KR20060036109A - 가스 터빈 시스템 효율 증대 방법 및 그 방법에 적절한가스 터빈 시스템 - Google Patents

가스 터빈 시스템 효율 증대 방법 및 그 방법에 적절한가스 터빈 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20060036109A
KR20060036109A KR1020067002159A KR20067002159A KR20060036109A KR 20060036109 A KR20060036109 A KR 20060036109A KR 1020067002159 A KR1020067002159 A KR 1020067002159A KR 20067002159 A KR20067002159 A KR 20067002159A KR 20060036109 A KR20060036109 A KR 20060036109A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas turbine
fluid
working medium
turbine system
partial
Prior art date
Application number
KR1020067002159A
Other languages
English (en)
Inventor
롤란트 클라우스
외르크 렝어르트
카트린 루슬란트
Original Assignee
지멘스 악티엔게젤샤프트
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 지멘스 악티엔게젤샤프트 filed Critical 지멘스 악티엔게젤샤프트
Publication of KR20060036109A publication Critical patent/KR20060036109A/ko

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
    • F01K25/06—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 mixtures of different fluids
    • 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
    • F01K25/06—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 mixtures of different fluids
    • F01K25/065—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 mixtures of different fluids with an absorption fluid remaining at least partly in the liquid state, e.g. water for ammonia
    • 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
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

본 발명의 목적은 가스 터빈 시스템(1)의 효율 증대에 관한 것이다. 상기 목적은, 가스 터빈(2) 폐가스(AG)중 적어도 일부를 열역학적 순환 공정의 작동 매질로 전달하는 것에 의해 달성되는데, 상기 작동 매질은 비-등온 증발 및 응축을 특징으로 하는 둘 이상의 물질을 포함한다. 상기 순환 공정은 폐가스(AG)의 잔류 열이 추가적인 전기적 또는 기계적 동력을 발생시키는데 사용되는데, 특히, 100℃ 내지 200℃ 의 폐가스 온도 범위에서 이루어 진다. 이러한 순환 공정으로 기존의 시스템 조차도 재설치 될 수 있다.

Description

가스 터빈 시스템 효율 증대 방법 및 그 방법에 적절한 가스 터빈 시스템{METHOD FOR INCREASING THE EFFICIENCY OF A GAS TURBINE SYSTEM, AND GAS TURBINE SYSTEM SUITABLE THEREFOR}
본 발명은 독립항 1에 따른 가스 터빈 시스템 효율 증대 방법 및 종속항 7에 따른 그 방법에 적절한 가스터빈 시스템에 관한 것이다.
근년의 강화된 개발 작업의 결과로서, 효율의 보다 높은 수준, 즉, 약 40 %의 사용된 연료와 관련하여 발생될 수 있는 전기적 또는 기계적 동력 비율이 가스 터빈으로 달성된다. 예를들면, 유럽특허 0898 641 A1에 공지된 것과 같은, 조합된 가스터빈 사이클(CCGT)은 이것을 초과하는 것이 가능하여, 55 % 이상의 효율을 달성할 수 있다. 이것에도 불구하고, 그러한 시스템의 효율을 더욱 증가시킬 필요가 아직 존재한다.
이것은 특히, 낮은, 중간의 그리고 높은 동력 범위로 구성된 CCGT 시스템 뿐아니라 증기 발생 없는 과거에 구성된 가스 터빈 시스템에도 적용된다. 이들 CCGT 시스템의 일부는 연료 이용을 개선하기 위해서 원거리 열 차단기구가 제공되어 왔고 제공 될 것이다. 이런 것에도 불구하고, 구시스템은 현대의 가스 터빈 시스템보다 매우 낮은 수준의 효율을 나타낸다. 막대한 비용 압력 때문에, 낮은 수준의 효율을 갖는 구시스템의 작동자들은 따라서 그들 시스템의 비용 효율성을 개선하도록 압력을 받는다.
증기 발생기가 없는 가스 터빈 시스템의 작동자들은 따라서 증기 발생 부품을 구비한 그들의 공정 또는 시스템에 노력을 경주한다. 전기 또는 기계적 에너지의 추가적인 발생은 작동자들이 사용된 연료에서 보다 낳은 슈율을 얻고, 그러므로 시스템 효율에서 개선을 할 수 있음을 의미한다. 그러나, 그러한 구시스템의 작동자들은 그들의 가스터빈 시스템의 효율을 보다 더 개선시키는 것이 바람직하다. 특히, 효율에서의 특별한 개선은 현존하는 가스 터빈 시스템 또는 CCGT 시스템에서 구현되어야 한다.
본 발명의 목적은 따라서, 가스 터빈 시스템의 효율을 개선하는 것을 가능하게 하는데 적절한 가스 터빈 시스템뿐 아니라 가스 터빈 시스템 효율을 증대시키는 방법을 특징으로 하므로, 현존하는 시스템의 효율을 저렴한 비용, 특히, 현존하는 시스템의 주요 방법을 방해하지 않고도 효율을 개선시키는 것이 가능하다.
본 방법이 적용되는 본 발명의 목적은, 청구항 1에 기재된 방법에 의해 성공적으로 달성된다. 본 방법의 유리한 실시예는, 종속항 2내지 6의 목적이다. 가스 터빈 시스템에 지향되는 목적은, 청구항 7에 기재된 가스 터빈 시스템의 본 발명에 따라 성공적으로 달성된다. 가스 터빈 시스템의 유리한 실시예는 종속항 8 내지 17 항의 목적이다.
본 발명은, 많은 가스 터빈 또는 CCGT 시스템이 100℃를 초과하는 폐가스(예컨데, 연소 가스)를 방출한다는 사실에 기초하고 있다. 이것은 이들 시스템이 아직도 이용할 수 있는 폐가스에 함유된 잔류열을 이용하지 않고 있다는 것을 의미한다. 그 결과 많은 폐기 열 손실이 있고, 따라서 높은 작동 비용이 요구된다. 많은 CCGT 시스템은 특히, 120℃ 내지 150℃의 폐가스 온도로 작동되는데, 낮은 폐가스 온도는 큰 비용으로 단지 이행될 수 있기 때문이다.
가스 터빈 시스템의 효율 증대는 따라서, 가스 터빈의 폐가스 열의 적어도 일부를 재-사용하는 것에 의해 가능하다. 이것은 폐가스 열이, 둘 이상의 비-등온(non-isothermic) 증발 및 응축의 열역학적 순환 공정 물질을 특징으로 하는 작동 매질로 전달되는 것에 의해 가능하다. 그러한 순환 공정의 도움으로, 기계적 또는 전기적 동력이, 폐가스 온도를 50℃ 내지 70℃로 낮추는 반면에, 높은 효율 상태에서 발생되고, 이것은 가스 터빈 시스템의 효율 증대에 기여하고, 따라서, 시스템의 비용 효과를 개선시킨다.
신규한 터빈 시스템은 따라서, 열역학적 순환 공정을 수행하기 위한 장치(9)내에 접속된 폐가스 측상의 가스 터빈으로부터의 하류 측에 연결된 하나 이상의 열교환기를 특징으로 하는데, 상기 장치는 비-등온 증발 및 응축의 적어도 두 가지 물질을 특징으로 한다.
현존하는 시스템에서 효율을 개선하기 위해서, 하나 이상의 열교환기 하류와 열역학적 순환 공정을 수행하기 위한 장치를 재설치할 필요만 있다. 이것은 프래임워크내에 있는 현존하는 가스 터빈을 예를들면, CCGT 시스템으로 팽창시키기 위해 행해질 수 있다. 현존하는 가스 터빈 시스템과 증기 발생 시스템의 조합(즉, 가스 터빈 폐가스의 증기 발생기에서 추후 연소) 및 100℃이상의 연소 가스 온도의 CCGT 시스템과의 조합을 위해서, 폐가스의 잔류열이, 전기적 또는 기계적 동력을 발생시키기 위하여 열역학적 순환 공정을 수행하도록 단순히 장치를 재설치하는 것에 의해 사용될 수 있다. 따라서, 높은 전기적 또는 기계적 출력, 따라서 가스 터빈 시스템의 높은 효율이 연료의 동일한 양으로 가능하다. 또한 이것은 생산되는 전기 에너지의 킬로와트당 CO2의 감소를 초래한다.
효율 개선을 위한, CCGT 시스템뿐 아니라 증기 발생 시스템과 조합된 가스 터빈 시스템은, 주요 시스템에의 방해 없이도 가능한데, 하나 이상의 추가적인 열교환기만이 폐가스 측에, 즉, 가스 터빈의 폐가스 트랙에 설치되어야 하기 때문이다. 열역학적 순환 공정을 수행하기 위한 장치뿐 아니라 하나 이상의 열교환기의 재설치는 따라서 주요 시스템의 프래임워크의 교정내에서 저렴한 비용으로 가능하다.
비-등온 증발 및 응축의 둘 이상의 물질로 된 작동 매질을 사용함으로써, 한편에서는 둘 이상의 물질의 농도와 다른 한편에서는 작동 매질의 압력과 온도에 대한 약간의 변형이, 열역학적 순환공정을 단순한 방법으로 상이한 폐가스 온도를 갖는 상이한 가스 터빈 시스템에 맞도록 하는데 사용될 수 있다.
따라서 열역학적 순환공정을 수행하기 위한 장치는 양호하게는 매우 다양한 가스 터빈 시스템에의 사용에 적절한 표준 장치로서 구현될 수 있고, 따라서, 매우 낮은 비용으로 구성될 수 있다.
매우 높은 효율과, 공정을 상이한 폐가스 온도에 수행하기 위한 장치 또는 공정의 용이한 적용이 열역학적 순환 공정으로서 칼리나 사이클을 사용함으로써 가능한데, 그것은, 예를들면, Kohler, S. 및 Saadat, A.에 의한 "Moglichkeiten und Perspektiven der geothermischen Stromerzeugung-geologische und energietechnische Ansatzpunkte"(Options and perspectives in geothermal technology development-geological and energy technology approaches); GeoForschungszentrum Potsdam, STR00/23, 2000, pp. 7-28의 기사로부터 공지되어 있다. 이 순환은 작동 매질로서 예를들면, 암모니아 및 물을 포함하는 두-물질 혼합물을 사용하는데, 물은 용매로서 작용한다.
특히 140℃ 내지 200℃ 의 폐가스 온도에 적절한 발명의 실시예에 따르면, 열역학적 순환공정은 적어도 다음의 단계를 갖는 방법에 의해 수행된다. 즉,
-작동 매질의 액체 유동체를 증가 압력으로 펌핑하는 단계; -가압된 액체 작동 매질 유동체를 제 1부분 유동체 및 제 2부분 유동체로 분리시키는 단계; -폐가스의 냉각에 의해 발생된 열을 이용하여 제 1부분 유동체를 부분적으로 증발시키는 단계; -팽창된 작동 매질 유동체의 부분적 응축에 의해 발생된 열을 이용하여 제 2부분 유동체(17)을 부분적으로 증발시키는 단계; -부분적으로 증발된 제 1 및 제 2부분 유동체를 부분적으로 증발된 작동 매질 유동체로 혼합시키는 단계; -폐가스의 냉각에서 발생한 열을 이용하여 부분적으로 증발된 작동 매질 유동체의 완전한 증발, 필요한 경우 부분적 과열에 의해 가스 상태의 작동 매질 유동체를 발생시키는 단계; 가스 상태의 작동 매질 유동체를 팽창시키고 사용가능한 형태로 에너지를 전환시켜서, 팽창된 작동 매질 유동체를 발생시키는 단계; 및 -액체 작동 매질 유동체를 형성하도록 부분적으로 응축된, 팽창된 작동 매질 유동체를 응축시키는 단계를 포함하는 방법이다.
장치, 따라서 가스 터빈 시스템의 효율은 이 경우에, 동일한 온도를 갖고, 따라서 동력 발생을 위해 폐가스의 열을 가장 가능하게 사용할 수 있는 제 1부분 유동체 및 액체 작동 매질 유동체에 의해 더욱 개선된다.
열역학적 순환 공정의 높은 효율, 즉, 폐가스에 함유된 열의 전기적 또는 기계적 동력에로의 양호한 전환은 특히, 가스 터빈의 폐가스가 100℃ 내지 200℃, 특히, 140℃ 내지 200℃ 의 온도를 갖는 하나 이상의 열교환기에 있는 경우에 가능하다.
종속항의 특징에 따른 본 발명의 유리한 실시예뿐 아니라 본 발명도 도면의 예시적인 실시예를 참조하여 다음에 상세히 기술될 것이다.
도 1은 비-등온 증발 및 응축의 둘 이상의 물질로 구성된 작동 매질로 이루어진 열역학적 순환 공정을 수행하기 위한 장치에 열전달을 하기 위한 폐가스 측 열교환기 하류를 구비한 CCGT 시스템의 개략적인 도면;
도 2는 열역학적 순환 공정을 수행하기 위한 유리한 장치의 단순화된 회로도; 및
도 3은 표준 장치로서 열역학적 순환 공정을 수행하기 위한 장치에 대한 예시적인 실시예에 대한 도면이다.
도 1은 가스 터빈(2)의 고온 폐가스(AG)가 유동하고, 가스 터빈(2)과 폐기열 용기(3)를 구비한 조합 가스 사이클 및 증기 터빈 시스템(1)에 대한 개략적인 도면이다. 가스 터빈은 개방 가스 터빈 공정으로 작동된다.
조합된 가스 터빈 사이클 시스템(1)의 공기 출구 침니(6)에는, 비-등온 증발 및 응축의 둘 이상의 물질로 이루어진 작동 매질로 열 역학적 순환 공정을 수행하기 위한 단순화된 형태로 도시된 장치(9)로 폐기 가스(AG) 열중 적어도 일부를 전달하기 위한 두 개의 열교환기(HE4, HE5)가 있다. 관련된 열역학적 순환 공정은 예를들면, 칼리나(Kalina) 사이클이다.
폐가스측에 있는, 조합된 가스 터빈 사이클 시스템(1)의 물/증기 순환부(4)의 세 열교환기(5a,5b,5c)는, 가스 터빈과 열교환기(HE4, HE5) 사이에서 연결된다. 열교환기(5a, 5b, 5c)는 폐가스 용기(3)에 배열되고, 폐가스(AG) 열의 일부를 물/증기 순환부(4)로 전달한다.
장치(9)의 도움으로, 폐가스(AG)에 함유된 잔류열은 추가적인 동력 발생에 사용되고, 따라서, 조합된 사이클 시스템(1)의 효율이 증가한다. 가스 터빈(2)에서의 동력 손실을 유도하는 장치(9)의 재설치에 의해 야기된 폐가스(AG)에서의 압력 손실은 장치(9)로부터의 동력 이득에 의해 더욱 보상된다.
폐기 가스(AG)로부터 장치(9)의 작동 매질로의 특별히 양호한 열전달은, 열교환기(HE4, HE5)가 쉘 및 튜브 열교환기로 구현되는 경우에 가능하다.
공기 출구 침니(6)에서의 열교환기(HE4,HE5)의 설치는, 이들 열교환기와 그 들에 연결된 장치(9)를, 주시스템, 즉, 관련 부품과 물/증기 순환부(4)를 포함하는 가스 터빈(2)에의 간섭없이 새로 설치하는 것을 가능하게 한다. 열교환기(HE5) 앞에서의 폐가스의 온도는 양호하게는 100℃ 내지 200℃, 특히, 140℃ 내지 200℃ 이다. 열교환기(HE4, HE5)에 의한 폐가스(AG)의 냉각은 열교환기를 나온 폐가스의 온도를, 예를들면, 50℃ 내지70℃로 감소시킨다.
도 2는 도 1에 따른 열역학적 순환 공정을 수행하기 위한 140℃ 내지 200℃ 에 특히 적합한 장치(9)의 회로를 도시하고 있다.
장치(9)는, 가스 터빈의 폐가스(AG, 연소 가스)가 제 1측부상에서 유동하고, 한편에서는 제 2측부상에서 혼합기(35)에 연결되고 다른 한편에서는 터빈(32)에 연결된 열교환기(HE4)를 특징으로 한다. 터빈(32)은 그것의 출력측에서 열교환기(응축기, HE1)의 제 1측부에 연결된 열교환기(HE2)의 제 2측부에 연결된다. 응축기(HE1)는 그것의 제 1출력 측부에서 응축 탱크와 펌프(33)를 경유하여 분리기(34)에 연결된다. 분리기(34)는 한편에서는 열교환기(HE2)의 제 1측부를 경유하고, 다른 한편으로는 열교환기(HE4)의 제 2측부를 경유하여 혼합기(35)에 연결된다. 먼제 폐가스(AG)는 열교환기(HE5)의 제 1측부를 그리고 열교환기(HE4)의 제 1측부를 통하여 유동한다.
물과 암모니아를 포함하는 두-물질 혼합물이 장치(9)에서 작동 매질로 사용된다. 응축기(HE1) 후에, 작동 매질은 액체 작동 매질 유동체(13)로서 액체 상태이다. 펌프(33)의 도움으로, 액체 작동 매질 유동체(13)는 증가 압력으로 펌핑되고, 가압된 액체 작동 매질 유동체(14)가 발생하고, 그것은 분리기(34)에 의해 제 1부분 유동체(16) 및 제 2부분 유동체(17)로 분할된다.
제 1부분 유동체(16)는 열교환기(HE4)에 의해 제 2측부상에 수용되고, 열교환기(HE5)에서 이미 냉각된 폐가스(AG)의 냉각에 의해 발생된 열을 이용하여 부분적으로 증발되고, 부분적으로 증발된 제 1부분 유동체(16a)를 발생시킨다. 제 1부분 유동체(17)는 열교환기(HE2)에 의해 제 1측부상에서 수용되고, 제 1측부상에 수용된 팽창된 작동 매질 유동체(11)의 부분적인 응축에 의해 발생된 열을 이용하여, 부분적으로 증발되어, 부분적으로 증발된 제 2부분 유동체(17a)를 발생시킨다. 부분적으로 증발된 제 1 및 제 2부분 유동체(16a, 17a)는 이어서 혼합기(35)에서 하나의 부분 증발 작동 매질 유동체(18)로 혼합된다. 열교환기(HE2, HE4)는 이 경우에 유리하게 일정한 크기를 갖게 되어서, 제 1 및 제 2의 부분적으로 증발된 부분 유동체(16a, 17a)는 대략 동일한 온도와 동일한 건도를 갖는다.
부분적으로 증발된 작동 매질 유동체(18)는 이어서 열교환기(HE5)에 의해 제 2측부상에 수용되고, 제 1측부 폐가스(AG)의 냉각을 통하여 완전히 증발되고, 필요한 경우에, 부분적으로 과열된 가스 상태 작동 매질 유동체(10)가 발생한다. 가스 상태의 작동 매질 유동체(10)는 이어서 터빈(32)에서 팽창하고, 그것의 에너지는 사용가능한 형태, 즉, 도시되지 않은 발전기를 경유하여 전류화되고, 그리고, 팽창된 작동 매질 유동체(11)가 발생된다. 팽창된 작동 매질 유동체(11)는 열교환기(HE2)에서 부분적으로 응축되고, 부분적으로 응축된, 팽창된 작동 매질 유동체(12)가 발생된다. 부분적으로 응축, 팽창된 작동 매질 유동체(12)는 이어서 냉각수(25)의 유입 유동의 도움으로 열교환기(응축기, HE1)에서 응축되고, 액체 작동 매 질 유동체(13)가 발생된다. 팽창된 작동 매질 유동체(12)의 응축에 의해 냉각수 유동(25)으로 전달된 열은 유출 냉각수 유동(26)에 의해 방출된다.
가압된 액체 부분 유동체(14)는, 열교환기(HE2)에서 이미 부분적으로 응축된 팽창된 작동 매질 유동체(12)의 다른 부분적 응축을 통하여 도시되지 않은 다른 열교환기를 경유하여 예열된다.
폐가스에서의 특히 양호한 열의 이용, 따라서 순환의 특히 높은 효율은 그러나. 예열 없이, 따라서 제 1 부분 유동체(16)가 기본적으로 액체 작동 매질 유동체(13)와 동일한 온도를 갖는 것에 의해 이루어 질 수 있다.
도 3에서 단순화된 예로서 도시된 이 경우의 장치(9)는, 양호하게는, 표준 장치(40)로서 구현된다. 이 경우의 표준 장치(40)는 열교환기(HE4,HE5)를 제외한 순환의 모든 부품을 포함하는 순환 모듈(41)를 구비한다. 이들 부품들은 열교환기(응축기, HE1), 열교환기(HE2), 터빈(32), 펌프(33), 터빈에 연결된 발전기 및 순환을 제어, 조절 및 모니터하는데 필요한 다른 장치를 포함한다.
열교환기(HE4, HE5)는 가스 터빈 시스템의 공기 출구 침니내에 구성될 수 있는 하나의 열교환기 모듈(42)에 배열된다.
순환 모듈(41)은 열교환 모듈(42)의 대응하는 파이프 워크 접속 쌍(43', 44')에의 파이프 접속을 위한 파이프 워크 접속 쌍(43,44)을 특징으로 한다. 더욱이, 순환 모듈(41)은 열교환기(응축기, HE1)에 또는 그로부터 냉각수를 공급 또는 제거하기 위한 파이프 워크 접속(45)을 특징으로 한다. 순환 모듈(41)에 의해 발생된 동력은 전기 접속부(46) 수단에 의해 저장될 수 있다. 전기 접속부(47)는 동 력을, 순환 모듈의 제어, 조절 및 모니터하기 위해 장치에 공급하고, 동력을 펌프(3)에 공급하기 위해, 전류를 경로화하는데 사용된다. 그러한 외부 동력 공급은, 적어도 순환 모듈(41) 자체에 의해 그 자체의 동력 필요를 충족할 수 있을 때까지 요구된다. 또한, 그 자체의 수요는 외부 동력 공급 대신에 충전기를 갖는 순환 모듈(41)에 의해 충족될 수 있다. 제어 부재(51)가 작동 매질 성분의 농도를 세팅하고, 순환에서 작동 매질의 온도와 압력을 셋팅하도록 부재(52,53)를 제어하는데 사용될 수 있다.
순환 모듈(41)은 양호하게는, 컨테이너 포맷, 특히 컨테이너 포맷(20', 40')을 갖고, 따라서, 그것의 설치 장소에 트럭, 기차 또는 선박에 의해 용이하고 신속하게 운반될 수 있으며, 현존하는 CCGT 설비에서 열역학적 순환 공정을 실행하기 위한 장치(9)를 재설치하는데 필요한 시간과 비용을 낮게 유지하는 것이 가능하다.
본 발명이 양호한 실시예를 참조하여 기술되었지만, 일반적으로 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 대신에, 본 발명의 또는 실시예의 다수의 변화 및 변형이 있을 수 있다. 예를들면, 열역학적 순환 공정을 수행하기 위한 열교환기의 숫자는 증가될 수 있고, 추가적인 밸브 및 분리기가 회로내에 접속될 수 있다. 더욱이, 가스 상태의 작동 매질 유동체(10)는 한 단계 이상, 즉, 병렬로 연결된 두 개의 터빈에서 팽창될 수 있다.

Claims (17)

  1. 가스 터빈 시스템(1) 효율을 증대시키는 방법으로서,
    가스 터빈(2) 폐가스(AG) 열의 적어도 일부가 열역학적 순환 공정의 비-등온 증발 및 응축되는 둘 이상의 물질을 특징으로 하는 작동 매질로 전달되는,
    가스 터빈 시스템 효율 증대 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    칼리나 사이클이 열역학적 순환 공정으로서 사용되는,
    가스 터빈 시스템 효율 증대 방법.
  3. 제 1항 및/또는 제 2항에 있어서,
    열역학적 순환 공정이 적어도,
    상기 작동 매질의 액체 유동체(13)를 증가 압력으로 펌핑하는 단계;
    가압된 액체 작동 매질 유동체(14)를 제 1부분 유동체(16) 및 제 2부분 유동체(17)로 분리시키는 단계;
    상기 폐가스(AG)의 냉각에 의해 발생된 열을 이용하여 상기 제 1부분 유동체(16)를 부분적으로 증발시키는 단계;
    팽창된 작동 매질 유동체(11)의 부분적 응축에 의해 발생된 열을 이용하여 상기 제 2부분 유동체(17)를 부분적으로 증발시키는 단계;
    부분적으로 증발된 상기 제 1 및 제 2부분 유동체(16a, 17a)를 부분적으로 증발되는 작동 매질 유동체(18)로 혼합시키는 단계;
    상기 폐가스(AG)의 냉각에서 발생한 열을 이용하여, 부분적으로 증발된 작동 매질 유동체(18)의 완전한 증발, 필요한 경우 부분적 과열에 의해 가스 상태의 작동 매질 유동체(10)를 발생시키는 단계;
    상기 가스 상태의 작동 매질 유동체(10)를 팽창시키고 사용가능한 형태로 에너지를 전환시켜서, 상기 팽창된 작동 매질 유동체(11)를 발생시키는 단계; 및
    상기 액체 작동 매질 유동체(13)를 형성하도록 상기 부분적으로 응축, 팽창된 작동 매질 유동체(12)를 완전히 응축시키는 단계를 특징으로 하는 방법에 의해 수행되는,
    가스 터빈 시스템 효율 증대 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1부분 유동체(16)와 상기 액체 작동 매질 유동체(13)는 실질적으로 동일한 온도를 갖는,
    가스 터빈 시스템 효율 증대 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 터빈(2)의 폐가스(AG) 열 중 추가적인 일부가 증기 터빈의 물/증기 순환부(4)로 전달되는,
    가스 터빈 시스템 효율 증대 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열교환기(HE5)의 가스 터빈(2) 상류의 폐가스(AG)가 100℃ 내지 200℃, 특히, 140℃ 내지 200℃ 의 온도를 갖는,
    가스 터빈 시스템 효율 증대 방법.
  7. 상기 하나 이상의 열교환기(HE5)가 열역학적 순환 공정을 수행하기 위한 장치(9)내에 연결되는 가스 터빈(2) 하류 측에 연결되고, 상기 장치(9)가 비-등온 증발 및 응축되는 두개 이상의 물질을 갖는 작동 매질을 특징으로 하는,
    가스 터빈 시스템(1).
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 열역학적 순환 공정이 칼리나 사이클인,
    가스 터빈 시스템(1).
  9. 제 7항 및/또는 제 8항에 있어서,
    상기 장치(9)가 적어도,
    상기 작동 매질의 액체 유동체(13)를 증가 압력으로 펌핑하기 위한 펌프(33);
    가압된 액체 작동 매질 유동체(14)를 제 1부분 유동체(16) 및 제 2부분 유동체(17)로 분리시키기 위한 분리기(34);
    상기 제 1부분 유동체(16)를 수용하고, 상기 폐가스(AG)의 냉각에 의해 부분적으로 증발된 제 1부분 유동체(16a)를 발생 및 방출시키기 위한 제 1 열교환기(HE4);
    팽창된 작동 매질 유동체(11) 및 제 2부분 유동체(17)를 수용하고, 열을 제 2부분 유동체(17)로 전달함으로써 상기 팽창된 작동 매질 유동체(11)를 냉각시키고, 부분적으로 증발된 제 2부분 유동체(17a) 및 부분적으로 응축, 팽창된 작동 매질 유동체(12)를 방출시키기 위한 제 2열교환기(HE2);
    상기 부분적으로 증발된 제 1부분 유동체(16a) 및 상기 부분적으로 증발된 제 2부분 유동체(17a)를 부분적으로 증발된 작동 매질 유동체(18)로 혼합시키기 위한 혼합기(35);
    상기 부분적으로 증발된 작동 매질 유동체(18)를 수용하고, 상기 폐가스(AG)의 냉각을 통하여 가스 상태의, 필요한 경우 과열된 작동 매질 유동체(10)를 발생 및 방출시키기 위한 제 3열교환기(HE5);
    상기 가스 상태의 작동 매질 유동체(10)를 팽창시키고, 사용가능한 형태로 에너지를 변환시켜서 상기 팽창된 작동 매질 유동체(11)를 방출시키기 위한 장치(32), 특히 터빈; 및
    상기 부분적으로 응축, 팽창된 작동 매질 유동체(12)를 수용하고 완전히 응축시켜서, 상기 액체 작동 매질 유동체(13)를 방출시키기 위한 제 4 열교환기(응축 기, HE1)를 포함하는 장치를 갖는,
    가스 터빈 시스템(1).
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1부분 유동체(16) 및 상기 액체 작동 매질 유동체(13)가 기본적으로 동일한 온도를 갖는,
    가스 터빈 시스템(1).
  11. 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열교환기(HE5)의 가스 터빈(2) 상류의 폐가스(AG)가
    100℃ 내지 200℃, 특히, 140℃ 내지 200℃ 의 온도를 갖는,
    가스 터빈 시스템(1).
  12. 제 7항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 터빈(2)의 폐가스 측과 하나 이상의 열교환기(HE5) 사이에 증기 터빈의 물/증기 순환부(4)의 추가적인 열교환기(5a, 5b, 5c)가 연결되는,
    가스 터빈 시스템(1).
  13. 제 7항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열교환기(HE5)가 상기 가스 터빈 시스템(1)의 공기 출구 침니(6)에 배열되는,
    가스 터빈 시스템(1).
  14. 제 7항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 열교환기(HE5)가 쉘 및 튜브 열교환기로서 구현되는,
    가스 터빈 시스템(1).
  15. 제 7항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열역학적 순환 공정을 수행하기 위한 장치(9)가 표준 장치(40)로서 구현되는,
    가스 터빈 시스템(1).
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 표준 장치(40)가 열교환기 모듈(42) 및 순환 모듈(41)을 특징으로 하는,
    가스 터빈 시스템(1).
  17. 제 15항 및/또는 제 16항에 있어서,
    상기 순환 모듈(42)이 컨테이너 포맷, 특히, 20' 또는 40' 컨테이너 포맷을 갖는,
    가스 터빈 시스템(1).
KR1020067002159A 2003-07-31 2004-07-06 가스 터빈 시스템 효율 증대 방법 및 그 방법에 적절한가스 터빈 시스템 KR20060036109A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10335143.4 2003-07-31
DE10335143A DE10335143B4 (de) 2003-07-31 2003-07-31 Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrades einer Gasturbinenanlage und dafür geeignete Gasturbinenanlage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20060036109A true KR20060036109A (ko) 2006-04-27

Family

ID=34072008

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020067002159A KR20060036109A (ko) 2003-07-31 2004-07-06 가스 터빈 시스템 효율 증대 방법 및 그 방법에 적절한가스 터빈 시스템

Country Status (10)

Country Link
US (1) US7493768B2 (ko)
EP (1) EP1649146B1 (ko)
JP (1) JP4668189B2 (ko)
KR (1) KR20060036109A (ko)
AU (1) AU2004267168B2 (ko)
DE (1) DE10335143B4 (ko)
ES (1) ES2398108T3 (ko)
NO (1) NO338864B1 (ko)
PT (1) PT1649146E (ko)
WO (1) WO2005019606A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100683628B1 (ko) * 2005-08-22 2007-02-20 위니아만도 주식회사 김치냉장고의 운전 제어 방법

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004037417B3 (de) * 2004-07-30 2006-01-19 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Übertragung von Wärme von einer Wärmequelle an einen thermodynamischen Kreislauf mit einem Arbeitsmittel mit zumindest zwei Stoffen mit nicht-isothermer Verdampfung und Kondensation
US7841179B2 (en) * 2006-08-31 2010-11-30 Kalex, Llc Power system and apparatus utilizing intermediate temperature waste heat
DE102007022950A1 (de) * 2007-05-16 2008-11-20 Weiss, Dieter Verfahren zum Transport von Wärmeenergie und Vorrichtungen zur Durchführung eines solchen Verfahrens
US8087248B2 (en) 2008-10-06 2012-01-03 Kalex, Llc Method and apparatus for the utilization of waste heat from gaseous heat sources carrying substantial quantities of dust
US8695344B2 (en) * 2008-10-27 2014-04-15 Kalex, Llc Systems, methods and apparatuses for converting thermal energy into mechanical and electrical power
US8176738B2 (en) 2008-11-20 2012-05-15 Kalex Llc Method and system for converting waste heat from cement plant into a usable form of energy
EP2199547A1 (de) * 2008-12-19 2010-06-23 Siemens Aktiengesellschaft Abhitzedampferzeuger sowie ein Verfahren zum verbesserten Betrieb eines Abhitzedampferzeugers
US8479489B2 (en) * 2009-08-27 2013-07-09 General Electric Company Turbine exhaust recirculation
US8863492B2 (en) 2010-01-19 2014-10-21 Siemens Energy, Inc. Combined cycle power plant with split compressor
KR101464351B1 (ko) * 2010-02-09 2014-11-24 쯔보 네이터지 케미컬 인더스트리 컴퍼니 리미티드 온도차 엔진 장치
US8474263B2 (en) 2010-04-21 2013-07-02 Kalex, Llc Heat conversion system simultaneously utilizing two separate heat source stream and method for making and using same
JP5862133B2 (ja) * 2011-09-09 2016-02-16 国立大学法人佐賀大学 蒸気動力サイクルシステム
DE102012206946A1 (de) * 2012-04-26 2013-10-31 Siemens Aktiengesellschaft Niedertemperatur-Kreislauf für eine Gas- und Dampfturbinenanlage mit Wasserstofffeuerung
JP6109577B2 (ja) * 2013-01-08 2017-04-05 一般財団法人電力中央研究所 水素焚ガスタービンコンバインドサイクル発電プラント
WO2014141719A1 (ja) * 2013-03-15 2014-09-18 メタウォーター株式会社 バイナリー発電システム
JP6057219B2 (ja) * 2014-02-17 2017-01-11 メタウォーター株式会社 バイナリー発電システム
JP5531250B1 (ja) * 2013-03-15 2014-06-25 メタウォーター株式会社 バイナリー発電システム
CN109854319B (zh) * 2019-02-02 2023-09-08 华电电力科学研究院有限公司 一种耦合压力匹配的联合循环抽汽供热集成***及其运行方法
JP6858821B2 (ja) * 2019-09-25 2021-04-14 東芝プラントシステム株式会社 ガスタービンの吸気温調システムおよび発電プラント
US11421663B1 (en) 2021-04-02 2022-08-23 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power in an organic Rankine cycle operation
US11480074B1 (en) 2021-04-02 2022-10-25 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods utilizing gas temperature as a power source
US11293414B1 (en) 2021-04-02 2022-04-05 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power in an organic rankine cycle operation
US11486370B2 (en) 2021-04-02 2022-11-01 Ice Thermal Harvesting, Llc Modular mobile heat generation unit for generation of geothermal power in organic Rankine cycle operations
US11644015B2 (en) 2021-04-02 2023-05-09 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
US11592009B2 (en) 2021-04-02 2023-02-28 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig
US11326550B1 (en) 2021-04-02 2022-05-10 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods utilizing gas temperature as a power source
US11187212B1 (en) 2021-04-02 2021-11-30 Ice Thermal Harvesting, Llc Methods for generating geothermal power in an organic Rankine cycle operation during hydrocarbon production based on working fluid temperature
US11493029B2 (en) 2021-04-02 2022-11-08 Ice Thermal Harvesting, Llc Systems and methods for generation of electrical power at a drilling rig

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4819437A (en) * 1988-05-27 1989-04-11 Abraham Dayan Method of converting thermal energy to work
US5029444A (en) * 1990-08-15 1991-07-09 Kalina Alexander Ifaevich Method and apparatus for converting low temperature heat to electric power
JPH08105304A (ja) * 1994-01-31 1996-04-23 Yoshihide Nakamura 複流サイクルプラント
US5572871A (en) * 1994-07-29 1996-11-12 Exergy, Inc. System and apparatus for conversion of thermal energy into mechanical and electrical power
JPH0960504A (ja) * 1995-08-26 1997-03-04 Yoshihide Nakamura 動力発生システム
JPH09203304A (ja) * 1996-01-24 1997-08-05 Ebara Corp 廃棄物を燃料とする複合発電システム
DE19619470C1 (de) * 1996-05-14 1997-09-25 Siemens Ag Gas- und Dampfturbinenanlage sowie Verfahren zu deren Betrieb
JPH10207922A (ja) * 1997-01-20 1998-08-07 Kubota Corp 熱解析方法
US5842345A (en) * 1997-09-29 1998-12-01 Air Products And Chemicals, Inc. Heat recovery and power generation from industrial process streams
JPH11218005A (ja) * 1998-01-30 1999-08-10 Ebara Corp 廃棄物を燃料とする複合発電システム
US6065280A (en) 1998-04-08 2000-05-23 General Electric Co. Method of heating gas turbine fuel in a combined cycle power plant using multi-component flow mixtures
US6058695A (en) * 1998-04-20 2000-05-09 General Electric Co. Gas turbine inlet air cooling method for combined cycle power plants
US6173563B1 (en) * 1998-07-13 2001-01-16 General Electric Company Modified bottoming cycle for cooling inlet air to a gas turbine combined cycle plant
JP2000110510A (ja) * 1998-10-05 2000-04-18 Takeshi Hatanaka 高効率ガスタービン
US6216436B1 (en) * 1998-10-15 2001-04-17 General Electric Co. Integrated gasification combined cycle power plant with kalina bottoming cycle
JP4509453B2 (ja) * 2000-02-01 2010-07-21 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ カリナボトミングサイクルを備える統合型ガス化複合サイクル発電プラント
US20020053196A1 (en) * 2000-11-06 2002-05-09 Yakov Lerner Gas pipeline compressor stations with kalina cycles
JP2004232571A (ja) * 2003-01-31 2004-08-19 Takeo Saito 多種・多重サイクル発電システム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100683628B1 (ko) * 2005-08-22 2007-02-20 위니아만도 주식회사 김치냉장고의 운전 제어 방법

Also Published As

Publication number Publication date
DE10335143B4 (de) 2010-04-08
JP4668189B2 (ja) 2011-04-13
US20070051108A1 (en) 2007-03-08
ES2398108T3 (es) 2013-03-13
NO338864B1 (no) 2016-10-31
US7493768B2 (en) 2009-02-24
DE10335143A1 (de) 2005-02-17
AU2004267168B2 (en) 2010-10-28
AU2004267168A1 (en) 2005-03-03
WO2005019606A1 (de) 2005-03-03
PT1649146E (pt) 2013-02-05
JP2007500810A (ja) 2007-01-18
EP1649146A1 (de) 2006-04-26
NO20060849L (no) 2006-02-21
EP1649146B1 (de) 2012-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20060036109A (ko) 가스 터빈 시스템 효율 증대 방법 및 그 방법에 적절한가스 터빈 시스템
CN100445518C (zh) 将热量从热源传递至一热力循环的方法和装置，热力循环采用一包括至少两种非等温蒸发及非等温冷凝物质的工质
RU2126098C1 (ru) Геотермальная электростанция, работающая на геотермальной текучей среде высокого давления, и модуль электростанции
US9790815B2 (en) Method for operating a thermodynamic cycle, and thermodynamic cycle
KR100341646B1 (ko) 가스터어빈그룹의열적부하를받는구성품의냉각방법
RU2121118C1 (ru) Устройство и способ для производства энергии из геотермальной текучей среды
RU2215165C2 (ru) Способ регенерации тепла выхлопных газов в преобразователе органической энергии с помощью промежуточного жидкостного цикла (варианты) и система регенерации тепла выхлопных газов
AU728647B1 (en) Method and apparatus of converting heat to useful energy
KR101114017B1 (ko) 열역학 사이클을 수행하기 위한 방법 및 장치
JP5847708B2 (ja) 複合サイクル動力装置
JPH112106A (ja) 有効エネルギーへの熱変換方法およびその装置
JP2007064047A (ja) 蒸気タービンプラントの廃熱回収設備
RU99128094A (ru) Регенерация тепла выхлопных газов в преобразователе органической энергии с помощью промежуточного жидкостного цикла
JP2007520662A (ja) 有機ランキンサイクル用流体
KR20100074167A (ko) 저온 열 소스의 열 에너지를 기계 에너지로 변환하기 위한 방법 및 장치
KR100378032B1 (ko) 액체링펌프밀봉액급냉기를구비하는발전설비와,급냉기의작동중에발생된열을이용하는방법
JP2008267341A (ja) 廃熱回収装置
US20100060005A1 (en) Power generation system using low grade solar energy
KR101247772B1 (ko) 유기 랭킨 사이클을 이용한 선박의 발전장치
KR101917430B1 (ko) 발전장치
KR20180056148A (ko) 복합화력발전시스템
KR101294974B1 (ko) 열에너지를 전환하는 방법 및 장치
KR20130074466A (ko) 열효율 및 응축효율이 향상된 발전시스템
RU2686541C1 (ru) Парогазовая установка
KR101826441B1 (ko) 석탄 가스화 복합화력 발전플랜트

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application