KR100254391B1 - 석탄가스화복합발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석탄 가스화 복합 발전시스템을 개시한다.

일반적으로 종래 석탄 가스화기 복합 발전시스템은, 미분탄 공급용 호퍼내에 발생되는 브리징 현상을 육안으로 관찰하거나 또는 CC TV 등을 통해 감지하여 이를 제거하도록 하고 있다. 그러나 이와같은 방법에 의해 감지하고 제거함에 있어서는 그 감지시간이 오래 걸리는 것이기 때문에 초기에 브리징 현상의 제거가 어려운 문제점이 야기된다.

이를 해결하기 위하여 본 발명은, 복수개의 차압계와 컴퓨터 및 공기 충격기를 통해 초기에 호퍼내에 발생되는 브리징 현상을 감지하고 이를 제거토록 함으로써 안정된 가스화기의 조업을 도모하였다.

Description

석탄 가스화 복합 발전시스템{INTEGRATED GASIFICATION COMBINED CYCLE}

본 발명은 석탄 가스화 복합발전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미분탄의 원활한 수송을 저해하는 브리징현상을 방지할 수 있는 개선된 석탄 가스화 복합 발전시스템에 관한 것이다.

일반적으로 석탄 가스화 복합발전 시스템은, 가스화기로 부터 생성된 석탄가스를 가스정제장치와 열교환기를 거쳐 연소기로 공급하여 연소 시키고, 연소된 연소가스의 팽창력을 통해 가스터빈을 작동시킴으로써 발전기를 구동하여 소정의 동력을 얻도록되어 있다.

이와같은 일반적인 석탄 가스화 복합발전 시스템에 있어서, 실질적으로 가스터빈을 작동시키기 위한 초기 동력발생원인 석탄가스는, 그 내부에 건식 미분탄, 질소, 산소, 증기등이 유입된 가스화기의 내부를 소정의 점화장치를 통해 가열함으로써 생성된다.

이때 가스화기의 안정적이고 장기적인 조업을 위해서 건식 미분탄의 안정적인 공급은 석탄 가스화 공정의 핵심적인 기술이라고 볼수 있는 바, 이와같은 미분탄의 공급은 기류수송 방식인 록(lock) 호퍼 방식이 널리 사용되고 있다.

또한 이와같이 기류수송 방식을 통해 건식 미분탄을 공급함에 있어서도 특히 일반적인 기류방식인 희박상 수송에 비교하여 수송가스량에 대한 고체입자량의 비가 5-10배인 농후상 흐름의 수송방식이 널리 사용되고 있다.

도 1에는 이와같은 일반적인 건식 미분탄 공급장치를 채용한 석탄 가스화 복합 발전시스템의 일반예가 도시되어 있다.

이는, 크게 가스화기(10)와 복수개의 호퍼(20) 그리고 고압수송용 질소 수송관(30)과 고압 산소 수송관(40)로 대별된다.

전술한 가스화기(10)는 그 일측면과 연통되도록 설치된 복수개의 주입노즐(11)을 통해 건식 미분탄과 산화제가 유입되는 것으로서, 도시되지 않은 점화버너를 통해 주입된 미분탄과 산화제를 가열하여 석탄가스를 발생시키는 역할을 수행한다.

한편, 호퍼(20)는, 실질적으로 건식 미분탄이 공급되는 부위로써 그 내측에 위치된 이송 스크류(50)의 회전을 통해 소정량씩 유출시키는 역할을 한다. 따라서 건식 미분탄의 공급량은 이 이송 스크류(50)의 회전량에 따라 좌우된다 할 것이다.

전술한 질소 수송관(30)은 고압의 질소 흐름을 발생시킴으로써, 호퍼(20)를 통해 공급되는 건식 미분탄을 주입노즐(11)을 향해 수송하는 역할을 수행한다.

고압 산소 수송관(40)은, 주입노즐(11)의 입구측과 연통되게 설치되어 산소를 공급하는 것으로서, 이에의해 공급되는 산소는 산화제로써 전술한 질소 수송관(30)에 의해 수송된 건식 미분탄과 함께 가스화기(10)내로 공급되어진다.

이와같은 일반적인 건식 미분탄 공급장치에 있어서는, 소정시간까지는 정상적인 가스화기의 조업이 이루어짐으로써, 어느 일정시간이 경과된 후에는 호퍼(20)로부터 미분탄을 수송하는 이송 스크류(50) 주위로 미분탄이 돔(dome) 형태로 쌓여져 미분탄이 질소 수송관(30)으로 공급되지 못하는 소위 브리징(bridging) 현상이 야기된다.

이와같이 브리징 현상이 야기되면, 미분탄이 공급되지 않기 때문에 반응로 즉, 가스화기(10) 내부의 상태를 요구하는 상태(예컨대 적정압력등)로 유지하기 어려울 뿐만 아니라 생성되는 가스의 양 및 질 저하를 초래하거나 심하게는 조업중단과 장기적인 조업에 병목을 야기시키는 등의 문제점을 일으키게 된다.

따라서 이 브리징 현상이 발생하였을 때 이를 즉각 감지하고 해결하여 연속적으로 균일하게 미분탄을 수송하는 것이 요구된다.

그러나 종래에 브리징 현상을 감지하고 이를 해결하는 것은, 직접적으로 관찰하는 방법보다도 간접적인 방법으로 즉, 호퍼의 무게를 측정하거나 또는 반응로 내부 반응 상태를 육안 또는 CC TV 등으로 관찰하여왔다.

따라서 브리징 현상의 감지가 확실하게 이루어지지 못하는 문제점 뿐만 아니라 그 감지시간이 많이 걸리기 때문에 즉각적인 브리징 현상의 해결이 어려웠다.

본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 브리징 현상이 야기됨과 동시에 이를 즉시 감지하고 동시에 해결하도록 함으로써, 안정된 조업을 도모할 수 있는 석탄 가스화 복합 발전시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

이와같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 석탄 가스화 복합 발전시스템은, 그 측면에 복수개의 주입노즐이 위치된 가스화기와; 각각 소정압력의 산소와 질소가스를 수송하며 상기 복수개의 주입노즐과 연통된 질소 및 산소 수송관과; 상기 가스화기를 중심으로 2개이상 복수개 설치되며, 그 내면에 위치된 이송 스크류를 통해 상기 질소 수송관내로 미분탄을 공급하는 호퍼와; 상기 호퍼내부에 설치되는 이송 스크류상에 미분탄이 적재되어 상기 질소 수송관내로 공급되지 못하는 브리징 현상을 감지하기 위한 것으로, 상기 각 질소 수송관로상에 위치되는 오리피스와, 상기 오리피스와 그 양단의 차압을 측정하는 제 1 차압계와, 상기 각 질소 수송관상에 설치된 오리피스의 후단과 상기 가스화기 내부의 차압을 측정하기 위한 제 2 차압계와, 상기 제 1, 2 차압계로부터 측정된 차압을 트랜스 미터를 통해 전달받아 이를 감식하는 컴퓨터를 구비하는 브리징 감지수단과; 상기 브리징 감지수단에 의해 감지된 브리징 여부에 따라 선택적으로 작동되어 상기 이송 스크류상에 적재된 미분탄을 제거하는 브리징 제거수단;을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징은, 상기 브리징 제거수단은, 상기 각 호퍼의 일측면에 각각 설치되며, 상기 브리징 감지수단을 구성하고 있는 상기 컴퓨터에 의해 콘트롤 되는 공기 충격기인 것에 있다.

도 1은 일반적인 석탄 가스화 복합 발전시스템을 개념적으로 도시한 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 석탄 가스화 복합 발전시스템을 개념적으로 도시한 구성도.

도 3 및 도 4는 정상적인 미분탄 공급상태와 브리징 현상이 발생되었을 경우의 차압신호를 보인 그래프.

도 5는 공기 충격기를 통해 브리징 제거 과정을 설명하기 위한 차압신호 상황을 보인 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 가스화기 11 : 주입노즐

20 : 호퍼 30 : 질소 수송관

40 : 산소 수송관 50 : 이송 스크류

60 : 오리피스 70, 80 : 제 1, 2 차압계

90 : 컴퓨터 91 : 트랜스 미터

100 : 공기 충격기

이와같은 본 발명의 특징적인 구성 및 이에따른 작용효과는 후술하는 첨부된 도면을 참조한 발명의 상세한 설명을 통해 더욱 명확해 질 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 석탄 가스화 복합 발전시스템을 개념적으로 도시한 구성도이고, 도 3 및 도 4는 정상적인 미분탄 공급상태와 브리징 현상이 발생되었을 경우의 차압신호를 보인 그래프이며, 도 5는 공기 충격기를 통해 브리징 제거 과정을 설명하기 위한 차압신호 상황을 보인 그래프이다. 그리고 이하에서는 도 2을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 석탄 가스화 복합 발전시스템은, 크게 가스화기(10)와 복수개의 호퍼(20) 그리고 고압수송용 질소 수송관(30)과 고압 산소 수송관(40) 및 브리징 감지수단과 브리징 제거수단으로 대별된다.

전술한 가스화기(10)는 그 일측면과 연통되도록 설치된 복수개의 주입노즐(11)을 통해 건식 미분탄과 산화제가 유입되는 것으로서, 도시되지 않은 점화버너를 통해 주입된 미분탄과 산화제를 가열하여 석탄가스를 발생시키는 역할을 수행한다.

한편, 호퍼(20)는, 실질적으로 건식 미분탄이 공급되는 부위로써 그 내측에 위치된 이송 스크류(50)의 회전을 통해 소정량씩 유출시키는 역할을 한다. 따라서 건식 미분탄의 공급량은 이 이송 스크류(50)의 회전량에 따라 좌우된다 할 것이다.

전술한 질소 수송관(30)은 고압의 질소 흐름을 발생시킴으로써, 호퍼(20)를 통해 공급되는 건식 미분탄을 주입노즐(11)을 향해 수송하는 역할을 수행한다.

고압 산소 수송관(40)은, 주입노즐(11)의 입구측과 연통되게 설치되어 산소를 공급하는 것으로서, 이에의해 공급되는 산소는 산화제로써 전술한 질소 수송관(30)에 의해 수송된 건식 미분탄과 함께 가스화기(10)내로 공급되어진다.

전술한 브리징 감지수단은, 호퍼(20)내부에 설치되는 이송 스크류(50)상에 미분탄이 적재되어 질소 수송관(30)내로 미분탄이 용이하게 공급되지 못하는 것을 초기에 감지하기 위한 것으로서, 그 상세한 구조를 보면, 전술한 각 질소 수송관(30)로상에는 오리피스(orifice;60)가 설치되며, 또한 이 오리피스(60) 양단의 차압을 측정하기 위한 제 1 차압계(70)가 설치된다.

한편, 호퍼(20)와 가스화기(10) 사이에는 오리피스(60)의 후단측 질소 수송관(30)과 가스화기(10) 내부의 차압을 측정하기 위한 제 2 차압계(80)가 위치된다.

그리고 이들 제 1, 2 차압계(70,80)는 도시된 바와 같이 트랜스 미터(transmitter;91)를 통해 컴퓨터(90)와 각각 연결된다.

전술한 브리징 제거수단은 제 1,2 차압계(70,80)를 통해 측정되고 컴퓨터(90)에 입력되는 차압에 따라 선택적으로 작동되는 것이다.

이와같은 브리징 제거수단으로써는 이송 스크류(50)상에 적재된 미분탄의 제거가 용이하고 호퍼(20)에 손상을 가하는 것을 최소화 할 수 있는 공기 충격기(air knocker;100)를 사용함이 바람직할 것이다.

이와같이 구성된 본 발명 석탄 가스화 복합 발전시스템의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저 미분탄이 호퍼(20)의 이송 스크류(50)를 통해 정상적으로 공급될 때에는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1, 2 차압계(70,80)를 통해 측정되는 수송관내의 압력값은 거의 동일한 값을 유지하고 있다.

이와같은 상태에서 어느 일측의 호퍼(20)내에 브리징 현상이 야기되게 되면, 즉, 도시된 바와 같이 A측 호퍼(20)측에 브리징 현상이 야기되면, 호퍼(20)에서 질소 수송관(30)으로 미분탄이 공급되지 않게된다. 따라서 도 3에 도시된 바와같이 A호퍼측에 설치된 제 2 차압계(80)의 신호값이 작아진다. 이와같이 제 2차압계(80)의 신호, 즉 질소배관과 가스화기 내부와의 차압이 감소되면, 질소의 공급량에 불균형이 초래되게 되고, 즉, 브리징 현상이 야기된 호퍼(20)측의 질소 수송관(30)으로 더 많은 질소가 공급되게 된다. 따라서 도 4에 도시된 바와 같이 A호퍼측에 설치된 제 1 차압계(70)에 의한 차압의 증가와 상대적으로 B측 호퍼측에 설치된 제 1 차압계(70)측의 차압의 감소를 초래하게 된다.

이와같은 상태를 트랜스 미터(91)를 통해 컴퓨터(90)로 전달되게 되면, 컴퓨터(90)는 A와 B호퍼의 제 1, 2 차압계(70,80)를 통한 차압의 증가 및 감소를 측정 비교하므로써 브리징 현상이 발생된 측의 호퍼(20)로부터 미분탄이 공급되지 않음을 감지하게 된다.

이에의해 컴퓨터(90)는 비교치를 통해 브리징을 감지하고 동시에 호퍼(20)측에 마련된 브리징 제거수단 즉, 공기 충격기(100)를 가동시켜 이송 스크류(50)상에 적재된 미분탄을 제거한후, 적정 차압이 감지되게 되면, 다시 컴퓨터(90)를 통해 공기 충격기(100)의 작동을 중지한다.

이를 도 5를 참조하여 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5의 a영역은 미분탄을 공급하지 않고 질소만이 흐르는 상태이다. 이때의 제 2 차압계(80)의 차압은 질소 수송관(30)내에 미분탄이 유입되지 않고 질소만 흐르는 상태이기 때문에 압력 손실이 거의 발생하지 않음을 판단할 수 있다.

b영역은, 질소와 미분탄이 질소 수송관(30)을 따라 흐르는 상태이다. 이와같은 상태에서는 a영역에서의 질소만 흐르는 상태에 비하여 제 2 차압계(80)를 통해 감지되는 차압이 상승함을 알 수 있다. 이와같은 상태에서 브리징 현상이 야기된 상태 즉, c영역에서와 같이 미분탄이 공급되지 않기 때문에 제 2 차압계(80)를 통해 감지되는 차압이 급격이 떨어지게됨을 알수 있게된다.

한편, d영역은 브리징 현상을 제거한 상태 즉, 공기 충격기(100)를 통해 이송스크류(50)상의 미분탄을 제거한 상태에서의 제 2 차압계(80)를 통해 감지된 차압이다. 이때에는 미분탄이 다시 공급되게 됨으로써 차압이 b영역에서와 같이 상승함을 알수 있게된다.

이때 전술한 본 발명은 2개의 호퍼를 마련하고, 이에 대응되는 질소 및 산소 수송관(30,40)을 마련한 것을 예시하여 설명하였지만 이에 한정되는 것이 아니며, 4개의 호퍼를 마련하고 이에 대응되도록 수송관을 마련한 상태에서 각 수송관상에 전술한 브리징 감지수단과 제거수단을 마련하여도 동일한 효과를 얻을 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 석탄 가스화 복합 발전시스템에 의하면, 브리징 감지수단과 제거수단을 통해 호퍼상에 일어나는 브리징 현상을 초기에 감지하여 이를 제거할 수 있는 것이어서, 안정된 가스화기의 조업을 행할 수 있게된다. 따라서 조업의 병목현상 및 조업정지 등의 문제점을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 그 측면에 복수개의 주입노즐이 위치된 가스화기와;

   각각 소정압력의 산소와 질소가스를 수송하며 상기 복수개의 주입노즐과 연통된 질소 및 산소 수송관과;

   상기 가스화기를 중심으로 2개이상 복수개 설치되며, 그 내면에 위치된 이송 스크류를 통해 상기 질소 수송관내로 미분탄을 공급하는 호퍼와;

   상기 호퍼내부에 설치되는 이송 스크류상에 미분탄이 적재되어 상기 질소 수송관내로 공급되지 못하는 브리징 현상을 감지하기 위한 것으로, 상기 각 질소 수송관로상에 위치되는 오리피스와, 상기 오리피스와 그 양단의 차압을 측정하는 제 1 차압계와, 상기 각 질소 수송관상에 설치된 오리피스의 후단과 상기 가스화기 내부의 차압을 측정하기 위한 제 2 차압계와, 상기 제 1, 2 차압계로부터 측정된 차압을 트랜스 미터를 통해 전달받아 이를 감식하는 컴퓨터를 구비하는 브리징 감지수단과;

   상기 브리징 감지수단에 의해 감지된 브리징 여부에 따라 선택적으로 작동되어 상기 이송 스크류상에 적재된 미분탄을 제거하는 브리징 제거수단;을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 석탄 가스화 복합 발전시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 브리징 제거수단은, 상기 각 호퍼의 일측면에 각각 설치되며, 상기 브리징 감지수단을 구성하고 있는 상기 컴퓨터에 의해 콘트롤 되는 공기 충격기인 석탄 가스화 복합 발전시스템.