KR101826441B1 - 석탄 가스화 복합화력 발전플랜트 - Google Patents

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윤석영
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Abstract

본 발명은 석탄을 가스로 전환하여 연료로 확보하는 가스화공정부와, 회전력으로 외부공기를 유입하여 고압으로 압축하는 터빈압축기와, 상기 터빈압축기의 유출구와 연결되고, 압축기에서 압축된 압축공기를 유입하여 상기 가스화공정부에서 제공되는 연료를 혼합하면서, 이를 연소하여 고온고압의 연소가스를 배출하는 연소기와, 상기 터빈압축기와 축 연결되고, 상기 연소기에서 배출된 고온고압의 연소가스가 터빈블레이드와 상응하여 회전력을 발생하는 터빈을 포함한 가스터빈부와, 상기 가스터빈부에서 발생한 배기가스의 배열을 이용하여 증기를 발생시키는 배열회수보일러부와, 상기 배열회수보일러부에서 발생한 증기에 의해 구동하는 증기터빈부와, 상기 증기터빈부를 통한 증기를 응축시켜 상기 배열회수보일러부로 재공급하는 응축기 및 상기 터빈블레이드에 분사되어 터빈블레이드의 냉각이 이루어지도록, 상기 가스화공정부에서 추출된 질소를 상기 터빈블레이드로 유동시키는 터빈냉각라인을 포함하여, 상기 가스화공정부에서 추출된 저온 고압의 질소를 가스터빈의 블레이드를 냉각하는 쿨런트(coolant)로 이용함으로써, 블레이드를 냉각함을 통해 플랜트의 발전효율과 출력을 증가시킬 수 있는 석탄 가스화 복합화력 발전플랜트를 제공한다.

Description

석탄 가스화 복합화력 발전플랜트{Integrated gasification combined cycle electric power plant}
본 발명은 석탄 가스화 복합화력 발전플랜트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석탄 가스화 과정에서 발생하는 저온 고압의 질소를 이용하여, 가스터빈의 블레이드를 냉각하도록 해 발전플랜트의 발전효율과 출력을 증가시킬 수 있는 석탄 가스화 복합화력 발전플랜트에 관한 것이다.
일반적으로 석탄가스화 복합발전은 석탄을 연료로 사용하면서 NOx, SOx 등 오염물 발생량이 적고 가스터빈을 채용한 복합발전방식으로 효율이 높은 청정에너지 발전방식이다.
이러한 석탄가스화 복합발전은 석탄을 가스화하는 가스화장치와 이 장치에 산소를 공급하는 산소분리장치, 석탄가스를 정제하는 가스정제장치, 그리고 이 가스를 연소하여 발전하는 가스터빈 및 복합사이클로 구성되는데, 이를 살펴보면 석탄은 가스화장치에 공급되며 가스화장치의 산화제는 산소분리장치로부터 생산된 약 95％순도의 산소가 공급된다.
상기 가스화장치에서 생산된 석탄가스는 가스정제장치를 거치면서 정제되며 정제된 석탄가스는 가스터빈연소기로 공급되는 한편, 공기는 산소분리장치로 공급되어 산소와 질소로 분리된 후 산소는 가스화장치 압력까지 압축된 후 가스화장치로 공급되며 질소는 대기로 배출된다.
그리고 가스터빈시스템에서 압축기는 공기를 압축하여 연소기로 공급하고 가스정제공정에서 나온 정제가스와 혼합되어 연소기에서 연소하며, 연소가스는 팽창기에서 출력을 발생시키고 배기가스로 배출된다.
이 배기가스의 현열은 회수되어 증기를 발생시켜 증기터빈을 구동한다.
최근에 종래의 석탄가스화 복합발전시스템에서 산소분리장치(공기분리장치)와 가스터빈의 연계에 대한 연구가 수행되었으며 일부는 상용설비에 적용되고 있다.
산소분리장치(공기분리장치)는 공기를 극저온상태에서 산소와 질소의 비등점 차이를 이용하여 산소와 질소를 분리하며, 이 장치에서 생산된 산소는 가스화장치에 필요한 산화제로 사용되며 잉여의 질소는 종래에는 대기로 배출하였다.
하지만, 최근 상기한 잉여 질소를 그대로 배출하지 않고, 이를 활용하는 방법이 제공되었는데, 이를 살펴보면 산소분리장치에서 생산된 잉여질소를 압축하여 가스터빈연소기에 공급하여 가스터빈의 출력을 증대시키고 NOx제어를 하는 방법이다.
일례로 보면, 운전압력이 높은 고압산소분리공정을 사용할 시, 분리된 질소는 종래와 같이 대기로 배출되지 않고 질소압축기에서 가스터빈 연소기 압력까지 압축된 후 연소기로 공급된다.
이러한 방법은 가스터빈의 NOx 제어를 위해 유용하며 가스터빈 팽창기의 유량을 증대시켜 출력을 상승시키는 효과를 가지나, 질소를 연소기압력이상으로 압축해야 하므로 압축기설치에 따른 투자비 증대와 소비동력이 증대되는 단점이 있다.
다른 방법으로는 가스터빈 압축기의 압축공기의 일부를 추출하여 산소분리장치로 보내어 산소분리장치에서 필요한 압축공기의 일부로 사용하며 산소분리장치에서 나온 잉여질소를 가스터빈 연소기로 공급하여 추출된 공기를 보충하는 한편 NOx제어에 사용하는 방법이다.
또 다른 방법은 등록특허 제10-0355309호(2002.09.23)와 같이 가스터빈과의 연계를 위한 세 번째 방법은 산소분리공정의 잉여질소를 이용하여 압축기 입구를 냉각하는 방법이다.
이 방법은 질소를 질소팽창기에서 팽창하여 대기온도 이하로 냉각된 후 가스터빈 압축기 입구로 공급되어 압축기입구공기와 혼합되어 압축기 입구 공기를 냉각시킨다. 이 방법은 두 공정 간의 연계가 간단하며 압축기 입구 공기온도를 떨어뜨려 가스터빈 성능이 향상된다.
그러나 이 방법은 높은 대기온도에서만 그 효과가 발휘되는 문제점이 도출되었다.
본 발명은 공기분리기(ASU)에서 생성된 저온 고압의 질소를 터빈냉각라인을 통해 가스터빈의 터빈블레이드로 제공하여, 저온 고압의 질소의 분사로 터빈블레이드의 냉각이 이루어지도록 해, 종래보다 상대적으로 적은 유량의 쿨런트(coolant)로 터빈블레이드를 냉각함에 발전플랜트의 발전효율과 출력을 종래보다 증가시킬 수 있는 석탄 가스화 복합화력 발전플랜트를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 석탄 가스화 복합화력 발전플랜트는 석탄을 가스로 전환하여 연료로 확보하는 가스화공정부와, 회전력으로 외부공기를 유입하여 고압으로 압축하는 터빈압축기와, 상기 터빈압축기의 유출구와 연결되고, 압축기에서 압축된 압축공기를 유입하여 상기 가스화공정부에서 제공되는 연료를 혼합하면서, 이를 연소하여 고온고압의 연소가스를 배출하는 연소기와, 상기 터빈압축기와 축 연결되고, 상기 연소기에서 배출된 고온고압의 연소가스가 터빈블레이드와 상응하여 회전력을 발생하는 터빈을 포함한 가스터빈부와, 상기 가스터빈부에서 발생한 배기가스의 배열을 이용하여 증기를 발생시키는 배열회수보일러부와, 상기 배열회수보일러부에서 발생한 증기에 의해 구동하는 증기터빈부과, 상기 증기터빈부를 통한 증기를 응축시켜 상기 배열회수보일러부로 재공급하는 응축기와, 외부 공기를 해당 압력으로 압축하는 공기압축기와, 상기 공기압축기에서 압축된 압축공기와 가스터빈부에서 압축한 압축공기를 혼합하는 공기혼합기, 및 상기 공기혼합기에서 출력되는 공기를 받아 공기에서 질소와 산소를 분리하여 출력하는 공기분리기(ASU)가 포함되는데, 상기 공기분리기에서 출력되는 질소를 상기 가스터빈부에서 압축된 압축공기와 서로 열교환 시키는 제2열교환기와, 상기 제2열교환기의 통과로 저온고압으로 냉각된 질소들 복수 개의 루트로 분배하여 제공하는 분배기와, 상기 분배기에 의해 분배된 질소 중 일부를 상기 터빈블레이드로 유동시키는 터빈냉각라인이 포함되어, 상기 공기분리기에서 산소와 분리되어 출력된 질소를 압축공기와의 열교환으로 저온고압의 질소로 전환한 후, 전환된 저온고압의 질소를 상기 터빈블레이드로 분사하여, 상기 터빈블레이드를 냉각한다.
이때 본 발명에 따른 상기 가스화공정부는 상기 공기분리기에서 분리된 산소를 공급받아, 그 산소로 외부에서 인입되는 석탄을 연소시켜 가스 연료를 발생하는 가스발생장치와, 상기 가스발생장치에서 배출되는 가스 중 이물질을 제거하여 정제된 연료가스를 출력하는 가스정제수단과, 상기 가스정제수단에서 출력되는 연료가스를 단열팽창시켜 액화하여 출력하는 연료팽창기와, 상기 공기분리기에서 분리된 질소 중 일부를 분배하여 상기 터빈냉각라인으로 제공하는 분배기와, 상기 연료팽창기에서 출력되는 연료가스와 분배기에서 출력되는 질소를 해당 비율로 혼합하여 상기 가스터빈부의 연소기로 공급하는 연료혼합기를 포함한다.
그리고 본 발명에 따른 상기 가스화공정부는 상기 가스발생장치에서 출력되는 가스와 외부에서 상기 가스발생장치로 공급되는 냉수를 서로 열교환 시키는 제1열교환기를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 증기터빈부는 저압의 증기로 회전력을 발생하는 저압터빈과, 중압의 증기로 회전력을 발생하는 중압터빈과, 고압의 증기로 회전력을 발생하는 고압터빈을 포함한다.
더불어 본 발명에 따른 석탄 가스화 복합화력 발전플랜트는 상기 응축기와 유체가 유동하는 라인으로 연결되고, 내부를 따라 유동하는 응축수를 배기가스와의 열교환으로 가열하는 제1가열튜브와, 상기 제1가열튜브와 유체가 유동하는 라인으로 연결되고, 상기 제1가열튜브를 통한 응축수에서 공기를 제거하는 탈기기를 포함한다.
그리고 본 발명에 따른 상기 배열회수보일러부는 상기 가스터빈부에서 배출되는 배기가스가 유동하는 배기통로와, 상기 배기통로 내부에 배치되고, 제1펌프와 유체가 유동하는 라인으로 연결되어, 상기 제1펌프를 통해 탈기된 유체를 유입하여, 배기가스를 이용해 저압의 증기를 발생시켜 제공하는 저압증발기와, 상기 배기통로 내부에 배치되고, 상기 저압증발기와 유체가 유동하는 라인으로 연결되며, 내부를 따라 유동하는 저압증기를 배기가스와의 열교환으로 재가열하여 상기 증기터빈부로 제공하는 저압재열튜브와, 상기 배기통로 내부에 배치되고, 제2펌프와 유체가 유동하는 라인으로 연결되며, 내부를 따라 유동하는 탈기된 유체를 배기가스와의 열교환으로 재가열하여 제공하는 제1재열튜브와, 상기 배기통로 내부에 배치되고, 상기 제1재열튜브와 유체가 유동하는 라인으로 연결되어, 상기 제1재열튜브를 통해 재가열된 유체를 유입하여, 배기가스를 이용해 중압의 증기를 발생시켜 제공하는 중압증발기와, 상기 배기통로 내부에 배치되고, 상기 중압증발기와 유체가 유동하는 라인으로 연결되며, 내부를 따라 유동하는 중압증기를 배기가스와의 열교환으로 재가열하여 상기 증기터빈부로 제공하는 중압재열튜브와, 상기 배기통로 내부에 배치되고, 상기 제2펌프와 유체가 유동하는 라인으로 연결되며, 내부를 따라 유동하는 탈기된 유체를 배기가스와의 열교환으로 재가열하여 제공하는 제2재열튜브와, 상기 배기통로 내부에 배치되고, 상기 제2재열튜브와 유체가 유동하는 라인으로 연결되어, 상기 제2재열튜브를 통해 재열된 유체를 유입하여, 배기가스를 이용해 고압의 증기를 발생시켜 제공하는 고압증발기와, 상기 배기통로 내부에 배치되고, 상기 고압증발기와 유체가 유동하는 라인으로 연결되며, 내부를 따라 유동하는 고압증기를 배기가스와의 열교환으로 재가열하여 상기 증기터빈부로 제공하는 고압재열튜브를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 가스화 복합화력 발전플랜트는 공기분리기(ASU)에서 생성된 저온 고압의 질소를 터빈냉각라인을 통해 가스터빈의 터빈블레이드로 제공하여, 저온 고압의 질소의 분사로 터빈블레이드의 냉각이 이루어지도록 해, 종래보다 상대적으로 적은 유량의 쿨런트(coolant)로 터빈블레이드를 냉각할 수 있고, 이를 통해 플랜트의 발전효율과 출력이 종래보다 향상되는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 가스화 복합화력 발전플랜트 간략하게 보인 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 석탄 가스화 과정에서 발생하는 저온 고압의 질소를 이용하여, 가스터빈의 블레이드를 냉각하도록 해 발전플랜트의 발전효율과 출력을 증가시킬 수 있는 석탄 가스화 복합화력 발전플랜트에 관한 것으로, 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 일 실시에 따른 석탄 가스화 복합화력 발전플랜트는 가스화공정부(100)와, 가스터빈부(200)와, 배열회수보일러부(300)와, 증기터빈부(400)와, 터빈냉각라인(500)를 포함한다.
도 1을 참조하여 가스화공정부(100)를 살펴보면, 상기 가스화공정부(100)는 고체연료인 석탄을 기체연료인 가스로 전환하여 가스 연료를 확보해 상기 가스터빈부(200)로 제공하는 것으로, 먼저 상기 가스화공정부(100)는 공기압축기(110)를 포함하는데, 상기 공기압축기(110)는 외부 공기를 해당 압력으로 압축하여 압축공기로 출력한다.
이때, 상기 공기압축기(110)에서 출력되는 압축공기는 공기혼합기(120)로 출력되는데, 상기 공기혼합기(120)는 상기 가스터빈부(200)에서 압축된 후 고압으로 출력되는 압축공기 중, 분배된 일부와 상기 공기압축기(110)에서 출력되는 압축공기를 서로 혼합한 후 출력한다.
그리고 상기 공기혼합기(120)에서 출력되는 공기는 공기분리기(ASU: 130)로 출력되는데, 상기 공기분리기(130)는 상기 공기혼합기(120)에서 출력된 압축공기를 인계받아 그 공기에서 질소와 산소로 분리한다.
이때, 상기 공기분리기(130)는 저온분리법, 멤브레인법, 흡착법 중 어느 하나의 방법으로 공기에서 산소와 질소를 분리하는 것이 바람직하고, 또한 통상적인 린데식 질소 분리장치 또는 클로드식 질소 분리장치 중 어느 하나로 구성할 수 있다.
상기한 공기분리기(130)에 의해 공기에서 분리된 질소 및 산소는 각각 개별로 출력되는 것이 바람직하고, 상기 공기분리기(130)에서 출력된 질소 및 산소가 고압을 유지하기 위해 상기 공기분리기(130)에서 출력된 질소 및 산소는 각각 압축기로 압축된 후 고압의 질소 및 산소로 각각 가스발생장치(140) 및 가스터빈부(200)로 출력(공급)된다.
여기서 상기 공기분리기(130)에서 출력된 산소는 가스발생장치(140)로 공급되는데, 상기 가스발생장치(140)는 석탄과 같은 고체연료를 불완전 연소시켜 가스와 같은 기체연료를 생산하는 것으로, 상기 가스발생장치(140)는 공기분리기(130)에서 출력된 산소를 공급받아, 외부에서 인입되는 석탄을 연소하기 위한 산소로 이용한다.
이때, 상기 가스발생장치(140)로 인입되는 석탄에는 급수가 이루어져 불완전 연소가 이루어지도록 하고, 상기 공기분리기(130)에서 제공되는 산소는 상기 가스발생장치(140)에서 석탄의 불완전 연소에 필요한 산소로 이용된다.
그리고 상기 가스발생장치(140)에서 출력되는 가스는 가스정제수단(150)로 출력되는데, 이때 출력 가스가 가스정제수단(150)로 도달하기 전, 제1열교환기(191)에 의해 급수와 서로 열교환하여 상기 가스가 급수를 가열하게 된다.
상기 급수는 외부에서 상기 가스발생장치(140)로 공급되는 것으로, 상기 가스가 급수를 가열하게 급수가 스팀으로 전환되어 공급될 수 있다.
그리고 상기 제1열교환기(191)를 통과한 가스는 가스정제수단(150)으로 인입하는데, 상기 가스정제수단(150)은 상기 가스발생장치(140)에서 배출되는 가스 중 이물질을 제거하여 정제된 연료가스를 출력하고, 상기 가스정제수단(150)에서 출력되는 연료가스는 연료팽창기(160)로 출력되어, 상기 연료팽창기(160)는 연료가스를 단열팽창시켜 액화하여 출력한다.
또한, 상기 공기분리기(130)에서 출력된 질소는 상기 가스터빈부(200)의 연소기(220)로 출력되는데, 이때 상기 공기분리기(130)에서 출력되는 질소는 제2열교환기(192)에 의해 상기 가스터빈부(200)에서 압축한 압축공기를 서로 열교환 냉각된 후, 상기 분배기(170)를 통해 상기 공기분리기(130)에서 분리된 질소 중 일부를 분배하여 터빈블레이드로 제공한다.
이때 상기 분배기(170)에서 상기 가스터빈부(200)로 이어지는 터빈냉각라인(500)을 포함하는데, 상기 터빈냉각라인(500)은 상기 가스화공정부(100)에서 추출된 질소를 터빈(230)으로 유동시키고, 상기 터빈(230)에서 노즐을 통해 블레이드로 질소의 분사가 이루어져, 저온 고압의 질소에 의한 터빈블레이드의 냉각이 이루어지도록 한다.
그리고 상기 연료혼합기(180)는 상기 연료팽창기(160)에서 출력되는 연료가스와 분배기(170)에서 출력되는 질소를 해당 비율로 혼합하여 상기 가스터빈부(200)의 연소기(220)로 공급한다.
그리고 상기 가스터빈부(200)는 1차 발전을 수행하는 것으로, 통상의 가스터빈장치와 같이 회전력으로 외부공기를 유입하여 고압으로 압축하는 터빈압축기(210)와, 상기 터빈압축기(210)의 유출구와 연결되고, 터빈압축기(210)에서 압축된 압축공기를 유입하여 외부에서 제공된 연료를 혼합하면서, 이를 연소하여 고온고압의 연소가스를 배출하는 연소기(220)를 포함한다.
이때, 상기 터빈압축기(210)는 공기가 유입되는 흡기부와, 압축된 압축공기가 유출되는 배출부가 구비되고, 터빈(230)과 축으로 연결되어, 터빈(230)의 회전력을 축으로 전달받아, 전달받은 회전력으로 유입된 공기를 고압으로 압축한다.
상기한 압축기(210)에 의해 압축된 압축공기는 별도의 챔버(도시하지 않음)에 수용된 후, 밸브의 개폐에 의해 선택적으로 연소기(220) 측으로 공급되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 연소기(220)는 터빈압축기(210)의 배출구와 연결되고, 터빈압축기(210)에서 압축된 압축공기를 유입하여 외부에서 제공된 연료를 혼합해, 압축공기에 포함된 연료를 연소하여 고온고압의 배기가스를 터빈(230) 측으로 배출한다.
이때, 상기 터빈(230)은 상기 터빈압축기(210)와 축으로 연결되는 것이 바람직하고, 상기 연소기(220)에서 배출된 고온고압의 배기가스는 터빈(230) 측으로 배출되어, 고온고압의 배기가스가 터빈블레이드와 상응하여 터빈(230)이 회전해 회전력이 발생한다.
여기서, 상기 터빈(230)은 상기 터빈압축기(210)와 축 연결됨에 따라 상기 터빈(230)이 회전함에 따라 터빈압축기(210) 역시 회전하여, 그 회전력으로 터빈압축기(210) 내부로 유입된 공기를 압축한다.
이때, 상기 터빈(230)은 가스터빈부(200)의 효율을 극대화하기 위해 다단으로 구성할 수 있다.
또한, 배열회수보일러부(300)는 상기 가스터빈부(200)에서 발생한 배기가스의 배열을 이용하여 증기를 발생시키고, 상기 배열회수보일러부(300)에서 발생한 증기에 의해 증기터빈부(400)가 구동한다.
여기서, 상기 증기터빈부(400)는 2차 발전을 수행하는 것으로, 저압의 증기로 회전력을 발생하는 저압터빈(410)과, 중압의 증기로 회전력을 발생하는 중압터빈(420)과, 고압의 증기로 회전력을 발생하는 고압터빈(430)을 포함하고, 상기 가스터빈부(200) 및 증기터빈부(400)에는 각각 제1발전기 및 제2발전기가 하나의 축으로 연결되어, 상기 가스터빈부(200) 및 증기터빈부(400)가 각각 구동함에 따라 발생한 동력으로 제1발전기 및 제2발전기가 발전할 수 있다.
상기한 제1발전기 및 제2발전기의 발전과정을 통상적인 기술로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
그리고 본 발명의 일 실시에 따른 상기 증기터빈부(400)는 응축기(600)와 유체가 유동하는 라인으로 연결되어, 상기 증기터빈부(400)를 통한 증기를 상기 응축기(600)로 송부한다.
이때, 상기 응축기(600)는 상기 증기터빈부(400)을 통한 증기를 유입하여 이를 응축시킨 후, 응축된 유체(응축수)를 상기 배열회수보일러부(300)로 재공급하는 폐회로를 이룬다.
또한, 본 발명의 일 실시에 따른 상기 응축기(600)는 통상의 응축기와 같이 상기 증기터빈부(400)에서 송부된 기상의 유체(증기)에 냉을 제공하여 기상의 유체 응축해 액상의 유체인 응축수로 전환하여, 전환된 응축수를 상기 배열회수보일러부(300)로 공급한다.
이때, 상기 응축기(600)에서 전환된 응축수는 상기 배열회수보일러부(300)로 공급되기 전, 가열과 공기빼기가 이루어지는데, 제1가열튜브(610) 및 탈기기(620)에 의해 이루어진다.
상기 제1가열튜브(610)는 상기 응축기(600)와 유체가 유동하는 라인으로 연결되어, 내부를 따라 유동하는 응축수를 배기가스와의 열교환으로 가열한다.
이때, 상기 제1가열튜브(610)는 배기가스가 통하는 배기통로(310) 내부에 배치되는 것이 바람직하고, 배기가스와의 열교환으로 내부를 따라 유동하는 응축수를 가열한다.
그리고 상기 제1가열튜브(610)에 의해 가열된 응축수는 탈기기(620)로 송부되는데, 상기 탈기기(620)는 상기 제1가열튜브(610)와 유체가 유동하는 라인으로 연결되고, 상기 제1가열튜브(610)를 통해 가열된 응축수에서 공기빼기 즉, 다시 말해 응축수에서 공기를 제거한다.
여기서, 본 발명의 일 실시에 따른 탈기기(620)는 통상의 가열식 탈기기와 같이 응축수에 열을 가해 응축수에 포함된 공기를 제거하는데, 이때 상기 탈기기(620)의 열원으로 저압의 증기를 매개로 하여 응축수에 포함된 공기를 제거한다.
상기한 탈기기(620)에 의해 공기 제거가 완료된 유체는 제1펌프(630) 및 제2펌프(640)에 의해 배열회수보일러부(300)로 공급한다.
여기서, 본 발명의 일 실시에서는 배열회수보일러부(300)에 탈기기(620), 제1펌프 및 제2펌프를 별도의 구성요소로 설명하나, 이에 한정하지 않고 상기 배열회수보일러부(300)에 탈기기(620), 제1펌프 및 제2펌프를 포함하여 무방하다.
본 발명의 일 실시에 따른 배열회수보일러부(300)를 살펴보면, 상기 가스터빈부(200)에서 배출되는 배기가스가 유동하는 배기통로(310)를 구비하는데, 이때 상기 배기통로(310)의 일측은 상기 가스터빈부(200)에서 배기가스가 배출되는 부분과 연결되고, 상기 배기통로(310)의 타측은 배기가스를 외부로 배출하는 배기구와 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 배기통로(310) 내부에는 저압, 중압, 고압으로 구분된 3개의 증발기를 포함하는데, 이들 중 저압증발기(320)는 상기 배기통로(310)의 타측에 배치되고, 상기 제1펌프와 유체가 유동하는 라인으로 연결되어, 상기 제1펌프를 통해 탈기된 유체를 유입하여, 배기가스를 이용해 저압의 증기를 발생시켜 제공한다.
이때, 발생한 저압의 증기는 분기되어 상기 탈기기(620) 및 저압재열튜브(330)로 각각 제공되는데, 상기 저압재열튜브(330)는 저압증기를 한번 재가열하는 것으로, 상기 저압재열튜브(330)는 상기 배기통로(310) 내부에 배치되고, 상기 저압증발기(320)와 유체가 유동하는 라인으로 연결되며, 내부를 따라 유동하는 저압증기를 배기가스와의 열교환으로 재가열하여, 재가열된 저압증기를 상기 증기터빈부(400)로 제공한다.
이때, 상기 증기터빈부(400)로 제공되는 저압증기는 상기 증기터빈부(400)의 저압터빈(410)을 구동하는 동력원으로 이용되고, 상기 저압터빈(410)의 동력원으로 이용된 저압증기는 상기 응축기(600)로 송부되어 응축이 이루어지도록 한다.
그리고 상기 탈기기(620)에서 제2펌프에 의해 송출되는 탈기된 유체는 제1재열튜브(340)와, 제2재열튜브(350) 및 흡기가열부(500)로 분기되어 제공되는데, 먼저 상기 제1재열튜브(340)는 상기 배기통로(310) 내부에 배치되고, 상기 제2펌프와 유체가 유동하는 라인으로 연결되며, 내부를 따라 유동하는 탈기된 유체를 배기가스와의 열교환으로 재가열하고, 재가열된 유체는 중압증발기(360)로 제공한다.
이때, 중압증발기(360)는 상기 배기통로(310) 내부에서 저압증발기(320)의 일측에 배치되고, 상기 제1재열튜브(340)와 유체가 유동하는 라인으로 연결되어, 상기 제1재열튜브(340)를 통해 재가열된 유체를 유입하여, 배기가스를 이용해 중압의 증기를 발생시켜 제공한다.
상기한 중압증발기(360)에서 발생한 중압의 증기는 중압재열튜브(370)로 제공되는데, 상기 중압재열튜브(370)는 상기 배기통로(310) 내부에 배치되고, 상기 중압증발기(360)와 유체가 유동하는 라인으로 연결되며, 내부를 따라 유동하는 중압증기를 배기가스와의 열교환으로 재가열하여, 재가열된 중압증기를 상기 증기터빈부(400)로 제공한다.
이때, 상기 증기터빈부(400)로 제공되는 중압증기는 상기 증기터빈부(400)의 중압터빈(420)을 구동하는 동력원으로 이용되고, 상기 중압터빈(420)의 동력원으로 이용된 중압증기는 상기 저압재열튜브(330)와 저압터빈(410)을 연결한 라인 상에 유입되어 저압터빈(410)으로 제공된다.
또한, 제2재열튜브(350) 역시, 상기 배기통로(310) 내부에 배치되고, 상기 제2펌프와 유체가 유동하는 라인으로 연결되고, 내부를 따라 유동하는 탈기된 유체를 배기가스와의 열교환으로 재가열하여 제공한다.
이때 상기 제2재열튜브(350)는 내부를 유동하는 유체가 기설정된 온도로 가열되도록, 다단으로 이루어질 수 있고, 상기 제2재열튜브(350)에 의해 재가열된 유체는 고압증발기(380)로 제공된다.
상기 고압증발기(380)는 상기 배기통로(310) 중 배기가스 유입되는 일측 내부에 배치되고, 상기 제2재열튜브(350)와 유체가 유동하는 라인으로 연결되어, 상기 제2재열튜브(350)를 통해 재가열된 유체를 유입하여, 배기가스를 이용해 고압의 증기를 발생시켜 제공한다.
상기한 고압증발기(360)에서 발생한 중압의 증기는 고압재열튜브(390)로 제공되는데, 상기 고압재열튜브(390)는 상기 배기통로(310) 내부에 배치되고, 상기 고압증발기(360)와 유체가 유동하는 라인으로 연결되며, 내부를 따라 유동하는 고압증기를 배기가스와의 열교환으로 재가열하여, 재가열된 고압증기를 상기 증기터빈부(400)로 제공한다.
이때, 상기 증기터빈부(400)로 제공되는 고압증기는 상기 증기터빈부(400)의 고압터빈(430)을 구동하는 동력원으로 이용되고, 상기 고압터빈(430)의 동력원으로 이용된 고압증기는 상기 중압재열튜브(370)와 중압터빈(420)을 연결한 라인 상에 유입되어 중압터빈(420)으로 제공된다.
따라서 상기한 실시에 따른 석탄 가스화 복합화력 발전플랜트는 공기분리기(ASU)에서 생성된 저온 고압의 질소를 터빈냉각라인을 통해 가스터빈의 터빈블레이드로 제공하여, 저온 고압의 질소의 분사로 터빈블레이드의 냉각이 이루어지도록 해, 종래보다 상대적으로 적은 유량의 쿨런트(coolant)로 터빈블레이드를 냉각할 수 있고, 이를 통해 플랜트의 발전효율과 출력이 종래보다 향상된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 가스화공정부 110: 공기압축기 120: 공기혼합기
130: 공기분리기 140: 가스발생장치 150: 가스정제수단
160: 연료팽창기 170: 분배기 180: 연료혼합기
191: 제1열교환기 192: 제2열교환기 200: 가스터빈부
210: 터빈압축기 220: 연소기 230: 터빈
300: 배열회수보일러부 310: 배기통로 320: 저압증발기
330: 저압재열튜브 340: 제1재열튜브 350: 제2재열튜브
360: 중압증발기 370: 중압재열튜브 380: 고압증발기
390: 고압재열튜브 400: 증기터빈부 410: 저압터빈
420: 중압터빈 430: 고압터빈 500: 터빈냉각라인
600: 응축기 610: 제1가열튜브 620: 탈기기

Claims (6)

  1. 석탄을 가스로 전환하여 연료로 확보하는 가스화공정부와, 회전력으로 외부공기를 유입하여 고압으로 압축하는 터빈압축기와, 상기 터빈압축기의 유출구와 연결되고, 압축기에서 압축된 압축공기를 유입하여 상기 가스화공정부에서 제공되는 연료를 혼합하면서, 이를 연소하여 고온고압의 연소가스를 배출하는 연소기와, 상기 터빈압축기와 축 연결되고, 상기 연소기에서 배출된 고온고압의 연소가스가 터빈블레이드와 상응하여 회전력을 발생하는 터빈을 포함한 가스터빈부와, 상기 가스터빈부에서 발생한 배기가스의 배열을 이용하여 증기를 발생시키는 배열회수보일러부와, 상기 배열회수보일러부에서 발생한 증기에 의해 구동하는 증기터빈부과, 상기 증기터빈부를 통한 증기를 응축시켜 상기 배열회수보일러부로 재공급하는 응축기와, 외부 공기를 해당 압력으로 압축하는 공기압축기와, 상기 공기압축기에서 압축된 압축공기와 가스터빈부에서 압축한 압축공기를 혼합하는 공기혼합기, 및 상기 공기혼합기에서 출력되는 공기를 받아 공기에서 질소와 산소를 분리하여 출력하는 공기분리기(ASU)가 포함되는 석탄 가스화 복합화력 발전플랜트에 있어서,
    상기 공기분리기에서 출력되는 질소를 상기 가스터빈부에서 압축된 압축공기와 서로 열교환 시키는 제2열교환기와;
    상기 제2열교환기의 통과로 저온고압으로 냉각된 질소들 복수 개의 루트로 분배하여 제공하는 분배기와;
    상기 분배기에 의해 분배된 질소 중 일부를 상기 터빈블레이드로 유동시키는 터빈냉각라인이 포함되어, 상기 공기분리기에서 산소와 분리되어 출력된 질소를 압축공기와의 열교환으로 저온고압의 질소로 전환한 후, 전환된 저온고압의 질소를 상기 터빈블레이드로 분사하여, 상기 터빈블레이드를 냉각하는 석탄 가스화 복합화력 발전플랜트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스화공정부는
    상기 공기분리기에서 분리된 산소를 공급받아, 그 산소로 외부에서 인입되는 석탄을 연소시켜 가스 연료를 발생하는 가스발생장치와;
    상기 가스발생장치에서 배출되는 가스 중 이물질을 제거하여 정제된 연료가스를 출력하는 가스정제수단과;
    상기 가스정제수단에서 출력되는 연료가스를 단열팽창시켜 액화하여 출력하는 연료팽창기와;
    상기 공기분리기에서 분리된 질소 중 일부를 분배하여 상기 터빈냉각라인으로 제공하는 분배기와;
    상기 연료팽창기에서 출력되는 연료가스와 분배기에서 출력되는 질소를 해당 비율로 혼합하여 상기 가스터빈부의 연소기로 공급하는 연료혼합기를 포함하는 석탄 가스화 복합화력 발전플랜트.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 가스화공정부는
    상기 가스발생장치에서 출력되는 가스와 외부에서 상기 가스발생장치로 공급되는 냉수를 서로 열교환 시키는 제1열교환기를 포함하는 석탄 가스화 복합화력 발전플랜트.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 증기터빈부는
    저압의 증기로 회전력을 발생하는 저압터빈과;
    중압의 증기로 회전력을 발생하는 중압터빈과;
    고압의 증기로 회전력을 발생하는 고압터빈을 포함하는 석탄 가스화 복합화력 발전플랜트.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 응축기와 유체가 유동하는 라인으로 연결되고, 내부를 따라 유동하는 응축수를 배기가스와의 열교환으로 가열하는 제1가열튜브와;
    상기 제1가열튜브와 유체가 유동하는 라인으로 연결되고, 상기 제1가열튜브를 통한 응축수에서 공기를 제거하는 탈기기를 포함하는 석탄 가스화 복합화력 발전플랜트.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 배열회수보일러부는
    상기 가스터빈부에서 배출되는 배기가스가 유동하는 배기통로와;
    상기 배기통로 내부에 배치되고, 제1펌프와 유체가 유동하는 라인으로 연결되어, 상기 제1펌프를 통해 탈기된 유체를 유입하여, 배기가스를 이용해 저압의 증기를 발생시켜 제공하는 저압증발기와;
    상기 배기통로 내부에 배치되고, 상기 저압증발기와 유체가 유동하는 라인으로 연결되며, 내부를 따라 유동하는 저압증기를 배기가스와의 열교환으로 재가열하여 상기 증기터빈부로 제공하는 저압재열튜브와;
    상기 배기통로 내부에 배치되고, 제2펌프와 유체가 유동하는 라인으로 연결되며, 내부를 따라 유동하는 탈기된 유체를 배기가스와의 열교환으로 재가열하여 제공하는 제1재열튜브와;
    상기 배기통로 내부에 배치되고, 상기 제1재열튜브와 유체가 유동하는 라인으로 연결되어, 상기 제1재열튜브를 통해 재가열된 유체를 유입하여, 배기가스를 이용해 중압의 증기를 발생시켜 제공하는 중압증발기와;
    상기 배기통로 내부에 배치되고, 상기 중압증발기와 유체가 유동하는 라인으로 연결되며, 내부를 따라 유동하는 중압증기를 배기가스와의 열교환으로 재가열하여 상기 증기터빈부로 제공하는 중압재열튜브와;
    상기 배기통로 내부에 배치되고, 상기 제2펌프와 유체가 유동하는 라인으로 연결되며, 내부를 따라 유동하는 탈기된 유체를 배기가스와의 열교환으로 재가열하여 제공하는 제2재열튜브와;
    상기 배기통로 내부에 배치되고, 상기 제2재열튜브와 유체가 유동하는 라인으로 연결되어, 상기 제2재열튜브를 통해 재열된 유체를 유입하여, 배기가스를 이용해 고압의 증기를 발생시켜 제공하는 고압증발기와;
    상기 배기통로 내부에 배치되고, 상기 고압증발기와 유체가 유동하는 라인으로 연결되며, 내부를 따라 유동하는 고압증기를 배기가스와의 열교환으로 재가열하여 상기 증기터빈부로 제공하는 고압재열튜브를 포함하는 석탄 가스화 복합화력 발전플랜트.
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