JP4218055B2 - Fuel cell power generator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池発電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率で環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にない特徴を有しており、水力、火力、原子力に続く発電システムとして注目を集め、現在鋭意研究が進められている。
【0003】
図3は都市ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃料電池を用いた発電設備の一例を示す図である。図3において、発電設備は、蒸気と混合した燃料ガス(都市ガス)を水素を含むアノードガスに改質する改質器22と、酸素を含むカソードガスと水素を含むアノードガスとから発電する燃料電池20とを備えており、改質器22で生成されるアノードガスはアノードガスライン2により燃料電池20に供給され、燃料電池20の中でその大部分を消費してアノード排ガスとなり、アノード排ガスライン4により燃焼用ガスとして触媒燃焼器23へ供給される。
【0004】
触媒燃焼器23ではアノード排ガス中の可燃成分(水素、一酸化炭素、メタン等)を燃焼して高温の燃焼排ガスを生成し、改質器22の加熱室に供給しこの燃焼排ガスにより改質室を加熱し、改質室で改質触媒により燃料ガスを改質してアノードガスとする。アノードガスは燃料予熱器24によって燃料ガスライン1を流れる蒸気と混合した燃料ガスと熱交換し、燃料電池20のアノードに供給される。また加熱室を出た燃焼排ガスは炭酸ガスリサイクルライン7で炭酸ガスリサイクルブロワ32によりカソードに供給される。燃焼排ガスには多量の炭酸ガスが含まれており、電池反応に必要な炭酸ガスの供給源となる。空気ライン8からの空気が炭酸ガスリサイクルブロワ32の出側に供給されカソードの電池反応に必要な酸素を供給する。カソードから排出されるカソード排ガスの一部は循環ライン3によりカソードに供給される。このカソード排ガスと燃焼排ガスと空気が混合してカソードガスとなりカソードに供給される。アノード出側にはアノード排ガス改質ライン6が設けられ、未燃焼燃料を含むアノード排ガスを断熱改質器36で改質し、アノードに供給する。断熱改質器36は容器に改質触媒を充填し断熱してアノード排ガスの高温状態を保ち触媒作用により改質ガスにするものである。
【0005】
カソードガスは燃料電池20内で電池反応して高温のカソード排ガスとなり、一部は循環ライン3によりカソードを循環し、他の一部はカソード排ガスライン5により触媒燃焼器23へ供給され、残部はアノード排ガスとともに燃焼器38で燃焼され、空気を圧縮する圧縮機を駆動するタービン圧縮機28で動力を回収した後、さらに排熱回収蒸気発生装置30で熱エネルギを回収して系外に排出される。なお、この排熱回収蒸気発生装置30で発生した蒸気が蒸気ライン9により燃料ガスライン1に入り、燃料ガスと混合して改質器22に送られる。
【0006】
炭酸ガスリサイクルライン7には炭酸ガスリサイクルブロワ32が設けられている。取り扱うガスの温度が650℃程度になるため、ブロワ32の軸シールに圧縮空気が用いられ、所内用の空気圧縮機40から圧縮空気が供給される。またアノード排ガス改質ライン6にもアノードリサイクルブロワ34が設けられ、取り扱うガスの温度が650℃程度になるため、ブロワ34の軸シールに窒素ガスが用いられ、窒素ガス供給装置42から窒素が供給される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
炭酸ガスリサイクルブロワ32に使用される圧縮空気量はかなりの量、例えば60Nm3 /hにもなり、所内空気用動力に大きな割合を占め、プラント効率低下の要因となっている。また、アノードリサイクルブロワ34も窒素ガスの使用量が大きく、例えば30Nm3 /hにもなり、運転コスト増加の要因になっている。
【0008】
本発明は上述の問題に鑑みてなされたもので、所内用動力の削減と運転コストの低減を大幅に行なう燃料電池発電装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明では、アノードに供給される水素を含むアノードガスとカソードに供給される酸素を含むカソードガスで発電する燃料電池と、燃料ガスと蒸気を改質器でアノードガスとしアノードに供給するアノードガスラインと、アノード排ガスを断熱改質器で改質しアノードに供給するアノード排ガス改質ラインと、アノード排ガスとカソード排ガスとを触媒燃焼器で燃焼して燃焼排ガスを発生し改質器を加熱した後カソードに供給する炭酸ガスリサイクルラインと、アノード排ガスとカソード排ガスを燃焼した燃焼ガスによりタービンを回転し圧縮機を駆動して圧縮空気を生成しカソードに供給するタービン圧縮機と、このタービン圧縮機のタービン排気で蒸気を発生し前記改質器に供給する排熱回収蒸気発生装置と、を備えた燃料電池発電装置であって、前記アノード排ガス改質ラインと前記炭酸ガスリサイクルラインにはガスを注入して軸シールを行なうリサイクルブロワが設けられており、この軸シール用ガスとして前記排熱回収蒸気発生装置の発生する蒸気を用いる。
【0010】
排熱回収蒸気発生装置の発生する蒸気は、燃料ガスラインに送られ燃料ガスと混合して改質器に送られ、アノードガスを生成するのに用いられている。しかし、容量的にはかなり余裕がある。両リサイクルブロワは少なくても600℃以上のガスの移送に用いられるので、軸シール用ガスとして蒸気を使用することができる。これにより、所内圧縮空気用の動力の低下と、高価な窒素ガスが不要になることによる運転コストの低下が実現される。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明の燃料電池発電装置の構成を示すブロック図である。図3と同一符号のものは同一のラインや機器等を表す。図3の装置について詳細に説明したので、図3との相違点を説明する。図1においては、図3の炭酸ガスリサイクルブロワ32へ圧縮空気を供給する空気圧縮機40とアノードリサイクルブロワ34に窒素ガスを供給する窒素ガス供給装置42を除去し、排熱回収蒸気発生装置30からの蒸気ライン9をそれぞれのブロワ32,34に接続し、軸シールガスとして蒸気を供給する。これにより、炭酸ガスリサイクルブロワ32に圧縮空気を供給し、アノードリサイクルブロワ34に窒素ガスを供給した場合と同一のシール効果が得られる。
【0012】
図2は炭酸ガスリサイクルブロワ32とアノードリサイクルブロワ34に用いられている軸シールの構造を示す図である。ブロワ軸50には黒鉛よりなる耐熱材のスリーブ51が固定され、このスリーブ51にSiCで製作されたメイティングリング52が固定され、ブロワ軸50とともに回転する。メイティングリング52に摺動面55で接するカーボンで製作されたシールリング53が設けられ、ケーシング54にブロワ軸50方向に摺動可能に支持されている。このシールリング53はセグメントシール56を介してバネによりメイティングリング52に押付けられシールを保つようになっている。ケーシング54にはシールガス注入口57が設けられ、シールガスとして蒸気が注入される。蒸気は矢印で示す経路を通りケーシング54に固定されたラビリンスシール部58を通り、ブロワ内に入る。このようにブロワ内圧より高い圧力の蒸気をブロワ内に注入することにより、ブロワ32,34からの高温ガスの漏洩を防止する。
【0013】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明は、従来圧縮空気や窒素ガスで軸シールされていたブロワをシステム内の蒸気発生装置からの蒸気で行なうことにより、空気圧縮機の動力の減少を可能とし、窒素の供給を不要として運転コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料電池発電装置の構成を示す図である。
【図2】高温ブロワの軸シールの構成を示す図である。
【図3】従来の燃料電池発電装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
1 燃料ガスライン
2 アノードガスライン
3 循環ライン
4 アノード排ガスライン
5 カソード排ガスライン
6 アノード排ガス改質ライン
7 炭酸ガスリサイクルライン
8 空気ライン
9 蒸気ライン
20 燃料電池
22 改質器
23 触媒燃焼器
24 燃料予熱器
26 脱硫器
28 タービン圧縮機
30 排熱回収蒸気発生装置
32 炭酸ガスリサイクルブロワ
34 アノードリサイクルブロワ
36 断熱改質器
38 燃焼器
40 空気圧縮機
42 窒素ガス供給装置
50 ブロワ軸
51 スリーブ
52 メイティングリング
53 シールリング
54 ケーシング
55 摺動面
56 セグメントシール
57 シールガス注入口
58 ラビリンスシール部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a molten carbonate fuel cell power generator.
[0002]
[Prior art]
Molten carbonate fuel cells have features that are not found in conventional power generators, such as high efficiency and little impact on the environment. They attract attention as a power generation system that follows hydropower, thermal power, and nuclear power, and are currently under intense research. It is being advanced.
[0003]
FIG. 3 is a diagram showing an example of power generation equipment using a molten carbonate fuel cell using city gas as fuel. In FIG. 3, the power generation facility is a fuel that generates power from a
[0004]
In the
[0005]
The cathode gas reacts in the
[0006]
The carbon dioxide
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The amount of compressed air used for the carbon dioxide
[0008]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell power generator that greatly reduces in-house power and operation costs.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell for generating electricity with an anode gas containing hydrogen supplied to the anode and a cathode gas containing oxygen supplied to the cathode, and a reformer for the fuel gas and steam. An anode gas line that is supplied to the anode as anode gas, an anode exhaust gas reforming line that reforms the anode exhaust gas with an adiabatic reformer and supplies it to the anode, and the anode exhaust gas and the cathode exhaust gas are burned by a catalytic combustor. A carbon dioxide gas recycling line that generates exhaust gas and heats the reformer and then supplies it to the cathode. The combustion gas that burns the anode exhaust gas and cathode exhaust gas rotates the turbine to drive the compressor to generate compressed air and supply it to the cathode. Turbine compressor, and exhaust heat recovery steam generator that generates steam from the turbine exhaust of the turbine compressor and supplies it to the reformer A recycle blower for injecting gas into the anode exhaust gas reforming line and the carbon dioxide gas recycling line to perform shaft sealing, and the shaft sealing gas. The steam generated by the exhaust heat recovery steam generator is used.
[0010]
Steam generated by the exhaust heat recovery steam generator is sent to the fuel gas line, mixed with the fuel gas, sent to the reformer, and used to generate anode gas. However, there is considerable capacity in terms of capacity. Since both the recycle blowers are used for transferring a gas at 600 ° C. or higher, steam can be used as the shaft seal gas. As a result, a reduction in power for in-house compressed air and a reduction in operating cost due to the need for expensive nitrogen gas are realized.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell power generator of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 3 represent the same lines and devices. Since the apparatus of FIG. 3 has been described in detail, differences from FIG. 3 will be described. In FIG. 1, the
[0012]
FIG. 2 is a view showing the structure of the shaft seal used in the carbon dioxide
[0013]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the present invention can reduce the power of the air compressor by performing the blower that has been conventionally sealed with compressed air or nitrogen gas with the steam from the steam generator in the system. In addition, the operation cost can be reduced by eliminating the need for nitrogen supply.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell power generator according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a shaft seal of a high-temperature blower.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a conventional fuel cell power generator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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- 1998-11-19 JP JP32905698A patent/JP4218055B2/en not_active Expired - Fee Related
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