７に供給開始され、その後の時点ｔ２で燃焼器１７で燃料ガスを燃焼しガスタービンを起動する。これにより、ガスタービン１８の排熱が排熱回収ボイラ１９に供給される。この状態ではガスタービン１８からの排ガスの熱量は少なく排熱回収ボイラ１９で発生する蒸気量も少ない状態であるので、ガスタービン１８の排熱量が増加し発熱回収ボイラ１９で発生する蒸気条件が所定の条件を満たすまで待つ。
【００３０】
時点ｔ３で発熱回収ボイラ１９で発生する蒸気条件が所定の条件を満たすと（蒸気が確立すると）、時点ｔ４で燃料電池バイパス系統２２を開き、燃料予熱器１２に蒸気を供給して燃料ガスの予熱を開始する。これにより、燃料ガスは燃料予熱器１２で予熱され、その予熱された燃料ガスで脱硫装置１３を予熱し脱硫装置１３をウォーミングする。つまり、この状態では脱硫装置１３は燃料ガスの脱硫が完全に行える状態ではないので、脱硫装置１３を通った燃料ガスを燃料電池バイパス系統２２を通して固定酸化物形燃料電池１１をバイパスさせる。
【００３１】
従って、燃焼器１７には、燃料ガス供給系統２１からの燃料ガスに加え、燃料電池バイパス系統２２からの燃料ガスも供給されることになる。そこで、時点ｔ４においてガスタービン入口燃料入熱制御も開始させる。これにより、燃焼器１７に供給される燃焼ガスに変動があったとしても燃焼器１７への熱量がほぼ一定に保たれる。この場合、脱硫装置１３への燃料ガスは徐々に増加するので、ガスタービン入口燃料入熱制御は継続して行う。
【００３２】
そして、時点ｔ５で脱硫装置１３のウォーミングが完了し脱硫装置１３が起動完了すると、脱硫装置１３から固体酸化物形燃料電池１１に脱硫後の燃焼ガスを供給開始し燃料電池を起動する。この状態では、燃焼器１７には、燃料ガス供給系統２１からの燃料ガス、燃料電池バイパス系統２２からの燃料ガスに加え、固体酸化物形燃料電池１１からの排ガスも供給されることになる。ガスタービン入口燃料入熱制御は継続して行われているので、燃焼器１７に供給される燃焼ガスに変動があったとしても燃焼器１７への熱量はほぼ一定に保たれる。この場合、固体酸化物形燃料電池１１への燃料ガスは徐々に増加するので、ガスタービン入口燃料入熱制御は継続して行う。
【００３３】
次に、脱硫装置１３のウォーミングが完了した時点ｔ５の後の時点ｔ６において、燃料電池バイパス系統２２を閉じる。時点をずらせて燃料電池バイパス系統２２を閉じるようにしているのは運転の安全性を図るためである。
【００３４】
そして、固体酸化物形燃料電池１１の出力が徐々に上昇し、定格電力を出力できるようになると通常運転となる。固体酸化物形燃料電池１１が通常運転になった場合であっても、ガスタービン１８への入熱が不足する場合には燃料ガス供給系統２１から燃焼器１７に燃料ガスを供給することになる。従って、燃料ガス供給系統２１は活きたままの状態に保持され、ガスタービン入口燃料入熱制御も活きたままの状態に保持される。
【００３５】
図４は、本発明の実施の形態に係る燃料電池コンバインドサイクル発電プラントの起動方法を示すフローチャートである。燃料電池コンバインドサイクル発電プラントに起動指令があったとすると、燃料ガス供給系統２１を開き（Ｓ１）、燃料ガスを燃焼器に供給する（Ｓ２）。燃焼器１７では燃料ガスを燃焼して作動ガスを発生させ、その作動ガスをガスタービン１８に供給してガスタービン１８を駆動する（Ｓ３）。
【００３６】
そして、ガスタービン１８で仕事を終えた作動ガスを排熱回収ボイラ１９に供給する（Ｓ４）。排熱回収ボイラ１９ではガスタービン１８からの排ガスで蒸気を発生させる。その蒸気条件が所定の条件を満たしたか否か（蒸気が確立したか否か）を判定し（Ｓ５）、蒸気が確立したときは、その蒸気で蒸気タービンを駆動すると共に（Ｓ６）、その蒸気の一部を燃料予熱器１２に供給し燃料ガスを予熱する（Ｓ７）。また、燃料電池バイパス系統２２を開き（Ｓ８）、ガスタービン入口燃料入熱制御を開始する（Ｓ９）。この状態は脱硫装置１３のウォーミング状態であり、燃焼器１７には燃料ガス供給系統２１からの燃料ガスおよび燃料電池バイパス系統２２からの燃料ガスの双方が供給される状態である。
【００３７】
次に、脱硫装置１３のウォーミングを完了し脱硫装置１３が起動完了したか否かを判定し（Ｓ１０）、脱硫装置１３が起動完了したときは燃料電池を起動すると共に（Ｓ１１）、燃料電池バイパス系統２２を閉じる（Ｓ１２）。これにより、脱硫装置１３からの脱硫後の燃料ガスが固体酸化物形燃料電池１１に供給され、固体酸化物形燃料電池１１は燃料ガスを徐々に増加していくことになる。そして、固体酸化物形燃料電池１１が定格電力を出力するようになると通常運転となり、燃料電池コンバインドサイクル発電プラント全体としての起動が完了する。
【００３８】
以上の説明では、固体酸化物形燃料電池１１をバイパスして脱硫装置１３で脱硫した燃料ガスを燃焼器１７に供給するための燃料電池バイパス系統２２を設けた場合について説明したが、燃料ガスに硫黄分を含まない場合には脱硫装置１３および燃料電池バイパス系統２２を設ける必要はない。この場合には、まず、燃料ガス供給系統２１を開き、燃料ガスを燃料ガス供給系統２１を通して燃焼器１７に供給し、燃焼器１７で燃料ガスを燃焼させてガスタービン１８を起動する。そして、排熱回収ボイラ１９の蒸気が確立して燃料予熱器１２により燃料ガスの予熱が可能となると、燃料ガスを燃料予熱器１２で予熱する。そして、予熱した燃料ガスを徐々に固体酸化物燃料電池１１に供給し、固体酸化物形燃料電池１１を起動することになる。
【００３９】
この場合においても、ガスタービン入口燃料入熱制御を行うことは言うまでもない。すなわち、燃焼器１７に供給される燃料は、燃料ガス供給系統２１からの燃料ガスおよび固体酸化物形燃料電池１１の排ガスであるので、固体酸化物燃料電池１１から排ガスが生じ始めると、ガスタービン１８の作動ガスの熱量が変動しないようにガスタービン入口燃料入熱制御を行うことになる。
【００４０】
本発明の実施の形態によれば、燃料電池コンバインドサイクル発電プラントの起動にあたり、燃焼器に燃料ガスを供給してまずガスタービンを起動し、ガスタービンの排ガスで排熱回収ボイラにより蒸気を発生させ蒸気タービンを起動するので、燃料電池コンバインドサイクル発電プラント全体としての起動が早期に行える。そして、ガスタービンおよび蒸気タービンの起動で電力を発生しつつ、その間に固体酸化物形燃料電池の起動を行うので、固体酸化物形燃料電池に熱ストレスを与えることなく時間をかけて固体酸化物形燃料電池の起動を行える。
【００４１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、固体酸化物形燃料電池の起動に時間がかかったとしても、燃料電池コンバインドサイクル発電プラント全体としては早期に電力を発生させることができるので、電力系統の運用が効率的になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池コンバインドサイクル発電プラントの構成図。
【図２】本発明の実施の形態に係る燃料電池コンバインドサイクル発電プラントにおける燃焼器の周囲の詳細図。
【図３】本発明の実施の形態に係る燃料電池コンバインドサイクル発電プラントの起動時における各部の動作タイミングを示すタイムチャート。
【図４】本発明の実施の形態に係る燃料電池コンバインドサイクル発電プラントの起動方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
１１…固体酸化物形燃料電池、１２…燃料予熱器、１３…脱硫装置、１４…空気圧縮機、１５…昇圧器、１６…インバータ装置、１７…燃焼器、１８…ガスタービン、１９…排熱回収ボイラ、２０…蒸気タービン、２１…燃料ガス供給系統、２２…燃料電池パイパス系統、２３…燃料電池排ガス系統、２４…流量調節弁、２５…熱量計、２６…燃料圧力調節弁、２７…燃料圧力検出器、２８…燃料流量調節弁、２９…燃料流量検出器、３０…制御装置
【図１】
2004220941.tif 000003
【図２】
2004220941.tif 000004
【図３】
2004220941.tif 000005
【図４】
2004220941.tif 000006