KR101293321B1 - 석탄 가스화 복합 발전 설비 - Google Patents

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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

건조용 가스로서 사용하는 가스 터빈 배기 가스의 산소 농도가 일시적으로 증가한 경우이더라도, 건조용 가스에 가스 터빈 배기 가스를 사용하여 미분탄기를 운전 가능한 석탄 가스화 복합 발전 장치를 제공한다. 가스 터빈(8)의 연소 배기 가스를 미분탄기(1)의 건조용 가스로서 사용하고, 건조용 가스의 온도 조절이 배기 가스 보일러(9) 내에 설치된 탈질 장치(9a)의 출구 가스와 배기 가스 보일러(9)의 출구 가스를 혼합하여 이루어지는 석탄 가스화 복합 발전 설비에 있어서, 건조용 가스의 산소 농도가 소정치 이상으로 증가한 경우에 기동되어, 생성한 연소 배기 가스에 의해 건조용 가스의 산소 농도를 조정하도록 설치된 조연 버너(20)를 구비하고 있다.

Description

석탄 가스화 복합 발전 설비{INTEGRATED COAL GASIFICATION COMBINED CYCLE POWER GENERATION FACILITY}
본 발명은, 석탄을 연료로 하여 복합 발전을 행하는 석탄 가스화 복합 발전 설비에 관한 것이다.
종래, 연료로 되는 석탄을 가스화하여 가스 터빈을 운전하여, 가스 터빈의 구동력 및 가스 터빈의 배열(排熱)을 이용하여 발전하는 석탄 가스화 복합 발전 설비(IGCC; Integrated Coal Gasification Combined Cycle)가 알려져 있다.
이러한 석탄 가스화 복합 발전 설비에 있어서는, 산화제로서 산소를 사용하는 산소 연소 방식이나, 산화제로서 공기를 사용하는 공기 연소 방식(「공기 취입 」이라고도 호칭됨)이 알려져 있다.
이 중, 공기를 산화제로 하는 공기 연소 방식의 석탄 가스화 복합 발전 설비에 있어서는, 가스 터빈 배기 가스(산소 농도 12부피%)를 건조용 가스로서 사용하고, 온도 조절을 위해, 특히 NOx 규제가 있는 경우, 배기 가스 보일러 내의 탈질(脫窒) 장치 출구와 배기 가스 보일러 출구의 배기 가스를 혼합하고 있다. 즉, 탈질 장치 출구로부터 도입한 고온의 배기 가스와, 배기 가스 보일러 출구로부터 도입한 비교적 저온의 배기 가스를 혼합하여, 건조용 가스의 온도 조정을 하여 사용하는 것이 실시되고 있다. (예컨대, 특허문헌 1 참조)
도 3은, 공기 연소 방식(공기 취입)의 석탄 가스화 복합 발전 설비(이하, 「공기 취입 IGCC 시스템」이라고 호칭함)에 대하여, 종래예를 나타내는 구성도이다.
이 공기 취입 IGCC 시스템에서는, 최초에 건조용 가스와 함께 원료로 되는 석탄을 미분탄기(微粉炭機)(1)에 도입하여, 석탄을 건조 분쇄함으로써 미분탄이 제조된다. 이 미분탄은 사이클론(2)으로 유도되고, 배기와 분리되어 호퍼(3)에 회수된다. 이다음, 호퍼(3) 내의 미분탄은, 후술하는 공기 분리 장치(11)로부터 공급되는 가압 반송용의 질소 가스에 의해, 가스화로(4)에 반송되어 가스화된다. 이렇게 해서 가스화로(4)에서 가스화된 석탄 가스는, 가스 냉각기(5)를 통하여 차(char) 회수 장치(6)에 공급된다. 한편, 가스화로(4)로 미분탄을 가스화할 때는, 후술하는 가스 터빈(8)으로부터 공급되는 압축 공기와, 공기 분리 장치(11)로부터 공급되는 산소가 산화제로서 사용된다.
차 회수 장치(6)에서는, 미분탄을 가스화한 석탄 가스와 함께 생성된 차를 분리한다. 한편의 석탄 가스는, 가스 정제 장치(7)를 통하여 정제된 후에 가스 터빈(8)의 연료 가스가 된다. 이 연료 가스(석탄 가스)를 가스 터빈(8)의 연소기에 공급하여 연소시키는 것에 의해, 고온 고압의 연소 배기 가스가 생성된다. 이 연소 배기 가스는, 가스 터빈(8)의 터빈을 구동한 후, 배기 가스로서 배출된다. 한편, 가스 터빈(8)의 주축은 도시하지 않은 발전기와 연결되어, 발전기를 구동하는 것에 의해 발전이 행하여진다.
가스 터빈(8)으로부터 배출된 고온의 배기 가스는, 배기 가스 보일러(9)에 공급되어 증기 생성에 사용된다. 배기 가스 보일러(9)에서 생성된 증기는, 도시하지 않은 발전용 증기 터빈 등에 공급된다.
배기 가스 보일러(9)에서 증기 생성에 사용된 배기 가스는, 탈질 장치(9a) 등에 의해 필요한 처리를 실시한 후에 대기로 배기된다. 또한, 탈질 장치(9a)를 통한 탈질 후의 배기 가스에 관해서는, 그 일부가 건조용 가스로서 미분탄기(1)로 공급된다. 도시된 구성예에서는, 배기 가스 보일러(9) 중, 탈질 장치(9a)의 출구로부터 도입한 비교적 고온의 배기 가스와, 배기 가스 보일러(9)의 출구로부터 도입한 비교적 저온의 배기 가스를 혼합하여, 원하는 건조용 가스 온도로 조정된 건조용 가스가 사용되고 있다.
일본 특허공개 1986-175241호 공보
그런데, 상술한 종래의 석탄 가스화 복합 발전 설비(공기 취입 IGCC 시스템)에 있어서는, 예컨대 아역청탄이나 갈탄 등과 같이, 일반적으로 자연 발화성이 높은 저품위탄을 원료탄으로 하여 미분탄을 제조하는 경우, 건조용 가스의 산소 농도를 규정치(예컨대 13부피%) 이하로 제어하여 자연 발화를 방지하고 있다.
즉, 종래의 공기 취입 IGCC 시스템에서는, 예컨대 산소 농도가 12부피%인 가스 터빈 배기 가스를 건조용 가스로서 사용하고, 온도 조절을 위해, 특히 NOx 규제가 있는 경우, 배기 가스 보일러 내의 탈질 장치 출구 배기 가스(고온 가스)와 배기 가스 보일러 출구배기 가스(저온가스)를 혼합하고 있다.
그러나, 공기 취입 IGCC 시스템의 경우, 예컨대 도 4에 나타낸 바와 같이, 정격 부하보다 저부하로 되는 기동시 등에 있어서는, 건조용 가스로서 사용하는 가스 터빈 배기 가스의 산소 농도가 일시적으로 규정치보다 증가한다. 이것 때문에, 건조용 가스의 산소 농도에 관해서는, 미분탄의 자연 발화를 방지하는 13부피% 이하로 제어할 수 없는 경우가 있다. 따라서, 미분탄의 자연 발화를 방지하기 위해서는, 미분탄기의 운전을 정지해야 한다는 문제가 있었다.
저부하시에 산소 농도가 증가하는 이유로서는, 가스 터빈측의 공기량 운용에 제한이 있으므로, 어떤 부하 이하에서는 공기량이 일정하게 되기 때문이다. 여기서, 가스 터빈측의 제한으로서는, 연소기 주위의 메탈 온도나 연소 진동이 있다.
이와 같이, 전술한 종래의 공기 취입 IGCC 시스템에 있어서는, 기동시 등의 저부하 운전시에 건조용 가스의 산소 농도를 규정치 이하로 제어할 수 없기 때문에, 미분탄의 자연 발화를 방지하는 관점에서 미분탄기의 운전이 제약된다.
본 발명은, 상기의 사정에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 예컨대 저부하 운전시 등과 같이, 건조용 가스로서 사용하는 가스 터빈 배기 가스의 산소 농도가 일시적으로 증가한 경우도, 건조용 가스에 가스 터빈 배기 가스를 사용하여 미분탄기를 운전 가능하게 한 석탄 가스화 복합 발전 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해, 하기의 수단을 채용했다.
본 발명의 1태양에 따른 석탄 가스화 복합 발전 설비는, 가스 터빈의 연소 배기 가스를 미분탄기의 건조용 가스로서 사용하고, 상기 건조용 가스의 온도 조절이 배기 가스 보일러 내에 설치된 탈질 장치의 출구 가스와 상기 배기 가스 보일러의 출구 가스를 혼합하여 이루어지는 석탄 가스화 복합 발전 설비에 있어서, 상기 건조용 가스의 산소 농도가 소정치 이상으로 증가한 경우에 기동되어, 생성한 연소 배기 가스에 의해 상기 건조용 가스의 산소 농도를 조정하도록 설치된 조열(助燃) 버너를 갖추고 있는 것이다.
이러한 석탄 가스화 복합 발전 설비에 의하면, 건조용 가스의 산소 농도가 소정치 이상으로 증가한 경우에 기동되어, 생성한 연소 배기 가스에 의해 건조용 가스의 산소 농도를 조정하도록 설치된 조열 버너를 갖추고 있기 때문에, 저부하시 등에 있어서 가스 터빈 배기 가스의 산소 농도가 증가한 경우이더라도, 조열 버너에서 생성되는 연소 배기 가스량에 따라 건조용 가스의 산소 농도를 규정치 이하로 조정할 수 있게 된다. 이 때문에, 가스 터빈 배기 가스의 산소 농도가 증가한 경우에 있어서도, 규정의 산소 농도 이하로 제어된 건조용 가스를 공급하여 미분탄기를 운전할 수 있게 된다.
상기 태양에 있어서, 상기 조열 버너는, 상기 배기 가스 보일러의 내부에 설치되어 있는 것이 바람직하고, 이것에 의해, 배기 가스 보일러의 회수 열량이 늘어 출력을 증가시킬 수 있다.
상기 태양에 있어서, 상기 조열 버너는, 상기 건조용 가스를 상기 미분탄기에 공급하는 건조용 가스 유로에 설치되어 있는 것이 바람직하고, 이것에 의해, 건조용 가스의 산소 농도는, 배기 가스 보일러로부터 뽑아 낸 가스 터빈 배기 가스만을 조절하면 바람직하기 때문에, 조열 버너로 소비하는 연료를 저감할 수 있다. 즉, 건조용 가스로서 사용하는 가스 터빈 배기 가스의 산소 농도를 조정하면 바람직하기 때문에, 조열 버너에서 생성하는 연소 배기 가스량은 적어도 된다. 이 경우, 건조용 가스의 온도 조정은, 조열 버너로 산소 농도를 조절한 후에 실시하는 것이 바람직하다.
상기 조열 버너가 상기 배기 가스 보일러의 내부에 설치되어 있는 석탄 가스화 복합 발전 설비 또는 상기 조열 버너가 상기 건조용 가스를 상기 미분탄기에 공급하는 건조용 가스 유로에 배치되어 있는 석탄 가스화 복합 발전 설비에 있어서, 상기 배기 가스 중의 산소 농도는, 상기 건조용 가스 유로의 미분탄기 입구 근방에 설치되어 있는 산소 농도 검출부에 의해 계측되는 것이 바람직하고, 이것에 의해, 건조용 가스의 산소 농도를 정확히 파악하여 확실히 제어할 수 있다.
상기 조열 버너가 상기 배기 가스 보일러의 내부에 설치되어 있는 석탄 가스화 복합 발전 설비 또는 상기 배기 가스중의 산소 농도가 상기 건조용 가스 유로의 미분탄기 입구 근방에 설치되어 있는 산소 농도 검출부에 의해 계측되는 석탄 가스화 복합 발전 설비에 있어서는, 상기 가스 터빈과 상기 배기 가스 보일러 사이를 연결하는 연소 배기 가스 유로로부터 분기되어 상기 건조용 가스 유로로 합류하는 연소 배기 가스 바이패스(bypass) 유로를 설치하여, 상기 연소 배기 가스 바이패스 유로에 개도(開度) 조정 가능한 유량 조정 밸브를 설치하는 것이 바람직하고, 이것에 의해, 조열 버너의 연소량으로 압력 변동을 일으킬 경우, 유량 조정 밸브의 개도 조정을 행하여 건조용 가스의 산소 농도를 제어할 수 있다.
전술한 본 발명에 의하면, 저부하 운전시 등과 같이 건조용 가스로서 사용하는 가스 터빈 배기 가스의 산소 농도가 일시적으로 증가한 경우, 조열 버너에서 생성되는 연소 배기 가스를 혼합하는 것에 의해 산소 농도를 조절하여, 미분탄기의 건조용 가스로서 규정의 산소 농도 이하로 조절된 가스 터빈 배기 가스의 사용이 가능해진다. 이 결과, 기동시 등의 저부하 운전시에 있어서도, 미분탄기의 건조용 가스를 확보하여, 미분탄기의 운전이 가능한 석탄 가스화 복합 발전 장치가 된다.
도 1은 본 발명에 따른 석탄 가스화 복합 발전 설비의 1실시 형태를 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 석탄 가스화 복합 발전 설비의 변형예를 나타내는 구성도이다.
도 3은 석탄 가스화 복합 발전 설비의 종래예를 나타내는 구성도이다.
도 4는 가스 터빈의 연소 배기 가스에 대하여, 부하(가로축)와 배기 가스 중에 포함되는 산소 농도(세로축)의 관계를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 석탄 가스화 복합 발전 설비의 1실시 형태를 도면에 따라서 설명한다.
도 1에 나타내는 실시 형태의 석탄 가스화 복합 발전 설비는, 공기를 산화제로 하여 가스화로(4)에서 석탄 가스를 생성하는 공기 연소 방식을 채용하고, 가스 정제 장치(7)로 정제한 후의 석탄 가스를 연료 가스로 하여 가스 터빈(8)에 공급하고 있다. 즉, 도 1에 나타내는 석탄 가스화 복합 발전 설비는, 공기 연소 방식(공기 취입)의 석탄 가스화 복합 발전 설비(이하, 「공기 취입 IGCC 시스템」이라 호칭함)이다.
이 공기 취입 IGCC 시스템은, 후술하는 가스 터빈(8)이나 배기 가스 보일러(9)에서 일을 한 배기 가스의 일부를 건조용 가스로서 도입하고, 이 건조용 가스와 함께 원료로 되는 석탄을 미분탄기(1)에 공급한다. 미분탄기(1)에서는, 건조용 가스에 의해 공급된 석탄을 가열하여, 석탄 중의 수분을 제거하면서 잔 입자상으로 분쇄하여 미분탄을 제조한다.
이렇게 해서 제조된 미분탄은, 건조용 가스에 의해 사이클론(2)으로 반송된다. 사이클론(2)의 내부에서는, 건조용 가스 등의 가스 성분과 미분탄(입자 성분)이 분리되어, 가스 성분은 사이클론(2)으로부터 배기된다. 한편, 입자 성분의 미분탄은, 중력에 의해 낙하하여 호퍼(3)에 회수된다.
호퍼(3) 내에 회수된 미분탄은, 후술하는 공기 분리 장치(11)로부터 가압 반송용으로서 도입한 질소 가스(반송용 가스)에 의해, 가스화로(4) 내로 반송된다.
가스화로(4)에는, 석탄 가스의 원료로서 미분탄 및 후술하는 차가 공급된다. 가스화로(4)에서는, 가스 터빈(8)으로부터 공급되는 압축 공기 및 공기 분리 장치(11)로부터 공급되는 산소를 산화제로 하여, 미분탄 및 차를 가스화한 석탄 가스가 제조된다.
이렇게 해서 가스화로(4)에서 가스화된 석탄 가스는, 가스화로(4)의 상부로부터 가스 냉각기(5)로 유도되어 냉각된다. 이 석탄 가스는, 가스 냉각기(5)에서 냉각된 후에 차 회수 장치(6)로 공급된다.
차 회수 장치(6)에서는, 미분탄을 가스화한 석탄 가스와 함께 생성된 차가 분리된다. 한편의 석탄 가스는, 차 회수 장치(6)의 상부로부터 유출하여, 가스 정제 장치(7)를 통하여 가스 터빈(8)으로 공급된다.
가스 정제 장치(7)에서는, 석탄 가스를 정제하여 가스 터빈(8)의 연료 가스가 제조된다.
이렇게 해서 제조된 연료 가스(석탄 가스)는, 가스 터빈(8)의 연소기에 공급되어 연소하여, 고온 고압의 연소 배기 가스가 생성된다.
이 연소 배기 가스는, 가스 터빈(8)의 터빈을 구동한 후, 고온의 배기 가스로서 배출된다. 이렇게 해서 구동된 가스 터빈(8)은, 터빈과 함께 회전하는 주축이 도시하지 않은 가스 터빈 발전기와 연결되어 있기 때문에, 가스 터빈 발전기를 구동하여 발전을 행할 수 있다.
가스 터빈(8)으로부터 배출된 고온의 배기 가스는, 배기 가스 보일러(9)에 공급되어, 증기를 생성하는 열원으로서 사용된다. 한편, 배기 가스 보일러(9)에서 증기 생성에 사용된 배기 가스는, 탈질 장치(9a) 등에 의해 필요한 처리를 실시한 후, 대기로 배기된다.
또한, 배기 가스 보일러(9)에서 증기 생성에 사용된 배기 가스는, 일부가 미분탄기(1)의 건조용 가스로서 추출된다. 이 건조용 가스에는, 탈질 등의 처리를 실시한 배기 가스가 사용된다. 구체적으로 설명하면, 상술한 건조용 가스는, 비교적 고온이 되는 탈질 장치(9a)의 출구 가스(고온 가스)와, 탈질 장치(9a)의 출구 가스보다 온도가 낮은 배기 가스 보일러(9)의 출구 가스(저온 가스)를 적절히 혼합함으로써 배기 가스 보일러(9)의 배기 가스가 원하는 온도로 조절되어 있다.
이렇게 해서 온도 조절된 건조용 가스는, 건조용 가스 유로(G1)를 통하여 미분탄기(1)에 공급된다. 이 건조용 가스 유로(G1)는, 탈질 장치(9a)의 출구 가스를 도입하여 유동시키는 고온 가스 유로(GH)와, 배기 가스 보일러(9)의 출구 가스를 도입하여 유동시키는 저온 가스 유로(GL)가 합류한 지점에서, 미분탄기(1)에 이르는 온도 조절한 건조용 가스의 가스 유로이다.
한편, 배기 가스 보일러(9)에서 생성된 증기는, 도시하지 않은 발전용의 증기 터빈 등에 공급된다.
전술한 차 회수 장치(6)에서 회수된 차는, 중력에 의해 호퍼(10)에 낙하하여 회수된다. 호퍼(10) 내의 차는, 공기 분리 장치(11)로부터 공급되는 질소를 반송용 가스로서 사용하여, 이 질소에 반송되어 가스화로(4)로 되돌려진다. 가스화로(4)로 되돌려진 차는, 미분탄과 함께 가스화의 원료로서 사용된다.
이와 같이, 석탄을 분쇄하여 얻어지는 미분탄은, 공기 및 산소를 산화제로 하는 가스화로(4)로 가스화하는 것에 의해 석탄 가스 및 차가 생성된다. 한편의 석탄 가스는, 가스 터빈(8)의 연료 가스로서 사용되고, 석탄 가스로부터 분리한 차는, 다시 가스화로(4)에 공급되어 가스화된다.
이와 같이, 가스 터빈(8)의 연소 배기 가스를 미분탄기(1)의 건조용 가스로서 사용하고, 건조용 가스의 온도 조절이 배기 가스 보일러(9)내에 설치된 탈질 장치(9a)의 출구 가스와, 배기 가스 보일러(9)의 출구 가스를 혼합하여 이루어지는 공기 취입 IGCC 시스템에는, 건조용 가스의 산소 농도가 소정치(예컨대 12부피%) 이상으로 증가한 경우에 기동되는 조열 버너(20)가 설치되고 있다. 이 조열 버너(20)는, 경유 등의 연료를 연소시켜 생성한 연소 배기 가스에 의해, 건조용 가스의 산소 농도를 조정하도록 설치되어 있다.
도시된 조열 버너(20)는, 배기 가스 보일러(9)의 내부에 설치되어 있다. 즉, 조열 버너(20)는, 가스 터빈(8)으로부터 배기 가스 보일러(9)에 도입되는 배기 가스의 유입 위치와 대략 일치하여 설치되고, 배기 가스와 연소 배기 가스가 합류하여 배기 가스 보일러(9) 내를 상승하여 흐르게 되어 있다. 이 결과, 조열 버너(20)의 기동시에는, 배기 가스에 합류하여 혼합되는 연소 배기 가스량에 따라 산소 농도가 변화되기 때문에, 건조용 가스로서 사용하는 배기 가스 중의 산소 농도를 조정할 수 있다.
즉, 건조용 가스의 산소 농도가 소정치 이상으로 증가한 경우에는, 조열 버너(20)에 연료를 공급하는 연료 공급 라인(21)에 설치한 유량 제어 밸브(22)를 완전 폐쇄로부터 완전 개방으로 하여, 조열 버너(20)에 연료를 공급하여 연소시킨다. 이 때, 유량 제어 밸브(22)의 개도를 조정하여 조열 버너(20)에의 연료 공급량을 변화시키면, 조열 버너(20)가 생성하여 배기 가스 보일러(9) 내로 배출하는 연소 배기 가스량은 변화된다. 이것 때문에, 유량 제어 밸브(22)의 개도 조정을 행하면, 배기 가스와 혼합되는 연소 배기 가스량에 따라, 건조용 가스가 되는 배기 가스 중의 산소 농도를 변화시킬 수 있다.
또한, 조열 버너(20)에서 생성된 연소 배기 가스는, 배기 가스와 연소 배기 가스가 합류하여 배기 가스 보일러(9) 내를 상승하여 흐르기 때문에, 연소 배기 가스가 갖는 열량에 관해서도, 배기 가스 보일러(9)로 회수할 수 있다. 이것 때문에, 배기 가스 보일러(9) 내에 설치된 조열 버너(20)는, 조열 버너(20)의 구동시에 배기 가스 보일러(9)의 회수 열량을 늘려, 증기 터빈 등의 출력을 증가시킬 수 있다.
그런데, 건조 가스로서 사용되는 배기 가스 중의 산소 농도는, 가스 터빈(8)의 기동시 등 저부하시에 증가하기 때문에, 소정치(예컨대 12부피%)를 넘어 규정치(13부피%) 이상의 고농도가 되는 경우가 있다. 이러한 건조 가스 중의 산소 농도는, 건조용 가스 유로(G1)의 적소에 산소 농도 검출부로서 설치된 산소 농도 센서(30)에 의해 계측한다. 이 산소 농도 센서(30)는, 미분탄기(1)에 공급되는 건조용 가스의 산소 농도를 정확히 파악하기 위해, 미분탄기(1)의 입구 근방에 설치하여 계측하는 것이 바람직하다.
산소 농도 센서(30)가 계측한 산소 농도는, 도시하지 않은 제어부에 입력된다. 제어부에 입력된 산소 농도의 계측치는, 조열 버너(20)의 기동이나 유량 제어 밸브(22)의 개도 제어에 사용된다.
즉, 산소 농도 센서(30)가 미분탄기(1)에 공급되는 건조용 가스의 산소 농도를 계측하여, 소정치 이상의 고산소 농도를 검출한 경우에는, 조열 버너(20)를 기동하여 연소 배기 가스를 생성한다. 이 결과, 배기 가스에 혼합된 연소 배기 가스는, 그 혼합량에 따라 산소 농도를 저하시키기 때문에, 이후는 산소 센서(30)로 검출한 산소 농도에 따라 유량 제어 밸브(22)의 개도 제어를 행하여, 건조용 가스의 산소 농도가 규정치 이하의 소정치가 되도록 연소 배기 가스 생성량의 피드백(feedback) 제어를 실시한다.
이러한 제어를 행하면, 건조용 가스의 산소 농도를 정확히 파악하여, 규정치 이상으로 고산소 농도가 된 건조용 가스가 미분탄기(1)에 공급되지 않도록 확실히 제어할 수 있다. 또한, 가스 터빈(8)이 정격 운전에 가까이 가는 등으로, 가스 터빈(8)으로부터 도입되는 배기 가스 중의 산소 농도가 규정치 근방까지 저하되면, 산소 농도 센서(30)의 계측치에 의한 피드백 제어는 유량 제어 밸브(22)의 개도를 서서히 줄여 연료 공급량을 감소시켜, 최종적으로는 완전 폐쇄로 하여 조열 버너(20)의 운전을 정지한다. 즉, 연소 배기 가스를 혼합하지 않더라도 산소 농도를 소정치 이내로 유지할 수 있다고 판단된 시점에서, 유량 제어 밸브(22)를 완전 폐쇄로 함과 동시에 조열 버너(20)의 운전을 정지한다.
따라서, 저부하 등에 의해 가스 터빈 배기 가스의 산소 농도가 증가하는 것 같은 운전 상황에 있어서도, 조열 버너(20)에서 생성되는 연소 배기 가스량에 따라 건조용 가스의 산소 농도를 규정치 이내로 조정할 수 있다. 이것 때문에, 기동시 등에 있어서 가스 터빈(8)으로부터 배출되는 배기 가스 중의 산소 농도가 일시적으로 증가한 경우에도, 이 배기 가스를 소정의 산소 농도로 제어된 건조용 가스로서 안정되게 공급하여, 미분탄기(1)의 운전을 정지하는 일 없이 계속할 수 있다.
또한, 조열 버너(20)의 연소량에 의해 배기 가스 보일러(9) 내에 압력 변동을 일으키는 경우에는, 가스 터빈(8)과 배기 가스 보일러(9) 사이를 연결하는 연소 배기 가스 유로(G2)로부터 분기되어 건조용 가스 유로(G1)에 합류하는 연소 배기 가스 바이패스 유로(40)를 설치함과 함께, 연소 배기 가스 바이패스 유로(40)에 개도 조정 가능한 배기 가스 유량 조정 밸브(41)를 설치하는 것이 바람직하다.
이러한 구성을 채용하면, 조열 버너(20)에의 연료 공급량을 제어하는 유량 제어 밸브(22)의 개도를 일정하게 하고, 배기 가스 유량 조정 밸브(41)의 개도 조정을 행하여 건조용 가스의 산소 농도를 제어할 수 있다. 즉, 압력 변동을 야기하는 연소 배기 가스량을 가변 제어하는 것은 아니고, 배기 가스 보일러(9)의 상류측에서 분기시켜 건조용 가스로 하는 고산소 농도의 바이패스 배기 가스량을 배기 가스 유량 조정 밸브(41)의 개도 조정에 의해 변화시켜, 일단 저하된 산소 농도를 상승시키는 방향으로 건조용 가스의 산소 농도를 제어한다.
이 제어에서는, 조열 버너(20)에서 생성하는 연소 배기 가스량을 약간 많게 설정해 두고, 이 연소 배기 가스와의 혼합에 의해 소정치보다 저하된 산소 농도를, 연소 배기 가스와의 혼합 전에 고산소 농도의 상태에 있는 바이패스 배기 가스량의 혼합 비율을 조정하여 끌어 올려, 원하는 산소 농도로 제어한다. 한편, 이러한 구성에서는, 유량 제어 밸브(22) 대신에 개폐 조작 전용의 개폐 밸브를 설치할 수도 있다.
다음으로 전술한 공기 취입 IGCC 시스템에 따른 변형예에 대하여, 도 2에 따라서 설명한다. 한편, 전술한 실시 형태와 같은 부분에는 같은 부호를 붙여, 그 상세한 설명은 생략한다.
도시된 공기 취입 IGCC 시스템은, 조열 버너(20A)의 배치가 다르다. 즉, 조열 버너(20A)는, 배기 가스 보일러(9)의 내부가 아니라, 고온 가스와 저온 가스를 혼합한 온도 조절 후의 건조용 가스를 미분탄기(1)에 공급하는 건조용 가스 유로(G1)에 설치되어 있다. 도시된 구성예에서는, 건조용 가스의 온도 조정을 쉽게 하기 위해, 저온 가스를 혼합하여 온도 조정하는 위치보다 상류측(배기 가스 보일러(9)측)에 조열 버너(20A)가 설치되어 있다. 이 결과, 미분탄기(1)에 투입되는 건조용 가스로서는, 배기 가스 보일러(9)로부터 도입한 고온 가스의 산소 농도를 조열 버너(20A)에서 조정한 후, 저온 가스를 혼합하여 온도 조정된 것이 사용된다.
이러한 구성으로 하면, 조열 버너(20A)를 기동하여 건조용 가스의 산소 농도를 조정하는 경우, 건조용 가스로서 실제로 사용하는 배기 가스만이 대상이 된다. 즉, 온도 조정 전의 건조용 가스는, 건조용 가스로서 실제로 사용하는 양만 배기 가스 보일러(9)로부터 뽑아 낸 것이므로, 배기 가스 보일러(9) 내를 흐르는 전 배기 가스량과 비교하면 소량이다.
이것 때문에, 건조용 가스의 산소 농도를 낮추어 조정할 때에 필요해지는 연소 배기 가스량도 적어도 되어, 건조용 가스 유로(G1)에 설치하는 조열 버너(20A)의 소형화가 가능해져, 조열 버너(20A)의 연료 소비량에 관해서도 저감할 수 있다. 바꾸어 말하면, 변형예의 조열 버너(20A)는, 건조용 가스로서 실제로 사용되는 가스 터빈 배기 가스의 산소 농도만을 조정하면 바람직하기 때문에, 대기에 배기되는 배기 가스 중의 산소 농도도 동시에 조정하고 있는 조열 버너(20)와 비교한 경우, 연료 소비량의 저감에 의해 러닝 코스트(running cost)가 낮은 것으로 된다.
이와 같이, 전술한 본 발명에 의하면, 예컨대 저부하 운전시 등과 같이, 건조용 가스로서 사용하는 가스 터빈 배기 가스의 산소 농도가 일시적으로 증가한 경우에 있어서도, 조열 버너(20, 20A)를 기동하여 생성되는 연소 배기 가스를 혼합함으로써 건조용 가스(가스 터빈 배기 가스)의 산소 농도를 저하시키는 방향으로 조절할 수 있다. 따라서, 미분탄기(1)의 건조용 가스로서, 산소 농도가 상승하는 기동시 등에 있어서도, 규정의 산소 농도 이하로 조절된 가스 터빈 배기 가스의 사용이 가능해진다. 이 결과, 본 발명의 석탄 가스화 복합 발전 장치는, 기동시 등의 저부하 운전시에도 미분탄기(1)의 건조용 가스를 확보하여, 미분탄기(1)의 안정한 운전을 행할 수 있다.
따라서, 전술한 본 발명의 석탄 가스화 복합 발전 장치는, 미분탄기(1)의 건조용 가스에 사용되는 가스 터빈 배기 가스의 산소 농도 조정용(고수분탄의 건조에도 대응 가능)으로서, 즉, 가스 터빈 배기 가스 중에 혼합하여 산소 농도를 미분탄의 자연 발화 방지 가능한 규정치 이하로 낮추는 산소 농도 조정용으로서, 연소 배기 가스를 생성하는 조열 버너(20, 20A)를 적소에 설치한 것이다.
한편, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 적절히 변경할 수 있다.
1: 미분탄기
2: 사이클론
3, 10: 호퍼
4: 가스화로
5: 가스 냉각기
6: 차 회수 장치
7: 가스 정제 장치
8: 가스 터빈
9: 배기 가스 보일러
9a: 탈질 장치
11: 공기 분리 장치
20, 20A: 조열 버너
22: 유량 제어 밸브
30: 산소 농도 센서
40: 연소 배기 가스 바이패스 유로
41: 배기 가스 유량 조정 밸브
G1: 건조용 가스 유로
G2: 연소 배기 가스 유로

Claims (6)

  1. 가스 터빈의 연소 배기 가스를 미분탄기의 건조용 가스로서 사용하고, 상기 건조용 가스의 온도 조절이 배기 가스 보일러 내에 설치된 탈질 장치의 출구 가스와 상기 배기 가스 보일러의 출구 가스를 혼합하여 이루어지는 석탄 가스화 복합 발전 설비에 있어서,
    상기 건조용 가스의 산소 농도가 소정치 이상으로 증가한 경우에 기동되어, 생성한 연소 배기 가스에 의해 상기 건조용 가스의 산소 농도를 조정하도록 설치된 조열(助燃) 버너를 갖추고,
    상기 조열 버너가 상기 배기 가스 보일러의 내부에 설치되어 있는 동시에,
    상기 가스 터빈과 상기 배기 가스 보일러 사이를 연결하는 연소 배기 가스 유로로부터 분기되어 상기 건조용 가스 유로에 합류하는 연소 배기 가스 바이패스 유로를 설치하고, 상기 연소 배기 가스 바이패스 유로에 개도(開度) 조정 가능한 유량 조정 밸브를 설치한 석탄 가스화 복합 발전 설비.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기 가스 중의 산소 농도는, 상기 건조용 가스 유로의 미분탄기 입구 근방에 설치되어 있는 산소 농도 검출부에 의해 계측되는 석탄 가스화 복합 발전 설비.
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