JP2015140284A - Method for starting operation of hydrogen-containing gas generation apparatus, and hydrogen-containing gas generation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水蒸気の混合状態で供給される炭化水素系の原燃料を改質バーナによる加熱状態で改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成する改質処理室、前記改質処理室に供給する原燃料に混合する水蒸気を前記改質バーナの燃焼排ガスによる水の加熱により生成する水蒸気生成部、前記改質処理室からの改質処理ガスに含まれる一酸化炭素をCO変成触媒により二酸化炭素に変成処理する変成器、及び、前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの通流により前記CO変成触媒を冷却する変成触媒冷却器を備える水素含有ガス生成部が設けられ、
前記改質処理室及び前記変成器に原燃料が充填された状態で停止している前記水素含有ガス生成部を起動させる際には、前記改質バーナの燃焼を開始する燃焼開始処理を行い、その後、前記改質処理室の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる水蒸気供給開始温度に昇温すると、前記水蒸気生成部からの水蒸気を前記改質処理室に供給して、前記改質処理室及び前記変成器に充填されている原燃料を水蒸気にて置換する水蒸気置換処理を行い、次に、前記改質処理室の温度が改質処理開始温度に昇温すると、水蒸気の混合状態で原燃料を前記改質処理室に供給する原燃料供給処理を行う水素含有ガス生成装置の起動運転方法、及び、水素含有ガス生成装置に関する。
The present invention provides a reforming treatment chamber for producing a reforming treatment gas mainly containing hydrogen gas by reforming a hydrocarbon-based raw fuel supplied in a mixed state of steam in a heating state by a reforming burner, A steam generation unit that generates steam mixed with raw fuel supplied to the reforming treatment chamber by heating water with combustion exhaust gas of the reforming burner, and carbon monoxide contained in the reforming treatment gas from the reforming treatment chamber And a hydrogen-containing gas generation unit comprising a conversion catalyst cooler that cools the CO conversion catalyst by the flow of combustion exhaust gas after flowing through the water vapor generation unit. Is provided,
When starting the hydrogen-containing gas generation unit that is stopped in a state in which the reforming chamber and the transformer are filled with raw fuel, a combustion start process for starting combustion of the reforming burner is performed, Thereafter, when the temperature of the reforming chamber is raised to a steam supply start temperature that can prevent thermal decomposition of the raw fuel and condensation of water vapor, the steam from the steam generator is supplied to the reforming chamber. Then, a steam replacement process is performed to replace the raw fuel charged in the reforming process chamber and the transformer with steam, and then the temperature of the reforming process chamber rises to a reforming process start temperature. Furthermore, the present invention relates to a start-up operation method for a hydrogen-containing gas generation device that performs raw fuel supply processing for supplying raw fuel to the reforming chamber in a mixed state of steam, and a hydrogen-containing gas generation device.
水素含有ガス生成装置は、水素含有ガス生成部にて改質ガス(水素含有ガス)を生成して、生成した改質ガス(水素含有ガス)を、例えば、発電用の燃料ガスとして燃料電池に供給することになる。 The hydrogen-containing gas generation device generates a reformed gas (hydrogen-containing gas) in a hydrogen-containing gas generation unit, and uses the generated reformed gas (hydrogen-containing gas) as a fuel gas for power generation, for example, in a fuel cell. Will be supplied.
水素含有ガス生成部の改質処理室を加熱する改質バーナの燃焼排ガスは、水蒸気生成部に流動して水蒸気の生成に用いられた後に、変成触媒冷却器を通流して、変成器のCO変成触媒を冷却するのに利用される。
つまり、変成器による変成処理は、発熱反応である変成反応を行うものであるため、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスが変成触媒冷却器を通流することにより、変成処理温度(例えば200〜400°Cの範囲)となるように、CO変成触媒を冷却することになる(例えば、特許文献1参照。)。
The combustion exhaust gas of the reforming burner that heats the reforming treatment chamber of the hydrogen-containing gas generation section flows to the steam generation section and is used for generation of steam, and then flows through the shift catalyst cooler to form the CO of the shift converter. Used to cool the shift catalyst.
That is, since the shift treatment by the shift converter performs a shift reaction that is an exothermic reaction, the shift of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generation section flows through the shift catalyst cooler, for example, The CO shift catalyst is cooled so as to be in the range of 200 to 400 ° C. (see, for example, Patent Document 1).
水素含有ガス生成部の運転を停止する際には、水素含有ガス生成部の改質処理室や変成器に原燃料を充填して、改質処理室に装入した改質触媒や変成器に装入したCO変成触媒の活性低下を抑制することになる。
このため、水素含有ガス生成部を起動させる際には、先ず、燃焼処理を開始したのち、改質処理室の温度が水蒸気供給開始温度に昇温すると、改質処理室や変成器に充填されている原燃料を水蒸気生成部からの水蒸気にて置換する水蒸気置換処理を行い、次に、改質処理室の温度が改質処理開始温度に昇温すると、水蒸気の混合状態で原燃料を改質処理室に供給する原燃料供給処理を行うことにより、充填されている原燃料が熱分解する不都合を回避しながら、改質ガス(水素含有ガス)を生成する通常運転状態に立ち上げる起動運転が行われる(例えば、特許文献2参照。)。
When stopping the operation of the hydrogen-containing gas generator, the reforming chamber or shifter of the hydrogen-containing gas generator is filled with raw fuel, and the reforming catalyst or shifter charged in the reforming chamber is charged. This suppresses a decrease in the activity of the CO conversion catalyst inserted.
For this reason, when starting the hydrogen-containing gas generation unit, first, after starting the combustion process, when the temperature of the reforming process chamber rises to the steam supply start temperature, the reforming process chamber and the transformer are filled. When the temperature of the reforming chamber is raised to the reforming start temperature, the raw fuel is modified in a steam mixed state. Start-up operation to start up the normal operation state of generating reformed gas (hydrogen-containing gas) while avoiding the inconvenience of thermal decomposition of the filled raw fuel by performing the raw fuel supply process to be supplied to the quality treatment chamber (For example, refer to Patent Document 2).
ちなみに、特許文献2には、変成触媒冷却器についての記載はないが、特許文献2に記載の起動運転方法を、特許文献1に記載の水素ガス生成装置に適用した場合には、水素含有ガス生成部の通常運転状態において、CO変成触媒を冷却する作用を発揮する変成触媒冷却器は、水素含有ガス生成部を起動させる際には、CO変成触媒を昇温させる加熱作用を発揮することになる。
Incidentally, although
改質バーナの燃焼排ガスの温度は、水蒸気生成部を通流した後においても、水素含有ガス生成部が定常運転している定常運転状態等の通常状態においては、100℃を超える温度となるものであるが、水素含有ガス生成部を起動させる際の水蒸気置換処理を開始した直後においては、水蒸気生成部にて水蒸気の生成を開始するために、原料水を水蒸気生成部に供給することが開始された直後である等に起因して、水蒸気生成部にて多量の熱を奪われる傾向となり、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が、変成器に充填される水蒸気の露点(100℃)以下となる虞がある。 The temperature of the combustion exhaust gas of the reforming burner exceeds 100 ° C. in a normal operation state such as a steady operation state in which the hydrogen-containing gas generation unit is in a steady operation even after flowing through the steam generation unit. However, immediately after starting the water vapor replacement process when starting the hydrogen-containing gas generation unit, in order to start generation of water vapor in the water vapor generation unit, supply of raw material water to the water vapor generation unit is started. Due to the fact that it is immediately after, a large amount of heat tends to be taken away in the steam generating section, and the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generating section is the dew point of steam charged in the transformer ( 100 ° C.) or less.
そして、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が変成器に充填される水蒸気の露点(100℃)以下になると、水蒸気置換処理により変成器内に供給される水蒸気が結露して、結露水がCO変成触媒に吸収され、その後の昇温により、CO変成触媒に吸収された結露水が、CO変成触媒の内部で蒸発すると、CO変成触媒が破損する虞があり、改善が望まれるものであった。 And, when the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generating section becomes equal to or lower than the dew point (100 ° C.) of the steam charged in the transformer, the steam supplied into the transformer by the steam replacement process is condensed, If the condensed water is absorbed by the CO conversion catalyst and the condensed water absorbed by the CO conversion catalyst evaporates inside the CO conversion catalyst due to subsequent temperature rise, the CO conversion catalyst may be damaged, and an improvement is desired. It was a thing.
本発明は、上記実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、変成器内の水蒸気が結露することに起因するCO変成触媒の破損を抑制できる水素含有ガス生成装置の起動運転方法を提供する点にある。
また、本発明の別の目的は、変成器内の水蒸気が結露することに起因するCO変成触媒の破損を抑制できる水素含有ガス生成装置を提供する点にある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to start up a hydrogen-containing gas generation device that can suppress damage to the CO shift catalyst caused by condensation of water vapor in the shift converter. Is to provide
Another object of the present invention is to provide a hydrogen-containing gas generation device that can suppress the breakage of the CO shift catalyst caused by condensation of water vapor in the shift converter.
本発明の水素含有ガス生成装置の起動運転方法は、水蒸気の混合状態で供給される炭化水素系の原燃料を改質バーナによる加熱状態で改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成する改質処理室、前記改質処理室に供給する原燃料に混合する水蒸気を前記改質バーナの燃焼排ガスによる水の加熱により生成する水蒸気生成部、前記改質処理室からの改質処理ガスに含まれる一酸化炭素をCO変成触媒により二酸化炭素に変成処理する変成器、及び、前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの通流により前記CO変成触媒を冷却する変成触媒冷却器を備える水素含有ガス生成部が設けられ、
前記改質処理室及び前記変成器に原燃料が充填された状態で停止している前記水素含有ガス生成部を起動させる際には、前記改質バーナの燃焼を開始する燃焼開始処理を行い、その後、前記改質処理室の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる水蒸気供給開始温度に昇温すると、前記水蒸気生成部からの水蒸気を前記改質処理室に供給して、前記改質処理室及び前記変成器に充填されている原燃料を水蒸気にて置換する水蒸気置換処理を行い、次に、前記改質処理室の温度が改質処理開始温度に昇温すると、水蒸気の混合状態で原燃料を前記改質処理室に供給する原燃料供給処理を行う水素含有ガス生成装置の起動運転方法であって、その第1特徴構成は、
前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が前記水蒸気置換処理にて前記変成器に充填された水蒸気の露点以下である場合において、燃焼排ガスが水蒸気の露点以下の温度で変成触媒冷却器を通流することを解消すべく作動する解消手段が、作動状態及び停止状態に切換自在に設けられ、
前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が前記変成器に充填された水蒸気の露点以下であるときには、前記解消手段を作動状態に切換え、かつ、前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が前記変成器に充填された水蒸気の露点よりも高いときには、前記解消手段を停止状態に切換える点を特徴とする。
The start-up operation method of the hydrogen-containing gas generation apparatus of the present invention is a reforming process in which a hydrocarbon-based raw fuel supplied in a mixed state of steam is reformed in a heated state by a reforming burner and mainly contains hydrogen gas. A reforming chamber for generating a processing gas, a steam generating unit for generating steam mixed with the raw fuel supplied to the reforming chamber by heating water with combustion exhaust gas of the reforming burner, from the reforming chamber A converter that converts carbon monoxide contained in the reformed gas into carbon dioxide using a CO conversion catalyst, and a conversion that cools the CO conversion catalyst by the flow of combustion exhaust gas after flowing through the steam generation unit A hydrogen-containing gas generation unit including a catalyst cooler is provided;
When starting the hydrogen-containing gas generation unit that is stopped in a state in which the reforming chamber and the transformer are filled with raw fuel, a combustion start process for starting combustion of the reforming burner is performed, Thereafter, when the temperature of the reforming chamber is raised to a steam supply start temperature that can prevent thermal decomposition of the raw fuel and condensation of water vapor, the steam from the steam generator is supplied to the reforming chamber. Then, a steam replacement process is performed to replace the raw fuel charged in the reforming process chamber and the transformer with steam, and then the temperature of the reforming process chamber rises to a reforming process start temperature. , A start-up operation method of a hydrogen-containing gas generation device that performs raw fuel supply processing for supplying raw fuel to the reforming treatment chamber in a mixed state of steam, the first characteristic configuration thereof is:
When the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generation unit is equal to or lower than the dew point of the steam charged in the transformer in the steam replacement treatment, the combustion exhaust gas is cooled at a temperature equal to or lower than the dew point of the steam. A canceling means that operates to cancel the flow of the vessel is provided to be switchable between an operating state and a stopped state,
When the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the water vapor generating part is equal to or lower than the dew point of the water vapor charged in the transformer, the canceling means is switched to an operating state, and after flowing through the water vapor generating part When the temperature of the combustion exhaust gas is higher than the dew point of the water vapor charged in the transformer, the canceling means is switched to a stop state.
すなわち、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が、水蒸気置換処理によって変成器に充填された水蒸気の露点以下であるときには、解消手段が作動状態に切換えられて、燃焼排ガスが水蒸気の露点以下の温度で変成触媒冷却器を通流することが解消されることになる。 That is, when the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generation unit is equal to or lower than the dew point of the steam charged in the transformer by the steam replacement process, the canceling means is switched to the operating state, and the combustion exhaust gas is Flowing through the shift catalyst cooler at a temperature below the dew point is eliminated.
また、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が、水蒸気置換処理によって変成器に充填された水蒸気の露点よりも高いときには、解消手段が停止状態に切換えられて、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスが、変成触媒冷却器を通流して、変成器のCO変成触媒を昇温する作用を発揮することになる。 In addition, when the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generating unit is higher than the dew point of the steam charged in the transformer by the steam replacement process, the canceling means is switched to the stop state, and the steam generating unit passes through the steam generating unit. The flue gas after flowing flows through the shift catalyst cooler and exhibits an effect of raising the temperature of the CO shift catalyst of the shift converter.
このように、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスが、水蒸気置換処理によって変成器に充填された水蒸気の露点以下の温度で変成触媒冷却器を通流することが解消されるから、変成器内の水蒸気が結露することを回避できるため、変成器内の水蒸気が結露することに起因するCO変成触媒の破損を抑制できる。 In this way, the combustion exhaust gas after flowing through the steam generating section is eliminated from flowing through the shift catalyst cooler at a temperature equal to or lower than the dew point of the steam charged in the shift converter by the steam replacement process. Since it is possible to avoid the condensation of water vapor in the reactor, it is possible to suppress the breakage of the CO shift catalyst caused by the condensation of water vapor in the transformer.
要するに、本発明の水素含有ガス生成装置の起動運転方法の第1特徴構成によれば、変成器内の水蒸気が結露することに起因するCO変成触媒の破損を抑制できる。 In short, according to the first characteristic configuration of the start-up operation method of the hydrogen-containing gas generation device of the present invention, it is possible to suppress damage to the CO shift catalyst due to condensation of water vapor in the shift converter.
本発明の水素含有ガス生成装置の起動運転方法の第2特徴構成は、上記第1特徴構成に加えて、
前記解消手段が、前記作用状態として、前記変成触媒冷却器を迂回して前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスを通流させるバイパス流動状態と、前記停止状態として、前記変成触媒冷却器を通して前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスを通流させる冷却用流動状態とに切換自在な流路切換部である点を特徴とする。
In addition to the first feature configuration described above, the second feature configuration of the start-up operation method of the hydrogen-containing gas generation device of the present invention includes:
The canceling means includes, as the working state, a bypass flow state in which the flue gas after flowing through the steam generation part bypassing the shift catalyst cooler is passed, and the shift catalyst cooler as the stop state. The flow path switching unit is switchable to a cooling fluid state in which the combustion exhaust gas after flowing through the water vapor generating unit is passed through.
すなわち、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が、水蒸気置換処理によって変成器に充填された水蒸気の露点以下であるときには、解消手段を構成する流路切換部が、変成触媒冷却器を迂回して前記前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスを通流させるバイパス流動状態に換えられて、燃焼排ガスが水蒸気の露点以下の温度で変成触媒冷却器を通流することが解消されることになる。 That is, when the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generating section is equal to or lower than the dew point of the steam charged in the transformer by the steam replacement process, the flow path switching section constituting the eliminating means is The combustion exhaust gas flows through the shift catalyst cooler at a temperature lower than the dew point of the water vapor, instead of the bypass flow state in which the combustion exhaust gas after flowing through the steam generation section is bypassed. Will be.
また、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が、水蒸気置換処理によって変成器に充填された水蒸気の露点よりも高いときには、解消手段を構成する流路切換部が、変成触媒冷却器を通して前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスを通流させる冷却用流動状態に切換えられて、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスが、変成触媒冷却器を通流して、変成器のCO変成触媒を昇温する作用を発揮することになる。 In addition, when the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generating section is higher than the dew point of the steam charged in the transformer by the steam replacement process, the flow path switching section constituting the elimination means is the shift catalyst cooler. The combustion exhaust gas after flowing through the steam generating section is switched to the cooling flow state in which the combustion exhaust gas after flowing through the steam generating section is passed through The effect of raising the temperature of the CO conversion catalyst is exhibited.
このように、解消手段として、バイパス流動状態と冷却用流動状態とに切換えられる流路切換部を設けるという簡単な構成で、変成器内の水蒸気が結露することを回避して、変成器内の水蒸気が結露することに起因するCO変成触媒の破損を抑制できる。 Thus, as a means for eliminating, a simple structure of providing a flow path switching unit that can be switched between a bypass flow state and a cooling flow state, avoiding the condensation of water vapor in the transformer, Damage to the CO conversion catalyst due to the condensation of water vapor can be suppressed.
要するに、本発明の水素含有ガス生成装置の起動運転方法の第2特徴構成によれば、上記第1特徴構成による作用効果に加えて、簡単な構成で、変成器内の水蒸気が結露することに起因するCO変成触媒の破損を抑制できる。 In short, according to the second characteristic configuration of the start-up operation method of the hydrogen-containing gas generation device of the present invention, in addition to the operational effects of the first characteristic configuration, the water vapor in the transformer is condensed with a simple configuration. The resulting damage to the CO shift catalyst can be suppressed.
本発明の水素含有ガス生成装置の起動運転方法の第3特徴構成は、上記第1特徴構成に加えて、
前記解消手段が、前記作用状態として、前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスを前記変成器に充填された水蒸気の露点よりも高温に加熱する加熱状態と、前記停止状態として、前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスに対する加熱を停止する加熱停止状態とに切換自在な燃焼排ガス加熱手段である点を特徴とする。
In addition to the first feature configuration, the third feature configuration of the start-up operation method of the hydrogen-containing gas generation device of the present invention,
As the working state, the canceling means heats the combustion exhaust gas after flowing through the water vapor generating section to a temperature higher than the dew point of the water vapor charged in the transformer, and the stop state includes the water vapor. It is characterized in that it is a combustion exhaust gas heating means switchable to a heating stop state in which heating to the combustion exhaust gas after flowing through the generating section is stopped.
すなわち、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が、水蒸気置換処理によって変成器に充填された水蒸気の露点以下であるときには、解消手段を構成する燃焼排ガス加熱手段が、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスを変成器に充填された水蒸気の露点よりも高温に加熱する加熱状態に換えられて、燃焼排ガスが水蒸気の露点以下の温度で変成触媒冷却器を通流することが解消されることになる。 That is, when the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generation unit is equal to or lower than the dew point of the steam charged in the transformer by the steam replacement process, the combustion exhaust gas heating means constituting the elimination means The combustion exhaust gas after passing through may be changed to a heating state in which the combustion exhaust gas is heated to a temperature higher than the dew point of water vapor charged in the transformer, and the combustion exhaust gas may flow through the shift catalyst cooler at a temperature lower than the dew point of water vapor. Will be resolved.
また、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が、水蒸気置換処理によって変成器に充填された水蒸気の露点よりも高いときには、解消手段を構成する燃焼排ガス加熱手段が、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスに対する加熱を停止する加熱停止状態に切換えられることになる。 Further, when the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generation unit is higher than the dew point of the steam charged in the transformer by the steam replacement process, the combustion exhaust gas heating means constituting the elimination means It is switched to a heating stop state in which heating to the combustion exhaust gas after flowing is stopped.
つまり、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が、水蒸気置換処理によって変成器に充填された水蒸気の露点以下であるとき、および、水蒸気の露点より高いときのいずれにおいても、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスを、変成触媒冷却器を通流させる状態を継続させながら、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が水蒸気置換処理によって変成器に充填された水蒸気の露点以下であるときには、解消手段を構成する燃焼排ガス加熱手段を加熱状態に換えることにより、燃焼排ガスが水蒸気の露点以下の温度で変成触媒冷却器を通流することを解消する。 That is, when the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generating section is lower than or equal to the dew point of the steam filled in the transformer by the steam replacement process, and when it is higher than the dew point of the steam, the steam is generated. Steam in which the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generation section is filled in the transformer by the steam replacement process while continuing the state in which the combustion exhaust gas after flowing through the section passes through the shift catalyst cooler When the temperature is below the dew point, the combustion exhaust gas heating means constituting the elimination means is changed to a heated state, thereby eliminating the fact that the combustion exhaust gas flows through the shift catalyst cooler at a temperature below the dew point of water vapor.
このように、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が水蒸気置換処理によって変成器に充填された水蒸気の露点以下であるときには、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスを、変成器に充填された水蒸気の露点よりも高温となるように燃焼排ガス加熱手段にて加熱して、変成触媒冷却器を通流させるものであるから、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が水蒸気置換処理によって変成器に充填された水蒸気の露点以下であるときにも、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスにて、変成器のCO変成触媒を昇温する作用を発揮させることができるものとなり、変成器のCO変成触媒を適切に昇温させることができる。 Thus, when the temperature of the flue gas after flowing through the water vapor generating part is equal to or lower than the dew point of the water vapor filled in the transformer by the water vapor replacement process, the flue gas after flowing through the water vapor generating part is transformed. It is heated by the combustion exhaust gas heating means so that the temperature becomes higher than the dew point of the water vapor charged in the vessel and flows through the shift catalyst cooler. Even when the temperature is equal to or lower than the dew point of the water vapor filled in the transformer by the steam substitution treatment, the combustion exhaust gas after flowing through the steam generating section exerts the effect of raising the temperature of the CO conversion catalyst of the transformer. As a result, the CO conversion catalyst of the converter can be appropriately heated.
要するに、本発明の水素含有ガス生成装置の起動運転方法の第3特徴構成によれば、上記第1特徴構成による作用効果に加えて、変成器のCO変成触媒を適切に昇温させる形態で、変成器内の水蒸気が結露することに起因するCO変成触媒の破損を抑制できる。 In short, according to the third characteristic configuration of the start-up operation method of the hydrogen-containing gas generation apparatus of the present invention, in addition to the operational effect of the first characteristic configuration, in the form of appropriately raising the temperature of the CO shift catalyst of the shifter, Damage to the CO shift catalyst due to the condensation of water vapor in the shift converter can be suppressed.
本発明の水素含有ガス生成装置の起動運転方法の第4特徴構成は、上記第1〜第3特徴構成のいずれかに加えて、
水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度を計測する燃焼排ガス温度計測手段が設けられ、
前記燃焼排ガス温度計測手段の計測結果に基づいて、前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が前記変成器に充填された水蒸気の露点以下であるか否かを判定する点を特徴とする。
In addition to any of the first to third characteristic configurations described above, the fourth characteristic configuration of the start-up operation method for the hydrogen-containing gas generation device of the present invention is as follows.
Combustion exhaust gas temperature measuring means for measuring the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generation unit is provided,
Based on the measurement result of the combustion exhaust gas temperature measuring means, it is determined whether or not the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generation unit is equal to or lower than the dew point of the steam charged in the transformer. And
すなわち、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度を計測する燃焼排ガス温度計測手段の計測結果に基づいて、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が変成器に充填された水蒸気の露点以下であるか否かを判定するものであるから、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が、変成器に充填された水蒸気の露点以下であるか、変成器に充填された水蒸気の露点よりも高いかが、的確に判定できることになる。 That is, based on the measurement result of the flue gas temperature measuring means for measuring the temperature of the flue gas after flowing through the water vapor generating part, the temperature of the flue gas after flowing through the water vapor generating part was filled in the transformer Since it is to determine whether the dew point is lower than the steam dew point, the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generating section is lower than the dew point of the water vapor charged in the transformer, or the transformer is filled. It is possible to accurately determine whether the dew point of the water vapor is higher.
したがって、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が、変成器に充填された水蒸気の露点以下であるときには、解消手段を作動状態に的確に切換え、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が、変成器に充填された水蒸気の露点よりも高いときには、解消手段を停止状態に的確に切換えることができるものとなり、燃焼排ガスが変成器に充填された水蒸気の露点以下の温度で変成触媒冷却器を通流することを的確に解消することができる。 Therefore, when the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the water vapor generating unit is below the dew point of the water vapor charged in the transformer, the canceling means is accurately switched to the operating state, and after the flow through the water vapor generating unit When the temperature of the combustion exhaust gas is higher than the dew point of the water vapor filled in the transformer, the elimination means can be switched to the stopped state accurately, and the temperature below the dew point of the water vapor filled in the transformer of the combustion exhaust gas. Thus, it is possible to accurately eliminate the flow of the shift catalyst cooler.
要するに、本発明の水素含有ガス生成装置の起動運転方法の第4特徴構成によれば、上記第1〜第3特徴構成のいずれかによる作用効果に加えて、変成器に充填された水蒸気の露点以下の温度の燃焼排ガスが変成触媒冷却器を通流することを的確に解消することができる。 In short, according to the fourth characteristic configuration of the start-up operation method of the hydrogen-containing gas generation device of the present invention, in addition to the operational effects of any of the first to third characteristic configurations, the dew point of the water vapor charged in the transformer It is possible to accurately eliminate the combustion exhaust gas having the following temperature flowing through the shift catalyst cooler.
本発明の水素含有ガス生成装置の起動運転方法の第5特徴構成は、上記第1〜第3特徴構成のいずれかに加えて、
前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が、前記燃焼開始処理を実行した後に、前記水蒸気置換処理にて前記変成器に充填された水蒸気の露点よりも高温になるまでの昇温用経過時間を予め定めて、
前記燃焼開始処理を実行してからの経過時間が前記昇温用経過時間を越えているか否かに基づいて、前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が前記変成器に充填された水蒸気の露点以下であるか否かを判定する点を特徴とする。
In addition to any of the first to third characteristic configurations described above, the fifth characteristic configuration of the start-up operation method for the hydrogen-containing gas generation device of the present invention is as follows:
Temperature rise until the temperature of the flue gas after flowing through the water vapor generating part becomes higher than the dew point of the water vapor charged in the transformer in the water vapor replacement process after the combustion start process is executed Predetermined elapsed time for use,
Based on whether or not the elapsed time since the start of the combustion process exceeds the elapsed time for temperature increase, the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the water vapor generating part is charged into the transformer. It is characterized in that it is determined whether or not the dew point is lower than the water vapor.
すなわち、予め実験等を行うことによって、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が、燃焼開始処理を実行した後に、水蒸気置換処理にて変成器に充填された水蒸気の露点よりも高温になるまでの昇温用経過時間を予め定めるようにする。
そして、燃焼開始処理を実行してからの経過時間が前記昇温用経過時間を越えているか否かに基づいて、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が変成器に充填された水蒸気の露点以下であるか否かを判定する。
That is, by conducting an experiment or the like in advance, the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generation unit is higher than the dew point of the steam filled in the transformer in the steam replacement process after performing the combustion start process. The elapsed time for temperature rise until becomes is determined in advance.
Then, based on whether or not the elapsed time since the start of combustion processing exceeds the elapsed time for temperature increase, the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the water vapor generation unit is filled in the transformer. It is determined whether or not the dew point is lower than the water vapor.
このように、予め実験等によって、昇温用経過時間を定めて、燃焼開始処理を実行してからの経過時間が前記昇温用経過時間を越えているか否かに基づいて、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が変成器に充填された水蒸気の露点以下であるか否かを判定するものであるから、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度を計測する燃焼排ガス温度計測手段を設置することなく、簡素な構成で、解消手段を作動状態と停止状態とに切換えることができる。 As described above, the steam generation unit is set based on whether or not the elapsed time for temperature increase is determined in advance by experiments or the like, and the elapsed time after the combustion start processing exceeds the elapsed time for temperature increase. Combustion that measures the temperature of the flue gas after flowing through the water vapor generating part because it determines whether the temperature of the flue gas after flowing is below the dew point of the water vapor filled in the transformer. Without installing the exhaust gas temperature measuring means, the elimination means can be switched between the operating state and the stopped state with a simple configuration.
要するに、本発明の水素含有ガス生成装置の起動運転方法の第5特徴構成によれば、上記第1〜第3特徴構成のいずれかによる作用効果に加えて、簡素な構成で、解消手段を作動状態と停止状態とに切換えることができる。 In short, according to the fifth characteristic configuration of the start-up operation method of the hydrogen-containing gas generation device of the present invention, in addition to the operational effects of any of the first to third characteristic configurations, the elimination means is operated with a simple configuration. It is possible to switch between a state and a stopped state.
本発明の水素含有ガス生成装置は、水蒸気の混合状態で供給される炭化水素系の原燃料を改質バーナによる加熱状態で改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成する改質処理室、前記改質処理室に供給する原燃料に混合する水蒸気を前記改質バーナの燃焼排ガスによる水の加熱により生成する水蒸気生成部、前記改質処理室からの改質処理ガスに含まれる一酸化炭素をCO変成触媒により二酸化炭素に変成処理する変成器、及び、前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの通流により前記CO変成触媒を冷却する変成触媒冷却器を備える水素含有ガス生成部が設けられ、
前記改質処理室及び前記変成器に原燃料が充填された状態で停止している前記水素含有ガス生成部を起動させる際には、前記改質バーナの燃焼を開始する燃焼開始処理を行い、その後、前記改質処理室の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる水蒸気供給開始温度に昇温すると、前記水蒸気生成部からの水蒸気を前記改質処理室に供給して、前記改質処理室及び前記変成器に充填されている原燃料を水蒸気にて置換する水蒸気置換処理を行い、次に、前記改質処理室の温度が改質処理開始温度に昇温すると、水蒸気の混合状態で原燃料を前記改質処理室に供給する原燃料供給処理を行うものであって、その特徴構成は、
前記改質処理室の温度を計測する改質温度計測手段が設けられ、
前記水素含有ガス生成部の運転を制御する運転制御手段が、起動指令が指令されると、前記燃焼開始処理を実行し、その後、前記改質温度計測手段の計測結果に基づいて、前記水蒸気置換処理及び前記原燃料供給処理を実行するように構成され、
前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が前記水蒸気置換処理にて前記変成器に充填された水蒸気の露点以下である場合において、燃焼排ガスが水蒸気の露点以下の温度で変成触媒冷却器を通流することを解消すべく作動する解消手段が、作動状態と停止状態とに切換自在に設けられ、
前記運転制御手段が、前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が前記変成器に充填された水蒸気の露点以下であるときには、前記解消手段を作動状態に切換え、かつ、前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が前記変成器に充填された水蒸気の露点よりも高いときには、前記解消手段を停止状態に切換えるように構成されている点を特徴とする。
The hydrogen-containing gas generation apparatus of the present invention generates a reformed gas containing hydrogen gas as a main component by reforming a hydrocarbon-based raw fuel supplied in a steam-mixed state while being heated by a reforming burner. A reforming process chamber, a steam generating unit that generates steam mixed with raw fuel supplied to the reforming process chamber by heating water with combustion exhaust gas of the reforming burner, and a reforming process gas from the reforming process chamber A conversion device that converts carbon monoxide contained in the carbon dioxide into carbon dioxide by a CO conversion catalyst, and a conversion catalyst cooler that cools the CO conversion catalyst by the flow of combustion exhaust gas after flowing through the water vapor generation section A hydrogen-containing gas generator is provided,
When starting the hydrogen-containing gas generation unit that is stopped in a state in which the reforming chamber and the transformer are filled with raw fuel, a combustion start process for starting combustion of the reforming burner is performed, Thereafter, when the temperature of the reforming chamber is raised to a steam supply start temperature that can prevent thermal decomposition of the raw fuel and condensation of water vapor, the steam from the steam generator is supplied to the reforming chamber. Then, a steam replacement process is performed to replace the raw fuel charged in the reforming process chamber and the transformer with steam, and then the temperature of the reforming process chamber rises to a reforming process start temperature. , A raw fuel supply process for supplying raw fuel to the reforming process chamber in a mixed state of steam,
Reforming temperature measuring means for measuring the temperature of the reforming treatment chamber is provided,
The operation control means for controlling the operation of the hydrogen-containing gas generating section executes the combustion start processing when an activation command is issued, and then, based on the measurement result of the reforming temperature measuring means, the steam replacement Configured to perform a process and the raw fuel supply process,
When the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generation unit is equal to or lower than the dew point of the steam charged in the transformer in the steam replacement treatment, the combustion exhaust gas is cooled at a temperature equal to or lower than the dew point of the steam. The canceling means that operates to cancel the flow of the vessel is provided to be switchable between an operating state and a stopped state,
When the operation control means has a temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the water vapor generating section is equal to or lower than a dew point of water vapor charged in the transformer, the canceling means is switched to an operating state, and the water vapor generation is performed. When the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the section is higher than the dew point of the water vapor charged in the transformer, the elimination means is configured to be switched to a stopped state.
すなわち、本発明の水素含有ガス生成装置の特徴構成は、上述した水素含有ガス生成装置の起動運転方法の第1特徴構成を実施するための構成を備えるものであるから、上述した水素含有ガス生成装置の起動運転方法の第1特徴構成の欄で記載の作用効果と同様な作用効果を奏することになり、加えて、運転制御手段の制御作動によって、水素含有ガス生成部の起動運転を自動的に行うことができる。 That is, the characteristic configuration of the hydrogen-containing gas generation device of the present invention includes the configuration for implementing the first characteristic configuration of the startup operation method of the hydrogen-containing gas generation device described above. The operation and effect similar to those described in the column of the first characteristic configuration of the apparatus start-up operation method will be exhibited, and in addition, the start-up operation of the hydrogen-containing gas generation unit is automatically performed by the control operation of the operation control means. Can be done.
つまり、運転制御手段が、起動指令が指令されると、燃焼開始処理を実行し、その後、改質温度計測手段の計測結果に基づいて、水蒸気置換処理及び原燃料供給処理を実行することになる。
また、運転制御手段が、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が変成器に充填された水蒸気の露点以下であるときには、解消手段を作動状態に切換え、かつ、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が前記変成器に充填された水蒸気の露点よりも高いときには、解消手段を停止状態に切換えることになる。
In other words, when the start command is instructed, the operation control means executes the combustion start process, and then executes the steam replacement process and the raw fuel supply process based on the measurement result of the reforming temperature measuring means. .
In addition, when the operation control means has the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generating section is equal to or lower than the dew point of the steam charged in the transformer, the canceling means is switched to the operating state and the steam generating section is passed through. When the temperature of the flue gas after flowing is higher than the dew point of the water vapor charged in the transformer, the canceling means is switched to the stop state.
このように、水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスが、水蒸気置換処理によって変成器に充填された水蒸気の露点以下の温度で変成触媒冷却器を通流することが解消されるから、変成器内の水蒸気が結露することを回避できるため、変成器内の水蒸気が結露することに起因するCO変成触媒の破損を抑制できる。 In this way, the combustion exhaust gas after flowing through the steam generating section is eliminated from flowing through the shift catalyst cooler at a temperature equal to or lower than the dew point of the steam charged in the shift converter by the steam replacement process. Since it is possible to avoid the condensation of water vapor in the reactor, it is possible to suppress the breakage of the CO shift catalyst caused by the condensation of water vapor in the transformer.
要するに、本発明の水素含有ガス生成装置の特徴構成によれば、変成器内の水蒸気が結露することに起因するCO変成触媒の破損を抑制しながら、水素含有ガス生成部の起動運転を自動的に行うことができる。 In short, according to the characteristic configuration of the hydrogen-containing gas generation device of the present invention, the start-up operation of the hydrogen-containing gas generation unit is automatically performed while suppressing the breakage of the CO conversion catalyst due to the condensation of water vapor in the converter. Can be done.
〔実施形態〕
以下、本発明を燃料電池用の水素含有ガス生成装置に適用した場合の実施形態を説明する。
(全体構成)
図1に示すように、水素含有ガス生成装置は、水素ガスを主成分とする改質ガス(水素含有ガス)を生成する水素含有ガス生成部P、及び、水素含有ガス生成部Pの運転を制御する運転制御部としての制御部Cを備えるものであり、水素含有ガス生成部Pにて生成される改質ガス(水素含有ガス)が、燃料ガスとして燃料電池Gに供給されるように構成されている。
Embodiment
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a hydrogen-containing gas generating device for a fuel cell will be described.
(overall structure)
As shown in FIG. 1, the hydrogen-containing gas generation device operates a hydrogen-containing gas generation unit P that generates a reformed gas (hydrogen-containing gas) mainly composed of hydrogen gas, and the operation of the hydrogen-containing gas generation unit P. A control unit C as an operation control unit to be controlled is provided, and the reformed gas (hydrogen-containing gas) generated by the hydrogen-containing gas generation unit P is supplied to the fuel cell G as a fuel gas. Has been.
水素含有ガス生成部Pは、水蒸気を生成する水蒸気生成部S、原燃料に含まれる硫黄分を脱硫処理する脱硫部D、脱硫部Dにて脱硫処理された後の原燃料を改質処理する改質部R、改質部Rにて改質処理された改質処理ガスに含まれる一酸化炭素を二酸化炭素に変成処理するCO変成部T、及び、変成処理された改質処理ガス中に残存する一酸化炭素を選択酸化処理する選択酸化部Uを主要部として構成されている。 The hydrogen-containing gas generation unit P reforms the raw fuel that has been desulfurized by the water vapor generation unit S that generates water vapor, the desulfurization unit D that desulfurizes sulfur contained in the raw fuel, and the desulfurization unit D. In the reforming section R, the CO shift section T that converts carbon monoxide contained in the reforming process gas reformed in the reforming section R into carbon dioxide, and the reformed reformed process gas A selective oxidation part U that selectively oxidizes the remaining carbon monoxide is configured as a main part.
すなわち、水素含有ガス生成部Pは、改質部Rへ供給する原燃料を脱硫部Dにて脱硫処理し、脱硫した原燃料に水蒸気生成部Sにて生成された水蒸気を混合し、水蒸気が混合された原燃料を改質部Rにて改質処理して改質処理ガスを生成し、改質部Rにて生成された改質処理ガスをCO変成部Tに供給して、改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素に変成処理し、CO変成部Tにて変成処理された改質処理ガスを選択酸化部Uに供給して、改質処理ガス中に残存する一酸化炭素ガスを選択酸化処理することにより、一酸化炭素の含有率が低い改質ガス(水素含有ガス)を生成するように構成されている。 That is, the hydrogen-containing gas generation unit P desulfurizes the raw fuel supplied to the reforming unit R in the desulfurization unit D, mixes the desulfurized raw fuel with the steam generated in the steam generation unit S, The mixed raw fuel is reformed in the reforming section R to generate a reforming process gas, and the reforming process gas generated in the reforming section R is supplied to the CO shift section T for reforming. The carbon monoxide gas in the process gas is converted to carbon dioxide, and the reformed gas that has been converted in the CO shift unit T is supplied to the selective oxidation unit U, so that the monoxide remaining in the reformed gas By selectively oxidizing the carbon gas, a reformed gas (hydrogen-containing gas) having a low carbon monoxide content is generated.
本実施形態の水素含有ガス生成部Pには、改質部Rと伝熱可能に設けた改質部加熱用通流部6、脱硫部Dに供給する原燃料を加熱する脱硫前原燃料加熱用熱交換部Eb、及び、脱硫部Dにて脱硫処理された後の原燃料を加熱する脱硫後原燃料加熱用熱交換部Eaが設けられている。 In the hydrogen-containing gas generation part P of the present embodiment, the reforming part R and the reforming part heating flow part 6 provided so as to be able to transfer heat, and the raw fuel supplied to the desulfurization part D are heated for the raw fuel before desulfurization. A heat exchange unit Eb and a heat exchange unit Ea for heating the raw fuel after desulfurization for heating the raw fuel after being desulfurized in the desulfurization unit D are provided.
そして、改質部Rから排出される改質処理ガスが、改質部加熱用通流部6、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ea、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ebを順次通流した後に、CO変成部Tに流動するように構成され、且つ、原燃料が、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Eb、脱硫部D、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Eaを順次通流して、改質部Rに流動するように構成されている。 Then, the reformed gas discharged from the reforming section R sequentially flows through the reforming section heating flow section 6, the heat exchange section Ea for heating the raw fuel after desulfurization, and the heat exchange section Eb for heating the raw fuel before desulfurization. After that, the raw fuel is configured to flow to the CO conversion section T, and the raw fuel is sequentially passed through the heat exchange section Eb for heating the raw fuel before desulfurization, the desulfurization section D, and the heat exchange section Ea for heating the raw fuel after desulfurization. , And is configured to flow to the reforming section R.
つまり、改質部Rから排出される改質処理ガスが、改質部加熱用通流部6を通流する際に、改質部Rを加熱し、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Eaを通流する際に、改質部Rに供給される水蒸気が混合された原燃料を加熱し、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ebを通流する際に、脱硫器5に供給される原燃料を加熱するように構成されている。
That is, when the reforming process gas discharged from the reforming section R flows through the reforming section heating flow section 6, the reforming section R is heated and the raw fuel heating heat exchange section Ea after desulfurization. When flowing through, the raw fuel mixed with the steam supplied to the reforming section R is heated, and the raw fuel supplied to the
図2に示すように、本実施形態の水素含有ガス生成部Pは、扁平な矩形板状の容器Bの複数個(本実施形態では9個)を、容器Bの厚さ方向に並べる形態に構成されている。
そして、並置された9個の容器Bにて、水蒸気生成部S、改質部R、改質部加熱用通流部6、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Eb、脱硫部D、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ea、CO変成部T、及び、選択酸化部Uが構成されることになり、その詳細は後述する。
尚、図2においては、左端から右端側に向けて、水蒸気生成部S、改質部R、改質部加熱用通流部6、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ea、脱硫部D、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Eb、CO変成部T、及び、選択酸化部Uが、記載順に並ぶ状態で設けられている。
As shown in FIG. 2, the hydrogen-containing gas generation unit P of the present embodiment is configured such that a plurality of flat rectangular plate-like containers B (9 in this embodiment) are arranged in the thickness direction of the containers B. It is configured.
Then, in nine juxtaposed containers B, the steam generation part S, the reforming part R, the reforming part heating flow part 6, the heat exchange part Eb for heating the raw fuel before desulfurization, the desulfurization part D, the raw material after desulfurization The fuel heating heat exchange section Ea, the CO conversion section T, and the selective oxidation section U are configured, and details thereof will be described later.
In FIG. 2, from the left end to the right end side, the steam generation section S, the reforming section R, the reforming section heating flow section 6, the heat exchange section Ea for heating the raw fuel after desulfurization, the desulfurization section D, The heat exchange part Eb for heating raw fuel before desulfurization, the CO conversion part T, and the selective oxidation part U are provided in a state of being arranged in the order of description.
図1に示すように、水素含有ガス生成部Pにて生成される改質ガス(水素含有ガス)は、上述の如く、燃料ガスとして燃料電池Gに供給されることになり、選択酸化部Uから排出される改質ガス(水素含有ガス)を燃料電池Gに導く燃料ガス路9が設けられている。
本実施形態の燃料電池Gは、詳細な説明は省略するが、高分子膜を電解質とする固体高分子型であり、水素含有ガス生成部Pから供給される燃料ガス中の水素と、発電用ファン13から供給される反応用空気中の酸素との電気化学反応により発電するように構成されている。
As shown in FIG. 1, the reformed gas (hydrogen-containing gas) generated in the hydrogen-containing gas generation unit P is supplied to the fuel cell G as the fuel gas as described above, and the selective oxidation unit U A
Although detailed description is omitted, the fuel cell G of the present embodiment is of a solid polymer type using a polymer membrane as an electrolyte, hydrogen in the fuel gas supplied from the hydrogen-containing gas generation unit P, and power generation Electricity is generated by an electrochemical reaction with oxygen in the reaction air supplied from the
以下、水素含有ガス生成部Pの各部の構成について説明を加える。
(脱硫部の構成)
脱硫部Dは、脱硫触媒が装入された脱硫器5を備えて、原燃料を、脱硫器5を通して流動させるように構成されている。
脱硫触媒としては、銅−亜鉛系脱硫剤等の吸着式脱硫剤が使用され、例えば150〜300°Cの範囲の脱硫処理温度で、脱硫触媒にて原燃料中の硫黄化合物を水素化して、その水素化物を酸化亜鉛に吸着させて脱硫するように構成してある。
Hereinafter, the configuration of each part of the hydrogen-containing gas generation part P will be described.
(Configuration of desulfurization section)
The desulfurization part D includes a
As the desulfurization catalyst, an adsorptive desulfurization agent such as a copper-zinc-based desulfurization agent is used. For example, at a desulfurization treatment temperature in the range of 150 to 300 ° C., the sulfur compound in the raw fuel is hydrogenated with the desulfurization catalyst. The hydride is adsorbed on zinc oxide and desulfurized.
ちなみに、脱硫触媒としては、水添吸着脱硫剤を使用してもよく、この場合には、例えば、CO変成部Tから排出された後に、後述の如く水分が除去された改質処理ガスを、リサイクルガスとして脱硫器5に供給することになる。
Incidentally, as the desulfurization catalyst, a hydrogenated desulfurization agent may be used. In this case, for example, after being discharged from the CO conversion part T, a reformed treatment gas from which moisture has been removed as described below is used. It will be supplied to the
(改質部の構成)
改質部Rは、水蒸気の混合状態で供給される炭化水素系の原燃料を改質バーナ1による加熱状態で改質処理して水素ガスを主成分とする改質処理ガスを生成するように構成されている。
具体的には、改質部Rには、ルテニウム、ニッケル、白金等の改質触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数を通気可能な状態で装入した改質処理室11が設けられ、 改質バーナ1を備えた燃焼室12が、改質処理室11と伝熱可能に設けられている。
そして、燃焼室12の内部にて、改質バーナ1によりガス燃料を燃焼させて、改質処理室11を加熱するように構成されている。
(Configuration of reformer)
The reforming section R reforms the hydrocarbon-based raw fuel supplied in a mixed state of steam in a heated state by the reforming
Specifically, the reforming section R is provided with a reforming
In the
改質部Rでは、原燃料がメタンガスを主成分とする都市ガス(13A)である場合は、改質触媒の触媒作用により、例えば600〜700°Cの範囲の改質処理温度の下で、メタンガスと水蒸気とが下記の反応式(1)にて改質反応されて、水素ガスと一酸化炭素ガスを含む改質処理ガスが生成されことになる。
ちなみに、改質部Rにおける改質反応は吸熱反応であるため、改質処理室11に装入された改質触媒を、燃焼室12及び改質部加熱用通流部6にて加熱することになる。
CH4+H2O→CO+3H2O −−−−−−−−(1)
In the reforming section R, when the raw fuel is city gas (13A) mainly composed of methane gas, under the reforming treatment temperature in the range of 600 to 700 ° C., for example, due to the catalytic action of the reforming catalyst, Methane gas and water vapor are reformed by the following reaction formula (1) to generate a reformed gas containing hydrogen gas and carbon monoxide gas.
Incidentally, since the reforming reaction in the reforming section R is an endothermic reaction, the reforming catalyst charged in the reforming
CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 O -------- (1)
(水蒸気生成部の構成)
水蒸気生成部Sは、改質処理室11に供給する原燃料に混合する水蒸気を改質バーナ1の燃焼排ガスによる水の加熱により生成するように構成されている。
具体的には、水蒸気生成用の原料水が供給される水蒸気生成室2Aと、改質バーナ1の燃焼排ガスが通流される加熱用排ガス通流室2Bとが伝熱可能に並設され、水蒸気生成室2Aが加熱用排ガス通流室2Bからの伝熱により加熱されて、水蒸気生成室2Aの内部に蒸気が生成されるように構成されている。
(Configuration of water vapor generation unit)
The steam generation unit S is configured to generate steam mixed with the raw fuel supplied to the reforming
Specifically, a
ちなみに、詳細な説明は省略するが、水蒸気生成室2A及び加熱用排ガス通流室2Bの内部には、ステンレスウール等からなる伝熱促進材が通気可能な状態で充填されている。
Incidentally, although detailed explanation is omitted, the heat transfer promoting material made of stainless wool or the like is filled in the water
(CO変成部の構成)
CO変成部Tは、改質処理室11からの改質処理ガスに含まれる一酸化炭素をCO変成触媒により二酸化炭素に変成処理するように構成されている。
具体的には、本実施形態では、酸化鉄系又は銅亜鉛系のCO変成触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体の多数が装入される変成器3が備えられ、この変成器3を通して、改質部Rから供給される改質処理ガスが流動するように構成されている。
(Configuration of CO Transformer)
The CO conversion unit T is configured to convert carbon monoxide contained in the reforming process gas from the reforming
Specifically, in this embodiment, a
また、CO変成部Tには、水蒸気生成部Sの加熱用排ガス通流室2Bを通過した後の燃焼排ガスが通流する変成触媒冷却器4が、変成器3と伝熱可能に設けられて、変成器3に装入されたCO変成触媒を冷却するように構成されている。
ちなみに、図1には、図面を簡略化するために、変成器3が一つだけ示されているが、図2に示すように、本実施形態においては、変成器3が、変成触媒冷却器4の両側に2個ずつ位置する状態で、4個設けられている。
The CO shift section T is provided with a shift catalyst cooler 4 through which the combustion exhaust gas after passing through the heating exhaust
Incidentally, in FIG. 1, only one
CO変成部Tにおいては、改質処理ガス中の一酸化炭素ガスと水蒸気とが、CO変成触媒の触媒作用により、例えば150〜310°Cの範囲の変成処理温度の下で、下記の反応式(2)にて変成反応して、一酸化炭素ガスが二酸化炭素ガスに変成処理される。
ちなみに、CO変成部Tにおける変成反応は発熱反応であるため、変成器3に装入されたCO変成触媒を変成触媒冷却器4にて冷却することになる。
CO+H2O→CO2+H2 −−−−−−−−(2)
In the CO shift section T, carbon monoxide gas and water vapor in the reforming process gas are converted into the following reaction formula under the shift processing temperature in the range of 150 to 310 ° C., for example, by the catalytic action of the CO shift catalyst. In step (2), the carbon monoxide gas is converted into carbon dioxide gas through a conversion reaction.
Incidentally, since the shift reaction in the CO shift section T is an exothermic reaction, the CO shift catalyst charged in the
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 -------- (2)
尚、変成触媒冷却器4は、水素含有ガス生成部Pの起動時においては、変成器3に装入したCO変成触媒を加熱して昇温する作用を発揮することになり、起動後の通常運転時においては、CO変成触媒を冷却する作用を発揮することになる。
The shift catalyst cooler 4 exhibits an effect of heating and raising the temperature of the CO shift catalyst charged in the
(選択酸化部の構成)
選択酸化部Uは、選択酸化触媒の触媒作用によって、変成処理後の改質処理ガス中に残存する一酸化炭素ガスを選択酸化処理するように構成されている。
具体的には、白金、ルテニウム、ロジウム等の貴金属系の選択酸化触媒を保持したセラミック製の多孔質粒状体が多数装入された選択酸化反応器15が設けられて、この選択酸化反応器15を通して、CO変成部Tから供給される改質処理ガスが、酸化用空気を混合した状態で通流するように構成されている。
(Configuration of selective oxidation unit)
The selective oxidation unit U is configured to selectively oxidize the carbon monoxide gas remaining in the reforming process gas after the shift treatment by the catalytic action of the selective oxidation catalyst.
Specifically, there is provided a
説明を加えると、選択酸化部Uの選択酸化反応器15に酸化用空気を供給する選択酸化用ファン52が、酸化用空気供給路37を通して、変成器3から選択酸化反応器15に供給される変成処理後の改質処理ガスに酸化用空気を供給する状態で設けられて、酸化用空気が混合された改質処理ガスが選択酸化反応器15に流動するように構成されている。
In other words, a
選択酸化部Uにおいては、選択酸化触媒の触媒作用によって、例えば80〜100°Cの範囲の選択酸化処理温度の下で、変成処理後の改質処理ガス中に残存している一酸化炭素ガスを選択酸化処理して、一酸化炭素ガス濃度が低い改質ガス、例えば、一酸化炭素ガス濃度が10ppm以下となる改質ガス(水素含有ガス)を生成するように構成されている。
選択酸化部Uにおける選択酸化反応は発熱反応であるため、選択酸化部Uに対して冷却風を送風する冷却用ファン8が設けられて、選択酸化部Uが冷却されるように構成されている。
In the selective oxidation unit U, the carbon monoxide gas remaining in the reformed treatment gas after the shift treatment, for example, under a selective oxidation treatment temperature in the range of 80 to 100 ° C. by the catalytic action of the selective oxidation catalyst. Is selectively oxidized to produce a reformed gas having a low carbon monoxide gas concentration, for example, a reformed gas (hydrogen-containing gas) having a carbon monoxide gas concentration of 10 ppm or less.
Since the selective oxidation reaction in the selective oxidation unit U is an exothermic reaction, a cooling
また、選択酸化部Uには、改質バーナ1に供給される燃焼用空気を通流させる酸化部冷却用空気通流部7が、選択酸化反応器15と伝熱可能に設けられて、選択酸化反応器15を冷却するように構成されている。
つまり、外気温が高い夏期等においては、冷却用ファン8によって冷却風を送風して選択酸化部Uを冷却することに加えて、酸化部冷却用空気通流部7を通して改質バーナ1に供給される燃焼用空気を通流させて、選択酸化部Uを冷却するように構成されている。
The selective oxidation unit U is provided with an oxidation unit cooling
That is, in the summer season when the outside air temperature is high, in addition to cooling the selective oxidation unit U by blowing cooling air with the cooling
(脱硫後原燃料加熱用熱交換部の構成)
脱硫後原燃料加熱用熱交換部Eaには、改質部加熱用通流部6から排出された改質処理ガスを通流させる上流側熱交換用通流部16と、脱硫器5から排出された後に水蒸気が混合された原燃料を通流させる脱硫後原燃料通流部17とが熱交換自在に設けられて、水蒸気の混合状態の原燃料を、改質処理ガスにて加熱するように構成されている。
(Configuration of heat exchanger for heating raw fuel after desulfurization)
After the desulfurization, the raw fuel heating heat exchange section Ea has an upstream heat
(脱硫前原燃料加熱用熱交換部の構成)
脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ebは、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Eaの上流側熱交換用通流部16から排出された改質処理ガスを通流させる下流側熱交換用通流部18と、脱硫器5に供給する原燃料を通流させる脱硫前原燃料通流部19とを熱交換自在に設けて、脱硫器5に供給する原燃料を、改質処理ガスにて加熱するように構成されている。
(Configuration of heat exchanger for heating raw fuel before desulfurization)
The heat exchange section Eb for heating the raw fuel before desulfurization is a downstream heat exchange flow for passing the reforming gas discharged from the upstream heat
(容器の具体構成)
水素含有ガス生成部Pは、上述した通り、複数個(本実施形態では9個)の扁平な矩形板状の容器Bを容器厚さ方向に並べて構成されるものであり、容器Bとしては、一つの扁平な室を備える単室具備容器Bmと、区画された二つの扁平な室を備える双室具備容器Bdとがある。
(Container configuration)
As described above, the hydrogen-containing gas generation unit P is configured by arranging a plurality (9 in the present embodiment) of flat rectangular plate-like containers B in the container thickness direction. There is a single-chamber container Bm having one flat chamber and a twin-chamber container Bd having two flat chambers.
双室具備容器Bdは、図3に示すように、一対の皿形状容器形成部材41の間に平板状の仕切り部材43を位置させた状態で、一対の皿形状容器形成部材41及び仕切り部材43の周辺部を溶接接続して、二つの扁平な室を区画形成する形態に構成されている。
単室具備容器Bmは、図4に示すように、皿形状容器形成部材41と平板状容器形成部材42の周辺部を溶接接続して、一つの扁平な室を区画形成する形態に構成されている。
そして、単室具備容器Bm及び双室具備容器Bdには、必要に応じて、流体供給用や流体排出用の接続ノズル44が内部の室と連通する状態で取り付けられている。
As shown in FIG. 3, the twin-chamber container Bd has a pair of dish-shaped
As shown in FIG. 4, the single-chamber container Bm is configured to form a single flat chamber by welding and connecting the peripheral portions of the dish-shaped
And the
(容器の並置形態)
図2に示すように、本実施形態においては、8個の双室具備容器Bdと1個の単室具備容器Bmとが設けられ、これら9個の容器Bが、左端から右端に向けて3個目に単室具備容器Bmを位置させた状態で、容器Bの厚さ方向に並設されている。
尚、8個の双室具備容器Bdの区別が明確になるように、便宜上、双室具備容器を示す符号Bdの後に、左端から右端に向けての並び順を示す符号1,2,3……………8を付す。
(Parallel form of container)
As shown in FIG. 2, in this embodiment, eight twin-chamber equipped containers Bd and one single-chamber equipped container Bm are provided, and these nine containers B are 3 from the left end toward the right end. The single chamber-equipped container Bm is positioned in parallel with the container B in the thickness direction.
In order to clarify the distinction between the eight twin-chamber equipped containers Bd, for convenience,
また、左端の双室具備容器Bd1と左端から2個目の双室具備容器Bd2と間、単室具備容器Bmと左端から3個目の双室具備容器Bd3との間、及び、左端から3個目の双室具備容器Bd3と左端から4個目の双室具備容器Bd3との間の夫々に、伝熱量調整用の断熱材22が配置されている。
Further, the leftmost double chamber container Bd1 and the second double chamber container Bd2 from the left end, the single chamber container Bm and the third twin chamber container Bd3 from the left end, and 3 from the left end. A
左端の双室具備容器Bd1が、水蒸気生成部Sの加熱用排ガス通流室2B及び水蒸気生成室2Aを形成し、左端から2個目の双室具備容器Bd2が、改質部Rの燃焼室12及び改質処理室11を形成するように構成されている。
尚、左端から2個目の双室具備容器Bd2は、図3で示す形状とは異なり、一対の皿形状容器形成部材41の一方が、燃焼室12の形状に合わせて屈曲した形状に形成されることになるが、本実施形態では詳細な説明を省略する。
The leftmost double chamber container Bd1 forms the heating exhaust
Unlike the shape shown in FIG. 3, the second twin-chamber equipped container Bd <b> 2 from the left end is formed in a shape in which one of the pair of dish-shaped
単室具備容器Bmが、改質部加熱用通流部6を形成し、左端から3個目の双室具備容器Bd3が、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Eaの上流側熱交換用通流部16及び脱硫後原燃料通流部17を形成するように構成されている。
The single-chamber equipped container Bm forms the reforming section heating flow section 6, and the third twin-chamber equipped container Bd3 from the left end is the upstream heat exchange passage for the raw fuel heating heat exchange section Ea after desulfurization. The
左端から4個目の双室具備容器Bd4の左側の室が、脱硫部Dの脱硫器5を形成し、その双室具備容器Bd4の右側の室が、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ebの脱硫前原燃料通流部19を形成するように構成されている。
左端から5個目の双室具備容器Bd5の左側の室が、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ebの下流側熱交換用通流部18を形成するように構成されている。
The left chamber of the fourth double chamber equipped container Bd4 from the left end forms the
The left chamber of the fifth double chamber container Bd5 from the left end is configured to form the downstream heat
左端から5個目の双室具備容器Bd5の右側の室、左端から6個目の双室具備容器Bd6の左側の室、及び、左端から7個目の双室具備容器Bd7の左右両側の室が、CO変成部Tの変成器3を形成し、左端から6個目の双室具備容器Bd6の右側の室が、変成触媒冷却器4を形成する形態で、4個の変成器3を備えるCO変成部Tを形成するように構成されている。
The right-hand chamber of the fifth double-chamber container Bd5 from the left end, the left-hand chamber of the sixth twin-chamber container Bd6 from the left end, and the left and right chambers of the seventh twin-chamber container Bd7 from the left end However, it forms the
つまり、左から5個目の双室具備容器Bd5の右側の室にて形成される変成器3を1番目に改質処理ガスが通流し、左から6個目の双室具備容器Bd6の左側の室にて形成される変成器3を2番目に改質処理ガスが通流し、左から7個目の双室具備容器Bd7の左側の室にて形成される変成器3を3番目に改質処理ガスが通流し、その7個目の双室具備容器Bd7の右側の室にて形成する変成器3を4番目に改質処理ガスが通流する形態で、それら4個の変成器3通して、改質処理ガスが通流するように構成されている。
In other words, the reforming gas flows first through the
左端から8個目(換言すれば、右端)の双室具備容器Bd8の左側の室が、酸化部冷却用空気通流部7を形成し、その双室具備容器Bd8の右側の室が、選択酸化反応器15を形成するように構成されている。
The left chamber of the eighth chamber from the left end (in other words, the right end) of the double-chamber container Bd8 forms the oxidation portion cooling
ちなみに、詳細な説明は省略するが、9個の容器B及び断熱材22が、容器厚さ方向に締め付けられて、9個の容器Bが、断熱材22にて熱伝達量を調整された状態で、隣接するもの同士で熱伝達を行うことにより、各部の温度が適正な温度に維持されるように構成されている。
Incidentally, although detailed description is omitted, the nine containers B and the
つまり、脱硫部D、改質部R、CO変成部T及び選択酸化部Uを、それらのうちで最も高温に維持する必要のある改質部Rと、最も低温に維持する必要のある選択酸化部Uとの間に、それら改質部Rの温度と選択酸化部Uの温度との間の温度に維持する必要のある脱硫部DとCO変成部Tとを並置する形態で、隣接するもの同士で熱伝達可能に設けるようにし、また、改質部Rにおける脱硫部Dが設けられている側とは反対側に、改質部Rよりも低い温度に維持する必要のある水蒸気生成部Sを改質部Rと伝熱可能なように設けるようにして、水蒸気生成部S、脱硫部D、改質部R、CO変成部T及び選択酸化部Uの温度を、適正な温度に維持できるようにしてある。 That is, the desulfurization part D, the reforming part R, the CO conversion part T, and the selective oxidation part U among the reforming part R that needs to be maintained at the highest temperature and the selective oxidation that is required to be maintained at the lowest temperature. Adjacent to the unit U in a form in which the desulfurization unit D and the CO conversion unit T that need to be maintained at a temperature between the temperature of the reforming unit R and the temperature of the selective oxidation unit U are juxtaposed. The steam generating section S that is provided so as to be able to transfer heat between them, and that needs to be maintained at a temperature lower than that of the reforming section R, on the side opposite to the side where the desulfurizing section D is provided in the reforming section R. Is provided so as to be able to transfer heat with the reforming unit R, and the temperatures of the steam generation unit S, the desulfurization unit D, the reforming unit R, the CO conversion unit T, and the selective oxidation unit U can be maintained at appropriate temperatures. It is like that.
(原燃料の流動形態)
図1及び図2において、白抜き線にて示すように、原燃料供給路23が、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ebの脱硫前原燃料通流部19に接続されている。
また、脱硫前原燃料通流部19、脱硫器5、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Eaの脱硫後原燃料通流部17、改質部Rの改質処理室11、改質部加熱用通流部6、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Eaの上流側熱交換用通流部16、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ebの下流側熱交換用通流部18、CO変成部Tの4段の変成器3、及び、選択酸化部Uの選択酸化反応器15の順に接続するガス処理用流路24が設けられている。
(Flow form of raw fuel)
1 and 2, the raw
Further, the raw
したがって、原燃料供給路23からの原料ガスが、脱硫前原燃料通流部19、脱硫器5、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Eaの脱硫後原燃料通流部17、及び、改質部Rの改質処理室11の順に流動し、そして、改質処理室11にて改質された改質処理ガスが、改質部加熱用通流部6、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Eaの上流側熱交換用通流部16、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Ebの下流側熱交換用通流部18、CO変成部Tの4段の変成器3、及び、選択酸化部Uの選択酸化反応器15の順に流動するように構成されている。
Therefore, the raw material gas from the raw
原燃料供給路23には、水素含有ガス生成部Pへの原燃料の供給を断続する原燃料断続弁25A及び原燃料の供給量を調整する原燃料調整弁25Bが設けられている。
The raw
また、ガス処理用流路24のうちの、4番目に改質処理ガスが通流する変成器3と選択酸化反応器15とを接続する部分に、後述する原料水供給路26を流れる原料水を変成処理後の改質処理ガスにて予熱する原料水予熱用熱交換器10、及び、改質処理ガスから凝縮水を除去するドレントラップ27が、ドレントラップ27を原料水予熱用熱交換器10よりも下流側に位置させる状態で設けられており、原料水を予熱しながら、変成処理後の改質処理ガスから水分を除去するように構成されている。
Further, in the gas
ちなみに、上述した選択酸化用ファン52から供給される選択酸化用空気を選択酸化反応器15に供給する酸化用空気供給路37が、ガス処理用流路24のうちの、改質処理ガスが4番目に通流する変成器3と選択酸化反応器15とを接続する部分におけるドレントラップ27よりも下流側箇所に接続されている。
Incidentally, the oxidizing
(原料水の流動形態)
図1及び図2において、実線にて示すように、原料水供給路26が、原料水予熱用熱交換器10を経由する状態で水蒸気生成部Sの水蒸気生成室2Aに接続されている。
原料水供給路26には、原料水ポンプ28が設けられており、原料水ポンプ28にて水蒸気生成用の原料水を水蒸気生成室2Aに圧送するように構成されている。
(Flow form of raw water)
In FIG.1 and FIG.2, as shown with a continuous line, the raw material
The raw
水蒸気生成室2Aにて生成された水蒸気を通流する水蒸気路29が、ガス処理用流路24のうちの、脱硫器5と脱硫後原燃料加熱用熱交換部Eaの脱硫後原燃料通流部17とを接続する部分に接続されて、脱硫処理後の原燃料に改質用の水蒸気を混合させるように構成されている。
ちなみに、脱硫処理後の原燃料に改質用の水蒸気を混合させるにあたり、混合用エジェクタ等の混合装置を設けることになるが、本実施形態では、混合装置についての説明を省略する。
The
Incidentally, a mixing device such as a mixing ejector is provided to mix the reforming steam with the raw fuel after the desulfurization treatment, but in this embodiment, the description of the mixing device is omitted.
(燃焼排ガスの流動形態)
図1及び図2において、破線にて示すように、改質部Rの燃焼室12、水蒸気生成部Sの加熱用排ガス通流室2B、及び、CO変成部Tの変成触媒冷却器4の順に接続する排ガス路30が設けられている。
(Flow form of combustion exhaust gas)
1 and 2, the
したがって、燃焼室12から排出された改質バーナ1の燃焼排ガスが、加熱用排ガス通流室2B、及び、変成触媒冷却器4を流動して、加熱用排ガス通流室2Bを流動するときには、水蒸気生成室2Aを加熱し、変成触媒冷却器4を流動するときには、変成器3のCO変成触媒を冷却するように構成されている。
尚、上述した如く、変成触媒冷却器4を流動する燃焼排ガスは、水素含有ガス生成部Pの起動時においては、変成器3を加熱して昇温する作用を発揮することになる。
Therefore, when the combustion exhaust gas of the reforming
As described above, the combustion exhaust gas flowing through the shift catalyst cooler 4 exhibits the effect of heating the
また、排ガス路30のうちの、加熱用排ガス通流室2Bと変成触媒冷却器4とを接続する部分から分岐する形態で、変成触媒冷却器4をバイパスして燃焼排ガスを流動させるための排ガスバイパス路30aが設けられている。
排ガス路30における排ガスバイパス路30aの分岐箇所よりも下流側に排ガス路開閉弁30Aが設けられ、排ガスバイパス路30aに排ガスバイパス路開閉弁30Bが設けられている。
Further, exhaust gas for flowing the combustion exhaust gas by bypassing the shift catalyst cooler 4 in a form branched from a portion of the
An exhaust gas passage opening /
したがって、排ガス路開閉弁30Aと排ガスバイパス路開閉弁30Bとを背反的に開閉することにより、変成触媒冷却器4を通過させる形態で水蒸気生成部Sを通流した後の燃焼排ガスを通流させる冷却用流動状態と、変成触媒冷却器4を迂回させる形態で水蒸気生成部Sを通流した後の燃焼排ガスを通流させるバイパス流動状態とに切換えることができるように構成されている。
Therefore, the exhaust gas passage opening / closing
すなわち、水素含有ガス生成部Pを起動させるときにバイパス状態に切換えるようにすることにより、変成器3の内部に結露水が発生することを抑制できるように構成されており、その詳細は後述する。
ちなみに、本実施形態では、冷却用流動状態とバイパス流動状態とに切換える流路切換部Jが、排ガスバイパス路30a、排ガス路開閉弁30A、及び、排ガスバイパス路開閉弁30Bから構成されることになる。
That is, by switching to the bypass state when starting up the hydrogen-containing gas generator P, it is possible to suppress the generation of dew condensation water inside the
Incidentally, in the present embodiment, the flow path switching unit J that switches between the cooling flow state and the bypass flow state is configured by the exhaust
また、流路切換部Jは、水蒸気生成部Sを通流した後の燃焼排ガスの温度が後述する水蒸気置換処理にて変成器3に充填された水蒸気の露点以下である場合において、燃焼排ガスが水蒸気の露点以下の温度で変成触媒冷却器4を通流することを解消すべく作動する解消手段Kとして機能することになり、バイパス流動状態が、解消手段Kの作動状態に相当し、冷却用流動状態が、解消手段Kの停止状態に相当することになる。
In addition, the flow path switching unit J is configured so that the combustion exhaust gas is less than the dew point of the steam charged in the
(改質バーナの燃焼構成)
燃料電池Gの燃料極から排出された排ガス(以下、オフガスと称する場合がある)を改質バーナ1に供給するオフガス路31が設けられて、改質バーナ1が、オフガスを燃料として燃焼するように構成されている。
また、都市ガス(13A)を燃焼用燃料として改質バーナ1に供給するガス燃料供給路33が設けられて、改質バーナ1が、オフガスに加えて、ガス燃料供給路33から供給される燃焼用燃料にても燃焼するように構成されている。
ガス燃料供給路33には、燃料断続弁34A及び燃料調整弁34が設けられている。
(Combustion structure of reformer burner)
An off-
Further, a gas
The gas
すなわち、改質バーナ1は、水素含有ガス生成部Pにて生成される改質ガス(水素含有ガス)を燃料電池Gに供給する通常運転時には、オフガスを燃料として燃焼し、かつ、オフガスのみにては加熱量が不足するときには、ガス燃料供給路33から供給される燃焼用燃料をも燃料として燃焼するように構成され、かつ、水素含有ガス生成部Pの起動時には、ガス燃料供給路33から供給される燃焼用燃料を燃料として燃焼するように構成されている。
In other words, the reforming
図1及び図2において、一点鎖線にて示すように、燃焼用ファン50からの空気を燃焼用空気として改質バーナ1に供給する燃焼用空気供給路35が設けられ、加えて、酸化部経由空気供給路36が、燃焼用空気供給路35から分岐する形態で設けられている。
酸化部経由空気供給路36は、酸化部冷却用空気通流部7を経由する形態で燃焼用ファン50からの空気を通流するものであって、酸化部冷却用空気通流部7を経由した後で、燃焼用空気供給路35に接続される。
1 and 2, a combustion
The
燃焼用空気供給路35に、第1空気経路切換用開閉弁38が設けられ、また、酸化部経由空気供給路36に、第2空気経路切換用開閉弁39が設けられている。
そして、第1空気経路切換用開閉弁38と第2空気経路切換用開閉弁39とを背反的に開閉することにより、燃焼用ファン50からの燃焼用空気を、酸化部経由空気供給路36を通じて改質バーナ1に供給する酸化部経由供給状態と、燃焼用ファン50からの燃焼用空気を、酸化部冷却用空気通流部7を通流させることなく、燃焼用空気供給路35を通じて改質バーナ1に直接供給する直接供給状態とに切り換えることができるように構成されている。
ちなみに、改質バーナ1への焼用空気は、通常は直接供給状態にて供給されることになるが、選択酸化部Uの冷却能力が不足するとき、例えば、夏期の高気温時には、酸化部経由供給状態に切り換えて、燃焼用空気にて選択酸化部Uを冷却することになる。
A first air path switching on-off
Then, by opening and closing the first air path switching on-off
Incidentally, the burning air to the reforming
本実施形態の改質バーナ1は、図1に示すように、炎孔が長手方向に沿って形成された2つの第1噴出管1Aと第2噴出管1Bとを備える形態に構成されている。
そして、オフガス路31が第1噴出管1Aに接続され、燃焼用空気供給路35が第2噴出管1Bに接続され、また、ガス燃料供給路33が、燃焼用空気供給路35に接続されている。
As shown in FIG. 1, the reforming
The off-
したがって、第1噴出管1Aから噴出されるオフガスが、第2噴出管1Bから噴出される燃焼用空気にて燃焼するように構成され、ガス燃料供給路33から供給される燃焼用燃料が、燃焼用空気と混合された状態で第2噴出管1Bから噴出されて燃焼するように構成されている。
ちなみに、水素含有ガス生成部Pの起動時においては、後述の如く、ガス燃料供給路33からの燃焼用燃料が燃焼用空気との混合状態で第2噴出管1Bから噴出されて燃焼する状態において、オフガス路31を通して流動する原燃料や水蒸気が第1噴出管1Aから噴出されることになり、第1噴出管1Aから噴出される原燃料は燃焼用燃料と併せて燃焼されることになる。
Accordingly, the off gas ejected from the
Incidentally, at the time of starting the hydrogen-containing gas generation part P, as described later, in a state where the combustion fuel from the gas
(流路切換構成)
水素含有ガス生成部Pからの改質ガス(水素含有ガス)を燃料電池Gに導く燃料ガス路9と燃料電池Gからの排ガスを改質バーナ1に導くオフガス路31とを、燃料電池Gをバイパスする状態で接続するバイパスガス路9aが設けられている。
また、燃料ガス路9におけるバイパスガス路9aの分岐箇所よりも下流側箇所に、燃料ガス路9を開閉する燃料ガス路開閉弁9Aが設けられ、バイパスガス路9aの途中部分に、バイパスガス路9aを開閉するバイパスガス路開閉弁9Bが設けられ、オフガス路31におけるバイパスガス路9aの接続箇所よりも上流側箇所に、オフガス路31を開閉する下流側開閉弁9Cが設けられている。
(Flow path switching configuration)
A
Further, a fuel gas passage opening /
したがって、燃料ガス路開閉弁9A、バイパスガス路開閉弁9B、及び、下流側開閉弁9Cの全てを開くと、燃料ガス路9を通して流動する流体を、燃料電池G並びにバイパスガス路9aを経由して、オフガス路31に流動させることができる。以下、この状態を平行流動状態と呼称する。
Therefore, when all of the fuel gas passage opening /
また、燃料ガス路開閉弁9Aと下流側開閉弁9Cとを開き、かつ、バイパスガス路開閉弁9Bを閉じると、燃料ガス路9を通して流動する流体を、燃料電池Gを経由して、オフガス路31に流動させることができる。以下、この状態を通常流動状態と呼称する。
When the fuel gas passage opening /
また、バイパスガス路開閉弁9Bを開き、かつ、燃料ガス路開閉弁9Aと下流側開閉弁9Cとを閉じると、燃料ガス路9を通して流動する流体を、燃料電池Gを迂回しながら、バイパスガス路9aを経由して、オフガス路31に流動させることができる。以下、この状態をバイパス流動状態と呼称する。
When the bypass gas passage opening /
また、燃料ガス路開閉弁9A、バイパスガス路開閉弁9B、及び、下流側開閉弁9Cの全てを閉じると、水素含有ガス生成部P及び燃料電池Gの内部に原燃料を充填した状態に保つことができる。つまり、水素含有ガス生成部P及び燃料電池Gは、後述の如く、運転停止時には、原燃料が充填されることになり、燃料ガス路開閉弁9A、バイパスガス路開閉弁9B、及び、下流側開閉弁9Cの全てを閉じることにより、水素含有ガス生成部P及び燃料電池Gの内部に原燃料を充填した状態に保つことができる。以下、この状態を封止状態と呼称する。
Further, when all of the fuel gas passage opening /
ちなみに、制御部Cが、後述する起動時処理や停止時処理を実行する際に、燃料ガス路開閉弁9A、バイパスガス路開閉弁9B、及び、下流側開閉弁9Cを開閉制御することになり、その詳細は後述する。
Incidentally, when the control unit C executes a startup process or a stop process, which will be described later, the fuel gas path on / off
(起動用加熱構成)
水素含有ガス生成部Pを起動させる際に、脱硫器5を脱硫処理可能なように加熱する電気式の脱硫器用ヒータ20、CO変成部Tを変成処理可能なように加熱する1対の電気式の変成部用ヒータ21、及び、水蒸気生成部Sの水蒸気生成室2Aを水蒸気生成処理可能なように加熱する電気式の水蒸気生成部用ヒータ51が設けられている。
(Starting heating configuration)
When starting the hydrogen-containing gas generating part P, a pair of electric heaters for heating the
すなわち、水素含有ガス生成部Pを起動させる際には、改質バーナ1の燃焼を開始させることに加えて、脱硫器用ヒータ20、1対の変成部用ヒータ21、及び、水蒸気生成部用ヒータ51を作動させて、迅速に昇温させるように構成されている。
That is, when starting the hydrogen-containing gas generation part P, in addition to starting combustion of the reforming
(運転制御のための温度検出構成)
改質部Rの改質処理室11の温度を改質部温度として検出する改質温度センサT1が設けられて、後述の如く、制御部Cが、改質部温度に基づいて、起動時運転処理や停止時運転処理を実行するように構成されている。
燃焼室12の温度を燃焼室温度として検出する燃焼室温度センサT2が設けられて、後述の如く、制御部Cが、燃焼室温度に基づいて、改質バーナ1の燃焼制御を実行するように構成されている。
(Temperature detection configuration for operation control)
A reforming temperature sensor T1 that detects the temperature of the reforming
A combustion chamber temperature sensor T2 that detects the temperature of the
選択酸化反応器15の温度を選択酸化処理温度として検出する選択酸化部温度センサT3が設けられて、制御部Cが、選択酸化処理温度を設定適正温度に維持すべく、冷却用ファン8の回転速度を制御するように構成されている。
ちなみに、制御部Cは、冷却用ファン8の回転速度を高速に制御しても、選択酸化処理温度が設定適正温度よりも高くなるときには、燃焼用ファン50からの燃焼用空気を、酸化部経由空気供給路36を通じて改質バーナ1に供給する酸化部経由供給状態に切換えることにより、選択酸化反応器15の冷却能力を高めるように構成されている。
A selective oxidation unit temperature sensor T3 for detecting the temperature of the
Incidentally, even when the control unit C controls the rotational speed of the cooling
水蒸気生成部Sを通流した後の燃焼排ガスの温度を燃焼排ガス温度として計測する燃焼排ガス温度計測手段としての燃焼排ガス温度センサT4が、排ガス路30における水蒸気生成部Sの加熱用排ガス通流室2Bと排ガスバイパス路30aの分岐箇所と間に位置する部分に設けられている。
そして、後述の如く、制御部Cが、起動時処理を行う際に、燃焼排ガス温度に基づいて、バイパス流動状態と冷却用流動状態とに流路切換部Jを切換えて、変成器3の内部に結露が発生することを抑制するように構成されている。
A combustion exhaust gas temperature sensor T4 as a combustion exhaust gas temperature measuring means for measuring the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generation unit S as the combustion exhaust gas temperature is used for heating the exhaust gas passage chamber for heating the water vapor generation unit S in the
Then, as will be described later, when the control unit C performs the start-up process, the flow path switching unit J is switched between the bypass flow state and the cooling flow state based on the combustion exhaust gas temperature, and the inside of the
(水素含有ガス生成部の通常運転方法)
制御部Cは、後述する起動時処理が終了すると、通常運転方法に対応する通常運転処理を実行するように構成されている。
通常運転処理においては、燃料電池Gの出力を現在要求されている電力負荷に対して追従させる電主運転を行うための目標出力を設定して、その目標出力に合わせて、水素含有ガス生成部Pを制御する処理が実行されることになる。
(Normal operation method of hydrogen-containing gas generator)
The control unit C is configured to execute a normal operation process corresponding to the normal operation method when a startup process described later is completed.
In the normal operation process, a target output for performing the main operation for causing the output of the fuel cell G to follow the currently requested power load is set, and in accordance with the target output, the hydrogen-containing gas generation unit A process for controlling P is executed.
すなわち、図8に示すように、燃料電池Gの目標出力と、その目標出力を燃料電池Gが出力するのに必要とする目標原燃料流量との関係が、出力対原燃料流量情報として、目標出力が大きくなるほど目標原燃料流量が多くなる状態で設定されている。 That is, as shown in FIG. 8, the relationship between the target output of the fuel cell G and the target raw fuel flow rate required for the fuel cell G to output the target output is obtained as output vs. raw fuel flow rate information. The target raw fuel flow rate is set to increase as the output increases.
図9に示すように、燃料電池Gの目標出力と、改質処理室11の温度を改質処理用設定温度に調整するための燃焼室12の目標燃焼室温度との関係が、出力対燃焼室温度情報として、目標出力が大きくなるほど目標燃焼室温度が高くなる状態で設定されている。
つまり、燃料電池Gの目標出力が大きくなると、改質処理室11における原燃料の改質処理量が多くなるので、その改質処理室11の温度を改質処理用設定温度に維持するためには、改質バーナ1の燃焼量を多くして、燃焼室12の目標燃焼室温度を高くすることになる。
As shown in FIG. 9, the relationship between the target output of the fuel cell G and the target combustion chamber temperature of the
That is, when the target output of the fuel cell G increases, the reforming amount of the raw fuel in the reforming
図10に示すように、燃料電池Gの目標出力と、原料水を供給する原料水ポンプ28の目標回転速度との関係が、出力対原料水ポンプ回転速度情報として、燃料電池Gの目標出力が大きくなるほど目標回転速度が高くなる状態で設定されている。
つまり、燃料電池Gの目標出力が大きくなると、改質処理室11における原燃料の改質処理量が多くなり、それに伴って、原燃料に混合する水蒸気量が多くなるので、原料水ポンプ28の目標回転速度を、燃料電池Gの目標出力が大きくなるほど高くする。
As shown in FIG. 10, the relationship between the target output of the fuel cell G and the target rotational speed of the
That is, when the target output of the fuel cell G increases, the reforming amount of the raw fuel in the reforming
そして、燃料電池Gの目標出力が大きくなるほど原料水ポンプ28の目標回転速度を高くして、改質処理室11への原燃料供給量に対する水蒸気供給量の比(S/C)を適正状態に維持することになる。
ちなみに、S/Cは、例えば2.5〜3.0の範囲に設定する。
Then, as the target output of the fuel cell G increases, the target rotational speed of the raw
Incidentally, S / C is set to the range of 2.5-3.0, for example.
図11に示すように、燃料電池Gの目標出力と、燃焼用ファン50の目標回転速度との関係が、出力対燃焼用ファン回転速度情報として、燃料電池Gの目標出力が大きくなるほど目標回転速度が高くなる状態で設定されている。
つまり、図9に示す出力対燃焼室温度情報に基づいて、燃料電池Gの目標出力が大きくなるほど目標燃焼室温度が高く設定され、その目標燃焼室温度に維持するために、制御部Cが、改質バーナ1への燃焼用燃料の供給量を制御することになるが、出力対燃焼ファン回転速度情報に基づいて設定した目標回転速度で燃焼用ファン50を作動させることにより、改質バーナ1の空気比を適正状態に維持できるように構成されている。
As shown in FIG. 11, the relationship between the target output of the fuel cell G and the target rotational speed of the
That is, based on the output versus combustion chamber temperature information shown in FIG. 9, the target combustion chamber temperature is set higher as the target output of the fuel cell G increases, and in order to maintain the target combustion chamber temperature, the control unit C The amount of combustion fuel supplied to the reforming
図12に示すように、燃料電池Gの目標出力と、選択酸化用ファン52の目標回転速度との関係が、出力対選択酸化用ファン回転速度情報として、燃料電池Gの目標出力が大きくなるほど目標回転速度が高くなる状態で設定されている。
つまり、燃料電池Gの目標出力が大きくなると、選択酸化反応器15にて選択酸化処理する対象の改質処理ガスの量が多くなるので、選択酸化反応器15に供給する選択酸化用空気の流量を多くするために、燃料電池Gの目標出力が大きくなるほど選択酸化用ファン52の目標回転速度を高くする。
As shown in FIG. 12, the relationship between the target output of the fuel cell G and the target rotational speed of the
That is, when the target output of the fuel cell G increases, the amount of the reforming gas to be selectively oxidized in the
制御部Cは、通常運転処理においては、現在要求されている電力負荷に対して追従する目標出力を設定する。
そして、設定した目標出力と出力対原燃料流量情報とに基づいて、目標原燃料流量を求めて、求めた目標原燃料流量になるように、原燃料調整弁25Bの開度を調整する。
ちなみに、原燃料調整弁25Bの開度を調整する際には、原燃料供給路23を流動する原燃料の流量を検出する流量センサを設けて、その検出情報に基づいて、原燃料調整弁25Bの開度を調整することになるが、本実施形態では、詳細な説明を省略する。
In the normal operation process, the control unit C sets a target output that follows the currently requested power load.
Then, the target raw fuel flow rate is obtained based on the set target output and the output-to-raw fuel flow rate information, and the opening degree of the raw
Incidentally, when the opening degree of the raw
また、設定した目標出力と出力対原料水ポンプ回転速度情報とに基づいて、原料水ポンプ28の目標回転速度を求めて、求めた目標回転速度になるように原料水ポンプ28の回転速度を制御する。
Further, the target rotational speed of the raw
また、設定した目標出力と出力対燃焼用ファン回転速度情報とに基づいて、燃焼用ファン50の目標回転速度を求めて、求めた目標回転速度になるように燃焼用ファン50の回転速度を制御する。
また、設定した目標出力と出力対燃焼室温度情報とに基づいて、目標燃焼室温度を求めて、燃焼室温度センサT2の検出温度が求めた目標燃焼室温度になるように、燃料調節弁34Bにて改質バーナ1への燃焼用燃料の供給量を調節する。
Further, the target rotational speed of the
Further, based on the set target output and output versus combustion chamber temperature information, the target combustion chamber temperature is obtained, and the
また、設定した目標出力と出力対選択酸化用ファン回転速度情報とに基づいて、選択酸化用ファン52の目標回転速度を求めて、求めた目標回転速度になるように選択酸化用ファン52の回転速度を制御する。
ちなみに、制御部Cは、通常運転処理において、選択酸化部温度センサT3の検出温度が設定適正温度(例えば、80〜150°C)になるように、冷却用ファン8の回転速度を調節し、かつ、必要に応じて、第1空気経路切換用開閉弁38及び第2空気経路切換用開閉弁39を開閉制御することになる。
Further, the target rotation speed of the
Incidentally, the control unit C adjusts the rotation speed of the cooling
(改質処理部の停止運転方法)
制御部Cは、通常運転処理を実行しているときに、停止タイミングになると、停止運転方法に対応する停止時処理を実行する。
停止時処理においては、先ず、改質バーナ1の燃焼を停止した状態で、水蒸気生成部Sによる水蒸気の供給を継続する水蒸気供給処理を行い、その後、改質処理室11の温度が原燃料の熱分解を防止できかつ水蒸気の凝縮を防止できる原燃料パージ開始温度に下がると、水蒸気生成部Sによる水蒸気の供給を停止し且つ原燃料供給路23から原燃料を供給して、水素含有ガス生成部P及び燃料電池Gに原燃料を充填する原燃料充填処理を行い、最後に、水素含有ガス生成部P及び燃料電池Gに原燃料を充填した状態に封止する封止処理を行うことになる。
(How to stop the reforming unit)
When executing the normal operation process, the control unit C executes the stop process corresponding to the stop operation method at the stop timing.
In the stop-time process, first, in a state where combustion of the reforming
(改質処理部の起動運転方法)
制御部Cは、起動タイミングになると、原燃料が充填された状態で停止している水素含有ガス生成部P及び燃料電池Gを起動する起動運転方法に対応する起動時処理を実行するように構成されている。
(Start-up method of reforming unit)
The control unit C is configured to execute a start-up process corresponding to the start-up operation method of starting the hydrogen-containing gas generation unit P and the fuel cell G that are stopped in a state where the raw fuel is filled at the start timing. Has been.
起動時処理においては、先ず、改質バーナ1の燃焼を開始する燃焼開始処理を行い、その後、改質処理室11の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる水蒸気供給開始温度に昇温すると、水蒸気生成部Sによる水蒸気の供給を開始して、水素含有ガス生成部P及び燃料電池Gに充填されている原燃料を水蒸気にて置換する水蒸気置換処理を行い、その後、改質処理室11の温度が改質処理可能な改質処理開始温度に昇温すると、燃料電池Gへの供給は停止した状態で、水蒸気の混合状態の原燃料を水素含有ガス生成部Pに供給する原燃料供給処理を行なうことになる。
In the start-up process, first, a combustion start process for starting combustion of the reforming
そして、原燃料供給処理を開始してから迂回処理用設定時間が経過すると、水素含有ガス生成部Pにて生成された改質ガス(水素含有ガス)を燃料電池Gに供給する発電開始処理を実行して、燃料電池Gの発電を開始させることになる。 Then, when the detour processing set time elapses after starting the raw fuel supply process, a power generation start process for supplying the reformed gas (hydrogen-containing gas) generated by the hydrogen-containing gas generation unit P to the fuel cell G is performed. This is executed to start the power generation of the fuel cell G.
また、水蒸気置換処理を行うときには、燃焼排ガス温度センサT4の検出温度に基づいて、水蒸気生成部Sを通流した後の燃焼排ガスの温度が変成器3に充填された水蒸気の露点以下であるか否かを判定して、露点以下である場合には、流路切換部Jをバイパス流動状態に切換え、かつ、露点より高い場合には、流路切換部Jを冷却用流動状態に切換えることにより、変成器3に充填された水蒸気が結露することを抑制するように構成されている。
In addition, when performing the steam replacement process, whether the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generation unit S is below the dew point of the steam charged in the
ちなみに、水蒸気置換処理においては、水蒸気生成部Sからの水蒸気が改質処理室11に供給されて、改質処理室11、変成器3、選択酸化反応器15に充填されている原燃料や燃料電池Gに充填されている原燃料が水蒸気にて置換されることになり、水蒸気と置換される原燃料は、オフガス路31を通して改質バーナ1に供給されて燃焼されることになる。
Incidentally, in the steam substitution process, the steam from the steam generation unit S is supplied to the reforming
また、原燃料供給開始処理を実行すると、原燃料供給路23からの原燃料が脱硫器5に供給されて、改質処理室11、変成器3、選択酸化反応器15に充填されている水蒸気が原燃料にて置換されることになり、原燃料と置換される水蒸気は、オフガス路31を通して改質バーナ1に供給されて、燃焼排ガスの流動に伴って排出されることになる。
When the raw fuel supply start process is executed, the raw fuel from the raw
また、発電開始処理を実行すると、水素含有ガス生成部Pにて生成された改質ガス(水素含有ガス)が燃料電池Gに供給されることによって、燃料電池Gに充填されている水蒸気が改質ガス(水素含有ガス)に置換されることになり、改質ガス(水素含有ガス)と置換される水蒸気は、オフガス路31を通して改質バーナ1に供給されて、燃焼排ガスの流動に伴って排出されることになる。
When the power generation start process is executed, the reformed gas (hydrogen-containing gas) generated in the hydrogen-containing gas generation unit P is supplied to the fuel cell G, so that the water vapor filled in the fuel cell G is modified. The water vapor that is to be replaced with the quality gas (hydrogen-containing gas) and is replaced with the reformed gas (hydrogen-containing gas) is supplied to the
(制御作動の詳細)
次に、図5〜図7に示すフローチャートに基づいて、制御部Cの制御動作を具体的に説明する。
ちなみに、以下の説明においては、1日のうちの一部の時間帯が運転時間帯として定められて、運転時間帯の開始時刻になると、起動指令が指令された起動タイミングとなり、運転時間帯の終了時刻になると、停止指令が指令された停止タイミングとなる場合を例示する。
(Details of control operation)
Next, based on the flowchart shown in FIGS. 5-7, the control operation | movement of the control part C is demonstrated concretely.
By the way, in the following explanation, when a part of the day is set as the operation time zone and the start time of the operation time zone is reached, the start timing is given as the start command, and the operation time zone A case will be exemplified in which when the end time comes, it is the stop timing at which the stop command is commanded.
(全体的な制御作動)
図5に示すように、制御部Cは、起動タイミングであるか否かを判定し(#1)、起動タイミングになると起動時処理を実行し(#2)、起動時処理が終了すると、通常運転処理を実行する(#3)。
そして、通常運転処理の中において停止タイミングであるか否かを判定し(#4)、停止タイミングになると、停止時処理を実行する(#5)。
(Overall control operation)
As shown in FIG. 5, the control unit C determines whether or not it is a start timing (# 1), executes a start-up process when the start timing comes (# 2), and when the start-up process ends, The operation process is executed (# 3).
Then, it is determined whether or not it is the stop timing in the normal operation process (# 4), and when the stop timing is reached, the stop process is executed (# 5).
(起動時処理の制御作動)
図6に示すように、起動時処理においては、先ず、改質バーナ1の燃焼を開始する燃焼開始処理が実行される(#11)。
この燃焼開始処理においては、燃料断続弁34Aを開いて燃焼用燃料の供給を開始し、目標出力を予め設定した起動用出力とした状態で、設定した起動用出力と出力対燃焼用ファン回転速度情報とに基づいて、燃焼用ファン50の目標回転速度を求めて、求めた目標回転速度になるように燃焼用ファン50の回転速度を制御する形態で、燃焼用ファン50の作動を開始する。
(Control operation for startup processing)
As shown in FIG. 6, in the startup process, first, a combustion start process for starting combustion of the reforming
In this combustion start processing, the fuel
また、設定した起動用出力と出力対燃焼室温度情報とに基づいて、目標燃焼室温度を求めて、燃焼室温度センサT2の検出温度が求めた目標燃焼室温度になるように、燃料調節弁34Bの開度調整により改質バーナ1への燃焼用燃料の供給量を調節する。
尚、例示はしないが、燃焼用燃料の供給を開始する際には、点火プラグ等の点火器を、着火センサにて着火が検出されるまで作動させることになる。
In addition, the fuel control valve calculates the target combustion chamber temperature based on the set output for starting and output versus combustion chamber temperature information so that the detected temperature of the combustion chamber temperature sensor T2 becomes the calculated target combustion chamber temperature. The amount of combustion fuel supplied to the reforming
Although not illustrated, when starting the supply of combustion fuel, an igniter such as a spark plug is operated until ignition is detected by the ignition sensor.
また、変成触媒冷却器4を通して改質バーナ1の燃焼排ガスを通流させるべく、流路切換部Jの排ガス路開閉弁30Aを開き、排ガスバイパス路開閉弁30Bを閉じることになる。
ちなみに、図示は省略するが、燃焼開始処理においては、燃料ガス路開閉弁9A、バイパスガス路開閉弁9B、及び、下流側開閉弁9Cの全てを閉じる封止状態に維持する。
Further, in order to cause the combustion exhaust gas of the reforming
Incidentally, although illustration is omitted, in the combustion start process, the fuel gas path on / off
ちなみに、図6においては、記載を省略するが、燃焼室温度センサT2の検出温度が求めた目標燃焼室温度になるように、燃料調節弁34Bの開度調整により改質バーナ1への燃焼用燃料の供給量を調節する制御作動は、起動時処理が実行される間は、繰り返し行われることになる。
Incidentally, although not shown in FIG. 6, for the combustion to the
燃焼開始処理を実行した後は、改質温度センサT1にて検出される改質部温度が水蒸気供給開始用温度以上であるか否かを判定し(#12)、改質部温度が水蒸気供給開始用温度以上になると、水蒸気置換処理を実行する(#13)。
水蒸気供給開始用温度は、原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度であり、例えば、例えば220〜250°Cに設定される。
After executing the combustion start process, it is determined whether the reforming section temperature detected by the reforming temperature sensor T1 is equal to or higher than the steam supply start temperature (# 12), and the reforming section temperature is the steam supply. When the temperature is equal to or higher than the start temperature, the water vapor replacement process is executed (# 13).
The steam supply start temperature is a temperature at which the raw fuel can be prevented from being thermally decomposed and the steam can be prevented from condensing, and is set to, for example, 220 to 250 ° C.
水蒸気置換処理においては、燃料ガス路開閉弁9A、バイパスガス路開閉弁9B、及び、下流側開閉弁9Cの全てを開く平行流動状態に切換え、加えて、原料水ポンプ28の作動を開始する。
すなわち、設定した起動用出力と出力対原料水ポンプ回転速度情報とに基づいて、原料水ポンプ28の目標回転速度を求めて、求めた目標回転速度になるように原料水ポンプ28の回転速度を制御する形態で、原料水ポンプ28の作動を開始する。
In the steam replacement process, the fuel gas path on / off
That is, the target rotational speed of the raw
その後、燃焼排ガス温度センサT4にて検出される燃焼排ガス温度が水蒸気の露点温度以下であるか否かを判定する(#14)。
燃焼排ガス温度が水蒸気の露点温度(100℃)よりも高い場合には、排ガス路開閉弁30Aを開きかつ排ガスバイパス路開閉弁30Bを開く冷却用流動状態に流路切換部Jを切換え(#15)、逆に、燃焼排ガス温度が水蒸気の露点温度以下である場合には、排ガス路開閉弁30Aを閉じかつ排ガスバイパス路開閉弁30Bを開くバイパス流動状態に流路切換部Jを切換える(#16)。
Thereafter, it is determined whether the combustion exhaust gas temperature detected by the combustion exhaust gas temperature sensor T4 is equal to or lower than the dew point temperature of water vapor (# 14).
When the combustion exhaust gas temperature is higher than the dew point temperature of water vapor (100 ° C.), the flow path switching unit J is switched to a cooling flow state in which the exhaust gas path on / off
次に、改質温度センサT1にて検出される改質部温度が改質処理開始温度以上であるか否かを判定する(#17)。
改質部温度が改質処理開始温度よりも低い場合には、#14の処理に移行して、流路切換部Jを切換える処理を継続することになり、そして、改質部温度が改質処理開始温度以上になると原燃料供給処理を実行する(#18)。
改質処理開始温度は、原燃料の改質処理が可能な温度であり、例えば、600°Cに設定される。
Next, it is determined whether or not the reforming section temperature detected by the reforming temperature sensor T1 is equal to or higher than the reforming processing start temperature (# 17).
When the reforming part temperature is lower than the reforming process start temperature, the process proceeds to the process of # 14 and the process of switching the flow path switching part J is continued, and the reforming part temperature is reformed. When the temperature reaches the processing start temperature or higher, the raw fuel supply processing is executed (# 18).
The reforming process start temperature is a temperature at which the reforming process of the raw fuel can be performed, and is set to 600 ° C., for example.
原燃料供給処理においては、燃料ガス路開閉弁9A及び下流側開閉弁9Cを閉じ、かつ、バイパスガス路開閉弁9Bを開くバイパス流動状態に切換え、また、排ガス路開閉弁30Aを開きかつ排ガスバイパス路開閉弁30Bを開く冷却用流動状態に流路切換部Jに維持し、加えて、原燃料断続弁25Aを開きかつ原燃料調整弁25Bの開度を調整して、原燃料の供給を開始する。
すなわち、設定した起動用出力と出力対原燃料流量情報とに基づいて、目標原燃料流量を求めて、求めた目標原燃料流量になるように、原燃料調整弁25Bの開度を調整する形態で、原燃料の供給を開始する。
In the raw fuel supply process, the fuel gas path on / off
That is, a mode in which the target raw fuel flow rate is obtained based on the set start output and output versus raw fuel flow rate information, and the opening degree of the raw
次に、原燃料供給処理を開始してからの経過時間が迂回処理用設定時間を経過したか否かを判定し(#19)、迂回処理用設定時間を経過している場合には、発電開始処理を実行する(#20)。
迂回処理用設定時間は、原燃料の供給開始後において、脱硫部D、改質部R、CO変成部T、及び、選択酸化部U夫々における処理が通常安定状態になって、水素含有ガス生成部Pにおける改質ガス(水素含有ガス)生成が通常安定状態になるのに要する時間、例えば、2〜10分に設定される。
Next, it is determined whether or not the elapsed time from the start of the raw fuel supply process has passed the detour processing set time (# 19), and if the detour processing set time has elapsed, A start process is executed (# 20).
The detour processing set time is such that after the raw fuel supply starts, the processes in the desulfurization section D, reforming section R, CO conversion section T, and selective oxidation section U are normally in a stable state, and the hydrogen-containing gas is generated. The time required for the reformed gas (hydrogen-containing gas) generation in the part P to be normally stable is set to, for example, 2 to 10 minutes.
発電開始処理においては、燃料ガス路開閉弁9A及び下流側開閉弁9Cを開き、かつ、バイパスガス路開閉弁9Bを閉じる通常流動状態に切換える処理を実行する。
この発電開始処理によって、水素含有ガス生成部Pにて生成された改質ガス(水素含有ガス)が燃料電池Gに供給される状態となって、燃料電池Gの発電が開始されることになり、その後、燃料電池Gの目標出力に応じて改質ガスの生成量を調整する通常運転処理が実行されることになる。
In the power generation start process, a process of opening the fuel gas path on-off
By this power generation start processing, the reformed gas (hydrogen-containing gas) generated in the hydrogen-containing gas generation unit P is supplied to the fuel cell G, and power generation of the fuel cell G is started. Thereafter, normal operation processing for adjusting the generation amount of the reformed gas according to the target output of the fuel cell G is executed.
尚、通常運転処理の制御内容は、上述の説明から明らかであるので、本実施形態においては、通常運転処理の制御作動をフローチャートにて説明することを省略する。 In addition, since the control content of a normal driving process is clear from the above-mentioned description, in this embodiment, description of the control operation of a normal driving process with a flowchart is abbreviate | omitted.
(停止時処理の制御作動)
図7に示すように、停止時処理においては、先ず、改質バーナ1の燃焼を停止した状態で、水蒸気の供給を継続する水蒸気供給処理が実行される(#31)。
この水蒸気供給処理においては、燃料断続弁34Aを閉じ、燃焼用ファン50を停止して、改質バーナ1の燃焼が停止され、原燃料断続弁25Aが閉じられて、原燃料の供給が停止されるが、原料水ポンプ28の作動が継続されて、水蒸気の供給が継続される。
(Control operation for stop processing)
As shown in FIG. 7, in the stop process, first, a steam supply process for continuing the supply of steam with the combustion of the reforming
In this steam supply process, the fuel
また、この水蒸気供給処理においては、燃料ガス路開閉弁9A、バイパスガス路開閉弁9B、及び、下流側開閉弁9Cの全てを開いた平行流動状態にして、水素含有ガス生成部P及び燃料電池Gに水蒸気が充填されるようにする。
Further, in this water vapor supply process, the hydrogen gas generating part P and the fuel cell are set in a parallel flow state in which all of the fuel gas path opening /
次に、改質温度センサT1にて検出される改質部温度が原燃料パージ開始温度以下であるか否かを判定し(#32)、改質部温度が原燃料パージ開始温度以下である場合には、原燃料充填処理を実行する。
原燃料パージ開始用温度は、原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる温度であり、例えば、400°Cに設定される。
Next, it is determined whether or not the reforming section temperature detected by the reforming temperature sensor T1 is equal to or lower than the raw fuel purge start temperature (# 32), and the reforming section temperature is equal to or lower than the raw fuel purge start temperature. In this case, the raw fuel filling process is executed.
The raw fuel purge start temperature is a temperature at which thermal decomposition of the raw fuel can be prevented and water vapor can be prevented from condensing, and is set to 400 ° C., for example.
原燃料充填処理においては、原料水ポンプ28を停止し、原燃料断続弁25Aを開き、原燃料調整弁25Bの開度を、原燃料の流量が予め設定した充填用流量となるように調整する。
In the raw fuel filling process, the
その後、原燃料充填処理を開始してからの時間が原燃料パージ用設定時間を経過したか否かを判定し(#34)、原燃料パージ用設定時間を経過している場合には、封止処理を実行する。
原燃料パージ用設定時間は、原燃料断続弁25Aを開弁して原燃料の供給を開始した後において、水素含有ガス生成部P及び燃料電池Gに満たされていた水蒸気が原燃料により改質バーナ1から押し出されて、原燃料が改質バーナ1に至るまでに要する時間、又は、その時間よりも少し長い時間に設定されている。
Thereafter, it is determined whether or not the time since the start of the raw fuel filling process has passed the set time for raw fuel purge (# 34). Execute stop processing.
The set time for purging the raw fuel is that the steam filled in the hydrogen-containing gas generator P and the fuel cell G is reformed by the raw fuel after the raw fuel
封止処理においては、原燃料断続弁25Aを閉じ、そして、燃料ガス路開閉弁9A、バイパスガス路開閉弁9B、及び、下流側開閉弁9Cの全てを閉じる封止状態にして、原燃料が水素含有ガス生成部P及び燃料電池Gに充填された状態を維持する。
In the sealing process, the raw fuel
〔第1別実施形態〕
次に、第1別実施形態を説明するが、この第1別実施形態は、上記実施形態における流路切換部Jを冷却用流動状態とバイパス流動状態とに切換えるための別の制御形態を示すものであって、その他の構成は上記実施形態と同じであるので、以下、上記実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
[First Embodiment]
Next, although 1st another embodiment is described, this 1st another embodiment shows another control form for switching the flow-path switching part J in the said embodiment to the flow state for cooling, and a bypass flow state. Since the other configuration is the same as that of the above embodiment, only the configuration different from the above embodiment will be described below.
すなわち、水蒸気生成部Sを通流した後の燃焼排ガスの温度が、燃焼開始処理を実行した後に、水蒸気置換処理にて変成器3に充填された水蒸気の露点よりも高温になるまでの昇温用経過時間が予め定められている。
そして、制御部Cが、起動時処理を実行する際に、燃焼開始処理を実行してからの経過時間が昇温用経過時間を越えているか否かに基づいて、水蒸気生成部Sを通流した後の燃焼排ガスの温度が変成器3に充填された水蒸気の露点以下であるか否かを判定して、その判定結果に基づいて、流路切換部Jを冷却用流動状態とバイパス流動状態とに切換えるように構成されている。
That is, the temperature rises until the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generation unit S becomes higher than the dew point of the steam charged in the
And when the control part C performs a process at the time of starting, it is made to flow through the water vapor generation part S based on whether or not the elapsed time from the execution of the combustion start process exceeds the elapsed time for temperature increase. It is determined whether or not the temperature of the combustion exhaust gas after the heat treatment is equal to or lower than the dew point of the water vapor charged in the
次に、図13で示すフローチャートに基づいて説明を加える。
ちなみに、図13のフローチャートにおける#41〜#43の処理及び#47〜#50の処理は、図6フローチャートにおける#11〜#13の処理及び#17〜#20の処理と同じ内容であり、図13のフローチャートにおける#44〜#46の処理が、図6フローチャートにおける#14〜#16の処理と異なるものであるため、以下、図13のフローチャートの#44〜#46の処理を説明する。
Next, description is added based on the flowchart shown in FIG.
Incidentally, the processing of # 41 to # 43 and the processing of # 47 to # 50 in the flowchart of FIG. 13 are the same as the processing of # 11 to # 13 and the processing of # 17 to # 20 in the flowchart of FIG. Since the processes of # 44 to # 46 in the flowchart of FIG. 13 are different from the processes of # 14 to # 16 in the flowchart of FIG. 6, the processes of # 44 to # 46 in the flowchart of FIG.
つまり、#43にて水蒸気置換処理を実行した後に、燃焼開始処理を実行してからの経過時間が昇温用経過時間を越えているか否かを判定する(#44)。
そして、燃焼開始処理を実行してからの経過時間が昇温用経過時間を越えている場合には、排ガス路開閉弁30Aを開きかつ排ガスバイパス路開閉弁30Bを開く冷却用流動状態に流路切換部Jを切換え(#45)、逆に、燃焼開始処理を実行してからの経過時間が昇温用経過時間を越えていない場合には、排ガス路開閉弁30Aを閉じかつ排ガスバイパス路開閉弁30Bを開くバイパス流動状態に流路切換部Jを切換える(#46)。
That is, after the steam replacement process is performed in # 43, it is determined whether or not the elapsed time after the combustion start process has exceeded the temperature increase elapsed time (# 44).
When the elapsed time since the start of the combustion process exceeds the elapsed time for temperature increase, the flow path is changed to a cooling flow state in which the exhaust gas passage opening /
昇温用経過時間は、水素含有ガス生成装置を設置したときに想定される最も低温の環境において、水素含有ガス生成部Pが環境温度に等しい状態を計測開始条件として、水蒸気生成部Sを通流した後の燃焼排ガスの温度が、燃焼開始処理を実行してから変成器3に充填された水蒸気の露点を超えるまでに要する時間として定められている。
Elapsed time for temperature rise is determined by passing the water vapor generation unit S under the condition that the hydrogen-containing gas generation unit P is equal to the environmental temperature in the coldest environment assumed when the hydrogen-containing gas generation device is installed. It is determined as the time required for the temperature of the flue gas after flowing to exceed the dew point of the water vapor charged in the
ちなみに、水素含有ガス生成装置を設置したときに想定される最も低温の環境とは、例えば、零℃の環境であり、水素含有ガス生成部Pが環境温度に等しい状態とは、例えば、4つの変成器3のうちの、改質処理ガスが最初に通流する変成器3における改質処理ガスの出口側に相当する箇所の温度が、環境温度(零℃)に等しい状態とする。
Incidentally, the coldest environment assumed when the hydrogen-containing gas generating device is installed is, for example, an environment of 0 ° C., and the state in which the hydrogen-containing gas generating unit P is equal to the environmental temperature is, for example, four The temperature of the portion corresponding to the outlet of the reforming process gas in the
〔第2別実施形態〕
次に、第2別実施形態を説明するが、この第2別実施形態は、上記実施形態における解消手段Kの別形態を例示するものであって、その他の構成は上記実施形態と同じであるので、以下、上記実施形態と異なる構成についてのみ説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second alternative embodiment will be described. This second alternative embodiment exemplifies another form of the canceling means K in the above embodiment, and the other configuration is the same as the above embodiment. Therefore, only the configuration different from the above embodiment will be described below.
図14に示すように、排ガス路30のうちの、加熱用排ガス通流室2Bと変成触媒冷却器4とを接続する部分に、電気ヒータを備えたヒータ式加熱器にて構成される燃焼排ガス加熱手段Lが装備されている。
この燃焼排ガス加熱手段Lは、水蒸気生成部Sを通流した後の燃焼排ガスを変成器3に充填された水蒸気の露点よりも高温に加熱する加熱状態と、水蒸気生成部Sを通流した後の燃焼排ガスに対する加熱を停止する加熱停止状態とに切換自在に構成されている。
As shown in FIG. 14, the combustion exhaust gas composed of a heater-type heater provided with an electric heater in a portion of the
This combustion exhaust gas heating means L includes a heating state in which the combustion exhaust gas after flowing through the steam generation unit S is heated to a temperature higher than the dew point of the steam charged in the
そして、制御部Cが、上述の起動時処理において水蒸気置換処理を実行した後、燃焼排ガス温度センサT4にて検出される燃焼排ガス温度が水蒸気の露点温度以下であるか否かを判定したときに(図6における#14の処理を参照)、燃焼排ガス温度が水蒸気の露点温度(100℃)よりも高い場合には、燃焼排ガス加熱手段Lを加熱停止状態に切換え、逆に、燃焼排ガス温度が水蒸気の露点温度以下である場合には、燃焼排ガス加熱手段Lを加熱状態に切換えるように構成されている。 When the control unit C determines whether or not the combustion exhaust gas temperature detected by the combustion exhaust gas temperature sensor T4 is equal to or lower than the dew point temperature of the water vapor after performing the water vapor replacement process in the above-described startup process. When the flue gas temperature is higher than the dew point temperature of water vapor (100 ° C.), the flue gas heating means L is switched to the heating stop state. When the temperature is equal to or lower than the dew point temperature of the water vapor, the combustion exhaust gas heating means L is switched to a heating state.
つまり、燃焼排ガス加熱手段Lは、水蒸気生成部Sを通流した後の燃焼排ガスの温度が水蒸気置換処理にて変成器3に充填された水蒸気の露点以下である場合において、燃焼排ガスが水蒸気の露点以下の温度で変成触媒冷却器4を通流することを解消すべく作動する解消手段Kとして機能することになり、加熱状態が、解消手段Kの作動状態に相当し、加熱停止状態が、解消手段Kの停止状態に相当することになる。
That is, when the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generation unit S is equal to or lower than the dew point of the steam charged in the
ちなみに、燃焼排ガス加熱手段Lを加熱状態と加熱停止状態とに切換えるにあたり、上述の実施形態と同様に、燃焼排ガス温度センサT4の検出情報に基づいて切換える場合を説明したが、上述の第1別実施形態と同様に、燃焼開始処理を実行してからの経過時間が昇温用経過時間を越えているか否かに基づいて切換えるようにしてもよい。 Incidentally, the case where the flue gas heating means L is switched based on the detection information of the flue gas temperature sensor T4 in the same manner as in the above-described embodiment when switching the flue gas heating means L between the heating state and the heating stop state has been described. Similarly to the embodiment, switching may be performed based on whether or not the elapsed time since the combustion start process has exceeded the elapsed temperature increase time.
また、燃焼排ガス加熱手段Lとしては、電気ヒータを備えたヒータ式加熱器にて構成するに代えて、加熱バーナを備えて燃焼式加熱器にて構成する等、燃焼排ガス加熱手段Lの構成は種々変更できる。 Further, as the combustion exhaust gas heating means L, the configuration of the combustion exhaust gas heating means L such as a combustion type heater provided with a heating burner instead of a heater type heater provided with an electric heater is Various changes can be made.
〔その他の別実施形態〕
次にその他の別実施形態を説明する。
(イ)上記の実施形態、第1別実施形態及び第2別実施形態においては、燃料電池Gを電力負荷に追従させる電主運転を実行させる場合を説明したが、燃料電池Gを一定の定格発電出力にて運転させる形態で実施してもよい。
この場合、水素含有ガス生成部Pは、定格発電出力に対応する量の改質ガス(水素含有ガス)を生成するように運転されることになる。
[Other alternative embodiments]
Next, another embodiment will be described.
(A) In the above-described embodiment, the first alternative embodiment, and the second alternative embodiment, the case where the main operation for causing the fuel cell G to follow the power load has been described. You may implement with the form operated by a power generation output.
In this case, the hydrogen-containing gas generation unit P is operated so as to generate an amount of reformed gas (hydrogen-containing gas) corresponding to the rated power generation output.
(ロ)上記の実施形態、第1別実施形態及び第2別実施形態においては、水素含有ガス生成部Pが生成する改質ガス(水素含有ガス)を燃料電池Gに供給する場合を説明したが、水素含有ガス生成部Pが生成する改質ガス(水素含有ガス)を、燃料電池Gとは異なる各種の改質ガス消費装置に供給する場合にも本発明は適用できる。 (B) In the above embodiment, the first and second embodiments, the case where the reformed gas (hydrogen-containing gas) generated by the hydrogen-containing gas generation unit P is supplied to the fuel cell G has been described. However, the present invention can also be applied to the case where the reformed gas (hydrogen-containing gas) generated by the hydrogen-containing gas generator P is supplied to various reformed gas consuming apparatuses different from the fuel cell G.
(ハ)上記の実施形態、第1別実施形態及び第2別実施形態においては、水素含有ガス生成部Pが、選択酸化部Uを備える場合を例示したが、本発明は、選択酸化部Uを備えない水素含有ガス生成部Pについても適用できるものである。 (C) In the above embodiment, the first different embodiment, and the second different embodiment, the case where the hydrogen-containing gas generation unit P includes the selective oxidation unit U has been exemplified. The present invention can also be applied to a hydrogen-containing gas generation unit P that does not include
(ニ)上記の実施形態、第1別実施形態及び第2別実施形態においては、水素含有ガス生成部Pが、扁平な矩形板状の容器Bを並設する形態で構成される場合を例示したが、水素含有ガス生成部Pの具体構成は各種変更できる。 (D) In the above embodiment, the first different embodiment, and the second different embodiment, the case where the hydrogen-containing gas generation part P is configured in a form in which flat rectangular plate-like containers B are arranged in parallel is illustrated. However, the specific configuration of the hydrogen-containing gas generation unit P can be variously changed.
(ホ)上記の実施形態、第1別実施形態及び第2別実施形態においては、水素含有ガス生成部Pや燃料電池Gに充填した原燃料や水蒸気を、改質バーナ1に供給する場合を例示したが、水素含有ガス生成部Pや燃料電池Gに充填した原燃料や水蒸気を、改質バーナ1とは異なる箇所に流動させて、外部に排出させるようにしてもよい。
この場合、原燃料は、外部排出用バーナにて燃焼させて、燃焼排ガスとして排出ことになる。
(E) In the above-described embodiment, the first alternative embodiment, and the second alternative embodiment, the raw fuel and water vapor charged in the hydrogen-containing gas generation part P and the fuel cell G are supplied to the reforming
In this case, the raw fuel is burned by an external discharge burner and discharged as combustion exhaust gas.
(ヘ)上記の実施形態、第1別実施形態及び第2別実施形態においては、4個の変成器3を設ける場合を例示したが、このように、変成器3を複数個に設ける場合において、その設置数は、4個に限定されるものではなく、2個や3個、あるいは、5個以上設けてもよく、また、1つの変成器3を設ける形態で実施しても良い。
(F) In the above-described embodiment, the first alternative embodiment, and the second alternative embodiment, the case where four
(ト)上記の実施形態、第1別実施形態及び第2別実施形態においては、水蒸気生成部S、改質部R、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ea、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Eb及びCO変成部Tを、水蒸気生成部S、改質部R、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ea、CO変成部Tの順に並び且つ隣接するもの同士で伝熱可能な状態で並設する場合について例示したが、水蒸気生成部S、改質部R、脱硫後原燃料加熱用熱交換部Ea、脱硫前原燃料加熱用熱交換部Eb及びCO変成部Tを互いに分離状態で設ける形態で実施しても良い。 (G) In the above-described embodiment, first separate embodiment, and second separate embodiment, the steam generating section S, the reforming section R, the heat exchange section Ea for heating the raw fuel after desulfurization, and the heat exchange for heating the raw fuel before desulfurization The parts Eb and the CO conversion part T are arranged in the order of the steam generation part S, the reforming part R, the heat exchange part Ea for heating the raw fuel after desulfurization, and the CO conversion part T in a state where heat can be transferred between the adjacent parts. In the embodiment, the steam generation unit S, the reforming unit R, the heat exchange unit Ea for heating the raw fuel after desulfurization, the heat exchange unit Eb for heating the raw fuel before desulfurization, and the CO conversion unit T are provided in a separated state. You may carry out with.
(チ)上記の実施形態、第1別実施形態及び第2別実施形態においては、水素含有ガス生成部Pが、脱硫器5を備える脱硫部Dを一体的に組み付けた状態で備える場合について例示したが、脱硫器5を備える脱硫部Dを別体にて設けて構成する形態で実施しても良い。
また、硫黄分を除去する必要がない原燃料を使用する場合には、脱硫部Dを省略する形態で実施してもよい。
つまり、炭化水素系の原燃料として、硫黄化合物を含有しない又は硫黄化合物の含有量がわずかなものを用いる場合は、脱硫部Dを省略することが可能である。
(H) In the above-described embodiment, the first and second embodiments, the hydrogen-containing gas generation unit P is illustrated with a case where the desulfurization unit D including the
Moreover, when using the raw fuel which does not need to remove sulfur content, you may implement by the form which abbreviate | omits the desulfurization part D. FIG.
That is, when a hydrocarbon-based raw fuel that does not contain a sulfur compound or has a small sulfur compound content is used, the desulfurization part D can be omitted.
(リ)上記の実施形態、第1別実施形態及び第2別実施形態においては、炭化水素系の原燃料として、天然ガスベースの都市ガス(13A)を用いる場合を例示したが、原燃料としては、例えば、プロパンガス、メタノール等のアルコール類等、種々のものを用いることが可能である。 (I) In the above embodiment, the first alternative embodiment, and the second alternative embodiment, the case of using natural gas-based city gas (13A) as the hydrocarbon-based raw fuel has been exemplified. For example, various substances such as propane gas and alcohols such as methanol can be used.
1 改質バーナ
3 変成器
4 変成触媒冷却器
11 改質処理室
C 運転制御手段
P 水素含有ガス生成部
J 流路切換部
K 解消手段
L 燃焼排ガス加熱手段
S 水蒸気生成部
T1 改質温度計測手段
T4 燃焼排ガス温度計測手段
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記改質処理室及び前記変成器に原燃料が充填された状態で停止している前記水素含有ガス生成部を起動させる際には、前記改質バーナの燃焼を開始する燃焼開始処理を行い、その後、前記改質処理室の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる水蒸気供給開始温度に昇温すると、前記水蒸気生成部からの水蒸気を前記改質処理室に供給して、前記改質処理室及び前記変成器に充填されている原燃料を水蒸気にて置換する水蒸気置換処理を行い、次に、前記改質処理室の温度が改質処理開始温度に昇温すると、水蒸気の混合状態で原燃料を前記改質処理室に供給する原燃料供給処理を行う水素含有ガス生成装置の起動運転方法であって、
前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が前記水蒸気置換処理にて前記変成器に充填された水蒸気の露点以下である場合において、燃焼排ガスが水蒸気の露点以下の温度で変成触媒冷却器を通流することを解消すべく作動する解消手段が、作動状態及び停止状態に切換自在に設けられ、
前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が前記変成器に充填された水蒸気の露点以下であるときには、前記解消手段を作動状態に切換え、かつ、前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が前記変成器に充填された水蒸気の露点よりも高いときには、前記解消手段を停止状態に切換える水素含有ガス生成装置の起動運転方法。 A reforming treatment chamber for generating a reforming treatment gas mainly composed of hydrogen gas by reforming a hydrocarbon-based raw fuel supplied in a mixed state of steam in a heating state by a reforming burner, the reforming treatment A steam generating section for generating steam mixed with the raw fuel supplied to the chamber by heating the water from the combustion exhaust gas of the reforming burner, and carbon monoxide contained in the reforming processing gas from the reforming processing chamber as a CO conversion catalyst And a hydrogen-containing gas generation unit including a conversion catalyst that converts the CO conversion catalyst by the flow of combustion exhaust gas after flowing through the water vapor generation unit,
When starting the hydrogen-containing gas generation unit that is stopped in a state in which the reforming chamber and the transformer are filled with raw fuel, a combustion start process for starting combustion of the reforming burner is performed, Thereafter, when the temperature of the reforming chamber is raised to a steam supply start temperature that can prevent thermal decomposition of the raw fuel and condensation of water vapor, the steam from the steam generator is supplied to the reforming chamber. Then, a steam replacement process is performed to replace the raw fuel charged in the reforming process chamber and the transformer with steam, and then the temperature of the reforming process chamber rises to a reforming process start temperature. A start-up operation method for a hydrogen-containing gas generation device that performs raw fuel supply processing for supplying raw fuel to the reforming treatment chamber in a mixed state of steam,
When the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generation unit is equal to or lower than the dew point of the steam charged in the transformer in the steam replacement treatment, the combustion exhaust gas is cooled at a temperature equal to or lower than the dew point of the steam. A canceling means that operates to cancel the flow of the vessel is provided to be switchable between an operating state and a stopped state,
When the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the water vapor generating part is equal to or lower than the dew point of the water vapor charged in the transformer, the canceling means is switched to an operating state, and after flowing through the water vapor generating part When the temperature of the combustion exhaust gas is higher than the dew point of the water vapor charged in the transformer, the start-up operation method of the hydrogen-containing gas generation device that switches the elimination means to the stop state.
前記燃焼排ガス温度計測手段の計測結果に基づいて、前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が前記変成器に充填された水蒸気の露点以下であるか否かを判定する請求項1〜3のいずれか1項に記載の水素含有ガス生成装置の起動運転方法。 Combustion exhaust gas temperature measuring means for measuring the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the water vapor generation unit is provided,
2. It is determined whether or not the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generation unit is equal to or lower than the dew point of the steam charged in the transformer, based on the measurement result of the combustion exhaust gas temperature measuring means. The start operation method of the hydrogen-containing gas production | generation apparatus of any one of -3.
前記燃焼開始処理を実行してからの経過時間が前記昇温用経過時間を越えているか否かに基づいて、前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が前記変成器に充填された水蒸気の露点以下であるか否かを判定する請求項1〜3のいずれか1項に記載の水素含有ガス生成装置の起動運転方法。 Temperature rise until the temperature of the flue gas after flowing through the water vapor generating part becomes higher than the dew point of the water vapor charged in the transformer in the water vapor replacement process after the combustion start process is executed Predetermined elapsed time for use,
Based on whether or not the elapsed time since the start of the combustion process exceeds the elapsed time for temperature increase, the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the water vapor generating part is charged into the transformer. The start operation method of the hydrogen-containing gas production | generation apparatus of any one of Claims 1-3 which determines whether it is below the dew point of the water vapor | steam.
前記改質処理室及び前記変成器に原燃料が充填された状態で停止している前記水素含有ガス生成部を起動させる際には、前記改質バーナの燃焼を開始する燃焼開始処理を行い、その後、前記改質処理室の温度が原燃料の熱分解を防止でき且つ水蒸気の凝縮を防止できる水蒸気供給開始温度に昇温すると、前記水蒸気生成部からの水蒸気を前記改質処理室に供給して、前記改質処理室及び前記変成器に充填されている原燃料を水蒸気にて置換する水蒸気置換処理を行い、次に、前記改質処理室の温度が改質処理開始温度に昇温すると、水蒸気の混合状態で原燃料を前記改質処理室に供給する原燃料供給処理を行う水素含有ガス生成装置であって、
前記改質処理室の温度を計測する改質温度計測手段が設けられ、
前記水素含有ガス生成部の運転を制御する運転制御手段が、起動指令が指令されると、前記燃焼開始処理を実行し、その後、前記改質温度計測手段の計測結果に基づいて、前記水蒸気置換処理及び前記原燃料供給処理を実行するように構成され、
前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が前記水蒸気置換処理にて前記変成器に充填された水蒸気の露点以下である場合において、燃焼排ガスが水蒸気の露点以下の温度で変成触媒冷却器を通流することを解消すべく作動する解消手段が、作動状態と停止状態とに切換自在に設けられ、
前記運転制御手段が、前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が前記変成器に充填された水蒸気の露点以下であるときには、前記解消手段を作動状態に切換え、かつ、前記水蒸気生成部を通流した後の燃焼排ガスの温度が前記変成器に充填された水蒸気の露点よりも高いときには、前記解消手段を停止状態に切換えるように構成されている水素含有ガス生成装置。 A reforming treatment chamber for generating a reforming treatment gas mainly composed of hydrogen gas by reforming a hydrocarbon-based raw fuel supplied in a mixed state of steam in a heating state by a reforming burner, the reforming treatment A steam generating section for generating steam mixed with the raw fuel supplied to the chamber by heating the water from the combustion exhaust gas of the reforming burner, and carbon monoxide contained in the reforming processing gas from the reforming processing chamber as a CO conversion catalyst And a hydrogen-containing gas generation unit including a conversion catalyst that converts the CO conversion catalyst by the flow of combustion exhaust gas after flowing through the water vapor generation unit,
When starting the hydrogen-containing gas generation unit that is stopped in a state in which the reforming chamber and the transformer are filled with raw fuel, a combustion start process for starting combustion of the reforming burner is performed, Thereafter, when the temperature of the reforming chamber is raised to a steam supply start temperature that can prevent thermal decomposition of the raw fuel and condensation of water vapor, the steam from the steam generator is supplied to the reforming chamber. Then, a steam replacement process is performed to replace the raw fuel charged in the reforming process chamber and the transformer with steam, and then the temperature of the reforming process chamber rises to a reforming process start temperature. A hydrogen-containing gas generation device that performs raw fuel supply processing for supplying raw fuel to the reforming chamber in a mixed state of steam,
Reforming temperature measuring means for measuring the temperature of the reforming treatment chamber is provided,
The operation control means for controlling the operation of the hydrogen-containing gas generating section executes the combustion start processing when an activation command is issued, and then, based on the measurement result of the reforming temperature measuring means, the steam replacement Configured to perform a process and the raw fuel supply process,
When the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the steam generation unit is equal to or lower than the dew point of the steam charged in the transformer in the steam replacement treatment, the combustion exhaust gas is cooled at a temperature equal to or lower than the dew point of the steam. The canceling means that operates to cancel the flow of the vessel is provided to be switchable between an operating state and a stopped state,
When the operation control means has a temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the water vapor generating section is equal to or lower than a dew point of water vapor charged in the transformer, the canceling means is switched to an operating state, and the water vapor generation is performed. When the temperature of the combustion exhaust gas after flowing through the section is higher than the dew point of the water vapor charged in the transformer, the hydrogen-containing gas generating device is configured to switch the elimination means to a stopped state.
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