KR101628611B1 - Supercritical CO2 generation system using multistage compressing and expanding of working fluid - Google Patents

Supercritical CO2 generation system using multistage compressing and expanding of working fluid Download PDF

Info

Publication number
KR101628611B1
KR101628611B1 KR1020150044501A KR20150044501A KR101628611B1 KR 101628611 B1 KR101628611 B1 KR 101628611B1 KR 1020150044501 A KR1020150044501 A KR 1020150044501A KR 20150044501 A KR20150044501 A KR 20150044501A KR 101628611 B1 KR101628611 B1 KR 101628611B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pressure turbine
working fluid
compressor
heat exchanger
generation system
Prior art date
Application number
KR1020150044501A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
노철우
황정호
강승규
Original Assignee
두산중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 두산중공업 주식회사 filed Critical 두산중공업 주식회사
Priority to KR1020150044501A priority Critical patent/KR101628611B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101628611B1 publication Critical patent/KR101628611B1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F01K25/103—Carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • F01K7/22—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type the turbines having inter-stage steam heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • F01K7/22—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type the turbines having inter-stage steam heating
    • F01K7/24—Control or safety means specially adapted therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/32—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines using steam of critical or overcritical pressure

Abstract

The present invention relates to a supercritical CO_2 generation system using multistage compression and expansion of working fluid. The present invention comprises: a first compressor for compressing working fluid; a first heat exchanger for exchanging heat firstly with the working fluid passed through the first compressor; a second heat exchanger for exchanging heat secondly with the working fluid passed through the first heat exchanger; a high-pressure turbine which expands the working fluid; a low-pressure turbine which expands the working fluid which passed through the high-pressure turbine; and a cooler for cooling the working fluid which passed through the low-pressure turbine, connected to the front end of the first compressor, and providing the same for the first compressor. Additionally, the present invention may include a third heat exchanger, arranged between the second heat exchanger and high-pressure turbine, for finally exchanging heat with the working fluid which passed through the second heat exchanger. According to the disclosed specification, the present invention is capable of improving the generation efficiency of the system by expanding working fluid with a huge pressure ratio. Also, since various operations are possible such as single operation and combined operation of the high-pressure or low-pressure turbine, the control of the system is easy depending on the request of output.

Description

작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템{Supercritical CO2 generation system using multistage compressing and expanding of working fluid}[0001] The present invention relates to a supercritical CO2 generation system using multi-stage compression and expansion of a working fluid,

본 발명은 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시스템의 발전 효율을 향상시킬 수 있는 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a supercritical carbon dioxide power generation system, and more particularly, to a supercritical carbon dioxide power generation system capable of improving power generation efficiency of a system.

국제적으로 효율적인 전력 생산에 대한 필요성이 점차 커지고 있고, 공해물질 발생을 줄이기 위한 움직임이 점차 활발해짐에 따라 공해물질의 발생을 줄이면서 전력 생산량을 높이기 위해 여러 가지 노력을 기울이고 있으며, 그 중 하나로 일본특허공개 제2012-145092호에 개시된 바와 같이 초임계 이산화탄소를 작동 유체로 사용하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템(Power generation system using Supercritical CO2)에 대한 연구 개발이 활성화되고 있다.Internationally, there is a growing need for efficient power generation. As the movement to reduce pollutant emissions becomes more active, various efforts are being made to increase the production of electricity while reducing the generation of pollutants. Research and development of a supercritical carbon dioxide power generation system using supercritical carbon dioxide as a working fluid has been promoted as disclosed in JP-A-2012-145092.

초임계 상태의 이산화탄소는 액체 상태와 유사한 밀도에 기체와 비슷한 점성을 동시에 가지므로 기기의 소형화와 더불어, 유체의 압축 및 순환에 필요한 전력소모를 최소화할 수 있다. 동시에 임계점이 31.4?, 72.8기압으로, 임계점이 373.95?, 217.7기압인 물보다 매우 낮아서 다루기가 용이한 장점이 있다. 이러한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 550?에서 운전할 경우 약 45% 수준의 순발전효율을 보이며, 기존 스팀 사이클의 발전효율 대비 20% 이상의 발전효율 향상과 함께 터보기기를 수십 분의 1 수준으로 축소가 가능한 장점이 있다.Since supercritical carbon dioxide has a gas-like viscosity at a density similar to that of a liquid state, it can minimize the power consumption required for compression and circulation of the fluid as well as miniaturization of the apparatus. At the same time, the critical point is 31.4 ?, 72.8 atmospheres, and the critical point is much lower than the water at 373.95 ?, 217.7 atmospheres. This supercritical carbon dioxide power generation system shows a net generation efficiency of about 45% when operated at 550 ° C, and can improve the power generation efficiency by more than 20% compared to the existing steam cycle power generation efficiency and reduce the turbo device to one tenth There are advantages.

그런데 이러한 종래의 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 고압 터빈과 저압 터빈의 압력차가 작아 양쪽 모두에서 일의 출력이 적으며, 시스템의 운전 모드 및 자유도에 있어 제약을 받는다. 또한, 작동 유체인 초임계 이산화탄소의 유량 분배 측면에서 고압 터빈과 저압 터빈의 유량이 40:60 또는 50:50에서 가장 높은 효율로 구동하나, 펌프 출구의 유량 대비 고압 터빈 측 유량이 작아 시스템 전체 효율이 낮은 문제가 있다.
However, the conventional supercritical carbon dioxide power generation system has a small pressure difference between the high-pressure turbine and the low-pressure turbine, so that the power output is low in both of them, and the operation mode and the degree of freedom of the system are restricted. In terms of flow distribution of supercritical carbon dioxide, which is a working fluid, the flow rates of the high pressure turbine and the low pressure turbine are driven at the highest efficiency at 40:60 or 50:50. However, the flow rate at the high pressure turbine side is smaller than the flow rate at the pump outlet, This is a low problem.

일본특허공개 제2012-145092호 (공개일 2012. 08. 02)Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2012-145092 (published on Aug. 02, 2012)

본 발명의 목적은 시스템의 발전 효율을 향상시키고, 수요 측의 출력 요구에 따라 시스템의 제어가 용이한 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to provide a supercritical carbon dioxide power generation system that improves the power generation efficiency of a system and facilitates the control of the system in accordance with an output demand on the demand side.

본 발명의 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은, 작동 유체를 압축하는 제1 압축기와, 상기 제1 압축기를 통과한 상기 작동 유체와 1차로 열교환하는 제1 열교환기와, 상기 제1 열교환기를 통과한 상기 작동 유체와 2차로 열교환하는 제2 열교환기와, 상기 제2 열교환기를 통과한 상기 작동 유체를 팽창시키는 고압 터빈과, 상기 고압 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 팽창시키는 저압 터빈과, 상기 제1 압축기의 전단에 연결되어 상기 저압 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 냉각시켜 상기 제1 압축기로 공급하는 쿨러를 포함하며, 상기 제2 열교환기와 상기 고압 터빈의 사이에 구비되어 상기 제2 열교환기를 통과한 상기 작동 유체와 최종 열교환하는 제3 열교환기를 더 포함할 수 있다.A supercritical carbon dioxide power generation system using multistage compression and expansion of a working fluid according to the present invention comprises a first compressor for compressing a working fluid, a first heat exchanger for performing heat exchange with the working fluid passing through the first compressor, A high pressure turbine for expanding the working fluid that has passed through the second heat exchanger, and a low pressure turbine for expanding the working fluid that has passed through the high pressure turbine, And a cooler connected to a front end of the first compressor and cooling the working fluid passing through the low pressure turbine to supply the cooled working fluid to the first compressor, wherein the cooler is provided between the second heat exchanger and the high pressure turbine, And a third heat exchanger for final heat exchange with the working fluid passing through the second heat exchanger.

상기 제1 열교환기 및 제2 열교환기는 상기 작동 유체를 복열하는 리큐퍼레이터(recuperator)인 것을 특징으로 한다.The first heat exchanger and the second heat exchanger are recuperators for recovering the working fluid.

상기 제3 열교환기는 회수한 폐열을 상기 작동 유체에 전달하는 것을 특징으로 한다.And the third heat exchanger transfers the recovered waste heat to the working fluid.

상기 저압 터빈을 통과한 상기 작동 유체는 상기 제1 열교환기로 보내지며, 상기 저압 터빈 및 제1 열교환기를 거친 상기 작동 유체는 상기 쿨러로 보내지는 것을 특징으로 한다.The working fluid passing through the low pressure turbine is sent to the first heat exchanger and the working fluid passed through the low pressure turbine and the first heat exchanger is sent to the cooler.

상기 고압 터빈의 후단과 상기 저압 터빈의 전단 사이(분기점 C)에서 분기되어 상기 제2 열교환기에 연결되는 고온측 작동 유체 라인과, 상기 고온측 작동 유체 라인 상에 설치된 고온측 조절 밸브를 더 포함할 수 있다.A high temperature side working fluid line branched from the rear end of the high pressure turbine and the front end of the low pressure turbine (branch point C) and connected to the second heat exchanger, and a high temperature side control valve provided on the high temperature side working fluid line .

상기 고압 터빈을 거친 후 분기되어 상기 제2 열교환기로 유입되는 상기 작동 유체는 상기 쿨러로 보내지는 것이 특징이다.And the working fluid branched after passing through the high-pressure turbine and flowing into the second heat exchanger is sent to the cooler.

상기 제1 열교환기와 상기 쿨러의 사이에 구비되며, 상기 저압 터빈과 제1 열교환기를 차례로 거친 상기 작동 유체를 압축하는 제2 압축기를 더 포함할 수 있다.And a second compressor provided between the first heat exchanger and the cooler for compressing the working fluid in turn through the low pressure turbine and the first heat exchanger.

상기 고압 터빈 및 제2 열교환기를 차례로 거친 상기 작동 유체는, 상기 제2 압축기를 거친 상기 작동 유체와, 상기 제2 압축기와 상기 쿨러의 사이(분기점 D)에서 혼합되어 상기 쿨러로 보내질 수 있다.The working fluid that has passed through the high-pressure turbine and the second heat exchanger in turn may be mixed with the working fluid through the second compressor and between the second compressor and the cooler (branch point D) and sent to the cooler.

상기 쿨러의 후단과 상기 제1 압축기의 전단 사이에 구비되어 상기 작동 유체를 임시 저장하는 플래쉬 탱크(flash tank)를 더 포함할 수 있다.And a flash tank provided between the rear end of the cooler and the front end of the first compressor for temporarily storing the working fluid.

상기 쿨러의 전단과 상기 플래쉬 탱크를 연결하는 탱크 순환 바이패스 라인을 더 포함하며, 상기 플래쉬 탱크로 유입된 기체 상태의 상기 작동 유체가 상기 탱크 순환 바이패스 라인을 통해 상기 쿨러의 전단으로 유입되는 것을 특징으로 한다.Further comprising a tank circulation bypass line connecting the front end of the cooler and the flash tank, wherein the gaseous working fluid introduced into the flash tank flows into the front end of the cooler through the tank circulation bypass line .

상기 플래쉬 탱크의 후단과 상기 제1 압축기의 후단을 연결하는 제1 압축기 순환 라인; 상기 제1 압축기 순환 라인 상에 설치되는 제1 압축기 순환 밸브; 상기 제1 압축기 순환 라인이 분기되는 분기점(분기점 A) 이후에 구비되며 상기 제1 압축기를 통과한 상기 작동 유체를 상기 제1 열교환기로 보내는 압축기 출구측 조절 밸브를 더 포함할 수 있다.A first compressor circulation line connecting the rear end of the flash tank and the rear end of the first compressor; A first compressor circulation valve installed on the first compressor circulation line; And a compressor outlet-side regulating valve that is provided after a branch point (branch point A) at which the first compressor circulation line is branched and that sends the working fluid that has passed through the first compressor to the first heat exchanger.

상기 제1 압축기의 초기 기동 시 상기 압축기 출구측 조절 밸브는 폐쇄되고 상기 제1 압축기 순환 밸브가 개방되어 상기 제1 압축기를 통과한 상기 작동 유체가 상기 제1 압축기의 전단으로 재 유입되는 것을 특징으로 한다.Wherein the compressor outlet-side regulating valve is closed at the time of initial startup of the first compressor, the first compressor circulation valve is opened, and the working fluid having passed through the first compressor is re-introduced into the front end of the first compressor. do.

상기 제2 압축기의 후단과 상기 쿨러의 전단을 연결하는 작동 유체 라인 상에서 분기(분기점 B)되어 상기 제2 압축기의 후단과 상기 플래쉬 탱크의 전단을 연결하는 부스팅 우회 라인과, 상기 부스팅 우회 라인 상에 설치되는 부스팅 조절 밸브를 더 포함하며, 상기 부스팅 조절 밸브는 상기 제1 압축기의 초기 기동 시 개방되는 것을 특징으로 한다.A boosting bypass line for branching (branching point B) on a working fluid line connecting the rear end of the second compressor and the front end of the cooler to connect the rear end of the second compressor and the front end of the flash tank, Wherein the boosting control valve is opened during an initial startup of the first compressor.

상기 제2 압축기의 전단과 후단을 연결하는 제2 압축기 우회 라인과, 상기제2 압축기 우회 라인 상에 설치되는 우회 밸브를 더 포함하며, 상기 우회 밸브는 상기 제1 압축기의 초기 기동 시 개방되는 것을 특징으로 한다.Further comprising: a second compressor bypass line connecting the front end and the rear end of the second compressor; and a bypass valve installed on the second bypass bypass line, wherein the bypass valve is opened when the first compressor starts .

상기 고압 터빈 및 저압 터빈의 전단에 각각 설치된 고압 터빈측 유량 조절밸브 및 저압 터빈측 유량 조절 밸브와, 상기 제3 열교환기의 후단과 상기 고압 터빈의 후단을 연결하는 고압 터빈측터빈 우회 라인과, 상기 고압 터빈측 터빈 우회 라인 상에 설치되는 고압 터빈 우회 밸브와, 상기 고온측 작동 유체 라인이 분기되는 분기점(분기점 C) 및 상기 저압 터빈의 사이와 상기 저압 터빈의 후단을 연결하는 저압 터빈측 터빈 우회 라인과, 상기 저압 터빈측 터빈 우회 라인 상에 설치되는 저압 터빈 우회 밸브를 더 포함할 수 있다.상기 고압 터빈만 운용하는 경우, 상기 고압 터빈 우회 밸브 및 저압 터빈측유량 조절 밸브는 폐쇄되고 상기 저압 터빈 우회 밸브는 개방되는 것을 특징으로 한다.A high pressure turbine side turbine bypass line connecting the rear end of the third heat exchanger and the rear end of the high pressure turbine, and a high pressure turbine side turbine bypass line connecting the high pressure turbine side downstream flow control valve and the low pressure turbine side flow rate control valve, A low pressure turbine bypass valve connected to the branch point (branch point C) at which the high temperature side working fluid line branches off and a downstream end of the low pressure turbine between the low pressure turbine and a high pressure turbine bypass valve provided on the high pressure turbine bypass line, Pressure turbine bypass valve and the low-pressure turbine bypass valve may be closed when the high-pressure turbine is operated, and the high-pressure turbine bypass valve and the low-pressure turbine bypass valve may be closed, And the low pressure turbine bypass valve is opened.

상기 저압 터빈만 운용하는 경우, 상기 고압 터빈 우회 밸브는 개방되고, 상기 고압 터빈측 유량 조절 밸브 및 저압 터빈 우회 밸브는 폐쇄될 수 있다.When operating the low-pressure turbine only, the high-pressure turbine bypass valve may be opened, and the high-pressure turbine-side flow control valve and the low-pressure turbine bypass valve may be closed.

상기 고압 터빈 및 저압 터빈을 모두 운용하는 경우, 상기 고압 터빈 우회 밸브 및 저압 터빈 우회 밸브는 폐쇄되고, 상기 고압 터빈측 유량 조절 밸브 및 저압 터빈측 유량 조절 밸브는 개방될 수 있다.When both the high-pressure turbine and the low-pressure turbine are operated, the high-pressure turbine bypass valve and the low-pressure turbine bypass valve are closed, and the high-pressure turbine-side flow control valve and the low-pressure turbine-side flow control valve can be opened.

또한, 본 발명의 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은, 작동 유체를 압축하는 제1 압축기와, 상기 제1 압축기를 통과한 상기 작동 유체와 1차로 열교환하는 제1 열교환기와, 상기 제1 열교환기를 통과한 상기 작동 유체와 2차로 열교환하는 제2 열교환기와, 상기 제2 열교환기와 상기 고압 터빈의 사이에 구비되어 상기 제2 열교환기를 통과한 상기 작동 유체와 최종 열교환하는 제3 열교환기와, 상기 제3 열교환기를 통과한 상기 작동 유체를 팽창시키는 고압 터빈과, 상기 고압 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 팽창시키는 저압 터빈과, 상기 제1 압축기의 전단에 연결되어 상기 저압 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 냉각시켜 상기 제1 압축기로 공급하는 쿨러를 포함하며, 상기 쿨러의 전단에 연결되어 상기 쿨러로 유입되는 상기 작동 유체와 열교환하는 제4 열교환기를 더 포함할 수 있다.In addition, the supercritical carbon dioxide power generation system using the multi-stage compression and expansion of the working fluid of the present invention includes a first compressor for compressing a working fluid, a first heat exchanger for performing heat exchange with the working fluid passing through the first compressor, And a third heat exchanger provided between the second heat exchanger and the high pressure turbine for final heat exchange with the working fluid passing through the second heat exchanger, A low pressure turbine for expanding the working fluid that has passed through the high pressure turbine and a low pressure turbine connected to a front end of the first compressor to pass through the low pressure turbine And a cooler for cooling the one working fluid to supply the working fluid to the first compressor, wherein the coolant is connected to a front end of the cooler, And a fourth heat exchanger that performs heat exchange with the working fluid.

상기 제1 열교환기, 제2 열교환기 및 제4 열교환기는 상기 작동 유체를 복열하는 리큐퍼레이터(recuperator)이고, 상기 제3 열교환기는 회수한 폐열을 상기 작동 유체에 전달하는 것을 특징으로 한다.The first heat exchanger, the second heat exchanger and the fourth heat exchanger are recuperators for recovering the working fluid, and the third heat exchanger transfers the recovered waste heat to the working fluid.

상기 제1 열교환기와 상기 제4 열교환기의 사이에 구비되며, 상기 저압 터빈 및 제1 열교환기를 거친 상기 작동 유체를 압축하는 제2 압축기를 더 포함할 수 있다.And a second compressor disposed between the first heat exchanger and the fourth heat exchanger and compressing the working fluid through the low pressure turbine and the first heat exchanger.

상기 저압 터빈을 통과한 상기 작동 유체는 상기 제1 열교환기로 보내지며, 상기 저압 터빈 및 제1 열교환기를 거친 상기 작동 유체는 상기 제2 압축기를 거쳐 상기 제4 열교환기로 보내지는 것이 특징이다.The working fluid having passed through the low pressure turbine is sent to the first heat exchanger and the working fluid passing through the low pressure turbine and the first heat exchanger is sent to the fourth heat exchanger through the second compressor.

상기 제4 열교환기는 상기 제1 압축기의 후단 및 상기 제1 열교환기의 전단과 연결되며, 상기 제1 압축기를 통과한 상기 작동 유체를 가열하여 상기 제1 열교환기로 보내는 것을 특징으로 한다.The fourth heat exchanger is connected to a rear end of the first compressor and a front end of the first heat exchanger, and the working fluid passing through the first compressor is heated and sent to the first heat exchanger.

상기 고압 터빈의 후단과 상기 저압 터빈의 전단 사이(분기점 C)에서 분기되어 상기 제2 열교환기에 연결되는 고온측 작동 유체 라인과, 상기 고온측 작동 유체 라인 상에 설치된 고온측 조절 밸브를 더 포함할 수 있다.A high temperature side working fluid line branched from the rear end of the high pressure turbine and the front end of the low pressure turbine (branch point C) and connected to the second heat exchanger, and a high temperature side control valve provided on the high temperature side working fluid line .

상기 고압 터빈을 거친 후 분기되어 상기 제2 열교환기로 유입되는 상기 작동 유체는 상기 제4 열교환기로 보내지는 것을 특징으로 한다.And the working fluid branched after passing through the high-pressure turbine and flowing into the second heat exchanger is sent to the fourth heat exchanger.

상기 고압 터빈 및 제2 열교환기를 차례로 거친 상기 작동 유체는 상기 제2 압축기를 거친 상기 작동 유체와, 상기 제2 압축기와 상기 제4 열교환기의 사이(분기점 D)에서 혼합되어 상기 쿨러로 보내지는 것을 특징으로 한다.The working fluid passing through the high-pressure turbine and the second heat exchanger in turn is mixed with the working fluid passing through the second compressor and between the second compressor and the fourth heat exchanger (branch point D) to be sent to the cooler .

상기 쿨러의 후단과 상기 제1 압축기의 전단 사이에 구비되어 상기 작동 유체를 임시 저장하는 플래쉬 탱크(flash tank)를 더 포함할 수 있다.And a flash tank provided between the rear end of the cooler and the front end of the first compressor for temporarily storing the working fluid.

상기 쿨러의 전단과 상기 플래쉬 탱크를 연결하는 탱크 순환 바이패스 라인을 더 포함하며, 상기 플래쉬 탱크로 유입된 기체 상태의 상기 작동 유체가 상기 탱크 순환 바이패스 라인을 통해 상기 쿨러의 전단으로 유입되는 것을 특징으로 한다.Further comprising a tank circulation bypass line connecting the front end of the cooler and the flash tank, wherein the gaseous working fluid introduced into the flash tank flows into the front end of the cooler through the tank circulation bypass line .

상기 플래쉬 탱크의 후단과 상기 제1 압축기의 후단을 연결하는 제1 압축기 순환 라인; 상기 제1 압축기 순환 라인 상에 설치되는 제1 압축기 순환 밸브; 상기 제1 압축기 순환 라인이 분기되는 분기점(분기점 A) 이후에 구비되며 상기 제1 압축기를 통과한 상기 작동 유체를 상기 제1 열교환기로 보내는 압축기 출구측 조절 밸브를 더 포함할 수 있다.A first compressor circulation line connecting the rear end of the flash tank and the rear end of the first compressor; A first compressor circulation valve installed on the first compressor circulation line; And a compressor outlet-side regulating valve that is provided after a branch point (branch point A) at which the first compressor circulation line is branched and that sends the working fluid that has passed through the first compressor to the first heat exchanger.

상기 제1 압축기의 초기 기동 시 상기 압축기 출구측 조절 밸브는 폐쇄되고 상기 제1 압축기 순환 밸브가 개방되어 상기 제1 압축기를 통과한 상기 작동 유체가 상기 제1 압축기의 전단으로 재 유입되는 것이 특징이다.The compressor outlet-side regulating valve is closed at the time of initial startup of the first compressor, the first compressor circulation valve is opened, and the working fluid that has passed through the first compressor is re-introduced into the front end of the first compressor .

상기 제2 압축기의 후단과 상기 쿨러의 전단을 연결하는 작동 유체 라인 상에서 분기(분기점 B)되어 상기 제2 압축기의 후단과 상기 플래쉬 탱크의 전단을 연결하는 부스팅 우회 라인과, 상기 부스팅 우회 라인 상에 설치되는 부스팅 조절 밸브를 더 포함하며, 상기 부스팅 조절 밸브는 상기 제1 압축기의 초기 기동 시 개방되는 것을 특징으로 한다.A boosting bypass line for branching (branching point B) on a working fluid line connecting the rear end of the second compressor and the front end of the cooler to connect the rear end of the second compressor and the front end of the flash tank, Wherein the boosting control valve is opened during an initial startup of the first compressor.

상기 제2 압축기의 전단과 후단을 연결하는 제2 압축기 우회 라인과, 상기제2 압축기 우회 라인 상에 설치되는 우회 밸브를 더 포함하며, 상기 우회 밸브는 상기 제1 압축기의 초기 기동 시 개방되는 것이 특징이다.A second compressor bypass line connecting the front end and the rear end of the second compressor, and a bypass valve installed on the second bypass bypass line, wherein the bypass valve is opened when the first compressor starts Feature.

상기 고압 터빈 및 저압 터빈의 전단에 각각 설치된 고압 터빈측 유량 조절밸브 및 저압 터빈측 유량 조절 밸브와, 상기 제3 열교환기의 후단과 상기 고압 터빈의 후단을 연결하는 고압 터빈측터빈 우회 라인과, 상기 고압 터빈측 터빈 우회 라인 상에 설치되는 고압 터빈 우회 밸브와, 상기 고온측 작동 유체 라인이 분기되는 분기점(분기점 C) 및 상기 저압 터빈의 사이와 상기 저압 터빈의 후단을 연결하는 저압 터빈측 터빈 우회 라인과, 상기 저압 터빈측 터빈 우회 라인 상에 설치되는 저압 터빈 우회 밸브를 더 포함할 수 있다.A high pressure turbine side turbine bypass line connecting the rear end of the third heat exchanger and the rear end of the high pressure turbine, and a high pressure turbine side bypass line connected to the rear end of the high pressure turbine and the low pressure turbine, A low pressure turbine bypass valve connected to the branch point (branch point C) at which the high temperature side working fluid line branches off and a downstream end of the low pressure turbine between the low pressure turbine and a high pressure turbine bypass valve provided on the high pressure turbine bypass line, A bypass line and a low pressure turbine bypass valve installed on the turbine bypass line on the low pressure turbine side.

상기 고압 터빈만 운용하는 경우, 상기 고압 터빈 우회 밸브 및 저압 터빈측유량 조절 밸브는 폐쇄되고 상기저압 터빈 우회 밸브는 개방되는 것을 특징으로 한다.Pressure turbine bypass valve and the low-pressure turbine-side flow control valve are closed and the low-pressure turbine bypass valve is opened when the high-pressure turbine is operated only.

상기 저압 터빈만 운용하는 경우, 상기 고압 터빈 우회 밸브는 개방되고, 상기 고압 터빈측 유량 조절 밸브 및 저압 터빈 우회 밸브는 폐쇄될 수 있다.When operating the low-pressure turbine only, the high-pressure turbine bypass valve may be opened, and the high-pressure turbine-side flow control valve and the low-pressure turbine bypass valve may be closed.

상기 고압 터빈 및 저압 터빈을 모두 운용하는 경우, 상기 고압 터빈 우회 밸브 및 저압 터빈 우회 밸브는 폐쇄되고, 상기 고압 터빈측 유량 조절 밸브 및 저압 터빈측 유량 조절 밸브는 개방되는 것을 특징으로 한다.
The high pressure turbine bypass valve and the low pressure turbine bypass valve are closed and the high pressure turbine side flow rate control valve and the low pressure turbine side flow rate control valve are opened when both the high pressure turbine and the low pressure turbine are operated.

본 발명의 일 실시 예에 따른 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 큰 압력비로 작동 유체를 팽창하도록 함으로써 시스템의 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 고압 터빈 또는 저압 터빈의 단독 운전 또는 병용 운전 등 다양한 운전이 가능해 수요 측의 출력 요구에 따라 시스템의 제어가 용이한 장점이 있다.
The supercritical carbon dioxide power generation system using multi-stage compression and expansion of the working fluid according to an embodiment of the present invention can increase the power generation efficiency of the system by expanding the working fluid with a large pressure ratio. In addition, it is possible to perform various operations such as a single operation or a combined operation of a high-pressure turbine or a low-pressure turbine, thereby facilitating the control of the system in accordance with the output demand of the demand side.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 블록도,
도 2는 도 1의 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 세부 구성을 도시한 블록도,
도 3은 도 2의 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 따른 압력-엔탈피 다이어그램,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 세부 구성을 도시한 블록도,
도 5는 도 4의 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 따른 압력-엔탈피 다이어그램이다.1 is a block diagram illustrating a supercritical carbon dioxide power generation system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of the supercritical carbon dioxide power generation system of FIG. 1;
3 is a pressure-enthalpy diagram according to the supercritical carbon dioxide power generation system of FIG. 2,
4 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a supercritical carbon dioxide power generation system according to another embodiment of the present invention.
5 is a pressure-enthalpy diagram according to the supercritical carbon dioxide power generation system of FIG.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a supercritical carbon dioxide power generation system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

일반적으로 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 발전에 사용된 이산화탄소를 외부로 배출하지 않는 폐사이클(close cycle)을 이루며, 작동 유체로 초임계 상태의 이산화탄소를 이용한다.Generally, a supercritical carbon dioxide power generation system forms a closed cycle that does not discharge the carbon dioxide used for power generation, and uses supercritical carbon dioxide as a working fluid.

초임계 이산화탄소 발전 시스템은 작동 유체가 이산화탄소이므로 화력 발전소 등에서 배출되는 배기 가스를 이용할 수 있어 단독 발전 시스템뿐만 아니라 화력 발전 시스템과의 하이브리드 발전 시스템에도 사용될 수 있다. 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 작동 유체는 배기 가스로부터 이산화탄소를 분리하여 공급할 수도 있고, 별도의 이산화탄소를 공급할 수도 있다.Since the supercritical carbon dioxide power generation system uses carbon dioxide as the working fluid, it can be used not only in a single power generation system but also in a hybrid power generation system with a thermal power generation system, since exhaust gas discharged from a thermal power plant can be used. The working fluid of the supercritical carbon dioxide power generation system may separate carbon dioxide from the exhaust gas and supply the carbon dioxide separately.

사이클 내의 이산화탄소는 압축기를 통과한 후, 히터 등과 같은 열원을 통과하면서 가열되어 고온고압의 초임계 상태가 되며, 초임계 이산화탄소 유체가 터빈을 구동시킨다. 터빈에는 발전기가 연결되며, 터빈에 의해 구동되어 전력을 생산한다. 전력의 생산에 이용된 이산화탄소는 열교환기를 거치면서 냉각되며, 냉각된 작동 유체는 다시 압축기로 공급되어 사이클 내를 순환한다. 터빈이나 열교환기는 복수 개가 구비될 수 있다.The carbon dioxide in the cycle is passed through a compressor and then heated while passing through a heat source such as a heater to become a high-temperature high-pressure supercritical state, and a supercritical carbon dioxide fluid drives the turbine. The turbine is connected to a generator, which is driven by the turbine to produce power. The carbon dioxide used in the production of electric power is cooled through the heat exchanger, and the cooled working fluid is supplied to the compressor again to circulate in the cycle. A plurality of turbines or heat exchangers may be provided.

본 발명에서는 이러한 기본적인 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 복수의 압축기 및 터빈을 구비하고 작동 유체를 다단으로 압축 및 팽창함으로써 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 제안한다. 시스템 내에서 작동 유체가 흐르는 유로를 작동 유체 라인이라고 정의하며, 작동 유체 라인에서 별도로 분기되는 유로에 대해서는 별도의 명칭으로 정의하기로 한다.In the present invention, supercritical carbon dioxide power generation system using multi-stage compression and expansion of a working fluid, which has a plurality of compressors and turbines in this basic supercritical carbon dioxide power generation system and can enhance the efficiency of the system by compressing and expanding the working fluid in multi- . A flow path through which the working fluid flows in the system is defined as a working fluid line, and a flow path branched separately from the working fluid line is defined as a separate name.

또한, 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템이란 싸이클 내에서 유동하는 작동 유체 모두가 초임계 상태인 시스템뿐만 아니라, 작동 유체의 대부분이 초임계 상태이고 나머지는 아임계 상태인 시스템도 포함하는 의미로 사용된다.In addition, the supercritical carbon dioxide power generation system according to various embodiments of the present invention is a system in which not only all of the working fluid flowing in a cycle is in a supercritical state but also most of the working fluid is in a supercritical state, It is used to include meaning.

또한, 본 발명의 다양한 실시 예에서 작동 유체로 이산화탄소가 사용되는데, 여기서 이산화탄소란, 화학적인 의미에서 순수한 이산화탄소, 일반적인 관점에서 불순물이 다소 포함되어 있는 상태의 이산화탄소 및 이산화탄소에 한가지 이상의 유체가 첨가물로서 혼합되어 있는 상태의 유체까지도 포함하는 의미로 사용된다.
Also, in various embodiments of the present invention, carbon dioxide is used as the working fluid, wherein carbon dioxide refers to pure carbon dioxide in the chemical sense, carbon dioxide in a state where the impurities are somewhat contained in general terms, and carbon dioxide in which at least one fluid is mixed Is used to mean a fluid in a state where the fluid is in a state of being fluidized.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a supercritical carbon dioxide power generation system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 화력 발전 시스템에서 배기되는 배기 가스로부터 분리된 이산화탄소를 작동 유체로 사용하며, 작동 유체를 압축시키는 제1 압축기(200)와, 제1 압축기(200)를 통과한 작동 유체와 1차로 열교환하는 제1 열교환기(300)와, 제1 열교환기(300)를 통과한 작동 유체와 2차로 열교환하는 제2 열교환기(400)와, 제2 열교환기(400)를 통과한 작동 유체와 최종 열교환하는 제3 열교환기(500)와, 제3 열교환기(500)를 통과한 작동 유체에 의해 구동되는 고압 터빈(600)과, 고압 터빈(600)을 통과한 작동 유체에 의해 구동되는 저압 터빈(700)과, 제1 압축기(200)로 유입되기 전 작동 유체를 냉각시키는 쿨러(100)를 포함한다.1, a supercritical carbon dioxide power generation system according to an embodiment of the present invention uses carbon dioxide separated from exhaust gas exhausted from a thermal power generation system as a working fluid, and a first compressor A first heat exchanger 300 that first exchanges heat with a working fluid that has passed through the first compressor 200 and a second heat exchanger 300 that performs a second heat exchange with the working fluid that has passed through the first heat exchanger 300, A third heat exchanger 500 that performs final heat exchange with the working fluid that has passed through the second heat exchanger 400 and a high pressure turbine 600 that is driven by the working fluid that has passed through the third heat exchanger 500 A low pressure turbine 700 driven by a working fluid that has passed through the high pressure turbine 600 and a cooler 100 for cooling a working fluid before being introduced into the first compressor 200.

고압 터빈(600) 및 저압 터빈(700)은 작동 유체에 의해 구동되어 이 터빈들 중 적어도 어느 하나의 터빈에 연결된 발전기(미도시)를 구동시킴으로써 전력을 생산하는 역할을 하며, 고압 터빈(600) 및 저압 터빈(700)을 통과하면서 작동 유체가 팽창되므로 팽창기(expander)의 역할도 하게 된다.The high pressure turbine 600 and the low pressure turbine 700 are driven by a working fluid to generate electric power by driving a generator (not shown) connected to at least one of the turbines, And the low pressure turbine (700), the working fluid is expanded and thus also serves as an expander.

여기서 고압 터빈(600)과 저압 터빈(700)이라는 용어는 상대적인 의미를 갖는 용어로서, 특정 압력을 기준값으로 하여 그보다 높으면 고압이고 그보다 낮으면 저압이라는 의미로 이해되지 않아야 함을 밝혀둔다.Here, the term high pressure turbine 600 and low pressure turbine 700 have a relative meaning, and it should be understood that a specific pressure is used as a reference value, and a higher pressure is not understood as a high pressure, and a lower pressure is not understood as a low pressure.

고온 고압의 작동 유체가 고압 터빈(600)과 저압 터빈(700)을 차례로 거치면서 보다 큰 팽창 압력비를 가능하게 하므로 터빈의 출력 일(work)을 얻을 수 있다. 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Pressure working fluid passes through the high-pressure turbine 600 and the low-pressure turbine 700 one after another to enable a larger expansion pressure ratio, so that the work of outputting the turbine can be obtained. More specifically, the following will be described.

기존 단일 터빈 단일 압력비를 갖는 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 최종 팽창 압력은 통상 6,000kPa 이상이다. 시스템의 저압 한계는 쿨러의 2차 작동 유체의 온도(통상 10~40oC)에 의해 정해진다.The final expansion pressure of a supercritical carbon dioxide power generation system having a single pressure ratio of a conventional single turbine is usually at least 6,000 kPa. The low-pressure limit of the system is determined by the temperature of the secondary working fluid of the cooler (typically 10 to 40 ° C).

쿨러의 2차 작동 유체 온도가 높을수록 발전 시스템의 저압 한계는 상승한다. 시스템의 저압 한계가 상승하면 압축비가 감소하고, 시스템의 고압이 결정되어 있을 때 얻어낼 수 있는 출력 일의 양이 적어진다.The higher the secondary operating fluid temperature of the cooler, the higher the low pressure limit of the power generation system. As the low pressure limit of the system rises, the compression ratio decreases and the amount of output work that can be obtained when the high pressure of the system is determined is reduced.

그러나 본 발명과 같이 고온 고압의 작동 유체가 고압 터빈(600)과 저압 터빈(700)을 차례로 거치면서 팽창하고, 제2 압축기(800)와 제1 압축기(200)로 다단 압축되는 사이클을 갖게 되면 다음과 같은 장점이 있다.However, when the high-temperature, high-pressure working fluid expands while passing through the high-pressure turbine 600 and the low-pressure turbine 700 in sequence and has a cycle of multi-stage compression by the second compressor 800 and the first compressor 200 It has the following advantages.

첫째, 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 저압 한계가 쿨러(100)의 2차 작동유체의 온도에 관계없이 제어될 수 있어 시스템의 저압 한계가 6,000 kPa 이하로도 제어 가능한 장점이 있다. 이를 통해, 기존의 단일 압력비를 갖는 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 압력비 수준보다 더욱 높은 압력비를 구현할 수 있고, 쿨러측 2차 작동 유체의 온도 변화에 상관없이 더 많은 출력 일을 안정적으로 얻을 수 있다. 이는 궁극적으로 효율 향상에 기여한다.First, since the low pressure limit of the supercritical carbon dioxide power generation system can be controlled regardless of the temperature of the secondary working fluid of the cooler 100, the low pressure limit of the system can be controlled to 6,000 kPa or less. This makes it possible to achieve a higher pressure ratio than that of the conventional pressure ratio of a supercritical carbon dioxide power generation system having a single pressure ratio, and more output days can be stably obtained regardless of the temperature change of the secondary working fluid on the cooler side. This ultimately contributes to improved efficiency.

둘째, 고압 터빈(600)과 저압 터빈(700) 간의 유량을 조정할 수 있어, 제3 열교환기(500)에서 흡수되는 열량을 능동적으로 제어할 수 있다. 이는 발전 시스템의 운영자가 폐열의 온도 및 유량 변화에 맞춰 시스템의 용량을 능동적으로 제어할 수 있도록 하므로 발전 시스템이 최적의 효율로 운전되는 장점이 있다.Second, the flow rate between the high pressure turbine 600 and the low pressure turbine 700 can be adjusted, and the amount of heat absorbed in the third heat exchanger 500 can be actively controlled. This makes it possible for the operator of the power generation system to actively control the capacity of the system in accordance with the change of the temperature and the flow rate of the waste heat, so that the power generation system operates at the optimum efficiency.

여기서 저압 터빈(700)을 통과한 작동 유체는 다시 제1 열교환기(300)로 회수되어 제2 압축기(800)에서 1차로 가압된 뒤 쿨러(100)로 유입되고 다시 제1 압축기(200)로 공급된다. 또한, 고압 터빈(600)과 제2 열교환기(400)의 사이에는 고온측 조절 밸브(632)가 구비되며(도 2 참조), 고온측 조절 밸브(632)를 통해 제2 열교환기(400)로 보내진 작동 유체는, 제1 열교환기(300)를 거쳐 제2 압축기(800)를 통과한 작동 유체와 혼합된 뒤 쿨러(100)로 보내진다.Here, the working fluid that has passed through the low pressure turbine 700 is again collected in the first heat exchanger 300 and then pressurized by the second compressor 800, then introduced into the cooler 100, and then returned to the first compressor 200 . The high temperature side regulating valve 632 is provided between the high pressure turbine 600 and the second heat exchanger 400 and the second heat exchanger 400 is connected to the high temperature side regulating valve 632 through the high temperature side regulating valve 632, Is mixed with the working fluid that has passed through the second compressor (800) through the first heat exchanger (300), and then sent to the cooler (100).

전술한 제1 열교환기(300)는 작동 유체를 1차로 복열하는 저온 리큐퍼레이터(recuperator)이며, 제2 열교환기(400)는 작동 유체를 2차로 복열하는 고온 리큐퍼레이터이다. 여기서 저온 및 고온의 의미는 제1 열교환기(300)가 제2 열교환기에 비해 상대적으로 저온이고 제2 열교환기(400)가 제1 열교환기(300)에 비해 상대적으로 고온임을 의미한다.The first heat exchanger 300 is a low temperature recuperator that recovers the working fluid by a first order and the second heat exchanger 400 is a high temperature recuperator that recovers the working fluid by a second order. Here, the low temperature and the high temperature mean that the first heat exchanger 300 is relatively low in temperature compared to the second heat exchanger and the second heat exchanger 400 is relatively hotter than the first heat exchanger 300.

또한, 제3 열교환기(500)는 열원으로부터 열을 전달받아 본 발명의 다양한 실시예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 작동 유체에 전달한다. 여기서 열원으로는 예컨대 철강공장, 화학공장, 발전소, 연료운송라인 등 폐열을 배출하는 시설이나 기기 등의 될 수 있으며, 제3 열교환기(500)는 상기 열원들 이외에도 다양한 열원들로부터 열을 전달받는 데에 적합한 구조를 갖는 구성이 채용될 수 있다. The third heat exchanger 500 also receives heat from the heat source and transfers it to the working fluid of the supercritical carbon dioxide power generation system according to various embodiments of the present invention. Here, the heat source may be, for example, a facility or a device for discharging waste heat such as a steel plant, a chemical plant, a power plant, and a fuel transportation line, and the third heat exchanger 500 may receive heat from various heat sources May be employed.

제1 압축기(200), 제1 열교환기(300) 및 제2 열교환기(400)를 차례로 거쳐가는 작동 유체의 유량은 본 발명의 초임계 이산화탄소 발전 시스템 전체의 유량에 해당하며, 전체의 유량이 제3 열교환기(500)에서 열을 흡수함으로써 폐열을 효과적으로 회수하는 역할을 한다. 이에 따라, 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 효율이 향상되는 효과가 있다.The flow rate of the working fluid passing through the first compressor 200, the first heat exchanger 300 and the second heat exchanger 400 in this order corresponds to the flow rate of the entire supercritical carbon dioxide power generation system of the present invention, And absorbs heat in the third heat exchanger 500, thereby effectively recovering the waste heat. Accordingly, the efficiency of the supercritical carbon dioxide power generation system is improved.

한편, 고압 터빈(600)과 저압 터빈(700)의 사이에는 제2 열교환기(400)로 분기(분기점 C)되는 고온측 작동 유체 라인(630)이 구비되며, 고온측 작동 유체 라인(630)상에 전술한 고온측 조절 밸브(632)가 구비됨으로써 제2 열교환기(400)로 흐르는 유량을 조절할 수 있다. 또한, 제2열교환기(400)로 흐르는 유량을 제어함으로써 제3 열교환기(500)로 흐르는 유체의 온도를 조정할 수 있다. (도 2 참조).On the other hand, a high temperature side working fluid line 630 branched from the second heat exchanger 400 is provided between the high pressure turbine 600 and the low pressure turbine 700, Temperature regulating valve 632 is provided on the second heat exchanger 400 so that the flow rate to the second heat exchanger 400 can be adjusted. In addition, the temperature of the fluid flowing to the third heat exchanger 500 can be adjusted by controlling the flow rate to the second heat exchanger (400). (See Fig. 2).

제2 열교환기(400)로 흐르는 유량을 늘리면 상대적으로 제3 열교환기(500)로 유입되는 작동유체의 온도가 증가하여 제3 열교환기에서 상대적으로 적은 열을 흡수하게 된다.When the flow rate to the second heat exchanger (400) is increased, the temperature of the working fluid flowing into the third heat exchanger (500) relatively increases and the third heat exchanger absorbs relatively less heat.

반대로 제2 열교환기(400)로 흐르는 유량을 감소시키면 제3 열교환기(500)로 유입되는 작동 유체의 온도가 낮아져 제3 열교환기(500)에서 상대적으로 많은 열을 흡수하게 된다. 이런 원리로 제3 열교환기(500)에서 흡수하는 열량을 제어할 수 있다.
On the other hand, if the flow rate to the second heat exchanger (400) is reduced, the temperature of the working fluid flowing into the third heat exchanger (500) decreases and the third heat exchanger (500) absorbs a relatively large amount of heat. With this principle, the amount of heat absorbed by the third heat exchanger 500 can be controlled.

이하에서는 전술한 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 세부 구성에 대해 좀더 상세히 설명하기로 한다(단, 전술한 설명과 중복되는 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다).Hereinafter, the detailed configuration of the supercritical carbon dioxide power generation system using the multi-stage compression and expansion of the working fluid will be described in detail (although a detailed description will be omitted for the constitution overlapping with the above description).

도 2는 도 1의 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 세부 구성을 도시한 블록도이다.2 is a block diagram showing a detailed configuration of the supercritical carbon dioxide power generation system of FIG.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 작동 유체 공급기(50)와, 쿨러(100)와 제1 압축기(200)의 사이에 구비된 플래쉬 탱크(flash tank, 150)를 더 포함할 수 있다. 또한 복수의 밸브와 작동 유체를 우회(bypass) 시킬 수 있는 복수의 바이패스 라인을 더 포함할 수 있다.2, the supercritical carbon dioxide power generation system of the present invention includes a working fluid supplier 50, a flash tank 150 provided between the cooler 100 and the first compressor 200, . And may further include a plurality of bypass lines capable of bypassing a plurality of valves and a working fluid.

작동 유체는 작동 유체 공급기(50)에 연결되어 있는 주입 밸브(54)를 통해 시스템 내로 주입된다. 주입된 기체 상태의 작동 유체는 쿨러(100)로 주입되어 냉각된다.The working fluid is injected into the system through the injection valve 54, which is connected to the working fluid supply 50. The injected gaseous working fluid is injected into the cooler 100 and cooled.

쿨러(100)로 주입된 기체 상태의 작동 유체는 냉각되면서 액체 상태로 상변화를 일으킨다. 쿨러(100)의 후단에는 쿨러 유량 조절 밸브(102)가 구비되며, 플래쉬 탱크(150)로 주입되는 액체 상태의 작동 유체의 유량을 조절한다.The gaseous working fluid injected into the cooler 100 undergoes a phase change into a liquid state while being cooled. At the rear end of the cooler 100, a cooler flow rate control valve 102 is provided to control the flow rate of the liquid working fluid injected into the flash tank 150.

플래쉬 탱크(150)는 본 발명의 초임계 이산화탄소 발전 시스템이 랭킨 사이클로 구성됨으로써 작동 유체가 액체 상태와 기체 상태간의 상변화가 이루어지므로 액상의 작동 유체가 쿨러(100) 쪽으로 역류되지 않도록 하기 위한 구성이다. 쿨러(100)의 전단과 플래쉬 탱크(150)는 탱크 순환 바이패스 라인(160)에 의해 연결되고, 탱크 순환 바이패스 라인(160) 상에 탱크 순환 조절 밸브(164)가 설치된다. 탱크 순환 조절 밸브(164)가 개방되면 액화가 되지 않고 기체 상태로 남아있는 작동 유체가 탱크 순환 바이패스 라인(160)을 타고 쿨러(100)로 보내진다. 플래쉬 탱크(150)를 거친 액상의 작동 유체는 제1 압축기(200)에서 고압으로 압축된다.The flash tank 150 is configured to prevent the liquid working fluid from flowing back toward the cooler 100 because the supercritical carbon dioxide power generation system of the present invention is configured in Rankine cycle so that the working fluid changes phase between the liquid state and the gas state . The front end of the cooler 100 and the flash tank 150 are connected by a tank circulation bypass line 160 and a tank circulation control valve 164 is installed on the tank circulation bypass line 160. When the tank circulation control valve 164 is opened, the working fluid that is not liquefied and remains in a gaseous state is sent to the cooler 100 by the tank circulation bypass line 160. The liquid working fluid that has passed through the flash tank 150 is compressed to a high pressure by the first compressor (200).

제1 압축기(200)에서 압축된 고압의 작동 유체는 제1 압축기(200)의 후단에 구비된 압축기 출구측 조절 밸브(202)를 통해 제1 열교환기(300)로 보내진다. 압축기 출구측 조절 밸브(202)와 제1 압축기(200)의 사이(분기점 A)와 제1 압축기(200)와 플래쉬 탱크(150)의 사이에는 제1 압축기 순환 라인(210)이 연결되며, 제1 압축기 순환 라인(210) 상에 제1 압축기 순환 밸브(212)가 구비된다. 제1 압축기 순환 밸브(212)에 의해 제1 압축기(200)를 통과한 작동 유체가 제1 열교환기(300) 쪽으로 가지 않고 제1 압축기(200)의 전단 쪽으로 바이패스될 수 있다. 제1 압축기 순환 밸브(212)는 시스템의 초기 기동 시(제1 압축기의 초기 기동 시) 개방되며, 작동 유체가 터빈을 구동할 수 있을 정도로 웜 업(warm up)되기 전까지 작동 유체를 순환시키는 역할을 한다. 또한, 비상 시 안전 밸브 역할도 한다. 제1 압축기 순환 밸브(212)가 개방될 때에는 압축기 출구측 조절 밸브(202)는 폐쇄될 수 있다.The high-pressure working fluid compressed in the first compressor 200 is sent to the first heat exchanger 300 through the compressor outlet-side regulating valve 202 provided at the rear end of the first compressor 200. A first compressor circulation line 210 is connected between the compressor outlet-side regulating valve 202 and the first compressor 200 (branch point A), between the first compressor 200 and the flash tank 150, A first compressor circulation valve 212 is provided on the first compressor circulation line 210. The working fluid that has passed through the first compressor 200 by the first compressor circulation valve 212 can be bypassed toward the front end of the first compressor 200 without going to the first heat exchanger 300. [ The first compressor circulation valve 212 is opened during the initial startup of the system (at the time of initial startup of the first compressor) and circulates the working fluid until the working fluid warms up to drive the turbine . It also serves as an emergency safety valve. When the first compressor circulation valve 212 is opened, the compressor outlet-side regulating valve 202 can be closed.

또한, 제2 압축기 우회 라인(810)의 일단은 제2 압축기(800)의 후단에 연결되고, 제2 압축기 우회 라인(810)의 타단은 제1 열교환기(300)로부터 제2 압축기(800)의 전단까지 이어지는 라인에 연결되며, 제2 압축기 우회 라인(810) 상에 우회 밸브(812)가 구비된다. 그리고 제2 압축기 우회 라인(810)을 지난 제2 압축기(800)의 후단(분기점 B)에는 플래쉬 탱크(150)의 전단에 연결되는 부스팅 우회 라인(820)이 구비되고, 부스팅 우회 라인(820) 상에 부스팅 조절 밸브(822)가 구비된다.One end of the second compressor bypass line 810 is connected to the rear end of the second compressor 800 and the other end of the second compressor bypass line 810 is connected to the second compressor 800 through the first heat exchanger 300, And a bypass valve 812 is provided on the second compressor bypass line 810. A bypass bypass line 820 connected to the front end of the flash tank 150 is provided at the rear end (branch point B) of the second compressor 800 after passing through the second compressor bypass line 810, A boosting control valve 822 is provided.

제2 압축기 우회 라인(810) 상에 설치된 우회 밸브(812)는 시스템의 초기 기동 시 개방되며, 제1 압축기 순환 밸브(212)만 개방될 때보다 부스팅 시 효율을 향상시킬 수 있도록 한다. 부스팅 조절 밸브(822) 역시 시스템의 초기 기동 시에 개방되며, 신속한 시스템의 스타트 업(start-up) 및 순간 유량 증대 역할을 할 수 있다.The bypass valve 812 installed on the second compressor bypass line 810 is opened during the initial startup of the system and can improve the boosting efficiency compared to when the first compressor circulation valve 212 is opened. The boosting control valve 822 is also opened during the initial start-up of the system and can serve to quickly start-up and increase the instantaneous flow rate of the system.

시스템의 초기 구동 및 작동 유체의 웜업이 완료되면 제1 압축기 순환 밸브(212), 우회 밸브(812), 부스팅 조절 밸브(822)가 모두 폐쇄되어 제1 압축기(200)를 통과한 작동 유체는 제1 열교환기(300) 및 제2 열교환기(400)로 공급된다. 제3 열교환기(500)에서 열을 흡수하여 최종 가열된 작동 유체는 고압 터빈(600) 및 저압 터빈(700)으로 공급되며, 고압 터빈(600) 및 저압 터빈(700)의 전단에는 각각 유량 조절 밸브(510, 620)가 구비되어 고압 터빈(600) 및 저압 터빈(700)으로 공급되는 작동 유체의 유량을 제어한다.The first compressor circulation valve 212, the bypass valve 812 and the boosting control valve 822 are all closed so that the working fluid that has passed through the first compressor 200 is discharged from the first compressor 1 heat exchanger (300) and the second heat exchanger (400). The working fluid which is finally heated by absorbing the heat in the third heat exchanger 500 is supplied to the high pressure turbine 600 and the low pressure turbine 700 and the flow rate control is applied to the front ends of the high pressure turbine 600 and the low pressure turbine 700, Valves 510 and 620 are provided to control the flow rate of the working fluid supplied to the high pressure turbine 600 and the low pressure turbine 700.

고압 터빈(600)으로 유입되는 작동 유체의 압력이 지나치게 높아지는 경우, 작동 유체를 사이클의 외부로 배기할 수 있도록 안전 밸브 역할을 하는 배기 밸브(520)가 구비된다. 배기 밸브(520)는 고압 터빈(600)의 전단과 유량 조절 밸브(510) 사이에 설치된다.When the pressure of the working fluid flowing into the high-pressure turbine 600 becomes excessively high, an exhaust valve 520 serving as a safety valve is provided so that the working fluid can be exhausted to the outside of the cycle. The exhaust valve 520 is installed between the upstream end of the high-pressure turbine 600 and the flow control valve 510.

제3 열교환기(500)와 고압 터빈 측 유량 조절 밸브(510)의 사이와 고압 터빈(600)의 후단은 고압 터빈측 터빈 우회 라인(610)에 의해 연결된다. 분기점 C와 저압 터빈 측 유량 조절 밸브(620)의 사이와 저압 터빈(700)의 후단은 저압 터빈측 터빈 우회 라인(710)에 의해 연결된다. 고압 터빈측 터빈 우회 라인(610)과 저압 터빈측 터빈 우회 라인(710) 상에는 각각 고압 터빈 우회 밸브(612)와 저압 터빈 우회 밸브(712)가 설치된다. 고압 터빈 우회 밸브(612) 및 저압 터빈 우회 밸브(712)는 고압 터빈(600) 또는 저압 터빈(700)만 운용하고자 하는 경우에 선택적으로 개폐될 수 있다.The third heat exchanger 500 and the high pressure turbine side flow control valve 510 and the rear end of the high pressure turbine 600 are connected by a high pressure turbine bypass line 610. Pressure turbine side flow control valve 620 and the downstream end of the low-pressure turbine 700 are connected by the low-pressure turbine side turbine bypass line 710. The low- A high-pressure turbine bypass valve 612 and a low-pressure turbine bypass valve 712 are installed on the high-pressure turbine bypass line 610 and the low-pressure turbine bypass line 710, respectively. The high pressure turbine bypass valve 612 and the low pressure turbine bypass valve 712 can be selectively opened and closed when only the high pressure turbine 600 or the low pressure turbine 700 is to be operated.

즉, 사이클에서 고압 터빈(600)만을 운용하려는 경우, 고압 터빈 우회 밸브(612)는 폐쇄되고, 저압 터빈 우회 밸브(712)는 개방되며, 저압 터빈 측 유량 조절 밸브(620)는 폐쇄되어 작동 유체가 고압 터빈(600)만을 거치도록 할 수 있다.That is, when only the high pressure turbine 600 is to be operated in the cycle, the high pressure turbine bypass valve 612 is closed, the low pressure turbine bypass valve 712 is opened, the low pressure turbine side flow control valve 620 is closed, Only the high-pressure turbine 600 can be passed.

반대로 사이클에서 저압 터빈(700)만을 운용하려는 경우, 고압 터빈 우회 밸브(612)는 개방되고, 고압 터빈 측 유량 조절 밸브(510)는 폐쇄되며, 저압 터빈 우회 밸브(712)는 폐쇄되어 작동 유체가 저압 터빈(700)만을 거치도록 할 수도 있다.Conversely, when only the low pressure turbine 700 is to be operated in the cycle, the high pressure turbine bypass valve 612 is opened, the high pressure turbine side flow control valve 510 is closed, the low pressure turbine bypass valve 712 is closed, Only the low-pressure turbine 700 may be passed.

일반적으로는 고압 터빈(600)과 저압 터빈(700)을 모두 운용하며, 이 때에는 고압 터빈 우회 밸브(612) 및 저압 터빈 우회 밸브(712) 모두 폐쇄되어 작동 유체가 고압 터빈(600)과 저압 터빈(700)을 순차적으로 거쳐 팽창될 수 있도록 한다.The high-pressure turbine 600 and the low-pressure turbine 700 are both operated. At this time, both the high-pressure turbine bypass valve 612 and the low-pressure turbine bypass valve 712 are closed, (700) sequentially.

또한, 분기점 C에서 분기되어 고온측 조절 밸브(632)를 거쳐 제2 열교환기(400)를 통과한 일부의 작동 유체는, 제2 압축기(800)를 통과한 작동 유체와 분기점 B 이후에 위치하는 작동 유체 라인 상의 임의의 지점(분기점 D)에서 혼합되어 쿨러(100)로 유입된다. 이 때, 분기점 D와 주입 밸브(54)사이의 작동 유체 라인 상에는 쿨러 입구측 조절 밸브(104)가 설치된다. 쿨러 입구측 조절 밸브(104)는 쿨러(100)로 유입되는 작동 유체의 유량을 조절함으로써 쿨러(100)에서 작동 유체가 원활하게 냉각될 수 있도록 한다.A part of the working fluid branched at the branch point C and passed through the second heat exchanger 400 via the high temperature side regulating valve 632 flows through the working fluid passing through the second compressor 800 and the working fluid passing through the branch point B (Branch point D) on the working fluid line and flows into the cooler 100. At this time, on the working fluid line between the branch point D and the injection valve 54, a cooler inlet side regulating valve 104 is provided. The cooler inlet side regulating valve 104 controls the flow rate of the working fluid flowing into the cooler 100, thereby allowing the coolant 100 to cool the working fluid smoothly.

전술한 실시 예에 따른 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 있어서, 사이클의 구간 별 작동 유체의 압력과 엔탈피의 관계를 설명하면 다음과 같다(작동 유체가 흐르는 작동 유체 라인의 번호를 참조하여 설명하기로 함).In the supercritical carbon dioxide power generation system using multi-stage compression and expansion of the working fluid according to the above-described embodiment, the relationship between the pressure of the working fluid and the enthalpy of the working fluid in each cycle will be described as follows Number will be referred to).

도 3은 도 2의 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 따른 압력-엔탈피 다이어그램이다.FIG. 3 is a pressure-enthalpy diagram according to the supercritical carbon dioxide power generation system of FIG. 2. FIG.

도 3에 도시된 바와 같이, 작동 유체는 제1 압축기(200)에서 1차로 압축되면서 약 220bar, 70℃에 이르게 되고(1-2 구간), 제1 열교환기(300) 및 제2 열교환기(400), 그리고 제3 열교환기(500)를 거치면서 약 570℃까지 가열된다(2-5 구간). 그리고 고압 터빈(600)을 거치면서 1차로 팽창되고(5-6 구간) 온도는 약 450℃까지 떨어지게 된다. 터빈이 한 개만 구비된 경우 작동 유체가 열교환기를 거쳐 쿨러(100)로 유입되면서(6-10 구간) 도 3의 상부 사각형 면적만큼의 출력 일을 터빈이 발생시키게 된다.3, the working fluid is first compressed by the first compressor 200 to reach about 220 bar and 70 ° C (step 1-2), and the first and second heat exchangers 300 and 300 400), and the third heat exchanger 500 (2-5). The temperature is firstly expanded (5-6) while passing through the high-pressure turbine (600), and the temperature drops to about 450 ° C. In the case where only one turbine is provided, the working fluid flows into the cooler 100 through the heat exchanger (section 6-10), and the turbine generates an output day corresponding to the upper square area of FIG.

그러나 본 발명의 경우 작동 유체가 저압 터빈(700)을 거치면서 한번 더 팽창된 후(6-8 구간) 제1 열교환기(300)를 거쳐(8-9 구간) 제2 압축기(800)에서 재압축되므로(9-10 구간) 도 3의 하부 사각형 면적만큼의 출력 일이 추가로 발생된다.However, in the case of the present invention, the working fluid swells once through the low-pressure turbine 700 (6-8 section), then flows through the first heat exchanger 300 (section 8-9) (9-10), an output date is generated as much as the lower square area of FIG.

도 3에 대한 위 설명에서 언급된 작동 유체의 온도와 압력은 본 발명이 구현되는 특정 실시예에 관한 것으로서, 본 발명의 사상을 변경하지 않는 선에서 작동 유체의 온도와 압력은 적절하게 변화 및 수정될 수 있음을 분명하게 밝혀둔다.
The temperature and pressure of the working fluid referred to in the above description of FIG. 3 relate to the particular embodiment in which the present invention is implemented, wherein the temperature and pressure of the working fluid in a line that does not alter the spirit of the present invention, It is clear that

전술한 실시 예에서는 제1 내지 제3 열교환기를 구비한 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 대해 설명하였으나, 추가로 열교환기가 더 구비될 수도 있다(편의상 전술한 실시 예와 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다).Although the supercritical carbon dioxide power generation system using the multistage compression and expansion of the working fluid having the first to third heat exchangers has been described in the above embodiments, the system may further include a heat exchanger (for the sake of convenience, A detailed description thereof will be omitted).

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 세부 구성을 도시한 블록도이다.4 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a supercritical carbon dioxide power generation system according to another embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 작동 유체를 최종적으로 복열할 수 있는 제4 열교환기(900)를 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 4, the supercritical carbon dioxide power generation system according to another embodiment of the present invention may further include a fourth heat exchanger 900 capable of ultimately recovering the working fluid.

제4 열교환기(900)는 분기점 D의 후단과 쿨러 입구측 조절 밸브(104)의 사이에 설치될 수 있으며, 특정 운전 상황에서 E 지점의 온도가 일반적인 운전 모드에서보다 상대적으로 높은 경우 최종적으로 한번 더 작동 유체를 복열하는데에 사용될 수 있다. 즉, 제4 열교환기(900)는 쿨러(100)를 통해 사이클 외부로 버려지는 열 에너지로 제1 압축기(200)에서 토출된 작동 유체를 복열하며, 이를 통해 쿨러에서 작동 유체가 쉽게 액화될 수 있도록 함으로써 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.The fourth heat exchanger 900 may be installed between the rear end of the branch point D and the cooler inlet side regulating valve 104. If the temperature of the E point is relatively higher than the normal operating mode in a specific operating condition, Can be used to further refine the working fluid. That is, the fourth heat exchanger 900 recovers the working fluid discharged from the first compressor 200 by the heat energy that is discharged to the outside of the cycle through the cooler 100, through which the working fluid can be easily liquefied So that the efficiency of the system can be improved.

이를 위해, 제4 열교환기(900)는 압축기 출구측 조절 밸브(202)의 후단과 연결되어 작동 유체가 제1 열교환기(300)로 보내지기 전 한번 더 가열된 후 제1 열교환기(300)로 보내지도록 한다. 이에 대해서는 도 5를 참조하여 설명한다.
To this end, the fourth heat exchanger 900 is connected to the rear end of the compressor outlet-side regulating valve 202 to heat the first heat exchanger 300 once before the working fluid is sent to the first heat exchanger 300, . This will be described with reference to FIG.

도 5는 도 4의 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 따른 압력-엔탈피 다이어그램이다.5 is a pressure-enthalpy diagram according to the supercritical carbon dioxide power generation system of FIG.

도 5에 도시된 바와 같이, 제4 열교환기(900)가 구비되면 제1 열교환기(300) 및 제2 열교환기(400)만 구비될 때보다 작동 유체의 최종 가열 온도(도 5에서는 570℃)까지 상승시키는데 필요한 열량(4-5 구간)이 감소된다. 이는 흡열량이 감소된다는 것이므로 동일한 출력 일을 낸다는 조건 하에서 볼 때 효율이 상승하는 것으로 볼 수 있다(시스템의 '효율'은 출력 일을 흡열량으로 나눈 값이므로).
5, when the fourth heat exchanger 900 is provided, the final heating temperature of the working fluid (570 ° C. in FIG. 5) is higher than when only the first heat exchanger 300 and the second heat exchanger 400 are provided ) Is reduced (4-5 sections). This is because the amount of heat absorbed is reduced, so that the efficiency can be seen to increase under the condition that the same output date is given (since the 'efficiency' of the system is the output day divided by the heat absorbed amount).

도 5에 대한 위 설명에서 언급된 작동 유체의 온도와 압력은 본 발명이 구현되는 특정 실시 예에 관한 것으로서, 본 발명의 사상을 변경하지 않는 선에서 작동 유체의 온도와 압력은 적절하게 변화 및 수정될 수 있음을 분명하게 밝혀둔다.
The temperature and pressure of the working fluid referred to in the above description with respect to FIG. 5 relates to the particular embodiment in which the present invention is implemented, wherein the temperature and pressure of the working fluid in a line that does not alter the spirit of the present invention, It is clear that

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 큰 압력비로 작동 유체를 팽창하도록 함으로써 시스템의 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 고압 터빈 또는 저압 터빈의 단독 운전 또는 병용 운전 등 다양한 운전이 가능해 수요 측의 출력 요구에 따라 시스템의 제어가 용이한 장점이 있다.
As described above, the supercritical carbon dioxide power generation system using the multi-stage compression and expansion of the working fluid according to the present invention can improve the power generation efficiency of the system by expanding the working fluid with a large pressure ratio. In addition, it is possible to perform various operations such as a single operation or a combined operation of a high-pressure turbine or a low-pressure turbine, thereby facilitating the control of the system in accordance with the output demand of the demand side.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.One embodiment of the present invention described above and shown in the drawings should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention. The scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can improve and modify the technical spirit of the present invention in various forms. Accordingly, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents.

50: 작동유체 공급기 100: 쿨러
150: 플래쉬 탱크 200: 제1 압축기
300: 제1 열교환기 400: 제2 열교환기
500: 제3 열교환기 600: 고압 터빈
700: 저압 터빈 800: 제2 압축기
900: 제4 열교환기50: Working fluid supply 100: Cooler
150: flash tank 200: first compressor
300: first heat exchanger 400: second heat exchanger
500: Third heat exchanger 600: High pressure turbine
700: Low pressure turbine 800: Second compressor
900: fourth heat exchanger

Claims (36)

작동 유체를 압축하는 제1 압축기와,
상기 제1 압축기를 통과한 상기 작동 유체와 1차로 열교환하는 제1 열교환기와,
상기 제1 열교환기를 통과한 상기 작동 유체와 2차로 열교환하는 제2 열교환기와,
상기 제2 열교환기를 통과한 상기 작동 유체를 팽창시키는 고압 터빈과,
상기 고압 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 팽창시키는 저압 터빈과,
상기 제1 압축기의 전단에 연결되어 상기 저압 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 냉각시켜 상기 제1 압축기로 공급하는 쿨러를 포함하며,
상기 제1 열교환기와 상기 쿨러의 사이에 구비되며, 상기 저압 터빈과 제1 열교환기를 차례로 거친 상기 작동 유체를 압축하는 제2 압축기와,
상기 제2 열교환기와 상기 고압 터빈의 사이에 구비되어 상기 제2 열교환기를 통과한 상기 작동 유체와 최종 열교환하는 제3 열교환기를 더 포함하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.A first compressor for compressing the working fluid,
A first heat exchanger for first-order heat exchange with the working fluid that has passed through the first compressor,
A second heat exchanger that performs heat exchange with the working fluid passing through the first heat exchanger in a second order,
A high pressure turbine for expanding the working fluid that has passed through the second heat exchanger,
A low pressure turbine for expanding the working fluid that has passed through the high pressure turbine,
And a cooler connected to a front end of the first compressor to cool the working fluid that has passed through the low pressure turbine and supply the cooled working fluid to the first compressor,
A second compressor disposed between the first heat exchanger and the cooler for compressing the working fluid in order of the low pressure turbine and the first heat exchanger,
Further comprising a third heat exchanger disposed between the second heat exchanger and the high pressure turbine and performing a final heat exchange with the working fluid that has passed through the second heat exchanger, wherein the supercritical carbon dioxide power generation system uses multi-stage compression and expansion of the working fluid. 제1항에 있어서,
상기 제1 열교환기 및 제2 열교환기는 상기 작동 유체를 복열하는 리큐퍼레이터(recuperator)인 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the first heat exchanger and the second heat exchanger are recuperators for recovering the working fluid. The supercritical carbon dioxide power generation system using multi-stage compression and expansion of a working fluid. 제2항에 있어서,
상기 제3 열교환기는 회수한 폐열을 상기 작동 유체에 전달하는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.3. The method of claim 2,
And the third heat exchanger transfers the recovered waste heat to the working fluid. The supercritical carbon dioxide power generation system using multi-stage compression and expansion of a working fluid. 제3항에 있어서,
상기 저압 터빈을 통과한 상기 작동 유체는 상기 제1 열교환기로 보내지며, 상기 저압 터빈 및 제1 열교환기를 거친 상기 작동 유체는 상기 쿨러로 보내지는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 3,
Wherein the working fluid having passed through the low pressure turbine is sent to the first heat exchanger and the working fluid passed through the low pressure turbine and the first heat exchanger is sent to the cooler. Critical carbon dioxide power generation system. 제4항에 있어서,
상기 고압 터빈의 후단과 상기 저압 터빈의 전단 사이(분기점 C)에서 분기되어 상기 제2 열교환기에 연결되는 고온측 작동 유체 라인과, 상기 고온측 작동 유체 라인 상에 설치된 고온측 조절 밸브를 더 포함하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.5. The method of claim 4,
A high temperature side working fluid line branched from the rear end of the high pressure turbine and the front end of the low pressure turbine (branch point C) and connected to the second heat exchanger; and a high temperature side control valve provided on the high temperature side working fluid line Supercritical CO2 Generation System Using Multistage Compression and Expansion of Working Fluid. 제5항에 있어서,
상기 고압 터빈을 거친 후 분기되어 상기 제2 열교환기로 유입되는 상기 작동 유체는 상기 쿨러로 보내지는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.6. The method of claim 5,
And the working fluid branched after passing through the high pressure turbine and flowing into the second heat exchanger is sent to the cooler. The supercritical carbon dioxide power generation system according to claim 1, 삭제delete 제6항에 있어서,
상기 고압 터빈 및 제2 열교환기를 차례로 거친 상기 작동 유체는, 상기 제2 압축기를 거친 상기 작동 유체와, 상기 제2 압축기와 상기 쿨러의 사이(분기점 D)에서 혼합되어 상기 쿨러로 보내지는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method according to claim 6,
The working fluid passing through the high-pressure turbine and the second heat exchanger in turn is mixed with the working fluid through the second compressor and between the second compressor and the cooler (branch point D), and is sent to the cooler Supercritical CO2 Generation System Using Multistage Compression and Expansion of Working Fluid. 제8항에 있어서,
상기 쿨러의 후단과 상기 제1 압축기의 전단 사이에 구비되어 상기 작동 유체를 임시 저장하는 플래쉬 탱크(flash tank)를 더 포함하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.9. The method of claim 8,
Further comprising a flash tank provided between a rear end of the cooler and a front end of the first compressor for temporarily storing the working fluid. 제9항에 있어서,
상기 쿨러의 전단과 상기 플래쉬 탱크를 연결하는 탱크 순환 바이패스 라인을 더 포함하며, 상기 플래쉬 탱크로 유입된 기체 상태의 상기 작동 유체가 상기 탱크 순환 바이패스 라인을 통해 상기 쿨러의 전단으로 유입되는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.10. The method of claim 9,
Further comprising a tank circulation bypass line connecting the front end of the cooler and the flash tank, wherein the gaseous working fluid introduced into the flash tank flows into the front end of the cooler through the tank circulation bypass line Supercritical carbon dioxide power generation system using multistage compression and expansion of working fluid. 제9항에 있어서,
상기 플래쉬 탱크의 후단과 상기 제1 압축기의 후단을 연결하는 제1 압축기 순환 라인;
상기 제1 압축기 순환 라인 상에 설치되는 제1 압축기 순환 밸브; 및
상기 제1 압축기 순환 라인이 분기되는 분기점(분기점 A) 이후에 구비되며 상기 제1 압축기를 통과한 상기 작동 유체를 상기 제1 열교환기로 보내는 압축기 출구측 조절 밸브를 더 포함하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.10. The method of claim 9,
A first compressor circulation line connecting the rear end of the flash tank and the rear end of the first compressor;
A first compressor circulation valve installed on the first compressor circulation line; And
Further comprising a compressor outlet-side regulating valve which is provided after a branch point (branch point A) at which the first compressor circulation line is branched and which sends the working fluid that has passed through the first compressor to the first heat exchanger, Supercritical CO2 Generation System Using Expansion. 제11항에 있어서,
상기 제1 압축기의 초기 기동 시 상기 압축기 출구측 조절 밸브는 폐쇄되고 상기 제1 압축기 순환 밸브가 개방되어 상기 제1 압축기를 통과한 상기 작동 유체가 상기 제1 압축기의 전단으로 재 유입되는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.12. The method of claim 11,
Wherein the compressor outlet-side regulating valve is closed at the time of initial startup of the first compressor, the first compressor circulation valve is opened, and the working fluid having passed through the first compressor is re-introduced into the front end of the first compressor. Supercritical CO2 Generation System Using Multistage Compression and Expansion of Working Fluid. 제9항에 있어서,
상기 제2 압축기의 후단과 상기 쿨러의 전단을 연결하는 작동 유체 라인 상에서 분기(분기점 B)되어 상기 제2 압축기의 후단과 상기 플래쉬 탱크의 전단을 연결하는 부스팅 우회 라인과, 상기 부스팅 우회 라인 상에 설치되는 부스팅 조절 밸브를 더 포함하며, 상기 부스팅 조절 밸브는 상기 제1 압축기의 초기 기동 시 개방되는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.10. The method of claim 9,
A boosting bypass line for branching (branching point B) on a working fluid line connecting the rear end of the second compressor and the front end of the cooler to connect the rear end of the second compressor and the front end of the flash tank, Wherein the boosting control valve is opened during an initial start-up of the first compressor, wherein the boosting control valve is opened during an initial start-up of the first compressor. 제13항에 있어서,
상기 제2 압축기의 전단과 후단을 연결하는 제2 압축기 우회 라인과, 상기제2 압축기 우회 라인 상에 설치되는 우회 밸브를 더 포함하며, 상기 우회 밸브는 상기 제1 압축기의 초기 기동 시 개방되는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.14. The method of claim 13,
Further comprising: a second compressor bypass line connecting the front end and the rear end of the second compressor; and a bypass valve installed on the second bypass bypass line, wherein the bypass valve is opened when the first compressor starts Supercritical carbon dioxide power generation system using multistage compression and expansion of working fluid. 작동 유체를 압축하는 제1 압축기와,
상기 제1 압축기를 통과한 상기 작동 유체와 1차로 열교환하는 제1 열교환기와,
상기 제1 열교환기를 통과한 상기 작동 유체와 2차로 열교환하는 제2 열교환기와,
상기 제2 열교환기를 통과한 상기 작동 유체를 팽창시키는 고압 터빈과,
상기 고압 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 팽창시키는 저압 터빈과,
상기 제1 압축기의 전단에 연결되어 상기 저압 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 냉각시켜 상기 제1 압축기로 공급하는 쿨러를 포함하며,
상기 제2 열교환기와 상기 고압 터빈의 사이에 구비되어 상기 제2 열교환기를 통과한 상기 작동 유체와 최종 열교환하는 제3 열교환기를 더 포함하고,
상기 고압 터빈의 후단과 상기 저압 터빈의 전단 사이(분기점 C)에서 분기되어 상기 제2 열교환기에 연결되는 고온측 작동 유체 라인과, 상기 고온측 작동 유체 라인 상에 설치된 고온측 조절 밸브를 더 포함하고,
상기 고압 터빈 및 저압 터빈의 전단에 각각 설치된 고압 터빈측 유량 조절밸브 및 저압 터빈측 유량 조절 밸브와, 상기 제3 열교환기의 후단과 상기 고압 터빈의 후단을 연결하는 고압 터빈측 터빈 우회 라인과, 상기 고압 터빈측 터빈 우회 라인 상에 설치되는 고압 터빈 우회 밸브와, 상기 고온측 작동 유체 라인이 분기되는 분기점(분기점 C) 및 상기 저압 터빈의 사이와 상기 저압 터빈의 후단을 연결하는 저압 터빈측 터빈 우회 라인과, 상기 저압 터빈측 터빈 우회 라인 상에 설치되는 저압 터빈 우회 밸브를 더 포함하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.A first compressor for compressing the working fluid,
A first heat exchanger for first-order heat exchange with the working fluid that has passed through the first compressor,
A second heat exchanger that performs heat exchange with the working fluid passing through the first heat exchanger in a second order,
A high pressure turbine for expanding the working fluid that has passed through the second heat exchanger,
A low pressure turbine for expanding the working fluid that has passed through the high pressure turbine,
And a cooler connected to a front end of the first compressor to cool the working fluid that has passed through the low pressure turbine and supply the cooled working fluid to the first compressor,
Further comprising a third heat exchanger disposed between the second heat exchanger and the high-pressure turbine to perform final heat exchange with the working fluid passing through the second heat exchanger,
A high temperature side working fluid line branched from a rear end of the high pressure turbine and a front end of the low pressure turbine (branch point C) and connected to the second heat exchanger, and a high temperature side control valve provided on the high temperature side working fluid line ,
A high pressure turbine side turbine bypass line connecting the rear end of the third heat exchanger and the rear end of the high pressure turbine, and a high pressure turbine side turbine bypass line connecting the high pressure turbine side downstream flow control valve and the low pressure turbine side flow rate control valve, A low pressure turbine bypass valve connected to the branch point (branch point C) at which the high temperature side working fluid line branches off and a downstream end of the low pressure turbine between the low pressure turbine and a high pressure turbine bypass valve provided on the high pressure turbine bypass line, Further comprising a bypass line and a low pressure turbine bypass valve installed on the turbine bypass line on the low pressure turbine side. 제15항에 있어서,
상기 고압 터빈만 운용하는 경우, 상기 고압 터빈 우회 밸브 및 저압 터빈측유량 조절 밸브는 폐쇄되고 상기 저압 터빈 우회 밸브는 개방되는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.16. The method of claim 15,
Wherein the high pressure turbine bypass valve and the low pressure turbine bypass flow control valve are closed and the low pressure turbine bypass valve is opened when operating only the high pressure turbine. 제15항에 있어서,
상기 저압 터빈만 운용하는 경우, 상기 고압 터빈 우회 밸브는 개방되고, 상기 고압 터빈측 유량 조절 밸브 및 저압 터빈 우회 밸브는 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.16. The method of claim 15,
Wherein the high pressure turbine bypass valve is opened and the high pressure turbine side flow control valve and the low pressure turbine bypass valve are closed when operating the low pressure turbine only. . 제15항에 있어서,
상기 고압 터빈 및 저압 터빈을 모두 운용하는 경우, 상기 고압 터빈 우회 밸브 및 저압 터빈 우회 밸브는 폐쇄되고, 상기 고압 터빈측 유량 조절 밸브 및 저압 터빈측 유량 조절 밸브는 개방되는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.16. The method of claim 15,
Wherein the high-pressure turbine bypass valve and the low-pressure turbine bypass valve are closed when the high-pressure turbine and the low-pressure turbine are both operated, and the high-pressure turbine-side flow control valve and the low- Supercritical CO2 Generation System Using Multistage Compression and Expansion. 작동 유체를 압축하는 제1 압축기와,
상기 제1 압축기를 통과한 상기 작동 유체와 1차로 열교환하는 제1 열교환기와,
상기 제1 열교환기를 통과한 상기 작동 유체와 2차로 열교환하는 제2 열교환기와,
상기 작동 유체를 팽창시키는 고압 터빈 및 저압 터빈과,
상기 제2 열교환기와 상기 고압 터빈의 사이에 구비되어 상기 제2 열교환기를 통과한 상기 작동 유체와 최종 열교환하는 제3 열교환기와,
상기 제1 압축기의 전단에 연결되어 상기 저압 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 냉각시켜 상기 제1 압축기로 공급하는 쿨러를 포함하며,
상기 쿨러의 전단에 연결되어 상기 쿨러로 유입되는 상기 작동 유체와 열교환하는 제4 열교환기와,
상기 제1 열교환기와 상기 제4 열교환기의 사이에 구비되며, 상기 저압 터빈 및 제1 열교환기를 거친 상기 작동 유체를 압축하는 제2 압축기를 더 포함하고,
상기 고압 터빈은 상기 제3 열교환기를 통과한 상기 작동 유체를 팽창시키고, 상기 저압 터빈은 상기 고압 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 팽창시키는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템. A first compressor for compressing the working fluid,
A first heat exchanger for first-order heat exchange with the working fluid that has passed through the first compressor,
A second heat exchanger that performs heat exchange with the working fluid passing through the first heat exchanger in a second order,
A high-pressure turbine and a low-pressure turbine for expanding the working fluid,
A third heat exchanger provided between the second heat exchanger and the high-pressure turbine for final heat exchange with the working fluid passing through the second heat exchanger;
And a cooler connected to a front end of the first compressor to cool the working fluid that has passed through the low pressure turbine and supply the cooled working fluid to the first compressor,
A fourth heat exchanger connected to the front end of the cooler and performing heat exchange with the working fluid flowing into the cooler,
Further comprising a second compressor disposed between the first heat exchanger and the fourth heat exchanger and compressing the working fluid through the low pressure turbine and the first heat exchanger,
Pressure turbine, wherein the high-pressure turbine expands the working fluid that has passed through the third heat exchanger, and the low-pressure turbine inflates the working fluid that has passed through the high-pressure turbine. Power generation system. 제19항에 있어서,
상기 제1 열교환기, 제2 열교환기 및 제4 열교환기는 상기 작동 유체를 복열하는 리큐퍼레이터(recuperator)이고, 상기 제3 열교환기는 회수한 폐열을 상기 작동 유체에 전달하는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.20. The method of claim 19,
Wherein the first heat exchanger, the second heat exchanger and the fourth heat exchanger are recuperators for recovering the working fluid, and the third heat exchanger transfers the recovered waste heat to the working fluid. Supercritical CO2 Generation System Using Multistage Compression and Expansion of. 삭제delete 제20항에 있어서,
상기 저압 터빈을 통과한 상기 작동 유체는 상기 제1 열교환기로 보내지며, 상기 저압 터빈 및 제1 열교환기를 거친 상기 작동 유체는 상기 제2 압축기를 거쳐 상기 제4 열교환기로 보내지는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.21. The method of claim 20,
The working fluid having passed through the low pressure turbine is sent to the first heat exchanger and the working fluid passing through the low pressure turbine and the first heat exchanger is sent to the fourth heat exchanger through the second compressor. Supercritical CO2 Generation System Using Multistage Compression and Expansion of. 제22항에 있어서,
상기 제4 열교환기는 상기 제1 압축기의 후단 및 상기 제1 열교환기의 전단과 연결되며, 상기 제1 압축기를 통과한 상기 작동 유체를 가열하여 상기 제1 열교환기로 보내는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.23. The method of claim 22,
Wherein the fourth heat exchanger is connected to a rear end of the first compressor and a front end of the first heat exchanger and heats the working fluid having passed through the first compressor to the first heat exchanger, Supercritical CO2 Generation System Using Compression and Expansion. 제22항에 있어서,
상기 고압 터빈의 후단과 상기 저압 터빈의 전단 사이(분기점 C)에서 분기되어 상기 제2 열교환기에 연결되는 고온측 작동 유체 라인과, 상기 고온측 작동 유체 라인 상에 설치된 고온측 조절 밸브를 더 포함하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.23. The method of claim 22,
A high temperature side working fluid line branched from the rear end of the high pressure turbine and the front end of the low pressure turbine (branch point C) and connected to the second heat exchanger; and a high temperature side control valve provided on the high temperature side working fluid line Supercritical CO2 Generation System Using Multistage Compression and Expansion of Working Fluid. 제24항에 있어서,
상기 고압 터빈을 거친 후 분기되어 상기 제2 열교환기로 유입되는 상기 작동 유체는 상기 제4 열교환기로 보내지는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.25. The method of claim 24,
And the working fluid branched after passing through the high pressure turbine and flowing into the second heat exchanger is sent to the fourth heat exchanger. The supercritical carbon dioxide power generation system according to claim 1, wherein the working fluid is fed to the fourth heat exchanger. 제25항에 있어서,
상기 고압 터빈 및 제2 열교환기를 차례로 거친 상기 작동 유체는, 상기 제2 압축기를 거친 상기 작동 유체와, 상기 제2 압축기와 상기 제4 열교환기의 사이(분기점 D)에서 혼합되어 상기 쿨러로 보내지는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.26. The method of claim 25,
The working fluid which has passed through the high-pressure turbine and the second heat exchanger in turn is mixed with the working fluid through the second compressor and between the second compressor and the fourth heat exchanger (branch point D) Wherein the supercritical carbon dioxide power generation system uses multi-stage compression and expansion of a working fluid. 제26항에 있어서,
상기 쿨러의 후단과 상기 제1 압축기의 전단 사이에 구비되어 상기 작동 유체를 임시 저장하는 플래쉬 탱크(flash tank)를 더 포함하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.27. The method of claim 26,
Further comprising a flash tank provided between a rear end of the cooler and a front end of the first compressor for temporarily storing the working fluid. 제27항에 있어서,
상기 쿨러의 전단과 상기 플래쉬 탱크를 연결하는 탱크 순환 바이패스 라인을 더 포함하며, 상기 플래쉬 탱크로 유입된 기체 상태의 상기 작동 유체가 상기 탱크 순환 바이패스 라인을 통해 상기 쿨러의 전단으로 유입되는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.28. The method of claim 27,
Further comprising a tank circulation bypass line connecting the front end of the cooler and the flash tank, wherein the gaseous working fluid introduced into the flash tank flows into the front end of the cooler through the tank circulation bypass line Supercritical carbon dioxide power generation system using multistage compression and expansion of working fluid. 제27항에 있어서,
상기 플래쉬 탱크의 후단과 상기 제1 압축기의 후단을 연결하는 제1 압축기 순환 라인;
상기 제1 압축기 순환 라인 상에 설치되는 제1 압축기 순환 밸브; 및
상기 제1 압축기 순환 라인이 분기되는 분기점(분기점 A) 이후에 구비되며 상기 제1 압축기를 통과한 상기 작동 유체를 상기 제1 열교환기로 보내는 압축기 출구측 조절 밸브를 더 포함하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.28. The method of claim 27,
A first compressor circulation line connecting the rear end of the flash tank and the rear end of the first compressor;
A first compressor circulation valve installed on the first compressor circulation line; And
Further comprising a compressor outlet-side regulating valve which is provided after a branch point (branch point A) at which the first compressor circulation line is branched and which sends the working fluid that has passed through the first compressor to the first heat exchanger, Supercritical CO2 Generation System Using Expansion. 제29항에 있어서,
상기 제1 압축기의 초기 기동 시 상기 압축기 출구측 조절 밸브는 폐쇄되고 상기 제1 압축기 순환 밸브가 개방되어 상기 제1 압축기를 통과한 상기 작동 유체가 상기 제1 압축기의 전단으로 재 유입되는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.30. The method of claim 29,
Wherein the compressor outlet-side regulating valve is closed at the time of initial startup of the first compressor, the first compressor circulation valve is opened, and the working fluid having passed through the first compressor is re-introduced into the front end of the first compressor. Supercritical CO2 Generation System Using Multistage Compression and Expansion of Working Fluid. 제27항에 있어서,
상기 제2 압축기의 후단과 상기 쿨러의 전단을 연결하는 작동 유체 라인 상에서 분기(분기점 B)되어 상기 제2 압축기의 후단과 상기 플래쉬 탱크의 전단을 연결하는 부스팅 우회 라인과, 상기 부스팅 우회 라인 상에 설치되는 부스팅 조절 밸브를 더 포함하며, 상기 부스팅 조절 밸브는 상기 제1 압축기의 초기 기동 시 개방되는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.28. The method of claim 27,
A boosting bypass line for branching (branching point B) on a working fluid line connecting the rear end of the second compressor and the front end of the cooler to connect the rear end of the second compressor and the front end of the flash tank, Wherein the boosting control valve is opened during an initial start-up of the first compressor, wherein the boosting control valve is opened during an initial start-up of the first compressor. 제31항에 있어서,
상기 제2 압축기의 전단과 후단을 연결하는 제2 압축기 우회 라인과, 상기제2 압축기 우회 라인 상에 설치되는 우회 밸브를 더 포함하며, 상기 우회 밸브는 상기 제1 압축기의 초기 기동 시 개방되는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.32. The method of claim 31,
Further comprising: a second compressor bypass line connecting the front end and the rear end of the second compressor; and a bypass valve installed on the second bypass bypass line, wherein the bypass valve is opened when the first compressor starts Supercritical carbon dioxide power generation system using multistage compression and expansion of working fluid. 제24항에 있어서,
상기 고압 터빈 및 저압 터빈의 전단에 각각 설치된 고압 터빈측 유량 조절밸브 및 저압 터빈측 유량 조절 밸브와, 상기 제3 열교환기의 후단과 상기 고압 터빈의 후단을 연결하는 고압 터빈측터빈 우회 라인과, 상기 고압 터빈측 터빈 우회 라인 상에 설치되는 고압 터빈 우회 밸브와, 상기 고온측 작동 유체 라인이 분기되는 분기점(분기점 C) 및 상기 저압 터빈의 사이와 상기 저압 터빈의 후단을 연결하는 저압 터빈측 터빈 우회 라인과, 상기 저압 터빈측 터빈 우회 라인 상에 설치되는 저압 터빈 우회 밸브를 더 포함하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.25. The method of claim 24,
A high pressure turbine side turbine bypass line connecting the rear end of the third heat exchanger and the rear end of the high pressure turbine, and a high pressure turbine side turbine bypass line connecting the high pressure turbine side downstream flow control valve and the low pressure turbine side flow rate control valve, A low pressure turbine bypass valve connected to the branch point (branch point C) at which the high temperature side working fluid line branches off and a downstream end of the low pressure turbine between the low pressure turbine and a high pressure turbine bypass valve provided on the high pressure turbine bypass line, Further comprising a bypass line and a low pressure turbine bypass valve installed on the turbine bypass line on the low pressure turbine side. 제33항에 있어서,상기 고압 터빈만 운용하는 경우, 상기 고압 터빈 우회 밸브 및 저압 터빈측유량 조절 밸브는 폐쇄되고 상기 저압 터빈 우회 밸브는 개방되는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.34. The method of claim 33, wherein when operating the high pressure turbine only, the high pressure turbine bypass valve and the low pressure turbine side flow control valve are closed and the low pressure turbine bypass valve is opened. Supercritical carbon dioxide power generation system. 제33항에 있어서,
상기 저압 터빈만 운용하는 경우, 상기 고압 터빈 우회 밸브는 개방되고, 상기 고압 터빈측 유량 조절 밸브 및 저압 터빈 우회 밸브는 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.34. The method of claim 33,
Wherein the high pressure turbine bypass valve is opened and the high pressure turbine side flow control valve and the low pressure turbine bypass valve are closed when operating the low pressure turbine only. . 제33항에 있어서,
상기 고압 터빈 및 저압 터빈을 모두 운용하는 경우, 상기 고압 터빈 우회 밸브 및 저압 터빈 우회 밸브는 폐쇄되고, 상기 고압 터빈측 유량 조절 밸브 및 저압 터빈측 유량 조절 밸브는 개방되는 것을 특징으로 하는 작동 유체의 다단 압축 및 팽창을 이용한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.34. The method of claim 33,
Wherein the high-pressure turbine bypass valve and the low-pressure turbine bypass valve are closed when the high-pressure turbine and the low-pressure turbine are both operated, and the high-pressure turbine-side flow control valve and the low- Supercritical CO2 Generation System Using Multistage Compression and Expansion.
KR1020150044501A 2015-03-30 2015-03-30 Supercritical CO2 generation system using multistage compressing and expanding of working fluid KR101628611B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150044501A KR101628611B1 (en) 2015-03-30 2015-03-30 Supercritical CO2 generation system using multistage compressing and expanding of working fluid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150044501A KR101628611B1 (en) 2015-03-30 2015-03-30 Supercritical CO2 generation system using multistage compressing and expanding of working fluid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101628611B1 true KR101628611B1 (en) 2016-06-08

Family

ID=56194084

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150044501A KR101628611B1 (en) 2015-03-30 2015-03-30 Supercritical CO2 generation system using multistage compressing and expanding of working fluid

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101628611B1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017217585A1 (en) * 2016-06-15 2017-12-21 두산중공업 주식회사 Direct combustion type supercritical carbon dioxide power generation system
KR20180040877A (en) * 2016-10-13 2018-04-23 한국에너지기술연구원 Supercritical power plant
CN109667633A (en) * 2019-01-07 2019-04-23 苏州欧拉透平机械有限公司 Energy output system and method applied to urea plant
KR20190073915A (en) * 2017-12-19 2019-06-27 한국에너지기술연구원 Closed supercritical carbon dioxide power cycle system and method of the same
CN113266442A (en) * 2021-04-16 2021-08-17 上海齐耀动力技术有限公司 Supercritical carbon dioxide recompression power generation system and operation control method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011185165A (en) * 2010-03-09 2011-09-22 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd Power plant
JP2012145092A (en) 2011-01-12 2012-08-02 Shintaro Ishiyama Centrifugal blower (compressor) for compressing supercritical carbon dioxide (co2), supercritical co2 gas turbine, and supercritical co2 gas turbine electric power generation technique including electric power generator
US20140103661A1 (en) * 2012-10-12 2014-04-17 Echogen Power Systems, Llc Heat Engine System with a Supercritical Working Fluid and Processes Thereof
JP2015025423A (en) * 2013-07-26 2015-02-05 株式会社東芝 Carbon dioxide circulation type power generation system and carbon dioxide circulation type power generation method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011185165A (en) * 2010-03-09 2011-09-22 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd Power plant
JP2012145092A (en) 2011-01-12 2012-08-02 Shintaro Ishiyama Centrifugal blower (compressor) for compressing supercritical carbon dioxide (co2), supercritical co2 gas turbine, and supercritical co2 gas turbine electric power generation technique including electric power generator
US20140103661A1 (en) * 2012-10-12 2014-04-17 Echogen Power Systems, Llc Heat Engine System with a Supercritical Working Fluid and Processes Thereof
JP2015025423A (en) * 2013-07-26 2015-02-05 株式会社東芝 Carbon dioxide circulation type power generation system and carbon dioxide circulation type power generation method

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017217585A1 (en) * 2016-06-15 2017-12-21 두산중공업 주식회사 Direct combustion type supercritical carbon dioxide power generation system
US10309259B2 (en) 2016-06-15 2019-06-04 DOOSAN Heavy Industries Construction Co., LTD CO2 power generation system
KR20180040877A (en) * 2016-10-13 2018-04-23 한국에너지기술연구원 Supercritical power plant
KR101883875B1 (en) 2016-10-13 2018-07-31 한국에너지기술연구원 Supercritical power plant
KR20190073915A (en) * 2017-12-19 2019-06-27 한국에너지기술연구원 Closed supercritical carbon dioxide power cycle system and method of the same
KR102012480B1 (en) 2017-12-19 2019-08-20 한국에너지기술연구원 Closed supercritical carbon dioxide power cycle system and method of the same
CN109667633A (en) * 2019-01-07 2019-04-23 苏州欧拉透平机械有限公司 Energy output system and method applied to urea plant
CN109667633B (en) * 2019-01-07 2024-03-19 苏州欧拉透平机械有限公司 Energy output system and method applied to urea device
CN113266442A (en) * 2021-04-16 2021-08-17 上海齐耀动力技术有限公司 Supercritical carbon dioxide recompression power generation system and operation control method thereof
CN113266442B (en) * 2021-04-16 2023-08-29 上海齐耀动力技术有限公司 Supercritical carbon dioxide recompression power generation system and operation control method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101680963B1 (en) Supercritical CO2 generation system
RU2719413C2 (en) Systems with closed regenerative thermodynamic cycle of electric power generation and methods of their operation
KR101628611B1 (en) Supercritical CO2 generation system using multistage compressing and expanding of working fluid
CN203892027U (en) Fuel gas heating system with heat energy storage unit
US9765693B2 (en) Gas turbine air injection system control and method of operation
JP5681711B2 (en) Heat effluent treatment method and apparatus in one or more industrial processes
KR101691908B1 (en) Generation system using supercritical carbon dioxide and method of driving the same by temperature differential of heat source
JP3340505B2 (en) Gas Turbo Group Operation
US8516787B2 (en) Combined-cycle power plant having a once-through cooler
KR101947877B1 (en) Supercritical CO2 generation system for parallel recuperative type
EP2441926A1 (en) Thermo electric energy storage system
US11300010B2 (en) Cooling equipment, combined cycle plant comprising same, and cooling method
CN109281719B (en) Hybrid power generation system
US10309262B2 (en) Complex supercritical CO2 generation system
KR101752230B1 (en) Generation system using supercritical carbon dioxide and method of driving the same by heat sink temperature
WO2011082949A2 (en) Combined cycle power plant and method of operating such power plant
US8925321B2 (en) Steam power plant for generating electrical energy
RU106307U1 (en) NATURAL GAS DISTRIBUTION SYSTEM PRESSURE CONTROL STATION (OPTIONS)
CN116317177A (en) Carbon dioxide energy storage system capable of adapting to wide energy storage pressure range and control method thereof
US10344626B2 (en) Hybrid power generation system
KR101812919B1 (en) Complex supercritical CO2 generation system
KR102562651B1 (en) Carbon dioxide power system connected to engine
US20170114673A1 (en) Supercritical co2 generation system applying recuperator per each heat source
US10202874B2 (en) Supercritical CO2 generation system applying plural heat sources
US10273832B2 (en) Supercritical carbon dioxide power generation system utilizing plural heat sources

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190920

Year of fee payment: 4