KR101938521B1 - 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템 - Google Patents

저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저온 부식에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 관한 것으로, 본 발명은 압축기 후단의 저온 작동 유체 일부를 보조 리큐퍼레이터로 공급시킴으로써 작동 유체의 온도를 폐열 기체의 이슬점 온도 이상으로 가열해 공급할 수 있다. 따라서 외부 열교환기의 저온 부식 현상을 저감해 외부 열교환기의 수명을 증가시키고, 외부 열교환기 및 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템{Supercritical CO2 power generating system for cold-end corrosion}
본 발명은 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저온 부식에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 관한 것이다.
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 있다. 그러한 노력의 하나로 초임계 이산화탄소를 작동 유체로 사용하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템(Power generation system using Supercritical CO2)에 대한 연구 개발이 활성화되고 있다.
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 섭씨 31.4도, 72.8기압으로, 임계점이 섭씨 373.95도, 217.7기압인 물보다 매우 낮아서 다루기가 용이한 장점이 있다.
또한, 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 발전에 사용된 이산화탄소를 외부로 배출하지 않는 폐사이클(closed cycle)로 운영되는 경우가 대부분이기 때문에 국가별 공해물질 배출 감소에 큰 도움이 될 수 있다.
그러나 기존의 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 일정 규모 이상으로 대용량화하기가 어려워 필요 전력량의 일부만을 공급할 수 있는 한계가 있다. 또한, 석탄화력 발전의 경우 전력 생산 효율은 증가시키면서도 공해물질의 배출량은 줄여야하는 과제가 있다.
초임계 이산화탄소 발전 시스템의 효율을 증가시키기 위해 미국특허공개 2014-0102098호에 개시된 바와 같이, 화력 발전소의 보일러에서 배출되는 배기 가스와 같은 폐열을 회수할 수 있는 외부 열교환기를 구비해 작동 유체에 열을 추가로 공급하는 방법을 사용할 수 있다.
일반적으로 폐열 기체와 열교환을 할 경우, 외부 열교환기의 저온측 작동 유체의 온도가 폐열 기체에 포함된 황산의 이슬점보다 낮으면 고온측(폐열 가스가 유입되는 쪽)에서 수분이 응축될 수 있다. 응축된 물방울이 외부 열교환기의 금속 튜브에 부착 및 축적되면 부식의 원인이 된다. 이러한 부식 현상을 저온 부식(Cold-End Corrosion)이라고 한다.
저온 부식 현상은 외부 열교환기의 수명을 단축시켜 신뢰성을 저하시킴과 동시에 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 신뢰성 저하의 원인이 되므로 이를 해결할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.
미국특허공개 제2014-0102098호 (공개일 2014. 04. 17)
본 발명의 목적은 저온 부식에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은, 작동 유체를 압축시키는 압축기와, 외부 열원으로부터 열을 공급받아 상기 작동 유체를 가열하는 복수의 열교환기와, 상기 작동 유체에 의해 구동되는 복수의 터빈과, 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체의 일부가 공급되며, 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체와 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체를 열교환하여 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키고 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체는 가열하는 적어도 하나의 메인 리큐퍼레이터와, 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체의 일부가 공급되며, 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체와 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체를 열교환해 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체는 냉각시키고 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체는 가열하는 보조 리큐퍼레이터와, 상기 메인 리큐퍼레이터 및 보조 리큐퍼레이터에서 1차로 냉각된 상기 작동 유체를 냉각시켜 상기 압축기로 공급하는 컨덴서를 포함하며, 상기 보조 리큐퍼레이터는 상기 메인 리큐퍼레이터와 병렬 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 보조 리큐퍼레이터는 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체를 설정 온도 이상으로 가열해 상기 열교환기 중 어느 하나로 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기 압축기를 거쳐 상기 메인 리큐퍼레이터에서 가열된 상기 작동 유체는 상기 열교환기 중 다른 하나로 공급되어 가열된 후 상기 터빈으로 분기되어 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 보조 리큐퍼레이터에서 가열된 상기 작동 유체는 상기 메인 리큐퍼레이터에서 가열된 상기 작동 유체와 혼합되는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 리큐퍼레이터는 복수 개이고, 상기 보조 리큐퍼레이터에서 가열된 상기 작동 유체는 상기 메인 리큐퍼레이터 중 어느 하나 또는 상기 열교환기 중 다른 하나로 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 터빈을 거쳐 상기 메인 리큐퍼레이터에서 냉각된 상기 작동 유체는 상기 보조 리큐퍼레이터에서 냉각된 상기 작동 유체와 혼합되어 상기 컨덴서로 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 보조 리큐퍼레이터로 공급되는 상기 작동 유체의 유량은 적어도 하나의 컨트롤 밸브 또는 삼방향 밸브에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
상기 보조 리큐퍼레이터를 거쳐 상기 열교환기 중 어느 하나로 공급되는 상기 작동 유체의 온도가 설정 온도보다 낮으면 상기 보조 리큐퍼레이터로 공급되는 상기 작동 유체의 유량을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
상기 보조 리큐퍼레이터를 거쳐 상기 열교환기 중 어느 하나로 공급되는 상기 작동 유체의 온도가 설정 온도보다 높으면 상기 보조 리큐퍼레이터로 공급되는 상기 작동 유체의 유량을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
상기 보조 리큐퍼레이터를 거쳐 상기 열교환기 중 어느 하나로 공급되는 상기 작동 유체의 유량은 상기 컨덴서의 냉각수 온도가 높아질수록 감소되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 작동 유체를 압축시키는 압축기와, 외부 열원으로부터 열을 공급받아 상기 작동 유체를 가열하는 복수의 열교환기와, 상기 작동 유체에 의해 구동되는 복수의 터빈과, 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체와 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체를 열교환하여 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키고 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체는 가열하는 복수의 리큐퍼레이터와, 상기 메인 리큐퍼레이터 및 보조 리큐퍼레이터에서 1차로 냉각된 상기 작동 유체를 냉각시켜 상기 압축기로 공급하는 컨덴서를 포함하며, 상기 리큐퍼레이터 중 어느 하나는 다른 리큐퍼레이터와 병렬 설치되는 것을 특징으로 하는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 제공할 수 있다.
상기 열교환기는 제1 열교환기 및 제2 열교환기를 포함하고, 상기 리큐퍼레이터는 제1 리큐퍼레이터 및 제2 리큐퍼레이터를 포함하되 상기 제2 리큐퍼레이터는 상기 제1 리큐퍼레이터와 병렬 설치되고, 상기 압축기를 거친 상기 작동 유체는 상기 제1 리큐퍼레이터 및 제2 리큐퍼레이터로 분기되고, 상기 제1 리큐퍼레이터로 분기된 상기 작동 유체는 1차 가열 후 상기 제1 열교환기에서 2차 가열되어 상기 복수의 터빈으로 분기되어 공급되고, 상기 제2 리큐퍼레이터로 분기된 작동 유체는 설정 온도 이상으로 가열되어 상기 제2 열교환기로 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 열교환기로 공급된 상기 작동 유체는 재가열된 후 상기 제1 열교환기로 공급되는 상기 작동 유체와 혼합되는 것을 특징으로 한다.
상기 열교환기는 제1 열교환기 내지 제3 열교환기를 포함하고, 상기 리큐퍼레이터는 제1 리큐퍼레이터 내지 제3 리큐퍼레이터를 포함하되 상기 제3 리큐퍼레이터는 상기 제1 리큐퍼레이터와 병렬 설치되며, 상기 압축기를 거친 상기 작동 유체는 상기 제1 리큐퍼레이터 및 제3 리큐퍼레이터로 분기되고, 상기 제1 리큐퍼레이터로 분기된 상기 작동 유체는 1차 가열 후 상기 제2 열교환기에서 2차 가열되어 상기 복수의 터빈 중 어느 하나로 공급되고, 상기 제3 리큐퍼레이터로 분기된 작동 유체는 설정 온도 이상으로 가열되어 상기 제3 열교환기로 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 제3 열교환기로 공급된 상기 작동 유체는 재가열된 후 상기 제1 리큐퍼레이터로 공급되어 재가열된 뒤 상기 제1 열교환기로 공급되어 가열된 후 상기 복수의 터빈 중 다른 하나로 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 열교환기는 제1 열교환기 및 제2 열교환기를 포함하고, 상기 리큐퍼레이터는 제1 리큐퍼레이터 내지 제3 리큐퍼레이터를 포함하되 상기 제3 리큐퍼레이터는 상기 제1 리큐퍼레이터와 병렬 설치되며, 상기 압축기를 거친 상기 작동 유체는 상기 제1 리큐퍼레이터 및 제3 리큐퍼레이터로 분기되고, 상기 제1 리큐퍼레이터로 분기된 상기 작동 유체는 1차 가열 후 상기 제1 열교환기에서 2차 가열되어 상기 복수의 터빈 중 어느 하나로 공급되고, 상기 제3 리큐퍼레이터로 분기된 작동 유체는 설정 온도 이상으로 가열되어 상기 제3 열교환기로 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 열교환기로 공급된 상기 작동 유체는 재가열된 후 상기 제1 리큐퍼레이터에서 가열된 상기 작동 유체와 혼합되고, 혼합된 상기 작동 유체의 일부는 상기 제1 열교환기로 공급되고, 혼합된 상기 작동 유체의 나머지는 상기 제2 리큐퍼레이터에서 가열된 후 상기 복수의 터빈 중 다른 하나로 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 열교환기는 제1 열교환기 내지 제3 열교환기를 포함하고, 상기 리큐퍼레이터는 제1 리큐퍼레이터 내지 제4 리큐퍼레이터를 포함하되 상기 제4 리큐퍼레이터는 상기 제3 리큐퍼레이터와 병렬 설치되며, 상기 압축기를 거친 상기 작동 유체는 상기 제3 리큐퍼레이터 및 제4 리큐퍼레이터로 분기되고, 상기 제3 리큐퍼레이터로 분기된 상기 작동 유체는 1차 가열 후 상기 제2 열교환기 및 제1 열교환기에서 재가열되어 상기 복수의 터빈 중 어느 하나로 공급되고, 상기 제4 리큐퍼레이터로 분기된 작동 유체는 설정 온도 이상으로 가열되어 상기 제3 열교환기로 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 제3 열교환기로 공급된 상기 작동 유체는 재가열된 후 상기 제3 리큐퍼레이터에서 가열된 상기 작동 유체와 혼합되고, 혼합된 상기 작동 유체의 일부는 상기 제2 열교환기로 공급되고, 혼합된 상기 작동 유체의 나머지는 상기 제1 리큐퍼레이터에서 가열된 후 상기 제2 열교환기를 거친 상기 작동 유체와 혼합되며, 혼합된 상기 작동 유체의 일부는 상기 제1 열교환기로 공급되고, 상기 혼합된 작동 유체의 나머지는 상기 복수의 터빈 중 다른 하나로 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 터빈을 거쳐 상기 복수의 리큐퍼레이터에서 냉각된 상기 작동 유체는 상기 병렬 설치된 리큐퍼레이터에서 냉각된 상기 작동 유체와 혼합되어 상기 컨덴서로 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기 병렬 설치된 리큐퍼레이터로 공급되는 상기 작동 유체의 유량은 적어도 하나의 컨트롤 밸브 또는 삼방향 밸브에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
상기 병렬 설치된 리큐퍼레이터를 거쳐 상기 열교환기 중 어느 하나로 공급되는 상기 작동 유체의 온도가 설정 온도보다 낮으면 상기 병렬 설치된 리큐퍼레이터로 공급되는 상기 작동 유체의 유량을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
상기 병렬 설치된 리큐퍼레이터를 거쳐 상기 열교환기 중 어느 하나로 공급되는 상기 작동 유체의 온도가 설정 온도보다 높으면 상기 병렬 설치된 리큐퍼레이터로 공급되는 상기 작동 유체의 유량을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
상기 병렬 설치된 리큐퍼레이터를 거쳐 상기 열교환기 중 어느 하나로 공급되는 상기 작동 유체의 유량은 상기 컨덴서의 냉각수 온도가 높아질수록 감소되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 압축기 후단의 저온 작동 유체 일부를 보조 리큐퍼레이터로 공급시킴으로써 작동 유체의 온도를 폐열 기체의 이슬점 온도 이상으로 가열해 공급할 수 있다. 따라서 외부 열교환기의 저온 부식 현상을 저감해 외부 열교환기의 수명을 증가시키고, 외부 열교환기 및 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도,
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도,
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도,
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도,
도 5는 도 1의 사이클을 예로 하여 작동 유체의 유량을 조절하는 방법의 일 예를 도시한 모식도,
도 6은 도 1의 사이클을 예로 하여 작동 유체의 유량을 조절하는 방법의 다른 예를 도시한 모식도이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.
일반적으로 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 발전에 사용된 이산화탄소를 외부로 배출하지 않는 폐사이클(close cycle)을 이루며, 작동 유체로 초임계 상태의 이산화탄소를 이용한다.
초임계 이산화탄소 발전 시스템은 작동 유체가 초임계 상태의 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.
사이클 내의 초임계 이산화탄소(이하 작동 유체)는 압축기를 통과한 후, 히터 등과 같은 열원을 통과하면서 가열되어 고온고압의 작동 유체가 되어 터빈을 구동시킨다. 터빈에는 발전기 또는 압축기가 연결되며, 발전기에 연결된 터빈에 의해 전력을 생산하고 압축기에 연결된 터빈을 이용해 압축기를 구동한다. 터빈을 통과한 작동 유체는 열교환기를 거치면서 냉각되며, 냉각된 작동 유체는 다시 압축기로 공급되어 사이클 내를 순환한다. 터빈이나 열교환기는 복수 개가 구비될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템이란 사이클 내에서 유동하는 작동 유체 모두가 초임계 상태인 시스템뿐만 아니라, 작동 유체의 대부분이 초임계 상태이고 나머지는 아임계 상태인 시스템도 포함하는 의미로 사용된다.
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.
본 발명에서 저온 및 고온이라는 용어는 상대적인 의미를 갖는 용어로서, 특정 온도를 기준값으로 하여 그보다 높으면 고온이고 그보다 낮으면 저온이라는 의미로 이해되지 않아야 함을 밝혀둔다. 저압 및 고압이라는 용어 역시 상대적인 의미로 이해되어야 한다.
본 발명의 각 구성들은 작동 유체가 흐르는 이송관(숫자를 붙인 각 라인을 의미함)에 의해 연결되며, 특별히 언급하지 않더라도 작동 유체는 이송관을 따라 유동하는 것으로 이해되어야 한다. 다만, 복수 개의 구성들이 일체화 되어 있는 경우, 일체화된 구성 내에 사실상 이송관의 역할을 하는 부품 내지 영역이 있을 것이므로, 이 경우에도 당연히 작동 유체는 이송관을 따라 유동하는 것으로 이해되어야 한다. 별도의 기능을 하는 유로의 경우 추가로 설명하기로 한다. 작동 유체의 흐름은 이송관의 번호를 기재하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 작동 유체의 압축 및 순환을 위한 펌프 또는 압축기(), 작동 유체를 가열하기 위한 복수의 리큐퍼레이터(200), 외부 열원인 폐열 기체로부터 폐열을 회수해 작동 유체를 추가로 가열하는 복수의 외부 열교환기(300)와, 작동 유체에 의해 구동되어 전력을 생산하는 복수의 터빈(400), 작동 유체의 냉각을 위한 컨덴서(500)로 구성될 수 있다.
압축기(100)는 후술할 제2 터빈(410)에 의해 구동되며(도 1의 점선 참조), 컨덴서(500)를 거쳐 냉각된 저온의 작동 유체를 리큐퍼레이터(200)로 보내는 역할을 한다. 작동 유체의 순환 유로를 선택하기 위해 압축기(100)의 후단에는 3방향 밸브(두 개의 리큐퍼레이터로 분기되는 분기점) 또는 2개의 2방향 밸브가 설치되어 제어되는 것이 바람직하다.
리큐퍼레이터(200)는 제2 터빈(410) 및 제1 터빈(430)을 통과해 팽창되면서 고온고압에서 중온중압으로 냉각된 작동 유체와 열교환하여 작동 유체를 1차로 냉각시키는 제1 리큐퍼레이터(210)와, 제1 리큐퍼레이터(210)로 공급되는 작동 유체의 일부와 열교환하는 제2 리큐퍼레이터(230)로 구성된다. 제2 리큐퍼레이터(230)는 제1 리큐퍼레이터와 병렬 설치된다. 리큐퍼레이터(200)에서 1차로 냉각된 작동 유체는 컨덴서(500)로 공급되어 재냉각된 후 압축기(100)로 순환된다.
압축기(100)를 통해 리큐퍼레이터(200)로 보내진 작동 유체는 제2 터빈(410) 및 제1 터빈(430)을 거쳐 리큐퍼레이터(200)로 유입된 작동 유체와 열교환하여 1차로 가열되고, 후술할 열교환기(300)로 공급된다.
열교환기(300)는 필요에 따라 복수 개로 구비될 수 있으며, 본 실시 예에서는 2개의 열교환기가 구비되는 것을 예로 하여 설명한다. 제1 및 제2 열교환기(310, 330)는 발전소의 보일러에서 배출되는 배기 가스와 같이 폐열을 갖는 기체(이하 폐열 기체)를 열원으로 사용하며, 폐열 기체와 사이클 내를 순환하는 작동 유체와 열교환하여 폐열 기체로부터 공급된 열로 작동 유체를 가열하는 역할을 한다.
또한, 제1 및 제2 열교환기(310, 330)는 폐열 기체의 온도에 따라 상대적으로 저온, 중온, 고온 등으로 구분할 수 있다. 즉, 열교환기는 폐열 기체가 유입되는 입구단 쪽에 가까울수록 고온에서의 열교환이 가능하고, 폐열 기체가 배출되는 출구단 쪽에 가까울수록 저온에서의 열교환이 된다.
본 실시 예에서 제1 열교환기(310)는 제2 열교환기(330)에 비해 상대적으로 고온 또는 중온의 폐열 기체를 사용하는 열교환기이고, 제2 열교환기(330)는 상대적으로 중온 또는 저온인 폐열 기체를 사용하는 열교환기일 수 있다. 즉, 폐열 기체가 유입되는 입구단에서 배출단 쪽으로 제1 열교환기(310), 제2 열교환기(330)가 순차적으로 배치된 것을 예로 하여 설명하기로 한다.
터빈(400)은 제1 터빈(430) 및 제2 터빈(410)으로 구성되며, 작동 유체에 의해 구동되어 이 터빈들 중 적어도 어느 하나의 터빈에 연결된 발전기(450)를 구동시킴으로써 전력을 생산하는 역할을 한다. 제1 터빈(410) 및 제2 터빈(430)을 통과하면서 작동 유체가 팽창되므로 터빈은 팽창기(expander)의 역할도 하게 된다. 본 실시 예에서는 제1 터빈(430)에 발전기(450)가 연결되어 전력을 생산하며, 제2 터빈(410)은 압축기(100)를 구동시키는 역할을 한다. 따라서 제1 터빈(410)이 제2 터빈(430)에 비해 상대적으로 고압인 터빈일 수 있다.
컨덴서(500)는 공기 또는 냉각수를 냉매로 사용해 제2 리큐퍼레이터(230)를 통과한 작동 유체를 냉각하는 쿨러 역할을 한다. 리큐퍼레이터(200)를 통과한 작동 유체는 컨덴서(500)로 공급되어 냉각된 뒤, 다시 압축기(100)로 순환된다.
이하에서는 작동 유체의 흐름을 설명하기로 한다.
압축기(100)를 통과하면서 압축된 저온의 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210)로 보내져(1) 제1 터빈(430) 및 제2 터빈(410)을 거친 작동 유체와 열교환해 1차로 가열된 뒤(2A) 제1 열교환기(310)로 전달되어 2차로 가열된다(3). 이때, 압축기(100)를 통과한 작동 유체의 일부는 제2 리큐퍼레이터(230)로 분기되어 열교환된 뒤 제2 열교한기()로 공급된다(2B). 제1 터빈(430) 및 제2 터빈(410)을 거쳐 제1 리큐퍼레이터(210)로 공급되는 작동 유체의 일부가 분기되어(7B) 제2 리큐퍼레이터(230)로 유입되어 압축기(100)로부터 분기된 작동 유체와 열교환해 해당 작동 유체를 가열한다. 제2 리큐퍼레이터(230)에서 가열된 작동 유체는 제1 열교환기(310)로 공급되는 작동 유체와 혼합되어 제1 열교환기(310)로 공급된다.
제1 열교환기(310)에서 재가열된 작동 유체는(3) 제1 터빈(430)과(4A) 제2 터빈(410)으로(4B) 각각 분기되며, 제1 터빈(430) 및 제2 터빈(410)을 구동시킨 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210)로 이송된다(6). 제1 리큐퍼레이터(210)의 전단에서 작동 유체가 분기되어 제1 리큐퍼레이터(210)로 공급되고(7A), 일부는 제2 리큐퍼레이터(230)로 공급된다(7B). 제1 리큐퍼레이터(210) 및 제2 리큐퍼레이터(230)에서 압축기(100)를 통과한 작동 유체와 열교환해 냉각된 작동 유체는 컨덴서(500)의 전단에서 합류하여(8A, 8B) 컨덴서(500)로 공급된다. 제2 리큐퍼레이터(230)에서 컨덴서(500)로 공급되는 작동 유체의 유량은 컨트롤 밸브(600)에 의해 제어될 수 있다.
일반적인 연소계에서 연소 가스의 온도 변화에 따라 물리적, 화학적 변화가 일어난다. 이 중에서도 중요한 것은 수증기와 삼산화황(Sulfur trioxide)이 반응하여 황산(Sulfuric Acid)이 생성되는 것이다. 즉, 연소 가스의 온도가 조금씩 내려감에 따라 기체 상태의 황산이 발생하는데, 황산 증기의 온도보다 더 낮은 온도 표면에 접촉하면 황산 증기가 액체상태의 황산으로 응축된다.
일반적으로 이슬점 부식은 황이나 황화합물을 함유한 연료의 연소와 밀접한 관계가 있는데, 연료 중 황이 산화되어 이산화황(Sulfur Dioxide)이 형성되기 때문이다. 황산화물의 1 ~ 3 %는 보일러의 화염 속 산소 원자와 직접 반응하여 삼산화황을 발생시킨다. 또한, 촉매 역할을 하는 산화 제1철(Ferrous Oxide), 바나듐(Vanadium Pentaoxide)이 존재하면 산화반응이 일어나 삼산화황이 생성된다. 이 때 온도가 이슬점(Dew Point) 이하로 떨어지면 황산이 생성되어 금속과 반응하여 부식이 일어나게 된다.
부식이 일어나는데 중요한 것은 연소 가스의 온도가 아닌 금속의 표면 온도이다. 이는 연소 가스의 온도가 이슬점 이상이더라도, 부식은 금속 표면의 온도가 이슬점 보다 낮은 곳에서 일어나기 때문이다.따라서 금속으로 이루어진 열교환기의 튜브 표면 온도를 이슬점 온도 이상으로 상승시킬 필요가 있다. 이러한 저온 부식 문제는 특히 저온의 폐열 기체와 열교환하는 저온측 열교환기에서 자주 발생하므로, 본 발명에서는 저온측 열교환기로 공급되는 작동 유체의 온도를 조절하는 방법을 제안하는 것이다.
저온측 열교환기의 저온 부식 방지를 위해 전술한 실시 예에서와 같이 제2 리큐퍼레이터(230)를 구비함으로써 압축기(100) 후단으로 배출되는 저온의 작동 유체를 1차로 가열하게 된다. 제2 리큐퍼레이터(230)에서 1차로 가열된 작동 유체는 폐열 기체의 이슬점 온도 이상으로 가열되어 공급되며, 이는 통상 섭씨 50~60도 범위이다.
*이하에서는 본 발명의 다른 실시 예들에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 대해 설명하기로 한다(단, 전술한 실시 예와 중복되는 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다).
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 도 1의 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 사이클에 외부 열교환기 및 리큐퍼레이터를 추가해 구성될 수 있다.
즉, 고온의 폐열 기체로부터 폐열을 회수하는 제1 열교환기(310a)와, 중온의 폐열 기체로부터 폐열을 회수하는 제2 열교환기(330a)와, 저온의 폐열 기체로부터 폐열을 회수하는 제3 열교환기(350a)가 순차적으로 배치될 수 있다.
또한, 직렬 배치되어 제1 터빈(410a) 및 제2 터빈(430a)을 통과한 작동 유체는 냉각시키고 압축기(100a)를 통과한 작동 유체는 가열하는 제1 리큐퍼레이터(210a) 및 제2 리큐퍼레이터(230a)가 구비될 수 있다. 제3 리큐퍼레이터(250a)는 제1 리큐퍼레이터(210a)와 병렬로 설치되며, 터빈(400a)을 통과해 제2 리큐퍼레이터(230a)를 거쳐 제1 리큐퍼레이터(210a)로 유입되는 작동 유체의 일부가 분기되어 공급된다.
제2 실시 예에 따른 발전 사이클의 작동 유체 흐름을 간단히 설명하면 다음과 같다.
압축기(100a)를 통과하면서 압축된 저온의 작동 유체는 압축기(100a)의 후단에서 제3 리큐퍼레이터(250a)로 일부 분기되어 1차로 가열된 뒤(1) 제3 열교환기(350a)에서 2차로 가열된다. 제3 열교환기(350a)에서 가열된 작동 유체는 제2 리큐퍼레이터(230a)로 보내져 터빈(400a)을 통과한 작동 유체와 열교환해 가열되고(2), 다시 제1 열교환기(310a)로 보내진다(3). 제1 열교환기(310a)에서 최종 가열된 작동 유체는 제2 터빈(430a)으로 공급되어(4) 제1 터빈(410a)을 구동시킨다.
압축기(100a)를 통과한 작동 유체 중 제1 리큐퍼레이터(210a)로 보내진 작동 유체는(10) 제2 리큐퍼레이터(230a)를 거친 작동 유체와 열교환해 1차로 가열된 뒤 제2 열교환기(330a)로 이송된다(11). 터빈(400a)을 거친 작동 유체가 제1 리큐퍼레이터(210a)의 전단에서 제3 리큐퍼레이터(250a)로도 분기되므로(7B) 제2 리큐퍼레이터(230a) 및 제3 리큐퍼레이터(250a)로 공급되는 작동 유체의 온도는 동일하다. 제2 리큐퍼레이터(230a)는 터빈(400a)을 거친 작동 유체가 바로 유입되므로 제1 리큐퍼레이터(210a) 및 제3 리큐퍼레이터(250a)로 공급되는 작동 유체보다 높은 온도의 작동 유체와 열교환한다.
제1 터빈(430a) 및 제2 터빈(410a)을 거친 작동 유체는(5, 13) 제2 리큐퍼레이터(230a)로 공급되어 제3 열교환기(350a)를 거친 작동 유체와 열교환해 1차로 냉각된다. 냉각된 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210a) 및 제3 리큐퍼레이터(250a)를 거쳐 재냉각된 후(7, 7B) 컨덴서(500a)의 전단에서 합류하여(8A, 8B) 컨덴서(500a)로 공급된다. 컨덴서(500a)로 공급되는 작동 유체의 유량은 컨트롤 밸브(600a)에 의해 제어될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 상대적으로 고온의 폐열 기체로부터 폐열을 회수하는 제1 열교환기(310b)와, 중온 또는 저온의 폐열 기체로부터 폐열을 회수하는 제2 열교환기(330b)가 직렬 배치될 수 있다.
리큐퍼레이터(200b)는 제1 리큐퍼레이터(210b) 및 제2 리큐퍼레이터(230b)가 직렬 설치되고, 제3 리큐퍼레이터(250b)가 제1 리큐퍼레이터(210b)와 병렬 설치될 수 있다.
터빈(400b)은 제2 리큐퍼레이터(230b)로부터 복열된 작동 유체를 공급받는 제1 터빈(410b)과, 제1 열교환기(310b)를 거쳐 가열된 작동 유체를 공급받는 제2 터빈(430b)으로 구성될 수 있다. 이때 제1 터빈(410b)은 압축기(100b)를 구동시키고, 제2 터빈(430b)은 발전기(450b)를 구동시키도록 구성될 수 있다.
제3 실시 예에 따른 발전 사이클의 작동 유체 흐름을 간단히 설명하면 다음과 같다.
압축기(100b)를 통과한 작동 유체는 압축기(100b)의 후단에서 분기되어 제1 리큐퍼레이터(210b) 및 제3 리큐퍼레이터(250b)로 각각 공급되고(1, 2A), 제3 리큐퍼레이터(250b)를 거쳐 1차로 가열된 작동 유체는(1) 제2 열교환기(330b)에서 2차로 가열된다(2B). 제1 리큐퍼레이터(210b)를 거쳐 1차로 가열된 작동 유체는(2A) 제2 열교환기(330b)를 거친 작동 유체와 혼합되어(3) 일부는 제1 열교환기(310b)로 공급되고(4A), 일부는 제2 리큐퍼레이터(230b)로 공급된다(4B).
제1 열교환기(310b)로 공급된 작동 유체는 재가열되어 제2 터빈(430b)으로 공급되고(5A), 제2 터빈(430b)을 구동시킨 후 제2 리큐퍼레이터(230b)로 공급된다(6A). 제2 리큐퍼레이터(230b)로 분기된 작동 유체는(4B) 제2 터빈(430b)을 구동시킨 작동 유체와 열교환해 다시 가열된 뒤 제1 터빈(410b)으로 공급되어(5B) 제1 터빈(410b)을 구동시킨다. 제1 터빈(410b)을 거친 작동 유체는 제2 리큐퍼레이터(230b)의 후단으로 공급된다(6B).
제2 터빈(430b) 및 제2 리큐퍼레이터(230b)를 거쳐 1차로 냉각된 작동 유체는 제1 터빈(410b)을 거친 작동 유체가 합류하는 지점 이후에서 분기되어 제1 리큐퍼레이터(210b) 및 제3 리큐퍼레이터(250b)로 각각 공급된다(7A, 7B).
제1 리큐퍼레이터(210b)로 분기된 작동 유체는(7A) 압축기(100b)를 통과한 작동 유체와 열교환해 재차 냉각되어 배출되며(8A), 제3 리큐퍼레이터(250b)로 분기된 작동 유체는(7B) 압축기(100b)를 통과한 작동 유체와 열교환해 재차 냉각된다. 제3 리큐퍼레이터(250b)를 거친 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210b)를 거친 작동 유체와 컨덴서(500b)의 전단에서 혼합되어 컨덴서(500b)로 공급되 최종 냉각된 후 압축기(100b)로 순환된다. 제3 리큐퍼레이터(250b)에서 컨덴서(500b)로 공급되는 작동 유체의 유량은 컨트롤 밸브(600b)에 의해 제어될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 상대적으로 고온의 폐열 기체로부터 폐열을 회수하는 제1 열교환기(310c)와, 중온의 폐열 기체로부터 폐열을 회수하는 제2 열교환기(330c)와, 저온의 폐열 기체로부터 폐열을 회수하는 제3 열교환기(350c)가 직렬 배치될 수 있다.
리큐퍼레이터(200c)는 제1 리큐퍼레이터(210c) 내지 제3 리큐퍼레이터(250c)가 직렬 설치되되 제2 리큐퍼레이터(230c), 제1 리큐퍼레이터(210c), 제3 리큐퍼레이터(250c)의 순서로 배치되고, 제4 리큐퍼레이터(270c)가 제3 리큐퍼레이터(250c)와 병렬 설치될 수 있다.
터빈(400c)은 제2 리큐퍼레이터(230c)로부터 복열된 작동 유체를 공급받는 제1 터빈(410c)과, 제1 열교환기(310c)를 거쳐 가열된 작동 유체를 공급받는 제2 터빈(430c)으로 구성될 수 있다. 이때 제1 터빈(410c)은 압축기(100c)를 구동시키고, 제2 터빈(430c)은 발전기(450c)를 구동시키도록 구성될 수 있다.
제4 실시 예에 따른 발전 사이클의 작동 유체 흐름을 간단히 설명하면 다음과 같다.
압축기(100c)를 통과한 작동 유체는 압축기(100c)의 후단에서 분기되어 제3 리큐퍼레이터(250c) 및 제4 리큐퍼레이터(270c)로 각각 공급되고, 제4 리큐퍼레이터(270c)를 거쳐 1차로 가열된 작동 유체는 제3 열교환기(350c)로 보내져 2차로 가열된다(1B). 제3 리큐퍼레이터(250c)를 거쳐 1차로 가열된 작동 유체(1A)는 제3 열교환기(350c)를 거친 작동 유체와 혼합된다. 혼합된 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210c) 및 제2 열교환기(330c)로 각각 분기된다(2A, 2B).
제2 열교환기(330c)로 분기된 작동 유체는 제2 열교환기(330c)에서 재가열되고, 제1 리큐퍼레이터(210c)로 분기되어 재가열된 작동 유체와 혼합된다(3). 혼합된 작동 유체는 제1 열교환기(310c) 및 제2 리큐퍼레이터(230c)로 각각 분기된다(4A, 4B). 제1 열교환기(310c)로 분기된 작동 유체는(4A) 재차 가열된 후 제2 터빈(430c)으로 공급되어(5A) 제2 터빈(430c)을 구동시킨다. 제2 리큐퍼레이터(230c)로 분기된 작동 유체는(4B) 제2 터빈(430c)을 거친 작동 유체와 열교환해 가열된 뒤 제1 터빈(410c)으로 공급된다(5B). 제1 터빈(410c)을 구동시킨 작동 유체는 제2 리큐퍼레이터(230c)의 후단으로 공급되어 제2 터빈(430c) 및 제2 리큐퍼레이터(230c)를 거친 작동 유체와 혼합되어 제1 리큐퍼레이터(210c)로 공급된다.
제2 리큐퍼레이터(230c)에서 1차로 냉각된 작동 유체는 제1 리큐퍼레이터(210c)로 공급되어(7) 압축기(100c)에서 제3 리큐퍼레이터(250c) 및 제4 리큐퍼레이터(270c), 제3 열교환기(350c)를 거친 작동 유체와 열교환해 제3 리큐퍼레이터(250c)로 공급된다(8A). 이때 제3 리큐퍼레이터(250c)의 전단에서 작동 유체가 일부 분기되어 제4 리큐퍼레이터(270c)로 공급되고(8B), 제3 리큐퍼레이터(250c) 및 제4 리큐퍼레이터(270c)에서 압축기(100c)를 통과한 작동 유체와 열교환해 각각 냉각된다. 각각 냉각된 작동 유체는(9A, 9B) 컨덴서(500c)의 전단에서 합류하여 컨덴서(500c)로 공급되 냉각된 후 압축기(100c)로 순환된다. 제4 리큐퍼레이터(270c)에서 컨덴서(500c)로 공급되는 작동 유체의 유량은 컨트롤 밸브(600c)에 의해 제어될 수 있다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 실시 예들에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 있어서, 외부 열교환기로 유입되는 작동 유체의 온도가 이슬점 온도보다 높게 유지되도록 보조적인 가열 수단 역할을 하는 리큐퍼레이터의 유량 조절 방법을 설명하기로 한다.
전술한 실시 예들에서 직렬로 설치된 리큐퍼레이터가 작동 유체를 복열하는 메인 리큐퍼레이터이며, 보조적인 가열 수단 역할을 하는 리큐퍼레이터는 외부 열교환기로 유입되는 작동 유체의 온도를 이슬점 온도보다 높게 유지하기 위한 리큐퍼레이터이다.
보조 리큐퍼레이터는 제1 실시 예의 제2 리큐퍼레이터(230), 제2 실시 예의 제3 리큐퍼레이터(250a), 제3 실시 예의 제3 리큐퍼레이터(250b), 제4 실시 예의 제4 리큐퍼레이터(270c)가 해당된다(이하 편의상 전술한 보조적인 가열 수단 역할을 하는 리큐퍼레이터를 보조 리큐퍼레이터로 통칭하여 설명하기로 한다. 또한, 편의상 제1 실시 예를 기준으로 도면 부호 등을 설명하기로 하나, 동일한 원리로 다른 실시 예에 적용될 수 있다).
또한, 각 구성에서 고온부(hot side)란 작동 유체가 출입하는 입출구 중 상대적으로 높은 온도의 작동 유체가 유입 또는 배출되는 부분을 의미하며, 저온부(cold side)란 입출구 중 상대적으로 낮은 온도의 작동 유체가 유입 또는 배출되는 부분을 의미한다.
보조 리큐퍼레이터의 고온부 측 유량은 외부 열교환기로 유입되는 작동 유체의 설정 온도(예를 들어, 섭씨 55도)가 유지되도록 제어되며, 컨트롤 밸브 또는 삼방향 밸브를 통해 조절될 수 있다.
도 5는 도 1의 사이클을 예로 하여 작동 유체의 유량을 조절하는 방법의 일 예를 도시한 모식도이고, 도 6은 도 1의 사이클을 예로 하여 작동 유체의 유량을 조절하는 방법의 다른 예를 도시한 모식도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 리큐퍼레이터(210)와 제2 리큐퍼레이터(230)의 전단에 각각 제1 컨트롤 밸브(600) 및 제2 컨트롤 밸브(600)가 구비될 수 있다. 또한, 외부 열교환기인 제2 열교환기(330)로 작동 유체가 유입되는 부분에 복수의 온도 전송 지시계(Temperature Transmitter Indicator, 630, 460, 650)가 설치되어 제2 열교환기(330)로 공급되는 작동 유체의 온도를 측정한다. 측정된 온도는 제어기(660)로 전송되며, 전송된 온도값에 대응하여 작동 유체의 유량이 달라지도록 제1 컨트롤 밸브(610) 및 제2 컨트롤 밸브(620)가 제어된다.
또는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 리큐퍼레이터(230)로 작동 유체가 분기되는 지점에 삼방향 밸브(610a)가 구비될 수 있다. 또한, 외부 열교환기인 제2 열교환기(330)로 작동 유체가 유입되는 부분에 온도 전송 지시계(620a)가 설치되어 제2 열교환기(330)로 공급되는 작동 유체의 온도를 측정한다. 측정된 온도는 제어기(660a)로 전송되며, 전송된 온도값에 대응하여 작동 유체의 유량이 달라지도록 삼방향 밸브(610a)가 제어된다.
도 1 내지 도 4에서 컨트롤 밸브 또는 삼방향 밸브가 보조 리큐퍼레이터의 후단에 설치된 것으로 도시하였으나, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 보조 리큐퍼레이터의 전단에 설치될 수도 있다. 이들 밸브는 보조 리큐퍼레이터의 전단 또는 후단에 설치 시 모두 동일한 기능을 할 수 있다.
예를 들어, 도 5를 기준으로 온도 전송 지시계(630, 460, 650)에서 측정된 온도가 설정 온도보다 낮으면, 제2 컨트롤 밸브(600)를 더 열어서 보조 리큐퍼레이터의 고온부로 공급되는 유량을 증가시킬 수 있다. 측정된 온도가 설정 온도보다 높으면 제2 컨트롤 밸브(600)를 더 닫아서 보조 리큐퍼레이터의 고온부로 공급되는 유량을 감소시킬 수 있다.
보조 리큐퍼레이터로 공급되는 작동 유체의 유량이 증가되면 작동 유체가 설정 온도 이상으로 가열되어 공급되는 유량이 증가하는 것이므로, 외부 열교환기로 공급되는 작동 유체의 온도를 설정 온도 이상으로 빠르게 상승시킬 수 있다.
이때 설정 온도는 폐열 기체의 종류 별 이슬점에 따라 달라지며, 천연 가스를 연료로 하는 경우 설정 온도가 섭씨 50~60도 정도이면 이슬점 이상의 온도가 될 수 있다.
한편, 본 발명에서 컨덴서에 공급되는 냉각수의 온도에 따라 압축기 후단의 온도가 달라지므로, 냉각수의 온도에 따라 보조 리큐퍼레이터로 공급되는 작동 유체의 유량 역시 달라져야 한다.
예를 들어, 냉각수의 온도가 섭씨 5도인 경우, 제1 리큐퍼레이터(210)로 공급되는 작동 유체 유량의 약 7%가 보조 리큐퍼레이터로 공급될 수 있다. 냉각수의 온도가 섭씨 15도인 경우에는 약 3.5%의 유량이 보조 리큐퍼레이터로 공급될 수 있다. 냉각수의 온도가 섭씨 30도 이상인 경우에는 압축기 후단의 온도가 설정 온도 이상이 되므로 별도 가열이 필요하지 않아 보조 리큐퍼레이터로 공급되는 작동 유체의 유량이 0이 될 수 있다.
전술한 저온 부식 방지를 위한 보조 리큐퍼레이터의 운용 방법은 리큐퍼레이터가 2개 이상인 소형 발전 시스템에 적용될 수 있다. 본 발명에서 소형 발전 시스템이라 함은 발전 용량 50MWe(MWt) 이하로 정의될 수 있다.
또한, 압축기 후단의 저온 작동 유체 일부를 보조 리큐퍼레이터로 공급시킴으로써 작동 유체의 온도를 폐열 기체의 이슬점 온도 이상으로 가열해 공급할 수 있다. 따라서 외부 열교환기의 저온 부식 현상을 저감해 외부 열교환기의 수명을 증가시키고, 외부 열교환기 및 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
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.
100: 압축기 200: 리큐퍼레이터
300: 열교환기 400: 터빈
500: 컨덴서 600: 컨트롤 밸브

Claims (22)

  1. 작동 유체를 압축시키는 압축기와,
    외부 열원으로부터 열을 공급받아 상기 작동 유체를 가열하는 복수의 열교환기와,
    상기 작동 유체에 의해 구동되는 복수의 터빈과,
    상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체의 일부가 공급되며, 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체와 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체를 열교환하여 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키고 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체는 가열하는 적어도 하나의 메인 리큐퍼레이터와,
    상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체의 일부가 공급되며, 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체와 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체를 열교환해 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체는 냉각시키고 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체는 가열하는 보조 리큐퍼레이터와,
    상기 메인 리큐퍼레이터 및 보조 리큐퍼레이터에서 1차로 냉각된 상기 작동 유체를 냉각시켜 상기 압축기로 공급하는 컨덴서를 포함하며,
    상기 보조 리큐퍼레이터는 상기 메인 리큐퍼레이터와 병렬 설치되는 것을 특징으로 하고,
    상기 압축기를 거쳐 상기 메인 리큐퍼레이터에서 가열된 상기 작동 유체는 상기 열교환기 중 다른 하나로 공급되어 가열된 후 상기 터빈으로 분기되어 공급되는 것을 특징으로 하는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보조 리큐퍼레이터는 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체를 설정 온도 이상으로 가열해 상기 열교환기 중 어느 하나로 공급하는 것을 특징으로 하는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보조 리큐퍼레이터에서 가열된 상기 작동 유체는 상기 메인 리큐퍼레이터에서 가열된 상기 작동 유체와 혼합되는 것을 특징으로 하는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메인 리큐퍼레이터는 복수 개이고, 상기 보조 리큐퍼레이터에서 가열된 상기 작동 유체는 상기 메인 리큐퍼레이터 중 어느 하나 또는 상기 열교환기 중 다른 하나로 공급되는 것을 특징으로 하는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 터빈을 거쳐 상기 메인 리큐퍼레이터에서 냉각된 상기 작동 유체는 상기 보조 리큐퍼레이터에서 냉각된 상기 작동 유체와 혼합되어 상기 컨덴서로 공급되는 것을 특징으로 하는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보조 리큐퍼레이터로 공급되는 상기 작동 유체의 유량은 적어도 하나의 컨트롤 밸브 또는 삼방향 밸브에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보조 리큐퍼레이터를 거쳐 상기 열교환기 중 어느 하나로 공급되는 상기 작동 유체의 온도가 설정 온도보다 낮으면 상기 보조 리큐퍼레이터로 공급되는 상기 작동 유체의 유량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 보조 리큐퍼레이터를 거쳐 상기 열교환기 중 어느 하나로 공급되는 상기 작동 유체의 온도가 설정 온도보다 높으면 상기 보조 리큐퍼레이터로 공급되는 상기 작동 유체의 유량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보조 리큐퍼레이터를 거쳐 상기 열교환기 중 어느 하나로 공급되는 상기 작동 유체의 유량은 상기 컨덴서의 냉각수 온도가 높아질수록 감소되는 것을 특징으로 하는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  10. 작동 유체를 압축시키는 압축기와,
    외부 열원으로부터 열을 공급받아 상기 작동 유체를 가열하는 복수의 열교환기와,
    상기 작동 유체에 의해 구동되는 복수의 터빈과,
    상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체와 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체를 열교환하여 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키고 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체는 가열하는 복수의 리큐퍼레이터와,
    상기 복수의 리큐퍼레이터에서 1차로 냉각된 상기 작동 유체를 냉각시켜 상기 압축기로 공급하는 컨덴서를 포함하며,
    상기 리큐퍼레이터 중 어느 하나는 다른 리큐퍼레이터와 병렬 설치되는 것을 특징으로 하고,
    상기 열교환기는 제1 열교환기 및 제2 열교환기를 포함하고, 상기 리큐퍼레이터는 제1 리큐퍼레이터 및 제2 리큐퍼레이터를 포함하되 상기 제2 리큐퍼레이터는 상기 제1 리큐퍼레이터와 병렬 설치되고,
    상기 압축기를 거친 상기 작동 유체는 상기 제1 리큐퍼레이터 및 제2 리큐퍼레이터로 분기되고, 상기 제1 리큐퍼레이터로 분기된 상기 작동 유체는 1차 가열 후 상기 제1 열교환기에서 2차 가열되어 상기 복수의 터빈으로 분기되어 공급되고,
    상기 제2 리큐퍼레이터로 분기된 작동 유체는 설정 온도 이상으로 가열되어 상기 제2 열교환기로 공급되는 것을 특징으로 하는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 열교환기로 공급된 상기 작동 유체는 재가열된 후 상기 제1 열교환기로 공급되는 상기 작동 유체와 혼합되는 것을 특징으로 하는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  12. 작동 유체를 압축시키는 압축기와,
    외부 열원으로부터 열을 공급받아 상기 작동 유체를 가열하는 복수의 열교환기와,
    상기 작동 유체에 의해 구동되는 복수의 터빈과,
    상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체와 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체를 열교환하여 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키고 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체는 가열하는 복수의 리큐퍼레이터와,
    상기 복수의 리큐퍼레이터에서 1차로 냉각된 상기 작동 유체를 냉각시켜 상기 압축기로 공급하는 컨덴서를 포함하며,
    상기 복수의 리큐퍼레이터 중 어느 하나는 다른 리큐퍼레이터와 병렬 설치되는 것을 특징으로 하고,
    상기 열교환기는 제1 열교환기 내지 제3 열교환기를 포함하고, 상기 리큐퍼레이터는 제1 리큐퍼레이터 내지 제3 리큐퍼레이터를 포함하되 상기 제3 리큐퍼레이터는 상기 제1 리큐퍼레이터와 병렬 설치되며,
    상기 압축기를 거친 상기 작동 유체는 상기 제1 리큐퍼레이터 및 제3 리큐퍼레이터로 분기되고, 상기 제1 리큐퍼레이터로 분기된 상기 작동 유체는 1차 가열 후 상기 제2 열교환기에서 2차 가열되어 상기 복수의 터빈 중 어느 하나로 공급되고,
    상기 제3 리큐퍼레이터로 분기된 작동 유체는 설정 온도 이상으로 가열되어 상기 제3 열교환기로 공급되는 것을 특징으로 하는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제3 열교환기로 공급된 상기 작동 유체는 재가열된 후 상기 제2 리큐퍼레이터로 공급되어 재가열된 뒤 상기 제1 열교환기로 공급되어 가열된 후 상기 복수의 터빈 중 다른 하나로 공급되는 것을 특징으로 하는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  14. 작동 유체를 압축시키는 압축기와,
    외부 열원으로부터 열을 공급받아 상기 작동 유체를 가열하는 복수의 열교환기와,
    상기 작동 유체에 의해 구동되는 복수의 터빈과,
    상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체와 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체를 열교환하여 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키고 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체는 가열하는 복수의 리큐퍼레이터와,
    상기 복수의 리큐퍼레이터에서 1차로 냉각된 상기 작동 유체를 냉각시켜 상기 압축기로 공급하는 컨덴서를 포함하며,
    상기 복수의 리큐퍼레이터 중 어느 하나는 다른 리큐퍼레이터와 병렬 설치되는 것을 특징으로 하고,
    상기 열교환기는 제1 열교환기 및 제2 열교환기를 포함하고, 상기 리큐퍼레이터는 제1 리큐퍼레이터 내지 제3 리큐퍼레이터를 포함하되 상기 제3 리큐퍼레이터는 상기 제1 리큐퍼레이터와 병렬 설치되며,
    상기 압축기를 거친 상기 작동 유체는 상기 제1 리큐퍼레이터 및 제3 리큐퍼레이터로 분기되고, 상기 제1 리큐퍼레이터로 분기된 상기 작동 유체는 1차 가열 후 상기 제1 열교환기에서 2차 가열되어 상기 복수의 터빈 중 어느 하나로 공급되고,
    상기 제3 리큐퍼레이터로 분기된 작동 유체는 설정 온도 이상으로 가열되어 상기 제2 열교환기로 공급되는 것을 특징으로 하는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 열교환기로 공급된 상기 작동 유체는 재가열된 후 상기 제1 리큐퍼레이터에서 가열된 상기 작동 유체와 혼합되고, 혼합된 상기 작동 유체의 일부는 상기 제1 열교환기로 공급되고, 혼합된 상기 작동 유체의 나머지는 상기 제2 리큐퍼레이터에서 가열된 후 상기 복수의 터빈 중 다른 하나로 공급되는 것을 특징으로 하는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  16. 작동 유체를 압축시키는 압축기와,
    외부 열원으로부터 열을 공급받아 상기 작동 유체를 가열하는 복수의 열교환기와,
    상기 작동 유체에 의해 구동되는 복수의 터빈과,
    상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체와 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체를 열교환하여 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키고 상기 압축기를 통과한 상기 작동 유체는 가열하는 복수의 리큐퍼레이터와,
    상기 복수의 리큐퍼레이터에서 1차로 냉각된 상기 작동 유체를 냉각시켜 상기 압축기로 공급하는 컨덴서를 포함하며,
    상기 복수의 리큐퍼레이터 중 어느 하나는 다른 리큐퍼레이터와 병렬 설치되는 것을 특징으로 하고,
    상기 열교환기는 제1 열교환기 내지 제3 열교환기를 포함하고, 상기 리큐퍼레이터는 제1 리큐퍼레이터 내지 제4 리큐퍼레이터를 포함하되 상기 제4 리큐퍼레이터는 상기 제3 리큐퍼레이터와 병렬 설치되며,
    상기 압축기를 거친 상기 작동 유체는 상기 제3 리큐퍼레이터 및 제4 리큐퍼레이터로 분기되고, 상기 제3 리큐퍼레이터로 분기된 상기 작동 유체는 1차 가열 후 상기 제2 열교환기 및 제1 열교환기에서 재가열되어 상기 복수의 터빈 중 어느 하나로 공급되고,
    상기 제4 리큐퍼레이터로 분기된 작동 유체는 설정 온도 이상으로 가열되어 상기 제3 열교환기로 공급되는 것을 특징으로 하는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제3 열교환기로 공급된 상기 작동 유체는 재가열된 후 상기 제3 리큐퍼레이터에서 가열된 상기 작동 유체와 혼합되고, 혼합된 상기 작동 유체의 일부는 상기 제2 열교환기로 공급되고, 혼합된 상기 작동 유체의 나머지는 상기 제1 리큐퍼레이터에서 가열된 후 상기 제2 열교환기를 거친 상기 작동 유체와 혼합되며, 혼합된 상기 작동 유체의 일부는 상기 제1 열교환기로 공급되고, 상기 혼합된 작동 유체의 나머지는 상기 복수의 터빈 중 다른 하나로 공급되는 것을 특징으로 하는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  18. 제11항, 제13항, 제15항, 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터빈을 거쳐 상기 복수의 리큐퍼레이터에서 냉각된 상기 작동 유체는 상기 병렬 설치된 리큐퍼레이터에서 냉각된 상기 작동 유체와 혼합되어 상기 컨덴서로 공급되는 것을 특징으로 하는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 병렬 설치된 리큐퍼레이터로 공급되는 상기 작동 유체의 유량은 적어도 하나의 컨트롤 밸브 또는 삼방향 밸브에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 병렬 설치된 리큐퍼레이터를 거쳐 상기 열교환기 중 어느 하나로 공급되는 상기 작동 유체의 온도가 설정 온도보다 낮으면 상기 병렬 설치된 리큐퍼레이터로 공급되는 상기 작동 유체의 유량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 병렬 설치된 리큐퍼레이터를 거쳐 상기 열교환기 중 어느 하나로 공급되는 상기 작동 유체의 온도가 설정 온도보다 높으면 상기 병렬 설치된 리큐퍼레이터로 공급되는 상기 작동 유체의 유량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 병렬 설치된 리큐퍼레이터를 거쳐 상기 열교환기 중 어느 하나로 공급되는 상기 작동 유체의 유량은 상기 컨덴서의 냉각수 온도가 높아질수록 감소되는 것을 특징으로 하는 저온 부식 방지를 위한 초임계 이산화탄소 발전 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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