KR101362626B1

KR101362626B1 - 이산화탄소 분리 장치를 구비한, 화석 연료를 연소하는 발전 설비의 개량 방법

Info

Publication number: KR101362626B1
Application number: KR1020127011193A
Authority: KR
Inventors: 울리히 그루만; 울리히 무흐; 안드레아스 픽카르트; 미케 로스트
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2009-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2014-02-12
Also published as: WO2011051493A2; RU2012122750A; ES2444496T3; BR112012010416A2; EP2496799B1; AU2010311336B2; WO2011051493A3; KR20120079130A; AU2010311336A1; US20120255173A1; CN102859124A; PL2496799T3; CA2779363C; CN102859124B; CA2779363A1; RU2525996C2; EP2496799A2

Abstract

본 발명은 다중 케이싱 증기 터빈(2)을 포함하고 이산화탄소 분리 장치를 구비한, 화석 연료를 연소하는 발전 설비(1)의 개량 방법에 관한 것이며, 이러한 방법에서 증기 터빈(2)의 최대 유량은 이산화탄소 분리 장치의 작동을 위해 제거될 프로세스 증기(4)에 맞춰지고, 증기 라인(5)을 통해 이산화탄소 분리 장치는 2개의 증기 터빈 케이싱들을 연결하는 과류 라인(6)에 연결된다.

Description

이산화탄소 분리 장치를 구비한, 화석 연료를 연소하는 발전 설비의 개량 방법{METHOD FOR RETROFITTING A FOSSIL-FUELED POWER STATION WITH A CARBON DIOXIDE SEPARATION DEVICE}

예를 들어 가스 및 증기 터빈 설비 또는 석탄 연소식 증기 발전 설비와 같이, 화석 연료를 연소하는 발전 설비의 배기 가스로부터 이산화탄소를 분리하기 위해서는 많은 양의 에너지가 필요하다.

이산화탄소를 분리하기 위한 습식 흡착-탈착법을 사용할 때, 이러한 에너지는 열 에너지의 형태로 탈착 프로세스의 가열을 위해 제공되어야 한다. 대체로, 이를 위해 발전 설비의 수증기 회로로부터의 저압 증기가 사용된다.

건축중인 발전 설비에 이산화탄소 분리 장치(CO₂ capture plant)가 아직 연결되지 않은 경우라고 해도, 현재 추후 개량 가능성(capture readiness)을 입증할 의무가 있다. 이에 상응하게 이미 현재 상응하는 예방 조치가 취해지므로, 이산화탄소 분리 장치가 이후의 시점에 문제없이 발전 설비에 일체될 수 있다.

이를 위해, 저압 증기의 제거를 위한 증기 터빈 또는 발전 프로세스가 상응하게 구성되어야 할 필요성이 있다. 중압단 및 저압단을 위한 분리된 케이싱을 구비한 증기 터빈에서, 저압 증기는 과류 라인에서 간단한 방식으로 제거될 수 있다. 그러나, 과류 라인에서 제거하는 해결책은, 이와 같은 제거의 경우 증기 터빈의 저압단이 스로틀링되어 작동되어야 하는데, 이는 저압단의 최대 유량이 저압 증기 제거가 없는 작동에 대해 설계되었기 때문이다. 스로틀링이 없다면, 저압 증기 제거시 저압부 내의 너무 심한 압력 강하가 야기될 것이다. 기기의 스로틀링도 열역학적으로는 차선책이다.

발전 프로세스 내의 다른 소스로부터 증기를 제거하는 것은 마찬가지로 권장할만하지 않거나, 적합한 방식으로 가능하다. 이와 같이, 예를 들어 증기 터빈의 중간 과열 라인으로부터의 제거는 보일러의 비대칭 부하를 야기한다. 이산화탄소 분리 장치를 위해 더 높은 값의 증기를 제거하는 것도 방지되어야 하는데, 이는 대체 불가능한 에너지 손실이 야기되기 때문이다.

따라서, 본 발명의 목적은 증기 터빈의 저압단의 교환이 방지되도록 하고, 저압단 내의 압력 강하가 야기되지 않는 상태로 저압 증기가 과류 라인에서 제거될 수 있도록 하는 이산화탄소 분리 장치의 비용면에서 유리한 개량(retrofit) 방법을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적은 청구범위 제1항의 특징에 의해 달성된다.

본 발명은 증기 터빈을 포함하고 화석 연료를 연소하는 발전 설비를 기초로 하며, 이러한 증기 터빈의 중압단과 저압단은 분리된 케이싱을 포함한다. 이 경우, 화석 연료를 연소하는 기존의 발전 설비는 이산화탄소 분리 장치에 의해 개량되어야 한다.

이를 위해, 본 발명에 따라 2개의 단계들이 제공된다. 제1 단계에서 증기 터빈의 최대 유량은 이산화탄소 분리 장치의 작동을 위해 제거될 프로세스 증기에 맞춰진다. 이 경우, 증기 터빈 경로는 부품들의 교환을 통해 맞춰지거나, 저압단의 일부에 의해 대체된다. 선택 사양의 선택은 제시된 증기 터빈을 통해 결정되거나 제거될 증기 유동량을 통해 결정된다. 제2 단계에서 이산화탄소 분리 장치는 증기 라인을 통해 과류 라인에 연결된다. 이산화탄소 분리 장치가 스위치 오프되는 경우, 저압 증기는 계속 과류 라인으로부터 제거되고, 바이패스를 통해 기존의 응축기 내로 안내되어 응축된다. 이는 개량된 증기 터빈에 더 이상 전체 증기량이 공급될 수 없기 때문에 필요하다. 이 경우, 바이패스 라인의 장착은 마찬가지로 본 방법의 구성 요소일 수 있다.

바람직한 일 개선예에서, 이산화탄소 분리 장치는 응축 재공급 라인을 통해 증기 터빈의 응축기와 연결된다. 이러한 응축 재공급 라인은 탈착 프로세스 내에서 소모되는 프로세스 증기가 발전 설비의 급수 회로로 귀환 가능하게 한다.

바람직한 일 실시예에서, 화석 연료를 연소하는 발전 설비는 가스 및 증기 터빈 발전 설비이며, 증기 발생기는 폐열 증기 발생기이다. 대안적으로, 화석 연료를 연소하는 발전 설비는 증기 터빈 발전 설비이며, 증기 발생기는 연소하는 보일러이다.

증기 터빈의 저압단의 최대 유량이 맞춰짐으로써 수증기 회로는 이산화탄소 분리 장치를 위한 프로세스 증기 제거에 최적화 가능하다. 이와 동시에, 바이패스 라인의 사용을 통해서는 이산화탄소 분리 장치가 고장을 일으키는 경우에 발전 설비가 계속 작동될 수 있거나 확실히 시동될 수 있도록 보장된다. 개량 이전 및 이후의 구성을 위한 절충안은 더 이상 필요하지 않다.

하기에는 본 발명이 도면에 의해 더 상세히 설명된다.

도 1은 이산화탄소 분리 장치를 구비하지 않은, 화석 연료를 연소하는 발전 설비를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법을 통하여 이산화탄소 분리 장치에 의해 개량된, 화석 연료를 연소하는 발전 설비를 도시한 도면이다.

도 1에는 화석 연료를 연소하는 발전 설비(1)의 일부가 도시되어 있다. 실질적으로 고압단(9)과, 중압단(10)과, 이들로부터 분리된 케이싱 내에 배치된 저압단(11)으로 구성된 다중 케이싱 증기 터빈(2)이 도시되어 있다. 도 1에 도시된 변형예에서 저압단(11)은 복류식으로 형성된다. 또한, 포화 증기 라인(13)을 통해 저압단(11)과 연결되는 응축기(12)가 도시된다. 도 1에서 증기 발생기는 더 상세히 도시되지 않으며, 이러한 증기 발생기는 가스 및 증기 터빈 설비에서는 폐열 증기 발생기이며, 증기 발전 설비에서는 연소하는 보일러이다.

고압단(9)은 생증기 라인(14)으로부터 공급되도록 연결된다. 부분 팽창된 증기를 라인에서 빼내기 위해, 고압단(9)에는 냉각된 중간 과열 라인(15)이 연결되며, 이러한 냉각된 중간 과열 라인은 고압단(9)을 도 1에 상세히 도시되지 않은 증기 발생기와 연결시킨다. 중압단(10)은 가열된 중간 과열 라인(16)으로부터 공급되도록 연결되며, 이러한 가열된 중간 과열 라인을 통해 중압단에는 재가열된 증기가 공급 가능하다. 부분 팽창된 증기를 라인에서 빼내기 위해, 중압단(10)은 과류 라인(6)을 통해 저압단(11)과 연결된다. 라인에서 빠져나와, 저압단(11)은 포화 증기 라인(13)을 통해 응축기(12)와 연결된다. 응축기(12)에 연결되는 급수 라인(17)을 통해서, 응축된 증기는 재차 증기 발생기로 귀환 가능하다.

도 1에 도시된 장치에 기초하여, 도 2에는 화석 연료를 연소하는 발전 설비(1)의 일부가 도시되어 있으며, 이러한 발전 설비는 본 발명에 따른 방법에 따라 이산화탄소 분리 장치에 의해 개량되었다. 도 2에서 이산화탄소 분리 장치는 단지 열교환기(20)의 형태로 도시되어 있다.

과류 라인(6)에는 저압 증기의 제거를 위한 프로세스 증기 라인(18)이 연결된다. 또한, 증기 터빈(2)의 저압단(11)은 더 적은 증기량에 맞춰진다. 프로세스 증기 라인(18)에는 제1 밸브(19)가 접속된다. 프로세스 증기 라인(18)은 과류 라인(6)을 열교환기(20)와 연결하며, 이러한 열교환기는 개선된 이산화탄소 분리 장치의 탈착 장치의 구성 요소이다. 이 경우, 프로세스 증기 라인(18)을 통해 증기 터빈 프로세스로부터 열교환기(20)를 위한 저압 증기가 제거될 수 있다. 이를 위해, 제1 밸브(19)는 개방된다.

이산화탄소 분리 장치가 작동하지 않거나 스위치 오프되어야 하는 경우, 제1 밸브(19)는 차단된다. 이 경우, 프로세스 증기 라인(18)을 통해 제공되는 저압 증기는 응축기(12) 내로 안내된다. 이를 위해, 프로세스 증기 라인(18)을 포화 증기 라인(13)과 연결하는 바이패스 라인(21)이 제공된다. 이를 위해, 바이패스 라인(21)에 접속되는 제2 밸브(22)가 개방된다. 대안적으로, 바이패스 라인(21)은 저압 증기를 라인에서 빼내기 위해 응축기(12)와 바로 연결될 수도 있다.

Claims

다중 케이싱 증기 터빈(2)을 포함하고 이산화탄소 분리 장치를 구비한, 화석 연료를 연소하는 발전 설비(1)의 개량 방법이며,
a) 증기 터빈(2)의 최대 유량은 이산화탄소 분리 장치의 작동을 위해 제거될 프로세스 증기(4)와 일치하고,
b) 증기 라인(5)을 통해 이산화탄소 분리 장치는 2개의 증기 터빈 케이싱들을 연결하는 과류 라인(6)에 연결되는, 발전 설비의 개량 방법.
제1항에 있어서, 이산화탄소 분리 장치는 응축 재공급 라인(13)을 통해 증기 터빈(2)의 응축기(12)와 연결되는, 발전 설비의 개량 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 화석 연료를 연소하는 발전 설비(1)는 가스 및 증기 터빈 발전 설비이며, 증기 발생기는 폐열 증기 발생기인, 발전 설비의 개량 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 화석 연료를 연소하는 발전 설비는 증기 터빈 발전 설비이며, 증기 발생기는 연소하는 보일러인, 발전 설비의 개량 방법.
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