KR20220111230A - 수소 연료 co2 다단 가스터빈 순산소연소, 배기냉각, 배기열회수 및 co2초임계유체 생성 히트펌프 구성 장치와 운전방법 - Google Patents

수소 연료 co2 다단 가스터빈 순산소연소, 배기냉각, 배기열회수 및 co2초임계유체 생성 히트펌프 구성 장치와 운전방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220111230A
KR20220111230A KR1020220093555A KR20220093555A KR20220111230A KR 20220111230 A KR20220111230 A KR 20220111230A KR 1020220093555 A KR1020220093555 A KR 1020220093555A KR 20220093555 A KR20220093555 A KR 20220093555A KR 20220111230 A KR20220111230 A KR 20220111230A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
exhaust
turbine
steam
cooler
heat
Prior art date
Application number
KR1020220093555A
Other languages
English (en)
Inventor
양기와
양성진
Original Assignee
양기와
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 양기와 filed Critical 양기와
Priority to KR1020220093555A priority Critical patent/KR20220111230A/ko
Publication of KR20220111230A publication Critical patent/KR20220111230A/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
    • F01K25/08—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
    • 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
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
    • 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
    • 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
    • F01K9/00—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines
    • F01K9/003—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines condenser cooling circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F02C7/141—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/06—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of coolers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • F28D21/001—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases for thermal power plants or industrial processes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
    • F28D7/024—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

본 발명은 수소를 연료로 사용하는 CO2 다단 가스터빈에서, 순산소연소, 배기냉각, 배기열회수 및 CO2초임계유체 생성 히프펌프 구성 장치와 운전방법에 관한 것으로, 증기터빈처럼, 고압(HP), 중압(IP) 및 저압(LP) 터빈으로 구성된 가스터빈에서, 공기로부터 산소와 질소가 분리 생산되어 냉매로 활용되며, 연소실에 순산소만 주입되고 순환 작동유체로써 CO2가 연소실에 주입 재순환되어 순산소연소가 구현되며, 터빈 배기가 냉각되어 증기가 복수되고, CO2가 액화되어, 초임계유체로 생성되어 터빈 배기열이 회수되며, 이 작동유체 CO2 및 (연소실에서 연소로) 생성된 증기가, 연소실에서 고온으로 가열된 초초임계압 증기와 더불어, 터빈에서 동력을 생산하고 충분히 팽창, 배압 0.2bar로 배기됨으로써, 터빈에서 높은 동력생선 효율로 많은 동력이 생산되도록 구성된 것이 특징이다. 게다가, 배기냉각에 냉각수가 사용되지 않음으로써, 발전소 입지조건이 자유롭다.
본 발명에서는, 연소실에 수소와 순산소만 주입되고, 작동유체로써 CO2가 (8CO2 + 2O2 + 4H2 = 8CO2 + 4H2O) 연소실로 재순환되어 순산소연소가 구현되며, 또한, 초초임계압 (증기) 유체가 고압(HP) 터빈에서 동력을 생산하고 별도의 대형 연소실에서 재가열된 이후, 중압(IP) 터빈에 주입되며, 또한, 상기 (작동유체) CO2와 연소실에서 생성된 증기가 모두 이 중압(IP) 터빈에 주입되어, 작동유체와 초초임계압 증기가 더불어 동력을 생산하고, 저압(LP) 터빈에서 배압 0.2bar로 배기되어, 도 2에 보인, 본 배기냉각기에 흡입되며, 이미 냉각 응축된 기(pre)-복수가 증발하면서, 이 터빈 배기가 냉각되고, 이어 CO2초임계유체 및 냉매 산소로 더 냉각되어, 증기는 복수되고, 배기 CO2가 -13℃로 (포집) 배출된다. 이 배기 -13℃ CO2는 20bar로 압축 200℃로 승온하고, 이어 액상의 냉매 질소로 냉각되어 -20℃로 액화되고, 이어 이 배기 CO2가 펌프로 임계압 (73bar) 이상으로 가압되어, ScCO2예열기#1로 압송되고, 이후 CO2가 후속 터빈 배기를 냉각하며 예열되어 CO2초임계유체로 생성되면서, 터빈 배기열이 아래와 같이 회수된다.
상기 기-복수가 터빈 배기를 냉각하며 흡수한 배기열은, 도 5에 도시한, 배기열 회수 시스템에서, 히트펌프 기술로, CO2초임계유체 및 초초임계압 급수가 예열되어 회수된다. 이 기-복수의 90℃ 0.2bar 증기는 압축기로 1atm으로 압축되어 230℃로 승온하며, 연소실에서 생성된 분량의 기-복수 증기가, ScCO2예열기#1에서 예열된 CO2초임계유체를 215℃로 더 예열함으로써, 이 CO2초임계유체가 터빈 배기열을 회수하게 되며, 이 기-복수의 순환 증기는, 초초임계압 (ScP.FW PreHtr) 급수예열기에서, 용해 산소가 제거된, 초초임계압 급수를 180℃로 예열함으로써, 이 초초임계압 급수가 터빈 배기열을 회수하게 된다.
상기 CO2초임계유체는, 질소 액화냉각 시스템의 ScCO2예열기#3에서, 450℃ 질소로 더 예열되고, ScCO2예열기#4에서, 터빈 축 직렬 압축기가 생산한 450℃ 이상으로 고온인 압축공기로 더 예열되며, 배기냉각기에서 배기를 냉각하며 예열된 산소는, 산소예열기#1에서, 상기 질소가 터빈 배기 20bar 200℃ CO2를 -20℃ 액상으로 냉각하며 (180℃) 승온한 질소의 승온열량으로 170℃로 예열되고, 이어 산소예열기#2에서, 상기 압축공기로 더 고온으로 예열되어, 연소실에 주입되며, 상기 CO2초임계유체는 디퓨저를 통하여 연소실 운전압력으로 강압 등온팽창 한 이후, 연소실에 주입, 재순환된다.
이로써, 본 발명에서는, 순산소연소가 구현되어, 온난화의 주요인인 CO2가 배출되지 않으며, 이 배기의 냉각, 증기의 복수, CO2의 액화 효과로, 증기터빈에서처럼, 터빈에서 높은 동력생산 효율이 구현되며, 터빈 배기열이 회수됨으로써, 터빈에서 동력이 더 생산될 뿐만 아니라, 바닷물이 냉각수로 사용되지 않아, 해양 환경에 어떤 영향도 미치지 않는, 발전소 입지조건이 자유로운 것이 특징이다.

Description

수소 연료 CO2 다단 가스터빈 순산소연소, 배기냉각, 배기열회수 및 CO2초임계유체 생성 히트펌프 구성 장치와 운전방법 {Exhaust Gas Cooling, Heat Recovery and ScCO2 Fluid Creation by Heat Pump Make-up Device and Its Operation Method of Oxyfuel H2 CO2 Gas Turbine}
본 발명은 수소를 연료로 사용하는 CO2 다단 가스터빈에서, 순산소연소, 배기냉각, 배기열회수 및 CO2초임계유체 생성 히프펌프 구성 장치와 운전방법에 관한 것으로, 증기터빈처럼, 고압(HP), 중압(IP) 및 저압(LP) 터빈으로 구성된 가스터빈에서, 공기로부터 산소와 질소가 분리 생산되어 냉매로 활용되며, 연소실에 순산소만 주입되고 순환 작동유체로써 CO2가 연소실에 주입 재순환되어 순산소연소가 구현되며, 터빈 배기가 냉각되어 증기가 복수되고, CO2가 액화되어, 초임계유체로 생성되어 터빈 배기열이 회수되며, 이 작동유체 CO2 및 (연소실에서 연소로) 생성된 증기가, 연소실에서 고온으로 가열된 초초임계압 증기와 더불어, 터빈에서 동력을 생산하고 충분히 팽창, 배압 0.2bar로 배기됨으로써, 터빈에서 높은 동력생선 효율로 많은 동력이 생산되도록 구성된 것이 특징이다.
공기 중에 질소는 약 78%, 산소는 21%, 기타(CO2, 수증기, 아르곤 등) 1% 정도이다. 종래 가스터빈 연소실에는 산소와 더불어 질소가 공급되나, 순산소연소에서는 질소(78%)에 해당하는 작동유체가 줄어듦에 따라 연소실이 과열되고 열효율이 저하되는 문제가 발생하였다. 이 문제를 해결하기 위하여 질소 분량의 CO2가 연소실에 주입 재순환되도록 하는 순산소연소 연구가 진행 중이다.
가스터빈의 배기온도는 600℃ 정도로 높으나, 가스터빈이 증기터빈과 복합사이클로 구성되면, HRSG 배기 온도는 110℃ 정도로 낮아진다. 증기터빈에서는, 터빈이 고압(HP), 중압(IP) 및 저압(LP) 터빈의 다단 터빈으로 구성되고, 터빈 배기가 저압 터빈에서 (Back Pressure) 배압 0.2bar 110℃ 이하로 배기되어, 터빈에서 높은 동력생산 효율이 실현된다.
증기터빈에서는, 터빈에서 배기되는 증기가 복수기에서 냉각 복수됨으로써, 이 냉각 복수 효과로, 증기가 터빈 블레이드를 향하여 더 빠른 속도로 달려 블레이드에 충돌함에 따라, 터빈에서 동력이 고효율로 더 생산되어, 열효율이 가스터빈의 것보다 더 높다. 그러나 가스터빈에서는, 이 터빈 배기를 증기터빈의 증기처럼 액상으로 용이하게 응축할 수 없다. 따라서 가스터빈 발전 열효율은 증기터빈의 것(40%~45%)보다 더 낮다. 단, 일본 MHPS 사의 가스터빈에서는, 연소가스 온도를 1600℃로 높여 열효율 41%를 달성했다. 증기터빈에서는, 터빈에 공급되는 증기의 온도가 배관 재질의 허용 온도인 550℃ 정도로 낮으나 복수기에서 증기가 냉각되어 물로 응축되기 때문에 열효율이 가스터빈의 것보다 더 높다.
이산화탄소(CO2)는 분자량(44)이 증기의 것(18)보다 2배 이상 크다, 따라서 이 CO2가 터빈에서 블레이드에 충돌할 때, 블레이드에 충격(Δmv)을 더 가함에 따라, 이 CO2는 증기보다 동력을 더 많이 생산한다. 이 CO2는 임계점의 온도(31℃) 압력(73bar)이 매우 낮은 특성으로, 최근에 CO2초임계유체가 순환 작동유체로써 순산소연소가 구현되는 가스터빈이 활발히 연구되고 있다. 이 CO2초임계유체는 그 체적이 크게 줄어, 유동 마찰 (Friction Loss) 손실도 줄어들게 되며, 열교환 효율이 높아진다.
(주)포스코에서 발명 특허 등록된 (10-1481614, 2015.01.06) '질소가스 생산 시스템'에서는, 77℃, 5.5kg/cm2의 압축공기로, 액화분리법에 의하여, 산소와 질소가 동시에 대량 생산된다. 본 발명에서는, 이 산소와 질소 생산 방법이 활용되었다.
로터가 고속으로 회전하는 압축기 임펠러 또는 터빈 블레이드는 로터의 회전 (Rotational Inertia) 관성이 일정하게 유지되어야 한다. 이 회전관성이 일정하게 유지되지 않으면, 회전기기의 로터는 고속으로 회전할 수 없다.
본 발명에서는, CO2가 작동유체로, 수소가 연료로 사용되어, (8CO2 + 2O2 + 4H2 = 8CO2 + 4H2O), 순산소연소가 구현되어야 하며, 터빈의 배기가, 증기터빈 복수기에서처럼, (배기냉각기) 특수 열교환기에 흡입되고 냉각되어, 증기가 복수되고, 순환 작동유체로써 CO2가 냉각, 액화되어야 한다. 증기터빈에서는, 배기(증기)가 냉각되어 복수됨으로써, 터빈에서 고효율로 동력이 생산되나, 막대한 (증기의 복수) 배기열량이 냉각수로 바다로 방출되어, 해양환경에 상당한 영향을 미치고, 또한, 발전소 입지조건이 자유롭지 못한 결함이 있었다. 이러한 문제가 해소되도록, 본 발명에서는, 바닷물이 이 배기 냉각에 사용되지 않아야 하며, 이 배기열량이 회수되어, 터빈에서 동력으로 변환되어야 한다.
증기터빈에서는, 순환 보일러 급수가 초초임계압으로 가압되고, 고온으로 가열된 이 초초임계압 증기가 고압(HP), 중압(IP) 및 저압(LP) 터빈에서 많은 동력을 생산하고, 높은 발전 효율이 실현되고 있다. 본 발명에서도, 터빈이, 증기터빈처럼, 다단 터빈으로 구성되어, 초초임계압 증기가, 연소실에서 연소로 생성된 증기 및 상기 순환 작동유체 CO2와 더불어, 터빈에서 동력을 생산하고, 모든 터빈 배기는 냉각 액화되어야 하며, 이 배기열은 모두 회수되어야 한다. 즉, 배기가, 증기터빈처럼, (복수) 액화되어야 터빈에서 높은 동력생산 효율이 구현되기 때문이다.
상기 배기의 냉각 효과로, 터빈 배기가 배압 0.2bar로, 증기터빈 복수기에서처럼, (배기냉각기) 열교환기에 흡입되기 위해서는, 이 배기가 본 배기냉각기 (Shell) 쉘에서 냉각되면서, 체적이 급속히 줄어들어, 터빈 배기가 0.2bar 배압으로 이 쉘에 흡입되어야 한다. 인쇄기판형 유형의 열교환기에서는, 열교환 효율은 높으나, 터빈 배기가 냉각되면서 그 체적이 3차원으로 급속히 줄어들지 못하는 문제가 있었다. 그러므로 터빈 배기 CO2가 초임계유체로 생성되고, 이후, 이 CO2초임계유체로, 터빈 배기가, 냉각되면서, 터빈 배기열이 회수되어야 한다. 즉, 고전적인 (Shell & Tube) 쉘-튜브 유형의 열교환기의 장점과 신형 열교환 효율이 높은 인쇄기판형 열교환기의 장점이 서로 상충된다. 이는 해결되어야할 과제이다.
터빈에서 작동유체가, 증기터빈에서처럼, 높은 동력생산 효율로 동력을 생산하기 위해서는, 배기 증기는 복수되고, 순환 작동유체로서 배기 CO2가 냉각 액화되어야 한다. 그러나 증기는 (복수열) 기화열이 (539kcal/kg) 막대하여, 터빈에서 배기되는 증기를, 바닷물을 냉각수로 사용하지 않고, 종래의 열교환 방법으로 쉽게 복수할 수 없으며, 이 배기 CO2를 냉각 액화하고, 이의 냉각 응축열을 회수하는 것은 종래의 열교환 방법으로는 매우 어렵다. 본 발명에서는, 순산소연소를 구현하기 위해서 압축공기로 산소와 질소가 대량 생산되어 냉매로 활용되고, 이 냉매 질소로, 히트펌프 기술이 적용되어, 터빈 배기가, 본 배기냉각기에 흡입되어, 증기가 복수되고, 배기 CO2가 냉각 액화되어, CO2초임계유체로 생성된다. 이후, 이 CO2초임계유체가 터빈 배기를 냉각, 배기열을 회수하면서 예열된다. 즉, 터빈 배기열이 회수되고, 배기 냉각에 바닷물이 사용되지 않아, 발전소 입지조건이 자유롭다.
다단 증기터빈에서 사용되는 순환 초초임계압의 증기량은 엄청나게 많은 양이고, 게다가 이 증기는 어떠한 액체보다 막대한 (539kcal/kg) 응축열량의 특성으로, 이 증기를 바닷물을 냉각수로 사용하지 않고, 복수하는 것은 매우 어렵다. 본 발명에서는, 이 막대한 응축열량을 이용하여, 이미 냉각 응축된 기(pre)-복수를 냉매로 활용, 이 기-복수의 막대한 (539kcal/kg) 증발열로, 터빈 (배기) 증기가 복수된다.
가스터빈에서, 터빈이, 증기터빈처럼, 고압(HP), 중압(IP) 및 저압(LP) 터빈의 다단 터빈으로 구성되는 것은 용이하나, 가스터빈 (Burner) 연소실에서, 증기터빈에서와 같은 초초임계압 증기가 가열될 수 없다. 그러므로, 증기터빈 보일러에서처럼, (Reheater) 재가열기가 있는 별도의 연소기에서, 이 초초임계압 증기가 가열되어, 상기 고압 터빈에 공급되고, 이 고압 터빈의 배기가 이 재가열기에서 재가열된 이후, 상기 중압 터빈에 주입되도록 구성된다. 이와 같이, 초초임계압 증기가 가열, 재가열 되는 연소실의 구성과 고압 터빈 및 중압 터빈에서 동력이 생산되는 기술은 공지의 기술로 해결할 수 있다. 이 연소실 (작동유체) 연소가스와 터빈 (Burner) 연소실의 연소가스가 상기 중압 터빈에 주입되어, 재가열된 증기와 더불어 동력을 생산하도록, 구성된다. 이로써 본 발명에서는, 연소실 작동유체가 초초임계압 증기와 더불어 터빈에서 높은 동력생산 효율로 동력을 생산할 수 있다.
통상의 인쇄기판형 열교환기에서는 초임계유체의 유로와 대항 (Counter) 유체의 유로가 모두 수 mm로 폭이 작은 것이 특징이다. 본 발명의 초임계유체 열교환기에서는, 쉘-튜브 유형 열교환기에서, 튜브가 코일스프링처럼 형성되고, 이 튜브의 유로는 인쇄기판형의 유로처럼 (직경이) 수 mm로 작게 형성된다. 따라서 터빈 배기는 본 초임계유체 열교환기에서 CO2초임계유체로 높은 열교환 효율로 냉각되면서 그 체적이 3차원으로 급속히 줄어들게 된다. 이러한 초임계유체 열교환기에 유입된 터빈 배기는, 냉각되면서 이의 체적이 급속히 줄어듦으로, 터빈에서 블레이드를 향하여 달리는 작동유체 입자가, 본 배기냉각기에 배압 0.2bar로 흡입됨으로써, 이 작동유체입자는 더 빠른 속도로 달려 터빈 블레이드에 충돌하게 되고, 따라서 이 배기 냉각 효과로 터빈에서 동력생산 효율이 높아진다.
본 발명에서는, 가스터빈에서 수소가 연료로, 이산화탄소(CO2)가 작동유체로써 순환되어 순산소연소가 구현되고, 터빈 배기 CO2가, 히트펌프 기술로, CO2초임계유체로 생성되어, 터빈 배기가 냉각, 액화되고, 이의 배기열이 회수되며, 가스터빈이 증기터빈처럼, 고압(HP), 중압(IP) 및 저압(LP) 터빈의 다단 가스터빈으로 구성되어, 터빈에서 높은 동력생선 효율로 많은 동력이 생산되도록 구성된 것이 특징이다. 게다가, 배기냉각에 냉각수가 사용되지 않음으로써, 발전소 입지조건이 자유롭다.
도 1는 본 발명에서, 초초임계압 증기, 연소로 생성된 증기 및 순환 작동유체 CO2가 더불어 터빈에서 동력을 생산하고, 터빈 배기열이 회수되는, 작동유체 흐름을 보인 플로우 다이어그램이다.
도 2는 터빈 배기가 흡입되어 냉각, 증기가 복수되고, CO2가 영하의 저온으로 포집되는 것을 보인, 본 배기냉각기의 구조가 상징적으로 묘사된 도면이다.
도 3은 (도2에 도시한) 본 발명 배기냉각기에서 냉기(Cold Gas)를 순환하기 위한 블레이드의 형상을 도시한 도면이다.
도 4는 이미 냉매로 사용한 질소를 또 냉매로 사용하기 위하여 질소를 액화냉각 하는 시스템의 플로우 다이어그램이다.
도 5는 터빈 배기열이 회수되는 냉각 시스템의 작동유체 흐름을 보인 플로우 다이어그램이다.
도 6은 본 발명에 사용된 디퓨저(Diffuser)의 요부를 보인 도면이다.
도 7은 본 발명 CO2초임계유체의 열교환기의 요부를 도시한 도면이다.
도 8는 본 발명 CO2초임계유체 (ScCO2예열기#2, ScCO2예열기#3, ScCO2예열기#4) 열교환기의 구조를 상징적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명에서 순환 작동유체로 사용되는 CO2의 물리적 특성을 보인 압력-온도 다이어그램이다.
도 10은 본 발명에서 동력이 생산되는 과정을 브레이튼 사이클을 인용하여, 터빈 배기가 냉각되면서 동력이 더 생산되는 것을 보인, 본 배기냉각 사이클의 T-S 선도이다.
도 11은 일반 통상의 가스터빈이 HRSG로 복합사이클로 구성된 시스템서, 작동유체의 흐름을 보인 플로우 다이어그램이다.
도 1는 가스터빈이, 고압(HP), 중압(IP) 및 저압(LP) 터빈의 다단 터빈으로, 마치 증기터빈에 공기 압축기가 더 붙어있는 형상으로 구성되고, 250bar 고압인 초초임계압 증기가, 별도의 연소실에서 가열되어 고압(HP) 터빈에서 64bar로 팽창, 동력을 생산하고, 이어 연소실에서 재가열된 후, 중압(IP) 터빈에 주입되며, 또, 이 연소실 및 터빈 (Burner) 연소실에서 생성된 증기와 순환 작동유체로써 CO2가 상기 중압(IP) 터빈에 주입되고, 저압(LP) 터빈에서 배기되어, 초초임계압 증기가, 연소실에서 생성된 증기 및 순환 작동유체 CO2와 더불어, 다단 터빈에서 동력을 생산하는 것을 보인, 작동유체 플로우 다이어그램이다. 도 2는 본 배기냉각기의 구조를 상징적으로 도시한 도면이다. 상기 저압(LP) 터빈에서 동력을 다 생산한 작동유체는 (Back Pressure) 배압 0.2bar로, 본 배기냉각기에 흡입되고, 냉각되어 증기는 복수되고, 터빈 배기 CO2가 영하 -13℃로 냉각되어, 배출된다. 도 5는 이미 냉각, 응축된 기(pre)-복수가 터빈 배기를 냉각하면서 증발열로 흡수한 터빈 배기열이, (하기) CO2초임계유체 및 초초임계압으로 가압된 급수로, 회수되는 과정을 도시한, 작동유체의 플로우 다이어그램이다. 이 과정을 대체로 설명하면, 터빈 배기는 본 배기냉각기 입구에 위치한, 배기열 흡수기에서, 기-복수가 증발하면서 기화열로 터빈 배기를 냉각하며, 이의 배기열을 흡수하고, 이 터빈 배기열은, 도 5에 보인, CO2초임계유체 및 (Feed Water) 급수로 회수되며, 터빈 배기는 이 CO2초임계유체 및 (하기) 냉매 산소로 더 냉각되어 증기는 복수되고, 배기 CO2는 (-13℃) 영하로 냉각 배출된다. 산소는 냉매로써 액상으로 생산되어, 상기 배기냉각기에 위치한, ②증기냉각기 및 CO2냉각기 튜브에 터빈 연소실 운전 압력으로 가압되어, 이 배기냉각기에서 터빈 배기를 냉각하며 예열된 이후, 다음에 더 예열되어 연소실에 주입된다.
도 4는 냉매로 이미 사용한 질소를 또 냉매로 사용하기 위하여 질소를 액화냉각 하는 시스템에 관한 플로우 다이어그램이다. 본 발명에서는, 상기 산소가 연소에 대한 이론 공급량보다 130% 더 생산되어 연소실에 공급되고, 따라서 질소도 130% 더 생산된다. 그러나 상기 CO2초임계유체를 생성하기 위해서, 이 130% 냉매 질소량으로 부족하여, 도시한 바와 같이, 공기액화법을 활용하여, 이 냉매 질소 상당량이 충당되고, 이 질소로, 히트펌프 기술이 적용되어, (다음에 자세히 설명되는) CO2초임계유체가 생성되어, 이 CO2초임계유체로, 터빈 배기열이 회수된다. 아래는 이 질소 액화냉각 과정에 대한 설명이다.
극저온 물리학 분야에서 1978년 노벨 물리학상을 받은 러시아 카피차(Kapitza)는 공기를 액화하는 방법으로, 프랑스 클로드(Claude)가 개발한 공기액화법 장치에서, 피스톤 펌프 유형의 압축공기 팽창기를 역터빈 (Inverse) 유형의 것으로 바꾸어 공기의 액화 효율을 크게 개선하였고, 이 공기액화 방법은 현재에도 널리 사용되고 있다. 본 발명에서는, 이 공기 액화 방법을 활용하여, 이미 냉매로 사용된 질소가 저장된 후, 다시 냉각 액화되어 냉매로 사용된다. 도시한 바와 같이, 저장된 상온 1기압 질소는 30bar로 압축, 450℃로 승온하고, 이 질소가, 이 카피차 냉각 시스템에서는, 원래 2차 질소냉각기에서 냉각되나, 본 발명에서는, ScCO2예열기#3에서 CO2초임계유체로 1차 냉각된다. 즉, 1차 질소냉각기에서, 이 압축된 질소가 냉각되고, 이 CO2초임계 유체가 이 고온의 질소로 예열된다. 이어, 이 질소는 2차 질소냉각기에서 (선행) 압축 팽창된 저온의 질소로 더 냉각되고, 이어 이 질소 80% 유량이 (카피차의 역터빈 팽창기가 아닌) 본 로터리 배큠펌프에 의하여 점진적으로 단열 팽창함으로써, 이 질소의 온도는 크게 강온된다. 이 저온의 질소로, 나머지 질소 20% 분량이 질소응축기에서 튜브로 흐르면서 냉각되어 액화된다. 이 액상의 질소는 액체질소 냉각기로 이동, 튜브로 흐르며 더 냉각되고, 이 30bar 액상의 질소는, 증발기 베셀(Vessel)로 압송되어, (Throttle Valve) 팽창밸브를 통과하면서, 배큠펌프에 의하여 1기압으로 팽창함에 따라, 줄-톰슨 효과로, 이 질소의 온도가 (포화온도 -195.79℃) -196℃로 강온됨으로써, 팽창된 이 질소 중 일부는 -196℃로 액화되고, 나머지는 기화된다. 온도가 크게 하락한 이 기체 질소는, 상기 액체질소 냉각기에서, 튜브로 흐르는 후속 30bar 액상의 질소를 냉각하며, 상기 질소응축기에서 배출된 질소와 혼합되고, 이 혼합 질소가 상기 2차 질소냉각기에 진입하여, 후속 30bar 질소를 냉각한 후, 상기 배큠펌프에 흡입되고, 이어 상기 압축기에 주입 재순환된다. 이 증발기 베셀에서 1기압으로 액화된 이 냉매 질소는 저압 펌프로, 도 1에 보인, 액상의 냉매 질소 공급펌프의 출구 배관에 공급된다.
열역학적으로 모든 열기관은 작동유체의 온도가 높으면 높을수록 동력을 생산하는 열효율이 높아진다. 가스터빈의 경우 (연소가스) 작동유체 입자가 고속으로 충돌하는 터빈 블레이드의 재질에 따라 연소실 온도가 제한되고, 증기터빈의 경우, 터빈에 증기를 공급하는 배관의 재질에 따라 연소실 온도가 제한된다. 최근 개발된 기술로, 가스터빈의 연소가스 온도는 1600℃를 넘지 못하고, 증기터빈의 증기 온도는 보통 600℃를 넘지 못한다. 그러나 증기터빈의 증기 온도는 가스터빈의 것보다 크게 낮음에도 불구하고 열효율이 45% 정도로 가스터빈의 것보다 더 높다. 왜냐하면, 증기터빈에는 저압(LP) 터빈 아래에 복수기가 있고, 이 저압 터빈을 떠난 증기는 복수기에서 모두 복수된다. 즉, 증기가 복수됨에 따라 그 체적이 (대기압 기준) 1/1650로 줄어들어, 터빈 블레이드를 향해 달리고 있는 증기가 이 복수기에 흡입된다. 따라서 터빈 블레이드를 향해 달리는 증기는 더 빠른 속도로 달려 블레이드에 충돌하므로 터빈에서 동력이 고효율로 더 생산되어, 증기터빈에서는 가스터빈보다 높은 열효율이 구현된다.
본 발명에서는, 터빈 배기가 본 배기냉각기에 0.2bar 배압으로 흡입되고, 증기터빈에서처럼, 이 배기냉각 효과로, 터빈에서 높은 동력생산 효율이 구현된다. 본 배기냉각기에서, 배출된 터빈 배기 (작동유체) -13℃ CO2는, 20bar로 가압되어, 200℃로 승온 후, 도 1에 보인, CO2응축기에서 액상의 냉매 질소로 냉각되어 -20℃ 액상으로 액화된다. 다음, 이 -20℃ 액상의 CO2가 임계압 (73bar) 이상으로 가압되어, 이후, 31℃ 이상으로 승온, 초임계유체로 생성되도록, 배기냉각기에 위치한 (초임계유체) ScCO2예열기#1로 압송되고, 이어, 이 -20℃ 액상 CO2가 터빈 배기를 냉각하면서, 60℃ 이상으로 예열, 초임계유체로 상(Phase)전환, CO2초임계유체로 생성된다. 생성된 이 CO2초임계유체는, ScCO2예열기#2로 이송되고, 도 5에 도시한, 배기열 회수 시스템에서, 기-복수가 배기냉각기에서 흡수한 터빈 배기열로, 이 CO2초임계유체가 240℃로 더 예열된다. 이러한 터빈 배기의 냉각 및 CO2초임계유체의 생성, 예열 과정은 열역학적으로 다시 설명되고, 도 2에 도시한, 본 배기냉각기는 다음에 구체적으로 자세히 설명된다.
도 2에 보인, 본 배기냉각기에서, 터빈 배기 CO2를 냉각하는 CO2냉각기 아래에는, 도시한 바와 같이, 로터리 피스톤 배큠 (Vacuum) 펌프가 장착된다. 이 배큠펌프는 아직 상용화 되지는 않았으나, 특허 등록된 (10-24115730000, 2022-06-16) '로터리 피스톤 기체 이송(흡입/압축) 펌프'의 것으로, 도넛 형태의 환형 실린더에서 피스톤이 이 실린더에 밀착되어 회전하고 이 피스톤을 원반(Disk)이 가로막고 있으나, 이 피스톤과 원반은 (시계, 계기 등의 톱니에 사용되는) 핀기어 (Pin Gear) 사이클로이드 곡선을 기본으로 하여, 이들이 서로 충돌하지 않고 회전하도록, (치차가 딱 하나인) 헬리컬 (Helical) 기어 형태로 구성되어 있어, 피스톤이 회전하면서 연속적으로 피스톤 뒤쪽에서는 작동유체가 흡입되고 피스톤 앞쪽의 작동유체는 가압되어 배출되는 것이 구현된다. 이러한 로터리 피스톤 배큠펌프는 (피스톤 펌프처럼 그러나 양수기처럼 연속적으로) CO2냉각기에서 영하로 냉각된 CO2를 품어낸다.
본 발명에서는, 가스터빈이, 대형 증기터빈처럼, 고압(HP), 중압(IP) 및 저압(LP) 터빈의 다단 터빈으로, 마치 증기터빈에 공기 압축기가 더 붙어있는 형상으로 구성되고, 터빈 (Burner) 연소기와는 별도로 대형 연소기가 구비되며, 이 연소기와 터빈 연소기에 모두 연료로 수소가 사용되며, 연소실에 순산소만 주입되고, 연소실이 과열되지 않도록 CO2가 작동유체로써 (8CO2 + 2O2 = 8CO2 + 4H2O) 재순환되어, 순산소연소가 구현되다. 좀 더 자세히 설명하면, 연소실의 작동유체가, 대량의 초초임계압 순환증기(nH2O)와 혼합된 (8CO2+4H2O + nH2O) 증기가 (하기) 중압(IP) 터빈에 주입되어, 저압(LP) 터빈으로 배기된다. 본 발명에서는, 증기터빈에서처럼, 초초임계압 (250bar) 증기가 대형 연소실에서 (배관 재질 허용온도인) 고온으로 가열되어 고압 터빈에서 동력을 생산하고, (64bar) 중압으로 팽창, 고압 터빈에서 배기된 후, 재가열기에서 재가열되어 중압 터빈에 주입되고, 동력을 생산, 저압 터빈에서 배기된다. 증기터빈에서는, 보일러 연소실의 (연소가스) 작동유체는 동력을 생산하지 않고 그대로 배기되나, 본 발명에서는, 터빈 연소실 및 상기 대형 연소실의 (연소로 생성된 증기와 순환 CO2) 작동유체가, 도 1에 보인 바와 같이, 모두 중압(IP) 터빈에 주입되어, (초초임계압) 다량의 증기와 더불어, 동력을 생산하게 된다.
증기터빈에서는, 복수기에서 증기가 바닷물로 냉각, 복수되어 저압 터빈의 증기가 배압 0.2bar로, 복수기에 흡입됨으로써, 터빈에서 높은 동력생산 효율이 실현된다. 그러나 증기가 냉각되어 복수되는 막대한 터빈 배기열량은 바다에 냉각수로 방출된다. 이는 에너지 손실일 뿐만 아니라, 해양환경에 상당한 영향을 미친다. 그러나 본 발명애서는, 터빈 배기가, 본 배기냉각기에 배압 0.2bar로 흡입 냉각되어, 증기터빈 복수기에서처럼, 증기가 복수되고, 배기 CO2는 -13℃로 냉각, 로터리 피스톤 배큠 펌프에 의하여 배출되어, 액화되고, 이어, CO2초임계유체로 생성되어 배기열이 회수된다. 이러한 배기냉각 효과로, 터빈에서 작동유체(CO2,H2O) 입자가 블레이드를 향하여 더 빨리 달려 이 블레이드에 충돌함으로써, 터빈에서 동력이 더 많이 생산되어 높은 발전 열효율이 구현된다. 이 배기냉각 및 배기열회수 과정은, 히트펌프 기술과 관련하여 다음에 자세히 설명된다.
증기는 어느 액체보다 응축열이 (대기압 기준) 539kcal/kg로 막대하다. 본 발명에서는, 수소를 연료로 사용함으로써, 생성된 매우 많은 증기량에, 더 많은 (초초임계압) 순환증기량이 더해진 막대한 증기량이, 바닷물을 냉각수로 사용하지 않고, 냉각 복수된다. 이 수단으로써, 이 막대한 (응축열=) 증발열이 활용되어, 기(pre)-복수로 다량의 터빈 배기가 냉각되고 증기가 복수된다. 곧, 막대한 응축열을 지닌 이 터빈 (배기) 증기를 냉각, 복수할 수 있는 유일한 냉매는 이 기-복수뿐이다. 증기는 0.2bar에서 포화온도 60.058℃이다. 도 2에 도시한, 본 배기냉각기에서, 갓 응축된, 60℃ 이 기-복수는 포화 상태이다. 본 배기냉각기에 흡입된, 터빈 배기는, 입구에 위치한 배기열흡수기에서, 이 기-복수가, 막대한 응축열을 지닌 110℃인 터빈 배기를 냉각하며, 90℃로 승온하면서, 막대한 증발열로, 증기를 냉각, (복수) 액화 하게 된다. 즉, 기-복수가 터빈 배기열을 흡수하고, 90℃로 승온하게 된다.
도 1,2에 도시한 본 배기냉각기에는, 어떠한 경우에도, 상기 터빈 배기의 증기가 냉각 복수되도록, 냉매 질소에 의한, ③보조(Aux)증기냉각기가 설치되어 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 터빈 배기는 온도 110℃로 본 배기냉각기에 흡입되고, 상기 기-복수로 냉각되며, 이 기-복수 증기는 90℃로 승온하게 된다. 막대한 증기의 응축열량과 이를 냉각하는 기-복수의 (기화열) 증발열량은 같음으로, 이 터빈 증기의 온도 110℃와 기-복수 증기의 승온 온도 90℃의 차(Δ20℃)에 해당하는 냉각 열량으로, 이 터빈 배기가 더 냉각되면, 터빈 (배기) 증기는 복수된다. 즉, 매우 적은 9.12kcal/kg의 냉각 열량으로 터빈 배기는 냉각, 복수된다. 본 발명에서는, 상기 보조증기냉각기로, 어떠한 경우에도, 터빈 배기가 냉각, 증기는 복수됨으로써, 터빈 배기가 배압 0.2bar로 본 배기냉각기에 흡입되어, 터빈에서 높은 동력생산 효율이 구현된다.
도 5는 (도 2에 보인) 본 배기냉각기 입구에 위치한 배기열흡수기에서, 0.2bar 기-복수가, 튜브로 흐르면서, 터빈 배기를 냉각, 증발하면서 흡수한 터빈 배기열로, 상기 CO2초임계유체 및 초초임계압의 급수를 예열하여, 터빈 배기열이 회수되는 과정을 보인, 플로우 다이어그램이다. 도시한 바와 같이, 상기 기-복수 0.2bar 증기는 압축기로 1atm으로 압축되어, 230℃ 이상으로 승온하게 된다. 이 증기는 연소로 생성된 증기와 초초임계압으로 가압되었던 (순환230℃) 순환증기가 혼합되어 있는 증기이다. 연소로 생성된 분량의 증기 중 대부분의 (64%) 증기는, 도시한 바와 같이, (Air-Fin) 에어핀-쿨러에서 여유롭게 냉각되어, 복수 저장 탱크에 저장되며, 나머지 (36%) 분량은, (초임계유체 열교환기) ScCO2예열기#2로 이송되고, 본 배기냉각기에 위치한 ScCO2예열기#1에서, -20℃ CO2가 60℃로 예열, 초임계유체로 생성된 CO2초임계유체가 이 ScCO2예열기#2 튜브로 압송되고, 이 ScCO2예열기#2에서, 상기 (36%) 생성230℃ 증기가 60℃ CO2초임계유체를 215℃로 더 예열함으로써, 터빈 배기열이 이 CO2초임계유체로 회수된다. 한편, 순환증기는, 이미 냉각되어 복수로 저장되어 있는, 25℃ (냉각수) 복수로 냉각되어, 250bar 초초임계압 급수로 가압되고, 상기 기(pre)-복수가 흡수한 배기열로, 이 (FW PreHtr) 급수예열기에서, 180℃로 예열되어, 터빈 배기열이 회수된다. 이 배기열 회수과정은 아래에서 자세히 설명된다.
초초임계압으로 가압되었던, 상기 순환230℃ 증기는, 아래와 같이, (Steam Condenser) 복수기에서, 상기 25℃ 냉각수로 냉각되어 75℃로 복수된다. 이 복수(급수)는 포화온도 155℃로 가열되어 (Deaerator) 탈기기에서 용해 산소가 제거되어야 함으로, 복수펌프로 5.5bar로 가압된 후, 이 급수는 복수가열기에서 포화온도 155℃로 가열되어, 탈기기에서 용해 산소가 제거된다. 이어 이 급수는 고압 급수펌프로 250bar 초초임계압으로 가압되고, 초임계유체(H2O) 열교환기인, 급수예열기로 압송된다. 이 급수예열기에, 상기 순환230℃ 증기가 이 초초임계압 250bar 155℃ 급수를 180℃로 예열함으로써, 이 급수가 터빈 배기열을 회수하게 된다. 급수를 예열한 상기 순환230℃ 증기는 175℃로 강온되어 상기 복수기로 이송되고, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 25℃ 냉각수로 냉각되어 75℃로 복수된다. 이로써 터빈 배기는 냉각 복수되고, 막대한 배기열은 초초임계압 급수와 CO2초임계유체로 회수되며, 터빈 배기는 배압 0.2bar로 본 배기냉각기에 흡입되어, 증기터빈에서처럼, 터빈에서 높은 동력생산 효율이 구현된다.
도 3은, 본 배기냉각기에서, 흡입된 터빈 배기가 효과적으로 냉각되고, 불응축 기체를 포집 제거하기 위한, 블로워 블레이드의 형상을 도시한 도면이다. 연소실 배기에는, (연소실에 과잉 공급되어 연소) 미반응 산소, 초미량의 질소 따위 불응축 기체가 존재하므로, 이 불응축 기체들은 제거되어야 한다. 제거되지 않으면, 순환 작동유체 CO2가 초임계유체로 생성되도록, 이 CO2가 액상으로 냉각될 때, 이 불응축 기체가 액상의 CO2에 포함되어, 다음, 이 CO2를 임계압 이상으로 가압하는 펌프에서 캐비테이션 현상이 일어날 수 있다. 본 배기냉각기에는, (도 3) 이 블레이드가 회전하여, 배기가 순환되고, O2, N2 따위 (CO2보다 가벼운) 불응축 기체는 포집되어 대기로 방출, 제거된다.
도 6은 CO2초임계유체가 등온팽창 하는 디퓨저 (Diffuser Nozzle) 노즐의 주요 부위의 형상을 보인 도면이다. 어떤 압력용기의 기체가 실린더에서 피스톤이 서서히 후진하며 팽창할 때, 이 기체의 온도가 강하되고, 이에 해당하는 에너지는 기계적 동력으로 변화된다. 그러나 이 피스톤이 한순간에 확 후진하면, 이 실린더 내 기체의 온도는 하락하지 않으며, 동력도 생산되지 않는다. 기체가 이 디퓨저를 통하여 감압 팽창해도, 도시한 바와 같이, 기체가 흐르는 방향 (Vector) 속도는 증가하나, 기체 입자의 평균 (Scalar) 속력은 변함없음으로, 온도는 하락하지 않으며, 에너지 손실도 없다. 한편, 가스터빈 연소기에 있어서, 이 CO2초임계유체를 순환 작동유체로 하는 (Direct Fired) 직화 순산소 연소기는 아직 상용화 되지 않았다. 최근에 한국에너지기술연구원에서, 42.8bar 시제품이 달성된 바 있고, 또 알람 (Allam) 사이클 특허에서 CO2초임계유체 순산소 연소기의 최소 압력이 (100bar) 10MPa 이상으로 명시되어 있으므로, 알람 사이클 특허를 회피하기 위해서, 작동유체로써 CO2초임계유체는 적어도 10MPa 이하 압력으로 연소실에 주입되어야 한다. 본 발명에서는, 이 CO2초임계유체가, 도 1에 보인 바와 같이, 디퓨저를 통하여 연소실 운전압력으로 감압 등온팽창 하고, 연소실에 주입된다. 이로써, 본 발명은, CO2초임계유체 직화 순산소 연소기가 개발, 상용화되기 이전에, CO2초임계유체로 터빈 배기열이 회수되고 예열되는 순산소연소 CO2 가스터빈이 실현될 수 있다.
도 7는 본 발명 CO2초임계유체의 열교환기의 요부를 도시한 도면이고, 도 8는 CO2초임계유체 (ScCO2예열기#2, ScCO2예열기#3, ScCO2예열기#4) 열교환기의 구조를 상징적으로 도시한 도면이다. CO2초임계유체의 열교환기는 열교환 효율이 높은 인쇄기판형의 것이 주로 사용된다. 이 인쇄기판형 열교환기는 유로의 폭이 수 mm로 작고 긴 것이 특징이다. 이 열교환기는 열교환 효율은 높으나 대항 (Counter) 유체가 냉각될 때, 체적이 3차원으로 줄어들지 않고 1차원으로 줄어들어, 본 발명에서는 CO2초임계유체의 열교환기로써 적합하지 않아 특수 열교환기가 창안, 사용된다. 이들 열교환기에서, 튜브 내경은 모두 인쇄기판형 유로처럼 수 mm로 작고, 재질이, 예를 들어, (ASME) Alloy 617인 튜브가, 도 8에 도시한 바와 같이, 코일스프링 모양으로 형성되어, 대항 유체가 쉘(Shell) 공간에서 흐르면서 이 코일스프링 형상의 튜브와 빈번히 부딪치고 열교환을 이루는 면적이 커지도록 쉘에서 (예를 들어) 45°로 배열된다. 따라서 이 대항유체는 쉘 내로 흐르면서 이 튜브와 빈번히 부딪치며 열교환을 이루고 그 체적이 3차원으로 급속히 줄어들게 된다. 본 배기냉각기에서, 터빈 배기가 냉각, 액화되어 이의 체적이 급속히 줄어듦에 따라, 터빈 블레이드 향하여 달리는 작동유체의 입자가 본 배기냉각기에 흡입됨으로써, 더 빠른 속도로 달려 블레이드에 충돌함에 따라, 터빈에서 높은 동력생산 효율이 구현된다.
아래는 본 발명에서 터빈 배기가 냉각되어, 이의 배기열이 회수되는 과정을 열역학적 관점으로 설명한 것이다. 본 발명에서는, 산소와 질소가 대량 생산되어, 냉매로 활용되고, 연소실에 산소만 주입되며, 연료 수소, 작동유체로써 CO2가 순환되어, (8CO2 + 2O2 = 8CO2 + 4H2O), 순산소연소가 구현된다. 사실상, 이 연소실의 작동유체가, 대량의 초초임계압 순환증기(nH2O)와 혼합된 (8CO2+4H2O + nH2O) 증기가 중압(IP) 터빈에 주입되고, 저압(LP) 터빈에서 배기되며, 이 생성 증기와 순환증기는 모두 냉각 복수되어야 한다. 본 배기냉각기에서, 이 터빈 증기는 같은 양의 상기 기-복수 증발열로 냉각, 복수되고, 증기의 응축열량과 기-복수 증발열량은 같으므로, 이 터빈 증기온도 110℃와 기-복수 증기의 승온 온도 90℃ 의 차(Δ20℃)에 해당하는 매우 적은 냉각 (9.12kcal/kg) 열량이 더 공급되면, 이 증기는 모두 복수되고, 또한, 도 1,2에 도시한 바와 같이, 본 배기냉각기에는, 흡입된 터빈 (배기) 증기가, 어떠한 경우에도, 복수되도록 보조증기냉각기가 설치되어 있음으로, 상기 순환증기의 복수를 확인하기 위한, 이의 열량 (Heat Balance) 균형 상태는 검토되지 않았다. 상기 생성 증기에 대한 열평형 상태는 검토되었다. 한편, 본 발명에서 냉매로 활용되는 산소와 질소의 온도와 압력 자료는 (주)포스코에서 발명, 특허 등록된 (10-1481614, 2015.01.06) '질소가스 생산 시스템'을 참고하였다.
터빈 배기는, 도 2에 보인, 본 배기냉각기에 흡입되고, (선행 배기) CO2초임계유체와 냉매 산소로 냉각되어, 증기가 복수되고, 배기 (80mol%) CO2가 -13℃로 (포집) 배출된다. 이 배기 CO2는, 도 1에 보인 바와 같이, 20bar로 압축되고, 이어, (CO2 Condenser) CO2응축기에서, 액상의 냉매 (120mol%) 질소로 (포화온도 -19.5℃) -20℃로 냉각 액화되며, 이 액상의 냉매 질소는 열균형을 이루는 온도 180℃로 승온하고, 이후, 이 질소의 승온열량으로 산소가 (170℃) 예열된다. 이 액상의 CO2는 고압 펌프로 임계압 (73bar) 이상으로 가압되어, 이후, 후속 배기를 냉각하며, 31℃ 이상으로 예열되어 초임계유체로 생성되도록, (-20℃ CO2는) 본 배기냉각기에 위치한 ①ScCO2예열기#1로 압송된다. 본 배기냉각기에서, 순환 (80mol%) CO2와 연소로 생성된 (40mol%) 증기 및 막대한 순환증기로 이뤄진, 110℃ 터빈 배기는, 이미 복수된 (포화상태) 기(pre)-복수가 증발하면서, 이 60℃ 기-복수의 증발열로, 앞서 설명한 바와 같이, 냉각된 이후, (터빈 배기는) ScCO2예열기#1에서, 상기 액상의 -20℃ CO2로 더 냉각되며, 또한, 연소실 운전 압력으로 가압된 액상의 냉매 산소로, ②증기냉각기에서 더 냉각되어, 증기는 (0.2bar 포화온도 60.1℃) 60℃ 이하로 냉각, 복수되고, 이 CO2기체는 CO2냉각기에서 -13℃로 냉각되어 (포집) 배출된다. 이 터빈 배기의 냉각 과정에서, (생성 40mol% 증기 및 순환증기) 60℃ 복수는 90℃의 증기로 승온하고, 상기 -20℃ (80mol%) CO2는 60℃로 예열, CO2초임계유체로 생성되며, 냉매 -183℃ (20mol% x 130%) 산소가 50℃로 예열됨으로써, 결국, 터빈 110℃ 배기가 냉각되어 증기는 90℃로 강온되고, 배기 CO2가 -13℃로 냉각되어, 터빈 배기의 냉각 열량과 (Heat Balance) 열평형을 이룬다. 이 터빈 배기의 냉각 과정에, 어떠한 경우에도, 터빈 배기의 증기가 냉매 질소로 복수되는, ③보조(aux)증기냉각기의 기능은 고려되지 않았다.
도 2에 도시한, 본 배기냉각기 입구에 위치한 배기열흡수기에서, 기-복수가 흡입 배기를 냉각, 증발하며 90℃로 승온한 증기는, 초초임계압으로 가압되었던 순환승기와 연소로 생성된 증기가 혼합된 증기이다. 이 0.2bar 혼합증기는 압축기로 1atm으로 압축되어 230℃로 승온한다. 증기는 25℃ 대기압에서 단열지수 k=1.327 값을 갖는다. 이 k 값에 의하면 이 혼합증기는 260℃로 승온해야 하나, 230℃로 추정되었다. 도 5에 표기된, 이 증기 온도 230℃에 의한, 아래의 온도 및 압력은 본 발명 실현과정에서 경제적인 값으로 설정된다. 상기 230℃로 승온한 증기 중, 생성 증기 (64%) 대부분은 통상의 에어핀 쿨러에서 냉각되어 복수저장 탱크에 저장되며, 나머지 (36%) 생성 230℃ 증기는, 상기 ScCO2예열기#2에 주입되어, ScCO2예열기#1에서 60℃로 예열된 CO2초임계유체를 215℃로 예열하며, 열균형을 이루는 75℃로 강온된 후, 상기 에어핀 쿨러로 이송, 냉각된다. 상기 230℃ 순환증기는, 급수예열기에서, 탈기기로부터 압송된 250bar 155℃ 급수를 180℃ 초초임계유체로 예열하여, 터빈 배기열이 회수되고, 이 230℃ 순환증기는 (Heat balance) 열평형을 이루는 온도 175℃로 강온된다. 이어, 이 순환증기는 (Steam Condenser) 복수기로 이송, 상기 생성증기가 에어핀 쿨러로 냉각되어 복수 저장 탱크에 저장되어 있는, (순환증기 100%에 대한 93% 분량) 25℃ 냉각수로 냉각되어 75℃로 복수되고, 이 25℃ 냉각수는 160℃ 증기로 상(Phase) 전환되어 열균형을 이룬다. 이어, 이 75℃ 복수는 복수 펌프로 5.5bar로 가압되어, 복수가열기에서, 상기 160℃ 증기 중 (93% x 16% = 15%) 소량으로, 포화온도 155℃로 예열되어 상기 탈기기에 압송되며, 이 소량의 160℃ 증기는 열균형을 이루는 온도 95℃로 복수되고, 이 복수와 상기 160℃ 증기는 상기 에어핀 쿨러로 압송되어 냉각된다. 이 탈기기로 압송된 포화온도 155℃ 급수는 탈기기에서 용해 산소가 제거된 후, 급수펌프로 초초임계압 250bar로 가압되어, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 급수예열기에서 180℃로 예열되어 연소기에 공급된다. 이와 같이, 본 발명에서는, CO2초임계유체 및 초초임계압 급수가 터빈 배기열을 회수하게 된다.
도 9은 본 발명에서 순환 작동유체로 사용되는 CO2의 물리적 특성을 도시한 압력-온도 다이어그램이다. 이 CO2기체를 압축하여 초임계유체로 생성하는 것은 용이하지 않다. 이 CO2기체가 가압되어 (72.8bar) 입계압력에 이르면, 이 CO2는 고속으로 회전하는 압축기 로터에서 기체와 액체가 공존하게 되고, 이들 로터는 회전 (Rotational Inertia) 관성이 일정하게 유지되지 않아, 고속으로 회전할 수 없게 된다. 따라서 이 CO2기체를 일반 압축기로 압축하여 CO2초임계유체로 생성하는 것은 매우 어렵다. 최근에 원자력연구원에서 이 문제를 해결하고자 로터 축을 (자력베어링) 자력으로 지지하는 (소형 원심) CO2압축기가 개발되기도 하였다. 본 발명에서는, 히트펌프 기술로, 이 배기 CO2가 CO2초임계유체로 생성된다. 이 CO2는 온도 -20℃에서 증발열이 67.46kcal/kg으로, 증기의 증발열 (대기압) 539kcal/kg과 비교하면 매우 작다. 이 CO2는, 20bar로 가압 200℃로 승온 후, 냉매 질소로, -20℃로 냉각 액화되고, 다음, 이 액상의 -20℃ CO2가 임계압력 (73bar) 이상으로 가압된 이후, 31℃ 이상으로 승온하면 CO2초임계유체로 생성된다. 이 액상의 CO2가 펌프로 임계압 이상으로 가압될 때, 이 CO2가 액상으로 냉각되는 CO2응축기보다 펌프가 더 아래에 위치하여, 이 펌프에 NPSH가 충족되면, 아무런 문제없이, 이 CO2가 임계압 (73bar) 이상으로 가압될 수 있다. 이후, 이 액상의 -20℃ CO2는, 냉매로써, 후속 터빈 배기를 냉각하면서, 자동적으로 CO2초임계유체로 생성된다.
본 발명에서는, 이와 같은 과정으로, 터빈 배기 (순환) CO2가, ScCO2예열기#1에서, 초임계유체로 생성되고, 상기 ScCO2예열기#2에서, 배기열을 회수하며, 215℃ CO2초임계유체로 예열된 후, 앞서 설명한, 도 4에 도시한, 질소 액화냉각 시스템의 ScScCO2예열기#3로 압송되어, 이 CO2초임계유체가, 30bar로 가압되어 450℃로 승온한 질소를 230℃로 냉각하면서, 질소 압축기 부하를 줄이고, 300℃로 예열되어, 이 질소의 승온열량이 회수된다. 이 CO2초임계유체가 예열되는 온도 300℃는 임의로 정한 온도이다. 압축 질소의 온도가 450℃이므로 430℃ 정도까지 예열할 수 있으나, 본 발명 실현단계에서 경제적인 온도로 예열될 것이다. 다음에, 이 CO2초임계유체는, 아래에서 설명되는, 터빈 축 직렬 압축기가 생산한 압축공기로, ScScCO2예열기#4에서, 더 고온으로 예열된 후, 디퓨저를 통하여, 연소실 운전압력으로 감압되고, 연소실에 주입 재순환된다.
가스터빈에서, 터빈 축 직렬 공기압축기가 압축한, 공기압축기는 압축비가 보통 1/12 이상으로, 이의 압력은 30기압 이상으로 높다. 공기가 이 압축비로 단열 압축되면 이 압축공기의 온도는 450℃ 이상으로 높아진다. 본 발명에서는, 상기 Sc예열기#3에서 예열된 CO2초임계유체가, 이 고온의 압축 공기를 냉각하면서, 압축기 부하를 줄이며, 압축공기의 승온열량을 회수하고, 연소기에 주입 재순환된다. 한편, 본 배기냉각기에 위치한 CO2냉각기 및 ②증기냉각기에서 터빈 배기를 냉각하며, 50℃로 예열된 산소는, 산소예열기#1에서, (상기 터빈 배기 CO2를 -20℃ 액상으로 냉각하며 180℃로 승온한) 냉매 질소의 승온열량으로 170℃로 더 예열되고, 이후, 도 1에 도시한, 산소예열기#2에서, 상기 압축공기로, 320℃ 이상으로 더 예열되고, 연소실에 주입된다. 이 산소를 예열한 압축공기는, 도시한 바와 같이, 190℃로 강온되어, 산소와 질소 생산을 위하여 공기를 압축 냉각하는, 압축공기 냉각기에, 팽창 (Throttle Valve) 밸브를 통하여 5.5kg/cm2로 단열 팽창 하여 25℃ 정도로 강온된 후, 보조 압축기가 생산한 170℃ 정도의 압축공기에 (혼합) 공급된다. 이 압축공기냉각기는, 도 1에 보인 바와 같이, (추정) 100℃ 정도의 혼합 압축공기가, 재순환되면서 질소로 냉각되어, 5.5kg/cm2 77℃로 냉각되는 압축공기는, 공기가 냉각되어 산소와 질소가 압축분리 동시 생산되는, 설비에 공급된다. 이 산소와 질소 생산 기술은, 산업 발달과 더불어 날로 발달하고 있고, 이는 본 특허청구 범위에 속하지 않으며, 이 산소와 질소 분리 생산 관련 도면은, 도시한 바와 같이, 증류탑으로 간략히 묘사되었다.
연소실에 순산소만 주입되면 질소에 해당하는 작동유체가 줄어들어 연소실이 과열되고, 터빈의 동력생산 열효율이 낮아진다. 이 문제를 해결하기 위하여, 순산소연소 가스터빈에서는 터빈 배기를 냉각하여 증기가 복수되고, CO2가 기체로 포집되며, 포집된 이 CO2 중 작동유체로써 다량의 CO2가 연소실로 재순환되도록 구성하여, 연소실의 과열을 방지하고, 열교환 효율 및 동력생산 효율의 저하 문제를 해결하려는 연구가 진행 중이다. 즉, 포집된 이 CO2가 작동유체로써 배기열을 회수하고, 이 CO2가 연소실에 주입 재순환되는 연구가 진행 중이다. 가정해서, 배기열을 회수한 작동유체 이 기체 CO2가, 아무런 문제없이, 임계압 이상으로 가압되어, 초임계유체로 상(Phase) 전환될 수 있을지라도, 기체가 압축될 때는 많은 동력이 소비되는 문제가 따른다. 그러나 본 발명에서처럼 액체 CO2는, 매우 적은 동력으로도 고압으로 가압된다.
도 10는 본 발명에서, 작동유체가 터빈에서 동력을 생산하는 과정을 브레이튼 사이클을 인용하여 보인 T-S이고, 도 11은 통상의 가스터빈이 HRSG로 복합사이클로 구성된 시스템의 작동유체의 흐름을 보인 플로우 다이어그램이다. 가스터빈에서는, 브레이튼 사이클에서, 동력이 '1-2-3-4'의 순환 과정으로 생산되고, 터빈 배기는 대기로 600℃ 정도로 배기된다. 이 가스터빈이, 도 11에 도시한 바와 같이, HRSG로 복합 사이클로 구성되면, 터빈 배기는 HRSG에서 110℃로 배기된다. 즉, 이 배기의 온도차에 상응하는 면적 '1h-1-4-4h'에 해당하는 동력이 증기터빈에서 생산된다. 증기터빈에서는, 랭킨(Rankine) 사이클로, 증기가 고압(HP), 중압(IP) 및 저압(LP) 터빈에서 충분히 팽창하며 동력을 생산하고, 110℃ 이하 배압 0.2bar로 복수기에 흡입, 냉각 복수된다. 본 발명에서도, 초초임계압 (증기) 유체가, 도 1에 보인 바와 같이, 고압(HP) 터빈에 주입되어 동력을 생산하고, 재가열된 후, 증기터빈에서처럼, 중압(IP) 터빈에 주입되나, 본 발명에서는, 연소실 (연소가스) 작동유체가, 이 중압 터빈에 주입되어, 초초임계압 증기와 더불어, 이 중압(IP) 및 저압(LP) 터빈에서 충분히 팽창하고, 배압 0.2bar로 본 배기냉각기에 흡입, 냉각된다. 증기터빈에서는, 증기가 복수되는 막대한 터빈 배기열이 냉각수로써 바다로 방출되나, 본 발명에서는, 이 터빈 배기열이 대부분 회수된다. 이로써, 본 발명에서는, 작동유체가 브레이튼 사이클과 랭킨사이클이 결합된, 도시한 T-S 선도의, '배기냉각 사이클'인, '1c-2-3-4c'의 순환 과정으로, 터빈에서 동력을 더 생산하게 된다. 즉, 가스터빈이 HRSG로 구성된 복합사이클보다, '1c-1h-4h-4c'의 면적에 해당하는 동력이 터빈에서 더 생산된다. 이와 같이, 더 생산되는 동력은, 터빈에서 블레이드를 향하여 달리는 작동유체 입자가 상기 배압 0.2bar로 본 배기냉각기에 흡입됨에 따라, 더 빨리 달려, 블레이드에 충격(Δmv)을 더 가함으로써 더 생성된 동력과, 터빈 배기열에 해당하는 동력으로써, 상기 CO2초임계유체가 회수하여 터빈에서 기계적 동력으로 변환된 동력이다.
아래는 도 2에 도시한 본 배기냉각기에 대한 구체적인 설명이다. 순산소연소가 구현되는 본 발명에서는 터빈 연소실에 산소의 이론 공급량보다 더 많은 130% 산소가 더 공급된다. 본 발명 실현과정에서 경제적인 이 과잉 공급량이 정해질 것이다. 터빈의 배기는 본 배기냉각기에 흡입되어 130% 산소로 냉각된다. 과잉 공급되어 연소에 미반응한 30% 산소는 본 배기냉각기에서 제거되어야 한다. 산소는 분자량이 32로 분자량 44인 CO2보다 가볍다. 본 발명에서는, 산소가 CO2보다 가벼운 특징이 활용되어, 특수 장치로 대기로 방출된다. 이 산소의 배출 과정은 다음에 자세히 설명된다.
도 2에 도시한, 본 배기냉각기는, 본 발명 CO2초임계유체 열교환기인 ScCO2예열기#1과 소형 증기터빈 발전 플랜트에서 에어핀(Air Fin) 쿨러 유형의 열교환기와 유사한, 배기열흡수기, (Aux) 보조증기냉각기, (Vapor) 증기냉각기 및 CO2냉각기로 구성된다. 이 에어핀 쿨러에서는 냉각핀이 형성되어 있는 튜브로 포화증기가 흐르고 외부로 대기가 흘러 이 포화증기가 응축된다. 그러나 이 배기열흡수기의 튜브로 (선행 배기의 복수) 기-복수가 증발되면서 흐르고, ③보조증기냉각기 튜브로 냉매 질소가 흐르며, ②증기냉각기 및 CO2냉각기에서는, 튜브로 액상의 냉매 산소가 공급되어 흐르고, 쉘(Shell) 공간으로 이 배기냉각기에 흡입된 터빈 배기가 흐르면서 이 터빈 배기가 냉각된다. 상기 ScCO2예열기#1에는, 튜브로 -20℃ 액상의 CO2가 공급되어 흐르고, 쉘 공간으로 유입된 터빈 배기가 흐르면서 냉각된다. 이러한 본 배기냉각기의 구체적인 구조는 아래에서 자세히 설명된다.
본 배기냉각기 (터빈 배기가 흡입되는) 입구에는 (선행 배기가 냉각 응축된) 기(pre)-복수가 튜브로 흐르면서, 증발하며 터빈 배기가 냉각되는 배기열흡수기가 설치되어 있고, 이어 액상의 -20℃ CO2가 배기를 냉각하면서 예열되어 CO2초임계유체로 생성되는, ScCO2예열기#1이 설치되어 있으며, 이의 후단에, 연소 미반응 산소 등 불응축 기체가 터빈 배기를 냉각하는 배기미니냉각기가 설치되어 있고, 다음에, 맨 우측 (하기) CO2냉각기 참버 위(천장)에서 냉기(Cold Gas)가 흡입되어, 이 배기미니냉각기 다음 위 천장에서, 이 냉기를 내품는, 다수의 냉기순환 배관이 설치되어 있으며, 이 냉기순환 배관의 흡입구 위 T-분기점에 이 냉기를 순환시키는, 도 3에 도시한, 순환 (Blade) 블레이드가 장치되어 있고, 이 T-분기점에 위에 (CO2보다 가벼운) 연소 미반응 산소 등이 모이는 불응축 기체 포집 공간이 형성되어 있고, 또 이 포집 공간에 불응축 기체를 감지하는 센서와, 이 불응축 기체를 흡입, 외부로 배출하는 배큠펌프가 장착되어 있다. 이로써, 이 순환 블레이드가 회전함에 따라, 이 CO2냉각기 참버 우측 위로, CO2보다 가벼운, 산소 등 불응축 기체와 CO2가 이 냉기순환 배관으로 흡입되어, 무거운 (질량이 큰) CO2는 이 블레이드 원주 외곽 쪽 순환 배관으로 흐르고, 가벼운 산소는 중앙 위쪽 불응축 기체 포집 공간으로 올라가, 도시한 바와 같이, 상기 배기미니냉각기에서, 흡입된 터빈 배기를 다소 냉각하고 대기로 방출된다. 이 냉기순환 배관 다음에, 이미 냉각되어 응축된 저온의 복수로 수증기, 물보라를 내품는 다수의 물분사 노즐이 설치되어 있고, 어떠한 경우에도, 터빈 증기가 냉각 복수되는, 냉매 질소가 튜브로 흐르는 ③보조증기냉각기가 설치되어 있으며, 이다음에, 냉매 산소가 튜브로 흐르면서, 이 수증기 물보라 및 배기가 더 냉각되는 증기냉각기가 설치되어 있고, 이 증기냉각기 아래에는 복수를 배출하는 복수펌프가 장착되어 있고, 다음, 맨 우측에 좀 높이, 냉매 산소에 의한 CO2냉각기가 설치되어 있으며, 이 CO2냉각기 아래에는, 냉각된 CO2를 배출하는 로터리 피스톤 배큠펌프가 장착되어 있다.
이와 같이 구성된 본 배기냉각기에, 흡입된 110℃ 터빈 배기가, 입구에 위치한 배기열흡수기에서, 튜브에 주입된 0.2bar 60℃ 기-복수가, 배큠펌프로 흡입됨에 따라, 수증기, 물보라 및 (Steam) 증기로 증발되면서, 터빈 배기가 이의 증발열로 냉각되고, 이 기-복수는 90℃ 증기로 승온한다. 이어 이 터빈 배기는 ScCO2예열기#1로 진입하여, 튜브로 흐르는, (초임계유체) 액상의 -20℃ CO2로 더 냉각되고, 이어 냉각된 이 배기는 중앙으로 진입하면서, 천장에서 분출되는 순환냉기와 다수의 물분사 노즐에서, 이미 냉각된 저온의 복수로, 내뿜는 수증기 물보라로 직접 냉각되고, 이어 ②증기냉각기에서 튜브로 흐르는 냉매 산소로 더 냉각된다. 이러한 터빈 배기의 냉각으로 터빈 (배기) 증기는 모두 (0.2bar 포화온도 60.1℃) 복수되어 60℃ 이하로 더 냉각되고, 작동유체 80mol% CO2는, 더 냉각되어, 우측 위쪽에 위치한 CO2냉각기로 올라가, 이 CO2냉각기에서, 이 CO2는 액상의 냉매 산소로 -13℃로 더 냉각되고, 이어 이 CO2냉각기 아래에 설치되어 있는, 로터리 피스톤 배큠펌프로 배출된다. 이 배기 냉각 과정에서, 상기 액상의 -20℃ CO2는 60℃로 예열, CO2초임계유체로 생성되며, 액상의 냉매 -183℃ 산소는 50℃로 예열된다. 터빈 배기를 냉각하며 상기 기-복수가 90℃ 증기로 승온하며 흡수한 배기열은, 도 5에 도시한, 배기열 회수 시스템에서 상기 CO2초임계유체 및 초초임계압 250bar (급수) 유체로 회수된다.
원자력, 석탄 화력 등 증기터빈 발전소에서는, 증기가 복수되어 터빈에서 높은 열효율로 동력이 생산되나, 터빈 배기의 냉각 복수 열량이 바다로 방출되어, 해양 환경에 상당한 영향을 미친다. 그러나 본 발명에서는, 이 터빈 배기가 지닌 배기열이 회수되어 발전 열효율이 높아지면서도 해양 환경에 어떠한 영향도 미치지 않는다. 게다가, 본 발명은 증기터빈처럼 바닷가에 위치해야할 필요가 없는, 즉, 발전소 입지조건이 자유롭다.
본 발명은, 증기터빈처럼, 고압(HP), 중압(IP), 저압(LP)의 다단 터빈으로 구성된 가스터빈으로, 터빈 배기가 냉각되고 액화되어, 이 배기냉각 효과로, 게다가, 터빈 배기열이 회수됨으로써, 터빈에서 높은 동력생산 효율이 구현되며, 또한, 작동유체로써 CO2가 순환되어 순산소연소가 구현되고, 수소를 연료로 사용하여, CO2가 발생하지 않으며, 더군다나, 바닷물이 냉각수로 사용되지 않아 발전소 입지조건이 자유로운 것이 특징이다.
부호 설명 없음

Claims (8)

  1. 수소 연료 CO2 가스터빈에 있어서,
    공기로부터 생산된 액상의 산소와 질소가 냉매로 활용되며, 연소실에 연료 수소와 순산소만 주입되고, CO2초임계유체가 (도 6) 디퓨저를 통하여 연소실 운전압력으로 감압된, CO2기체가 순환 작동유체로써 연소실에 주입되어 순산소연소가 구현되며, 터빈 배기가
    (제2항) 배기냉각기에 흡입, 냉각되어, 증기는 복수되고 배기 CO2가 영하(-13℃)로 냉각되며,
    (제3항) 액상의 (-20℃) CO2가 CO2초임계유체 열교환기인 ScCO2예열기#1에서 터빈 배기를 냉각하여, 터빈 배기의 체적이 급속히 줄어듦으로써, 이 배기 냉각효과로 터빈 높은 동력생산 효율이 구현되며,
    (제4항) 임계압 이상인 액상의 (선행 배기) (-20℃) CO2가 터빈 배기를 냉각하면서 (60℃) 예열되어 터빈 배기열이 회수되며,
    (제5항) 기(pre)-복수가 터빈 배기를 냉각하며, 흡수한 배기열로 CO2초임계유체 및 초초임계압 급수를 예열하여, 터빈 배기열이 회수되며,
    CO2초임계유체가, (제6항) 질소 액화냉각 시스템의 ScCO2예열기#3에서, 30bar로 가압된 고온의 (450℃) 질소를 냉각하고, (300℃) 고온으로 더 예열되어 질소의 승온열량이 회수되며,
    CO2초임계유체가, (제7항) ScCO2예열기#4에서, 터빈 축 직렬 압축기가 압축한 고온의 압축공기를 냉각하며, 고온으로 예열되고, 디퓨저를 통하여 연소실 운전압력으로 감압, 연소실에 주입 재순환되며,
    냉매 산소가 증기냉각기 및 CO2냉각기에서 배기를 냉각하며, (50℃) 예열되고, 이어 질소로 (제8항) 산소예열기#1에서 더 (170℃) 예열되며, 상기 압축공기로 더 (310℃) 예열된 이후, 연소실에 주입되어; 발전소 입지조건이 자유롭게 구성된, 순산소연소, 배기냉각, 배기열회수 및 CO2초임계유체 생성 히트펌프 구성 장치와 운전방법.
  2. 제1항에 있어서, (도 2) 배기냉각기 입구에, 배기열흡수기가 설치되어 있으며, 다음에, (초임계유체) ScCO2예열기#1이 설치되어 있고, 다음에, 배기미니냉각기가 설치되어 있고, 이어 다수의 냉기순환 배관이 설치되어 있고, 이다음에 다수의 물분사 노즐이 설치되어 있으며, 다음, 보조증기냉각기가 설치되어 있으며, 다음에, 증기냉각기가 설치되어 있고, 이다음에, 증기냉각기보다 더 높은 위치에 CO2냉각기가 설치되어 있으며, 증기냉각기 아래에 복수펌프가 설치되어 있으며, CO2냉각기 아래에 냉각된 배기 CO2를 배출하는 배큠펌프가 설치되어 있는 구조의 것으로,
    상기 배기열흡수기, 보조증기냉각기, 증기냉각기 및 CO2냉각기는, 에어핀 쿨러의 튜브 형상과 유사한, 냉각핀(Cooling Fin)이 형성되어 있는, 튜브로, 냉매로써 (선행 배기) 기-복수, 냉매 질소, 또는 냉매 산소가 흐르며, 외부 쉘(Shell) 공간으로 흡입된 터빈 배기가 흘러 열교환이 이뤄지는, 일반 쉘-튜브 유형의 열교환기로 구성되어 있으며,
    상기 ScCO2예열기#1의 구조는, CO2초임계유체 (제3항) 열교환기 형태로 구성되어 있으며,
    맨 우측 CO2냉각기 참버 위(천장)로 이 참버의 (Cold Gas) 냉기가 흡입되어, 상기 배기미니냉각기 우측 위의 천장으로 이 순환냉기가 분출되고, 이다음에, 상기 물분사 노즐에서 냉각된 복수로 수증기 물보라가 내품어지며, 이 순환냉기 배관 흡입구 위 T-분기점에 (도 3) 순환 블레이드가 장치되어, 있으며, T-분기점 위쪽에는 가벼운 미연소 산소가 모이는 불응축 기체 포집 공간이 형성되어 있고, 이 포집 공간에 불응축 기체를 감지하는 센서가 장치되어 있으며, 순환 블레이드가 회전함에 따라, CO2냉각기 참버 위(천장)로 가벼운 불응축 및 CO2기체가 흡입되어, CO2기체는 블레이드 원주 외곽 쪽 냉기순환 배관으로 흐르고, 가벼운 블응축 기체는 이의 포집 공간으로 흘러, 배기미니냉각기를 경유, 대기로 방출, 제거되면서, 흡입된 터빈 배기가 다소 냉각되도록 구성되어 있으며,
    배기냉각기에 흡입된 터빈 배기를 냉각하며, 배기열흡수기에서 기(pre)-복수가 증기로 증발하며, 이 증기가 90℃로 승온, 배기열을 흡수하고, 배큠펌프에 흡입되며,
    이어 이 배기가 초임계유체 ScCO2예열기#1로 진입하면서, 임계압 (73bar) 이상인 액상의 (-20℃) CO2로 더 냉각, CO2가 (60℃) 예열되면서, 초임계유체로 생성되어, ScCO2예열기#2로 압송되며,
    이어 터빈 배기가 (Vapor) 증기냉각기로 진입하면서, 천장에서 내품는 순환냉기 및 냉각된 복수로 내품는 수증기 물보라로 지접 냉각되고, 이 증기냉각기에서, 튜브로 흐르는 냉매 산소로 더 냉각되어, 터빈 배기 중 증기는 복수되어, 이 복수펌프로 상기 배기열흡수기로 압송되며, 배기 CO2는 영하로 (-13℃) 냉각되어 배큠펌프로 배출되도록 구성된, 배기냉각 및 배기열회수 장치.
  3. 제1항에 있어서, ScCO2예열기#1, ScCO2예열기#2, ScCO2예열기#3 및 ScCO2예열기#4의 구조가, 인쇄기판형 열교환기처럼 유로의 내경이 수 mm로 작은 튜브가, (도 7에) 코일스프링 모양으로 형성되고, 인쇄기판형 열교환기와 달리 대항 (Counter) 유체가 냉각되면서 체적이 3차원으로 급속히 줄어들도록, 쉘-튜브 (Shell & Tube) 유형의 열교환기 형태로, 대항 유체의 통로가 형성되고, 또 대항 유체가 이동하면서 튜브와 빈번히 부딪치고 열교환을 이루는 면이 많아지도록, (예를 들어) 45°로 배열되어, 대항 유체가 냉각되면서 CO2초임계유체가 효과적으로 예열되도록 구성된, 배기냉각 및 배기열회수 장치.
  4. 선행 배기 (-13℃) CO2가 20bar로 (200℃) 가압되고, CO2응축기에서 냉매 질소로 (-20℃) 액상으로 냉각된 이후, 펌프로 임계압 이상으로 가압되고, ScCO2예열기#1로 압송되어, 터빈 배기를 냉각하연서, (60℃) 예열되어, CO2초임계유체로 생성되는, CO2초임계유체 생성 히트펌프 장치와 운전방법.
  5. 제1항에 있어서, 배기열흡수기에서 배기열을 흡수한 기(pre)-복수 증기가, 배큠펌프로 흡입되어 (도 5) 배기열 회수 시스템에서, 압축기로 1atm으로 압축, 230℃으로 승온한 이후, 생성된 증기 대부분은 에어핀-쿨러로 냉각되어 복수 저장탱크에 저장되고, 나머지 생성증기가 ScCO2예열기#2에서 60℃로 예열된 CO2초임계유체를 (215℃) 더 예열하여, 터빈 배기열이 회수되며, 또한, 순환증기는 (ScP.FW PreHtr) 급수예열기에서, 탈기기 아래 고압 급수펌프로 (250bar) 초초임계압으로 가압된, 급수를 (180℃) 예열하여, 터빈 배기열이 회수되는, 배기열회수 히트펌프 구성 장치와 운전방법.
  6. 제1항에 있어서, 질소 액화냉각 시스템의 (초임계유체) ScCO2예열기#3에서, 질소가 30bar로 가압, 450℃로 승온한, 이 질소의 승온열량으로, CO2초임계유체가 더 (300℃) 고온으로 예열되면서, 질소가 (230℃) 냉각되고, 압축기의 부하가 줄어들어, 이 질소의 액화냉각 효율을 높이면서, CO2초임계유체가 상기 질소의 승온열량을 회수하도록 구성된, 히트펌프 구성 장치와 운전방법.
  7. 제1항에 있어서, ScCO2예열기#4에서, CO2초임계유체가, 터빈 축 직렬 압축기가 압축한 고온의 압축공기를 냉각하며, 압축기 부하를 줄이면서 고온으로 예열되어, 디퓨저를 통하여 연소실에 주입 재순환되어, 제3항 초임계유체 (ScCO2예열기#4) 열교환기의 냉각효과로, 터빈 축 직렬 공기 압축기의 부하가 크게 줄어들도록 구성된, 히트펌프 구성 장치와 운전방법.
  8. 제1항에 있어서, 냉매 질소가, CO2응축기에서 20bar로 가압, 승온 (200℃) 터빈 배기를 액상으로 (-20℃) 냉각하며 승온한 이 질소의 승온열량으로, 산소예열기#1에서, (도 2) 배기냉각기에서 (50℃) 예열된 산소가 더 고온으로 (170℃) 예열되어, 상기 질소의 승온열량이 회수되도록 구성된, 히트펌프 구성 장치와 운전방법.
KR1020220093555A 2020-11-02 2022-07-28 수소 연료 co2 다단 가스터빈 순산소연소, 배기냉각, 배기열회수 및 co2초임계유체 생성 히트펌프 구성 장치와 운전방법 KR20220111230A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220093555A KR20220111230A (ko) 2020-11-02 2022-07-28 수소 연료 co2 다단 가스터빈 순산소연소, 배기냉각, 배기열회수 및 co2초임계유체 생성 히트펌프 구성 장치와 운전방법

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200144042A KR20220058996A (ko) 2020-11-02 2020-11-02 이산화탄소 가스터빈 운전방법 및 이산화탄소 포집장치
KR1020210125409A KR20220059400A (ko) 2020-11-02 2021-09-22 수소-순산소연소 가스터빈 운전방법 및 배기열 회수장치
KR1020220093555A KR20220111230A (ko) 2020-11-02 2022-07-28 수소 연료 co2 다단 가스터빈 순산소연소, 배기냉각, 배기열회수 및 co2초임계유체 생성 히트펌프 구성 장치와 운전방법

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210125409A Division KR20220059400A (ko) 2020-11-02 2021-09-22 수소-순산소연소 가스터빈 운전방법 및 배기열 회수장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220111230A true KR20220111230A (ko) 2022-08-09

Family

ID=81591818

Family Applications (9)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200144042A KR20220058996A (ko) 2020-11-02 2020-11-02 이산화탄소 가스터빈 운전방법 및 이산화탄소 포집장치
KR1020210125409A KR20220059400A (ko) 2020-11-02 2021-09-22 수소-순산소연소 가스터빈 운전방법 및 배기열 회수장치
KR1020220093555A KR20220111230A (ko) 2020-11-02 2022-07-28 수소 연료 co2 다단 가스터빈 순산소연소, 배기냉각, 배기열회수 및 co2초임계유체 생성 히트펌프 구성 장치와 운전방법
KR1020220104359A KR20220121232A (ko) 2020-11-02 2022-08-19 가스터빈 순산소연소, 터빈배기 냉각, 배기열 회수 및 co2포집 히트펌프 구성 장치와 (co2중립)운전방법
KR1020230006527A KR20230015482A (ko) 2020-11-02 2023-01-17 기-복수 및 순산소연소에 의한 배기냉각 배기열회수 및 co2포집 장치와 히트펌프 및 탄소 중립 운전 방법
KR1020230008094A KR20230017336A (ko) 2020-11-02 2023-01-19 기-복수 및 순산소연소에 의한 배기 냉각 배기열 회수 및 co2포집 장치와 히트펌프 및 탄소 중립 운전 방법
KR1020230009141A KR20230019901A (ko) 2020-11-02 2023-01-23 기-복수 및 순산소연소에 의한 배기 냉각 및 배기열 회수 장치와 히트펌프 운전 방법
KR1020230010469A KR20230022899A (ko) 2020-11-02 2023-01-27 기-복수에 의한 증기터빈 배기 냉각 및 배기열 회수 장치와 히트펌프 운전 방법
KR1020230017079A KR20230027117A (ko) 2020-11-02 2023-02-08 기-복수 및 순산소연소에 의한 터빈 배기 냉각 배기열 회수 장치와 히트펌프 운전 방법 및 co2포집 장치와 탄소 중립 운전 방법

Family Applications Before (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200144042A KR20220058996A (ko) 2020-11-02 2020-11-02 이산화탄소 가스터빈 운전방법 및 이산화탄소 포집장치
KR1020210125409A KR20220059400A (ko) 2020-11-02 2021-09-22 수소-순산소연소 가스터빈 운전방법 및 배기열 회수장치

Family Applications After (6)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220104359A KR20220121232A (ko) 2020-11-02 2022-08-19 가스터빈 순산소연소, 터빈배기 냉각, 배기열 회수 및 co2포집 히트펌프 구성 장치와 (co2중립)운전방법
KR1020230006527A KR20230015482A (ko) 2020-11-02 2023-01-17 기-복수 및 순산소연소에 의한 배기냉각 배기열회수 및 co2포집 장치와 히트펌프 및 탄소 중립 운전 방법
KR1020230008094A KR20230017336A (ko) 2020-11-02 2023-01-19 기-복수 및 순산소연소에 의한 배기 냉각 배기열 회수 및 co2포집 장치와 히트펌프 및 탄소 중립 운전 방법
KR1020230009141A KR20230019901A (ko) 2020-11-02 2023-01-23 기-복수 및 순산소연소에 의한 배기 냉각 및 배기열 회수 장치와 히트펌프 운전 방법
KR1020230010469A KR20230022899A (ko) 2020-11-02 2023-01-27 기-복수에 의한 증기터빈 배기 냉각 및 배기열 회수 장치와 히트펌프 운전 방법
KR1020230017079A KR20230027117A (ko) 2020-11-02 2023-02-08 기-복수 및 순산소연소에 의한 터빈 배기 냉각 배기열 회수 장치와 히트펌프 운전 방법 및 co2포집 장치와 탄소 중립 운전 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (9) KR20220058996A (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024018579A1 (ja) * 2022-07-21 2024-01-25 株式会社Ｎａｙｕｔａテクノロジー 冷熱利用ガスタービン発電システム

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220058996A (ko) 2022-05-10
KR20230017336A (ko) 2023-02-03
KR20220059400A (ko) 2022-05-10
KR20230027117A (ko) 2023-02-27
KR20230022899A (ko) 2023-02-16
KR20220121232A (ko) 2022-08-31
KR20230015482A (ko) 2023-01-31
KR20230019901A (ko) 2023-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2011012047A1 (zh) 多循环发电热力***及其实现方法
US11293671B2 (en) Refrigeration cycle for liquid oxygen densification
US20120235415A1 (en) Power recovery system using a rankine power cycle incorporating a two-phase liquid-vapor expander with electric generator
JPS63239302A (ja) 貯蔵したエネルギ利用の発電システム，方法およびその装置
US9341085B2 (en) Power recovery system using a rankine power cycle incorporating a two-phase liquid-vapor expander with electric generator
WO2002040916A2 (en) Gas pipeline compressor stations with kalina cycles®
KR20220054547A (ko) 증기터빈 배기열회수 복수 구성장치 및 운전방법
JPH10288047A (ja) 液化天然ガス気化発電装置
US11821682B2 (en) Natural gas processing using supercritical fluid power cycles
JP2009138996A (ja) 冷凍サイクルシステム、天然ガス液化設備、ヒートポンプシステム、及び冷凍サイクルシステムの改造方法
KR20220052302A (ko) 증기터빈 배기열회수 복수기 구성장치 및 운전방법
KR20220111230A (ko) 수소 연료 co2 다단 가스터빈 순산소연소, 배기냉각, 배기열회수 및 co2초임계유체 생성 히트펌프 구성 장치와 운전방법
JP2000204909A (ja) 液化天然ガス冷熱利用発電装置
CN114729577A (zh) 基于组合的焦耳-布雷顿和朗肯循环的、使用直接联接的往复机器工作的设施
JPH11343865A (ja) 深冷タービン発電システム
KR20220111218A (ko) Co2 다단 가스터빈 순산소연소, 배기냉각, 배기열회수, co2 (중립) 포집 및 순환 co2초임계유체 생성 히트펌프 구성 장치와 운전방법
KR20240003698A (ko) 포화수에 의한 수소-연료 순산소연소 가스터빈 배기 냉각 및 배기열 회수 장치와 이의 운전 방법
KR20220051911A (ko) 순산소연소 가스터빈 이산화탄소 포집장치 및 운전방법
KR20220106085A (ko) Co2 다단 가스터빈 배기냉각, 배기열회수 및 co2초임계유체 생성 히트펌프 구성 장치와 운전방법
JPH09151707A (ja) 液化天然ガスを用いる冷熱発電装置
KR20230035547A (ko) 기-복수 증발열에 의한 화력발전소 가스보일러 배기 냉각 배기열 회수 및 co2포집 장치와 히트펌프 및 탄소 중립 운전 방법
KR20240059607A (ko) 물의 잠열에 의한 가스터빈 배기열 무손실 운전 방법
JP2021162019A (ja) 中間冷却復熱式ガスタービン及び冷媒複合ボトミングサイクルの複合化システム
KR20220072808A (ko) 석탄화력발전소 순산소연소 배기처리장치 및 이의 운전방법
KR20220044445A (ko) 석탄화력 발전소 순산소 연소실배기 처리장치 및 이의 운전방법

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
E902 Notification of reason for refusal