KR20230036593A - Oxy pressurized fluidized bed combined cycle with gas turbine flue gas recycle structure - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가스터빈 배가스 재순환 구조를 갖는 순산소 가압 유동층 복합발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an oxygen pressurized fluidized bed combined cycle power system having a gas turbine exhaust gas recirculation structure.
순산소 순환유동층 공정은 순환유동층 내에 순산소를 주입하고 이의 연소제어를 통해 배가스 내에 이산화탄소만을 생성하게 하여 이산화탄소를 포집하여 처리 및 저장하는 공정이다. 이러한 개념에 대한 운전 방식은 대부분 산소 생성을 위한 공기 분리 장치(Air Separation Unit)의 가동으로 인한 효율 저하 및 발생된 이산화탄소 포집 처리 등으로 인해 그 실효성 및 경제성에 많은 제약을 가지고 있는 형편이다.The pure oxygen circulating fluidized bed process is a process of injecting pure oxygen into the circulating fluidized bed and generating only carbon dioxide in the exhaust gas through combustion control thereof to collect, process, and store carbon dioxide. Most of the operation methods for this concept have many limitations in their effectiveness and economic feasibility due to reduced efficiency due to the operation of an air separation unit for generating oxygen and carbon dioxide capture and treatment.
또한, 순산소 가압유동층 복합 발전 기술에서 가스터빈 입구온도 제한에 따른 희석제를 유동층 보일러의 배가스를 이용할 수 있으나 배가스의 양이 한정적임에 따라 열분해 가스화기에 투입할 수 있는 연료의 비율을 충분히 높일 수 없어 상위 사이클인 가스터빈에 투입되는 열량의 비율이 전체 연료의 열량에 비해 제한적이게 되고 복합발전의 전체 효율이 저하된다는 문제점이 있다.In addition, in the oxyfuel pressurized fluidized bed combined power generation technology, the exhaust gas of the fluidized bed boiler can be used as a diluent according to the limit of the gas turbine inlet temperature, but the amount of exhaust gas is limited. Therefore, the ratio of fuel that can be injected into the pyrolysis gasifier can be sufficiently increased There is a problem that the ratio of heat input to the gas turbine, which is the upper cycle, is limited compared to the heat amount of the entire fuel, and the overall efficiency of combined power generation is lowered.
이에, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 가스터빈 배가스 재순환 구조를 갖는 순산소 가압 유동층 복합발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an oxygen pressurized fluidized bed combined cycle power system having a gas turbine exhaust gas recirculation structure in order to solve the above problems.
또한, 가스터빈 배가스를 가스터빈 연소기에 재순환시켜 가스터빈 연소기에 충분한 양의 희석제를 공급할 수 있게 해주어 가스터빈에 투입하는 열량의 비율을 최대화 시킬 수 있어 전체 복합발전의 효율을 상승시키는 것을 목적으로 한다.In addition, by recirculating gas turbine exhaust gas to the gas turbine combustor, it is possible to supply a sufficient amount of diluent to the gas turbine combustor, thereby maximizing the ratio of heat input to the gas turbine, thereby increasing the efficiency of the entire combined cycle power plant. .
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.However, these tasks are illustrative, and the scope of the present invention is not limited thereby.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 합성가스를 형성하는 합성 가스 형성부, 상기 합성 가스 형성부로부터 공급된 정제 합성가스를 완전 연소 시키는 합성 가스 연소부 및 상기 합성 가스 형성부로부터 반응하지 않은 촤(char)를 연소시키는 유동층 보일러부를 포함하고, 상기 합성 가스 형성부, 상기 합성 가스 연소부 및 상기 유동층 보일러부로 산소를 공급하기 위한 공기분리장치(ASU), 발생된 열을 냉각하기 위한 열교환기 및 상기 열교환기로부 냉각하고 발생된 열을 공급받는 스팀사이클을 더 포함하는 것인 순산소 가압 유동층 복합 발전 시스템을 제공한다.According to one aspect of the present invention for achieving the above object, a syngas forming unit for forming a syngas, a syngas combustion unit for completely burning the refined syngas supplied from the syngas forming unit, and the syngas forming unit An air separation unit (ASU) for supplying oxygen to the syngas forming unit, the syngas combustion unit, and the fluidized bed boiler unit, cooling the generated heat. It provides an oxy-fuel pressurized fluidized bed combined cycle power generation system further comprising a heat exchanger for cooling and a steam cycle for receiving heat generated by cooling from the heat exchanger.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 합성 가스 형성부는 가스터빈 연소기의 연료로 사용되는 합성가스를 만드는 부분 가스화기, 상기 부분 가스화기에서 반응하지 못한 촤(Char)를 포집하는 싸이클론, 상기 부분 가스화기로부터 생성된 합성가스를 냉각하기 위한 제1 냉각 열교환기 및 상기 냉각된 합성가스를 정제하여 정제 합성가스를 형성하는 제1 정제부를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the syngas forming unit includes a partial gasifier for producing syngas used as fuel for a gas turbine combustor, a cyclone for collecting char that has not reacted in the partial gasifier, and the partial It may include a first cooling heat exchanger for cooling the syngas generated from the gasifier and a first purification unit for purifying the cooled syngas to form purified syngas.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 합성 가스 형성부는 연료를 열분해하고 잔류한 촤(char)와 보일러 배가스가 가스화 반응하여 합성가스를 형성하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the syngas forming unit may form syngas by gasifying char remaining after thermal decomposition of fuel and boiler exhaust gas.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 냉각 열교환기는 스팀사이클에 열을 전달하여 냉각하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first cooling heat exchanger may be cooled by transferring heat to a steam cycle.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 합성 가스 연소부는 상기 정제 합성가스를 완전 연소하여 가스터빈 연소가스를 형성하는 것인 가스터빈 연소기, 상기 가스 터빈 연소기에서 발생한 열을 이용하여 구동되는 가스터빈, 상기 가스 터빈 연소기로부터 완전 연소된 가스터빈 연소가스를 냉각하는 제2 냉각 열교환기 및 상기 냉각된 가스터빈 연소가스를 압축하여 재순환하는 제1 재순환 압축부를 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the syngas combustion unit completely burns the refined syngas to form gas turbine combustion gas, a gas turbine combustor driven by using heat generated in the gas turbine combustor, It may include a second cooling heat exchanger for cooling the gas turbine combustion gas completely burned from the gas turbine combustor and a first recirculation compression unit for compressing and recirculating the cooled gas turbine combustion gas.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가스 터빈 연소기는 제1 냉각 및 제1 정제된 합성가스를 완전 연소하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the gas turbine combustor may completely combust the first cooled and first purified syngas.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 합성 가스 연소부는 압축기를 더 포함하는 것으로, 상기 압축기는 상기 정제 합성가스의 압력을 승압시키고 상기 승압된 정제 합성가스를 상기 가스터빈 연소기로 공급하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the syngas combustion unit may further include a compressor, and the compressor may boost the pressure of the refined syngas and supply the boosted refined syngas to the gas turbine combustor. .
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가스터빈 연소기의 온도를 유지하기 위하여 제1 희석제를 공급하는 것으로, 상기 제1 희석제는 상기 제2 냉각 열교환기를 통하여 상기 가스터빈 연소가스를 냉각하고, 상기 냉각된 가스터빈 연소가스를 제1 재순환 압축부를 이용하여 상기 가스터빈 연소기로 공급 하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a first diluent is supplied to maintain the temperature of the gas turbine combustor, the first diluent cools the gas turbine combustion gas through the second cooling heat exchanger, and the cooling The gas turbine combustion gas may be supplied to the gas turbine combustor using a first recirculation compression unit.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 냉각 열교환기는 스팀사이클에 열을 전달하여 냉각하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the second cooling heat exchanger may be cooled by transferring heat to a steam cycle.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유동층 보일러부는 상기 촤(char)를 완전 연소시켜 배가스가 형성되는 것인 유동층 보일러, 상기 유동층 보일러로부터 형성된 배가스를 냉각하는 제3 냉각 열교환기 및 상기 냉각된 배가스를 압축하여 재순환하는 제2 재순환 압축부를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the fluidized bed boiler unit is a fluidized bed boiler in which exhaust gas is formed by completely burning the char, a third cooling heat exchanger for cooling the exhaust gas formed from the fluidized bed boiler, and the cooled exhaust gas It may include a second recirculation compression unit that compresses and recirculates.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유동층 보일러의 온도를 유지하기 위하여 제2 희석제를 공급하는 것으로, 상기 제2 희석제는 상기 제3 냉각 열교환기를 통하여 상기 배가스를 냉각하고, 상기 냉각된 배가스를 제2 재순환 압축부를 이용하여 상기 유동층 보일러로 공급하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a second diluent is supplied to maintain the temperature of the fluidized bed boiler, the second diluent cools the exhaust gas through the third cooling heat exchanger, and removes the cooled exhaust gas. 2 It may be supplied to the fluidized bed boiler using a recirculation compression unit.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제3 냉각 열교환기는 스팀사이클에 열을 전달하여 냉각하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the third cooling heat exchanger may be cooled by transferring heat to a steam cycle.
본 발명은 가스터빈 배가스 재순환 구조를 갖는 순산소 가압 유동층 복합발전 시스템을 제공하는 효과가 있다.The present invention has the effect of providing an oxygen-pressurized fluidized bed combined cycle system having a gas turbine exhaust gas recirculation structure.
또한, 가스터빈 배가스를 가스터빈 연소기에 재순환시켜 가스터빈 연소기에 충분한 양의 희석제를 공급할 수 있게 해주어 가스터빈에 투입하는 열량의 비율을 최대화 시킬 수 있어 전체 복합발전의 효율을 상승시키는 효과가 있다.In addition, by recirculating gas turbine exhaust gas to the gas turbine combustor, it is possible to supply a sufficient amount of diluent to the gas turbine combustor, thereby maximizing the ratio of heat input to the gas turbine, thereby increasing the efficiency of the entire combined cycle power plant.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해 질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.A further scope of the applicability of the present invention will become apparent from the detailed description that follows. However, since various changes and modifications within the spirit and scope of the present invention can be clearly understood by those skilled in the art, it should be understood that the detailed description and specific examples such as preferred embodiments of the present invention are given by way of example only.
도 1은 일 실시예에 따른 순산소 가압 유동층 복합발전 시스템 공정을 나타낸 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 저압으로 운전되는 순산소 가압 유동층 복합발전 시스템 공정을 나타낸 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a process of an oxygen pressurized fluidized bed combined cycle system according to an embodiment.
2 is a schematic diagram showing a process of an oxygen pressurized fluidized bed combined cycle system operated at a low pressure according to an embodiment.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 지시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는 다는 것은 당·업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments and drawings of the present invention. These examples are only illustratively indicated to explain the present invention in more detail, and it is obvious to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples. something to do.
또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다. In addition, unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of skill in the art to which this invention belongs, and in case of conflict, this specification including definitions of will take precedence.
도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 “부”한, 특정 기능을 수행하는 한 개의 단위 또는 블록을 의미한다.In order to clearly explain the proposed invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification. And when it is said that a certain component "includes", it means that it may further include other components, not excluding other components unless otherwise stated. In addition, a “unit” described in the specification means one unit or block that performs a specific function.
각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.In each step, the identification code (first, second, etc.) is used for convenience of description, and the identification code does not describe the order of each step, and each step does not clearly describe a specific order in context. It may be performed differently from the order specified above.
즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.That is, each step may be performed in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.
도 1은 일 실시예에 따른 순산소 가압 유동층 복합발전 시스템 공정을 나타낸 개략도이다. 1 is a schematic diagram showing a process of an oxygen pressurized fluidized bed combined cycle system according to an embodiment.
도 1을 참고하면, 상기 순산소 가압 유동층 복합발전 시스템은 합성가스를 형성하는 합성 가스 형성부, 상기 합성 가스 형성부로부터 공급된 정제 합성가스를 완전 연소시키는 합성 가스 연소부 및 상기 합성 가스 형성부로부터 반응하지 않은 촤(char)를 연소시키는 유동층 보일러부를 포함한다.Referring to FIG. 1, the oxygen pressurized fluidized bed combined cycle power system includes a syngas forming unit for generating syngas, a syngas combustion unit for completely combusting refined syngas supplied from the syngas forming unit, and the syngas forming unit. and a fluidized bed boiler unit that burns unreacted char from the boiler.
나아가, 상기 순산소 가압 유동층 복합발전 시스템(100)은 상기 합성 가스 형성부, 상기 합성 가스 연소부, 유동층 보일러부, 상기 유동층 보일러부로 산소를 공급하기 위한 공기분리장치(15, ASU), 발생된 열을 냉각하기 위한 열교환기 및 상기 열교환기로부터 냉각하고 발생된 열을 공급받는 스팀사이클(14)을 포함하는 것을 특징으로 한다.Furthermore, the oxygen pressurized fluidized bed combined cycle power system 100 includes an air separator (15, ASU) for supplying oxygen to the syngas forming unit, the syngas combustion unit, the fluidized bed boiler unit, and the fluidized bed boiler unit. It is characterized in that it includes a heat exchanger for cooling heat and a
상기 합성 가스 형성부는 부분 가스화기(1), 상기 부분 가스화기에서 반응하지 못한 촤(Char)를 포집하는 사이클론(2), 상기 부분 가스화기(1)로부터 생성된 합성가스를 냉각하기 위한 제1 냉각 열교환기(4) 및 상기 냉각된 합성가스를 정제하여 정제 합성가스를 형성하는 제1 정제부(5)를 포함한다.The syngas forming unit includes a partial gasifier (1), a cyclone (2) for collecting char that has not reacted in the partial gasifier (1), and a first for cooling the syngas generated from the partial gasifier (1). It includes a
상기 합성 가스 연소부는 상기 합성 가스 형성부로부터 형성된 합성가스를 완전 연소하여 가스터빈 연소가스를 형성하는 것인 가스터빈 연소기(6), 상기 가스터빈 연소기에서 발생한 열을 이용하여 구동되는 가스터빈(7), 상기 가스터빈 연소기(6)로부터 완전 연소된 가스터빈 연소가스를 냉각하는 제2 냉각 열교환기(8) 및 상기 냉각된 가스터빈 연소가스를 압축하여 재순환하는 제1 재순환 압축부(13)를 포함한다.The syngas combustion unit completely burns the syngas formed from the syngas forming unit to form gas turbine combustion gas, a gas turbine combustor (6), and a gas turbine driven by using heat generated from the gas turbine combustor (7) ), a second
상기 유동층 보일러부는 상기 촤(char)를 완전 연소시켜 배가스가 형성되는 것인 유동층 보일러(3), 상기 유동층 보일러(3)로부터 형성된 배가스를 냉각하는 제3 냉각 열교환기(10), 상기 냉각된 배가스를 정제하는 제2 정제부(11) 및 상기 정제된 배가스를 압축하여 재순환하는 제2 재순환 압축부(12)를 포함한다.The fluidized bed boiler unit is a fluidized bed boiler (3) in which exhaust gas is formed by completely burning the char, a third cooling heat exchanger (10) for cooling the exhaust gas formed from the fluidized bed boiler (3), the cooled exhaust gas It includes a
하기에는, 상기 순산소 가압 유동층 복합발전 시스템을 이용한 공정방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a process method using the oxygen pressurized fluidized bed combined cycle system will be described in detail.
먼저, 상기 부분 가스화기(1)는 유동층 반응기로써 연료(16), 탈황제(17), 보일러 배가스(21) 및 상기 공기분리장치(15)로부터 산소를 공급받는다. First, the
상세하게는, 상기 부분 가스화기(1)는 탈황반응 및 연료(16)의 열분해가 발생하며 촤(char)가 형성되며, 상기 유동층 보일러(3)로부터 보일러 배가스를 공급받는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 보일러 배가스는 이산화탄소가 주성분으로 상기 잔류한 촤(char)와의 가스화 반응을 촉진시켜 합성가스(19)를 형성하게 되며, 상기 형성된 합성가스는 일산화탄소를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 합성가스는 상기 일산화탄소 이외에 열분해 및 기타 가스화 반응에 의하여 수소, 메탄 등의 가스를 더 포함하게 된다.In detail, the
한편, 상기 부분 가스화기(1)는 내부 적정온도를 유지할 수 있을 정도의 발열반응이 발생하는 것이 바람직한 것으로, 상기 발열 반응이 발생할 만큼의 산소를 공급받는 것을 특징으로 한다. On the other hand, it is preferable that the partial gasifier (1) generates an exothermic reaction enough to maintain an appropriate internal temperature, and is characterized in that it receives enough oxygen to generate the exothermic reaction.
이에, 상기 부분 가스화기(1)는 상기 공기분리장치(15)로부터 산소를 공급받는 것을 특징으로 한다. 이때, 반응되지 않은 촤(18,char)는 상기 사이클론(2)에 포집되어 유동층 보일러(3)에 공급되는 것이 바람직하다. Accordingly, the
상기 유동층 보일러(3)는 상기 사이클론(2)으로부터 공급받은 촤(18,char)를 완전 연소시키는 것을 특징으로 한다. 이에, 상기 촤(18,char)를 완전 연소시키는데 충분한 산소를 공급하기 위하여 상기 공기분리장치(15)로부터 산소를 공급받는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 유동층 보일러(3)에서 촤(18,char)를 완전 연소시켜 보일러 배가스가 형성되게 된다. The fluidized bed boiler (3) is characterized in that the char (18, char) supplied from the cyclone (2) is completely burned. Accordingly, in order to supply enough oxygen to completely burn the char (18, char), it is characterized in that oxygen is supplied from the air separator (15). At this time, the boiler exhaust gas is formed by completely burning char (18) in the fluidized bed boiler (3).
나아가, 상기 유동층 보일러(3)는 유동매체가 스팀사이클에(14) 열전달을(23) 수행하는 것을 특징으로 한다. Furthermore, the fluidized bed boiler (3) is characterized in that the fluidized medium performs (14) heat transfer (23) to the steam cycle.
상세하게는, 상기 유동층 보일러(3)내 온도는 850℃에서 운전하게 된다. 이때, 촤(18,char)의 순산소 연소에 의한 열에 의해 유동층 보일러(3)내의 온도가 적정온도를 벗어나기 때문에 희석제가 필요하게 된다. Specifically, the temperature in the fluidized
이에, 상기 유동층 보일러(3)에서 완전 연소시켜 형성된 보일러 배가스는 상기 제3 냉각 열교환기(10)에 의해 스팀사이클(14)에 열을 전달(스팀사이클 열전달, 24)하여 보일러 배가스를 냉각하게 된다. 또한, 상기 냉각하여 온도가 낮아진 보일러 배가스는 제2 정제부(11)를 통하여 제2 정제하게 되며, 상기 제2 정제된 보일러 배가스(11)는 제2 재순환 압축기(12)에 의해 상기 유동층 보일러(3)로 재공급하게 된다. 즉, 상기 냉각 및 정제된 보일러 배가스(11)는 제2 희석제로서 상기 유동층 보일러(3)에 재공급하는 것을 특징으로 한다.Accordingly, the boiler exhaust gas formed by complete combustion in the fluidized
또한, 상기 냉각 및 정제된 보일러 배가스(11)는 이산화탄소 정제부(9)나 상기 가스터빈 연소기(6)로 투입되지 않으며, 전량 상기 유동층 보일러(3)로 재공급되는 것을 특징으로 한다. In addition, the cooled and purified
이와 같은 구조는 보일러 배가스(21)를 부분 가스화기(1)에 별도의 블로워나 압축기 없이 고온의 배가스를 자연적으로 공급할 수 있게 하는 구조를 만들어 준다.This structure makes it possible to naturally supply the
즉, 상기 유동층 보일러(3)가 상기 부분 가스화기(1)보다 약간 높은 압력에서 운전되며, 이러한 압력 분포는 상기 유동층 보일러(3)에서 상기 부분 가스화기(1)로 자연스럽게 보일러 배가스(21)를 공급할 수 있게 된다.That is, the
한편, 상기 부분 가스화기(1)에서 생성된 합성가스(19)는 상기 제1 냉각 열교환기(4)를 통해 상기 스팀사이클(14)로 열을 전달(스팀사이클 열전달, 26)하고 냉각하게 된다. 상기 냉각된 합성가스는 제1 정제부(5)를 통하여 정제 합성가스(20)로 형성되고, 항기 정제 합성가스(20)는 상기 가스터빈 연소기(6)로 공급된다.Meanwhile, the
상기 가스터빈 연소기(6)에서는 상기 공급된 정제 합성가스(20)를 상기 공기분리장치(ASU, 15)에서 공급된 산소에 의해 완전 연소하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 정제 합성가스(20)를 순산소에 의해 연소하면 가스터빈 연소가스 온도가 가스터빈 입구온도(TIT)를 초과하기 때문에 가스터빈 연소기(6)의 적정온도를 유지하기 위한 희석제가 필요하게 된다. The
이에, 상기 가스터빈 연소기(6)의 희석제로 보일러 배가스를 사용할 수 있으나, 상기 가스터빈 연소기(6)의 온도를 적정온도로 유지할 만큼 보일러 배가스의 양이 충분하지 않아 상기 가스터빈 연소기에 입력되는 열량의 비율을 충분히 높게 할 수 없게 만드는 제안 요소가 되게 된다. Therefore, boiler exhaust gas can be used as a diluent for the
따라서, 상기 가스터빈 연소기(6)에 충분한 희석제를 공급하기 위하여 상기 가스터빈 연소기(6)로부터 발생한 가스터빈 연소가스가 상기 가스터빈(7)을 구동하고, 상기 제2 냉각 열교환기(8)를 통해 상기 스팀사이클(14)로 열을 전달(스팀사이클 열전달, 25) 한 후 냉각되며, 상기 냉각된 가스터빈 연소가스는 제1 재순환 압축부(13)를 통해 압축하여 상기 가스터빈 연소기(6)로 재공급되어 가스터빈 연소기(6)의 희석제 역할을 수행하고 가스터빈 연소가스 온도가 적정온도로 유지되도록 하는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 냉각 및 제1 압축된 가스터빈 연소가스는 제1 희석제로 상기 가스터빈 연소기(6)로 공급되는 것을 특징으로 한다.Therefore, in order to supply enough diluent to the
이때 상기 제2 냉각 열교환기(8)에서 공급되는 가스터빈 연소가스의 비율을 조정하면 충분한 양의 제2 희석제를 가스터빈 연소기(6)에 공급 할 수 있기 때문에 상기 가스터빈(7)에 투입 할 수 있는 열량의 비율을 최대화시킬 수 있으며 이에 따라 전체 복합발전의 효율을 상승 시켜주는 효과가 있다.At this time, if the ratio of the gas turbine combustion gas supplied from the second
도 2는 일 실시예에 따른 저압으로 운전되는 순산소 가압 유동층 복합발전 시스템 공정을 나타낸 개략도이다.2 is a schematic diagram showing a process of an oxygen pressurized fluidized bed combined cycle system operated at a low pressure according to an embodiment.
도 2를 참고하면, 상기 저압으로 운전되는 순산소 가압 유동층 복합발전 시스템은 상기 부분 가스화기(1) 및 상기 유동층 보일러(3)의 운전 압력이 가스터빈 연소기(6)의 압력보다 낮을 때 적용될 수 있는 구조이다. Referring to FIG. 2, the oxy-fuel pressurized fluidized bed combined cycle power system operated at a low pressure is applied when the operating pressure of the
이에, 상기 저압으로 운전되는 순산소 가압 유동층 복합발전 시스템은 상기 제1 정제부(5) 및 상기 가스터빈 연소기(6) 사이에 압축기(27)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Accordingly, the oxygen-pressurized fluidized bed combined cycle power system operated at low pressure is characterized in that it further includes a
상세하게는, 상기 제1 정제부(5)로부터 공급되는 정제 합성가스는 상기 압축기(27)를 통과하며 승압되고, 승압된 상기 정제 합성가스는 상기 가스터빈 연소기(6)로 공급되는 것이 바람직하다. Specifically, the purified syngas supplied from the
또한, 상기 공기분리장치(ASU, 15)에서 공급되는 산소도 상기 압축기(27)를 통과하며 승압되고, 승압된 상기 산소는 상기 가스터빈 연소기(6)로 공급되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that oxygen supplied from the air separator (ASU) 15 also passes through the
즉, 상기 순산소 가압 유동층 복합발전 시스템이 저압으로 운전될 경우 상기 제1 정제부95) 및 상기 가스터빈 연소기(6) 사이에 압축기(27)를 더 포함하는 것을 제외하고는 상기 순산소 가압 유동층 복합발전 시스템과 동일하게 시스템이 구성되는 것을 특징으로 한다.That is, when the oxygen pressurized fluidized bed combined cycle system is operated at a low pressure, the oxygen pressurized fluidized bed except for further including a
본 발명에서 제안하는 구조는 순산소 가압 유동층 복합발전에 있어서 가스터빈 연소기에 충분한 양의 희석제를 공급함으로써 상위 사이클인 가스터빈 연소기에 입력하는 열량의 비율을 충분히 높일 수 있어서 순산소 가압 유동층 복합발전의 전기 생산 효율을 최대화시킬 수 있어서 본 발전방식의 경제성을 향상 시켜주는 효과가 있다. The structure proposed in the present invention can sufficiently increase the ratio of heat input to the gas turbine combustor, which is the upper cycle, by supplying a sufficient amount of diluent to the gas turbine combustor in the oxygen pressurized fluidized bed combined cycle power plant. Since electricity production efficiency can be maximized, there is an effect of improving the economic feasibility of this power generation method.
또한, 유동층 보일러에서 생성된 배가스를 부분 가스화기에 공급하여 가스화를 촉진구조를 갖으며, 이때 고온(800℃이상)의 배가스를 별도의 블로워나 압축기 없이 구조적으로 쉽게 부분 가스화기에 공급할 수 있게 구조를 제안함에 따라 본 순산소 가압 유동층 복합발전 기술을 실제 구현 가능하게 효과가 있다.In addition, it has a structure to promote gasification by supplying the exhaust gas generated in the fluidized bed boiler to the partial gasifier, and at this time, it is structured so that the high temperature (800 ℃ or more) exhaust gas can be structurally easily supplied to the partial gasifier without a separate blower or compressor. According to the proposal, it is effective to actually implement the oxygen pressurized fluidized bed combined cycle technology.
또한, 순산소 가압 유동층 복합발전은 연료로 다양한 연료(바이오매스, 석탄, 폐기물등)을 적용할 수 있는 오염물질 배출을 저감하는 초청정 기술로써 , 특히 연료로 바이오매스를 적용할 경우 이산화탄소 저감 배출을 달성하는 효과가 있다.In addition, Oxygen Pressurized Fluidized Bed Combined Cycle Power Generation is an ultra-clean technology that reduces pollutant emissions that can apply various fuels (biomass, coal, waste, etc.) as fuel. In particular, when biomass is applied as fuel, carbon dioxide reduction emissions has the effect of achieving
본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.In this specification, only a few examples of various embodiments performed by the present inventors are described, but the technical idea of the present invention is not limited or limited thereto, and can be modified and implemented in various ways by those skilled in the art, of course.
100 : 순산소 가압 유동층 복합발전 시스템
1: 부분 가스화기, 2: 사이클론, 3: 유동층 보일러, 4: 제1 냉각 열교환기, 5: 제1 정제부, 6: 가스터빈 연소기, 7: 가스터빈, 8: 제2 냉각 열교환기, 9: 이산화탄소 정제부, 10: 제3 냉각 열교환기, 11: 제 정제부, 12: 제2 재순환 압축부, 13: 제1 재순환 압축부, 14: 스팀 사이클, 15: 공기분리장치, 16: 연료, 17: 탈황제, 18: 촤, 19: 합성가스, 20: 정제 합성가스, 21: 보일러 배가스, 23, 24, 25, 26 : 스팀사이클 열전달, 27: 압축기100: Oxygen pressurized fluidized bed combined cycle system
1: partial gasifier, 2: cyclone, 3: fluidized bed boiler, 4: first cooling heat exchanger, 5: first purification unit, 6: gas turbine combustor, 7: gas turbine, 8: second cooling heat exchanger, 9 : carbon dioxide purification unit, 10: third cooling heat exchanger, 11: purification unit, 12: second recirculation compression unit, 13: first recirculation compression unit, 14: steam cycle, 15: air separator, 16: fuel, 17: desulfurizer, 18: char, 19: syngas, 20: refined syngas, 21: boiler flue gas, 23, 24, 25, 26: steam cycle heat transfer, 27: compressor
Claims (12)
상기 합성 가스 형성부로부터 공급된 정제 합성가스를 완전 연소 시키는 합성 가스 연소부; 및
상기 합성 가스 형성부로부터 반응하지 않은 촤(char)를 연소시키는 유동층 보일러부;를 포함하고,
상기 합성 가스 형성부, 상기 합성 가스 연소부 및 상기 유동층 보일러부로 산소를 공급하기 위한 공기분리장치(ASU), 발생된 열을 냉각하기 위한 열교환기 및 상기 열교환기로부터 냉각하고 발생된 열을 공급받는 스팀사이클을 더 포함하는 것인,
순산소 가압 유동층 복합 발전 시스템.Synthesis gas forming unit for forming a syngas;
a synthesis gas combustion unit that completely burns the refined synthesis gas supplied from the synthesis gas forming unit; and
A fluidized bed boiler unit for burning unreacted char from the synthesis gas forming unit;
An air separator (ASU) for supplying oxygen to the syngas forming unit, the syngas combustion unit, and the fluidized bed boiler unit, a heat exchanger for cooling the generated heat, and a receiving unit for cooling and supplying the generated heat from the heat exchanger. Which further includes a steam cycle,
Oxygen pressurized fluidized bed combined power generation system.
상기 합성 가스 형성부는 가스터빈 연소기의 연료로 사용되는 합성가스를 만드는 부분 가스화기;
상기 부분 가스화기에서 반응하지 못한 촤(Char)를 포집하는 싸이클론;
상기 부분 가스화기로부터 생성된 합성가스를 냉각하기 위한 제1 냉각 열교환기; 및
상기 냉각된 합성가스를 정제하여 정제 합성가스를 형성하는 제1 정제부;를 포함하는 것인,
순산소 가압 유동층 복합발전 시스템.According to claim 1,
The syngas forming unit includes a partial gasifier for generating syngas used as a fuel for a gas turbine combustor;
a cyclone that collects char that has not reacted in the partial gasifier;
a first cooling heat exchanger for cooling the syngas generated from the partial gasifier; and
A first purification unit for purifying the cooled syngas to form a purified syngas;
Oxygen pressurized fluidized bed combined cycle system.
상기 부분 가스화기는 연료를 열분해하고 잔류한 촤(char)와 보일러 배가스가 가스화 반응하여 합성가스를 형성하는 것인,
순산소 가압 유동층 복합발전 시스템.According to claim 2,
The partial gasifier pyrolyzes the fuel, and the remaining char and boiler exhaust gasify to form syngas,
Oxygen pressurized fluidized bed combined cycle system.
상기 제1 냉각 열교환기는 스팀사이클에 열을 전달하여 냉각하는 것인,
순산소 가압 유동층 복합발전 시스템.According to claim 2,
The first cooling heat exchanger is cooled by transferring heat to the steam cycle,
Oxygen pressurized fluidized bed combined cycle system.
상기 합성 가스 연소부는 상기 정제 합성가스를 완전 연소하여 가스터빈 연소가스를 형성하는 것인 가스터빈 연소기;
상기 가스 터빈 연소기에서 발생한 열을 이용하여 구동되는 가스터빈;
상기 가스 터빈 연소기로부터 완전 연소된 가스터빈 연소가스를 냉각하는 제2 냉각 열교환기; 및
상기 냉각된 가스터빈 연소가스를 압축하여 재순환하는 제1 재순환 압축부;를 포함하는 것인,
순산소 가압 유동층 복합발전 시스템.According to claim 1,
a gas turbine combustor in which the synthesis gas combustion unit completely burns the refined synthesis gas to form a gas turbine combustion gas;
a gas turbine driven by using heat generated from the gas turbine combustor;
a second cooling heat exchanger for cooling the gas turbine combustion gas completely burned from the gas turbine combustor; and
A first recirculation compression unit for compressing and recirculating the cooled gas turbine combustion gas;
Oxygen pressurized fluidized bed combined cycle system.
상기 가스 터빈 연소기는 제1 냉각 및 제1 정제된 합성가스를 완전 연소하는 것인,
순산소 가압 유동층 복합발전 시스템.According to claim 5,
The gas turbine combustor completely combusts the first cooled and first purified syngas,
Oxygen pressurized fluidized bed combined cycle system.
상기 합성 가스 연소부는 압축기를 더 포함하는 것으로,
상기 압축기는 상기 정제 합성가스의 압력을 승압시키고 상기 승압된 정제 합성가스를 상기 가스터빈 연소기로 공급하는 것인,
순산소 가압 유동층 복합발전 시스템.According to claim 5,
The syngas combustion unit further comprises a compressor,
Wherein the compressor boosts the pressure of the refined syngas and supplies the boosted refined syngas to the gas turbine combustor,
Oxygen pressurized fluidized bed combined cycle system.
상기 가스터빈 연소기의 온도를 유지하기 위하여 제1 희석제를 공급하는 것으로,
상기 제1 희석제는 상기 제2 냉각 열교환기를 통하여 상기 가스터빈 연소가스를 냉각하고,
상기 냉각된 가스터빈 연소가스를 제1 재순환 압축부를 이용하여 상기 가스터빈 연소기로 공급 하는 것인,
순산소 가압 유동층 복합발전 시스템.According to claim 5,
Supplying a first diluent to maintain the temperature of the gas turbine combustor,
The first diluent cools the gas turbine combustion gas through the second cooling heat exchanger,
Supplying the cooled gas turbine combustion gas to the gas turbine combustor using a first recirculation compression unit,
Oxygen pressurized fluidized bed combined cycle system.
상기 제2 냉각 열교환기는 스팀사이클에 열을 전달하여 냉각하는 것인,
순산소 가압 유동층 복합발전 시스템.According to claim 8,
The second cooling heat exchanger is cooled by transferring heat to the steam cycle,
Oxygen pressurized fluidized bed combined cycle system.
상기 유동층 보일러부는 상기 촤(char)를 완전 연소시켜 배가스가 형성되는 것인 유동층 보일러,
상기 유동층 보일러로부터 형성된 배가스를 냉각하는 제3 냉각 열교환기;
상기 냉각된 배가스를 정제하는 제2 정제부; 및
상기 정제된 배가스를 압축하여 재순환하는 제2 재순환 압축부;를 포함하는 것인,
순산소 가압 유동층 복합발전 시스템.According to claim 1,
The fluidized bed boiler unit is a fluidized bed boiler in which exhaust gas is formed by completely burning the char,
A third cooling heat exchanger for cooling the exhaust gas formed from the fluidized bed boiler;
A second purification unit for purifying the cooled exhaust gas; and
A second recirculation compression unit for compressing and recirculating the purified exhaust gas;
Oxygen pressurized fluidized bed combined cycle system.
상기 유동층 보일러의 온도를 유지하기 위하여 제2 희석제를 공급하는 것으로,
상기 제2 희석제는 상기 제3 냉각 열교환기를 통하여 상기 배가스를 냉각하고,
상기 냉각된 배가스를 제2 재순환 압축부를 이용하여 상기 유동층 보일러로 공급하는 것인,
순산소 가압 유동층 복합발전 시스템.According to claim 10,
Supplying a second diluent to maintain the temperature of the fluidized bed boiler,
The second diluent cools the exhaust gas through the third cooling heat exchanger,
Supplying the cooled exhaust gas to the fluidized bed boiler using a second recirculation compression unit,
Oxygen pressurized fluidized bed combined cycle system.
상기 제3 냉각 열교환기는 스팀사이클에 열을 전달하여 냉각하는 것인,
순산소 가압 유동층 복합발전 시스템According to claim 10,
The third cooling heat exchanger transfers heat to the steam cycle to cool it,
Oxygen Pressurized Fluidized Bed Combined Cycle Power System
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2021
- 2021-09-06 KR KR1020210118574A patent/KR20230036593A/en active Search and Examination
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Legal Events
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