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KR102176087B1 - Steam power generation system with two-stage boiler and boiler used therein - Google Patents

Steam power generation system with two-stage boiler and boiler used therein Download PDF

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KR102176087B1
KR102176087B1 KR1020200000195A KR20200000195A KR102176087B1 KR 102176087 B1 KR102176087 B1 KR 102176087B1 KR 1020200000195 A KR1020200000195 A KR 1020200000195A KR 20200000195 A KR20200000195 A KR 20200000195A KR 102176087 B1 KR102176087 B1 KR 102176087B1
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condenser
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채태영
최석천
이명화
이재욱
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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명은 기력발전 시스템에 관한 것으로, 버너와 수관벽을 포함하여 포화증기를 생성하는 가압식의 제1보일러; 상기 제1보일러에서 발생한 제1배가스가 유입되며, 제1보일러에서 생성된 증기를 가열하는 과열기를 포함하는 가압식의 제2보일러; 상기 제2보일러의 과열기에서 가열된 증기를 이용한 스팀 터빈과 이에 연결된 발전기 및 발전에 사용된 증기를 응축하여 응축수를 생산한 뒤에 상기 수관벽으로 재공급하는 증기 응축기를 포함하는 발전부; 상기 버너에 연료를 공급하는 연료공급부; 상기 버너에 산화제를 공급하는 산화제공급부; 및 상기 제2보일러에 유입된 뒤에 배출된 제2배가스를 정화하는 배가스정화부를 포함하여 구성되고, 상기 제2보일러의 내부에는 배가스 응축기가 설치되며, 상기 배가스 응축기는 제1배가스에 포함된 수분을 응축시키는 동시에 배가스에 포함된 NOx와 SOx를 제거하고, 내부 압력이 대기압보다 높은 가압식으로 구성된 제2보일러의 내부에 배가스 응축기를 설치하여 제1배가스에 포함된 NOx와 SOx에서 수용성인 화합물의 비율을 높임으로써, 상기 배가스 응축기에서 응축된 수분에 수용성 화합물이 용해되어 제거되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a power generation system, comprising: a pressurized first boiler for generating saturated steam including a burner and a water pipe wall; A pressurized second boiler including a superheater for receiving the first exhaust gas generated from the first boiler and heating the steam generated from the first boiler; A power generation unit including a steam turbine using the steam heated by the superheater of the second boiler, a generator connected thereto, and a steam condenser for producing condensed water by condensing the steam used for power generation and supplying it back to the water pipe wall; A fuel supply unit supplying fuel to the burner; An oxidant supply unit for supplying an oxidant to the burner; And an exhaust gas purifying unit that purifies the second exhaust gas discharged after flowing into the second boiler, and an exhaust gas condenser is installed inside the second boiler, and the exhaust gas condenser collects moisture contained in the first exhaust gas. It condenses and removes NO x and SO x contained in the exhaust gas, and the exhaust gas condenser is installed inside the second boiler, which is composed of a pressurized type whose internal pressure is higher than atmospheric pressure, so that it is water-soluble in NO x and SO x contained in the first exhaust gas. By increasing the proportion of the compound, the water-soluble compound is dissolved and removed in the moisture condensed in the exhaust gas condenser.

Figure R1020200000195
Figure R1020200000195

Description

2단 보일러를 구비한 가압 기력발전 시스템 및 그에 사용되는 보일러{STEAM POWER GENERATION SYSTEM WITH TWO-STAGE BOILER AND BOILER USED THEREIN}A pressurized mechanical power generation system equipped with a two-stage boiler and a boiler used therein {STEAM POWER GENERATION SYSTEM WITH TWO-STAGE BOILER AND BOILER USED THEREIN}

본 발명은 기력발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 보일러에서 생산된 스팀을 이용하여 발전을 수행하는 기력발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a power generation system, and more particularly, to a power generation system that performs power generation using steam produced in a boiler.

일반적으로 연료 연소 시의 열을 사용하는 화력발전소 또는 기력발전소로부터 나오는 연소 배가스는 부피 기준 약 12∼17%의 이산화탄소와 76∼78%의 질소, 그리고 4∼5%의 산소와 그밖에 미량의 수분과 SOx, NOx 화합물을 포함하고 있다. 그 중에서 특히 이산화탄소는 지구 온난화의 주요 원인으로 지목되고 있으므로 이의 배출을 줄이는 것이 국제적인 관심사가 된 상황이다. 일부 선진국들은 이산화탄소 배출량을 일정 시점의 배출량을 기준으로 동결시키고자 노력하고 있으며 이와 관련하여 탄소세의 도입을 주장하고 있는 실정이다. 따라서 이산화탄소의 가장 큰 점배출원 중의 하나인 발전소 배가스로부터 이산화탄소의 포집은 시급히 해결해야 할 중요한 문제라고 할 수 있다.In general, combustion exhaust gas from a thermal power plant or a thermal power plant that uses heat during fuel combustion is about 12 to 17% of carbon dioxide, 76 to 78% of nitrogen, 4 to 5% of oxygen and other traces of water and moisture. Contains SO x and NO x compounds. Among them, carbon dioxide, in particular, has been pointed out as a major cause of global warming, and thus reducing its emission has become an international concern. Some advanced countries are trying to freeze carbon dioxide emission based on the emission at a certain point in time, and in this regard, they are advocating the introduction of a carbon tax. Therefore, it can be said that the capture of carbon dioxide from the exhaust gas of a power plant, which is one of the largest point sources of carbon dioxide, is an important problem to be solved urgently.

발전소의 배가스에서 이산화탄소를 포집하기 위한 다양한 기술이 개발되고 있으나, 앞서 살펴본 것과 같이 화석 연료를 사용하는 발전소 배가스에는 SOx, NOx 화합물이 포함되어 있기 때문에 이산화탄소 포집 과정에서 이들을 제거하여야 한다. 이를 포함한 모든 이산화탄소 포집 공정은 발전 시스템의 효율을 현저하게 떨어뜨리는 한편 설비비용을 높이는 원인이 되고 있다.Various technologies for capturing carbon dioxide from the exhaust gas of power plants are being developed, but as discussed above, since the exhaust gas of a power plant using fossil fuels contains SO x and NO x compounds, these must be removed during the carbon dioxide capture process. All carbon dioxide capture processes, including this, significantly lower the efficiency of the power generation system and increase equipment cost.

대한민국 등록특허 10-0324709Korean Patent Registration 10-0324709

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 배가스에서 이산화탄소를 고효율, 경제적으로 포집하면서도, 질소산화물과 황산화물을 효과적으로 제거하는 기력발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a mechanical power generation system that efficiently and efficiently removes nitrogen oxides and sulfur oxides while efficiently and economically collecting carbon dioxide from exhaust gas as to solve the problems of the prior art described above.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 기력발전 시스템은, 버너와 수관벽을 포함하여 포화증기를 생성하는 가압식의 제1보일러; 상기 제1보일러에서 발생한 제1배가스가 유입되며, 제1보일러에서 생성된 증기를 가열하는 과열기를 포함하는 가압식의 제2보일러; 상기 제2보일러의 과열기에서 가열된 증기를 이용한 스팀 터빈과 이에 연결된 발전기 및 발전에 사용된 증기를 응축하여 응축수를 생산한 뒤에 상기 수관벽으로 재공급하는 증기 응축기를 포함하는 발전부; 상기 버너에 연료를 공급하는 연료공급부; 상기 버너에 산화제를 공급하는 산화제공급부; 및 상기 제2보일러에 유입된 뒤에 배출된 제2배가스를 정화하는 배가스정화부를 포함하여 구성되고, 상기 제2보일러의 내부에는 배가스 응축기가 설치되며, 상기 배가스 응축기는 제1배가스에 포함된 수분을 응축시키는 동시에 배가스에 포함된 NOx와 SOx를 제거하고, 내부 압력이 대기압보다 높은 가압식으로 구성된 제2보일러의 내부에 배가스 응축기를 설치하여 제1배가스에 포함된 NOx와 SOx에서 수용성인 화합물의 비율을 높임으로써, 상기 배가스 응축기에서 응축된 수분에 수용성 화합물이 용해되어 제거되는 것을 특징으로 한다.A mechanical power generation system according to the present invention for achieving the above object includes: a pressurized first boiler for generating saturated steam including a burner and a water pipe wall; A pressurized second boiler including a superheater for receiving the first exhaust gas generated from the first boiler and heating the steam generated from the first boiler; A power generation unit including a steam turbine using the steam heated by the superheater of the second boiler, a generator connected thereto, and a steam condenser for producing condensed water by condensing the steam used for power generation and supplying it back to the water pipe wall; A fuel supply unit supplying fuel to the burner; An oxidant supply unit for supplying an oxidant to the burner; And an exhaust gas purifying unit that purifies the second exhaust gas discharged after flowing into the second boiler, and an exhaust gas condenser is installed inside the second boiler, and the exhaust gas condenser collects moisture contained in the first exhaust gas. It condenses and removes NO x and SO x contained in the exhaust gas, and the exhaust gas condenser is installed inside the second boiler, which is composed of a pressurized type whose internal pressure is higher than atmospheric pressure, so that it is water-soluble in NO x and SO x contained in the first exhaust gas. By increasing the proportion of the compound, the water-soluble compound is dissolved and removed in the moisture condensed in the exhaust gas condenser.

이때, 본 발명에서 사용된 제2보일러는 내부 압력이 대기압보다 높은 가압식으로 구성되어, 제1배가스에 포함된 NOx와 SOx에서 NO2와 SO3의 비율이 높기 때문에, 배가스 응축기에서 응축된 수분에 용해되어 제거되는 NOx와 SOx의 양이 증가하는 효과가 있다.At this time, the second boiler used in the present invention is composed of a pressurized type whose internal pressure is higher than atmospheric pressure, and the ratio of NO 2 and SO 3 in NO x and SO x contained in the first exhaust gas is high, so the condensed in the exhaust gas condenser There is an effect of increasing the amount of NO x and SO x dissolved in water and removed.

배가스 응축기에서 제1배가스에 포함된 수분을 응축시키는 과정이, 증기 응축기에서 응축된 응축수와의 열교환을 통해서 제1배가스의 온도를 낮추는 방법으로 수행되며, 응축수는 배가스 응축기에서 제1배가스와의 열교환에 의해서 가열된 상태로 수관벽으로 재공급하는 경우에 증기 생성 효율이 향상된다.The process of condensing moisture contained in the first exhaust gas in the exhaust gas condenser is performed by lowering the temperature of the first exhaust gas through heat exchange with the condensed water condensed in the steam condenser, and the condensate is heat exchanged with the first exhaust gas in the exhaust gas condenser. In the case of resupplying to the water pipe wall in a heated state, the steam generation efficiency is improved.

제2보일러에는 산화제 예열기가 더 설치되며, 산화제 예열기는 산화제공급부에서 준비된 산화제를 제1배가스로 가열한 뒤에 버너에 공급하여 버너의 효율을 향상시킬 수 있다.An oxidant preheater is further installed in the second boiler, and the oxidant preheater heats the oxidant prepared in the oxidant supply unit with the first exhaust gas and then supplies it to the burner to improve burner efficiency.

산화제가 순산소이고, 산화제공급부가 대기 중에서 산소를 분리하여 공급하는 산소 공급장치인 경우에 발전시스템의 효율이 향상된다.When the oxidizing agent is pure oxygen and the oxidizing agent supply unit is an oxygen supply device that separates and supplies oxygen from the atmosphere, the efficiency of the power generation system is improved.

제2보일러에는 하나 이상의 재가열기를 더 포함하며, 재가열기는 발전부에 포함된 스팀 터빈을 가동한 증기를 재가열하여 다른 스팀 터빈에 제공함으로써 배가스의 잠열을 효과적으로 사용할 수 있다.The second boiler further includes at least one reheater, and the reheater reheats steam from which the steam turbine included in the power generation unit is operated and provides it to another steam turbine, thereby effectively using the latent heat of the exhaust gas.

배가스정화부는 제2배가스에 포함된 CO2를 포집하기 위한 CO2 포집 시스템을 구비하는 것이 바람직하다.It is preferable that the exhaust gas purification unit includes a CO 2 collection system for collecting CO 2 contained in the second exhaust gas.

제1보일러의 하단에는 연료를 연소하고 남은 재를 배출하는 배출구가 형성된 것이 바람직하다.It is preferable that the lower end of the first boiler is provided with an outlet for burning fuel and discharging the remaining ash.

제2보일러의 하단에는 제1배가스에 포함된 수분이 응축된 물을 배출하는 배출구가 형성된 것이 바람직하다.It is preferable that the lower end of the second boiler is provided with a discharge port for discharging the condensed water contained in the first exhaust gas.

본 발명의 다른 형태에 의한 기력발전용 보일러는, 스팀터빈을 사용하여 전기를 발전하는 발전 시스템에서 증기를 생성하여 제공하기 위한 보일러로서, 버너와 수관벽을 포함하여 포화증기를 생성하는 가압식의 제1보일러; 상기 제1보일러에서 발생한 제1배가스가 유입되며, 제1보일러에서 생산된 증기를 가열하는 과열기를 포함하는 가압식의 제2보일러; 상기 버너에 연료를 공급하는 연료공급부; 상기 버너에 산화제를 공급하는 산화제공급부; 및 상기 제2보일러에 유입된 뒤에 배출된 제2배가스를 정화하는 배가스정화부를 포함하여 구성되고, 상기 제2보일러의 내부에는 배가스 응축기가 설치되며, 상기 배가스 응축기는 제1배가스에 포함된 수분을 응축시키는 동시에 배가스에 포함된 NOx와 SOx를 제거하고, 내부 압력이 대기압보다 높은 가압식으로 구성된 제2보일러의 내부에 배가스 응축기를 설치하여 제1배가스에 포함된 NOx와 SOx에서 수용성인 화합물의 비율을 높임으로써, 상기 배가스 응축기에서 응축된 수분에 수용성 화합물이 용해되어 제거되는 것을 특징으로 한다.A boiler for steam power generation according to another aspect of the present invention is a boiler for generating and providing steam in a power generation system that generates electricity using a steam turbine, and includes a burner and a water pipe wall to generate saturated steam. 1 boiler; A pressurized second boiler including a superheater for receiving the first exhaust gas generated from the first boiler and heating the steam produced in the first boiler; A fuel supply unit supplying fuel to the burner; An oxidant supply unit for supplying an oxidant to the burner; And an exhaust gas purifying unit that purifies the second exhaust gas discharged after flowing into the second boiler, and an exhaust gas condenser is installed inside the second boiler, and the exhaust gas condenser collects moisture contained in the first exhaust gas. It condenses and removes NO x and SO x contained in the exhaust gas, and the exhaust gas condenser is installed inside the second boiler, which is composed of a pressurized type whose internal pressure is higher than atmospheric pressure, so that it is water-soluble in NO x and SO x contained in the first exhaust gas. By increasing the proportion of the compound, the water-soluble compound is dissolved and removed in the moisture condensed in the exhaust gas condenser.

이때, 제2보일러는 내부 압력이 대기압보다 높은 가압식으로 구성되어, 제1배가스에 포함된 NOx와 SOx에서 NO2와 SO3의 비율이 높기 때문에, 배가스 응축기에서 응축된 수분에 용해되어 제거되는 NOx와 SOx의 양이 증가하는 효과가 있다.At this time, the second boiler is composed of a pressurized type whose internal pressure is higher than atmospheric pressure, and since the ratio of NO 2 and SO 3 in NO x and SO x contained in the first exhaust gas is high, it is dissolved in moisture condensed in the exhaust gas condenser and removed. There is an effect of increasing the amount of NO x and SO x to be used.

배가스 응축기에서 제1배가스에 포함된 수분을 응축시키는 과정이, 발전 시스템에서 사용된 증기가 응축된 응축수와의 열교환을 통해서 제1배가스의 온도를 낮추는 방법으로 수행되며, 응축수는 배가스 응축기에서 제1배가스와의 열교환에 의해서 가열된 상태로 수관벽으로 재공급하는 경우에 증기 생성 효율이 향상된다.The process of condensing moisture contained in the first exhaust gas in the exhaust gas condenser is performed by lowering the temperature of the first exhaust gas through heat exchange with the condensed water in which the steam used in the power generation system is condensed. When resupplied to the water pipe wall in a heated state by heat exchange with the exhaust gas, the steam generation efficiency is improved.

제2보일러에는 산화제 예열기가 더 설치되며, 산화제 예열기는 산화제공급부에서 준비된 산화제를 제1배가스로 가열한 뒤에 버너에 공급하여 버너의 효율을 향상시킬 수 있다.An oxidant preheater is further installed in the second boiler, and the oxidant preheater heats the oxidant prepared in the oxidant supply unit with the first exhaust gas and then supplies it to the burner to improve burner efficiency.

산화제가 순산소이고, 산화제공급부가 대기 중에서 산소를 분리하여 공급하는 산소 공급장치인 경우에는 이산화탄소의 포집이 효율적으로 이루어지게 된다.When the oxidizing agent is pure oxygen and the oxidizing agent supply unit is an oxygen supply device that separates and supplies oxygen from the atmosphere, carbon dioxide is efficiently collected.

제2보일러에는 하나 이상의 재가열기를 더 포함하며, 재가열기는 발전부에 포함된 스팀 터빈을 가동한 증기를 재가열하여 다른 스팀 터빈에 제공함으로써 배가스의 잠열을 효과적으로 사용할 수 있다.The second boiler further includes at least one reheater, and the reheater reheats steam from which the steam turbine included in the power generation unit is operated and provides it to another steam turbine, thereby effectively using the latent heat of the exhaust gas.

배가스정화부는 제2배가스에 포함된 CO2를 포집하기 위한 CO2 포집 시스템을 구비하는 것이 바람직하다.It is preferable that the exhaust gas purification unit includes a CO 2 collection system for collecting CO 2 contained in the second exhaust gas.

제1보일러의 하단에는 연료를 연소하고 남은 재를 배출하는 배출구가 형성된 것이 바람직하다.It is preferable that the lower end of the first boiler is provided with an outlet for burning fuel and discharging the remaining ash.

제2보일러의 하단에는 제1배가스에 포함된 수분이 응축된 물을 배출하는 배출구가 형성된 것이 바람직하다.It is preferable that the lower end of the second boiler is provided with a discharge port for discharging the condensed water contained in the first exhaust gas.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 연소 배가스를 가압 보일러로 유입하여 배가스에 포함된 NO2 등 물에 대한 용해도가 높은 질소 산화물 및 SO3 등의 비율을 높인 상태에서 배가스에 포함된 수분을 응축시킴으로써, 배가스에 포함된 NOx와 SOx를 대부분 제거할 수 있는 뛰어난 효과가 있다.The present invention configured as described above, by introducing the combustion exhaust gas into a pressurized boiler and condensing moisture contained in the exhaust gas while increasing the ratio of nitrogen oxide and SO 3 having high solubility in water such as NO 2 contained in the exhaust gas. , It has an excellent effect of removing most of NO x and SO x contained in exhaust gas.

또한, 배가스에 포함된 NOx와 SOx를 대부분 제거한 뒤에 CO2 포집 시스템에 제공함으로써, 최종적으로 CO2의 포집율이 크게 향상되는 효과를 얻을 수 있다.In addition, by removing most of the NO x and SO x contained in the exhaust gas and then providing it to the CO 2 capture system, it is possible to obtain the effect of greatly improving the CO 2 capture rate.

나아가, 제1보일러에서 배출된 배가스를 이용하여 버너에 제공되는 산화제와 수관벽에 공급되는 응축수를 예열함으로써, 가압식으로 구성되어 제1보일러에서 발생한 고온의 배가스에 포함된 잠열을 최대한으로 사용함으로써, 발전시스템의 효율이 향상되는 효과가 있다.Furthermore, by preheating the oxidizing agent provided to the burner and the condensed water supplied to the water pipe wall using the exhaust gas discharged from the first boiler, it is composed of a pressurized type and uses the latent heat contained in the high temperature exhaust gas generated from the first boiler to the maximum, There is an effect of improving the efficiency of the power generation system.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기력발전 시스템의 구조를 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram showing the structure of a mechanical power generation system according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. An embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기력발전 시스템의 구조를 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram showing the structure of a mechanical power generation system according to an embodiment of the present invention.

본 실시예의 기력발전 시스템은 2개의 보일러(110, 120)와 발전부(200)를 포함하여, 보일러에서 생성된 증기를 사용하여 전기를 생산한다.The mechanical power generation system of this embodiment includes two boilers 110 and 120 and a power generation unit 200 to generate electricity using steam generated by the boiler.

제1보일러(110)는 버너(111)를 사용한 연소기를 포함하여 구성되며, 수관벽(water wall)(112)에 위치하는 물을 가열하여 포화증기를 생성한다.The first boiler 110 includes a combustor using a burner 111, and generates saturated steam by heating water located on a water wall 112.

버너(111)는 연료공급부(113)에서 공급되는 연료를 산화제공급부(114)에서 공급된 산화제를 사용하여 연소시킨다. 본 실시예에서 연료공급부(113)는 미분된 고체 연료를 물과 혼합하여 제공하거나 미분된 고체 연료를 CO2와 같은 운반가스와 혼합하여 제공할 수 있다. 미분된 고체 연료와 물의 혼합물 또는 미분된 고체 연료와 운반가스와의 혼합물은 다양한 액체 연료 또는 기체 연료로도 대체가 가능하다. 산화제로는 산소를 포함하는 일반 공기를 적용할 수도 있으나, 본 실시예에서는 순산소를 산화제로서 사용하였으며, 이를 위하여 산화제공급부(114)가 대기 중에서 산소를 분리하여 공급하는 산소 공급장치이다.The burner 111 burns the fuel supplied from the fuel supply unit 113 by using the oxidizing agent supplied from the oxidizing agent supply unit 114. In the present embodiment, the fuel supply unit 113 may provide the finely divided solid fuel by mixing with water or provide the finely divided solid fuel by mixing with a carrier gas such as CO 2 . A mixture of finely divided solid fuel and water or a mixture of finely divided solid fuel and carrier gas can be substituted with various liquid fuels or gaseous fuels. Normal air containing oxygen may be used as the oxidizing agent, but pure oxygen is used as the oxidizing agent in this embodiment, and for this purpose, the oxidizing agent supply unit 114 is an oxygen supply device that separates and supplies oxygen from the atmosphere.

수관벽(112)은 내부에 물이 위치하며, 버너(111)에서 연료를 연소하는 열에 의해서 물이 가열되어 포화증기를 생성한다. 수관벽(112)에 사용되는 물은 전체 시스템에서 순환하여 사용할 수 있다.Water is located inside the water pipe wall 112, and the water is heated by the heat of burning fuel in the burner 111 to generate saturated steam. Water used for the water pipe wall 112 can be circulated and used in the entire system.

제1보일러(110)는 내부의 압력이 대기압보다 높은 가압식 보일러이기 때문에 연료를 연소하는 과정에서 생성된 연소 배가스(제1배가스)가 상당한 고온이며, 고온의 제1배가스는 제2보일러(120)로 보내져서 그 안에 포함된 잠열을 이용한다.Since the first boiler 110 is a pressurized boiler whose internal pressure is higher than atmospheric pressure, the combustion exhaust gas (first exhaust gas) generated in the process of burning the fuel is very high temperature, and the high temperature first exhaust gas is the second boiler 120 It is sent to and uses the latent heat contained in it.

그리고 제1보일러(110)는 하단에는 연료를 연소하고 남은 재를 배출하는 배출구가 형성된다.In addition, the first boiler 110 has an outlet for burning fuel and discharging the remaining ash.

제2보일러(120)는 제1보일러(110)에서 배출된 고온의 제1배가스가 유입되며, 제1배가스를 이용하기 위한 과열기(121)와 재가열기(122, 123) 등을 포함하여 구성된다.The second boiler 120 includes a superheater 121 and a reheater 122, 123, etc., into which the high-temperature first exhaust gas discharged from the first boiler 110 is introduced, and the first exhaust gas is used. .

과열기(121)는 제1보일러(110)에서 생성된 포화증기를 추가로 가열하여 고압스팀터빈(211)으로 제공하며, 재가열기(122, 123)는 고압스팀터빈(211)에서 사용된 증기를 회수하여 재가열해서 제1저압스팀터빈(212)에 제공하는 제1재가열기(122)와 제1저압스팀터빈(212)에서 사용된 증기를 회수하여 재가열한 뒤에 제2저압스팀터빈(213)에 제공하는 제2재가열기(123)를 포함한다. 과열기와 재가열기의 구성과 개수는 특정된 것이 아니고, 일반적인 기력발전 시스템의 구성에 따라서 변형될 수 있다.The superheater 121 additionally heats the saturated steam generated by the first boiler 110 and provides it to the high-pressure steam turbine 211, and the reheaters 122 and 123 collect the steam used in the high-pressure steam turbine 211. The steam used in the first reheater 122 and the first low pressure steam turbine 212 are recovered and reheated to be provided to the first low pressure steam turbine 212 and reheated, and then transferred to the second low pressure steam turbine 213. It includes a second reheater 123 to provide. The configuration and number of superheaters and reheaters are not specified, and may be modified according to the configuration of a general power generation system.

본 실시예는 제2보일러(120)에 산화제 예열기(124)를 더 포함시킴으로써, 산소 공급장치에서 생산된 순산소를 배가스로 가열한 뒤에 버너(111)에 공급하도록 구성하였다. 버너(111)에 배가스로 가열된 순산소를 공급하는 경우에, 제1보일러(110)의 연소 효율이 향상된다.In this embodiment, by further including an oxidizing agent preheater 124 in the second boiler 120, pure oxygen produced in the oxygen supply device is heated with exhaust gas and then supplied to the burner 111. When pure oxygen heated by exhaust gas is supplied to the burner 111, the combustion efficiency of the first boiler 110 is improved.

나아가 본 실시예의 제2보일러(120)에는 배가스 응축기(125)가 추가로 설치되며, 배가스 응축기(125)는 제1배가스의 온도를 더욱 낮춤으로써, 제1배가스에 포함된 수분을 응축하는 동시에 NOx와 SOx를 제거하는 장치이다.Furthermore, an exhaust gas condenser 125 is additionally installed in the second boiler 120 of this embodiment, and the exhaust gas condenser 125 further lowers the temperature of the first exhaust gas to condense moisture contained in the first exhaust gas and It is a device that removes x and SO x .

본 실시예의 제1보일러(110)와 제2보일러(120)는 가압식 보일러이며, 제1배가스에 포함된 NOx와 SOx는 압력조건에 의해서 대부분 NO2와 SO3의 구조로 존재한다. 이때, NO2와 SO3은 물에 대한 용해도가 높기 때문에, 가압식의 제2보일러(120) 내부에 설치된 배가스 응축기(125)에서 제1배가스에 포함된 수분을 응축시키는 경우에 응축된 수분에 NO2와 SO3가 용해된다. 본 실시예의 배가스 응축기(125)는 이러한 과정을 통해서 배가스에 포함된 NOx와 SOx를 대부분 제거할 수 있으며, 배가스 응축기(125)를 거쳐 제2보일러(120)에 배출되는 제2배가스를 최종 정화하는 배가스정화부(400)에 구비된 CO2 포집 시스템에서 포집되는 CO2의 포집율이 크게 향상되는 뛰어난 효과를 얻을 수 있다.The first boiler 110 and the second boiler 120 of this embodiment are pressurized boilers, and NO x and SO x contained in the first exhaust gas are mostly present in a structure of NO 2 and SO 3 depending on pressure conditions. At this time, since NO 2 and SO 3 have high solubility in water, when the exhaust gas condenser 125 installed inside the pressurized second boiler 120 condenses the moisture contained in the first exhaust gas, NO to the condensed moisture 2 and SO 3 are dissolved. The exhaust gas condenser 125 of this embodiment can remove most of the NO x and SO x contained in the exhaust gas through this process, and the second exhaust gas discharged to the second boiler 120 through the exhaust gas condenser 125 is finally the absorption rate of CO 2 is collected in a CO 2 capture system provided in the exhaust gas purifying unit 400 for purifying can be obtained excellent effects that are significantly improved.

배가스 응축기(125)에서 제1배가스의 온도를 낮추는 방법은 별도의 저온 물질을 사용하여 열교환하는 구조일 수도 있겠으나, 본 실시예에서는 스팀터빈을 가동한 뒤에 회수된 응축수를 사용하여 제1배가스와 열교환하는 방법으로 제1배가스에 포함된 수분을 응축하였다. 스팀터빈을 가동한 뒤에 회수된 응축수를 배가스 응축기(125)에 공급하여 제1배가스의 온도를 낮춰 수분을 응축시키는 동시에 NO2와 SO3을 제거한다. 이때, 제1배가스를 응축시키는 과정에서 제1배가스와 회수된 응축수 사이에 열교환이 발생하여, 응축수는 상대적으로 가열되는 결과가 된다. 결국, 배가스 응축기(125)에 공급된 응축수는 배가스 응축기(125)에서 예열된 상태로 제1보일러(110)의 수관벽(112)에 제공되며, 수관벽(112)에 예열된 응축수를 제공함으로써 제1보일러(110)에서 포화증기를 생성하는 효율이 향상된다.The method of lowering the temperature of the first exhaust gas in the exhaust gas condenser 125 may be a structure in which heat exchange is performed using a separate low-temperature material, but in this embodiment, the first exhaust gas and the first exhaust gas are recovered by using the recovered condensate after the steam turbine is operated. Moisture contained in the first exhaust gas was condensed by performing heat exchange. After the steam turbine is operated, the recovered condensed water is supplied to the exhaust gas condenser 125 to lower the temperature of the first exhaust gas to condense the moisture and simultaneously remove NO 2 and SO 3 . At this time, in the process of condensing the first exhaust gas, heat exchange occurs between the first exhaust gas and the recovered condensed water, resulting in relatively heating of the condensed water. Eventually, the condensed water supplied to the exhaust gas condenser 125 is provided to the water pipe wall 112 of the first boiler 110 in a state preheated in the exhaust gas condenser 125, and by providing the preheated condensed water to the water pipe wall 112 The efficiency of generating saturated steam in the first boiler 110 is improved.

제2보일러(120)의 하단에는 제1배가스가 응축된 물을 배출하는 배출구가 형성되고, 배가스가 응축된 물에는 NO2와 SO3이 용해되어 함께 배출되며, 제1배가스에 포함된 재(비산재)도 함께 배출된다.At the bottom of the second boiler 120, an outlet for discharging the water condensed with the first exhaust gas is formed, NO 2 and SO 3 are dissolved in the condensed exhaust gas and discharged together, and ash contained in the first exhaust gas ( Fly ash) is also discharged.

발전부(200)는 과열기(121)에서 공급된 증기를 사용하는 고압스팀터빈(211)과 2개의 재가열기(122, 123)에서 공급된 증기를 각각 사용하는 2개의 저압스팀터빈(212, 213) 및 이들에 의해서 전기를 생산하는 발전기(300)를 포함한다.The power generation unit 200 includes a high-pressure steam turbine 211 using the steam supplied from the superheater 121 and two low-pressure steam turbines 212 and 213 using the steam supplied from the two reheaters 122 and 123, respectively. ) And a generator 300 that generates electricity by them.

발전부(200)의 스팀터빈에서 사용된 증기는 최종적으로 증기 응축기(220)에서 응축되며 응축수는 제1보일러(110)의 수관벽(112) 재공급된다. 이 때, 앞서 살펴본 것과 같이, 본 실시예의 기력발전 시스템에서는 응축수를 제2보일러(120)에 설치된 배가스 응축기(125)에 공급하여 사용하며, 이 과정에서 예열된 응축수를 제1보일러(110)의 수관벽(112)에 재공급함으로써 제1보일러(110)의 증기 생산 효율이 생산된다.The steam used in the steam turbine of the power generation unit 200 is finally condensed in the steam condenser 220 and the condensed water is resupplied to the water pipe wall 112 of the first boiler 110. At this time, as described above, in the mechanical power generation system of this embodiment, condensed water is supplied to the exhaust gas condenser 125 installed in the second boiler 120 and used, and the condensed water preheated in this process is used by the first boiler 110. By resupplying the water pipe wall 112, the steam production efficiency of the first boiler 110 is produced.

그리고 발전부(200)의 증기 순환 과정에서 응축수를 예열하는 응축수 예열기(231, 232, 233)를 더 포함할 수 있다.In addition, a condensate preheater 231, 232, and 233 for preheating condensed water during the steam circulation process of the power generation unit 200 may be further included.

결국, 본 실시예의 기력발전 시스템은 연소과정에서 발생한 배가스를 가압식으로 구성된 제2보일러에 유입시켜, 그 잠열을 이용하는 한편, 압력조건에 의해서 배가스에 포함된 NO2와 SO3의 비율을 높인 상태에서 응축수로 예비 정화함으로써, 배가스에 포함된 NOx와 SOx를 대부분 제거할 수 있는 뛰어난 효과가 있다.As a result, the energy generation system of this embodiment introduces the exhaust gas generated in the combustion process into the second boiler configured in a pressurized manner, uses the latent heat, and increases the ratio of NO 2 and SO 3 contained in the exhaust gas according to the pressure condition. By preliminary purification with condensed water, there is an excellent effect of removing most of the NO x and SO x contained in the exhaust gas.

또한, 배가스에 포함된 NOx와 SOx를 대부분 제거한 뒤에 CO2 포집 시스템에 제공함으로써, 최종적으로 CO2의 포집율이 크게 향상된다.In addition, by removing most of the NO x and SO x contained in the exhaust gas and then providing it to the CO 2 capture system, finally, the CO 2 capture rate is greatly improved.

나아가 제1보일러에서 배출된 배가스를 종래에 과열기와 재가열기에만 사용하는 것이 아니고, 버너에 제공되는 산화제와 수관벽에 공급되는 응축수를 예열하는 용도로 사용함으로써, 배가스의 잠열을 최대한으로 사용하여 발전시스템의 효율이 향상되는 효과가 있다.Furthermore, the exhaust gas discharged from the first boiler is not used only in the conventional superheater and reheater, but is used for preheating the oxidizing agent supplied to the burner and the condensed water supplied to the water pipe wall, thereby maximizing the latent heat of the exhaust gas. There is an effect of improving the efficiency of the system.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described above through preferred embodiments, but the above-described embodiments are only illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes are possible within the scope not departing from the technical idea of the present invention. Those of ordinary skill will understand. Therefore, the scope of protection of the present invention should be interpreted not by specific embodiments, but by the matters described in the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

110: 제1보일러
111: 버너
112: 수관벽
113: 연료공급부
114: 산화제공급부
120: 제2보일러
121: 과열기
122: 제1재가열기
123: 제2재가열기
124: 산화제 예열기
125: 배가스 응축기
200: 발전부
211: 고압스팀터빈
212: 제1저압스팀터빈
213: 제2저압스팀터빈
220: 증기 응축기
231, 232, 233: 응축수 예열기
300: 발전기
400: 배가스정화부110: first boiler
111: burner
112: water pipe wall
113: fuel supply unit
114: oxidizing agent supply unit
120: second boiler
121: superheater
122: first reheater
123: second reheater
124: oxidizer preheater
125: flue gas condenser
200: power generation department
211: high pressure steam turbine
212: first low pressure steam turbine
213: second low pressure steam turbine
220: steam condenser
231, 232, 233: condensate preheater
300: generator
400: exhaust gas purification unit

Claims (16)

버너와 수관벽을 포함하여 포화증기를 생성하는 가압식의 제1보일러;
상기 제1보일러와는 분리되어 별도로 구성되고, 상기 제1보일러에서 발생한 제1배가스만 유입되며, 제1보일러에서 생성된 증기를 가열하는 과열기를 포함하는 가압식의 제2보일러;
상기 제2보일러의 과열기에서 가열된 증기를 이용한 스팀 터빈과 이에 연결된 발전기와 발전에 사용된 증기를 응축하여 응축수를 생산한 뒤에 상기 수관벽으로 재공급하는 증기 응축기를 포함하는 발전부;
상기 버너에 연료를 공급하는 연료공급부;
상기 버너에 산화제를 공급하는 산화제공급부; 및
상기 제2보일러에 유입된 뒤에 배출된 제2배가스를 정화하는 배가스정화부를 포함하여 구성되고,
상기 제2보일러의 내부에는 배가스 응축기가 설치되며, 상기 배가스 응축기는 제1배가스에 포함된 수분을 응축시키는 동시에 배가스에 포함된 NOx와 SOx를 제거하고,
내부 압력이 대기압보다 높은 가압식으로 구성된 제2보일러의 내부에 배가스 응축기를 설치하여 제1배가스에 포함된 NOx와 SOx에서 수용성인 화합물의 비율을 높임으로써, 상기 배가스 응축기에서 응축된 수분에 수용성 화합물이 용해되어 제거되는 것을 특징으로 하는 기력발전 시스템.
A pressurized first boiler that generates saturated steam including a burner and a water pipe wall;
A pressurized second boiler that is separate from the first boiler and configured separately, and includes a superheater for inflowing only the first exhaust gas generated from the first boiler and heating the steam generated from the first boiler;
A power generation unit including a steam turbine using the steam heated by the superheater of the second boiler, a generator connected thereto, and a steam condenser for producing condensed water by condensing the steam used for power generation and supplying it to the water pipe wall;
A fuel supply unit supplying fuel to the burner;
An oxidant supply unit for supplying an oxidant to the burner; And
It is configured to include an exhaust gas purifying unit for purifying the second exhaust gas discharged after flowing into the second boiler,
An exhaust gas condenser is installed inside the second boiler, and the exhaust gas condenser condenses moisture contained in the first exhaust gas and simultaneously removes NO x and SO x contained in the exhaust gas,
By installing an exhaust gas condenser inside the second boiler with an internal pressure higher than atmospheric pressure to increase the ratio of water-soluble compounds in NO x and SO x contained in the first exhaust gas, water condensed in the exhaust gas condenser is soluble in water. A mechanical power generation system, characterized in that the compound is dissolved and removed.
 청구항 1에 있어서,
상기 배가스 응축기에서 제1배가스에 포함된 수분을 응축시키는 과정이, 상기 증기 응축기에서 응축된 응축수와의 열교환을 통해서 제1배가스의 온도를 낮추는 방법으로 수행되며,
상기 증기 응축기에서 응축된 응축수는 상기 배가스 응축기에서 제1배가스와의 열교환에 의해서 가열된 상태로 상기 수관벽으로 재공급되는 것을 특징으로 하는 기력발전 시스템.
The method according to claim 1,
The process of condensing moisture contained in the first exhaust gas in the exhaust gas condenser is performed by lowering the temperature of the first exhaust gas through heat exchange with the condensed water condensed in the steam condenser,
The condensed water condensed in the steam condenser is resupplied to the water pipe wall in a heated state by heat exchange with the first exhaust gas in the exhaust gas condenser.
 청구항 1에 있어서,
상기 제2보일러에는 산화제 예열기가 더 설치되며,
상기 산화제 예열기는 상기 산화제공급부에서 준비된 산화제를 제1배가스로 가열한 뒤에 상기 버너에 공급하는 것을 특징으로 하는 기력발전 시스템.
The method according to claim 1,
An oxidizing agent preheater is further installed in the second boiler,
The oxidizing agent preheater is a mechanical power generation system, characterized in that the oxidizing agent prepared by the oxidizing agent supply unit is heated with the first exhaust gas and then supplied to the burner.
 청구항 1에 있어서,
상기 산화제가 순산소이고, 상기 산화제공급부가 대기 중에서 산소를 분리하여 공급하는 산소 공급장치인 것을 특징으로 하는 기력발전 시스템.
The method according to claim 1,
The oxidizing agent is pure oxygen, and the oxidizing agent supply unit is an oxygen supply device that separates and supplies oxygen from the atmosphere.
 청구항 1에 있어서,
상기 제2보일러에는 하나 이상의 재가열기를 더 포함하며,
상기 재가열기는 상기 발전부에 포함된 스팀 터빈을 가동한 증기를 재가열하여 다른 스팀 터빈에 제공하는 것을 특징으로 하는 기력발전 시스템.
The method according to claim 1,
The second boiler further includes one or more reheaters,
The reheater reheats the steam from which the steam turbine included in the power generation unit is operated and provides it to another steam turbine.
 청구항 1에 있어서,
상기 배가스정화부는 제2배가스에 포함된 CO2를 포집하기 위한 CO2 포집 시스템을 구비한 것을 특징으로 하는 기력발전 시스템.
The method according to claim 1,
The exhaust gas purification unit mechanical power generation system, characterized in that provided with a CO 2 collection system for collecting the CO 2 contained in the second exhaust gas.
 청구항 1에 있어서,
상기 제1보일러의 하단에는 연료를 연소하고 남은 재를 배출하는 배출구가 형성된 것을 특징으로 하는 기력발전 시스템.
The method according to claim 1,
A mechanical power generation system, characterized in that an outlet for burning fuel and discharging remaining ash is formed at a lower end of the first boiler.
 청구항 1에 있어서,
상기 제2보일러의 하단에는 제1배가스에 포함된 수분이 응축된 물을 배출하는 배출구가 형성된 것을 특징으로 하는 기력발전 시스템.
The method according to claim 1,
A mechanical power generation system, characterized in that a discharge port for discharging the water condensed water contained in the first exhaust gas is formed at a lower end of the second boiler.
 스팀터빈을 사용하여 전기를 발전하는 발전 시스템에서 증기를 생성하여 제공하기 위한 보일러로서,
버너와 수관벽을 포함하여 포화증기를 생성하는 가압식의 제1보일러;
상기 제1보일러와는 분리되어 별도로 구성되고, 상기 제1보일러에서 발생한 제1배가스만 유입되며, 제1보일러에서 생산된 증기를 가열하는 과열기를 포함하는 가압식의 제2보일러;
상기 버너에 연료를 공급하는 연료공급부;
상기 버너에 산화제를 공급하는 산화제공급부; 및
상기 제2보일러에 유입된 뒤에 배출된 제2배가스를 정화하는 배가스정화부를 포함하여 구성되고,
상기 제2보일러의 내부에는 배가스 응축기가 설치되며, 상기 배가스 응축기는 제1배가스에 포함된 수분을 응축시키는 동시에 배가스에 포함된 NOx와 SOx를 제거하고,
내부 압력이 대기압보다 높은 가압식으로 구성된 제2보일러의 내부에 배가스 응축기를 설치하여 제1배가스에 포함된 NOx와 SOx에서 수용성인 화합물의 비율을 높임으로써, 상기 배가스 응축기에서 응축된 수분에 수용성 화합물이 용해되어 제거되는 것을 특징으로 하는 기력발전용 보일러.
As a boiler for generating and providing steam in a power generation system that generates electricity using a steam turbine,
A pressurized first boiler that generates saturated steam including a burner and a water pipe wall;
A pressurized second boiler that is separate from the first boiler and configured separately, and includes a superheater for only the first exhaust gas generated from the first boiler to be introduced, and heating the steam produced by the first boiler;
A fuel supply unit supplying fuel to the burner;
An oxidant supply unit for supplying an oxidant to the burner; And
It is configured to include an exhaust gas purifying unit for purifying the second exhaust gas discharged after flowing into the second boiler,
An exhaust gas condenser is installed inside the second boiler, and the exhaust gas condenser condenses moisture contained in the first exhaust gas and simultaneously removes NO x and SO x contained in the exhaust gas,
By installing an exhaust gas condenser inside the second boiler with an internal pressure higher than atmospheric pressure to increase the ratio of water-soluble compounds in NO x and SO x contained in the first exhaust gas, water condensed in the exhaust gas condenser is soluble in water. A boiler for thermal power generation, characterized in that the compound is dissolved and removed.
 청구항 9에 있어서,
상기 배가스 응축기에서 제1배가스에 포함된 수분을 응축시키는 과정이, 발전 시스템에서 사용된 증기가 응축된 응축수와의 열교환을 통해서 제1배가스의 온도를 낮추는 방법으로 수행되며,
상기 응축수는 상기 배가스 응축기에서 제1배가스와의 열교환에 의해서 가열된 상태로 상기 수관벽으로 재공급되는 것을 특징으로 하는 기력발전용 보일러.
The method of claim 9,
The process of condensing moisture contained in the first exhaust gas in the exhaust gas condenser is performed by lowering the temperature of the first exhaust gas through heat exchange with the condensed water in which the steam used in the power generation system is condensed,
The condensed water is re-supplied to the water pipe wall in a heated state by heat exchange with the first exhaust gas in the exhaust gas condenser.
 청구항 9에 있어서,
상기 제2보일러에는 산화제 예열기가 더 설치되며,
상기 산화제 예열기는 상기 산화제공급부에서 준비된 산화제를 제1배가스로 가열한 뒤에 상기 버너에 공급하는 것을 특징으로 하는 기력발전용 보일러.
The method of claim 9,
An oxidizing agent preheater is further installed in the second boiler,
The oxidizing agent preheater, characterized in that for heating the oxidizing agent prepared by the oxidizing agent supply unit with the first exhaust gas and then supplying it to the burner.
 청구항 9에 있어서,
상기 산화제가 순산소이고, 상기 산화제공급부가 대기 중에서 산소를 분리하여 공급하는 산소 공급장치인 것을 특징으로 하는 기력발전용 보일러.
The method of claim 9,
The oxidizing agent is pure oxygen, and the oxidizing agent supply unit is an oxygen supply device that separates and supplies oxygen from the atmosphere.
 청구항 9에 있어서,
상기 제2보일러에는 하나 이상의 재가열기를 더 포함하며,
상기 재가열기는 발전 시스템에 포함된 스팀터빈을 가동한 증기를 재가열하여 다른 스팀터빈에 제공하는 것을 특징으로 하는 기력발전용 보일러.
The method of claim 9,
The second boiler further includes one or more reheaters,
The reheater reheats the steam from which the steam turbine included in the power generation system is operated and provides it to another steam turbine.
 청구항 9에 있어서,
상기 배가스정화부는 제2배가스에 포함된 CO2를 포집하기 위한 CO2 포집 시스템을 구비한 것을 특징으로 하는 기력발전용 보일러.
The method of claim 9,
The exhaust gas purification unit is a thermal power boiler, characterized in that provided with a CO 2 collection system for collecting the CO 2 contained in the second exhaust gas.
 청구항 9에 있어서,
상기 제1보일러의 하단에는 연료를 연소하고 남은 재를 배출하는 배출구가 형성된 것을 특징으로 하는 기력발전용 보일러.
The method of claim 9,
A boiler for thermal power generation, characterized in that an outlet for burning fuel and discharging the remaining ash is formed at a lower end of the first boiler.
 청구항 9에 있어서,
상기 제2보일러의 하단에는 제1배가스에 포함된 수분이 응축된 물을 배출하는 배출구가 형성된 것을 특징으로 하는 기력발전용 보일러.
The method of claim 9,
A boiler for mechanical power generation, characterized in that at a lower end of the second boiler, an outlet for discharging the water condensed water contained in the first exhaust gas is formed.
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