KR20210138846A - Intergrated combined cycle system - Google Patents

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KR20210138846A
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KR1020200056691A
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박병철
김동원
박경일
이규화
이종민
주용진
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한국전력공사
한국동서발전(주)
한국서부발전 주식회사
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Abstract

The present invention discloses a combined cycle power plant system comprising: a fluidized bed boiler in which combustion occurs while a fluidized bed is formed; a gas turbine and a steam cycle unit configured to operate respectively using heat of a combustion gas generated by the combustion in the fluidized bed boiler; a dust collecting filter unit provided between the fluidized bed boiler and the gas turbine and configured to remove dust contained in the combustion gas; and a cooling heat exchanger disposed at a front end of the dust collecting filter unit and configured to exchange the heat with the combustion gas to receive the heat from the combustion gas in order to lower a temperature of the combustion gas delivered from the fluidized bed boiler to the dust collecting filter unit. An objective of the present invention is to provide the combined cycle power plant system made to further improve power generation efficiency of a combined cycle power plant.

Description

복합발전 시스템{INTERGRATED COMBINED CYCLE SYSTEM}Combined Cycle Power System {INTERGRATED COMBINED CYCLE SYSTEM}

본 발명은 서로 다른 방식의 발전이 복합적으로 이루어지는 복합발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a combined cycle power generation system in which different types of power generation are combined.

공기연소 가압유동층 복합발전 기술은 가압상태에서 유동층(fluidized bed)으로 석탄 및 바이오매스 등을 연소하여 고압의 연소가스를 필터링후 가스터빈을 구동하고, 가스터빈의 배열 및 유동층보일러의 연소열을 이용하여 증기터빈을 구동하는 기술이다. 이 기술은 기존의 일반 미분탄보일러 및 유동층보일러보다 약간 효율이 높은 정도이나 가스터빈의 입구 온도가 유동층보일러의 노내 온도(800℃~900℃)에 의해 제한 되기 때문에 가스터빈의 입구온도가 높은 기존의 천연가스 복합발전에 비해 효율이 낮은 측면을 갖고 있다. 또한 이 기술에 사용된 고온집진필터(세라믹필터)가 현재 기술수준으로는 신뢰도가 낮아 개선이 필요한 실정이다.Air-fired pressurized fluidized bed combined cycle power generation technology burns coal and biomass in a fluidized bed in a pressurized state, filters high-pressure combustion gas, drives a gas turbine, and uses the arrangement of the gas turbine and the combustion heat of the fluidized bed boiler. It is a technology that drives a steam turbine. This technology is slightly more efficient than conventional pulverized coal boilers and fluidized bed boilers, but since the inlet temperature of the gas turbine is limited by the furnace temperature (800℃~900℃) of the fluidized bed boiler, it is Compared to natural gas combined cycle power generation, the efficiency is lower. In addition, the high-temperature dust-collecting filter (ceramic filter) used in this technology has low reliability at the current level of technology, so improvement is needed.

한편, 2세대 공기주입 방식 가압유동층 복합발전 기술인 부분 가스화기가 포함된 가압유동층 복합발전 기술의 경우, 1세대 가압유동층 기술을 보완하여 부분 가스화기에서 생성된 H2, CO, CO2 및 CnHm 합성가스을 가스터빈 연소기에서 2차로 연소시킴으로써, 가스터빈 입구단의 온도를 상승시켜 복합발전의 효율을 상승시킬수 있는 기술이지만, 정제를 위한 합성가스의 현열을 증기사이클에서 이용함으로써 복합발전의 장점을 충분히 이용하기가 어렵게 된다. 또한 부분 가스화기에서 산화제로 공기를 사용함으로써 합성가스의 발열량이 낮아 연소가 어려울수 있으며, 현대 가스터빈이 견딜수 있는 최고 온도인 1600도 정도까지 올릴수 있는 충분한 열량을 갖지 못할수 있어, 천연가스 복합화력에 비해 효율이 낮게 나타난다.On the other hand, in the case of pressurized fluidized bed combined cycle technology including a partial gasifier, which is the second-generation air injection type pressurized fluidized bed combined cycle technology, the H2, CO, CO2 and CnHm synthesis gas generated from the partial gasifier is supplemented with the first-generation pressurized fluidized bed technology in a gas turbine. It is a technology that can increase the efficiency of combined cycle power generation by raising the temperature of the gas turbine inlet by secondary combustion in the combustor, but it is difficult to fully utilize the advantages of combined cycle power generation by using the sensible heat of syngas for purification in the steam cycle. do. In addition, by using air as an oxidizer in the partial gasifier, the calorific value of syngas is low, so combustion may be difficult. compared to the lower efficiency.

또한, 석탄을 연료로 발전하는 기술중 IGCC 기술은 석탄을 합성가스로 가스화 하여 가스터빈의 입구온도를 최대 1600℃ 수준으로 높여 증기터빈과 함께 복합사이클로 기존 PC 석탄화력발전에 비해 높은 효율로 발전할수 있는 기술이나, 가스화기에 순산소를 공급하는 경우가 대부분이므로, ASU(air separation unit, 공기분리장치) 설비에 따른 효율 감소가 있다. 또한 고온, 고압의 가스화기, ASU, 고압에서 운전되는 탈황 공정 등 기존 석탄화력발전소에 적용되지 않는 기술들의 복잡한 구성요소를 갖고 있어 운전 신뢰도 측면에서 개선할 점이 있다. 또한 IGCC 가스화기에서 증가된 합성가스의 현열은 후단의 습식 스크러버 및 탈황공정을 위해 물(수증기)로 냉각을 하여 증기터빈 사이클에서 열이 활용되기 때문에 전체 복합 효율이 감소되는 단점을 갖고 있다.In addition, among the technologies for power generation using coal as fuel, the IGCC technology gasifies coal into syngas and raises the inlet temperature of the gas turbine to a maximum of 1600°C. However, since pure oxygen is mostly supplied to gasifiers, there is a decrease in efficiency due to ASU (air separation unit) facilities. In addition, it has complex components of technologies that are not applied to existing coal-fired power plants, such as high-temperature and high-pressure gasifiers, ASUs, and desulfurization processes operated at high pressures, so there is room for improvement in terms of operational reliability. In addition, the sensible heat of the syngas increased in the IGCC gasifier is cooled with water (water steam) for the wet scrubber and desulfurization process at the rear stage, so that the heat is utilized in the steam turbine cycle, so the overall combined efficiency is reduced.

이에 따라, 종래의 복합발전 기술에서 나타나는, 가스터빈의 입구온도가 유동층보일러의 노내 온도에 의해 제한됨에 따라 나타나는 복합발전 효율의 저하 문제와, 800도 이상의 고온에서 동작함에 따라 나타나는 고온집진필터의 성능에 대한 신뢰도 저하 문제를 해결할 수 있는 복합발전 시스템의 개발이 고려될 수 있다.Accordingly, the problem of a decrease in combined power generation efficiency that appears as the inlet temperature of the gas turbine is limited by the furnace temperature of the fluidized bed boiler, which appears in the conventional combined cycle technology, and the performance of the high temperature dust collection filter that appears when operating at a high temperature of 800 degrees or more The development of a combined cycle power plant system that can solve the problem of lowering the reliability of the system can be considered.

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 연소가스에 포함된 분진의 제거를 위해 마련되는 집진필터로 공급되는 연소가스의 온도를 낮춰 집진필터의 성능에 대한 신뢰도를 향상시키는 한편, 복합발전의 발전 효율을 보다 향상시킬 수 있도록 이루어지는 복합발전 시스템을 제공하는 것이다.One problem to be solved by the present invention is to improve the reliability of the performance of the dust collecting filter by lowering the temperature of the flue gas supplied to the dust collecting filter provided for removing the dust contained in the flue gas, while improving the power generation efficiency of the combined cycle power plant It is to provide a combined cycle power generation system made to further improve the.

본 발명이 해결하고자하는 다른 일 과제는, 가스터빈으로 공급되는 연소가스의 온도를 높여, 가스터빈의 입구온도를 상승시킴으로써, 가스터빈의 발전 비율을 높여 복합발전의 발전 효율을 향상시킬 수 있는 복합발전 시스템을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to increase the temperature of the combustion gas supplied to the gas turbine and increase the inlet temperature of the gas turbine, thereby increasing the power generation ratio of the gas turbine to improve the power generation efficiency of the combined cycle power generation. to provide a power generation system.

본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 복합발전 시스템은, 유동층(fluidized bed)이 형성되면서 연소가 이루어지는 유동층보일러; 상기 유동층보일러에서의 연소에 의해 발생되는 연소가스의 열을 이용하여 각각 동작하도록 이루어지는 가스터빈과 스팀사이클부; 상기 유동층보일러와 상기 가스터빈 사이에 마련되고, 상기 연소가스에 포함된 분진을 제거하도록 이루어지는 집진필터부; 및 상기 유동층보일러에서 상기 집진필터부로 전달되는 상기 연소가스의 온도를 낮추도록, 상기 집진필터부의 전단에 배치되고, 상기 연소가스와 열교환되어 상기 연소가스로부터 열을 전달받도록 이루어지는 냉각 열교환기를 포함한다.In order to achieve the object of the present invention, the combined cycle power generation system, a fluidized bed boiler in which combustion is made while a fluidized bed is formed; a gas turbine and a steam cycle unit configured to operate respectively using heat of combustion gas generated by combustion in the fluidized bed boiler; a dust collecting filter unit provided between the fluidized bed boiler and the gas turbine and configured to remove dust contained in the combustion gas; and a cooling heat exchanger disposed at the front end of the dust collecting filter unit to lower the temperature of the combustion gas transferred from the fluidized bed boiler to the dust collecting filter unit, and configured to exchange heat with the combustion gas to receive heat from the combustion gas.

상기 복합발전 시스템은, 상기 집진필터부를 통과한 상기 연소가스의 온도를 높이도록, 상기 집진필터부와 상기 가스터빈 사이에 배치되고, 상기 냉각 열교환기로부터 열을 전달받아 상기 집집필터부를 통과한 상기 연소가스와 열교환시키도록 이루어지는 가열 열교환기를 더 포함할 수 있다.The combined power generation system is disposed between the dust collection filter unit and the gas turbine to increase the temperature of the combustion gas passing through the dust collection filter unit, and receives heat from the cooling heat exchanger and passes through the collection filter unit It may further include a heating heat exchanger configured to exchange heat with the combustion gas.

상기 복합발전 시스템은, 상기 가스터빈과 상기 가열 열교환기 사이에 마련되고, 고열량 연료를 연소시켜 상기 가열 열교환기로부터 전달되는 상기 연소가스의 온도를 상승시키도록 이루어지는 가스터빈연소기를 더 포함하고, 상기 연소가스는, 상기 가스터빈연소기를 통과하면서 온도가 상승된 상태로 상기 가스터빈으로 공급되도록 이루어질 수 있다.The combined cycle power generation system further includes a gas turbine combustor provided between the gas turbine and the heating heat exchanger and configured to burn high calorific fuel to increase the temperature of the combustion gas delivered from the heating heat exchanger, The combustion gas may be supplied to the gas turbine in a state in which the temperature is increased while passing through the gas turbine combustor.

상기 복합발전 시스템은, 상기 가스터빈연소기로 상기 고열량 연료를 공급하도록 이루어지는 연료 공급부를 더 포함하고, 상기 고열량 연료는, 천연가스 및 수소 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The combined cycle power generation system may further include a fuel supply unit configured to supply the high-calorie fuel to the gas turbine combustor, and the high-calorie fuel may include at least one of natural gas and hydrogen.

상기 복합발전 시스템은, 상기 유동층보일러에서의 연소에 의해 발생되는 상기 연소가스를 전달받고, 탈휘발 및 부다 반응(boudouard reaction)에 의해 상기 가스터빈에서 이용 가능한 합성가스를 생성시키도록 이루어지는 가스화기를 더 포함하고, 상기 합성가스는, 상기 가스화기에서 생성되어 상기 집진필터부로 전달되도록 이루어질 수 있다.The combined cycle power generation system receives the combustion gas generated by combustion in the fluidized bed boiler, and a gasifier configured to generate syngas usable in the gas turbine by devolatilization and Boudouard reaction. Including, the synthesis gas may be generated in the gasifier and delivered to the dust collecting filter unit.

상기 유동층보일러 및 상기 가스화기는 탈황제(desulfurizing agent)가 공급되도록 이루어질 수 있다.The fluidized bed boiler and the gasifier may be configured to supply a desulfurizing agent.

상기 스팀사이클부는, 상기 유동층보일러에서의 연소에 의해 발생되는 상기 연소가스의 열과 함께, 상기 가스터빈를 통과한 배가스(waste gas)의 열과, 상기 가스화기로부터 상기 합성가스의 열을 공급받아 동작하도록 이루어질 수 있다.The steam cycle unit is configured to operate by receiving the heat of the combustion gas generated by combustion in the fluidized bed boiler, the heat of the waste gas passing through the gas turbine, and the heat of the synthesis gas from the gasifier. can

상기 복합발전 시스템은, 유동층보일러 및 상기 가스화기 중 적어도 어느 하나로 순산소(pure oxygen)를 공급하도록 이루어지는 공기분리장치부를 더 포함할 수 있다.The combined cycle power system may further include an air separation device configured to supply pure oxygen to at least one of the fluidized bed boiler and the gasifier.

상기 복합발전 시스템은, 상기 유동층보일러와 상기 가스화기 사이에 마련되고, 원심력을 이용하여 상기 연소가스에 포함된 촤(char) 및/또는 분진을 분리시키도록 이루어지는 제1 사이클론부; 및 상기 가스화기와 상기 냉각 열교환기 사이에 마련되고, 원심력을 이용하여 상기 합성가스에 포함된 촤(char) 및/또는 분진을 분리시키도록 이루어지는 제2 사이클론부를 더 포함할 수 있다.The combined cycle power system may include: a first cyclone unit provided between the fluidized bed boiler and the gasifier and configured to separate char and/or dust contained in the combustion gas by using centrifugal force; and a second cyclone provided between the gasifier and the cooling heat exchanger and configured to separate char and/or dust contained in the synthesis gas by using centrifugal force.

상기 복합발전 시스템은, 상기 유동층보일러와 상기 냉각 열교환기 사이에 마련되고, 원심력을 이용하여 상기 연소가스에 포함된 촤(char) 및/또는 분진을 분리시키도록 이루어지는 사이클론부를 더 포함할 수 있다.The combined cycle power system may further include a cyclone unit provided between the fluidized bed boiler and the cooling heat exchanger and configured to separate char and/or dust contained in the combustion gas by using centrifugal force.

상기 스팀사이클부는, 상기 유동층보일러에서의 연소에 의해 발생되는 상기 연소가스의 열과 함께, 상기 가스터빈를 통과한 배가스(waste gas)의 열을 공급받아 동작하도록 이루어질 수 있다.The steam cycle unit may be configured to operate by receiving heat from the waste gas that has passed through the gas turbine together with the heat of the combustion gas generated by combustion in the fluidized bed boiler.

본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 복합발전 시스템은, 유동층(fluidized bed)이 형성되면서 연소가 이루어지는 유동층보일러; 상기 유동층보일러에서의 연소에 의해 발생되는 연소가스의 열을 이용하여 각각 동작하도록 이루어지는 가스터빈과 스팀사이클부; 상기 유동층보일러와 상기 가스터빈 사이에 마련되고, 상기 연소가스에 포함된 분진을 제거하도록 이루어지는 집진필터부; 및 상기 가스터빈과 상기 집진필터부 사이에 마련되고, 고열량 연료를 연소시켜 상기 집진필터부로부터 전달되는 상기 연소가스의 온도를 상승시키도록 이루어지는 가스터빈연소기를 포함하고, 상기 연소가스는, 상기 가스터빈연소기를 통과하면서 온도가 상승된 상태로 상기 가스터빈으로 공급되도록 이루어진다.In order to achieve the object of the present invention, a combined cycle power generation system according to another embodiment of the present invention, a fluidized bed boiler in which combustion is made while a fluidized bed is formed; a gas turbine and a steam cycle unit configured to operate respectively using heat of combustion gas generated by combustion in the fluidized bed boiler; a dust collecting filter unit provided between the fluidized bed boiler and the gas turbine and configured to remove dust contained in the combustion gas; and a gas turbine combustor provided between the gas turbine and the dust collecting filter unit and configured to burn high-calorie fuel to increase the temperature of the combustion gas delivered from the dust collecting filter unit, wherein the combustion gas is the gas. It is made to be supplied to the gas turbine in a state in which the temperature is increased while passing through the turbine combustor.

상기 복합발전 시스템은, 상기 가스터빈연소기로 상기 고열량 연료를 공급하도록 이루어지는 연료 공급부를 더 포함하고, 상기 고열량 연료는, 천연가스 및 수소 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The combined cycle power generation system may further include a fuel supply unit configured to supply the high-calorie fuel to the gas turbine combustor, and the high-calorie fuel may include at least one of natural gas and hydrogen.

상술한 해결수단을 통해 얻게 되는 본 발명의 효과는 다음과 같다.The effects of the present invention obtained through the above-described solution are as follows.

본 발명의 복합발전 시스템은, 집진필터부의 전단에 배치되어, 공급되는 연소가스와 열교환되어 연소가스 또는 합성가스로부터 열을 전달받아 흡수하여 연소가스 또는 합성가스의 온도를 낮춤으로써, 집진필터부의 고온 영역에서의 작동으로 인한 신뢰도 저하 문제를 개선할 수 있다.The combined power generation system of the present invention is disposed at the front end of the dust collecting filter unit, heat exchanges with the supplied combustion gas to receive and absorb heat from the combustion gas or synthesis gas, thereby lowering the temperature of the combustion gas or the synthesis gas, so that the high temperature of the dust collection filter unit It is possible to improve the reliability degradation problem due to operation in the area.

아울러, 유동층보일러에서의 연소에 의해 발생되어, 냉각 열교환기에서 가열 열교환기로 이동하는 연소가스 또는 합성가스의 현열이, 스팀사이클부가 아닌 가스터빈으로 공급되어 가스터빈의 동작에 이용됨으로써, 연소가스 또는 합성가스의 현열이 스팀사이클부에서 이용되는 것에 비하여 복합발전 시스템의 발전량을 보다 향상시킬 수 있다.In addition, the sensible heat of combustion gas or synthesis gas generated by combustion in the fluidized bed boiler and moving from the cooling heat exchanger to the heating heat exchanger is supplied to the gas turbine rather than the steam cycle unit and used for the operation of the gas turbine, so that the combustion gas or Compared to that sensible heat of syngas is used in the steam cycle unit, the amount of power generation of the combined cycle power generation system can be further improved.

또한, 가스터빈 전단에 마련되고, 고열량 연료를 연소시켜 집진필터부로부터 전달되는 연소가스 또는 합성가스의 온도를 상승시키도록 이루어지는 가스터빈연소기를 포함하여, 연소가스가 가스터빈연소기를 통과하면서 온도가 상승된 상태로 가스터빈으로 공급되도록 이루어진다. 이에 따라, 가스터빈의 입구온도를 상승시켜 복합발전 효율을 크게 향상시킬 수 있다.In addition, including a gas turbine combustor provided at the front end of the gas turbine and configured to increase the temperature of combustion gas or synthesis gas delivered from the dust collection filter unit by burning high-calorie fuel, the temperature increases while the combustion gas passes through the gas turbine combustor. It is made to be supplied to the gas turbine in an elevated state. Accordingly, the combined power generation efficiency can be greatly improved by increasing the inlet temperature of the gas turbine.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합발전 시스템의 구성을 개념적으로 보인 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 복합발전 시스템의 다른 일 예에 따른 구성을 개념적으로 보인 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 복합발전 시스템의 또 다른 일 예에 따른 구성을 개념적으로 보인 도면이다.1 is a diagram conceptually showing the configuration of a combined cycle power generation system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view conceptually illustrating a configuration according to another example of the combined cycle power generation system shown in FIG. 1 .
3 is a view conceptually showing a configuration according to another example of the combined cycle power generation system shown in FIG.

이하, 본 발명에 관련된 복합발전 시스템(100)에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Hereinafter, the combined cycle power generation system 100 according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. In the present specification, the same and similar reference numerals are assigned to the same and similar components in different embodiments, and the description is replaced with the first description. As used herein, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합발전 시스템(100)의 구성을 개념적으로 보인 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 복합발전 시스템(100)의 다른 일 예에 따른 구성을 개념적으로 보인 도면이며, 도 3은 도 1에 도시된 복합발전 시스템(100)의 또 다른 일 예에 따른 구성을 개념적으로 보인 도면이다.1 is a diagram conceptually showing the configuration of a combined cycle power generation system 100 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram conceptually illustrating a configuration according to another example of the combined cycle power generation system 100 shown in FIG. 1 . 3 is a diagram conceptually illustrating a configuration according to another example of the combined cycle power generation system 100 shown in FIG. 1 .

도 1 내지 도 3을 참조하면, 유동층보일러(110), 가스터빈(120), 스팀사이클부(130), 집진필터부(140), 냉각 열교환기(151)를 포함할 수 있다.1 to 3 , a fluidized bed boiler 110 , a gas turbine 120 , a steam cycle unit 130 , a dust collection filter unit 140 , and a cooling heat exchanger 151 may be included.

유동층보일러(110)는, 유동층(fluidized bed)이 형성되면서 연소가 이루어진다. 여기에서, 상기 유동층은 용기 속의 분립체가 유체의 유속에 따라 이동하는 층으로서, 상기 유동층에서는 용기 내의 입자가 거의 균일하게 혼합될 수 있다. 상기 유동층보일러(110)는 공기와 연료(110a)를 동시에 주입해 순환 연소시킴으로써 질소 산화물, 황산화물 등 오염물질 배출을 크게 줄이는 효과를 갖는다. 연료(110a)는 예를 들어, 석탄(coal)으로 이루어질 수 있다.The fluidized bed boiler 110 is combusted while a fluidized bed is formed. Here, the fluidized bed is a layer in which the powder or granular material in the container moves according to the flow rate of the fluid, and in the fluidized bed, the particles in the container can be mixed almost uniformly. The fluidized bed boiler 110 has the effect of greatly reducing the emission of pollutants such as nitrogen oxides and sulfur oxides by injecting air and fuel 110a at the same time and circulating combustion. The fuel 110a may be made of, for example, coal.

가스터빈(120)과 스팀사이클부(130)는, 유동층보일러(110)에서의 연소에 의해 발생되는 연소가스(110c)의 열을 이용하여 각각 동작하도록 이루어질 수 있다.The gas turbine 120 and the steam cycle unit 130 may each be operated using heat of the combustion gas 110c generated by combustion in the fluidized bed boiler 110 .

집진필터부(140)는, 유동층보일러(110)와 가스터빈(120) 사이에 마련되며, 연소가스(110c)에 포함된 분진을 제거하도록 이루어질 수 있다.The dust collecting filter unit 140 is provided between the fluidized bed boiler 110 and the gas turbine 120 , and may be configured to remove dust contained in the combustion gas 110c.

냉각 열교환기(151)는, 유동층보일러(110)에서 집진필터부(140)로 전달되는 연소가스(110c)의 온도를 낮추도록, 집진필터부(140)의 전단에 배치되며, 연소가스(110c)와 열교환되어 연소가스(110c)로부터 열을 전달받도록 이루어질 수 있다.The cooling heat exchanger 151 is disposed at the front end of the dust collecting filter unit 140 to lower the temperature of the combustion gas 110c transferred from the fluidized bed boiler 110 to the dust collecting filter unit 140, and the combustion gas 110c ) and heat exchange to receive heat from the combustion gas 110c.

한편, 복합발전 시스템(100)은, 가열 열교환기(152)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the combined cycle power generation system 100 may further include a heating heat exchanger 152 .

가열 열교환기(152)는, 냉각 열교환기(151)와 집진필터부(140)를 차례로 통과한 연소가스(110c)의 온도를 높이도록, 집진필터부(140)와 가스터빈(120) 사이에 배치되며, 냉각 열교환기(151)로부터 열을 전달받아 집진필터부(140)를 통과한 연소가스(110c)와 열교환시키도록 이루어질 수 있다.The heating heat exchanger 152 is disposed between the dust collecting filter unit 140 and the gas turbine 120 to increase the temperature of the combustion gas 110c that has passed through the cooling heat exchanger 151 and the dust collecting filter unit 140 in sequence. It may be arranged to receive heat from the cooling heat exchanger 151 and exchange heat with the combustion gas 110c that has passed through the dust collecting filter unit 140 .

한편, 복합발전 시스템(100)은, 가스터빈연소기(160)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the combined cycle power generation system 100 may further include a gas turbine combustor 160 .

가스터빈연소기(160)는, 가스터빈(120)과 가열 열교환기(152) 사이에 마련되며, 고열량 연료를 연소시켜 가열 열교환기(152)로부터 전달되는 연소가스(110c)의 온도를 상승시키도록 이루어진다. 여기에서, 상기 연소가스(110c)는, 가스터빈연소기(160)를 통과하면서 온도가 상승된 상태로 가스터빈(120)으로 공급되도록 이루어질 수 있다. 이에 따라, 가스터빈(120)의 입구온도를 높여, 복합발전 시스템(100)의 발전 효율을 크게 향상시킬 수 있다.The gas turbine combustor 160 is provided between the gas turbine 120 and the heating heat exchanger 152 to burn high-calorie fuel to increase the temperature of the combustion gas 110c delivered from the heating heat exchanger 152 . is done Here, the combustion gas 110c may be supplied to the gas turbine 120 in a state in which the temperature is increased while passing through the gas turbine combustor 160 . Accordingly, by increasing the inlet temperature of the gas turbine 120, it is possible to significantly improve the power generation efficiency of the combined cycle power generation system (100).

또한, 복합발전 시스템(100)은 연료 공급부(161)를 더 포함할 수 있다.In addition, the combined cycle power generation system 100 may further include a fuel supply unit 161 .

연료 공급부(161)는, 가스터빈연소기(160)와 연결되고, 상기 고열량 연료를 상기 가스터빈연소기(160)로 공급하도록 이루어질 수 있다. 여기에서, 상기 고열량 연료는, 천연가스 및 수소 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The fuel supply unit 161 may be connected to the gas turbine combustor 160 and supply the high-calorie fuel to the gas turbine combustor 160 . Here, the high-calorie fuel may include at least one of natural gas and hydrogen.

한편, 복합발전 시스템(100)은 가스화기(180)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the combined cycle power generation system 100 may further include a gasifier 180 .

가스화기(180)는, 유동층보일러(110)에서의 연소에 의해 발생되는 상기 연소가스(110c)를 전달받고, 탈휘발 및 부다 반응(boudouard reaction)에 의해 가스터빈(120)에서 이용 가능한 합성가스(180c)를 생성시키도록 이루어질 수 있다. 가스화기(180)에는 석탄 등과 같은 연료(180a)가 공급될 수 있다.The gasifier 180 receives the combustion gas 110c generated by combustion in the fluidized bed boiler 110, and syngas available in the gas turbine 120 by devolatilization and Boudouard reaction. 180c. A fuel 180a such as coal may be supplied to the gasifier 180 .

여기에서, 상기 탈휘발 및 부다 반응은 아래의 반응식으로 정의될 수 있다.Here, the devolatilization and Buda reaction may be defined by the following reaction formula.

1) 연료(s)+heat(탈휘발) → Hydro Carbon(g) + H2, CO, CO2(g) + char(s) 1) Fuel(s)+heat(devolatilization) → Hydro Carbon(g) + H 2 , CO, CO 2 (g) + char(s)

2) C(s), char(s) + CO2 → 2CO(g) : 부다 반응(흡열반응)2) C(s), char(s) + CO 2 → 2CO(g) : Buda reaction (endothermic reaction)

그리고, 상기 합성가스(180c)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 가스화기(180)에서 생성되어 집진필터부(140)로 전달되도록 이루어질 수 있다.In addition, as shown in FIGS. 2 and 3 , the synthesis gas 180c may be generated in the gasifier 180 and delivered to the dust collecting filter unit 140 .

한편, 유동층보일러(110) 및/또는 가스화기(180)는 탈황제(desulfurizing agent; 110b,180b)가 공급되도록 이루어질 수 있다. 이에 따라, 유동층 내부에서 탈황이 동시에 이루어질 수 있으므로, 복합발전 시스템(100)은 별도의 탈황 공정을 위한 구성을 필요로 하지 않는다.On the other hand, a fluidized bed boiler 110 and / or the gasifier 180 may be a desulfurizing agent; may be formed such that the supply (desulfurizing agent 110b, 180b). Accordingly, since desulfurization can be performed simultaneously in the fluidized bed, the combined cycle power generation system 100 does not require a configuration for a separate desulfurization process.

한편, 스팀사이클부(130)는, 유동층보일러(110)에서의 연소에 의해 발생되는 상기 연소가스(110c)의 열과 함께, 상기 가스터빈(120)를 통과한 배가스(waste gas; 120a)의 열과, 가스화기(180)로부터 상기 합성가스(180c)의 열을 공급받아 동작하도록 이루어질 수 있다. 가스화기(110)에서 상기 스팀사이클부(130)로 공급되는 열은, 도 2 및 도 3에 도시된 가스화기 공급열(180d)로 정의될 수 있다.On the other hand, the steam cycle unit 130, together with the heat of the combustion gas 110c generated by combustion in the fluidized bed boiler 110, and the heat of the waste gas (120a) passing through the gas turbine 120 and , it may be configured to operate by receiving the heat of the syngas 180c from the gasifier 180 . Heat supplied from the gasifier 110 to the steam cycle unit 130 may be defined as the gasifier supply heat 180d shown in FIGS. 2 and 3 .

한편, 복합발전 시스템(100)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 공기분리장치부(190)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the combined cycle power generation system 100 may further include an air separation device unit 190 as shown in FIG. 3 .

공기분리장치부(190)는, 유동층보일러(110) 및 가스화기(180) 중 적어도 어느 하나로 순산소(pure oxygen)를 공급하도록 이루어질 수 있다. 또한, 공기분리장치부(190)는, 상기 가스터빈연소기(160)로 상기 순산소를 공급하도록 이루어질 수 있다.The air separation device unit 190 may be configured to supply pure oxygen to at least one of the fluidized bed boiler 110 and the gasifier 180 . In addition, the air separation device unit 190 may be configured to supply the pure oxygen to the gas turbine combustor 160 .

한편, 복합발전 시스템(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 사이클론부(180)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the combined cycle power generation system 100 may further include a cyclone unit 180 as shown in FIG. 1 .

사이클론부(180)는, 유동층보일러(110)와 냉각 열교환기(151) 사이에 마련되고, 원심력을 이용하여 연소가스(110c)에 포함된 촤(char) 및/또는 분진(170a)을 분리시키도록 이루어질 수 있다.The cyclone unit 180 is provided between the fluidized bed boiler 110 and the cooling heat exchanger 151, and uses centrifugal force to separate char and/or dust 170a contained in the combustion gas 110c. can be made to

또한, 복합발전 시스템(100)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 사이클론부(171)와 제2 사이클론부(172)를 더 포함할 수 있다.In addition, as shown in FIGS. 2 and 3 , the combined cycle power generation system 100 may further include a first cyclone unit 171 and a second cyclone unit 172 .

제1 사이클론부(171)는, 유동층보일러(110)와 가스화기(180) 사이에 마련되고, 원심력을 이용하여 상기 연소가스(110c)에 포함된 촤(char) 및/또는 분진(171a)을 분리시키도록 이루어질 수 있다.The first cyclone unit 171 is provided between the fluidized bed boiler 110 and the gasifier 180, and uses centrifugal force to remove char and/or dust 171a contained in the combustion gas 110c. can be made to separate.

제2 사이클론부(172)는, 가스화기(180)와 냉각 열교환기(151) 사이에 마련되고, 원심력을 이용하여 상기 합성가스(180c)에 포함된 촤(char; 172a) 및/또는 분진을 분리시키도록 이루어질 수 있다.The second cyclone unit 172 is provided between the gasifier 180 and the cooling heat exchanger 151, and uses centrifugal force to remove char and/or dust contained in the synthesis gas 180c. can be made to separate.

한편, 스팀사이클부(130)는, 유동층보일러(110)에서의 연소에 의해 발생되는 상기 연소가스(110c)의 열과 함께, 상기 가스터빈(120)를 통과한 배가스(waste gas; 120a)의 열을 공급받아 동작하도록 이루어질 수 있다. 유동층보일러(110)에서의 연소에 의해 발생되어 상기 스팀사이클부(130)로 공급되는 상기 연소가스(110c)의 열은, 도 1 내지 도 3에 도시된 유동층보일러 공급열(110d)로 정의될 수 있다.On the other hand, the steam cycle unit 130, together with the heat of the combustion gas 110c generated by combustion in the fluidized bed boiler 110, the heat of the waste gas (120a) passing through the gas turbine 120 It can be made to operate by receiving a supply. The heat of the combustion gas 110c generated by combustion in the fluidized bed boiler 110 and supplied to the steam cycle unit 130 is defined as the fluidized bed boiler supply heat 110d shown in FIGS. 1 to 3 . can

또한, 상기 가스터빈(120)과 스팀사이클부(130)사이에는, 가스터빈(120)으로부터 배가스(120a)를 전달받아, 열교환에 의해 배가스(120a)로부터 열을 전달받아, 전달받은 열 즉, 배가스 현열(120a')을 스팀사이클부(130)로 공급하도록 이루어지는 배가스 열교환기(122)가 마련될 수 있다. 또한, 배가스 열교환기(122)의 후단에는, 열교환된 상기 배가스(120a)를 전달받아 정제시키는 정제부(123)가 마련될 수 있다. 정제부(123)를 통과한 배가스(120a)는 외부로 배출될 수 있다.Also, between the gas turbine 120 and the steam cycle unit 130, the exhaust gas 120a is received from the gas turbine 120, heat is transferred from the exhaust gas 120a by heat exchange, and the received heat, that is, An exhaust gas heat exchanger 122 configured to supply the exhaust gas sensible heat 120a ′ to the steam cycle unit 130 may be provided. In addition, at the rear end of the exhaust gas heat exchanger 122, a purification unit 123 for receiving and purifying the heat-exchanged exhaust gas 120a may be provided. The exhaust gas 120a passing through the purification unit 123 may be discharged to the outside.

한편, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 복합발전 시스템(100)은, 유동층보일러(110), 가스터빈(120), 스팀사이클부(130), 집진필터부(140) 및 가스터빈연소기(160)를 포함한다.Meanwhile, the combined cycle power generation system 100 according to another embodiment of the present invention includes a fluidized bed boiler 110 , a gas turbine 120 , a steam cycle unit 130 , a dust collection filter unit 140 , and a gas turbine combustor ( 160).

여기에서, 상기 유동층보일러(110), 가스터빈(120), 스팀사이클부(130) 및 집진필터부(140)는 앞서 살명한, 상기 유동층보일러(110), 가스터빈(120), 스팀사이클부(130) 및 집진필터부(140)와 동일 또는 유사하게 구성될 수 있다.Here, the fluidized bed boiler 110 , the gas turbine 120 , the steam cycle unit 130 and the dust collection filter unit 140 are the above-mentioned fluidized bed boiler 110 , the gas turbine 120 , and the steam cycle unit. 130 and the dust collecting filter unit 140 may be configured in the same or similar manner.

상기 가스터빈연소기(160)는, 가스터빈(120)과 상기 집진필터부(140) 사이에 마련되고, 상기 고열량 연료를 연소시켜 집진필터부(140)로부터 전달되는 연소가스(110c)의 온도를 상승시키도록 이루어질 수 있다.The gas turbine combustor 160 is provided between the gas turbine 120 and the dust collection filter unit 140, and burns the high-calorie fuel to reduce the temperature of the combustion gas 110c delivered from the dust collection filter unit 140. It can be made to rise.

또한, 복합발전 시스템(100)은, 가스터빈연소기(160)로 상기 고열량 연료를 공급하도록 이루어지는 연료 공급부(161)를 더 포함하고, 상기 고열량 연료는, 천연가스 및 수소 중 적어도 어느 하나를 포함하도록 이루어질 수 있다.In addition, the combined cycle power generation system 100 further includes a fuel supply unit 161 configured to supply the high-calorie fuel to the gas turbine combustor 160, wherein the high-calorie fuel includes at least one of natural gas and hydrogen. can be done

이하, 상기 복합발전 시스템(100)이 적용된 일 예들에 대하여 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.Hereinafter, examples to which the combined cycle power generation system 100 is applied will be described with reference to FIGS. 1 to 3 .

먼저 도 1은, 복합발전 시스템(100)이 적용된 공기 가압 유동층 복합발전 시스템의 구성을 보이고 있다. 유동층보일러(110)에는 가스터빈(120)과 회전축이 같이 체결된 압축기(121)로 가압된 공기(121a)가 산화제로 공급되며 가압상태로 연소 반응이 일어난다. 유동층보일러(110)에는 연료(110a)로서 석탄이 공급될 수 있으며, 탈황제(110b)가 함께 공급되어 유동층보일러(110) 내에서 탈황이 가능하도록 이루어진다. 이에 따라, 별도의 탈황 공정 없이 연소가스(110c)로 가스터빈(120)을 구동하는 것이 가능하다. 본 발명에서 유동층보일러(110)는 기포유동층 및 순환유동층 모두 적용이 가능하다. 종래의 공기 가압 유동층 복합발전에서는 1차 분진제거를 싸이클론부(170)에서 하고 2차 분진제거를 집진필터부(140)에서 수행한다. 하지만 고온 영역에서 작동하는 집진필터부(140)는 현재 기술로는 운전 신뢰도를 보장하기 힘들다. 본 발명에서는 집진필터부(140)의 운전 신뢰도를 높이기 위해 연소가스(110c)가 집진필터부(140)로 공급되는 집진필터부(140)의 전단에 냉각 열교환기(151)가 구성되어 집진필터부(140)의 운전 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 이때 냉각 열교환기(151)의 열을 하위 발전사이클인 스팀사이클부(130)에서 사용하는 것이 아니라, 집진필터부(140)를 통과한 연소가스(110c)의 현열을 높여주는데 사용하여 복합발전 시스템(100)의 전체 효율을 향상시킬 수 있다. 스팀사이클부(130)에 연소가스 현열(110c')을 전달하고 이 열에 의해 발전되는 양보다 추가적으로 50%정도의 발전량이 더 증가할 것으로 예측된다. 냉각 열교환기(151)와 가열 열교환기(152)는 연소가스 현열(110c')을 집진필터부(140)를 통과하여 분진이 제거된 연소가스(110 c)의 온도를 높이는데 사용된다. 냉각 열교환기(151)와 가열 열교환기(152)의 열전달 매체는 물(수증기)을 이용하거나, GGH(Gas to Gas Heatexchanger)방식과 같이 직접 열교환 방식을 적용할 수 있다. 상기 GGH를 적용하는 경우, 집진필터부(140) 후단에 기본 정제기능을 갖는 Wet Scrubber 등과 같는 추가적인 냉각 장치가 마련될 수 있다.First, FIG. 1 shows the configuration of an air pressurized fluidized bed combined cycle power plant system to which the combined cycle power generation system 100 is applied. In the fluidized bed boiler 110 , the air 121a pressurized by the compressor 121 to which the gas turbine 120 and the rotating shaft are coupled together is supplied as an oxidizing agent, and a combustion reaction occurs in a pressurized state. Coal may be supplied to the fluidized bed boiler 110 as a fuel 110a, and a desulfurization agent 110b is supplied together to enable desulfurization in the fluidized bed boiler 110. Accordingly, it is possible to drive the gas turbine 120 with the combustion gas 110c without a separate desulfurization process. In the present invention, the fluidized bed boiler 110 is applicable to both a bubble fluidized bed and a circulating fluidized bed. In the conventional air pressurized fluidized bed combined cycle power plant, the primary dust removal is performed in the cyclone unit 170 and the secondary dust removal is performed in the dust collection filter unit 140 . However, it is difficult to guarantee the operation reliability of the dust collecting filter unit 140 operating in the high temperature region with the current technology. In the present invention, in order to increase the operational reliability of the dust collecting filter unit 140 , a cooling heat exchanger 151 is configured at the front end of the dust collecting filter unit 140 to which the combustion gas 110c is supplied to the dust collecting filter unit 140 . The driving reliability of the unit 140 may be improved. At this time, the heat of the cooling heat exchanger 151 is not used in the steam cycle unit 130, which is a lower power generation cycle, but is used to increase the sensible heat of the combustion gas 110c that has passed through the dust collection filter unit 140 to increase the combined power generation system. (100) can improve the overall efficiency. It is predicted that the amount of power generated by transferring the combustion gas sensible heat 110c ′ to the steam cycle unit 130 is further increased by about 50% of the amount generated by the heat. The cooling heat exchanger 151 and the heating heat exchanger 152 are used to increase the temperature of the combustion gas 110c from which dust has been removed by passing the combustion gas sensible heat 110c ′ through the dust collecting filter 140 . As the heat transfer medium of the cooling heat exchanger 151 and the heating heat exchanger 152 , water (water vapor) may be used, or a direct heat exchange method such as a gas to gas heat exchanger (GGH) method may be applied. When applying the GGH, an additional cooling device such as a wet scrubber having a basic refining function may be provided at the rear end of the dust collecting filter unit 140 .

한편 가스터빈연소기(160)에서는 연료 공급부(161)에 의해 고열량 연료로서 천연가스가 공급되어 압축기(121)에서 공급되는 공기(121a)와 함께 연소되어 연소가스(110c)의 온도를 가스터빈(120)의 한계 온도까지 상승시킨 상태에서, 가스터빈(120)의 구동이 이루어질 수 있다. 또한, 가스터빈(120)을 배가스(120a)의 열은 스팀사이클부(130)에 전달되어, 스팀사이클부(130)의 동작에 이용될 수 있다.Meanwhile, in the gas turbine combustor 160 , natural gas is supplied as a high-calorie fuel by the fuel supply unit 161 , and is combusted together with the air 121a supplied from the compressor 121 to adjust the temperature of the combustion gas 110c to the gas turbine 120 . ), the gas turbine 120 may be driven in a state in which the temperature is raised to the limit temperature. In addition, heat from the gas turbine 120 and the exhaust gas 120a may be transferred to the steam cycle unit 130 and used for the operation of the steam cycle unit 130 .

다음으로, 도 2는 복합발전 시스템(100)이 적용된 공기 가압 부분가스화 유동층 복합발전 시스템의 구성을 보이고 있다. IGCC에서는 고온, 고압(1300℃~1700℃, 30bar~40bar) 상태에서 분진 성분을 제외하고 촤(char)을 포함한 연료성분 전체를 가스화 하는 공정이다. IGCC의 가스화기는 작동온도가 유동층 가스화기(180)보다 2배 가깝게 크므로 고압하에 높은 작동온도 측면에서 설계/제작/신뢰도가 상대적으로 높은 비용 및 리스크를 갖고 있다. 반면 가압 부분가스화 유동층 복합발전 시스템에서는 가스화기(180)가 850℃ 정도에서 작동하면서 휘발 성분만 가스화 되고, 나머지 촤(char) 성분은 별도로 유동층보일러(110)에서 연소가 이루어진다. 이때 가스화기(180) 및 유동층보일러(110)에는 탈황제(110b,180b)가 공급되어 유동층 내부에서 탈황이 동시에 이뤄지기 때문에 별도의 탈황 공정 없이 복합발전 시스템(100)을 구성하는 것이 가능하다. 유동층보일러(110)에서 촤(char) 성분이 연소된 후 연소가스(110c)는 제1 싸이클론부(171)를 통과하여 분진(171a)이 제거된 후 가스화기(180)에 공급된다. 가스화기(180)에서는 상기 탈휘발 및 부다 반응이 이루어진다.Next, FIG. 2 shows the configuration of the air-pressurized partial gasification fluidized bed combined cycle power plant system to which the combined cycle power generation system 100 is applied. In IGCC, it is a process of gasifying the entire fuel component including char except for the dust component at high temperature and high pressure (1300℃~1700℃, 30bar~40bar). Since the operating temperature of the IGCC gasifier is twice that of the fluidized bed gasifier 180, the design/manufacturing/reliability has a relatively high cost and risk in terms of high operating temperature under high pressure. On the other hand, in the pressurized partial gasification fluidized bed combined cycle system, only the volatile components are gasified while the gasifier 180 operates at about 850° C., and the remaining char components are separately combusted in the fluidized bed boiler 110 . At this time, since desulfurization agents 110b and 180b are supplied to the gasifier 180 and the fluidized bed boiler 110 to simultaneously perform desulfurization in the fluidized bed, it is possible to configure the combined cycle power plant 100 without a separate desulfurization process. After the char component is burned in the fluidized bed boiler 110 , the combustion gas 110c passes through the first cyclone unit 171 , the dust 171a is removed, and then is supplied to the gasifier 180 . In the gasifier 180, the devolatilization and Buda reaction are performed.

가스화기(180)에서의 가스화 반응으로 석탄의 고체연료 성분이 발열량을 가진 CO, H2, Hydro Carbon 성분으로 변환되어 가스터빈연소기(160)에서 연소 가능한 합성가스(180c)로 만들어 준다. 이때 가스화기(180) 및 유동층보일러(110)에 공급되는 산소에 의한 산화반응으로 합성가스(180c)의 현열을 올려주는 역할을 하게 된다. 여기서 산화제는 공기를 사용하기 때문에 합성가스의 주성분은 반응에 참여하지 않는 질소로 이루어지게 되며, 대부분의 현열을 질소가스가 갖게 된다.By the gasification reaction in the gasifier 180, the solid fuel component of coal is converted into CO, H 2 , Hydrocarbon component having a calorific value to make the syngas 180c combustible in the gas turbine combustor 160. At this time, the oxidation reaction by oxygen supplied to the gasifier 180 and the fluidized bed boiler 110 serves to raise the sensible heat of the synthesis gas 180c. Here, since the oxidizing agent uses air, the main component of the synthesis gas is nitrogen, which does not participate in the reaction, and nitrogen gas has most of the sensible heat.

합성가스(180c)는 제2 사이클론부(172)을 통과하여 1차로 분진 제거를 수행한다. 집진필터부(140)로 합성가스(180c)가 들어가기 전에 냉각 열교환기(151)를 통해 합성가스(180c)의 현열을 낮춰주고 집진필터부(140)에서 2차로 분진이 제거된다. 이때 냉각 열교환기(151)에서 흡수된 합성가스 현열(180c')은 가열 열교환기(152)에 전달되어 2차로 분진이 제거된 합성가스(180c)에 현열을 더해주는 역할을 하게 된다.Syngas 180c passes through the second cyclone unit 172 to primarily perform dust removal. Before the syngas 180c enters the dust collecting filter unit 140 , the sensible heat of the syngas 180c is lowered through the cooling heat exchanger 151 , and the dust is secondarily removed from the dust collecting filter unit 140 . At this time, the syngas sensible heat 180c ′ absorbed in the cooling heat exchanger 151 is transferred to the heating heat exchanger 152 and serves to add sensible heat to the syngas 180c from which dust is removed secondarily.

이와 같이, 냉각 열교환기(151)에서 흡수된 합성가스 현열(180c')을 하위 스팀사이클부(130)에서 사용하지 않고 가스터빈(120)을 포함하는 상위 가스터빈사이클부에서 사용함으로써, 복합발전 시스템(100)의 전체 발전 효율을 상승시킬 수 있다. 구체적으로 스팀사이클부(130)에 합성가스 현열(180c')을 전달하여 이 열에 의해 발전되는 양보다 추가적으로 50%정도의 발전량이 더 많아 질것으로 예측된다.In this way, by using the syngas sensible heat 180c ′ absorbed in the cooling heat exchanger 151 in the upper gas turbine cycle unit including the gas turbine 120 instead of using the lower steam cycle unit 130 in the lower steam cycle unit 130 , combined cycle power generation It is possible to increase the overall power generation efficiency of the system 100 . Specifically, it is predicted that the amount of generation of about 50% more than the amount generated by the transfer of the syngas sensible heat 180c' to the steam cycle unit 130 in addition to this heat.

특히 공기를 산화제를 사용하는 도 2에 도시된 공기 가압 부분가스화 유동층 복합발전 시스템 공정에서는 질소가 상당량의 현열을 포함하고 있으므로, 합성가스 현열(180')을 상기 상위 가스터빈사이클부에서 사용하는 효과는 훨씬 더 커지게 된다. 냉각 열교환기(151)와 가열 열교환기(152)의 열전달 매체는 물(수증기)을 이용하거나, GGH(Gas to Gas Heatexchanger)방식과 같이 직접 열교환 방식을 적용할 수 있다. 상기 GGH를 적용하는 경우, 집진필터부(140) 후단에 기본 정제기능을 갖는 Wet Scrubber 등과 같는 추가적인 냉각 장치가 마련될 수 있다.In particular, since nitrogen contains a significant amount of sensible heat in the air pressurized partial gasification fluidized bed combined cycle power plant process shown in FIG. 2 using air as an oxidizing agent, the effect of using the syngas sensible heat 180 ′ in the upper gas turbine cycle unit becomes much larger. As the heat transfer medium of the cooling heat exchanger 151 and the heating heat exchanger 152 , water (water vapor) may be used, or a direct heat exchange method such as a gas to gas heat exchanger (GGH) method may be applied. When applying the GGH, an additional cooling device such as a wet scrubber having a basic refining function may be provided at the rear end of the dust collecting filter unit 140 .

한편 가스터빈연소기(160)에서는 연료 공급부(161)에 의해 고열량 연료로서 천연가스가 공급되어 압축기(121)에서 공급되는 공기(121a)와 함께 연소되어 연소가스(110c)의 온도를 가스터빈(120)의 한계 온도까지 상승시킨 상태에서, 가스터빈(120)의 구동이 이루어질 수 있다. 또한, 가스터빈(120)을 배가스(120a)의 열은 스팀사이클부(130)에 전달되어, 스팀사이클부(130)의 동작에 이용될 수 있다.Meanwhile, in the gas turbine combustor 160 , natural gas is supplied as a high-calorie fuel by the fuel supply unit 161 , and is combusted together with the air 121a supplied from the compressor 121 to adjust the temperature of the combustion gas 110c to the gas turbine 120 . ), the gas turbine 120 may be driven in a state in which the temperature is raised to the limit temperature. In addition, heat from the gas turbine 120 and the exhaust gas 120a may be transferred to the steam cycle unit 130 and used for the operation of the steam cycle unit 130 .

마지막으로, 도 3은 복합발전 시스템(100)이 적용된 순산소 부분가스화 가압유동층 복합발전 시스템의 구성을 보이고 있다. 상기 순산소 부분가스화 가압유동층 복합발전 시스템은 도 2에 도시된 상기 공기 가압 부분가스화 유동층 복합발전 시스템 공정과 유사하나, CO2 포집, 저장을 위해 산화제로 공기 대신 공기분리장치부(190)에 의한 순산소를 공급하는 주된 특징을 갖고 있다. 순산소 부분가스화 가압유동층 복합발전 시스템에서는 도 2에 도시된 공기 가압 부분가스화 유동층 복합발전 시스템처럼 850℃ 정도에서 가스화기(180)에서 휘발 성분만 가스화되고, 가스화되지 않은 촤(char) 성분은 별도로 유동층보일러(110)에서 연소가 이루어 진다. 가스화기(180) 및 유동층보일러(110)에 각각 탈황제(110b,180b)가 공급되어 유동층 내부에서 동시에 탈황 반응이 발생하기 때문에 별도의 탈황 공정의 구성을 필요로하지 않는다. 가스화기(180)에서는 유동층보일러(110)에서 공급되는 현열을 갖고 있는 CO2를 이용해 앞서 도 2의 공기 가압 부분가스화 유동층 복합발전 시스템과 유사하게 상기 부다 반응이 일어난다.Finally, FIG. 3 shows the configuration of a pure oxygen partial gasification pressurized fluidized bed combined cycle power plant system to which the combined cycle power generation system 100 is applied. The pure oxygen partial gasification pressurized fluidized bed combined cycle power generation system is similar to the air pressurized partial gasification fluidized bed combined cycle power generation system process shown in FIG. 2, but by the air separation device unit 190 instead of air as an oxidizing agent for CO 2 collection and storage It has the main characteristic of supplying pure oxygen. In the pure oxygen partial gasification pressurized fluidized bed combined cycle system, only the volatile components are gasified in the gasifier 180 at about 850° C. like the air pressurized partial gasification fluidized bed combined cycle system shown in FIG. Combustion is performed in the fluidized bed boiler (110). Since desulfurization agents 110b and 180b are supplied to the gasifier 180 and the fluidized bed boiler 110, respectively, and a desulfurization reaction occurs simultaneously in the fluidized bed, a separate desulfurization process is not required. In the gasifier 180, the Buda reaction occurs similarly to the air-pressurized partial gasification fluidized bed combined cycle system of FIG. 2 above using CO 2 having sensible heat supplied from the fluidized bed boiler 110.

도 3에 도시된 순산소 부분가스화 가압유동층 복합발전 시스템이 도 1 및 도 2의 복합발전 시스템(100)과 다른 주요 특징은, 유동층보일러(110)에서 연소가스 (110c)의 냉각 및 재순환이 필요하다는 것이다. 일반적으로 산화제로 순산소를 보일러에 공급할 경우 노내 온도를 설계치 이하로 낮추기 위해서는 연소가스의 냉각 및 재순환이 필요하다. 이에 따라, 연소가스(110c)의 냉각을 위해서 연소가스 열교환기(153)가 적용되었으며, 연소가스 현열(110c')은 하위 스팀사이클부(130)에서 사용된다.The main characteristic that the pure oxygen partial gasification pressurized fluidized bed combined cycle system shown in FIG. 3 is different from the combined cycle power generation system 100 of FIGS. 1 and 2 is that cooling and recirculation of the combustion gas 110c in the fluidized bed boiler 110 is required. that it does In general, when pure oxygen is supplied to a boiler as an oxidizer, cooling and recirculation of the combustion gas are required to lower the furnace temperature to a design value or less. Accordingly, the combustion gas heat exchanger 153 is applied to cool the combustion gas 110c, and the combustion gas sensible heat 110c ′ is used in the lower steam cycle unit 130 .

가스화기(180)에서 발생한 촤(char; 172a)이 유동층보일러(110)에 공급되며 유동층보일러(110)에서 발생한 CO2 rich 가스의 일부는 가스화기(108)에 공급되어 현열을 제공하며 부다 반응을 일으킨다. 냉각 열교환기(151) 및 가열 열교환기(152)가 적용되어 합성가스 현열(180c')을 상기 상위 가스터빈사이클부에서 사용함으로써 전체 복합발전 시스템(100)의 효율을 종래의 발전 사이클보다 상승시킬 수 있다. 한편, 가스터빈연소기(160)에는 가스터빈(120)의 입구온도를 충분히 상승시키는데 사용하는 천연가스가 공급될 수 있다. 이때 가스터빈(120)의 입구온도가 합성가스(180c)로 충분히 가스터빈(120) 입구 한계온도까지 상승 가능한 경우 별도의 천연가스가 공급되지 않도록 구성될 수 있다.The char (char; 172a) generated in the gasifier 180 is supplied to the fluidized bed boiler 110, and a portion of the CO 2 rich gas generated in the fluidized bed boiler 110 is supplied to the gasifier 108 to provide sensible heat and react buda causes The cooling heat exchanger 151 and the heating heat exchanger 152 are applied to use the syngas sensible heat 180c ′ in the upper gas turbine cycle unit, thereby increasing the efficiency of the entire combined cycle power plant 100 compared to the conventional power generation cycle. can Meanwhile, natural gas used to sufficiently increase the inlet temperature of the gas turbine 120 may be supplied to the gas turbine combustor 160 . In this case, when the inlet temperature of the gas turbine 120 can be sufficiently increased to the limiting temperature of the inlet of the gas turbine 120 with the syngas 180c, a separate natural gas may not be supplied.

전술한 내용은 단지 예시적인 것에 불과하며, 설명된 실시예들의 범주 및 기술적 사상을 벗어남이 없이, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.The foregoing is merely exemplary, and various modifications may be made by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains without departing from the scope and spirit of the described embodiments. The above-described embodiments may be implemented individually or in any combination.

100 : 복합발전 시스템 110 : 유동층보일러
110a : 연료 110b : 탈황제
110c : 연소가스 110c' : 연소가스 현열
110d : 유동층보일러 공급열 120 : 가스터빈
120a : 배가스 120a' : 배가스 현열
121 : 압축기 121a : 공기
122 : 배가스 열교환기 123 : 정제부
130 : 스팀사이클부 140 : 집진필터부
151 : 냉각 열교환기 152 : 가열 열교환기
160 : 가스터빈연소기 161 : 연료 공급부
170 : 사이클론부100: combined cycle power generation system 110: fluidized bed boiler
110a: fuel 110b: desulfurization agent
110c: combustion gas 110c': combustion gas sensible heat
110d: fluidized bed boiler supply heat 120: gas turbine
120a: flue gas 120a': flue gas sensible heat
121: compressor 121a: air
122: flue gas heat exchanger 123: refining unit
130: steam cycle unit 140: dust collection filter unit
151: cooling heat exchanger 152: heating heat exchanger
160: gas turbine combustor 161: fuel supply unit
170: cyclone part

Claims (13)

유동층(fluidized bed)이 형성되면서 연소가 이루어지는 유동층보일러;
상기 유동층보일러에서의 연소에 의해 발생되는 연소가스의 열을 이용하여 각각 동작하도록 이루어지는 가스터빈과 스팀사이클부;
상기 유동층보일러와 상기 가스터빈 사이에 마련되고, 상기 연소가스에 포함된 분진을 제거하도록 이루어지는 집진필터부; 및
상기 유동층보일러에서 상기 집진필터부로 전달되는 상기 연소가스의 온도를 낮추도록, 상기 집진필터부의 전단에 배치되고, 상기 연소가스와 열교환되어 상기 연소가스로부터 열을 전달받도록 이루어지는 냉각 열교환기를 포함하는 복합발전 시스템.a fluidized bed boiler in which combustion occurs while a fluidized bed is formed;
a gas turbine and a steam cycle unit configured to operate respectively using heat of combustion gas generated by combustion in the fluidized bed boiler;
a dust collecting filter unit provided between the fluidized bed boiler and the gas turbine and configured to remove dust contained in the combustion gas; and
Combined power generation including a cooling heat exchanger disposed at the front end of the dust collecting filter unit to lower the temperature of the combustion gas transferred from the fluidized bed boiler to the dust collecting filter unit, and heat exchange with the combustion gas to receive heat from the combustion gas system. 제1항에 있어서,
상기 집진필터부를 통과한 상기 연소가스의 온도를 높이도록, 상기 집진필터부와 상기 가스터빈 사이에 배치되고, 상기 냉각 열교환기로부터 열을 전달받아 상기 집집필터부를 통과한 상기 연소가스와 열교환시키도록 이루어지는 가열 열교환기를 더 포함하는 복합발전 시스템.According to claim 1,
to increase the temperature of the combustion gas passing through the dust collecting filter unit, disposed between the dust collecting filter unit and the gas turbine, to receive heat from the cooling heat exchanger to exchange heat with the combustion gas passing through the collecting filter unit Combined power generation system further comprising a heating heat exchanger made of. 제2항에 있어서,
상기 가스터빈과 상기 가열 열교환기 사이에 마련되고, 고열량 연료를 연소시켜 상기 가열 열교환기로부터 전달되는 상기 연소가스의 온도를 상승시키도록 이루어지는 가스터빈연소기를 더 포함하고,
상기 연소가스는, 상기 가스터빈연소기를 통과하면서 온도가 상승된 상태로 상기 가스터빈으로 공급되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합발전 시스템.3. The method of claim 2,
Further comprising a gas turbine combustor provided between the gas turbine and the heating heat exchanger and configured to burn a high calorific value fuel to increase the temperature of the combustion gas delivered from the heating heat exchanger,
The combined power generation system, characterized in that the combustion gas is supplied to the gas turbine in a state in which the temperature is increased while passing through the gas turbine combustor. 제3항에 있어서,
상기 가스터빈연소기로 상기 고열량 연료를 공급하도록 이루어지는 연료 공급부를 더 포함하고,
상기 고열량 연료는, 천연가스 및 수소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합발전 시스템.4. The method of claim 3,
Further comprising a fuel supply unit configured to supply the high-calorie fuel to the gas turbine combustor,
The high-calorie fuel, combined power generation system, characterized in that it comprises at least one of natural gas and hydrogen. 제1항에 있어서,
상기 유동층보일러에서의 연소에 의해 발생되는 상기 연소가스를 전달받고, 탈휘발 및 부다 반응(boudouard reaction)에 의해 상기 가스터빈에서 이용 가능한 합성가스를 생성시키도록 이루어지는 가스화기를 더 포함하고,
상기 합성가스는, 상기 가스화기에서 생성되어 상기 집진필터부로 전달되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합발전 시스템.According to claim 1,
Further comprising a gasifier configured to receive the combustion gas generated by combustion in the fluidized bed boiler, and to generate syngas usable in the gas turbine by devolatilization and Boudouard reaction,
The synthesis gas is generated in the gasifier and combined power generation system, characterized in that made to be delivered to the dust collecting filter unit. 제5항에 있어서,
상기 유동층보일러 및 상기 가스화기는 탈황제(desulfurizing agent)가 공급되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합발전 시스템.6. The method of claim 5,
The combined power generation system, characterized in that the fluidized bed boiler and the gasifier is made to be supplied with a desulfurizing agent (desulfurizing agent). 제5항에 있어서,
상기 스팀사이클부는, 상기 유동층보일러에서의 연소에 의해 발생되는 상기 연소가스의 열과 함께, 상기 가스터빈를 통과한 배가스(waste gas)의 열과, 상기 가스화기로부터 상기 합성가스의 열을 공급받아 동작하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합발전 시스템.6. The method of claim 5,
The steam cycle unit is configured to operate by receiving the heat of the combustion gas generated by combustion in the fluidized bed boiler, the heat of the waste gas passing through the gas turbine, and the heat of the synthesis gas from the gasifier Combined power generation system, characterized in that. 제5항에 있어서,
유동층보일러 및 상기 가스화기 중 적어도 어느 하나로 순산소(pure oxygen)를 공급하도록 이루어지는 공기분리장치부를 더 포함하는 복합발전 시스템.6. The method of claim 5,
The combined power generation system further comprising an air separation device configured to supply pure oxygen to at least one of the fluidized bed boiler and the gasifier. 제5항에 있어서,
상기 유동층보일러와 상기 가스화기 사이에 마련되고, 원심력을 이용하여 상기 연소가스에 포함된 촤(char) 및/또는 분진을 분리시키도록 이루어지는 제1 사이클론부; 및
상기 가스화기와 상기 냉각 열교환기 사이에 마련되고, 원심력을 이용하여 상기 합성가스에 포함된 촤(char) 및/또는 분진을 분리시키도록 이루어지는 제2 사이클론부를 더 포함하는 복합발전 시스템.6. The method of claim 5,
a first cyclone unit provided between the fluidized bed boiler and the gasifier and configured to separate char and/or dust contained in the combustion gas by using centrifugal force; and
The combined power generation system further comprising a second cyclone provided between the gasifier and the cooling heat exchanger, and configured to separate char and/or dust contained in the synthesis gas by using centrifugal force. 제1항에 있어서,
상기 유동층보일러와 상기 냉각 열교환기 사이에 마련되고, 원심력을 이용하여 상기 연소가스에 포함된 촤(char) 및/또는 분진을 분리시키도록 이루어지는 사이클론부를 더 포함하는 복합발전 시스템.According to claim 1,
The combined cycle power generation system further comprising a cyclone provided between the fluidized bed boiler and the cooling heat exchanger and configured to separate char and/or dust contained in the combustion gas by using centrifugal force. 제1항에 있어서,
상기 스팀사이클부는, 상기 유동층보일러에서의 연소에 의해 발생되는 상기 연소가스의 열과 함께, 상기 가스터빈를 통과한 배가스(waste gas)의 열을 공급받아 동작하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합발전 시스템.According to claim 1,
The steam cycle unit, combined with the heat of the combustion gas generated by combustion in the fluidized bed boiler, combined power generation system, characterized in that configured to operate by receiving the heat of the exhaust gas (waste gas) passed through the gas turbine. 유동층(fluidized bed)이 형성되면서 연소가 이루어지는 유동층보일러;
상기 유동층보일러에서의 연소에 의해 발생되는 연소가스의 열을 이용하여 각각 동작하도록 이루어지는 가스터빈과 스팀사이클부;
상기 유동층보일러와 상기 가스터빈 사이에 마련되고, 상기 연소가스에 포함된 분진을 제거하도록 이루어지는 집진필터부; 및
상기 가스터빈과 상기 집진필터부 사이에 마련되고, 고열량 연료를 연소시켜 상기 집진필터부로부터 전달되는 상기 연소가스의 온도를 상승시키도록 이루어지는 가스터빈연소기를 포함하고,
상기 연소가스는, 상기 가스터빈연소기를 통과하면서 온도가 상승된 상태로 상기 가스터빈으로 공급되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합발전 시스템.a fluidized bed boiler in which combustion occurs while a fluidized bed is formed;
a gas turbine and a steam cycle unit configured to operate respectively using heat of combustion gas generated by combustion in the fluidized bed boiler;
a dust collecting filter unit provided between the fluidized bed boiler and the gas turbine and configured to remove dust contained in the combustion gas; and
a gas turbine combustor provided between the gas turbine and the dust collecting filter unit and configured to increase the temperature of the combustion gas delivered from the dust collecting filter unit by burning high-calorie fuel;
The combined power generation system, characterized in that the combustion gas is supplied to the gas turbine in a state in which the temperature is increased while passing through the gas turbine combustor. 제12항에 있어서,
상기 가스터빈연소기로 상기 고열량 연료를 공급하도록 이루어지는 연료 공급부를 더 포함하고,
상기 고열량 연료는, 천연가스 및 수소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합발전 시스템.13. The method of claim 12,
Further comprising a fuel supply unit configured to supply the high-calorie fuel to the gas turbine combustor,
The high-calorie fuel, combined power generation system, characterized in that it comprises at least one of natural gas and hydrogen.
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