發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)的運行方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)的運行方法，其中，該發(fā)電系統(tǒng)由固體氧化物燃料電池、燃氣輪機以及蒸汽輪機組合而成。
【背景技術】
[0002]眾所周知，固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:以下稱為S0FC)是一種用途較廣的高效率燃料電池。在該SOFC中，為了提高離子電導率而提高了工作溫度，因此，能夠將從燃氣輪機的壓縮機噴出的空氣用作供應至空氣極側的空氣(氧化劑)。另外，SOFC的未利用的高溫燃料用作燃氣輪機的燃燒器的燃料。
[0003]因此，例如如下述專利文獻I所述，作為能夠實現(xiàn)高效率發(fā)電的發(fā)電系統(tǒng)，業(yè)者提出了各種由S0FC、燃氣輪機以及蒸汽輪機組合而成的發(fā)電系統(tǒng)。該專利文獻I中公開的聯(lián)合系統(tǒng)，設有S0FC、燃燒從該SOFC排出的廢燃料氣和廢空氣的燃氣輪機燃燒器、具有將空氣壓縮后供給SOFC的壓縮機的燃氣輪機。
[0004]另外，專利文獻2中公開了下述內容，即:在使從SOFC排出的廢空氣與供至SOFC的空氣熱交換之后，與廢熱回收鍋爐的管道之間進行熱交換，從而將廢空氣的熱量利用于廢熱回收鍋爐的發(fā)電中。
[0005]現(xiàn)有技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本專利特開2009-205930號公報
[0008]專利文獻2:日本專利特開平11-297336號公報
[0009]發(fā)明擬解決的問題
[0010]上述現(xiàn)有的發(fā)電系統(tǒng)從SOFC排出作為廢空氣的過熱至高溫的空氣。在專利文獻I中，與廢空氣進行各種熱交換，從而將廢空氣中所含的熱量回收。此處，在發(fā)電系統(tǒng)中，效率有待進一步提高，并且廢空氣的利用方法還有改善的余地。
【發(fā)明內容】
[0011]本發(fā)明為了解決上述問題開發(fā)而成，其目的在于提供一種能夠有效地利用從SOFC排出的廢空氣的熱量的發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)的運行方法。
[0012]解決問題的方法
[0013]用于達成上述目的的本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，具備:燃氣輪機，其具有壓縮機和燃燒器；燃料電池，其具有空氣極及燃料極；廢空氣流通管線，用于將從所述燃料電池排出的廢空氣供應至所述燃氣輪機；廢燃料氣供給管線，用于將從所述燃料電池排出的廢燃料氣供應至所述燃氣輪機；渦輪機，其具備高壓渦輪機、中壓渦輪機以及低壓渦輪機；廢熱回收鍋爐，其具備高壓蒸汽循環(huán)機構、中壓蒸汽循環(huán)機構以及低壓蒸汽循環(huán)機構，其中，所述高壓蒸汽循環(huán)機構從排出自所述燃氣輪機的廢氣中回收熱量，生成蒸汽，并將所生成的蒸汽供應至所述高壓渦輪機，所述中壓蒸汽循環(huán)機構從排出自所述燃氣輪機的廢氣中回收熱量，生成比所述高壓蒸汽循環(huán)機構的蒸汽壓力低的蒸汽，并將所生成的蒸汽供應至所述中壓渦輪機，所述低壓蒸汽循環(huán)機構從排出自所述燃氣輪機的廢氣中回收熱量，生成比所述中壓蒸汽循環(huán)機構的蒸汽壓力低的蒸汽，并將所生成的蒸汽供應至所述低壓渦輪機；以及至少一個廢空氣用熱交換器，其使蒸汽與在所述廢空氣流通管線流動的廢氣之間進行熱交換，使所述蒸汽升溫，使所述廢氣降溫，所述蒸汽在所述高壓蒸汽循環(huán)機構或者所述中壓蒸汽循環(huán)機構中與所述廢氣進行熱交換，流向所述渦輪機。
[0014]因此，通過與在高壓蒸汽循環(huán)機構或者中壓蒸汽循環(huán)機構中過熱后的蒸汽之間進行熱交換，使廢空氣降溫，能夠在防止廢空氣的溫度大幅降低的同時使廢空氣降溫。由此，能夠維持較高溫的狀態(tài)供應至燃氣輪機，從而能夠在燃氣輪機及廢熱回收鍋爐兩者中回收廢空氣中所含的熱量。由此，能夠提高利用效率。此外，通過使廢空氣降溫，能夠減小廢空氣流通管線上的負擔。
[0015]本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的特征在于，所述高壓蒸汽循環(huán)機構具備高壓過熱器，在所述廢空氣用熱交換器，利用所述高壓過熱器過熱后的蒸汽與所述廢空氣之間進行熱交換，在所述高壓蒸汽循環(huán)機構流動的蒸汽，在所述廢空氣用熱交換器中熱交換后，供應至所述高壓渦輪機。
[0016]因此，能夠在防止廢空氣的溫度大幅降低的同時使廢空氣降溫。
[0017]本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的特征在于，具有用于向所述燃氣輪機供應燃料氣體的燃料氣體供給管線和至少一個燃料氣體用熱交換器，其中，所述燃料氣體用熱交換器使在所述高壓蒸汽循環(huán)機構中與所述廢氣進行熱交換且流向所述渦輪機的蒸汽與在所述燃料氣體供給管線流動的燃料氣體之間進行熱交換，使所述蒸汽降溫，使所述燃料氣體升溫，其中，在所述高壓蒸汽循環(huán)機構流動的蒸汽，在所述燃料氣體用熱交換器中熱交換后，在所述廢空氣用熱交換器中進行熱交換，然后供應至所述高壓渦輪機。
[0018]因此，能夠在防止廢空氣的溫度大幅降低的同時使廢空氣降溫。另外，通過使燃料氣體升溫，能夠在燃氣輪機和渦輪機兩者中回收其熱量。
[0019]本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的特征在于，所述廢熱回收鍋爐還具有再熱蒸汽循環(huán)機構，所述再熱蒸汽循環(huán)機構具備利用從所述燃氣輪機排出的廢氣使所回收蒸汽升溫的再熱器，并且回收從高壓渦輪機通過后的蒸汽，利用所述再熱器使所回收蒸汽升溫，將升溫后的蒸汽供應至所述中壓渦輪機，在所述廢空氣用熱交換器，利用所述再熱器過熱后的蒸汽與所述廢空氣之間進行熱交換，在所述再熱蒸汽循環(huán)機構流動的蒸汽，在所述廢空氣用熱交換器中熱交換后，供應至所述中壓渦輪機。
[0020]因此，能夠在防止廢空氣的溫度大幅降低的同時使廢空氣降溫。
[0021]另外，根據本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的運行方法，其中，所述發(fā)電系統(tǒng)具備:燃氣輪機，其具有壓縮機和燃燒器；燃料電池，其具有空氣極及燃料極；廢空氣流通管線，用于將從所述燃料電池排出的廢空氣供應至所述燃氣輪機；廢燃料氣供給管線，用于將從所述燃料電池排出的廢燃料氣供應至所述燃氣輪機；渦輪機，其具備高壓渦輪機、中壓渦輪機以及低壓渦輪機；廢熱回收鍋爐，其具有高壓蒸汽循環(huán)機構、中壓蒸汽循環(huán)機構以及低壓蒸汽循環(huán)機構，其中，所述高壓蒸汽循環(huán)機構從排出自所述燃氣輪機的廢氣中回收熱量，生成蒸汽，并將所生成的蒸汽供應至所述高壓渦輪機，所述中壓蒸汽循環(huán)機構從排出自所述燃氣輪機的廢氣中回收熱量，生成比所述高壓蒸汽循環(huán)機構的蒸汽壓力低的蒸汽，并將所生成的蒸汽供應至所述中壓渦輪機，所述低壓蒸汽循環(huán)機構從排出自所述燃氣輪機的廢氣中回收熱量，生成比所述中壓蒸汽循環(huán)機構的蒸汽壓力低的蒸汽，并將所生成的蒸汽供應至所述低壓渦輪機，該發(fā)電系統(tǒng)的運行方法的特征在于，包括:在所述高壓蒸汽循環(huán)機構或者所述中壓蒸汽循環(huán)機構中，使流通的蒸汽與所述廢氣進行熱交換的工序；在進行熱交換后，使流向所述渦輪機的蒸汽與在所述廢空氣流通管線流動的廢氣之間進行熱交換，使所述蒸汽升溫，使所述廢氣降溫的工序。
[0022]因此，通過與在高壓蒸汽循環(huán)機構或者中壓蒸汽循環(huán)機構中過熱后的蒸汽之間進行熱交換，使廢空氣降溫，能夠在防止廢空氣的溫度大幅降低的同時使廢空氣降溫。由此，能夠維持較高溫的狀態(tài)供應至燃氣輪機，從而能夠在燃氣輪機及廢熱回收鍋爐兩者中回收廢空氣中所含的熱量。由此，能夠提高利用效率。此外，通過使廢空氣降溫，能夠減小廢空氣流通管線上的負擔。
[0023]發(fā)明效果
[0024]根據本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)的運行方法，通過與在高壓蒸汽循環(huán)機構或者中壓蒸汽循環(huán)機構中過熱后的蒸汽之間進行熱交換，使廢空氣降溫，能夠在防止廢空氣的溫度大幅降低的同時使廢空氣降溫。由此，能夠維持較高溫的狀態(tài)供應至燃氣輪機，從而能夠在燃氣輪機及廢熱回收鍋爐兩者中回收廢空氣中所含的熱量。由此，能夠提高利用效率。
【附圖說明】
[0025]圖1是表示本實施例的發(fā)電系統(tǒng)的概略結構圖。
[0026]圖2是表示本發(fā)明的一個實施例所涉及的發(fā)電系統(tǒng)中的廢熱回收鍋爐和渦輪機的概略結構圖。
[0027]圖3是表示本實施例的發(fā)電系統(tǒng)的熱交換單元的概略結構圖。
[0028]圖4是表示本實施例的發(fā)電系統(tǒng)的熱交換單元的其他例子的概略結構圖。
[0029]圖5是表示本實施例的發(fā)電系統(tǒng)的熱交換單元的其他例子的概略結構圖。
【具體實施方式】
[0030]以下參照附圖，詳細說明本發(fā)明所涉及的發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)的運行方法的優(yōu)選實施例。需要說明的是，本發(fā)明并不限定于該實施例，另外，在存在多個實施例的情況下，也包括將各實施例加以組合而構成的實施例。
[0031]實施例
[0032]本實施例的發(fā)電系統(tǒng)是由固體氧化物燃料電池(以下稱為“SOFC”)、燃氣輪機以及蒸汽輪機組合而成的三聯(lián)循環(huán)系統(tǒng)(注冊商標)。該三聯(lián)循環(huán)系統(tǒng)通過在燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(GTCC)的上游側設置SOFC，能夠通過SOFC、燃氣輪機、蒸汽輪機這三個階段進行發(fā)電，因此能夠實現(xiàn)極高的發(fā)電效率。另外，在以下的說明中，以本發(fā)明的燃料電池使用固體氧化物燃料電池為例進行說明，但是，并不限定于該形式的燃料電池。
[0033]圖1是表示本實施例的發(fā)電系統(tǒng)的概略結構圖。在本實施例中，如圖1所示，發(fā)電系統(tǒng)10具有燃氣輪機11和發(fā)電機12、SOFC13、以及蒸汽輪機14和發(fā)電機15。該發(fā)電系統(tǒng)10構成為:通過組合燃氣輪機11發(fā)電、SOFC13發(fā)電、蒸汽輪機14發(fā)電，能夠得到高的發(fā)電效率。另外，發(fā)電系統(tǒng)10具備控制裝置62?？刂蒲b置62根據輸入的設定、輸入的指示以及利用檢測部檢測出的結果等，對發(fā)電系統(tǒng)10的各部的動作進行控制。
[0034]燃氣輪機11具有壓縮機21、燃燒器22以及渦輪機23，壓縮機21和渦輪機23以通過旋轉軸24能夠呈一體地旋轉的方式被連接。壓縮機21將從空氣吸入管線25吸入的空氣A加以壓縮。燃燒器22將從壓縮機21經由第I壓縮空氣供給管線26供給的壓縮空氣A1和從第丨燃料氣體供給管線27供給的燃料氣體LI混合后進行燃燒。渦輪機23在從燃燒器22經由廢氣供給管線28供給的廢氣(燃燒氣體)G的作用下進行旋轉。另外，雖未圖示，但是，被壓縮機21壓縮過的壓縮空氣Al經由機殼供向渦輪機23，該壓縮空氣Al作為冷卻空氣對葉片等進行冷卻。發(fā)電機12與渦輪機23設置在同一條軸上，能夠通過渦輪機23旋轉而進行發(fā)電。另外，在此，作為供給燃燒器22的燃料氣體LI，使用例如液化天然氣(LNG) ο
[0035]SOFC13，通過接收