KR102043890B1 - Supercritical CO2 power generation system of direct fired type - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 관한 것으로, 작동 유체에 의해 작동되는 터빈과, 상기 터빈을 거친 상기 작동 유체와 열교환하는 리큐퍼레이터와, 상기 리큐퍼레이터를 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키는 쿨러와, 상기 쿨러를 통과한 상기 작동 유체를 압축하는 제1 압축기와, 상기 리큐퍼레이터를 통과한 상기 작동 유체의 일부를 압축하는 제2 압축기와, 상기 제1 압축기 및 제2 압축기를 통과한 상기 작동 유체가 유입되어 연소 열에 의해 가열되는 퍼니스를 포함하고, 상기 작동 유체는 상기 퍼니스를 거쳐 상기 터빈으로 순환되며, 상기 작동 유체는 초임계 상태의 이산화탄소인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상변화가 없는 초임계 이산화탄소를 작동 유체로 이용하므로 열교환 효율을 향상시키는 효과가 있다. 또한, 두 개의 압축기를 설치해 각 압축기를 통과한 중온 및 고온의 작동 유체를 혼합해 직접 가열로에 공급함으로써 발전 시스템 전체의 에너지 효율을 향상시키는 효과가 있다.The present invention relates to a supercritical carbon dioxide power generation system of a direct combustion type, comprising: a turbine operated by a working fluid, a recuperator for exchanging heat with the working fluid passed through the turbine, and the working fluid passed through the recuperator. A cooler for cooling the gas, a first compressor for compressing the working fluid that has passed through the cooler, a second compressor for compressing a portion of the working fluid that has passed through the recuperator, and the first and second compressors. And a furnace in which the working fluid passing through is heated and heated by combustion heat, wherein the working fluid is circulated through the furnace to the turbine, and the working fluid is carbon dioxide in a supercritical state.
According to the present invention, since supercritical carbon dioxide without phase change is used as a working fluid, there is an effect of improving heat exchange efficiency. In addition, by installing two compressors to mix the medium and high temperature working fluid passed through each compressor and directly supply to the heating furnace has the effect of improving the energy efficiency of the entire power generation system.

Description

직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템{Supercritical CO2 power generation system of direct fired type}Supercritical CO2 power generation system of direct fired type

본 발명은 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상변화가 없는 초임계 이산화탄소를 작동 유체로 이용해 시스템 자체적으로 연소 공기를 예열하고 배기 가스의 열을 회수할 수 있는 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a supercritical carbon dioxide power generation system of a direct combustion type, and more particularly, to directly preheat combustion air and recover heat of exhaust gas by using supercritical carbon dioxide without phase change as a working fluid. A supercritical carbon dioxide power generation system of the combustion type.

화력발전은 열원 및 원동기에 따라서 크게 기력발전, 내연력발전, 특수화력발전으로 나누어진다. Thermal power generation is divided into energy generation, internal combustion power generation, and special thermal power generation, depending on the heat source and prime mover.

기력발전은 석탄석유 등의 화석 연료를 연소시킬 때 발생하는 열에너지로 증기를 만들고 이것을 열기관에 보내어 기계적 에너지를 얻고 이 기계적 에너지로 회전기를 회전시킴으로써 전기적 에너지를 얻는 방식이다. 원자력발전은 연료가 원자력에 의한 열이라는 점을 제외하면 석탄이나 중유에 의한 발전과 같으며, 기력발전에 포함된다. 내연력발전은 기체연료 또는 액체연료를 기화시킨 다음 점화, 폭발될 때 얻어지는 고압력의 가스를 직접 이용해서 기계적 에너지를 얻고 이 기계적 에너지를 이용하여 회전기를 회전시킴으로써 전기적 에너지를 얻는 방식이다. 내연력발전은 디젤기관을 원동기로 하는 것이 예비전원으로 오래 전부터 사용되어 왔다. 특수화력발전은 열공급발전, 폐열이용발전, 이류식발전, 지열발전, 가스터빈발전 등이 있다. 가스터빈발전은 내연력발전과 더불어 주로 자가용으로 사용되어 왔다. 이러한 화력 발전의 일 예가 한국특허등록 제1259515호에 개시되어 있다.Thermal power generation is a method of producing steam from the thermal energy generated by burning fossil fuels such as coal oil and sending it to a heat engine to obtain mechanical energy, and to obtain electrical energy by rotating a rotor with the mechanical energy. Nuclear power is like coal or heavy oil, except that fuel is heat from nuclear power, and is included in energy generation. Flame-resistant power generation is a method of obtaining mechanical energy by directly using a high-pressure gas obtained by igniting a gas fuel or a liquid fuel and then igniting or exploding, and obtaining electrical energy by rotating a rotor using this mechanical energy. In power generation power generation, a diesel engine as a prime mover has been used for a long time. Specialized thermal power generation includes heat supply power generation, waste heat utilization power generation, two-stream power generation, geothermal power generation and gas turbine power generation. Gas turbine power generation has been used mainly for private use, along with power generation. An example of such thermal power generation is disclosed in Korean Patent No. 1259515.

그런데 이러한 종래의 화력 발전은 터빈 출구에 2개의 상(2 phase)이 존재하므로 습분(moisture)에 의한 손실이 발생해 터빈의 효율이 제한되는 문제가 있다. 이와 관련하여, 작동 유체인 물의 상 변화에 필요한 에너지가 공급되어야 하므로 열원과 작동 유체, 냉각원과 작동 유체의 열교환이 비효율적인 단점도 존재한다. 또한, 직접 가열로(direct firing heater)에 드럼(drum)이 설치되어 기수분리가 일어나고, 전체 시스템 효율을 높이기 위해 터빈 내부의 스팀을 추기(extraction)해 급수 온도를 올려주어야 하므로 시스템 및 구성 기기 설계가 복잡한 문제가 있다.However, in the conventional thermal power generation, since two phases (two phases) exist at the turbine outlet, there is a problem in that loss due to moisture occurs and the efficiency of the turbine is limited. In this regard, there is a disadvantage that heat exchange between the heat source and the working fluid, the cooling source and the working fluid is inefficient because energy required for the phase change of the working fluid is supplied. In addition, a drum is installed in the direct firing heater to separate the water and to increase the water supply temperature by extracting the steam inside the turbine to increase the overall system efficiency. Has a complicated problem.

한국특허등록 제1259515호(등록일 2013.04.24)Korean Patent Registration No. 1259515 (Registration date 2013.04.24)

전술한 문제를 해결하기 위해 본 발명은 상변화가 없는 초임계 이산화탄소를 작동 유체로 이용해 직접 가열로에서 작동 유체의 상변화에 의한 열교환 비효율을 제거하고, 초임계 이산화탄소의 열역학적 특성을 이용한 직접 가열로를 접목시킨 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 제공하는 것이다.In order to solve the above problems, the present invention eliminates the heat exchange inefficiency caused by the phase change of the working fluid in the direct heating furnace using supercritical carbon dioxide without phase change as a working fluid, and uses a direct heating furnace using the thermodynamic characteristics of supercritical carbon dioxide. It is to provide a supercritical carbon dioxide power generation system of the direct combustion type combined with.

본 발명의 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템은, 작동 유체에 의해 작동되는 터빈과, 상기 터빈을 거친 상기 작동 유체와 열교환하는 리큐퍼레이터와, 상기 리큐퍼레이터를 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키는 쿨러와, 상기 쿨러를 통과한 상기 작동 유체를 압축하는 제1 압축기와, 상기 리큐퍼레이터를 통과한 상기 작동 유체의 일부를 압축하는 제2 압축기와, 상기 제1 압축기 및 제2 압축기를 통과한 상기 작동 유체가 유입되어 연소 열에 의해 가열되는 퍼니스를 포함하고, 상기 작동 유체는 상기 퍼니스를 거쳐 상기 터빈으로 순환되며, 상기 작동 유체는 초임계 상태의 이산화탄소인 것을 특징으로 한다.The supercritical carbon dioxide power generation system of the direct combustion type of the present invention includes a turbine operated by a working fluid, a recuperator for exchanging heat with the working fluid passing through the turbine, and the working fluid passed through the recuperator. And a first compressor for compressing the working fluid passing through the cooler, a second compressor for compressing a part of the working fluid passing through the recuperator, and a first compressor and a second compressor. And a furnace in which the working fluid flows in and is heated by combustion heat, the working fluid is circulated through the furnace to the turbine, and the working fluid is supercritical carbon dioxide.

상기 리큐퍼레이터의 후단에 구비되어 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 상기 쿨러 및 상기 제2 압축기로 분기하는 세퍼레이터를 더 포함한다.And a separator provided at a rear end of the recuperator to branch the working fluid passing through the turbine to the cooler and the second compressor.

상기 세퍼레이터를 통해 상기 쿨러로 분기된 상기 작동 유체는 상기 쿨러에서 냉각되어 상기 제1 압축기로 보내지는 것을 특징으로 한다.The working fluid branched to the cooler through the separator is cooled in the cooler and sent to the first compressor.

상기 세퍼레이터를 통해 상기 제2 압축기로 분기된 상기 작동 유체는 상기 제2 압축기에서 압축된 후 상기 퍼니스로 보내지는 것을 특징으로 한다.The working fluid branched through the separator to the second compressor is compressed in the second compressor and then sent to the furnace.

상기 터빈을 거쳐 상기 리큐퍼레이터로 보내진 상기 작동 유체는 상기 제1 압축기에서 압축된 상기 작동 유체와 열교환해 냉각된 후 상기 세퍼레이터로 보내지는 것을 특징으로 한다.The working fluid sent to the recuperator via the turbine is heat-exchanged with the working fluid compressed in the first compressor, cooled, and then sent to the separator.

상기 제1 압축기에서 압축된 상기 작동 유체는 상기 리큐퍼레이터에서 상기 터빈을 거쳐 상기 리큐퍼레이터로 보내진 상기 작동 유체와 열교환해 복열된 후 상기 퍼니스로 보내지는 것을 특징으로 한다.The working fluid compressed in the first compressor is heat exchanged with the working fluid sent from the recuperator via the turbine to the recuperator, recuperated, and then sent to the furnace.

상기 퍼니스는 상기 배기 가스의 배출단 쪽에 구비되어 상기 배기 가스의 폐열을 회수하는 이코노마이저와, 상기 퍼니스의 연소부 상측에 구비되어 상기 작동 유체를 가열하는 리히터(reheater)와, 상기 퍼니스의 상측에 구비되어 상기 작동 유체를 가열하는 수퍼 히터(superheater)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The furnace is provided on the discharge end side of the exhaust gas, an economizer for recovering waste heat of the exhaust gas, a reheater provided above the combustion section of the furnace and heating the working fluid, and an upper side of the furnace. It is characterized in that it comprises a superheater (superheater) for heating the working fluid.

상기 제2 압축기를 거친 상기 작동 유체는 상기 이코노마이저로 보내져 가열되는 것을 특징으로 한다.The working fluid passing through the second compressor is sent to the economizer and heated.

상기 이코노마이저를 거쳐 가열된 상기 작동 유체와, 상기 제1 압축기를 거쳐 상기 리큐퍼레이터에서 복열된 상기 작동 유체를 혼합하는 믹서를 더 포함 한다.And a mixer for mixing the working fluid heated through the economizer and the working fluid reheated in the recuperator via the first compressor.

상기 믹서에서 혼합된 상기 작동 유체는 상기 리히터로 보내져 가열되는 것을 특징으로 한다.The working fluid mixed in the mixer is sent to the Richter and heated.

상기 리히터에서 가열된 상기 작동 유체는 상기 수퍼 히터로 보내져 가열된 후 상기 터빈으로 순환되는 것을 특징으로 한다.The working fluid heated in the Richter is sent to the super heater and heated and then circulated to the turbine.

본 발명의 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템은, 작동 유체에 의해 작동되는 터빈과, 상기 터빈을 거친 상기 작동 유체와 열교환하는 리큐퍼레이터와, 상기 리큐퍼레이터를 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키는 쿨러와, 상기 쿨러를 통과한 상기 작동 유체를 압축하는 제1 압축기와, 상기 리큐퍼레이터를 통과한 상기 작동 유체의 일부를 압축하는 제2 압축기와, 상기 제1 압축기 및 제2 압축기를 통과한 상기 작동 유체가 유입되어 연소 열에 의해 가열되는 퍼니스를 포함하고, 상기 작동 유체는 초임계 상태의 이산화탄소이고, 상기 터빈을 거쳐 상기 퍼니스에 이르는 사이클은 폐루프(close loop) 인 것을 특징으로 한다.The supercritical carbon dioxide power generation system of the direct combustion type of the present invention includes a turbine operated by a working fluid, a recuperator for exchanging heat with the working fluid passing through the turbine, and the working fluid passed through the recuperator. And a first compressor for compressing the working fluid passing through the cooler, a second compressor for compressing a part of the working fluid passing through the recuperator, and a first compressor and a second compressor. A furnace in which the working fluid is introduced and heated by combustion heat, wherein the working fluid is carbon dioxide in a supercritical state, and the cycle from the turbine to the furnace is a closed loop.

상기 리큐퍼레이터의 후단에 구비되어 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 상기 쿨러 및 상기 제2 압축기로 분기하는 세퍼레이터를 더 포함 한다.And a separator provided at a rear end of the recuperator to branch the working fluid having passed through the turbine to the cooler and the second compressor.

상기 퍼니스는 상기 배기 가스의 배출단 쪽에 구비되어 상기 배기 가스의 폐열을 회수하는 이코노마이저와, 상기 퍼니스의 연소부 상측에 구비되어 상기 작동 유체를 가열하는 리히터(reheater)와, 상기 퍼니스의 상측에 구비되어 상기 작동 유체를 가열하는 수퍼 히터(superheater)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The furnace is provided on the discharge end side of the exhaust gas, an economizer for recovering waste heat of the exhaust gas, a reheater provided above the combustion section of the furnace and heating the working fluid, and an upper side of the furnace. It is characterized in that it comprises a superheater (superheater) for heating the working fluid.

상기 터빈을 거쳐 상기 리큐퍼레이터로 보내진 상기 작동 유체는 상기 제1 압축기에서 압축된 상기 작동 유체와 열교환해 냉각된 후 상기 세퍼레이터로 보내지는 것을 특징으로 한다.The working fluid sent to the recuperator via the turbine is heat-exchanged with the working fluid compressed in the first compressor, cooled, and then sent to the separator.

상기 세퍼레이터를 통해 상기 쿨러로 분기된 상기 작동 유체는 상기 쿨러에서 냉각되어 상기 제1 압축기로 보내지고, 상기 세퍼레이터를 통해 상기 제2 압축기로 분기된 상기 작동 유체는 상기 제2 압축기에서 압축된 후 상기 이코노마이저로 보내지는 것을 특징으로 한다.The working fluid branched to the cooler through the separator is cooled in the cooler and sent to the first compressor, and the working fluid branched to the second compressor through the separator is compressed in the second compressor and then It is characterized by being sent to the economizer.

상기 제1 압축기를 거쳐 상기 리큐퍼레이터에서 복열되는 상기 작동 유체의 열교환 후 온도와, 상기 이코노마이저를 거친 상기 작동 유체의 온도가 같아지도록 상기 세퍼레이터에서 상기 제2 압축기로 분기되는 상기 작동 유체의 유량이 조절되는 것을 특징으로 한다.The flow rate of the working fluid branched from the separator to the second compressor such that the temperature after heat exchange of the working fluid recuperated in the recuperator via the first compressor and the temperature of the working fluid passed through the economizer are equal to each other. It is characterized by being adjusted.

상기 이코노마이저를 거쳐 가열된 상기 작동 유체와, 상기 제1 압축기를 거쳐 상기 리큐퍼레이터에서 복열된 상기 작동 유체를 혼합하는 믹서를 더 포함 한다.And a mixer for mixing the working fluid heated through the economizer and the working fluid reheated in the recuperator via the first compressor.

상기 믹서에서 혼합된 상기 작동 유체는 상기 리히터로 보내져 가열되는 것을 특징으로 한다.The working fluid mixed in the mixer is sent to the Richter and heated.

상기 리히터에서 가열된 상기 작동 유체는 상기 수퍼 히터로 보내져 가열된 후 상기 터빈으로 순환되는 것을 특징으로 한다.The working fluid heated in the Richter is sent to the super heater and heated and then circulated to the turbine.

본 발명의 일 실시 예에 따른 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 상변화가 없는 초임계 이산화탄소를 작동 유체로 이용하므로 열교환 효율을 향상시키는 효과가 있다. 또한, 두 개의 압축기를 설치해 각 압축기를 통과한 중온 및 고온의 작동 유체를 혼합해 직접 가열로에 공급함으로써 발전 시스템 전체의 에너지 효율을 향상시키는 효과가 있다.The supercritical carbon dioxide power generation system of the direct combustion type according to an embodiment of the present invention uses supercritical carbon dioxide without phase change as a working fluid, thereby improving heat exchange efficiency. In addition, by installing two compressors to mix the medium and high temperature working fluid passed through each compressor and directly supply to the heating furnace has the effect of improving the energy efficiency of the entire power generation system.

도 1은 일반적인 스팀 발전 시스템을 도시한 모식도,
도 2는 도 1에 따른 스팀 사이클의 엔트로피-온도 변화를 도시한 그래프,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도,
도 4는 도 3에 따른 초임계 이산화탄소 사이클의 엔트로피-온도 변화를 도시한 그래프,
도 5는 도 3에 따른 초임계 이산화탄소 사이클의 엔탈피-압력 변화를 도시한 그래프이다.1 is a schematic diagram showing a general steam power generation system,
2 is a graph showing the entropy-temperature change of the steam cycle according to FIG.
Figure 3 is a schematic diagram showing a supercritical carbon dioxide power generation system of the direct combustion type according to an embodiment of the present invention,
4 is a graph showing the entropy-temperature change of the supercritical carbon dioxide cycle according to FIG.
FIG. 5 is a graph showing the enthalpy-pressure change of the supercritical carbon dioxide cycle according to FIG. 3.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a supercritical carbon dioxide power generation system of a direct combustion type according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 작동 유체로 초임계 상태의 이산화탄소를 이용하며, 작동 유체를 발전 시스템 외부로 배출하지 않는 폐사이클(close cycle)로 구성된다.The supercritical carbon dioxide power generation system of the direct combustion type of the present invention utilizes carbon dioxide in a supercritical state as a working fluid, and is composed of a closed cycle that does not discharge the working fluid to the outside of the power generation system.

사이클 내의 초임계 이산화탄소 작동 유체(이하 작동 유체)는 압축기를 통과한 후 히터 등과 같은 열원을 통과하면서 가열되며, 충분히 가열된 작동 유체가 터빈을 구동시킨다. 터빈에는 발전기가 연결되어 전력을 생산한다. 전력의 생산에 이용된 작동 유체는 열교환기를 거치면서 냉각되며, 냉각된 작동 유체는 다시 압축기로 공급되어 사이클 내를 순환한다. 터빈이나 열교환기는 복수 개가 구비될 수 있다.The supercritical carbon dioxide working fluid (hereinafter working fluid) in the cycle is heated while passing through a compressor and then through a heat source such as a heater, and a sufficiently heated working fluid drives the turbine. The turbine is connected to a generator to produce power. The working fluid used for the production of power is cooled via a heat exchanger, and the cooled working fluid is fed back to the compressor and circulated in the cycle. A plurality of turbines or heat exchangers may be provided.

시스템 내에서 작동 유체가 흐르는 유로를 이송관이라고 정의하며, 이송관에서 별도로 분기되는 유로에 대해서는 별도의 명칭으로 정의하기로 한다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 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.A flow path through which working fluid flows in the system is defined as a transfer pipe, and a flow path branching separately from the transfer pipe is defined as a separate name. In addition, the supercritical carbon dioxide power generation system according to various embodiments of the present invention is not only a system in which all of the working fluid flowing in a cycle is in a supercritical state, but also a system in which most of the working fluid is in a supercritical state and the rest is subcritical. Used to include.

도 1은 일반적인 스팀 발전 시스템을 도시한 모식도이고, 도 2는 도 1에 따른 스팀 사이클의 엔트로피-온도 변화를 도시한 그래프이다.1 is a schematic diagram showing a general steam power generation system, Figure 2 is a graph showing the entropy-temperature change of the steam cycle according to FIG.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 스팀 발전 시스템은 석탄 등의 화석 연료를 퍼니스(60)로 공급하여 연소시키고, 퍼니스(60)에서 발생된 열에너지가 물을 스팀(steam)으로 상변화시켜 스팀 터빈(10)으로 공급해 전력을 생산한다. As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the steam power generation system supplies fossil fuel, such as coal, to the furnace 60 to burn, and thermal energy generated by the furnace 60 changes water into steam. Power is supplied to the steam turbine 10.

퍼니스(60) 내의 수퍼히터(Superheater, 과열기, 68)를 거친 스팀은 스팀 터빈(10)으로 전달되어 스팀 터빈(10)을 구동시킨다(도 2의 ①).The steam passing through the superheater (superheater) 68 in the furnace 60 is transferred to the steam turbine 10 to drive the steam turbine 10 (1 in Fig. 2).

스팀 터빈(10)을 통과한 스팀은 컨덴서(condenser, 응축기, 20)로 이송되어 냉각되고(도 2의 ②), 냉각된 물은 응축 펌프(30)에 의해 급수 가열기(Feed water heater, 40)로 보내진다. 스팀 터빈(10)에서 일부 추기된 스팀은 급수 가열기(40)로 일부 보내져 작동 유체인 물을 일차적으로 가열하는 역할을 한다.Steam passing through the steam turbine 10 is transferred to a condenser (condenser, condenser, 20) and cooled (2 in FIG. 2), the cooled water is fed water heater (Feed water heater) 40 by the condensation pump (30) Is sent to. Partly extracted steam from the steam turbine 10 is partially sent to the feed water heater 40 to serve to primarily heat water, which is a working fluid.

급수 가열기(40)로 유입된 물은 퍼니스 공급 펌프(50)에 의해 퍼니스(60)의 이코너마이저(Economizer, 절탄기, 62) 또는 연료 가스 쿨러로 보내진다.The water entering the feedwater heater 40 is sent by means of the furnace feed pump 50 to the economizer 62 of the furnace 60 or to the fuel gas cooler.

이코노마이저(62)는 퍼니스(60)의 배기단 쪽에 구비되며, 퍼니스(60)에서의 연료 연소 후 배기되는 배기 가스의 폐열을 이용해 급수를 가열해 기수 분리가 일어나는 드럼(64)으로 공급한다. The economizer 62 is provided on the exhaust end side of the furnace 60, and supplies water to the drum 64 where water is heated by using waste heat of the exhaust gas exhausted after fuel combustion in the furnace 60.

드럼(64)은 퍼니스(60) 내에 구비되며, 가열된 물이 상변화를 일으켜 물과 스팀이 분리되는 곳이다. 분리된 스팀은 수퍼 히터(68)를 거쳐 증기 터빈(10)으로 보내진다. 드럼(64) 내의 물은 퍼니스(60)의 연소단 상부에 구비된 리히터(reheater, 재열기, 66)로 보내져 가열된 뒤 다시 드럼(64)으로 보내진다(도 2의 ⑨).The drum 64 is provided in the furnace 60, where heated water causes a phase change and water and steam are separated. The separated steam is sent to steam turbine 10 via super heater 68. The water in the drum 64 is sent to a reheater 66 provided at the top of the combustion stage of the furnace 60, heated, and then sent back to the drum 64 (9 in FIG. 2).

퍼니스(60)의 배기 가스 배출부와 연료의 연소를 위한 공기가 유입되는 공기 유입부에는 에어 프리히터(air preheater, 69)가 구비되며, 배기 가스의 폐열을 이용해 퍼니스(60)로 유입되는 공기를 예열해 연소부로 보내는 역할을 한다. An air preheater 69 is provided at an exhaust gas discharge part of the furnace 60 and an air inlet part for introducing air for combustion of fuel, and air introduced into the furnace 60 using waste heat of the exhaust gas. Preheats and sends to the combustion unit.

도 2에 도시된 바와 같이, 스팀 터빈(10)의 팽창일을 최대화하기 위해 스팀 터빈(10)의 출구가 이상(2 phase) 영역에 존재해야 한다(도 2의 적색 1번 원 구간 참조). 이 구간의 습분(moisture)에 의한 손실이 많이 발생하므로 스팀 터빈(10)의 효율 제한이 필요하다(습분에 의한 손실은 스팀 터빈 팽창일 전체의 약 3% 정도로, 습분에 의한 손실이 10% 이상이면 수분 방울이 터빈을 때려 소재의 erosion이 발생하므로 10% 미만으로 유지해야 함).As shown in FIG. 2, the outlet of the steam turbine 10 should be in a two phase region in order to maximize the expansion day of the steam turbine 10 (see red circle 1 in FIG. 2). Since the loss caused by moisture in this section occurs a lot, it is necessary to limit the efficiency of the steam turbine 10 (the loss due to moisture is about 3% of the entire steam turbine expansion day, and the loss due to moisture is 10% or more. Water droplets hit the turbine and cause erosion of the material, which should be kept below 10%).

또한, 퍼니스(60)를 거치는 물은 이상(2 phase) 상태로 드럼(64)으로 투입되는데(도 2의 ③에서 ⑨ 구간), 분리된 물은 퍼니스로 재 순환된다. 작동 유체인 물이 증기로 상 변화를 거치는 동안 퍼니스(60)에서 계속 열 에너지가 공급되어야 하나, 이 에너지는 모두 상 변화에 사용되므로 작동 유체의 온도를 높이는데 사용되지 못한다(도 2의 적색 2번 직선 구간). 이때, 작동 유체의 포화 액체 상태(saturated liquid phase)에서 Pinch Point(온도 차이가 가장 작은 지점, 도 2의 적색 2번 원형 포인트)가 형성된다. 컨덴서(20)는 스팀 터빈(10) 출구의 이상(2 phase) 유체를 응축시켜 포화 액체 상태로 만드는 역할을 하므로, 응축을 위한 냉각원인 컨덴서(20)의 출구 지점에서 Pinch Point가 형성된다.In addition, the water passing through the furnace 60 is introduced into the drum 64 in an abnormal (two phase) state (section ⑨ in ③ of FIG. 2), and the separated water is recirculated to the furnace. The thermal energy must continue to be supplied from the furnace 60 while the working fluid, water, undergoes a phase change to steam, but this energy is used for the phase change and thus cannot be used to raise the temperature of the working fluid (red 2 in FIG. 2). Straight leg). At this time, the Pinch Point (the point with the smallest temperature difference, the red circle 2 in FIG. 2) is formed in the saturated liquid phase of the working fluid. Since the capacitor 20 serves to condense the two-phase fluid at the outlet of the steam turbine 10 into a saturated liquid state, a Pinch Point is formed at the outlet point of the condenser 20 which is a cooling source for condensation.

전술한 스팀 발전 시스템은 직접 가열로(Direct firing geater)인 퍼니스에 드럼이 설치되어 기수분리가 일어나므로 설계가 복잡한 문제가 있다. 또한, 전체 시스템의 효율을 높이기 위해 스팀 터빈의 팽창 중간의 스팀을 추기하여 급수 온도를 올려주어야 하므로 스팀 터빈의 설계가 복잡한 단점이 있다.The steam power generation system described above has a complicated design because drums are installed in a furnace that is a direct firing geater, and separation of water occurs. In addition, since the steam in the middle of the expansion of the steam turbine to increase the water supply temperature to increase the efficiency of the overall system, the design of the steam turbine has a complex disadvantage.

본 발명에서는 직접 가열로인 퍼니스를 초임계 이산화탄소 발전 시스템에 그대로 적용하되, 작동 유체를 물이 아닌 초임계 상태의 이산화탄소로 이용함으로써 발전 시스템 구성을 단순화시키고자 한다.In the present invention, the furnace, which is a direct heating furnace, is applied to the supercritical carbon dioxide power generation system as it is, but it is intended to simplify the construction of the power generation system by using the working fluid as supercritical carbon dioxide instead of water.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도이고, 도 4는 도 3에 따른 초임계 이산화탄소 사이클의 엔트로피-온도 변화를 도시한 그래프이며, 도 5는 도 3에 따른 초임계 이산화탄소 사이클의 엔탈피-압력 변화를 도시한 그래프이다.3 is a schematic diagram showing a supercritical carbon dioxide power generation system of a direct combustion type according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a graph showing the entropy-temperature change of the supercritical carbon dioxide cycle according to Figure 3, Figure 5 Is a graph showing the enthalpy-pressure change of the supercritical carbon dioxide cycle according to FIG. 3.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 직접 가열로인 퍼니스(500)가 구비된다(설명의 편의상 작동 유체가 흐르는 이송관에 번호를 표기하여 설명하기로 하며, 해당 번호는 도 3을 참조함). 퍼니스(500)에는 연료의 연소를 위해 유입되는 외부 공기를 배기 가스의 폐열을 회수해 예열하는 에어 프리히터(502)와, 배기 가스의 폐열을 회수하기 위한 이코노마이저(510)와, 작동 유체의 가열을 위해 연료가 연소되는 연소부 상측에 구비된 리히터(530)와, 퍼니스(500)의 상측에 구비되어 터빈(100)을 구동할 수 있을 정도로 작동 유체를 고온으로 가열하는 수퍼 히터(550, 570)가 구비된다.As shown in FIG. 3, the direct combustion type supercritical carbon dioxide power generation system according to an embodiment of the present invention is provided with a furnace 500 which is a direct heating furnace (for convenience of description, a number is given to a transfer pipe through which a working fluid flows). Notation will be described, and the corresponding numbers refer to FIG. 3). The furnace 500 includes an air preheater 502 for recovering and preheating the waste heat of the exhaust gas and the external air introduced for combustion of the fuel, an economizer 510 for recovering the waste heat of the exhaust gas, and a heating of the working fluid. In order to heat the working fluid to a temperature high enough to drive the turbine 100 is provided on the upper side of the furnace 500, the Richter 530 provided on the combustion unit for the fuel is combusted for the purpose of ) Is provided.

또한, 작동 유체를 팽창시키는 터빈(100)과, 작동 유체의 복열을 위한 리큐퍼레이터(300)와, 작동 유체의 압축을 위한 제1 압축기(200) 및 제2 압축기(600)와, 작동 유체의 냉각을 위한 쿨러(400)가 구비된다.In addition, the turbine 100 for expanding the working fluid, the recuperator 300 for recuperation of the working fluid, the first compressor 200 and the second compressor 600 for the compression of the working fluid, and the working fluid Cooler 400 is provided for cooling.

퍼니스(500)에서 고온으로 가열된 작동 유체는 터빈(100)으로 공급되어 터빈(100)을 회전 구동시킨다(①). 도면에 도시되지는 않았으나, 터빈(100)에는 발전기가 연결되어 전력을 생산한다. 터빈(100)을 통과하면서 팽창된 작동 유체는 리큐퍼레이터(300)로 보내지며(②), 리큐퍼레이터(300)에서 열교환된 작동 유체는 세퍼레이터(S1)로 보내진다(③). 세퍼레이터(S1)로 보내진 작동 유체의 일부(유량 m1)는 쿨러(400)로 보내져 냉각되고(④), 나머지(유량 m2)는 제2 압축기(600)로 보내진다(⑧). 리큐퍼레이터(300)에서 냉각된 작동 유체는 제1 압축기(200)로 보내진다(⑤). 제1 압축기(200)로 유입된 작동 유체는 압축되어 저온고압 상태가 되어 리큐퍼레이터(300)로 보내진다(⑥).The working fluid heated to a high temperature in the furnace 500 is supplied to the turbine 100 to drive the turbine 100 to rotate (①). Although not shown in the figure, the turbine 100 is connected to produce a power generator. The working fluid expanded while passing through the turbine 100 is sent to the recuperator 300 (2), and the working fluid heat-exchanged in the recuperator 300 is sent to the separator S1 (3). A part of the working fluid (flow rate m1) sent to separator S1 is sent to cooler 400, it cools (4), and the remainder (flow rate m2) is sent to 2nd compressor 600 (8). The working fluid cooled in the recuperator 300 is sent to the first compressor 200 (⑤). The working fluid introduced into the first compressor 200 is compressed to a low temperature and high pressure, and is sent to the recuperator 300 (6).

터빈(100)을 통과한 작동 유체는 쿨러(400)나 압축기 쪽을 순환하는 작동 유체에 비해 상대적으로 높은 온도를 가지므로(터빈으로 유입되는 작동 유체에 비해서는 낮은 온도이므로 중온의 작동 유체로 정의함) 터빈(100)에서 리큐퍼레이터(300)로 보내진 작동 유체는 리큐퍼레이터(300)에서 열을 빼앗겨 냉각되는데, 이때 냉각 유체의 열은 제1 압축기(200)를 통과한 작동 유체로 공급된다. 리큐퍼레이터(300)에서 냉각된 작동 유체가 세퍼레이터(S1)로 보내져 분기되며, 세퍼레이터(S1)에서 분기된 작동 유체는 쿨러(400) 및 제2 압축기(600)로 보내진다.The working fluid passing through the turbine 100 has a relatively high temperature compared to the working fluid circulating toward the cooler 400 or the compressor (because it is lower than the working fluid flowing into the turbine, it is defined as a medium working fluid). The working fluid sent from the turbine 100 to the recuperator 300 is deprived of heat from the recuperator 300 and cooled, wherein the heat of the cooling fluid is supplied to the working fluid passing through the first compressor 200. do. The working fluid cooled in the recuperator 300 is sent to the separator S1 and branched, and the working fluid branched in the separator S1 is sent to the cooler 400 and the second compressor 600.

제2 압축기(600)에서는 리큐퍼레이터(300)에서 냉각된 작동 유체의 일부를 압축해 온도와 압력을 상승시키며, 제2 압축기(600)에서 압축된 작동 유체는 퍼니스(500)의 이코노마이저(510)로 공급된다(⑨).The second compressor 600 compresses a part of the working fluid cooled in the recuperator 300 to increase the temperature and pressure, and the working fluid compressed in the second compressor 600 is the economizer 510 of the furnace 500. (⑨).

이코노마이저(510)에서 배기 가스로부터 회수한 폐열에 의해 가열된 작동 유체와, 제1 압축기(200)를 거쳐 리큐퍼레이터(300)에서 복열된 작동 유체는 믹서(M)에서 혼합된다.The working fluid heated by the waste heat recovered from the exhaust gas in the economizer 510 and the working fluid reheated in the recuperator 300 via the first compressor 200 are mixed in the mixer M. FIG.

믹서(M)는 퍼니스(500)의 외부에 구비되며, 믹서(M)에서 혼합된 작동 유체는 퍼니스(500)의 연소부 상측에 구비된 리히터(530)로 보내져 가열된다(⑪). 이코노마이저(510)와 리큐퍼레이터(300)에서 이미 한번 가열된 작동 유체를 리히터(530)로 보내 가열하므로 작동 유체의 가열 효율이 향상된다. 리히터(530)에서 가열된 작동 유체는 다시 퍼니스(500)의 상측에 있는 수퍼 히터(550, 570)로 보내지고(⑫), 수퍼 히터(550, 570)에서 터빈(100)을 구동할 수 있을 정도로 충분히 가열된 고온의 작동 유체는 터빈(100)으로 순환된다(⑬).The mixer M is provided outside the furnace 500, and the working fluid mixed in the mixer M is sent to the richer 530 provided above the combustion section of the furnace 500 and heated (⑪). The economizer 510 and the recuperator 300 heat the working fluid, which has already been heated once, to the Richter 530, thereby improving the heating efficiency of the working fluid. The working fluid heated in the Richter 530 is sent back to the super heaters 550, 570 above the furnace 500, and can drive the turbine 100 at the super heaters 550, 570. The hot working fluid heated to such an extent that it is circulated to the turbine 100.

전술한 구성의 초임계 이산화탄소 발전 사이클에서, 퍼니스(500)의 보호를 위한 출구 온도 제한치는 섭씨 약 450도이며, 퍼니스(500)로 공급되는 공기의 예열을 위한 배기 가스의 요구 온도는 섭씨 약 240도이다. 이러한 온도 조건을 고려할 때 작동 유체의 유량을 적절히 분배해 2개의 압축기를 활용하는 것은 시스템의 열교환 효율을 향상시키는데 큰 도움이 된다(퍼니스의 측면에서 보면 수퍼 히터가 구비된 부분이 퍼니스 내에서 가장 온도가 높은 부분이며, 이곳을 지나는 이송관 내부에 작동 유체가 흐르므로 작동 유체가 퍼니스의 고온부를 냉각시키는 역할을 한다. 작동 유체는 퍼니스의 고온부에서 열을 받아 가열되고 고온부는 열을 주고 냉각되므로 출구 온도 제한치를 맞출 수 있다).In the supercritical carbon dioxide power cycle of the above-described configuration, the outlet temperature limit for the protection of the furnace 500 is about 450 degrees Celsius, and the required temperature of the exhaust gas for preheating the air supplied to the furnace 500 is about 240 degrees Celsius. It is also. Given these temperature conditions, the use of two compressors by properly distributing the flow rate of the working fluid is a great help to improve the heat exchange efficiency of the system (from the furnace's side, the part with the super heater is the hottest in the furnace). Is a high part and the working fluid flows inside the conveying pipe through which the working fluid cools the hot part of the furnace.The working fluid receives heat from the hot part of the furnace and heats it. Temperature limits).

따라서 제1 압축기(200)를 거쳐 리큐퍼레이터(300)에서 복열되는 작동 유체의 열교환 후 온도(⑦에서의 온도)와, 이코노마이저(510)를 거친 작동 유체의 온도(⑩에서의 온도)가 같아지도록 세퍼레이터(S1)에서 제2 압축기(600)로 분기되는 작동 유체의 유량(m2)이 제어되는 것이 바람직하다.Therefore, after the heat exchange of the working fluid reheated by the recuperator 300 via the first compressor 200 (temperature at ⑦), the temperature of the working fluid via the economizer 510 (temperature at ⑩) is the same. It is preferable that the flow rate m2 of the working fluid branching from the separator S1 to the second compressor 600 is controlled.

전술한 초임계 이산화탄소 발전 사이클에서 작동 유체의 온도와 압력을 실 예를 들어 간단히 설명하면 다음과 같다.For example, the temperature and pressure of the working fluid in the aforementioned supercritical carbon dioxide power generation cycle will be briefly described as follows.

도 4에 도시된 바와 같이, 작동 유체는 섭씨 약 478도 내외로 수퍼 히터(550, 570)에서 배출되어 터빈(100)으로 유입될 수 있다. 터빈(100)을 통과하면서 작동 유체가 팽창되므로 작동 유체의 압력은 약 250bar에서 85bar로 낮아지고, 온도 역시 섭씨 약 363도로 낮아질 수 있다.As shown in FIG. 4, the working fluid may be discharged from the super heaters 550 and 570 to about 478 degrees Celsius and introduced into the turbine 100. As the working fluid expands as it passes through the turbine 100, the pressure of the working fluid may be lowered from about 250 bar to 85 bar, and the temperature may also be lowered to about 363 degrees Celsius.

리큐퍼레이터(300) 및 쿨러(400)를 거치면서 작동 유체의 압력은 유지되며, 열교환에 의해 온도는 섭씨 약 35도로 냉각될 수 있다. 그 후 제1 압축기(200)를 거치면서 작동 유체의 온도는 섭씨 약 74도, 250bar로 압력이 상승해 저온고압의 작동 유체가 된다. 또한, 제2 압축기(600)를 거친 작동 유체는 섭씨 약 193도에 250bar까지 상승될 수 있다. 제1 압축기(200)와 제2 압축기(600)에서 각각 압축된 작동 유체를 혼합해 이코노마이저(510)로 보냄으로써 작동 유체의 온도는 섭씨 약 334도까지 가열될 수 있다. 그 후 리히터(530) 및 수퍼 히터(550, 570)를 거치면서 섭씨 440도에서 섭씨 478도까지 가열되어 터빈(100)을 구동시킬 수 있을 정도로 충분히 가열된다.The pressure of the working fluid is maintained while passing through the recuperator 300 and the cooler 400, and the temperature may be cooled to about 35 degrees Celsius by heat exchange. Thereafter, the temperature of the working fluid is increased to about 74 degrees Celsius, 250 bar while passing through the first compressor 200, and the working fluid has a low temperature and high pressure. In addition, the working fluid passed through the second compressor 600 may be raised to 250 bar at about 193 degrees Celsius. The temperature of the working fluid may be heated to about 334 degrees Celsius by mixing the working fluid compressed in the first compressor 200 and the second compressor 600 to the economizer 510. Thereafter, the heater 530 is heated enough to drive the turbine 100 by being heated from 440 degrees Celsius to 478 degrees Celsius through the Richter 530 and the super heaters 550 and 570.

전술한 초임계 이산화탄소 발전 사이클에서 작동 유체의 온도에 따른 엔트로피 변화를 간단히 설명하면 다음과 같다.Brief description of the entropy change according to the temperature of the working fluid in the above-described supercritical carbon dioxide power generation cycle is as follows.

도 5를 참조하면, 초임계 이산화탄소를 작동 유체로 사용함으로써 도 2의 스팀 사이클 대비 터빈(100)의 팽창 구간(①②)이 좁고 상변화가 없어 상변화에 소요되는 열량을 작동 유체의 가열에 사용할 수 있으므로 시스템의 효율이 향상되는 효과가 있다. 또한, 고효율 시스템을 구성할 수 있으므로 소형 터빈을 제작할 수 있게 된다.Referring to FIG. 5, by using supercritical carbon dioxide as the working fluid, the expansion section (①②) of the turbine 100 is narrow and there is no phase change compared to the steam cycle of FIG. As a result, the efficiency of the system can be improved. In addition, it is possible to construct a high-efficiency system, so that a small turbine can be manufactured.

또한, 스팀 사이클과 달리 퍼니스(500)를 거치는 동안(⑫⑬)에도 상변화가 없으므로 투입된 열량이 모두 작동 유체의 온도를 높이는데 사용된다. 쿨러(400)를 거치는 구간(④⑤)에서도 작동 유체의 상변화가 없으므로 냉각원의 투입 온도와 최소 온도차를 갖는 설계가 가능하다. 이에 따라 작동 유체의 냉각 온도를 냉각원의 온도에 가깝게 설정할 수 있어 전체 사이클의 성능이 향상되는 효과가 있다.In addition, unlike the steam cycle, since there is no phase change during the furnace 500, the amount of heat input is used to increase the temperature of the working fluid. In the section (④⑤) passing through the cooler 400, there is no phase change of the working fluid, so a design having a minimum temperature difference with the input temperature of the cooling source is possible. Accordingly, the cooling temperature of the working fluid can be set close to the temperature of the cooling source, thereby improving the performance of the entire cycle.

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.An embodiment of the present invention described above and illustrated in the drawings should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention. The scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can improve and change the technical idea of the present invention in various forms. Therefore, as long as such improvements and modifications are obvious to those skilled in the art, they will fall within the scope of the present invention.

100: 터빈 200: 제1 압축기
300: 리큐퍼레이터 400: 쿨러
500: 퍼니스 600: 제2 압축기
S: 세퍼레이터 M: 믹서100: turbine 200: first compressor
300: recuperator 400: cooler
500: furnace 600: second compressor
S: Separator M: Mixer

Claims (20)

작동 유체에 의해 작동되는 터빈과,
상기 터빈을 거친 상기 작동 유체와 열교환하는 리큐퍼레이터와,
상기 리큐퍼레이터를 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키는 쿨러와,
상기 쿨러를 통과한 상기 작동 유체를 압축하는 제1 압축기와,
상기 리큐퍼레이터를 통과한 상기 작동 유체의 일부를 압축하는 제2 압축기와,
상기 제1 압축기 및 제2 압축기를 통과한 상기 작동 유체가 유입되어 연소 열에 의해 가열되는 퍼니스를 포함하고,
상기 작동 유체는 상기 퍼니스를 거쳐 상기 터빈으로 순환되며,
상기 작동 유체는 초임계 상태의 이산화탄소이고,
상기 퍼니스는 배기 가스의 배출단 쪽에 구비되어 상기 배기 가스의 폐열을 회수하는 이코노마이저와, 상기 퍼니스의 연소부 상측에 구비되어 상기 작동 유체를 가열하는 리히터(reheater)를 포함하고,
상기 제1 압축기에서 압축된 상기 작동 유체는 상기 리큐퍼레이터에서 상기 터빈을 거쳐 상기 리큐퍼레이터로 보내진 상기 작동 유체와 열교환해 복열된 후 상기 리히터로 보내지고,
상기 제2 압축기를 거친 상기 작동 유체는 상기 이코노마이저로 보내져 가열된 후 상기 리히터로 유입되는 것을 특징으로 하는 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템.A turbine operated by a working fluid,
A recuperator for exchanging heat with the working fluid passed through the turbine;
A cooler for cooling the working fluid that has passed through the recuperator;
A first compressor for compressing the working fluid passing through the cooler;
A second compressor for compressing a portion of the working fluid that has passed through the recuperator;
A furnace in which the working fluid passing through the first compressor and the second compressor is introduced and heated by combustion heat,
The working fluid is circulated through the furnace to the turbine,
The working fluid is supercritical carbon dioxide,
The furnace includes an economizer provided at the discharge end of the exhaust gas to recover waste heat of the exhaust gas, and a reheater provided at an upper side of the combustion section of the furnace to heat the working fluid.
The working fluid compressed in the first compressor is heat exchanged with the working fluid sent from the recuperator via the turbine to the recuperator, recuperated, and then sent to the Richter,
And the working fluid passing through the second compressor is sent to the economizer, heated, and then introduced into the Richter. 제1항에 있어서,
상기 리큐퍼레이터의 후단에 구비되어 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 상기 쿨러 및 상기 제2 압축기로 분기하는 세퍼레이터를 더 포함하는 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 1,
And a separator provided at a rear end of the recuperator to branch the working fluid passed through the turbine to the cooler and the second compressor. 제2항에 있어서,
상기 세퍼레이터를 통해 상기 쿨러로 분기된 상기 작동 유체는 상기 쿨러에서 냉각되어 상기 제1 압축기로 보내지는 것을 특징으로 하는 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 2,
The working fluid branched to the cooler through the separator is cooled in the cooler and sent to the first compressor. 제3항에 있어서,
상기 세퍼레이터를 통해 상기 제2 압축기로 분기된 상기 작동 유체는 상기 제2 압축기에서 압축된 후 상기 퍼니스로 보내지는 것을 특징으로 하는 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 3,
And the working fluid branched through the separator to the second compressor is compressed in the second compressor and then sent to the furnace. 제4항에 있어서,
상기 터빈을 거쳐 상기 리큐퍼레이터로 보내진 상기 작동 유체는 상기 제1 압축기에서 압축된 상기 작동 유체와 열교환해 냉각된 후 상기 세퍼레이터로 보내지는 것을 특징으로 하는 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 4, wherein
And the working fluid sent through the turbine to the recuperator is heat-exchanged with the working fluid compressed by the first compressor, cooled, and then sent to the separator. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 퍼니스는 상기 퍼니스의 상측에 구비되어 상기 작동 유체를 가열하는 수퍼 히터(superheater)를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 1,
The furnace comprises a superheater (superheater) is provided on the upper side of the furnace for heating the working fluid. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 이코노마이저를 거쳐 가열된 상기 작동 유체와, 상기 제1 압축기를 거쳐 상기 리큐퍼레이터에서 복열된 상기 작동 유체를 혼합하는 믹서를 더 포함하는 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 1,
And a mixer for mixing the working fluid heated via the economizer and the working fluid reheated in the recuperator via the first compressor. 제9항에 있어서,
상기 믹서에서 혼합된 상기 작동 유체는 상기 리히터로 보내져 가열되는 것을 특징으로 하는 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 9,
And the working fluid mixed in the mixer is sent to the Richter to be heated. 제10항에 있어서,
상기 리히터에서 가열된 상기 작동 유체는 상기 퍼니스의 상측에 구비되어 상기 작동 유체를 가열하는 수퍼 히터로 보내져 가열된 후 상기 터빈으로 순환되는 것을 특징으로 하는 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 10,
The working fluid heated in the Richter is provided on the upper side of the furnace is sent to a super heater for heating the working fluid is heated and circulated to the turbine, characterized in that the direct combustion type supercritical carbon dioxide power generation system. 작동 유체에 의해 작동되는 터빈과,
상기 터빈을 거친 상기 작동 유체와 열교환하는 리큐퍼레이터와,
상기 리큐퍼레이터를 통과한 상기 작동 유체를 냉각시키는 쿨러와,
상기 쿨러를 통과한 상기 작동 유체를 압축하는 제1 압축기와,
상기 리큐퍼레이터를 통과한 상기 작동 유체의 일부를 압축하는 제2 압축기와,
상기 제1 압축기 및 제2 압축기를 통과한 상기 작동 유체가 유입되어 연소 열에 의해 가열되는 퍼니스를 포함하고,
상기 작동 유체는 초임계 상태의 이산화탄소이고, 상기 터빈을 거쳐 상기 퍼니스에 이르는 사이클은 폐루프(close loop) 이고,
상기 퍼니스는 배기 가스의 배출단 쪽에 구비되어 상기 배기 가스의 폐열을 회수하는 이코노마이저와, 상기 퍼니스의 연소부 상측에 구비되어 상기 작동 유체를 가열하는 리히터(reheater)를 포함하고,
상기 제1 압축기에서 압축된 상기 작동 유체는 상기 리큐퍼레이터에서 상기 터빈을 거쳐 상기 리큐퍼레이터로 보내진 상기 작동 유체와 열교환해 복열된 후 상기 리히터로 보내지고,
상기 제2 압축기를 거친 상기 작동 유체는 상기 이코노마이저로 보내져 가열된 후 상기 리히터로 유입되는 것을 특징으로 하는 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템.A turbine operated by a working fluid,
A recuperator for exchanging heat with the working fluid passed through the turbine;
A cooler for cooling the working fluid that has passed through the recuperator;
A first compressor for compressing the working fluid passing through the cooler;
A second compressor for compressing a portion of the working fluid that has passed through the recuperator;
A furnace in which the working fluid passing through the first compressor and the second compressor is introduced and heated by combustion heat,
The working fluid is supercritical carbon dioxide, and the cycle from the turbine to the furnace is in a closed loop,
The furnace includes an economizer provided at the discharge end of the exhaust gas to recover waste heat of the exhaust gas, and a reheater provided at an upper side of the combustion section of the furnace to heat the working fluid.
The working fluid compressed in the first compressor is heat exchanged with the working fluid sent from the recuperator via the turbine to the recuperator, recuperated, and then sent to the Richter,
And the working fluid passing through the second compressor is sent to the economizer, heated, and then introduced into the Richter. 제12항에 있어서,
상기 리큐퍼레이터의 후단에 구비되어 상기 터빈을 통과한 상기 작동 유체를 상기 쿨러 및 상기 제2 압축기로 분기하는 세퍼레이터를 더 포함하는 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 12,
And a separator provided at a rear end of the recuperator to branch the working fluid passed through the turbine to the cooler and the second compressor. 제13항에 있어서,
상기 퍼니스는 상기 퍼니스의 상측에 구비되어 상기 작동 유체를 가열하는 수퍼 히터(superheater)를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 13,
The furnace comprises a superheater (superheater) is provided on the upper side of the furnace for heating the working fluid. 제14항에 있어서,
상기 터빈을 거쳐 상기 리큐퍼레이터로 보내진 상기 작동 유체는 상기 제1 압축기에서 압축된 상기 작동 유체와 열교환해 냉각된 후 상기 세퍼레이터로 보내지는 것을 특징으로 하는 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 14,
And the working fluid sent through the turbine to the recuperator is heat-exchanged with the working fluid compressed by the first compressor, cooled, and then sent to the separator. 제15항에 있어서,
상기 세퍼레이터를 통해 상기 쿨러로 분기된 상기 작동 유체는 상기 쿨러에서 냉각되어 상기 제1 압축기로 보내지고, 상기 세퍼레이터를 통해 상기 제2 압축기로 분기된 상기 작동 유체는 상기 제2 압축기에서 압축된 후 상기 이코노마이저로 보내지는 것을 특징으로 하는 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 15,
The working fluid branched to the cooler through the separator is cooled in the cooler and sent to the first compressor, and the working fluid branched to the second compressor through the separator is compressed in the second compressor and then Direct combustion type supercritical carbon dioxide power generation system characterized by being sent to the economizer. 제16항에 있어서,
상기 제1 압축기를 거쳐 상기 리큐퍼레이터에서 복열되는 상기 작동 유체의 열교환 후 온도와, 상기 이코노마이저를 거친 상기 작동 유체의 온도가 같아지도록 상기 세퍼레이터에서 상기 제2 압축기로 분기되는 상기 작동 유체의 유량이 조절되는 것을 특징으로 하는 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 16,
The flow rate of the working fluid branched from the separator to the second compressor such that the temperature after heat exchange of the working fluid recuperated in the recuperator via the first compressor and the temperature of the working fluid passed through the economizer are the same Supercritical carbon dioxide power generation system of the direct combustion type, characterized in that it is regulated. 제17항에 있어서,
상기 이코노마이저를 거쳐 가열된 상기 작동 유체와, 상기 제1 압축기를 거쳐 상기 리큐퍼레이터에서 복열된 상기 작동 유체를 혼합하는 믹서를 더 포함하는 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 17,
And a mixer for mixing the working fluid heated via the economizer and the working fluid reheated in the recuperator via the first compressor. 제18항에 있어서,
상기 믹서에서 혼합된 상기 작동 유체는 상기 리히터로 보내져 가열되는 것을 특징으로 하는 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 18,
And the working fluid mixed in the mixer is sent to the Richter to be heated. 제19항에 있어서,
상기 리히터에서 가열된 상기 작동 유체는 상기 수퍼 히터로 보내져 가열된 후 상기 터빈으로 순환되는 것을 특징으로 하는 직접 연소 타입의 초임계 이산화탄소 발전 시스템.The method of claim 19,
And the working fluid heated in the Richter is sent to the super heater, heated and circulated to the turbine.
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