KR100301136B1 - 순환유동층반응기가구비된결합순환파워발생시스템및방법 - Google Patents

순환유동층반응기가구비된결합순환파워발생시스템및방법 Download PDF

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잭 이. 데온즈
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Abstract

본 발명은 결합순환 파워발생 시스템 및 방법, 특히 가스터빈으로부터의 뜨거운 배기가스로부터 열을 회수하고 일련의 증기터빈을 구동하기 위하여 결합순환 시스템내에 유동층 반응기가 구비된 시스템에 관한 것으로, 연료가스 발생기로부터 연료가스를 수용하는 연소기에 의해 추가의 열이 제공되고 그렇게 하여 발생된 뜨거운 가스는 가스터빈을 구동하기 위해 사용되며, 상기 가스터빈으로부터의 뜨거운 배기가스는 순환 유동층 반응기를 위한 주요한 유동가스로 사용되고, 상기 반응기는 상기 가스터빈의 뜨거운 배기가스로부터 열을 회수하고 일련의 증기터빈에 동력을 공급하기 위한 증기를 발생시키기 위해 사용되며, 따라서 추가의 열이 회수되고 응축 하부 절약장치에 의해 연료가스로부터 오염물질이 제거되는 효과를 제공함을 특징으로 한다.

Description

순환 유동층 반응기가 구비된 결합 순환 파워 발생 시스템 및 방법
도면은 본 발명을 설명하기 위한 본 발명에 따른 시스템의 블록도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 가스터빈(turbine) 12 : 공기압축기
14,16,22,28,29,29a,33,39,39a,48,49,50,54,62,64,70,74,76,80,82,86,88,89,91,92,94,94a,96,102 : 관(conduit)
16a : 분기관(branch conduit) 17 : 연료가스발생기
18 : 공기가열기 20 : 열회수 영역
21 : 연료가스발생기 24 : 연소기
26,29,32,36a,36b : 선(line) 30 : 고체연료건조기
31 : 유동층반응기 35 : 록호퍼(lock hopper)
37 : 분리기 38 : 재순환 열교환기
40 : 제어밸브 41 : 예열기(presuperheater)
42 : 재과열기 44 : 상부절약장치
46 : 중간절약장치 52 : 고압증기터빈
58 : 중압증기터빈 60 : 저압증기터빈
66 : 응축기 68 : 온수탱크(hotwell)
72 : 백하우스(baghouse) 75 : 유도송풍팬(induced draft fan)
77 : 하부절약장치 78,90,98 : 물펌프
84 : 연료가스재가열기 93 : 플래시탱크(flash tank)
본 발명은 결합파워발생시스템, 특히 가스터빈으로부터 배기가스를 수용하고 증기터빈의 작동을 위한 증기를 발생시키기 위하여 결합 순환 시스템에 유동층 보일러(boiler)가 구비되어 있는 시스템에 관한 것이다.
결합 순환 파워 발생 시스템은 종래의 기술에서 잘 알려져 있고, 전형적으로 전력 발생작업을 수행하는 동안 가스가 팽창되고 냉각되는 가스터빈을 통하여 지나게 되는 뜨거운 가스 발생을 위한 압력하에서 천연가스나 오일(oil)의 연소를 수행한다. 터빈의 배기가스는 부가적인 작업을 수행하도록 증기터빈에 의해 사용되는 고온증기 발생을 위한 열회수 영역으로 보내어진다.
결합 순환파워 발생 시스템은 전형적으로 증기터빈이 실질적으로 가스터빈 보다 저온에서 작동하기 때문에 비교적 높은 효율을 가진다.
공교롭게도 결합 순환 시스템은 또한 가스터빈의 작동을 위해 수요가 많은 연료, 예를 들면 천연가스나 오일을 요구하며, 따라서 많은 산업상 이용에 너무 비싼 것으로 여겨져 왔다.
이에 본 발명의 첫 번째 목적은 증기발생을 위해 순환유동층 보일러를 결합한 결합 순환 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 두 번째 목적은 가스터빈으로부터의 배기가스가 보일러 내에 포함된 미립 물질들을 유동시키고 연소시키기 위하여 유동층 보일러로 보내어지는 상기 형태의 결합 순환 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 세 번째 목적은 가스터빈의 구동을 돕기 위하여 뜨거운 가스를 발생시키는 열회수 영역에 공기가열기를 구비한 상기 형태의 결합 순환 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 네 번째 목적은 가스터빈을 구동하기 위하여 비교적 저가의 연료로부터 연료가스를 생산하기 위한 연료가스 발생장치를 구비한 상기 형태의 결합 순환 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
계속해서 본 발명의 다섯 번째 목적은 열에너지를 추출하고 이어서 가스형태의 오염물질들을 응축시키므로써 열효율을 향상시키고 오염물질 방출을 낮춘 상기 형태의 결합 순환 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 마지막 목적은 비교적 저가의 연료가 사용될 수 있도록 한 상기 형태의 결합순환 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적 및 그밖의 목적을 충족시키기 위해서, 본 발명의 시스템 및 방법에 따른 결합 순환 시스템은 증기발생을 위하여 순환유동층 반응기를 구비하고 있다.
열회수 영역에 위치한 공기가열기는 가스터빈을 구동하기 위해서 필요한 열의 실질적인 일부를 공급하는데 이용된다.
부가되는 열은 연료가스 발생기로부터 연료가스를 수용하여 가스터빈을 구동하는데 사용된 뜨거운 가스들을 발생시키는 연소기에 의해 제공된다. 상기 가스터빈으로부터의 뜨거운 배기가스는 순환 유동층 반응기에 사용되는 주요한 유동가스로서 이용된다.
상기 반응기는 가스터빈에서 발생한 뜨거운 배기가스로부터 열을 회수하고 일련의 증기 터빈에 동력을 공급하기 위해 증기를 발생시키는데 사용된다.
부가되는 열을 회수되며, 오염물질은 응축 하부 절약장치에 의해 연도가스로부터 제거된다.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 하여 바람직한 구체적인 실시예로써 상세히 설명한다.
도면을 개략적으로 나타내어보면, 연료가스의 흐름은 파선으로 나타내어지며 연료, 공기, 터빈배기가스, 증기 및 물을 포함하는 다른 모든 고체, 액체 및 기체의 흐름은 실선에 의해 나타내어진다.
가스터빈은 일반적으로 도면부호(10)으로 나타내어지고 공기압축기(12)와 종래의 방식대로 가스터빈을 구동하도록 발전기(도시되지 않음)에 동력을 전달할 수 있게 연결된다.
상기 공기압축기(12)는 흡입관(14)으로부터 공기를 수용하며 관(16)은 공기압축기(12)의 배출구로부터 열회수 영역(20)에 위치한 공기가열기(18)의 공기 흡입구로 뻗어 있다.
분기관(16a)는 관(16)으로부터 후술되는 연료가스 발생기(21)로 뻗어 있다.
공기가열기(18)의 공기배출구는 선(26)을 통해 가스발생기(21)로부터 연료가스를 수요하여 종래의 방식대로 연료가스를 연소시키고 뜨거운 배기가스를 발생시키도록 작동하는 연소기(24)의 공기흡입구에 관(22)에 의해 연결된다. 연소기(24)의 가스배출구는 관(28)에 의해서 가스터빈(10)의 가스흡입구에 연결된다. 상기 터빈(10)으로부터의 뜨거운 배기가스는 관(29)에 의해서 순환 유동층 반응기(31)의 하단부로 보내어지고, 관(29a)에 의해 고체 연료 건조기(30)에 보내어진다.
상기 건조기(30)는 선(29)으로부터 뜨거운 배기가스에 더하여 선(32)으로부터 예를들면 석탄과 같은 고체연료를 수용하여 종래의 방식대로 고체연료를 건조시키도록 작동한다.
상기 건조기(30)으로부터의 가스 배출구는 반응기(31)의 제 2 공기 흡입구에 관(33)에 의해 연결된다. 건조기(30)로부터 건조된 고체연료는 록호퍼(lock hopper)(35)내에 저장되기에 앞서 분쇄되기 위하여 분쇄기(34)로 이송된다.
그 다음에 분쇄된 고체연료는 상기 호퍼(35)로부터 종래의 방식대로 연료가스를 생산하도록 작동하는 가스 발생기(21)로 이송된다. 상기 연료가스발생기(21)는 기화기(gasifier), 열분해기(pyrolyzer), 탄화기(carbonizer) 등으로 구성될 수 있으며, 또한 저 비티유(low-Btu) 가스내에 비말동반된 고체연료 입자들은 고효율 사이클론 분리기 및 세라믹 크로스 플로우-필터(cross flow filter)(도시되지 않음)에서 모아진다. 가스 발생기(21)로부터 탄화된 고체 연료는 선(36a)에 의해서 연소용 반응기(31)로 배출되거나 이송된다.
상기 유동층 반응기(31)는 선(36b)으로부터 예를들면 석탄과 같은 추가의 고체연료를 받아서 종래의 방식대로 관(29)으로부터의 뜨거운 배기가스에 의해 유동화된 미립자 물질로된 층에서 연료를 연소시키도록 작동한다.
유동층 반응기(31)로부터의 비말동반된 미립자를 동반한 연료가스는, 앞으로는 유동층 반응기(31)에 인접하여 배치된 재순환 열교환기(38)내의 유동층으로 보내지고, 뒤로는 관(39)에 의해 열회수영역(20)으로 보내지게 될 가스로부터 비말동반된 고체 물질을 분리하도록 작동하는 분리기(37)로 보내진다. 재순환 열교환기(38)내의 유동층에서 분리된 미립자들은 유동층 반응기(31)내의 유동층으로 보내어진다.
관(39)은 두 개의 분기관(39a),(39b)으로 나누어지며, 후술되는 관(39b)내에는 제어밸브(40)가 위치된다. 열회수영역(20)은 공기가열기(18), 예열기(41), 재가열기(42), 상부 절약장치(44) 및 중간 절약장치(46)를 포함한다. 상기 공기가열기(18)는 예열기(41)와 일렬로 연결되어 있으며, 분기관(39a)로부터의 연도가스경로에 위치해 있고, 상기 재가열기(42)는 공기가열기(18)와 예열기(41)에 병렬로 연결되어 있으며, 분기관(39b)으로부터의 연도가스경로에 위치해 있다. 상기 절약장치(44) 및 중간 절약장치(46)는 일렬로 연결되어 있으며, 나중에 더욱 상세히 설명되어질 바와 같이 예열기(41) 및 재가열기(42)로 부터의 연도가스들을 수용한다.
상기 반응기(31)에는 예를 들면 핀-튜브 벽(fin-tube walls)과 같은 열교환면이 제공될 수 있으며, 소정 온도로 증기를 가열하기 위해 상기 분리기(37)로부터 수용된 온도가스로부터의 열을 상기 증기에 전달하도록 작동하는 예열기(41)의 흡입구로 관(48)에 의해 전달되는 증기를 발생시키기 위하여 상기 열교환면을 통해 물이 지나가도록 되어있다. 예열기(41)의 증기 배출구는 관(49)에 의해서 재순환 열교환기(38)에 연결된다. 상기 재순환 열교환기(38)는 분리기(37)로부터 수용된 분리된 고체물질로 부터의 열을 증기로 전달하여 상기 증기를 소정 온도로 가열하도록 작동한다. 열을 물에 전달하기 위해 반응기에 연결된 열교환기의 한 예가 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제 4,896,717호에서 찾아볼 수 있다.
재순환 열교환기(38)의 증기 배출구는 후술되는 바와 같이 전력을 생산하기 위하여 종래의 방식대로 작동하는 고압 터빈(52)의 증기 흡입구에 관(50)에 의해서 연결된다. 고압증기터빈(52)의 증기배출구는 재가열기(42)로 관(54)에 연결되며, 상기 재가열기는 증기가 관(56)에 의해 중압 터빈(58)의 증기흡입구에 도입되기에 앞서 상기 증기를 소정 온도로 가열하기 위하여 상기 분리기(37)로부터 수용된 연료가스로부터의 열을 전달하도록 작동된다.
상기 고압 터빈(52) 및 중압 터빈(58)은 전기에너지를 발생하도록 발전기(도시되지 않음)에 종래의 방식대로 동력이 전달될 수 있게 연결된다.
중압 터빈(58)의 증기 배출구에는 관(62)에 의해 저압 터빈이 연결되며, 추가의 전력을 생산하기 위해 발전기(도시되지 않음)에 종래의 방식대로 동력이 전달될 수 있게 연결되어 있다.
고압 증기터빈(52), 중압 증기터빈(58) 및 저압 증기터빈(60)을 포함하는 증기터빈들에는 공통인 여러 연결부들이 있으나, 이는 종래의 것과 동일하므로 설명의 편의상 도면에 나타내지 않는다.
저압 터빈(60)의 증기 배출구는 종래의 방식대로 증기를 물로 냉각하여 응축시키도록 작동하는 응축기(66)에 관(64)에 의해 연결된다.
따라서 발생된 물을 모으기 위해 물탱크(68)가 제공되며, 보충수 및 상기 증기터빈(52),(58),(60)으로부터 모아진 응축된 증기 블리드(bleed)와 함께 혼합된다.
중간 절약장치(46)의 가스배출구는 연도가스내에 비말동반된 잔존 미립물질의 실질적인 부분을 제거하기 위해 제공된 백하우스(baghouse)(72)의 가스흡입구에 관(70)에 의해서 연결된다. 상기 백하우스(72)의 가수 배출구는 관(74)에 의해 유도 송풍 팬(75)의 가스 흡입구에 연결된다. 유동 송풍 팬(75)의 가스 배출구는 하부 절약장치(77)의 가스 흡입구에 관(76)에 의해 연결된다, 물펌프(78)는 관(80)에 온수탱크(68)로부터 물을 수용하며, 상기 물을 관(82)에 의해 하부절약장치(77)로 보내어 상기 하부절약장치(77)를 통하여 상기 물에 연도가스로부터의 열을 전달하게 된다. 상기 하부절약장치(77)는 특히 황산화물 및 질소산화물 농축으로 인한 부식을 방지하고 현열(顯熱) 및 잠열(潛熱) 모두를 추출하기 위해 모든 가스측 표면이 테프론(teflon)으로 코딩된 측면들로 설계되어 있다.
연도가스 재가열기(84)는 공급원(도시되지 않음), 예를들면 응축된 증기 블리드, 뜨거운 연도가스 등으로 부터의 연도가스에 열을 전달하기 위해 관(86)에 의해 하부 절약장치(77)로부터 연도가스를 수용한다. 관(88)에 의해 대기로 상기 연도가스를 방출하기 위해 상기 연도가스 재가열기(84)로부터의 비교적 차가운 가스를 수용하기 위해 스택(도시되지 않음)이 제공됨은 알려져 있다.
상기 하부 절약장치(77)의 물 배출구는 물펌프(90)의 물 흡입구에 관(89)에 의해 연결된다. 상기 물펌프(90)의 배출구는 중간절약장치(44)의 흡구입에 관(91)에 의해서 연결되며, 중간 절약장치(44)의 물 배출구는 플래시 탱크(93)의 흡입구에 관(92)에 의해서 연결된다. 상기 플래시 탱크(93)는 물에서 가스를 제거하고, 물의 일부를 연료가스를 발생시키는데 사용하기 위한 연료가스 발생기(21)에 관(94)에 의해 전달하고, 가스터빈의 구동을 돕기 위하여 분기관(94a)에 의해 공기가열기(18)와 연소기(24)를 통해 가스터빈(10)으로 통하기 위한 관(16)에 전달되는 증기로 변환하도록 작동한다. 상기 공기 가열기(18)을 통한 압력강하는 연료가스 발생기(17)를 통한 압력 강하와 동일함은 이미 알려져 있다.
플래시 탱크(93)내의 나머지 물은 관(100)에 의해서 상부 절약장치(44)에 연결된 배출구를 갖는 펌프(98)의 흡입구에 관(96)에 의해서 전달된다. 이리하여, 상부 절약장치(44), 중간 절약장치(46) 및 하부 절약장치(77)는 예열기(41) 및 재가열기(42)로부터 수용된 연도가스로 부터의 열을 그를 통과하는 물에 전달하도록 작동한다.
물은 후술되어지는 바와같이 상부 절약장치(44)로부터 반응기(31)로 관(102)에 의해서 전달된다.
이상 설명한 바와 같은 구성으로된 본 발명의 작동에 있어서, 공기압축기(12)는 소정 온도와 압력, 예를들면 대기 상태와 같은 온도와 압력에서 공기를 수용하며, 그의 온도 및 압력을 소정 양, 예를들면 710℉ 및 205psia로 각각 상승시키기 위하여 공기를 압축시키기 위해 가스터빈(10)에 의해 구동된다. 플래시 탱크(93)으로부터의 증기는 혼합가스를 형성하기 위해 관(16)내의 압축된 공기와 혼합되는데, 상기 혼합가스는 혼합가스의 온도를 소정 양으로 상승시키기 위해 분리기(37)에 의해 공기 가열기(18)에 공급되는 뜨거운 연도가스와 열교환 하면서 공기가열기(18)를 통과하게된다.
공기가열기(18)로부터 혼합가스는 또한 연료가스 발생기(21)로부터의 연료를 수용하여 공기의 온도를 추가의 소정 양, 예를들면 2300℉로 상승시키기 위하여 혼합가스가 있는 상태에서 연료를 연소시키는 연소기(24)에 도입된다. 그리고 나서 연소로 인한 가스의 생성물들을 동반한 공기는 터빈(10)이 공기압축기(12) 및 발전기(도시되지 않음)를 구동할 수 있도록 증가된 양과 체적으로 가스터빈(10)을 구동하기 위해 상기 가스터빈(10)에 도입된다. 상기 가스터빈(10)으로부터의 배기가스들은 그에 함유된 미립물질을 유동시키고 연소시키기 위해 반응기(31)의 하부로 보내어진다.
상기 연료가스 발생기(21)는 록호퍼(35)로부터 예를 들면 석탄과 같은 미립고체연료를 수용하여, 연소기(24)를 지나 연소되는 저 비티유 연료가스를 만들기 위해 미립 연료를 열분해 또는 탄화시킨다.
가스 발생기(21)로부터의 탄화된 고체 연료는 연소를 위해 반응기(31)로 전달된다. 함유물의 가연성 때문에 요구되는 바와같이 발생기를 세척하기 위해 플래시 탱크(93)로부터 연료가스 발생기(21)로 증기가 공급된다.
반응기(31)는 예를들면 석탄 및 석회암과 같은 미립연료물질 및 미립 흡착물질을 각각 수용하고 열교환면을 통과하는 물의 온도를 소정 온도, 예를들면 1050℉로 상승시키기 위하여 상기 터빈(10)으로부터의 배기 가스와 가스 발생기(21)로부터의 연료가 있는 상태에서 미립 물질을 연소시키기 위하여 앞서 명시된 특허에 공개되어 있는 방식으로 작동한다. 유동층 반응기(31)로 부터의 비말동반된 입자들을 동반하는 연도가스는 앞서 기술된 바와 같이 예열기(41)로부터 수용된 증기를 가열하기 위해 재순환 열교환기(38)로 도입되는 고체물질을 갖는 가스로부터 비말동반된 고체물질을 분리하도록 작동하는 분리기(37)로 보내진다. 상기 분리기(37)로부터의 뜨거운 가스들은 혼합가스의 온도를 상승시키기 위해 공기 가열기(18)로 보내지고, 증기의 온도를 상승시키기 위해 재가열기(42) 및 예열기(41)로 보내진다. 상기 분기관(39b)내에는 재가열기(42)를 가로지르는 뜨거운 연료가스의 흐름을 제어하여 결과적으로 그를 통과하는 증기의 온도를 제어하기 위하여 제어밸브(40)가 위치된다. 그 다음에 뜨거운 가스는 절약장치(44)(46) 및 백하우스(72)를 통하여 후술되는 하부 절약장치(77)로 보내진다.
상기 반응기(31)는 또한 소정 압력 예를들면 2500psia에서 물을 증기로 변환하기 위하여 상부 절약장치(44)로부터의 물을 수용한다. 그렇게 하여 발생된 증기는 상기 예열기(41)로 보내어져서 증기의 온도를 소정 양으로 올리기 위하여 앞서 언급된 뜨거운 연도가스와 열교환하면서 통과된다. 그리고 나서 상기 증기는 상기 예열기(41)로부터 재순환 열교환기(38)로 보내어져서 증기의 온도를 추가의 소정 양, 예를들면 1050℉로 올리기 위하여 상기 재순환 열교환기 내에서 분리된 미립자와 열교환하면서 통과된다. 그리고 나서 상기 증기는 상기 열교환기(38)로부터 전력을 생산하기 위해 종래의 방식으로 작동되는 고압 터빈(52)으로 보내진다. 배출증기는 소정 온도 및 압력 예를들면 각각 695℉ 및 610psia로 상기 고압 터빈(52)에 남게 되고, 상기 증기의 온도를 예를 들면 1050℉로 다시 상승시키기 위해 재가열기(42)로 보내어진 후, 추가의 전력을 생산하기 위하여 중압 터빈(58)으로 보내어진다. 그리고 나서 상기 중압 터빈(58)으로 부터의 증기를 저압 터빈(60)이 수용하여 더욱 더 많은 전력을 생산하게 된다.
응축기(66)는 상기 저압 터빈(60)으로부터의 물을 받아서 소정 온도 및 압력, 예를들면 각각 92℉ 및 1.5 인치의 수은주에서 증기를 물로 응축한다. 응축하는 동안 증기로부터 방출되는 열을 흡수하기 위해 냉각탑(도시되지 않음)이 제공될 수도 있음은 이미 알려져 있다. 상기 물은 복수의 근원, 예를들면 증기 터빈으로부터 누수된 증기가 보충수 등으로부터의 물을 받아서 혼합하기 위한 저장소 역할을 하는 온수탱크(68)로 보내어진다.
상기 물은 중간 절약장치(46)를 가로질러 측정된 상대적인 압력강하를 만족시키기에 충분한 압력으로 펌프(78)에 의해 상기 온수탱크(68)로부터 펌프된다. 상기 펌프된 물은 유도된 송풍팬(75)으로부터 상기 하부절약장치(77)에 공급되는 연도가스로부터의 남아 있는 열에너지를 추출하도록 작동하는 하부절약장치(77)를 통과한다. 상기 연도가스의 온도는 상기 하부절약장치(77)에서 미리 결정된 양, 예를들면 350℉~약 130℉로 감소되고 이때 물의 온도는 소정 양 예를들면 96℉~206℉로 증가된다.
상기 물은 상기 중간 절약장치(46)와 플래시 탱크(93)를 가로질러 측정된 상대적인 압력 강하를 만족시키기에 충분한 압력으로 펌프(9)에 의해 중간 절약장치(46)와 플래시 탱크(93)를 통해 하부절약장치(77)로부터 펌프된다. 그리고 나서 다시 상기 물은 상부 절약장치(44)와 재순환 열교환기(38)를 통해 측정되고 고압 터빈(52)의 작동을 위해 요구되는 상대적인 압력 강하를 만족시키기에 충분한 압력, 예를들면 2500psia로 펌프(98)에 의해 상부 절약장치(44), 반응기(31) 및 재순환 열교환기(38)를 통해 플래시 탱크(93)로부터 펌프된다. 그렇게하여 상기 물은 상기 반응기(31)에 도입되기 전에, 세로로 늘어선 중간 절약장치(46), 플래시탱크(93) 및 절약장치(44)를 통해 하부절약장치(77)를 통해 보내지고, 상기 물의 온도를 소정 양, 예를들면 약 600℉로 증가시키기 위해 각각의 절약장치를 통해 연도가스로부터 열이 전달된다. 상기 연도가스로부터 물에 전달되는 열은 플래시탱크(93)에 의해 증기의 형태로 방출되고 공기가열기(18)에 공급되고 계속해서 전력을 생산하기 위해 가스터빈(10)에 공급된다. 앞서 언급한 절약장치(44) 및 (46)을 통과하는 물과의 열교환으로 인해 상기 절약장치를 통과하는 연도가스의 온도는 상기 가스가 백하우스(72)에 도입되기 전에 소정 양, 예를들면 800℉~약 350℉로 낮아진다. 상기 백하우스(72)는 가스가 하부절약장치(77)에 도입되기 전에 연도가스로부터 비말동반된 미립물질을 제거한다. 상기 하부절약장치(77)는 그를 통해 지나가는 연도가스로부터 물로 감지할 수 있는 열은 물론 잠재열도 양쪽 다 전달하여 응축을 일으키고 그 때문에 연도가스로부터 질산, 황산 및 아황산을 추출하도록 작동한다.
상기 연도가스 재가열기(84)는 상기 하부절약장치(77)로부터 연도가스를 받아서 상기 연료가스를 스택(도시되지 않음)을 통해 방출하기 전에 상기 하부절약장치로부터의 연료가스 온도를 소정 양, 예를들면 160℉로 상승시키기 위하여 공급원(도시되지 않음), 예를들면 뜨거운 연도가스, 응축된 증기등으로부터의 열을 전달한다.
본 발명의 시스템 및 방법은 종래기술에 비해 몇가지 장점을 갖는다. 예를들면, 상기 공기가열기(18)의 사용으로 비싼연료, 예를들면, 기름이나 천연가스에 대한 필요를 줄이고 터빈(10)의 작동에 필요한 실질적인 에너지를 공급할 수 있다. 더욱이, 연료가스 발생기(21)의 사용으로 비교적 저가의 연료, 예를들면 석탄으로부터 가스터빈을 구동하기 위한 연료가스를 생산할 수 있게되었다. 또한, 상기 터빈(10)으로 부터의 배출가스는 그안에 포함된 미립물질의 유동을 위해 순환하는 유동층 반응기(31)에 공급되어 배출가스속에 저장된 열에너지를 회수할 수 있게 되었다. 더욱이, 상기 순환하는 유동층 반응기(31)는 연소를 위해 비교적 저가의 고유황 석탄을 사용할 수 있고 전력을 생산하기 위해 가스터빈(10) 및 증기터빈(52),(58),(60) 양쪽의 작동에 필요한 실질적인 에너지를 공급한다. 또한 응축용 하부절약장치(77)는 잠재되어 있고 감지할 수 있는 열을 모두 추출하므로써 추가의 열을 회수하고 그로 인해 부가된 오염물질, 예를들면 NOx, SOx 및 비말동반된 미립자들을 응축하여 제거할수 있게 된다. 결과적으로, 상기 응축용 하부절약장치(77)는 오염물질 방출을 감소시킴은 물론 열효율을 증가시킨다.
비록 도면에서 상세히 도시되지는 않았지만, 추가의 필요한 장비가 제공되어질 것이며 이들과 앞서 설명된 모든 구성요소들은 완전하게 동작하는 시스템을 형성하기 위해 적절한 형태로 배치되어짐을 알 수 있다.
본 발명의 방법에서 발명의 범위를 벗어나지 않고 여러 가지 변형이 이루어질 수 있음을 알 수 있다. 예를들면, 그 이상 또는 이하의 절약장치 및/ 또는 증기 터빈이 제공될 수도 있고 플래시탱크가 디에어레이터(deaerator)로 대체될 수 있다. 추가로, 상기 가스터빈(10)은 반응기(31)에 기본적 공기는 물론 추가의 공기를 공급하기 위해 사용될 수 있다. 마찬가지로, 증기는 공기가열기(18) 및 연료가스 발생기(17)는 물론 연소기(24)에 공급될 수 있다.
앞서의 설명에서 여러 가지 수정, 변형 및 대체가 나타내어졌고 몇몇예에서 발명의 몇가지 형태가 다른 형태의 대응하는 사용없이 이용될 것이다.
따라서, 첨부된 청구범위는 넓고 본 발명의 범위와 일관된 방법으로 해석됨이 적절한다.

Claims (14)

  1. 대기압하에서 작동하는 용기, 상기 용기내에 연료를 포함하는 미립자물질의 일부가 상기 연료의 연소 결과로서 생성된 연도 가스에 의해 비말동반되도록 하는 수단, 상기 미립자물질을 유동화시키기 위한 수단, 상기 연료의 연소의 결과로서 생성된 연도 가스로부터 비말동반된 미립자물질을 분리하기 위한 수단, 제2증기 양을 가열하기 위하여 상기 분리된 연도 가스의 제1부분을 제2증기 양과 열교환 하면서 분사하기 위한 수단, 상기 예열된 공기를 가열하기 위하여 상기 분리된 연도 가스의 나머지 부분을 상기 예열된 공기와 열교환 하면서 보내기 위한 수단, 상기 제2증기 양과 예열된 공기와 열교환 하면서 보내진 분리된 연도 가스의 상대량을 제어하기 위한 밸브수단, 물을 제3증기 양으로 변환시키기 위해 상기 물을 상기 유동층에 대해 열교환하면서 보내기 위한 수단, 증기터빈수단, 상기 증기터빈수단을 구동하기 위해 상기 제3증기 양을 증기터빈수단으로 보내기 위한 수단, 가스 연소기, 상기 가열된 공기를 상기 가스 연소기로 보내기 위한 수단, 상기 가스 연소기로 연료가스를 보내어, 뜨거운 가스를 생성하도록 상기 제1증기 양 및 상기 가열된 공기가 있는 상태에서 상기 연료가스를 연소하기 위한 수단, 가스터빈, 및 가스터빈을 구동하기 위해 상기 뜨거운 가스를 상기 가스터빈으로 보내는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 연소시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 물을 형성하기 위하여 상기 증기터빈수단으로부터의 배출 증기를 응축하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 연소시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 분리된 미립자물질을 상기 유동층으로 다시 되돌려 순환시키기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 연소시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 연료가스를 생성하기 위하여, 유기물질을 수용하기 위한 수단과 상기 물질을 기화하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 연소시스템.
  5. 대기압하에서 연료를 포함하는 미립자물질층을 형성하는 단계, 상기 미립자물질의 일부가 상기 연료의 연소결과 생성된 연도가스에 의해 비말동반되도록 상기 미립자물질을 유동화시키는 단계, 상기 연료의 연소결과 생성된 연도가스로부터 비말동반된 미립자물질을 분리하는 단계, 상기 공기를 예열하고 상기 공기의 열용량을 증가시키기 위해 제1증기 양으로 공기를 분사하는 단계, 상기 예열된 공기를 가열하기 위해 상기 예열된 공기와 열교환하면서 상기 분리된 연도가스의 제1부분을 통과시키는 단계, 상기 제2증기 양과 상기 예열된 공기와 열교환하면서 보내진 분리된 연도가스의 상대량을 제어하는 단계, 상기 물을 제3증기 양으로 변환하기 위하여 상기 유동층과 열교환하면서 물을 보내는 단계, 증기터빈을 구동하기 위해 증기터빈으로 상기 제2증기 양을 보내는 단계, 상기 증기터빈을 구동하기 위해 증기터빈으로 제3증기 양을 보내는 단계, 가열된 공기를 가스연소기로 보내는 단계, 연료가스를 상기 가스연소기로 보내는 단계, 뜨거운 가스를 생성하기 위해 상기 제1증기 양과 상기 가열된 공기가 있는 상태에서 상기 가스연소기내에서 상기 연료가스를 연소시키는 단계, 및 가스터빈을 구동하기 위해 가스터빈으로 상기 뜨거운 가스를 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 연소방법.
  6. 5항에 있어서, 상기 물을 형성하기 위해 상기 증기터빈으로부터의 배출증기를 응축하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 연소방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 분리된 미립자물질을 상기 유동층으로 다시 되돌려 순환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 연소방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 연료가스를 생산하기 위하여, 유기물질을 수용하는 단계와 상기 유기물질을 기화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 연소방법.
  9. 유기물질을 수용하기 위한 수단, 대기를 수용하고 압축된 공기를 배출하기 위한 압축기, 연료가스와 고체입자연료를 생성하기 위해 제1증기 양과 압축 공기가 있는 상태에서 상기 유기물질을 기화시키기 위한 수단, 가스연소기, 상기 압축 공기를 상기 가스연소기로 보내기 위한 수단, 뜨거운 가스를 생성하기 위하여 상기 압축 공기가 있는 상태에서 연소를 위해 상기 연료가스를 상기 가스연소기로 보내기 위한 수단, 가스터빈, 상기 압축기를 구동하고 배출가스를 배출하는 상기 가스터빈을 구동하기 위하여 상기 뜨거운 가스를 가스터빈으로 보내기 위한 수단, 대기압하에서 작동하는 용기, 상기 용기에 상기 고체입자연료를 포함하는 미립자 물질의 층을 형성하기 위한 수단, 상기 배출가스를 상기 용기로 보내기 위한 수단, 상기 미립자물질의 일부가 상기 배출가스와 상기 고체입자연료의 연소의 결과로서 생성된 연도 가스에 의해 비말동반되도록 상기 미립자물질을 유동화시키기 위한 수단, 상기 연도 가스로부터 비말동반된 미립자물질을 분리하기 위한 수단, 제2증기 양을 가열하기 위하여 상기 분리된 연도 가스의 제1부분을 제2증기 양과 열교환 하면서 보내기 위한 수단, 뜨거운 압축공기가 상기 가스연소기로 보내지도록 상기 압축공기를 가열하기 위해 상기 분리된 연도가스의 나머지 부분을 압축공기와 열교환 하면서 보내기 위한 수단, 상기 제2증기 양과 압축공기와 열교환 하면서 보내진 분리된 연도 가스의 상대량을 제어하기 위한 밸브수단, 물을 제3증기 양으로 변환시키기 위해 상기 물을 상기 유동층에 보내기 위한 수단, 증기터빈, 상기 증기터빈을 구동하기 위해 상기 제2증기 양을 증기터빈으로 보내기 위한 수단, 및 상기 증기터빈을 구동하기 위해 상기 제3증기 양을 증기터빈으로 보내기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 연소시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 연도가스와 열교환 하면서 보내진 상기 압축공기내로 증기를 분사하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 연소시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 압축공기내로 분사된 상기 증기를 공급하기 위한 플래시 탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 연소시스템.
  12. 유기물질을 수용하는 단계, 공기를 압축하는 단계, 연료가스와 고체입자연료를 생성하기 위하여 제1증기 양과 상기 압축공기가 있는 상태에서 상기 유기물질을 기화시키는 단계, 상기 압축공기를 가스연소기로 보내는 단계, 뜨거운 가스를 생성하기 위하여 상기 압축공기가 있는 상태에서 연소를 위해 상기 연료가스를 상기 가스연소기로 보내는 단계, 상기 압축기를 구동하고 배출가스를 배출하는 가스터빈을 구동하기 위하여 상기 뜨거운 가스를 가스터빈으로 보내는 단계, 대기압하에서 작동하는 용기에 고체입자연료를 포함하는 미립자물질층을 형성하는 단계, 상기 배출가스를 상기 용기로 보내는 단계, 상기 미립자물질의 일부가 상기 배출가스와 상기 고체입자연료의 연소결과 발생된 연도가스에 의해 비말동반되도록 상기 미립자물질을 유동화시키기는 단계, 제2증기 양을 가열하기 위해 상기 분리된 연도가스의 제1부분을 제2증기 양과 열교환하면서 보내는 단계, 뜨거운 압축공기가 상기 가스연소기로 보내지도록 상기 압축공기를 가열하기 위해 상기 분리된 연도가스의 나머지 부분을 압축공기와 열교환 하면서 보내는 단계, 상기 제2증기 양과 상기 공기와 열교환하면서 보내진 분리된 연도가스의 상대량을 제어하는 단계, 상기 물을 제3증기 양으로 변환하기 위하여 상기 유동층에 보내는 단계, 증기터빈을 구동하기 위해 증기터빈으로 상기 제2증기 양을 보내는 단계, 및 상기 증기터빈을 구동하기 위해 증기터빈으로 제3증기 양을 보내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 연소방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 연도가스와 열교환 하면서 보내진 상기 압축공기내로 증기를 분사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 연소방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 압축공기내로 분사된 상기 증기를 플래시 탱크로부터 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층 연소방법.
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