KR101592765B1 - Combined cycle power generation system - Google Patents

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KR101592765B1
KR101592765B1 KR1020140128058A KR20140128058A KR101592765B1 KR 101592765 B1 KR101592765 B1 KR 101592765B1 KR 1020140128058 A KR1020140128058 A KR 1020140128058A KR 20140128058 A KR20140128058 A KR 20140128058A KR 101592765 B1 KR101592765 B1 KR 101592765B1
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air
steam
condenser
power generation
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KR1020140128058A
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김규종
김정래
권신호
김대희
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현대중공업 주식회사
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Abstract

A combined cycle power generation system is disclosed. According to the present invention, the combined cycle power generation system enables a nitrogen supply pipe to be installed between an air separator and a condenser and cools an air introduced to the condenser to condense steam using nitrogen generated in the air separator. Therefore, the present invention can improve condensing efficiency without being affected by the air temperature. Moreover, it is only required to enable the nitrogen supply line to be installed between the air separator and the condenser without installation of an additional facility to provide economic efficiency.

Description

복합화력발전 시스템 {COMBINED CYCLE POWER GENERATION SYSTEM}{COMBINED CYCLE POWER GENERATION SYSTEM}
본 발명은 증기터빈에서 배출되는 증기를 응축시키기 위한 응축기의 공기를 공기분리기에서 생성된 질소를 이용하여 냉각시키는 복합화력발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a combined-cycle power generation system for cooling air in a condenser for condensing steam discharged from a steam turbine using nitrogen generated in an air separator.
화력발전(火力發電)은 기체연료, 액체연료 또는 화석연료(化石燃料)를 연소시켜 증기를 생성하고, 생성된 증기로 회전기기를 회전시켜 발전하는 방식으로, 연료의 연소시 발생하는 배기가스로 인해 환경이 오염되는 문제가 있다.Thermal power generation is a method of generating steam by burning gaseous fuel, liquid fuel or fossil fuel (fossil fuel), and generating electricity by rotating the rotary device by the generated steam. As the exhaust gas There is a problem that the environment is contaminated.
이러한 문제점을 해소하기 위하여, 연료의 연소시 발생하는 가스로 가스터빈을 회전시켜 1차로 발전하고, 가스터빈에서 배출되는 배기가스를 이용하여 증기를 생성한 다음, 생성된 증기로 증기터빈을 회전시켜 2차로 발전하는 복합화력발전(復合火力發電)이 개발되어 사용되고 있다.In order to solve this problem, the gas turbine is rotated by the gas generated when the fuel is burned, and the steam is generated using the exhaust gas discharged from the gas turbine, and then the steam turbine is rotated Combined-cycle thermal power generation, which is a secondary power generation, has been developed and used.
복합화력발전은 두 차례에 걸쳐 발전하기 때문에 화력발전보다 열효율이 10% 정도 향상되고, 환경오염이 감소되며, 정지 후 재가동하는 시간이 짧은 장점이 있다. 또한, 복합화력발전은 석탄을 연료로 하는 화력발전에 비하여 발전소의 건설 기간이 단축되는 장점이 있다.Combined-cycle power generation has two advantages: it improves thermal efficiency by 10%, reduces environmental pollution, and shortens restart time after shutdown. In addition, the combined cycle power plant has the advantage that the construction period of the power plant is shortened compared to the thermal power plant using coal as fuel.
석탄을 연료로 하는 일반적인 복합화력발전 시스템에 대하여 설명한다.A general combined-cycle power generation system using coal as fuel will be described.
일반적인 복합화력발전 시스템은 가스화유닛, 공기분리기, 가스터빈, 폐열회수 보일러, 증기터빈 및 응축기를 포함한다.Typical combined power generation systems include gasification units, air separators, gas turbines, waste heat recovery boilers, steam turbines, and condensers.
상기 가스화유닛은 석탄을 부분 연소하여 합성가스를 생성하고, 상기 공기분리기는 공기를 산소와 질소로 분리하여 산소를 상기 가스화유닛으로 공급한다. 상기 가스터빈은 합성가스의 연소시 발생되는 고온 및 고압의 가스에 의하여 구동하면서 발전기를 구동시키고, 상기 폐열회수 보일러는 상기 가스터빈에서 배출되는 배기가스를 열원으로 하여 증기를 발생한다. 그리고, 상기 증기터빈은 상기 폐열회수 보일러에서 발생된 증기에 의하여 구동하면서 발전기를 구동시키며, 상기 응축기는 상기 증기터빈에서 배출된 증기를 응축시킨다. 상기 응축기에서 응축된 응축수는 상기 폐열회수 보일러로 재유입된다.The gasification unit partially combusts coal to produce a syngas, which separates the air into oxygen and nitrogen and supplies oxygen to the gasification unit. The gas turbine drives a generator while being driven by high-temperature and high-pressure gases generated during combustion of syngas, and the waste heat recovery boiler generates steam by using exhaust gas discharged from the gas turbine as a heat source. The steam turbine drives the generator while being driven by the steam generated in the waste heat recovery boiler, and the condenser condenses the steam discharged from the steam turbine. The condensed water condensed in the condenser is re-introduced into the waste heat recovery boiler.
상기 폐열회수 보일러는 상기 가스터빈으로부터 유입된 배기가스와 열교환하는 전열관이 여러 단계로 배치되어 형성되며, 상기 전열관의 내부에는 상기 응축기로부터 유입된 응축수를 포함한 물이 유입되어 흐른다. 그리하여, 상기 전열관과 배기가스의 열교환에 의하여 상기 전열관을 흐르는 물이 증발되어 상기 증기터빈으로 유입되는 것이다.The waste heat recovery boiler is formed by arranging heat transfer tubes for heat exchange with exhaust gas flowing from the gas turbine in several steps. Water including condensed water flowing from the condenser flows into the heat transfer tubes. Thus, the water flowing through the heat transfer tube is evaporated by the heat exchange between the heat transfer tube and the exhaust gas, and then flows into the steam turbine.
상기 증기터빈에서 배출된 증기를 신속하게 응축시켜 상기 폐열회수 보일러로 공급하여야 발전효율이 향상될 수 있다.The steam discharged from the steam turbine is rapidly condensed and supplied to the waste heat recovery boiler so that the power generation efficiency can be improved.
그런데, 상기 응축기가 공냉식일 경우, 대기의 온도가 높으면 응축기의 응축효율이 저하된다.However, when the condenser is air-cooled, the condensing efficiency of the condenser is lowered when the atmospheric temperature is high.
발전효율을 향상시키기 위하여, 미국공개특허공보 제2006-0123767호에 개시된 "복합화력발전 플랜트"는 스팀터빈(14)에서 배출되는 증기를 응축하는 메인 에어 쿨러 콘덴서(22)와 폐열회수 보일러(16)에서 배출되는 증기를 응축하는 보조 에어 쿨러 콘덴서(24)를 각각 설치하여, 응축수를 폐열회수 보일러(16)로 공급한다.In order to improve power generation efficiency, a "combined-cycle power plant" disclosed in US Patent Application Publication No. 2006-0123767 includes a main air cooler condenser 22 for condensing steam discharged from a steam turbine 14 and a waste heat recovery boiler 16 And an auxiliary air cooler condenser 24 for condensing the steam discharged from the auxiliary heat recovery boiler 16 to supply the condensed water to the waste heat recovery boiler 16.
그리고, 미국공개특허공보 제2010-0024380호에 개시된 "복합화력발전 플랜트"는 상호 열교환하는 냉각타워(110)와 증기흡수기(120)를 설치하고, 저압 스팀터빈(80)에서 배출되는 증기를 증기흡수기(120)에서 응축하여 폐열회수 보일러(3)로 공급한다.In the "combined-cycle power plant" disclosed in U.S. Patent Publication No. 2010-0024380, a cooling tower 110 and a steam absorber 120 for mutual heat exchange are installed. Steam discharged from the low-pressure steam turbine 80 is steam Is condensed in the absorber (120) and supplied to the waste heat recovery boiler (3).
그러나, 미국공개특허공보 제2006-0123767호에 개시된 복합화력발전 플랜트는 메인 에어 쿨러 콘덴서(22) 및 보조 에어 쿨러 콘덴서(24)가 공냉식이므로, 대기의 온도가 높은 경우 응축효율이 저하되는 단점이 있고, 미국공개특허공보 제2010-0024380호에 개시된 "복합화력발전 플랜트"는 부가적인 장치를 설치하여야 하므로 비경제적인 단점이 있다.However, since the main air cooler condenser 22 and the auxiliary air cooler condenser 24 are air-cooled, the condensing efficiency of the combined-cycle power plant disclosed in U.S. Patent Application Publication No. 2006-0123767 is lowered when the temperature of the air is high , And the "combined-cycle thermal power plant " disclosed in U.S. Patent Publication No. 2010-0024380 has an uneconomical disadvantage because it requires additional devices.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 모든 문제점들을 해결할 수 있는 복합화력발전 시스템을 제공하는 것일 수 있다.It is an object of the present invention to provide a combined-cycle power generation system capable of solving all the problems of the conventional art as described above.
본 발명의 다른 목적은 공기를 산소와 질소로 분리하여 산소를 가스화유닛으로 공급하는 공기분리기에서 생성된 저온의 질소를 이용하여, 응축기로 유입되는 공기를 냉각시켜 증기를 냉각시킴으로써, 대기 온도의 영향을 받지 않으면서 응축효율을 향상시킬 수 있음과 동시에 경제적인 복합화력발전 시스템을 제공하는 것일 수 있다.It is another object of the present invention to provide an air conditioner that separates air into oxygen and nitrogen and uses the low temperature nitrogen generated in the air separator to supply oxygen to the gasification unit to cool the air flowing into the condenser, It is possible to improve the efficiency of condensing without receiving the power generation system and to provide an economical combined-cycle power generation system.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 복합화력발전 시스템은, 연료를 연소하여 합성가스를 생성하는 가스화유닛; 공기를 산소와 질소로 분리하며, 산소를 상기 가스화유닛으로 공급하는 공기분리기; 상기 가스화유닛에서 생성된 합성가스의 연소에 의하여 구동하면서 발전기를 구동시키는 가스터빈; 상기 가스터빈에서 배출되는 배기가스의 열을 흡수하여 증기를 생성하는 폐열회수 보일러; 상기 폐열회수 보일러에서 생성된 증기에 의하여 구동하면서 발전기를 구동시키는 증기터빈; 상기 증기터빈에서 배출된 증기를 응축시켜 상기 폐열회수 보일러로 공급하는 공냉식 응축기를 포함하며; 증기터빈에서 배출되는 증기를 응축시키기 위하여 상기 응축기로 유입되는 공기는 상기 공기분리기에서 생성된 질소에 의하여 냉각될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a combined-cycle thermal power generation system including: a gasification unit for combusting a fuel to produce a syngas; An air separator for separating air into oxygen and nitrogen and supplying oxygen to the gasification unit; A gas turbine for driving the generator while being driven by combustion of syngas generated in the gasification unit; A waste heat recovery boiler for absorbing heat of the exhaust gas discharged from the gas turbine to generate steam; A steam turbine for driving the generator while being driven by the steam generated in the waste heat recovery boiler; And an air-cooled condenser for condensing the steam discharged from the steam turbine and supplying the condensed steam to the waste heat recovery boiler; The air introduced into the condenser may be cooled by the nitrogen generated in the air separator to condense the vapor discharged from the steam turbine.
본 발명의 실시예에 따른 복합화력발전 시스템은, 공기분리기와 응축기 사이에 질소 공급관로를 설치하고, 공기분리기에서 생성된 질소를 이용하여 증기를 응축시키기 위하여 응축기로 유입되는 공기를 냉각시킨다. 그러므로, 대기 온도의 영향을 받지 않으면서 응축효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In the combined-cycle power generation system according to the embodiment of the present invention, a nitrogen supply line is provided between the air separator and the condenser, and the air introduced into the condenser is cooled to condense the steam using the nitrogen generated in the air separator. Therefore, the condensing efficiency can be improved without being influenced by the atmospheric temperature.
그리고, 별도의 부가적인 설비를 설치하지 않고, 공기분리기와 응축기 사이에 질소 공급라인만 설치하면 되므로, 경제적인 효과가 있을 수 있다.In addition, it is economically effective to install only the nitrogen supply line between the air separator and the condenser without installing any additional equipment.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합화력발전 시스템의 구성을 보인 도.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 복합화력발전 시스템의 구성을 보인 도.
1 is a view showing a configuration of a combined-cycle thermal power generation system according to a first embodiment of the present invention;
2 is a view showing a configuration of a combined-cycle thermal power generation system according to a second embodiment of the present invention.
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.It should be noted that, in the specification of the present invention, the same reference numerals as in the drawings denote the same elements, but they are numbered as much as possible even if they are shown in different drawings.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of the terms described in the present specification should be understood as follows.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.The word " first, "" second," and the like, used to distinguish one element from another, are to be understood to include plural representations unless the context clearly dictates otherwise. The scope of the right should not be limited by these terms.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the terms "comprises" or "having" does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.It should be understood that the term "at least one" includes all possible combinations from one or more related items. For example, the meaning of "at least one of the first item, the second item and the third item" means not only the first item, the second item or the third item, but also the second item and the second item among the first item, Means any combination of items that can be presented from more than one.
"위에"라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우 뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.The term "above" means not only when a configuration is formed directly on top of another configuration, but also when a third configuration is interposed between these configurations.
이하에서는, 본 발명의 실시예들에 따른 복합화력발전 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a combined-cycle thermal power generation system according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 복합화력발전 시스템의 구성을 보인 도이다.1 is a view showing a configuration of a combined-cycle thermal power generation system according to a first embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 복합화력발전 시스템(100)은 가스화유닛(110)을 포함할 수 있다. 가스화유닛(110)은 기체연료, 액체연료 또는 화석연료(化石燃料)를 연소하여 가연성 가스인 원시(Raw) 합성가스를 생성할 수 있다.As shown, the combined-cycle thermal power generation system 100 according to the first embodiment of the present invention may include a gasification unit 110. The gasification unit 110 may combust a gaseous fuel, a liquid fuel, or a fossil fuel to produce a raw syngas, which is a combustible gas.
특히, 석탄을 연료로 하여 합성가스를 생성한 후 발전하는 시스템을 석탄 가스화 복합발전 시스템이라 한다. 석탄은 슬러리(Slurry) 형태로 투입되거나, 미분탄 형태로 투입될 수 있다. 슬러리 형태의 석탄은 산화제인 공기 또는 산소와 함께 물이 투입되고, 미분탄 형태의 석탄은 산화제인 공기 또는 산소와 함께 증기가 투입된다.In particular, a system for generating syngas by using coal as fuel and generating electricity is called a coal gasification combined cycle power generation system. Coal may be put into slurry form or into pulverized coal form. The coal in the form of slurry is fed with water, which is an oxidant, with air or oxygen, and coal in the form of pulverized coal is fed with air or oxygen which is an oxidizing agent.
이하에서는, 화석연료인 미분탄을 연료로 사용하는 것을 예로 들어 설명한다.Hereinafter, the use of the fine coal as the fuel is described as an example.
미분탄의 연소에 의하여 생성된 원시 합성가스에는 이산화탄소, 황화카르보닐(COS) 및 황화수소가 포함될 수 있으며, 이산화탄소, 황화카르보닐(COS) 및 황화수소가 산성 가스이다.The raw syngas produced by the combustion of pulverized coal may include carbon dioxide, carbonyl sulfide (COS), and hydrogen sulfide, and carbon dioxide, carbonyl sulfide (COS), and hydrogen sulfide are acid gases.
미분탄을 가스화유닛(110)으로 공급하기 위하여, 석탄저장용기(121)와 석탄저장용기(121)에 저장된 석탄을 분쇄하는 분쇄기(125)가 마련될 수 있다.A pulverizer 125 for pulverizing coal stored in the coal storage vessel 121 and the coal storage vessel 121 may be provided to supply the pulverized coal to the gasification unit 110. [
그리고, 산화제인 산소는 공기분리기(130)에서 생성되며, 공기분리기(130)는 공기를 냉각시켜 산소와 질소로 분리 생성할 수 있다. 공기가 소정 온도로 냉각되면 산소와 질소의 끓는점의 차이로 인하여 액체 산소와 액체 질소로 분리된다. 그러면, 저온의 산소는 열교환을 거친 후 가스화유닛(110)으로 공급될 수 있다.The oxygen, which is an oxidizing agent, is generated in the air separator 130, and the air separator 130 can cool the air to generate oxygen and nitrogen. When the air is cooled to a predetermined temperature, it is separated into liquid oxygen and liquid nitrogen due to the difference in boiling point of oxygen and nitrogen. Then, the low temperature oxygen can be supplied to the gasification unit 110 after heat exchange.
공기분리기(130)에서 생성된 저온의 질소가 사용되는 사용처에 대해서는 후술한다.The place where the low temperature nitrogen generated in the air separator 130 is used will be described later.
석탄에는 불연소 물질인 석탄회분이 대략 2∼20% 정도 함유되어 있다.Coal contains about 2 to 20% of coal fly ash.
석탄회분의 대략 20%는 가스화유닛(110)의 고온의 연소열에 의해 용융되며, 여러 입자가 응결된 슬래그(Slag)가 되어 물과 함께 가스화유닛(110)의 하부와 연통 설치된 호퍼(미도시)를 통하여 외부로 배출될 수 있다. 가스화유닛(110)에서 배출된 물은 폐수처리기(140)에서 처리될 수 있으며, 폐수처리기(140)에서 처리된 물은 가스화유닛(110)으로 재유입될 수 있다.Approximately 20% of the coal ash is melted by the high-temperature combustion heat of the gasification unit 110, becomes a slag in which various particles are condensed, and is connected to a hopper (not shown) communicated with the lower part of the gasification unit 110, As shown in FIG. The water discharged from the gasification unit 110 can be treated in the wastewater treatment unit 140 and the treated water in the wastewater treatment unit 140 can be reintroduced into the gasification unit 110.
그리고, 석탄회분의 나머지 대략 80%는 각 입자별로 연소되어 원시 합성가스의 흐름에 따라 비산하며, 가스화유닛(110)에서 생성된 석탄회분이 함유된 원시 합성가스는 정제장치(150)를 흐르면서 정제될 수 있다.Then, the remaining approximately 80% of the coal ash is burned for each particle and scattered in accordance with the flow of the raw syngas, and the raw syngas containing the coal fly ash generated in the gasification unit 110 is purified through the refiner 150 .
정제장치(150)는 분진제거기(151), 가수분해기(153), 산성가스제거기(155) 및 황제거기(157) 등을 포함할 수 있다.The purification apparatus 150 may include a dust remover 151, a hydrolyzer 153, an acid gas remover 155, and an emulsifier 157 therein.
분진제거기(151)는 원시 합성가스에 함유된 플라이애쉬를 포함한 분진을 분리한 후, 집진하여 제거할 수 있다. 분진제거기(151)는 분진을 분리한 후, 감압 및 냉각시켜 집진하여 제거할 수 있다. 또한, 분진제거기(151)는 일부의 황화카르보닐(COS)을 가수분해하여 황화수소 및 이산화탄소로 변환할 수 있다.The dust remover 151 can separate dust containing fly ash contained in the raw syngas, collect dust and remove it. The dust remover 151 can remove dust and remove dust by decompression and cooling. The dust remover 151 can also convert some of the carbonyl sulfide (COS) to hydrogen sulfide and carbon dioxide by hydrolysis.
가수분해기(153)는 분진이 제거된 합성가스를 가수분해하여 황 성분을 거할 수 있고, 가수분해기(153)에서 황 성분이 제거된 합성가스는 폐수처리기(140)로 유입되어 처리될 수 있다. 이때, 폐수처리기(140)는 사워가스(Sour Gas)를 황제거기(157)로 이송할 수 있다.The hydrolysis unit 153 can hydrolyze the syngas from which the dust has been removed to remove the sulfur component and the synthesis gas from which the sulfur component has been removed from the hydrolysis unit 153 can be introduced into the wastewater treatment unit 140 and treated. At this time, the wastewater treatment device 140 can transfer the sour gas to the sulfur remover 157.
산성가스제거기(155)는 황 성분이 제거된 합성가스를 산성가스와 순수 합성가스로 분리할 수 있고, 산성가스를 황제거기(157)로 이송할 수 있다. 그러면, 황제거기(157)는 황과 황산을 분리하여 배출하고, 테일가스(Tail Gsa)를 사용처로 이송할 수 있다.The acid gas remover 155 is capable of separating the synthesis gas from which the sulfur component has been removed into an acid gas and a pure synthesis gas, and can transfer the acid gas to the sulfur agent 157 therein. Then, the emitter (157) separates sulfur and sulfuric acid, and can transfer the tail gas (Tail Gsa) to the user.
산성가스제거기(155)에서 분리된 순수 합성가스는 압축기(161), 연소기(163) 및 터빈(165)을 포함하는 가스터빈(160)으로 공급될 수 있다.The pure syngas separated in the acid gas remover 155 may be supplied to the gas turbine 160 including the compressor 161, the combustor 163 and the turbine 165.
압축기(161)는 공기를 압축할 수 있고, 연소기(163)는 압축기(161) 및 산성가스제거기(155)으로부터 공기 및 합성가스를 각각 공급받아 합성가스를 연소할 수 있다. 그리고, 터빈(165)은 연소기(163)에서 배출되는 가스에 의하여 구동하면서, 발전기를 구동시킬 수 있다.The compressor 161 can compress the air and the combustor 163 can receive the air and the syngas from the compressor 161 and the acid gas remover 155 to burn the syngas. The turbine 165 can drive the generator while being driven by the gas discharged from the combustor 163.
연소기(163)에서 발생된 가스는 터빈(165)을 구동시킨 후, 터빈(165)에서 고온의 배기가스로 배출될 수 있다. 그리고, 터빈(165)에서 배출된 배기가스는 폐열회수 보일러(170)로 유입되어 증기를 발생시키는 열원으로 작용할 수 있다.The gas generated in the combustor 163 may be discharged to the hot exhaust gas from the turbine 165 after driving the turbine 165. The exhaust gas discharged from the turbine 165 may flow into the waste heat recovery boiler 170 and serve as a heat source for generating steam.
폐열회수 보일러(170)로 유입되어 증기를 생성하는데 사용된 배기가스는 폐열회수 보일러(170)의 내부에 설치된 탈질(脫窒)모듈(미도시) 등에 의해 정제된 후, 연돌(煙突)을 통하여 배출될 수 있다. 그리고, 생성된 증기는 증기터빈(180)을 구동시킬 수 있고, 증기터빈(180)의 구동에 의하여 또 다른 발전기가 구동을 하면서 발전을 하는 것이다.The exhaust gas flowing into the waste heat recovery boiler 170 and used to generate steam is purified by a denitrification module (not shown) installed inside the waste heat recovery boiler 170, and then exhausted through a smolder Can be discharged. Then, the generated steam can drive the steam turbine 180, and another steam turbine 180 drives the other generator to generate electricity.
증기터빈(180)의 구동에 사용된 증기는 배출되어 폐열회수 보일러(170)로 재유입될 수 있다. 그런데, 폐열회수 보일러(170)는 가스터빈(160)에서 배출된 배기가스와 열교환하는 전열관(미도시)이 여러 단계로 배치되어 구성될 수 있고, 상기 전열관의 외면에는 복수의 열교환핀이 형성될 수 있다.The steam used to drive the steam turbine 180 may be vented and reintroduced into the waste heat recovery boiler 170. The waste heat recovery boiler 170 may include a plurality of heat transfer tubes (not shown) for heat exchange with the exhaust gas discharged from the gas turbine 160, and a plurality of heat exchange fins may be formed on an outer surface of the heat transfer tubes .
상기 전열관 내부에는 증기터빈(180)에서 배출되어 응축된 응축수를 포함한 물이 유입되어 흐르며, 상기 전열관과 배기가스의 열교환에 의하여 상기 전열관을 흐르는 물이 증발되어 상기 증기터빈으로 유입되는 것이다.Water containing condensed condensed water discharged from the steam turbine 180 flows into the heat transfer pipe, and water flowing through the heat transfer pipe is evaporated by the heat exchange between the heat transfer pipe and the exhaust gas and flows into the steam turbine.
증기터빈(180)의 일측에는 증기터빈(180)에서 배출된 증기를 응축시켜 폐열회수 보일러(170)로 공급하기 위한 위한 응축기(190)가 설치될 수 있고, 응축기(190)는 공기를 이용하여 증기를 응축시키는 공냉식일 수 있다.One side of the steam turbine 180 may be provided with a condenser 190 for condensing the steam discharged from the steam turbine 180 and supplying the condensed steam to the waste heat recovery boiler 170. The condenser 190 uses air It can be air cooled to condense the vapor.
응축기(190)가 증기를 신속하게 응축시켜 폐열회수 보일러(170)로 공급하여야 발전효율이 향상될 수 있다. 그런데, 여름철 등과 같이 대기의 온도가 높으면 응축기(190)의 응축효율이 저하될 수 있다.The condenser 190 rapidly condenses the steam and supplies it to the waste heat recovery boiler 170 so that the power generation efficiency can be improved. However, if the atmospheric temperature is high, such as during the summer season, the condensing efficiency of the condenser 190 may be lowered.
본 발명의 제1실시예에 따른 복합화력발전 시스템은 응축기(190)가 증기를 신속하게 응축시킬 수 있도록, 공기분리기(130)에서 생성된 저온의 질소를 사용할 수 있다.The combined cycle power generation system according to the first embodiment of the present invention can use the low temperature nitrogen generated in the air separator 130 so that the condenser 190 can rapidly condense the steam.
상세히 설명하면, 공기분리기(130)와 응축기(190) 사이에는 공기분리기(130)에서 생성된 질소를 응축기(190)로 공급하기 위한 질소 공급관로(NSL)가 설치될 수 있다. 그리하여, 증기를 응축시키기 위하여 응축기(190)로 유입되는 공기를 공기분리기(130)에서 공급되는 질소를 이용하여 냉각시킨다.A nitrogen supply line NSL may be provided between the air separator 130 and the condenser 190 to supply nitrogen generated in the air separator 130 to the condenser 190. [ Thus, the air introduced into the condenser 190 is cooled using nitrogen supplied from the air separator 130 to condense the vapor.
그러면, 응축기(190)는 대기 온도의 영향을 받지 않으면서 증기를 신속하게 응축시켜 폐열회수 보일러(170)로 공급할 수 있으므로, 발전효율이 향상될 수 있다. 그리고, 별도의 부가적인 장치가 필요 없으므로, 경제적일 수 있다.Then, the condenser 190 can rapidly condense the steam without being influenced by the atmospheric temperature and supply it to the waste heat recovery boiler 170, so that the power generation efficiency can be improved. And, since no additional device is required, it can be economical.
대기의 온도가 낮으면, 공기분리기(130)에서 생성된 질소를 응축기(190)측으로 공급하지 않아도 될 수 있다. 그리고, 대기의 온도와 관계없이, 복합화력발전 시스템의 기동시에는, 공기분리기(130)에서 생성된 질소를 응축기(190)측으로 공급해 주는 것이, 정상적인 운전 상태에 도달하는 시간을 단축할 수 있다.If the temperature of the atmosphere is low, nitrogen produced in the air separator 130 may not be supplied to the condenser 190 side. Regardless of the atmospheric temperature, supplying the nitrogen generated in the air separator 130 to the condenser 190 at the time of starting the combined-cycle power generation system can shorten the time required for reaching the normal operation state.
이러한 이유로, 질소 공급관로(NSL)에는, 질소 공급관로(NSL)를 개폐하여 공기분리기(130)에서 생성된 질소를 응축기(190)측으로 선택적으로 공급하기 위한, 제1밸브(191)가 설치될 수 있다. 그리고, 질소 공급관로(NSL)에는 응축기(190)측으로 질소를 펌핑하기 위한 펌프(193a)가 설치될 수 있고, 응축기(190)와 폐열회수 보일러(170) 사이의 관로에는 응축수를 폐열회수 보일러(170)로 펌핑하기 위한 펌프(193b)가 설치될 수 있다.For this reason, a first valve 191 is provided in the nitrogen supply line NSL for selectively opening and closing the nitrogen supply line NSL to selectively supply the nitrogen produced in the air separator 130 to the condenser 190 side . A pump 193a for pumping nitrogen to the condenser 190 may be installed in the nitrogen supply line NSL and a condensate may be supplied to the waste heat recovery boiler A pump 193b may be provided for pumping the gas to the gas supply pipe 170.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 복합화력발전 시스템의 구성을 보인 도로서, 제2실시예와의 차이점만을 설명한다.FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a combined-cycle thermal power generation system according to a second embodiment of the present invention, and only differences from the second embodiment will be described.
도시된 바와 같이, 가스터빈(260)의 압축기(261)의 효율이 향상되면, 가스터빈(260)의 효율이 향상됨은 당연하다. 그리고, 가스터빈(260)의 압축기(261)에서 압축되는 공기의 온도가 낮으면, 공기의 밀도가 높아지므로 압축기(261)의 효율이 향상된다.As shown, if the efficiency of the compressor 261 of the gas turbine 260 is improved, it is natural that the efficiency of the gas turbine 260 is improved. When the temperature of the air compressed by the compressor 261 of the gas turbine 260 is low, the density of the air is increased, so that the efficiency of the compressor 261 is improved.
본 발명의 제2실시예에 따른 복합화력발전 시스템(200)은 가스터빈(260)의 압축기(261)에서 압축되는 공기의 온도를 낮추기 위하여 공기분리기(230)에서 생성된 질소를 사용할 수 있다.The combined cycle power generation system 200 according to the second embodiment of the present invention may use nitrogen generated in the air separator 230 to lower the temperature of the air compressed in the compressor 261 of the gas turbine 260.
이를 위하여, 질소 공급관로(NSL)의 일측에는 가스터빈(260)의 압축기(261)측으로 질소 분기관로(NBL)가 분기될 수 있고, 질소 분기관로(NBL)에는 가스터빈(260)의 압축기(261)로 유입되는 공기를 냉각시키기 위한 열교환기(296)가 설치될 수 있다. 그리고, 질소 분기관로(NSL)에는 질소 분기관로(NSL)를 개폐하는 제2밸브(298)가 설치될 수 있다.A nitrogen branching passage NBL may be branched to the side of the compressor 261 of the gas turbine 260 at one side of the nitrogen supply passage NSL, A heat exchanger 296 for cooling the air flowing into the compressor 261 may be installed. A second valve 298 for opening and closing the nitrogen branch passage NSL may be installed in the nitrogen branch passage NSL.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Will be clear to those who have knowledge of. Therefore, the scope of the present invention is defined by the appended claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
110: 가스화유닛
130: 공기분리기
160: 가스터빈
170: 폐열회수 보일러
180: 증기터빈
190: 응축기
110: Gasification unit
130: air separator
160: Gas turbine
170: Waste heat recovery boiler
180: Steam turbine
190: condenser

Claims (4)

  1. 연료를 연소하여 합성가스를 생성하는 가스화유닛;
    공기를 산소와 질소로 분리하며, 산소를 상기 가스화유닛으로 공급하는 공기분리기;
    상기 가스화유닛에서 생성된 합성가스의 연소에 의하여 구동하면서 발전기를 구동시키는 가스터빈;
    상기 가스터빈에서 배출되는 배기가스의 열을 흡수하여 증기를 생성하는 폐열회수 보일러;
    상기 폐열회수 보일러에서 생성된 증기에 의하여 구동하면서 발전기를 구동시키는 증기터빈;
    상기 증기터빈에서 배출된 증기를 응축시켜 상기 폐열회수 보일러로 공급하는 공냉식 응축기를 포함하며;
    증기터빈에서 배출되는 증기를 응축시키기 위하여 상기 응축기로 유입되는 공기는 상기 공기분리기에서 생성된 질소에 의하여 냉각되는 것을 특징으로 하는 복합화력발전 시스템.
    A gasification unit for combusting fuel to produce a syngas;
    An air separator for separating air into oxygen and nitrogen and supplying oxygen to the gasification unit;
    A gas turbine for driving the generator while being driven by combustion of syngas generated in the gasification unit;
    A waste heat recovery boiler for absorbing heat of the exhaust gas discharged from the gas turbine to generate steam;
    A steam turbine for driving the generator while being driven by the steam generated in the waste heat recovery boiler;
    And an air-cooled condenser for condensing the steam discharged from the steam turbine and supplying the condensed steam to the waste heat recovery boiler;
    Wherein the air introduced into the condenser for condensing the steam discharged from the steam turbine is cooled by nitrogen generated in the air separator.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기분리기에서 생성된 질소는 선택적으로 상기 응축기측으로 공급되는 것을 특징으로 하는 복합화력발전 시스템.
    The method according to claim 1,
    And the nitrogen generated in the air separator is selectively supplied to the condenser side.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공기분리기와 상기 응축기 사이에는 질소 공급관로가 설치되고,
    상기 질소 공급관로에는 상기 질소 공급관로를 개폐하는 제1밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 복합화력발전 시스템.
    3. The method of claim 2,
    A nitrogen supply line is provided between the air separator and the condenser,
    Wherein the nitrogen supply line is provided with a first valve for opening and closing the nitrogen supply line.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 질소 공급관로의 일측에는 상기 가스터빈의 압축기측을 향하는 질소 분기관로가 분기 형성되고,
    상기 질소 분기관로에는 상기 가스터빈의 압축기로 유입되는 공기를 냉각시키는 열교환기 및 상기 질소 분기관로를 개폐하는 제2밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 복합화력발전 시스템.
    The method of claim 3,
    Wherein a nitrogen branch passage is formed at one side of the nitrogen supply line toward a compressor side of the gas turbine,
    Wherein the nitrogen bifurcated furnace is provided with a heat exchanger for cooling the air flowing into the compressor of the gas turbine and a second valve for opening and closing the nitrogen bifurcated furnace.
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