KR101679352B1 - 합성 가스 조성 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

합성 가스 조성 제어 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101679352B1
KR101679352B1 KR1020110078047A KR20110078047A KR101679352B1 KR 101679352 B1 KR101679352 B1 KR 101679352B1 KR 1020110078047 A KR1020110078047 A KR 1020110078047A KR 20110078047 A KR20110078047 A KR 20110078047A KR 101679352 B1 KR101679352 B1 KR 101679352B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel
value
syngas
index value
weber index
Prior art date
Application number
KR1020110078047A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130015808A (ko
Inventor
서석빈
정재화
박세익
이민철
Original Assignee
한국전력공사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전력공사 filed Critical 한국전력공사
Priority to KR1020110078047A priority Critical patent/KR101679352B1/ko
Publication of KR20130015808A publication Critical patent/KR20130015808A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101679352B1 publication Critical patent/KR101679352B1/ko

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)

Abstract

합성 가스의 조성을 제어하는 시스템 및 방법이 제공된다. 합성 가스의 조성을 제어하는 시스템은, 가스화기에서 생산된 합성 가스의 제 1 웨버 인덱스 값을 산출하는 제 1 연료 정보 분석기, 상기 제 1 웨버 인덱스 값이 상기 시스템의 안정 운전을 위한 웨버 인덱스 값의 허용 범위를 초과하면, 상기 합성 가스에 증기를 공급하는 증기 공급량 조절기, 상기 증기가 공급된 합성 가스에 대하여 수성 전환 공정을 수행하는 수성 전환 공정기, 상기 증기가 공급된 합성 가스의 제 2 웨버 인덱스 값을 산출하는 제 2 연료 정보 분석기 및 상기 제 2 웨버 인덱스 값이 상기 수성 전환 공정기에서 제어할 수 있는 웨버 인덱스 값의 임계치를 초과하면, 상기 증기가 공급된 합성 가스에 보조 연료를 공급하는 보조 연료 공급기를 포함한다.

Description

합성 가스 조성 제어 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING SYNTHETIC GAS COMPOSITION}
본 발명은 합성 가스 조성 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스 터빈의 연소 안정화를 위하여 합성 가스의 조성을 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
산업용 연소기, 예를 들어 연료의 조성에 따라 연소 상태가 매우 민감한 가스 터빈 연소기에 있어서, 연료를 균일하게 조성하여 공급하는 것은 설비의 안정성과 신뢰성을 확보하는데 매우 중요하다.
또한, 가스화기에서 생산되는 합성 가스는 H2와 CO가 주성분으로, 가스화기에서 사용되는 원료에 따라서 합성 가스의 H2/CO 비는 큰 차이가 있다.
뿐만 아니라 동일한 원료(예를 들어, 석탄)를 사용하더라도, 그 조성이 천연 가스 등과 같은 가스 연료에 비해 균일하지 않기 때문에, 가스화기에서 생산되는 합성 가스의 조성 변동폭은 천연 가스에 비해 크다.
특히, 석탄, 바이오매스(biomass) 등을 원료로 하는 가스화기에서 생산되는 합성 가스는, 전술한 바와 같이, 천연 가스에 비해 연료 조성의 변동폭이 크기 때문에, 이러한 합성 가스를 사용하는 가스 터빈의 안정적인 연소를 위해서는, 균일한 연료 조성의 제어가 더욱 필요하다.
만일, 연료 조성이 변동되어 사용 제한 범위를 벗어날 경우, 연소 불안정으로 인해 기계적인 손상이 발생하거나, 화염이 소화(blow-off) 되어 플랜트가 정지될 수 있어 유지 보수에 많은 손실을 가져오게 된다.
이에, 한국등록특허 제10-0969654호 “폐기물의 가스화 시스템의 제어 장치 및 방법”에서는 폐기물의 가스화 시스템에서 발생되는 합성 가스의 H2/CO 비를 조절하여, 최종 활용 목적에 접합한 H2/CO 비를 가지는 합성 가스를 생성하는 기술을 제시하였다.
그러나, 상기한 기술은, 천연 가스에 비하여 연료 조성 변동폭이 큰 합성 가스의 연료 조성이 변동되어 사용 제한 범위를 벗어난 경우, 이로 인한 연소 불안정 및 기계적인 손상을 사전에 방지할 수 있는 기술은 여전히 제시하지 못하고 있다.
한국등록특허 제10-0969654호 “폐기물의 가스화 시스템의 제어 장치 및 방법”
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 합성 가스 조성 제어 시스템에 있어서, CO2 수성 전환 공정에서 합성 가스의 H2/CO 비율을 조절하여, 가스 터빈 연소기로 공급되는 합성 가스의 웨버 인덱스(Wobbe Index)가 일정 값 이내로 공급되도록 하는 시스템 및 방법을 제공한다.
또한, 합성 가스의 웨버 인덱스의 값이 CO2 수성 전환 공정에서 제어할 수 있는 범위를 초과하는 경우, 웨버 인덱스 값을 일정 값 이내로 조절하여 가스 터빈 연소기에 공급하도록 하는 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 합성 가스의 조성을 제어하는 시스템은, 가스화기에서 생산된 합성 가스의 제 1 웨버 인덱스 값을 산출하는 제 1 연료 정보 분석기, 상기 제 1 웨버 인덱스 값이 상기 시스템의 안정 운전을 위한 웨버 인덱스 값의 허용 범위를 초과하면, 상기 합성 가스에 증기를 공급하는 증기 공급량 조절기, 상기 증기가 공급된 합성 가스에 대하여 수성 전환 공정을 수행하는 수성 전환 공정기, 상기 증기가 공급된 합성 가스의 제 2 웨버 인덱스 값을 산출하는 제 2 연료 정보 분석기 및 상기 제 2 웨버 인덱스 값이 상기 수성 전환 공정기에서 제어할 수 있는 웨버 인덱스 값의 임계치를 초과하면, 상기 증기가 공급된 합성 가스에 보조 연료를 공급하는 보조 연료 공급기를 포함한다.
본 발명의 일 측면에서, 상기 제 1 연료 정보 분석기는 상기 제 1 웨버 인덱스 값이 상기 허용 범위를 초과하는지 판단한다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 제 2 연료 정보 분석기는 상기 제 2 웨버 인덱스 값이 상기 한계치를 초과하는지 판단한다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 수성 전환 공정기는 상기 증기가 공급된 합성 가스의 H2/CO 비(比)를 조절한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따른 합성 가스를 생산하는 가스화기, 상기 합성 가스에 대하여 수성 전환 공정을 수행하는 수성 전환 공정기 및 상기 수성 전환 공정이 수행된 합성 가스를 연소하는 가스 터빈 연소기를 포함하는 합성 가스의 조성을 제어하는 시스템은, 상기 가스화기에서 생산된 합성 가스의 제 1 웨버 인덱스 값을 산출하고, 상기 산출된 제 1 웨버 인덱스의 값이 상기 시스템의 안정 운전을 위한 웨버 인덱스 값의 허용 범위 및 상기 수성 전환 공정기에서 제어할 수 있는 웨버 인덱스 값의 임계치를 초과하는지 판단하는 제 1 연료 정보 분석기, 상기 제 1 웨버 인덱스 값이 상기 허용 범위를 초과하면, 상기 합성 가스에 증기를 공급하는 증기 공급량 조절기, 상기 제 1 웨버 인덱스 값이 상기 허용 범위를 초과하면서, 상기 한계치를 초과하면, 상기 증기가 공급된 합성 가스에 보조 연료를 공급하는 보조 연료 공급기 및 상기 증기 및 보조 연료 중 하나 이상이 공급된 합성 가스의 제 2 웨버 인덱스 값을 산출하고, 상기 산출된 제 2 웨버 인덱스의 값이 상기 시스템의 안정 운전을 위한 허용 범위 및 상기 수성 전환 공정기의 제어 범위를 초과하는지 판단하는 제 2 연료 정보 분석기를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 증기 공급량 조절기는 상기 제 2 연료 정보 분석기의 판단 결과에 따라서, 상기 제 2 웨버 인덱스 값이 상기 허용 범위를 초과하면, 상기 증기 및 보조 연료 중 하나 이상이 공급된 합성 가스에 증기를 공급한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서, 상기 보조 연료 공급기는 상기 제 2 연료 정보 분석기의 판단 결과에 따라서, 상기 제 2 웨버 인덱스 값이 상기 허용 범위를 초과하면서, 상기 한계치를 초과하면, 상기 증기 및 보조 연료 중 하나 이상이 공급된 합성 가스에 보조 연료를 공급한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서, 상기 제 1 연료 정보 분석기는 상기 합성 가스의 연료 온도, 압력, 연료의 조성 및 연료 발열량을 분석하고, 상기 분석된 결과에 기초하여 상기 제 1 웨버 인덱스 값을 산출한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서, 상기 제 2 연료 정보 분석기는 상기 증기 및 보조 연료 중 하나 이상이 공급된 합성 가스의 연료 온도, 압력, 연료의 조성 및 연료 발열량을 분석하고, 상기 분석된 결과에 기초하여 상기 제 2 웨버 인덱스 값을 산출한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서, 상기 수성 전환 공정기는 상기 증기가 공급된 합성 가스의 H2/CO 비(比)를 조절한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 합성 가스의 조성을 제어하는 시스템이 합성 가스의 조성을 제어하는 방법은 (a) 합성 가스의 제 1 웨버 인덱스 값을 산출하고, 상기 산출된 제 1 웨버 인덱스의 값이 상기 시스템의 안정 운전을 위한 웨버 인덱스 값의 허용 범위를 초과하는지 판단하는 단계, (b) 상기 판단 결과, 상기 허용 범위를 초과하면, 상기 합성 가스에 증기를 공급하는 단계, (c) 상기 증기가 공급된 합성 가스에 대하여 수성 전환 공정을 수행하여 H2/CO 비(比)를 조절하는 단계 및 (d) 상기 H2/CO 비(比)가 조절된 합성 가스의 제 2 웨버 인덱스 값을 산출하고, 상기 산출된 제 2 웨버 인덱스의 값이 상기 허용 범위를 초과하는지 판단하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 측면에서, 합성 가스의 조성을 제어하는 시스템이 합성 가스의 조성을 제어하는 방법에 있어서, (a) 합성 가스의 제 1 웨버 인덱스 값을 산출하고, 상기 산출된 제 1 웨버 인덱스의 값이 상기 시스템의 안정 운전을 위한 웨버 인덱스 값의 허용 범위를 초과하는지 판단하는 단계, (b) 상기 판단 결과, 상기 허용 범위를 초과하면, 상기 합성 가스에 증기를 공급하는 단계, (c) 상기 증기가 공급된 합성 가스에 대하여 수성 전환 공정을 수행하여 H2/CO 비(比)를 조절하는 단계 및 (d) 상기 H2/CO 비(比)가 조절된 합성 가스의 제 2 웨버 인덱스 값을 산출하고, 상기 산출된 제 2 웨버 인덱스의 값이 상기 허용 범위를 초과하는지 판단하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 측면에서, 상기 합성 가스의 조성을 제어하는 방법은 (e) 상기 (d) 단계의 판단 결과, 상기 허용 범위를 초과하지 않으면, 상기 H2/CO 비(比)가 조절된 합성 가스를 가스 터빈 연소기로 공급하는 단계를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 합성 가스의 조성을 제어하는 방법은 (e) 상기 (d) 단계의 판단 결과, 상기 허용 범위를 초과하면, 상기 수성 전환 공정 시 제어 가능한 웨버 인덱스 값의 임계치를 초과하는지 판단하는 단계 및 (f) 상기 (e) 단계의 판단 결과, 상기 임계치를 초과하면, 상기 H2/CO 비(比)가 조절된 합성 가스에 보조 연료를 공급하는 단계를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 일 측면에서, 상기 합성 가스의 조성을 제어하는 방법은 (e) 상기 (d) 단계의 판단 결과, 상기 허용 범위를 초과하지 않으면, 상기 H2/CO 비(比)가 조절된 합성 가스를 가스 터빈 연소기로 공급하는 단계를 더 포함한다. 또한, 본 발명의 일 측면에서 (h) 상기 보조 연료가 공급된 합성 가스의 제 3 웨버 인덱스 값을 산출하는 단계 및 (i) 상기 제 3 웨버 인덱스 값이 상기 허용 범위를 초과하는지 판단하여, 상기 (b) 단계를 반복 실행하는 단계를 더 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술된 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
전술한 본 발명의 합성 가스 조성 제어 시스템 및 방법의 과제 해결 수단 중 하나에 의하면, 석탄, 바이오매스(biomass) 등의 원료를 사용하는 가스화 복합 발전 시스템에서 가스화기에서 생산되는 조성 변동폭이 큰 합성 가스를 가스 터빈 연소기에서 안정적으로 연소할 수 있다.
또한, 본 발명의 합성 가스 조성 제어 시스템을 적용하여 가스터빈 연소기에서 연소 불안정으로 인한 고장 발생을 사전에 방지할 수 있고, 부품의 수명을 연장시켜 운전 신뢰도 향상 및 유지 보수 비용을 절감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 합성 가스의 조성을 제어하는 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 합성 가스 조성 제어 시스템에서 합성 가스의 조성을 제어하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨버 인덱스 값을 나타낸 표이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 ‘포함’한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 합성 가스 조성 제어 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 합성 가스 조성 제어 시스템(100)은 가스화기(110), 합성 가스 정제기(120), 제 1 연료 정보 분석기(130), 증기 공급량 조절기(140), 수성 전환 공정기(150), 제 2 연료 정보 분석기(160), 보조 연료 공급기(170) 및 가스 터빈 연소기(180)를 포함한다.
각 구성 요소를 설명하면, 가스화기(110)는 석탄, 바이오매스 등의 원료를 사용하여 합성 가스를 생산한다.
한편, 합성 가스 정제기(120)는 가스화기(110)에서 생산된 합성 가스를 정제한다.
한편, 제 1 연료 정보 분석기(130)는 가스화기(110)에서 생산된 합성 가스의 연료 온도, 압력, 유량, 연료의 조성 및 연료 발열량 중 하나 이상을 측정 및 분석하고, 분석된 결과에 기초하여 합성 가스의 웨버 인덱스(Wm1) 값(이하, 제 1 웨버 인덱스값(Wm1)이라 칭함)을 계산한다.
이후, 제 1 연료 정보 분석기(130)는 계산된 제 1 웨버 인덱스(Wm1) 값이 합성 가서 조성 제어 시스템(100)의 안정 운전을 위한 웨버 인덱스 값의 허용 범위(이하, 허용값(|W0|)이라 칭함)를 초과하는지 판단한다.
만일, 제 1 웨버 인덱스(Wm1) 값이 허용값(|W0|)을 초과하면, 제 1 연료 정보 분석기(130)는 제 1 웨버 인덱스(Wm1) 값이 수성 전환 공정기(150)에서 제어할 수 있는 웨버 인덱스 값의 임계치(이하, 제어 임계값(|W1|)이라 칭함)를 초과하는지 판단한다.
판단 결과, 제 1 웨버 인덱스(Wm1) 값이 허용값(|W0|)을 초과하지만, 제어 임계값(|W1|)을 초과하지 않는 경우, 제 1 연료 정보 분석기(130)는 제 1 웨버 인덱스(Wm1) 값에 대한 정보를 증기 공급량 조절기(140)로 전송한다.
만일 판단 결과, 제 1 웨버 인덱스(Wm1) 값이 허용값(|W0|)을 초과하면서, 제어 임계값(|W1|)도 초과하는 경우, 제 1 연료 정보 분석기(130)는 제 1 웨버 인덱스(Wm1) 값에 대한 정보를 보조 연료 공급기(170)로 전송한다.
한편, 증기 공급량 조절기(140)는 제 1 연료 정보 분석기(130)로부터 허용값(|W0|)을 초과하는 제 1 웨버 인덱스(Wm1) 값에 대한 정보를 수신하고, 수신된 정보에 대응되는 증기 공급량을 조절하도록 증기 공급 밸브를 작동시킨다.
여기서, 증기 공급 밸브는 수성 전환 공정기(150)에 공급되는 증기의 공급량을 조절하는데 사용되며, 증기 공급량의 조절에 따라서 수성 전환 공정기(150)에서 H2/CO 비가 조절될 수 있다.
또한, 후술하겠지만, 증기 공급량 조절기(140)는 제 2 연료 정보 분석기(160)로부터 증기 및 보조 연료 중 하나 이상이 공급된 합성 가스의 웨버 인덱스(Wm2) 값(이하, 제 2 웨버 인덱스(Wm2) 값이라 칭함)에 대한 정보를 수신하고, 수신된 정보에 대응되는 증기 공급량을 조절하도록 증기 공급 밸브를 작동시킬 수 있다. 증기가 공급된 합성 가스에 대해서는 후술하도록 한다.
즉, 증기 공급량 조절기(140)는 합성 가스에 공급되는 증기의 공급량을 조절함으로써, 제 1 웨버 인덱스(Wm1) 값 및 제 2 웨버 인덱스(Wm2) 값이 허용값(|W0|)을 초과하지 않도록 조절할 수 있다.
한편, 수성 전환 공정기(150)는 합성 가스 정제기(120)로부터 정제된 합성 가스 중 CO 성분을 수성 전환 공정을 거쳐 H2와 CO2로 전환시킨다.
또한, 수성 전환 공정기(150)는 증기 공급량 조절기(140)로부터 증기가 공급된 합성 가스에 대해 수성 전환 공정을 수행하여 H2/CO 비(比)를 조절할 수 있다.
참고로, 본 발명의 수성 전환 공정기(150)는 환경 오염에 영향을 주는 CO2 배출을 줄이기 위해서, 합성 가스를 가스 터빈 연소기(180)에서 연소하기 전에 합성 가스에 포함된 CO 성분을 CO2 수성 전환 공정을 수행하여 H2와 CO2로 전환시키고, 여기서 나온 CO2 를 분리, 활용 또는 제거할 수 있다.
여기서, CO2 수성 전환 공정의 주 반응식은 아래와 같으며, 증기 공급 밸브를 통해 증기량을 조절함으로써 합성 가스에 함유된 CO를 CO2로 전환하는 양을 조절할 수 있다.
<CO2 수성 전환 공정의 주 반응식>
CO + H2O(증기) → H2 + CO2
한편, 제 2 연료 정보 분석기(160)는 수성 전환 공정기(150)로부터, 증기가 공급된 후 H2/CO 비(比)가 조절된 합성 가스의 연료 온도, 압력, 연료의 조성 및 연료 발열량을 측정 및 분석하고, 분석된 결과에 기초하여 제 2 웨버 인덱스 값(Wm2)을 계산한다.
이후, 제 2 연료 정보 분석기(160)는 계산된 제 2 웨버 인덱스(Wm2) 값이 시스템의 안정 운전을 위한 허용 범위인 허용값(|W0|)을 초과하는지를 판단한다.
만일, 제 2 웨버 인덱스(Wm2) 값이 허용값(|W0|)을 초과하면, 제 2 연료 정보 분석기(160)는 제 2 웨버 인덱스(Wm2) 값이 수성 전환 공정기(150)에서 제어할 수 있는 범위인 제어 임계값(|W1|)을 초과하는지 판단한다.
판단 결과, 제 2 웨버 인덱스(Wm2) 값이 허용값(|W0|)을 초과하지만, 제어 임계값(|W1|)을 초과하지 않는 경우, 제 2 연료 정보 분석기(160)는 제 2 웨버 인덱스(Wm2) 값에 대한 정보를 증기 공급량 조절기(140)로 전송한다.
만일, 판단 결과, 제 2 웨버 인덱스(Wm2) 값이 허용값(|W0|)을 초과하면서, 제어 임계값(|W1|)도 초과하는 경우, 제 2 연료 정보 분석기(160)는 제 2 웨버 인덱스(Wm2) 값에 대한 정보를 보조 연료 공급기(170)로 전송한다.
한편, 보조 연료 공급기(170)는 제 1 연료 정보 분석기(130)와 제 2 연료 정보 분석기(160)로부터 제 1 웨버 인덱스(Wm1) 값 또는 제 2 웨버 인덱스(Wm2) 값을 수신하고, 수신된 정보에 대응되는 보조 연료 공급량을 조절하도록 연료 공급 밸브를 작동시킬 수 있다.
여기서, 보조 연료는 H2, CH4 등과 같이 합성 가스보다 고열량을 가지는 연료를 포함할 수 있다.
즉, 보조 연료 공급기(170)는 합성 가스에 첨가되는 보조 연료의 공급량을 조절함으로써, 제 1 웨버 인덱스(Wm1) 값 및 제 2 웨버 인덱스(Wm2) 값이 허용값(|W0|)을 초과하지 않도록 조절할 수 있다.
한편, 가스 터빈 연소기(180)는 수성 전환 공정기(150)로부터 수성 전환 공정을 거친 H2 rich 합성 가스를 연소한다.
여기서, 수성 전환 공정을 거친 H2 rich 합성 가스는 허용값(|W0|)을 초과하지 않도록 조절된, 증기 및 보조 연료 중 하나 이상이 공급된 합성 가스를 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 합성 가스 조성 제어 시스템(100)에서 합성 가스의 조성을 제어하는 과정을 도시한 흐름도이다.
이하, 도 1에 도시된 시스템의 구성 요소를 참조하여, 도 2의 흐름도를 설명하도록 한다.
먼저, 제 1 연료 정보 분석기(130)는 가스화기(110)에서 생산된 후 합성 가스 정제기(120)에서 정제된 합성 가스의 연료 온도, 압력, 연료의 조성 및 연료 발열량을 측정 및 분석하고, 분석된 결과에 기초하여 제 1 웨버 인덱스값(Wm1)을 계산한다(S201).
S201 후, 제 1 연료 정보 분석기(130)는 계산된 제 1 웨버 인덱스(Wm1) 값이 허용값(|W0|)을 초과하는지 판단한다(S202).
판단 결과, 제 1 웨버 인덱스(Wm1) 값이 시스템(100)의 허용값(|W0|) 이내인 경우, 합성 가스 조성 제어 시스템(100)은 별도의 연료 조성 없이 수성 전환 공정을 거친 H2 rich 합성 가스를 가스 터빈 연소기로 공급한다(S203).
S202의 판단 결과, 제 1 웨버 인덱스(Wm1) 값이 허용값(|W0|)을 초과하면, 제 1 연료 정보 분석기(130)는 제 1 웨버 인덱스(Wm1) 값이 제어 임계값(|W1|)을 초과하는지 판단한다(S204).
S204의 판단 결과, 제 1 웨버 인덱스(Wm1) 값이 허용값(|W0|)을 초과하지만, 제어 임계값(|W1|)을 초과하지 않는 경우, 제 1 연료 정보 분석기(130)는 제 1 웨버 인덱스(Wm1) 값에 대한 정보를 증기 공급량 조절기(140)로 전송한다(S205).
S205 후, 증기 공급량 조절기(140)는 제 1 연료 정보 분석기(130)로부터 허용값(|W0|)을 초과하는 제 1 웨버 인덱스(Wm1) 값에 대한 정보를 수신하고, 수신된 정보에 대응되는 증기 공급량을 조절하도록 증기 공급 밸브를 작동시킨다(S206).
S206 후, 수성 전환 공정기(150)는 증기 공급량 조절기(140)로부터 증기가 공급된 합성 가스에 대해 수성 전환 공정을 수행하여 H2/CO 비를 조절한 합성 가스를 배출한다(S207).
S207 후, 제 2 연료 정보 분석기(160)는 H2/CO 비가 조절된 합성 가스의 연료 온도, 압력, 유량, 연료의 조성 및 연료 발열량 중 하나 이상을 측정 및 분석하고, 분석된 결과에 기초하여 제 2 웨버 인덱스 값(Wm2)을 계산한다(S208).
S208 후, 제 2 연료 정보 분석기(160)는 계산된 제 2 웨버 인덱스(Wm2) 값이 허용값(|W0|)을 초과하는지 판단한다(S209).
판단 결과, 제 2 웨버 인덱스(Wm2) 값이 허용값(|W0|) 이내인 경우, 합성 가스 조성 제어 시스템(100)은 별도의 연료 조성 없이 H2/CO 비가 조절된 합성 가스를 가스 터빈 연소기로 공급한다(S210).
S209 판단 결과, 제 2 웨버 인덱스(Wm2) 값이 허용값(|W0|)을 초과하면, 제 2 연료 정보 분석기(160)는 제 2 웨버 인덱스(Wm2) 값이 제어 임계값(|W1|)을 초과하는지 판단한다(S211).
S211 판단 결과, 제 2 웨버 인덱스(Wm2) 값이 허용값(|W0|)을 초과하지만, 제어 임계값(|W1|)을 초과하지 않는 경우, 제 2 연료 정보 분석기(160)는 제 2 웨버 인덱스(Wm2) 값에 대한 정보를 증기 공급량 조절기(140)로 전송한다(S212).
만일, S211 판단 결과, 제 2 웨버 인덱스(Wm2) 값이 허용값(|W0|)을 초과하면서, 제어 임계값(|W1|)도 초과하는 경우, 제 2 연료 정보 분석기(160)는 제 2 웨버 인덱스(Wm2) 값에 대한 정보를 보조 연료 공급기(170)로 전송한다(S213).
한편, S204의 판단 결과, 제 1 웨버 인덱스(Wm1) 값이 허용값(|W0|)을 초과하면서, 제어 임계값(|W1 |)도 초과하는 경우, 제 1 연료 정보 분석기(130)는 제 1 웨버 인덱스(Wm1) 값에 대한 정보를 보조 연료 공급기(170)로 전송할 수 있다(S214).
S213 또는 S214 후, 합성 가스 조성 제어 시스템(100)은 보조 연료 공급기(170)에서 연료 공급 밸브를 조절하도록 한다(S215).
S215 후, 합성 가스 조성 제어 시스템(100)은 S208 이후의 과정을 반복하여, 웨버 인덱스 값(제 1 웨버 인덱스 값 또는 제 2 웨버 인덱스 값)이 허용값(|W0|)을 초과하면서, 제어 임계값(|W1|)을 초과하지 않는 경우는, 웨버 인덱스 값이 허용값(|W0|)을 초과하지 않도록 피드백하면서 증기 공급량 조절기(140)에서 증기 공급 밸브를 조절하도록 하고, 웨버 인덱스 값(제 1 웨버 인덱스 값 또는 제 2 웨버 인덱스 값)이 허용값(|W0|)을 초과하면서 제어 임계값(|W1|)도 초과하는 경우는, 웨버 인덱스 값이 허용값(|W0|)을 초과하지 않도록 피드백하면서 보조 연료 공급기(170)에서 연료 공급 밸브를 조절하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨버 인덱스 값을 나타낸 표이다.
가스 터빈 연소기에 있어서 연료의 웨버 인덱스는 가스 터빈에서 안정적인 연소를 위한 기준이 되는 중요한 값으로서, 가스 터빈 제작사는 가스 터빈의 안정 운전을 위해 가스 터빈에 공급되는 웨버 인덱스를 일정 범위에서 공급하도록 하고 있다.
웨버 인덱스는 연료 조성과 발열량에 기초하여 아래와 같은 식으로 계산될 수 있다.
Figure 112011060585897-pat00001
본 발명에서는, 전술한 바와 같이, 증기 공급 밸브의 조절을 통해 증기량을 조절하여 합성 가스의 H2/CO 비율을 조절함으로써, 합성 가스의 웨버 인덱스가 가스 터빈 연소기(180)에 공급되기 전에, 시스템의 안정 운전을 위한 허용 범위인 허용값(|W0|) 내에 들도록 조절할 수 있다.
참고로, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 H2/CO 변동에 따른 웨버 인덱스의 값이 변동되는 예를 보여주고 있다. 이 값들은 공연비가 1, 합성 가스 발열량은 11.5 MJ/m3을 전제 조건으로 한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 합성 가스 조성 제어 시스템
110 : 가스화기
120 : 합성 가스 정제기
130 : 제 1 연료 정보 분석기
140 : 증기 공급량 조절기
150 : 수성 전환 공정기
160 : 제 2 연료 정보 분석기
170 : 보조 연료 공급기
180 : 가스 터빈 연소기

Claims (14)

  1. 합성 가스의 조성을 제어하는 시스템에 있어서,
    가스화기에서 생산된 합성 가스의 연료 온도, 압력, 유량, 연료의 조성 및 연료 발열량 중 하나 이상을 측정 및 분석하여 제 1 웨버 인덱스 값을 산출하는 제 1 연료정보 분석기,
    상기 합성 가스에 대하여 제어 임계치에 따라 수성 전환 공정을 수행하는 수성 전환 공정기,
    상기 시스템의 안정 운전을 위한 웨버 인덱스 값의 허용 범위 및 수성 전환 공정기에서 제어할 수 있는 웨버 인덱스 값의 임계치를 초과하는지 판단결과에 따라, 합성 가스에 증기를 공급하는 증기 공급량 조절기,
    상기 시스템의 안정 운전을 위한 웨버 인덱스 값의 허용 범위 및 수성 전환 공정기에서 제어할 수 있는 웨버 인덱스 값의 임계치를 초과하는지 판단결과에 따라, 상기 합성 가스에 보조 연료를 공급하는 보조 연료 공급기 및
    상기 증기 또는 보조 연료가 공급된 합성 가스의 연료 온도, 압력, 유량, 연료의 조성 및 연료 발열량 중 하나 이상을 측정 및 분석하여 제 2 웨버 인덱스 값을 산출하는 제 2 연료정보 분석기를 포함하되,
    상기 증기 공급량 조절기 및 보조 연료 공급기는,
    상기 합성 가스에 공급되는 상기 증기 및 보조 연료를 조절함으로써, 상기 제 1 웨버 인덱스 값 및 제 2 웨버 인덱스 값이 허용 범위 및 임계치를 초과하지 않도록 조절하는 합성 가스 조성 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 증기 공급량 조절기는,
    상기 합성 가스가 상기 시스템의 안정 운전을 위한 상기 웨버 인덱스값의 허용 범위를 초과하고, 상기 수성 전환 공정기에서 제어할 수 있는 상기 웨버 인덱스 값의 임계치를 초과하지 않을 경우, 상기 합성 가스에 증기를 공급하는 합성 가스 조성 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 보조 연료 공급기는,
    상기 제 1 웨버 인덱스 값이 상기 시스템의 안정 운전을 위한 상기 웨버 인덱스값의 허용 범위를 초과하고, 상기 수성 전환 공정기에서 제어할 수 있는 상기 웨버 인덱스 값의 임계치를 초과할 경우, 상기 합성 가스에 보조 연료를 공급하는
    합성 가스 조성 제어 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수성 전환 공정기는 상기 증기가 공급된 합성 가스의 H2/CO 비(比)를 조절하는, 합성 가스 조성 제어 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 합성 가스를 생산하는 가스화기 및 상기 수성 전환 공정이 수행된 합성 가스를 연소하는 가스 터빈 연소기를 더 포함하는 합성 가스 조성 제어 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 합성 가스의 조성을 제어하는 시스템이 합성 가스의 조성을 제어하는 방법에 있어서,
    (a) 합성 가스의 연료 온도, 압력, 유량, 연료의 조성 및 연료 발열량 중 하나 이상을 측정 및 분석하여 제 1 웨버 인덱스 값을 산출하는 단계;
    (b) 상기 산출된 제 1 웨버 인덱스의 값이 상기 시스템의 안정 운전을 위한 웨버 인덱스 값이 허용 범위를 초과하는지 판단하는 단계;
    (c) 상기 산출된 제 1 웨버 인덱스의 값이 수성 전환 공정에서 제어할 수 있는 웨버 인덱스 값의 임계치를 초과하는지 판단하는 단계;
    (d) 상기 판단 결과에 따라, 상기 합성 가스에 보조 연료를 공급하는 단계; 및
    (e) 상기 판단 결과에 따라, 상기 합성 가스에 H2/CO 비(比)를 조절하여 증기를 공급하는 단계; 및
    (f) 상기 보조 연료 또는 증기 중 하나 이상이 공급된 합성 가스의 연료 온도, 압력, 유량, 연료의 조성 및 연료 발열량 중 하나 이상을 측정 및 분석하여 제 2 웨버 인덱스 값을 산출하는 단계를 포함하되,
    (g) 상기 (f)에서 산출된 제 2 웨버 인덱스 값으로 상기 (b) 내지 (e)의 단계를 반복하여 제 3 웨버 인덱스 값을 산출하는 단계를 더 포함하는 합성 가스 조성 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 (d)의 판단 결과는,
    상기 제 1 웨버 인덱스 값이 상기 시스템의 안정 운전을 위한 상기 웨버 인덱스값의 허용 범위를 초과하고, 상기 수성 전환 공정기에서 제어할 수 있는 상기 웨버 인덱스 값의 임계치를 초과할 경우인 합성 가스 조성 제어 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 (e)의 판단 결과는,
    상기 제 1 웨버 인덱스 값이 상기 시스템의 안정 운전을 위한 상기 웨버 인덱스값의 허용 범위를 초과하고, 상기 수성 전환 공정기에서 제어할 수 있는 상기 웨버 인덱스 값의 임계치를 초과하지 않을 경우인 합성 가스 조성 제어 방법.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 (b)의 산출된 제 1 웨버 인덱스의 값이 상기 시스템의 안정 운전을 위한 웨버 인덱스 값이 허용 범위를 초과하는지 판단하는 단계는,
    상기 허용 범위를 초과하지 않으면, 상기 H2/CO 비(比)가 조절된 합성 가스를 가스 터빈 연소기로 공급하는 단계를 더 포함하는 합성 가스 조성 제어 방법.
KR1020110078047A 2011-08-05 2011-08-05 합성 가스 조성 제어 시스템 및 방법 KR101679352B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110078047A KR101679352B1 (ko) 2011-08-05 2011-08-05 합성 가스 조성 제어 시스템 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110078047A KR101679352B1 (ko) 2011-08-05 2011-08-05 합성 가스 조성 제어 시스템 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130015808A KR20130015808A (ko) 2013-02-14
KR101679352B1 true KR101679352B1 (ko) 2016-11-24

Family

ID=47895545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110078047A KR101679352B1 (ko) 2011-08-05 2011-08-05 합성 가스 조성 제어 시스템 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101679352B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6200731B2 (ja) 2013-09-05 2017-09-20 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ガス化発電システムの制御方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009074550A (ja) * 2007-09-19 2009-04-09 General Electric Co <Ge> 燃料の修正ウォッベ指数の調節方法及びシステム
KR100969654B1 (ko) * 2009-06-26 2010-07-14 고등기술연구원연구조합 폐기물의 가스화 시스템의 제어장치 및 방법
JP2010156324A (ja) * 2008-12-31 2010-07-15 General Electric Co <Ge> 燃焼ガスタービン用の燃料配合及び制御のためのシステム及び方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009074550A (ja) * 2007-09-19 2009-04-09 General Electric Co <Ge> 燃料の修正ウォッベ指数の調節方法及びシステム
JP2010156324A (ja) * 2008-12-31 2010-07-15 General Electric Co <Ge> 燃焼ガスタービン用の燃料配合及び制御のためのシステム及び方法
KR100969654B1 (ko) * 2009-06-26 2010-07-14 고등기술연구원연구조합 폐기물의 가스화 시스템의 제어장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130015808A (ko) 2013-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8627668B2 (en) System for fuel and diluent control
EP1211401A1 (en) Fuel gas moisturization system control
JP2012145111A (ja) 化学量論的排出ガス再循環及び関連する燃焼制御装置
EP1798385B1 (en) Integrated gasification combined cycle and method of controlling thereof
KR101643969B1 (ko) 가연성 분진을 사용하여 작동되는 가스화 반응기 시동 장치 및 가스화 반응기 시동 방법
WO2013084735A1 (ja) 燃料ガス化システム、その制御方法及び制御プログラム、並びに、燃料ガス化システムを備える燃料ガス化複合発電システム
JP6595073B1 (ja) 廃棄物処理方法及びシステム
CN113512444A (zh) 燃料制造系统
KR101679352B1 (ko) 합성 가스 조성 제어 시스템 및 방법
KR101735989B1 (ko) 가스화 발전 플랜트의 제어 장치, 가스화 발전 플랜트, 및 가스화 발전 플랜트의 제어 방법
JP2015048840A (ja) ガス化発電システムの制御方法
CN118339372A (zh) 控制用于燃气涡轮的燃料共混物的系统和方法
JP5151921B2 (ja) 二塔式ガス化装置による複合発電方法及び装置
WO2008081488A1 (en) Method for controlling the supply of fuel gas to a gas-turbine burner
JP2019082118A (ja) 石炭ガス化発電設備
KR101770534B1 (ko) 제어 장치 및 제어 방법
JP2005171148A (ja) 石炭ガス化炉及びその運転方法
JP6978277B2 (ja) 石炭ガス化発電設備
KR101953737B1 (ko) 가스화기 연계 합성가스 혼소 엔진 가동 방법
JP4485900B2 (ja) ガス化複合発電設備およびその制御方法
JP4479884B2 (ja) 低カロリーガス燃料を用いた発電設備及び発電方法
KR100990892B1 (ko) 석탄가스화 복합발전 플랜트
JP6301118B2 (ja) ガス化燃料電池複合発電システム及びガス化燃料電池複合発電システムの運転方法
JP5943679B2 (ja) ガスタービンプラント、及びその運転方法
CN116466575A (zh) 一种煤-生物质耦合发电燃料控制方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant