KR20100123874A - 통합 보일러 급수 가열 방법 및 시스템 - Google Patents

통합 보일러 급수 가열 방법 및 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20100123874A
KR20100123874A KR1020107020739A KR20107020739A KR20100123874A KR 20100123874 A KR20100123874 A KR 20100123874A KR 1020107020739 A KR1020107020739 A KR 1020107020739A KR 20107020739 A KR20107020739 A KR 20107020739A KR 20100123874 A KR20100123874 A KR 20100123874A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
flow
shift
heat
gasifier
syngas
Prior art date
Application number
KR1020107020739A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101584382B1 (ko
Inventor
아론 존 아바글리아노
폴 스티븐 월레스
Original Assignee
제너럴 일렉트릭 캄파니
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 제너럴 일렉트릭 캄파니 filed Critical 제너럴 일렉트릭 캄파니
Publication of KR20100123874A publication Critical patent/KR20100123874A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101584382B1 publication Critical patent/KR101584382B1/ko

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/067Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion heat coming from a gasification or pyrolysis process, e.g. coal gasification
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48Apparatus; Plants
    • C10J3/485Entrained flow gasifiers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72Other features
    • C10J3/74Construction of shells or jackets
    • C10J3/76Water jackets; Steam boiler-jackets
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72Other features
    • C10J3/86Other features combined with waste-heat boilers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10KPURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K3/00Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
    • C10K3/02Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment
    • C10K3/04Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment reducing the carbon monoxide content, e.g. water-gas shift [WGS]
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/16Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1687Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with steam generation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00Details of gasification processes
    • C10J2300/18Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1861Heat exchange between at least two process streams
    • C10J2300/1892Heat exchange between at least two process streams with one stream being water/steam
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y02E20/18Integrated 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)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Industrial Gases (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

가스화기 시스템을 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 가스화기 시스템은 합성 가스 냉각기를 포함하는 가스화기로서, 합성 가스 냉각기는 가스화기의 반응 구역으로부터 합성 가스 냉각기를 통한 유체의 유동으로 열을 전달하도록 구성된, 상기 가스화기와, 상기 합성 가스 냉각기와 유동 연통하여 결합된 반응 용기를 포함하고, 반응 용기는 유체의 유동을 받아들이고 발열 시프트 반응에서 열을 발생시키도록 구성된다. 시스템은 또한 반응 용기와 유동 연통하여 결합된 열교환기를 포함하고, 열교환기는 발생된 열을 사용하여 상대적으로 고압의 증기를 생산하도록 구성된다.

Description

통합 보일러 급수 가열 방법 및 시스템{METHODS AND SYSTEMS FOR INTEGRATED BOILER FEED WATER HEATING}
본 발명은 일반적으로 가스화 복합 발전(integrated gasification combined-cycle : IGCC) 발전 시스템에 관한 것으로서, 더 구체적으로 IGCC 시스템 내의 가스화기 합성 가스 냉각기와 시프트 시스템(shift system) 사이의 열전달을 최적화하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
적어도 몇몇의 공지된 IGCC 시스템은 적어도 하나의 전력 생산 터빈 시스템이 통합된 가스화 시스템을 포함한다. 예를 들어, 공지의 가스화기는 연료, 공기 또는 산소, 증기, 석회석 및/또는 다른 첨가제의 혼합물을 종종 "합성 가스(syngas)"로 불리는 일부 연소된 가스의 출력으로 변환한다. 고온 연소 가스는 가스 터빈 엔진의 연소기로 공급되고, 연소기는 파워 그리드(power grid)에 전력을 공급하는 발전기에 동력을 공급한다. 적어도 몇몇의 공지된 가스 터빈 엔진으로부터의 배기는 증기 터빈을 구동하기 위한 증기를 발생시키는 열 회수 증기 발생기로 공급된다. 증기 터빈에 의해 발생된 전력은 또한 파워 그리드에 전력을 제공하는 전기 발전기를 구동한다.
적어도 몇몇의 공지된 가스화 프로세스는 공급물 교환기를 갖는 별개의 시프트 열 회수 시스템을 사용한다. 그러한 구성은 시프트 반응기 내에서의 발열 반응을 개시하기 위해 가스화 공급물을 사전가열하기 위한 외부 열원을 필요로 한다. 이 구성에서의 사전가열은 중간 압력 및 중급 압력 증기의 생산을 야기하고, 이것은 프로세스의 다른 부분에서의 유용성을 제한하며 전체 플랜트 효율을 감소시킨다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결한 가스화기 시스템, 가스화기 시스템 작동 방법 및 가스화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 실시예에서, 가스화기 시스템은 합성 가스 냉각기를 포함하는 가스화기(gasifier)로서, 합성 가스 냉각기는 가스화기의 반응 구역으로부터 합성 가스 냉각기를 통한 유체의 유동으로 열을 전달하도록 구성된, 상기 가스화기와; 합성 가스 냉각기와 유동 연통하여 결합된 반응 용기를 포함하고, 반응 용기는 유체의 유동을 받아들이고 발열 시프트 반응(shift reaction)에서 열을 발생시키도록 구성된다. 시스템은 또한 반응 용기와 유동 연통하여 결합된 열교환기를 포함하고, 열교환기는 발생된 열을 사용하여 상대적으로 고압의 증기를 생산하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 가스화기 시스템을 작동하는 방법은 시프트 공급물의 유동을 시프트 반응기에 공급하는 단계와; 시프트 반응기 내에서 발열 시프트 반응을 이용하여 시프트 유출물의 유동에 열을 발생시키는 단계와; 시프트 유출물의 유동을 열교환기로 보내, 발생된 열을 사용하여 상대적으로 고압의 증기가 생산되는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 가스화 시스템은 압력 용기로서, 압력 용기 내의 반응 구역으로부터 열을 제거하도록 구성된 내부 합성 가스 냉각기를 포함하는, 상기 압력 용기와; 압력 용기와 유동 연통하고, 압력 용기로부터 합성 가스의 유동을 받아들이도록 구성된 시프트 반응기와; 제 1 열교환기의 제 1 회로와 유동 연통하는 고압 증기 공급물의 유동으로서, 제 1 열교환기는 고압 증기 공급물의 유동을 사전가열하도록 구성된, 상기 고압 증기 공급물의 유동을 포함한다.
도 1은 예시적인 공지의 가스화 복합 발전(IGCC) 발전 시스템의 개략 다이어그램,
도 2는 일체형 합성 가스 냉각기 및 시프트 시스템을 갖는 가스화기를 포함하는 도 1에 도시된 IGCC의 일부의 개략 다이어그램,
도 3은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 (도 1에 도시된) IGCC의 일부의 개략 다이어그램.
도 1은 예시적인 공지의 가스화 복합 발전(IGCC) 발전 시스템(50)의 개략 다이어그램이다. IGCC 시스템(50)은 일반적으로 메인 공기 압축기(52), 압축기(52)에 유동 연통하여 결합된 공기 분리 유닛(54), 공기 분리 유닛(54)에 유동 연통하여 결합된 가스화기(gasifier)(56), 가스화기(56)에 유동 연통하여 결합된 가스 터빈 엔진(10) 및 증기 터빈(58)을 포함한다. 작동시, 압축기(52)는 주위 공기를 압축한다. 압축된 공기는 공기 분리 유닛(54)으로 보내진다. 몇몇 실시예에서, 압축기(52)에 부가하여 또는 그 대안으로, 가스 터빈 엔진 압축기(12)로부터의 압축된 공기는 공기 분리 유닛(54)으로 공급된다. 공기 분리 유닛(54)은 가스화기(56)에 의한 사용을 위해 압축된 공기를 사용하여 산소를 발생시킨다. 더 구체적으로, 공기 분리 유닛(54)은 압축된 공기를 산소와 때때로 "프로세스 가스(process gas)"로 불리는 가스 부산물로 분리한다. 공기 분리 유닛(54)에 의해 발생된 프로세스 가스는 질소를 포함하고, 본 명세서에서는 "질소 프로세스 가스"로 언급될 것이다. 질소 프로세스 가스는 또한 산소 및/또는 아르곤과 같은 다른 가스를 포함할 수 있지만, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 질소 프로세스 가스는 약 95% 내지 약 100%의 질소를 포함한다. 산소 유동은 이하에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이 연료로서 가스 터빈 엔진(10)에 의한 사용을 위한 "합성 가스(syngas)"로 본 명세서에서 언급되는 일부 연소된 가스를 발생시키는데 사용하기 위해 가스화기(56)로 보내진다. 몇몇 공지의 IGCC 시스템(50)에서, 공기 분리 유닛(54)의 부산물인 질소 프로세스 가스 유동 중 적어도 일부는 대기로 배출된다. 또한, 몇몇 공지의 IGCC 시스템(50)에서, 질소 프로세스 가스 유동 중 일부는 엔진(10)의 배출 제어를 촉진하기 위해, 더 구체적으로 연소 온도를 감소시키고 엔진(10)으로부터의 아산화질소 배출을 감소시키는 것을 촉진하기 위해 가스 터빈 엔진 연소기(14) 내의 연소 구역(미도시됨) 안에 분사된다. IGCC 시스템(50)은 연소 구역 안에 분사되기 전에 질소 프로세스 가스 유동을 압축하기 위한 압축기(60)를 포함할 수 있다.
가스화기(56)는 연료, 공기 분리 유닛(54)에 의해 공급된 산소 및/또는 석회석의 혼합물을 연료로서 가스 터빈 엔진(10)에 의한 사용을 위한 합성 가스의 출력으로 변환한다. 비록 가스화기(56)가 임의의 연료를 사용할 수 있지만, 몇몇 공지의 IGCC 시스템(50)에서, 가스화기(56)는 석탄, 석유 코크(petroleum coke), 잔유(residual oil), 오일 에멀전(oil emulsion), 타르 샌드(tar sand) 및/또는 다른 유사한 연료를 사용한다. 몇몇 공지의 IGCC 시스템(50)에서, 가스화기(56)에 의해 발생된 합성 가스는 이산화탄소를 포함한다. 가스화기(56)에 의해 발생된 합성 가스는 연소를 위해 가스 터빈 엔진 연소기(14)로 보내지기 전에 클린업(clean-up) 장치(62)에서 클리닝될 수 있다. 이산화탄소는 클린업 동안 합성 가스로부터 분리될 수 있고, 몇몇 공지의 IGCC 시스템(50)에서 대기로 배출될 수 있다. 가스 터빈 엔진(10)으로부터의 동력 출력은 파워 그리드(미도시됨)에 전력을 공급하는 발전기(64)를 구동시킨다. 가스 터빈 엔진(10)으로부터의 배기 가스는 증기 터빈(58)을 구동시키기 위한 증기를 발생시키는 열 회수 증기 발생기(heat recovery steam generator)(HRSG)(66)로 공급된다. 증기 터빈(58)에 의해 발생된 동력은 파워 그리드에 전력을 제공하는 전기 발전기(68)를 구동시킨다. 몇몇 공지의 IGCC 시스템(50)에서, HRSG(66)로부터의 증기는 합성 가스를 발생시키기 위해 가스화기(56)로 공급된다.
예시적인 실시예에서, 가스화기(56)는 가스화기(56)를 통과하여 연장하는 분사 노즐(70)을 포함한다. 분사 노즐(70)은 분사 노즐(70)의 말단부(74)에 노즐 팁(72)을 포함한다. 분사 노즐(70)은 유체의 스트림이 노즐 팁(72)의 적어도 일부분의 온도를 감소시키는 것을 촉진하도록 노즐 팁(72)에 가까이 유체의 스트림을 지향시키도록 구성된 포트(도 1에 미도시됨)를 더 포함한다. 예시적인 실시예에서, 분사 노즐(70)은 암모니아의 스트림이 노즐 팁(72)의 적어도 일부분의 온도를 감소시키는 것을 촉진하도록 노즐 팁(72)에 가까이 암모니아의 스트림을 지향시키도록 구성된다.
예시적인 실시예에서, IGCC 시스템(50)은 가스화기(56)로부터 배출된 합성 가스의 스트림으로부터의 응축물을 받아들이도록 구성된 합성 가스 응축물 스트리퍼(condensate stripper)를 포함한다. 응축물은 전형적으로 응축물 안에 용해된 소정량의 암모니아를 포함한다. 용해된 암모니아의 적어도 일부는 가스화기(56) 내의 질소 가스 및 수소의 결합으로부터 가스화기(56) 안에서 형성된다. 응축물로부터 용해된 암모니아를 제거하기 위해, 응축물은 응축물의 비등(boiling)을 유도하기에 충분한 온도까지 온도상승된다. 제거된 암모니아는 스트리퍼(76)로부터 배출되고, 가스화기의 압력보다 더 높은 압력에서 가스화기(56)로 복귀되어, 노즐 팁(72)에 가까운 가스화기의 상대적으로 고온의 영역에서 분해된다. 암모니아는 노즐 팁(72)에 가까운 고온 영역의 근방에서의 암모니아의 유동이 노즐 팁(72)을 냉각하는 것을 촉진하도록 분사된다.
도 2는 일체 방사형의 합성 가스 냉각기(202)를 갖는 가스화기(56)와 시프트 시스템(204)을 포함하는, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 IGCC(50)의 일부분의 개략 다이어그램이다. 비록 일체 방사형의 합성 가스 냉각기로서 도 2에 도시되지 않았지만, 다른 실시예에서 냉각기(202)는 가스화기(56)로부터 분리된 용기 안에 위치될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 합성 가스의 유동은 도관(203)을 통해 시프트 시스템(204)으로 보내지고, 시프트 시스템(204)은 시프트 녹 아웃 드럼(shift knock out drum)(206)을 포함하며, 시프트 녹 아웃 드럼(206)은 시프트 녹 아웃 드럼(206) 안에 수집될 수 있고 펌프(208)를 사용하여 가스화기(56) 안으로 다시 펌핑될 수 있는 응축물로부터의 결과적인 강하에 따른 합성 가스 유동의 팽창을 가능하게 한다. 합성 가스 유출물은 열교환기(210)로 보내지고, 열교환기(210)에서 열교환기(210)의 튜브를 통과하여 유동하는 응축된 고압 증기의 유동은 그것의 열 함유량 중 일부를 녹 아웃된 합성 가스로 전달한다. 예시적인 실시예에서, 합성 가스의 온도는 대략 450℉로부터 대략 550℉까지 상승된다. 사전가열된 합성 가스는 2스테이지 시프트 반응기(212)로 보내지고, 2스테이지 시프트 반응기(212)에서 발열 촉매 반응이 다음의 공식에 의해 일산화탄소 및 물을 이산화탄소 및 수소로 변환한다.
CO + H2O ⇔ CO + H2 (1)
예시적인 실시예에서, 시프트 반응기(212)의 두 스테이지 사이의 중간 지점에서, 일부 시프트된 가스가 시프트 반응기(212) 안에 다시 들어가기 전에 적어도 하나의 열교환기(214)로 보내져 제 2 시프트 반응을 겪는다. 시프트된 합성 가스는 시프트된 합성 가스로부터의 열을 사용하여 고압 증기 급수를 사전가열하는 것을 촉진하는 이코노마이저(216)를 통해 보내진다. 고압 증기는 시스템(50) 전체에 걸친 사용을 위해 가스화기 증기 드럼(218) 안에 수집된다.
시동 동안, 합성 가스 냉각기(202)로부터의 고온 급수가 시프트 공급물을 사전가열하기 위해 사용된다. 고온의 시프트 유출 가스는 열교환기(214) 안에 고압 증기를 발생시키고 합성 가스 냉각기(202)로의 급수를 사전가열한다. 이 구성은 중간 압력 증기 및 저압 증기를 발생시키는 일 없이 고압 증기만의 발생을 가능하게 하고, 별개의 시동 시프트 사전가열기에 대한 필요성을 제거한다. 이것은 또한 최대 증기 발생을 위해 합성 가스 냉각기에 최대로 이코노마이징된 보일러 급수를 제공한다.
도 3은 일체 방사형의 합성 가스 냉각기(202)를 갖는 가스화기(56)와 시프트 시스템(302)을 포함하는, 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 IGCC(50)의 일부분의 개략 다이어그램이다. 다른 실시예에서, 냉각기(202)는 가스화기(56)와 유동 연통하여 결합된 별개의 용기 안에 위치된다. 예시적인 실시예에서, 합성 가스의 유동은 도관(203)을 통해 시프트 녹 아웃 드럼(206)으로 보내진다. 시프트 녹 아웃 드럼(206)은 시프트 녹 아웃 드럼(206) 안에 수집되고 펌프(208)를 사용하여 가스화기(56) 안으로 다시 펌핑되는 응축물로부터의 결과적인 강하에 따른 합성 가스 유동의 팽창을 가능하게 한다. 시프트 녹 아웃 드럼(206)으로부터의 합성 가스 유출물은 열교환기(210)로 보내지고, 열교환기(210)에서, 열교환기(210)의 튜브를 통과하여 유동하는 예를 들어 HRSG(66)로부터의 응축된 고압 증기 또는 급수의 유동은 그것의 열 함유량 중 일부를 녹 아웃된 합성 가스로 전달한다. 예시적인 실시예에서, 합성 가스의 온도는 대략 450℉로부터 대략 550℉까지 상승된다. 사전가열된 합성 가스는 도관(306)을 통해 시프트 반응기(304)로 보내지고, 시프트 반응기(304)에서 발열 촉매 반응은 일산화탄소 및 물을 이산화탄소 및 수소로 변환한다. 발열 반응의 열은 빠져나가는 합성 가스의 온도를 대략 550℉로부터 대략 800℉까지 상승시킨다.
예시적인 실시예에서, 시프트된 합성 가스는, 시프트된 합성 가스로부터의 열을 사용하여 고압 증기 급수를 사전가열하고 시프트된 합성 가스를 대략 300℉로부터 대략 400℉까지 냉각하는 것을 촉진하는 이코노마이저(216)를 통해 보내진다. 합성 가스는 그 다음에 추가의 처리를 위해 저온 가스 냉각 유닛(미도시됨)으로 보내진다. 이코노마이징된 급수는 도관(308)을 통해 드럼(218)으로 보내진다.
시동 동안, 고온의 시프트 유출 가스는 이코노마이저(216) 안에서 HRSG로부터의 상대적으로 저온의 급수를 대략 300℉로부터 대략 600℉까지 사전가열하기 위해 사용된다. 시동이 진행되고 급수 온도가 증가함에 따라서, 급수는 도관(310)을 통해 드럼(218)으로 직접 보내질 수 있다.
IGCC 시스템 내의 가스화기, 합성 가스 냉각기 및 시프트 시스템 사이의 열전달을 최적화하는 가스화 시스템 및 방법의 예시적인 실시예가 위에서 상세하게 설명되었다. 예시된 가스화 시스템 구성요소는 본 명세서에 설명된 구체적인 실시예로 한정되지 않고, 오히려 각 시스템의 구성요소는 본 명세서에 설명된 다른 구성요소와 독립적으로 그리고 별개로 사용될 수 있다. 예를 들어, 위에서 설명된 가스화 시스템 구성요소는 또한 다른 IGCC 시스템 구성과 결합하여, 또는 가스 터빈 엔진 발전소 또는 복합 발전소와 별개로 사용될 수도 있다.
전술된 가스화 시스템 및 방법은 비용-효율적이고 신뢰성이 높다. 본 방법은 가스화기, 합성 가스 냉각기 및 시프트 시스템 사이의 열전달을 최적화하는 것을 가능하게 하고, 중간 압력 증기 및 저압 증기를 발생시키는 일 없이 고압 증기만의 발생을 가능하게 하며, 별개의 시동 시프트 사전가열기에 대한 필요성을 제거한다. 따라서, 본 명세서에 설명된 가스화 시스템 및 방법은 비용-효율적이고 신뢰할만한 방식으로 가스화 복합 발전(IGCC) 발전 시스템과 같은 가스화 시스템의 작동을 촉진한다.
본 발명이 다양한 구체적인 실시예의 견지에서 설명되었지만, 본 발명이 청구의 범위 내의 사상 및 범위 내의 변경과 함께 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
10 : 가스 터빈 엔진 12 : 가스 터빈 엔진 압축기
50 : IGCC 발전 시스템 52 : 메인 공기 압축기
54 : 공기 분리 유닛 56 : 가스화기
58 : 증기 터빈 60 : 압축기

Claims (20)

  1. 가스화기 시스템에 있어서,
    합성 가스 냉각기를 포함하는 가스화기(gasifier)로서, 상기 합성 가스 냉각기는 상기 가스화기의 반응 구역으로부터 상기 합성 가스 냉각기를 통한 유체의 유동으로 열을 전달하도록 구성된, 상기 가스화기와;
    상기 합성 가스 냉각기와 유동 연통하여 결합되고, 상기 유체의 유동을 받아들이고 발열 시프트 반응(exothermic shift reaction)에서 열을 발생시키도록 구성된 반응 용기와;
    상기 반응 용기와 유동 연통하여 결합되고, 급수(feedwater)의 유동을 냉각 및 가열 중 적어도 하나를 행하고 발생된 상기 열을 사용하여 상대적으로 고압의 증기를 생산하도록 구성된 하나 이상의 열교환기를 포함하는
    가스화기 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체의 유동은 합성 가스의 유동을 포함하고, 상기 합성 가스는 일산화탄소(CO)를 포함하며, 상기 시프트 반응은 적어도 수소, 이산화탄소 및 열을 생성하는 물과 CO의 반응을 포함하는
    가스화기 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환기는 상기 열교환기를 통해 급수의 유동을 운반하도록 구성된 급수 회로와, 상기 열교환기를 통해 합성 가스의 유동을 운반하도록 구성된 합성 가스 회로를 포함하고,
    상기 열교환기는 상기 합성 가스 회로의 유동으로부터 상기 급수 회로의 유동으로 열을 전달하도록 구성된
    가스화기 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    시프트된 합성 가스의 유동을 사용하여 급수의 유동을 사전가열하도록 구성된 이코노마이저(economizer)를 더 포함하는
    가스화기 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 용기는 시프트 반응기를 포함하는
    가스화기 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    제 2 시프트 반응기를 더 포함하는
    가스화기 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 시프트 반응기로의 공급 유동을 사전가열하도록 구성된 시프트 열교환기를 더 포함하는
    가스화기 시스템.
  8. 가스화기 시스템을 작동하는 방법에 있어서,
    시프트 공급물의 유동을 시프트 반응기에 공급하는 단계와;
    상기 시프트 반응기 내에서 발열 시프트 반응을 이용하여 시프트 유출물의 유동에 열을 발생시키는 단계와;
    상기 시프트 유출물의 유동을 열교환기로 보내, 상기 시프트 유출물과 급수 사이에서 열 중 적어도 하나가 전달되고, 발생된 상기 열을 사용하여 상대적으로 고압의 증기가 생산되는 단계를 포함하는
    가스화기 시스템 작동 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    응축된 고압 증기를 사용하여 상기 시프트 공급물을 사전가열하는 단계를 더 포함하는
    가스화기 시스템 작동 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열교환기에서 상기 응축된 고압 증기를 재가열하는 단계를 더 포함하는
    가스화기 시스템 작동 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 시프트 반응기 내에서 발열 시프트 반응을 이용하여 시프트 유출물의 유동에 열을 발생시키는 단계는, 2스테이지 시프트 반응기 내에서 발열 시프트 반응을 이용하여 시프트 유출물의 유동에 열을 발생시키는 것을 포함하는
    가스화기 시스템 작동 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    급수 공급원으로부터 상기 열교환기로 급수의 유동을 보내는 단계를 더 포함하는
    가스화기 시스템 작동 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 시프트 반응기로부터의 유출물로부터 상기 급수의 유동으로의 열전달을 촉진하도록 구성된 이코노마이저를 사용하여 상기 급수의 유동을 사전가열하는 단계를 더 포함하는
    가스화기 시스템 작동 방법.
  14. 가스화 시스템에 있어서,
    압력 용기로서, 상기 압력 용기 중 적어도 하나 내의 반응 구역으로부터 열을 제거하도록 구성된 합성 가스 냉각기를 포함하는, 상기 압력 용기 및 별개의 가스화기 용기와;
    상기 압력 용기와 유동 연통하고, 상기 압력 용기로부터 합성 가스의 유동을 받아들이도록 구성된 시프트 반응기와;
    제 1 열교환기의 제 1 회로와 유동 연통하는 고압 증기 공급물의 유동으로서, 상기 제 1 열교환기는 상기 고압 증기 공급물의 유동을 사전가열하도록 구성된, 상기 고압 증기 공급물의 유동을 포함하는
    가스화 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 열교환기는 상기 제 1 회로와 열전달 연통하는 제 2 회로를 포함하는
    가스화 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 시프트 반응기는 상기 압력 용기로부터의 합성 가스의 발열 시프트 반응을 촉진하도록 구성된
    가스화 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 시프트 반응기와 유동 연통하는 제 2 열교환기를 더 포함하고, 상기 제 2 열교환기는 상기 발열 반응으로부터 전달된 열을 사용하여 상대적으로 고압의 증기를 발생시키도록 구성된
    가스화 시스템.
  18. 제 14 항에 있어서,
    응축된 고압 증기의 유동으로부터 상기 가스화기로부터의 합성 가스의 유동으로 열을 전달하도록 구성된 제 3 열교환기를 더 포함하는
    가스화 시스템.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 합성 가스 냉각기로부터의 상대적으로 고온의 급수는, 상기 시프트 반응기로의 공급물의 유동을 사전가열하기 위해 사용되는
    가스화 시스템.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 시프트 반응기 내에서의 상기 발열 반응을 개시하는 열은 상기 합성 가스 냉각기로부터 전달되는
    가스화 시스템.
KR1020107020739A 2008-02-21 2009-01-22 통합 보일러 급수 가열 방법 및 시스템 KR101584382B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/034,974 US8673034B2 (en) 2008-02-21 2008-02-21 Methods and systems for integrated boiler feed water heating
US12/034,974 2008-02-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100123874A true KR20100123874A (ko) 2010-11-25
KR101584382B1 KR101584382B1 (ko) 2016-01-13

Family

ID=40933828

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020107020739A KR101584382B1 (ko) 2008-02-21 2009-01-22 통합 보일러 급수 가열 방법 및 시스템

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8673034B2 (ko)
KR (1) KR101584382B1 (ko)
CN (1) CN102186956B (ko)
CA (1) CA2715493C (ko)
DE (1) DE112009000341B4 (ko)
WO (1) WO2009105305A2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190085009A (ko) * 2016-11-09 2019-07-17 8 리버스 캐피탈, 엘엘씨 통합 수소 생산을 구비하는 동력 생산을 위한 시스템들 및 방법들

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8268023B2 (en) 2010-04-26 2012-09-18 General Electric Company Water gas shift reactor system for integrated gasification combined cycle power generation systems
DE102011015355A1 (de) * 2011-03-28 2012-10-04 E.On Ruhrgas Ag Verfahren und Anlage zum Erzeugen von Brenngas und elektrischer Ennergie
PL2748436T3 (pl) * 2011-09-20 2017-11-30 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Reaktor zgazowywania
CN104484036A (zh) * 2014-12-04 2015-04-01 广州视源电子科技股份有限公司 电子设备开机方法、电子设备及其开机设备
WO2020250194A1 (en) 2019-06-13 2020-12-17 8 Rivers Capital, Llc Power production with cogeneration of further products
KR102536353B1 (ko) * 2021-10-27 2023-05-26 두산에너빌리티 주식회사 복합 발전 시스템 및 복합 발전 시스템의 운영 방법
US11691874B2 (en) 2021-11-18 2023-07-04 8 Rivers Capital, Llc Apparatuses and methods for hydrogen production

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3345027A1 (de) 1983-12-13 1985-06-13 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren zur aufbereitung von synthesegasen
US4831817A (en) 1987-11-27 1989-05-23 Linhardt Hans D Combined gas-steam-turbine power plant
US5081845A (en) 1990-07-02 1992-01-21 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated air separation plant - integrated gasification combined cycle power generator
DE4109231C2 (de) 1991-03-21 1995-01-26 Noell Dbi Energie Entsorgung Verfahren zur Verwertung halogenbelasteter kohlenstoffhaltiger Abfallstoffe
JP2590051B2 (ja) 1992-12-30 1997-03-12 コンバッション エンヂニアリング インコーポレーテッド 高性能石炭ガス化装置
KR960700400A (ko) 1992-12-30 1996-01-20 아더 이. 퍼니어 2세 융화된 가스화 복합 싸이클 시스템(Control system for integrated gasification combined cycle system)
US5628183A (en) 1994-10-12 1997-05-13 Rice; Ivan G. Split stream boiler for combined cycle power plants
GB2296255A (en) 1994-12-21 1996-06-26 Jacobs Eng Ltd Production of electricity and hydrogen
US5955039A (en) 1996-12-19 1999-09-21 Siemens Westinghouse Power Corporation Coal gasification and hydrogen production system and method
JP3973772B2 (ja) 1998-08-28 2007-09-12 株式会社東芝 石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラント
NO990812L (no) 1999-02-19 2000-08-21 Norsk Hydro As Metode for Õ fjerne og gjenvinne CO2 fra eksosgass
US6256994B1 (en) 1999-06-04 2001-07-10 Air Products And Chemicals, Inc. Operation of an air separation process with a combustion engine for the production of atmospheric gas products and electric power
US6263659B1 (en) 1999-06-04 2001-07-24 Air Products And Chemicals, Inc. Air separation process integrated with gas turbine combustion engine driver
MXPA02007407A (es) 2000-02-01 2003-09-05 Texaco Development Corp Integracion de reactores de desciacion e hidrotratadores.
GB0025552D0 (en) 2000-10-18 2000-11-29 Air Prod & Chem Process and apparatus for the generation of power
JP4521202B2 (ja) 2004-02-24 2010-08-11 株式会社東芝 蒸気タービン発電プラント
US7931710B2 (en) 2005-07-27 2011-04-26 Babcock & Wilcox Power Generation Group, Inc. Steam generator to contain and cool synthesis gas
DE202005021662U1 (de) 2005-09-07 2009-03-05 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Erzeugung von Synthesegasen durch Partialoxidation von aus aschehaltigen Brennstoffen erzeugten Slurries mit Teilquenchung und Abhitzegewinnung
US7690204B2 (en) * 2005-10-12 2010-04-06 Praxair Technology, Inc. Method of maintaining a fuel Wobbe index in an IGCC installation
US8142528B2 (en) 2005-11-30 2012-03-27 General Electric Company Methods and systems of reducing viscosity of gasification system slag
CN101050390B (zh) 2007-04-27 2011-04-27 中国石化集团宁波工程有限公司 一种与粉煤气化配套的co变换工艺
US7879119B2 (en) * 2007-07-20 2011-02-01 Kellogg Brown & Root Llc Heat integration and condensate treatment in a shift feed gas saturator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190085009A (ko) * 2016-11-09 2019-07-17 8 리버스 캐피탈, 엘엘씨 통합 수소 생산을 구비하는 동력 생산을 위한 시스템들 및 방법들

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009105305A2 (en) 2009-08-27
CN102186956B (zh) 2015-02-04
DE112009000341B4 (de) 2024-02-01
CN102186956A (zh) 2011-09-14
KR101584382B1 (ko) 2016-01-13
DE112009000341T5 (de) 2010-12-30
US8673034B2 (en) 2014-03-18
US20090211155A1 (en) 2009-08-27
WO2009105305A3 (en) 2011-10-06
CA2715493A1 (en) 2009-08-27
CA2715493C (en) 2016-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101584382B1 (ko) 통합 보일러 급수 가열 방법 및 시스템
US8959885B2 (en) Heat recovery from a gasification system
EP1982053B1 (en) Method for increasing the efficiency of an integrated gasification combined cycle
CN1162643C (zh) 部分气化空气预热燃煤联合循环发电系统及方法
US20100024432A1 (en) Method for improved efficiency for IGCC
KR20110114546A (ko) 가스화기에서 유래하는 합성가스를 활용하기 위한 방법
JPS61155493A (ja) 総合複合サイクル・システム
EP2251626A2 (en) Efficiently compressing nitrogen in a combined cycle power plant
JP2008151121A (ja) 低エミッション燃焼のためのシステム及び方法
KR20110076882A (ko) 석탄 가스화 및 직접 제철 방법 및 그 시스템
US8186177B2 (en) Systems for reducing cooling water and power consumption in gasification systems and methods of assembling such systems
US4387561A (en) Utilization of coal powering a gas turbine engine
JP2001354974A (ja) 燃料ガス化方法およびその装置
US20110243804A1 (en) Method and system for superheating steam
US20130081403A1 (en) Gas turbine power generation plant and method for operating such a plant
JP5461299B2 (ja) ガス化発電プラント
Long III et al. Development and Analysis of an Integrated Mild-Partial Gasification Combined (IMPGC) Cycle: Part 2—Comparison With Other Power Generation Systems
JP3225940U (ja) 省発電設備型石炭ガス化複合発電設備
JP6014319B2 (ja) 合成ガスからのガス状副生成物の除去システム
JPS63285230A (ja) 石炭ガス化複合発電プラント
CN116221715A (zh) 一种富氧燃烧系统
US8701412B2 (en) System for recovering heat from a biomass gasifier
JP3692206B2 (ja) 排気再燃コンバインドサイクルプラント
JP4534350B2 (ja) 排気再燃コンバインドサイクル
JP2012117796A (ja) エネルギー回収装置及び石炭ガス化発電プラント

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190102

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191217

Year of fee payment: 5