KR20110035508A - 공기와 순산소 겸용 미분탄 연소 보일러 시스템 - Google Patents

공기와 순산소 겸용 미분탄 연소 보일러 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기와 순산소 겸용 미분탄 연소 보일러 시스템에 관한 것으로서, 미분탄을 연소하는 보일러와 연소가스를 이용하여 공기나 또 다른 가스를 가열하는 가스예열기, 연소가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 건식집진기, 연소가스를 분배하는 다수의 가스분배기, 연소가스에 포함된 황산화물을 제거하는 탈황장치, 연소가스를 대기로 방출하는 연돌, 연소가스에 포함된 미세입자를 포집하는 습식집진진기, 연소가스로부터 수분을 응축시켜 분리하는 응축기, 연소가스에 포함된 이산화탄소를 회수하는 이산화탄소 회수설비, 수분이 제거된 연소가스의 온도를 높여주는 가열기, 공기 운전 또는 순산소 운전을 선택하고 연소가스와 순산소를 혼합하는 가스혼합기, 석탄을 분쇄시키는 미분기를 포함하여 필요에 따라 보일러 시스템의 출력을 변동시키거나 정지하지 않고 연속적으로 공기 미분탄 연소 보일러 시스템 운전과 순산소 미분탄 연소 보일러 시스템 운전을 자유자재로 실행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 시스템의 출력을 변동시키거나 정지하지 않고 연속적으로 운전하는 도중에도 필요에 따라 자유자재로 공기 미분탄 연소 보일러 시스템 운전과 순산소 미분탄 연소 보일러 시스템 운전을 할 수 있어 시스템 이용율을 극대화 할 수 있는 효과가 있다.

Description

공기와 순산소 겸용 미분탄 연소 보일러 시스템{Dual Pulverized Coal Combustion Boiler System}
본 발명은 공기와 순산소 겸용 미분탄 연소 보일러 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미분탄이 보일러 내부에서 연소할 때 산화제로 공기만을 사용하였으나, 산화제로 공기는 물론 순산소도 사용이 가능한 공기와 순산소 겸용 미분탄 연소 보일러 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 발전용에 사용되는 종래의 공기 미분탄 연소 보일러 시스템은, 도 1에 보인 바와 같이, 석탄(130)을 미분기(140)로 분쇄하여 공기와 함께 보일러(10)로 공급하게 되면 보일러 내부에서 연소되어 고온의 열과 함께 여러 종류의 가스상 물질과 고체상 물질인 석탄회가 포함된 연소가스가 생성된다. 이 때 생성된 고온의 연소가스는 복사와 대류 및 전도에 의해 보일러 수냉벽과 다수의 열교환기에 흐르는 매체에 열을 전달하고 보일러 밖으로 나오게 된다. 보일러를 통과한 연소가스(20)는 가스예열기(30)에서 차가운 공기(100)에 열을 전달하여 가열공 기(120)로 만들고 건식집진기(40)로 들어간다. 건식집진기(40)에 유입된 연소가스는 입자상 물질인 석탄회가 포집된 다음에 탈황설치(70)로 보내진다. 탈황장치(70)에서는 연소가스 중에 포함되어 있는 황산화물을 제거한 후에 연돌(80)로 보내져 대기로 방출된다.
이러한 종래의 공기 미분탄 연소 보일러 시스템은, 집진기에서 먼지를 제거하고, 탈황장치에서 환산화물을 제거할 수 있으나, 보일러에서 연소 중에 생성된 이산화탄소를 회수하지 못하고 연돌을 통해 대기로 방출하게 됨으로써 지구온난화를 가속시키는 문제점이 있었다.
또한, 순산소 미분탄 연소 보일러 시스템은 연소가스 중에 포함된 이산화탄소 회수를 희망하지 않거나, 이산화탄소 회수설비의 고장이 발생된 경우에도 많은 손해를 감수하고 운전을 지속하거나 보일러 시스템 전체의 가동을 중단해야 하는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 필요에 따라 공기 미분탄 연소 보일러 시스템으로 운전하거나, 순산소 미분탄 연소 보일러 시스템으로 운전할 수 있도록 하여, 그 이용율을 극대화한 보일러 시스템을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 미분탄을 연소하는 보일러와 연소가스를 이용하여 공기나 또 다른 가스를 가열하는 가스예열기, 연소가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 건식집진기, 연소가스를 분배하는 다수의 가스분배기, 연소가스에 포함된 황산화물을 제거하는 탈황장치, 연소가스를 대기로 방출하는 연돌, 연소가스에 포함된 미세입자를 포집하는 습식집진진기, 연소가스로부터 수분을 응축시켜 분리하는 응축기, 연소가스에 포함된 이산화탄소를 회수하는 이산화탄소 회수설비, 수분이 제거된 연소가스의 온도를 높여주는 가열기, 공기 운전 또는 순산소 운전을 선택하고 연소가스와 순산소를 혼합하는 가스혼합기, 석탄을 분쇄시키는 미분기를 포함하여 필요에 따라 보일러 시스템의 출력을 변동시키거나 정지하지 않고 연속적으로 공기 미분탄 연소 보일러 시스템 운전과 순산소 미분탄 연소 보일러 시스템 운전을 자유자재로 실행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 시스템의 출력을 변동시키거나 정지하지 않고 연속적으로 운전하는 도중에도 필요에 따라 자유자재로 공기 미분탄 연소 보일러 시스템 운전과 순산소 미분탄 연소 보일러 시스템 운전을 할 수 있어 시스템 이용율을 극대화 할 수 있는 효과가 있다.
즉, 보일러에서 연소 중에 발생한 연소가스에 포함된 이산화탄소를 회수하고자 할 경우에는 순산소 미분탄 연소 보일러 시스템으로 운전하여 이산화탄소를 회 수하고, 연소가스에 포함된 이산화탄소를 회수할 필요가 없거나 이산화탄소 회수설비의 고장 발생으로 이산화탄소를 회수하지 못하게 될 경우에는 공기 미분탄 연소 보일러 시스템으로 운전할 수 있다. 이와 같이 필요에 따라 공기 미분탄 연소 보일러 시스템 운전과 순산소 미분탄 연소 보일러 시스템 운전이 용이하게 됨으로써 출력변동이나 시스템 정지 없이 연속적으로 보일러 시스템을 운전할 수 있다.
이하 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 참조로 하여 자세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 일반적으로 발전용에 사용되는 공기 미분탄 연소 보일러 시스템의 기능과 함께 순산소 미분탄 연소 보일러 시스템의 기능을 겸용할 수 있도록 되어 있다.
도 2는 본 발명의 공기와 순산소 겸용 미분탄 연소 보일러 시스템의 전체적인 구성도이고, 도 3은 공기 미분탄 연소 보일러 시스템 운전 흐름도이고, 도 4는 순산소 미분탄 연소 보일러 시스템 운전 흐름도이다. 도면에서 점선 표시는 흐름이 정지된 상태를 나타낸다.
공기 미분탄 연소 운전조건에서는, 도 3에 보인 바와 같이, 보일러를 통과한 연소가스(20)가 이송되는 연결통로에 부착되어 고온의 가스와 저온의 가스가 서로 혼합되지 않고 열전달에 의해서 열교환이 되는 가스예열기(30), 이 가스예열기(30) 출구측에 연결되어 연소가스에 포합된 입자상 물질을 포집하는 건식집진기(40), 제 1 가스분배기(50), 제2 가스분배기(60), 탈황장치(70), 연돌(80) 순서를 거쳐 대기로 방출된다. 공기 순산소 연소 운전조건에서는, 도 4에 보인 바와 같이, 보일러를 통과한 연소가스(20)가 가스예열기(30)와 건식집진기(40)를 거쳐 제1 가스분배기(50)로 들어간다. 제1 가스분배기(50) 들어온 연소가스의 일부는 가스혼합기(90)로 보내지고 나머지는 제2 가스분배기(60)로 보내진다. 가스혼합기(90)에 들어온 연소가스는 순산소(110)와 혼합되어 가스예열기(30)에서 가열된 후에 보일러(10)로 보내진다. 제2 가스분배기(60)에 들어온 연소가스는 습식집진기(150)를 통과하게 되고 습식집진기(150)에서는 연소가스 중에 포함된 미세한 입자상 물질이 포집된다. 습식집진기(150)를 통과한 연소가스는 응축기(160)에서 급냉시켜 수분(180)을 제거하고 제3 가스분배기(170)으로 보내진다. 제3 가스분배기(170)에 들어온 연소가스의 일부는 가열기(200)로 보내지고 나머지는 이산화탄소 회수설비(210)로 보내진다. 가열기(200)에 들어온 연소가스는 응축기에서 회수된 열 회수열(190)을 공급받아 승온되어 미분기(140)로 보내진다. 미분기(140)에서는 가열기로부터 공급된 연소가스를 이용하여 미분된 석탄을 보일러로 공급한다. 제3 가스분배기(170)에서 가열기(200)로 보내지고 남은 연소가스는 이산화탄소 회수장치(210)로 보내진다.
본 발명인 공기와 순산소 겸용 미분탄 연소 보일러 시스템에서 건식집진기(40)를 통과한 연소가스는 제1 가스분배기(50)에서 공기 미분탄 또는 순산소 미분탄 연소 운전조건에 따라 연소가스를 분배하며, 공기 미분탄 연소 운전조건인 경우 전량의 연소가스는 제2 가스분배기(60)로 보내지고, 순산소 미분탄 연소 운전조건인 경우 보일러의 전체적인 균형이 유지되도록 하기 위하여 연소가스의 일부는 가스혼합기(90)로 보내고 나머지는 제2 가스분배기(60)로 보내진다. 제2 가스분배기(60)에 유입된 연소가스는 공기 미분탄 연소 운전조건인 경우 전량 탈황장치(70)로 보내져 황산화물이 제거된 다음 연돌(80)로 보내져 대기로 방출되며, 순산소 미분탄 연소 운전조건인 경우에는 전량 습식집진기로 보내져 미세한 입자상 물질이 제거된 후에 응축기(160)로 보내진다. 응축기(160)에 유입된 연소가스는 저온으로 냉각시켜 수분(180)을 제거하고 제3 가스분배기(170)으로 보내지고, 제3 가스분배기(170)에서는 석탄(130)의 유량에 비례하여 연소가스의 일부는 가열기(200)로 보내고 나머지는 이산화탄소 회수장치(210)에 보내진다. 즉, 제3 가스분배기(170)는미분기(140)에서 공급되는 석탄의 양에 비례하여, 연소가스를 가열기(200)로 공급하고 나머지는 이산화탄소 회수설비로 보내지도록 분배시키게 된다. 응축기(160)에서 직접 이산화탄소 회수장치(210)으로 보내는 것도 가능하다.
가열기(200)에 유입된 연소가스는 응축기(160)에서 열교환에 의해 회수된 회수열(190)을 사용하여 다시 가열되고, 미분기(140)로 보내져 분쇄된 미분탄과 함께 보일러(10)로 보내진다. 가스혼합기(90)는 공기 미분탄 연소 운전조건이 되면 제1 가스분배기(50)에서와 순산소(110)의 유입을 차단하고 공기(100) 만을 유입시키며, 순산소 미분탄 연소 운전조건이 되면 공기(100)의 유입을 차단하고 제1 가스분배기(50)을 통과한 연소가스와 순산소(110)를 유입시켜 혼합한 후 가스예열기(30)를 이용하여 승온시킨 후 보일러로 보내진다.
도 1은 기존의 공기 미분탄 연소 보일러 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명의 공기와 순산소 겸용 미분탄 연소 보일러 시스템 구성도이다.
도 3은 공기 미분탄 연소 보일러 시스템 운전 흐름도이다.
도 4는 순산소 미분탄 연소 보일러 시스템 운전 흐름도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 보일러 20 : 연소가스
30 : 가스예열기 40 : 건식집진기
50 : 제1 가스분배기 60 : 제2 가스분배기
70 : 탈황장치 80 : 연돌
90 : 가스혼합기 100 : 공기
110 : 순산소 120 : 가열가스
130 : 석탄 140 : 미분기
150 : 습식집진기 160 : 응축기
170 : 제3 가스분배기 180 : 수분
190 : 회수열 200 : 가열기
210 : 이산화탄소 회수설비

Claims (6)

  1. 공기와 미분탄 또는 순산소와 미분탄을 연소시키는 보일러와;
    상기 보일러에서 생성된 연소가스를 이송하는 연결통로 끝에 부착되어 고온의 가스와 저온의 가스가 서로 혼합되지 않고 열전달에 의해서 열교환이 되는 가스예열기;
    상기 가스예열기 출구측에 연결되어 연소가스에 포합된 입자상 물질을 포집하는 건식집진기;
    상기 건식집진기 출구측에 연결되어 두 갈래로 연소가스를 분배하되 한 쪽으로만 연소가스를 모두 보내거나 두 갈래로 나누어 보낼 수 있는 제1 가스분배기;
    상기 제1 가스분배기의 한 쪽 갈래에 연결되어 공기만 유입하거나 순산소와 제1 가스분배기에서 보내진 연소가스를 혼합하는 기능을 하는 가스혼합기;
    상기 제1 가스분배기의 다른 한 쪽 갈래에 연결되어 두 갈래로 연소가스를 분배하되 한 쪽으로만 연소가스를 모두 보내거나 두 갈래로 나누어 보낼 수 있는 제2 가스분배기;
    상기 제2 가스분배기의 한 쪽 갈래에 연결되어 연소가스에 포함된 황산화물을 제거하는 탈황장치;
    탈황장치에 연결되어 연소가스를 대기로 방출하는 연돌;
    상기 제2 가스분배기의 다른 한 쪽 갈래에 연결되어 연소가스에 포함된 미세한 입자를 포집하는 습식집진기와;
    습식집진기에 연결되어 연소가스를 냉각시켜 연소가스에 포함된 수분을 응축시켜 제거하는 응축기와;
    상기 응축기를 거쳐 들어온 연소가스 중에서 이산화탄소를 회수하는 이산화탄소 회수설비; 및
    운전조건에 따라 상기 가열기로부터 재순환 연소가스를 공급받거나 가스예열기로부터 가열공기를 공급받고, 다른 통로를 통해 들어온 석탄을 미분한 후 재순환 연소가스 또는 가열공기와 미분탄을 혼합하여 보일러로 공급하는 미분기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공기와 순산소 겸용 미분탄 연소 보일러 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 가스혼합기는 제1 가스분배기로부터 공급되는 재순환 연소가스, 대기로부터 공급되는 공기, 순산소생산설비로부터 공급되는 순산소의 비율을 조절하여 혼합시킨 다음 가스예열기로 보내주는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 공기와 순산소 겸용 미분탄 연소 보일러 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제1 가스분배기는 건식집진기에 연결되어 건식집진기로부터 들어온 연소가스를 제2 가스분배기로 전량 보내주거나 보일러 운전조건에 따라 연소가스를 제2 가스분배기와 가스혼합기로 나누어 보내주는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 공기와 순산소 겸용 미분탄 연소 보일러 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제2 가스분배기는 제1 가스분배기에 연결되어 제1 가스분배기로부터 공급된 연소가스를 운전조건에 따라 탈황장치 또는 습식집진기로 보내주는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 공기와 순산소 겸용 미분탄 연소 보일러 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 응축기에 연결되어 응축기로부터 공급된 연소가스를 미분기로 공급되는 석탄의 양에 비례하여 가열기로 연소가스를 공급하고, 나머지는 이산화탄소 회수설비로 보내주는 역할을 하는 제3 가스분배기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 공기와 순산소 겸용 미분탄 연소 보일러 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제3 가스분배기에 연결되어 제3 가스분배기로부터 공급된 연소가스를 응축기로부터 공급받은 열을 이용하여 온도를 높여주는 역할을 하는 가열기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 공기와 순산소 겸용 미분탄 연소 보일러 시스템.
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