KR20000005911A - 가스터빈식발전소에서의사용을위하여고체연료로부터가스연료를발생시키기위한시스템및방법 - Google Patents

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Abstract

석탄과 같은 고체연료로부터 정화된 가스연료를 생산함으로써 동력을 발생시키기 위한 시스템 및 방법. 산소농축 압축공기의 흐름(34)은 공기 분리유니트(30)로부터의 산소의 흐름(32)과 가스터빈 압축기(4)로부터의 압축대기(28)를 합침으로써 형성된다. 내부에서 석탄(38)이 연소되는 산소농축 압축공기의 흐름(34)과 함께, 석탄은 기화기(36)로 공급된다. 이 기화기(36)는 슬래그 및 또 다른 미립자 물질을 포함하는 고온의 가스연료의 흐름(42)을 만들어 낸다. 이 슬래그(54)는 고온의 가스연료(42)로부터 제거되어, 처리 후, 가스연료로부터 미립자 물질을 제거하는 필터(66)에 대하여 베드(85) 매개물을 형성한다. 공기 분리유니트(30)는 또한 질소의 흐름(58)을 만들어 낸다. 질소는 여과전에 공기에 혼합되어 공기를 냉각시킨다. 냉각 및 정화 이후에, 가스연료(68)는 가스터빈의 연소기(22) 내에서 연소되어, 축동력을 발생시킨다.

Description

가스터빈식 발전소에서의 사용을 위하여 고체연료로부터 가스연료를 발생시키기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING A GASEOUS FUEL FROM A SOLID FUEL FOR USE IN A GAS TURBINE BASED POWER PLANT}
본 발명은 가스터빈식 발전소에서 연소될 수 있는 석탄과 같은 고체연료로부터 가스연료를 발생시키는 것에 관한 것이다.
가스터빈식 발전소의 고효율, 낮은 비용 및 짧은 리드타임은 가스터빈식 발선소를 전력생산의 수단으로써 전기 설비에 특히 매력적인 것이 되게 한다. 불행히도, 전통적으로, 가스터빈은 비싸고, 때때로 부족한 연료 - 주로 증류오일 및 천연가스로 작동된다는 제한을 받는다. 석탄의 준비된 입수가능성 및 낮은 비용으로 인하여, 주 연료로써 석탄을 활용할 수 있는, 전력을 발생시키는 가스터빈 시스템을 발전시키기 위한 상당한 노력이 펼쳐져 왔다.
하나의 관점에서, 가스터빈 압축기로부터의 압축공기는 기화기 내에서 석탄을 부분적으로 연소시켜 고온의, 낮은 발열량에서 중간 발열량까지의 연소가스를 만들어 내는 것이 보통이었다. 이러한 고온의 연료가스는, 유용한 축동력을 야기시키는 가스터빈의 터빈구역에서 연소되어 팽창된다. 불행히도, 엄청나게 비싼 정화방법이 활용된다고 하더라도, 그러한 시스템은 특히 미립자, 황 및 알칼리 배출물의 점에서 허용될 수 없는 배출물을 초래할 수 있다. 더욱이, 기화기에 의하여 생산되는 연료의 발열량은 요구되는 것보다 낮다.
그러므로, 석탄과 같은 고체연료로부터, 가스터빈 연소기에서 연소될 수 있는 정화된 가스연료를 효율적으로 생산하기 위한 시스템 및 방법이 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 고체연료로부터, 가스터빈 연소기에서 연소될 수 있는 정화된 가스연료를 효율적으로 생산하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 고체연료 가스터빈식 발전소의 개략도,
도 2는 기화기가 대기에서 작동될 때의 기화기 당량비 대 기화기 온도(T), 평균 탈황율(S), 및 연료 저발열량(LHV)의 그래프,
도 3은 기화기가 본 발명에 따른 산소농후 공기로 작동될 때의 기화기 성능을 나타내는 도 2와 유사한 그래프,
도 4는 도 1에 도시된 필터의 횡단면도이다.
이러한 목적뿐만 아니라 본 발명의 또 다른 목적들은, (ⅰ) 압축공기의 흐름을 만들어 내도록 공기의 제1 흐름을 압축시키는 단계, (ⅱ) 공기의 제2 흐름을 적어도 질소의 흐름과 산소의 흐름으로 분리시키는 단계, (ⅲ) 산소농축공기의 흐름을 만들어 내도록 산소의 흐름과 압축공기의 흐름을 합치는 단계, (ⅳ) 미립자물질을 포함하고 있는 고온의 가스연료의 흐름을 만들어 내도록 기화기로 산소농축공기의 흐름을 향하게 하여 고체연료를 연소시키는 단계, (ⅴ) 냉각된 가스연료의 흐름을 만들어 내도록 고온의 가스연료의 흐름으로부터 질소의 흐름의 적어도 일부로 열을 전달함으로써 고온의 가스연료의 흐름을 냉각시키는 단계, 및 (ⅵ) 정화되고 냉각된 가스연료의 흐름을 만들어 내도록 냉각된 가스연료의 흐름을 필터로 향하게 하여 미립자물질의 상당부분을 제거하는 단계를 포함하고 있는, 고체연료로부터 가스연료를 발생시키는 방법으로 성취된다.
이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 기화기에서 만들어진 고온의 가스연료의 흐름은 슬래그를 포함하고 있어, 이 방법은 (ⅰ) 고온의 가스연료로부터 슬래그의 상당부분을 분리시키는 단계, 및 (ⅱ) 고온의 가스연료로부터 분리된 슬래그의 적어도 일부를 필터로 향하게 하는 단계를 더 포함하고 있다. 본 실시예에서, 미립자물질은, 슬래그에 의하여 형성된 베드(bed) 매개물을 통하여 고온의 가스연료를 유동시킴으로써, 고온의 가스연료로부터 제거된다. 더욱, 본 실시예에서, 고온의 가스연료의 흐름으로부터 열을 전달하는 단계는 고온의 가스연료의 흐름에 질소의 흐름의 적어도 일부를 혼합시키는 단계를 포함하고 있다.
본 발명은 또한, (ⅰ) 압축공기의 흐름을 만들어 내도록 공기의 제1 흐름을 압축시키는 압축기, (ⅱ) 공기의 제2 흐름을 적어도 산소의 흐름과 질소의 흐름으로 분리시키는 산소분리유니트, (ⅲ) 미립자물질을 포함하고 있는 고온의 가스연료의 흐름을 만들어 내도록 산소와 압축공기의 합쳐진 흐름 내에서 고체연료를 연소시키는 기화기, (ⅳ) 냉각된 가스연료의 흐름을 만들어 내도록 고온의 가스연료의 흐름으로부터 질소의 흐름의 적어도 일부로 열을 전달함으로써 고온의 가스연료의 흐름을 냉각시키는 냉각기, 및 (ⅴ) 냉각기로부터 냉각된 가스연료를 수용하도록 연결되고, 정화되고 냉각된 가스연료의 흐름을 만들어 내도록 냉각된 가스연료로부터 미립자물질의 상당부분을 제거하는 수단을 갖춘 필터를 포함하고 있는, 고체연료로부터 가스연료를 발생시키기 위한 시스템을 포함하고 있다.
(실시예)
도면을 참조하면, 도 1은 본 발명에 따른 고체연료 가스터빈식 발전소의 개략도이다. 종래와 같이 가스터빈식 발전소에 있어서, 대기(2)는 축류타입의 가스터빈 압축기(4)로 유도된다. 압축기(4)에 의하여 방출된 압축공기(18)는 2개의 분류(20, 21)로 나눠진다. 분류(20)는 복수의 연소기 바스켓으로 이루어진 가스터빈 연소기(22)로 향한다. 아래에 설명되는 가스연료(68)는 또한 연소기(22)로 향하여 이 연소기 내의 압축공기(20) 내에서 연소되고, 이에 따라 고온의 연소가스(24)를 만들어 낸다. 고온의 연소가스(24)는 이 고온의 연소가스가 팽창되는 터빈(8)으로 향하며, 로터(10)에서 축동력을 생산한다. 로터(10)는 압축기(4)뿐만 아니라 발전기(6)를 구동시키고, 이에 따라 전력을 생산한다. 팽창되고 부분적으로 냉각된 터빈(8)으로부터의 배기가스(12)는, 증기(15)를 발생시키도록 이 배기가스의 열의 일부가 물(13)로 전달되는 열회수식 증기발생기(14)를 통과한다. 이 증기(15)는 증기터빈(도시생략)에서 팽창될 수 있고, 이에 따라 추가적인 축동력을 생산한다. 열회수식 증기발생기(14)로부터의 배기가스(16)는 대기중으로 배출된다.
본 발명은, 석탄과 같은 고체연료(38)를 연소기(22) 내에서 연소되는 가스연료(68)로 변환시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 따라서, 가스터빈 압축기(4)로부터의 압축공기(21)의 제2 분류는 더욱 가압된 공기(28)를 만들어 내도록 부스트 압축기(26)로 향한다. 추가적인 대기(2')는 공기분리유니트(30)로 공급되며 여기에서 적어도 산소의 흐름(32)과 질소의 흐름(58)으로 분리된다. 종래기술에 잘 공지되어 있는 바와 같이, 공기를 산소와 질소로 분리시키기 위해서, 박막 또는 흡착법 뿐만 아니라 극저온 증류 칼럼과 같은 다양한 방법이 활용될 수 있다. 바람직하게, 본 발명에 따라서, 충분한 산소(32)가 부스트 압축기(26)로부터 압축공기(28) 내로 유도되어 산소농축공기의 흐름(34)은 대기에 있어서 체적의 약 21%의 산소함유량에 비하여 약 40%의 산소함유량을 가진다.
석탄과 같은 고체연료의 흐름(38)과 함께, 이 농축공기(34)는 기화기(36)로 향한다. 석탄에 더하여, 바이오매스 연료 또는 다른 대체연료와 같은 또 다른 고체연료가 또한 활용될 수 있다. 칼슘기 또는 철기일 수 있는 황 흡착제(40)는 또한 제위치에서 탈황을 가능하게 하도록 기화기(36)로 향한다. 종래기술에 잘 공지된 원리를 이용하여, 기화기(36)는 석탄(38)을 연소시켜 연료가스(42)를 만들어 내는데, 이 연료가스는 미립자, 석탄 슬래그, 재 및 사용된 흡착제를 포함하고 있다. 적절한 기화를 성취하기 위해서, 기화기(36)는 최저 온도 상으로 작동되어야만 한다. 더욱이, 1420℃(2600℉) 이하의 온도에서의 작동은, 전체 시스템의 열효율에 해로우며 불꽃온도를 감소시킴으로써 연소반응에 보다 해로운, 기화기(36)의 내부표면에 쌓이는 초과 슬래그를 야기시킨다.
본 발명에 따라서, 기화기(36)에 산소농축공기(34)를 사용하는 것은 탈황을 개선시키고 가스연료(42)의 발열량을 증가시킨다. 도 2는 기화기가 압축된 대기로 작동될 때 평가된 기화기 성능의 그래프이다. 이 성능은 3개의 변수 - (ⅰ) 퍼센트 단위의 탈황율, S, (ⅱ) 기화기에 의하여 만들어지는 고온의 가스연료(42)의 온도, T, 그리고 (ⅲ) 고온의 가스연료의 저발열량, LHV - 의 관점에서 나타난다. 탈황은 퍼센트로 왼쪽의 축에 나타낸다. 저온 연료의 저발열량은 또한 BTU/SCF로 왼쪽의 축에 나타낸다. 가스연료(42)의 온도는 섭씨로 오른쪽의 축에 나타낸다. 이들 변수는, 실제 공연비(또는 아래에 설명되는 도 3의 경우에서 실제 농축 공연비)로 화학량론적인 공연비를 나눔으로써 얻어지는 비율로 정의되는 당량비와 대비하여 플로팅된다. 도 2와 관련된 작동조건 하에서 약 1650℃(3000℉)인 최소 기화기 온도(Tmin)가 또한 표시된다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 압축된 대기를 사용할 때, 최소값 아래에서 온도를 감소시키는 것을 회피하기 위해서, 최대 허용 당량비는 약 1.75이며, 이 점에서 탈황율은 단지 약 50%이고 가스연료 저발열량은 단지 약 70 BTU/SCF 이다.
대조적으로, 도 3은, 산소의 체적 퍼센트가 약 40%까지 증가되는 산소농축 압축공기로 기화기가 작동될 때의 동일한 변수의 그래프이다. 최소 허용 온도(Tmin)는 산소농축공기를 사용할 때 개선된 탄소전환으로 인하여 약 1550℃ (2800℉)까지 감소된다. 게다가, Tmin에서의 최대 허용 당량비는 약 2.35까지 증가되며, 이 점에서 탈황율은 약 90%까지 증가되고 가스연료의 저발열량은 약 170BTU/SCF 까지 증가된다. 도시된 바와 같이, 기화기(36)에 산소 농축 연소공기를 사용하는 것은 기화기(36)의 성능을 상당히 개선시킨다.
도 1로 되돌아가서, 기화기(36)로부터의 고온의 가스연료(42)는, 여기에 전체적으로 참조되어 결합된 미국특허 제 4,961,389호(필즈버리;Pillsbury)에 개시된 타입일 수 있는, 각각의 제1 및 제2 스테이지 슬래그 분리기(44, 50)로 향한다. 제1 스테이지 슬래그 분리기는 바람직하게 충돌타입이며, 여기에서 고온의 가스연료(42)는 노즐을 통하여 가압되어 가스흐름에 대략 수직으로 향하는 수집판(45)으로 향한다. 수집판(45) 주위에서 가스의 유선을 따르기에는 너무 큰 슬래그의 덩어리는 수집판에 충돌하여서 가스분류로부터 분리된다. 분리된 슬래그(46)는 수집판(45)의 아래로 흐르는 한편, 가스연료(48)는 수집판 위에 존재한다. 바람직하게 충돌 분리기(44)는 슬래그의 약 90%를 제거한다. 충돌 분리기(44)로부터의 가스연료(48)는 그 후 나머지 슬래그의 대부분(52)이 가스연료의 원심분리에 의하여 제거되는 원심분리기(50)로 향한다.
제1 및 제2 스테이지 슬래그 분리기(44, 50)로부터, 고온의 가스연료(49)는 정화된다. 정화는, 여기에 전체적으로 참조되어 결합된 미국특허 제 5,540,896호(뉴바이;Newby)에 개시된 바와 같은, 고온가스 정화시스템으로 고온의 가스연료(49)를 향하게 함으로써 이루어질 수 있다. 그렇지만, 본 발명에 따라서, 정화이전에, 고온의 가스연료(49)는 먼저 냉각된다. 정화 이전에 가스연료를 냉각시키는 것은 미립자 및 알칼리의 제거를 용이하게 한다. 이것은 또한 정화시스템 구성요소의 설계를 간단화시키고 덜 비싼 재료의 사용을 가능하게 한다. 도 1에 도시된 바와같이, 본 발명에 따라서, 가스연료가 공기분리 유니트(30)에 의하여 만들어지는 질소(58)와 혼합되는 믹서(69)로 가스연료(49)를 향하게 함으로써 바람직하게 냉각이 이루어진다. 이러한 혼합의 결과로써, 가스연료(49)로부터 질소(58)로 열이 전달된다. 따라서, 믹서(69)는 냉각된 가스연료(60)를 만들어 낸다. 바람직하게, 약 760℃(1400℉) 이하로 가스연료의 온도를 감소시키도록 가스연료(60) 내로 충분한 질소가 도입된다. 냉각된 가스연료(60)는 그 후 미립자 물질을 제거하기 위해서 믹서(69)로부터 필터(66)로 향한다. 필터(66)는 종래기술에 공지된 베드 매개물을 채용할 수 있는 한편, 본 발명에 따라서, 바람직하게, 아래에 설명되는 바와 같이, 필터는 슬래그 분리기(44, 50)로부터의 슬래그(62)로 이루어지는 베드 매개물을 합체한다.
용해상태의, 제1 및 제2 스테이지 슬래그 분리기(44, 50)로부터의 슬래그의 흐름(46, 52)은 합쳐지고 이 합쳐진 슬래그 흐름(54)은 슬래그 처리 유니트(56)로 향한다. 이 슬래그 처리 유니트(56)에서, 용해된 슬래그(54) 위로 물이 분무되어 이 용해된 슬래그(54)는 우선 냉각된다. 이것은 슬래그가 수조 내로 떨어지는 고체조각이 될 때까지 슬래그를 냉각시킨다. 탈수 후, 슬래그조각(62)은 호퍼(64)를 경유하여 필터(66)로 향한다. 필터(66)가 적어도 약 1/2㎝(1/4inch)의 직경의 슬래그조각을 이용할 때 최선의 기능으로 작동되기 때문에, 슬래그조각은, 예컨대 체로 걸러내는 것에 의하여, 처리 유니트(56)에서 크기에 따라 분리될 수 있어서, 단지 1/2㎝보다 큰 조각들만이 필터(66)로 공급된다. 선택적으로, 슬래그 처리 유니트(56)는, 종래기술에 잘 공지된 기술을 이용하여, 허용가능한 크기의 펠릿으로 슬래그조각을 형성하는 펠레타이저를 또한 합체할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 바람직하게 필터(66)는, 여기에 전체적으로 참조되어 결합된 미국특허 제 5,653,181호(양 등;Yang et al.)에 개시된 바와 같은, 스텐드레그 이동 과립 베드 타입이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 슬래그조각(62)은 필터(66)용의 베드(85)를 형성한다. 가스연료(60)가 베드(85)를 통과하여 흐름에 따라, 미립자물질은 제거되고 알칼리 증기는 응축된다. 필터(66)의 상단에서 슬래그 조각(62)은 바람직하게 호퍼(64)로 운반되고 그 후 필터용기를 통하여 중력에 의하여 이송된다. 본 발명의 원리에 따라서 작동될 때, 가스연료(60) 내의 재 입자에 대한 매개물 베드의 질량비는 매우 크며, 매우 낮은 압력강하로 비산회 및 또 다른 미립자물질의 매우 효과적인 제거를 야기시킨다. 베드 매개물, 포획된 비산회 및 또 다른 미립자물질(70)은 필터(66)로부터 배출되어 처리된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 필터(66)로부터, 정화되고 부분적으로 냉각된 가스연료(68)는 연소기(22)로 향하고, 연소되어 상기된 바와 같이 터빈(8)에서 동력을 발생시킨다.
상기로부터 용이하게 인지할 수 있는 바와 같이, 본 발명은 연소공기의 산소함유량을 농후하게 함으로써, 특히, 증가된 탈황 및 연료 저발열량과 같은, 개선된 기화기 성능을 야기시킨다. 본 발명은 또한, 여과 이전에 고온의 가스연료를 효과적으로 냉각시키기 위해서 공기 분리 유니트로부터의 질소를 이용함으로써 그리고 필터용의 베드 매개물로서 기화기로부터의 슬래그를 이용함으로써 개선된 필터 성능을 야기시킨다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 본질적인 속성으로부터 벗어나지 않으면서 또 다른 형태를 가질 수 있으며, 따라서, 기준은 상기 명세서보다는 본 발명의 범위를 나타내는 첨부된 청구범위로서 만들어진다.

Claims (16)

  1. (a) 압축공기(28)의 흐름을 만들어 내도록 공기의 제1 흐름(2)을 압축시키는 단계;
    (b) 공기의 제2 흐름(2')을 적어도 질소의 흐름(58)과 산소의 흐름(32)으로 분리시키는 단계;
    (c) 산소농축공기의 흐름(34)을 만들어 내도록 상기 산소의 흐름과 상기 압축공기의 흐름을 합치는 단계;
    (d) 미립자물질을 포함하고 있는 고온의 가스연료의 흐름(42)을 만들어 내도록 기화기(36)로 상기 산소농축공기의 흐름을 향하게 하여 고체연료(38)를 연소시키는 단계;
    (e) 냉각된 가스연료의 흐름(60)을 만들어 내도록 상기 고온의 가스연료의 흐름으로부터 상기 질소의 흐름의 적어도 일부로 열을 전달함으로써 상기 고온의 가스연료의 흐름을 냉각시키는 단계; 및
    (f) 정화되고 냉각된 가스연료의 흐름(68)을 만들어 내도록 상기 냉각된 가스연료의 흐름을 필터(66)로 향하게 하여 상기 미립자물질의 상당부분을 제거하는 단계;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 고체연료로부터 가스연료를 발생시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기화기에서 만들어진 상기 고온의 가스연료의흐름(42)은 슬래그(54)를 포함하고 있고, 상기 고온의 가스연료로부터 상기 슬래그의 상당부분을 분리하는 단계를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 고온의 가스연료(42)로부터 분리된 상기 슬래그(54)의 적어도 일부(62)를 상기 필터(66)로 향하게 하는 단계를 더 포함하고 있고, 그리고 상기 냉각된 가스연료로부터 상기 미립자물질의 상당부분을 제거하는 단계는 상기 슬래그로 형성된 상기 필터의 베드를 통하여 상기 냉각된 가스연료를 유동시키는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 슬래그의 상기 일부(62)를 상기 필터(66)로 향하게 하는 단계 이전에 상기 슬래그(54)의 상기 일부를 냉각시키는 단계를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 슬래그(54)는 상기 고온의 가스연료로부터 분리될 때 조각 형상이고, 그리고 상기 슬래그의 상기 일부를 상기 필터로 향하게 하는 단계 이전에 크기에 따라 상기 슬래그 조각을 분리하는 단계를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 필터(66)로 향하는 상기 슬래그의 상기 일부(62)는 적어도 소정의 최소크기만큼 큰 크기를 가지는 슬래그 조각으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 슬래그 조각(66)의 상기 소정의 최소크기는 1/2㎝인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 슬래그의 상기 일부를 상기 필터로 향하게 하기 전에 상기 필터(66)로 향하는 상기 슬래그의 적어도 상기 일부(62)를 펠릿으로 형성하는 단계를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 고온의 가스연료의 흐름(42)으로부터 상기 슬래그(54)의 적어도 상기 일부를 분리하는 단계는 수집판(45)에 대하여 상기 고온의 가스연료를 충돌시키는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 3 항에 있어서, 상기 고온의 가스연료의 흐름(42)으로부터 상기 슬래그(54)의 적어도 상기 일부를 분리하는 단계는 상기 고온의 가스연료의 흐름을 원심분리하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 고온의 가스연료의 흐름(49)으로부터 상기 질소의 흐름(60)의 적어도 상기 일부로 열을 전달하는 단계는 상기 고온의 가스연료의 흐름 내에 상기 질소의 흐름의 적어도 상기 일부를 혼합하는 단계를 포함하고 있는것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 고온의 가스연료의 흐름(49) 내에 상기 질소(58)를 혼합하는 단계는 760℃ 이하의 온도로 상기 고온의 가스연료의 흐름을 냉각시키기에 충분한 질소를 혼합하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 압축공기의 흐름(28)과 합쳐진 상기 산소의 흐름(32)의 유량은 상기 산소농축공기의 흐름(34)의 산소함유량을 체적의 40%까지 높이기에 충분한 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 고체연료(38)의 유량에 비례하여 상기 압축공기(28)의 흐름과 합쳐진 상기 산소의 흐름(32)의 유량은 상기 기화기(36)에서의 당량비를 적어도 2까지 증가시키기에 충분한 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 고체연료는 석탄(38)인 것을 특징으로 하는 방법.
  16. (a) 압축공기의 흐름(28)을 만들어 내도록 공기의 제1 흐름(2)을 압축시키는 압축기(4);
    (b) 공기의 제2 흐름(2')을 적어도 산소의 흐름(32)과 질소의 흐름(58)으로 분리시키는 산소분리유니트(30);
    (c) 미립자물질을 포함하고 있는 고온의 가스연료의 흐름(42)을 만들어 내도록 상기 산소(32)와 상기 압축공기(2)의 합쳐진 흐름 내에서 상기 고체연료(38)를 연소시키는 기화기(36);
    (d) 냉각된 가스연료의 흐름(60)을 만들어 내도록 상기 고온의 가스연료의 흐름(42)으로부터 상기 질소의 흐름(58)의 적어도 일부로 열을 전달함으로써 상기 고온의 가스연료의 흐름(42)을 냉각시키는 수단을 갖춘 냉각기; 및
    (e) 상기 냉각기로부터 상기 냉각된 가스연료(60)를 수용하도록 연결되고, 정화되고 냉각된 가스연료의 흐름(68)을 만들어 내도록 상기 냉각된 가스연료(60)로부터 상기 미립자물질의 상당부분을 제거하는 수단을 갖춘 필터(66);를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 고체연료로부터 가스연료(42)를 발생시키기 위한 시스템.
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6089169A (en) * 1999-03-22 2000-07-18 C.W. Processes, Inc. Conversion of waste products
US6196000B1 (en) 2000-01-14 2001-03-06 Thermo Energy Power Systems, Llc Power system with enhanced thermodynamic efficiency and pollution control
ES2190689B1 (es) * 2000-03-15 2004-10-16 Luis M. Santi De Azcoitia Y Villanueva Procedimiento de obtencion de gas combustible a partir de materiales combustibles.
US6655137B1 (en) 2001-06-25 2003-12-02 Amir A. Sardari Advanced combined cycle co-generation abatement system
MXPA04009982A (es) * 2002-04-11 2006-02-22 Richard A Haase Metodos, procesos, sistemas y aparatos con tecnologia de combustiion de agua, para la combustion de hidrogeno y oxigeno.
CA2455011C (en) 2004-01-09 2011-04-05 Suncor Energy Inc. Bituminous froth inline steam injection processing
US7683271B2 (en) * 2005-04-12 2010-03-23 E. I. Du Pont De Nemours And Company System for accurately weighing solids and control mechanism for same
US7451591B2 (en) * 2006-05-08 2008-11-18 Econo-Power International Corporation Production enhancements on integrated gasification combined cycle power plants
US20100018216A1 (en) * 2008-03-17 2010-01-28 Fassbender Alexander G Carbon capture compliant polygeneration
US8752391B2 (en) 2010-11-08 2014-06-17 General Electric Company Integrated turbomachine oxygen plant
JP5654338B2 (ja) * 2010-12-20 2015-01-14 日本エア・リキード株式会社 窒素ガス製造装置およびこれを用いたガス化複合発電システム
KR101647261B1 (ko) 2015-10-05 2016-08-09 두산중공업 주식회사 가스터빈의 이물질 제거장치
CN105441160B (zh) * 2015-12-16 2018-08-24 桂林航天工业学院 一种采用含氧气的蒸汽流脱除煤中灰份和硫份的装置
CN107101458B (zh) * 2017-05-05 2019-06-28 山东京博众诚清洁能源有限公司 一种空分与造气冷热量联用系统
DE102017122380B4 (de) * 2017-09-27 2021-09-23 Spanner RE2 GmbH Generatoranlage zur Erzeugung elektrischer Energie

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4199327A (en) * 1978-10-30 1980-04-22 Kaiser Engineers, Inc. Process for gasification of coal to maximize coal utilization and minimize quantity and ecological impact of waste products
US4351251A (en) * 1981-06-29 1982-09-28 Mechtron International Corp. Combustion apparatus
JPS5880381A (ja) * 1981-11-09 1983-05-14 Hitachi Ltd 石炭ガス化方法及び石炭ガス化装置
US4413573A (en) * 1982-06-21 1983-11-08 Tosco Corporation Process for combusting carbonaceous solids containing nitrogen
FR2537701A1 (fr) * 1982-12-08 1984-06-15 Creusot Loire Procede et installation de recyclage d'imbrules solides dans un lit fluidise
US4671192A (en) * 1984-06-29 1987-06-09 Power Generating, Inc. Pressurized cyclonic combustion method and burner for particulate solid fuels
US4660478A (en) * 1984-11-13 1987-04-28 Trw Inc. Slagging combustor with externally-hot fuel injector
US4685404A (en) * 1984-11-13 1987-08-11 Trw Inc. Slagging combustion system
DK158531C (da) * 1985-06-13 1990-10-29 Aalborg Vaerft As Fremgangsmaade til kontinuerlig drift af en cirkulerende fluidiseret bed-reaktor samt reaktor til anvendelse ved udoevelse af fremgangsmaaden
US4955295A (en) * 1989-08-18 1990-09-11 Foster Wheeler Energy Corporation Method and system for controlling the backflow sealing efficiency and recycle rate in fluidized bed reactors
US4961389A (en) * 1989-09-08 1990-10-09 Westinghouse Electric Corp. Slag processing system for direct coal-fired gas turbines
US4960056A (en) * 1989-09-08 1990-10-02 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Slag processing system for direct coal-fired gas turbines
GB9105109D0 (en) * 1991-03-11 1991-04-24 Boc Group Plc Air separation
GB9111157D0 (en) * 1991-05-23 1991-07-17 Boc Group Plc Fluid production method and apparatus
US5653181A (en) * 1991-08-26 1997-08-05 Westinghouse Electric Corporation Separation of particulate from flue gas of fossil fuel combustion and gasification
US5220782A (en) * 1991-10-23 1993-06-22 Bechtel Group, Inc. Efficient low temperature solvent removal of acid gases
US5421166A (en) * 1992-02-18 1995-06-06 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated air separation plant-integrated gasification combined cycle power generator
DE4301100C2 (de) * 1993-01-18 2002-06-20 Alstom Schweiz Ag Baden Verfahren zum Betrieb eines Kombikraftwerkes mit Kohle- oder Oelvergasung
US5388395A (en) * 1993-04-27 1995-02-14 Air Products And Chemicals, Inc. Use of nitrogen from an air separation unit as gas turbine air compressor feed refrigerant to improve power output
US5540896A (en) * 1993-04-30 1996-07-30 Westinghouse Electric Corporation System and method for cleaning hot fuel gas
US5406786A (en) * 1993-07-16 1995-04-18 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated air separation - gas turbine electrical generation process
US5582029A (en) * 1995-10-04 1996-12-10 Air Products And Chemicals, Inc. Use of nitrogen from an air separation plant in carbon dioxide removal from a feed gas to a further process
US5666823A (en) * 1996-01-31 1997-09-16 Air Products And Chemicals, Inc. High pressure combustion turbine and air separation system integration
JP3977890B2 (ja) * 1997-03-12 2007-09-19 三菱重工業株式会社 ガス化発電システム

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Publication number Publication date
CA2273123A1 (en) 1999-12-08
US5964085A (en) 1999-10-12
JP2000026869A (ja) 2000-01-25
EP0964050A3 (en) 2000-09-13
EP0964050A2 (en) 1999-12-15

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