KR20150031458A - 연도 가스 재순환부를 갖는 가스 터빈 발전소 및 촉매 변환기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스 터빈(2), 적어도 보일러 입구(10), 및 적층부(15)에 연결된 제 1 출구(13) 및 연도 가스 재순환부(4)에 연결된 제 2 출구(14)를 갖는 배출구 측을 갖는 열회수 보일러 장치(3)를 포함하고, 상기 연도 가스 재순환부는 상기 제 2 출구(14)를 상기 가스 터빈(2)의 압축기 입구(18)에 연결하는 발전소(1)에 관한 것이다. 상기 열회수 보일러 장치(3)는 상기 보일러 입구(10)에서 상기 제 1 보일러 출구(13)로의 제 1 보일러 연도 가스 경로(20), 상기 보일러 입구(10)에서 상기 제 2 보일러 출구(14)로의 개별 제 2 보일러 연도 가스 경로(21)를 포함한다. 추가로, 보충 발화부(49) 및 후속 촉매 NOx 변환기(50)는 상기 제 1 보일러 연도 가스 경로(20)에 배열된다. 발전소(1) 이외에, 상기 발전소(1)의 작동 방법이 본 발명의 목적이다.
Description
본 발명은 촉매 변환기를 갖는 조합형 순환 발전소와 이러한 발전소의 작동 방법에 관한 것이다.
암모니아를 갖는 선택형 촉매 환원부(SCR)는 가스 터빈 발전소에서 NOx 환원을 위한 일반적인 수단이다. 이는 또한 NOx로 칭하는 질소 산화물을 촉매부의 보조에 의해서 N2 및 물 H2O로 변환시킨다. 3원 촉매 변환기들의 사용은 암모니아의 사용을 회피하기 위하여 제안되었다. 그러나, 이들은 화학량론치에 근접한 공연비를 요구한다. 연소 가스에서 산소 함량을 감소시키기 위하여, 가스 터빈 발전소는 가스 터빈, 열회수 증기 발전기 및 연도 가스 재순환부를 포함하는 U.S.2009/0284013 A1에 제안된다. 가스 터빈은 공기 압축기, 재순환된 연도 가스를 위한 압축기, 버너 및 터빈을 포함한다. 열회수 증기 발전기의 입력측은 가스 터빈의 터빈 출구에 연결된다. 열회수 증기 발전기는 2개의 보일러 출구들을 포함한다. 굴뚝은 제 1 보일러 출구에 연결된다. 연도 가스 재순환부는 제 2 보일러 출구를 재순환된 연도 가스를 위한 압축기의 압축기 입구에 연결한다. 또한, 폐열 보일러의 상류에 배치된 3원 촉매 형태의 연도 가스 처리 디바이스는 상기 가스 터빈 발전소에서 공지되어 있다.
제안된 발전소는 연소기 유입 가스에 있는 산소 함량을 감소시킴으로써 화학량론치에 근접한 공연비(λ)를 갖는 연소를 허용한다. 그러나, 가스 터빈 연소기의 제한된 공간에 있는 화학량론 조건들에 근접한 완전한 안정된 연소는 실현하기 어렵다. 추가로, 단일 샤프트에서 [질량 유동 및 압력에 대한] 2개의 압축기들의 정합은 다른 작동 조건들에 대해서 실현하기 어렵다.
본원의 목적은 NOx 환원을 위한 암모니아를 필요로 하지 않고 우수한 작동 가요성을 갖는 낮은 NOx 방출물을 갖는 조합형 순환 발전소를 제공하는 것이다.
본원의 한 형태는 가스 터빈 및 열회수 보일러 장치를 갖는 조합형 순환 발전소를 제안하며, 상기 열회수 보일러 장치는 보일러 입구에서 제 1 보일러 출구(exit)로의 제 1 보일러 연도 가스 경로, 상기 보일러 입구에서 상기 제 2 보일러 출구로의 개별 제 2 보일러 연도 가스 경로를 포함하고, 보충 발화부 및 상기 제 1 보일러 연도 가스 경로에 있는 3원 촉매 변환기를 구비한다.
상기 가스 터빈은 적어도 압축기, 적어도 하나의 연소기 및 적어도 하나의 터빈을 포함한다. 상기 열회수 보일러 장치는 터빈 출구에 연결된 보일러 입구, 및 적층부에 연결된 제 1 출구 및 연도 가스 재순환부에 연결된 제 2 출구를 갖는 배출구 측을 구비하고, 상기 연도 가스 재순환부는 상기 제 2 출구를 상기 가스 터빈의 압축기 입구에 연결한다.
하나의 예시적인 실시예에 따라서, 상기 촉매 변환기는 3원 촉매 변환기이다. 다른 예시적인 실시예에 따라서, 상기 촉매 변환기는 NOx 흡착 촉매부를 포함한다.
예시적인 실시예에 따라서, 상기 제 1 보일러 연도 가스 경로는 확산기 입구를 상기 NOx 흡착 촉매부에 연결하는 제 1 섹터를 포함한다. 작동 시에, 상기 제 1 섹터의 흡착 촉매부는 가스 터빈 연도 가스로부터의 NOx로 적재된다. 또한, 상기 제 1 보일러 연도 가스 경로는 상기 확산기 입구를 상기 NOx 흡착 촉매부에 연결하는 제 2 섹터를 포함한다. 상기 보충 발화부는 상기 확산기 입구와 상기 NOx 흡착 촉매부 사이의 제 2 섹터에 설치된다. 작동 시에, 상기 NOx 흡착 촉매부는 NOx 흡착 촉매부의 제 2 섹터에 재생된다.
적어도 2개의 섹터들을 갖는 하나의 가능한 장치는 흡착 촉매부를 포함하고, 상기 흡착 촉매부는 상기 제 1 보일러 연도 가스 경로에서 회전가능하게 설치된다. 작동 시에, 상기 흡착 촉매부의 섹션은 흡착 섹터로부터 재생 섹터로 회전하고 상기 흡착 촉매부의 재생 섹션은 재생 섹터로부터 흡착 섹터로 회전한다. 따라서, 작동 시에, 흡착 촉매부의 순환 적재 및 재생은 달성될 수 있다.
일 실시예에 따른 연속 작동을 위하여, 상기 흡착 촉매부는 재생 회전식 촉매부로서 구성되고, 원통형 케이싱에서 회전하도록 배열된 일반적인 원형판을 포함한다. 상기 케이싱은 상기 제 1 입구 섹터에 대한 연결부와 제 2 입구 섹터에 대한 연결부를 포함하고, 공통 배출구를 구비한다.
크기 및 연료 소비를 감소시키기 위하여, 보충 발화부는 최소화될 수 있다. 재생 제 2 섹터에 대한 입구 영역은 보충 발화부의 크기 및 연료 소비를 감소시키기 위하여 흡착 섹터의 입구 영역보다 작을 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 흡착 촉매부를 적재하기 위한 상기 제 1 섹터의 입구 영역은 상기 흡착 촉매부를 재생하기 위한 상기 제 2 섹터의 입구 영역에 적어도 2배이다.
다른 예시적인 실시예에서, 상기 NOx 흡착 촉매부는 고정식이다. NOx 흡착 촉매부의 다른 섹션들의 교번하는 적재 및 재생을 허용하기 위하여, 상기 NOx 흡착 촉매부의 상류에 설치된 적어도 2개의 보충 섹터 발화부들을 갖는 상기 적어도 2개의 섹터들로 분할된다. 각각의 보충 섹터 발화부들은 후속 NOx 흡착 촉매부의 재생을 위한 각 섹터에서 보충 발화부의 독립적인 동작을 허용하는 독립형 연료 공급 제어부를 가진다.
발전소의 또다른 실시예에서, 상기 열회수 보일러 장치는 상기 제 1 보일러 연도 가스 경로와 상기 개별 제 2 보일러 연도 가스 경로로 진입하는 상기 연도 가스 사이에서 분할되는 상기 질량 유동을 제어하도록 배열된 제어 부재를 포함한다. 이 제어 부재 또는 제어 요소는 예를 들어 유동 경로들 중 하나에 설치된 플랩, 가동성 배플 또는 밸브일 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에 따라서, 상기 압축기 흡입부는 상기 압축기의 유동 통로에 연결된 섹터들로 분할되고, 신선 공기를 위한 공급부는 신선 공기를 상기 압축기 흡입부의 제 1 섹터를 통해서 안내하고, 제 1 연도 가스 유동을 위한 공급부는 압축기 흡입부의 제 2 섹터를 통해서 안내한다. 예시적인 실시예에서, 제 1 및 제 2 구역은 동축방향이다. 이는 동축방향 입구 구역들의 외부 구역에 대한 재순환된 연도 가스를 위한 라인의 연결을 가능하게 한다. 결과적으로, 연도 가스는 압축기 흡입부의 방사상 외부 구역으로 재순환되고 가스 터빈의 2차 공기 시스템으로 공급된다. 이는 연소기 주위에서 신선 공기로부터 산소를 감소시키거나 또는 우회시키고 따라서 연도 가스들의 산소 함량을 감소시킬 수 있다.
발전소 이외에, 적어도 압축기, 연소기 및 터빈을 갖는 가스 터빈, 터빈 출구에 연결된 적어도 보일러 입구, 및 적층부에 연결된 제 1 출구 및 연도 가스 재순환부에 연결된 제 2 출구를 갖는 배출구 측을 갖는 열회수 보일러 장치를 포함하고, 상기 연도 가스 재순환부는 상기 제 2 출구를 상기 가스 터빈의 압축기 입구에 연결하는, 상기 발전소의 작동 방법도 본원의 주제이다.
이러한 발전소의 작동 방법의 예시적인 실시예에 따라서, 상기 연도 가스는 상기 열회수 보일러 장치에서 2개의 유동들로 분할되고, 제 1 유동은 상기 보일러 입구로부터 상기 제 1 보일러 출구로 흐르고 제 2 유동은 상기 보일러 입구로부터 상기 제 2 보일러 출구로 유동한다. 상기 제 2 유동은 상기 제 2 보일러 출구로부터 상기 가스 터빈의 압축기 유입 유동으로 재순환된다. 상기 제 1 유동의 적어도 일부에서의 산소 함량은 보충 발화부에 의해서 시간 주기 동안 연속적으로 또는 적어도 감소되고 상기 제 1 유동이 상기 제 1 보일러 출구로부터 방출되기 전에 NOx는 촉매 NOx 변환기에서 상기 제 1 유동으로부터 제거된다.
본 방법의 한 구성에 따라서, NOx는 흡착 촉매부에서 제거된다.
본 방법의 일 실시예에 따라서, 감소된 산소 함량을 갖는 상기 제 1 유동의 일부는 상기 흡착 촉매부의 제 1 섹터의 재생을 위하여 상기 흡착 촉매부에서 제 1 섹터로 공급되고, 잔여 제 1 유동은 상기 흡착 촉매부의 제 2 섹터로 공급된다. NOx는 상기 흡착 촉매부의 상기 제 1 섹터 및 상기 제 2 섹터 양자 모두에서 제 1 유동으로부터 제거된다. NOx를 흡착하는 동안, 제 2 섹터에서 흡착 촉매부는 적재된다. NOx 흡착 촉매부의 용량 및 연도 가스에 함유된 NOx 방출량에 따라서, 흡착 촉매부의 주기적 재생이 요구된다. 재생되는 섹터들은 NOx 흡착 용량, 시간, NOx 방출량 및 유동 속도 중 적어도 하나의 함수로서 시간에 걸쳐 주기적으로 변화된다. 대안으로 또는 조합하여 촉매부의 NOx 적재가 측정될 수 있다.
본 방법의 일 실시예에 따라서, 상기 NOx 흡착 촉매부는 일반적 원형판을 포함하는 재생 회전식 촉매부로서 구성되고, 상기 원형판은 상기 제 2 섹터에서 NOx로 적재하기 위하여 상기 제 1 섹터로부터 상기 흡착 촉매부의 재생 섹션을 이동시키도록 회전한다. 상기 회전으로 인하여, 상기 흡착 촉매부의 적어도 부분적인 적재 섹션은 동시에 재생을 위하여 제 2 섹터로부터 제 1 섹터 안으로 이동한다. 회전 속도는 완전히 적재되기 전에 흡착 촉매부가 제 2 섹터로부터 제 1 섹션으로 뒤로 이동하는 것을 보장하도록 조정될 수 있다.
제 1 및 제 2 섹션들의 크기들은 유동 방향으로의 흡착 촉매부의 두께, NOx 방출량 및 유동 속도에 따라서 선택된다.
대안 실시예에 따라서, 상기 제 1 보일러 연도 가스 경로는 각 섹터에 배열된 적어도 하나의 보충 섹터 발화부를 갖는 섹터들로 분할된다. 본 방법에 따라서, 상기 보충 섹터 발화부들은 상기 NOx 흡착 촉매부의 대응 섹터를 재생시키도록 교대로 턴온되고 NOx에 의해서 상기 NOx 흡착 촉매부의 대응 섹터를 적재하기 위해 턴오프된다.
추가 실시예에 따라서, 상기 보충 발화부는 상기 흡착 촉매부의 재생을 위하여 교대로 턴온되고 상기 흡착 촉매부가 NOx로 충전되는 동안 보충 발화부에 대한 연료 소비를 최소화하도록 턴오프된다. 보충 발화부의 턴온 및 턴오프는 섹터방향 섹터 발화와 조합될 수 있다.
상술한 가스 터빈은 단일 연소 가스 터빈이거나 또는 예를 들어 EP0620363 B1 또는 EP0718470 A2에 공지된 단일 연소 가스 터빈 또는 연속 연소 가스 터빈일 수 있다. 개시된 방법은 단일 연소 가스 터빈 뿐 아니라 연속 연소 가스 터빈에 적용될 수 있다.
본 발명은 정신 또는 필수 특징으로부터 이탈하지 않고 다른 형태로 구현될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 예를 들어, 보충 발화부는 NOx 흡착 촉매부의 재생을 위해서 제안되었다. NOx 흡착 촉매부는 또한 NOx 흡착 촉매부의 상류 또는 NOx 흡착 촉매부의 섹션에 있는 연도 가스 안으로 CO 또는 미연소 탄화수소를 분사 또는 예혼합함으로써 재생될 수 있다. NOx 흡착 촉매부를 재생할 때, 재생 속도는 NOx 흡착 촉매부 또는 차후 설치부의 과열을 회피하도록 제어되어야 한다. 따라서, CO 또는 미연소 탄화수소의 비율의 제어를 예상할 수 있다. 이러한 제어는 예를 들어, NOx 흡착 촉매부 또는 그 하류의 연도 가스 유동에서 온도의 함수로서 CO 또는 미연소 탄화수소의 유동을 제어할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 이용하여 그 특성 뿐 아니라 장점들에 대해서 하기에 더욱 상세하게 기술될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 터빈의 제 1 예를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 가스 터빈의 제 2 예를 도시한다.
도 3은 섹터들을 갖는 보충 발화부의 예를 도시한다.
도 4는 후속 회전하는 NOx 흡착 촉매부를 갖는 보충 발화부의 예를 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 터빈의 제 1 예를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 가스 터빈의 제 2 예를 도시한다.
도 3은 섹터들을 갖는 보충 발화부의 예를 도시한다.
도 4는 후속 회전하는 NOx 흡착 촉매부를 갖는 보충 발화부의 예를 도시한다.
본 발명을 이행하는 방식들
동일하거나 또는 기능적으로 같은 요소들은 동일 도면부호를 갖는다. 표시된 값들 및 치수 상세 사항들은 단지 예시적인 값들이고 본 발명은 이러한 치수들로 제한되지 않는다.
도 1 및 도 2에 따라서, 예를 들어 전기 발생을 위한 발전소 장치에서 적용될 수 있는 예시적인 가스 터빈 발전소(1)는 적어도 가스 터빈(2), 적어도 열회수 보일러 장치(3) 뿐 아니라 적어도 연도 가스 재순환부(4)를 포함한다. 각각의 가스 터빈(2)은 적어도 하나의 압축기(5), 적어도 연소기(6,7) 뿐 아니라 적어도 하나의 터빈(8,9)을 포함한다. 본원에 도시된 실시예에서, 가스 터빈(2)은 2개의 터빈(8,9) 즉, 고압 터빈(8) 및 저압 터빈(9)을 포함한다. 따라서, 2개의 연소기(6,7) 즉, 고압 터빈(8)의 상류에 있는 고압 연소기(6) 및 저압 터빈(9)의 상류에 있는 저압 연소기(7)가 제공된다. 도 1은 예시적인 가스 터빈 발전소(1)의 측면도를 도시하고, 도 2는 상면도를 도시한다. 보일러(3)에서 발생된 증기는 열병합발전(co-generation)(도시생략)을 위한 수증기 사이클에서 사용될 수 있다.
열회수 보일러 장치(3)는 보일러 입구측(10)과 보일러 출구측(11)을 구비한다. 보일러 입구측(10)은 저압 터빈(9)의 터빈 배출구(12)와 유체 연결된다. 보일러 출구측(11)은 제 1 보일러 출구(13) 및 제 2 보일러 출구(14)를 포함한다. 제 1 보일러 출구(13)는 적층부(15)와 연결된다. 제 1 보일러 출구(13)와 적층부 사이에는 C02 포획 설비가 배열될 수 있다(도시생략). 제 2 보일러 출구(14)는 연도 가스 재순환부(4)의 입구(16)와 유체 연결된다. 연도 가스 재순환부(4)의 배출구(17)는 압축기(5)의 압축기 입구(18)와 연결된다. 따라서, 연도 가스 재순환부(4)는 제 2 보일러 출구(14)와 압축기 입구(18)를 연결한다. 예에서, 연도 가스 재냉각기(19)는 DCC(직접 접촉식 냉각기)로서 설계될 수 있는 연도 가스 재순환부(4)에 배열되어서, 재순환된 연도 가스는 냉각될 수 있고 동시에 세척될 수 있다.
도시된 실시예에서, 열회수 보일러 장치(3)는 도 1 및 도 2에 화살표로 표시된 제 1 보일러 연도 가스 경로(20)를 포함한다. 제 1 보일러 연도 가스 경로(20)는 보일러 입구측(10)에서 시작되고 제 1 보일러 출구(13)로 이어진다. 또한, 열회수 보일러 장치(3)는 또한 화살표로 표시된 제 2 보일러 연도 가스 경로(21)를 포함한다. 제 2 보일러 연도 가스 경로(21)는 또한 보일러 입구측(10)에서 시작되고 제 2 보일러 출구(14)로 이어진다. 양자의 보일러 연도 가스 경로(20,21)는 모두 분리되고 각각의 보일러 출구들(13,14)로 이어진다. 열회수 보일러 장치(3) 내의 분리된 보일러 연도 가스 경로(20,21)의 실현을 위하여, 양자의 보일러 연도 가스 경로(20,21)를 유체 분리시키는 보일러 격벽부(22)가 열회수 보일러 장치(3)에서 배열될 수 있다.
본원에 도시된 실시예에서, 확산기(23)는 보일러 입구측(10)의 상류에 배열된다. 확산기 입구(24)는 터빈 배출구(12)와 연결된다. 각각의 경우에, 확산기(23)는 확산기 입구(24)와 적어도 확산기 출구(25,26)를 포함한다. 도 1의 실시예에서, 2개의 확산기 출구들, 즉 제 1 확산기 출구(25)와 제 2 확산기 출구(26)가 도시된다. 대조적으로, 단지 단일의, 공통 확산기 출구(25)는 도 2의 실시예에 도시된다.
도 2의 실시예에서, 공통 확산기 출구(25)는 보일러 입구측(10)과 유체 연결된다. 도 1의 실시예에서, 제 1 확산기 출구(25)는 제 1 보일러 입구(27)와 유체 연결되고, 제 2 확산기 출구(26)는 제 2 보일러 입구(28)와 유체 연결된다. 양자의 보일러 입구(26,27)는 보일러 입구측(10)에 배열된다. 도 1의 실시예에 따라서, 제 1 보일러 연도 가스 경로(20)는 제 1 보일러 입구(2)로부터 제 1 보일러 출구(13)로 이어진다. 평행하게 그리고 개별적으로 제 2 보일러 연도 가스 경로(21)는 제 2 보일러 입구(28)로부터 제 2 보일러 출구(14)로 이어진다.
도 1의 확산기(23)에는, 화살표로 표시된 공통 확산기 주 경로(29) 뿐 아니라 화살표로 표시된 제 1 확산기 연도 가스 경로(30), 및 역시 화살표로 표시된 제 2 확산기 연도 가스 경로(31)가 배열된다. 공통 확산기 주 경로(29)는 확산기 분기점(32)에서 분리된 확산기 연도 가스 경로(30,31)로 분할된다. 확산기 연도 가스 경로(30,31)를 분리시키기 위하여, 확산기 격벽부(33)가 확산기(23)의 확산기 하우징(58)에서 배열된다. 확산기 격벽부(33)의 선단 에지(34)는 확산기 분기점(32)을 형성한다. 확산기 격벽부(33)는 확산기 분기점(32)에서 양자의 확산기 출구(25,26)까지 양자의 확산기 연도 가스 경로(30,31)를 분리시킨다. 도 1의 예에서, 확산기 격벽부(33)와 보일러 격벽부(22)는 확산기 격벽부(33)의 후미 에지(35)와 보일러 격벽부(22)의 선단 에지(36)가 인접하도록 배열된다. 인접 격벽들(22,33)에 의해서, 제 1 확산기 연도 가스 경로(30)는 제 1 보일러 연도 가스 경로(20)로 직접 통과하고, 제 2 확산기 연도 가스 경로(31)는 제 2 보일러 연도 가스 경로(21)로 통과한다.
도 1의 예시적인 실시예에서, 제어 부재(37)는 확산기 분기점(32)에 배열되고, 화살표 "38"로 표시된 바와 같이 선회축(39) 주위에서 선회가능하다. 제어 부재(37)의 도움으로, 연도 가스 유동의 양자의 확산기 연도 가스 경로(30,31)로의 분할이 제어될 수 있다. 도 2의 예시적인 실시예에서, 제어 부재(45)는 보일러 분기점(44)에 배열되고, 화살표 46에 의해서 표시된 바와 같이 선회축(47) 주위에서 선회가능하다. 제어 부재(45)의 도움으로, 연도 가스 유동의 양자의 보일러 연도 가스 경로(20,21)로의 분할이 제어될 수 있다.
제 1 보일러 연도 가스 경로(20)에는, 보충 발화부(49), 촉매 NOx 변환기(50) 및 제 1 열교환기 어레이(52)가 제공된다. 촉매 NOx 변환기(50)는 보충 발화부(49)의 하류에 배열된다. 본원에 도시된 예에서, 제 1 열교환기 어레이(52)는 촉매 NOx 변환기(50)의 하류에 배열된다. 그러나, 보충 발화 이후의 온도 및 촉매 NOx 변환기(50)의 디자인에 따라서, 제 1 열교환기 어레이(52)는 연도 가스 온도를 감소시키기 위하여 촉매 NOx 변환기(50)의 상류에 배열될 수 있고, 잔여 제 1 열교환기 어레이(52)는 촉매 NOx 변환기(50)의 하류에 배열될 수 있다.
제 2 보일러 연도 가스 경로(21)에는, 제 2 열교환기 어레이(48)가 제공된다. 제 1 열교환기 어레이(52) 및 제 2 열교환기 어레이(48)는 분리된 배열이거나 또는 제 1 보일러 연도 가스 경로에서 제 2 보일러 연도 가스 경로(21)로 통과하는 열교환기 요소들의 적어도 일부와 통합될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 화살표 41에 도시된 바와 같이, 선회축(40) 주위에서 선회가능한 제어 부재(40)는 열회수 보일러 장치(3)의 하류에 배열될 수 있다. 이 제어 부재는 대안으로 또는 제어 부재(37)와 조합하여 사용되어서 적층부(15)로 안내된 연도 가스와 재순환된 연도 가스 사이에서의 분할을 제어할 수 있다. 또한, 이는 연도 가스 재순환부를 정지시키고 제 2 보일러 연도 가스 경로(21)가 적층부(15)로 빠져나오게 할 수 있게 하는데 사용될 수 있다.
제 1 보일러 연도 가스 경로(20)에서 연도 가스들의 산소 농도는 보충 발화부(49)의 도움으로 전체 단면에 걸쳐 제어될 수 있다면, 3원 촉매 변환기(50)가 사용될 수 있다. 산소 농도의 측정을 위하여, 적어도 λ 센서가 사용될 수 있다. 측정된 산소 농도는 보충 발화부(49)에 대한 연료 유동을 제어하는데 사용될 수 있다.
재순환된 연도 가스 및 신선 공기(61)는 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 압축기 입구(18)의 상류에서 혼합될 수 있다.
발전소(1)의 다른 실시예에서, 압축기 흡입부는 도 1에 도시된 바와 같이 2개의 섹터들로 분할된다. 도시된 예에서, 압축기 흡입부(66)는 신선 공기(61)에 대한 외부 신선 공기 흡입 섹터(64)로 그리고 재순환된 연도 가스(69)에 대한 연도 가스 흡입 섹터(65)로 흡입 배플 플레이트(67)에 의해서 분할된다. 압축기 흡입부(66)의 이러한 분할은 재순환된 연도 가스 및 신선 공기(61)의 본질적인 동축 방향 유입 유동을 압축기(5) 안으로 유도한다. 신선 공기의 제어 요소(68)는 감소되거나 또는 연도 가스 재순환이 없는 상태에서 작동할 수 있도록, 연도 가스 흡입 섹터(65)로의 신선 공기의 공급을 허용한다.
보충 발화부(49)에서 연료 소비를 최소화하기 위하여, NOx 흡착 촉매부(50)와 보충 섹터 발화부(53,54,55,56)의 조합이 제안된다. 도 3은 도 2의 단면(Ⅲ-Ⅲ)의 하나의 예시적인 변형예를 도시한다. 단면은 4개의 단면들(I - IV)로 분할된다. 각각의 섹터들에서, 보충 섹터 발화부(53,54,55,56)가 배열된다. 각각의 보충 섹터 발화부(53,54,55,56)는 섹터 제어 밸브(57)에 의해서 개별적으로 제어될 수 있다. 따라서, 섹터 발화부(53,54,55,56)는 개별적으로 작동될 수 있고 연료 유동은 작동된 섹터 발화부(53,54,55,56)를 통과하는 연도 가스들이 1에 근접한 λ를 갖는 것을 보장하기 위하여 화학량론 비로 제어된다. 통상적으로, 작동된 섹터에 대한 연료 유동이 NOx 흡착 촉매부(50)의 재생을 위하여 0.97 내지 1.03 범위에서 λ를 유지하도록 제어된다. 잔여 보충 섹터 발화부(53,54,55,56)는 스위치오프되고 NOx 흡착 촉매부(50)는 적재된다.
NOx 흡착 촉매부(50)의 섹터방향(sectorwise) 적재 및 재생을 갖는 다른 예시적인 실시예는 도 4에 도시된다. 이 예에서, 제 1 보일러 연도 가스 경로(20)는 NOx 흡착 촉매부(50)의 영역에서 원통형을 가진다. NOx 흡착 촉매부(50)는 원형판의 형상을 가지며 회전축(59) 주위에서 회전가능하게 설치된다. 보충 발화부(49)는 NOx 흡착 촉매부(50)의 상류에 있는 원의 제 1 섹터(Ⅰ)에 배열된다. 작동 시에 제 1 보일러 연도 가스 경로(20)에 있는 연도 가스의 일부는 보충 발화부(49)를 통과하고, 이는 작동된 섹터 발화부를 통과하는 연도 가스들이 NOx 흡착 촉매부(50)의 재생을 위해서 1에 근접한 λ, 통상적으로 0.97 내지 1.03 범위에서 λ를 갖는 것을 보장하기 위하여 화학량론 공연비로 제어된다. NOx 흡착 촉매부(50)의 잔여 제 2 섹터(Ⅱ)는 NOx로 적재된다.
보충 발화부(49)의 섹터는 격벽(60)에 의해서 잔여 연도 가스로부터 분리될 수 있다.
본 발명은 그 정신 또는 본질적인 특징으로부터 이탈하지 않고 다른 특정 형태로 구현될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 따라서, 본원에 개시된 실시예들은 모든 관점에서 예시적이고 제한적이지 않은 것으로 고려된다.
1. 발전소
2. 가스 터빈
3. 열회수 보일러 장치
4. 연도 가스 재순환부
5. 압축기
6. 고압 연소기
7. 저압 연소기
8. 고압 터빈
9. 저압 터빈
10. 3의 입구측
11. 3의 배출구 측
12. 터빈 배출구
13. 제 1 보일러 출구
14. 제 2 보일러 출구
15. 적층부
16. 4의 입구
17. 4의 배출구
18. 압축기 입구
19. 연도 가스 재순환 냉각기
20. 제 1 보일러 연도 가스 경로
21. 제 2 보일러 연도 가스 경로
22. 보일러 격벽부
23. 확산기
24. 확산기 입구
25. 공통 확산기 배출구/ 제 1 확산기 배출구
26. 제 2 확산기 배출구
27. 공통 보일러 입구/제 1 보일러 입구
28. 제 2 보일러 입구
29. 확산기 주 경로
30. 제 1 확산기 연도 가스 경로
31. 제 2 확산기 연도 가스 경로
32. 확산기 분기점
33. 확산기 격벽부
34. 33의 선단 에지
35. 33의 후미 에지
36. 22의 선단 에지
37. 제어 부재
38. 37의 이동 방향
39. 37의 선회축
40. 제어 부재
41. 40의 이동 방향
42. 40의 선회축
43. 보일러 주 경로
44. 보일러 분기점
45. 제어 부재
46. 45의 이동 방향
47. 45의 선회축
48. 제 2 열교환기 어레이
49. 보충 발화부
50. 촉매 NOx 변환기(3원 촉매, NOx 흡착 촉매)
51. 열회수 보일러
52. 제 1 열교환기 어레이
53. 보충 섹터 발화부(섹터 Ⅰ에서)
54. 보충 섹터 발화부(섹터 Ⅱ에서)
55. 보충 섹터 발화부(섹터 Ⅲ에서)
56. 보충 섹터 발화부(섹터 Ⅳ에서)
57. 섹터 제어 밸브
58. 확산기 하우징
59. 회전축
60. 격벽
61. 신선 공기
62. 버너
63. 작동 버너
64. 신규 공기 흡입 섹터
65. 연도 가스 흡입 섹터
66. 압축기 흡입부
67. 흡입 배플 플레이트
68. 신규 공기 제어 요소
69. 재순환된 연도 가스
70. 발생기
I, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ. 제 1 보일러 연도 가스 경로(20)의 섹터들
2. 가스 터빈
3. 열회수 보일러 장치
4. 연도 가스 재순환부
5. 압축기
6. 고압 연소기
7. 저압 연소기
8. 고압 터빈
9. 저압 터빈
10. 3의 입구측
11. 3의 배출구 측
12. 터빈 배출구
13. 제 1 보일러 출구
14. 제 2 보일러 출구
15. 적층부
16. 4의 입구
17. 4의 배출구
18. 압축기 입구
19. 연도 가스 재순환 냉각기
20. 제 1 보일러 연도 가스 경로
21. 제 2 보일러 연도 가스 경로
22. 보일러 격벽부
23. 확산기
24. 확산기 입구
25. 공통 확산기 배출구/ 제 1 확산기 배출구
26. 제 2 확산기 배출구
27. 공통 보일러 입구/제 1 보일러 입구
28. 제 2 보일러 입구
29. 확산기 주 경로
30. 제 1 확산기 연도 가스 경로
31. 제 2 확산기 연도 가스 경로
32. 확산기 분기점
33. 확산기 격벽부
34. 33의 선단 에지
35. 33의 후미 에지
36. 22의 선단 에지
37. 제어 부재
38. 37의 이동 방향
39. 37의 선회축
40. 제어 부재
41. 40의 이동 방향
42. 40의 선회축
43. 보일러 주 경로
44. 보일러 분기점
45. 제어 부재
46. 45의 이동 방향
47. 45의 선회축
48. 제 2 열교환기 어레이
49. 보충 발화부
50. 촉매 NOx 변환기(3원 촉매, NOx 흡착 촉매)
51. 열회수 보일러
52. 제 1 열교환기 어레이
53. 보충 섹터 발화부(섹터 Ⅰ에서)
54. 보충 섹터 발화부(섹터 Ⅱ에서)
55. 보충 섹터 발화부(섹터 Ⅲ에서)
56. 보충 섹터 발화부(섹터 Ⅳ에서)
57. 섹터 제어 밸브
58. 확산기 하우징
59. 회전축
60. 격벽
61. 신선 공기
62. 버너
63. 작동 버너
64. 신규 공기 흡입 섹터
65. 연도 가스 흡입 섹터
66. 압축기 흡입부
67. 흡입 배플 플레이트
68. 신규 공기 제어 요소
69. 재순환된 연도 가스
70. 발생기
I, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ. 제 1 보일러 연도 가스 경로(20)의 섹터들
Claims (15)
- 적어도 압축기(5), 연소기(6,7) 및 터빈(8,9)을 갖는 가스 터빈(2),
터빈 출구(12)에 연결된 적어도 보일러 입구(10), 및 적층부(15)에 연결된 제 1 출구(exit;13) 및 연도 가스 재순환부(4)에 연결된 제 2 출구(14)를 갖는 배출구 측을 갖는 열회수 보일러 장치(3)를 포함하고, 상기 연도 가스 재순환부는 상기 제 2 출구(14)를 상기 가스 터빈(2)의 압축기 입구(18)에 연결하는 발전소(1)에 있어서,
상기 열회수 보일러 장치(3)는 상기 보일러 입구(10)에서 상기 제 1 보일러 출구(13)로의 제 1 보일러 연도 가스 경로(20), 상기 보일러 입구(10)에서 상기 제 2 보일러 출구(14)로의 개별 제 2 보일러 연도 가스 경로(21), 보충 발화부(49) 및 상기 제 1 보일러 연도 가스 경로(20)에 있는 후속 촉매 NOx 변환기(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전소(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 촉매 NOx 변환기(50)는 3원 촉매 변환기(50)를 포함하거나 또는 NOx 흡착 촉매부(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전소(1). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 보일러 연도 가스 경로(20)는 상기 가스 터빈 연도 가스로부터의 NOx에 의해 NOx 흡착 촉매부(50)를 적재하기 위해 확산기 입구(29)를 상기 NOx 흡착 촉매부(50)에 연결하는 제 1 섹터와, 상기 확산기 입구(29)를 상기 NOx 흡착 촉매에 연결하는 제 2 섹터를 포함하고, 상기 보충 발화부(49)는 상기 NOx 흡착 촉매부(50)를 재생하기 위하여 상기 확산기 입구(29)와 상기 NOx 흡착 촉매부(50) 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 발전소(1). - 제 3 항에 있어서,
상기 NOx 흡착 촉매부(50)는 상기 제 1 보일러 연도 가스 경로(20)에서 회전가능하게 설치되어서, 상기 NOx 흡착 촉매부(50)의 섹션은 흡착 제 2 섹터(Ⅱ)로부터 재생 제 1 섹터(Ⅰ)로 회전할 수 있고 상기 NOx 흡착 촉매부(50)의 섹션은 상기 재생 제 1 섹터(Ⅰ)로부터 상기 흡착 제 2 섹터(Ⅱ)로 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 발전소(1). - 제 3 항에 있어서,
상기 NOx 흡착 촉매부(50)는 원통형 케이싱에서 회전하도록 배열된 일반적 원형판을 포함하는 재생 회전식 촉매로서 구성되고, 상기 케이싱은 상기 제 1 입구 섹터에 대한 연결부와 제 2 입구 섹터에 대한 연결부를 포함하고, 공통 배출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 발전소(1). - 제 5 항에 있어서,
상기 흡착 촉매부(50)를 적재하기 위한 상기 제 1 섹터의 입구 영역은 상기 흡착 촉매부(50)를 재생하기 위한 상기 제 2 섹터의 입구 영역에 적어도 2배인 것을 특징으로 하는 발전소(1). - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 보일러 연도 가스 경로(20)는 상기 후속 NOx 흡착 촉매부(50)의 재생을 위해 각 섹터(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)에서 상기 보충 섹터 발화부들(53 내지 56)의 독립적인 작동을 허용하도록, 상기 보충 섹터 발화부들(53 내지 56)에 대한 독립적인 연료 공급 제어부를 갖는, 적어도 2개의 개별 섹터들(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)에 있는 상기 NOx 흡착 촉매부(50)의 상류에 설치된 적어도 2개의 보충 섹터 발화부들(53 내지 56)을 갖는 상기 적어도 2개의 섹터들(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)로 분할되는 것을 특징으로 하는 발전소(1). - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열회수 보일러 장치(3)는 상기 제 1 보일러 연도 가스 경로(20)와 상기 개별 제 2 보일러 연도 가스 경로(21)로 진입하는 상기 연도 가스 사이에서 분할되는 상기 질량 유동을 제어하도록 배열된 제어 부재(37,40,45)를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전소(1). - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축기 흡입부(66)는 상기 압축기(4)의 유동 통로에 연결된 섹터들(64,65)로 분할되고, 신선 공기 흡입 섹터(64)는 신선 공기(61)를 상기 압축기(4)의 입구로 안내하고, 연도 가스 흡입 섹터(65)는 재순환된 연도 가스 유동(69)을 상기 압축기(4)의 입구로 안내하는 것을 특징으로 하는 발전소(1). - 발전소(1)의 작동 방법으로서,
상기 발전소는
적어도 압축기(5), 연소기(6,7) 및 터빈(8,9)을 갖는 가스 터빈(2),
터빈 출구(12)에 연결된 적어도 보일러 입구(10), 및 적층부(15)에 연결된 제 1 출구(13) 및 연도 가스 재순환부(4)에 연결된 제 2 출구(14)를 갖는 배출구 측을 갖는 열회수 보일러 장치(3)를 포함하고, 상기 연도 가스 재순환부는 상기 제 2 출구(14)를 상기 가스 터빈(2)의 압축기 입구(18)에 연결하는, 상기 발전소(1)의 작동 방법에 있어서,
상기 연도 가스는 상기 열회수 보일러 장치(3)에서 2개의 유동들로 분할되고, 제 1 유동은 상기 보일러 입구(10)로부터 상기 제 1 보일러 출구(13)로 흐르고 제 2 유동은 상기 보일러 입구(10)로부터 상기 제 2 보일러 출구(14)로 흐르는 것,
상기 제 2 유동은 상기 제 2 보일러 출구로부터 상기 가스 터빈(2)의 압축기 입구로 재순환되는 것,
상기 제 1 유동의 적어도 일부에서의 산소 함량은 보충 발화부(49)에 의해서 시간 주기 동안 적어도 감소되는 것, 그리고
상기 제 1 유동이 상기 제 1 보일러 출구(13)로부터 방출되기 전에 NOx는 촉매 NOx 변환기(50)에서 상기 제 1 유동으로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 발전소(1)의 작동 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 NOx는 NOx 흡착 촉매부(50)에서 제거되는 것을 특징으로 하는 발전소(1)의 작동 방법. - 제 11 항에 있어서,
감소된 산소 함량을 갖는 상기 제 1 유동의 일부는 상기 NOx 흡착 촉매부(50)의 제 1 섹터(Ⅰ)의 재생을 위하여 상기 NOx 흡착 촉매부(50)에서 제 1 섹터(Ⅰ)로 공급되는 것, 잔여 제 1 유동은 상기 NOx 흡착 촉매부(50)의 제 2 섹터(Ⅱ)로 공급되는 것, 그리고 NOx는 상기 NOx 흡착 촉매부(50)의 상기 제 1 섹터(Ⅰ) 뿐 아니라 상기 제 2 섹터(Ⅱ)에 있는 제 1 유동으로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 발전소(1)의 작동 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 흡착 촉매부(50)는 일반적 원형판을 포함하는 재생 회전식 촉매로서 구성되고, 상기 원형판은 상기 제 2 섹터(Ⅱ)에서 NOx로 적재하기 위하여 상기 제 1 섹터(Ⅰ)로부터 상기 NOx 흡착 촉매부(50)의 재생 섹션을 이동시키도록 회전하고 상기 제 1 섹터(Ⅰ) 안으로의 재생을 위하여 상기 제 2 섹터(Ⅱ)로부터 상기 NOx 흡착 촉매부(50)의 적어도 부분 충전 섹션을 이동시키도록 회전하는 것을 특징으로 하는 발전소(1)의 작동 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 보일러 연도 가스 경로(20)는 각 섹터(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)에 배열된 적어도 하나의 보충 섹터 발화부(53 내지 56)를 갖는 섹터들(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)로 추가로 분할되는 것, 그리고 상기 보충 섹터 발화부들(53 내지 56)은 상기 NOx 흡착 촉매부(50)의 대응 섹터(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)를 재생시키도록 교대로 턴온되고 NOx에 의해 상기 NOx 흡착 촉매부(50)의 대응 섹터(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)를 적재하기 위해 턴오프되는 것을 특징으로 하는 발전소(1)의 작동 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 보충 발화부(49)는 상기 흡착 촉매부(50)의 재생을 위하여 교대로 턴온되고 상기 흡착 촉매부(50)가 NOx로 충전되는 동안 연료 소비를 최소화하도록 턴오프되는 것을 특징으로 하는 발전소(1)의 작동 방법.
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