KR20150020387A - Apparatus for power generation using waste incineration-solid oxide fuel cell integration - Google Patents

Apparatus for power generation using waste incineration-solid oxide fuel cell integration Download PDF

Info

Publication number
KR20150020387A
KR20150020387A KR20130095930A KR20130095930A KR20150020387A KR 20150020387 A KR20150020387 A KR 20150020387A KR 20130095930 A KR20130095930 A KR 20130095930A KR 20130095930 A KR20130095930 A KR 20130095930A KR 20150020387 A KR20150020387 A KR 20150020387A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
fuel
cathode
fuel cell
waste
Prior art date
Application number
KR20130095930A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101566980B1 (en
Inventor
최영재
Original Assignee
주식회사 포스코
재단법인 포항산업과학연구원
철강융합신기술연구조합
포스코에너지 주식회사
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 주식회사 포스코, 재단법인 포항산업과학연구원, 철강융합신기술연구조합, 포스코에너지 주식회사 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020130095930A priority Critical patent/KR101566980B1/en
Publication of KR20150020387A publication Critical patent/KR20150020387A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101566980B1 publication Critical patent/KR101566980B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

The present invention relates to a pretreatment apparatus of a solid oxide fuel cell and a pretreatment method thereof. The apparatus for combined power generation using waste incineration-solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention comprises a fuel cell unit for producing electric energy by the electrical chemical reaction with anode gas and cathode gas and discharging anode-off gas and cathode-off gas; a waste heat recovery unit for recovering the waste heat produced by incinerating waste; a cathode heat exchanger for heating the cathode gas with the waste heat and supplying the heated cathode gas to the fuel cell unit; an anode heat exchanger for heating the anode gas with the waste heat, and supplying the heated anode gas to the fuel cell unit; a humidification unit for heating the water introduced with the waste heat to produce vapor; and a reformer for producing the anode gas by reforming the supplied fuel gas with the vapor and supplying the anode gas to the anode heat exchanger.

Description

폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치 {Apparatus for power generation using waste incineration-solid oxide fuel cell integration}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as " solid oxide fuel cell &

본 출원은 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐기물 소각시 발생되는 폐열 및 열분해가스를 고체산화물 연료전지의 열원 및 연료가스로 이용할 수 있는 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a combined power generation apparatus for a waste incineration-solid oxide fuel cell, and more particularly, to a combined power generation apparatus for a waste incineration-solid oxide fuel cell. More particularly, the present invention relates to a waste incineration solid oxide fuel cell capable of using waste heat and pyrolysis gas generated during waste incineration as a heat source and a fuel gas of a solid oxide fuel cell And more particularly to a combined power generation apparatus for a fuel cell.

일반적인 연료전지들은 그 출력범위 및 용도 등이 다양하여 목적에 따라 적당한 연료전지를 선택할 수 있으며, 이 중에서도 고체산화물 연료전지(SOFC: Solid Oxide Fuel Cell)는 상대적으로 전해질의 위치 제어가 쉽고, 전해질의 위치가 고정되어 있어서 전해질 고갈의 위험성이 없으며, 부식성이 약하여 소재의 수명이 길다는 장점으로 인하여 분산 발전용, 상업용 및 가정용으로 각광을 받고 있다. In general, fuel cells have various output ranges and applications, so that a suitable fuel cell can be selected according to the purpose. Among them, a solid oxide fuel cell (SOFC) is relatively easy to control the position of an electrolyte, It has a fixed position and has no danger of electrolyte depletion. Because of its low corrosiveness, it has a long life span of material, and thus it is widely used for distributed power generation, commercial use and home use.

또한, 고체산화물 연료전지는 600~1000도 정도의 고온에서 작동되는 연료전지로서, 종래의 여러 형태의 연료전지들 중 가장 효율이 높고 공해가 적다.In addition, the solid oxide fuel cell is a fuel cell that operates at a high temperature of about 600 to 1000 degrees Celsius, and is the most efficient and pollution-free among various types of conventional fuel cells.

일반적인 고체산화물 연료전지는 산소 이온전도성의 치밀한 전해질층과 그 양면에 위치한 다공성의 공기극 및 연료극 층으로 이루어져 있다. 작동원리는 다공성의 공기극에서는 산소가 투과하여 전해질면에 이르고 산소의 환원반응에 의해 생성된 산소이온이 치밀한 전해질을 통해 연료극으로 이동하여 다시 다공성의 연료극에 공급된 수소와 반응함으로써 물을 생성하게 되고, 이때, 연료극에서는 전자가 생성되고 공기극에서는 전자가 소모되므로 두 전극을 서로 연결하면 전기가 흐르게 되는 것이다. 이러한 원리로 발생한 전기를 실제 사용하기 위해서는 일정한 수준의 전압 및 전류를 가져야하기 때문에, 여러 개의 단위전지를 연결재와 집전재를 사용하여 직렬 및 병렬로 연결한 스택으로 제작하여 전체 시스탬을 구성하게 된다.
Typical solid oxide fuel cells consist of a dense electrolyte layer with oxygen ion conductivity and porous cathode and anode layers located on both sides. In the porous cathode, oxygen permeates to the electrolyte surface, and the oxygen ions generated by the reduction reaction of oxygen move to the anode through the dense electrolyte and react with the hydrogen supplied to the porous anode to generate water At this time, electrons are generated in the fuel electrode and electrons are consumed in the air electrode, so that electricity flows when the two electrodes are connected to each other. In order to actually use the electricity generated by this principle, it is necessary to have a certain level of voltage and current. Therefore, a plurality of unit cells are formed as stacks connected in series and in parallel using a connecting material and a current collector.

공개특허공보 제2009-0045251호Published Japanese Patent Application No. 2009-0045251

본 출원은, 폐기물 소각시 발생되는 폐열 및 열분해가스를 고체산화물 연료전지의 열원 및 연료가스로 이용할 수 있는 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치를 제공하고자 한다.
The present application aims to provide a combined power generation apparatus for a waste incineration solid oxide fuel cell that can utilize waste heat and pyrolysis gas generated at the time of incineration of waste as a heat source and a fuel gas of a solid oxide fuel cell.

본 발명의 일 실시예에 의한 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치는, 유입되는 연료극가스 및 공기극가스를 이용하여 전기화학반응을 일으켜 전기에너지를 생성하고, 연료극배기가스 및 공기극배기가스를 배출하는 연료전지부; 폐기물을 소각하여 생성된 폐열을 회수하는 폐열회수부; 상기 폐열을 이용하여 상기 공기극가스를 가열하고, 상기 가열된 공기극가스를 상기 연료전지부로 공급하는 공기극열교환부; 상기 폐열을 이용하여 상기 연료극가스를 가열하고, 상기 가열된 연료극가스를 상기 연료전지부로 공급하는 연료극열교환부; 상기 폐열을 이용하여 유입되는 물을 가열하여 수증기를 생성하는 가습부; 및 공급되는 연료가스를 상기 수증기를 이용하여 개질(Reforming)하여 상기 연료극가스를 생성하고, 상기 연료극가스를 상기 연료극열교환부로 공급하는 개질부를 포함할 수 있다. A combined power generation apparatus for a waste incineration-solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention generates an electric energy by causing an electrochemical reaction using an incoming fuel electrode gas and a cathode electrode gas, A fuel cell unit for discharging the fuel; A waste heat recovery unit for recovering waste heat generated by incineration of waste; A cathode air heat exchanger for heating the cathode gas using the waste heat and supplying the heated cathode gas to the fuel cell unit; A fuel electrode heat exchanger for heating the fuel electrode gas using the waste heat and supplying the heated fuel electrode gas to the fuel cell unit; A humidifier for generating water vapor by heating the water to be introduced using the waste heat; And a reforming unit for reforming the supplied fuel gas using the steam to generate the fuel electrode gas and supplying the fuel electrode gas to the fuel electrode heat exchanging unit.

여기서, 상기 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치는, 상기 연료가스에 포함되는 황성분을 제거하는 탈황기; 및 상기 공기극배기가스와의 열교환을 이용하여, 상기 연료가스 및 수증기를 가열하는 연료가스열교환부를 더 포함할 수 있다. Here, the combined power generating apparatus of the waste incineration-solid oxide fuel cell includes a desulfurizer for removing sulfur components contained in the fuel gas; And a fuel gas heat exchanger for heating the fuel gas and the steam using heat exchange with the cathode exhaust gas.

여기서 상기 연료극열교환부는, 상기 연료극배기가스를 공급받아, 상기 연료극가스와 함께 상기 연료전지부로 공급할 수 있다.
Here, the fuel electrode heat exchanger may be supplied with the fuel electrode exhaust gas and supplied to the fuel cell unit together with the fuel electrode gas.

본 발명의 다른 실시예에 의한 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치는, 유입되는 연료극가스 및 공기극가스를 이용하여 전기화학반응을 일으켜 전기에너지를 생성하고, 연료극배기가스 및 공기극배기가스를 배출하는 연료전지부; 폐기물을 소각하여 생성된 폐열을 이용하여 상기 공기극가스를 가열하고, 상기 가열된 공기극가스를 상기 연료전지부로 공급하는 폐열회수부; 상기 연료극가스와 상기 공기극배기가스 사이의 열교환을 이용하여 상기 연료극가스를 가열하고, 상기 가열된 연료극가스를 상기 연료전지부로 공급하는 연료극열교환부; 공급되는 연료가스와 상기 공기극배기가스 사이의 열교환을 이용하여 상기 연료가스를 가열하는 연료가스열교환부; 및 상기 가열된 연료가스와 상기 연료극배기가스를 공급받고, 상기 연료극배기가스에 포함된 수증기로 상기 연료가스를 개질(Reforming)하여, 상기 연료극가스를 생성하는 개질부를 포함할 수 있다.
In another aspect of the present invention, there is provided a combined-cycle power generation apparatus for a waste incineration-solid oxide fuel cell according to another embodiment of the present invention, which generates an electric energy by using an anode gas and a cathode gas to generate an electric energy, A fuel cell unit for discharging the fuel; A waste heat recovery unit for heating the cathode gas using waste heat generated by incineration of waste and supplying the heated cathode gas to the fuel cell unit; A fuel electrode heat exchanger for heating the fuel electrode gas using heat exchange between the fuel electrode gas and the cathode exhaust gas and supplying the heated fuel electrode gas to the fuel cell unit; A fuel gas heat exchanger for heating the fuel gas using heat exchange between the supplied fuel gas and the cathode exhaust gas; And a reforming unit that is supplied with the heated fuel gas and the anode exhaust gas and reforms the fuel gas with steam contained in the anode exhaust gas to generate the anode gas.

본 발명의 다른 실시예에 의한 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치는, 유입되는 연료극가스 및 공기극가스를 이용하여 전기화학반응을 일으켜 전기에너지를 생성하고, 연료극배기가스 및 공기극배기가스를 배출하는 연료전지부; 폐기물을 소각하여 열분해가스를 생성하는 폐기물 소각부; 상기 열분해가스를 연소하여 고온의 배기가스를 발생시키는 연소부; 상기 배기가스와 상기 공기극가스 사이의 열교환을 이용하여 상기 공기극가스를 가열하고, 상기 가열된 공기극가스를 상기 연료전지부로 공급하는 공기극열교환부; 상기 배기가스와 상기 연료극가스 사이의 열교환을 이용하여 상기 연료극가스를 가열하고, 상기 가열된 연료극가스를 상기 연료전지부로 공급하는 연료극열교환부; 상기 배기가스와 유입되는 물 사이의 열교환을 이용하여 상기 물을 가열하여, 수증기를 생성하는 가습부; 및 상기 열분해가스와 수증기를 공급받고, 상기 수증기를 이용하여 상기 열분해가스를 개질(Reforming)하여 상기 연료극가스를 생성하며, 상기 연료극가스를 상기 연료극열교환부로 공급하는 개질부를 포함할 수 있다.
In another aspect of the present invention, there is provided a combined-cycle power generation apparatus for a waste incineration-solid oxide fuel cell according to another embodiment of the present invention, which generates an electric energy by using an anode gas and a cathode gas to generate an electric energy, A fuel cell unit for discharging the fuel; A waste incinerator for incinerating the waste to produce pyrolysis gas; A combustion unit for combusting the pyrolysis gas to generate a high temperature exhaust gas; A cathode air heat exchanger for heating the air cathode gas using heat exchange between the exhaust gas and the air cathode gas and supplying the heated air cathode gas to the fuel cell unit; A fuel electrode heat exchanger for heating the fuel electrode gas using heat exchange between the exhaust gas and the fuel electrode gas and supplying the heated fuel electrode gas to the fuel cell unit; A humidifier for heating the water by using heat exchange between the exhaust gas and the water to generate water vapor; And a reforming unit that receives the pyrolysis gas and steam, reforms the pyrolysis gas using the steam to generate the fuel cell gas, and supplies the fuel cell gas to the fuel cell heat exchanger.

본 발명의 다른 실시예에 의한 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치는, 유입되는 연료극가스 및 공기극가스를 이용하여 전기화학반응을 일으켜 전기에너지를 생성하고, 연료극배기가스 및 공기극배기가스를 배출하는 연료전지부; 상기 전기에너지를 이용하여 폐기물을 소각하고, 상기 폐기물 소각에 의하여 열분해가스를 생성하는 폐기물 소각부; 상기 폐기물 소각부에서 발생하는 폐열을 이용하여 상기 공기극가스를 가열하고, 상기 가열된 공기극가스를 상기 연료전지부로 공급하는 폐열회수부; 및 상기 열분해가스 및 상기 공기극배기가스를 공급받고, 상기 공기극배기가스와의 열교환을 이용하여 상기 열분해가스를 가열하며, 상기 가열된 열분해가스를 상기 연료극가스로 상기 연료전지부에 공급하는 연료극열교환부를 포함할 수 있다.
In another aspect of the present invention, there is provided a combined-cycle power generation apparatus for a waste incineration-solid oxide fuel cell according to another embodiment of the present invention, which generates an electric energy by using an anode gas and a cathode gas to generate an electric energy, A fuel cell unit for discharging the fuel; A waste incinerator for incinerating waste using the electric energy and generating pyrolysis gas by incineration of the waste; A waste heat recovery unit for heating the cathode gas using waste heat generated in the waste incinerator and supplying the heated cathode gas to the fuel cell unit; And a fuel electrode heat exchanging unit that receives the pyrolysis gas and the cathode exhaust gas, heats the pyrolysis gas using heat exchange with the cathode exhaust gas, and supplies the heated pyrolysis gas to the fuel cell unit as the fuel electrode gas .

덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
In addition, the means for solving the above-mentioned problems are not all enumerating the features of the present invention. The various features of the present invention and the advantages and effects thereof will be more fully understood by reference to the following specific embodiments.

본 발명의 일 실시예에 의한 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치는, 폐기물 소각공정에서 발생되는 열분해가스 및 폐열을 이용하여 고체산화물 연료전지를 구동시킬 수 있으므로, 효율적이 자원활용이 가능하다. The combined power generation apparatus of the waste incineration-solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention can drive the solid oxide fuel cell using pyrolysis gas and waste heat generated in a waste incineration process, thereby efficiently utilizing resources Do.

본 발명의 일 실시예에 의한 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치에 의하면, 폐기물 소각공정에서 발생되는 열분해가스 및 폐열을 이용하여 고체산화물 연료전지를 구동하는 동시에, 상기 고체산화물 연료전지에서 생성된 전기에너지를 이용하여 상기 폐기물 소각을 수행하는 것이 가능하다. According to the combined power generation apparatus for a waste incineration-solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, the solid oxide fuel cell is driven using pyrolysis gas and waste heat generated in a waste incineration process, It is possible to perform the incineration of the waste by using the generated electric energy.

본 발명의 일 실시예에 의한 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치에 의하면, 폐기물 소각과 고체산화물 연료전지를 이용한 발전이 함께 수행되므로, 설치공간의 제약을 줄어들고, 제작비용 및 운전비용을 획기적으로 절약할 수 있다.
According to the combined power generation apparatus for a waste incineration-solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention, incineration of wastes and power generation using a solid oxide fuel cell are performed at the same time, thereby limiting the installation space, It can save a lot of time.

도1a 및 도1b는 폐기물 소각장치 및 고체산화물 연료전지를 나타내는 블록도이다.
도2은 본 발명의 일 실시예에 의한 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치를 나타내는 블록도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치를 나타내는 블록도이다.
도4은 본 발명의 일 실시예에 의한 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치를 나타내는 블록도이다.
도5은 본 발명의 일 실시예에 의한 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치를 나타내는 블록도이다. Figures 1a and 1b are block diagrams illustrating a waste incineration apparatus and a solid oxide fuel cell.
2 is a block diagram illustrating a combined power generation apparatus for a waste incineration solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating a combined power generation apparatus for a waste incineration solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram illustrating a combined power generation apparatus for a waste incineration solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.
5 is a block diagram illustrating a combined power generation apparatus for a waste incineration-solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order that those skilled in the art can easily carry out the present invention. In the following detailed description of the preferred embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In the drawings, like reference numerals are used throughout the drawings.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
In addition, in the entire specification, when a part is referred to as being 'connected' to another part, it may be referred to as 'indirectly connected' not only with 'directly connected' . Also, to "include" an element means that it may include other elements, rather than excluding other elements, unless specifically stated otherwise.

도1a 및 도1b는 폐기물 소각장치 및 고체산화물 연료전지를 나타내는 블록도이다. Figures 1a and 1b are block diagrams illustrating a waste incineration apparatus and a solid oxide fuel cell.

도1a를 참조하면, 폐기물 소각장치는 전처리부(11), 폐기물소각부(12), 폐열회수부(13) 및 후처리부(14)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1A, a waste incineration facility may include a pretreatment unit 11, a waste incineration unit 12, a waste heat recovery unit 13, and a post-treatment unit 14.

상기 폐기물 소각장치에서 처리되는 폐기물은, 생활폐기물, 폐플라스틱, 목질계 폐기물을 비롯하여, 니켈, 크롬, 납, 수은 등의 중금속이 포함된 폐수슬러지, 하수종말처리장의 하수슬러지, 축산분뇨, 음식폐기물 처리장에서 발생하는 잔유물 등을 포함할 수 있으며, 특별히 종류가 제한되지는 않는다.The wastes to be treated in the waste incineration apparatus include wastewater sludge containing heavy metals such as nickel, chromium, lead and mercury, municipal waste, waste plastic, woody waste, sewage sludge of a sewage end treatment plant, Remnants generated at the treatment site, and the like, and the kind is not particularly limited.

먼저, 상기 폐기물을 소각하기 전에, 전처리부(11)를 이용하여 상기 폐기물의 분리, 건조 등의 처리를 수행할 수 있다. 이후, 상기 전처리부(11)에서 처리된 폐기물을 상기 폐기물소각부(12)에 공급하여 상기 폐기물을 소각할 수 있다. 상기 폐기물소각부(12)는 화격자 연소방식, 상연소방식, 유동층방식, 플라즈마 소각 등의 다양한 방식으로 상기 폐기물을 소각할 수 있다. 이때, 상기 폐기물소각부(12)에서 폐기물을 소각하게 되면, H2, CO, CH4, CO2, H2O, H2S, HCl, N2 등을 포함하는 고온의 열분해가스가 생성될 수 있다. First, before the waste is incinerated, the pretreatment unit 11 may be used to perform the treatment such as separation and drying of the waste. Thereafter, the waste treated in the pre-treatment unit 11 may be supplied to the waste incinerator 12 to incinerate the waste. The waste incinerator 12 may incinerate the waste by various methods such as a grate combustion method, an upper combustion method, a fluidized bed method, and a plasma incineration method. At this time, when the waste in the waste incineration section 12 to incineration, H 2, CO, CH 4, CO 2, H 2 O, H 2 S, HCl, N 2, etc. to be the thermal decomposition gas of high temperature is generated, including .

이후, 폐열회수부(13)는, 상기 폐기물소각부(12)의 폐기물 소각시에 발생하는 폐열을 열교환 등을 이용하여 회수할 수 있으며, 상기 회수된 폐열을 이용하여 스팀(steam)을 공급하거나, 열병합발전에 활용할 수 있다. Thereafter, the waste heat recovery unit 13 can recover the waste heat generated at the incineration of the waste in the waste incineration unit 12 using heat exchange or the like, and supply the steam using the recovered waste heat , And can be utilized for cogeneration power generation.

상기 폐기물소각부(12)에서 생성된 열분해가스에는 오염물질 등이 포함될 수 있으므로, 분진제거, 산성가스, 중금속제거, 질소산화물, 다이옥신류 등의 저감 등을 수행하는 후처리부(14)의 처리를 거쳐서 대기 중으로 배출될 수 있다.
The pyrolysis gas generated by the waste incineration unit 12 may contain contaminants and the like. Therefore, the post-treatment unit 14 that performs dust removal, acid gas, heavy metal removal, nitrogen oxides, dioxins, And can be discharged to the atmosphere through the air.

한편, 도1b를 참조하면, 고체산화물 연료전지는 연소부(21), 송풍기(22), 공기극열교환부(23), 연료전지부(24), 탈황기(25), 연료가스열교환부(26), 개질부(27), 연료극열교환부(28) 및 가습부(29)를 포함할 수 있다. 1B, the solid oxide fuel cell includes a combustion unit 21, a blower 22, a cathode electrode heat exchanger 23, a fuel cell unit 24, a desulfurizer 25, a fuel gas heat exchanger 26 A reforming section 27, a fuel electrode heat exchanging section 28, and a humidifying section 29.

먼저 송풍기(22)를 이용하여 연소부(21)로 공기를 불어넣을 수 있으며, 탈황기(25)를 통하여 황성분이 제거된 연료가스도 상기 연소부(21)로 공급될 수 있다. 여기서, 상기 연료가스는 천연가스(NG, Natural Gas)가 활용될 수 있다. First, air can be blown into the combustion unit 21 using the blower 22, and the fuel gas from which the sulfur component is removed through the desulfurizer 25 can also be supplied to the combustion unit 21. [ Here, the fuel gas may be natural gas (NG).

이후, 상기 연소부(21)는 상기 연료가스를 연소하여 고온의 배기가스를 생성할 수 있으며, 상기 배기가스는 공기극열교환부(23), 연료극열교환부(28) 및 가습부(29)에 순차적으로 공급될 수 있다. Thereafter, the combustion unit 21 can generate the high-temperature exhaust gas by burning the fuel gas. The exhaust gas is supplied to the air electrode heat exchanging unit 23, the fuel electrode heat exchanging unit 28, and the humidifying unit 29 sequentially As shown in FIG.

상기 공기극열교환부(23)에는 상기 송풍기(22)에 의하여 공기가 유입될 수 있으며, 상기 유입된 공기는 상기 배기가스에 의하여 가열된 후 상기 연료전지부(24)에 공기극가스로 공급될 수 있다. Air can be introduced into the air electrode heat exchanging unit 23 by the blower 22 and the introduced air can be supplied to the fuel cell unit 24 as a cathode gas after being heated by the exhaust gas .

상기 연료극교환부(28)에는 상기 탈황기(25), 연료가스열교환부(26) 및 개질부(27)를 거친 연료가스가 유입될 수 있으며, 상기 유입된 연료가스는 상기 배기가스에 의하여 가열된 후 상기 연료전지부(24)에 연료극가스로 공급될 수 있다. The fuel gas passing through the desulfurizer 25, the fuel gas heat exchanging unit 26 and the reforming unit 27 may be introduced into the fuel electrode exchanging unit 28. The introduced fuel gas may be heated And then supplied to the fuel cell unit 24 as an anode gas.

상기 가습부(29)에는 외부로부터 물이 공급되며, 상기 물은 상기 배기가스에 의하여 가열되어 수증기로 상변화하게 된다. 상기 가습부(29)에서 생성된 수증기는 연료가스열교환부(26)로 공급되며, 상기 연료가스열교환부(26)에서 상기 연료가스와 혼합될 수 있다. Water is supplied to the humidifying unit 29 from the outside, and the water is heated by the exhaust gas to be changed into water vapor. The water vapor generated in the humidifier 29 is supplied to the fuel gas heat exchanger 26 and can be mixed with the fuel gas in the fuel gas heat exchanger 26.

연료가스열교환부(26)는 탈황기(25)에 의하여 황성분이 제거된 연료가스와 상기 수증기가 유입되며, 상기 연료가스 및 수증기는 상기 연료전지부(24)에서 배출되는 공기극배출가스에 의하여 가열될 수 있다. The fuel gas heat exchanger 26 receives the fuel gas from which the sulfur component has been removed by the desulfurizer 25 and the steam, and the fuel gas and the steam are heated by the cathode exhaust gas discharged from the fuel cell unit 24 .

이후, 상기 가열된 연료가스 및 수증기는 개질부(27)로 유입될 수 있으며, 상기 개질부(27)는 상기 수증기를 이용하여 상기 연료가스를 개질(reforming)할 수 있다. 따라서, 상기 개질부(27)에 의하여 상기 연료가스에는 다량의 수소가 포함될 수 있다. Thereafter, the heated fuel gas and the steam may be introduced into the reforming unit 27, and the reforming unit 27 may reform the fuel gas using the steam. Therefore, a large amount of hydrogen may be contained in the fuel gas by the reforming unit 27.

연료전지부(24)는, 상기 공기를 공기극가스로 공급받고, 상기 개질된 연료가스를 상기 연료극가스로 공급받을 수 있으며, 상기 연료전지부(24)는 상기 공기극가스 및 연료극가스을 이용하여 전기에너지를 생성할 수 있다. 이후, 상기 연료전지부(24)는 공기극배기가스 및 연료극배기가스를 배출할 수 있다. The fuel cell unit 24 is supplied with the air as the air electrode gas and can receive the reformed fuel gas as the fuel electrode gas. The fuel cell unit 24 uses the air electrode gas and the fuel electrode gas to generate electric energy Lt; / RTI > Thereafter, the fuel cell unit 24 may discharge the cathode exhaust gas and the anode exhaust gas.

구체적으로, 상기 연료전지부(24)는 고체산화물 연료전지(SOFC: Solid Oxide Fuel Cell)일 수 있으며, 전해질과 상기 전해질의 양면에 접촉하는 전극을 포함하는 단위전지를 복수개 적층한 형태로 구현될 수 있다. 여기서, 상기 공기극가스가 공급되는 전극을 공기극, 상기 연료극가스가 공급되는 전극을 연료극이라 한다. Specifically, the fuel cell unit 24 may be a solid oxide fuel cell (SOFC), and may be implemented by stacking a plurality of unit cells including an electrolyte and electrodes contacting both surfaces of the electrolyte . Here, the electrode to which the cathode gas is supplied is referred to as an air electrode, and the electrode to which the anode gas is supplied is referred to as a fuel electrode.

상기 연료전지부(24)의 공기극으로 상기 공기극가스가 유입되면, 상기 공기극가스에 포함된 산소는 환원반응을 일으켜 산소이온을 생성하며, 상기 생성된 산소이온은 상기 전해질을 통하여 상기 연료극으로 이동한다. 이후, 상기 연료극으로 이동한 상기 산소이온은 상기 연료극가스에 포함된 수소와 반응하여 수증기를 생성한다. 이때, 상기 연료전지부(24)의 연료극에서는 수증기와 함께 전자가 생성되며, 상기 공기극에서 상기 산소의 환원에 의하여 전자가 소모되므로, 상기 공기극과 연료극의 양단을 연결하면 전류가 흐르게 된다. 즉, 상기 연료전지부(24)는 상기 연료극가스 및 공기극가스의 화학에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 것이 가능하다. 여기서, 상기 연료전지부(24)의 상기 공기극에서는 산소를 소모하게 되므로, 상기 공기극배기가스에는 질소가 주로 포함되게 된다. 반면에, 상기 연료극에서는 수소와 산소이온의 결합에 의하여 수증기가 생성되고, 일산화탄소와 산소이온의 결합에 의하여 이산화탄소가 생성되므로, 상기 연료극배기가스에는 수증기와 이산화탄소가 주로 포함되게 된다.
When the cathode gas flows into the cathode of the fuel cell unit 24, the oxygen contained in the cathode gas causes a reduction reaction to generate oxygen ions, and the generated oxygen ions move to the anode through the electrolyte . Then, the oxygen ions moved to the fuel electrode react with hydrogen contained in the anode gas to generate water vapor. At this time, electrons are generated together with water vapor in the fuel electrode of the fuel cell unit 24, and electrons are consumed by the reduction of oxygen in the air electrode, so current flows when the both ends of the air electrode and the fuel electrode are connected. That is, the fuel cell unit 24 can generate electrical energy using the chemical energy of the anode gas and the cathode gas. Here, since oxygen is consumed in the air electrode of the fuel cell unit 24, nitrogen is mainly included in the air electrode exhaust gas. On the other hand, in the fuel electrode, water vapor is generated by the combination of hydrogen and oxygen ions, and carbon dioxide is produced by the combination of carbon monoxide and oxygen ions, so that the fuel electrode exhaust gas mainly contains steam and carbon dioxide.

다만, 도1a의 폐기물 소각장치에서 폐기물을 소각할 때 발생하는 폐열 및 열분해가스는 각각 상기 도1b의 고체산화물 연료전지의 열원 및 연료가스로 활용할 수 있으므로, 도2 내지 도5에 도시된 바와 같이, 상기 폐기물 소각장치와 고체산화물 연료전지를 결합한 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치를 고려할 수 있다.
However, the waste heat and pyrolysis gas generated when the waste is incinerated in the waste incineration apparatus of FIG. 1A can be used as the heat source and the fuel gas of the solid oxide fuel cell of FIG. 1B, respectively. Therefore, , And a combined power generation apparatus of a waste incineration solid oxide fuel cell combining the waste incineration apparatus and the solid oxide fuel cell.

도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치를 나타내는 블록도이다. 2 is a block diagram illustrating a combined power generation apparatus for a waste incineration solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention.

연료전지부(24)는, 유입되는 연료극가스 및 공기극가스를 이용하여 전기화학반응을 일으켜 전기에너지를 생성하고, 연료극배기가스 및 공기극배기가스를 배출할 수 있다. 상기 공기극가스는 상기 송풍기(22)에 의하여 공급되는 공기이고, 상기 연료극가스는 상기 탈황기(25) 및 개질부(27)에 의하여 황성분이 제거되고 다량의 수소를 포함하도록 개질된 연료가스에 해당한다. The fuel cell unit 24 can generate an electric energy by causing an electrochemical reaction using an incoming fuel cell gas and a cathode gas, and can discharge the anode exhaust gas and the cathode exhaust gas. The cathode gas is air supplied by the blower 22 and the anode gas is supplied to the reformer 27 and the reformer 27 to remove the sulfur components and to supply the reformed fuel gas do.

상기 공기극가스 및 연료극가스가 상기 연료전지부(24)에 공급되면, 상기 공기극가스 및 연료극가스는 연료전지부(24)의 내부에서 반응하여, 전기에너지를 생성하게 된다. 상기 연료전지부(24)에서의 전기에너지 생성은 앞서 설명하였으므로, 여기서는 자세한 설명을 생략한다. When the cathode gas and the anode gas are supplied to the fuel cell unit 24, the cathode gas and the anode gas react within the fuel cell unit 24 to generate electric energy. Since the generation of the electric energy in the fuel cell unit 24 has been described above, a detailed description is omitted here.

상기 연료전지부(24) 내에서 상기 공기극가스 및 연료극가스가 반응을 하고 남은 가스들은 각각 공기극배기가스와 연료극배기가스로 배출된다. 상기 공기극배기가스에는 주로 질소성분이 포함되고 상기 연료극배기가스에는 수증기와 이산화탄소가 주로 포함된다. 나아가, 상기 연료극배기가스에는 상기 연료전지부(24) 내부에서 미처 반응이 일어나지 못한 미반응 연료극가스도 포함될 수 있다. In the fuel cell unit 24, the cathode gas and the anode gas react with each other and the remaining gases are discharged into the cathode exhaust gas and the anode exhaust gas, respectively. The cathode exhaust gas mainly contains a nitrogen component, and the anode exhaust gas mainly contains water vapor and carbon dioxide. Further, the fuel electrode exhaust gas may include an unreacted fuel electrode gas that has not undergone a reaction in the fuel cell unit 24.

여기서, 연료전지부(24)는 고체산화물 연료전지에 해당하므로, 600~1000도 정도의 고온에서 동작하게 된다. 따라서, 상기 연료전지부(24)에 공기극가스나 연료극가스를 공급할 때에도 미리 가열하여 공급할 필요가 있으며, 이를 위해서는 상기 공기극가스와 연료극가스를 가열하기 위한 열원이 필요하다.
Here, since the fuel cell unit 24 corresponds to a solid oxide fuel cell, it operates at a high temperature of about 600 to 1000 degrees. Therefore, even when supplying the cathode gas or the anode gas to the fuel cell unit 24, it is necessary to supply the cathode gas and the anode gas beforehand. To this end, a heat source for heating the cathode gas and the anode gas is required.

종래에는 연소부(21)의 구성을 이용하여 연료가스를 연소하여 배기가스를 생성하였으나, 여기서는 폐기물소각부(12)가 폐기물을 소각할 때 발생하는 폐열을 회수하는 폐열회수부(13)를 열원으로 활용할 수 있다.The exhaust gas is generated by burning the fuel gas using the constitution of the combustion unit 21. In this case, the waste heat recovery unit 13, which collects the waste heat generated when the waste incineration unit 12 incinerates the waste, .

상기 폐열회수부(13)는 상기 폐기물을 소각하여 생성된 폐열을 이용하여 고온의 배기가스를 생성할 수 있으며, 상기 배기가스를 상기 공기극열교환부(23), 연료극열교환부(28) 및 가습부(29)에 순차적으로 공급하여 각각 공기극가스, 연료극가스 및 물을 가열할 수 있다. The waste heat recovering unit 13 can generate exhaust gas at a high temperature by using the waste heat generated by incineration of the waste, and the exhaust gas is supplied to the air electrode heat exchanging unit 23, the fuel electrode heat exchanging unit 28, (29) in order to heat the cathode gas, anode gas and water, respectively.

따라서, 공기극열교환부(23)는 상기 폐열을 이용하여 상기 공기극가스를 가열할 수 있으며, 상기 가열된 공기극가스를 상기 연료전지부(24)로 공급할 수 있다. 연료극열교환부(28)도 상기 폐열을 이용하여 상기 연료극가스를 가열한 후, 상기 가열된 연료극가스를 상기 연료전지부(24)로 공급할 수 있으며, 가습부(29)도 상기 폐열을 이용하여 유입되는 물을 가열하여 수증기를 생성할 수 있다. 이후 상기 가습부(29)가 생성한 수증기는 개질부(27)로 공급되어, 상기 연료가스의 개질(reforming)에 활용될 수 있다.
Therefore, the cathode electrode heat exchanger 23 can heat the cathode gas using the waste heat, and supply the heated cathode gas to the fuel cell 24. The fuel electrode heat exchanging unit 28 can also supply the heated fuel electrode gas to the fuel cell unit 24 after heating the fuel electrode gas by using the waste heat and the humidifying unit 29 also uses the waste heat Water can be heated to generate water vapor. The steam generated by the humidifying unit 29 may be supplied to the reforming unit 27 to be used for reforming the fuel gas.

연료가스열교환부(26)는, 유입된 연료가스 및 수증기를 상기 공기극배기가스를 이용하여 가열할 수 있다. 상기 공기극배기가스는 상대적으로 고온이므로, 상기 연료가스 및 수증기와의 열교환에 의하여 상기 연료가스 및 수증기의 온도가 높아질 수 있다. The fuel gas heat exchanger 26 can heat the introduced fuel gas and water vapor using the cathode exhaust gas. Since the cathode exhaust gas has a relatively high temperature, the temperature of the fuel gas and the steam can be increased by heat exchange with the fuel gas and the water vapor.

추가적으로, 상기 연료전지부(24)에서 배출되는 연료극배기가스에는 미반응된 연료극가스가 포함될 수 있으므로, 상기 연료극열교환부(28)는 상기 연료전지부(24)의 연료극배기가스를 공급받아 상기 연료극가스와 함께 다시 상기 연료전지부(24)로 공급할 수 있다.
In addition, unreacted fuel electrode gas may be contained in the fuel electrode exhaust gas discharged from the fuel cell unit 24, so that the fuel electrode heat exchanging unit 28 receives the fuel electrode exhaust gas of the fuel cell unit 24, The fuel can be supplied to the fuel cell unit 24 together with the gas.

이외에도, 도3과 같이, 폐열회수부(13)에서 상기 공기극열교환부(23)의 기능을 대신 수행하도록 하여, 상기 공기극열교환부(23)의 구성을 생략하는 것도 가능하다. In addition, as shown in FIG. 3, the function of the air electrode heat exchanger 23 may be performed in the waste heat recovery unit 13, and the configuration of the air electrode heat exchanger 23 may be omitted.

구체적으로, 상기 폐열회수부(13)는, 송풍기(22)를 통하여 공기를 직접 공급받고, 상기 폐기물 소각부(12)에서 폐기물을 소각할 때 생성된 폐열을 이용하여 상기 공기를 가열한 후, 상기 가열된 공기를 공기극가스로 하여 상기 연료전지부(24)로 공급할 수 있다.Specifically, the waste heat recovering unit 13 directly receives air through the blower 22, heats the waste air using the waste heat generated when the waste incinerator 12 incinerates the waste, The heated air can be supplied to the fuel cell unit 24 as a cathode gas.

이 경우, 상기 연료극열교환부(28)는, 상기 연료전지부(24)의 공기극배기가스의 열을 이용하여 개질부(27)로부터 유입되는 연료극가스를 가열하고, 상기 가열된 연료극가스를 상기 연료전지부(24)로 공급할 수 있다. 이후, 상기 공기극배기가스는 순차적으로 연료가스열교환부(26)로 공급되어, 상기 탈황기(25)를 거친 연료가스를 가열하게 된다. In this case, the fuel electrode heat exchanging unit 28 heats the fuel electrode gas flowing from the reforming unit 27 using the heat of the cathode exhaust gas of the fuel cell unit 24, and supplies the heated fuel electrode gas to the fuel And supply it to the battery section 24. Then, the cathode exhaust gas is sequentially supplied to the fuel gas heat exchanger 26 to heat the fuel gas passed through the desulfurizer 25. [

한편, 도3에 도시된 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치는, 가습부(29)의 구성을 포함하고 있지 않다. 대신에 상기 연료전지부(24)의 연료극배기가스를 상기 개질부(27)로 공급하여 상기 연료가스의 개질을 수행하고 있다. 즉, 앞서 살핀 바와 같이, 상기 연료극배기가스에는 주로 수증기와 이산화탄소가 포함되므로, 상기 연료극배기가스에 포함된 수증기를 이용하여 상기 개질부(27)가 상기 연료가스를 개질하는 것이 가능하다.
On the other hand, the combined power generation apparatus of the waste incineration-solid oxide fuel cell shown in FIG. 3 does not include the constitution of the humidifying section 29. The fuel electrode exhaust gas of the fuel cell unit 24 is supplied to the reforming unit 27 to perform the reforming of the fuel gas. That is, as mentioned above, since the fuel electrode exhaust gas mainly contains water vapor and carbon dioxide, it is possible for the reforming section 27 to modify the fuel gas by using steam contained in the anode exhaust gas.

또한, 도4에 도시된 바와 같이, 연료전지부(24)는 연료가스 대신에 폐기물소각부(112)에서 생성한 열분해가스를 이용하여 전기에너지를 생성하는 것도 가능하다. 4, the fuel cell unit 24 may generate electric energy using the pyrolysis gas generated by the waste incineration unit 112 instead of the fuel gas.

먼저, 후처리부(14)를 이용하여, 상기 폐기물소각부(12)에서 폐기물을 소각하여 생성된 열분해가스에 포함될 수 있는 분진, 산성가스, 중금속, 질소산화물, 다이옥신류 등의 제거할 수 있다. 이후, 상기 연료가스와 동일하게 상기 열분해가스를 탈황기(25) 및 개질부(27)를 통하여 연료극가스로 공급할 수 있다. 또한, 상기 열분해가스를 연소부(21)에 공급한 후 연소시켜, 상기 공기극가스, 연료극가스 및 물을 가열하기 위한 고온의 배기가스를 생성할 수 있다. First, dust, acid gas, heavy metals, nitrogen oxides, dioxins, etc., which may be contained in the pyrolysis gas generated by incineration of waste in the waste incineration unit 12, can be removed using the post-treatment unit 14. Thereafter, the pyrolysis gas can be supplied to the fuel electrode gas through the desulfurizer 25 and the reformer 27 in the same manner as the fuel gas. Further, the pyrolysis gas may be supplied to the combustion section 21 and then burned to generate a high temperature exhaust gas for heating the cathode gas, the anode gas and the water.

한편, 공기극열교환부(23)는, 상기 배기가스와 상기 공기극가스 사이의 열교환을 이용하여 상기 공기극가스를 가열하고, 상기 가열된 공기극가스를 상기 연료전지부로 공급할 수 있으며, 연료극열교환부(28)는 상기 배기가스와 상기 연료극가스 사이의 열교환을 이용하여 상기 연료극가스를 가열하고, 상기 가열된 연료극가스를 상기 연료전지부로 공급할 수 있다. 또한, 상기 연료극열교환부(28)로 상기 연료극배기가스를 공급하여 상기 연료극배기가스에 포함된 미반응 열분해가스를 다시 상기 연료전지부(24)로 공급할 수 있다.
The cathode electrode heat exchanger 23 can heat the cathode gas using the heat exchange between the exhaust gas and the cathode gas and supply the heated cathode gas to the fuel cell unit. Can heat the anode gas using heat exchange between the exhaust gas and the anode gas, and supply the heated anode gas to the fuel cell unit. Also, the fuel electrode exhaust gas may be supplied to the fuel electrode heat exchanging unit 28 to supply the unreacted thermal decomposition gas contained in the fuel electrode exhaust gas to the fuel cell unit 24 again.

추가적으로, 도5에 도시된 바와 같이, 폐기물소각부(12)에서 생성한 열분해가스를 상기 연료가스 대신에 사용하는 동시에, 폐열회수부(13)에서 회수한 폐열을 이용하여 상기 공기극가스를 가열할 수 있으며, 상기 연료전지부(24)에서 생성한 전기에너지를 이용하여 상기 폐기물소각부(12)에서 폐기물을 소각하도록 하는 것도 가능하다. 5, the pyrolysis gas generated by the waste incinerator 12 is used in place of the fuel gas, and the air cathode gas is heated using the waste heat recovered in the waste heat recovery unit 13 It is also possible to incinerate the waste in the waste incineration unit 12 by using the electric energy generated by the fuel cell unit 24.

구체적으로, 폐기물소각부(12)는 상기 연료전지부(24)로부터 전기에너지를 제공받아, 상기 전기에너지로 상기 폐기물을 소각할 수 있다. 이 경우, 상기 폐기물 소각에 의하여 열분해가스 및 폐열이 발생할 수 있다. Specifically, the waste incinerator 12 may receive the electric energy from the fuel cell unit 24 and incinerate the waste with the electric energy. In this case, pyrolysis gas and waste heat may be generated by the incineration of the waste.

여기서, 상기 폐기물 소각에 의한 폐열은 폐열회수부(13)를 통하여 다시 회수할 수 있으며, 상기 송풍기(22)를 통하여 상기 폐열회수부(13)로 공급되는 공기는 상기 폐열에 의하여 가열된 후, 공기극가스로 상기 연료전지부(24)에 제공될 수 있다. The waste heat generated by the waste incineration can be recovered through the waste heat recovery unit 13. The air supplied to the waste heat recovery unit 13 through the blower 22 is heated by the waste heat, And may be provided to the fuel cell unit 24 as a cathode gas.

한편, 상기 폐기물소각부(12)에서 생성된 열분해가스는 후처리부(14)를 통하여 분진, 산성가스, 중금속, 질소산화물, 다이옥신류 등의 오염물질이 제거될 수 있으며, 상기 오염물질이 제거된 열분해가스는 연료극열교환부(28)로 공급될 수 있다. 이때, 상기 연료극열교환부(24)에는, 상기 열분해가스 및 상기 공기극배기가스가 공급될 수 있으며, 상기 공기극배기가스와의 열교환을 이용하여 상기 열분해가스를 가열할 수 있다. 이후, 상기 가열된 열분해가스를 상기 연료극가스로 상기 연료전지부에 공급하여, 상기 전기에너지를 생성할 수 있다. 여기서, 상기 연료극배기가스를 상기 연료극열교환부(28)로 공급하여, 상기 연료극배기가스에 포함된 미반응 연료극가스를 다시 연료전지부(24)로 공급할 수 있다.
The pyrolysis gas generated in the waste incineration unit 12 may be removed from the post-treatment unit 14 by removing contaminants such as dust, acid gases, heavy metals, nitrogen oxides, dioxins, etc., The pyrolysis gas can be supplied to the fuel electrode heat exchanger 28. At this time, the pyrolysis gas and the air electrode exhaust gas may be supplied to the fuel electrode heat exchanging unit 24, and the pyrolysis gas may be heated using heat exchange with the air electrode exhaust gas. Thereafter, the heated pyrolysis gas may be supplied to the fuel cell unit by the fuel electrode gas to generate the electric energy. Here, the fuel electrode exhaust gas may be supplied to the fuel electrode heat exchanging unit 28 to supply the unreacted fuel electrode gas contained in the fuel electrode exhaust gas to the fuel cell unit 24 again.

본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
The present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

11: 전처리부 12: 폐기물소각부
13: 폐열회수부 14: 후처리부
21: 연소부 22: 송풍기
23: 공기극열교환부 24: 연료전지부
25: 탈황기 26: 연료가스열교환부
27: 개질부 28: 연료극열교환부
29: 가습부11: Pretreatment unit 12: Waste incinerator
13: waste heat recovery unit 14: post-
21: combustion section 22: blower
23: cathode air heat exchanger 24: fuel electrode
25: desulfurizer 26: fuel gas heat exchanger
27: reforming section 28: fuel electrode heat exchanging section
29: Humidifier

Claims (6)

유입되는 연료극가스 및 공기극가스를 이용하여 전기화학반응을 일으켜 전기에너지를 생성하고, 연료극배기가스 및 공기극배기가스를 배출하는 연료전지부;
폐기물을 소각하여 생성된 폐열을 회수하는 폐열회수부;
상기 폐열을 이용하여 상기 공기극가스를 가열하고, 상기 가열된 공기극가스를 상기 연료전지부로 공급하는 공기극열교환부;
상기 폐열을 이용하여 상기 연료극가스를 가열하고, 상기 가열된 연료극가스를 상기 연료전지부로 공급하는 연료극열교환부;
상기 폐열을 이용하여 유입되는 물을 가열하여 수증기를 생성하는 가습부; 및
공급되는 연료가스를 상기 수증기를 이용하여 개질(Reforming)하여 상기 연료극가스를 생성하고, 상기 연료극가스를 상기 연료극열교환부로 공급하는 개질부를 포함하는 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치.
A fuel cell unit for generating an electric energy by causing an electrochemical reaction using an incoming anode gas and a cathode gas, and discharging the anode exhaust gas and the cathode exhaust gas;
A waste heat recovery unit for recovering waste heat generated by incineration of waste;
A cathode air heat exchanger for heating the cathode gas using the waste heat and supplying the heated cathode gas to the fuel cell unit;
A fuel electrode heat exchanger for heating the fuel electrode gas using the waste heat and supplying the heated fuel electrode gas to the fuel cell unit;
A humidifier for generating water vapor by heating the water to be introduced using the waste heat; And
And a reforming unit for reforming the supplied fuel gas using the steam to generate the fuel electrode gas and supplying the fuel electrode gas to the fuel electrode heat exchanging unit.
제1항에 있어서,
상기 연료가스에 포함되는 황성분을 제거하는 탈황기; 및
상기 공기극배기가스와의 열교환을 이용하여, 상기 연료가스 및 수증기를 가열하는 연료가스열교환부를 더 포함하는 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치.
The method according to claim 1,
A desulfurizer for removing sulfur components contained in the fuel gas; And
And a fuel gas heat exchanger for heating the fuel gas and the steam using heat exchange with the cathode exhaust gas.
제1항에 있어서, 상기 연료극열교환부는
상기 연료극배기가스를 공급받아, 상기 연료극가스와 함께 상기 연료전지부로 공급하는 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치.
The fuel cell system according to claim 1, wherein the anode electrode heat exchanger
And supplying the fuel electrode exhaust gas together with the fuel electrode gas to the fuel cell unit.
유입되는 연료극가스 및 공기극가스를 이용하여 전기화학반응을 일으켜 전기에너지를 생성하고, 연료극배기가스 및 공기극배기가스를 배출하는 연료전지부;
폐기물을 소각하여 생성된 폐열을 이용하여 상기 공기극가스를 가열하고, 상기 가열된 공기극가스를 상기 연료전지부로 공급하는 폐열회수부;
상기 연료극가스와 상기 공기극배기가스 사이의 열교환을 이용하여 상기 연료극가스를 가열하고, 상기 가열된 연료극가스를 상기 연료전지부로 공급하는 연료극열교환부;
공급되는 연료가스와 상기 공기극배기가스 사이의 열교환을 이용하여 상기 연료가스를 가열하는 연료가스열교환부; 및
상기 가열된 연료가스와 상기 연료극배기가스를 공급받고, 상기 연료극배기가스에 포함된 수증기로 상기 연료가스를 개질(Reforming)하여, 상기 연료극가스를 생성하는 개질부를 포함하는 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치.
A fuel cell unit for generating an electric energy by causing an electrochemical reaction using an incoming anode gas and a cathode gas, and discharging the anode exhaust gas and the cathode exhaust gas;
A waste heat recovery unit for heating the cathode gas using waste heat generated by incineration of waste and supplying the heated cathode gas to the fuel cell unit;
A fuel electrode heat exchanger for heating the fuel electrode gas using heat exchange between the fuel electrode gas and the cathode exhaust gas and supplying the heated fuel electrode gas to the fuel cell unit;
A fuel gas heat exchanger for heating the fuel gas using heat exchange between the supplied fuel gas and the cathode exhaust gas; And
And a reforming section that receives the heated fuel gas and the anode exhaust gas and reforms the fuel gas by steam contained in the anode exhaust gas to generate the anode gas. .
유입되는 연료극가스 및 공기극가스를 이용하여 전기화학반응을 일으켜 전기에너지를 생성하고, 연료극배기가스 및 공기극배기가스를 배출하는 연료전지부;
폐기물을 소각하여 열분해가스를 생성하는 폐기물 소각부;
상기 열분해가스를 연소하여 고온의 배기가스를 발생시키는 연소부;
상기 배기가스와 상기 공기극가스 사이의 열교환을 이용하여 상기 공기극가스를 가열하고, 상기 가열된 공기극가스를 상기 연료전지부로 공급하는 공기극열교환부;
상기 배기가스와 상기 연료극가스 사이의 열교환을 이용하여 상기 연료극가스를 가열하고, 상기 가열된 연료극가스를 상기 연료전지부로 공급하는 연료극열교환부;
상기 배기가스와 유입되는 물 사이의 열교환을 이용하여 상기 물을 가열하여, 수증기를 생성하는 가습부; 및
상기 열분해가스와 수증기를 공급받고, 상기 수증기를 이용하여 상기 열분해가스를 개질(Reforming)하여 상기 연료극가스를 생성하며, 상기 연료극가스를 상기 연료극열교환부로 공급하는 개질부를 포함하는 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치.
A fuel cell unit for generating an electric energy by causing an electrochemical reaction using an incoming anode gas and a cathode gas, and discharging the anode exhaust gas and the cathode exhaust gas;
A waste incinerator for incinerating the waste to produce pyrolysis gas;
A combustion unit for combusting the pyrolysis gas to generate a high temperature exhaust gas;
A cathode air heat exchanger for heating the cathode gas using heat exchange between the exhaust gas and the cathode gas, and supplying the heated cathode gas to the fuel cell unit;
A fuel electrode heat exchanger for heating the fuel electrode gas using heat exchange between the exhaust gas and the fuel electrode gas and supplying the heated fuel electrode gas to the fuel cell unit;
A humidifier for heating the water by using heat exchange between the exhaust gas and the water to generate water vapor; And
A reforming unit that receives the pyrolysis gas and water vapor and reforms the pyrolysis gas using the water vapor to generate the fuel electrode gas and supplies the fuel electrode gas to the fuel electrode heat exchanging unit; Combined generator of batteries.
유입되는 연료극가스 및 공기극가스를 이용하여 전기화학반응을 일으켜 전기에너지를 생성하고, 연료극배기가스 및 공기극배기가스를 배출하는 연료전지부;
상기 전기에너지를 이용하여 폐기물을 소각하고, 상기 폐기물 소각에 의하여 열분해가스를 생성하는 폐기물 소각부;
상기 폐기물 소각부에서 발생하는 폐열을 이용하여 상기 공기극가스를 가열하고, 상기 가열된 공기극가스를 상기 연료전지부로 공급하는 폐열회수부; 및
상기 열분해가스 및 상기 공기극배기가스를 공급받고, 상기 공기극배기가스와의 열교환을 이용하여 상기 열분해가스를 가열하며, 상기 가열된 열분해가스를 상기 연료극가스로 상기 연료전지부에 공급하는 연료극열교환부를 포함하는 폐기물 소각-고체산화물 연료전지의 복합발전장치.A fuel cell unit for generating an electric energy by causing an electrochemical reaction using an incoming anode gas and a cathode gas, and discharging the anode exhaust gas and the cathode exhaust gas;
A waste incinerator for incinerating waste using the electric energy and generating pyrolysis gas by incineration of the waste;
A waste heat recovery unit for heating the cathode gas using waste heat generated in the waste incinerator and supplying the heated cathode gas to the fuel cell unit; And
And a fuel electrode heat exchanging unit that receives the pyrolysis gas and the cathode exhaust gas and heats the pyrolysis gas using heat exchange with the cathode exhaust gas and supplies the heated pyrolysis gas to the fuel cell unit as the fuel electrode gas Waste incineration - Combined generation of solid oxide fuel cells.
KR1020130095930A 2013-08-13 2013-08-13 Apparatus for power generation using waste incineration-solid oxide fuel cell integration KR101566980B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130095930A KR101566980B1 (en) 2013-08-13 2013-08-13 Apparatus for power generation using waste incineration-solid oxide fuel cell integration

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130095930A KR101566980B1 (en) 2013-08-13 2013-08-13 Apparatus for power generation using waste incineration-solid oxide fuel cell integration

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150020387A true KR20150020387A (en) 2015-02-26
KR101566980B1 KR101566980B1 (en) 2015-11-09

Family

ID=52579195

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130095930A KR101566980B1 (en) 2013-08-13 2013-08-13 Apparatus for power generation using waste incineration-solid oxide fuel cell integration

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101566980B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170080939A (en) * 2015-12-31 2017-07-11 현대중공업 주식회사 Ship
KR20190072782A (en) * 2017-12-18 2019-06-26 재단법인 포항산업과학연구원 Solid oxide fuel cell system and method for operating the same

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101897031B1 (en) 2017-05-08 2018-09-13 한국생산기술연구원 Pyrolysis apparatus equipped with direct carbon fuel cell and method of operation
KR102555778B1 (en) 2022-10-18 2023-07-17 고등기술연구원연구조합 Efficient fuel cell fuel supply method through thermochemical conversion of biomass and waste

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100674622B1 (en) * 2005-11-04 2007-01-29 재단법인 포항산업과학연구원 Fuel cell power generation system
JP4961156B2 (en) * 2006-03-28 2012-06-27 メタウォーター株式会社 Effective use of waste heat from incineration

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170080939A (en) * 2015-12-31 2017-07-11 현대중공업 주식회사 Ship
KR20190072782A (en) * 2017-12-18 2019-06-26 재단법인 포항산업과학연구원 Solid oxide fuel cell system and method for operating the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR101566980B1 (en) 2015-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100961838B1 (en) External reforming type molten carbonate fuel cell system
CN215578650U (en) Solid oxide fuel cell and proton exchange membrane fuel cell hybrid system using ammonia gas as fuel
Farhad et al. Effects of fuel processing methods on industrial scale biogas-fuelled solid oxide fuel cell system for operating in wastewater treatment plants
KR20150079444A (en) Solid-oxide fuel cell systems
KR101566980B1 (en) Apparatus for power generation using waste incineration-solid oxide fuel cell integration
JP2021128904A (en) Fuel cell system, and operation method thereof
KR101123264B1 (en) Fuel cell combined power system using waste gasification process
KR101309558B1 (en) Combined Power Generation System of Thermal Power Plants with CO2 Capture and Storage Equipments and Molten Carbonate Fuel Cell Power Plants with Hydrocarbon Generation Equipments
JP2016170953A (en) Fuel battery module
CN113506902A (en) Solid oxide fuel cell and proton exchange membrane fuel cell hybrid system using ammonia gas as fuel
JPH11169661A (en) Carbon dioxide recovering device
KR101032974B1 (en) Multi-steam power station using molten carbonate fuel cell
JP3644667B2 (en) Fuel cell power generator
JP2007265728A (en) Effective utilization method of waste heat in incineration of waste material
KR101133543B1 (en) Fuel cell combined power system comprising carbon steam reformer
JP2004171802A (en) Fuel cell system
JP2005100975A5 (en)
JP5688777B2 (en) Combined power generation facility
JP2003243019A (en) Waste power generating system
JP2011065786A (en) Combustion device, and cogeneration system equipped with the same
JP3837662B2 (en) FUEL CELL POWER GENERATOR AND METHOD OF OPERATING FUEL CELL POWER GENERATOR
JP4590872B2 (en) Operation method of fuel cell power generator
CN207538871U (en) A kind of near-zero release coal gasification power generation system with pollutant catabolic gene
CN113471492B (en) Fuel cell power generation system and power generation method using solid waste synthesis gas
JP2003243021A (en) Waste power generating system

Legal Events

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

Payment date: 20181102

Year of fee payment: 4