JP2000353534A - Fuel cell power plant with anode recycling line - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】（1）アノード排ガスの放出量を低減して顕熱
を含むそのエネルギーを有効利用することができ、
（2）排熱回収蒸気発生装置で発生させる必要水蒸気量
を低減し、燃料ガスの追い焚き量を減らして発電効率を
向上させることができ、かつ（3）改質器を出た改質ガ
スの燃料予熱器内でのカーボン析出を抑制することがで
きる燃料電池発電設備を提供する。
【解決手段】 改質器１０、燃料電池１１、排熱回収蒸
気発生装置１５を備え、水蒸気と燃料ガスの混合ガスを
改質器で改質し、改質ガスを燃料電池のアノード側で反
応させ、アノード排ガス４の一部を燃焼させて改質器と
排熱回収蒸気発生装置で利用する燃料電池発電設備にお
いて、アノード排ガスの一部を改質器入口側にリサイク
ルする第１アノードリサイクルライン２０と、このライ
ンに設けられたスプレイ蒸発器２２と、アノード排ガス
の一部を改質器出口側にリサイクルする第２アノードリ
サイクルライン２４と、このラインに設けられた断熱改
質器２６とを備える。
(57) [Summary] [Problems] (1) It is possible to effectively use the energy including sensible heat by reducing the emission amount of anode exhaust gas,
(2) The amount of steam required to be generated by the exhaust heat recovery steam generator can be reduced, the amount of reburning of fuel gas can be reduced to improve power generation efficiency, and (3) the reformed gas that has exited the reformer Fuel cell power generation equipment capable of suppressing carbon deposition in the fuel preheater. SOLUTION: A reformer 10, a fuel cell 11, and an exhaust heat recovery steam generator 15 are provided, a mixed gas of steam and fuel gas is reformed by the reformer, and the reformed gas is reacted on the anode side of the fuel cell. In a fuel cell power generation facility in which a part of the anode exhaust gas 4 is burned and used in the reformer and the exhaust heat recovery steam generator, a first anode recycling line for recycling a part of the anode exhaust gas to the reformer inlet side 20, a spray evaporator 22 provided on this line, a second anode recycling line 24 for recycling a part of the anode exhaust gas to the reformer outlet side, and an adiabatic reformer 26 provided on this line. Prepare.
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、アノードリサイク
ルラインを有する燃料電池発電設備に関する。[0001] The present invention relates to a fuel cell power plant having an anode recycling line.
【０００２】[0002]
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率かつ環
境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特徴
を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システム
として注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行わ
れている。2. Description of the Related Art Molten carbonate fuel cells have features that are not found in conventional power generation equipment, such as high efficiency and little impact on the environment, and are attracting attention as power generation systems following hydro, thermal and nuclear power. It is currently being researched and developed around the world.
【０００３】天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃料電
池を用いた発電設備（燃料電池発電プラント）では、図
２に示すように天然ガス等の燃料ガス１を水素を含むア
ノードガス２に改質する改質器１０と、アノードガス２
と酸素を含むカソードガス３から発電する燃料電池１１
とを備えており、改質器１０では天然ガス組成の主成分
であるメタンＣＨ4を例とすると、次のような水蒸気改
質とシフト反応によって水素Ｈ2リッチなアノードガス
２に改質される。 水蒸気改質反応 ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ ．．（１） シフト反応 ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→Ｈ2＋ＣＯ2 ．．（２） 改質器１０で作られたアノードガス２は燃料電池１１に
供給され、燃料電池内でその大部分（例えば８０％）を
消費した後、アノード排ガス４として燃焼器１７に供給
される。燃焼器２０ではアノード排ガス中の可燃成分
（水素、一酸化炭素、メタン等）がカソード排ガス７の
一部７ａにより燃焼し、高温の燃焼ガスとなって改質器
１０の加熱室Ｈに入り、改質室Ｒｅを加熱し改質室の燃
料を改質する。加熱室Ｈを出た燃焼排ガス５はＣＯ２
リサイクルブロア１６で加圧され、加圧空気６と合流し
てカソードガス３となる。In a power generation facility (fuel cell power plant) using a molten carbonate fuel cell using natural gas as fuel, as shown in FIG. 2, a fuel gas 1 such as natural gas is converted into an anode gas 2 containing hydrogen. Reformer 10 and anode gas 2
Cell 11 that generates electricity from cathode gas 3 containing oxygen and oxygen
In the reformer 10, when methane CH 4 , which is a main component of the natural gas composition, is taken as an example, the reformer 10 is reformed into hydrogen H 2 rich anode gas 2 by the following steam reforming and shift reaction. You. Steam reforming reaction CH 4 + H 2 O → 3H 2 + CO. . (1) Shift reaction CO + H 2 O → H 2 + CO 2 . . (2) The anode gas 2 produced in the reformer 10 is supplied to the fuel cell 11, and most of the anode gas 2 (for example, 80%) is consumed in the fuel cell, and then supplied to the combustor 17 as the anode exhaust gas 4. . In the combustor 20, combustible components (hydrogen, carbon monoxide, methane, etc.) in the anode exhaust gas are burned by a part 7a of the cathode exhaust gas 7 to become high-temperature combustion gas and enter the heating chamber H of the reformer 10, The reforming chamber Re is heated to reform the fuel in the reforming chamber. The combustion exhaust gas 5 exiting the heating chamber H is CO2
It is pressurized by the recycle blower 16 and merges with the pressurized air 6 to become the cathode gas 3.
【０００４】燃料電池内でその一部が反応したカソード
ガス（カソード排ガス７）の一部はリサイクルラインを
介してカソードの上流側に供給され、残り７ｂは、ガス
タービン１２で圧力を回収され、排熱回収蒸気発生装置
１５（Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｇｅ
ｎｅｒａｔｏｒ： ＨＲＳＧ） による熱回収後に系外
に排出される。なお、図２において、８は水蒸気ライ
ン、１３は燃料予熱器、１４はガスタービン用燃焼器で
ある。[0004] A part of the cathode gas (cathode exhaust gas 7) partially reacted in the fuel cell is supplied to the upstream side of the cathode via a recycling line, and the remaining 7 b is recovered in pressure by a gas turbine 12. Exhaust heat recovery steam generator 15 (Heat Recovery Steam Ge)
HRSG) and is discharged out of the system after heat recovery. In FIG. 2, 8 is a steam line, 13 is a fuel preheater, and 14 is a gas turbine combustor.
【０００５】溶融炭酸塩型の燃料電池１１はアノードと
カソードとからなり、次のような電極反応が行われる。 アノード反応（負極反応）Ｈ2＋ＣＯ3 2-→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2＋２ｅ．．（３） カソード反応（正極反応）ＣＯ2＋１／２Ｏ2＋２ｅ→ＣＯ3 2- ．．（４）[0005] The molten carbonate fuel cell 11 is composed of an anode and a cathode, and the following electrode reactions occur. Anode reaction (negative electrode reaction) H 2 + CO 3 2- → H 2 O + CO 2 + 2e. . (3) cathode reaction (cathode reaction) CO 2 + 1 / 2O 2 + 2e → CO 3 2 -. . (4)
【０００６】アノードでは、（３）式により水素ガスと
ＣＯ３ ２-とから水と炭酸ガスと電荷が生成され、カ
ソードでは、（４）式により炭酸ガスと酸素と電荷とか
らＣＯ３ ２-が生成される。（３）式右辺はアノード
から排出されるアノード排ガス４の成分を表しており、
炭酸ガスが含まれている。また（４）式左辺はカソード
に供給されるカソードガスの成分を表しており、同じく
炭酸ガスが含まれている。このため上述したこのＣＯ２
リサイクルブロア１６により、改質器で発生したＣＯ
２ ガスを燃料電池のカソード側に供給してカソード反
応に利用するようになっている。At the anode, water, carbon dioxide and electric charges are generated from hydrogen gas and CO 3 2− according to equation (3), and at the cathode, CO 3 2− is generated from carbon dioxide, oxygen and electric charges according to equation (4). Is done. The right side of the equation (3) represents a component of the anode exhaust gas 4 discharged from the anode,
Contains carbon dioxide. Further, the left side of the expression (4) represents a component of the cathode gas supplied to the cathode, which also contains carbon dioxide gas. For this reason, this CO2
CO generated in the reformer by the recycle blower 16
2. The gas is supplied to the cathode side of the fuel cell and used for the cathode reaction.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上述したシステムにお
いて、改質器での改質率を９０％程度に保つためには、
（１）式で必要な水蒸気を過剰に供給する必要があり、
蒸発器で発生させる水蒸気量をＳ／Ｃ（スチーム／カー
ボンモル比）を３．０程度に保つ必要があった。またこ
の蒸発量を排熱回収蒸気発生装置１５で確保するため
に、ガスタービン用燃焼器１４で燃料ガスを追い焚きす
る必要があり、その分発電効率が低減されていた。In the system described above, in order to maintain the reforming rate in the reformer at about 90%,
In the formula (1), it is necessary to supply necessary steam in excess,
It was necessary to keep the amount of water vapor generated by the evaporator at S / C (steam / carbon molar ratio) of about 3.0. Further, in order to secure this evaporation amount in the exhaust heat recovery steam generator 15, it is necessary to reheat the fuel gas in the gas turbine combustor 14, and the power generation efficiency is reduced accordingly.
【０００８】しかし単純にＳ／Ｃを下げるだけでは改質
率が低下し、また改質ガス中２のＣＯ濃度が増加すると
共に、水蒸気濃度が低下することから、例えば燃料予熱
器１３内等で、以下の反応が生じる。However, simply lowering the S / C lowers the reforming rate, and also increases the CO concentration in the reformed gas 2 and the water vapor concentration. The following reaction occurs.
【０００９】 （反応１）ＣＯ＋Ｈ2→Ｃ＋Ｈ2Ｏ．．（５） （反応２）２ＣＯ→Ｃ＋ＣＯ2 ．．（６）(Reaction 1) CO + H 2 → C + H 2 O. . (5) (Reaction 2) 2CO → C + CO 2 . . (6)
【００１０】この２つの反応により固体炭素が析出（炭
素析出）し、熱交換器の流路が閉塞し、運転不能になる
おそれがある。なお、反応１は「デコーキング反応」、
反応２は「ブドワル反応」と呼ばれる。[0010] Solid carbon is deposited (carbon deposition) by these two reactions, and the flow path of the heat exchanger may be blocked, resulting in inoperability. Reaction 1 is a “decoking reaction”,
Reaction 2 is called the "Budwal reaction".
【００１１】本発明は上述した種々の問題点を一挙に解
決しようとするものである。すなわち、本発明の目的
は、（１）アノード排ガスの放出量を低減して顕熱を含
むそのエネルギーを有効利用することができ、（２）排
熱回収蒸気発生装置で発生させる必要水蒸気量を低減
し、燃料ガスの追い焚き量を減らして発電効率を向上さ
せることができ、かつ（３）改質器を出た改質ガスの燃
料予熱器内でのカーボン析出を抑制することができる燃
料電池発電設備を提供することにある。The present invention seeks to solve the above-mentioned various problems at once. That is, an object of the present invention is to (1) reduce the emission amount of the anode exhaust gas so that the energy including the sensible heat can be used effectively, and (2) reduce the required steam amount generated by the exhaust heat recovery steam generator. (3) A fuel that can reduce the amount of reburning of fuel gas to improve power generation efficiency, and (3) suppress carbon deposition of the reformed gas exiting the reformer in the fuel preheater. It is to provide a battery power generation facility.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、改質器
（１０）、燃料電池（１１）、排熱回収蒸気発生装置
（１５）を備え、排熱回収蒸気発生装置で発生した水蒸
気と燃料ガスの混合ガスを改質器で改質し、改質ガスを
燃料電池のアノード側で反応させ、アノード排ガス
（４）の一部を燃焼させて高温ガスを発生させ、その顕
熱を改質器で利用する燃料電池発電設備において、アノ
ード排ガスの一部を改質器入口側にリサイクルする第１
アノードリサイクルライン（２０）と、該リサイクルラ
インに設けられラインに直接水を供給してアノード排ガ
スの顕熱で水を蒸発させるスプレイ蒸発器（２２）とを
備えたことを特徴とする燃料電池発電設備が提供され
る。According to the present invention, there is provided a reformer (10), a fuel cell (11), and an exhaust heat recovery steam generator (15), wherein steam generated by the exhaust heat recovery steam generator is provided. The reformed gas is mixed with the fuel gas, and the reformed gas is reacted on the anode side of the fuel cell. A portion of the anode exhaust gas (4) is burned to generate a high-temperature gas, and the sensible heat is reduced. In the fuel cell power generation facility used in the reformer, the first part of recycling the anode exhaust gas to the reformer inlet side
A fuel cell power generation system comprising: an anode recycling line (20); and a spray evaporator (22) provided in the recycling line and supplying water directly to the line to evaporate water with sensible heat of anode exhaust gas. Facilities are provided.
【００１３】式（１）のアノード反応（負極反応）によ
り水蒸気が発生することから、アノード排ガス中の水蒸
気量は多く、一例では約５０％近くになる。また、アノ
ード排ガスは、燃料電池内の電池反応により高温（例え
ば約６８０℃）になっている。Since water vapor is generated by the anode reaction (negative electrode reaction) of the formula (1), the amount of water vapor in the anode exhaust gas is large, for example, about 50%. Further, the anode exhaust gas is at a high temperature (for example, about 680 ° C.) due to a cell reaction in the fuel cell.
【００１４】このアノード排ガスの一部を第１アノード
リサイクルライン（２０）を介して改質器入口側にリサ
イクルすることにより、改質器に供給されるガス（燃料
ガスと水蒸気の混合ガス）中の水蒸気比率を高めること
ができる。更に、改質器入口側のガス温度に比べてアノ
ード排ガスの温度が高温なので、スプレイ蒸発器（２
２）によりアノード排ガスの顕熱で水を蒸発させること
により、アノード排ガスを所定温度（例えば約５００℃
前後）まで冷却し、同時にその熱で水蒸気を発生させる
ことができるので、更にリサイクルガス中の水蒸気量を
増やすことができる。A part of the anode exhaust gas is recycled to the reformer inlet side through the first anode recycling line (20), so that the gas (mixed gas of fuel gas and steam) supplied to the reformer is recycled. Of water vapor can be increased. Further, since the temperature of the anode exhaust gas is higher than the gas temperature on the reformer inlet side, the spray evaporator (2
By evaporating water with the sensible heat of the anode exhaust gas according to 2), the anode exhaust gas is heated to a predetermined temperature (for example, about 500 ° C.).
(Before and after), and steam can be generated by the heat at the same time, so that the amount of steam in the recycled gas can be further increased.
【００１５】従って、この構成により、燃料電池発電反
応で生じた水蒸気を改質に利用できることから、プラン
トに供給する水蒸気をＳ／Ｃ＝２．５程度まで下げても
改質率を高く保つことができる。またアノード排ガスの
顕熱をスプレイ蒸発器にて水蒸気を作ることに利用でき
ることから、排熱回収蒸気発生装置で発生させる水蒸気
量を低減することができるため、ガスタービン追焚き燃
料を減らすことが可能である。Therefore, with this configuration, since the steam generated by the fuel cell power generation reaction can be used for reforming, the reforming rate can be kept high even if the steam supplied to the plant is reduced to about S / C = 2.5. Can be. In addition, since the sensible heat of the anode exhaust gas can be used to generate steam in the spray evaporator, the amount of steam generated by the exhaust heat recovery steam generator can be reduced, and the fuel for gas turbine reheating can be reduced. It is.
【００１６】本発明の好ましい実施形態によれば、更
に、アノード排ガスの一部を改質器出口側にリサイクル
する第２アノードリサイクルライン（２４）と、該リサ
イクルラインに設けられアノード排ガスの顕熱で炭化水
素ガスを改質する断熱改質器（２６）とを備える。According to a preferred embodiment of the present invention, there is further provided a second anode recycling line (24) for recycling a part of the anode exhaust gas to the outlet of the reformer, and a sensible heat of the anode exhaust gas provided in the recycling line. And an adiabatic reformer (26) for reforming the hydrocarbon gas with the gas.
【００１７】この構成により、第２アノードリサイクル
ライン（２４）を介してアノード排ガスの一部を改質器
出口側にリサイクルすることにより、排熱回収蒸気発生
装置での発生水蒸気量を増加させることなく、大量の水
蒸気を改質ガスに混入することができ、炭素析出を抑制
できる。また、断熱改質器（２６）によりアノード排ガ
スの顕熱で炭化水素ガスを改質するので、余分な水蒸気
及び改質熱なしに、プラント全体の改質率を高めること
ができ、その分、改質器及び排熱回収蒸気発生装置の負
荷を低減し、発電効率を向上させることができる。According to this structure, a part of the anode exhaust gas is recycled to the outlet of the reformer through the second anode recycling line (24), thereby increasing the amount of steam generated in the exhaust heat recovery steam generator. In addition, a large amount of steam can be mixed into the reformed gas, and carbon deposition can be suppressed. In addition, since the hydrocarbon gas is reformed by the sensible heat of the anode exhaust gas by the adiabatic reformer (26), the reforming rate of the entire plant can be increased without extra steam and heat of reforming. The load on the reformer and the exhaust heat recovery steam generator can be reduced, and the power generation efficiency can be improved.
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通の
部材には同一の符号を付し重複した説明を省略する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, common members are denoted by the same reference numerals, and duplicate description is omitted.
【００１９】図１は、本発明の燃料電池発電設備の全体
構成図である。この図に示すように、本発明の燃料電池
発電設備は、アノード排ガス４の一部を改質器入口側に
リサイクルする第１アノードリサイクルライン２０と、
このリサイクルラインに設けられアノード排ガスの顕熱
で水を蒸発させるスプレイ蒸発器２２とを備える。ま
た、本発明の燃料電池発電設備は、更に、アノード排ガ
ス４の一部を改質器出口側にリサイクルする第２アノー
ドリサイクルライン２４と、このリサイクルラインに設
けられアノード排ガス４の顕熱で炭化水素ガスを改質す
る断熱改質器２６とを備える。その他の構成は、図２と
同様である。FIG. 1 is an overall configuration diagram of the fuel cell power generation equipment of the present invention. As shown in this figure, the fuel cell power generation equipment of the present invention includes a first anode recycling line 20 for recycling a part of the anode exhaust gas 4 to the reformer inlet side,
A spray evaporator 22 is provided in the recycling line and evaporates water with the sensible heat of the anode exhaust gas. Further, the fuel cell power generation equipment of the present invention further comprises a second anode recycling line 24 for recycling a part of the anode exhaust gas 4 to the outlet of the reformer, and carbonization by sensible heat of the anode exhaust gas 4 provided in this recycling line. An adiabatic reformer 26 for reforming hydrogen gas. Other configurations are the same as those in FIG.
【００２０】燃料電池の平均運転温度を約６５０℃とす
る場合、アノード排ガス４の出口温度は約６８０℃であ
る。また、燃料利用率を８５％とする場合、アノード排
ガス４は、水蒸気濃度約４７％、炭酸ガス濃度約４８％
であり、その他に水素、ＣＯ等を含んでいる。When the average operating temperature of the fuel cell is about 650 ° C., the outlet temperature of the anode exhaust gas 4 is about 680 ° C. When the fuel utilization is 85%, the anode exhaust gas 4 has a water vapor concentration of about 47% and a carbon dioxide gas concentration of about 48%.
And further contains hydrogen, CO, and the like.
【００２１】第１アノードリサイクルライン２０は、こ
の例では、燃料電池１１のアノード排ガスラインと水蒸
気ライン８を結ぶ配管である。また、このライン２０の
ガスの流れを確実にするために、アノード排ガスライン
のライン２０の分岐点より上流側に高温ガスブロワ２５
が設けられている。また、スプレイ蒸発器２２は、給水
をスプレイ状に噴霧するノズルを備えており、水滴を高
温のアノード排ガス４と直接接触させて、アノード排ガ
ス４を蒸発熱で冷却し、同時にアノード排ガスの顕熱で
水を蒸発させこの水蒸気をアノード排ガス４に混入する
ようになっている。The first anode recycle line 20 is a pipe connecting the anode exhaust gas line of the fuel cell 11 and the steam line 8 in this example. In order to ensure the flow of gas in this line 20, a high-temperature gas blower 25 is disposed upstream of the branch point of line 20 of the anode exhaust gas line.
Is provided. Further, the spray evaporator 22 is provided with a nozzle for spraying feed water in a spray shape. The spray evaporator 22 directly contacts water drops with the high-temperature anode exhaust gas 4 to cool the anode exhaust gas 4 by heat of evaporation, and at the same time, sensible heat of the anode exhaust gas. To evaporate the water and mix the water vapor into the anode exhaust gas 4.
【００２２】第２アノードリサイクルライン２４は、こ
の例では、燃料電池１１のアノード排ガスラインと改質
器の出口ラインを結ぶ配管である。また、このライン２
４のガス流れを確実にするために、断熱改質器２６の上
流側に抵抗を付加するための弁若しくはオリフィス２４
ａが設けられている。In this example, the second anode recycle line 24 is a pipe connecting the anode exhaust gas line of the fuel cell 11 and the outlet line of the reformer. Also, this line 2
A valve or orifice 24 to add resistance upstream of the adiabatic reformer 26 to ensure gas flow in
a is provided.
【００２３】断熱改質器２６は、内部に改質触媒が充填
された断熱構造の反応器であり、アノード排ガス４の顕
熱で炭化水素ガスを改質するようになっている。The adiabatic reformer 26 is a reactor having an adiabatic structure in which a reforming catalyst is filled, and reforms the hydrocarbon gas by the sensible heat of the anode exhaust gas 4.
【００２４】上述した本発明の構成により、アノード排
ガスの一部を第１アノードリサイクルライン２０を介し
て改質器入口側にリサイクルすることにより、改質器１
０に供給されるガス（燃料ガスと水蒸気の混合ガス）中
の水蒸気比率を高めることができる。更に、改質器入口
側のガス温度に比べてアノード排ガスの温度が高温なの
で、スプレイ蒸発器２２によりアノード排ガスの顕熱で
水を蒸発させることにより、アノード排ガスを所定温度
（例えば約５００℃前後）まで冷却し、同時にその熱で
水蒸気を発生させることができるので、更にリサイクル
ガス中の水蒸気量を増やすことができる。According to the above-described structure of the present invention, a part of the anode exhaust gas is recycled to the reformer inlet side through the first anode recycling line 20, whereby the reformer 1
The ratio of water vapor in the gas (mixed gas of fuel gas and water vapor) supplied to 0 can be increased. Further, since the temperature of the anode exhaust gas is higher than the gas temperature at the inlet of the reformer, water is evaporated by the sensible heat of the anode exhaust gas by the spray evaporator 22 so that the anode exhaust gas is heated to a predetermined temperature (for example, about 500 ° C.). ), And at the same time, steam can be generated by the heat, so that the amount of steam in the recycled gas can be further increased.
【００２５】従って、この構成により、アノード排ガス
の顕熱を含むそのエネルギーを有効利用することができ
るばかりでなく、燃料電池発電反応で生じた水蒸気を改
質に利用でき、かつスプレイ蒸発器で更に水蒸気のリサ
イクル量を増やして、その分、排熱回収蒸気発生装置で
発生させる必要水蒸気量を低減し、プラントに供給する
水蒸気をＳ／Ｃ＝２．５程度まで下げても改質率を高く
保つことができる。Therefore, according to this configuration, not only the energy including the sensible heat of the anode exhaust gas can be effectively used, but also the steam generated in the fuel cell power generation reaction can be used for reforming, and the spray evaporator can further use the steam. By increasing the amount of steam recycled, the amount of steam required by the exhaust heat recovery steam generator is reduced accordingly, and the reforming rate is increased even if the steam supplied to the plant is reduced to about S / C = 2.5. Can be kept.
【００２６】更に、第２アノードリサイクルライン２４
と、断熱改質器２６を備えることにより、第２アノード
リサイクルライン２４を介してアノード排ガスの一部を
改質器出口側にリサイクルすることにより、排熱回収蒸
気発生装置での発生水蒸気量を増加させることなく、大
量の水蒸気を改質ガスに混入することができ、炭素析出
を抑制できる。また、断熱改質器２６によりアノード排
ガスの顕熱で炭化水素ガスを改質するので、余分な水蒸
気及び改質熱なしに、プラント全体の改質率を高めるこ
とができ、その分、改質器及び排熱回収蒸気発生装置の
負荷を低減し、発電効率を向上させることができる。Further, the second anode recycling line 24
And the adiabatic reformer 26, a part of the anode exhaust gas is recycled to the reformer outlet side through the second anode recycling line 24, thereby reducing the amount of steam generated in the exhaust heat recovery steam generator. Without increasing, a large amount of steam can be mixed into the reformed gas, and carbon deposition can be suppressed. In addition, since the hydrocarbon gas is reformed by the sensible heat of the anode exhaust gas by the adiabatic reformer 26, the reforming rate of the entire plant can be increased without extra steam and heat of reforming. The load on the steam generator and the exhaust heat recovery steam generator can be reduced, and the power generation efficiency can be improved.
【００２７】[0027]
【実施例】上述した構成の燃料電池発電設備の熱物質収
支を計算した結果、アノード排ガスの一部を改質器入口
にリサイクルしたことにより、システム供給のＳ／Ｃを
３．０から２．５まで下げることができ、かつそれにも
関わらず、改質器での改質率が約７５％から約９０％ま
で上昇し、全体の改質率も約９０％から約９３％まで上
昇することが確認された。また、Ｓ／Ｃを下げたことに
より、排ガス量が減少し排熱量（放熱ロス）が減少する
ことが確認された。更に、燃料電池の性能が向上し、こ
れにより送電端効率が上昇することも確認された。EXAMPLE As a result of calculating the thermal mass balance of the fuel cell power generation equipment having the above-described structure, a part of the anode exhaust gas was recycled to the inlet of the reformer, so that the S / C supplied from the system was changed from 3.0 to 2.0. 5, and nevertheless, the reforming rate in the reformer increases from about 75% to about 90%, and the overall reforming rate also increases from about 90% to about 93%. Was confirmed. In addition, it was confirmed that, by lowering the S / C, the amount of exhaust gas was reduced and the amount of exhaust heat (radiation loss) was reduced. Furthermore, it was also confirmed that the performance of the fuel cell was improved, thereby increasing the power transmission end efficiency.
【００２８】なお本発明は、上述した実施形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々の変更が可能である。The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention.
【００２９】[0029]
【発明の効果】上述したように、本発明の燃料電池発電
設備は、（１）アノード排ガスの放出量を低減して顕熱
を含むそのエネルギーを有効利用することができ、
（２）排熱回収蒸気発生装置で発生させる必要水蒸気量
を低減し、燃料ガスの追い焚き量を減らして発電効率を
向上させることができ、かつ（３）改質器を出た改質ガ
スの燃料予熱器内でのカーボン析出を抑制することがで
きる、等の優れた効果を有する。As described above, the fuel cell power generation equipment of the present invention can (1) reduce the amount of emission of anode exhaust gas and effectively use its energy including sensible heat,
(2) The amount of steam required to be generated by the exhaust heat recovery steam generator can be reduced, the amount of reburning of fuel gas can be reduced to improve power generation efficiency, and (3) the reformed gas exiting the reformer And has an excellent effect of suppressing carbon deposition in the fuel preheater.
【図１】本発明の燃料電池発電設備の全体構成図であ
る。FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell power generation facility of the present invention.
【図２】従来の燃料電池発電設備の全体構成図である。FIG. 2 is an overall configuration diagram of a conventional fuel cell power generation facility.
１ 燃料ガス ２ アノードガス ３ カソードガス ４ アノード排ガス ５ 燃焼排ガス ６ 空気ライン ７ カソード排ガス ７ａ，７ｂ カソード排ガスライン ８ 水蒸気ライン １０ 改質器 １１ 燃料電池 １２ ガスタービン １３ 燃料予熱器 １４ ガスタービン用燃焼器 １６ ＣＯ２ リサイクルブロア １７ 燃料器 ２０ 第１アノードリサイクルライン ２２ スプレイ蒸発器 ２４ 第２アノードリサイクルライン ２４ａ 弁 ２５ 高温ガスブロワ ２６ 断熱改質器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel gas 2 Anode gas 3 Cathode gas 4 Anode exhaust gas 5 Combustion exhaust gas 6 Air line 7 Cathode exhaust gas 7a, 7b Cathode exhaust gas line 8 Steam line 10 Reformer 11 Fuel cell 12 Gas turbine 13 Fuel preheater 14 Gas turbine combustor Reference Signs List 16 CO2 recycle blower 17 fuel device 20 first anode recycle line 22 spray evaporator 24 second anode recycle line 24a valve 25 high temperature gas blower 26 adiabatic reformer
Claims (2)
熱回収蒸気発生装置（１５）を備え、排熱回収蒸気発生
装置で発生した水蒸気と燃料ガスの混合ガスを改質器で
改質し、改質ガスを燃料電池のアノード側で反応させ、
アノード排ガス（４）の一部を燃焼させて高温ガスを発
生させ、その顕熱を改質器で利用する燃料電池発電設備
において、 アノード排ガスの一部を改質器入口側にリサイクルする
第１アノードリサイクルライン（２０）と、該リサイク
ルラインに設けられラインに直接水を供給してアノード
排ガスの顕熱で水を蒸発させるスプレイ蒸発器（２２）
とを備える、ことを特徴とする燃料電池発電設備。1. A reformer (10), a fuel cell (11), and a waste heat recovery steam generator (15), wherein a mixed gas of steam and fuel gas generated by the waste heat recovery steam generator is converted into a reformer. And react the reformed gas on the anode side of the fuel cell.
In a fuel cell power generation facility in which a part of the anode exhaust gas (4) is burned to generate high-temperature gas and the sensible heat is used in the reformer, a part of the anode exhaust gas is recycled to the reformer inlet side. An anode recycle line (20), and a spray evaporator (22) provided in the recycle line and supplying water directly to the line to evaporate water with sensible heat of anode exhaust gas
A fuel cell power generation facility comprising:
口側にリサイクルする第２アノードリサイクルライン
（２４）と、該リサイクルラインに設けられアノード排
ガスの顕熱で炭化水素ガスを改質する断熱改質器（２
６）とを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の燃
料電池発電設備。2. A second anode recycling line (24) for recycling a part of the anode exhaust gas to the outlet side of the reformer, and the hydrocarbon gas is reformed by sensible heat of the anode exhaust gas provided in the recycling line. Adiabatic reformer (2
The fuel cell power generation equipment according to claim 1, further comprising (6).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11163228A JP2000353534A (en) | 1999-06-10 | 1999-06-10 | Fuel cell power plant with anode recycling line |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11163228A JP2000353534A (en) | 1999-06-10 | 1999-06-10 | Fuel cell power plant with anode recycling line |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000353534A true JP2000353534A (en) | 2000-12-19 |
Family
ID=15769771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP11163228A Pending JP2000353534A (en) | 1999-06-10 | 1999-06-10 | Fuel cell power plant with anode recycling line |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000353534A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5282103B2 (en) * | 2008-11-18 | 2013-09-04 | 東京瓦斯株式会社 | Hydrogen recycling type MCFC power generation system |
| JP2016085927A (en) * | 2014-10-28 | 2016-05-19 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Composite power generation system and control method for composite power generation system |
-
1999
- 1999-06-10 JP JP11163228A patent/JP2000353534A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5282103B2 (en) * | 2008-11-18 | 2013-09-04 | 東京瓦斯株式会社 | Hydrogen recycling type MCFC power generation system |
| JP2016085927A (en) * | 2014-10-28 | 2016-05-19 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Composite power generation system and control method for composite power generation system |
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