KR960010273B1 - 통합형 공기 분리-가스 터빈식 발전방법 - Google Patents

통합형 공기 분리-가스 터빈식 발전방법 Download PDF

Info

Publication number
KR960010273B1
KR960010273B1 KR1019940016707A KR19940016707A KR960010273B1 KR 960010273 B1 KR960010273 B1 KR 960010273B1 KR 1019940016707 A KR1019940016707 A KR 1019940016707A KR 19940016707 A KR19940016707 A KR 19940016707A KR 960010273 B1 KR960010273 B1 KR 960010273B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas turbine
air
compressed
separation unit
compressor
Prior art date
Application number
KR1019940016707A
Other languages
English (en)
Other versions
KR950003548A (ko
Inventor
윌리암 샤르프 에릭
램스덴. 스미쓰 아더
Original Assignee
에어 프로덕츠 앤드 케미칼즈, 인코오포레이티드
윌리암 에프. 마쉬
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에어 프로덕츠 앤드 케미칼즈, 인코오포레이티드, 윌리암 에프. 마쉬 filed Critical 에어 프로덕츠 앤드 케미칼즈, 인코오포레이티드
Publication of KR950003548A publication Critical patent/KR950003548A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR960010273B1 publication Critical patent/KR960010273B1/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/30—Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02—Preparation of oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00—Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/04—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas
    • F01K21/047—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas having at least one combustion gas turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/067—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion heat coming from a gasification or pyrolysis process, e.g. coal gasification
    • F01K23/068—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion heat coming from a gasification or pyrolysis process, e.g. coal gasification in combination with an oxygen producing plant, e.g. an air separation plant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04012—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling
    • F25J3/04018—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling of main feed air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04109—Arrangements of compressors and /or their drivers
    • F25J3/04115—Arrangements of compressors and /or their drivers characterised by the type of prime driver, e.g. hot gas expander
    • F25J3/04127—Gas turbine as the prime mechanical driver
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04109—Arrangements of compressors and /or their drivers
    • F25J3/04139—Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same compressor, possibly split on multiple compressor casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04527—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general
    • F25J3/04539—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general for the H2/CO synthesis by partial oxidation or oxygen consuming reforming processes of fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04527—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general
    • F25J3/04539—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general for the H2/CO synthesis by partial oxidation or oxygen consuming reforming processes of fuels
    • F25J3/04545—Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general for the H2/CO synthesis by partial oxidation or oxygen consuming reforming processes of fuels for the gasification of solid or heavy liquid fuels, e.g. integrated gasification combined cycle [IGCC]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04563—Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating
    • F25J3/04575—Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating for a gas expansion plant, e.g. dilution of the combustion gas in a gas turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04593—The air gas consuming unit is also fed by an air stream
    • F25J3/046—Completely integrated air feed compression, i.e. common MAC
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04593—The air gas consuming unit is also fed by an air stream
    • F25J3/04606—Partially integrated air feed compression, i.e. independent MAC for the air fractionation unit plus additional air feed from the air gas consuming unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04612—Heat exchange integration with process streams, e.g. from the air gas consuming unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04521—Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04612—Heat exchange integration with process streams, e.g. from the air gas consuming unit
    • F25J3/04618—Heat exchange integration with process streams, e.g. from the air gas consuming unit for cooling an air stream fed to the air fractionation unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/211—Heat transfer, e.g. cooling by intercooling, e.g. during a compression cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/04—Compressor cooling arrangement, e.g. inter- or after-stage cooling or condensate removal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/06—Adiabatic compressor, i.e. without interstage cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/42—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/50—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F25J2240/10—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream the fluid being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/70—Steam turbine, e.g. used in a Rankine cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/40—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

내용없음

Description

통합형 공기 분리-가스 터빈식 발전방법
제1도는 비통합형 선행기술의 방법의 개략도.
제2도 내지 제8도는 본 발명의 방법에 따른 다수의 실시예들의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
14 : 저온 증류 컬럼 시스템20 : 압축기
112 : 저압 공기 압축기114 : 중간 냉각기
116 : 고압 공기 압축기122 : 후기 냉각기
126 : 포화기130 : 전열식 열교환기
134 : 연소기138 : 익스팬더
142 : 수열기(열교환기)160 : 발전기
본 발명은 통합형 기화 습윤 공기 터빈(integrated gasification humid air turbine ; IGHAT) 또는 통합형 기화 복합 사이클(integrated gasification combined cycle ; IGCC)을 사용하는 전력 생산용 유니트에 저온 공기 분리 유니트를 통합시키는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 발전소의 고정비용을 감소시키고, 전력 출력치를 증가시키고, 고정된 전력 출력치에서 효율을 향상시키며, 발전방법의 조업상의 융통성을 개선시키는 통합방법에 관한 것이다.
본 명세서를 위해, 익스팬더 배기물 및/또는 특정 산화제 압축기 중간/후기 냉각기로부터 나오는 폐기열이 연소기로 공급되기 이전에 산화제 흐름을 물로 포화시키고 과열시키는 연소 터빈 발전 사이클을 습윤 공기 터빈(humid air turbine ; HAT) 사이클로 정의한다.
통합형 기화 습윤 공기 터빈 및 통합형 기화 복합 사이클 발전방법에 관한 기존의 기술은 다수의 과학 참고 문헌 및 특허 참고 문헌에 개시되어 있다.
배경기술로부터 가스 터빈 공기 압축기로부터 압축공기의 일부를 배출함으로써 부속 공기 분리 유니트로의 공급물을 제공하는 일반적 개념이 개시되어 있다. 미합중국 특허 제3, 731, 495호는 상승된 압력에서 가스터빈 공기 압축기 배출물로부터 공기 분리 유니트 공급물을 얻은 후, 이 공급물을 냉각시키고 150 내지 400psia로 보다 압축시켜 공기 분리기로 공급하는 방법을 개시하고 있다. 유사하게, 미합중국 특허 제 4, 224, 045호는 공기 분리 유니트로 공급되는 압축공기 공급물중 일부 또는 전부를 상승된 압력에서 가스 터빈 공기 압축기의 배출물로부터 얻은 후, 얻어진 공급물을 선택적으로 냉각 및 팽창시키거나 압축시켜 85psia 보다 큰 압력에서 공기 분리 유니트로 공급하는 방법을 개시하고 있다. 다른 참고 문헌들도 가스 터빈공기 압축기 배출물로부터 상이한 공기 분리 유니트 사이클로 승압 공기를 추출하는 유사한 방법을 개시하고 있다. 이러한 참고 문헌에는 미합중국 특허 제5, 081, 845호 및 미합중국 특허출원 제07/837,786호가 포함된다. 끝으로, 미합중국 특허 제4, 631, 914호는 연소 발전 사이클의 가스 터빈압축기의 중간 단계로부터 중간 압력의 공기를 추출하지만 추출된 공기를 팽창 터빈의 중간 단계에 공급하여 발전을 하고 특별히 공기 분리 시스템에 통합시키는 것과는 무관한 방법을 개시하고 있다.
배경기술로부터 부속 공기 분리 유니트로부터 가스 터빈 공기 압축기로 중간 압력의 폐기 질소를 회수하는 일반적 개념이 개시되어 있다. 영국 특허 제2, 067, 668호 및 미합중국 특허 제4, 297, 842호에는 대기압 공기 분리 유니트 폐기 질소를 가스 터빈 압축기로 공급되는 산화제 공기 공급물에 대한 희석제로서 사용하여 가스 터빈 연소기로 들어오는 NOx생성 하류물을 감소시키는 방법을 개시하고 있다.
습윤 공기 터빈 및 습윤 공기 터빈형 사이클에 관한 배경기술로부터 본 발명을 특히 적용할 수 있는 특정형태의 발전소가 개시되어 있다. 미합중국 특허제5, 181, 376호는 산화제 공기 포화기를 사용하여 제1연소기/팽창 터빈과 별개의 습윤 공기 팽창기 또는 부가적이 연소기/팽창 터빈 모두에 습윤 공기를 공급하는 방법을 개시하고 있다. 미합중국 특허 제4, 829, 763호 및 영국 특허 제2, 153, 912호는 가스 터빈 압축기에 부속된 중간 냉각기 및 후기 냉각기에 의해 회수되는 산화제 공기 압축열을 수반하는 보다 신뢰성이 높은 습윤공기 터빈 사이클을 개시하고 있다. 미합중국 특허 제 4, 653, 268호 및 미합중국 특허 제 4, 537, 023호는 또한 산화제 공기 포화기로 보내지기 이전에 중간 냉각기 및 후기 냉각기에서 물에 의해 압축열를 회수하여 연소기/팽창 터빈에 습윤 공기를 공급하는 방법 체계을 개시하고 있다.
배경기술로부터 가스 터빈 연소기, 전이구역 및 익스팬더를 냉각시키는 것과, 공기 분리 유니트로부터 연소기로 폐기 질소로 주입하거나 가스 터빈 익스팬더의 급냉 가스 상류물로서 폐기 질소를 주입하는 것의 양지에 관한 일반적 개념이 개시되어 있다.
다음의 배경기술은 가스 터빈 연소기중에서 및 가스 터빈 연소기 하류에서 공기 분리 유니트 폐기 질소를 사용하는 방법을 개시하고 있다. 미합중국 특허 제5, 081, 845호는 공기 분리 유니트로부터 질소 가스를 배출하여 그중 적어도 일부를 가스 터빈 공기 압축기의 배출구와 익스팬더 유입구 사이의 라인에서 가스 터빈에 도입하기 위한 연료류의 압력과 거의 동일한 압력으로 승압시키는 방법을 개시하고 있다. 래드본(Rathbone)의 미합중국 특허 제4, 962, 646호는 공기 분리 유니트의 고압 정류 컬럼으로부터 나오는 질소류를 연소실중 하나에 공급하고 터빈 상류에 지역에서 연소 생성물에 공급하는 시스템을 개시하고 있다. 미합중국 특허 제4, 707, 994호는 공기 분리 유니트로부터 나오는 질소 생성물을 연소기 급내용 2차 냉각가스로서 사용하는 방법을 개시하고 있다. 미합중국 특허 제4, 557, 735호는 연소 구역으로 보내지는 폐기 질소와 가스터빈을 통해 팽창되기 이전에 연소 가스로 보내지는 폐기질소를 개시하고 있다. 미합중국 특히 제4, 019, 314호는 공기 분리중 생성된 질소를 폐기 가스 연소기 배기류의 팽창 이전에 폐기 가스 연소기 배기류에 혼합하는 단계를 포합하는 개량방법, 2개의 팽창 단계 사이에 질소를 폐기 가스에 혼합하는 방법 및 제1팽창단계에서 패기 가스를 공기 분리 플랜트를 떠나는 질소의 압력으로 팽창시키는 방법을 개시하고 있다. 유사하게 폐기 질소를 사용하는 것을 기재하고 있는 다른 배경 기술에는 미합중국 특허 제5, 080, 703호, 제5, 036, 672호, 제4, 697, 415호 및 4, 697, 413호가 포함된다.
공기 분리 유니트 폐기 질소를 팽창 이전의 고온 연소 배기 가스에 통합시키는 것을 개시하고 있는 핵심배경 기술은 미합중국 특허 제4, 224, 045호 및 제3, 731, 495호이다. 미합중국 특허 제4, 224, 045호는 질소 부화 가스중 적어도 일부를 점화 압력과 적어도 동일한 압력으로 압축시키고 압축된 질소 부화류를 발전 터빈(가스 터빈 익스팬더)의 상류의 연소류중으로 유동시키며, 상기 압축된 부화류중 적어도 일부를 점화후의 연소류중으로 주입하는 방법을 개시하고 있다. 미합중국 특허 제3, 731, 495호는 익스팬더로 들어가는 질소부화 가스의 온도가 1650℉로 될 수 있는 상태에서 금속연소실의 질수 부화 급냉 가스로 덮어 싸고 별개의 급냉구역에서 상대적으로 차가운 질소 부화 가스를 고온 연소 가스내로 주입하여 초대기압에서 중간 온도의 질소 부화 가스 혼합물을 형성함으로써 공기 분리 유니트 폐기 질소를 가열하는 방법을 개시하고 있다.
다음의 배경기술은 가스 터빈 연소기, 전이구역 및 익스팬더의 냉각방법에 관한 것이다. 통상 실시되고 있는 가장 간단한 가스 터빈 익스팬더의 표준 냉각방법은 가스 터빈 공기 압축기로부터 나오는 압축공기의 일부를 시스템용 관류 냉각제로서 연소기, 전이구역 및 가스 터빈 익스펜더의 최초 수개의 단계로 전환시키는 것이다. 미합중국 특허 제5, 160, 096호는 습윤된 공기가 가스 터빈 익스팬더의 제1고정 베인용 냉각제로서 사용되는 반면에 습윤전의 압축공기가 추후의 팽창을 위해 고온 배기 가스와 혼합되기 이전에 제1단계의 로터 블레이드용 관류 냉각제로서 사용되는 습윤 공기 터빈 사이클을 개시하고 있다. 미합중국 특허 제5, 095, 693호는 가스 터빈 압축기의 배출구로부터 나오는 측류를 전환시키고 연료류와의 간접 열교환에 의해 측류의 열에너지중 일부를 제거한 후 이 측류를 가스 터빈 익스팬더용 감은 냉각제로서 공급하는 방법을 개시하고 있다. 미합중국 특히 제4,571,935호는 통상 복합 사이클 조업에 부속되는 고압 증기 터빈으로부터 증기를 추출하여 익스팬더에 있는 외측 쉘 및 고정 베인을 냉각하는 방법을 개시하고 있다. 미합중국 특허 제4,571,935호는 또한 시스템 운전개시 및 가스 터빈 냉각제 흐름을 별도로 제어하는데 따른 이점을 개시하고 있다. 미합중국 특히 제4, 338, 780호는 가스 터빈 압축기 배기중으로 분사수를 주입하여 가스 터빈 익스팬더의 가동 블레이드용의 우수한 관류 냉각제를 만드는 방법을 개시하고 있다. 미합중국 특허 제4, 314, 442호는 증기의 열적 차단막으로 익스팬더의 증기를 냉각시켜 관류식으로 익스팬더의 고정 베인 및 회전 블레이드를 보호하는 방법을 개시하고 있다. 미합중국 특허 제3, 973, 396호는 힐쉬(Hilsch)관 익스팬더를 사용하여 가스 터빈 공기 압축기 배출물중 일부를 냉각시켜 이 가스를 주 공기 냉각류중으로 공급하도록 방출제형태를 사용하기 이전에 그 평균온도를 감소시키고 우수한 관류 냉각제를 공급하는 방법을 개시하고 있다. 미합중국 특허 제3, 783, 614호는 불화탄소냉매를 사용하는 정밀 패쇄 루프 가스 터빈 익스팬더 냉각 시스템을 개시하고 있다.
끝으로, 1991년 3월 에이. 디. 라오(A. D. Rao) 등이 작성한 습윤 공기 터빈(HAT) 사이클 발전소와 복합 사이클 발전소의 비교라는 제하의 EPRI 보고서 IE-7300은 독립된 공기 분리 유니트 후기 냉각기로부터 회수된 압축열을 사용하여 물을 가열함으로써 가스 터빈 연소기로 공급되는 산화제 흐름을 포화시키는 방법을 개시하고 있다.
본 발명은 저온 공기 분리 유니트에서 압축공기가 산소 생성물 및 폐기 질소 생성물로 증류되며, 기화기 또는 부분 산화 유니트에서 산소 생성물중 적어도 일부가 압축되고 탄소질 연료와 반응하여 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성(연료)가스를 생성하며, 급기는 가스 터빈 급기 압축기에서 압축되고 이어서 적어도 부분적으로 포화되며, 합성 가스는 포화되고 압축된 가스 터빈 급기에 의해 연소기내에서 연소되어 연소 가스를 생성하며, 연소 가스는 전이구역을 통과한 후 가스 터빈에서 팽창되어 일을 발생시키며, 발생된 일중 적어도 일부는 가스 터빈 급기 압축기를 구동시키는데 사용되며, 발생된 일중 적어도 또 다른 일부는 전기를 발생시키는데 사용되는 개선된 발전방법에 관한 것이다.
이런한 개선 방법은 (a) 가스 터빈 급기 압축기로부터 압축 가스 터빈 급기를 인출함으로써 압축공기중 적어도 일부를 저온 공기 분리 유니트에 공급하며 ; (b) 산소 생성물의 압축열중 적어도 일부를 사용하여 물을 가열함으로써 압축 가스 터빈 급기를 포화시키는 것을 특징으로 한다.
이러한 개선된 방법은 폐기 질소 생성물중 적어도 일부를 가스 터빈 급기 압축기의 중간 단계에 공급하거나, 폐기 질소 생성물중 적어도 일부를 제어가능한 불활성 가스 냉각제, 희석제 또는 물질 흐름 촉진성분으로서 연소기, 전이구역 및 가스 터빈으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 설비 구역내로 주입하거나, 저온 공기 분리 유니트에 공급되는 가스 터빈 급기 압축기로부터 인출된 압축 가스 터빈 급기 부분에 내재하는 열중 적어도 일부를 사용하여 산소 생성물의 기화기 또는 부분 산화 유니트에 공급되는 부분을 가열하는 것을 또한 특징으로 할 수 있다.
또 다르게, 가스 터빈의 급기 압축기로부터 인출된 압축 가스 터빈 급기 부분은 증류를 위해 공기 분리 유니트에 공급되기 이전에 공기 분리 유니트 공기 압축기에서 또한 압축될 수 있으며, 추가의 압축에 의해 생기는 압축열은 물을 가열함으로써 압축 가스 터빈 급기를 포화시키는데 사용된다.
본 발명의 방법은 공기 분리 유니트와 통합형 기화 습윤 공기 터빈 발전소 또는 통합형 기화 복합 사이클 발전소 사이의 다수의 통합 개선책의 다양한 조합을 구체화한 것이다. 제1개선책은 가스 터빈 공기 압축기의 중간부 또는 중간 냉각기로부터 압축공기의 일부를 배출함으로써 압축 공기중 적어도 일부를 공기 분리유니트에 공급하는 것을 포함한다. 제2개선책은 공기 분리 유니트로부터 가스 터빈 공기 압축기의 고압부의 유입구로 폐기 질소를 복귀시키는 것을 포함한다. 제3개선책은 공기 분리 유니트로부터 가스 터빈 연소기, 전이구역 및/또는 익스팬더로 제어 가능한 불활성 냉각제, 희석제로서, 또는 가스 터빈의 발전부를 통한 물질 흐름을 증가시키기 위해 폐기 질소를 복귀시키는 것을 포함한다. 제4개선책은 통합형 공기 분리 유니트 급기중의 압축열중 적어도 일부를 기화기로 공급되는 고압 산소 공급물에 인도하는 것을 포함한다. 제5개선책은 산소 생성물, 복귀 질소 또는 공기 불리 유니트의 일정한 보충 공기의 압축열중 일부를 사용하여 물을 가열함으로써 가스 터빈 연소기로 공급되는 산화제 공기류 또는 연료류를 포화시키는 것을 포함 한다. 각각의 통합형 기화 발전소의 명세에 의거하여 상기 개선책을 다양하게 조합하는 것이 설비화에 가장 적합하다. 다음의 5개의 실시예들은 장래에 건설될 전망이 가장 밝은 통합형 기화 발전소 형태에 가장 이로운 상기 개선안의 조합을 나타내고 있다.
제1도는 독립된 공기 분리 유니트를 구비한 종래의 통합형 기화 습윤 공기 터빈 발전소를 도시한다. 제1도의 방법은 본 발명을 위한 HAT 사이클의 기준이 된다.
제1도를 참조하면, 공기 분리 유니트(1) 및 통합형 습윤 공기 터빈 사이클(100)이 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 공기 분리 유니트(1)과 통합형 습윤 공기 터빈 사이클(100)은 서로 통합되지 않고 독립적으로 조언된다.
제1도의 공기 분리 유니트(1)에 있어서, 라인(10)의 급기는 압축기(12)에서 압축된다. 이러한 압축 급기는 물, 이산화탄소 및 탄화수소와 같은 오염물로부터 정화된 후 적어도 산소 생성물 및 질소 생성물을 생성하기 위해 저온 증류 컬럼 시스템(114)로 공급된다. 이러한 저온 증류 컬럼 시스템은 모든 형태의 컬럼, 즉 단일 컬럼 또는 다중 컬럼 통상의 압력컬럼 또는 상승된 압력의 컬럼으로 될 수 있다. 또한, 이러한 저온 증류 컬럼 시스템은 아르곤 생성물을 생성할 수 있는 능력을 가질 수도 있다. 도시된 바와 같이 본원에서는 질소 생성물이 라인(16)을 거쳐 배출되어 폐기물로서 통기된다. 산소 생성물은 라인(18)을 거쳐 배출되고 압축기(20)에서 기화기에 사용하기 위한 소요 압력으로 압축된다. 압축열을 제거하기 위해 라인(24)을 거쳐 압축기(20)의 중간 냉각기 또는 후기 냉각기로 냉각수가 공급된다. 가열된 냉각수는 라인(26)을 거쳐 배출된다.
통합형 습윤 공기 터빈 사이클(100)에 있어서, 라인(110)중의 급기는 저압 공기 압축기(112)에서 압축되고 중간 냉각기(114)에서 냉각되고 고압 공기 압축기(116)에서 보다 압축된 2개의 부분, 즉, 라인(120)중의 제1압축공기부와 라인(118)중의 제2압축공기부로 분할된다. 라인(120)중의 제1압축공기부는 후기 냉각기(122)에서 추후 냉각된 후 포화기(126)에서 물로 포화된다. 포화되고 압축된 라인(128)중의 제1급기부는 또한 전열식 열교환기(130)중의 냉각 연도(煙道)가스에 부딪쳐 가열된다. 그후, 이와 같이 가열되고 포화되고 압축된 라인(132)중의 제1급기부는 라인(150)을 거쳐 역시 전열식 열교환기(130)에서 가열되는 연료 가스에 의해 연소기(130)에서 연소된다. 라인(136)중의 연소 생성물은 익스팬더(138)에서 팽창되어 축운동의 일을 발생시키며, 이러한 일은 다시 압축기(112, 116)을 구동시키고 발전기(160)을 이용하여 전기를 생산하는데 사용된다. 라인(118)중의 제2압축공기부는 터빈 냉각 공기로서 사용된다. 이러한 터빈 냉각 공기는 다양한 입구 지점에서, 즉 라인(133)을 거쳐 연소기(134)로, 라인(135)를 거쳐 전이구역으로, 라인(137)을 거쳐 익스팬더(138)로, 또는 이들의 특정 조합으로 공급될 수 있다. 라인(140)중의 익스팬더(138)로부터 나온 배기 가스는 라인(144)를 거쳐 연도 가스로서 통기되기 이전에 전열식 열교환기(130) 및 수열기(열교환기)(142)에서 냉각된다.
또한, 통합형 습윤 공기 터빈 사이클(100)에서 있어서, 보충수는 라인(40)을 거쳐 중간 냉각기(114)중 후자의 것에 공급된 후 라인(50)을 거쳐 기화기 공기 분리기로부터 나오는 물과 합류된다. 이와 같이 합류된 수류는 포화기(126)의 상부 지점에 공급되기 이전에 수열기(142)에서 가열된다. 포화기(126)에서는 가열수가 라인(124)중의 건조공기와 접촉되어 추후 연소기(134)내로 도입되는 라인(128)중의 포화공기를 생성한다. 포화기(126)로부터 나오는 과잉수중 일부는 라인(110)에서 시작되는 압축 급기류로부터 압축열을 회수하는데 사용된다. 이러한 압축열은 중간 냉각기(114) 및 후기 냉각기(116)에 의해 회수된다. 또한, 라인(124)중의 건조 압축공기의 포화에 필요한 일정한 부가열은 석탄 기화기 물 가열기(170)에서 생성된다. 도시된 바와 같이, 물은 포화기(126)의 바닥부로부터 라인(54)를 거쳐 배출되어 3개의 지류로 분할된다. 라인(56)중의 제1지류는 제2후기 냉각기(122)로 공급되어 이곳에서 가열된다. 라인(74)중의 제2지류는 제1중간 냉각기(114)로 공급되어 이곳에서 가열된 후 제2후기 냉가기(122)로부터 나오는 라인(58)중의 가열수와 라인(76)을 거쳐 합류된다. 이와 같이 합류된 라인(60)중의 가열수류는 제1후기 냉각기(122)로 공급되어 이곳에서 가열된다. 라인(68)중의 제3지류 라인(78 및 80)중의 중간 수류중 적어도 일부와 함께 가열기(70)에서 가열된다. 라인(72)중의 가열수는 라인(62)중의 가열수와 합류되고 라인(64)를 거쳐 포화기(126)의 상부 지점에 공급된다. 끝으로, 라인(80)중의 하부 중간 슈류중 일부는 라인(50)을 거쳐 기화기 공간 분리기로부터 나오는 물과 라인(82)를 거쳐 합류된다.
제2도는 저압 공기 분리 유니트로 공급되는 압축 공기 공급물중 일부 또는 전부를 가스 터빈 공기 압축기내의 중간 냉각부로부터 추출하고 산소 생성물 압축으로부터 생기는 폐기열을 포화기로 복귀시키는 개념을 채용한 본 발명의 실시예를 도시하고 있다. 제2도에 있어서, 압축기(112)로부터 나오는 압축공기중 일부는 라인(210)을 거쳐 배출된다. 이러한 압축공기의 일부는 3개의 지점, 즉 중간 냉각기(114) 이전의 일지점, 중간 냉각기(114)중의 일지점 및 중간 냉각기(114)이후의 일지점중 하나로부터 배출될 수 있다. 적합한 위치는 실선으로 도시된 바와 같이 중간 냉각기(114)이후의 일지점이다. 실제의 지점은 특정 시스템에 대한 통합을 최적화하도록 정해진다.
또한, 라인(24 및 224)중의 탈염 보충수는 라인(22)에 송출되는 압축 산소류를 포함하는 공기 분리 유니트(1)의 여러 흐름과의 열교환기에 의해 가열된다. 즉, 상기 여러 흐름을 중간 냉각하고, 선택적으로 후기 냉각하여 압축열을 제거한다. 가열된 보충수는 라인(226)을 거쳐 터빈 공기의 습윤화를 위한 보충수의 일부로서 포화기(126)에 공급된다. 공기 분리 유니트(1)로부터 나오는 열수를 통합하기 위해 다른 지점을 선정할 수도 있으며, 실제의 지점은 통합을 최적화하도록 정해진다. 도시된 도면중에서 유사한 흐름 및 공정 설비는 동일한 도면부호를 사용하고 있다.
제2도로부터 알 수 있는 바와 같이, 제2도는 저압 공기 분리 유니트로 공급되는 압축공기 공급물의 전부가 가스 터빈 압축기 중간 냉각부로부터 인출되는 것으로 도시하고 있으나, 가스 터빈의 장전 능력에 가장 잘 맞추도록 이러한 공급원으로부터 공기분리 유니트 압축공기 공급물중 일부만이 공급될 수도 있다. 공기 통합류의 적합한 조건은 50내지 150psia의 범위에 있는 압력과 보충수 및 냉각수 공급물의 온도와 대략 동일한 온도를 가지는 것이다.
제2도는 산소 생성물 압축의 중간 냉각이 전적으로 포화기(126)으로 향하는 탈염 보충수에 의해 달성되는 것을 보여주고 있다. 여분의 보충수 열용량이 필요한 경우에는 산소 생성물 압축열중 일부만을 보다 비싼 탈염 보충수로 인도하고 잔여열은 통상의 냉각수로 보내는 것도 가능하다. 선택적으로, 이러한 열수 통합물은 산화제 공기 포화기로 들어가기 이전에 추가의 가열을 위해 수열기(142) 또는 석탄 기화기 물 가열시스템(70)으로 인도될 수 있다.
이 실시예의 또 다른 배열이 제3도에 도시되어 있다. 이 실시예는 라인(210)중의 공기 통합류와 기화기로 공급되는 라인(22)중의 고압 산소 공급물 사이에 열교환기(212)를 부가한 것을 나타낸다. 이러한 선택예는 통합형 공기 유니트 공기 공급물의 압축열중 일부를 기화기로 공급되는 고압 산소 공급물에 전달하는 개념을 채용한 것이다. 전술한 바와 같이, 라인(210)중의 통합류는 시스템에서의 가열 및 냉각을 최적화하도록 가스 터빈 공기의 압축기의 중간부 또는 중간 냉각부중의 모든 특정 지점(도면에서 점선으로 도시됨)으로부터 인출될 수 있다.
제4도는 본 발명의 제2실시예를 도시한 것으로, 이 실시예는 또 다시 저압 공기 분리 유니트로 공급되는 저압 압축공기 공급물중 일부 또는 전부를 주 가스 터빈 공기 압축기내의 중간 냉각부로부터 추출하고 산소 생성물 압축으로부터 나오는 폐기열을 산화제 포화기로 복귀시키는 개념을 채용하고 있다. 그러나, 제2도 및 제3도에 도시된 시스템과는 다르게 이 실시예는 공기 분리 유니트로 공급되는 공급물중 일부를 약100psia 보다 큰 압력으로 되도록 하는데 필요한 양수식 액체 산소(LOX) 사이클을 채용하고 있다.
제4도는 공기 분리 유니트(1)로 공급되는 저압 압축공기 공급물의 전부가 라인(210)을 거쳐 가스 터빈 압축기 중간 냉각기로부터 인출되고, 공기 분리 유니트로 공급되는 고압 공급물의 전부가 라인(310)을 거쳐 후기 냉각기(122)의 유출구로부터 인출되는 것을 도시하고 있다. 그러나, 가스 터빈의 장전 능력에 가장 잘 맞추도록 공기 분리 유니트 압축공기 공급물중 일부만이 상기 공급원으로부터 공급될 수도 있음을 유의하는 것이 중요하다. 라인(210)중의 저압 공기 통합류의 적합한 조건은 50내지 150psia의 범위에 있는 압력과 보충수 또는 냉각수 공급물의 온도와 대략 동일한 온도를 가지는 것이다. 제1실시예의 경우에서와 마찬가지로, 시스템에서의 중간 냉각을 최적화시키도록 가스 터빈 공기 압축기의 중간부 또는 중간 냉간부중의 모든 특정 지점(도면에 점선으로 도시됨)으로부터 저압 공기통합류를 인출할 수 있다. 라인(310)중의 고압 공기 통합류의 적합한 조건은 약 100psia 보다 큰 압력과 보충수 또는 냉각수 공급물의 온도와 대략 동일한 온도를 가지는 것이다. 유사하게 본 실시예에서도 시스템에서의 후기 냉각을 최적화하도록 가스 터빈 공기 압축기의 후기 냉각부중의 모든 특정 지점(도면에 점선으로 도시됨)으로부터 고압 공기 통합류를 인출할 수 있다. 또한, 필요에 따라 고압 공기 통합물 라인에 부속되는 물공급 냉각기(312)를 익스팬더(314)의 바로 직하류의 지점으로 이동시키거나 최적으로 부가적 전력을 발생시키도록 이 냉각기(312)를 완전히 제거하거나 고압 공기 통합류에 보다 큰 냉동 작용을 제공하는 것도 가능하다. 익스팬더(314)의 필요 여부는 라인(120)중의 압축된 가스 터빈 급기 및 라인(316)중의 공기 분리 유니트 급기에 대해 선정되는 최적화된 압력에 의해 정해진다. 이러한 최적화된 압력은 IGHAT 공정 또는 IGCC 공정의 특징이다.
제4도는 또한 산소 생성물 압축기의 중간 냉각이 전적으로 포화기(216)으로 향하는 탈염 보충수에 의해 달성되는 것을 보여주고 있다. 여러분의 부충수 열용량이 필요한 경우에는 산소 생성물 압축열중 일부만을 보다 비싼 탈염 보충수로 인도하고 잔여열은 통상의 냉각수로 보내는 것도 가능하다. 선택적으로, 이러한 열수 통합물은 포화기(126)으로 들어가기 이전에 추가의 가열을 위해 수열기(142) 또는 석탄 기화기 물 가열 시스템(70)으로 인도될 수 있다.
제4도는 공기 분리 유니트 통합을 위한 2개의 상이한 공기압 수준을 도시하고 있다. 보다 진전된 저온 공기 분리 사이클은 최적의 통합을 위해 3개 이상의 공기압 수준을 요할 수 있다.
이러한 제2실시예의 또 다른 형태가 제5도에 도시되어 있다. 제3도와 유사하게, 제5도는 고압 공기 통합류와 기화기로 공급되는 고압 산소 공급물 사이에 열교환기(열교환기(311))이 부가되는 것을 보여주고 있다. 이러한 선택예는 통합형 공기 분리 유니트 공기 공급물의 압축열중 일부를 기화기로 공급되는 고압산소 공급물에 인도하는 개념을 채용한 것이다.
제6도는 본 발명의 제3실시예를 도시한 것으로, 이 실시예는 승압 공기 분리 유니트(elevated pressure air separation unit ; EP ASU)로 공급되는 압축공기 공급물중 일부 또는 전부를 주 가스 터빈 공기압축 기내의 중간 냉각부로부터 추출하고, 공기 분리 유니트로부터 나오는 폐기 질소중 일부 또는 전부를 가스터빈 공기 압축기의 고압부의 공기 공급물로 복귀시키고, 산소 생성물 압축 및 보충적인 공기 분리 유니트 공기 압축으로부터 생기는 폐기열중 일부를 산화제 포화기로 복귀시키는 개념을 채용하고 있다. 제2도 내지 제5도에 도시된 시스템과는 상이하게, 이 실시예에서의 공기 분리 유니트(1)은 중간 냉각부 압력보다 높은 압력에서 공기 분리 유니트로 공급되는 공급물을 필요로 할 수 있는 승압 사이클을 채용하고 있다.
제6도에 있어서, 이러한 고압 급기는 가스 터빈 중간 냉각부로부터 나오는 라인(410)중의 공기 통합류를 부스터 압축기(412)에서 추가로 압축함으로써 제공된다. 도면은 공기 분리 유니트로 공급되는 공기 공급물의 전부가 가스 터빈 압축기 중간 냉가기로부터 인출되는 것을 도시하고 있으나, 가스 터빈 공기 압축기의 장전 능력에 가장 잘 맞추도록 공기 분리 유니트 공기 공급물중 일부만이 이러한 공급원으로부터 공급될 수도 있다. 제1및 제2실시예의 경우와 마찬가지로, 시스템에서의 중간 냉각을 최적화하도록 저압 공기 통합류를 가스 터빈 공기 압축기의 중간부 또는 중간 냉각부중의 모든 특정 지점으로부터 인출할 수 있다. 제6도는 공기 분리 유니트로부터 나오는 라인(16)중이 폐기 질소의 전부가 가스 터빈 압축기 중간 냉각부로 복귀되는 것을 보여주고 있다. 그러나, 가스 터빈의 장전 능력에 가장 잘 맞추도록 공기 분리 유니트 폐기질소중 단지 일부만이 가스 터빈 공기 압축기로 복귀될 수도 있다. 공기 분리 유니트 급기중의 산소 농도를 유지하기 위해 저압 공기 통합류 인출 지점의 하류에 있는 제1압축 공기류로 질소를 복귀시키는 것이 적합함을 유의해야 한다. 라인(16)중의 폐기 질소 복귀류의 적합한 조건은 최종적으로 가스 터빈 중간 냉각기를 떠난는 중간 냉각된 공기의 압력 및 온도와 동일한 압력 및 온도를 가지는 것이다.
또한, 제6도는 산소 생성물 압축의 중간 냉각 및 부스터 공기 압축기의 후기 냉각이 전적으로 포화기(126)으로 향하는 탈염 보충수에 의해 달성되는 것을 보여주고 있다. 여분의 보충수 열용량이 필요한 경우에는 산소 생성물 압축열의 일부만을 보다 비싼 탈염 보충수로 인도하고 잔여열은 통상의 냉각수로 보내는것도 가능하다. 선택적으로, 열수 통합물은 산화제 포화기로 들어가지 이전에 추가의 가열을 위해 수열기 또는 석탄 기화기 물 가열 시스템으로 인도될 수 있다.
이전이 실시예에서와 마찬가지로, 이 제3실시예에 대한 선택에도 통합형 공기 분리 유니트 공기 공급물의 압축열중 일부를 기화기로 공급되는 고압 산소 공급물에 인도하는 개념을 채용하고 있다. 이 실시예에서의 선택에는 특정 공기 통합류 부스터 압축기의 바로 직하류 또는 공기 통합류가 중간 냉각 이전에 가스 터빈부로부터 인출될 경우에는 부스터 압축기의 바로 직상류에 부가적인 산소 열교환기(도면에 도시 생략)를 도입하는 것이 적합하다.
제7도는 본 발명의 제4실시예를 도시한 것으로, 이 실시예는 공기 분리 유니트로부터 나오는 페기 질소중 일부 또는 전부를 제어가능한 불활성 냉각제로서 가스 터빈의 연소기, 전이구역 및/또는 익스팬더로 복귀시키고 산소 생성물 압축으로부터 생기는 폐기열중 일부를 산화제 공기 포화기로 복귀시키는 개념을 채용하고 있다. 이 실시예는 또한 승압 공기 분리 유니트로 공급되는 압축공기 공급물중 일부 또는 전부를 가스터빈 공기 압축기의 최고압부의 배출물로부터 추출하는 기술을 사용하고 있다. 제6도에 도시된 시스템과 유사하게, 공기 분리 유니트(1)은 승압 사이클을 채용한다. 가스 터빈 공기 압축기의 실제 구성에 의존하여 공기 분리 유니트는 가스 터빈 압축기(116)의 배출 압력 보다 낮은 압력에서 공급되는 급기를 요할 수 있다.
필요시 이러한 저압 급기류는 가스 터빈 중간 냉각부로부터 나오는 라인(510)중의 공기 통합류를 익스팬더(314)에서 팽창시킴으로써 얻어진다. 제7도는 이러한 공기 분리 유니트로 공급되는 압축공기 공급물의 전부가 가스 터빈 압축기 후기 냉각기로부터 인출되는 것을 보여주고 있다. 그러나, 공기 분리 유니트 압축공기 공급물중 일부만이 이러한 공급원으로부터 공급될 수도 있다. 제2실시예의 경우와 마찬가지로, 시스템에서의 후기 냉각을 최적화하도록 고압 공기 통합류를 가스 터빈 공기 압축기의 후기 냉각부중의 모든 특정 지점(도면에서 점선으로 도시됨)으로부터 인출할 수 있다. 또한, 필요에 따라 고압 공기 통합물 라인에 부속되는 물 공급 냉각기를 익스팬더의 바로 직하류의 지점으로 이동시키거나 최적으로 부가적인 전력을 발생시키도록 이 냉각기를 완전히 제거하거나 공압 공기 통합물에 보다 큰 냉각작용을 제공할 수도 있다.
제8도에 도시된 바와 같이, 공기 분리 유니트의 통합을 가스 터빈의 장전 능력에 가장 잘 맞추도록 압축기(412)에 의해 보조 부스터 압축을 제공하면서 가스 터빈 압축기의 중간부 또는 중간 냉각부로부터 압축급기를 인출하는 개념을 채용하는 것도 또한 가능하다. 공기 통합류의 적합한 조건은 제3실시예에 대한 조건과 동일하다. 이 실시예에서도 마찬가지로, 시스템에서의 중간 냉각을 최적화하도록 저압 공기 통합류를 가스 터빈 공기 압축기의 중간부 또는 중각 냉각부중의 모든 특정 지점(도면에서 점선으로 도시됨)으로부터 인출할 수 있다.
제7도 및 제8도는 모두 공기 분리 유니트로부터 나오는 라인(16)중의 폐기 질소의 전부가 각각 라인(420, 422 및 424)를 거쳐 가스 터빈 연소기, 전이구역 및/또는 익스팬더 냉각류로 복귀되는 것을 또한 보여주고 있다. 또한 그 냉각 요건에 가장 잘 맞추도록 공기 분리 유니트 폐기 질소중 일부만을 적합한 압력으로 가스 터빈 연소기, 전이구역 및 익스팬더로 복귀시키는 것도 가능하다. 냉각용 질소의 상용이 필요없거나 적합하지 않다면, 질소는 가스 터빈의 발전 시스템 통한 부가적인 물질 유동을 제공하도록 이들 장소중 특정 장소로 복귀되고/복귀되거나 화염 온도를 감소시켜 N02형성을 제한하는 희석제로서 작용하도록 연소기 또는 연료 공급물로 복귀될 수 있다.
또한, 제7도 및 제8도는 산소 생성물 압축기(20) 중간 냉각 및/또는 부스터 압축기(412) 후기 냉각이 전적으로 포화기(126) 및 /또는 수열기(142)로 보내지는 탈염 보충수에 의해 달성되는 것을 보여주고 있다. 여분의 보충수 열용량이 필요한 경우에는 산소 생성물 압축열중 일부만을 보다 비싼 탈염 보충수로 인도하고 잔여열은 통상의 냉각수로 보는 것도 가능하다. 또한, 질소 복귀류의 압축열중 일부 또는 전부를 탈염 보충수로 보낼 수 있다. 선택적으로, 열수 통합물은 포화기(126)으로 들어가기 이전에 추가의 가열을 위해 석탄 기화기 물 가열 시스템(70)으로 인도될 수 있다.
이전의 실시예에서와 마찬가지로, 이 실시예에 대한 선택에는 통합형 공기 분리 유니트 공기 공급물의 압축열중 일부를 기화기로 공급되는 고압 산소 공급물에 인도하는 개념을 포함한다. 제7도에 도시된 바와 같은 실시예에서의 선택에는 고압 공기 통합물을 가스 터빈 압축기로부터 인출하는 지점의 바로 직하류에 부가적인 산소 열교환기(도시 생략)를 도입하는 것이 적합하다. 제8도에 도시된 바와 같은 실시예에서의 선택에는 모든 특정 공기 통합류 부스터 압축기의 바로 직하류 또는 공기 통합류가 중간 냉각 이전에 가스터빈부로부터 인출될 경우에는 상기 유니트의 바로 직상류에 부가적인 산소 열교환기(도시 생략)를 도입하는것이 적합하다. 또 다른 선택에는 터빈 냉각 질소로부터 얻어지는 일부 부가 압축열을 산소류에 인도될 수 있도록 해준다. 이것은 산소 및 질소 압축기 모두의 하류에 열교환기를 배치함으로써 달성된다.
전술한 4개의 실시예에서 논의된 본 발명은 고정비용을 감소시키고, 증가된 전력 출력치 및/또는 고정된 전력 출력치에서 보다 높은 효율을 가지기 때문에 당해 기술분야에서 현저하게 진보적인 것이다. 본 발명은 습윤 공기 터빈(통합형 기화 습윤 공기 터빈) 발전소 또는 복합 사이클(통합형 기화 복합 사이클) 발전소의 조업 융통성을 증진시켜 준다. 본 발명은 공기 분리 유니트와 통합형 기화 습윤 공기 터빈 발전소 또는 통합형 기화 복합 사이클 발전소 사이의 통합에 대한 5개의 핵심 개념을 다양하게 조합하는 그 실시예에 있어서 배경기술에서 개시된 상기 방법들과는 서로 상이하다. 제1개념은 공기 분리 유니트로 공급되는 압축공기 공급물의 일부 또는 전부를 가스 터빈 공기 압축기내의 중간부 또는 중간 냉각부로부터 인출하는 것이 다. 제2개념은 공기 분리 유니트로부터 나오는 폐기 질소를 중간 압력에서 가스 터빈 공기 압축기중의 고압 단계의 공기 공급물로 복귀시키는 것이다. 제3개념은 공기 분리 유니트로부터 나오는 폐기 질소를 제어 가능한 불활성 냉각제로서 가스 터빈 연소기, 전이구역 및/또는 익스팬더로 복귀시키는 것이다. 제4개념은 통합형 공기 분리 유니트 공기 공급물의 압축열중 일부를 기화기로 공급되는 고압 산소 공급물에 인도하는 것이다. 제5개념은 산소 생성물, 복귀 질소 또는 특정한 보충 공기 분리 유니트 공기를 물을 가열함으로써 가스 터빈 연소기로 공급되는 산화제 공기 또는 연료류를 포화시키는데 사용하는 것이다. 각각의 통합형 기화 발전소의 명세에 의거하여 이러한 개념을 다양하게 조합함으로써 배경기술에 대한 최대의 개선을 제공하게 된다.
전술한 저온 공기 분리 유니트는 모두 산소 압축기를 사용하는 것을 보여주고 있으나, 최종 송출 압력으로 산소를 액체 펌핑하는 것을 채용한 사이클을 사용할 수도 있다. 이 경우에는 공기 또는 질소와 같은 압축 유체가 펌핑된 산소를 증발시키는데 사용된다. 이러한 유체를 위한 압축기는 산소 압축기 또는 부스터압축기에 대해 전술한 바와 같이 가스 터빈 사이클중에 통합된다.
본 발명의 상세한 설명중에 기재된 통합형 기화 습윤 공기 터빈-공기 분리 유니트의 통합을 위한 4개의 실시예는 컴퓨터 보조 공정 모사에 의해 평가되어 기존 기술과 대비된는 그 장점이 확인된 바 있다. 모사에 사용된 발전소 규모는 1991년 및 1992년의 기화 발전소에 관한 제10차 및 제11차 연례 EPRI회의에서 에이. 디. 라오(A. D. Rao) 및 더블류. 에치. 데이(W. H. Day)에 의해 개시된 통합형 기화 습윤 공기 터빈 시스템의 규모와 동일한 것으로, 90℉의 외기온도에서 230MW의 정격 전력 출력치를 가지는 것이었다. 해당 산소 플랜트의 규모는 95% 순도의 산소를 공급하는 일산 1400톤(순수한 02기준)의 것이었다. 표 1은 기본 케이스의 기존 습윤 공기 터빈 기술에 관한 컴퓨터 모사(제Ⅰ란 및 제Ⅲ란) 및 제안된 통합형 기화 습윤 공기 터빈-공기 분리 유니트 통합 케이스에 관한 컴퓨터 모사(제Ⅱ란 및 제Ⅳ란 내지 제Ⅵ란)의 결과를 요약한 것이다.
[표1]
* 순전력 및 총 열소비율은 가스 터빈 익스팬더의 전력 출력치에서 가스 터빈의 고압(HP) 및 저압(LP)가스 터빈 압축기, 공기 분리 유니트 압축기, 폐기 질소 압축기 및 산소 생성물 압축기를 구동하기 위한 총 전력을 뺀 것을 지칭함 ; BTU는 석탄 공급물에 대한 것을 지칭함.
제 1실시예(제Ⅱ란)는 저압 공기 분리 유니트로 공급되는 압축공기 공급물중 일부 또는 전부를 주 가스터빈 공기 압축기중의 중간 냉각부로부터 추출하고 산소 생성물 압축으로부터 생기는 폐기열중 일부를 산화제 포화기로 복귀시키는 개념을 채용하고 있다. 이미 제2도에 보인 바와 같은 이 실시예는 독립된 저압 공기 분리 유니트를 구비한 기존 기술의 통합형 기화 습윤 공기 터빈(제Ⅰ란)과 가장 잘 대비된다. 본 발명은 공기 분리 유니트 주 공기 압축기를 감소시키거나 생략함으로써 이에 수반되는 $7,000,000정도의 자본을 절감하고 거의 동일한 열소비율에서 3.1MW만큼 발전소의 용량을 증가시키는 이점을 가진다. 또한, 본 발명은 보조 팽창 또는 압축 없이도 배경기술에 의해 개시된 가스 터빈 공기 압축기의 고압 배출물로부터 공기 분리 유니트 급기를 인출하는 종래 기술보다 최적화된 50 내지 150psia의 공기 공급압에서 공기 분리 플랜트를 조업할 수 있도록 해준다. 또한, 중간 냉각 시스템의 명세에 따라 중간 냉각기에 대한 공기 분리 유니트 공기 공급물 인출 장소를 조절하여 부가적인 설계상 또는 조업상의 융통성을 제공함으로써 냉각의 임무를 공기 분리 유니트로 전가시킬 수 있다. 이러한 개선을 위한 비용은 비교적 작다. 즉, 가스 터빈 공기압축기의 저압 단계는 약간 증가된 용량을 필요로 할 수 있고, 가스 터빈 압축기기 중간 냉각기는 약간 더 많은 면적을 필요로 할 수 있고, 연료 흐름은 기본 케이스에 비해 1.6%만큼 증가된다. 통합형 공기 분리 유니트 공기 공급물의 압축열중 일부를 기화기로 공급되는 고압 산소 공급물로 보내는 제3도에 도시된 선택예에서는 산소가 기화기의 성능을 향상시켜주는 보다 높은 온도에서 기화기로 공급될 수 있다. 이러한 기화기 조업상의 개선을 위한 대가는 압축열이 보다 적게 산화제 공기 포화기로 인도될 수도 있다는 점이지만, 이러한 개선은 열을 보다 직접적으로 공정중으로로 인도하기 때문에 상기 선택예는 부가적인 순이익을 창출할 수 있다.
제2실시예(제Ⅳ란)는 또한 저압 공기 분리 유니트로 공급되는 압축공기 공급물중 일부 또는 전부를 주가스 터빈 공기 압축기중의 중간 냉각부로부터 추출하고 산소 생성물 압축으로부터 생기는 폐기열중 일부를 산화제 포화기로 복귀시키는 개념을 채용하고 있다. 이미 제4도에 보인 바와 같은 이 실시예는 또한 사이클의 양수식 액체 산소(LOX) 부분에 수반되는 고압 공기 공급물의 전부를 가스 터빈 공기 압축기의 고압부의 배기로부터 인출하고 있으며, 독립된 저압 양수식 액체 산소(LOX) 공기 분리 유니트를 구비한 기존 기술의 통합형 기화 습윤 공기 터빈(제Ⅲ란)과 가장 잘 대비된다. 본 발명은 공기 분리 유니트 주 공기 압축기를 감소시키거나 생략함으로써 이에 수반되는 $8,000,000정도의 자본을 절감하고 약간 높은 열소비율에서 1.7MW만큼 발전소의 용량을 증가시키는 이점을 가진다. 또한, 제1실시예에서와 마찬가지로, 본 발명은 보조 팽창 또는 압축 없이도 배경기술에 의해 개시된 가스 터빈 공기 압축기의 고압 배출물로부터 공기 분리 유니트 급기를 인출하는 종래 기술보다 최적화된 50내지 150psia의 공기 공급압에서 공기 분리 플랜트를 조업할 수 있도록 해준다. 또한, 중간 냉각 시스템 및 후기 냉각 시스템의 명세에 따라 중간 냉각기 및 후기 냉각기에 대한 공기 분리 유니트 공기 공급물 인출 장소를 조절하여 부가적인 설계상 또는 조업상의 융통성을 제공함으로써 냉각의 임무를 공기 분리 유니트로 전가시킬 수 있다. 이러한 개선을 위한 비용은 비교적 작다. 즉, 가스 터빈 공기 압축기의 저압 단계는 약간 증가된 용량을 필요로 할 수 있고, 가스 터빈 공기 압축기 중간 냉각기 및 후기 냉각기는 약간 더 많은 면적을 필요로 할 수 있고, 고압 가스 터빈 공기 압축기 배출 압력이 공기 분리 유니트 고압 공기 공급물 보다 현저히 높은 경우에는 부가적인 공기 익스팬더가 필요할 수 있고, 연료 흐름은 기본 케이스에 비해 2.3%만큼 증가된다. 통합형 공기 분리 유니트 공기 공급물의 압축열중 일부를 기화기로 공급되는 고압 산소 공급물로 보내는 제5도에 도시된 선택예에서는 산소가 기화기의 성능을 향상시켜주는 보다 높은 온도에서 기화기로 공급될 수 있다.
전 실시예에서와 마찬가지로, 이러한 기화기 조업상의 개선을 위한 대가는 압축열이 보다 적게 산화제 공기 포화기로 인도될 수도 있다는 점이지만, 이러한 개선은 열을 보다 직접적으로 공정중으로 인도하기 때문에 상기 선택예는 부가적인 순이익을 창출할 수 있다.
제3실시예(제Ⅴ란)는 승압 공기 분리 유니트로 공급되는 압축공기 공급물중 일부 또는 전부를 주 가스터빈 공기 압축기중의 중간 냉각부로부터 추출하고 공기 분리 유니트로부터 나오는 폐기 질소중 일부 또는 전부를 가스 터빈 공기 압축기의 고압부의 공기 공급물로 복귀시키고 산소 생성물 압축으로부터 생기는 폐기열중 일부를 산화제 공기 포화기로 복귀시키는 개념을 채용하고 있다. 이미 제6도에 보인 바와 같은 이실시예는 독립된 저압 공기 분리 유니트를 구비한 기존 기술의 통합형 기화 습윤 공기 터빈(제Ⅰ란)과 가장 잘 대비된다. 본 발명은 공기 분리 유니트 주 공기 압축기를 감소시키거나 생략함으로써 이에 수반되는∼$7,000,000정도의 자본을 절감하고 산소 압축기의 크기를 현저히 감소시키고 약간 양호한 열소비율에서 3.5MW만큼 발전소의 용량을 증가시키는 이점을 가진다. 또한, 본 발명은 배경기술에서 개시된 바와 같은 승압 사이클 공기 분리 유니트로부터 나오는 질소를 연료류로 또는 직접 연소실로 복귀시키는 이점을 가진다. 또한, 질소는 질소가 부가되는 공기류의 온도보다 더 낮거나 높은 온도로 복귀될 수 있다. 이것은 연이은 가스 터빈 압축기 단계로의 유입 조건의 제어를 향상시킬 수 있다는 부가적인 이점을 제공한다. 예컨대, 외기 온도가 압축 효율을 개선할 만큼 높을때 질소는 공기류 온도 보ㄷ 낮은 온도로 복귀되어 가스 터빈의 고압부를 과급시킬 수 있다. 또한, 중간 냉각 시스템의 명세에 따라 중간 냉각기에 대한 공기 분리 유니트 공기 공급물 인출 장소 및 질소 복귀 장소를 조절하여 부가적인 설계상 또는 조업상의 융통성을 제공함으로써 냉각의 임무를 공기 분리 유니트로 전가시킬 수 있다. 이러한 개선을 위한 비용은 비교적 작다. 즉, 가스 터빈 공기 압축기의 저압 단계는 매우 미소하게 증가된 용량을 필요로 할 수 있고, 가스 터빈 압축기 중간 냉각기는 약간 더 많은 면적을 필요로 할 수 있고, 공기 분리 유니트를 위한 부가적인 부스터 공기 압축기가 필요하고, 연료 흐름은 기본 케이스에 비해 0.8%만큼 증가된다. 통합형 공기 분리 유니트 공기 공급물의 압축열중 일부를 기화기로 공급되는 고압 산소 공급물로 보내는 선택예에서는 산소가 기화기의 성능을 향상시켜주는 보다 높은 온도에서 기화기로 공급될수 있다. 전 실시예에서와 마찬가지로, 이러한 기화기 조업상의 개선을 위한 대가는 압축열이 보다 적게 공기 포화기로 인도될 수도 있다는 점이지만, 이러한 개선은 열을 보다 직접적으로 공정중으로 인도하기 때문에 상기 선택에는 부가적인 순이익을 창출할 수 있다. 또한, 이 실시예에서의 산화제 공기 산소의 함량은 약 20%의 여분으로부터 약 10%의 여분으로 감소되고 이것은 연소기의 설계에 영향을 미칠 수도 있다는 점을 유의해야 한다.
제4실시예(제Ⅳ란)는 공기 분리 유니트로부터 나오는 폐기 질소중 일부 또는 전부를 제어가능한 불활성 냉각제로서 전이구역 및/또는 가스 터빈 익스팬더로 복귀시키고 산소 생성물 압축으로부터 생기는 폐기열중 일부를 산화제 공기 포화기로 복귀시키는 개념을 채용하고 있다. 이 실시예는 또한 승압 공기 분리 유니트로 공급되는 압축공기 공급물중 일부 또는 전부를 주 가스 터빈 공기 압축기중의 고압부, 그러나 반드시 최고압부일 필요는 없는 고압부의 배출물로부터 추출한다. 이미 제7도에 도시된 바와 같은 이 실시예는 독립된 저압 공기 분리 유니트를 구비한 기존 기술의 통합형 기화 습윤 공기 터빈(제Ⅰ란)과 가장 잘 대비된다.
본 발명은 공기 분리 유니트 주 공기 압축기를 감소시키거나 생략함으로써 이에 수반되는 ∼＄7,000,000정도의 자본을 절감하고 산소 압축기의 크기를 현저히 감소시키고 약간 더 높은 열소비율에서 7.0MW만큼 발전소의 용량을 증가시키는 이점을 가진다. 또한 전이구역 및/또는 익스팬더의 냉각은 대부분의 기존 기술에 의해 사용되던 공기류 대신에 독립적으로 제어되는 불활성 냉각제류에 의해 달성된다. 이것은 조업상의 융통성을 보다 높게 해줄 뿐 아니라 연소 온도도 현저히 증가시켜준다. 이와 같이 증가된 연소 온도에 의해 실현되는 효율의 증가는 발전소의 효율 및 용량을 모델링하는데 고려되지 않았으며, 따라서 실제의 이득은 표 1의 데이타에 수치화된 것 보다 크게 될 것이다. 또한, 질소를 연료류 또는 연소기로 복귀시키는 배경기술에서 개시된 종래 기술과는 다르게 질소 냉각제를 가스 터빈 공기 압축기 유출구 보다 낮은 압력에서 터빈 단계로 송출하는데 따른 이득에 대해서도 고려하지 않았다. 따라서, 표 1에 수치화된 이득은 매우 보수적인 값이다. 이미 제8도에 도시된 이 실시예에 대한 변형예는 또한 부스터 압축기를 부가하여 공기 분리 유니트에 적절한 공급 압력을 공급하면서 공기 분리 유니트로 공급되는 공기 공급물을 가스 터빈 공기 압축기의 중간부 또는 중간 냉각부로부터 추출하는 개념을 채용하고 있다.
이러한 변형예에서는, 중간 냉각 시스템의 명세에 따라 중간 냉각기에 대한 공기 분리 유니트 공기 공급물 인출 장소를 조절하여 부가적인 설계상 또는 조업상의 융통성을 제공함으로써 냉각의 임무를 공기 분리 유니트로 전가시킬 수 있다는 이점이 있다. 이러한 개선을 위한 비용은 가스 터빈 공기 압축기 중간 냉각기 및 후기 냉각기가 약간 증가된 용량을 필요로 할 수 있고, 고압 가스 터빈 공기 압축기 배출물 압력이 공기 분리 유니트 공기 공급물 보다 현저히 높은 경우에는 제7도의 실시예에 대해 부가적인 공기 익스팬더가 필요할 수 있고, 부가적인 질소 압축기가 필요하고, 연료 흐름이 기본 케이스에 비해 4.2%만큼 증가되는데 따른 비용이다. 통합형 공기 분리 유니트 공기 공급물의 압축열중 일부를 기화기로 공급되는 고압 산소 공급물로 보내는 선택예에서는 산소가 기화기의 성능을 향상시켜주는 보다 높은 온도에서 기화기로 공급될 수 있다. 전 실시예에서와 마찬가지로, 이러한 기화기 조업상의 개선을 위한 대가는 압축열이 보다 적게 공기포화기로 인도될 수도 있다는 점이지만, 이러한 개선은 열을 보다 직접적으로 공정중으로 인도하기 때문에 상기 선택예는 부가적인 순이익을 창출할 수 있다. 터빈 냉각 질소로부터 생기는 부가적인 압축열을 산소류에 인도하는 선택예에서는 또한 또 다른 이점이 얻어질 수 있다. 첫째로, 산소가 보다 높은 온도에서 기화기로 공급되어 기화기의 성능을 향상시킨다는 것이다. 또한, 터빈 냉각 질소중 일부 또는 전부가 보다 낮은 온도에서 가스터빈의 연소기, 전이구역 또는 익스팬더로 공급될 수 있고 이에 의해 그 성능을 향상시킬 수 있다는 것이다.
제5실시예는 전술한 실시예들과는 다르게 통합형 기화 복합 사이클 시스템으로 지칭되며, 공기 분리 유니트로부터 나오는 폐기 질소중 일부 또는 전부를 제어가능한 냉각제로서 전이구역 및/또는 가스 터빈 익스팬더로 복귀시키는 개념을 채용하고 있다. 이 실시예는 또한 승압 공기 분리 유니트로 공급되는 압축공기 공급물중 일부 또는 전부를 가스 터빈 공기 압축기중의 고압부, 그러나 반드시 최고압부일 필요는 없는 고압부의 배출물로부터 추출한다. 도시를 생략한 이 실시예는 통합형 공기 분리 유니트를 구비하고 질소가 연소기 연료류로 복귀되는 종래 기술의 통합형 복합 사이클과 가장 잘 대비된다. 이 실시예의 주요 장점 및 이득은 정량적으로 모델링되지는 않았으나, 기존 기술에 의해 사용되던 공기류 대신에 독립적으로 제어되는 불활성 냉각제류에 의해 달성되는 가스 터빈 전이구역 및/또는 익스팬더의 냉각으로부터 얻어지게 된다. 이러한 독립적인 제어성에 의해 조업상의 융통성이 보다 더 커지게 되고 연소 온도도 현저히 증가될 수 있다. 이와 같이 증가된 연소 온도에 의해 다시 발전소의 효율 및 용량이 현저히 증가된다. 또한, 질소 냉각제는 가스 터빈 연소기 연료 압력 보다 매우 낮은 압력에서 터빈 단계로 송출되므로, 질소 압축을 위한 고정 자본 및 조업비가 현저히 낮아지게 된다. 기존 기술에 대한 이러한 개선에 드는 비용은 연소기에 주입되는 열회수류 발생기로부터 나오는 흐름에 부가되는 NOX억제부를 필요로 하는데 따른 비용이다. 터빈 냉각 질소로부터 생기는 부가적인 압축열을 산소류에 인도하는 선택예에서는 또 다른 이점이 얻어질 수 있다. 첫째로, 산소가 보다 높은 온도에서 기화기로 공급되어 기화기의 성능을 향상시킨다는 것이다. 또한, 터빈 냉각질소중 일부 또는 전부가 보다 낮은 온도에서 가스 터빈의 연소기, 전이구역 또는 익스팬더로 공급될 수 있고 이에 의해 그 성능을 향상시킬 수 있다는 것이다.
요약하면, 본 발명에서 제안된 신규한 개념의 적절한 조합을 적용하는데 따른 특정 이득은 고려중인 특정 발전 시스템에 따라 달라진다. 그러나, 전술한 본 발명의 대부분의 실시예로부터 발전소 용량, 효율, 조업상의 융통성 및 고정비에 있어 현저한 개선점을 얻을 수 있음이 분명하다.
끝으로, 통합형 설비의 실제적인 최적화된 설계에 있어서, 공기류 또는 질소류중 일부 또는 전부의 통합장소는 실제로 주요 장비의 품목내에서 강구될 수 있다. 예컨대, 가스 터빈 공기 압축기로부터의 공기 추출은 압축기 유니트의 배출물 압력의 최종 압력보다 낮은 압력에서 압축기내의 중간 장소로부터 인출될 수 있다.
이상 본 발명을 그 특정 실시예를 참조하여 설명하였다. 이들 실시예는 본 발명에 대한 한정으로서 여겨져서는 않된다. 본 발명의 범위 및 폭은 이후의 청구범위로부터 확정되어야 한다.

Claims (22)

  1. 저온 공기 분리 유니트에서 압축공기가 산소 생성물 혜기 질소 생성물로 증류되며, 기화기 또는 부분 산화 유니트에서 산소 생성물중 적어도 일부가 압축되고 탄소질 연료와 반응하여 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성 가스를 생성하며, 급기는 가스 터빈 급기 압축기에서 압축되고 이어서 적어도 부분적으로 포화되며, 합성 가스는 포화되고 압축된 가스 터빈 급기에 의해 연소기내에서 연소되어 연소 가스를 생성하며, 연소 가스는 전이구역을 통과한 후 가스 터빈에서 팽창되어 일을 발생시키며, 발생된 일중 적어도 일부는 가스 터빈 급기 압축기를 구동시키는데 사용되며, 발생된 일중 적어도 또 다른 일부는 전기를 발생시키는데 사용되는 발전방법에 있어서, (a) 가스 터빈 급기 압축기로부터 압축 가스 터빈 급기를 인출함으로써 압축공기중 적어도 일부를 저온 공기 분리 유니트에 공급하며 ; (b) 산소 생성물의 압축열중 적어도 일부를 사용하여 물을 가열함으로써 압축 가스 터빈 급기를 포화시키는 것을 특징으로 하는 발전방법.
  2. 제1항에 있어서, 폐기 질소 생성물중 적어도 일부를 가스 터빈 급기 압축기의 중간 단계에 공급하는 것을 또한 특징으로 하는 발전방법.
  3. 제1항에 있어서, 폐기 질소 생성물중 적어도 일부를 제어가능한 불활성 가스 냉각제, 희석제 또는 물질 흐름 촉진 성분으로서 연소기, 전이구역 및 가스 터빈으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 설비 구역내로 주입하는 것을 또한 특징으로 하는 발전방법.
  4. 제2항에 있어서, 폐기 질소 생성물중 적어도 일부를 제어가능한 불활성 가스 냉각제, 희석제 또는 물질 흐름 촉진 성분으로서 연소기, 전이구역 및 가스 터빈으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 설비 구역내로 주입하는 것을 또한 특징으로 하는 발전방법.
  5. 제1항에 있어서, 저온 공기 분리 유니트에 공급되는 가스 터빈 급기 압축기로부터 인출된 압축 가스터빈 급기 부분에 내재하는 열중 적어도 일부를 사용하여 산소 생성물의 기화기 또는 부분 산화 유니트에 공급되는 부분을 가열하는 것을 또한 특징으로 하는 발전방법.
  6. 제2항에 있어서, 저온 공기 분리 유니트에 공급되는 가스 터빈 급기 압축기로부터 인출된 압축 가스터빈 급기 부분에 내재하는 열중 적어도 일부를 사용하여 산소 생성물의 기화기 또는 부분 산화 유니트에 공급되는 부분을 가열하는 것을 또한 특징으로 하는 발전방법.
  7. 제3항에 있어서, 저온 공기 분리 유니트에 공급되는 가스 터빈 급기 압축기로부터 인출된 압축 가스터빈 급기 부분에 내재하는 열중 적어도 일부를 사용하여 산소 생성물의 기화기 또는 부분 산화 유니트에 공급되는 부분을 가열하는 것을 또한 특징으로 하는 발전방법.
  8. 제4항에 있어서, 저온 공기 분리 유니트에 공급되는 가스 터빈 급기 압축기로부터 인출된 압축 가스터빈 급기 부분에 내재하는 열중 적어도 일부를 사용하여 산소 생성물의 기화기 또는 부분 산화 유니트에 공급되는 부분을 가열하는 것을 또한 특징으로 하는 발전방법.
  9. 제1항에 있어서, 가스 터빈의 급기 압축기로부터 나오는 압축 가스 터빈 급기의 인출된 부분은 증류를 위해 공기 분리 유니트에 공급되기 이전에 공기 분리 유니트 공기 압축기에서 또한 압축되며, 추가의 압축에 의해 생기는 압축열은 물을 가열함으로써 압축 가스 터빈 급기를 포화시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 발전방법.
  10. 제2항에 있어서, 가스 터빈의 급기 압축기로부터 나오는 압축 가스 터빈 급기의 인출된 부분은 증류를 위해 공기 분리 유니트에 공급되기 이전에 공기 분리 유니트 공기 압축기에서 또한 압축되며, 추가의 압축에 의해 생기는 압축열은 물을 가열함으로써 압축 가스 터빈 급기를 포화시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 발전방법.
  11. 제3항에 있어서, 가스 터빈의 급기 압축기로부터 나오는 압축가스 터빈 급기의 인출된 부분은 증류를 위해 공기 분리 유니트에 공급되기 이전에 공기 분리 유니트 공기 압축기에서 또한 압축되며, 추가의 압축에 의해 생기는 압축열은 물을 가열함으로써 압축 가스 터빈 급기를 포화시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 발전방법.
  12. 제4항에 있어서, 가스 터빈의 급기 압축기로부터 나오는 압축 가스 터빈 급기의 인출된 부분은 증류를 위해 공기 분리 유니트에 공급되기 이전에 공기 분리 유니트 공기 압축기에서 또한 압축되며, 추가의 압축에 의해 생기는 압축열은 물을 가열함으로써 압축 가스 터빈 급기를 포화시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 발전방법.
  13. 제5항에 있어서, 가스 터빈의 급기 압축기로부터 나오는 압축 가스 터빈 급기의 인출된 부분은 증류를 위해 공기 분리 유니트에 공급되기 이전에 공기 분리 유니트 공기 압축기에서 또한 압축되며, 추가의 압축에 의해 생기는 압축열은 물을 가열함으로써 압축 가스 터빈 급기를 포화시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 발전방법.
  14. 제6항에 있어서, 가스 터빈의 급기 압축기로부터 나오는 압축 가스 터빈 급기의 인출된 부분은 증류를 위해 공기 분리 유니트에 공급되기 이전에 공기 분리 유니트 공기 압축기에서 또한 압축되며, 추가의 압축에 의해 생기는 압축열은 물을 가열함으로써 압축 가스 터빈 급기를 포화시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 발전방법.
  15. 제7항에 있어서, 가스 터빈의 급기 압축기로부터 나오는 압축 가스 터빈 급기의 인출된 부분은 증류를 위해 공기 분리 유니트에 공급되기 이전에 공기 분리 유니트 공기 압축기에서 또한 압축되며, 추가의 압축에 의해 생기는 압축열은 물을 가열함으로써 압축 가스 터빈 급기를 포화시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 발전방법.
  16. 제8항에 있어서, 가스 터빈의 급기 압축기로부터 나오는 압축 가스 터빈 급기의 인출된 부분은 증류를 위해 공기 분리 유니트에 공급되기 이전에 공기 분리 유니트 공기 압축기에서 또한 압축되며, 추가의 압축에 의해 생기는 압축열은 물을 가열함으로써압축 가스 터빈 급기를 포화기키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 발전방법.
  17. 제2항, 제3항 또는 제4항에 있어서, 폐기 질소 생성물을 압축하는 것을 또한 특징으로 하는 발전방법.
  18. 제17항에 있어서, 폐기 질소 생성물의 추가 압축에 의해 생기는 압축열은 물을 가열함으로써 압축 가스 터빈 급기를 포화시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 발전방법.
  19. 제1항, 제2항, 제3항 또는 제9항에 있어서, 저온 분리 유니트는 승압된 압력에서 조업되는 것을 특징으로 하는 발전방법.
  20. 제19항에 있어서, 폐기 질소 생성물중 적어도 일부는 익스팬더에서 압력이 감소되어 일을 발생시키는 것을 특징으로 하는 발전방법.
  21. 제1항, 제2항, 제3항 또는 제9항에 있어서, 가스 터빈 급기 압축기로부터 인출된 압축 가스 터빈급기 부분은 증류를 위해 공기 분리 유니트로 공급되기 이전에 익스팬더에서 팽창되어 일을 발생시키는 것을 특징으로 하는 발전방법.
  22. 제1항, 제2항, 제3항 또는 제9항에 있어서, 팽창된 연소 가스는 증기를 발생시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 발전방법.
KR1019940016707A 1993-07-16 1994-07-12 통합형 공기 분리-가스 터빈식 발전방법 KR960010273B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US8/093,195 1993-07-16
US08/093,195 1993-07-16
US08/093,195 US5406786A (en) 1993-07-16 1993-07-16 Integrated air separation - gas turbine electrical generation process

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR950003548A KR950003548A (ko) 1995-02-17
KR960010273B1 true KR960010273B1 (ko) 1996-07-27

Family

ID=22237681

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019940016707A KR960010273B1 (ko) 1993-07-16 1994-07-12 통합형 공기 분리-가스 터빈식 발전방법

Country Status (8)

Country Link
US (1) US5406786A (ko)
EP (1) EP0634562A3 (ko)
JP (1) JP2601631B2 (ko)
KR (1) KR960010273B1 (ko)
CN (1) CN1111321A (ko)
AU (1) AU661432B2 (ko)
CA (1) CA2127745A1 (ko)
CZ (1) CZ167594A3 (ko)

Families Citing this family (97)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5666800A (en) * 1994-06-14 1997-09-16 Air Products And Chemicals, Inc. Gasification combined cycle power generation process with heat-integrated chemical production
US5643354A (en) * 1995-04-06 1997-07-01 Air Products And Chemicals, Inc. High temperature oxygen production for ironmaking processes
US5706675A (en) * 1995-08-18 1998-01-13 G & A Associates High efficiency oxygen/air separation system
US5724805A (en) * 1995-08-21 1998-03-10 University Of Massachusetts-Lowell Power plant with carbon dioxide capture and zero pollutant emissions
AU3568395A (en) * 1995-09-16 1997-04-01 Krupp Uhde Gmbh Power-generation method using combined gas and steam turbines
US5740673A (en) * 1995-11-07 1998-04-21 Air Products And Chemicals, Inc. Operation of integrated gasification combined cycle power generation systems at part load
US5600970A (en) * 1995-12-19 1997-02-11 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with nitrogen turboexpander heat pump
US5666823A (en) 1996-01-31 1997-09-16 Air Products And Chemicals, Inc. High pressure combustion turbine and air separation system integration
US5930990A (en) * 1996-05-14 1999-08-03 The Dow Chemical Company Method and apparatus for achieving power augmentation in gas turbines via wet compression
US5867977A (en) * 1996-05-14 1999-02-09 The Dow Chemical Company Method and apparatus for achieving power augmentation in gas turbines via wet compression
US5901547A (en) * 1996-06-03 1999-05-11 Air Products And Chemicals, Inc. Operation method for integrated gasification combined cycle power generation system
US5697207A (en) * 1996-08-02 1997-12-16 General Electric Co. Combined gas turbine inlet chiller, nox control device and power augmentation system and methods of operation
US5845481A (en) * 1997-01-24 1998-12-08 Westinghouse Electric Corporation Combustion turbine with fuel heating system
US5918466A (en) * 1997-02-27 1999-07-06 Siemens Westinghouse Power Corporation Coal fuel gas turbine system
US5929125A (en) * 1997-04-12 1999-07-27 Atlantic Richfield Company Method for producing heavy crude oil via a wellbore from a subterranean formation and converting the heavy crude oil into a distillate product stream
US5802875A (en) * 1997-05-28 1998-09-08 Praxair Technology, Inc. Method and apparatus for control of an integrated croyogenic air separation unit/gas turbine system
US6054496A (en) * 1997-09-11 2000-04-25 Atlantic Richfield Company Method for transporting a heavy crude oil produced via a wellbore from a subterranean formation to a market location and converting it into a distillate product stream using a solvent deasphalting process
JP2003526035A (ja) * 1997-10-28 2003-09-02 クリーン エナジー システムズ， インコーポレイテッド 進歩的技術の、汚染物フリーで高効率な産業発電システム
US6141950A (en) * 1997-12-23 2000-11-07 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated air separation and combustion turbine process with steam generation by indirect heat exchange with nitrogen
JP3457949B2 (ja) * 1998-02-04 2003-10-20 テキサコ デベロプメント コーポレーション 集中ガス化器と結合させた極低温空気分離ユニットの酸素発生方法及び装置
GB0025150D0 (en) † 2000-10-13 2000-11-29 Air Prod & Chem A process and apparatus for the production of synthesis gas
US5979183A (en) * 1998-05-22 1999-11-09 Air Products And Chemicals, Inc. High availability gas turbine drive for an air separation unit
US5964085A (en) * 1998-06-08 1999-10-12 Siemens Westinghouse Power Corporation System and method for generating a gaseous fuel from a solid fuel for use in a gas turbine based power plant
US5958365A (en) * 1998-06-25 1999-09-28 Atlantic Richfield Company Method of producing hydrogen from heavy crude oil using solvent deasphalting and partial oxidation methods
DE19837251C1 (de) * 1998-08-17 2000-02-10 Siemens Ag Gas- und Dampfturbinenanlage
JP3973772B2 (ja) * 1998-08-28 2007-09-12 株式会社東芝 石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラント
US6116027A (en) * 1998-09-29 2000-09-12 Air Products And Chemicals, Inc. Supplemental air supply for an air separation system
US6216436B1 (en) * 1998-10-15 2001-04-17 General Electric Co. Integrated gasification combined cycle power plant with kalina bottoming cycle
US6343462B1 (en) 1998-11-13 2002-02-05 Praxair Technology, Inc. Gas turbine power augmentation by the addition of nitrogen and moisture to the fuel gas
US6256994B1 (en) 1999-06-04 2001-07-10 Air Products And Chemicals, Inc. Operation of an air separation process with a combustion engine for the production of atmospheric gas products and electric power
US6345493B1 (en) 1999-06-04 2002-02-12 Air Products And Chemicals, Inc. Air separation process and system with gas turbine drivers
US6263659B1 (en) 1999-06-04 2001-07-24 Air Products And Chemicals, Inc. Air separation process integrated with gas turbine combustion engine driver
FR2806755B1 (fr) * 2000-03-21 2002-09-27 Air Liquide Procede et installation de generation d'energie utilisant un appareil de separation d'air
US6247316B1 (en) 2000-03-22 2001-06-19 Clean Energy Systems, Inc. Clean air engines for transportation and other power applications
US6622470B2 (en) 2000-05-12 2003-09-23 Clean Energy Systems, Inc. Semi-closed brayton cycle gas turbine power systems
US6295838B1 (en) * 2000-08-16 2001-10-02 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation and gas turbine integration using heated nitrogen
US6430915B1 (en) 2000-08-31 2002-08-13 Siemens Westinghouse Power Corporation Flow balanced gas turbine power plant
US6745573B2 (en) 2001-03-23 2004-06-08 American Air Liquide, Inc. Integrated air separation and power generation process
US6487863B1 (en) 2001-03-30 2002-12-03 Siemens Westinghouse Power Corporation Method and apparatus for cooling high temperature components in a gas turbine
US6619041B2 (en) 2001-06-29 2003-09-16 L'air Liquide - Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Steam generation apparatus and methods
FR2827186A1 (fr) * 2001-07-12 2003-01-17 Air Liquide Procede et installation de distillation d'air et de production de vapeur d'eau
US6568185B1 (en) 2001-12-03 2003-05-27 L'air Liquide Societe Anonyme A'directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Combination air separation and steam-generation processes and plants therefore
GB0129607D0 (en) * 2001-12-11 2002-01-30 Sui See C Exhaust eater energy generator
US6925818B1 (en) * 2003-07-07 2005-08-09 Cryogenic Group, Inc. Air cycle pre-cooling system for air separation unit
FR2858398B1 (fr) * 2003-07-30 2005-12-02 Air Liquide Procede et installation d'alimentation d'une unite de separation d'air au moyen d'une turbine a gaz
US7128005B2 (en) * 2003-11-07 2006-10-31 Carter Jr Greg Non-polluting high temperature combustion system
US20050151019A1 (en) * 2003-12-18 2005-07-14 Curtis Edgar Stevens Electrically pressurized on-board inert gas generation system
US7479468B2 (en) * 2004-04-15 2009-01-20 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Integrating an air separation unit into an oxygenate-to-olefins reaction system
WO2005100754A2 (en) 2004-04-16 2005-10-27 Clean Energy Systems, Inc. Zero emissions closed rankine cycle power system
EP1630384A1 (de) * 2004-08-26 2006-03-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Kühlen mindestens einer Turbinenstufe und/oder mindestens einer Brennkammer, Turbinenanlage und kombinierte Gas- und Dampfturbinenanlage
WO2007017387A2 (de) * 2005-08-05 2007-02-15 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur steigerung des wirkungsgrads eines kombinierten gas- und dampfkraftwerks mit integrierter brennstoffvergasung
DE112006001975B4 (de) * 2005-08-10 2019-05-09 Ansaldo Energia Ip Uk Limited Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine sowie Gasturbine zur Durchführung des Verfahrens
US7584598B2 (en) 2005-08-10 2009-09-08 Alstom Technology Ltd. Method for operating a gas turbine and a gas turbine for implementing the method
US7584599B2 (en) 2005-08-10 2009-09-08 Alstom Technology Ltd. Method for operating a gas turbine as well as a gas turbine for implementing the method
WO2007017406A1 (de) 2005-08-10 2007-02-15 Alstom Technology Ltd Verfahren zum betrieb einer gasturbine sowie gasturbine zur durchführung des verfahrens
US7574855B2 (en) 2005-08-10 2009-08-18 Alstom Technology Ltd. Method for operating a gas turbine and a gas turbine for implementing the method
US7513118B2 (en) 2005-08-10 2009-04-07 Alstom Technology Ltd. Method for operating a gas turbine and a gas turbine for implementing the method
CA2618007C (en) * 2005-08-10 2014-09-30 Alstom Technology Ltd A method for operating a gas turbine and a gas turbine for implementing the method
CN101238341B (zh) * 2005-08-10 2012-04-18 阿尔斯托姆科技有限公司 用于运行燃气透平的方法以及用于实施该方法的燃气透平
US7581401B2 (en) * 2005-09-15 2009-09-01 General Electric Company Methods and apparatus for cooling gas turbine engine components
US20070240451A1 (en) * 2005-09-29 2007-10-18 Fogarty James M Integration of IGCC plant with superconducting power island
JP2007147161A (ja) * 2005-11-28 2007-06-14 Electric Power Dev Co Ltd 燃焼装置の排ガス処分方法及び装置
US20070181854A1 (en) 2006-02-09 2007-08-09 Siemens Power Generation, Inc. Advanced integration for improved integrated gasification combined cycle efficiency
US7617687B2 (en) * 2006-02-28 2009-11-17 General Electric Company Methods and systems of variable extraction for gas turbine control
US20080047276A1 (en) * 2006-08-25 2008-02-28 Siemens Power Generation, Inc. Combustion turbine having a single compressor with inter-cooling between stages
US7947115B2 (en) * 2006-11-16 2011-05-24 Siemens Energy, Inc. System and method for generation of high pressure air in an integrated gasification combined cycle system
US20080250814A1 (en) * 2007-04-10 2008-10-16 Marut Todd P Dehazing a lubes product by integrating an air separation unit with the dehazing process
EP1992793B1 (de) * 2007-05-14 2014-11-26 Litesso-Anstalt Verfahren zur Erzeugung von Strom aus Abfallgütern aller Art
JP5094959B2 (ja) * 2008-03-06 2012-12-12 株式会社Ｉｈｉ 酸素燃焼ボイラの二酸化炭素供給方法及び二酸化炭素供給設備
US8677761B2 (en) * 2009-02-25 2014-03-25 General Electric Company Systems and methods for engine turn down by controlling extraction air flows
EP2256317A1 (en) * 2009-05-29 2010-12-01 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. A process for generating power
US8529679B2 (en) * 2009-11-05 2013-09-10 General Electric Company System and method for improving performance of an IGCC power plant
GB2484254A (en) * 2010-08-04 2012-04-11 Combined Cycle Enhancements Ltd Gas turbine apparatus with energy recovery heat exchange system
US8978380B2 (en) * 2010-08-10 2015-03-17 Dresser-Rand Company Adiabatic compressed air energy storage process
US8186169B2 (en) 2010-10-22 2012-05-29 General Electric Company Nitrogen cooled gas turbine with combustor nitrogen injection and partial nitrogen recycling
US8752391B2 (en) * 2010-11-08 2014-06-17 General Electric Company Integrated turbomachine oxygen plant
CN102564064A (zh) * 2010-11-25 2012-07-11 林德股份公司 通过低温分离空气获得气态压力产物的方法
US9546814B2 (en) * 2011-03-16 2017-01-17 8 Rivers Capital, Llc Cryogenic air separation method and system
US9222410B2 (en) 2011-04-13 2015-12-29 General Electric Company Power plant
US8671688B2 (en) 2011-04-13 2014-03-18 General Electric Company Combined cycle power plant with thermal load reduction system
US8281596B1 (en) 2011-05-16 2012-10-09 General Electric Company Combustor assembly for a turbomachine
CN104040274B (zh) * 2011-05-26 2016-09-14 普莱克斯技术有限公司 空气分离、功率生成的集成
US20130061600A1 (en) * 2011-09-13 2013-03-14 General Electric Company Method of controlling temperature of gas turbine components using a compressed moisurized coolant
US8899975B2 (en) 2011-11-04 2014-12-02 General Electric Company Combustor having wake air injection
US9267687B2 (en) 2011-11-04 2016-02-23 General Electric Company Combustion system having a venturi for reducing wakes in an airflow
US20130133337A1 (en) * 2011-11-30 2013-05-30 General Electric Company Hydrogen assisted oxy-fuel combustion
US20130167557A1 (en) * 2012-01-04 2013-07-04 General Electric Company Power plant
EP2620732A1 (de) * 2012-01-26 2013-07-31 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung und Dampferzeugung in einem kombinierten System
CN102809262B (zh) * 2012-08-22 2015-08-26 杭州杭氧股份有限公司 一种利用igcc燃气轮机压缩空气生产氧气的方法及装置
US9739201B2 (en) 2013-05-08 2017-08-22 General Electric Company Wake reducing structure for a turbine system and method of reducing wake
US9322553B2 (en) 2013-05-08 2016-04-26 General Electric Company Wake manipulating structure for a turbine system
US9557102B2 (en) * 2013-06-19 2017-01-31 Bechtel Hydrocarbon Technology Solutions, Inc. Systems and methods for natural gas liquefaction capacity augmentation
US9435221B2 (en) 2013-08-09 2016-09-06 General Electric Company Turbomachine airfoil positioning
BR112019003828A2 (pt) 2016-08-30 2019-06-18 8 Rivers Capital Llc método de separação de ar criogênica para produzir oxigênio em altas pressões
CN106988996A (zh) * 2017-03-02 2017-07-28 西安交通大学 一种回收空分压缩机级间冷却余热发电的装置
CN111412065B (zh) * 2020-03-30 2021-05-07 郭宣华 一种中冷回热燃气轮机与有机介质复合底循环的联合系统
CN112392597A (zh) * 2020-11-17 2021-02-23 哈尔滨工程大学 一种核动力发动机装置

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3731495A (en) * 1970-12-28 1973-05-08 Union Carbide Corp Process of and apparatus for air separation with nitrogen quenched power turbine
US3783614A (en) * 1972-02-10 1974-01-08 H Walker Turbine engine
US3973396A (en) * 1974-10-16 1976-08-10 United Turbine Ab & Co., Kommanditbolag Gas turbine power plant
DE2503193A1 (de) * 1975-01-27 1976-07-29 Linde Ag Verfahren zur herstellung eines heizgases durch druckvergasung kohlenstoffhaltiger brennstoffe
JPS5477820A (en) * 1977-12-02 1979-06-21 Hitachi Ltd Method of cooling gas turbine blade
US4224045A (en) * 1978-08-23 1980-09-23 Union Carbide Corporation Cryogenic system for producing low-purity oxygen
US4571935A (en) * 1978-10-26 1986-02-25 Rice Ivan G Process for steam cooling a power turbine
US4314442A (en) * 1978-10-26 1982-02-09 Rice Ivan G Steam-cooled blading with steam thermal barrier for reheat gas turbine combined with steam turbine
GB2067668A (en) * 1980-01-21 1981-07-30 Gen Electric Control of NOx emissions in a stationary gas turbine
US4297842A (en) * 1980-01-21 1981-11-03 General Electric Company NOx suppressant stationary gas turbine combustor
US4537023A (en) * 1981-12-10 1985-08-27 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. Regenerative gas turbine cycle
CA1213737A (en) * 1981-12-10 1986-11-12 Hiromi Nakamura Regenerative gas turbine cycle
ZA85528B (en) * 1984-02-01 1986-12-30 Fluor Corp Process for producing power
US4829763A (en) * 1984-02-01 1989-05-16 Fluor Corporation Process for producing power
US4557735A (en) * 1984-02-21 1985-12-10 Union Carbide Corporation Method for preparing air for separation by rectification
EP0184137A1 (en) * 1984-12-03 1986-06-11 General Electric Company Integrated coal gasification plant and combined cycle system with air bleed and steam injection
DE3446715A1 (de) * 1984-12-21 1986-06-26 Krupp Koppers GmbH, 4300 Essen Verfahren zur kuehlung von staubfoermige verunreinigungen enthaltendem partialoxidationsgas, das zur verwendung in einem kombinierten gas-dampfturbinenkraftwerk bestimmt ist
US4631914A (en) * 1985-02-25 1986-12-30 General Electric Company Gas turbine engine of improved thermal efficiency
EP0211335B1 (de) * 1985-08-05 1988-05-11 Siemens Aktiengesellschaft Kombiniertes Gas- und Dampfturbinenkraftwerk
US4707994A (en) * 1986-03-10 1987-11-24 Air Products And Chemicals, Inc. Gas separation process with single distillation column
GB8820582D0 (en) * 1988-08-31 1988-09-28 Boc Group Plc Air separation
EP0383994A3 (de) * 1989-02-23 1990-11-07 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung durch Rektifikation
GB8904275D0 (en) * 1989-02-24 1989-04-12 Boc Group Plc Air separation
US5095693A (en) * 1989-08-04 1992-03-17 United Technologies Corporation High-efficiency gas turbine engine
US5081845A (en) * 1990-07-02 1992-01-21 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated air separation plant - integrated gasification combined cycle power generator
US5181376A (en) * 1990-08-10 1993-01-26 Fluor Corporation Process and system for producing power
US5160096A (en) * 1991-10-11 1992-11-03 United Technologies Corporation Gas turbine cycle
US5241816A (en) * 1991-12-09 1993-09-07 Praxair Technology, Inc. Gas turbine steam addition
GB9208646D0 (en) * 1992-04-22 1992-06-10 Boc Group Plc Air separation
US5295350A (en) * 1992-06-26 1994-03-22 Texaco Inc. Combined power cycle with liquefied natural gas (LNG) and synthesis or fuel gas
SE9300500D0 (sv) * 1993-02-16 1993-02-16 Nycomb Synergetics Ab New power process

Also Published As

Publication number Publication date
KR950003548A (ko) 1995-02-17
EP0634562A3 (en) 1995-08-16
JP2601631B2 (ja) 1997-04-16
US5406786A (en) 1995-04-18
CZ167594A3 (en) 1995-01-18
CN1111321A (zh) 1995-11-08
AU6737294A (en) 1995-02-09
EP0634562A2 (en) 1995-01-18
CA2127745A1 (en) 1995-01-17
AU661432B2 (en) 1995-07-20
JPH07151460A (ja) 1995-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR960010273B1 (ko) 통합형 공기 분리-가스 터빈식 발전방법
US7191587B2 (en) Hybrid oxygen-fired power generation system
US5513488A (en) Power process utilizing humidified combusted air to gas turbine
US5388395A (en) Use of nitrogen from an air separation unit as gas turbine air compressor feed refrigerant to improve power output
US6684643B2 (en) Process for the operation of a gas turbine plant
US8490407B2 (en) System and method for generation of high pressure air in an integrated gasification combined cycle system
US5678408A (en) Performance enhanced gas turbine powerplants
JP3571071B2 (ja) 複合発電機の操作法
EP0676532B1 (en) Steam injected gas turbine system with topping steam turbine
EP1982052B1 (en) Integrated gasification combined cycle with preheating of nitrogen / oxygen from air separator
EP0150990B1 (en) Process for producing power
US20080202123A1 (en) System and method for oxygen separation in an integrated gasification combined cycle system
JPH04232334A (ja) 一貫式ガス化組合せサイクル電力発生方法
CA2084862C (en) Gas turbine steam addition
US20020043064A1 (en) Method for operating a power plant
US6061936A (en) Synthesis gas expander located immediately upstream of combustion turbine
WO2003021702A1 (en) A power generation apparatus
Smith et al. Air separation unit integration for alternative fuel projects
Gambini et al. Critical analysis of advanced H2/O2 cycles based on steam-methane reforming
Gambini et al. Comparative Analysis of Advanced H2/Air Cycle Power Plants Based on Different Hydrogen Production Systems From Fossil Fuels
JP2001012212A (ja) タービン設備

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
G160 Decision to publish patent application
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee