KR100357281B1 - Multi - electric generating system and method using middle temperature collector - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가압 기포유동층 연소기술과 상압 순환유동층 연소기술의 장점을 최대로 활용하여 고효율 복합발전을 가능하게 하는 복합 발전 시스템 및 그 방법을 제공한다. 그 발전시스템은 석탄을 부분 산화시켜 석탄가스를 생성하는 가압 기포유동층 가스화기; 가스화기에서 생산된 석탄가스의 온도를 낮추기 위한 가스냉각기; 중온화된 석탄가스에서 분진을 제거하기 의한 중온 집진장치; 그 석탄가스를 연소시키기 위한 연소기; 연소기에 의한 연소에 의해 작동되어 전기를 생산하는 가스터빈; 가스터빈에 연결된 폐열회수 증기발생기; 가스화기에서 생산된 촤를 연소시키기 위한 상압 순환유동층 보일러; 연소된 연소가스를 공급받아 분진을 제거하기 위한 사이클론; 정제된 사이클론으로부터 배출되는 연소가스에서 열을 회수하여 고온의 증기를 발생시키기 위한 과열증기 발생기; 과열증기 발생기에서 생성된 고온의 증기에 의해 작동되어 전기를 생산하는 증기터빈; 및 응축수를 가열시켜 과열증기 발생기로 순환시키기 위한 외부 유동층 열교환기로 구성된다. 이 발전시스템을 복합적으로 작동시켜 전력을 효율적으로 제공받을 수 있다.The present invention provides a combined power generation system and method for enabling high efficiency combined cycle power generation utilizing the advantages of pressurized bubble fluidized bed combustion technology and atmospheric pressure circulating fluidized bed combustion technology to the maximum. The power generation system includes a pressurized bubble fluidized bed gasifier that partially oxidizes coal to produce coal gas; A gas cooler for lowering the temperature of coal gas produced in the gasifier; A medium temperature dust collector for removing dust from the warmed coal gas; A combustor for combusting the coal gas; A gas turbine operated by combustion by a combustor to produce electricity; A waste heat recovery steam generator connected to the gas turbine; Atmospheric pressure circulating fluidized bed boiler for burning steam produced in the gasifier; A cyclone for removing dust by receiving combustion gas; A superheated steam generator for recovering heat from the combustion gas discharged from the purified cyclone to generate hot steam; A steam turbine operated by hot steam generated in a superheated steam generator to generate electricity; And an external fluidized bed heat exchanger for heating the condensate and circulating it to the superheated steam generator. By operating this power generation system in combination, power can be efficiently provided.

Description

중온 집진장치를 이용한 복합 발전시스템 및 그 시스템을 이용한 복합 발전방법{Multi - electric generating system and method using middle temperature collector}Combined power generation system using a medium temperature dust collector and combined power generation method using the system {Multi-electric generating system and method using middle temperature collector}
본 발명은 중온 집진장치를 채용한 복합 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가압 기포유동층 연소기술과 상압 순환유동층 연소기술의 장점을 최대로 활용하여 고효율 복합발전을 가능하게 하는 고신뢰도 복합 발전 시스템 및 그시스템을 이용한 복합 발전방법에 관한 것이다.The present invention relates to a combined cycle power generation system employing a medium temperature dust collector, and more particularly, to a high reliability combined cycle power generation system that enables high efficiency combined cycle power generation by utilizing the advantages of pressurized bubble fluidized bed combustion technology and atmospheric pressure circulating fluidized bed combustion technology to the maximum. And a complex power generation method using the system.
가압 기포유동층 복합발전기술은 연료의 연소열에 의해 생성된 증기를 사용하여 증기터빈을 구동시키고, 또한 약 800 내지 900℃의 고온과 약 10 내지 20bar의 압력의 연소가스로 가스터빈을 구동시킴으로써 전기를 생산하는 발전기술 또는 발전 시스템이다. 이 발전기술은 또한 연소온도가 낮아 질소산화물의 배출이 적고 연소시 로내에 석회석이나 백운석과 같은 탈황제를 혼합 주입하여 연소공정에서 99%의 탈황이 가능하므로 공해 배출이 낮은 청정석탄 연소기술로 분류될 수 있다.The pressurized bubble fluidized bed combined cycle technology uses steam generated by the heat of combustion of fuel to drive a steam turbine and also drives electricity by driving a gas turbine with a combustion gas at a high temperature of about 800 to 900 ° C. and a pressure of about 10 to 20 bar. It is power generation technology or power generation system to produce. This power generation technology is also classified as a clean coal combustion technology with low pollution emission because of low combustion temperature, low emission of nitrogen oxide and 99% desulfurization in combustion process by injecting desulfurization agents such as limestone or dolomite into the furnace during combustion. Can be.
그러나, 이와 같은 발전기술에서는 가압 기포유동층 보일러에서 배출되는 입자가 회분 및 미연탄소, 탈황제, 알칼리금속 혼합물 등을 포함하는 바, 이들로 인해 가스터빈 블레이드에 손상을 주는 문제점이 있다. 한편, 최근에는 사이클론을 이용한 집진방식을 채택하고 있으며, 현재로서는 고효율 고온 집진기술이 확보되어 있지 못하므로 주기적으로 가스터빈의 블레이드를 교체해야 하는 문제점이 있다.However, in such a power generation technology, the particles discharged from the pressurized bubble fluidized bed boiler include ash and unburned carbon, a desulfurization agent, an alkali metal mixture, and the like, which causes a problem of damaging the gas turbine blades. On the other hand, recently, the cyclone dust collecting method has been adopted, and at present, there is a problem in that the blade of the gas turbine needs to be replaced periodically because the high efficiency high temperature dust collecting technology is not secured.
보다 상세히 설명하면, 일명 1세대 가압 기포유동층을 개선한 가압 순환유동층을 이용하는 발전기술은, 유동화 속도를 크게하여 유동층 물질을 순환하면서 연소하는 기술로서, 사이클론에서 포집된 입자는 순환유동층 연소로에 재주입된다. 순환유동층 상부에서 전열관을 통하여 추출한 열로 증기를 생산하고 이를 이용하여 증기터빈을 구동하여 전기를 생산한다. 이 기술은 기체와 고체의 접촉시간이 길기 때문에 노내 탈황율 및 연소효율이 기존의 기포유동층보다 높고 연소로의 단위면적당 발생가능한 열량도 높으며, 또한 운전이 간편하고 유지관리가 용이한 장점이 있다. 그러나, 재순환을 위한 사이클론과 외부 유동층 열교환기의 설계를 개선해야하고, 열전달 및 마모문제를 해결해야 하며, 가압 기포 유동층과 마찬가지로 고온 집진기술이 확보되어 있지 않으므로 주기적으로 가스터빈 블레이드를 교체해야 하는 불편함이 있다.In more detail, the power generation technology using the pressurized circulation fluidized bed, which is an improvement of the first generation pressurized bubble fluidized bed, is a technology that burns while circulating a fluidized bed material by increasing the fluidization rate, and the particles collected in the cyclone are re-wound in the circulating fluidized bed combustion furnace. Is injected. Steam is produced from the heat extracted from the heat transfer pipe in the upper part of the circulating fluidized bed, and the steam turbine is used to generate electricity. This technology has a long contact time between gas and solid, so the furnace desulfurization rate and combustion efficiency are higher than those of the existing bubble fluidized bed, and the amount of heat generated per unit area of the combustion furnace is high, and it is easy to operate and easy to maintain. However, it is necessary to improve the design of the cyclone and external fluidized bed heat exchanger for recirculation, to solve the heat transfer and wear problems, and to replace the gas turbine blades periodically because there is no high temperature dust collection technology like the pressurized bubble fluidized bed. There is a ham.
그리고, 일명 2세대 가압 순환 유동층 발전기술은, 그 같은 발전시스템에 석탄을 열분해시키는 가스화기와 여기서 생성된 연료가스와 가압 순환 유동층에서 배출되는 가스를 재연소시키는 토핑 연소기를 부가한 시스템을 이용한다. 이 토핑 연소기는 가스터빈의 전단에 위치하고 있으며, 출구가스조건은 약 210psi의 압력 과 약 1100℃의 온도로 되는 고압고온 상태이므로, 가스터빈 재질이 견디어 준다면 기존의 가압 유동층 복합발전에 비해 가스터빈의 효율을 상승시킬 수 있는 획기적인 방법이다. 그러나, 고온 및 고압상태의 석탄가스에서 분진 제거에 대한 안정되고 입증된 기술이 부재한 상태에 있음은 물론 실제 시스템에 적용되지 못하고 있는 문제점이 있다.In addition, the so-called second generation pressurized circulating fluidized bed power generation technology uses a system in which a gasifier for pyrolyzing coal and a topping combustor for reburning the fuel gas generated therein and the gas discharged from the pressurized circulating fluidized bed are used. The topping combustor is located at the front of the gas turbine, and the outlet gas condition is high pressure and high temperature with a pressure of about 210 psi and a temperature of about 1100 ° C. It is a revolutionary way to increase efficiency. However, there is a problem that the stable and proven technology for removing dust from coal gas at high temperature and high pressure is in the absence of course, and is not applied to an actual system.
이 같은 기술을 채택하고 있는 선행기술의 하나로서, 미국특허 제5,255,507호에 개시된 가스화기와 상압 순환유동층 보일러를 연계한 복합 발전시스템으로서, 가스화기에서 생산된 석탄가스와 압축기에서 발생하는 압축공기를 연소시켜 가스터빈을 구동하는 한편, 상압 순환유동층 보일러에서 생산되는 증기로 증기터빈을 구동하여 전력을 생산한다. 여기서, 토핑 연소기로부터 1,200℃의 연소가스를 이용하여 가스터빈을 구동시키므로 열효율은 기존의 가압 유동층 복합 발전시스템보다는 높지만, 석탄가스를 분진제거장치를 거치지 않고 연소기로 보내며 이 연소가스를 이용하여 가스터빈을 구동함에 따라 가스터빈에 침식이 발생되거나 부식이 발생되어 고장을 초래하는 문제점이 있다.As one of the prior art adopting such a technology, a complex power generation system in which a gasifier and an atmospheric pressure circulating fluidized bed boiler disclosed in U.S. Patent No. 5,255,507 are combusted to burn coal gas produced in the gasifier and compressed air generated from a compressor. While driving the gas turbine, the steam turbine is produced by steam produced by the atmospheric pressure circulating fluidized bed boiler to generate power. Here, the gas turbine is driven by the combustion gas of 1,200 ℃ from the topping combustor, so the thermal efficiency is higher than that of the conventional pressurized fluidized bed combined cycle power generation system, but the coal gas is sent to the combustor without the dust removal device. By driving the erosion or corrosion occurs in the gas turbine there is a problem that causes a failure.
또한, 다른 하나의 종래의 기술로서, 미국특허 제5,946,900호의 고효율 석탄연소 복합발전 시스템은 상압 순환유동층 촤발생기에서 발생한 촤를 상압순환유동층 보일러에서 연소시키며, 가스터빈 배기가스는 유동층 보일러의 연료 및 층물질을 유동화 하는데 사용된다. 여기서, 증기터빈에 의한 발전에 대한 가스터빈에 의한 발전의 비율을 높여 효율을 높이고, 가스터빈 배기가스를 여러 단계의 열교환기를 통하여 예열할 수 있는 시스템을 제시하고 있다. 그러나, 이 시스템은 가스터빈 연소기에서 사용되는 석탄가스의 분진제거가 물 분사 방식인 ??칭 워터 스크루버(quench water scrubber)를 사용함으로 인해 온도가 급격히 하강됨으로써 효율이 감소되는 문제점이 있다.In addition, as another conventional technology, US Patent No. 5,946,900, the high-efficiency coal-fired combined cycle power generation system burns fuel generated in an atmospheric pressure circulating fluidized bed generator in an atmospheric pressure circulating fluidized bed boiler, and the gas turbine exhaust gas is used for the fuel and bed of the fluidized bed boiler. Used to fluidize materials. Here, a system for increasing efficiency by increasing the ratio of power generation by a gas turbine to power generation by a steam turbine, and suggesting a system capable of preheating the gas turbine exhaust gas through heat exchangers of various stages. However, this system has a problem in that the efficiency of the coal gas used in the gas turbine combustor is reduced by the rapid drop in temperature due to the use of a quench water scrubber, which is a water injection method.
이에, 본 발명은 상술된 문제점들을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 고신뢰도, 고효율의 중온 집진장치를 이용한 유동층 복합 발전시스템을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been invented to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a fluidized bed combined cycle power generation system using a high-temperature, high-temperature dust collector of high reliability.
본 발명의 또 다른 목적은, 가압 기포유동층 가스화기에서 석탄의 휘발분을 휘발시켜 발생하는 고온, 고압의 연료가스를 이용하여 가스터빈을 구동하고, 휘발분이 빠져나간 촤를 상압 순환유동층 보일러의 연료로 사용하여 재연소 시킴으로써 발생하는 열을 이용하여 증기터빈을 구동하는, 중온 집진장치를 이용한 유동층 복합 발전 시스템을 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to drive a gas turbine using a high-temperature, high-pressure fuel gas generated by volatilizing coal volatiles in a pressurized bubble fluidized bed gasifier, and converting the gas from the volatiles as a fuel of an atmospheric pressure circulating fluidized bed boiler. The present invention provides a fluidized bed combined cycle power generation system using a medium temperature dust collector, which drives a steam turbine using heat generated by reburning.
본 발명의 또 다른 목적은, 중온 집진장치를 채택하여 집진효율을 높임으로가스터빈 블레이드의 침식 및 알카리 부식 방지에 의한 수명연장과 발전효율을 증가시킬 수 있는, 중온 집진장치를 이용한 유동층 복합 발전 시스템을 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to increase the dust collection efficiency by adopting a medium temperature dust collector, which can increase the lifespan and power generation efficiency by preventing erosion and alkali corrosion of gas turbine blades, a fluidized bed combined cycle power generation system using a medium temperature dust collector. To provide.
도 1은 본 발명에 다른 중온 집진장치를 이용한 복합 발전시스템의 구성도.1 is a block diagram of a complex power generation system using a medium temperature dust collector according to the present invention.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠♠ Explanation of symbols on the main parts of the drawing ♠
10: 가압 기포유동층 가스화기 12: 가스냉각기10: pressurized bubble fluidized bed gasifier 12: gas cooler
14: 중온 집진장치 16: 연소기14: medium temperature dust collector 16: combustor
18: 가스터빈 20: 폐열회수 증기발생기18: gas turbine 20: waste heat recovery steam generator
22: 상압 순환유동층 보일러 24: 사이클론22: atmospheric circulation fluidized bed boiler 24: cyclone
26: 과열증기 발생기 28: 증기터빈26: superheated steam generator 28: steam turbine
30: 외부 유동층 열교환기 32: 압축기30: external fluidized bed heat exchanger 32: compressor
이 같은 목적들은 석탄과 탈황제의 혼합물을 수용하여 연소시키는 가압 기포유동층 가스화기; 상기 기포유동층 가스화기에서 생산된 고온고압의 석탄가스의 온도를 낮추기 위한 가스냉각기; 상기 가스냉각기로부터 중온화된 석탄가스를 수집하여 분진을 제거하기 의한 중온집진장치; 상기 중온 집진장치에서 처리된 석탄가스를 수용하여 연소시키기 위한 연소기; 상기 연소기에서 발생되는 고온의 연소가스에 의해 작동되어 전기를 생산하는 가스터빈; 상기 가스터빈에서 발생된 폐열을 회수하여 배출시키기 위한 폐열회수 증기발생기; 상기 가스화기에서 연소에 의해 휘발분이 휘발되어 생산된 촤를 수용하여 연소시키기 위한 상압 순환유동층 보일러; 상기 순환유동층 보일러에서 연소된 연소가스를 공급받아 분진을 제거하기 위한 사이클론; 상기 사이클론의 상부로부터 배출되는 연소가스에서 열을 회수하여 고온의 증기를 발생시키기 위한 과열증기 발생기; 상기 과열증기 발생기에서 생성된 고온의 증기에 의해 작동되어 전기를 생산하며 상기 폐열회수 증기발생기에 연결되는 증기터빈; 및 상기 폐열회수 증기발생기로부터 공급되는 응축수를 가열시켜 상기 과열증기 발생기로 순환시키기 위한 외부 유동층 열교환기를 포함하는 중온 집진장치를 이용한 복합 발전 시스템에 의해 달성될 수 있다.These objects include pressurized bubble fluidized bed gasifiers for receiving and burning a mixture of coal and desulfurization agent; A gas cooler for lowering the temperature of the high temperature and high pressure coal gas produced by the bubble fluidized bed gasifier; A medium temperature dust collector by collecting the neutralized coal gas from the gas cooler to remove dust; A combustor for receiving and burning coal gas treated in the mesophilic dust collector; A gas turbine operated by hot combustion gas generated in the combustor to generate electricity; A waste heat recovery steam generator for recovering and discharging waste heat generated in the gas turbine; An atmospheric pressure circulating fluidized bed boiler for accommodating and burning 촤 produced by volatile volatilization by combustion in the gasifier; A cyclone for removing dust by receiving combustion gas combusted in the circulating fluidized bed boiler; A superheated steam generator for recovering heat from the combustion gas discharged from the upper portion of the cyclone to generate hot steam; A steam turbine operated by hot steam generated in the superheated steam generator to produce electricity and connected to the waste heat recovery steam generator; And an external fluidized bed heat exchanger for heating the condensed water supplied from the waste heat recovery steam generator and circulating it to the superheated steam generator.
상술된 목적들은 또한 중온 집진장치를 이용한 복합 발전시스템을 이용한 복합 발전방법에 있어서, 유동층 가스화기에서 생산된 고온고압의 석탄가스의 온도를 하강시키는 단계; 상기 가스냉각기에서 중온화된 석탄가스에서 분진을 제거하는 단계; 상기 분진이 제거된 석탄가스를 연소기에서 연소시켜 고온의 가스를 획득하는 단계; 상기 고온의 연소가스로 가스터빈을 작동시켜 전력을 생산하는 단계; 상기 가스터빈에서 폐열을 회수하여 냉각시키는 단계;를 포함하며, 상기 각각의 단계와 동시적으로 실행되는 상기 가스화기에서 생산된 촤를 상압 순환유동층 보일러에서 연소시키는 단계; 사이클론을 이용하여 상기 연소가스에서 분진을 제거하는 단계; 상기 분진이 제거된 연소가스를 이용하여 과열증기 발생기에서 고온의 증기를 획득하는 단계; 및 상기 획득된 고온의 증기로 증기터빈을 구동시켜 전력을 생산하는 단계를 포함하는 복합 발전방법에 의해 달성될 수 있다.The above-mentioned objects also provide a combined power generation method using a combined cycle power generation system using a medium temperature dust collector, the method comprising: lowering the temperature of high temperature and high pressure coal gas produced in a fluidized bed gasifier; Removing dust from the coal gas neutralized in the gas cooler; Combusting the dust-removed coal gas in a combustor to obtain hot gas; Operating electric gas turbines with the hot combustion gases to produce power; Recovering waste heat from the gas turbine and cooling the waste heat; and combusting the steam produced in the gasifier simultaneously with each of the steps in an atmospheric pressure circulating fluidized bed boiler; Removing dust from the combustion gas using a cyclone; Acquiring hot steam from a superheated steam generator using the combustion gas from which the dust is removed; And driving the steam turbine with the obtained high temperature steam to produce electric power.
이와 같은 본 발명에 따른 복합 발전 시스템에 의하면, 가스화기에서 생성된 고온의 석탄가스는 가스냉각기에서 냉각되고 고효율의 중온 집진장치인 세라믹 튜브 필터를 통과하며 연소되므로 가스터빈 구동시 발생될 수 있는 침식 등의 악영향의 요인이 사전에 제거됨으로 일반적인 복합발전 시스템에서 사용되는 가스터빈을 사용할 수 있으며, 가스터빈과 연동되어 있는 압축기에서 발생하는 압축공기를 충분히 예열하여 가스화기 및 연소기에 공급하므로 관련기기의 열효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 가스화기나 순환 유동층 보일러에서 휘발분을 휘발시킨 후 연소하므로 석회석과 같은 탈황제의 혼합주입에 의해 황산화물 배출량을 크게 감소시킬 수 있으며, 연소온도가 낮아 질소산화물의 배출량 또한 크게 감소시킬 수 있어 환경 보전성이 우수하다.According to the complex power generation system according to the present invention, the hot coal gas generated in the gasifier is cooled in the gas cooler and burned through a ceramic tube filter, which is a high-efficiency, medium-temperature dust collector, so that erosion may occur during gas turbine operation. The gas turbine used in the general combined cycle power generation system can be used because the adverse effect factors such as this are removed in advance, and the compressed air generated by the compressor linked to the gas turbine is sufficiently preheated and supplied to the gasifier and the combustor. It can increase the thermal efficiency. In addition, since volatilization is combusted in a gasifier or a circulating fluidized bed boiler, combustion of sulfur dioxide can be greatly reduced by injecting a desulfurization agent such as limestone, and emission of nitrogen oxide can be greatly reduced due to the low combustion temperature. This is excellent.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중온 집진장치를 이용한 복합발전 시스템을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings a composite power generation system using a medium temperature dust collector according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 중온 집진장치를 이용한 복합발전 시스템은 석탄과 탈황제의 혼합물을 수용하기 위한 가압 기포유동층 가스화기(10)를 포함한다. 가압 기포유동층 가스화기(10)에는 그로부터 생산된 고온고압의 석탄가스를 수용하여 온도를 하강시키기 위한 가스냉각기(12)가 연결된다.Referring to FIG. 1, a combined cycle power generation system using a medium temperature dust collector according to the present invention includes a pressurized bubble fluidized bed gasifier 10 for accommodating a mixture of coal and a desulfurization agent. The pressurized bubble fluidized bed gasifier 10 is connected to a gas cooler 12 for receiving a high temperature and high pressure coal gas produced therefrom and lowering the temperature.
가스냉각기(12)에는 그로부터 중온화된 석탄가스가 수집되는 중온 집진장치(14)가 연결된다. 중온 집진장치(14)는 그 내부에 수집된 석탄가스에서 분진을 제거하는 역할을 한다. 그 중온 집진장치(14)에는 분진 제거처리된 석탄가스를 수용하여 연소시키기 위한 연소기(16)가 연결된다. 특히, 그 연소기(16)는 예열된 압축공기를 수용하여 석탄가스와 혼합시키기 위해 가스냉각기(12)에 연결된다.The gas cooler 12 is connected to a medium temperature dust collector 14 in which the neutralized coal gas is collected therefrom. The medium temperature dust collector 14 serves to remove dust from coal gas collected therein. The middle temperature dust collector 14 is connected with a combustor 16 for accommodating and burning dust-removed coal gas. In particular, the combustor 16 is connected to the gas cooler 12 to receive the preheated compressed air and mix it with coal gas.
연소기(16)에는 가스터빈(18)이 연결되며, 그 연소기(16)에 연소되는 연소가스에 의해 구동된다. 이때 연소가스의 온도는 약1200℃이다. 이와 같이 가스터빈(18)이 작동됨에 따라 전력이 생산된다. 가스터빈(18)에는 폐열회수 증기발생기(20)가 연결된다. 폐열회수 증기발생기(20)는 가스터빈(18)에서 소모된 연소가스에 의해 발생되는 폐열을 회수하여 이를 배기가스로 배출하는 역할을 한다.The gas turbine 18 is connected to the combustor 16 and is driven by the combustion gas combusted by the combustor 16. At this time, the temperature of the combustion gas is about 1200 ℃. As the gas turbine 18 is operated in this way, power is produced. The gas turbine 18 is connected to the waste heat recovery steam generator 20. The waste heat recovery steam generator 20 recovers waste heat generated by the combustion gas consumed in the gas turbine 18 and discharges the waste heat as exhaust gas.
한편, 상기 가스화기(10)에는 상압 순환유동층 보일러(22)가 연결되어 있다. 상압 순환유동층 보일러(22)는 가스화기(10)에서 생산되는 촤를 공급받아 그 촤를 연소시킨다. 또한, 순환유동층 보일러(22)에는 사이클론(24)이 연결되어 있어, 그 순환유동층 보일러(22)에서 연소된 후의 연소가스에 포함된 분진을 회수하거나 제거한다. 사이클론(24)의 상부에는, 그로부터 상부로 배출되는 연소가스로부터 배출되는 연소가스에서 열을 회수하여, 예컨대 약 500℃의 고온을 생성하기 위한 과열증기 발생기(26)가 연결된다. 과열증기 발생기(26)에는, 그 과열증기 발생기에서 생성된 고온의 열을 공급받아 작동되는 증기터빈(28)이 연결된다. 물론, 증기터빈(28)이 작동됨에 따라 전력이 생산되는 것이다. 한편, 과열증기 발생기(26)에서 고온 처리된 후의 연소가스는 외부로 배출된다. 한편, 증기터빈(28)은, 과열증기 발생기(26)로부터 공급되는 고온의 증기가 증기터빈(28)에 공급되어 전력을 생산한 후 저온으로 변한 응축수를 회수하여 증발시키기 위해 상기 폐열회수 증기발생기(20)에 연결된다.Meanwhile, an atmospheric pressure circulating fluidized bed boiler 22 is connected to the gasifier 10. The atmospheric pressure circulating fluidized bed boiler 22 receives the steam produced by the gasifier 10 and burns the steam. In addition, a cyclone 24 is connected to the circulating fluidized bed boiler 22, and the dust contained in the combustion gas after burning in the circulating fluidized bed boiler 22 is recovered or removed. At the top of the cyclone 24 is connected a superheated steam generator 26 for recovering heat from the combustion gases discharged from the combustion gases discharged therefrom, for example to generate a high temperature of about 500 ° C. The superheated steam generator 26 is connected to a steam turbine 28 which is operated by receiving high temperature heat generated by the superheated steam generator. Of course, electric power is produced as the steam turbine 28 is operated. On the other hand, the combustion gas after the high temperature treatment in the superheated steam generator 26 is discharged to the outside. On the other hand, the steam turbine 28, the high temperature steam supplied from the superheated steam generator 26 is supplied to the steam turbine 28 to produce power to recover the condensate changed to a low temperature after the waste heat recovery steam generator Connected to 20.
특히, 폐열회수 증기발생기(20)에는, 상기 상압 순환유동층 보일러(22) 및 사이클론(24)에 연계된 외부 유동층 열교환기(30)가 연결되어 있다. 외부 유동층 열교환기(30)는 폐열회수 증기발생기(20)로부터 공급되는 응축수를 가열 또는 증발시키는 역할을 한다. 또한, 그 외부 유동층 열교환기(30)는 과열증기 발생기(26)에 연결된다. 이에 따라, 증기터빈(28)에서 배출되는 저온의 응축수는 폐열회수 증기발생기(20), 외부 유동층 열교환기(30) 및 과열증기 발생기(26)를 순환하게 됨에 따라, 다시 고온의 증기로 변환된 후 증기터빈(28)에 공급되어 그 증기터빈을 구동시킴으로써 전력이 생산되는 것이다.In particular, the waste heat recovery steam generator 20 is connected to the external circulating fluidized bed boiler 22 and the external fluidized bed heat exchanger 30 connected to the cyclone 24. The external fluidized bed heat exchanger 30 serves to heat or evaporate the condensed water supplied from the waste heat recovery steam generator 20. The external fluidized bed heat exchanger 30 is also connected to the superheated steam generator 26. Accordingly, the low temperature condensed water discharged from the steam turbine 28 is circulated through the waste heat recovery steam generator 20, the external fluidized bed heat exchanger 30, and the superheated steam generator 26, and thus is converted into high temperature steam again. It is then supplied to the steam turbine 28 to drive the steam turbine is to produce power.
한편, 가스터빈(18)에는 대기중의 공기를 압축하기 위한 압축기(32)가 연동설치된다. 그 압축기(32)는 또한 전술된 가스냉각기(12)에 연결된다. 이와 같은 연결에 따라, 가스터빈(18)의 작동시 작동되는 압축기(32)에 의해 압축된 압축공기가가스냉각기(12)를 거치는 동안 예열된다. 이와 같이 예열된 압축공기의 일부는 상기 유동층 가스화기(10)에 연소용 압축공기로 공급되어 석탄 및 탈황제의 연소에 일조하며, 나머지 일부도 또한 연소용 압축공기로 직접 연소기(16)로 공급되어 연소됨에 따라, 가스터빈(18)을 구동시켜 전력을 생산하게 되는 것이다.On the other hand, the gas turbine 18 is interlocked with a compressor 32 for compressing air in the atmosphere. The compressor 32 is also connected to the gas cooler 12 described above. According to this connection, the compressed air compressed by the compressor 32 which is operated during operation of the gas turbine 18 is preheated while passing through the gas cooler 12. Part of the preheated compressed air is supplied to the fluidized bed gasifier 10 as combustion compressed air to assist in the combustion of coal and desulfurization agent, and the other part is also directly supplied to the combustor 16 as combustion compressed air. As it is burned, it drives the gas turbine 18 to produce power.
이하, 본 발명에 따른 중온 집진장치를 이용한 복합발전시스템의 작동방식 및 그 작용모드를 상세히 설명한다.Hereinafter, an operation method and a mode of operation of the combined cycle power generation system using the medium temperature dust collector according to the present invention will be described in detail.
먼저, 유동층 가스화기(10)에서 생산된 고온고압의 석탄가스는 가스냉각기(12)에서 온도가 하강된다. 그 가스냉각기(12)에서 중온화된 석탄가스는 중온 집진장치(14)에 수집되어 분진이 제거된다.First, the high temperature and high pressure coal gas produced by the fluidized bed gasifier 10 is lowered in temperature in the gas cooler 12. The coal gas neutralized by the gas cooler 12 is collected by the medium temperature dust collector 14 to remove dust.
이와 같이, 중온 집진장치(14)로부터 분진이 제거된 석탄가스는 연소기(16)로 공급되어 연소되는 바, 이때 예열된 압축공기가 가스냉각기(12)로부터 공급되어 석탄가스와 혼합되어 연소를 촉진시킨다. 또한, 이때 연소기(16)에서 연소된 연소가스의 온도는 약 1200℃이며, 이 고온의 연소가스에 의해 가스터빈(18)이 작동됨에 따라 전력이 생산되는 것이다. 이후, 가스터빈(18)에서 회수된 폐열은 폐열회수 증기발생기(20)로 회수되어 냉각된 후 외부로 배출된다.As such, the coal gas from which the dust is removed from the medium temperature dust collector 14 is supplied to the combustor 16 to be combusted. At this time, preheated compressed air is supplied from the gas cooler 12 to be mixed with coal gas to promote combustion. Let's do it. In addition, at this time, the temperature of the combustion gas combusted in the combustor 16 is about 1200 ℃, the power is produced as the gas turbine 18 is operated by this high temperature combustion gas. Thereafter, the waste heat recovered from the gas turbine 18 is recovered by the waste heat recovery steam generator 20, cooled, and then discharged to the outside.
한편, 가스화기(10)에서 휘발분이 휘발된 촤는 직접 상압 순환유동층 보일러(22)로 공급되어 연소된다. 상압 순환유동층 보일러(22)에서 연소된 후의 연소가스는 그것의 상부로 배출되어 사이클론(24)으로 공급되며, 여기서 그 연소가스에 포함된 분진이 제거된다. 분진이 제거된 연소가스는 사이클론(24) 상부를 통해 배출되어 과열증기 발생기(26)로 공급되어 약 500℃의 증기를 발생시킨다. 이후,이 고온의 증기가 증기터빈(28)에 공급되어 그 증기터빈을 구동시킴으로써 전력이 생산되는 것이다.On the other hand, the volatilized volatilized gas from the gasifier 10 is directly supplied to the atmospheric circulation fluidized bed boiler 22 and combusted. The combustion gas after burning in the atmospheric pressure circulating fluidized bed boiler 22 is discharged to its upper part and supplied to the cyclone 24, where dust contained in the combustion gas is removed. The dust-free combustion gas is discharged through the upper portion of the cyclone 24 and supplied to the superheated steam generator 26 to generate steam of about 500 ° C. Then, this hot steam is supplied to the steam turbine 28 to drive the steam turbine to produce power.
한편, 과열증기 발생기(26)에서 사용된 연소가스는 외부로 배출되며, 증기터빈(28)에서 소모된 고온의 증기는 저온의 응축수로 변환된다. 이 응축수는 폐열회수 증기발생기(20)를 지나 외부 유동층 열교환기(30)로 공급되어 가열된 후 과열증기 발생기(26)로 다시 공급되어 전술된 바와 같이 고온의 증기로 생성된다. 이후에는 물론, 고온의 증기가 증기터빈(28)으로 공급되어 전술된 바와 같은 방식으로 전력이 생산되는 것이다.On the other hand, the combustion gas used in the superheated steam generator 26 is discharged to the outside, the hot steam consumed in the steam turbine 28 is converted to low temperature condensed water. The condensate is passed through the waste heat recovery steam generator 20 to the external fluidized bed heat exchanger 30, heated, and then supplied to the superheated steam generator 26 to generate hot steam as described above. Thereafter, of course, hot steam is supplied to the steam turbine 28 to produce power in the manner described above.
또한, 가스터빈(18)에 의해 작동되는 압축기(32)에 의해 압축된 압축공기가 가스냉각기(12)로 공급되어 예열된다. 이와 같이 예열된 압축공기의 일부는 유동층 가스화기(10)에 공급되어 석탄 및 탈황제를 연소시키는 작용을 하며, 나머지 일부는 중온으로 예열된 상태로 직접 연소기(16)로 공급되어 연소된다. 물론, 연소기에서 연소된 고온의 연소가스에 의해, 전술된 바와 같이 가스터빈(18)이 구동되어 전력이 생산되는 것이다.In addition, compressed air compressed by the compressor 32 operated by the gas turbine 18 is supplied to the gas cooler 12 to be preheated. Part of the preheated compressed air is supplied to the fluidized bed gasifier 10 to burn coal and the desulfurization agent, and the other part is directly supplied to the combustor 16 and burned in a state of preheated to medium temperature. Of course, by the hot combustion gas burnt in the combustor, as described above, the gas turbine 18 is driven to produce power.
이에 따라, 연료로서 석유나 천연가스보다 상대적으로 풍부한 석탄을 환경보전성이 우수한 발전연료로서 사용할 수 있는 것이다. 또한, 중온용 분진 제거장치를 채택하여 효율을 향상시킬 수 있는 것이다. 효율면에 있어서, 증기사이클을 사용하는 종래의 미분탄 발전방식은 최대 열효율이 약 37%로 국한되는 반면, 가스터빈사이클과 증기사이클의 원리를 접목시킨 본 발명에 따른 복합발전방식은 약 43%정도의 고효율을 낼 수 있다.Accordingly, coal, which is relatively richer than petroleum or natural gas, can be used as power generation fuel with excellent environmental protection. In addition, it is possible to improve the efficiency by adopting the dust removal device for medium temperature. In terms of efficiency, the conventional pulverized coal power generation method using the steam cycle is limited to a maximum thermal efficiency of about 37%, while the combined power generation method according to the present invention combining the principle of the gas turbine cycle and the steam cycle is about 43%. High efficiency can be achieved.
또한, 별도의 탈황설비를 구비할 필요가 없이 석탄과 탈황제를 혼합하여 가스화기에서 연소시킴으로써, 황산화물 배출을 억제할 수 있으며, 또한 중온용 세라믹 튜브필터를 채택하여 분진제거를 효율적으로 수행하고 가스터빈을 구동함으로써 현재 개발된 석탄가스를 이용한 가스터빈을 구동시킬 때 발생되는 알칼리 부식 등의 문제를 해결할 수 있는 것이며, 또한 유동층 연소기에 공급되는 공기를 예열함으로써 시스템의 열효율이 향상되는 것이다.In addition, it is possible to suppress sulfur oxide emissions by mixing coal and desulfurization agent in a gasifier without combusting a desulfurization facility. Also, by adopting a medium-temperature ceramic tube filter, dust removal can be efficiently performed and gas By driving the turbine, it is possible to solve problems such as alkali corrosion generated when driving the gas turbine using the currently developed coal gas, and also improve the thermal efficiency of the system by preheating the air supplied to the fluidized bed combustor.
결과적으로, 본 발명에 따른 중온 집진장치를 이용한 복합발전 시스템에 의하면, 가압 기포유동층 연소기술과 상압 순환유동층 연소기술의 장점을 활용하여 복합발전을 실행하므로, 효율이 극대화되고 신뢰성이 향상되며 가격이 저렴한 효과가 있다.As a result, according to the hybrid power generation system using the medium temperature dust collector according to the present invention, since the combined power generation is performed utilizing the advantages of the pressurized bubble fluidized bed combustion technology and the atmospheric pressure circulating fluidized bed combustion technology, the efficiency is maximized, the reliability is improved, and the price is increased. It is inexpensive.
그리고, 중온 집진장치에 의한 집진효율이 거의 완벽하여 가스터빈 블레이드의 침식 또는 알칼리 부식을 방지할 수 있어 수명이 연장되는 장점이 있다.In addition, since the dust collection efficiency by the medium temperature dust collector is almost perfect, it is possible to prevent the erosion or alkali corrosion of the gas turbine blade, thereby extending the service life.
또한, 별도의 탈황설비를 구비할 필요가 없이 석탄과 탈황제를 혼합하여 가스화기에서 연소시킴으로써 환경친화적인 이점이 있다.In addition, there is an environmentally friendly advantage by mixing coal and desulfurization agent and burning in a gasifier without having to provide a separate desulfurization facility.
이상에서, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하였으나, 본 기술분야의 당업자라면 첨부된 특허청구의 범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been described in detail, but it will be understood by those skilled in the art that various modifications and changes can be made without departing from the scope of the appended claims.

Claims (6)

  1. 석탄과 탈황제의 혼합물을 수용하여 연소시키는 유동층 가스화기;A fluidized bed gasifier for receiving and burning a mixture of coal and desulfurization agent;
    상기 유동층 가스화기에서 생산된 고온고압의 석탄가스의 온도를 낮추기 위한 가스냉각기;A gas cooler for lowering the temperature of the high temperature and high pressure coal gas produced by the fluidized bed gasifier;
    상기 가스냉각기로부터 중온화된 석탄가스를 수집하여 분진을 제거하기 의한 중온 집진장치;A medium temperature dust collector for collecting the neutralized coal gas from the gas cooler to remove dust;
    상기 중온 집진장치(14)에서 처리된 석탄가스를 수용하여 연소시키기 위한 연소기;A combustor for receiving and burning coal gas treated in the mesophilic dust collector (14);
    상기 연소기에서 발생되는 고온의 연소가스에 의해 작동되어 전기를 생산하는 가스터빈;A gas turbine operated by hot combustion gas generated in the combustor to generate electricity;
    상기 가스터빈에서 발생된 폐열을 회수하여 배출시키기 위한 폐열회수 증기발생기;A waste heat recovery steam generator for recovering and discharging waste heat generated in the gas turbine;
    상기 가스화기에서 연소에 의해 휘발분이 휘발되어 생산된 촤를 수용하여 연소시키기 위한 상압 순환유동층 보일러;An atmospheric pressure circulating fluidized bed boiler for accommodating and burning 촤 produced by volatile volatilization by combustion in the gasifier;
    상기 순환유동층 보일러에서 연소된 연소가스를 공급받아 분진을 제거하기 위한 사이클론;A cyclone for removing dust by receiving combustion gas combusted in the circulating fluidized bed boiler;
    상기 사이클론의 상부로부터 배출되는 연소가스에서 열을 회수하여 고온의 증기를 발생시키기 위한 과열증기 발생기;A superheated steam generator for recovering heat from the combustion gas discharged from the upper portion of the cyclone to generate hot steam;
    상기 과열증기 발생기에서 생성된 고온의 증기에 의해 작동되어 전력을 생산하며 상기 폐열회수 증기발생기에 연결되는 증기터빈; 및A steam turbine operated by hot steam generated in the superheated steam generator to produce electric power and connected to the waste heat recovery steam generator; And
    상기 폐열회수 증기발생기로부터 공급되는 응축수를 가열시켜 상기 과열증기 발생기로 순환시키기 위한 외부 유동층 열교환기를 포함하는 중온 집진장치를 이용한 복합 발전시스템.And a medium temperature dust collector including an external fluidized bed heat exchanger for heating the condensed water supplied from the waste heat recovery steam generator and circulating it to the superheated steam generator.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 가스터빈에는 대기중의 공기를 압축하여 상기 가스냉각기로 공급하여 예열하도록 압축기가 연동 설치되는 것을 특징으로 하는 중온 집진장치를 이용한 복합 발전시스템.The combined cycle power generation system using a mid-temperature dust collector according to claim 1, wherein the gas turbine is provided with a compressor interlocked to compress air in the atmosphere and supply the preheated gas to the gas cooler.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 가스냉각기에서 예열된 압축공기의 일부는 상기 유동층 가스화기에 연소용 공기로 공급되며, 다른 일부는 연소기로 공급되는 것을 특징으로 하는 중온 집진장치를 이용한 복합 발전시스템.The combined cycle power generation system using a medium temperature dust collector of claim 2, wherein a part of the compressed air preheated in the gas cooler is supplied to the fluidized bed gasifier as combustion air, and the other part is supplied to the combustor.
  4. 제 1항 내지 3항 중 어느 한항에 따른 중온 집진장치를 이용한 복합 발전시스템을 이용하는 복합 발전방법에 있어서,In the complex power generation method using a complex power generation system using the medium temperature dust collector according to any one of claims 1 to 3,
    유동층 가스화기에서 생산된 고온고압의 석탄가스의 온도를 하강시키는 단계;Lowering the temperature of the high temperature and high pressure coal gas produced in the fluidized bed gasifier;
    상기 가스냉각기에서 중온화된 석탄가스에서 분진을 제거하는 단계;Removing dust from the coal gas neutralized in the gas cooler;
    상기 분진이 제거된 석탄가스를 연소기에서 연소시켜 고온의 가스를 획득하는 단계;Combusting the dust-removed coal gas in a combustor to obtain hot gas;
    상기 고온의 가스로 가스터빈을 작동시켜 전력을 생산하는 단계;Operating a gas turbine with the hot gas to produce power;
    상기 가스터빈에서 폐열을 회수하여 냉각시키는 단계;를 포함하며, 상기 각각의 단계와 동시적으로 실행되는Recovering waste heat from the gas turbine and cooling the waste heat;
    상기 가스화기에서 생산된 촤를 상압 순환유동층 보일러에서 연소시키는 단계;Burning the gas produced in the gasifier in an atmospheric pressure circulating fluidized bed boiler;
    사이클론을 이용하여 상기 연소가스에서 분진을 제거하는 단계;Removing dust from the combustion gas using a cyclone;
    상기 분진이 제거된 연소가스를 이용하여 과열증기 발생기에서 고온의 증기를 획득하는 단계; 및Acquiring hot steam from a superheated steam generator using the combustion gas from which the dust is removed; And
    상기 획득된 고온의 증기로 증기터빈을 구동시켜 전력을 생산하는 단계를 포함하는 복합 발전방법.And generating electric power by driving a steam turbine with the obtained high temperature steam.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 가스터빈에 연동되는 압축기에 의해 압축된 공기를 예열하여 상기 유동층 가스화기 및 연소기로 순환 공급시키는 단계를 더 포함하는 복합 발전방법.The combined power generation method according to claim 4, further comprising preheating compressed air by a compressor linked to the gas turbine and circulating the compressed air to the fluidized bed gasifier and the combustor.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 폐열회수 증기발생기로부터 공급되는 응축수를 가열시켜 상기 과열증기 발생기로 순환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 발전방법.The complex power generation method according to claim 4, further comprising heating the condensed water supplied from the waste heat recovery steam generator and circulating it to the superheated steam generator.
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