KR101482574B1 - 화력발전 연계형 가스화 시스템 - Google Patents

화력발전 연계형 가스화 시스템 Download PDF

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Abstract

화력발전 연계형 가스화 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 제1연료를 저장하기 위한 제1연료 저장소, 상기 제1연료 저장소로부터 공급받은 제1연료를 건조하기 위한 연료 건조부, 건조된 제1연료를 불완전연소시켜 고온의 가스를 생성하는 가스화부, 상기 가스화부로부터 생성된 가스를 상기 연료 건조부로 공급하기 위한 제1라인 및 상기 연료 건조부로부터 배출된 가스를 공급받아 증기를 생성하는 보일러부를 구비한다.

Description

화력발전 연계형 가스화 시스템 {INTEGRATED COAL GASIFICATION COMBINED CYCLE POWER GENERATING SYSTEM}
본 발명은 화력발전 연계형 가스화 시스템에 관한 것으로, 특히 수분의 함량이 많은 저급연료를 사용하여 석탄의 가스화를 수행하고, 가스화과정에서 발생하는 열(heat)을 재활용하여 저급연료를 건조하는데 활용할 수 있는 화력발전 연계형 가스화 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 석탄 가스화 복합 발전(Integrated Gasification Combined Cycle; IGCC) 기술은 석탄, 중질잔사유 등의 저급연료를 수소와 일산화탄소를 주성분으로 한 합성가스로 전환한 뒤 합성가스 중에 포함된 분진과 황산화물 등의 유해물질을 제거하고 천연가스와 유사한 수준으로 정제하여 복합 발전을 수행하는 기술이다. 이러한 IGCC는 고유가와 석탄 사용량 증가에 따른 오염물질 발생과 지구 온난화 문제 때문에 국제적인 환경 규제와 압력이 가중됨으로써 에너지 전환 효율이 높고 유해가스 배출을 저감할 수 있다.
한편, 신재생 에너지는 온실가스 감축 의무의 본격화 및 자원고갈로 인한 화석연료의 부정적 요인이 심화되고, 고유가 지속으로 인해 에너지 시장의 불안정 등의 이유로 인해 그에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이러한 신재생 에너지는 수력, 풍력, 태양열 및 지열뿐만 아니라 바이오매스, 하수슬러지 및 가연성 폐기물로 획득되는 에너지를 모두 포함함으로써 그 시장이 점점 확대되고 있는 실정이다. 특히, 바이오매스, 하수슬러지 및 가연성 폐기물 등은 성형 고체연료, 재생유 및 연료유 등으로 전환될 수 있고, 폐기물 소각열은 CO, H2 및 CH4 등의 혼합가스 형태로 전환하여 석탄화력 발전소에서 보조연료로 전기를 생산하는데 이용될 수 있다.
이러한 기술의 일례가 하기 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재되어 있다. 특허문헌 1은 열분해 가능한 폐기물을 1차 열분해하여 가스와 1차 탄화물로 분리하고, 1차 탄화물을 2차 열분해하여 혼합가스와 탄화물로 분리한 다음, 1차, 2차 열분해 단계에서 얻은 혼합가스 중 일부를 1차, 2차 열분해로의 가열에 필요한 버너연료 또는 열병합발전용 온수 스팀 보일러의 연료로 사용할 수 있도록 함으로써 폐기물을 연속적으로 연료화할 수 있는 방법을 제공한다.
특허문헌 2는 공급된 석탄의 가스화를 행하는 가스화부, 가스화부로부터 공급된 가스를 사용하여 발전을 행하는 가스 발전부, 가스 발전부로부터 배출된 배기 가스의 열을 사용하여 발전을 행하는 증기 발전부, 증기 발전부로부터 배출된 배열을 사용하여 석탄의 건조를 행하여, 가스화부에 건조된 석탄을 공급하는 석탄 건조부 수분의 함유율이 비교적 높은 저품위탄을 사용해도 발전 효율의 저하를 방지할 수 있는 석탄 가스화 복합 발전 설비를 제공한다.
그러나, 상기 특허문헌 1에 기재된 기술은 폐기물을 여러 번 열분해하기 때문에 설비가 복잡해질 수 있고, 상기 특허문헌 2에 기재된 기술은 가스화부로부터 회수된 열을 이용하여 저급연료를 건조시킬 수 없다는 단점을 갖는다. 또한, 수분이 많이 함유된 저급연료 및 폐기물을 발전설비에 적용하기 위해서는 별도의 건조 열원을 마련해야 하고, 폐기물 중의 불순물로 인해 배관이 막히거나 폐기물의 물리화학적 조성에 따라 가스화 성능에 차이가 있다는 단점을 갖는다.
한국등록특허 제10-1103456호(2012.01.09 등록) 한국등록특허 제10-1200228호(2012.11.05 공개)
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 가스화부에서 생성된 고온의 합성가스 열을 연료 건조부로 공급하여 고수분이 포함된 저급연료의 건조에 필요한 열원으로 사용함으로써 별도의 열원을 사용하지 않고도 저급연료를 건조할 수 있는 화력발전 연계형 가스화 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가스화부에서 생성된 고온의 합성가스 열을 연료 건조부로 공급하면서 합성가스의 온도를 낮출 수 있어 별도의 냉각장치를 사용하지 않고도 합성가스를 정제할 수 있는 화력발전 연계형 가스화 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 가스화부에서 생성된 합성가스를 저급연료의 건조에 사용하여 전체 시스템의 효율을 높이고 보일러 튜브파손 및 석탄공급장치의 막힘 현상을 줄여서 보일러 유지비용을 절감할 수 있는 화력발전 연계형 가스화 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템은, 제1연료를 저장하기 위한 제1연료 저장소, 상기 제1연료 저장소로부터 공급받은 제1연료를 건조하기 위한 연료 건조부, 건조된 제1연료를 불완전연소시켜 고온의 가스를 생성하는 가스화부, 상기 가스화부로부터 생성된 가스를 상기 연료 건조부로 공급하기 위한 제1라인 및 상기 연료 건조부로부터 배출된 가스를 공급받아 증기를 생성하는 보일러부를 구비한다.
또한, 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템에 의하면, 상기 제1라인으로부터 상기 연료 건조부에 공급된 가스는 상기 제1라인과는 다른 제2라인을 따라 상기 연료 건조부로부터 상기 가스화부로 공급되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템에 의하면, 상기 제1라인으로부터 상기 연료 건조부로 공급되는 고온의 가스는 직접 또는 열풍에 의해 간접적으로 공급되어 상기 연료 건조부에 저장된 상기 제1연료를 건조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제1 및 제2실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템에 의하면, 상기 연료 건조부로부터 상기 보일러부 사이에 연결되어 상기 보일러부로 공급되는 가스를 정제하여 공급하기 위한 필터부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제2실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템에 의하면, 상기 필터부 및 상기 보일러부 사이로부터 상기 제1연료 저장소로 연결된 제3라인을 따라 상기 필터부로부터 정제된 가스를 상기 제1연료 저장소로 공급하여 상기 제1연료를 건조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제2실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템에 의하면, 상기 제1연료 저장소는 산소의 농도를 낮추기 위한 질소 공급부에 연결된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제2실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템에 의하면, 상기 제1연료 저장소로부터 배출된 배기가스는 제4라인을 따라 안내되어 상기 연료 건조부로부터 상기 보일러부 사이에 연결된 필터부로 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3 및 제4실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템은, 제1연료를 저장하기 위한 제1연료 저장소, 상기 제1연료 저장소로부터 공급받은 제1연료를 건조하기 위한 연료 건조부, 건조된 제1연료를 불완전연소시켜 가스를 생성하는 가스화부, 상기 가스화부로부터 생성된 고온의 가스를 상기 연료 건조부로 공급하기 위한 제1라인, 상기 연료 건조부로부터 배출된 가스를 공급받아 증기를 생성하는 보일러부 및 상기 보일러부에서 생성된 배기가스를 정제하기 위한 정제장치를 구비한다.
또한, 본 발명의 제3 및 제4실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템에 의하면, 상기 정제장치는 상기 보일러부에 연결되어 가스에 포함된 탄소산화물 및 질소산화물을 포함하는 산화물을 제거하기 위한 산화물 제거부, 상기 산화물 제거부에 연결된 열교환기, 상기 열교환기에 연결된 집진기 및 상기 집진기에 연결되어 가스에 포함된 황산화물을 제거하기 위한 탈황부를 구비함으로써 가스를 정제하여 배기하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제3 및 제4실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템에 의하면, 상기 제1라인으로부터 상기 연료 건조부에 공급된 가스는 상기 제1라인과는 다른 제2라인을 따라 상기 연료 건조부로부터 상기 가스화부로 공급되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제3 또는 제4실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템에 의하면, 상기 집진기로부터 배출되는 폐열을 제1연료 저장소 또는 상기 연료 건조부로 공급하여 제1연료를 건조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제3 또는 제4실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템에 의하면, 상기 제1연료 저장소 또는 상기 연료 건조부에서 배출된 가스는 상기 집진기로 연결되어 배출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제3 및 제4실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템에 의하면, 상기 제1라인으로부터 상기 연료 건조부로 공급되는 고온의 가스는 직접 또는 열풍에 의해 간접적으로 공급되어 상기 연료 건조부에 저장된 상기 제1연료를 건조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제3 및 제4실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템에 의하면, 상기 연료 건조부로부터 상기 보일러부 사이에 연결되어 상기 보일러부로 공급되는 가스를 정제하여 공급하기 위한 필터부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제4실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템에 의하면, 상기 필터부 및 상기 보일러부 사이로부터 상기 제1연료 저장소로 연결된 제3라인을 따라 상기 필터부로부터 정제된 가스를 상기 제1연료 저장소로 공급하여 상기 제1연료를 건조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제3 및 제4실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템에 의하면, 상기 제1연료 저장소는 질소 공급부에 연결된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제4실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템에 의하면, 상기 제1연료 저장소로부터 배출된 배기가스는 제4라인을 따라 안내되어 상기 연료 건조부로부터 상기 보일러부 사이에 연결된 필터부로 공급되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제1 내지 제4실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템에 의하면, 상기 보일러부는 상기 제1연료보다 수분 함량이 낮은 제2연료를 저장하기 위한 제2연료 저장소 및 상기 제2연료 저장소로부터 공급받은 제2연료를 분쇄하기 위한 분쇄장치로부터 제2연료를 공급받는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제1 내지 제4실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템에 의하면, 상기 제1연료는 아역청탄, 갈탄, 바이오매스 및 슬러지를 포함하고, 상기 제2연료는 역청탄 및 무연탄을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템에 의하면, 가스화부에서 생성된 고온의 합성가스 열을 연료 건조부로 공급하여 고수분이 포함된 저급연료의 건조에 필요한 열원으로 사용함으로써 별도의 열원을 사용하지 않고도 저급연료를 건조할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템에 의하면, 가스화부에서 생성된 고온의 합성가스 열을 연료 건조부로 공급하면서 합성가스의 온도를 낮출 수 있어 별도의 냉각장치를 사용하지 않고도 합성가스를 정제할 수 있다는 효과도 얻어진다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템에 의하면, 가스화부에서 생성된 합성가스를 저급연료의 건조에 사용하여 전체 시스템의 효율을 높이고 보일러 튜브파손 및 석탄공급장치의 막힘 현상을 줄여서 보일러 유지비용을 절감할 수 있다는 효과도 얻어진다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템에 의하면, 산소가 제거된 고온의 합성가스를 이용하여 연료 저장소에 저장된 저급 연료를 직접 건조함으로써 저급 연료의 건조시 발생할 수 있는 발화의 가능성을 줄일 수 있다는 효과도 얻어진다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제4실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
이하에서는 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 도시된 실시 예에 따라 구체적으로 설명하기는 하나, 본 발명이 도시된 실시 예만으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
본 발명의 실시 예들에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템은 수분을 많이 함유하고 있는 저품위의 연료를 연료 건조부에서 건조한 후에 가스화부에 공급하기 때문에 함유 수분의 증발 또는 수증기의 유출로 인한 열적 손실을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 가스화 시스템은 시스템으로부터 배출된 배열을 연료의 건조에 사용하므로 열에너지의 이용 효율을 향상시킬 수 있으며 연료 건조를 위한 별도의 열을 발생하는 발열부를 설치하지 않기 때문에 새로운 연료나 에너지를 투입할 필요가 없어 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 제2실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 3은 본 발명의 제3실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명의 제4실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템은 제1연료를 저장하기 위한 제1연료 저장소(11), 상기 제1연료 저장소(11)로부터 공급받은 제1연료를 건조하기 위한 연료 건조부(13), 가스화부(15) 및 보일러부(17)를 구비한다.
상기 제1연료 저장소(11)는 미분탄(pulverized coal)을 이용하여 증기를 생성하는 보일러 등에 직접적으로 공급하기 어려운 제1연료를 저장한다. 상기 제1연료는 수분함량이 높기 때문에 보일러에 직접 주입하는 경우 보일러의 효율을 낮추고, 보일러의 고장, 가스 공급라인의 막힘 현상을 발생시키는 등 시스템에 결함을 일으키는 결함의 원인이 될 수 있는 연료를 의미한다.
상기 제1연료는 수분함량이 비교적 높은, 예를 들어 수분함량이 30wt% 내지 60wt% 정도의 저급연료를 일컫는 것이 바람직하다. 상기 제1연료는 종래 석탄 화력발전에 공급되는 역청탄보다 낮은 발열량을 가지고, 수분 및 회분 함량이 상대적으로 많은 아역청탄, 갈탄, 바이오매스(biomass) 및 슬러지를 포함한다. 상기 바이오매스는 석유나 석탄과 같은 화석연료가 아닌 폐목재류를 포함하는 나무 및 가축 분뇨 등과 같은 유기계 폐기물과 가연성 폐기물을 모두 포함할 수 있다.
상기 연료 건조부(13)는 제1연료를 전처리하여 석탄의 가스화 반응에 적합한 연료로 처리한다. 전처리 공정은 공급된 제1연료를 건조, 미립화 및 가스화 반응 온도를 낮추기 위한 촉매를 혼입하는 처리 공정 등을 포함할 수 있다. 상기 연료 건조부(13)는 연료 공급라인(19)에 의해 제1연료 저장소(11)와 연결되지만, 상기 연료 건조부(13) 및 제1연료 저장소(11)는 연료 공급라인(19)으로 연결되지 않고 서로 고립된 장소에 설치될 수도 있다. 상기 연료 건조부(13)는 건조된 제1연료를 불완전연소시켜 고온의 가스를 생성하는 가스화부(15)에 연결된다.
상기 가스화부(15)는 연료 건조부(13)로부터 공급된 제1연료의 가스화 처리를 수행하고, 상기 제1연료를 연료 건조부(13)로부터 가스화부(15)로 공급하기 위한 공급라인과는 독립적인 제1라인(21)을 따라 고온의 혼합가스 열을 제1연료 건조부(13)로 공급한다. 상기 가스화 처리는 석탄을 높은 온도로 가열하는 동안 열분해(Pyrolysis), 연소(combustion) 및 가스화(gasification)의 과정을 통해 고분자 물질인 석탄으로부터 일산화탄소(CO) 및 수소(H2) 등을 포함하는 혼합가스를 생성하는 과정을 의미한다. 상기 혼합가스는 약 600℃ 내지 약 1200℃의 온도범위를 가질 수 있다.
상기 가스화부(15)는 혼합가스를 생산하기 위해 도시하지 않은 산소 공급장치 및 물 공급장치를 포함할 수 있고, 메탄의 생성량을 증대시키기 위해 반응물로 수소를 투입하기 위한 수소 공급장치(도시하지 않음)를 더 포함할 수도 있다. 또한, 상기 가스화부(15)는 가스화부(15)로부터 생성된 슬래그(slag) 등과 같은 폐기물을 포집하기 위한 포집장치를 포함할 수 있다.
상기 시스템은 제1라인(21)을 이용하여 가스화부(15)에서 생성된 고온의 혼합가스 열을 연료 건조부(13)로 공급함으로써 제1연료를 가스화부(15)로 공급하기 전에 제1연료에 함유된 수분을 증발시킨다. 이 경우, 상기 제1라인(21)은 가스화부(15)에서 생성된 고온의 혼합가스 열을 직접 연료 건조부(13)로 공급하거나, 열풍건조 등의 간접적인 방식을 사용함으로써 연료 건조부(13)에 저장된 제1연료를 건조시킨다. 상기 열풍건조는 제1연료의 종류 및 수분함량에 따라 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 이 경우, 상기 연료 건조부(13)는 열풍을 공급하기 위한 송풍장치를 구비한다.
따라서, 본 발명의 시스템은 제1라인(21)을 통해 가스화부(15)의 열을 연료 건조부(13)로 공급하여 제1연료를 건조시키는 것이기 때문에 종래 저급연료인 제1연료를 가스화부(15)로 직접 공급함으로써 수분의 증발잠열로 인한 가스화 반응의 효율 저하 및 열손실을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 시스템은 제1라인(21)을 이용함으로써 제1연료의 수분을 증발시키기 위한 별도의 열원을 사용하지 않아 에너지 손실을 방지한다.
상기 보일러부(17)는 필터부(23)를 통하여 연료 건조부(13)로부터 배출된 혼합가스를 공급받아 증기를 생성한다. 상기 보일러부(17)는 가스 터빈 및 가스 터빈으로부터 발생하는 고온의 배가스에서 스팀을 회수하여 구동되는 스팀 터빈을 통해 발전기에 연결되어 전기를 생산하는데 사용된다. 상기 보일러부(17), 가스 터빈, 스팀 터빈 및 발전기에 대한 구성은 당업자에게 잘 알려져 있어 그 자세한 설명을 생략한다.
상기 필터부(23)는 보일러부(17)에 정제된 가스를 공급하여 파울링(fouling) 현상 등을 방지함으로써 보일러부(17)의 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 필터부(23)는 제1연료의 종류 및 제1라인(21) 및 제2라인(25)의 연결 유무, 또는 연료 건조부(13)로부터 방출되는 가스의 성분에 따라 다양한 방식으로 구성된다. 상기 필터부(23)는 미세 먼지를 제거하거나, 타르 및 오일을 포함하는 응축성 탄화수소를 제거하기 위한 필터일 수 있다.
또한, 상기 필터부(23)는 연료 건조부(13)로부터 필터부(23)로 방출되는 저급 연료의 입자를 회수하기 위한 장치, 예를 들어 사이클론 등의 장치를 포함할 수 있으며, 건조시 발생할 수 있는 환경오염물질 또는 기타 유해물질들을 제거하기 위한 장치를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 시스템은 제1라인(21)과는 독립적인 배관으로 연료 건조부(13) 및 가스화부(15)를 연결하는 제2라인(25)을 통해 연료 건조부(13)로부터 가스화부(15)에 혼합가스를 공급함으로써 필터부(23)로 공급되는 혼합가스의 온도 및 압력을 낮출 수 있다.
따라서, 본 발명의 시스템은 가스화부(15)에서 생성된 혼합가스를 제1연료의 건조에 필요한 열원으로 사용하고, 상기 연료 건조부(13)로부터 필터부(23)로 공급되는 혼합가스의 일부를 제2라인(25)을 통해 다시 가스화부(15)로 공급하기 때문에 별도의 냉각장치 및 압력저감장치를 설치하지 않고도 정제 가능한 온도 및 압력으로 낮추어 필터부(23)에 혼합가스를 공급할 수 있다.
상기 보일러부(17)는 분쇄장치(27)를 통해 제1연료보다 수분 함량이 낮은 제2연료를 저장하기 위한 제2연료 저장소(29)에 연결되어 있다. 상기 제2연료는 역청탄 및 무연탄 등의 화석연료를 포함한다. 또한, 상기 제2연료는 분쇄장치(27)로 분쇄하여 보일러부(17)에 공급하기에 적당한 모든 형태의 가연성 폐기물 및 바이오매스 등을 포함할 수 있다. 상기 분쇄장치(27)는 보일러부(17)의 효율을 향상시키도록 제2연료를 미분하여 보일러부(17)에 공급하는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 분쇄장치(27)로부터 보일러부(17)로 공급되는 제2연료는 필터부(23)로부터 정제된 혼합가스를 보일러부(17)로 공급하는 라인과는 별도의 라인을 통해 공급된다. 또한, 상기 보일러부(17)는 분쇄장치(27)로부터 공급되는 제2연료에 의해 주로 가동되고, 필터부(23)를 통해 공급되는 혼합가스에 의해 보조적으로 가동될 수 있지만, 상기 필터부(23)로부터 보일러부(17)로 혼합가스를 공급하는 라인에 밸브(도시하지 않음)를 연결하여 보일러부(17)로 혼합가스를 선택적으로 공급함으로써 제2연료에 의해서만 가동될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템은 제1연료를 저장하기 위한 제1연료 저장소(11), 상기 제1연료 저장소(11)로부터 공급받은 제1연료를 건조하기 위한 연료 건조부(13), 가스화부(15), 보일러부(17), 연료 공급라인(19), 제1라인(21), 필터부(23), 제2라인(25), 분쇄장치(27) 및 제2연료 저장소(29)를 구비한다. 상기 구성들은 상술한 제1실시 예에서의 설명과 동일하므로 그 자세한 설명을 생략한다.
본 발명의 제2실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템은 필터부(23) 및 보일러부(17) 사이로부터 제1연료 저장소(11)로 연결된 제3라인(31)을 따라 필터부(23)에서 정제된 가스를 제1연료 저장소(11)로 공급하여 제1연료를 건조할 수 있다. 상기 제3라인(31)은 온도가 충분히 낮아진 상태에서 필터부(23)를 통과하여 혼합가스를 제1연료 저장소(11)로 공급하기 때문에 제3라인(31)을 따라 공급된 혼합가스는 제1연료 저장소(11)의 발화 가능성을 막을 수 있다.
또한, 상기 필터부(23)에 의해 혼합가스 속에 포함된 고체 상태의 저급연료 미립자가 회수되므로, 상기 필터부(23)를 통과한 혼합가스는 정제된 가스를 제1연료 저장소(11)로 공급할 수 있어 연료 건조부(13)와 제1연료 저장소(11)를 연결하는 연료 공급라인(19) 및 제1연료를 연료 건조부(13)로부터 가스화부(15)로 공급하기 위한 공급라인이 막히는 것을 막을 수 있다.
한편, 상기 제1연료의 건조시 발생하는 배기가스는 연료 건조부(13) 및 필터부(23) 사이에 연결된 제4라인(33)을 따라 필터부(23)로 공급된다. 상기 제4라인(33)은 제3라인(31)과는 독립적인 라인으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 제4라인(33)은 배기가스를 연료 건조부(13) 및 가스화부(15)로 공급하지 않아 연료 건조부(13)와 제1연료 저장소(11)를 연결하는 연료 공급라인(19) 및 제1연료를 연료 건조부(13)로부터 가스화부(15)로 공급하기 위한 공급라인이 막히는 것을 막을 수 있고, 상기 필터부(23)로 공급되는 혼합가스의 온도 및 압력을 낮추기 위한 별도의 냉각장치 및 압력저감장치를 설치하지 않고도 정제 가능한 온도 및 압력으로 낮추어 필터부(23)에 혼합가스를 공급할 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 제2실시 예에 따른 시스템은 제3라인(31) 및 제4라인(33)을 이용하여 제1연료 저장소(11)에 저장된 수분함량이 높은 제1연료를 건조함으로써 연료 건조부(13)에서의 건조효율 및 시스템 전체의 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 제1연료 저장소(11)로 공급되는 고온의 혼합가스 열로 인해 제1연료가 발화하는 것을 방지하기 위한 질소 공급부(35)가 제1연료 저장소(11)에 연결될 수 있다. 상기 질소 공급부(35)는 제1연료 저장소(11) 내부의 산소 농도를 낮추기 위한 가스를 공급함으로써 제1연료의 발화를 막을 수 있고, 상기 제3라인(31) 및 제4라인(33)이 연결되지 않은 경우라도 선택적으로 제1연료 저장소(11)에 연결될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제3실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템은 제1연료를 저장하기 위한 제1연료 저장소(11), 상기 제1연료 저장소(11)로부터 공급받은 제1연료를 건조하기 위한 연료 건조부(13), 가스화부(15), 보일러부(17), 연료 공급라인(19), 제1라인(21), 필터부(23), 제2라인(25), 분쇄장치(27) 및 제2연료 저장소(29)를 구비한다. 상기 구성들은 상술한 제1실시 예와 동일하므로 그 자세한 설명을 생략한다.
상기 보일러부(17)에는 생성된 배기가스를 정제하여 배출하기 위한 정제장치(37)가 연결된다. 상기 정제장치(37)는 보일러부(17)로부터 생성된 알칼리, 중금속, 미세먼지 및 중탄소화합물 등의 불순물을 제거하는 역할을 수행한다. 상기 정제장치(37)는 불순물을 제거함으로써 라인의 부식, 스케일 생성 및 터빈의 효율이 저하되는 것을 막을 수 있다.
상기 정제장치(37)는 보일러부(17)로부터 차례로 연결된 산화물 제거부(39), 열교환기(41), 집진기(43) 및 탈황부(45)를 구비함으로써 가스를 정제하여 배기한다. 상기 산화물 제거부(39)는 보일러부(17)에 연결되어 가스에 포함된 탄소산화물 및 질소산화물을 포함하는 산화물을 제거하고, 상기 열교환기(41)는 산화물 제거부(39)에 연결되어 열을 교환하거나, 회수한다. 또한, 상기 집진기(43)는 열교환기(41)에 연결되어 고체의 미세 먼지 및 액체의 미립자를 제거하고, 상기 탈황부(45)는 보일러부(17)로부터 배출된 가스에 포함된 황산화물을 제거한다.
이 경우, 상기 시스템은 정제장치(37)로부터 제1연료 저장소(11)로 폐열 공급라인(47)을 연결함으로써 제1연료 저장소(11)에 저장된 제1연료를 건조시킬 수 있다. 상기 폐열 공급라인(47)은 미세 먼지를 제거하기 위한 집진기(43)의 후단으로부터 제1연료 저장소(11)로 연결되는 것이 바람직하지만, 황산화물을 제거하기 위한 탈황부(45) 후단에서 제1연료 저장소(11)로 연결될 수 있다. 상기 폐열 공급라인(47)은 필터부(23)의 구성, 제1연료의 종류 및 시스템의 운전 조건 등에 따라 제1연료 저장소(11)가 아닌 연료 건조부(13)로 연결될 수도 있다.
한편, 상기 제1연료 저장소(11) 또는 연료 건조부(13)에서 배출된 가스는 집진기(43)로 연결되어 배출됨으로써 건조 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 연료 건조부(13)로부터 배출된 가스는 폐열 공급라인(47)과는 독립적인 라인으로 형성된 가스 배출라인(49)에 의해 집진기(43)로 배출될 수 있다.
상기 집진기(43)로부터 배출되는 폐열을 제1연료 저장소(11)로 공급하여 제1연료를 건조하는 경우, 상기 제1연료 저장소(11)로 공급되는 고온의 혼합가스 열로 인해 제1연료가 발화하는 것을 방지하기 위한 질소 공급부(35)가 제1연료 저장소(11)에 연결될 수 있다. 또한, 상기 집진기(43)로부터 배출되는 폐열이 제1연료 저장소(11)에 연결되지 않고 연료 건조부(13)에 연결되어 제1연료를 건조하는 경우에도 제1연료 저장소(11)의 자연 발화를 방지하기 위해 질소 공급부(35)가 제1연료 저장소(11)에 선택적으로 연결될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제4실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템은 제1연료를 저장하기 위한 제1연료 저장소(11), 상기 제1연료 저장소(11)로부터 공급받은 제1연료를 건조하기 위한 연료 건조부(13), 가스화부(15), 보일러부(17), 연료 공급라인(19), 제1라인(21), 필터부(23), 제2라인(25), 분쇄장치(27), 제2연료 저장소(29) 및 질소 공급부(35)를 구비한다.
또한, 상기 시스템은 정제장치(37)로부터 제1연료 저장소(11)로 폐열 공급라인(47)을 연결함으로써 제1연료 저장소(11)에 저장된 제1연료를 건조시킬 수 있다. 상기 폐열 공급라인(47)은 미세 먼지를 제거하기 위한 집진기(43)의 후단으로부터 연료 건조부(13)로 연결되는 것이 바람직하지만, 황산화물을 제거하기 위한 탈황부(45) 후단에서 연료 건조부(13)로 연결될 수 있다. 상기 폐열 공급라인(47)은 필터부(23)의 구성, 제1연료의 종류 및 시스템의 운전 조건 등에 따라 연료 건조부(13)가 아닌 제1연료 저장소(11)로 연결될 수도 있다. 상기 폐열 공급라인(47)이 제1연료 저장소(11)로 연결되는 경우, 상기 제1연료 저장소(11)에서 어느 정도 건조된 제1연료가 연료 건조부(13)로 공급되기 때문에 제1연료의 건조기간 및 건조효율이 향상될 수 있다는 장점이 있다.
한편, 상기 제1연료 저장소(11) 또는 연료 건조부(13)에서 배출된 가스는 집진기(43)로 연결되어 배출됨으로써 건조 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 연료 건조부(13)로부터 배출된 가스는 폐열 공급라인(47)과는 독립적인 라인으로 형성된 가스 배출라인(49)에 의해 집진기(43)로 배출될 수 있다. 상기 구성들은 상술한 제3실시 예에서와 동일하므로 그 자세한 설명을 생략한다.
본 발명의 제4실시 예에 따른 화력발전 연계형 가스화 시스템은 필터부(23) 및 보일러부(17) 사이로부터 제1연료 저장소(11)로 연결된 제3라인(31)을 따라 필터부(23)에서 정제된 가스를 제1연료 저장소(11)로 공급하여 제1연료를 건조할 수 있다. 상기 제3라인(31)은 온도가 충분히 낮아진 상태에서 필터부(23)를 통과하여 혼합가스를 제1연료 저장소(11)로 공급하기 때문에 제3라인(31)을 따라 공급된 혼합가스는 제1연료 저장소(11)의 발화 가능성을 막을 수 있다.
또한, 상기 필터부(23)에 의해 혼합가스 속에 포함된 고체 상태의 저급연료 미립자가 회수되므로, 상기 필터부(23)를 통과한 혼합가스는 정제된 가스를 제1연료 저장소(11)로 공급할 수 있어 연료 건조부(13)와 제1연료 저장소(11)를 연결하는 연료 공급라인(19) 및 제1연료를 연료 건조부(13)로부터 가스화부(15)로 공급하기 위한 공급라인이 막히는 것을 막을 수 있다.
한편, 상기 제1연료의 건조시 발생하는 배기가스는 연료 건조부(13) 및 필터부(23) 사이에 연결된 제4라인(33)을 따라 필터부(23)로 공급된다. 상기 제4라인(33)은 제3라인(31)과는 독립적인 라인으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 제4라인(33)은 배기가스를 연료 건조부(13) 및 가스화부(15)로 공급하지 않아 연료 건조부(13)와 제1연료 저장소(11)를 연결하는 연료 공급라인(19) 및 제1연료를 연료 건조부(13)로부터 가스화부(15)로 공급하기 위한 공급라인이 막히는 것을 막을 수 있고, 상기 필터부(23)로 공급되는 혼합가스의 온도 및 압력을 낮추기 위한 별도의 냉각장치 및 압력저감장치를 설치하지 않고도 정제 가능한 온도 및 압력으로 낮추어 필터부(23)에 혼합가스를 공급할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제4실시 예에 따른 시스템은 제3라인(31) 및 제4라인(33)을 이용하여 제1연료 저장소(11)에 저장된 수분함량이 높은 제1연료를 건조함으로써 연료 건조부(13)에서의 건조 효율을 향상시킬 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
11: 제1연료 저장소 13: 연료 건조부
15: 가스화부 17: 보일러부
19: 연료 공급라인 21: 제1라인
23: 필터부 25: 제2라인
27: 분쇄장치 29: 제2연료 저장소
31: 제3라인 33: 제4라인
35: 질소 공급부 37: 정제장치
39: 산화물 제거부 41: 열교환기
43: 집진기 45: 탈황부
47: 폐열 공급라인 49: 가스 배출라인

Claims (19)

  1. 제1연료를 저장하기 위한 제1연료 저장소;
    상기 제1연료 저장소로부터 공급받은 제1연료를 건조하기 위한 연료 건조부;
    건조된 제1연료를 불완전연소시켜 가스를 생성하는 가스화부;
    상기 가스화부로부터 생성된 가스를 상기 연료 건조부로 공급하기 위한 제1라인;
    상기 연료 건조부로부터 배출된 가스를 공급받아 증기를 생성하는 보일러부; 및
    상기 보일러부에서 생성된 배기가스를 정제하기 위한 정제장치;를 구비하되,
    상기 정제장치는 상기 보일러부에 연결되어 가스에 포함된 탄소산화물 및 질소산화물을 포함하는 산화물을 제거하기 위한 산화물 제거부, 상기 산화물 제거부에 연결된 열교환기, 상기 열교환기에 연결된 집진기, 및 상기 집진기에 연결되어 가스에 포함된 황산화물을 제거하기 위한 탈황부를 구비함으로써 가스를 정제하여 배기하는 것을 특징으로 하는 화력발전 연계형 가스화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1라인으로부터 상기 연료 건조부에 공급된 가스는 상기 제1라인과는 다른 제2라인을 따라 상기 연료 건조부로부터 상기 가스화부로 공급되는 것을 특징으로 하는 화력발전 연계형 가스화 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1라인으로부터 상기 연료 건조부로 공급되는 고온의 가스는 직접 또는 열풍에 의해 간접적으로 공급되어 상기 연료 건조부에 저장된 상기 제1연료를 건조하는 것을 특징으로 하는 화력발전 연계형 가스화 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연료 건조부로부터 상기 보일러부 사이에 연결되어 상기 보일러부로 공급되는 가스를 정제하여 공급하기 위한 필터부를 구비하는 것을 특징으로 하는 화력발전 연계형 가스화 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 필터부 및 상기 보일러부 사이로부터 상기 제1연료 저장소로 연결된 제3라인을 따라 상기 필터부로부터 정제된 가스를 상기 제1연료 저장소로 공급하여 상기 제1연료를 건조하는 것을 특징으로 하는 화력발전 연계형 가스화 시스템.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 제1연료 저장소는 산소의 농도를 낮추기 위한 질소 공급부에 연결된 것을 특징으로 하는 화력발전 연계형 가스화 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1연료 저장소로부터 배출된 배기가스는 제4라인을 따라 안내되어 상기 연료 건조부로부터 상기 보일러부 사이에 연결된 필터부로 공급되는 것을 특징으로 하는 화력발전 연계형 가스화 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가스화부는 고온의 가스를 생성하는 것을 특징으로 하는 화력발전 연계형 가스화 시스템.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1라인으로부터 상기 연료 건조부에 공급된 가스는 상기 제1라인과는 다른 제2라인을 따라 상기 연료 건조부로부터 상기 가스화부로 공급되는 것을 특징으로 하는 화력발전 연계형 가스화 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 집진기로부터 배출되는 폐열을 제1연료 저장소 또는 상기 연료 건조부로 공급하여 제1연료를 건조하는 것을 특징으로 하는 화력발전 연계형 가스화 시스템.
  12. 제8항 또는 제11항에 있어서,
    상기 제1연료 저장소 또는 상기 연료 건조부에서 배출된 가스는 상기 집진기로 연결되어 배출되는 것을 특징으로 하는 화력발전 연계형 가스화 시스템.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제1라인으로부터 상기 연료 건조부로 공급되는 고온의 가스는 직접 또는 열풍에 의해 간접적으로 공급되어 상기 연료 건조부에 저장된 상기 제1연료를 건조하는 것을 특징으로 하는 화력발전 연계형 가스화 시스템.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 연료 건조부로부터 상기 보일러부 사이에 연결되어 상기 보일러부로 공급되는 가스를 정제하여 공급하기 위한 필터부를 구비하는 것을 특징으로 하는 화력발전 연계형 가스화 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 필터부 및 상기 보일러부 사이로부터 상기 제1연료 저장소로 연결된 제3라인을 따라 상기 필터부로부터 정제된 가스를 상기 제1연료 저장소로 공급하여 상기 제1연료를 건조하는 것을 특징으로 하는 화력발전 연계형 가스화 시스템.
  16. 제11항 또는 제15항에 있어서,
    상기 제1연료 저장소는 질소 공급부에 연결된 것을 특징으로 하는 화력발전 연계형 가스화 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1연료 저장소로부터 배출된 배기가스는 제4라인을 따라 안내되어 상기 연료 건조부로부터 상기 보일러부 사이에 연결된 필터부로 공급되는 것을 특징으로 하는 화력발전 연계형 가스화 시스템.
  18. 제1항 또는 제8항에 있어서,
    상기 보일러부는
    상기 제1연료보다 수분 함량이 낮은 제2연료를 저장하기 위한 제2연료 저장소; 및
    상기 제2연료 저장소로부터 공급받은 제2연료를 분쇄하기 위한 분쇄장치로부터 제2연료를 공급받는 것을 특징으로 하는 화력발전 연계형 가스화 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1연료는 아역청탄, 갈탄, 바이오매스 및 슬러지를 포함하고, 상기 제2연료는 역청탄 및 무연탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 화력발전 연계형 가스화 시스템.
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