KR20150074096A - 연료 준비 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

공급될 분상 연료를 예를 들어 분쇄 및 건조하여 준비하는 연료 준비 장치 및 방법이 기재된다. 본 발명 장치는, 연료와 가스의 혼합물을 받아들여서, 분말 상태에서 연소시키기 위한 연료를 준비하는 연료 준비 유닛; 상기 연료 준비 유닛으로부터 분상 연료와 가스의 혼합물이 배출되는 유동 통로를 획정하는 배출 도관; 상기 배출 도관으로부터 혼합물을 받아들이고, 상기 혼합물로부터 적어도 대부분이 가스로 되어 있는 가스 상과, 분상 연료를 포함하여 이루어진 연료 상으로 분리하는 상 분리기; 상기 분리기로부터 가스 상이 유동하는 통로를 획정하는 가스 상 도관; 상기 가스 상 도관과 유체가 유동하도록 연결되어 상기 가스 상을 받아들이고 건조시키는 열 교환기;를 포함한다. 본 발명 방법은 상기 장치를 실시하는 데에 기본 원리로 적용된다.

Description

연료 준비 장치 및 방법 {FUEL PREPARATION APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 발전소에서 예컨대 분상 연료를 분쇄하고 건조하여 특히 미분탄과 같은 탄소계 연료를 준비하는 데에 사용되는 연료 준비 공정과, 그 공정을 실시하는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 화력 발전소에 연료 공급원으로서, 공급되는 연료를 분쇄하고 건조하는 데에 특히 적용된다. 본 발명은 갈탄을 사용하는 발전소나 바이오매스 발전소에 사용되는 연료를 분쇄하고 건조하는 데에 특히 적용된다. 또한, 본 발명은 폐기물 에너지 플랜트와도 관련된다.

종래의 하나의 처리 방법에서, 분쇄장치는 석탄을 건조한 후, 건조된 석탄을 연소로로 직접 운송한다. 갈탄을 처리하는 데에 분쇄장치(예컨대 팬-비터 분쇄장치)가 사용되는 경우, 발전소 효율에 심각한 영향을 미치는 치명적인 단점 두 개가 있다.

먼저, 이러한 종래의 공정에서, 분쇄장치는 석탄을 건조한 후, 건조된 석탄을 연소로로 직접 운송한다. 이러한 처리 방법은 산업계에서 입증된 방법이다. 그러나, 연료를 건조시킬 때에 수증기가 발생되고, 발생된 수증기가 연소로를 통과하기 때문에, 공정 효율을 낮추게 된다. 수증기는 노에서 연도 가스를 추출하여 이를 굴뚝으로 통과시키는 데에 필요로 하는 유도 통풍(ID: Induced Draft) 팬 파워를 증가시킨다.

다른 종래의 처리 방법에서, 분쇄장치에 의해 처리된 연료는 분쇄장치에서 노로 운송되기 전에 중간 저장장치인 사일로에 저장된다. 이러한 공정 장치에서, 수증기는 노에 들어가지 않으며, 이에 따라 발전소 효율은 높아지지만, 분쇄장치에 의해 연료를 건조하는 데에 소모되는 열은 여전히 손실되게 된다.

본 발명 공정은 예를 들어 석탄 발전소에 사용되는 석탄을 분쇄하고 건조하여 연료를 준비하는 표준/종래 공정을 개선하는 것을 목적으로 한다.

본 발명 공정은 바이오매스 발전소에 사용되는 연료를 분쇄하고 건조하여 연료를 준비하는 표준/종래 공정을 개선하는 것을 목적으로 한다.

본 발명 공정은 폐기물 발전소에 사용되는 연료를 분쇄하고 건조하여 연료를 준비하는 표준/종래 공정을 개선하는 것을 목적으로 한다.

현재, 갈탄 발전소 효율을 개선시키려는 노력은, 석탄을 분쇄 시스템에 도입하기 전에 석탄을 미리 건조시켜 수분을 제거하는 데에 집중되어 있다. 이에 따라, 건조 시스템에 상당한 투자를 해가면서 발전소 효율이 최대로 증가된다. 이러한 시스템들이 시중에 팔리고 있으며, 전 세계에서 다양한 크기의 시스템이 시험되고 있다(즉, 유동상 건조기를 갖춘 DryFining 공정 또는 WTA). 유동상 건조기를 기초로 하는 공지의 공정은 석탄을 준비하는 데에 분쇄 단계를 추가로 필요로 하게 된다. 그렇지 않으면, 유동화 현상(fluidised phenomenon)은 얻어지지 않게 된다. 이는 이러한 시스템에 대해 자본 투자를 추가로 필요로 하게 한다.

본 발명은 사전-건조 기술에 대한 자본 투자를 줄이거나 이상적으로는 자본 투자를 하지 않으면서도, 초기 문제를 해결하고 발전소 효율을 잠재적으로 증가시키는 공정 방법론을 제공하는 것을 추구한다.

본 발명에 따른 제1 측면에서, 특히 예컨대 화력 발전소의 보일러와 같은 증기 발생기에 연료로 공급될 분상 연료를 제조하기 위해 연료를 준비하는 방법은,

분말 상태에서 연소시키기 위한 연료를 준비하는 연료 준비 유닛에 연료와 가스의 혼합물을 공급하는 단계;

상기 연료 준비 유닛으로부터 분상 연료와 가스의 혼합물을 배출하는 단계;

상기 혼합물로부터 적어도 대부분이 가스로 되어 있는 가스 상과, 분상 연료를 포함하여 이루어진 연료 상으로 분리하는 단계;

상기 가스 상을 건조시키기 위해 가스 상을 바람직하기로는 공급수 열 회수 열 교환기와 같은 공정 유체 열 교환기인 열 교환기로 통과시키는 단계;를 포함한다.

연료 준비 유닛은 연료와 가스의 혼합물을 받아들여 연료를 분말 상태로 분쇄하기에 적합한 미분기(mill) 같은 연료 펄버라이저(pulverizer)인 것이 바람직하다. 본 경우에서 상기 방법은 특히 예컨대 화력 발전소의 보일러와 같은 증기 발생기에 연료로 공급될 분상 연료를 제조하기 위해 연료를 준비하는 방법으로,

연료와 가스의 혼합물을 미분기로 공급하는 단계;

미분기로부터 분상 연료와 가스를 배출하는 단계;

상기 혼합물을 적어도 대부분이 가스로 되어 있는 가스 상과, 분상 연료를 포함하여 이루어진 연료 상으로 분리하는 단계;

상기 가스 상을 건조시키기 위해 가스 상을 공급수 열 회수 열 교환기와 같은 공정 유체 열 교환기로 통과시키는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따른 제2 측면에서, 특히 예컨대 화력 발전소의 보일러와 같은 증기 발생기에 연료로 공급될 분상 연료를 제조하기 위해, 예를 들어 연료를 분쇄 및 건조하여 연료를 준비하는 장치는,

연료와 가스의 혼합물을 받아들여서, 분말 상태에서 연소시키기 위한 연료를 준비하는 연료 준비 유닛;

상기 연료 준비 유닛으로부터 분상 연료와 가스의 혼합물이 배출되는 유동 통로를 획정하는 배출 도관;

상기 배출 도관으로부터 혼합물을 받아들이고, 상기 혼합물로부터 적어도 대부분이 가스로 되어 있는 가스 상과, 분상 연료를 포함하여 이루어진 연료 상으로 분리하는 상 분리기;

상기 분리기로부터 가스 상이 유동하는 통로를 획정하는 가스 상 도관;

상기 가스 상 도관과 유체가 유동하도록 연결되어 상기 가스 상을 받아들이고 건조시키는 바람직하기로는 공급수 열 회수 열 교환기 같은 공정 유체 열 교환기인 열 교환기;를 포함한다.

연료 준비 유닛은 연료와 가스의 혼합물을 받아들여 연료를 분말 상태로 분쇄하기에 적합한 미분기 같은 연료 펄버라이저인 것이 바람직하다. 이 경우에서 상기 장치는 특히 예컨대 화력 발전소의 보일러와 같은 증기 발생기에 연료로 공급될 분상 연료를 분쇄 및 건조하는 장치로,

연료와 가스의 혼합물을 받아들이고, 연료를 분말 상태로 분쇄하는 미분기;

미분기로부터 나온 분상 연료와 가스가 통과하는 통로를 획정하는 미분기 배출 도관;

상기 혼합물을 적어도 대부분이 가스로 되어 있는 가스 상과, 분상 연료를 포함하여 이루어진 연료 상으로 분리하는 상 분리기;

상기 분리기로부터 나온 가스 상이 통과하는 통로를 획정하는 가스 상 도관;

상기 가스 상을 받아들이고 건조시키기 위해 가스 상 도관과 유체가 유동하도록 연결되어 있는 공급수 열 회수 열 교환기와 같은 공정 유체 열 교환기;를 포함한다.

본 발명의 제2 측면에 따른 장치는 상기 제1 측면의 공정을 실시하는 장치이고, 각 측면의 바람직한 실시형태는 아래에서 논의되는 사항으로부터 이해될 수 있을 것이다.

가스 상은 연료와 가스 상이 결합된 상태로 예컨대 건조 및/또는 운송 및/또는 저장이 용이하도록 사용된다. 가스 상은 수증기로 가득 차게 된다. 본 발명은 연료의 분쇄 및 건조 및/또는 운송 및/또는 저장에 의해 발생된 적어도 대부분이 수증기로 이루어진 가스 상을 분리한다. 수증기는 연소로를 통과하지 않는다. 이는 요구되는 ID 팬 파워를 증가시키는 불이익을 예방하기 위한 것이다. 본 발명은 바람직하기로는 상기 분리기의 하류에서 수증기를 응축시키는, 공급수 열 회수 열 교환기 같은 공정 유체 열 교환기인 열 교환기를 사용한다. 바람직한 경우에 있어서, 산업 공정에서 사용하기 위한 현열을 회수하기 위해, 건조 공정에서 소모된 잠열은 회수되어 공정 유체로 전달된다. 특히 회수된 잠열은 공급수를 예열하는 데에 사용된다. 이렇게 함으로써 공정 효율이 증대된다.

바람직한 경우에 있어서, 본 발명은 수분 함량이 많은 석탄을 분쇄하고 건조하는 방법과, 수분 함량이 많은 석탄을 분쇄 및 건조하는 장치에 적용된다. 아래에서는, 이러한 맥락에서 실시예들을 설명한다. 그러나, 통상의 기술자라면, 석탄 분쇄 및 건조 시스템과, 유사한 문제점을 나타내는 다른 분쇄/연료 준비 및 건조 시스템에도 적용되어, 예비-건조 설비를 사용하지 않으면서도 파워 사이클 효율을 높일 수 있음을 이해할 수 있을 것이며, 실시예들이 해석됨에 따라 본 발명의 원리를 이해할 수 있을 것이다.

분쇄 및 건조 장치와 방법이 결합된 실시예에서, 분쇄된 연료는 분쇄된 연료와 함께 혼합된 상태로 공급되는 가스에 의해 건조된다. 바람직하기로는 상기 가스는 주위 온도보다 높은 고온 상태에 있다. 이는 선택적으로 예열된 공기와 연소로에서 나온 연도 가스의 혼합물일 수 있다. 이 경우에 있어, 연료와 가스의 혼합물을 미분기로 공급하는 단계는 가스를 고온에서 공급하는 것을 포함하고, 선택적으로 가스를 고온에서 공급하는 단계는 선택적으로 예열된 공기와 연소로 예를 들어 증기 발생기의 연소로에서 나온 연도 가스의 혼합물을 공급하는 것을 포함한다.

바람직하기로는, 본 발명에 따른 장치는 연료와 가스의 혼합물을 미분기로 공급하도록 구성된 연료 공급원과 가스 공급원을 포함한다. 바람직하기로는, 가스 공급원은 고온의 가스를 공급하기에 적합하게 구성된다. 예를 들어, 상기 가스 공급원은 선택적으로 예열된 공기와 연소로 예를 들어 증기 발생기의 연소로에서 나온 연도 가스의 혼합물을 공급하는 것을 포함한다.

본 발명에 따르면, 분쇄 및 건조 공정에서 발생되어 미분기로부터 나온 적어도 대부분이 수증기로 가득 찬 가스 산출물과 적어도 대부분이 수증기로 가득 찬 가스 상은, 가스 상이 열 교환기로 공급됨에 따라 우회하게 된다. 열 교환기는 수증기를 응축하며, 이에 따라 바람직한 경우에 있어, 상기 건조 및 증발 공정에서 잠열의 적어도 일부를 회수하게 된다. 바람직한 경우에 있어, 가스 상이 열 교환기로 공급됨에 따라 실질적으로 대부분이 수증기로 가득 찬 가스 산출물이 우회하게 된다. 바람직한 경우에 있어서, 상 분리기는 실질적으로 미분기로부터 나온 모든 가스 산출물을 가스 상으로 분리하는 데에 적합하다.

본 발명의 특별한 장점은 잠재적으로 다양한 분쇄 기술에 적용될 수 있다는 것이다. 본 발명의 제1 측면에 따른 방법과 본 발명의 제2 측면에 따른 장치는 분말 상태로 분쇄하여 건조하고, 연소하기 위해 또는 저장하기 위해 연료를 공급하는 분쇄 단계 또는 장치를 포함한다. 본 발명에 따르면, 예를 들어 볼밀, 수평 및 수직 롤러 밀, 비터 밀 등에 한정하지 않으며, 연료를 분말 상태로 분쇄하는 데에 적당한 어떠한 분쇄 장치를 사용할 수 있다.

상정 가능한 실시형태에서, 상기 분쇄 장치는 예를 들어 친숙한 방식으로 분쇄시킬 연료를 수용하는 하우징, 로터리 밀링축, 상기 하우징 내에서 연료를 분쇄하기 위해 상기 축 상에서 이루어지는 비터 형성 및 임펠러를 포함하는 팬 비터 미분기를 포함한다.

본 발명에 따른 분쇄 장치는 분쇄된 연료를 예를 들어 화력 발전소의 보일러와 같은 증기 발생기의 연소로에 직접 또는 간접적으로 공급하기에 적합할 수 있다.

본 발명의 방법과 장치는 특히 예를 들어 연소 장치에 사용되는 연료로, 분쇄하기 전에 상대적으로 많은 양의 수분 예컨대 적어도 25%의 수분을 함유하는 탄소계 연료를 처리하는 방법 및 장치이다. 본 발명의 장치 및 방법은 특히 예를 들어 연소 장치에 사용되는 저등위 연료를 처리하기 위한 장치 및 방법이다. 본 발명은 탄소계 연료 및 예컨대 저등위 연료를 건조하는 공정 및 시스템을 통합한다.

저등위 연료는 수분 함량이 높다(일반적으로 25-60% 또는 그 이상)는 것을 특징으로 한다. 수분 함량이 많은 연료를 연소함에 따른 비효율을 예방하기 위해, 저등위 연료를 분말 상태로 분쇄한 후, 건조한다. 바람직한 경우에서, 수분 함량이 약 10-20%로 줄어들 수 있다.

본 발명은 특히 분쇄하기 전에 수분 함량이 상대적으로 많은 탄소계 연료 예컨대 저등위 연료를 연소하기 위해 연료를 분쇄 및 건조하는 공정과 관련된다. 본 명세서에서 저등위 연료(low-rank fuel)란 용어는 종종 토탄(peat), 갈탄(lignite), 갈탄(brown coal) 또는 아역청탄(subbituminous coal), 또는 역청탄보다 수분 함량이 많은(일반적으로 25-60% 또는 그 이상) 바이오매스를 포함하는 연료를 지칭하는 것으로 사용된다. 따라서, 바람직한 경우에서, 본 발명의 장치는 그러한 연료를 분말 상태로 분쇄하기 위해 공급하는 공급부를 포함하고, 본 발명의 방법은 연소로가 필요로하는 연료를 분쇄하는 과정을 포함한다.

또한 본 발명은 폐기물 연소 설비에도 적용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 바람직하기로는 공정 유체 열 교환기인 열 교환기는 가스 상을 받아들여 건조시키는 상 분리기의 하류에서 유체가 유동 가능하도록 가스 상 도관에 연결되어 있다. 가스 상에서 또는 연료를 건조하기 위해 미분기에서 소모된 잠열이 회수 및 전달되어 공정 유체를 가열한다.

공정 유체는 공정 액체 또는 공기 또는 다른 가스일 수 있다. 공정 액체는 물, 암모니아, 알코올, 탄화수소 등을 포함하여, 열 교환하는 데에 사용될 수 있는 어떠한 액체 또는 이들 액체들의 혼합물일 수 있다. 바람직하기로는, 공정 액체의 전부가 물이거나, 대부분이 물로 구성되되 선택적으로 당 업계에 공지되어 있는 하나 이상의 첨가제나 다른 미량 성분을 포함한다.

공정 유체 스트림은 직접 또는 간접 열교환, 방법, 디바이스, 유닛 또는 장치에 의해 가열될 수 있다.

본 발명의 상정 가능한 실시형태에서, 공정 유체는 물 및/또는 증기이며, 예컨대 증기 발생기 또는 증기 발생 공정의 보일러에서 나오는 물 및/또는 증기이다. 본 발명의 상정 가능한 실시형태에서, 공정 유체는 증기 발생기를 위한 공급수이다. 이러한 증기 발생기는 보일러일 수 있다. 선택적으로 하나의 이상의 보일러를 포함할 수 있으며, 선택적으로 당 업계에 공지되어 있는 일체형 증기 발생기 이코노마이저를 포함할 수 있다.

연료를 건조하기 위해 또는 가스 상에서 미분기에 의해 소모된 잠열이 회수되어 열 교환기에 의해 공급수를 예열하는 데에 사용된다.

공급수(feedwater)는 공급수 스트림으로부터 직접 또는 간접적으로 제공될 수 있다. 바람직하기로는, 그러한 공급수 스트림의 일부는 본 발명 시스템에 사용되는 공정 액체로 제공된다. 그러한 공급수 스트림의 일부는 공급수 스트림의 슬립 스트림으로 제공될 수 있으며, 슬립 스트림은 일반적으로 전체 공급수 스트림의 작은 일부분이다.

이러한 경우에 있어, 본 발명 장치의 열 교환기는 공정 유체 열 교환기인 것이 바람직하며, 예를 들어 공정 유체와 열 교환하고 교환된 열을 산업 공정에서 사용하기 위해 공급하도록 배치된 열 교환기이다. 특히, 열 교환기는 열 교환기 내의 현열을 이용할 수 있도록 공정 유체를 산업 공정에 공급하기에 적합하다. 예를 들어, 공정 유체는 증기 발생기용 공급수이다. 공정 유체는 열 교환기에서 회수한 현열을 사용할 수 있도록 공급되며, 열 교환기에서 회수된 현열은 공급수를 예열한다.

위와 유사하게, 본 발명의 방법에서 열 교환기는 공정 유체 열 교환기이며, 본 발명의 방법은 공정 유체를 열 교환기로 공급하는 단계를 포함한다. 특히, 열 교환기는 산업 공정에서 사용되는 공정 유체와 열 교환하는 데에 사용되도록 배치되는 열 교환기이며, 본 발명의 방법은 열 교환기를 사용하여 수증기를 응축시키고, 이에 따라 건조 공정에서 잠열의 적어도 일부를 회수하는 단계를 포함한다. 바람직하기로는, 본 발명의 방법은 열 교환기에서 회수되는 현열을 사용할 수 있는 방식으로 산업 공정에서 공정 유체를 사용하는 단계를 추가로 포함한다. 특히 바람직한 경우에서, 공정 유체는 증기 발생기에서 사용되는 공급수이며, 열 교환기에서 회수되는 현열을 이용할 수 있는 방식으로 공정 유체를 사용하는 단계에서, 열 교환기에서 회수되는 현열은 공급수를 예열한다.

열 교환기는 통상적으로 사용되는 디자인이거나 맞춤식 디자인의 임의의 형태의 직접식 또는 간접식 열 교환기일 수 있다. 바람직한 경우에 있어, 열 교환기는 산업 공정 예컨대 증기 발생 공정에서 사용하기 위해 현열을 회수할 수 있는 공정 유체 열 교환기이다. 본 발명에서 상정할 수 있는 보다 완벽한 측면에서, 본 발명 방법은 본 발명의 제1 측면에 따라 공급될 분상 연료를 제조하기 위해 연료를 분쇄하고 건조하는 방법을 포함하며, 상기 연료를 연소 장치에 공급하는 추가의 단계를 추가로 포함한다. 연소 장치는 예를 들면 화력 발전소의 보일러를 포함하는, 보일러와 같은 증기 발생기의 연소로이다.

상정 가능한 실시형태에서, 연료 상(fuel phase)이 버너에 직접 공급된다. 다른 상정 가능한 실시형태에서, 연료 상은 예컨대 저장 사일로를 통해 간접 방식으로 공급된다.

본 발명의 대안적인 보다 완벽한 측면에서, 본 발명의 방법은 본 발명의 제1 측면에 따라 공급될 분상 연료를 제조하기 위해 연료를 분쇄하고 건조하는 방법을 포함하며, 상기 건조된 연료를 저장하기 위해 통과하는 추가의 단계를 포함한다.

본 발명 방법은 가스 상을 건조시키기 위해, 가스 상을 바람직하기로는 공정 유체 열 교환기인 열 교환기를 통과시키는 단계를 포함하고, 바람직하기로는 열 교환기로부터 현열을 회수하여 그 현열을 추가의 산업 공정에서 액체, 가스 또는 이들의 혼합물일 수 있는 공정 유체를 가열 수단으로 사용하는 단계를 포함한다. 추가의 산업 공정은 예컨대 화력 발전소를 작동하는 공정이다. 이러한 경우에 있어서, 상기 공정 유체는 예컨대 화력 발전소를 운전하는 데에 사용되는 액체, 가스 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 예를 들어 공급수나 공기이다.

이와 유사하게, 본 발명의 추가적인 보다 완벽한 측면에 따르면, 분상 연료를 제조하기 위해 연료를 분쇄하고 건조하는 장치가 제공된다. 상기 장치는 연소 장치 및 연소 장치에 분상 연료를 포함하는 연료 상을 공급하기 위한 연료 공급 도관을 추가로 포함한다. 연소 장치는 예를 들어 화력 발전소의 보일러와 같은 증기 발생기의 연소로이며, 공급 도관은 분상 연료를 포함하는 연료 상을 증기 발생기 내의 연소로에 공급하기에 적합하도록 구성되어 있다. 선택적으로, 공급 도관은 연료 상을 증기 발생기의 하나 이상의 버너에 직접 공급하도록 구성된다. 이와는 달리, 공급 도관은 연료 상을 저장 사일로, 예컨대 간접식 연소 증기 발생기의 저장 사일로에 공급하도록 구성된다.

본 발명의 대안적이며 추가적으로 보다 완벽한 측면에 따르면, 전술한 장치는 저장 장치와, 연료 상을 받아들이고 받아들인 연료 상을 저장 장치로 공급하기 위한 공급 도관을 추가로 포함한다.

이하에서 첨부된 도면 1 및 도면 2를 참고로 하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적 시스템으로, 연소로에서 연료를 연소시키기 위해 버너에 분상 연료를 직접 공급하는 시스템을 나타내고 있다.
도 2는 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적 시스템으로, 분상 연료를 간접적으로 공급하는 시스템을 나타내고 있다.

아래에서의 논의는 특히 연소를 위해 연료를 분상으로 만들기 위해 사용되는 팬-비터 미분기(fan-beater mill)와 같은 표준 상태의 분쇄 시스템에 적용되는 공정을 고려한다. 이 실시예는 일 예에 불과하다는 점을 이해해야 한다. 도 1은 연소로의 버너에 분상 연료를 직접 공급하는 것을 나타내고, 도 2는 연소로에 분상 연료를 간접적으로 공급하는 것을 보여주고 있다. 본 발명 실시형태와 분쇄 시스템의 특징들에 있어, 연소로와 같이 공통되는 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하였다.

제안된 시스템은 팬-비터 미분기와 같이 종래의 분쇄 시스템과 관련되어 사용된다. 본 공정은 가스 상(gas phase)의 팬-비터 분쇄물 스트림을 건조시키고, 이러한 건조 과정에서 적어도 일부의 잠열을 회수하기 위해 공급수 열 회수 열교환기를 사용한다.

예컨대 갈탄이나 그 외 저등급 연료와 같이 상대적으로 수분 함량이 많은 탄소계 연료를 포함하는 연소용 연료가 연료 공급부(2)로부터 공급되며, 차거나 혹은 예열된 공기(4)와 연도 가스(6)의 혼합물을 포함하는 고온 가스 스트림과 결합된다. 상기 혼합물은 비터 미분기(8)로 공급되어 연소되기에 적당한 분상으로 분쇄된다. 미분기 내의 고온 가스는 연소하기에 좀 더 적당한 상태로 연료를 건조시킨다. 예를 들면, 25 내지 60% 함유된 수분이 5 내지 10%로 줄어든다. 연료로부터 나온 수증기는 가스 상(gas phase)으로 된다. 그러나, 분쇄된 연료가 연료를 건조시킴에 따라 발생된 수증기를 포함한 상태로 연소로에 직접 운송되면, 공정 효율을 낮출 수 있게 되는데, 이는 연료를 건조할 때에 발생된 수증기가 연소로를 지나가기 때문이다.

그 대신, 비터 미분기를 떠나는 스트림이 1차적으로 상분리기(12)에서 가루 상태의 건조된 연료 상(fuel phase)과 가스 상으로 분리된다. 이어서, 가스 상은 수증기가 응축되는 공급수 열교환기(feed water heat exchanger)(10)를 통과한다. 이렇게 함으로써, 발전소는 필요로 하는 ID 팬 파워를 줄이게 되어 발전소의 에너지 생산량을 증가시키게 된다. 또한, 발전소를 빠져나가는 가스가 수분을 덜 함유하고 있어 열용량이 작게 됨에 따라 굴뚝을 통한 열 손실이 적게 되어 공정 효율이 증가하게 된다. 또한, 연료를 건조시키기 위해 미분기에 의해 소모된 잠열이 회수되어 공급수를 예열하도록 전달됨에 따라, 공정 효율이 증가하게 된다. 가장 중요한 것은, 발전소 출력이 유지되면서도 연료 소모량이 줄어든다는 것이다.

가스와 수증기 혼합물이 실질적으로 제거된 분상 연료가 증기 발생기의 연소로(14)의 버너(13)를 통과한다. 도 1에서, 분상 연료가 직접 공급된다. 도 2는 분상 연료를 사일로(11)에 공급한 후, 증기 발생기의 연소로(14)의 버너(13)에 공급하는 간접방식의 예시적 시스템이다.

전술한 해법의 공정 산출을 통해, 시스템 내에서 50%의 잠열이 회수되는 것을 가정하면, 발전소 전체 효율(net efficiency)은 2.65%p 증가하며, 90%의 잠열이 회수되는 것을 가정하면 본 발명을 적용할 때에 3.84%p의 전체 효율을 개선시킨다는 것을 알 수 있었다. 회수되는 열의 양은 시스템의 비용 효율성을 증가시키는 디자인에 영향을 미치는 경제적 인자로부터 산출될 수 있다.

분리기에서 가스 상과 분리된 건조된 연료는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 연소로 내의 버너를 직접 통과하거나, 도 2에 도시되어 있듯이 중간 저장 장치(예컨대 사일로)에 안전하게 저장되었다가 연소를 위해 버너에 운송되기도 한다.

또 다른 적용에서, 본 발명은 원 연료를 건조하고 운송(예컨대 선박을 통한 운송)하기 위해 연료를 저장하며, 원격지에서 연소하는 데에 사용될 수도 있다.

Claims (30)

1. 공급될 분상 연료를 제조하기 위해, 연료를 준비 및 건조하는 장치로,
   연료와 가스의 혼합물을 받아들여서, 분말 상태에서 연소시키기 위한 연료를 준비하는 연료 준비 유닛;
   상기 연료 준비 유닛으로부터 분상 연료와 가스의 혼합물이 배출되는 유동 통로를 획정하는 배출 도관;
   상기 배출 도관으로부터 혼합물을 받아들이고, 상기 혼합물로부터 적어도 대부분이 가스로 되어 있는 가스 상과, 분상 연료를 포함하여 이루어진 연료 상으로 분리하는 상 분리기;
   상기 분리기로부터 가스 상이 유동하는 통로를 획정하는 가스 상 도관;
   상기 가스 상 도관과 유체가 유동하도록 연결되어 상기 가스 상을 받아들이고 건조시키는 열 교환기;를
   포함하는 것을 특징으로 하는 연료 준비 및 건조 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 연료 준비 유닛은 연료와 가스의 혼합물을 받아들이고, 연료를 분말 상태로 분쇄하는 미분기인 것을 특징으로 하는 연료 준비 및 건조 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 열 교환기는 공정 유체 열 교환기인 것을 특징으로 하는 연료 준비 및 건조 장치.
4. 제1항 또는 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 열 교환기는 공정 유체와 열 교환하고, 교환된 열을 산업 공정에서 사용하도록 공급하게 배치되어 있는 열 교환기인 것을 특징으로 하는 연료 준비 및 건조 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 열 교환기는 산업 공정에서 공정 유체의 현열을 사용하도록 공정 유체를 산업 공정에 공급하는 것을 특징으로 하는 연료 준비 및 건조 장치.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
   상기 공정 유체는 증기 발생기에 사용되는 공급수인 것을 특징으로 하는 연료 준비 및 건조 장치.
7. 선행하는 청구항 중 임의의 청구항에 있어서,
   상기 상 분리기는 상기 미분기로부터 나온 실질적으로 모든 가스 산출물을 가스 상으로 분리하는 것을 특징으로 하는 연료 준비 및 건조 장치.
8. 선행하는 청구항 중 임의의 청구항에 있어서,
   연료와 가스의 혼합물을 미분기로 공급하는 연료 공급원과 가스 공급원을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 준비 및 건조 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 가스 공급원은 고온의 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 연료 준비 및 건조 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 가스 공급원은 선택적으로 예열 공기 및 연소실로부터 나온 연도 가스를 공급하는 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 준비 및 건조 장치.
11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 공급원은 수분 함량이 평균적으로 적어도 25%인 저등위 연료를 공급하는 공급원을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 준비 및 건조 장치.
12. 선행하는 청구항 중 임의의 청구항에 있어서,
    연료 상을 받아들이고, 받아들인 연료 상을 저장 장치로 공급하는 저장 장치 및 공급 도관을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 준비 및 건조 장치.
13. 선행하는 청구항 중 임의의 청구항에 있어서,
    증기 발생기와, 상기 연료 상을 받아들이고 받아들인 연료 상을 상기 증기 발생기에 공급하는 공급 도관을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 준비 및 건조 장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 공급 도관은 증기 발생기의 하나 이상의 버너에 상기 연료 상을 직접 공급하는 것을 특징으로 하는 연료 준비 및 건조 장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 공급 도관은 증기 발생기의 저장 사일로에 연료 상을 공급하는 것을 특징으로 하는 연료 준비 및 건조 장치.
16. 공급될 분상 연료를 제조하기 위해 연료를 준비하는 방법으로,
    분말 상태에서 연소시키기 위한 연료를 준비하는 연료 준비 유닛에 연료와 가스의 혼합물을 공급하는 단계;
    상기 연료 준비 유닛으로부터 분상 연료와 가스의 혼합물을 배출하는 단계;
    상기 혼합물로부터 적어도 대부분이 가스로 되어 있는 가스 상과, 분상 연료를 포함하여 이루어진 연료 상으로 분리하는 단계;
    상기 가스 상을 건조시키기 위해 가스 상을 열 교환기로 통과시키는 단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 연료 준비 방법.
17. 제16항에 있어서,
    공급될 분상 연료를 제조하기 위해 연료를 분쇄 및 건조하고,
    상기 연료 준비 유닛은 상기 연료와 가스의 혼합물을 받아들이고, 상기 연료를 분말 상태로 분쇄하는 미분기인 것을 특징으로 하는 연료 준비 방법.
18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    열 교환기가 공정 유체 열 교환기인 것을 특징으로 하는 연료 준비 방법.
19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 교환기는 산업 공정에서 사용되는 공정 유체와 열 교환하도록 배치된 열 교환기이고, 연료 준비 방법은 열 교환기가 수증기를 응축시켜 건조하는 과정에서 적어도 일부의 잠열을 회수하는 것을 특징으로 하는 연료 준비 방법.
20. 제19항에 있어서,
    열 교환기에서 회수되는 현열을 사용할 수 있도록 산업 공정에서의 공정 유체를 사용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 준비 방법.
21. 제20항에 있어서,
    상기 공정 유체는 증기 발생기용 공급수이고, 열 교환기에서 회수되는 현열을 사용할 수 있도록 산업 공정에서의 공정 유체를 사용하는 단계에서 열 교환기에서 회수되는 현열은 상기 공급수를 예열하는 것을 특징으로 하는 연료 준비 방법.
22. 제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    미분기에서 나온 수증기로 가득 찬 가스 산출물의 실질적인 모든 산출물이 가스 상으로 분리된 후 열 교환기로 전환되는 것을 특징으로 하는 연료 준비 방법.
23. 제16항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    연료와 가스의 혼합물을 미분기로 공급하는 단계는 고온에서 가스를 공급하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 준비 방법.
24. 제23항에 있어서,
    고온에서 가스를 공급하는 단계는 선택적으로 예열된 공기와 연소실에서 나온 연도 가스의 혼합물을 공급하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 준비 방법.
25. 제16항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    연료와 가스의 혼합물을 미분기로 공급하는 단계는 수분 함량이 적어도 25%인 저등위 연료를 공급하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 준비 방법.
26. 제16항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    예컨대 화력 발전소용 보일러와 같은 증기 발생기에 사용되는 분상 연료를 제조하는 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 준비 방법.
27. 제26항에 있어서,
    연료 상을 증기 발생기로 공급하는 추가 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 준비 방법.
28. 제27항에 있어서,
    연료 상을 증기 발생기의 하나 이상의 버너에 직접 공급하는 추가 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 준비 방법.
29. 제28항에 있어서,
    연료 상을 증기 발생기의 저장 사일로에 공급하는 추가 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 준비 방법.
30. 제16항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    연료 상을 저장하기 위해 연료 상을 통과시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 준비 방법.

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