KR100924797B1 - 모듈 기반 산소 연료 보일러 - Google Patents

모듈 기반 산소 연료 보일러 Download PDF

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Abstract

물로부터 증기를 생성하기 위한 보일러 시스템은 복수 개의 연속 배치된 산소 연료 보일러를 구비한다. 각 보일러는 복수 개의 관과 연통하는 입구를 갖는다. 각 보일러의 관은 적어도 하나의 수벽을 형성한다. 각 보일러는 실질적으로 공기의 유입을 방지하도록 구성된다. 각 보일러는 21 퍼센트보다 큰 순도를 갖는 산소를 공급하기 위한 산소 공급원과, 탄소계 연료를 공급하기 위한 탄소계 연료 공급원과, 산소 및 탄소계 연료를 근사한 화학량론적 비율로 개개의 보일러 내로 공급하는 적어도 하나의 산소 연료 버너 시스템을 구비한다. 산소 연료 시스템은 상기 산소 또는 탄소계 연료 중 하나의 초과분을 소정의 공차로 제한하도록 구성된다. 각 보일러의 보일러 관은 에너지 전달을 위해 직접적인 방사상 에너지 노출을 하도록 구성된다. 각 보일러는 각각의 다른 보일러와 독립적이다.

Description

모듈 기반 산소 연료 보일러{MODULE-BASED OXY-FUEL BOILER}
본 발명은 산소 연료 보일러에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 유연한 구성을 갖는 모듈 기반 산소 연료 보일러에 관한 것이다.
산소 연료 연소 시스템의 이점은 널리 알려져 있다. 예컨대, Gross의 미국 특허 제6,436,337호와 제6,596,220호는 산소 연료 연소 시스템의 이점 중 몇몇이 환경 오염물의 감소(NOx 발생의 감소), 고효율, 높은 화염 온도 및 전반적인 물리적 플랜트 구성의 소형화라고 규정하고 있다. 본 출원과 공동 소유인 Gross 특허들은 본 명세서에 참조로 합체된다.
연료로부터 에너지를 추출하기 위하여, 보일러는 통상적으로 (연료의 연소를 통해) 에너지를 연료에 유입시키고 전체적으로 연료의 상태를 변경시키는 몇몇 방식을 제공한다. 이어서, 에너지는 연료로부터 통상적으로 기계적 운동(또는 동역학 에너지) 형태로 추출된다. 대부분의 보일러는 연료로부터 에너지를 추출하기 위한 작용 유체로서 물을 이용한다. 물은 보일러 내에서 하나 이상의 "벽" 또는 번들(bundles)을 형성하는 관을 통과한다.
통상, 보일러 관벽은 이 관벽을 통해 (열 형태의) 에너지를 벽의 여러 개의 루프 및 통로에서 물로 전달하도록 구성된다. 물이 관을 통과함에 따라, 물은 과 열, 재가열 및/또는 초임계 스테이지들을 통해 가열되고, 가압되며 고레벨의 에너지(그리고 상 변화)로 된다. 다른 스테이지, 예컨대 절약 장치가 또한 이용될 수 있는데, 이 절약 장치를 통해 물이 과열 스테이지의 통과 전에 노 벽 섹션 내에서 통과된다. 물은 (예컨대, 절약 장치 내의) 관 번들을 지나서 흐르는 가열된 가스로부터 대류 열 전달에 의해 더 가열된다.
보일러의 각 스테이지 또는 구역은 특정 타입의 열 전달 메카니즘 또는 분위기를 기초로 하여 작동하도록 설계된다. 예컨대, 하부 노벽은 방사상 열 전달을 위해 설계되는 반면에, 상부 번들, 과열, 재가열 및 절약 장치 섹션은 대류 열 전달 원리로 기능하도록 설계된다. 당업자라면 물이 보일러 내에서 가열될 때에 열 전달 메카니즘이 서로 배타적이지 않다는 것을 인지할 것이다.
그러한 보일러 구성은 그 용례 및 목적에 계속 잘 맞지만, 산소 연료 연소 시스템의 높은 화염 온도와 낮은 배기 가스 용적의 전체 이점을 반드시 취하지는 않는다. 따라서, 환경 오염물을 감소시키도록 산소 연료 연소 시스템을 이용하는 보일러에 대한 요구가 존재한다. 그러한 보일러 설계는 높은 효율(작용유에 전달된 열 대 연소 부산물로부터 이용 가능한 열의 높은 비율)을 제공하고 높은 화염 온도를 이용하게 하는 것이 바람직하다. 그러한 보일러 구성은 전반적인 물리적 플랜트 구성의 소형화를 제공할 수 있는 것이 가장 바람직하다.
모듈 기반 보일러 시스템은 물로부터 증기를 생성하기 위해 복수 개의 독립적인 연속 배치된 산소 연료 보일러를 이용한다. 보일러는 서로 상이한 에너지 전달 기능을 수행하도록 구성된다. 제1 또는 주 보일러는 물을 운반하기 위한 복수 개의 관과 연통하는 공급수 입구를 갖는다. 보일러는 실질적으로 공기의 유입을 방지하도록 구성된다.
주 보일러의 관은 적어도 하나의 수벽을 형성한다. 각 보일러는 21 퍼센트보다 크고, 바람직하게는 적어도 약 85 퍼센트의 순도를 갖는 산소를 공급하기 위한 산소 공급원과, 탄소계 연료를 공급하기 위한 탄소계 연료 공급원과, 적어도 하나의 산소 연료 버너 시스템을 구비한다. 버너 시스템은 산소 또는 탄소계 연료 중 하나의 초과분을 소정의 공차로 제한하도록 산소 및 탄소계 연료를 근사한 화학량론적 비율로 보일러 내에 공급한다. 각 보일러의 관은 화염으로부터 수벽 관으로의 에너지 전달을 위해 직접적인 방사상 에너지 노출을 하도록 구성된다. 전통적인 명명법과 달리, 수벽의 호칭은 관이 증기를 운반할 수 있더라도 방사 구역의 모든 보일러 관을 포함하는 것으로 의도된다.
보일러 시스템의 일실시예에 있어서, 제2 보일러는 과열 보일러이고, 제1 보일러에 의해 생성된 증기는 과열 보일러로 직접 공급된다. 증기는 과열 보일러에서 배출되어 주 증기 터빈으로 유동한다. 이와 달리, 시스템은 주 보일러와 유사한 산소 연료 보일러 내의 증기를 재가열하고 재가열 증기 터빈으로 공급하는 (고압 증기 터빈 배기구로부터 공급되는) 재가열 보일러를 포함할 수 있다. 각 보일러의 에너지 전달 또는 가열 기능은 다른 각 보일러와 상이하다. 즉, 주 보일러에 있어서, 물은 비교적 낮은 에너지(엔탈피)로부터 포화 증기로 가열된다. 과열 보일러(사용되면)에 있어서, 증기는 과열된 상태로 더 가열된다. 이어서, 재가열기에서, 고압 터빈으로부터의 배출 증기는 재가열 증기 터빈으로의 공급을 위해 재가열된다.
보일러 시스템은 증기가 고압 증기 터빈으로부터 하나 이상의 재가열 증기 터빈으로, 선택적으로 하나 이상의 저압 터빈으로 그리고 콘덴서 상으로 배출되도록 구성된 콘덴서를 포함할 수 있다. 바람직한 보일러 시스템은 절약 장치를 포함한다. 절약 장치는 보일러로부터의 연소 생성물("배출 가스" 또는 "배기 가스")을 수용하는 가스측과 연소 생성물이 공급수를 주 보일러로 도입시키기 전에 보일러 공급수를 예열시키도록 공급수측을 포함한다. 절약 장치로부터의 배기구 후에, 배기 가스는 일반적으로 원할 수 있는 임의의 다운스트림 배기 가스 처리 취급 전에 배기 가스 시스템에 시도하도록 산소 연료 연소 시스템용 산화제를 예열하도록 사용될 수 있다. 모듈 보일러 시스템의 평행한 군집에 의해 파워 증가가 달성될 수 있다.
산소 연료 버너는 상이한 많은 타입의 연료, 예컨대 천연 가스, 오일, 석탄 및 다른 고체 연료를 위해 구성될 수 있다. 고체 연료를 이용하면, 배기 가스의 일부(선택적으로 산소와 혼합됨)는 고체 연료를 보일러 내로 운반하도록 사용될 수 있다. 연료 공급 가스는 절약 장치 하류로부터의 배기 가스일 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 특징과 이점은 첨부된 청구범위와 함께 이하의 상세한 설명으로부터 명백하다.
본 발명의 이점 및 이익은 이하의 상세한 설명과 첨부 도면을 읽은 후에 당업자에게 보다 쉽게 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 원리를 구현하는 모듈 기반 산소 연료 보일러를 갖는 단일의 재가열/아임계(subcritical) 보일러의 개략적인 흐름도.
도 2는 본 발명의 원리를 구현하는 모듈 기반 산소 연료 보일러를 갖는 비(非)재가열/아임계 보일러의 개략적인 흐름도.
도 3은 본 발명의 원리를 구현하는 모듈 기반 산소 연료 보일러를 갖는 단일의 재가열/초임계 보일러의 개략적인 흐름도.
도 4는 본 발명의 원리를 구현하는 모듈 기반 산소 연료 보일러를 갖는 포화 증기 보일러 시스템의 개략적인 흐름도.
본 발명은 다양한 형태의 실시예가 가능하지만, 본 개시가 본 발명의 예시로 고려되고 본 발명을 도시된 특정례로 제한하려는 의도는 없다는 조건으로 현재 바람직한 실시예가 도면에 도시되고 이하에서 설명될 것이다.
본 명세서의 이 섹션의 타이틀, 즉 "실시예"는 미국 특허청의 요건에 관한 것으로 본 명세서에 개시된 주제를 의미하거나 제한하도록 추론되어서는 안된다.
산소 연료 연소 시스템은 실질적으로 효율적이고 환경에 불리하지 않는 방식으로 화염 생성(즉, 연소)에 의해 열을 생성하도록 연료원과 조합하는 순수 산소를 이용한다. 그러한 연소 시스템은 고효율(즉, 작용유에 전달된 열 대 연소 부산물로부터 이용할 수 있는 열의 높은 비율)의 연소를 제공하고 높은 화염 온도를 이용하게 한다. 바람직한 연소 시스템은 비교적 높은 순도의 산소(약 21 퍼센트 이상, 바람직하게는 적어도 약 85 퍼센트 산소)를 이용하므로 보일러를 통과하는 가스의 전체 체적은 동일 시간에 보다 낮다. 산소 연료를 이용하면, 보일러 내에서 약 3000℉보다 높고, 최대 약 5000℉의 화염 온도가 예상된다.
더욱이, 본 보일러 시스템의 작동 파라미터들 중의 하나는 공기보다 비교적 순수한 산소가 산화제로서 사용되는 산소 연료 연소 시스템의 사용이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 산화제는 연소용 산소 내에 담지되는 가스를 의미하는 것으로 의도된다. 예컨대, 순수한(100 퍼센트) 산소가 시스템으로 공급되는 경우에, 산소는 100 퍼센트의 산화제를 포함하지만, 공기가 산화제로서 이용되는 경우에, 산소는 약 21 퍼센트의 산화제를 포함한다. 따라서, 요구되는 산화제의 체적이 종래의 보일러보다 상당히 적고(왜냐하면, 공기가 아니라 실질적으로 산소만이 이용되기 때문에), 그 결과 보일러에 대한 가스 체적의 유입(이에 따라 처리량)이 낮아지며 보일러를 통한 가스 유량이 종래의 보일러보다 낮게 된다. 낮은 유량과 체적에 의해 제공되는 한가지 주요 이점은 물리적 플랜트 시스템의 전체 크기가 종래의 보일러 시스템보다 작아져서 그러한 보일러 시스템의 자본 비용이 동일 시간에 낮게 되는 것이 예상된다는 점이다.
본 발명의 보일러 시스템의 기능적 양태 또는 기능적 목적 중 한가지는 연소 프로세스로부터 (연소 부산물/배기 가스로부터의 열 전달의 형태로)최대량의 에너지를 추출하는 것이다. 이것은, 낮은 유량과 함께, 유사한 배출가스 굴뚝 온도에서 낮은 에너지 손실을 제공한다.
본 발명의 다른 양태 또는 기능적 목적은 보다 높은 화염 온도를 최대로 실 시 가능하게 이용하는 것이다. 따라서, 후술하는 바와 같이, 연소 부산물로부터 보일러 관, 이에 따라 작용유(물 또는 증기)로의 열 전달 중 상당히 큰 비율이 대류 열 전달이 아니라 방사상 열 전달에 의해 발생한다.
보일러 시스템(10)의 일실시예의 개략적인 도해가 도 1에 도시되어 있다. 도시된 시스템(10)은 재가열/아임계 유닛이다. 시스템은 3개의 분리된 별개의 보일러들, 즉 물로부터 증기를 생성하기 위한 제1 보일러(주 보일러; 12)와, 과열된 증기를 생성하기 위한 제2 보일러(과열 보일러; 14)와, 제3 보일러(재가열 보일러; 16)를 포함한다. 산소와 연료는 산화제 및 연료 공급 시스템(18, 20)에 의해 각각의 보일러로 공급된다.
개략적으로 도시되고 후술되는 바와 같이, 각 보일러(12, 14, 16)는 각자의 독립적인 산소 연료 연소 시스템(22, 24, 26)을 포함한다. 그러한 산소 연료 연소 시스템에 있어서, 각 보일러(12-16)의 수벽(관 T; 도 1의 보일러(12) 참조)은 열 전달의 대부분이 대류 전달 메카니즘이 아니라 방사상 열 전달 메카니즘에 의해 발생하는 화염에 충분히 노출된다. 즉, 열 전달의 대부분은 관에 걸쳐 가열된 배기 가스의 이동이 아니라 관의 직접적인 화염 노출로 인해 발생한다. 이 바람직한 방사상 열 전달 메카니즘은 열 전달 트루프 대류 메카니즘을 최대화하기 위하여 (대류 경로, 대류 과열 경로, 절약 장치 섹션 등을 통해) 크고 길며 복잡한 배기 가스 유로를 이용하는 종래의 보일러와 완전히 대비되는 것이다.
본 발명의 보일러 시스템(10)은 보일러 배기 가스(바람직하게는 모든 보일러에서)로부터의 에너지를 (공급수 라인(30)에서의)주 보일러 공급수에 전달하여 주 보일러(12)로의 도입 전에 공급수를 예열하는 절약 장치(28)를 더 포함한다. 본 시스템에 있어서, 산소는 예컨대 산소 발생기(32)의 공기로부터의 분리에 의해 생성된다. 당업자라면 예컨대, 산소가 저장 장치, 물 분리 장치 등(이들 모두는 본 발명의 범위 내에 있음)의 공급원으로부터 공급될 수 있는 보일러(12-16)에 대한 공급을 위해 제공될 수 있는 다양한 방식을 알 것이다. 연료 공급원(20)은 다양한 타입의 연료와 다양한 타입의 공급원 중 어떠한 것일 수 있다. 예컨대, 연료는 기체 연료(예컨대, 천연 가스), 액체 연료, 예컨대 연료유, 디젤유 또는 다른 유기 또는 무기계 액체 연료들, 또는 고체 연료, 예컨대 석탄, 농업 또는 축산업 부산물일 수 있다. 그러한 모든 산소 생성 및 공급 구성(18) 뿐만 아니라 그러한 모든 연료 및 연료 공급 장치(20)는 본 발명의 범위 및 사상 내에 있다.
이하, 도 1을 참조하면, 보일러 시스템(10)은 발전기(34)용 공급부로서 도시되어 있다. 이를 위하여, 시스템은 발전기(34)와, 고압 또는 주 증기 터빈(38)과, 중간 압력 증기 터빈(40)과, 저압 증기 터빈(41) 및 콘덴서(42)를 구비하는 터빈/발전기 세트(36)를 포함한다.
시스템(10)은 공급수가 공급수 라인(30)을 통해 주 보일러로 진입하고 보일러(12)의 수관(T)을 통해 유동할 때에 가열되도록 구성된다. 통상적인 보일러 구성에 있어서, 물은 보일러 내의 비교적 낮은 지점에서 보일러(12)로 진입하고 가열될 때에 관을 통해 상승한다. 이는 관을 넘쳐 흐르는 상태로 유지하고 유체를 관 내에서 소정의 압력으로 유지하는 역할을 한다.
가열된 유체는 분리되고 포화된 증기가 라인(44)을 통해 주 보일러(12)에서 배출되어 과열 보일러(14)로 진입한다. 여기서, 증기는 과열된 상태로 더욱 가열되어 다시 벽 관을 통해 유동한다. 과열된 증기는 주 증기 라인(46)을 통해 과열 보일러(14)에서 배출되어 고압(주 증기) 터빈(38) 내로 진입한다. 저압 증기는 고압 주 증기 터빈(38)으로부터 배출되어 재가열 증기 라인(48)을 통해 재가열 보일러(16)로 복귀된다. 증기는 재가열 증기 유동 라인(50)을 통해 재가열 보일러(16)에서 배출되어 중간 압력 터빈으로 진입한다. 중간 터빈(40)으로부터 배출된 증기는 교차 라인(43)을 통해 유동하여 저압 터빈(41)으로 진입한다.
증기는 터빈 배출 라인(52)을 통해 저압 터빈(41)으로부터 배출되어 콘덴서(42)에서 (일반적으로 증기로부터 터빈(40)에 의해 최대량의 에너지가 추출되도록 대기압보다 낮은 저압으로) 완전히 응축된 다음, (전술한 바와 같이) 보일러(12)에 대한 도입 전에 물을 예열하는 절약 장치(28)를 통해 주 보일러(12)로 복귀된다(펌핑된다).
연료 회로와 관련하여, 전술한 바와 같이, 연료 및 산화제는 각 보일러(12, 14, 16) 내로 개별적으로 공급된다. 연료 가스는 모두 개개의 라인(13, 15, 17)을 통해 각 보일러들로부터 배출되고, 가스가 주 보일러 공급수를 예열하는 절약 장치(28)로 진입한다. 배기 가스는 절약 장치(28)에서 배출되어 산화제 예열기(60) 내에서 산화제를 예열하도록 이용될 수 있다. 절약 장치(28)에서 배출된 후에 배기 가스는 (라인(61)을 통해) 산화제 예열기(60)로 전환된 다음 전체적으로 54로 지시된 임의의 필요한 다운스트림 처리 장비, 예컨대 스크러버, 집진 장치 등으로의 도입을 위해 (라인(63)을 통해) 복귀된다. 또한, 원하는 경우에, 배기 가스의 일부는 산화제 예열 후에 보일러(12-16)로 (배기 가스 순환 라인(56)을 통해) 재순환될 수 있다. 재순환 라인(56)은 또한 연료를 보일러(12-16) 내로 운반하여, 예컨대 보일러들 내로 분쇄된 석탄을 운반하도록 (연료 운반 라인(58)으로의 분할에 의해) 전달 수단으로서 이용될 수 있다.
당업자라면 알 수 있겠지만, 보일러에 진입하는 가스(실질적으로 순수 산소로서)의 유량 및 전체 체적이 종래의 보일러보다 작기 때문에, 배출 또는 배기 가스의 유량 및 체적이 또한 종래의 보일러보다 동일 시간에 작다. 따라서, 다운스트림 처리 장비(54)가 동일한 크기(동력 출력)의 파워 플랜트의 종래의 장비보다 작고 비용이 덜 들 수 있다.
보일러 시스템(110)의 제2 실시예의 개략적인 도해가 도 2에 도시되어 있다. 도시된 보일러 시스템(110)은 비재가열/아임계 유닛이고, 이에 따라 시스템은 2개의 분리된 별개의 보일러, 즉 물로부터 증기를 생성하기 위한 제1 보일러(주 보일러; 112)와, 과열된 증기를 생성하기 위한 제2 보일러(과열 보일러; 114)를 포함한다. 재가열 보일러가 존재하지 않는다. 이 시스템(110)은 도 1의 시스템(10)의 실시예와 유사하여, 각 보일러(112, 114)에 독립적으로 공급하는 (독립적인 산소 연료 연소 시스템(122, 124) 내의) 산화제 및 연료 공급 시스템(118, 120)을 포함한다. 보일러 시스템(110)은 주 보일러(112)로의 도입 전에 공급수를 예열하도록 배기 가스를 이용하는 절약 장치(128)를 포함한다. 절약 장치(128) 후에 배기 가스는 산화제 예열기(160)에서 산화제를 예열하도록 이용될 수 있다.
여기서, 또한 보일러 시스템(110)은 발전기(134)와, 고압(또는 주 증기) 터 빈(138)과, 중간 압력 터빈(140)과, 저압 터빈(141) 및 콘덴서(142)를 구비하는 터빈/발전기 세트(136)를 갖도록 구성된다.
공급수는 공급수 라인(130)을 통해 주 보일러로 진입하고 수관을 통해 유동할 때에 가열된다. 가열된 유체는 분리되고 포화된 증기는 라인(144)을 통해 주 보일러(112)에서 배출되어 증기가 과열 상태로 가열되는 과열 보일러(114)로 진입한다. 과열된 증기는 주 증기 라인(146)을 통해 과열 보일러(114)에서 배출되어 고압 터빈(138)으로 진입한다. 이전 실시예와 달리, 이 시스템(110)에서 있어서, 고압 터빈(138)에서 배출되는 증기는 교차 라인(143)을 통해 가로질러 중간 압력 터빈(140)으로 진입한다(예컨대, 재가열기가 존재하지 않는다). 증기는 중간 압력 터빈(140)에서 배출되어 교차 라인(148)을 통해 가로질러 저압 터빈(141)으로 진입한다. 이어서, 저압 증기는 저압 터빈(141)으로부터 저압 터빈을 통해 콘덴서 라인(152)으로 배출된 다음 절약 장치(128)를 통해 주 보일러(112)로 복귀된다(펌핑된다).
연료 회로와 관련하여, 이전 실시예와 같이, 연료 및 산화제는 각 보일러(112, 114)로 각각 공급된다. 연료 가스는 각각 라인(113, 115)을 통해 개개의 보일러에서 배출되어 주 보일러 공급수를 예열하도록 절약 장치(128)로 진입한다. 배기 가스는 절약 장치(128)에서 배출되어 산화제 예열기(160)에서 산화제를 예열하도록 이용될 수 있다. 절약 장치(128)에서 배출된 후에 배기 가스는 (라인(161)을 통해) 산화제 예열기(160)로 전환된 다음, 절약 장치(128)로부터의 배출 후에 임의의 필요한 다운스트림 처리 장비(154로 지시됨)로 도입하도록 (라인(163)을 통 해) 전환된다. 배기 가스는 연료(분쇄된 석탄)를 보일러(112, 114) 내로 운반하는 전달 수단으로서 재순환(156) 및/또는 이용될 수 있다.
보일러 시스템(210)의 다른 실시예가 단일의 재가열 초임계 보일러 유닛을 도시하는 도 3에 예시되어 있다. 이 시스템은 2개의 분리된 별개의 보일러들, 즉 물로부터 초임계 증기를 생성하기 위한 제1 보일러(초임계 주 보일러; 212)와, 제2 보일러(재가열 보일러; 216)를 포함한다. (산소 연료 연소 시스템(222, 226) 내의) 산소와 연료는 산화제 및 연료 공급 시스템(218, 220)에 의해 각 보일러(212, 216)로 공급된다. 보일러 시스템(210)은 배기 가스를 이용하여 주 보일러(212)로의 도입 전에 공급수를 예열하는 절약 장치(228)를 포함한다.
여기서, 또한 보일러 시스템(210)은 발전기(234)와, 초임계 터빈(238)고, 중간 압력 터빈(240)과, 저압 터빈(241) 및 콘덴서(242)를 구비하는 터빈/발전기 세트(236)를 갖도록 구성된다.
공급수는 공급수 라인(230)을 통해 주 보일러(212)로 진입하고 수관을 통해 유동할 때에 가열된다. 가열된 유체는 초임계 증기 라인(246)을 통해 초임계 보일러(212)에서 배출되어 초임계 터빈(238)으로 진입한다. 초임계 터빈(238)으로부터 배출되는 유체(증기)는 (재가열 라인(248)을 통해) 재가열 보일러(216)로 진입한 다음, 재가열 증기 라인(250)을 통해 중간 압력 터빈(240)으로 유동한다. 증기는 중간 압력 터빈(240)으로부터 교차 라인(243)을 통해 저압 터빈(241)으로 배출된다. 저압 증기는 저압 터빈(241)에서 배출되어 콘덴서(242) 내에서 응축된다. 이어서, 응축물은 절약 장치(228)를 통해 초임계 보일러(212)로 복귀된다(펌핑된다).
연료 회로와 관련하여, 이전 실시예와 같이, 연료 및 산화제는 각 보일러(212, 216)로 각각 공급된다. 연료 가스는 각각 라인(213, 217)을 통해 개개의 보일러에서 배출되어 주 보일러 공급수를 예열하도록 절약 장치(228)로 진입한다. 배기 가스는 절약 장치(228)에서 배출되어 산화제 예열기(260)에서 산화제를 예열하도록 이용될 수 있다. 절약 장치(228)에서 배출된 후에 배출 가스는 (라인 (261)을 통해) 산화제 예열기(260)로 전환된 다음, 절약 장치(228)로부터의 배출 후에 필요한 바와 같이 임의의 필요한 다운스트림 처리 장비(254)로 도입하도록 (라인(263)을 통해) 전환된다. 배기 가스는 연료(분쇄된 석탄)를 보일러 내로 운반하는 전달 수단으로서 재순환(256) 및/또는 이용될 수 있다.
보일러 시스템(310)의 또 다른 실시예가 포화된 증기 보일러 유닛을 도시하는 도 4에 예시되어 있다. 이 시스템은 포화된 증기를 생성하기 위한 포화된 증기 보일러(312)와 산소 연료 연소 시스템(322)를 포함한다. 보일러 시스템(310)은 주 보일러(312)로의 도입 전에 공급수를 예열하도록 배기 가스를 이용하는 절약 장치(328)를 포함할 수 있다.
이 보일러 시스템(310)은 원하는(현재 특정되지 않은) 다운스트림 프로세스(360)로 포화된 증기를 공급하도록 구성된다. 이를 위해, 시스템(310)은 "증기 요구부"(증기를 요하는 다운스트림 프로세스)와 콘덴서(342)를 갖는 것으로 도시되어 있고, 콘덴서의 필요성은 증기 요구부(360)에 따라 좌우된다.
공급수는 공급수 라인(330)을 통해 주 보일러(312)로 진입하여 수관을 통해 유동할 때에 가열된다. 가열된 유체는 예컨대 증기 드럼(313) 내에서 포화된 증기 와 물로 분리된다. 포화된 증기는 드럼(313)으로부터 증기 라인(346)을 통해 보일러(312)에서 배출되고 증기 요구부(360)로 유동한다. 이어서, 유체(증기)는 (선택적인) 콘덴서(342) 내에서 응축된 다음, 절약 장치(328)를 통해 보일러(312)로 복귀된다(공급수로서 펌핑된다).
연료 회로와 관련하여, 이전 실시예와 같이, 연료 및 산화제는 산소 연료 연소 시스템(322)을 통해 보일러(312) 내로 공급된다. 배기 가스는 라인(313)을 통해 보일러(312)에서 배출되고 절약 장치(328)로 진입하여 주 보일러(312)의 공급수를 예열한다. 배기 가스는 절약 장치(328)에서 배출되어 산화제 예열기(370) 내의 산화제를 예열하는 데에 사용될 수 있다. 절약 장치(328)에서 배출된 후에 배기 가스는 (라인(371)을 통해) 산화제 예열기(370)로 전환된 다음 절약 장치(328)에서 배출 후에 필요한 바와 같이 임의의 필요한 다운스트림 처리 장비(354)로 도입하기 위해 (라인(373)을 통해) 복귀된다. 배기 가스는 연료(예컨대, 분쇄된 석탄)을 보일러(312)로 운반하기 위한 전달 수단으로서 재순환(356) 및/또는 이용될 수 있다. 산소는 산화제 공급원(318)에 의해 공급되고 연료는 연료 공급원(320)에 의해 공급된다.
보일러 시스템(10, 110, 210, 310)의 각 실시예에 있어서, 보일러(들)는 실질적으로 방사상 열 전달 메카니즘에 의해 발생하는 열 전달을 최대화하기 위해 작동하도록 구성되는 자립형 유닛이다. 따라서, 보일러는 (수벽/관(T)의 효율적인 노출을 보장하도록) 비교적 작거나, 대류 열 전달에 의존하는 필적하는 종래의 보일러보다 적어도 작다. 당업자라면 각 시스템의 각 보일러들(예컨대, 단일의 재가 열 보일러 시스템(10)의 주 보일러(12), 과열 보일러(14) 및 재가열 보일러(16))가 단일의 보일러 유닛으로서 도시 및 설명되었지만, 이들 각 보일러는 연속하여 다중 유닛으로 구성될 수 있는 것이 예상된다는 것을 알 것이다. 또한, 예컨대 주 보일러(12)는 2개 또는 3개의 보다 작은 보일러로서 연속하여 구성될 수 있다. 더욱이, 각 보일러는 하나의 산소 연료 버너를 갖는 것으로 도시되었지만, 각 보일러가 필요에 따라 다중 버너를 가질 수도 있다는 것이 예상된다. 각 가열 스테이지를 위한 단일 보일러 또는 다중 보일러의 용도와 각 보일러를 위한 단일 버너 또는 다중 버너의 용도는 전체 프로세스 및 증기 상태를 더욱 효율적으로 제어하기 위하여 개별 보일러로 유입되는 열을 제어하는 능력을 더 향상시킨다는 것을 알 것이다.
Gross의 전술한 특허들에서 규정된 바와 같이, 에너지는 산소 연료 연소 시스템에 의해 보일러로 유입된다. 그러한 구성을 이용하면, 노에 대한 열 전달의 주요 모드는 약간의 대류 열 전달을 갖는 방사상이다. 이들 버너(및 산소 연료 시스템)는 높은 화염 온도를 발생시키기 때문에, 산소 연료 연소 시스템은 효율적인 방사상 열 전달을 제공한다. 보일러의 기하학적 형태(예컨대, 보일러 관의 직접적인 화염 노출)는 화염으로부터 금속으로의 열 전달이 발생하는 금속 표면적을 최대화시킴으로써 열 전달율을 더 증가시킨다.
바람직하게는, 본 발명의 보일러는 보일러가 종래의 대략 동일한 크기(파워 출력)의 보일러보다 물리적으로 작게 되도록 할 수 있는 산소 연료 연소와 조합하여 방사상 열 전달의 이용을 최대화시킨다. 즉, 실질상 순수 산소(공기가 아님)가 산화제로서 이용되기 때문에, 산화제 전체가 연소를 위해 이용될 수 있고 보일러로 입력되는 가스의 체적은 연소에 필요한 산소를 제공하기 위하여 산소가 산화제로서 이용될 때에 필요하게 되는 가스 체적의 약 21 퍼센트이다. 따라서, 보일러는 공기가 아니라 실질상 순수 산소가 이용되기 때문에 상당히 작을 수 있다.
또한, 연료/산소 혼합물(역시, 연료/공기 혼합물이 아님)로 인해 보일러 내의 화염 온도가 높게 된다. 산소 연료를 이용하면 보일러 내에서 약 5000℉의 화염 온도가 달성될 수 있다. 이것은 종래의 보일러보다 약 1500℉ 내지 2000℉ 만큼 높다. 또한, 이렇게 높은 화염 온도와 함께 산소 연료를 이용하면 프로세스가 보다 효율적으로 되는 것을 알았다.
연료로서 천연 가스를 이용하는 본 발명의 보일러 시스템에 있어서, 산소/천연 가스의 비율은 약 2.36:1이다. 이 비율은 산소 공급물의 순도와 연료의 물성에 따라 변한다. 예컨대, 100 퍼센트 산소의 이상적인 조건 하에서, 그 비율은 이론상 2.056:1로 계산된다. 그러나, 산소 공급물이 일정 퍼센트(일반적으로 최대 약 15 퍼센트)의 비산소 성분을 갖고 천연 가스가 항상 100 퍼센트의 순도가 아닌 경우에 그러한 변경이 예상된다. 따라서, 당업자라면 그 비율이 약간 변할 수 있지만, 연료와 산소의 대략적인 화학량론적 비율인 그 비율을 계산하는 근거는 정확하게 유지된다는 것을 인지 및 이해할 것이다.
이러한 산소 대 연료의 비율은 다수의 이점을 제공한다. 예컨대, 대략적인 화학량론적 비율은 연료의 완벽한 연소를 제공하여, NOx 및 다른 유독성 가스 방출물의 체적을 실질적으로 보다 작게 한다.
산소 대 연료의 비율을 정확하게 제어하면 연료의 완벽한 연소가 보장된다는 것을 유념하는 것이 중요하다. 이는 LOI(loss on ignition)로 노력하는 종래의 장치(예컨대, 화석 연료 발전 파워 플랜트)와 완전히 대비된다. 실질상, LOI는 연료의 불완전한 연소로 나타난다. 한편, 본 발명의 보일러 시스템(10, 110, 210, 310)은 이들 손실을 최소화하거나 가능한 제거하는 시도로 연료에 대한 화학량론적 비율에 가깝게 긴밀하게 제어된 방식으로("긴밀한", 즉 공기의 도입을 실질상 방지하도록 구성되는 보일러의 경우) 실질상 순수 산소를 이용한다. 또한, (산소 연료 시스템의) 이들 버너를 이용하면, 오직 이론적인 NOx가 공기를 이용한 연소로부터 나오는 것이 아니라 연료 파생 질소로부터 유효하다. 따라서, 완벽하게 제거되지 않아도 NOx는 종래의 시스템에 비해 사소한 양으로 감소된다.
더욱이, 방사상 열 전달이 요망되는 열 전달 메카니즘이기 때문에, 보일러 내에서 대류 (가스) 통로에 대한 의존이 덜 하다. 이는 또한 보다 작고 덜 복잡한 보일러의 설계를 가능하게 한다. 이러한 설계 고려 사항은 보일러가 자립형 모듈형 유닛으로 구성되게 한다. 즉, 도 1을 참조하면, 자립형 주 보일러(12)는 자립형 재가열 보일러(16)와 군집될 수 있는 자립형 과열 보일러(14)와 군집될 수 있다. 마찬가지로, 도 3을 참조하면, 자립형 과열 주 보일러(212)는 보일러 시스템(210)의 코어로서 자립형 재가열 보일러(216)와 군집될 수 있다. 이 자립형 구성은 과열 증기의 온도가 어템퍼레이션(atemperation)(비과열)에 의해 제어되는 종래의 시스템에 비해 제어 이점을 제공한다. 비과열 프로세스는 물 또는 증기의 추가에 의해 과열된 증기를 냉각시키고 시스템의 효율을 저하시켜 비등 및 과열을 위한 별개의 보일러들을 이용함으로써 제거될 수 있다. 또한, (설계 용량보다 작은 용량에서 동작하는) 턴다운 작동 중에 이점이 있다. 턴다운 조건 하에서, 비등 구역으로 유입된 열은 과열 구역 또는 재가열 구역으로 유입된 열과 상관없이 제어될 수 있어 보다 효율적인 작업에 이르게 된다.
다양한 보일러 구성 둘레에서의 열 및 질량 균형의 연구는 계획된 보일러 효율이 매우 높고 공지의 보일러 시스템보다 훨씬 높다는 것을 보여준다. 예컨대, 주 보일러의 제1 재가열/아임계 유닛에 있어서, 증기 출구를 향해 유입되는 물의 엔탈피 변화는 약 1.95E9 BTU/hr이고 연료 유입 엔탈피는 약 2.08E9 BTU/hr이다. 과열 보일러에 있어서, 증기 출구로 유입되는 증기의 엔탈피 변화는 약 7.30E8 BTU/hr이고 연료 유입 엔탈피는 약 8.32E8 BTU/hr이며, 재가열 보일러에 있어서, 증기 출구로 유입되는 물의 엔탈피 변화는 약 5.52E8 BTU/hr이고, 연료 유입 엔탈피는 약 6.22E8 BTU/hr이다. 이 결과 주 보일러, 과열 보일러 및 재가열 보일러의 효율은 각각 93.8%(절약 장치의 이득 포함), 87.8% 및 88.7%가 된다.
마찬가지로, 주 보일러의 제2 비재가열 아임계 유닛에 있어서, 증기 출구로 유입되는 물의 엔탈피 변화는 약 1.99E9 BTU/hr이고 연료 유입 엔탈피는 약 1.97E9 BTU/hr이다. 과열 보일러에 있어서 증기 출구로 유입되는 증기의 엔탈피 변화는 약 1.22E9 BTU/hr이고 연료 유입 엔탈피는 약 1.60E9 BTU/hr이다. 이 결과, 주 보일러 및 과열 보일러의 효율은 각각 101.0%(절약 장치 이득 포함)과 76.2%이다. 절약 장치가 (주 보일러와 과열 보일러 모두로부터 배기 가스를 취하는) 주 보일러용 계산에 포함되는 것을 유념하는 것이 중요하고, 따라서, 효율이 100%보다 큰 것으로 나타나는 과열 보일러로부터 배기 가스를 취하는 이점이 있다.
과열 주 보일러의 제3 재가열 초임계 보일러에 있어서, 증기 출구로 유입되는 물의 엔탈피 변화는 약 2.37E9 BTU/hr이고, 연료 입력 엔탈피는 약 2.72E9 BTU/hr이다. 재가열 보일러에 있어서, 증기 출구로 유입되는 증기의 엔탈피 변화는 약 6.23 E8 BTU/hr이고 연료 유입 엔탈피는 약 7.24E8 BTU/hr이다. 이 결과, 초임계 주 보일러 및 재가열 보일러의 효율이 각각 87.2%(절약 장치의 이득 포함) 및 86.0%가 된다.
마지막 또는 포화 증기 보일러 시스템에 있어서, 증기 출구로 유입되는 물의 엔탈피 변화는 약 3.42E9 BTU/hr이고 연료 유입 엔탈피는 약 3.73E9 BTU/hr이다. 블로우다운 손실은 약 0.13E8 BTU/hr이다. 이 결과, 주 보일러의 효율이 91.7%가 된다.
아래의 표 1은 보일러에 의해 고장난 재가열/아임계 유닛용 부분적인 질량 및 에너지 균형 구성요소를 나타낸다. 표 2는 보일러에 의해 고장난 비재가열/아임계 유닛용 부분적인 질량 및 에너지 균형 구성요소를 나타내고, 표 3은 보일러에 의해 고장난 재가열/초임계 보일러 유닛용 부분적인 질량 및 에너지 균형 구성요소를 나타내며, 표 4는 포화 증기 보일러 유닛용 부분적인 질량 및 에너지 구성요소를 나타낸다. 재가열/초임계 보일러 유닛용의 표 3의 부분적인 질량 및 에너지 균형값은 효율을 결정하여 도 3의 개략도에 합치하도록 함께 추가된 제1 및 제2 보일러 섹션을 나타낸다는 것을 유념해야 한다. 표 1 내지 3의 부분적인 질량 및 에너지 균형값 각각에 있어서, 특정값 및 전체 엔탈피값은 절약 장치 전에 개개의 제1 연소 섹션으로 유입되는 물이다.
[표 1] 재가열/아임계 보일러 시스템용 부분적인 질량 및 에너지 균형
Figure 112007063911113-pct00001
[표 2] 비재가열/아임계 보일러 시스템용 부분적인 질량 및 에너지 균형
Figure 112007063911113-pct00002
[표 3] 재가열/초임계 보일러 시스템용 부분적인 질량 및 에너지 균형
Figure 112007063911113-pct00003
[표 4] 포화 증기 보일러 시스템용 부분적인 질량 및 에너지 균형
Figure 112007063911113-pct00004
전술한 바와 같이, 각 보일러 시스템은 2개의 주요 영역에서 종래의 프로세스와 상이하다. 첫번째로, 종래의 연소 프로세스는 연소를 위해 실질상 순수 산소가 아니라 (산소를 공급하는 산화제로서) 공기를 이용한다. 공기의 산소 성분(약 21 퍼센트)은 연소에 이용되지만, 나머지 성분(실질상 질소)은 노 내에서 가열되어 노로부터 배출된다. 두 번째로, 본 프로세스는 (약 ±5 퍼센트의 공차 내에서) 서로 근사한 화학량론적 비율로 산소와 연료를 이용한다. 즉, 소정 공차 내에서 연료의 완전한 연소를 보장하기 위해서는 연료에 오직 충분한 산화제가 소정 비율로 공급된다. 또한, 이것은 등위 시스템으로서 구성되는 다중 보일러 구성요소 또는 모듈에서 수행되고, 각 모듈은 개개의 원하는 스테이지(예컨대, 주 보일러, 과열 구역, 재가열 구역)에서 가열한다.
본 발명의 연소 시스템을 이용하여 많은 이점 및 이익이 달성된다. 후술되는 바와 같이, 등가량의 동력 또는 열을 생성하기 위해 연료 소비가 감소된다. 이것은 결과로서 생기는 오염물질의 양의 현저한 감소를 제공할 수 있는 것이 중요하다. 또한, 특정 용례에 있어서, NOx의 방출이 실질상 제로로 감소될 수 있다.
또한, 가스 처리량이 종래의 보일러보다 상당히 낮기 때문에, 배기 가스의 배출량이 동일 시간에 낮게 된다. 사실상, 산화제(종래 시스템의 공기에 비해 본 시스템에서는 산소)의 입력량은 종래의 시스템의 약 21 퍼센트(고체 연료의 경우에, 고체 연료를 보일러 내에서 제거하도록 필요한 동기 가스의 양인, 예컨대 40 퍼센트임)이다. 또한, 방출 가스의 주요 성분은 응축되거나 그렇지 않으면 방출될 수 있는 (증기로서의) 물과 CO2일 것이 예상된다. 또한, CO2는 다른 산업 및/또는 상업적 용례에 이용하도록 및/또는 분리하도록 농출된 형태로 포획되는 것이 예상된다.
또한, 전술한 바와 같이 연료/산소 혼합물(역시, 연료/공기 혼합물이 아님)을 이용하면 화염 온도가 보다 높아진다는 것을 알았다. 산소 연료를 이용하면, 약 5000℉의 화염 온도가 달성될 수 있다. 이것은 다른 공지의 보일러보다 약 1500℉ 내지 2000℉ 만큼 높다. 또한, 이렇게 높은 화염 온도와 함께 산소 연료를 이용하면 프로세스가 매우 효율적으로 되는 것을 알았다.
본 개시에 있어서, 단수는 단수와 복수를 모두 포함한다. 반대로, 적절한 복수 물품에 대한 임의의 참조는 단수를 포함한다.
전술로부터 본 발명의 신규한 개념의 사상 및 범위에서 벗어남이 없이 다수의 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 것을 알 것이다. 도시된 특정례에 대한 제한의 의도가 없거나 암시해서도 안 된다. 본 개시는 청구범위 내에 속하는 그러한 모든 변경을 첨부된 청구범위가 포함하도록 의도된다.

Claims (26)

  1. 물로부터 증기를 생성하기 위한 모듈 기반 산소 연료 보일러 시스템에 있어서, 상기 보일러 시스템은 공기의 유입을 실질적으로 방지하도록 구성된 제1 및 제2 보일러를 포함하고,
    상기 제1 보일러는,
    - 물을 운반하기 위한 복수 개의 제1 보일러 관과 연통하는 공급수 입구로서, 상기 제1 보일러 관은 적어도 하나의 수벽을 형성하는 공급수 입구;
    - 21 퍼센트보다 높은 순도를 가진 산소를 공급하기 위한 제1 보일러 산소 공급원;
    - 탄소계 연료를 공급하기 위한 제1 보일러 탄소계 연료 공급원;
    - 상기 산소 또는 탄소계 연료 중 하나의 초과분을 소정의 공차로 제한하도록 산소 및 탄소계 연료를 서로에 대해 화학량론적 비율로 제1 보일러 내로 공급하는 적어도 하나의 제1 보일러 산소 연료 버너 시스템;
    을 구비하고, 상기 제1 보일러 관은, 증기를 생성하기 위한 에너지를 전달받기 위해, 상기 제1 산소 연료 버너 시스템으로부터 발생하는 복사 에너지에 직접 노출되도록 상기 제1 보일러 내에 배치되고,
    제1 보일러와 연속하여 위치되고 상기 제1 보일러부터 생성된 증기를 수용하며 제1 보일러와 서로 다른 에너지 전달 기능을 수행하도록 구성되는 상기 제2 보일러는,
    - 적어도 하나의 관벽을 형성하는 복수 개의 제2 보일러 관;
    - 21 퍼센트보다 높은 순도를 가진 산소를 공급하기 위한 제2 보일러 산소 공급원;
    - 탄소계 연료를 공급하기 위한 제2 보일러 탄소계 연료 공급원;
    - 상기 산소 또는 탄소계 연료 중 하나의 초과분을 소정의 공차로 제한하도록 산소 및 탄소계 연료를 서로에 대해 화학량론적 비율로 제1 보일러 내로 공급하는 적어도 하나의 제2 보일러 산소 연료 버너 시스템;
    을 구비하고, 상기 제2 보일러 관은, 상기 제2 보일러로 진입하는 증기의 내부 에너지를 증가시키기 위해, 상기 제2 산소 연료 버너 시스템으로부터 발생하는 복사 에너지에 직접 노출되도록 상기 제2 보일러 내에 배치되고,
    상기 제1 및 제2 보일러는 서로 독립적이고 연속하여 배치되는 것인 모듈 기반 산소 연료 보일러 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 보일러 산소 공급원은 85 퍼센트의 순도를 갖는 산소를 공급하는 것을 특징으로 하는 모듈 기반 산소 연료 보일러 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 보일러 산소 공급원은 85 퍼센트의 순도를 갖는 산소를 공급하는 것을 특징으로 하는 모듈 기반 산소 연료 보일러 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 증기 터빈을 포함하고, 과열 보일러에서 배출된 증기는 증기 터빈으로 공급되는 것을 특징으로 하는 모듈 기반 산소 연료 보일러 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 증기 터빈은 고압 터빈, 중간 압력 터빈 및 저압 터빈을 포함하고, 상기 과열 보일러부터의 증기는 상기 고압 터빈으로 공급되며,
    상기 보일러 시스템은 재가열 보일러를 포함하고, 상기 재가열 보일러는 복수 개의 관을 구비하고, 상기 고압 터빈에서 배출된 증기를 수용하고 중간 압력 터빈으로 증기를 공급하도록 구성되며,
    상기 중간 압력 터빈으로부터 배출된 증기는 상기 저압 터빈으로 공급되고,
    상기 재가열 보일러는 주 보일러 및 과열 보일러와 상이한 에너지 전달 기능을 수행하고 실질적으로 공기의 유입을 방지하도록 구성되고, 재가열 보일러 관은 적어도 하나의 관벽을 형성하며,
    상기 재가열 보일러는 21 퍼센트보다 큰 순도를 갖는 산소를 공급하기 위한 산소 공급원과 탄소계 연료를 공급하기 위한 탄소계 연료 공급원 및 상기 산소 또는 탄소계 연료 중 하나의 초과분을 소정의 공차로 제한하도록 산소 및 탄소계 연료를 서로에 대해 근사한 화학량론적 비율로 재가열 보일러 내로 공급하는 적어도 하나의 재가열 보일러 산소 연료 버너를 구비하고,
    상기 재가열 보일러 관은, 증기를 과열시키기 위한 에너지를 전달받기 위해, 상기 산소 연료 버너로부터 발생하는 복사 에너지에 직접 노출되도록 상기 재가열 보일러 내에 배치되고,
    상기 재가열 보일러는 주 보일러 및 과열 보일러와 독립적인 것인 모듈 기반 산소 연료 보일러 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 재가열 보일러 산소 공급원은 85 퍼센트의 순도를 갖는 산소를 공급하는 것을 특징으로 하는 모듈 기반 산소 연료 보일러 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 가스측과 공급수측을 갖는 절약 장치를 포함하고, 제1 및 제2 보일러로부터의 배기 가스는 절약 장치의 가스측으로 유동하며, 공급수는 절약 장치를 통해 공급수 입구로 유동하는 것을 특징으로 하는 모듈 기반 산소 연료 보일러 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 및 제2 보일러는 고체 연료 보일러이고, 배기 가스의 일부는 고체 연료를 보일러들 중 적어도 하나로 운반하도록 사용되는 것을 특징으로 하는 모듈 기반 산소 연료 보일러 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 배기 가스의 일부는 고체 연료를 제1 및 제2 보일러 내로 운반하도록 사용되는 것을 특징으로 하는 모듈 기반 산소 연료 보일러 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 고체 연료를 보일러들 중 적어도 하나로 운반하도록 사용되는 배기 가스의 일부는 절약 장치 하류의 배기 가스 유로(flowpath)로부터 배출되는 것을 특징으로 하는 모듈 기반 산소 연료 보일러 시스템.
  14. 제10항에 있어서, 절약 장치 가스측으로부터 배출되는 배기 가스는 제1 및 제2 보일러 산소 공급원을 위한 산소 공급물을 예열하는 것을 특징으로 하는 모듈 기반 산소 연료 보일러 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1 보일러는 주 보일러이고, 제1 보일러는 재가열 보일러이며, 주 증기 터빈과 중간 압력 터빈을 포함하고, 상기 주 보일러에서 배출되는 증기는 주 증기 터빈으로 공급되며, 주 터빈으로부터 배출되는 증기는 재가열 보일러로 공급되고, 재가열 보일러에서 배출되는 증기는 중간 압력 터빈으로 공급되는 것을 특징으로 하는 모듈 기반 산소 연료 보일러 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 저압 터빈을 포함하고, 증기는 중간 압력 터빈으로부터 저압 터빈으로 배출되는 것을 특징으로 하는 모듈 기반 산소 연료 보일러 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 콘덴서를 포함하고, 저압 터빈에서 배출되는 증기는 콘덴서로 배출되는 것을 특징으로 하는 모듈 기반 산소 연료 보일러 시스템.
  18. 제15항에 있어서, 가스측과 공급수측을 갖는 절약 장치를 포함하고, 주 보일러 및 재가열 보일러로부터의 배기 가스는 절약 장치를 통해 배출되고, 콘덴서로부터의 공급수를 절약 장치를 통해 공급수 입구로 유동하는 것을 특징으로 하는 모듈 기반 산소 연료 보일러 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 주 보일러 및 재가열 보일러는 고체 연료 보일러이고, 배기 가스의 일부는 고체 연료를 보일러들 중 적어도 하나로 운반하도록 사용되는 것을 특징으로 하는 모듈 기반 산소 연료 보일러 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 배기 가스의 일부는 고체 연료를 주 보일러 및 재가열 보일러로 운반하도록 사용되는 것을 특징으로 하는 모듈 기반 산소 연료 보일러 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 고체 연료를 보일러들 중 적어도 하나로 운반하도록 사용되는 배기 가스의 일부는 절약 장치 하류의 배기 가스 유로로부터 배출되는 것을 특징으로 하는 모듈 기반 산소 연료 보일러 시스템.
  22. 제18항에 있어서, 절약 장치의 가스측으로부터 배출되는 배기 가스는 주 보일러 및 재가열 보일러 산소 공급원을 위한 산소를 예열하는 것을 특징으로 하는 모듈 기반 산소 연료 보일러 시스템.
  23. 물로부터 증기를 생성하기 위한 보일러 시스템에 있어서,
    상기 보일러 시스템은 제1 보일러와 제2 보일러로 지칭되는 두 개의 연속 배치된 보일러를 구비하고, 상기 제1 보일러에 의해 생성된 증기는 상기 제2 보일러로 주입되며,
    각 보일러는 물 또는 증기를 운반하기 위한 복수 개의 관과 연통하는 입구를 갖고, 각 보일러의 관은 적어도 하나의 관벽을 형성하며, 상기 각 보일러는 실질적으로 공기의 유입을 방지하도록 구성되고,
    상기 각 보일러는 21 퍼센트보다 큰 순도를 갖는 산소를 공급하기 위한 산소 공급원과, 탄소계 연료를 공급하기 위한 탄소계 연료 공급원과, 상기 산소 또는 탄소계 연료 중 하나의 초과분을 소정의 공차로 제한하도록 산소 및 탄소계 연료를 근사한 화학량론적 비율로 각 보일러에 공급하는 적어도 하나의 산소 연료 버너 시스템을 구비하고,
    상기 각 보일러의 관은, 에너지 전달을 위해, 상기 산소 연료 버너 시스템으로부터 발생하는 복사 에너지에 직접 노출되도록 상기 각 보일러 내에 배치되고,
    상기 각 보일러는 서로 독립적인 보일러 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 상기 보일러 산소 공급원은 85 퍼센트의 순도를 갖는 산소를 각각 공급하는 것을 특징으로 하는 보일러 시스템.
  25. 삭제
  26. 삭제
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