KR101879471B1 - 석탄 화력 발전 설비 및 석탄 화력 발전 방법 - Google Patents

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Abstract

[과제] 석탄을 사전 건조시키는 건조 설비에서의 건조 배기 가스로부터 응축잠열 등을 회수할 뿐만 아니라, 증기 터빈의 최종 단락을 흐르는 증기량이 설계값에 대하여 크게 변화되지 않는 석탄 화력 발전 설비를 제공한다. [해결수단] 케이싱 내에 가열 매체 통로를 가지고, 그 케이싱 내에 장입하는 석탄을 가열 매체 통로에 송입하는 증기에 의해 간접 가열을 행하여 석탄을 건조시키는 간접 가열 건조기(1)와, 석탄을 연소시켜 증기를 발생시키는 석탄 연소 보일러(3)와, 보일러(3)에서의 증기에 의해 동력을 발생시키는 증기 터빈(6)과, 상기 증기 터빈(6)으로부터 추기한 추기 증기의 여열을 이용하여 석탄 연소 보일러(3)로의 보일러 급수를 가열하는 석탄 화력 발전 설비로서, 추기 증기의 일부를 간접 가열 건조기(1)의 가열 증기로서 이용하는 계통과, 증기 터빈(6)의 복수기(5)와, 간접 가열 건조기(1)로부터의 건조 배기 가스 경로가 설치된 습식 스크러버(11)와, 습식 스크러버(11)의 순환수와 복수기(5)의 복수를 열교환하는 열 회수 열교환기(22, 24)와, 이 열 회수 열교환기(22, 24)에 의해 건조 배기 가스가 가지고 있는 열을 회수한 복수를 보일러 급수로 이용하는 구성이다.

Description

석탄 화력 발전 설비 및 석탄 화력 발전 방법{COAL-FIRED POWER GENERATION PLANT AND COAL-FIRED POWER GENERATION METHOD}
본 발명은 석탄을 사전 건조하고 분쇄하고 석탄 연소 보일러에 송입하고 증기 터빈을 구동하여 발전을 행하는 석탄 화력 발전 설비 및 석탄 화력 발전 방법에 관한 것이다.
특히, 석탄을 사전 건조시키는 건조 설비에서의 건조 배기 가스로부터 응축잠열 등을 회수할 뿐만 아니라, 증기 터빈의 최종 단락을 흐르는 증기량이 설계값에 대하여 크게 변화되지 않도록 한 것이다.
더욱 상세하게는, 갈탄이나 아역청탄과 같은 저품위의 석탄을 이용하여 연소할 때의 발전 효율의 저하를 억제하는 데 바람직한 것이다.
최근, 석탄 가격의 상승에 따라, 신규한 석탄 화력 발전 설비에 있어서 높은 수분을 함유한 고수분 석탄을 연료로서 사용하도록 연구되고 있다.
또한, 이미 설치된 석탄 화력 발전 설비에 있어서도, 사용하는 석탄을 종래보다 저품위(고수분) 석탄으로 변경하도록 하는 경향이 있다. 그러나, 갈탄이나 아역청탄과 같은 저품위의 석탄을 연소시켰을 경우, 석탄의 열량의 일부가 석탄에 함유되어 있는 수분의 증발에 사용되고, 그만큼 보일러가 발생하는 증기량이 적어지는 결과, 발전 효율(발전량/석탄의 열량)이 악화된다.
따라서, 석탄을 사전 건조시키기 위해 건조 설비를 증설하는 것이 알려져 있다. 이것은, 보일러에서 발생한 고압·고온 증기의 열량을 증기 터빈에 의해 동력으로서 회수할 때, 중압 또는 저압으로 된 증기의 일부를 증기 터빈으로부터 추기하여, 이 추기 증기의 응축잠열을 가열원으로 하여 건조 설비에 의해 석탄을 사전 건조하고, 건조된 석탄을 보일러로 연소함으로써, 발전 효율의 향상을 도모하는 것이다.
그러나, 석탄을 건조 설비에 의해 건조시킬 때 발생하는 건조 배기 가스에는 추기 증기의 응축잠열이 이행하고 있고, 그대로 방출하면 유효한 열이 손실될 뿐만 아니라, 중압 또는 저압으로 된 증기의 일부를 증기 터빈으로부터 추기한 경우, 증기 터빈의 최종 단락을 흐르는 증기량이 저하되어, 배기 손실이 증대하여 터빈 효율이 저하된다.
특히, 이미 설치된 석탄 화력 발전 설비에 탄종(炭種) 변경 등으로 증기 터빈의 추기 증기를 가열원으로 사용하여 석탄을 사전 건조시키기 위해 건조 설비를 증설한 경우, 증기 터빈의 최종 단락을 흐르는 증기량이 설계값에 대하여 크게 저하되는 경우가 있다. 이와 같이 증기량이 크게 저하되었을 때는 터빈 효율이 저하되어, 석탄의 사전 건조에 의한 발전 효율의 충분한 향상을 기대할 수 없게 된다.
또한, 야간 등에는 전력 수요가 저하되어, 석탄 화력 발전 설비를 저부하 운전할 필요가 있지만, 이때는 증기 터빈의 최종 단락을 흐르는 증기량이 더욱 저하되는 결과, 진동 등이 발생하여 종래 기술과 비교하여 저부하 운전의 범위가 좁아지는 문제점도 있다.
특허문헌 1 : 특개평 8―296835호 공보 특허문헌 2 : 특개평 6―66107호 공보
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 행해진 것이며, 석탄을 사전 건조시키는 건조 설비에서의 건조 배기 가스로부터 응축잠열 등을 회수할 뿐만 아니라, 증기 터빈의 최종 단락을 흐르는 증기량이 설계값에 대하여 크게 변화되지 않아, 발전 효율의 저하를 억제할 수 있는 석탄 화력 발전 설비 및 석탄 화력 발전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 문제점을 해결한 청구항 1에 기재된 발명은,
케이싱 내에 가열 매체 통로를 가지고, 그 케이싱 내에 장입하는 석탄을 가열 매체 통로에 송입하는 증기에 의해 간접 가열을 행하여 석탄을 건조시키는 간접 가열 건조기와,
건조 석탄을 연소시켜 증기를 발생시키는 석탄 연소 보일러와,
보일러에서의 증기에 의해 동력을 발생시키는 증기 터빈과,
상기 증기 터빈으로부터 추기한 추기 증기의 여열(余熱)을 이용하여 상기 석탄 연소 보일러로의 보일러 급수를 가열하는 석탄 화력 발전 설비로서,
상기 추기 증기의 일부를 상기 간접 가열 건조기의 가열 증기로서 이용하는 계통과,
상기 증기 터빈의 복수기(復水器)와,
상기 간접 가열 건조기로부터의 건조 배기 가스 경로에 설치되는 열 회수 수단과,
상기 열 회수 수단은, 상기 건조 배기 가스가 가지고 있는 열을 상기 복수기의 복수로 이행시킴과 동시에 그 열 회수량을 조정하는 열 회수량 조정 수단을 가지는 열 회수 수단과,
상기 열 회수 수단에 의해 건조 배기 가스가 가지고 있는 열을 회수한 복수를 상기 보일러 급수로 이용하는 계통을,
포함하는 것을 특징으로 하는 석탄 화력 발전 설비이다.
청구항 1에 관한 석탄 화력 발전 설비에 의하면, 증기 터빈으로부터 추기한 증기를 가열원으로 하여 건조 설비가 석탄을 사전 건조시키지만, 이 건조 설비로부터 배출되는 건조 배기 가스에서 열 회수 열교환기에 의해 열 회수하여 보일러로의 보일러 급수를 가열한다. 이때, 건조 배기 가스로부터의 열 회수에 있어서 열 회수량을 조정함으로써, 증기 터빈 중의 저압(저온)부로부터의 재생용 추기 증기의 양을 삭감 또는 없앨 수 있다.
사전 건조용으로 추기하는 증기량은 석탄의 수분이나 처리량에 의해 변동되지만, 건조 배기 가스로부터 열 회수하는 양을 적절히 조정함으로써, 보일러 급수를 가열하기 위해 저압 증기 터빈으로부터 추기한 증기의 양을 조정할 수 있다. 따라서, 저압 증기 터빈으로부터 추기하는 추기 증기량을 저감 또는 없도록 하여, 추기 증기량의 변동을 작게 함으로써, 증기 터빈의 최종단을 흐르는 증기량이 설계값에 대하여 크게 변화되는 것을 방지할 수 있으므로, 저압 증기 터빈의 배기량이 허용 범위 내로 된다.
그 결과, 본 발명의 석탄 화력 발전 설비에 의하면, 증기 터빈의 추기 증기의 응축잠열을 가열원으로 하여 석탄을 사전 건조시키는 건조 설비에서 배출되는 건조 배기 가스로부터 응축잠열 등을 회수 가능할 뿐만 아니라, 증기 터빈의 최종 단락을 흐르는 증기량이 설계값에 대하여 크게 변화되지 않으므로, 저압 증기 터빈의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
건조 배기 가스의 열을 회수하는 데 있어서, 습식 스크러버를 사용하면, 건조 배기 가스의 현열(顯熱) 및 석탄의 수분이 증발한 증기의 응축잠열을 순환수로 이행시킬 수 있어 열 회수 효율이 높다. 또한, 습식 스크러버의 출구 배기 가스 온도를 제어함으로써, 증기 터빈의 저압(저온)부로부터의 추기 증기의 양을 억제하는 방향으로 제어하는 것이 용이해진다.
청구항 2에 기재된 발명은, 상기 열 회수 수단은, 상기 간접 가열 건조기로부터의 건조 배기 가스 경로에 설치된 습식 스크러버와, 상기 습식 스크러버의 순환수와 상기 복수기의 복수를 열교환하는 열 회수 열교환기를 가지고, 상기 습식 스크러버의 순환수량을 제어함으로써 열 회수량을 조정하는 열 회수량 조정 수단이 구성되어 있는 청구항 1에 기재된 석탄 화력 발전 설비이다.
건조 배기 가스가 가지고 있는 열을 회수하는 경우, 건조 배기 가스―복수(復水)의 가스―액식(液式)의 쉘 앤 튜브식 열교환기 등을 사용하는 것도 가능하지만, 이것과의 비교에서는, 습식 스크러버 쪽이 순환수―복수의 액―액식 열교환기로 되므로, 보다 열 회수 효율이 현저하게 높다. 또한, 그 순환수량을 제어하는 것도 용이하므로, 열 회수량 조정 수단을 용이하게 구성할 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명은, 상기 열 회수 수단은, 상기 간접 가열 건조기로부터의 건조 배기 가스 경로에 설치된 습식 스크러버와, 상기 습식 스크러버의 순환수와 상기 복수기의 복수를 열교환하는 열 회수 열교환기를 가지고, 상기 습식 스크러버의 순환수량을 제어함으로써 열 회수량을 조정하는 열 회수량 조정 수단이 구성되어 있는 청구항 1에 기재된 석탄 화력 발전 설비이다.
청구항 3의 발명은, 상기 열 회수 수단이 히트 펌프 수단을 포함하는 것인 청구항 1에 기재된 석탄 화력 발전 설비이다.
예컨대, 갈탄 등의 고수분의 석탄을 저수분으로 되기까지 건조 설비에 의해 건조 처리하는 경우에 있어서 건조 배기 가스의 온도는 통상 100℃이하이므로 열 회수하여 복수와 열교환해도 복수의 온도를 100℃ 이상으로 가열할 수는 없다. 따라서 건조 배기 가스의 열량을 충분히 회수할 수 없는 결과로 된다. 충분히 회수할 수 없는 저온 폐열을 히트 펌프 수단을 사용하여 고온의 열원으로 변환하면, 다시 열 회수하여 보일러 급수를 가열할 수 있다.
청구항 4의 발명은, 상기 습식 스크러버가 2단식으로 되고, 제1단 스크러버의 순환수에 대응하는 제1 열 회수 열교환기에 의해 가열한 보일러 급수를 받아, 제2단 스크러버의 순환수에 대응하는 제2 열 회수 열교환기가 보일러 급수를 더욱 고온으로 가열하고, 상기 제2 열 회수 열교환기가 히트 펌프의 구성인 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 석탄 화력 발전 설비이다.
예컨대, 건조 배기 가스의 제1단 스크러버 출구의 온도가 65℃ 정도까지 냉각시키고 건조 배기 가스의 현열 및 응축잠열을 제1단 스크러버의 순환수로 이행시키고 제1단 스크러버의 순환수와 복수를 열교환하여 복수를 가열한다. 이 시점에서의 복수의 온도는 건조 배기 가스의 온도 이하로 된다.
제1단 스크러버 출구의 건조 배기 가스를 제2단 스크러버에 통하여, 예컨대, 건조 배기 가스의 제2단 스크러버 출구의 온도가 30℃ 정도까지 냉각시키고 건조 배기 가스의 현열 및 응축잠열을 제2단 스크러버의 순환수로 이행시킨다. 그러나, 제2단 스크러버의 순환수 온도는 최대 65℃이므로 이대로는 복수의 가열은 할 수 없다. 여기서, 제2단 스크러버의 순환수를 가열원으로 하는 히트 펌프를 도입하면 고온의 액(예컨대 120℃)이 회수되므로 복수를 더욱 가열할 수 있다.
이것에 의해, 건조를 위해 추기된 열량의 대부분을 회수하여 복수의 가열에 이용할 수 있다.
청구항 5에 기재된 발명은, 보일러 연소 배기 가스를 상기 간접 가열 건조기의 케이싱 내로의 캐리어 가스로서 송입하도록 구성되어 있는 청구항 1에 기재된 석탄 화력 발전 설비이다.
간접 가열 건조기의 케이싱 내로의 캐리어 가스로서 보일러 연소 배기 가스를 송입하도록 하면, 보일러의 배기 가스의 현열 및 보일러 배기 가스에 포함되는 수증기의 응축잠열도 회수할 수 있어, 건조를 위해 추기된 열량 이상의 열량이 회수되어 복수가 가열 가능하므로, 에너지의 절약이 가능할 뿐만 아니라, 건조용의 추기 증기량 이상의 재생용 저압(저온) 증기량의 삭감이 가능해져, 저부하 운전의 조작 범위가 확대되는 장점이 있다.
청구항 6에 기재된 발명은, 케이싱 내에 가열 매체 통로를 가지고, 그 케이싱 내에 장입하는 석탄을 가열 매체 통로에 송입하는 증기에 의해 석탄을 간접 가열하여 건조시키는 간접 가열 건조기와,
건조 석탄을 연소시켜 증기를 발생시키는 석탄 연소 보일러와,
보일러에서의 증기에 의해 동력을 발생시키는 증기 터빈을, 구비하고,
상기 증기 터빈으로부터 추기한 추기 증기의 여열을 이용하여 상기 석탄 연소 보일러로의 보일러 급수를 가열하는 석탄 화력 발전 설비로서,
상기 추기 증기의 일부를 상기 간접 가열 건조기의 가열 증기로서 이용하고, 상기 증기 터빈의 배기를 복수기에 의해 복수하고,
상기 간접 가열 건조기로부터의 건조 배기 가스 경로에 열 회수 수단을 설치하고, 상기 열 회수 수단은, 상기 건조 배기 가스가 가지고 있는 열을 상기 복수기의 복수로 이행시킴과 동시에 그 열 회수량을 조정하는 열 회수량 조정 수단을 구비하고,
상기 열 회수 수단에 의해 건조 배기 가스가 가지고 있는 열을 회수한 복수를 상기 보일러 급수로 이용하는 것을 특징으로 하는 석탄 화력 발전 방법이다.
청구항 7에 기재된 발명은, 보일러 연소 배기 가스를 상기 간접 가열 건조기의 케이싱 내에 캐리어 가스로서 송입하도록 하는 동시에, 건조 배기 가스의 노점을 80℃~95℃의 범위로 하는 청구항 6에 기재된 석탄 화력 발전 방법이다.
본 발명에 의하면, 석탄을 사전 건조시키는 건조 설비에서의 건조 배기 가스로부터 응축잠열 등을 회수할 뿐만 아니라, 증기 터빈의 최종 단락을 흐르는 증기량이 설계값에 대하여 크게 변화되지 않아, 발전 효율의 저하를 억제할 수 있는 것으로 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 적용되는 스팀 튜브 드라이어의 일부 파단 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 재생 방식의 석탄 화력 발전 설비를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 재생 방식의 석탄 화력 발전 설비를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시형태의 주요부 확대도이다.
도 5는 증기 터빈의 최종단의 증기량과 배기 손실의 관계를 나타낸 그래프를 나타낸 도면이다.
도 6은 열 회수후의 건조 배기 가스 온도와 터빈의 최종 단락을 흐르는 증기량의 사전 건조 설비가 없는 경우와의 비와의 관계를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 관한 석탄 화력 발전 설비 및 석탄 화력 발전 방법의 제1 실시형태를 도면을 참조하면서 설명한다. 먼저, 본 실시형태를 설명하기에 앞서 이해를 돕기 위해 본 발명의 실시형태에 적용되는 건조 설비로서 바람직하게 사용할 수 있는 간접 가열 회전 건조기로서의 스팀 튜브 드라이어의 예에 대해 도 1을 참조하여 미리 설명한다.
도 1에 나타낸 이 스팀 튜브 드라이어(1)는, 축심 주위로 회전 가능하게 된 회전통(30) 내에 있어서, 양 단판 사이에 축심과 병행하여 복수의 가열관(31)이 배관되어 있어, 회전 조인트(50)에 장착된 열매체 입구관(51)을 통하여 외부로부터 이송된 추기 증기(S7)가 이들 가열관(31)에 가열 증기로서 공급되고, 각 가열관(31)에 유통된 후, 열매체 출구관(52)을 통하여 이 가열 증기의 드레인 D가 배출되도록 되어 있다.
그리고, 피처리물을 회전통(30) 내에 장입하기 위해 스크루 등을 가진 도시하지 않은 장입 장치가 스팀 튜브 드라이어(1)에는 구비되어 있다. 이 장입 장치의 삽입구(53)로부터 회전통(30) 내에 그 일단측으로부터 투입된 피처리물인 예컨대 수분을 함유한 석탄 WC나 유기물 등을 가열 증기에 의해 가열한 가열관(31)과 접촉시켜 건조시키도록 하였다. 이와 동시에 회전통(30)이 하향 구배를 가지고 설치되어 있으므로, 배출구(54) 방향으로 순차적으로 원활하게 이동시켜 회전통(30)의 타단측으로부터 이 피처리물을 연속하여 배출시키도록 되어 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 회전통(30)은 기대(基臺)(36) 상에 설치되고, 회전통(30)의 축심과 병행하여 서로 간격을 두고 배치된 2조의 지지 롤러(35, 35)에 의해 타이어(34)를 통하여 지지되어 있다. 회전통(30)의 하향 구배 및 직경에 맞추어 2조의 지지 롤러(35, 35) 사이의 폭 및 이들 길이 방향 경사 각도가 선택된다.
한편, 회전통(30)을 회전시키기 위해 회전통(30)의 주위에는 종동 기어(40)가 설치되어 있고, 이것에 구동 기어(43)가 서로 맞물리고, 원동기(41)의 회전력이 감속기(42)를 통하여 전달되고 회전통(30)의 축심 주위로 회전하게 되어 있다. 또한, 회전통(30)의 내부에는 캐리어 가스 입구(61)로부터 캐리어 가스 CG가 도입되고, 이들 캐리어 가스 CG는 피처리물인 석탄이나 유기물에 함유되는 수분이 증발한 증기를 동반하여 캐리어 가스 배출구(62)로부터 건조 배기 가스 DEG로서 배출된다.
그리고, 상기 스팀 튜브 드라이어(1)의 전체 구성은 일례이며, 본 발명은 상기 구성에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 실시형태가 적용되는 재생 방식의 석탄 화력 발전 설비를 나타낸 개략도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 스팀 튜브 드라이어(1)로부터 배출되는 건조된 건조탄 DC가 미분쇄기(2)에 투입되도록 되어 있다. 미분쇄기(2)에 의해 분쇄되어 분쇄된 미분 건조탄 DC는 석탄 연소 보일러(3)에 투입된다.
스팀 튜브 드라이어(1)에 저품위(고수분)의 석탄 WC가 공급되면, 후술하는 제1 증기 터빈(6)의 추기 증기가 가열원으로 되고, 스팀 튜브 드라이어(1)에 있어서 석탄 WC의 예비 건조가 행해지고, 건조탄 DC로서 취득된다.
이러한 건조 조작에 따라, 스팀 튜브 드라이어(1)의 타단측으로부터 건조 배기 가스 DEG가 배출된다. 건조탄 DC는 필요에 따라 미분쇄기(2)에 의해 건조되면서 미분쇄된 후, 미분쇄기(2)로부터 배기 가스 EG2가 미분쇄물을 동반하여 보일러(3)에 공급되고, 도시하지 않은 버너로 연소된다.
보일러(3)에는 제1 열교환부(3A)로부터 제3 열교환부(3C)까지의 3개의 열교환기가 구비되어 있다. 이 중, 제2 열교환부(3B)에는 보일러(3)로부터 발생한 열매체인 증기가 이송되어 재가열되고, 재가열된 과열 증기(S1)가 제1 증기 터빈(6)의 고압 증기 터빈(7)에 공급되어, 고압 증기 터빈(7)이 구동되도록 되어 있다. 고압 증기 터빈(7)은 저압 증기 터빈(8)에 연결되어 있을 뿐만 아니라, 발전기(6A)에 연결되어 있어, 고압 증기 터빈(7)과 저압 증기 터빈(8)이 연동하여 구동 회전함으로써, 열량이 회수되어 제1 증기 터빈(6)의 발전기(6A)가 전력을 발생한다.
이때, 고압 증기 터빈(7)으로부터는 증기가 추기되고, 이 증기의 일부는 추기 증기(S2, S3)로 되어 급수관로(12)에 있어서 보일러(3)로의 보일러 급수(D2)를 가열하지만, 나머지의 추기 증기(S4)는 보일러(3)의 제1 열교환부(3A)로 복귀하고, 재가열되어 재과열 증기(S5)로 되고, 저압 증기 터빈(8)에 공급되어 구동력으로 된다. 또한, 이 저압 증기 터빈(8)으로부터 추기된 추기 증기(S6)의 일부는 급수관로(12)에 의해 보일러 급수(D2)를 동일하게 가열한다.
다른 한편, 제1 증기 터빈(6)의 저압 증기 터빈(8)으로부터 추기된 다른 추기 증기(S7)는 스팀 튜브 드라이어(1)의 가열원으로 되는 동시에, 저압 증기 터빈인 제2 증기 터빈(9)에 이송되어 제2 증기 터빈(9)에 부속되어 있는 발전기(9A)로 전력을 발생한다. 그 후, 제2 증기 터빈(9)으로부터의 일부의 추기 증기(S8, S9)는 스팀 튜브 드라이어(1)로부터 배출되는 드레인 D와 합류하고나서 급수관로(12)에 공급되는 동시에 급수관로(12)에 직접 공급되어, 보일러 급수(D2)를 동일하게 가열한다. 제2 증기 터빈(9)으로부터의 다른 추기 증기(S10)는 해수를 냉각수로서 열교환하는 복수기(5)에 이송되게 되어 있어, 복수기(5)에 의해 추기 증기(S10)가 복수되어 보일러 급수(D1)가 된다.
또한, 보일러(3)의 제3 열교환부(3C)에 외부로부터 공기가 이송되어 가열된 후, 보일러(3) 내에 이송되어 건조탄 DC의 연소를 돕지만, 보일러(3)로부터 배출된 배기 가스는, 일부가 스팀 튜브 드라이어(1)의 캐리어 가스 CG로 되는 동시에 보일러 연소 배기 가스 EG2로 되어 미분쇄기(2)에 이송되고, 나머지 배기 가스 EG1가 외부로 배출되도록 되어 있다. 그리고, 본 실시형태에서는, 건조 배기 가스 DEG의 노점이 80℃에서 95℃의 범위로 되도록, 보일러(3)로부터 배출된 배기 가스를 스팀 튜브 드라이어(1)의 캐리어 가스 CG로서 공급하고 있지만, 건조 배기 가스 DEG의 노점이 이 온도 범위로 되도록 한, 공기, 질소 등의 불활성 가스를 사용해도 된다.
한편, 복수기(5)는 열 회수 수단에 연결되어 있고, 특히 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 열 회수 수단으로서의 습식 스크러버(11)에 연결되어 있다. 스팀 튜브 드라이어(1)에 있어서 석탄 WC의 수분이 증발함에 따라, 배출되는 건조 배기 가스 DEG가 스크러버(11)를 통과하게 된다. 스크러버(11)에서는 순환수에 의해 소정의 온도까지 냉각되고, 반대로, 건조 배기 가스 DEG의 현열 및 석탄 WC의 수분이 증발한 증기의 응축잠열은 순환수로 일단 이행하고, 그 후, 이행한 열량은 복수기(5)에 의해 복수되어 스크러버(11)로 이송된 보일러 급수(D1)와 열교환하고, 보일러 급수(D1)는 보일러 급수(D2)가 된다. 이와 같이 하여, 스크러버(11)가 스팀 튜브 드라이어(1)로부터의 건조 배기 가스 DEG와 열교환되어 건조 배기 가스 DEG가 가지고 있는 열을 회수한다.
열 회수 수단으로서 습식 스크러버(11)를 사용하는 경우, 도 4로부터 알수 있는 바와 같이, 열 회수량 조정 수단으로는 주로 순환수량을 조절하는 순환 펌프에 담당시킬 수 있다.
그리고, 열 회수 수단으로는 습식 스크러버(11)에 한정되지 않고, 예컨대 전술한 바와 같이, 쉘 앤 튜브식 열교환기 등을 사용할 수도 있다.
또한, 이 스크러버(11)는 급수관로(12)를 통하여 보일러(3)에 연결되어 있어, 보일러 급수(D2)가 보일러(3)에 이송되게 되고, 이 도중에 있는 탈기 장치(10)에 의해 탈기된다. 이때, 증기 터빈(7, 8, 9)으로부터 배출된 증기의 일부로 되는 추기 증기(S2, S3, S6, S8, S9)가 급수관로(12)의 도중에 투입되어 보일러 급수(D2)를 가열한다. 즉, 증기 터빈(7, 8, 9)의 각처로부터는 증기가 추기되어 보일러 급수(D2)가 소정의 온도로 되도록 가열된다.
이하, 본 실시형태에 관한 석탄 화력 발전 설비 및 석탄 화력 발전 방법의 작용을 설명한다.
본 실시형태의 석탄 화력 발전 설비에 의하면, 증기 터빈(6, 9)으로부터 추기한 증기를 이용하여 보일러(3)로의 보일러 급수(D2)를 가열하는 재생 방식이 채용되고 있다. 단, 본 실시형태에서는, 증기 터빈(6)으로부터 추기한 추기 증기(S7)를 가열원으로 하여 스팀 튜브 드라이어(1)가 석탄 WC를 사전 건조하고, 그 후, 스팀 튜브 드라이어(1)로부터 배출되는 건조 배기 가스 DEG로부터 열교환기인 스크러버(11)가 열 회수하여, 보일러(3)로의 보일러 급수(D1)를 가열한다.
이때, 건조 배기 가스 DEG로부터의 열 회수에 있어서 스크러버(11)가 열 회수량을 조정함으로써, 증기 터빈(6, 9) 중의 저압·저온부인 저압 증기 터빈(8, 9)으로부터의 추기 증기(S6, S8, S9)의 양이 삭감된다.
사전 건조용으로 추기하는 증기량은 석탄 WC의 수분량이나 처리량에 의해 변동되는 것이지만, 건조 배기 가스 DEG로부터 스크러버(11)가 열 회수하는 양을 적절히 조정하여 변화시킴으로써, 보일러 급수(D1)를 가열하기 위해 저압 증기 터빈(8, 9)으로부터 추기한 증기의 온도를 조정할 수 있다. 그 결과, 저압 증기 터빈(8, 9)으로부터 추기하는 추기 증기량을 저감하거나 없도록 하여 추기 증기량의 변동을 작게 함으로써, 증기 터빈의 최종 단락을 흐르는 증기량이 설계값에 대하여 크게 변화되지 않아, 저압 증기 터빈(8, 9)의 배기량이 허용 범위 내로 된다.
이상으로부터, 본 실시형태의 석탄 화력 발전 설비에 의하면, 증기 터빈(6)의 추기 증기(S7)의 응축잠열을 가열원으로 하여 석탄 WC를 스팀 튜브 드라이어(1)가 사전 건조시키지만, 스팀 튜브 드라이어(1)로부터 배출되는 건조 배기 가스 DEG로부터 응축잠열 등을 회수할 수 있다. 이로부터, 단위 발전량당의 석탄 소비량이나 CO2 배출량을 삭감하는 것이 가능하게 됨에 따라, 예컨대 석탄 화력 발전소 등의 석탄 화력 발전 설비에 있어서 보다 효율적인 발전을 할 수 있게 된다. 또한, 건조 배기 가스 DEG로부터 응축잠열 등을 회수 가능할 뿐만 아니라, 증기 터빈의 최종 단락을 흐르는 증기량이 설계값에 대하여 크게 변화되지 않으므로, 저압 증기 터빈(8, 9)의 효율을 저하시키지 않는다.
다른 한편, 본 실시형태에서는, 공기, 질소 등의 불활성 가스 또는 보일러 연소 배기 가스 중으로부터 선택된 보일러 연소 배기 가스를 스팀 튜브 드라이어(1)에 캐리어 가스 CG로서 공급하여, 건조 배기 가스 DEG의 노점을 80℃에서 95℃의 범위로 하고 있다.
여기서, 스팀 튜브 드라이어(1)의 건조 배기 가스 DEG의 노점은 높을수록 건조 배기 가스의 양이 저감되고, 건조 배기 가스 처리 설비가 컴팩트하게 되는 동시에 건조 배기 가스 DEG로부터 회수할 수 있는 열량도 증대하지만, 스팀 튜브 드라이어(1) 내의 석탄 온도와 가열용 증기 온도와의 온도차가 작아져 스팀 튜브 드라이어(1)의 건조 능력이 저하된다. 따라서, 이들 회수 열량과 건조 능력과의 관계로부터, 건조시키는 석탄 WC의 수분이나 양에도 좌우되지만, 건조 배기 가스 DEG의 노점은 80℃~95℃가 바람직하다.
또한, 스팀 튜브 드라이어(1)의 캐리어 가스 CG로서 본 실시형태와 같이 보일러 배기 가스를 이용하면, 보일러 배기 가스의 현열 및 보일러 배기 가스에 포함되는 수증기의 응축잠열도 회수할 수 있어, 에너지가 절약될 뿐만 아니라, 건조용의 추기 증기량 이상의 재생용 저압(저온) 증기량의 삭감이 가능해져, 저부하 운전의 조작 범위의 확대로도 된다.
다음으로, 본 발명에 관한 석탄 화력 발전 설비 및 석탄 화력 발전 방법의 제2 실시형태를 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다. 그리고, 제1 실시형태에서 설명한 부재에는 동일한 부호를 부여하고 중복 설명을 생략한다.
제1 실시형태에서는 스크러버(11)가 열교환기로 되어 있었지만, 본 실시형태에서는, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 열교환기로서 2단식의 스크러버(21)가 사용되고 있다. 이 중, 제1단 스크러버(21A)에는 간접형 열교환기(22)가 배치되어, 간접형 열교환기(22)가 제1단 스크러버(21A)의 순환수(W)와의 사이에서 보일러 급수(D1)를 가열하도록 되어 있다.
또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 제2단 스크러버(21B)에는 증발기(24), 압축기(25) 및 응축기(26) 등으로 이루어지는 히트 펌프 수단인 히트 펌프 유닛(27)이 배치되어 있어, 제1단 스크러버(21A)의 간접형 열교환기(22)로부터 전달되는 보일러 급수(D1)가 순환수(W)와의 사이에서 다시 가열되어, 최종적으로 보일러 급수(D2)로 된다.
이와 같이 2단계로 보일러 급수(D2)를 가열하는 구성을 가짐으로써, 본 실시형태에 의하면 건조 배기 가스 DEG로부터 효율적으로 열 회수하여 보일러 급수(D2)를 최적으로 가열 가능할 뿐만 아니라, 스크러버(11)가 열 회수할 때의 열 회수량을 용이하게 조정할 수 있어, 저압 증기 터빈(8, 9)으로부터의 추기 증기의 양이 삭감된다. 이때, 히트 펌프 유닛(27)을 사용하여 제2단 스크러버 순환액으로부터 회수한 열을 승온한 후에 보일러 급수(D2)를 가열함으로써, 열량을 더욱 유효하게 열 회수할 수 있다.
다음으로, 증기 터빈의 최종단의 증기량과 배기 손실의 관계를 도 5에 기초하여 설명한다.
설계점(P)의 근처에서는 배기 손실이 적지만, 증기량이 설계점(P)보다 증가한 경우 또는 감소한 경우라도, 배기 손실이 증대하므로, 터빈 효율이 저하되어 발전 효율이 저하된다. 그 결과, 증기 터빈으로부터의 추기 증기량의 변동을 작게 하여 증기 터빈의 최종 단락을 흐르는 증기량을 설계값에 대하여 크게 변화시키지 않으면 증기 터빈의 효율이 양호해지는 것을 이해할 수 있다.
다음으로, 열 회수 후의 건조 배기 가스 온도와 상기 실시형태에서의 증기 터빈의 최종 단락을 흐르는 증기량의 사전 건조 설비가 없는 경우와의 비율과의 관계를 도 6을 참조하여 설명한다.
발전량을 일정하게 하여 수분 65%의 석탄을 10%까지 증기 터빈의 추기 증기를 가열원으로 하여 건조시켰을 경우, 이 도면에 나타낸 그래프로부터, 열 회수 후의 건조 배기 가스의 온도가 상승함에 따라 이 비율이 저하되어, 약 70℃을 경계로 100% 이하로 된다.
그리고, 저압 증기 터빈의 추기 증기량의 측정은 추기 증기가 배기되는 배기 라인에 유량계를 설치하여 유량계로 측정해도 되고, 복수기(5)에 의해 복수한 물의 양이어도 된다. 또한, 건조 배기 가스 DEG로부터 열 회수량을 조정하는 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 상기 실시형태와 같이 건조 배기 가스 DEG가 스크러버(11, 21)를 통과하도록 하여 순환수를 순환시켜 건조 배기 가스 DEG의 현열 및 건조 증기의 응축잠열을 순환수로 이행시키는 것이 바람직하고, 상기 순환수와 보일러 급수(D1)를 간접 열교환하는 경우에는, 간접형 열교환기(22)를 통과하는 보일러 급수(D1)의 양으로 스크러버(21)의 출구 배기 가스 온도를 제어하는 방법 등이 있다.
이상, 본 발명에 관한 실시형태를 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 변형되어 실시할 수 있다.
본 발명은 석탄 화력 발전 설비에 적용 가능해진다.
1: 스팀 튜브 드라이어(간접 가열형 건조기)
3: 보일러
5: 복수기
6: 제1 증기 터빈
7: 고압 증기 터빈
8: 저압 증기 터빈
9: 제2 증기 터빈(저압 증기 터빈)
11: 스크러버(열교환기)
12: 급수관로
21: 스크러버(열교환기)
22: 간접형 열교환기
27: 히트 펌프 유닛(히트 펌프 수단)

Claims (7)

  1. 케이싱 내에 가열 매체 통로를 가지고, 상기 케이싱 내에 장입하는 석탄을 가열 매체 통로에 송입하는 증기에 의해 간접 가열을 행하여 석탄을 건조시키는 간접 가열 건조기와,
    건조 석탄을 연소시켜 증기를 발생시키는 석탄 연소 보일러와,
    상기 석탄 연소 보일러에서의 증기에 의해 동력을 발생시키는 증기 터빈과,
    상기 증기 터빈으로부터 추기(抽氣)한 추기 증기의 여열(余熱)을 이용하여 상기 석탄 연소 보일러로의 보일러 급수를 가열하는 석탄 화력 발전 설비로서,
    상기 추기 증기의 일부를 상기 간접 가열 건조기의 가열 증기로서 이용하는 계통과,
    상기 증기 터빈의 복수기(復水器)와,
    상기 간접 가열 건조기로부터의 건조 배기 가스 경로에 설치되는 열 회수 수단과,
    상기 열 회수 수단은, 상기 건조 배기 가스가 가지고 있는 열을 상기 복수기의 복수(復水)로 이행시킴과 동시에 그 열 회수량을 조정하는 열 회수량 조정 수단을 가지고,
    상기 열 회수 수단에 의해 건조 배기 가스가 가지고 있는 열을 회수한 복수를 상기 보일러 급수로 이용하는 계통을,
    포함하는 것을 특징으로 하는 석탄 화력 발전 설비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열 회수 수단은 상기 간접 가열 건조기로부터의 건조 배기 가스 경로에 설치된 습식 스크러버와, 상기 습식 스크러버의 순환수와 상기 복수기의 복수를 열교환하는 열 회수 열교환기를 가지고, 상기 습식 스크러버의 순환수량을 제어함으로써 열 회수량을 조정하는 열 회수량 조정 수단이 구성되어 있는 석탄 화력 발전 설비.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열 회수 수단이 히트 펌프 수단을 포함하는 것인 석탄 화력 발전 설비.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 습식 스크러버는 2단식으로 이루어지고,
    제1단 스크러버의 순환수에 대응하는 제1 열 회수 열교환기에 의해 가열한 보일러 급수를 받아, 제2단 스크러버의 순환수에 대응하는 제2 열 회수 열교환기가 보일러 급수를 더욱 고온으로 가열하고, 상기 제2 열 회수 열교환기가 히트 펌프의 구성인 석탄 화력 발전 설비.
  5. 제1항에 있어서,
    보일러 연소 배기 가스를 상기 간접 가열 건조기의 케이싱 내로의 캐리어 가스로서 송입하도록 구성되어 있는 석탄 화력 발전 설비.
  6. 케이싱 내에 가열 매체 통로를 가지고, 상기 케이싱 내에 장입하는 석탄을 가열 매체 통로에 송입하는 증기에 의해 석탄을 간접 가열하여 건조시키는 간접 가열 건조기와,
    건조 석탄을 연소시켜 증기를 발생시키는 석탄 연소 보일러와,
    상기 석탄 연소 보일러에서의 증기에 의해 동력을 발생시키는 증기 터빈을, 구비하고,
    상기 증기 터빈으로부터 추기한 추기 증기의 여열을 이용하여 상기 석탄 연소 보일러로의 보일러 급수를 가열하는 석탄 화력 발전 설비로서,
    상기 추기 증기의 일부를 상기 간접 가열 건조기의 가열 증기로서 이용하고, 상기 증기 터빈의 배기를 복수기에 의해 복수하고,
    상기 간접 가열 건조기로부터의 건조 배기 가스 경로에 열 회수 수단을 설치하고, 상기 열 회수 수단은 상기 건조 배기 가스가 가지고 있는 열을 상기 복수기의 복수로 이행시킴과 동시에 그 열 회수량을 조정하는 열 회수량 조정 수단을 가지고,
    상기 열 회수 수단에 의해 건조 배기 가스가 가지고 있는 열을 회수한 복수를 상기 보일러 급수로 이용하는 석탄 화력 발전 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    보일러 연소 배기 가스를 상기 간접 가열 건조기의 케이싱 내에 캐리어 가스로서 송입하도록 하는 동시에, 건조 배기 가스의 노점을 80℃~95℃의 범위로 하는 석탄 화력 발전 방법.
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