KR950011694B1 - 석탄가스화 복합발전 시스템 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

석탄가스화 복합발전 시스템

제1도는 종래의 석탄가스화 복합발전시스템의 개략적인 블록도.

제2도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 석탄가스화 복합발전 시스템의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 공기 분리장치 2 : 가스화기

3 : 냉각기 5 : 연소기

6, 7 : 공기압축기 8 : 가스터빈

10 : 폐열회수보일러 11 : 증기터빈

14 : 응축기 15 : 펌프

16 : 열교환기

본 발명은 석탄가스화 복합발전 시스템에 관한 것으로, 특히 일련의 공기압축기간의 압축공기와 공기 분리장치에서 나온 질소를 열교환기를 통해 열교환시켜 연소기에 공급함으로써 가스터빈사이클의 성능을 극대화할 수 있는 개선된 가스터빈을 구비한 석탄가스화 복합발전시스템에 관한 것이다.

종래의 일반적인 석탄가스화 복합발전시스템은 석탄가스화기와 가스정화장치와 가스터빈사이클 및 증기터빈사이클로 구성된다. 일반적으로 석탄가스화기에서는 산소와 증기 등을 유입하여 미분탄과 반응시켜 석탄가스를 생성하게 되고, 이 생성된 석탄가스는 가스정화장치를 거치면서 고형입자와 황성분등이 제거되어 공기압축기와 연소기 및 가스터빈으로 이루어진 가스터빈사이클의 연소기로 유입된다. 연소기에서 연소된 연소가스는 가스터빈에서 팽창되어 가스터빈을 작동시켜 발전기에 의해 전력을 발생시키고, 가스터빈에서 배출된 배기가스는 폐열회수보일러로 유입된다. 폐열회수보일러에서는 배기가스에 의해 증기를 발생시켜 이를 증기터빈에 보내어 팽창시킴으로써 증기터빈을 작동시켜 발전기에 의해 전력을 발생시킨다. 이러한 석탄가스화 복합발전시스템은 가스터빈에서 배출된 배기가스를 활용하여 폐열회수보일러에서 증기를 생성하고 가스터빈을 작동시켜 부가적인 동력을 얻을 수 있다는 점에서 유용하게 사용되고 있다.

이상에서 설명한 종래의 일반적인 석탄가스화 복합발전시스템의 일예는 제1도와 같이 도시될 수 있다. 제1도를 참조하여 종래의 석탄가스화 복합발전시스템을 설명하기로 한다. 종래의 일반적인 석탄가스화 복합발전시스템은 공기분리장치(1)의해 분리된 산소를 유입하여 석탄과 반응시켜 석탄가스를 생성하는 가스화기(2)를 구비한다. 가스화기(2)에서 생성된 석탄가스는 냉각기(3)를 거쳐 가스정화장치(4)로 유입되어 고형입자와 황성분등이 제거된 후에 연소기(5)로 진입하여 2개의 공기압축기(6)(7)에서 순차적으로 압축공급된 압축공기 및 공기분리장치(1)에서 분리되어 공급된 질소와 함께 연소된다. 고온의 연소가스는 가스터빈(8)으로 들어가 팽창되면서 가스터빈(8)을 작동시켜 발전기(9)를 구동하여 전력을 발생시킨다.

가스터빈(8)에서 배출된 배기가스는 폐열회수보일러(10)로 인도되어 증기를 발생시키며 발생된 증기에 의해 가스터빈(11)을 작동시켜 발전기(12)를 구동하여 전력을 발생시킨다. 폐열회수보일러(10)로 유입된 연소가스는 굴뚝(13)을 통해 외부로 배출되며 증기터빈(11)에서 배출된 증기는 응축기(14)로 유입 응축되어 펌프(15)에 의해 폐열회수보일러(10)로 재순환되어 증기발생원으로 사용된다. 한편 일측의 공기압축기(6)에 의해 압축된 공기의 일부는 공기분리장치(1)로 보내져 질소와 산소로 분리되며 분리된 질소의 일부는 석탄을 가스화기(2)로 이송하는데 사용되고 나머지 질소는 연소기(5)로 유입된다.

제1도에 도시된 바와 같은 일반적인 석탄가스화 복합발전시스템의 주요특징은 가스터빈사이클에서 연소기(5)의 연소효율을 증진시키기 위한 한 방안으로 2개의 공기압축기(6)(7)를 사용하여 고압력의 압축공기를 연소기(5)에 공급하는데 있다. 그러나, 이러한 석탄가스화 복합발전시스템 있어서 2개의 공기압축기(6)(7)를 사용하여 공기를 연속하여 압축시킴으로써 고압의 압축공기를 얻을 수 있으나 이 경우 공기의 제1 및 제2창 압축과정에서 압축공기의 온도가 증대되므로 공기압축기(6)(7)를 구동하기 위한 구동일(work)이 커지게 된다. 그 결과 가스터빈(8)은 공기압축기(6)(7)를 구동하는데 필요한 동력이 그만큼 커지게 되므로 발전효율이 떨어지게 되는 폐단이 있게 된다. 또한, 공기분리장치(1)에서 분리된 저온의 질소가스가 연소기(5)내로 직접 도입되므로 연소효율을 감소시키는 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 석탄가스화 복합발전 시스템은 종래 기술의 이러한 문제점을 해결하기 위해서 발명된 것이다.

본 발명의 목적은 일련의 공기압축기사이에서 유동하는 압축된 공기를 공기분리장치에서 나온 저온의 질소가스와 열교환시켜 공기압축기의 압축일을 줄임으로써 가스터빈의 출력을 증대시킬 수 있는 개선된 가스터빈사이클을 구비한 석탄가스화 복합발전시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 공기분리장치에서 나온 저온의 질소가스를 열교환기에 의해 예열시켜 연소기에 도입함으로써 연소기의 연소성능을 향상시킬 수 있는 개선된 가스터빈사이클을 구비한 석탄가스화 복합발전시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 상기 목적을 공기를 산소와 질소로 분리하는 공기분리장치와, 석탄을 상기 공기분리장치에서 공급된 산소등과 반응시켜 석탄가스를 생성하는 가스화기와, 상기 가스화기에서 생성된 석탄가스를 유입하여 연소시키는 연소기의 연소가스에 의해 동력을 발생시키는 가스터빈과, 공기를 압축하여 상기 공기분리장치 및 상기 연소기로 공급하는 일련의 공기압축기와, 상기 공기압축기 사이에서 유동하는 압축공기와 상기 공기분리장치에서 나온 질소간에 열교환이 이루어지게 하는 열교환기를 포함하는 석탄가스화 복합발전시스템을 제공함으로써 달성될 수 있다.

본 발명의 개선된 가스터빈사이클을 구비한 석탄가스화 복합발전시스템의 실시예를 제2도를 통하여 설명하면 다음과 같다.

제2도에서 제1도에 도시된 부분과 동일한 부분은 동일부호를 사용하여 설명하기로 한다. 본 발명의 석탄가스화 복합발전시스템은 일반적으로 공기를 산소와 질소로 분리하는 공기분리장치(1) 및 석탄을 상기 공기분리장치에서 공급된 산소등과 반응시켜 석탄가스를 생성하는 가스화기(2)를 구비한다. 공기분리장치(1)는 일련의 공기압축기(6)(7)중 한 압축기에서 압축된 공기의 일부를 공급받아 산소와 질소의 액화 온도차이를 이용하여 산소와 질소로 분리한다. 산소는 가스화기(2)내로 유입되어 석탄가스화반응시에 산화제로 작용하며 질소의 일부는 석탄을 가스화기(2)로 이송시키는데 사용되며 질소의 나머지는 이후에 상세히 설명되는 바와 같이 열교환기(16)에서 열교환을 거쳐 예열된 다음에 연소기(5)로 유입되어 NO_X생성량을 감소시키는데 사용된다.

가스화기(2)에서 가스화반응을 일으켜 석탄가스가 생성되고 재는 가스화기(2)의 외부로 배출되어 처리된다. 생성된 석탄가스는 냉각기(3)로 유입되어 열교환 과정을 통해 가스정제에 용이하도록 적합한 온도로 낮추어진다. 냉각기(3)를 나온 석탄가스는 가스정제장치(4)로 진입하여 석탄가스에 함유된 미반응 입자(고형입자) 및 활성분등이 제거되어 연소기(5)로 유입된다. 이후에 상세히 설명되는 바와 같이 연소기(5)에는 석탄가스 이외에도 공기분리장치(1)에서 분리되어 열교환기(16)를 통해 예열된 질소가 공급되고 또한 일련의 공기압축기(6)(7)에 의해 압축된 공기가 공급된다. 따라서 연소기(5)에 유입된 정제된 석탄가스와 압축공기 및 질소가 혼합 연소되어 가스터빈(8)으로 들어가 팽창됨으로써 가스터빈(8)을 작동시켜 발전기(9)를 구동하여 전력을 발생시키게 된다.

가스터빈(8)에서 배출된 배기가스는 폐열회수보일러(10)로 유입되어 열교환 과정을 거쳐 증기터빈(11)의 작동에 필요한 증기를 생성하며 굴뚝(13)을 통해 대기로 배출된다. 폐열회수보일러(10)에서 생성된 증기는 가스터빈(11)으로 인도되어 팽창됨으로써 증기터빈(11)을 작동시켜 발전기(12)를 구동하여 전력을 발생시키게 된다. 가스터빈(11)에서 배출된 증기는 응축기(14)로 들어가 응축된 다음 펌프(15)에 의해 폐열회수보일러(10)로 재순환된다. 폐열회수보일러(10)로 진입한 응축수는 상기 발생원으로 다시 사용된다.

가스터빈사이클을 형성하는 공기압축기(6)(7)는 일련의 2개의 압축기로 구성되어 있으며 공기 가스터빈(8)에 의해서 구동된다. 따라서 가스터빈(8)의 동력의 일부는 공기압축기(6)(7)를 작동시키는 구동원이 된다. 앞에서 설명한 바와 같이 종래의 석탄가스화 복합발전시스템은 연소기의 연소효율을 높이기 위해 일련의 2개의 공기압축기를 사용하여 고압의 압축공기를 연소기에 공급하였으나 이 경우에 압축공기의 온도상승 작용으로 인한 공기압축기의 구동일이 증대되어 오히려 가스터빈의 효율이 저하되는 폐단이 있었다. 본 발명은 가스터빈사이클의 효율을 증대시키는데 주요한 특징이 있는 것으로 다시 제2도를 참조하여 본 발명의 주요 기술적 사항을 더욱 상세히 설명하겠다.

제2도에 명료하게 도시된 바와 같이 가스터빈사이클에 포함된 일련의 공기압축기중 한 공기압축기(6)는 대기로 부터 공기를 유입 압축하여 압축된 공기의 일부는 공기분리장치(1)로 공급하고 압축된 공기의 나머지는 열교환기(16)로 들어가 공기분리치(1)에서 나온 저온의 질소와 열교환이 이루어지게 한다. 이 경우 공기는 공기압축기(6)에 의한 압축 과정에서 압력과 온도가 상승되어 열교환기(16)에서 열교환을 거쳐 다른 공기압축기(7)로 진입한다. 압축된 공기는 열교환 과정중에 상승된 압력 상태를 유지하지만 온도는 열교환기(16)를 통과하면서 떨어지게 되므로 다른 공기압축기(7)로 진입할때의 압축공기의 온도가 공기압축기(6)로 유입되는 공기의 온도와 대체로 동일하게 된다. 공기압축기(7)로 진입한 압축공기는 다시 고압으로 압축되어 연소기(5)로 인도되어 연소효율을 증진시키게 된다.

본 발명의 가스터빈사이클에 있어서 일련의 공기압축기(6)(7)를 사용하여 고압의 압축공기를 연소기(5)로 공급하여 연소기(5)의 연소효율을 향상시킬 수 있을 뿐만아니라 한 공기압축기(6)에서 다른 공기압축기(7)로 진입하는 압축공기의 온도를 열교환기(16)를 통해 낮추므로서 공기압축기(6)(7)의 구동일을 상당히 감소시켜 가스터빈(8)의 동력소모를 극소화시킬 수 있게 되어 결국 발전 동력의 증대를 가져올 수 있다.

또한, 본 발명은 공기분리장치(1)에서 나온 저온의 질소가 열교환기(16)를 거쳐 예열이 이루어진 후에 연소기(5)로 유입되므로 연소효율을 더 한층 높일 수 있게 되어 가스터빈(8)의 동력증대를 도모할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 일련의 공기압축기(6)(7)사이에서 이동되는 압축공기의 온도를 열교환기(16)를 통해 낮추므로서 공기압축기(6)(7)의 구동일을 감소시켜 가스터빈(8)의 효율을 증대시킬 수 있고 또한 공기분리장치(1)에서 나온 저온의 질소를 열교환기(16)를 통해 예열시켜 연소기(5)에 도입되게 함으로써 연소효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (2)

1. 공기를 산소와 질소로 분리하는 공기분리장치(1)와, 석탄을 상기 공기분리장치(1)에서 공급된 산소등과 반응시켜 석탄가스를 생성하는 가스화기(2)와, 상기 가스화기(2)에서 생성된 석탄가스를 유입하며 연소시키기는 연소기(5)의 연소가스에 의해 동력을 발생시키는 가스터빈(8)과, 공기를 압축하여 상기 공기분리장치(1) 및 상기 연소기(5)로 공급하는 일련의 공기압축기(6)(7)와, 상기 공기압축기(6)(7)사이에서 유동하는 압축공기와 상기 공기분리장치(1)에서 나온 질소간에 열교환이 이루어지게 하는 열교환기(16)를 포함하는 석탄가스화 복합발전시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 공기분리장치(1)에서 나온 질소는 상기 열교환기(16)을 통해 상기 연소기(5)로 공급되는 석탄가스화 복합발전시스템.