KR101943345B1 - Power generation system based on Brayton cycle - Google Patents

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KR101943345B1
KR101943345B1 KR1020170101765A KR20170101765A KR101943345B1 KR 101943345 B1 KR101943345 B1 KR 101943345B1 KR 1020170101765 A KR1020170101765 A KR 1020170101765A KR 20170101765 A KR20170101765 A KR 20170101765A KR 101943345 B1 KR101943345 B1 KR 101943345B1
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박성호
임동렬
김진일
신중욱
윤문규
고호준
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고등기술연구원연구조합
한국남동발전(주)
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Abstract

The present invention relates to a Brayton cycle-based power generation system capable of simultaneously improving efficiency of boiler cycling and efficiency of a boiler. According to the present invention, the Brayton cycle-based power generation system comprises: a combustion device to combust fuel; a heat exchange unit to receive heat source discharged from the combustion device; a turbine to receive a working fluid completing heat exchange in the heat exchange unit; a cooler to cool a high temperature working fluid expanded in the turbine; a main compressor to compress the working fluid cooling in the cooler; a recuperator to perform heat exchange of a part of the working fluid discharged from the turbine and the main compressor; a first connection pipe connected to the recuperator from the main compressor; and a first branch pipe branched from the first connection pipe to be connected to the heat exchange unit.

Description

브레이튼 사이클 기반의 발전 시스템{Power generation system based on Brayton cycle}[0001] The present invention relates to a power generation system based on Brayton cycle,

본 발명은 브레이튼 사이클 기반의 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 연료를 연소하는 연소장치에서 배출되는 열원으로, 이산화탄소를 작동유체로 하는 브레이튼 사이클을 통해 전기를 생산하되, 한 개의 복열기만을 적용하고 주 압축기에서 배출되는 저온의 작동유체가 연소장치의 절탄기로부터 열을 회수하고 재순환 압축기의 후단 라인으로 배출되는 작동유체와 합류되어 다시 재열기로 공급하는 사이클을 구성함으로써 발전 사이클 효율을 향상시킴과 동시에 보일러 효율을 향상시키는 발전 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a Breton-cycle-based power generation system, and more particularly, to a Breton-Cycle-based power generation system that generates electricity through a Brayton cycle using carbon dioxide as a working fluid as a heat source discharged from a combustion device for burning fuel, Temperature operating fluid discharged from the main compressor collects heat from the insulation reduction unit of the combustion apparatus and joins with the working fluid discharged to the rear end line of the recirculating compressor and supplies the combined working fluid to the reheating unit, And to a power generation system that improves boiler efficiency at the same time.

기존의 화력, 원자력 발전소에서는 물과 수증기를 작동유체로 하는 랭킨 사이클을 이용함으로써 전력을 생산하고 있다. 그런데, 랭킨 사이클은 상변화 손실이 발생하는 반면에 단상의 가스를 이용하는 브레이튼 사이클은 상변화 손실이 없기 때문에 효율이 더 높다는 것으로 알려져 있다.Conventional firepower and nuclear power plants produce electricity by using Rankine cycle, which uses water and water vapor as the working fluid. However, it is known that the Rankine cycle produces phase change losses while the Brayton cycle using single phase gas is more efficient because there is no phase change loss.

특히, 사이클의 모든 부분에서 작동 유체가 임계점 이상의 조건을 유지하며, 사이클의 최저 운전 온도 및 압력 조건인 압축기 유입 조건이 임계점 바로 위에 위치하는 열역학 사이클을 초임계 브레이튼 사이클이라고 한다. 또한, 초임계 랭킨 사이클을 이용하여 발전하는 발전소(발전설비)를 초임계 압력 발전소라고 한다. 초임계 압력 발전소의 터빈에서 사용되는 통상의 작동 유체(초임계 작동 유체)는, 임계 압력 225.65kg/㎠ 이상, 임계온도 374℃(647K) 이상의 수증기(작동 유체)를 사용한다. 즉, 작동유체의 임계온도 및 임계 압력이 상온, 상압보다 매우 높은 값을 갖는다. 이 의미는, 상기 초임계 랭킨 사이클을 구현하기 어렵다는 것이다. 구체적으로는, 냉각기에서 상변화가 일어나거나 또는, 작동 유체를 상기 임계 압력 및 임계온도까지 다시 상승시켜야 한다는 의미이다. In particular, the thermodynamic cycle in which the working fluid remains above the critical point in all parts of the cycle, and where the compressor inlet conditions, which are the lowest operating temperature and pressure conditions of the cycle, lie just above the critical point, are called supercritical Brayton cycles. Also, a power plant (power plant) that generates electricity using a supercritical Rankine cycle is called a supercritical pressure power plant. Normal working fluid (supercritical working fluid) used in the turbine of a supercritical pressure power plant uses water vapor (working fluid) at a critical pressure of 225.65 kg / cm 2 or more and a critical temperature of 374 ° C. (647 K) or more. That is, the critical temperature and the critical pressure of the working fluid have values much higher than normal temperature and normal pressure. This means that it is difficult to implement the supercritical Rankine cycle. Specifically, it means that a phase change occurs in the cooler or the working fluid must be raised again to the critical pressure and the critical temperature.

한편, 차세대 원자력 발전설비 중 활발히 연구되고 있는 소듐 고속 냉각로의 경우, 랭킨 사이클을 이용할 경우, 원자로 내부의 열을 전달하는 매체인 소듐과 전력 변환 계통에서 쓰이는 물이 열교환기 파단 사고로 인해 접촉 시 폭발적인 반응으로 인한 심각한 안전성의 문제가 발생한다. On the other hand, in the case of the sodium fast cooling furnace, which is being actively researched among the next generation nuclear power generation facilities, when the Rankine cycle is used, the sodium used as the heat transfer medium inside the reactor and the water used in the power conversion system are contacted Serious safety issues arise from explosive reactions.

따라서, 물을 쓰는 랭킨 사이클이 아닌 이산화탄소를 작동유체로 하는 초임계 이산화탄소 브레이튼 사이클에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.Therefore, studies on supercritical carbon dioxide Brayton cycle using carbon dioxide as a working fluid instead of water-sparing Rankine cycle are actively under way.

상기 초임계 브레이튼 사이클은 사이클의 모든 부분에서 작동 유체가 임계점 이상의 조건을 유지하여 사이클 내에서 상변화가 일어나지 않기 때문에 터빈이나 압축기에서 이상류에 의한 블레이드의 파괴 우려가 없으며, 압축기의 유입 조건이 임계점 부근에 위치함으로써 작동 유체의 높은 밀도로 인해 압축기가 마치 펌프와 같이 동작하여 소모 일이 크게 줄어든다. 결과적으로, 터빈 일(work)과 압축기 일의 차이로 나타내지는 순일의 양이 증가하여 사이클의 열 이용 효율이 크게 증가하는 이점이 있다.Since the supercritical Brayton cycle maintains the conditions of the working fluid at or above the critical point in all portions of the cycle and no phase change occurs in the cycle, there is no fear of destroying the blades due to the abnormal flow in the turbine or compressor, By locating near the critical point, the high density of the working fluid causes the compressor to act like a pump, greatly reducing its consumption. As a result, there is an advantage in that the heat utilization efficiency of the cycle is greatly increased because the amount of the circulation day represented by the difference between the turbine work and the compressor work increases.

초임계 이산화탄소 브레이튼 사이클의 경우, 최고 온도와 최고 압력은 원자로의 운전 조건과 구조적 재료의 한계 등에 따라 제약을 받는다. 예를 들어, 최저 온도와 최저 압력의 경우, 작동 유체가 2상으로 분리될 수 있는 임계점 아래로 내려가지 않도록 조절되어야 한다. 또한, 높은 밀도에 따른 압축기 일의 감소와 더불어 최대의 사이클 운전 온도 범위와 최적의 압력 범위를 얻도록 초임계 브레이튼 사이클의 최저 온도와 최저 압력은 작동 유체의 임계점 바로 위에 위치하게 된다. For supercritical carbon dioxide Brayton cycles, the maximum temperature and maximum pressure are constrained by reactor operating conditions and structural material limitations. For example, in the case of minimum temperature and minimum pressure, the working fluid should be adjusted so that it does not fall below the critical point at which it can separate into two phases. In addition, the minimum temperature and the minimum pressure of the supercritical Brayton cycle are located just above the critical point of the working fluid in order to obtain the maximum cycle operating temperature range and the optimum pressure range, with the compressor work being reduced with high density.

여러 유체 중에서 이산화탄소가 초임계 브레이튼 사이클의 작동 유체로 선택되는 이유는 이산화탄소의 임계 온도가 상온 근방 임에 따라 냉각이 용이하며, 임계 압력이 그 밖의 작동 유체에 비해 낮은 편이라 초임계 상태로 만들기 쉽기 때문이다. 여기서, 최저 온도를 더 낮춤으로써 열역학적으로 카르노 효율에 따른 효율 증대를 기대할 수 있으며, 최저 압력을 변화시킴으로써 보다 높은 사이클 효율을 얻을 수 있는 압력비로 조절할 수 있다.Among the various fluids, carbon dioxide is selected as the working fluid of the supercritical Brayton cycle because the critical temperature of carbon dioxide is near room temperature and it is easy to cool and the critical pressure is lower than other working fluids. Because. Here, by lowering the minimum temperature, it is possible to expect an increase in efficiency according to the carnot efficiency thermodynamically, and by adjusting the minimum pressure, the pressure ratio can be adjusted to obtain higher cycle efficiency.

그런데, 종래의 화력 보일러의 초임계 이산화탄소 브레이튼 사이클 시스템의 경우 초임계 이산화탄소 터빈의 팽창비가 낮기 때문에 터빈에서 배출되는 온도가 상대적으로 높고 이에 따라 화력 보일러 후단에서 발전에 사용되지 않고 배출되는 열원이 400℃ 이상으로 높은 단점이 있었다. However, in the case of the supercritical carbon dioxide Brayton cycle system of the conventional thermal power boiler, since the expansion ratio of the supercritical carbon dioxide turbine is low, the temperature discharged from the turbine is relatively high so that the heat source Lt; 0 > C or more.

(문헌 1) 대한민국 등록특허공보 제10-1138223호(2012.04.13.)(Document 1) Korean Patent Registration No. 10-1138223 (Apr. 13, 2012)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 안출된 것으로, 한 개의 복열기만을 적용하고 주 압축기에서 배출되는 저온의 작동 유체가 연소 장치의 절탄기로부터 열을 회수하고 재순환 압축기의 후단 라인으로 배출되는 작동 유체와 합류되어 다시 재열기로 공급하는 사이클을 구성함으로써 전체 공정의 효율을 높인 브레이튼 사이클을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to overcome the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for operating the same, in which only one recuperator is applied and low temperature working fluid discharged from the main compressor recovers heat from a heat- And to provide a Brayton cycle which improves the efficiency of the entire process by constituting a cycle of joining with the fluid and supplying it to the reheater.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 브레이튼 사이클 기반의 발전 시스템에 있어서, 연료를 연소시키는 연소장치; 상기 연소장치에서 배출되는 열원이 공급되는 열교환기 유닛; 상기 열교환기 유닛에서 열원과 열교환되는 작동 유체가 공급되는 터빈; 상기 터빈에서 팽창된 고온의 작동 유체를 냉각시키는 냉각기; 상기 냉각기에서 냉각된 작동 유체를 압축하는 주 압축기; 상기 터빈에서 배출되는 작동 유체와 상기 주 압축기에서 배출되는 작동 유체 중 일부가 열교환되는 복열기; 상기 주 압축기에서 상기 복열기로 연결되는 제1 연결 배관; 및 상기 제1 연결배관에서 분기되어 상기 열교환기 유닛으로 연결되는 제1 분기 배관을 포함하며, 상기 주 압축기에서 배출되는 작동 유체 중 일부는 상기 제1 연결배관을 통해 상기 복열기로 공급되고, 상기 주 압축기에서 배출되는 작동 유체 중 나머지는 제1 분기 배관을 통해 상기 열교환기 유닛으로 공급되는, 브레이튼 사이클 기반의 발전 시스템을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a Breton-cycle-based power generation system comprising: a combustion device for combusting fuel; A heat exchanger unit to which the heat source discharged from the combustion device is supplied; A turbine supplied with a working fluid that is heat-exchanged with a heat source in the heat exchanger unit; A cooler for cooling the high temperature working fluid expanded in the turbine; A main compressor for compressing the working fluid cooled in the cooler; Wherein a working fluid discharged from the turbine and a working fluid discharged from the main compressor are heat-exchanged; A first connection pipe connected to the recuperator in the main compressor; And a first branch pipe branched from the first connection pipe and connected to the heat exchanger unit, wherein a part of the working fluid discharged from the main compressor is supplied to the recuperator through the first connection pipe, And the balance of the working fluid discharged from the main compressor is supplied to the heat exchanger unit through the first branch pipe.

상기 열교환기 유닛은 과열기 구역, 재열기 구역, 및 절탄기 구역을 포함하며, 상기 복열기에서 배출되어 상기 냉각기로 공급되는 작동유체 중 일부는 상기 복열기와 상기 냉각기를 연결하는 제2 연결배관 및 상기 제2 연결배관에서 분기된 제2 분기배관을 통해 재순환 압축기에서 압축되며, 상기 재순환 압축기에서 압축된 작동유체는 상기 주 압축기에서 압축되고 상기 열교환기 유닛의 상기 절탄기 구역에서 열교환된 작동유체와 합류되어 함께 상기 재열기 구역으로 공급되는 것이 바람직하다. Wherein the heat exchanger unit includes a superheater section, a reheating section, and a refractor section, and a part of the working fluid discharged from the refractory heater and supplied to the cooler is connected to a second connecting pipe connecting the refractory and the cooler, Wherein the working fluid compressed in the recirculating compressor is compressed in the main compressor and is heat exchanged in the absorber section of the heat exchanger unit, It is preferable that they are joined together and supplied to the reheating zone together.

상기 터빈은 고압 터빈, 중압 터빈, 및 저압 터빈을 포함하며, 상기 주 압축기에서 압축된 후 상기 복열기에서 열교환되는 작동유체는, '상기 재순환 압축기에서 압축된 작동유체와 상기 주 압축기에서 압축되고 상기 절탄기 구역에서 열교환된 작동유체가 합류되어 함께 상기 재열기 구역으로 공급된 후 배출되는 작동유체'와 합류되어 다시 상기 재열기 구역으로 공급되며, 상기 재열기 구역으로 다시 공급된 작동유체는 열교환된 후 상기 고압 터빈으로 공급되는 것이 바람직하다. Wherein the turbine includes a high pressure turbine, a medium pressure turbine, and a low pressure turbine, wherein the working fluid compressed in the main compressor and heat-exchanged in the recuperator is compressed in the main compressor, The working fluid heat-exchanged in the crusher section is joined together with the working fluid which is supplied to the reheating section together with the discharged working fluid to be supplied to the reheating section, and the working fluid supplied back to the reheating section is heat- And then supplied to the high-pressure turbine.

상기 고압 터빈으로 공급되는 작동유체는 상기 고압 터빈에서 팽창되며, 상기 고압 터빈에서 팽창된 작동유체는 상기 재열기 구역을 통과하며 열을 회수하여 상기 중압 터빈에 공급되며, 상기 중압 터빈에서 팽창된 작동유체는 상기 과열기 구역을 통과하며 열을 회수하여 상기 저압 터빈에 공급되며, 상기 저압 터빈에서 팽창된 작동유체는 상기 복열기로 공급되는 것이 바람직하다.Wherein the working fluid supplied to the high pressure turbine is expanded in the high pressure turbine and the working fluid expanded in the high pressure turbine passes through the reheating section and is recovered to be supplied to the intermediate pressure turbine, The fluid passes through the superheater zone and is recovered and supplied to the low-pressure turbine, and the working fluid expanded in the low-pressure turbine is supplied to the heat recovery unit.

상기 제1 연결 배관을 통해 상기 복열기로 공급되는 작동 유체 유량은 상기 주 압축기에서 배출되는 작동 유체의 85 ~ 90% 이며, 상기 제1 분기 배관을 통해 상기 열교환기 유닛으로 공급되는 작동 유체 유량은 상기 주 압축기에서 배출되는 작동 유체의 10 ~ 15% 인 것이 바람직하다. Wherein the working fluid flow rate supplied to the heat exchanger unit through the first branch pipe is 85 to 90% of the working fluid discharged from the main compressor, and the flow rate of the working fluid supplied to the heat exchanger unit through the first branch pipe is And 10 to 15% of the working fluid discharged from the main compressor.

상기 제2 연결 배관을 통해 상기 복열기에서 상기 냉각기로 공급되는 작동 유체 유량 중 10 ~ 15%는 상기 제2 분기 배관을 통해 상기 재순환 압축기로 공급되는 것이 바람직하다. And 10 to 15% of the flow rate of the working fluid supplied from the heat exchanger to the cooler through the second connection pipe is supplied to the recirculating compressor through the second branch pipe.

상기 작동 유체는 초임계 상태의 이산화탄소인 것이 바람직하다. Preferably, the working fluid is carbon dioxide in a supercritical state.

본 발명에 따르면, 주 압축기 후단에서 저온 열을 추기하여 이를 절탄기 구역에 공급하여 열을 회수하고 재순환 압축기를 통해 재순환된 초임계 이산화탄소와 함께 재열기 구역으로 공급하여 추가적으로 열을 회수함으로써 종래의 기술에 비해서 월등히 높은 발전 효율을 나타내는 효과가 있다. According to the present invention, the low-temperature heat is added at the downstream end of the main compressor, and the low-temperature heat is supplied to the silencer section to recover the heat. The heat is recovered through the recirculating compressor to the reheating section together with the recirculated supercritical carbon dioxide, The power generation efficiency is remarkably higher than that of the conventional power plant.

본 발명에 따르면, 복열기를 1기만 구성하여도 효율적인 사이클 구성이 될 뿐만 아니라, 본 발명의 재순환 압축기는 기존 재압축사이클의 재순환 압축기에 비해 크기가 소형화되어 경제적인 효과가 있다. According to the present invention, not only an efficient cycle construction is achieved even if only one recuperator is constituted, but the recycle compressor of the present invention is economical in size as compared with the recycle compressor of the existing recompression cycle.

도 1은 본 발명에 따른 브레이튼 사이클 기반의 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 브레이튼 사이클 기반의 발전 시스템의 온도-엔트로피 선도를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 브레이튼 사이클의 엔탈피 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 종래 재압축 사이클과 발전 효율을 비교한 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 종래 재압축 사이클과 발전 단가를 비교한 그래프이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram of a Bryton-cycle-based power generation system in accordance with the present invention. FIG.
2 is a graph showing a temperature-entropy diagram of a Breton-cycle-based power generation system according to the present invention.
3 is an enthalpy flow diagram of a Brayton cycle according to the present invention.
FIG. 4 is a graph comparing the power generation efficiency with the conventional re-compression cycle according to the present invention.
5 is a graph comparing a conventional recompression cycle and a power generation unit price according to the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시례를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시례에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시례는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시례에 한정되는 것은 아니다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the following embodiments can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the following embodiments.

도 1은 본 발명에 따른 브레이튼 사이클 기반의 발전 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram of a Bryton-cycle-based power generation system in accordance with the present invention. FIG.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 브레이튼 사이클 기반의 발전 시스템(100)은 연료를 연소시키는 연소장치(110), 연소장치(110) 내에 배치되어, 연소장치(110)에서 배출되는 열원이 공급되는 열교환기 유닛(111,112,113), 열교환기 유닛(111,112,113)에서 열원과 열교환되는 작동 유체가 공급되는 터빈(120), 터빈(120)에서 팽창된 고온의 작동 유체를 냉각시키는 냉각기(141), 냉각기(141)에서 냉각된 작동 유체를 압축하는 주 압축기(150, Main compressor), 터빈(120)에서 배출되는 작동 유체와 주 압축기(150)에서 배출되는 작동 유체 중 일부가 열교환되는 복열기(130)를 포함할 수 있다. 1, the Brayton cycle-based power generation system 100 according to the present invention includes a combustion device 110 for combusting fuel, a combustion device 110 disposed in the combustion device 110, A cooler 141 for cooling a high temperature working fluid expanded in the turbine 120, a heat exchanger unit 111 for supplying a heat source, a heat exchanger unit 111, 112 and 113, a turbine 120 for supplying a working fluid to be heat- A main compressor 150 for compressing the working fluid cooled in the cooler 141, a working fluid discharged from the turbine 120 and a working fluid discharged from the main compressor 150 are heat- 130).

연소장치(110)는 예컨대, 화력 보일러일 수 있으며, 석탄, 폐기물, 중유, 벙커 C유, 천연가스 등과 같은 연료가 공급될 수 있다. 예를 들어, 저탄조(10, Coal silo)에 저장된 석탄을 이송 설비를 통해 미분기(11, Coal Pulverizer)로 이송하여 석탄을 분쇄한 후, 연소장치(110)로 보내어 연소시킬 수 있다. The combustion apparatus 110 may be, for example, a thermal power boiler, and may be supplied with fuel such as coal, waste, heavy oil, Bunker C oil, natural gas and the like. For example, coal stored in a coal silo (10) may be transferred to a coal pulverizer (11) through a transfer facility to be pulverized and then sent to a combustion device (110) for combustion.

연소장치(110)의 열교환기 유닛은 과열기 구역(111, Superheater Zone), 재열기 구역(112, Reheater Zone), 및 절탄기 구역(113, Economizer Zone)을 포함한다. The heat exchanger unit of the combustion apparatus 110 includes a superheater zone 111, a reheater zone 112, and an economizer zone 113.

작동 유체는 연소장치(110)를 통해 공급된 배기가스 열원과 열교환기 유닛에서 열 교환을 통해 열을 회수한 후 터빈(120)으로 공급된다. 터빈(120)에 공급된 작동 유체는 터빈(120)에 회전력을 제공하며, 터빈(120)의 회전력에 의해 전기를 생산하기 위한 동력이 발생하게 된다. 한편, 터빈(120)에서 팽창하는 과정을 거친 작동 유체는 열침(140, Heat sink)를 통해 냉각된 후, 주 압축기(150)를 통해 압축되어 다시 열교환기 유닛(110)으로 공급된다.The working fluid is supplied to the turbine 120 after heat is recovered through heat exchange in the heat exchanger unit and the exhaust gas heat source supplied through the combustion device 110. The working fluid supplied to the turbine 120 provides rotational force to the turbine 120, and the rotational force of the turbine 120 generates power for producing electricity. On the other hand, the working fluid that has been expanded in the turbine 120 is cooled through the heat sink 140, compressed through the main compressor 150, and then supplied to the heat exchanger unit 110.

열침(140)은, 펌프(143)를 통해 냉각 타워(142)의 냉각수를 냉각기(141)로 공급하여, 냉각수로 작동 유체를 냉각할 수 있다.The kneader 140 can supply the cooling water of the cooling tower 142 to the cooler 141 through the pump 143 to cool the working fluid with the cooling water.

기존의 초임계 이산화탄소 브레이튼 사이클을 화력 보일러에 연계한 발전 시스템의 경우, 팽창비가 낮은 터빈에서 배출되는 열을 회수하기 위해서 복열기(Recuperator)를 구성하고, 복열기로부터 배출되는 열을 추가적으로 회수하기 위해서 재압축 사이클을 구성하는게 일반적이였다. 이 경우, 복열기를 이중으로 구성하여야 하기 때문에 경제성이 낮아지고, 복열기의 저온 측(Cold side)에서 배출되는 초임계 이산화탄소가 화력 보일러의 출구 배출가스 온도를 높여 보일러 효율과 사이클 효율을 모두 저하시키는 문제가 있었다. In the case of a power generation system in which an existing supercritical carbon dioxide Brayton cycle is linked to a thermal power boiler, a recuperator is configured to recover the heat discharged from the turbine having a low expansion ratio, and additional heat is recovered from the heat recovery It was common to construct a recompression cycle. In this case, the economical efficiency is lowered due to the dual construction of the recuperator, and the supercritical carbon dioxide discharged from the cold side of the recuperator increases the temperature of the outlet gas of the thermal power boiler to lower the boiler efficiency and the cycle efficiency .

다시 말해, 원자력 발전에 적용하기 위하여 고안된 기존의 재압축사이클은 팽창비가 낮은 터빈에서 배출되는 고온의 열을 복열기를 통해 회수하여 다시 열원으로 공급함으로써 시스템 효율 저하를 보완하였으며 또한 복열기를 통해 배출되는 고온 측(Hot side)의 작동 유체의 약 30 ~ 40%를 재순환압축기를 통해 재순환시킴으로써 열침(Heat sink)으로 배출되는 열량을 최소화하여 사이클 효율을 증가시키는 개념이었다. 그러나 재압축사이클을 화력보일러에 적용할 경우, 팽창비가 낮은 터빈에서 배출되는 550℃ 이상의 고온 열을 고온 복열기(High temperature recuperator)에 공급할 경우, 화력 보일러에 공급되는 작동 유체의 온도가 530℃ 정도로 높아지기 때문에 보일러 효율이 낮아져 전체 발전 효율을 저감시키며, 열침에서 배출되는 열량을 최소화하기 위해서 재순환 사이클을 구성함에 따라 저온 복열기(Low temperature recuperator)를 추가적으로 구성하여야 하기 때문에 경제성이 결여될 문제도 발생하였다.In other words, the existing recompression cycle designed to apply to nuclear power generation recovers the high-temperature heat from the turbine with low expansion ratio through heat recovery and supplies it to the heat source again, Of the working fluid on the hot side is recirculated through the recirculating compressor to minimize the amount of heat discharged to the heat sink to increase the cycle efficiency. However, when the recompression cycle is applied to a thermal power boiler, when the high temperature heat of 550 ° C or more discharged from a turbine having a low expansion ratio is supplied to a high temperature recuperator, the temperature of the working fluid supplied to the thermal power boiler is about 530 ° C The boiler efficiency is lowered and the overall power generation efficiency is reduced. In order to minimize the amount of heat discharged from the burner, a low temperature recuperator has to be additionally constructed according to the recirculation cycle. .

본 발명은 이러한 기존의 재압축(Recompression)사이클을 화력 보일러에 적용하였을 경우에 발생되는 발전 효율 저하 및 복잡한 시스템 구성을 개선한 단순 추기(Simple extraction) 초임계 이산화탄소 발전 시스템이다. The present invention is a simple extraction supercritical carbon dioxide power generation system which improves the power generation efficiency and the complicated system configuration generated when the conventional recompression cycle is applied to a thermal power boiler.

본 발명은, 주 압축기(150)에서 복열기로 연결되는 제1 연결배관(160), 및 제1 연결 배관(160)에서 분기되어 열교환기 유닛의 절탄기 구역(113)으로 연결되는 제1 분기 배관(161)을 포함하며, 주 압축기(150)에서 배출되는 작동 유체 중 일부는 제1 연결배관(160)을 통해 복열기(130)로 공급되고, 주 압축기(150)에서 배출되는 작동 유체 중 나머지는 제1 분기배관(161)을 통해 열교환기 유닛으로 공급되며, 복열기(130)에서 배출되어 냉각기(141)로 공급되는 작동 유체 중 일부는 복열기(130)와 냉각기(141)를 연결하는 제2 연결배관(162)에서 분기된 제2 분기배관(163)을 통해 재순환 압축기(151)에서 압축되며, 재순환 압축기(151)에서 압축된 작동 유체는 주 압축기(150)에서 압축되고 절탄기 구역(113)에서 열교환된 작동 유체와 합류되어 함께 재열기 구역(112)으로 공급된다.The present invention is characterized in that it comprises a first connection pipe 160 connected to the superheat compressor in the main compressor 150 and a second connection pipe 160 branched from the first connection pipe 160 and connected to the absorber section 113 of the heat exchanger unit, A part of the working fluid discharged from the main compressor 150 is supplied to the heat exchanger 130 through the first connecting pipe 160 and the working fluid discharged from the main compressor 150 And the remaining part of the working fluid is supplied to the heat exchanger unit through the first branch pipe 161 and part of the working fluid discharged from the heat exchanger 130 and supplied to the cooler 141 is connected to the heat exchanger 130 and the cooler 141 The working fluid compressed in the recirculating compressor 151 is compressed in the main compressor 150 and compressed in the recirculating compressor 151 through the second branch piping 163 branched from the second connecting piping 162 which is branched from the main compressor 150, Is combined with the working fluid heat exchanged in the zone (113) and supplied to the reheat zone (112).

다시 말해, 연소장치 후단(12)에서 고온 열이 배출되는 문제를 해결하기 위해서, 주 압축기(150)에서 배출되는 85℃ 정도의 초임계 이산화탄소 작동 유체의 전체 유량의 10 ~ 15%를 제1 분기배관(161)을 통해 열교환기 유닛의 절탄기 구역(113)으로 공급하여 저온 열원을 회수하며, 열원을 회수한 작동 유체는 재순환 압축기(151)에서 압축된 작동 유체과 합류되어 재열기 구역(112) 사이클로 공급된다. 재열기 구역(112)에서 540℃ 정도로 가열된 작동 유체는 주 압축기(150)에서 압축된 후 복열기(130)에서 열교환된 작동 유체와 합류하여 재열기 구역(112)으로 다시 공급된다.In other words, 10 to 15% of the total flow rate of the supercritical carbon dioxide working fluid of about 85 DEG C discharged from the main compressor 150 is discharged to the first branch The working fluid recovered from the heat source is supplied to the refractory zone 113 of the heat exchanger unit through the pipe 161 to be combined with the compressed working fluid in the recirculating compressor 151, Cycle. The working fluid heated to about 540 ° C in the reheating zone 112 is compressed by the main compressor 150 and merged with the working fluid heat exchanged in the recuperator 130 and supplied again to the reheating zone 112.

한편, 터빈(120)은 고압 터빈(121), 중압 터빈(122), 저압 터빈(123)을 포함할 수 있다. Meanwhile, the turbine 120 may include a high pressure turbine 121, a medium pressure turbine 122, and a low pressure turbine 123.

주 압축기(150)에서 압축된 후 복열기(130)에서 열교환된 작동 유체는, '재순환 압축기(151)에서 압축된 작동 유체와 주 압축기(150)에서 압축되고 절탄기 구역(113)에서 열교환된 작동 유체가 합류되어 함께 재열기 구역(112)으로 공급된 후 배출되는 작동 유체'와 합류되어 다시 재열기 구역(112)으로 공급되며, 재열기 구역(112)으로 다시 공급된 작동 유체는 열교환된 후 고압 터빈(121)으로 공급된다.The working fluid that has been compressed in the main compressor 150 and then heat-exchanged in the recuperator 130 is compressed in the recycle compressor 151 and compressed in the main compressor 150 and heat-exchanged in the absorber section 113 And the working fluid supplied to the reheating section 112 is supplied to the reheating section 112. The working fluid supplied to the reheating section 112 is combined with the working fluid ' And is supplied to the high-pressure turbine 121.

고압 터빈(121)에서 팽창된 작동 유체는 재열기 구역(112)을 통과하며 열을 회수하여 중압 터빈(122)에 공급되어 팽창되며, 중압 터빈(122)에서 배출되는 작동 유체는 과열기 구역(111)을 통과하며 열을 회수하여 저압 터빈(123)에 공급되어 팽창되며, 저압 터빈(123)에서 배출되는 작동 유체는 복열기(130)로 공급될 수 있다. The working fluid expanded in the high pressure turbine 121 passes through the reheating section 112 and recovers heat to be supplied to the intermediate pressure turbine 122 and expanded so that the working fluid discharged from the intermediate pressure turbine 122 flows into the superheater section 111 And the heat is recovered and supplied to the low pressure turbine 123 and expanded. The working fluid discharged from the low pressure turbine 123 can be supplied to the heat recovery unit 130.

제1 연결 배관(160)을 통해 복열기(130)로 공급되는 작동 유체 유량은 주 압축기(150)에서 배출되는 작동 유체의 85 ~ 90%이며, 제1 분기 배관(161)을 통해 열교환기 유닛의 절탄기 구역(113)으로 공급되는 작동 유체 유량은 주 압축기(150)에서 배출되는 작동 유체의 10 ~ 15%인 것이 바람직하다. The amount of the working fluid supplied to the heat exchanger 130 through the first connecting pipe 160 is 85 to 90% of the working fluid discharged from the main compressor 150 and flows through the first branch pipe 161, The working fluid flow rate supplied to the burner section 113 of the main compressor 150 is preferably 10 to 15% of the working fluid discharged from the main compressor 150.

또한, 제2 연결 배관(162)을 통해 복열기(130)에서 냉각기(141)로 공급되는 작동 유체 유량 중 10 ~ 15%는 제2 분기 배관(163)을 통해 재순환 압축기(151)로 공급되는 것이 바람직하다. 10 to 15% of the flow rate of the working fluid supplied from the heat exchanger 130 to the cooler 141 through the second connection pipe 162 is supplied to the recirculating compressor 151 through the second branch pipe 163 .

본 발명에서 작동 유체, 배기가스 및 연소가스의 온도가 고온이라는 것은 약 400 ℃ 이상을 의미하며, 중온은 약 150 ~ 400 ℃, 저온은 약 150 ℃ 미만을 의미한다. In the present invention, the temperature of the working fluid, the exhaust gas, and the combustion gas is high at about 400 ° C or higher, the middle temperature is about 150 to 400 ° C, and the low temperature means about 150 ° C or less.

본 발명의 브레이튼 사이클의 각 스트림의 온도와 압력 등의 상태를 살펴보면 다음과 같다. Conditions of the temperature and pressure of each stream of the Brayton cycle of the present invention are as follows.

냉각기(141)를 통해 냉각된 32 ~ 35℃/75 ~ 80 bar의 초임계 이산화탄소 작동 유체 스트림(stream) a는 주 압축기(150)에 공급되고, 주 압축기(150)에서 200bar까지 압축되고 85℃~90℃로 온도 상승된 작동 유체 스트림 b 중 85 ~ 90%는 복열기(130)로 공급되고, 나머지 10 ~ 15%는 절탄기 구역(113)으로 공급된다. 즉, 작동 유체 스트림 b 중 일부는 절탄기 구역(113)으로 공급되고(스트림 c) 공급된 작동 유체는 170 ~ 180℃까지 예열되어 저온/고압의 작동 유체로 배출(스트림 e)되며 스트림 e의 작동 유체는, 재순환 압축기(151)에서 압축된 저온/고압의 작동 유체 스트림 q와 함께 합류되는 스트림 f 상태로 재열기 구역(113)으로 공급될 수 있다. The supercritical carbon dioxide working fluid stream a cooled at 32-35 DEG C / 75-80 bar through the cooler 141 is supplied to the main compressor 150, compressed to 200 bar at the main compressor 150, 85 to 90% of the working fluid stream b heated to ~ 90 ° C is supplied to the heat exchanger 130 and the remaining 10-15% is supplied to the vacuum cleaner section 113. That is, a part of the working fluid stream b is supplied to the burner section 113 (stream c), and the supplied working fluid is preheated to 170 to 180 ° C and discharged (streamed) to the low temperature / high pressure working fluid, The working fluid may be fed into the reheating zone 113 into a stream f state merged with a low temperature / high pressure working fluid stream q compressed in recirculation compressor 151.

주 압축기(150)에서 압축된 작동 유체 스트림 b 중 일부가 복열기(130)로 공급되고(스트림 d) 복열기(130)로부터 500 ~ 530℃까지 가열된 고온/고압의 작동 유체 스트림 h는, 재열기 구역(112)으로 공급되어 500 ~ 530℃까지 가열된 작동 유체 스트림 g와 함께 합류되어 재열기 구역(112)으로 다시 공급될 수 있다. 재열기 구역(112)으로 다시 공급된 작동 유체는 620 ~ 650℃까지 가열되어 스트림 i를 통해 고압 터빈(121)으로 공급된다. 고압 터빈(121)에서 팽창되어 배출되는 고온/중압 작동 유체 스트림 j는 재열기 구역(112)으로 또다시 공급되며, 재열기 구역(112)에서 620 ~ 650℃로 가열된 작동 유체 스트림 k는 중압 터빈(122)으로 공급되며, 중압 터빈(122)에서 팽창되어 배출되는 고온/저압 작동 유체 스트림 l은 과열기 구역(111)으로 공급되며, 과열기 구역(111)에서 620 ~ 650℃로 가열된 작동 유체 스트림 m은 저압 터빈(123)으로 공급된다. 저압 터빈(123)에서 팽창되어 배출되는 고온/저압의 540℃/75bar의 작동 유체 스트림 n은 복열기(130)로 공급되어 스트림 d의 저온 작동 유체와 열교환되어 스트림 d의 작동 유체의 온도를 높여준 후 배출되며, 배출된 작동 유체 스트림 o는 냉각기(141)로 공급되는 작동 유체 중 10 ~ 15%를 재순환 압축기(151)로 공급(스트림 p)하여 재순환 압축기(151)를 통해 75bar에서 200bar로 압축되어 스트림 q에 공급되도록 할 수 있다. A high-temperature / high-pressure working fluid stream h, which is supplied from the main compressor 150 to the recuperator 130 (stream d) and heated to 500 to 530 ° C from the recuperator 130, May be fed into the reheating zone 112 and joined together with the working fluid stream g heated to 500 to 530 ° C and fed back to the reheating zone 112. The working fluid supplied again to the reheating zone 112 is heated to 620 to 650 ° C and supplied to the high pressure turbine 121 through the stream i. The high temperature / intermediate pressure working fluid stream j which is expanded and discharged from the high pressure turbine 121 is supplied again to the reheating section 112 and the working fluid stream k heated to 620 to 650 ° C in the reheating section 112 is supplied to the medium pressure The high temperature / low pressure working fluid stream l fed to the turbine 122 and expanded and discharged in the intermediate pressure turbine 122 is supplied to the superheater section 111 and is supplied to the superheater section 111 through a working fluid heated to 620-650 ° C The stream m is supplied to the low pressure turbine 123. The high temperature / low pressure 540 DEG C / 75 bar working fluid stream n expanded and discharged from the low pressure turbine 123 is supplied to the heat exchanger 130 to heat exchange with the low temperature working fluid of the stream d to raise the temperature of the working fluid of the stream d (Stream p) of 10 to 15% of the working fluid supplied to the cooler 141 is supplied to the recirculating compressor 151 and is compressed through the recirculating compressor 151 at 75 bar to 200 bar And supplied to the stream q.

도 2는 본 발명에 따른 브레이튼 사이클 기반의 발전 시스템의 온도-엔트로피 선도를 도시한 그래프이다. 2 is a graph showing a temperature-entropy diagram of a Breton-cycle-based power generation system according to the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 주요 스트림에 대한 온도, 압력, 및 엔트로피를 선도로 표현한 것으로써, 검은색 선은 정압 선도를 나타낸 것으로 가장 오른쪽이 80 bar 이며, 왼쪽으로 20 bar 씩 상승하여 가장 왼쪽은 200 bar를 나타낸다. 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 단순 추기 사이클은 동일 출력을 발생시키기 위해 공급되는 Q_in(공급열량)이 감소하기 때문에 발전효율이 증가하며, 더불어 Q_out(배출열량)이 상대적으로 작아짐에 따라 열침으로 배출되는 열량이 감소하여 발전효율이 향상되는 것을 알 수 있다. 특히 종래의 재압축사이클은 복열기를 2개 사용하고도 열침으로 배출되는 온도가 110℃ 가량으로 높아 열침에서 배출되는 열량이 크지만, 본 발명의 단순 추기 사이클은 복열기를 1기만 사용하고도 열침에서 배출되는 온도가 85℃ 가량으로 낮아 열침으로 배출되는 열량이 감소하는 것을 알 수 있다. Figure 2 is a graphical representation of the temperature, pressure, and entropy for the main stream shown in Figure 1, with the black line representing the static pressure curve, with the rightmost 80 bar, Represents 200 bar. As shown in FIG. 2, the simple addition cycle of the present invention increases the power generation efficiency because Q_in (supply heat quantity) supplied to generate the same output decreases, and Q_out (discharge heat quantity) becomes relatively small, And the power generation efficiency is improved. Particularly, in the conventional recompression cycle, even when two recuperators are used, the amount of heat discharged from the caliper is high because the temperature discharged from the caliper is as high as about 110 DEG C. However, the simple additional cycle of the present invention uses only one recuperator It can be seen that the temperature discharged from the burner is as low as 85 캜 and the amount of heat released to the burner is reduced.

도 3은 본 발명에 따른 브레이튼 사이클의 엔탈피 흐름도이다. 3 is an enthalpy flow diagram of a Brayton cycle according to the present invention.

도 3으니 엔탈피 흐름도에 나타난 바와 같이, 본 발명의 단순 추기 사이클은 주 압축기 후단의 저온 열원을 이용하여 보일러 후단의 열을 추가적으로 회수하기 때문에 보일러효율을 92%까지 향상시킴과 동시에 발전 효율도 43.9%까지 향상시킬 수 있다(종래의 재압축사이클의 경우, 보일러에서 배출되는 열량이 363MW로 높기 때문에 보일러효율이 75%, 사이클 발전 효율은 35% 정도 밖에 되지 않는다).As shown in the flowchart of FIG. 3, the simple addition cycle of the present invention further improves the boiler efficiency to 92% and the power generation efficiency by 43.9% because the heat at the rear end of the boiler is further recovered by using the low temperature heat source at the rear end of the main compressor. (In the case of the conventional recompression cycle, the heat output from the boiler is as high as 363 MW, so the boiler efficiency is only 75% and the cycle generation efficiency is only about 35%).

도 4는 본 발명에 따른 종래 재압축사이클과 발전 효율을 비교한 그래프로서, 종래의 재압축사이클과 본 발명의 단순 추기 사이클에 대하여 열역학적 모델링과 공정 해석을 수행하여 발전효율을 비교하였다. 종래 기술인 재압축사이클은 보일러에서 530℃ 이상의 고온의 가스가 배출되기 때문에 보일러 효율이 저하되어 전체 발전효율이 저하되는 것을 확인할 수 있다. 반면에 본 발명의 단순 추기 사이클의 경우에는 주압축기 후단에서 저온 열을 추기하여 이를 절탄기 구역에 공급하여 열을 회수하고 재순환압축기를 통해 재순환된 초임계 이산화탄소와 함께 재열기 구역으로 공급하여 추가적으로 열을 회수함으로써 종래의 기술에 비해서 월등히 높은 발전 효율이 나타내는 것을 확인할 수 있다.FIG. 4 is a graph comparing a conventional recompression cycle and power generation efficiency according to the present invention. The conventional recompression cycle and the simple additional cycle of the present invention are compared with each other by performing thermodynamic modeling and process analysis. In the conventional recompression cycle, since the high-temperature gas of 530 ° C or higher is discharged from the boiler, it is confirmed that the boiler efficiency is lowered and the overall power generation efficiency is lowered. On the other hand, in the case of the simple additional cycle of the present invention, the low-temperature heat is added at the downstream end of the main compressor, and the low-temperature heat is supplied to the silencer section to recover the heat. The heat is then supplied to the reheating section together with the recirculated supercritical carbon dioxide It is possible to confirm that the power generation efficiency is remarkably higher than that of the conventional technology.

도 5는 본 발명에 따른 종래 재압축 사이클과 발전 단가를 비교한 그래프이다. 종래 기술인 재압축사이클과 본 발명의 단순 추기 사이클에 대한 전력 단가를 분석한 결과이다. 종래 기술인 재압축사이클은 초임계 이산화탄소 발전 시스템에서 가장 큰 비중을 차지하고 있는 복열기가 2기 사용되기 때문에 전체 설비 비용의 비중이 높고, 발전효율이 상대적으로 낮기 때문에 연료비용 등이 상승하여 본 발명의 단순 추기 사이클에 비해서 발전 효율이 낮은 것으로 확인되었다. 이에 따라 본 발명의 단순 추기 사이클은 경제성과 효율성 측면에서 종래의 기술인 재압축사이클에 비해서 월등함을 확인하였다. 5 is a graph comparing a conventional recompression cycle and a power generation unit price according to the present invention. This is the result of analyzing the power unit cost for the conventional recompression cycle and the simple additional cycle of the present invention. Since the recompression cycle of the prior art is used in the second cycle of the recuperator which occupies the largest portion in the supercritical carbon dioxide generation system, the proportion of the total equipment cost is high and the power generation efficiency is relatively low, It was confirmed that the power generation efficiency was lower than that of the simple addition cycle. Accordingly, the simple addition cycle of the present invention is superior to the conventional compression cycle in terms of economy and efficiency.

이상과 같이 본 발명에 따른 브레이튼 사이클 기반의 발전 시스템은 주 압축기 후단에서 저온 열을 추기하여 이를 절탄기 구역에 공급하여 열을 회수하고 재순환 압축기를 통해 재순환된 초임계 이산화탄소와 함께 재열기 구역으로 공급하여 추가적으로 열을 회수함으로써 종래의 기술에 비해서 월등히 높은 발전 효율을 나타낸다.As described above, the Breton-cycle-based power generation system according to the present invention adds low-temperature heat at the downstream end of the main compressor, supplies it to a pumping section, collects heat, and recirculates the recycled supercritical carbon dioxide So that the power generation efficiency is remarkably higher than that of the conventional technology.

또한, 복열기를 1기만 구성하여도 효율적인 사이클 구성이 될 뿐만 아니라, 본 발명의 재순환 압축기는 기존 재압축사이클의 재순환 압축기에 비해 크기가 소형화되어 경제적인 이점이 있다. Further, the recycle compressor of the present invention has an economical advantage in that the recycle compressor of the present invention is smaller in size than the recycle compressor of the existing recompression cycle.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

본 발명은 상기 실시례에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. It is.

110 : 연소 장치 111 : 과열기 구역
112 : 재열기 구역 113 : 절탄기 구역
120 : 터빈 121 : 고압 터빈
122 : 중압 터빈 123 : 저압 터빈
130 : 복열기 140 : 열침
141 : 냉각기 142 : 펌프
143 : 냉각 타워 150 : 주 압축기
151 : 재순환 압축기 160 : 제1 연결배관
161 : 제1 분기배관 162 : 제2 연결배관
163 : 제2 분기배관 110: combustion device 111: superheater zone
112: reheating zone 113: burner zone
120: turbine 121: high pressure turbine
122: medium pressure turbine 123: low pressure turbine
130: Restoration heat 140:
141: cooler 142: pump
143: cooling tower 150: main compressor
151: recirculation compressor 160: first connection pipe
161: first branch piping 162: second connection piping
163: Second branch piping

Claims (7)

브레이튼 사이클 기반의 발전 시스템에 있어서,
연료를 연소시키는 연소장치;
상기 연소장치에서 배출되는 열원이 공급되는 열교환기 유닛;
상기 열교환기 유닛에서 열원과 열교환되는 작동유체가 공급되는 터빈;
상기 터빈에서 팽창된 고온의 작동유체를 냉각시키는 냉각기;
상기 냉각기에서 냉각된 작동유체를 압축하는 주 압축기;
상기 터빈에서 배출되는 작동유체와 상기 주 압축기에서 배출되는 작동유체 중 일부가 열교환되는 복열기;
상기 주 압축기에서 상기 복열기로 연결되는 제1 연결배관; 및
상기 제1 연결배관에서 분기되어 상기 열교환기 유닛으로 연결되는 제1 분기배관을 포함하며,
상기 주 압축기에서 배출되는 작동유체 중 일부는 상기 제1 연결배관을 통해 상기 복열기로 공급되고, 상기 주 압축기에서 배출되는 작동유체 중 나머지는 제1 분기배관을 통해 상기 열교환기 유닛으로 공급되며,
상기 열교환기 유닛은 과열기 구역, 재열기 구역, 및 절탄기 구역을 포함하며,
상기 복열기에서 배출되어 상기 냉각기로 공급되는 작동유체 중 일부는 상기 복열기와 상기 냉각기를 연결하는 제2 연결배관 및 상기 제2 연결배관에서 분기된 제2 분기배관을 통해 재순환 압축기에서 압축되며,
상기 재순환 압축기에서 압축된 작동유체는 상기 주 압축기에서 압축되고 상기 열교환기 유닛의 상기 절탄기 구역에서 열교환된 작동유체와 합류되어 함께 상기 재열기 구역으로 공급되는, 브레이튼 사이클 기반의 발전 시스템.
In a Breton cycle-based power generation system,
A combustion device for combusting fuel;
A heat exchanger unit to which the heat source discharged from the combustion device is supplied;
A turbine supplied with a working fluid that is heat-exchanged with a heat source in the heat exchanger unit;
A cooler for cooling the high temperature working fluid expanded in the turbine;
A main compressor for compressing the working fluid cooled in the cooler;
Wherein a working fluid discharged from the turbine and a working fluid discharged from the main compressor are heat-exchanged;
A first connection pipe connected to the recuperator in the main compressor; And
And a first branch pipe branched from the first connection pipe and connected to the heat exchanger unit,
Wherein a part of the working fluid discharged from the main compressor is supplied to the heat exchanger through the first connecting pipe and the remaining of the working fluid discharged from the main compressor is supplied to the heat exchanger unit through the first branch pipe,
The heat exchanger unit includes a superheater zone, a reheating zone, and a refractory zone,
Part of the working fluid discharged from the heat exchanger and supplied to the cooler is compressed in the recirculating compressor through the second connecting pipe connecting the recuperator and the cooler and the second branch pipe branched from the second connecting pipe,
Wherein the working fluid compressed in said recirculating compressor is compressed in said main compressor and merged with a working fluid heat exchanged in said absorber section of said heat exchanger unit and fed into said reheat zone together.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 터빈은 고압 터빈, 중압 터빈, 및 저압 터빈을 포함하며,
상기 주 압축기에서 압축된 후 상기 복열기에서 열교환되는 작동유체는, '상기 재순환 압축기에서 압축된 작동유체와 상기 주 압축기에서 압축되고 상기 절탄기 구역에서 열교환된 작동유체가 합류되어 함께 상기 재열기 구역으로 공급된 후 배출되는 작동유체'와 합류되어 다시 상기 재열기 구역으로 공급되며,
상기 재열기 구역으로 다시 공급된 작동유체는 열교환된 후 상기 고압 터빈으로 공급되는, 브레이튼 사이클 기반의 발전 시스템.
The method according to claim 1,
The turbine includes a high pressure turbine, a medium pressure turbine, and a low pressure turbine,
The working fluid, which is compressed in the main compressor and then heat-exchanged in the recuperator, is combined with the working fluid compressed in the recirculating compressor and the working fluid compressed in the main compressor and heat- And then supplied to the reheater zone,
Wherein the working fluid supplied back to the reheat zone is heat exchanged and then supplied to the high pressure turbine.
청구항 3에 있어서,
상기 고압 터빈으로 공급되는 작동유체는 상기 고압 터빈에서 팽창되며,
상기 고압 터빈에서 팽창된 작동유체는 상기 재열기 구역을 통과하며 열을 회수하여 상기 중압 터빈에 공급되며,
상기 중압 터빈에서 팽창된 작동유체는 상기 과열기 구역을 통과하며 열을 회수하여 상기 저압 터빈에 공급되며,
상기 저압 터빈에서 팽창된 작동유체는 상기 복열기로 공급되는, 브레이튼 사이클 기반의 발전 시스템.
The method of claim 3,
The working fluid supplied to the high-pressure turbine is expanded in the high-pressure turbine,
The working fluid expanded in the high-pressure turbine passes through the reheating zone and is recovered from the heat and supplied to the intermediate-pressure turbine,
The working fluid expanded in the intermediate pressure turbine passes through the superheater section and is recovered from the heat and supplied to the low pressure turbine,
And the working fluid expanded in the low-pressure turbine is supplied to the recuperator.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 연결 배관을 통해 상기 복열기로 공급되는 작동유체 유량은 상기 주 압축기에서 배출되는 작동유체의 85 ~ 90% 이며,
상기 제1 분기 배관을 통해 상기 열교환기 유닛의 상기 절탄기 구역으로 공급되는 작동유체 유량은 상기 주 압축기에서 배출되는 작동유체의 10 ~ 15% 인, 브레이튼 사이클 기반의 발전 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the flow rate of the working fluid supplied to the heat exchanger through the first connecting pipe is 85 to 90% of the working fluid discharged from the main compressor,
Wherein the working fluid flow rate supplied to the saver section of the heat exchanger unit through the first branch piping is 10-15% of the working fluid discharged from the main compressor.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 연결 배관을 통해 상기 복열기에서 상기 냉각기로 공급되는 작동유체 유량 중 10 ~ 15%는 상기 제2 분기 배관을 통해 상기 재순환 압축기로 공급되는, 브레이튼 사이클 기반의 발전 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein 10 to 15% of the working fluid flow rate supplied from the refractory to the cooler through the second connection piping is supplied to the recirculating compressor through the second branch piping.
청구항 1에 있어서,
상기 작동유체는 초임계 상태의 이산화탄소인, 브레이튼 사이클 기반의 발전 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the working fluid is supercritical carbon dioxide.
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