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KR20210093089A - Combined power generation system - Google Patents

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KR20210093089A
KR20210093089A KR1020200006828A KR20200006828A KR20210093089A KR 20210093089 A KR20210093089 A KR 20210093089A KR 1020200006828 A KR1020200006828 A KR 1020200006828A KR 20200006828 A KR20200006828 A KR 20200006828A KR 20210093089 A KR20210093089 A KR 20210093089A
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gasifier
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syngas
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박경일
박병철
배용채
이규화
이종민
주용진
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한국전력공사
한국서부발전 주식회사
한국동서발전(주)
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Abstract

본 발명은, 산소조건에서 연료의 완전한 연소가 이루어질 수 있도록 상기 연소에 의해 발생된 열을 순환시켜 증기를 생성하는 보일러; 상기 보일러에서 생성된 상기 증기를 공급받아 구동되도록 이루어지는 증기터빈; 화석연료와 상기 보일러로부터 발생되는 고온의 이산화탄소를 공급받아 열분해 및 가스화 반응에 의해 합성가스를 생성 및 배출하도록 이루어지는 가스화기; 상기 가스화기에서 발생하는 상기 합성가스를 공급받아 구동되도록 이루어지는 가스터빈; 및 상기 가스화기에서 상기 열분해 및 가스화 반응에 의해 생성된 촤(char)의 저장이 가능하도록 형성되는 저장조를 포함하는 복합 발전 시스템을 제공한다.The present invention, a boiler for generating steam by circulating the heat generated by the combustion so that complete combustion of the fuel can be achieved in oxygen condition; a steam turbine configured to be driven by receiving the steam generated by the boiler; a gasifier configured to receive fossil fuel and high-temperature carbon dioxide generated from the boiler to generate and discharge syngas through thermal decomposition and gasification reaction; a gas turbine configured to be driven by receiving the synthesis gas generated from the gasifier; And it provides a combined power generation system including a storage tank is formed to enable storage of the char (char) generated by the pyrolysis and gasification reaction in the gasifier.

Description

복합 발전 시스템{COMBINED POWER GENERATION SYSTEM}Combined power generation system {COMBINED POWER GENERATION SYSTEM}

본 발명은 증기터빈과 가스터빈을 함께 이용하는 복합 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a combined power generation system using a steam turbine and a gas turbine together.

복합 발전 시스템은 산소조건에서 연료의 완전한 연소가 이루어질 수 있도록 상기 연소에 의해 발생된 열을 순환시켜 증기를 생성하는 보일러와 화석연료와 상기 보일러로부터 발생되는 고온의 이산화탄소를 공급받아 열분해 및 가스화 반응에 의해 합성가스를 생성 및 배출하는 가스화기라는 두 반응 부분으로 구성된다. 또한 열분해 및 가스화 반응기에서는 연료의 탈휘발과 이산화탄소를 주 반응기체로 하는 가스화 반응이 일어나고, 보일러에서는 산소조건의 연소반응을 통해 배가스 내에 이산화탄소만을 포함하게 하여 포집, 처리하는 복합 발전 공정 구성을 갖는다. 이를 통해 보일러는 증기터빈을, 가스화기는 가스터빈을 구동함으로써 복합 발전 시스템의 고효율 발전이 가능하도록 구성된다.The combined cycle power system is a boiler that generates steam by circulating the heat generated by the combustion so that the fuel can be completely burned under oxygen conditions, and a fossil fuel and high-temperature carbon dioxide generated from the boiler are supplied to the pyrolysis and gasification reaction. It consists of two reaction parts: a gasifier that produces and discharges syngas by In addition, in the pyrolysis and gasification reactor, devolatilization of fuel and gasification reaction using carbon dioxide as the main reaction gas occur, and in the boiler, only carbon dioxide is contained in the flue gas through the combustion reaction under oxygen conditions, and it has a combined power generation process configuration. Through this, the boiler drives the steam turbine and the gasifier drives the gas turbine, so that high-efficiency power generation of the combined power generation system is possible.

도 1은 종래의 복합 발전 시스템(10)에 대한 구성의 일 예를 나타내는 개념도이다. 1 is a conceptual diagram illustrating an example of a configuration for a conventional combined cycle power generation system (10).

도 1을 참조하면, 그러나 위에서 설명한 바와 같이 종래의 복합 발전 시스템(10)의 경우 보일러(11), 증기터빈(12), 가스화기(13) 및 가스터빈(14)을 포함한다.Referring to FIG. 1 , however, as described above, the conventional combined cycle power generation system 10 includes a boiler 11 , a steam turbine 12 , a gasifier 13 , and a gas turbine 14 .

보일러(11)는 공기분리장치(ASU)(10b)에서 분리된 공기를 산소 유량 조절 밸브(10c)로부터 공급받는다. 산소 유량 조절 밸브(10c)를 통해 공급된 공기와 연료 가 연소되는 반응이 보일러(11)에서 일어난다. 연소 반응을 통해 보일러(11)는 증기를 발생시킨다.The boiler 11 receives the air separated by the air separation unit (ASU) 10b from the oxygen flow control valve 10c. A reaction in which the fuel and air supplied through the oxygen flow control valve 10c are burned takes place in the boiler 11 . Through the combustion reaction, the boiler 11 generates steam.

증기터빈(12)은 보일러(11)에서 생성된 증기를 공급받아 구동되고 전기를 생산한다.The steam turbine 12 is driven by receiving steam generated from the boiler 11 and generates electricity.

가스화기(13)는 공기분리장치(ASU)(10b)에서 분리된 공기를 산소 유량 조절 밸브(10d)로부터 공급받고 연료 공급 장치(10a)에서는 연료가 공급된다. 그리고 보일러(11)에서 발생한 고온의 이산화탄소는 배가스 유량 조절 밸브(11a, 11b)를 통해 가스화기(13)에 공급되어 상기 공기 및 연료와 함께 열분해 및 가스화 반응이 일어나 합성가스를 발생시킨다.The gasifier 13 receives the air separated by the air separation unit (ASU) 10b from the oxygen flow control valve 10d, and fuel is supplied from the fuel supply unit 10a. And the high-temperature carbon dioxide generated in the boiler 11 is supplied to the gasifier 13 through the flue gas flow control valves 11a and 11b, and thermal decomposition and gasification reactions occur together with the air and fuel to generate syngas.

가스터빈(14)은 가스화기(13)에서 열분해 및 가스화 반응에 의해 발생하는 합성가스를 합성가스 조절장치부(13d) 및 연소기(13e)를 통해 공급받고, 구동되어 전기를 생산한다. The gas turbine 14 receives the syngas generated by pyrolysis and gasification reaction in the gasifier 13 through the syngas control unit 13d and the combustor 13e, and is driven to produce electricity.

그러나 종래의 복합 발전 시스템(10)의 경우 가스화기(13)에서 생성된 촤(char)는 저장조의 저장 없이 보일러(11)로 공급된다. 그래서 가스화기(13)의 운전 조건에 의해 촤(char)의 투입량이 결정될 수밖에 없어 종래의 복합 발전 시스템(10)은 발전량 조절이 불가능 하였다However, in the case of the conventional combined cycle power generation system 10, char generated in the gasifier 13 is supplied to the boiler 11 without storage in a storage tank. Therefore, the input amount of char is inevitably determined by the operating conditions of the gasifier 13, so the conventional combined power generation system 10 cannot control the amount of power generation.

한편, 종래의 복합 발전 시스템(10)은 합성가스 버너를 구비하지 않았다. 그래서 가스화기(13)에서 배출되는 합성가스를 연료로 사용할 수 없어 종래의 복합 발전 시스템(10)은 효율적인 발전이 불가능하였다.On the other hand, the conventional combined cycle power generation system 10 does not have a syngas burner. Therefore, since the syngas discharged from the gasifier 13 cannot be used as a fuel, the conventional combined power generation system 10 was unable to efficiently generate power.

한편, 종래의 복합 발전 시스템(10)은 합성가스 버너 및 합성가스 분배장치부를 포함하고 있지 않아 합성가스를 합성가스 버너에 공급하여 보일러(11)의 기동용 연료로 이용할 수 없어 비경제적인 문제가 있었다.On the other hand, the conventional combined power generation system 10 does not include a syngas burner and a syngas distribution unit, so it is not possible to supply syngas to the syngas burner and use it as a fuel for starting the boiler 11, so there is an uneconomic problem .

한편 종래의 복합 발전 시스템(10)은 수증기 공급장치부를 포함하고 있지 않다. 그래서 가스화기(13)에서 열분해 및 가스화 반응에 의해 배출된 합성가스가 합성가스 분배장치부(13a)를 통해 합성가스 정제부(13a', 13b')로 유입되어 정제되더라도 획득할 수 있는 수소율이 낮았고, 수소 저장부(13c)에 저장된 수소를 이용하여 수소가스터빈을 구동하기에는 부족하였다.On the other hand, the conventional combined cycle power generation system 10 does not include a steam supply unit. Therefore, the hydrogen rate that can be obtained even if the syngas discharged by the pyrolysis and gasification reaction from the gasifier 13 is introduced into the syngas purification units 13a' and 13b' through the syngas distribution unit 13a and purified This was low, and it was insufficient to drive the hydrogen gas turbine using the hydrogen stored in the hydrogen storage unit 13c.

한편 종래의 복합 발전 시스템(10)은 가스터빈(14)의 열을 이용하여 증기터빈(12)의 증기를 가열하는 열교환기(14a) 및 직접 접촉식 열교환기(DCC)(14b)를 더 포함할 수 있다. 또한, 종래의 복합 발전 시스템(10)은 CPU(14c) 및 재순환 블러워(11d)를 더 포함할 수 있다. 그리고 보일러(11)에서 연소반응을 통해 배출되는 배가스가 재순환 배가스 조절 밸브(11c)를 통해 이산화탄소 저장부(14d)에 저장될 수 있다.Meanwhile, the conventional combined cycle power generation system 10 further includes a heat exchanger 14a and a direct contact heat exchanger (DCC) 14b for heating the steam of the steam turbine 12 by using the heat of the gas turbine 14 . can do. In addition, the conventional combined cycle power generation system 10 may further include a CPU (14c) and a recirculation blower (11d). And the exhaust gas discharged through the combustion reaction in the boiler 11 may be stored in the carbon dioxide storage unit 14d through the recirculation exhaust gas control valve 11c.

그러나 위에서 설명한 바와 같이 종래의 기술의 경우 가스화기에서 생성된 촤(char)는 저장조에 저장되지 않고 보일러로 바로 공급된다. 이로 인해 가스화기의 운전조건에 의해 촤(char)의 투입량이 결정될 수밖에 없어 복합 발전 시스템의 발전량 조절이 불가능하였다. However, as described above, in the case of the prior art, the char generated in the gasifier is not stored in a storage tank but is directly supplied to the boiler. For this reason, it was impossible to control the amount of power generation of the combined cycle power generation system because the input amount of char was inevitably determined by the operating conditions of the gasifier.

또한, 종래 복합 발전 시스템의 경우 가스화기에서 배출된 합성가스가 가스터빈에서만 연소되고, 합성가스의 추가적인 이용 없어 효율적인 발전을 하는데 어려움이 있었다.In addition, in the case of the conventional combined power generation system, the syngas discharged from the gasifier is burned only in the gas turbine, and there is no additional use of the syngas, so it is difficult to efficiently generate power.

또한, 종래 복합 발전 시스템의 경우 가스화기로부터 배출되는 합성가스의 수소수율이 낮아 합성가스로부터 수소를 얻어내고 그 수소를 이용하여 발전하는데 있어 활용성이 낮다는 문제가 있었다.In addition, in the case of the conventional combined power generation system, there was a problem in that the hydrogen yield of the syngas discharged from the gasifier was low, so that the utility was low in obtaining hydrogen from the syngas and generating power using the hydrogen.

본 발명의 일 목적은, 보일러로 공급되는 촤(char)의 양을 조절하여 스팀터빈과 가스터빈에 의한 발전량의 조절이 가능한 복합 발전 시스템을 제안하기 위한 것이다.One object of the present invention is to propose a combined power generation system capable of controlling the amount of power generated by a steam turbine and a gas turbine by controlling the amount of char supplied to a boiler.

본 발명의 다른 일 목적은, 가스화기에서 배출되는 합성가스를 이용하여 보일러 내 증기의 온도를 증가시킬 수 있는 복합 발전 시스템을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a combined power generation system capable of increasing the temperature of steam in a boiler using syngas discharged from a gasifier.

본 발명의 또 다른 일 목적은, 수소의 생산이 필요한 경우, 가스화기에서 배출된 합성가스를 수소로 전환 및 저장할 수 있도록 구성되는 복합 발전 시스템을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a combined power generation system configured to convert and store the synthesis gas discharged from the gasifier into hydrogen when the production of hydrogen is required.

이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 발전 시스템은, 산소조건에서 연료의 완전한 연소가 이루어질 수 있도록 상기 연소에 의해 발생된 열을 순환시켜 증기를 생성하는 보일러; 상기 보일러에서 생성된 상기 증기를 공급받아 구동되도록 이루어지는 증기터빈; 화석연료와 상기 보일러로부터 발생되는 고온의 이산화탄소를 공급받아 열분해 및 가스화 반응에 의해 합성가스를 생성 및 배출하도록 이루어지는 가스화기; 상기 가스화기에서 발생하는 상기 합성가스를 공급받아 구동되도록 이루어지는 가스터빈; 및 상기 가스화기에서 상기 열분해 및 가스화 반응에 의해 생성된 촤(char)의 저장이 가능하도록 형성되는 저장조를 포함한다.In order to achieve the above object of the present invention, the combined cycle power generation system according to an embodiment of the present invention is a boiler for generating steam by circulating the heat generated by the combustion so that the fuel can be completely burned in an oxygen condition. ; a steam turbine configured to be driven by receiving the steam generated by the boiler; a gasifier configured to receive fossil fuel and high-temperature carbon dioxide generated from the boiler to generate and discharge syngas through thermal decomposition and gasification reaction; a gas turbine configured to be driven by receiving the synthesis gas generated from the gasifier; and a storage tank formed to allow storage of char generated by the thermal decomposition and gasification reaction in the gasifier.

상기 복합 발전 시스템은 상기 저장조에서 상기 보일러로 공급되는 상기 촤(char)의 양을 조절하여 상기 보일러의 부하를 조절하도록 이루어지는 공급장치부를 더 포함할 수 있다.The combined cycle power system may further include a supply unit configured to adjust the load of the boiler by adjusting the amount of the char supplied to the boiler from the storage tank.

상기 복합 발전 시스템은 상기 보일러에서 상기 증기의 생성이 이루어지도록, 상기 공급장치부를 제어하여 상기 저장조에 저장된 상기 촤(char)를 상기 보일러로 공급하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The combined cycle power system may further include a control unit for controlling the supply unit to supply the char stored in the storage tank to the boiler so that the steam is generated in the boiler.

상기 보일러는, 상기 가스화기에서 배출되는 상기 합성가스를 연료로 이용하여 상기 증기를 발생시키도록 이루어지는 합성가스 버너를 더 구비할 수 있다.The boiler may further include a syngas burner configured to generate the steam by using the syngas discharged from the gasifier as a fuel.

상기 복합 발전 시스템은 상기 보일러에서 발생되는 상기 증기의 온도를 증가시키는데 상기 합성가스를 이용 가능하도록, 상기 가스화기에서 생성된 상기 합성가스를 상기 합성가스 버너에 주입하는 합성가스 분배장치부를 더 포함할 수 있다.The combined cycle power system may further include a syngas distribution device for injecting the syngas generated in the gasifier into the syngas burner so that the syngas can be used to increase the temperature of the steam generated in the boiler. can

상기 복합 발전 시스템은 가스화기에서 발생하는 상기 합성가스의 수소수율을 증가시키도록 상기 가스화기에 수증기를 공급하는 수증기 공급장치부를 더 포함할 수 있다.The combined cycle power system may further include a water vapor supply unit for supplying water vapor to the gasifier to increase the hydrogen yield of the synthesis gas generated in the gasifier.

상기 복합 발전 시스템은 상기 수증기를 이용하여 상기 보일러에서 생성되는 증기의 온도를 상승시키도록, 상기 수증기 공급장치부에서 상기 보일러로 상기 수증기를 공급하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The combined cycle power system may further include a controller configured to supply the steam from the steam supply unit to the boiler to increase the temperature of the steam generated in the boiler by using the steam.

상기 복합 발전 시스템은 상기 합성가스가 배출되는 상기 가스화기의 배출부에 연결되고, 상기 가스화기에서 생성된 상기 합성가스 중 수소를 정제하여 얻을 수 있도록 이루어지는 합성가스 정제부를 더 포함할 수 있다.The combined power generation system may further include a synthesis gas purification unit connected to the discharge unit of the gasifier from which the synthesis gas is discharged, and made to be obtained by purifying hydrogen among the synthesis gas generated in the gasifier.

상기 복합 발전 시스템은 상기 합성가스 정제부에서 생성된 상기 수소를 이용하여 발전기를 구동시키도록 이루어지는 수소가스터빈을 포함할 수 있다.The combined power generation system may include a hydrogen gas turbine configured to drive a generator using the hydrogen generated by the synthesis gas purification unit.

상기 복합 발전 시스템은 발전량 증가가 요구되는 제1 운전모드에서, 상기 복합 발전 시스템은 상기 가스터빈에서 상기 보일러로 공급되는 상기 촤(char)의 공급량을 감소시키고, 상기 가스화기에서 상기 합성가스를 연소시켜 상기 가스터빈의 발전량을 증가시키도록 이루어지는 제어부를 더 포함할 수 있다. In the first operation mode in which the combined power generation system requires an increase in power generation, the combined power generation system reduces the supply amount of the char supplied from the gas turbine to the boiler, and burns the synthesis gas in the gasifier. It may further include a control unit configured to increase the amount of power generation of the gas turbine.

상기 합성가스 정제부는 상기 수소를 저장하는 수소저장부를 구비하고, 상기 수소의 생산이 요구되는 제2 운전모드에서, 상기 복합 발전 시스템은 상기 합성가스 정제부에서 정제된 상기 수소를 상기 수소저장부에 저장시키고 상기 수소저장부에 저장된 수소를 이용하여 상기 수소가스터빈을 구동시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.The synthesis gas purification unit includes a hydrogen storage unit for storing the hydrogen, and in the second operation mode in which the production of hydrogen is required, the combined power generation system stores the hydrogen purified by the synthesis gas purification unit in the hydrogen storage unit. It may further include a control unit for storing and driving the hydrogen gas turbine using the hydrogen stored in the hydrogen storage unit.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 가스화기에서 생성된 촤(char)를 저장하는 저장조를 설치하고, 보일러로 공급되는 촤(char)의 양을 조절하여 증기터빈과 가스터빈에 의한 발전량을 조절할 수 있으므로 가스화기의 운전조건에 의해 촤(char)의 투입량이 결정되는 종래의 기술적 한계를 극복할 수 있다.According to the present invention having the above configuration, a storage tank for storing char generated in the gasifier is installed, and the amount of char supplied to the boiler is adjusted to control the amount of power generation by the steam turbine and the gas turbine. Therefore, it is possible to overcome the conventional technical limitations in which the input amount of char is determined by the operating conditions of the gasifier.

또한 본 발명은, 가스화기에서 배출되는 합성가스를 가스터빈에서 연소시키는 것뿐만 아니라 합성가스 분배장치부를 통해 보일러 연소로에 주입하여 보일러의 기동용 연료로 사용함으로써 보조연료의 사용을 최소화할 수 있다.In addition, the present invention can minimize the use of auxiliary fuel by not only burning the syngas discharged from the gasifier in the gas turbine, but also injecting it into the boiler combustion furnace through the syngas distribution unit and using it as a fuel for starting the boiler. .

또한 본 발명은, 수증기 공급장치부를 이용하여 가스화기에서 배출되는 합성가스 내 수소율을 높이고, 수소를 이용한 발전이 가능하게 함으로써 이산화탄소의 포집 및 저장이 필요없는 초청정 발전을 구현할 수 있다.In addition, the present invention can implement ultra-clean power generation that does not require the capture and storage of carbon dioxide by increasing the hydrogen rate in the syngas discharged from the gasifier by using the water vapor supply unit and enabling power generation using hydrogen.

도 1은 종래의 복합 발전 시스템에 대한 구성의 일 예를 나타내는 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 발전 시스템을 나타내는 개념도.
도 3은 도 2에 도시된 복합 발전 시스템에서 발전량 증가가 필요한 제1 운전 모드와 일반 운전모드를 나타내는 흐름도.
도 4는 도 2에 도시된 복합 발전 시스템에서 수소 생산이 필요한 제2 운전 모드와 일반 운전모드를 나타내는 흐름도.
1 is a conceptual diagram illustrating an example of a configuration for a conventional combined cycle power generation system.
2 is a conceptual diagram illustrating a combined cycle power generation system according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a first operation mode and a normal operation mode requiring an increase in generation amount in the combined cycle power generation system shown in FIG. 2 .
4 is a flowchart illustrating a second operation mode and a general operation mode requiring hydrogen production in the combined cycle power generation system shown in FIG. 2 .

이하, 본 발명과 관련된 복합 발전 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.Hereinafter, the combined power generation system related to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. In the present specification, the same and similar reference numerals are assigned to the same and similar components in different embodiments, and the description is replaced with the first description. As used herein, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 발전 시스템(100)을 나타내는 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating the combined cycle power generation system 100 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 복합 발전 시스템(100)은 보일러(110), 증기터빈(120), 가스화기(130), 가스터빈(140) 및 저장조(150)를 포함한다. 복합 발전 시스템(100)은 공급장치부(160)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the combined cycle power generation system 100 includes a boiler 110 , a steam turbine 120 , a gasifier 130 , a gas turbine 140 , and a storage tank 150 . The combined cycle power generation system 100 may include a supply unit 160 .

보일러(110)는 공기분리장치(ASU)(102)에서 분리된 공기를 산소 유량 조절 밸브(103)를 통해 공급받는다. 산소 유량 조절 밸브(103)를 통해 공급된 공기와 연료가 연소되는 반응이 보일러(110)에서 일어난다. 연소 반응을 통해 보일러(110)는 증기를 발생시킨다. The boiler 110 receives the air separated by the air separation unit (ASU) 102 through the oxygen flow control valve 103 . A reaction in which the air supplied through the oxygen flow control valve 103 and fuel is combusted occurs in the boiler 110 . Through the combustion reaction, the boiler 110 generates steam.

증기터빈(120)은 보일러(110)에서 생성된 증기를 공급받아 구동되고 전기를 생산한다.The steam turbine 120 is driven by receiving the steam generated by the boiler 110 and generates electricity.

가스화기(130)는 공기분리장치(ASU)(102)에서 분리된 공기를 산소 유량 조절 밸브(104)를 통해 공급받고, 연료 공급 장치(101)를 통해서는 연료가 공급된다. 그리고 보일러(110)에서 발생한 고온의 이산화탄소는 배가스 유량 조절 밸브(112, 113)를 통해 가스화기(130)에 공급되어 상기 공기 및 연료와 함께 열분해 및 가스화 반응이 일어나 합성가스를 발생시킨다.The gasifier 130 receives the air separated by the air separation unit (ASU) 102 through the oxygen flow control valve 104 , and fuel is supplied through the fuel supply unit 101 . And the high-temperature carbon dioxide generated in the boiler 110 is supplied to the gasifier 130 through the flue gas flow control valves 112 and 113, and thermal decomposition and gasification reactions occur together with the air and fuel to generate syngas.

가스터빈(140)은 가스화기(130)에서 열분해 및 가스화 반응에 의해 발생하는 합성가스를 합성가스 조절장치부(134) 및 연소기(135)를 통해 공급받고, 구동되어 전기를 생산한다. The gas turbine 140 receives syngas generated by thermal decomposition and gasification reaction in the gasifier 130 through the syngas control unit 134 and the combustor 135 and is driven to produce electricity.

저장조(150)에 가스화기(130)에서 열분해 및 가스화 반응에 의해 생성된 촤(char)가 저장된다. 이에 따라, 가스화기(130)에서 생성된 촤(char)가 바로 보일러(110)로 공급되지 않고 저장조(150)에 저장됨으로써 복합 발전 시스템(100)의 유연운전을 가능하게 하였다.In the storage tank 150 , char generated by thermal decomposition and gasification reaction in the gasifier 130 is stored. Accordingly, the char generated in the gasifier 130 is not directly supplied to the boiler 110 but is stored in the storage tank 150 to enable flexible operation of the combined cycle power plant 100 .

한편, 복합 발전 시스템(100)은 공급장치부(160)을 더 포함할 수 있다. Meanwhile, the combined cycle power generation system 100 may further include a supply unit 160 .

공급장치부(160)는 저장조(150)에 연결된다. 공급장치부(160)는 저장조(150)에 저장된 촤(char)가 보일러(110)에 공급되도록 한다. The supply unit 160 is connected to the storage tank 150 . The supply unit 160 allows the char stored in the storage tank 150 to be supplied to the boiler 110 .

한편, 복합 발전 시스템(100)은 제어부(170)을 더 포함할 수 있다. Meanwhile, the combined cycle power generation system 100 may further include a control unit 170 .

제어부(170)는 공급장치부(160)를 제어하여 저장조(150)에 저장된 촤(char)가 보일러(110)에 공급되는 양을 조절한다. 이에 따라 복합 발전 시스템(100)은 증기터빈과(120)과 가스터빈(140)에 의한 발전량을 조절할 수 있어 발전량 조절 응동성을 가질 수 있다. The control unit 170 controls the supply unit 160 to adjust the amount of char stored in the storage tank 150 to be supplied to the boiler 110 . Accordingly, the combined power generation system 100 can control the amount of power generated by the steam turbine unit 120 and the gas turbine 140 , and thus can have power generation control responsiveness.

한편, 복합 발전 시스템(100)은 합성가스 버너(111)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the combined cycle power generation system 100 may further include a syngas burner 111 .

합성가스 버너(111)는 보일러(110)에 구비되어, 가스화기(130)에서 배출되는 합성가스를 이용하여 보일러(110)에서 증기를 발생시킨다.The syngas burner 111 is provided in the boiler 110 to generate steam in the boiler 110 using the syngas discharged from the gasifier 130 .

한편, 복합 발전 시스템(100)은 합성가스 분배장치부(131)를 더 포함할 수 있다. Meanwhile, the combined cycle power generation system 100 may further include a syngas distribution unit 131 .

합성가스 분배장치부(131)은 가스화기(130)의 배출부에 연결된다. 합성가스 분배장치부(131)는 합성가스를 합성가스 버너(111)에 공급하여 보일러(110)의 기동용 연료로 이용된다. 이를 통해 복합 발전 시스템(100)의 운전시 별도의 보조연료 없이 가스화기(130)에서 배출된 합성가스를 보일러(110) 내 촤(char)의 연소가능 온도까지 높여줄 수 있다. 그리고 보일러(110)의 부하를 급격히 증가시켜야 할 필요가 있는 경우나, 층물질 온도를 일정하기 유지하는 용도로 사용할 수 있다. 이를 통해 복합 발전 시스템(100)의 초기 기동비용을 줄일 수 있어 경제적이다.The syngas distribution unit 131 is connected to the outlet of the gasifier 130 . The syngas distribution unit 131 supplies syngas to the syngas burner 111 and is used as a fuel for starting the boiler 110 . Through this, it is possible to increase the syngas discharged from the gasifier 130 to the combustible temperature of char in the boiler 110 without a separate auxiliary fuel during operation of the combined cycle power generation system 100 . And when it is necessary to rapidly increase the load of the boiler 110, it can be used for the purpose of maintaining a constant temperature of the layer material. Through this, the initial start-up cost of the combined power generation system 100 can be reduced, which is economical.

한편 복합 발전 시스템(100)은 수증기 공급장치부(180)를 더 포함할 수 있다. Meanwhile, the combined cycle power generation system 100 may further include a steam supply unit 180 .

수증기 공급장치부(180)는 수증기를 가스화기(130)을 공급한다. 가스화기(130)에서 열분해 및 가스화 반응에 의해 배출된 합성가스는 합성가스 분배장치부(131)를 통해 합성가스 정제부(132a, 132b)로 유입된다. 합성가스 정제부(132a, 132b)에서는 합성가스 내 수소를 정제하여 수소저장부(133)에 저장한다. The steam supply unit 180 supplies the steam to the gasifier 130 . The syngas discharged by the pyrolysis and gasification reaction in the gasifier 130 is introduced into the syngas purification units 132a and 132b through the syngas distribution unit 131 . The synthesis gas purification units 132a and 132b purify hydrogen in the synthesis gas and store it in the hydrogen storage unit 133 .

한편 복합 발전 시스템(100)은 제어부(170)를 더 포함할 수 있다. Meanwhile, the combined cycle power generation system 100 may further include a control unit 170 .

제어부(170)는 수증기 공급장치부(180)를 제어하여 수증기가 공급장치부(180)에서 가스화기(130)로 공급되는 것을 제어한다. 가스화기(130)에 수증기를 공급함으로써 가스화기(130)에서 열분해 및 가스화 반응에 의해 배출되는 합성가스 내 수소율을 높일 수 있다. The control unit 170 controls the water vapor supply unit 180 to control the supply of water vapor from the supply unit 180 to the gasifier 130 . By supplying water vapor to the gasifier 130 , it is possible to increase the hydrogen rate in the syngas discharged by the pyrolysis and gasification reaction in the gasifier 130 .

한편 복합 발전 시스템(100)은 합가스 정제부(132)를 더 포함할 수 있다. Meanwhile, the combined cycle power generation system 100 may further include a combined gas purification unit 132 .

합성가스 정제부(132)는 가스화기(130)에서 합성가스가 배출되는 배출부에 연결된다. 합성가스 정제부(132)는 가스화기(130)으로부터 배출된 합성가스를 합성가스 분배장치부에서 공급받아 합성가스 내 수소를 획득할 수 있다.The syngas purification unit 132 is connected to the discharge unit from which the syngas is discharged from the gasifier 130 . The syngas purification unit 132 may receive the syngas discharged from the gasifier 130 from the syngas distribution unit to obtain hydrogen in the syngas.

한편, 복합 발전 시스템(100)은 수소가스터빈(140)을 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the combined cycle power generation system 100 may further include a hydrogen gas turbine 140 .

수소가스터빈(140)은 수소저장부(133)에 저장된 수소를 이용하여 구동된다. 수소가스터빈(140)은 발전기를 구동하여 전력을 생산한다. 이와 같은 구성의 복합 발전 시스템(100)에 의하면 수소를 이용하여 발전함으로써 이산화탄소의 포집 및 저장이 필요없는 초청정 발전을 구현할 수 있다.The hydrogen gas turbine 140 is driven using hydrogen stored in the hydrogen storage unit 133 . The hydrogen gas turbine 140 generates electric power by driving a generator. According to the combined power generation system 100 having such a configuration, it is possible to implement ultra-clean power generation that does not require the capture and storage of carbon dioxide by generating electricity using hydrogen.

한편, 복합 발전 시스템(100)은 가스터빈(140)의 열을 이용하여 증기터빈(120)의 증기를 가열하는 열교환기(141) 및 직접 접촉식 열교환기(DCC)(142)를 더 포함할 수 있다. 또한, 복합 발전 시스템(100)은 CPU(143) 및 재순환 블러워(115)를 더 포함할 수 있다. 그리고 보일러(110)에서 연소반응을 통해 배출되는 배가스가 재순환 배가스 조절 밸브(114)를 통해 이산화탄소 저장부(144)에 저장될 수 있다. On the other hand, the combined cycle power system 100 may further include a heat exchanger 141 and a direct contact heat exchanger (DCC) 142 for heating the steam of the steam turbine 120 using the heat of the gas turbine 140 . can In addition, the combined cycle power system 100 may further include a CPU 143 and a recirculation blower 115 . In addition, the exhaust gas discharged through the combustion reaction in the boiler 110 may be stored in the carbon dioxide storage unit 144 through the recirculation exhaust gas control valve 114 .

이하, 도 3을 참조하여 복합 발전 시스템(100)의 제1 운전 모드와 일반 운전 모드에 대해서 설명한다. Hereinafter, a first operation mode and a general operation mode of the combined cycle power generation system 100 will be described with reference to FIG. 3 .

도 3은 도 2에 도시된 복합 발전 시스템(100)에서 발전량 증가가 필요한 제1 운전 모드와 일반 운전 모드를 나타내는 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a first operation mode and a normal operation mode requiring an increase in the amount of power generation in the combined cycle power generation system 100 illustrated in FIG. 2 .

도 3을 참조하면, 발전량 증가가 필요한 경우 복합 발전 시스템(100)은 제1 운전 모드로 운전된다. 제1 운전 모드에서 가스터빈(140)을 이용한 발전이 부하응동성이 높아 발전부하의 조정이 급하게 필요한 경우, 가스화기(130)에서 합성가스의 생산을 증가시켜 가스터빈(140)의 발전량을 증가시킨다. 그리고 가스화기(130)에서 열분해 및 가스화 반응에 의해 생성된 촤(char)는 저장조(150)에 저장된다. 이와 달리, 일반 운전 모드에서 발전부하의 조정이 크지 않을 경우, 저장조(150)에 저장된 촤(char)를 보일러(110)에 공급하여 운전을 하면 된다. 아울러 저장조(150)에 저장된 촤(char)를 보일러(110)의 연료로 사용하여 증기터빈(120)를 이용하여 전력을 생산할 수 있어 그 경제성을 극대화할 수 있다.Referring to FIG. 3 , when an increase in the amount of power generation is required, the combined power generation system 100 is operated in the first operation mode. In the first operation mode, when power generation using the gas turbine 140 has high load responsiveness and an adjustment of the power generation load is urgently needed, the gas turbine 140 increases the amount of power generation by increasing the production of syngas in the gasifier 130 . make it And char (char) generated by the pyrolysis and gasification reaction in the gasifier 130 is stored in the storage tank (150). Contrary to this, when the adjustment of the power generation load is not large in the normal operation mode, the char stored in the storage tank 150 may be supplied to the boiler 110 to operate. In addition, electricity can be produced using the steam turbine 120 by using char stored in the storage tank 150 as a fuel for the boiler 110 , thereby maximizing the economic feasibility.

이하, 도 4를 참고하여 복합 발전 시스템(100)의 제2 운전 모드와 일반 운전 모드에 대하여 설명한다. Hereinafter, the second operation mode and the general operation mode of the combined cycle power generation system 100 will be described with reference to FIG. 4 .

도 4는 도 2에 도시된 복합 발전 시스템(100)에서 수소 생산이 필요한 제2 운전 모드와 일반 운전 모드를 나타내는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a second operation mode and a normal operation mode requiring hydrogen production in the combined cycle power generation system 100 illustrated in FIG. 2 .

도 4를 참조하면, 수소의 생산이 필요한 경우 복합 발전 시스템(100)은 제2 운전 모드로 운전된다. 상기 제2 운전모드에서는, 예를 들어 낮 시간대와 같이 신재생에너지가 전력을 많이 생산하는 시간대에는 전력생산보다 수소의 생산 및 저장이 필요하다. 이 경우. 보일러(110)의 운전을 줄여 증기터빈(120)에 의한 발전량을 감소시킨다. 또, 가스터빈(140)를 이용한 전력생산보다는 가스화기(130)에서 배출된 합성가스를 합성가스 정제부(132a, 132b)를 통해 수소 및 합성가스 생산을 주로 하고, 가스화기(130)에서 발생한 촤(char)는 저장조(150)에 저장하여 복합 발전 시스템(100)의 이용률을 높이고 운영 경제성을 확보할 수 있다. 그리고 신재생에너지가 전력을 적게 생산하는 시간대, 예를 들어 밤 시간대에는 기 생산되어 수소저장부(133)에 저장된 수소 및 합성가스를 이용하여 가스터빈(수소터빈 포함)(140)을 사용하여 전기를 생산할 수 있어 경제성을 극대화할 수 있다. Referring to FIG. 4 , when hydrogen production is required, the combined cycle power generation system 100 is operated in the second operation mode. In the second operation mode, for example, during a time period in which renewable energy produces a lot of electricity, such as during the daytime, production and storage of hydrogen is required rather than electricity production. in this case. By reducing the operation of the boiler 110, the amount of power generated by the steam turbine 120 is reduced. In addition, rather than generating electricity using the gas turbine 140 , the synthesis gas discharged from the gasifier 130 is mainly produced by the synthesis gas purification units 132a and 132b to produce hydrogen and synthesis gas, and the gasifier 130 generates Char can be stored in the storage tank 150 to increase the utilization rate of the combined cycle power generation system 100 and secure operational economics. And in the time zone when renewable energy produces little electricity, for example, at night time, electricity using a gas turbine (including a hydrogen turbine) 140 using hydrogen and syngas that have been produced and stored in the hydrogen storage unit 133 . can be produced, maximizing economic efficiency.

이상에서 설명된 복합 발전 시스템은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The combined power generation system described above is not limited to the configuration and method of the embodiments described above, the embodiments may be configured by selectively combining all or part of each embodiment so that various modifications can be made.

10: 종래의 복합 발전 시스템
100: 복합 발전 시스템
11, 110: 보일러
10a, 101: 연료공급장치
10b, 102: 공기분리장치(ASU)
10c, 10d, 103, 104: 산소 유량조절 밸브
111: 합성가스 버너
11a,11b, 112, 113: 배가스 유량조절 밸브
11c, 114: 재순환 배가스 조절 밸브
11d, 115: 재순환 블러워
12, 120: 증기터빈
13, 130: 가스화기
131: 합성가스 분배장치부
13a, 13b, 132a, 132b: 합성가스 정제부
13c, 133: 수소저장부
13d, 134: 합성가스 조절장치부
13e, 135: 연소기
14, 140: 가스터빈, 수소가스터빈
14a, 141: 열교환기
14b, 142: 직접 접촉식 열교환기(DCC)
14c, 143: CPU
14d, 144: 이산화탄소 저장부
150: 저장조
160: 공급장치부
170: 제어부
180: 수증기 공급장치부
10: Conventional combined cycle power generation system
100: combined cycle system
11, 110: boiler
10a, 101: fuel supply device
10b, 102: air separation device (ASU)
10c, 10d, 103, 104: oxygen flow control valve
111: syngas burner
11a, 11b, 112, 113: exhaust gas flow control valve
11c, 114: recirculation flue gas control valve
11d, 115: recirculating blower
12, 120: steam turbine
13, 130: gasifier
131: syngas distribution device unit
13a, 13b, 132a, 132b: syngas purification unit
13c, 133: hydrogen storage unit
13d, 134: syngas control unit
13e, 135: combustor
14, 140: gas turbine, hydrogen gas turbine
14a, 141: heat exchanger
14b, 142: Direct Contact Heat Exchanger (DCC)
14c, 143: CPU
14d, 144: carbon dioxide storage unit
150: storage tank
160: supply unit
170: control unit
180: water vapor supply unit

Claims (11)

산소 조건에서 연료의 완전한 연소가 이루어질 수 있도록 상기 연소에 의해 발생된 열을 순환시켜 증기를 생성하는 보일러;
상기 보일러에서 생성된 상기 증기를 공급받아 구동되도록 이루어지는 증기터빈;
화석연료와 상기 보일러로부터 발생되는 고온의 이산화탄소를 공급받아 열분해 및 가스화 반응에 의해 합성가스를 생성 및 배출하도록 이루어지는 가스화기;
상기 가스화기에서 발생하는 상기 합성가스를 공급받아 구동되도록 이루어지는 가스터빈; 및
상기 가스화기에서 상기 열분해 및 가스화 반응에 의해 생성된 촤(char)의 저장이 가능하도록 형성되는 저장조를 포함하는 복합 발전 시스템.
a boiler for generating steam by circulating the heat generated by the combustion so that the fuel can be completely burned in oxygen condition;
a steam turbine configured to be driven by receiving the steam generated by the boiler;
a gasifier configured to receive fossil fuel and high-temperature carbon dioxide generated from the boiler to generate and discharge syngas through thermal decomposition and gasification reaction;
a gas turbine configured to be driven by receiving the syngas generated from the gasifier; and
Combined power generation system including a storage tank formed to enable storage of char (char) generated by the pyrolysis and gasification reaction in the gasifier.
제1항에 있어서,
상기 저장조에서 상기 보일러로 공급되는 상기 촤(char)의 양을 조절하여 상기 보일러의 부하를 조절하도록 이루어지는 공급장치부를 더 포함하는 복합 발전 시스템.
According to claim 1,
Combined power generation system further comprising a supply unit configured to control the load of the boiler by adjusting the amount of the char (char) supplied from the storage tank to the boiler.
제2항에 있어서,
상기 보일러에서 상기 증기의 생성이 이루어지도록, 상기 공급장치부를 제어하여 상기 저장조에 저장된 상기 촤(char)를 상기 보일러로 공급하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
3. The method of claim 2,
Combined power generation system, characterized in that it further comprises a control unit for controlling the supply unit to supply the char stored in the storage tank to the boiler so that the steam is generated in the boiler.
제2항에 있어서,
상기 보일러는, 상기 가스화기에서 배출되는 상기 합성가스를 연료로 이용하여 상기 증기를 발생시키도록 이루어지는 합성가스 버너를 구비하는 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
3. The method of claim 2,
The boiler, combined power generation system comprising a syngas burner configured to generate the steam by using the syngas discharged from the gasifier as a fuel.
제4항에 있어서,
상기 보일러에서 발생되는 상기 증기의 온도를 증가시키는데 상기 합성가스를 이용 가능하도록, 상기 가스화기에서 생성된 상기 합성가스를 상기 합성가스 버너에 주입하는 합성가스 분배장치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
5. The method of claim 4,
Complex characterized in that it further comprises a syngas distribution device for injecting the syngas generated in the gasifier into the syngas burner so that the syngas can be used to increase the temperature of the steam generated in the boiler. power generation system.
제2항에 있어서,
상기 가스화기에서 발생하는 상기 합성가스의 수소수율을 증가시키도록 상기 가스화기에 수증기를 공급하는 수증기 공급장치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
3. The method of claim 2,
Combined power generation system, characterized in that it further comprises a water vapor supply unit for supplying water vapor to the gasifier to increase the hydrogen yield of the synthesis gas generated in the gasifier.
제6항에 있어서,
상기 수증기를 이용하여 상기 보일러에서 생성되는 증기의 온도를 상승시키도록, 상기 수증기 공급장치부에서 상기 보일러로 상기 수증기를 공급하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
7. The method of claim 6,
The combined cycle power generation system of claim 1, further comprising: a controller configured to supply the steam from the steam supply unit to the boiler to increase the temperature of the steam generated in the boiler by using the steam.
제6항에 있어서,
상기 합성가스가 배출되는 상기 가스화기의 배출부에 연결되고, 상기 가스화기에서 생성된 상기 합성가스 중 수소를 정제하여 얻을 수 있도록 이루어지는 합성가스 정제부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
7. The method of claim 6,
Combined power generation system, characterized in that it is connected to the discharge part of the gasifier from which the syngas is discharged, and further comprises a syngas purification unit made to be obtained by purifying hydrogen of the syngas generated in the gasifier.
제8항에 있어서,
상기 합성가스 정제부에서 생성된 상기 수소를 이용하여 발전기를 구동시키도록 이루어지는 수소가스터빈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
9. The method of claim 8,
Combined power generation system, characterized in that it further comprises a hydrogen gas turbine configured to drive a generator using the hydrogen generated in the synthesis gas purification unit.
제2항에 있어서,
발전량 증가가 요구되는 제1 운전모드에서, 상기 가스터빈에서 상기 보일러로 공급되는 상기 촤(char)의 공급량을 감소시키고, 상기 가스화기에서 상기 합성가스를 연소시켜 상기 가스터빈의 발전량을 증가시키도록 이루어지는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
3. The method of claim 2,
In the first operation mode in which an increase in power generation is required, the supply amount of the char supplied from the gas turbine to the boiler is reduced, and the synthesis gas is burned in the gasifier to increase the power generation amount of the gas turbine. Combined power generation system, characterized in that it further comprises a control unit made of.
제8항에 있어서,
상기 합성가스 정제부는 상기 수소를 저장하는 수소저장부를 구비하고,
상기 수소의 생산이 요구되는 제2 운전모드에서, 상기 합성가스 정제부에서 정제된 상기 수소를 상기 수소저장부에 저장시키고 상기 수소저장부에 저장된 수소를 이용하여 상기 수소가스터빈을 구동시키는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
9. The method of claim 8,
The synthesis gas purification unit has a hydrogen storage unit for storing the hydrogen,
In the second operation mode in which the production of hydrogen is required, a control unit for storing the hydrogen purified by the synthesis gas purification unit in the hydrogen storage unit and driving the hydrogen gas turbine using the hydrogen stored in the hydrogen storage unit; Combined power generation system, characterized in that it further comprises.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114687820A (en) * 2022-03-30 2022-07-01 刘小江 Cogeneration device and method based on carbon dioxide conversion and utilization
CN115387914A (en) * 2022-08-08 2022-11-25 哈尔滨工业大学 Ammonia decomposition synthesis gas turbine and hydrogen-doped gas turbine combined power generation system

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