发电系统及发电系统的运行方法

摘要

本发明的目的在于提供一种能够有效地利用从SOFC排出的废空气的热量的发电系统及发电系统的运行方法。一种发电系统，具备：燃气轮机；燃料电池；废空气流通管线；废燃料气供给管线；涡轮机，其具备高压涡轮机、中压涡轮机以及低压涡轮机；废热回收锅炉，其具备高压蒸汽循环机构、中压蒸汽循环机构以及低压蒸汽循环机构；以及至少一个废空气用热交换器，其使蒸汽与在废空气流通管线流动的废气之间进行热交换，使蒸汽升温，使废气降温，其中，所述蒸汽在高压蒸汽循环机构或者中压蒸汽循环机构中与废气进行热交换，并且流向涡轮机。

权利要求

1.一种发电系统，其特征在于，具备：

燃气轮机，其具有压缩机和燃烧器；

燃料电池，其具有空气极和燃料极；

管线，其用于从所述燃料电池向所述燃烧器供应介质；

废热回收锅炉，其从排出自所述燃气轮机的废气中回收热量而生成蒸汽，并将所生成的蒸汽供应至蒸汽轮机；以及热交换器，其设置于所述管线，所述热交换器利用从所述燃料电池供应至所述燃烧器的介质和从所述废热回收锅炉供应至所述蒸汽轮机的蒸汽之间进行热交换，使所述蒸汽升温。

2.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，

所述管线具备废空气流通管线，所述废空气流通管线用于将从所述燃料电池排出的废空气供应至所述燃烧器，所述热交换器具备废空气用热交换器，其设置于所述废空气流通管线，所述废空气用热交换器利用从所述燃料电池供应至所述燃烧器的废空气和从所述废热回收锅炉供应至所述蒸汽轮机的蒸汽之间进行热交换，使所述蒸汽升温。

3.根据权利要求1或2所述的发电系统，其特征在于，

所述管线具备废燃料气供给管线，所述废燃料气供给管线用于将从所述燃料电池排出的废燃料气供应至所述燃烧器，所述热交换器具备废燃料用热交换器，其设置于所述废燃料气供给管线，所述废燃料用热交换器利用从所述燃料电池供应至所述燃烧器的废燃料气和从所述废热回收锅炉供应至所述蒸汽轮机的蒸汽之间进行热交换，使所述蒸汽升温。

4.根据权利要求1或2所述的发电系统，其特征在于，

所述发电系统还具有燃料气体供给管线和燃料气体用热交换器，所述燃料气体供给管线向所述燃烧器供应燃料气体，所述燃料气体用热交换器设置于所述燃料气体供给管线，从所述废热回收锅炉供应至所述蒸汽轮机的蒸汽通过所述热交换器而升温，并且通过所述燃料气体用热交换器而降温。

5.根据权利要求2所述的发电系统，其特征在于，

所述发电系统还具有燃料气体供给管线和燃料气体用热交换器，所述燃料气体供给管线向所述燃烧器供应燃料气体，所述燃料气体用热交换器设置于所述燃料气体供给管线，从所述废热回收锅炉供应至所述蒸汽轮机的蒸汽，在所述燃料气体用热交换器中通过和所述燃料气体进行热交换而被降温后，在所述废空气用热交换器中通过和从所述燃料电池供应至所述燃烧器的废空气进行热交换而被升温。

6.根据权利要求3所述的发电系统，其特征在于，

所述发电系统还具有燃料气体供给管线和燃料气体用热交换器，所述燃料气体供给管线向所述燃烧器供应燃料气体，所述燃料气体用热交换器设置于所述燃料气体供给管线，从所述废热回收锅炉供应至所述蒸汽轮机的蒸汽，在所述废燃料用热交换器中通过和从所述燃料电池供应至所述燃烧器的废燃料气进行热交换而被升温后，在所述燃料气体用热交换器中通过和所述燃料气体进行热交换而被降温。

7.一种发电系统的运行方法，其中，所述发电系统具备：燃气轮机，其具有压缩机和燃烧器；燃料电池，其具有空气极及燃料极；管线，其用于从所述燃料电池向所述燃烧器供应介质；废热回收锅炉，其从排出自所述燃气轮机的废气中回收热量而生成蒸汽，并将所生成的蒸汽供应至蒸汽轮机；以及热交换器，其设置于所述管线，所述发电系统的运行方法的特征在于，包括：利用从所述燃料电池供应至所述燃烧器的介质和从所述废热回收锅炉供应至所述蒸汽轮机的蒸汽之间进行热交换，使所述蒸汽升温的工序。

8.根据权利要求7所述的发电系统的运行方法，其特征在于，

所述发电系统还具有燃料气体供给管线和燃料气体用热交换器，所述燃料气体供给管线向所述燃烧器供应燃料气体，所述燃料气体用热交换器设置于所述燃料气体供给管线，所述管线具备废空气流通管线，所述废空气流通管线用于将从所述燃料电池排出的废空气供应至所述燃烧器，所述热交换器具备废空气用热交换器，其设置于所述废空气流通管线，所述废空气用热交换器利用从所述燃料电池供应至所述燃烧器的废空气和从所述废热回收锅炉供应至所述蒸汽轮机的蒸汽之间进行热交换，使所述蒸汽升温，所述发电系统的运行方法具备：

在所述燃料气体用热交换器中，通过进行从所述废热回收锅炉供应至所述蒸汽轮机的蒸汽和所述燃料气体之间的热交换，使所述蒸汽降温的工序；以及在所述废空气用热交换器中，通过进行已经与所述燃烧气体进行过热交换的所述蒸汽和从所述燃料电池供应至所述燃烧器的废空气之间的热交换，使所述蒸汽升温的工序。

9.根据权利要求7所述的发电系统的运行方法，其特征在于，

所述发电系统还具有燃料气体供给管线和燃料气体用热交换器，所述燃料气体供给管线向所述燃烧器供应燃料气体，所述燃料气体用热交换器设置于所述燃料气体供给管线，所述管线具备废燃料气供给管线，所述废燃料气供给管线用于将从所述燃料电池排出的废燃料气供应至所述燃烧器，所述热交换器具备废燃料用热交换器，其设置于所述废燃料气供给管线，所述废燃料用热交换器利用从所述燃料电池供应至所述燃烧器的废燃料气和从所述废热回收锅炉供应至所述蒸汽轮机的蒸汽之间进行热交换，使所述蒸汽升温，所述发电系统的运行方法具备：

在所述废燃料用热交换器中，通过进行从所述废热回收锅炉供应至所述蒸汽轮机的蒸汽和从所述燃料电池供应至所述燃烧器的废燃料气之间的热交换，使所述蒸汽升温的工序；以及在所述燃料气体用热交换器中，通过进行已经与所述废燃料气进行过热交换而升温的所述蒸汽和所述燃料气体之间的热交换，使所述蒸汽降温的工序。

说明书

发电系统及发电系统的运行方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种发电系统及发电系统的运行方法，其中，该发电系统由固体氧化物燃料电池、燃气轮机以及蒸汽轮机组合而成。

背景技术

[0002] 众所周知，固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell：以下称为SOFC)是一种用途较广的高效率燃料电池。在该SOFC中，为了提高离子电导率而提高了工作温度，因此，能够将从燃气轮机的压缩机喷出的空气用作供应至空气极侧的空气(氧化剂)。另外，SOFC的未利用的高温燃料用作燃气轮机的燃烧器的燃料。

[0003] 因此，例如如下述专利文献1所述，作为能够实现高效率发电的发电系统，业者提出了各种由SOFC、燃气轮机以及蒸汽轮机组合而成的发电系统。该专利文献1中公开的联合系统，设有SOFC、燃烧从该SOFC排出的废燃料气和废空气的燃气轮机燃烧器、具有将空气压缩后供给SOFC的压缩机的燃气轮机。

[0004] 另外，专利文献2中公开了下述内容，即：在使从SOFC排出的废空气与供至SOFC的空气热交换之后，与废热回收锅炉的管道之间进行热交换，从而将废空气的热量利用于废热回收锅炉的发电中。

[0005] 现有技术文献

[0006] 专利文献

[0007] 专利文献1：日本专利特开2009-205930号公报

[0008] 专利文献2：日本专利特开平11-297336号公报

[0009] 发明拟解决的问题

[0010] 上述现有的发电系统从SOFC排出作为废空气的过热至高温的空气。在专利文献1中，与废空气进行各种热交换，从而将废空气中所含的热量回收。此处，在发电系统中，效率有待进一步提高，并且废空气的利用方法还有改善的余地。

发明内容

[0011] 本发明为了解决上述问题开发而成，其目的在于提供一种能够有效地利用从SOFC排出的废空气的热量的发电系统及发电系统的运行方法。

[0012] 解决问题的方法

[0013] 用于达成上述目的的本发明的发电系统，其特征在于，具备：燃气轮机，其具有压缩机和燃烧器；燃料电池，其具有空气极及燃料极；废空气流通管线，用于将从所述燃料电池排出的废空气供应至所述燃气轮机；废燃料气供给管线，用于将从所述燃料电池排出的废燃料气供应至所述燃气轮机；涡轮机，其具备高压涡轮机、中压涡轮机以及低压涡轮机；废热回收锅炉，其具备高压蒸汽循环机构、中压蒸汽循环机构以及低压蒸汽循环机构，其中，所述高压蒸汽循环机构从排出自所述燃气轮机的废气中回收热量，生成蒸汽，并将所生成的蒸汽供应至所述高压涡轮机，所述中压蒸汽循环机构从排出自所述燃气轮机的废气中回收热量，生成比所述高压蒸汽循环机构的蒸汽压力低的蒸汽，并将所生成的蒸汽供应至所述中压涡轮机，所述低压蒸汽循环机构从排出自所述燃气轮机的废气中回收热量，生成比所述中压蒸汽循环机构的蒸汽压力低的蒸汽，并将所生成的蒸汽供应至所述低压涡轮机；以及至少一个废空气用热交换器，其使蒸汽与在所述废空气流通管线流动的废气之间进行热交换，使所述蒸汽升温，使所述废气降温，所述蒸汽在所述高压蒸汽循环机构或者所述中压蒸汽循环机构中与所述废气进行热交换，流向所述涡轮机。

[0014] 因此，通过与在高压蒸汽循环机构或者中压蒸汽循环机构中过热后的蒸汽之间进行热交换，使废空气降温，能够在防止废空气的温度大幅降低的同时使废空气降温。由此，能够维持较高温的状态供应至燃气轮机，从而能够在燃气轮机及废热回收锅炉两者中回收废空气中所含的热量。由此，能够提高利用效率。此外，通过使废空气降温，能够减小废空气流通管线上的负担。

[0015] 本发明的发电系统的特征在于，所述高压蒸汽循环机构具备高压过热器，在所述废空气用热交换器，利用所述高压过热器过热后的蒸汽与所述废空气之间进行热交换，在所述高压蒸汽循环机构流动的蒸汽，在所述废空气用热交换器中热交换后，供应至所述高压涡轮机。

[0016] 因此，能够在防止废空气的温度大幅降低的同时使废空气降温。

[0017] 本发明的发电系统的特征在于，具有用于向所述燃气轮机供应燃料气体的燃料气体供给管线和至少一个燃料气体用热交换器，其中，所述燃料气体用热交换器使在所述高压蒸汽循环机构中与所述废气进行热交换且流向所述涡轮机的蒸汽与在所述燃料气体供给管线流动的燃料气体之间进行热交换，使所述蒸汽降温，使所述燃料气体升温，其中，在所述高压蒸汽循环机构流动的蒸汽，在所述燃料气体用热交换器中热交换后，在所述废空气用热交换器中进行热交换，然后供应至所述高压涡轮机。

[0018] 因此，能够在防止废空气的温度大幅降低的同时使废空气降温。另外，通过使燃料气体升温，能够在燃气轮机和涡轮机两者中回收其热量。

[0019] 本发明的发电系统的特征在于，所述废热回收锅炉还具有再热蒸汽循环机构，所述再热蒸汽循环机构具备利用从所述燃气轮机排出的废气使所回收蒸汽升温的再热器，并且回收从高压涡轮机通过后的蒸汽，利用所述再热器使所回收蒸汽升温，将升温后的蒸汽供应至所述中压涡轮机，在所述废空气用热交换器，利用所述再热器过热后的蒸汽与所述废空气之间进行热交换，在所述再热蒸汽循环机构流动的蒸汽，在所述废空气用热交换器中热交换后，供应至所述中压涡轮机。

[0020] 因此，能够在防止废空气的温度大幅降低的同时使废空气降温。

[0021] 另外，根据本发明的发电系统的运行方法，其中，所述发电系统具备：燃气轮机，其具有压缩机和燃烧器；燃料电池，其具有空气极及燃料极；废空气流通管线，用于将从所述燃料电池排出的废空气供应至所述燃气轮机；废燃料气供给管线，用于将从所述燃料电池排出的废燃料气供应至所述燃气轮机；涡轮机，其具备高压涡轮机、中压涡轮机以及低压涡轮机；废热回收锅炉，其具有高压蒸汽循环机构、中压蒸汽循环机构以及低压蒸汽循环机构，其中，所述高压蒸汽循环机构从排出自所述燃气轮机的废气中回收热量，生成蒸汽，并将所生成的蒸汽供应至所述高压涡轮机，所述中压蒸汽循环机构从排出自所述燃气轮机的废气中回收热量，生成比所述高压蒸汽循环机构的蒸汽压力低的蒸汽，并将所生成的蒸汽供应至所述中压涡轮机，所述低压蒸汽循环机构从排出自所述燃气轮机的废气中回收热量，生成比所述中压蒸汽循环机构的蒸汽压力低的蒸汽，并将所生成的蒸汽供应至所述低压涡轮机，该发电系统的运行方法的特征在于，包括：在所述高压蒸汽循环机构或者所述中压蒸汽循环机构中，使流通的蒸汽与所述废气进行热交换的工序；在进行热交换后，使流向所述涡轮机的蒸汽与在所述废空气流通管线流动的废气之间进行热交换，使所述蒸汽升温，使所述废气降温的工序。

[0022] 因此，通过与在高压蒸汽循环机构或者中压蒸汽循环机构中过热后的蒸汽之间进行热交换，使废空气降温，能够在防止废空气的温度大幅降低的同时使废空气降温。由此，能够维持较高温的状态供应至燃气轮机，从而能够在燃气轮机及废热回收锅炉两者中回收废空气中所含的热量。由此，能够提高利用效率。此外，通过使废空气降温，能够减小废空气流通管线上的负担。

[0023] 发明效果

[0024] 根据本发明的发电系统及发电系统的运行方法，通过与在高压蒸汽循环机构或者中压蒸汽循环机构中过热后的蒸汽之间进行热交换，使废空气降温，能够在防止废空气的温度大幅降低的同时使废空气降温。由此，能够维持较高温的状态供应至燃气轮机，从而能够在燃气轮机及废热回收锅炉两者中回收废空气中所含的热量。由此，能够提高利用效率。

附图说明

[0025] 图1是表示本实施例的发电系统的概略结构图。

[0026] 图2是表示本发明的一个实施例所涉及的发电系统中的废热回收锅炉和涡轮机的概略结构图。

[0027] 图3是表示本实施例的发电系统的热交换单元的概略结构图。

[0028] 图4是表示本实施例的发电系统的热交换单元的其他例子的概略结构图。

[0029] 图5是表示本实施例的发电系统的热交换单元的其他例子的概略结构图。

具体实施方式

[0030] 以下参照附图，详细说明本发明所涉及的发电系统及发电系统的运行方法的优选实施例。需要说明的是，本发明并不限定于该实施例，另外，在存在多个实施例的情况下，也包括将各实施例加以组合而构成的实施例。

[0031] 实施例

[0032] 本实施例的发电系统是由固体氧化物燃料电池(以下称为“SOFC”)、燃气轮机以及蒸汽轮机组合而成的三联循环系统(注册商标)。该三联循环系统通过在燃气轮机联合循环发电(GTCC)的上游侧设置SOFC，能够通过SOFC、燃气轮机、蒸汽轮机这三个阶段进行发电，因此能够实现极高的发电效率。另外，在以下的说明中，以本发明的燃料电池使用固体氧化物燃料电池为例进行说明，但是，并不限定于该形式的燃料电池。

[0033] 图1是表示本实施例的发电系统的概略结构图。在本实施例中，如图1所示，发电系统10具有燃气轮机11和发电机12、SOFC13、以及蒸汽轮机14和发电机15。该发电系统10构成为：通过组合燃气轮机11发电、SOFC13发电、蒸汽轮机14发电，能够得到高的发电效率。另外，发电系统10具备控制装置62。控制装置62根据输入的设定、输入的指示以及利用检测部检测出的结果等，对发电系统10的各部的动作进行控制。

[0034] 燃气轮机11具有压缩机21、燃烧器22以及涡轮机23，压缩机21和涡轮机23以通过旋转轴24能够呈一体地旋转的方式被连接。压缩机21将从空气吸入管线25吸入的空气A加以压缩。燃烧器22将从压缩机21经由第1压缩空气供给管线26供给的压缩空气A1和从第1燃料气体供给管线27供给的燃料气体L1混合后进行燃烧。涡轮机23在从燃烧器22经由废气供给管线28供给的废气(燃烧气体)G的作用下进行旋转。另外，虽未图示，但是，被压缩机21压缩过的压缩空气A1经由机壳供向涡轮机23，该压缩空气A1作为冷却空气对叶片等进行冷却。发电机12与涡轮机23设置在同一条轴上，能够通过涡轮机23旋转而进行发电。另外，在此，作为供给燃烧器22的燃料气体L1，使用例如液化天然气(LNG)。

[0035] SOFC13，通过接收作为还原剂的高温燃料气体和作为氧化剂的高温空气(氧化性气体)，并在规定的工作温度下反应从而进行发电。该SOFC13将空气极、固体电解质以及燃料极收纳在压力容器内而构成。通过在空气极接收被压缩机21压缩过的一部分压缩空气A2，在燃料极接收燃料气体而进行发电。另外，在此，作为供给SOFC13的燃料气体L2，使用例如液化天然气(LNG)、氢气(H2)以及一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)等烃类气体、通过煤炭等碳质原料的气化设备而制成的气体。另外，供给SOFC13的氧化性气体是含有约15％～30％氧气的气体，作为代表例，优选为空气，但是，除了空气之外，还可以使用燃烧废气与空气的混合气体、或者氧气与空气的混合气体等(以下，将供给SOFC13的氧化性气体称为“空气”)。

[0036] 该SOFC13，连接有从第1压缩空气供给管线26分叉出的第2压缩空气供给管线31，从而能够将被压缩机21压缩过的一部分压缩空气A2供至空气极的导入部。在该第2压缩空气供给管线31中，沿着空气的流动方向而设有能够调节所供给的空气量的控制阀32，以及能够对压缩空气A2进行增压的鼓风机(增压机)33。控制阀32设置在第2压缩空气供给管线31中的空气的流动方向的上游侧，鼓风机33设置在控制阀32的下游侧。SOFC13连接有用于排出空气极中使用过的废空气A3的废空气管线34。该废空气管线34分叉为将空气极中使用过的废空气A3排至外部的排出管线35，以及与燃烧器22连接的压缩空气循环管线36。排出管线35中设有能够调节排出的空气量的控制阀37，压缩空气循环管线36中设有能够调节循环的空气量的控制阀38。

[0037] 另外，SOFC13设有向燃料极的导入部供给燃料气体L2的第2燃料气体供给管线41。第2燃料气体供给管线41中设有能够调节所供给的燃料气体量的控制阀42。SOFC13连接有排出燃料极中使用过的废燃料气L3的废燃料管线43。该废燃料管线43分叉为排至外部的排出管线44，以及与燃烧器22连接的废燃料气供给管线45。排出管线44设有可调节要排出的的燃料气体量的控制阀46，在废燃料气供给管线45上，沿废燃料气L3的流动方向设置着可调节要供应的燃料气体量的控制阀47以及能够对燃料进行增压的鼓风机48。控制阀47设置在废燃料气供给管线45中废燃料气L3的流动方向的上游侧，鼓风机48设置在控制阀47的下游侧。

[0038] 另外，SOFC13设有将废燃料管线43与第2燃料气体供给管线41连接的燃料气体再循环管线49。燃料气体再循环管线49中设有再循环鼓风机50，该再循环鼓风机50使废燃料管线43中的废燃料气L3在第2燃料气体供给管线41中再循环。

[0039] 蒸汽轮机14通过废热回收锅炉(HRSG)51中生成的蒸汽而使涡轮机52进行旋转。该废热回收锅炉51，连接有来自燃气轮机11(涡轮机23)的废气管线53，通过在空气与高温的废气G之间进行热交换，从而生成蒸汽S。在蒸汽轮机14(涡轮机52)，其与废热回收锅炉51之间设有蒸汽供给管线54和供水管线55。而且，在供水管线55中设有冷凝器56和供水泵57。发电机15与涡轮机52设置在同一条轴上，从而能够通过涡轮机52旋转而进行发电。另外，在废热回收锅炉51中回收热量后的废气G，在将有害物质除去后被释放至大气中。

[0040] 此处，对于本实施例的发电系统10的动作进行说明。在启动发电系统10时，按照燃气轮机11、蒸汽轮机14、SOFC13的顺序依次进行启动。

[0041] 首先，在燃气轮机11中，压缩机21对空气A进行压缩，燃烧器22将压缩空气A1和燃料气体L1混合后进行燃烧，涡轮机23通过废气G进行旋转，随之发电机12开始发电。接着，在蒸汽轮机14中，通过由废热回收锅炉51生成的蒸汽S，涡轮机52旋转，随之发电机15开始发电。

[0042] 接着，在SOFC13中，首先供给压缩空气A2，并在开始增压的同时开始进行加热。在将排出管线35的控制阀37和压缩空气循环管线36的控制阀38关闭，且使第2压缩空气供给管线31的鼓风机33停止的状态下，将控制阀32打开规定开度。于是，从第2压缩空气供给管线31向SOFC13侧供给被压缩机21压缩了的一部分压缩空气A2。由此，通过供给压缩空气A2而使SOFC13侧的压力升高。

[0043] 另一方面，在SOFC13中，向燃料极侧供给燃料气体L2并开始进行增压。在将排出管线44的控制阀46和废燃料气供给管线45的控制阀47关闭，且使鼓风机48停止的状态下，打开第2燃料气体供给管线41的控制阀42，并且驱动燃料气体再循环管线49的再循环鼓风机50。于是，从第2燃料气体供给管线41向SOFC13侧供给燃料气体L2，并且通过燃料气体再循环管线49而使废燃料气L3再循环。由此，通过供给燃料气体L2而使SOFC13侧的压力升高。

[0044] 然后，当SOFC13的空气极侧的压力变为压缩机21的出口压力时，将控制阀32全开，并且驱动鼓风机33。与此同时，将控制阀37打开，从而将来自SOFC13的废空气A3从排出管线35排出。于是，通过鼓风机33而向SOFC13侧供给压缩空气A2。与此同时，将控制阀46打开，从而将来自SOFC13的废燃料气L3从排出管线44排出。然后，当SOFC13中的空气极侧的压力和燃料极侧的压力达到目标压力时，SOFC13的增压完成。

[0045] 然后，当SOFC13的反应(发电)变稳定，并且废空气A3和废燃料气L3的成分变稳定后，将控制阀37关闭，同时将控制阀38打开。于是，将来自SOFC13的废空气A3从压缩空气循环管线36供至燃烧器22。另外，将控制阀46关闭同时将控制阀47打开，驱动鼓风机48。于是，将来自SOFC13的废燃料气L3从废燃料气供给管线45供至燃烧器22。此时，减少从第1燃料气体供给管线27供至燃烧器22的燃料气体L1的量。

[0046] 在此，发电机12在燃气轮机11的驱动下进行发电，SOFC13进行发电，发电机15在蒸汽轮机14的驱动下进行发电，从而发电系统10变为稳态运行。

[0047] 接着，使用图2对本实施方式的蒸汽轮机，具体为对废热回收锅炉51和涡轮机52的构成进行说明。图2是表示本发明的一个实施例涉及的发电系统中的废热回收锅炉和涡轮机的概略结构图。涡轮机52具备高压涡轮机52H、中压涡轮机52I以及低压涡轮机52L。高压涡轮机52H由从废热回收锅炉51供应的高压蒸汽驱动。中压涡轮机52I由从废热回收锅炉51供应的比供应至高压涡轮机52H的蒸汽压力低的蒸汽驱动。低压涡轮机52L由从废热回收锅炉51供应的比供应至中压涡轮机52I的蒸汽压力低的蒸汽驱动。

[0048] 废热回收锅炉51具有高压蒸汽循环机构70、中压蒸汽循环机构72、低压蒸汽循环机构74以及再热蒸汽循环机构79，其中，高压蒸汽循环机构70从排出自燃气轮机11的涡轮机23的废气中回收热量，生成蒸汽，并将所生成的蒸汽供应至高压涡轮机52H，中压蒸汽循环机构72从排出自燃气轮机11的废气中回收热量，生成比高压蒸汽循环机构70的蒸汽压力低的蒸汽，并将所生成的蒸汽供应至中压涡轮机52I，低压蒸汽循环机构74从排出自燃气轮机11的废气中回收热量，生成比中压蒸汽循环机构72的蒸汽压力低的蒸汽，并将所生成的蒸汽供应至低压涡轮机52L，再热蒸汽循环机构79利用废气对从高压涡轮机52H排出的蒸汽再次进行升温，并将升温了的蒸汽供应至中压涡轮机52I。

[0049] 此外，废热回收锅炉51具有预热器76、高压泵78H、中压泵78I以及低压泵78L。预热器76对利用供水管线55供应自冷凝器56的水进行预热。高压泵78H将利用预热器76预热后的水供应至高压蒸汽循环机构70。中压泵78I将利用预热器76预热后的水供应至中压蒸汽循环机构72。低压泵78L将利用预热器76预热后的水供应至低压蒸汽循环机构74。

[0050] 高压蒸汽循环机构70是将供应自预热器76的水用废气进行升温变成蒸汽之后，供应至高压涡轮机52H的机构，其具有高压汽包70D、高压省煤器70EC、高压蒸汽发生器70EV、高压过热器70SHa以及高压过热器70SHb。高压省煤器70EC、高压蒸汽发生器70EV、高压过热器70SHa以及高压过热器70SHb是具备换热管，且配置在废气G流动的管道内的热交换器，使在换热管内部流动的水或蒸汽与废气之间进行热交换，使水或蒸汽升温。后述的中压蒸汽循环机构72、低压蒸汽循环机构74也分别具备省煤器、蒸汽发生器、过热器以及过热器，但同样是热交换器。高压蒸汽循环机构70的各部通过管线(管道)进行连接，从预热器76朝向高压涡轮机52H，按高压省煤器70EC、高压汽包70D、高压过热器70SHa、高压过热器70SHb的顺序连接。此外，高压蒸汽循环机构70从废热回收锅炉51的废气的流动方向的下游侧朝向上游侧也按照上述顺序配置。高压蒸汽循环机构70通过高压泵78H将利用预热器76预热后的水输送至高压省煤器70EC，在利用高压省煤器70EC过热后，供应至高压汽包70D。高压汽包70D上连接着高压蒸汽发生器70EV。高压蒸汽发生器70EV的两端连接至高压汽包70D，通过使贮存于高压汽包70D中的水进行循环，同时利用废气使其升温，从而生成蒸汽。高压蒸汽发生器70EV中产生的蒸汽从高压汽包70D供应至高压过热器70SHa，进一步被过热。利用高压过热器70SHa过热后的蒸汽供往高压过热器70SHb，在进一步过热后，供往高压涡轮机52H。高压涡轮机52H由供应自高压蒸汽循环机构70的蒸汽驱动。

[0051] 中压蒸汽循环机构72是将供应自预热器76的水利用废气进行升温变成蒸汽之后，供应至中压涡轮机52I的机构，其具有中压汽包72D、中压省煤器72EC、中压蒸汽发生器72EV以及中压过热器72SH。中压蒸汽循环机构72的各部通过管线(管道)进行连接，从预热器76朝向中压涡轮机52I，按中压省煤器72EC、中压汽包72D、中压过热器72SH的顺序连接。此外，中压蒸汽循环机构72从废热回收锅炉51的废气的流动方向的下游侧朝向上游侧也按照上述顺序配置。中压蒸汽循环机构72通过中压泵78I将利用预热器76预热后的水输送至中压省煤器72EC，在利用中压省煤器72EC过热后，供应至中压汽包72D。中压汽包72D上连接着中压蒸汽发生器72EV。中压蒸汽发生器72EV的两端连接至中压汽包72D，通过使贮存于中压汽包72D中的水进行循环，同时利用废气使其升温，从而生成蒸汽。中压蒸汽发生器72EV中产生的蒸汽从中压汽包72D供应至中压过热器72SH，进一步被过热。利用中压过热器72SH过热后的蒸汽供往中压涡轮机52I。中压涡轮机52I由供应自中压蒸汽循环机构72的蒸汽驱动。中压蒸汽循环机构72的各部在废气的流动方向中配置于高压蒸汽循环机构70的对应各部的下游侧。由此，蒸汽的温度、压力比高压蒸汽循环机构70的低。

[0052] 低压蒸汽循环机构74是将供应自预热器76的水利用废气升温变成蒸汽之后，供应至低压涡轮机52L的机构，其具有低压汽包74D、低压省煤器74EC、低压蒸汽发生器74EV以及低压过热器74SH。低压蒸汽循环机构74的各部通过管线(管道)进行连接，从预热器76朝向低压涡轮机52L，按低压省煤器74EC、低压汽包74D、低压过热器74SH的顺序连接。此外，低压蒸汽循环机构74从废热回收锅炉51的废气的流动方向的下游侧朝向上游侧也按照上述顺序配置。低压蒸汽循环机构74通过低压泵78L将利用预热器76预热后的水输送至低压省煤器74EC，在利用低压省煤器74EC过热后，供应至低压汽包74D。低压汽包74D上连接着低压蒸汽发生器74EV。低压蒸汽发生器74EV的两端连接至低压汽包74D，通过使贮存于低压汽包74D中的水进行循环，同时利用废气使其升温，从而生成蒸汽。低压蒸汽发生器74EV中产生的蒸汽从低压汽包74D供应至低压过热器74SH，进一步被过热。利用低压过热器74SH过热后的蒸汽供往低压涡轮机52L。低压涡轮机52L由供应自低压蒸汽循环机构74的蒸汽驱动。低压蒸汽循环机构74的各部在废气的流动方向中配置于中压蒸汽循环机构72的对应各部的下游侧。由此，蒸汽的温度、压力比中压蒸汽循环机构72的低。

[0053] 再热蒸汽循环机构79是利用废气将从高压涡轮机52H通过的蒸汽再次过热，并供应至中压涡轮机52I的机构，其具有再热器80a、80b。再热器80a、80b是具备换热管，且配置于废气G流动的管道内的热交换器，使在换热管内部流动的蒸汽与废气之间进行热交换，使蒸汽升温。再热器80a、80b配置于废热回收锅炉51内的上游侧区域中，且配置在靠近高压过热器70SHa、SHb的位置处。此外，再热器80a在废气的流动方向中配置于再热器80b的下游侧。再热蒸汽循环机构79利用再热器80a将从高压涡轮机52H通过的蒸汽过热，然后，在利用再热器80b进一步过热之后，供应至中压涡轮机52I。以上是废热回收锅炉51的构成。

[0054] 图3是表示本实施例的发电系统的热交换单元的概略结构图。然而，一般的发电系统中，从SOFC13的空气极13a排出高温的废空气，因而供废空气流动的压缩空气供给管线暴露在高温中。因此，假如将废空气直接供应至燃烧器22的话，则要用耐高温材料制造压缩空气供给管线。这将导致发电厂(发电系统)的成本上升。

[0055] 因此，如图3所示，本实施例的发电系统10具备热交换单元90，在所述热交换单元90，从SOFC13的空气极13a流向燃气轮机11的废空气及从SOFC13的燃料极13b流向燃气轮机
11的废燃料与在废热回收锅炉51及涡轮机52流动的蒸汽之间进行热交换。热交换器单元90具备废空气用热交换器91、废燃料用热交换器92、燃料用热交换器94以及燃料用热交换器
96。

[0056] 废空气用热交换器91设置于废空气管线34或者压缩空气循环管线36，即使从SOFC13排出的废空气流通的废空气流通管线中。废空气用热交换器91使在废空气流通管线流动的废空气与利用废热回收锅炉51过热且流向涡轮机52的蒸汽之间进行热交换，使废空气降温，使蒸汽升温。废空气用热交换器91中流入利用高压过热器70SHa过热且通过燃料用热交换器96降温后的蒸汽，流入并进行了热交换的蒸汽供应至高压涡轮机52H。此外，本实施方式的废空气用热交换器91流入利用高压过热器70SHa过热且通过燃料用热交换器96降温后的蒸汽，但是，也可以流入利用高压过热器70SHb过热且通过燃料用热交换器96降温后的蒸汽。

[0057] 废燃料用热交换器92设置于废燃料管线43或者废燃料气供给管线45，即使从SOFC13排出的废燃料气流通的废燃料气流通管线中。废燃料用热交换器92使在废燃料气流通管线流动的废燃料气与利用废热回收锅炉51过热且流向涡轮机52的蒸汽之间进行热交换，使废燃料气降温，使蒸汽升温。废燃料用热交换器92中流入利用中压过热器72SH过热后的蒸汽，流入并进行了热交换的蒸汽供应至再热器80a。供应至再热器80a中的蒸汽在利用再热器80b进一步过热后，供往中压涡轮机52I。

[0058] 燃料用热交换器94设置于第1燃料气体供给管线27中。在燃料用热交换器94，在第1燃料气体供给管线27流动的燃料气体，即供往燃烧器22的燃料气体与通过废热回收锅炉
51升温了的水之间进行热交换。燃料用热交换器94使燃料气体升温，使蒸汽降温。燃料用热交换器94中流入利用中压省煤器72EC过热后的水，流入并进行了热交换的水供应至供水管线55。

[0059] 燃料用热交换器96在燃料气体的流动方向中设置于第1燃料气体供给管线27的燃料用热交换器94的下游侧，即靠近燃烧器22的一侧。在燃料用热交换器96，在第1燃料气体供给管线27流动的燃料气体，即供往燃烧器22的燃料气体与利用废热回收锅炉51过热后的蒸汽之间进行热交换。燃料用热交换器96使燃料气体升温，使蒸汽降温。燃料用热交换器96进一步提高利用燃料用热交换器94升温后的燃料的温度。燃料用热交换器96中流入利用高压过热器70SHa过热后的蒸汽，流入并进行了热交换而降温后的蒸汽供应至废空气用热交换器91。以上是热交换器单元90的构成。

[0060] 发电系统10，通过设置废空气用热交换器91，使利用高压蒸汽循环机构70过热后的蒸汽与废空气进行热交换，使废空气降温，能够降低供废空气流通的废空气流通管线上的负荷。此外，通过将与废空气进行热交换的对象设为利用高压蒸汽循环机构70过热后的蒸汽，能够将废空气维持在一定水平以上的高温。此处，废空气供往燃烧器22，与废燃料气及燃料气体混合，在通过燃烧加热后，从涡轮机23通过，进而从废热回收锅炉51通过。因此，能够将废空气的能量通过在燃气轮机11和蒸汽轮机14这两个位置中的发电而取出。因此，通过将废空气的温度维持在更高的水平，能够更加有效地取出能量。如上所述，发电系统10通过在废空气与蒸汽之间进行热交换，能够降低供废空气流通的废空气流通管线上的负荷，并且，通过使进行热交换的蒸汽为高温的蒸汽，将废空气维持在一定水平以上的高温，能够更加有效地取出能量。

[0061] 此外，发电系统10，通过设置废燃料用热交换器92，从废燃料气也能够回收热量，与废空气用热交换器91同样，能够降低废燃料气流通管线上的负荷。此外，废燃料用热交换器92通过将用于热交换的蒸汽设为利用中压蒸汽循环机构72的中压过热器72SH过热后的蒸汽，能够将废燃料气维持在一定水平以上的高温。如上所述，发电系统10通过在废燃料气与蒸汽之间进行热交换，能够降低供废燃料气流通的废燃料气流通管线上的负荷，并且，通过使进行热交换的蒸汽为高温的蒸汽，将废空气维持在一定水平以上的高温，能够更加有效地取出能量。

[0062] 另外，发电系统10具备燃料用热交换器94和燃料用热交换器96，通过使燃料气体升温，能够通过燃气轮机11和蒸汽轮机14这两个位置中的发电而取出加热了的热能。由此，能够更加有效地获取能量。

[0063] 此处，发电系统10中，可以将流入热交换器单元中的蒸汽的路径改为其他路径。此外，废空气用热交换器只要利用在高压蒸汽循环机构或者中压蒸汽循环机构中与所述废气进行热交换且流向涡轮机的蒸汽即可。

[0064] 图4是表示本实施例的发电系统的热交换单元的其他例子的概略结构图。如图4所示，发电系统10a具备热交换单元90a，在所述热交换单元90a，从SOFC13流向燃气轮机11的废空气、废燃料与在废热回收锅炉51及涡轮机52流动的蒸汽之间进行热交换。热交换器单元90a具备废空气用热交换器98、废燃料用热交换器92、燃料用热交换器94以及燃料用热交换器99。

[0065] 废空气用热交换器98设置于废空气流通管线中。废空气用热交换器98使在废空气流通管线流动的废空气与利用废热回收锅炉51过热且流向涡轮机52的蒸汽之间进行热交换，使废空气降温，使蒸汽升温。废空气用热交换器98中流入利用再热器80b过热后的蒸汽，流入并进行了热交换的蒸汽供应至中压涡轮机52I。另外，本实施方式的废空气用热交换器98中流入利用再热器80b过热后的蒸汽，但是，也可以流入利用再热器80a过热后的蒸汽。此外，废空气用热交换器98用于将通过的蒸汽的温度降低至可供应至中压涡轮机52I的温度，也可以流入与利用再热器80b过热后的蒸汽同样地供应至中压涡轮机52I且利用中压过热器72SH过热后的蒸汽。

[0066] 废燃料用热交换器92设置于废燃料气流通管线中。废燃料用热交换器92使在废燃料气流通管线流动的废燃料气与利用废热回收锅炉51过热且流向涡轮机52的蒸汽之间进行热交换，使废燃料气降温，使蒸汽升温。废燃料用热交换器92中流入利用中压过热器72SH过热后的蒸汽，流入并进行了热交换的蒸汽供应至燃料用热交换器99。供应至燃料用热交换器99的蒸汽随后供往再热器80a。供应至再热器80a中的蒸汽在利用再热器80b进一步过热后，供往中压涡轮机52I。

[0067] 燃料用热交换器94的构成与热交换器单元90的燃料用热交换器94相同。

[0068] 燃料用热交换器99在燃料气体的流动方向中设置于第1燃料气体供给管线27的燃料用热交换器94的下游侧，即靠近燃烧器22的一侧。燃料用热交换器99使在第1燃料气体供给管线27流动的燃料气体，即供往燃烧器22的燃料气体与从废燃料用热交换器92通过的蒸汽之间进行热交换。燃料用热交换器99使燃料气体升温，使蒸汽降温。燃料用热交换器99进一步提高利用燃料用热交换器94升温后的燃料的温度。燃料用热交换器99中流入从废燃料用热交换器92通过的蒸汽，流入并进行了热交换而降温后的蒸汽供应至再热器80a。以上是热交换器单元90a的构成。

[0069] 发电系统10a，通过设置废空气用热交换器98，使利用高压蒸汽循环机构70过热，且供应至高压涡轮机52H后，利用再热蒸汽循环机构79过热后的蒸汽与废空气进行热交换，使废空气降温，也能够减少供废空气流通的废空气流通管线上的负荷。此外，通过将与废空气进行热交换的对象设为利用再热蒸汽循环机构79过热后的蒸汽，能够将废空气维持在一定水平以上的高温。如上所述，发电系统10a通过在废空气与蒸汽之间进行热交换，能够减少供废空气流通的废空气流通管线上的负荷，并且，通过使热交换的蒸汽为高温的蒸汽，将废空气维持在一定水平以上的高温，能够更加有效地取出能量。

[0070] 此外，发电系统10a通过使利用高压蒸汽循环机构70过热且流向高压涡轮机52H的蒸汽、利用再热蒸汽循环机构79过热且流向中压涡轮机52I的蒸汽与废空气进行热交换，能够将废空气的温度降低至更加适当的温度范围，因而较为理想，但是，如上所述，也可以使用利用中压蒸汽循环机构72过热且流向中压涡轮机52I的蒸汽。另外，蒸汽优选为利用至少1级的过热器或者再热器过热后的蒸汽。

[0071] 接着，图5是表示本实施例的发电系统的热交换单元的其他例子的概略结构图。如图5所示，发电系统10b具备热交换单元90b，在所述热交换单元90b，从SOFC13流向燃气轮机11的废空气、废燃料与在废热回收锅炉51及涡轮机52流动的蒸汽之间进行热交换。热交换器单元90b具备废空气用热交换器91、废空气用热交换器98、废燃料用热交换器92、燃料用热交换器94以及燃料用热交换器96。即，发电系统10b是在发电系统10中追加了废空气用热交换器98的结构。另外，发电系统10b的废空气用热交换器98中流入利用再热器80a过热后的蒸汽。

[0072] 发电系统10b通过使用废空气用热交换器91和废空气用热交换器98这两个热交换器，能够利用两个热交换器使废空气降温。由此，热交换器并不限定于一级，也可以设有多级。

[0073] 符号说明

[0074] 10、10a、10b 发电系统

[0075] 11 燃气轮机

[0076] 12 发电机

[0077] 13 固体氧化物燃料电池(SOFC)

[0078] 14 蒸汽轮机

[0079] 15 发电机

[0080] 21 压缩机

[0081] 22 燃烧器

[0082] 23 涡轮机

[0083] 25 空气吸入管线

[0084] 26 第1压缩空气供给管线

[0085] 27 第1燃料气体供给管线

[0086] 31 第2压缩空气供给管线

[0087] 32 控制阀

[0088] 33、48 鼓风机

[0089] 34 废空气管线

[0090] 36 压缩空气循环管线

[0091] 41 第2燃料气体供给管线

[0092] 42 控制阀

[0093] 43 废燃料管线

[0094] 44 排出管线

[0095] 45 废燃料气供给管线

[0096] 47 控制阀

[0097] 49 燃料气体再循环管线

[0098] 50 再循环鼓风机

[0099] 51 废热回收锅炉

[0100] 52 涡轮机

[0101] 52H 高压涡轮机

[0102] 52I 中压涡轮机

[0103] 52L 低压涡轮机

[0104] 53 废气管线

[0105] 54 蒸汽供给管线

[0106] 55 供水管线

[0107] 56 冷凝器

[0108] 57 供水泵

[0109] 62 控制装置

[0110] 70 高压蒸汽循环机构

[0111] 70D 高压汽包

[0112] 70EC 高压省煤器

[0113] 70EV 高压蒸汽发生器

[0114] 70SHa、70SHb 高压过热器

[0115] 72 中压蒸汽循环机构

[0116] 72D 中压汽包

[0117] 72EC 中压省煤器

[0118] 72EV 中压蒸汽发生器

[0119] 72SH 中压过热器

[0120] 74 低压蒸汽循环机构

[0121] 74D 低压汽包

[0122] 74EC 低压省煤器

[0123] 74EV 低压蒸汽发生器

[0124] 74SH 低压过热器

[0125] 76 预热器

[0126] 78H 高压泵

[0127] 78I 中压泵

[0128] 78L 低压泵

[0129] 79 再热蒸汽循环机构

[0130] 80a、80b 再热器

[0131] 90 热交换器单元

[0132] 91、98 废空气用热交换器

[0133] 92 废燃料用热交换器

[0134] 94、96、99 燃料用热交换器