KR102127960B1 - System and Method for Liquid Air Evaporation with Industrial Plant - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산업 플랜트에 액화공기 재기화 시스템을 연계하여, 산업 플랜트로부터 단계적으로 열원을 회수하여 전력을 생산하고, 생산된 전력은 산업 플랜트에서 사용함으로써 에너지 효율을 개선할 수 있는 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 시스템은, 재기화 공기를 이용하여 전력을 생산하는 터빈-발전기; 상기 터빈-발전기를 포함하며, 액체공기를 재기화시켜 전력을 생산하는 액체공기 재기화 장치; 원료를 가열하는 예열탑; 상기 가열에 의해 생성된 제품을 상기 터빈-발전기로부터 배출되는 저온의 압축공기의 냉열을 이용하여 냉각시키는 냉각기; 상기 예열탑 및 냉각기를 포함하며, 원료의 가열 및 냉각 공정을 포함하여 제품을 생산하는 제품 생산 플랜트; 및 작동유체를 이용하여 전력을 생산하는 작동유체 터빈-발전기를 포함하여, 추가 전력을 생산하는 랭킨 사이클;을 포함하고, 상기 랭킨 사이클은, 상기 작동유체 터빈-발전기로 공급할 작동유체를, 상기 예열탑으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 기화시키는 작동유체 가열기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
The present invention connects a liquefied air regasification system to an industrial plant, recovers heat sources step by step from an industrial plant to produce power, and uses the produced power in an industrial plant to liquefy it in connection with an industrial plant that can improve energy efficiency. It relates to an air regasification system and method.
A liquefied air regasification system in connection with an industrial plant according to the present invention includes a turbine-generator for generating electric power using regasification air; A liquid air regasification device including the turbine-generator and revaporizing liquid air to produce electric power; A preheating tower for heating the raw materials; A cooler that cools the product produced by the heating using cold heat of compressed air at a low temperature discharged from the turbine-generator; A product production plant including the preheating tower and a cooler, and producing a product including a heating and cooling process of a raw material; And a working fluid turbine-generator for generating electric power using a working fluid, the Rankine cycle for generating additional power, wherein the Rankine cycle comprises: preheating the working fluid to be supplied to the working fluid turbine-generator. It characterized in that it further comprises a; working fluid heater to vaporize by using the waste heat of the exhaust gas discharged from the tower.

Figure R1020180131765
Figure R1020180131765

Description

산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 시스템 및 방법 {System and Method for Liquid Air Evaporation with Industrial Plant}{System and Method for Liquid Air Evaporation with Industrial Plant}

본 발명은 산업 플랜트에 액화공기 재기화 시스템을 연계하여, 산업 플랜트로부터 단계적으로 열원을 회수하여 전력을 생산하고, 생산된 전력은 산업 플랜트에서 사용함으로써 에너지 효율을 개선할 수 있는 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention connects a liquefied air regasification system to an industrial plant, and recovers heat sources step by step from an industrial plant to produce power, and the generated power is used in an industrial plant to liquefy it in connection with an industrial plant that can improve energy efficiency. It relates to an air regasification system and method.

산업 플랜트는 다양한 산업 분야에서 전력, 석유, 시멘트 등 다양한 산업 제품을 생산할 수 있는 단위 공장이다. 산업 플랜트에서는 가열 공정이 동반되므로 거의 필수적으로 폐열이 발생한다. 과거에는 산업 플랜트에서 생산되는 폐열을 그대로 대기 중에 방출하였으나, 근래에는 이 버려지는 폐열을 회수하여 사용함으로써 에너지 효율도 높이고 환경 오염도 방지할 수 있는 노력이 이어지고 있다. Industrial plants are unit plants that can produce various industrial products such as power, oil, and cement in various industries. In an industrial plant, a heating process is accompanied, so that almost all of the waste heat is generated. In the past, waste heat produced by industrial plants was released into the atmosphere, but in recent years, efforts have been made to increase energy efficiency and prevent environmental pollution by recovering and using this waste heat.

다양한 산업 플랜트 중에서, 예를 들어 시멘트를 생산하는 시멘트 생산 플랜트는, 석회석을 주원료로 하는 혼합 원료를 소성하여 중간 제품인 클링커(clinker)를 생산하는 공정과 클링커에 석고 등 첨가제를 혼합하여 최종 제품인 시멘트를 생산하는 공정을 포함한다. Among various industrial plants, for example, a cement production plant that produces cement is a process of producing a clinker, an intermediate product by firing a mixed raw material containing limestone as a main raw material, and a cement, which is a final product, by mixing additives such as plaster on the clinker. It includes the production process.

시멘트 생산 플랜트의 클링커 생산 공정에서는 광범위한 온도 범위의 폐열이 발생하며, 약 20% ~ 30%의 폐열이 대기중으로 방출된다. In the clinker production process of the cement production plant, waste heat in a wide temperature range is generated, and about 20% to 30% of the waste heat is released into the atmosphere.

기존에도 클링커 생산 공정에서 발생하는 배기가스의 폐열을 회수하여 플랜트 에너지 효율을 개선하는 몇몇 방안이 제안되어 왔다. 기존의 시멘트 생산 플랜트의 열원 회수 방안은, 킬른으로부터의 배기 열원을 직접 이용하여 전력을 생산하는 방식이 대부분이다. 따라서, 기존의 방안들은 킬른(kiln)으로부터 고온의 열원을 회수하기 위해서 냉각 설비 등 추가적인 설비가 필요하다. Several methods have been proposed to improve plant energy efficiency by recovering waste heat from the exhaust gas generated in the clinker production process. Most of the methods for recovering the heat source of the existing cement production plant generate electricity by directly using the exhaust heat source from the kiln. Therefore, the existing methods require additional facilities such as a cooling facility to recover a high temperature heat source from the kiln.

또한, 산업 플랜트의 폐열은 부하 변동에 따라 열원의 공급 온도 범위가 넓어 단순 증기 발전에는 적용하기가 어렵고, 효율이 낮다. In addition, the waste heat of industrial plants is difficult to apply to simple steam power generation due to the wide supply temperature range of the heat source according to the load fluctuation, and the efficiency is low.

게다가 국내 시멘트 생산 플랜트는 그 특성상 가동률이 대략 70% ~ 30%로, 지속적으로 운영되지 않는다.Moreover, due to the nature of domestic cement production plants, the utilization rate is approximately 70% to 30%, and is not continuously operated.

즉, 이와 같이 광범위한 온도 범위의 폐열이 발생하고, 가동률이 일정하지 않은 시멘트 생산 플랜트의 특성을 고려하여, 폐열을 효율적으로 활용하기 위한 방안의 개발이 필요하다.That is, it is necessary to develop a method for efficiently utilizing the waste heat in consideration of the characteristics of a cement production plant in which a wide range of temperature is generated and the utilization rate is not constant.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 시멘트 생산 플랜트 등 산업 플랜트에 액체공기 재기화 장치를 연계하여, 추가적인 설비 없이도 산업 플랜트로부터 열원을 회수하고, 산업 플랜트로부터의 넓은 범위의 열원을 효과적으로 회수할 수 있는, 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 시스템 및 방법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention is to solve such a problem, and by linking a liquid air regasification apparatus to an industrial plant such as a cement production plant, it is possible to recover a heat source from an industrial plant without additional equipment and effectively recover a wide range of heat sources from the industrial plant. It aims to provide a system and method for recovering liquefied air in connection with industrial plants that can be recovered.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 재기화 공기를 이용하여 전력을 생산하는 터빈-발전기; 상기 터빈-발전기를 포함하며, 액체공기를 재기화시켜 전력을 생산하는 액체공기 재기화 장치; 원료를 가열하는 예열탑; 상기 가열에 의해 생성된 제품을 상기 터빈-발전기로부터 배출되는 저온의 압축공기의 냉열을 이용하여 냉각시키는 냉각기; 상기 예열탑 및 냉각기를 포함하며, 원료의 가열 및 냉각 공정을 포함하여 제품을 생산하는 제품 생산 플랜트; 및 작동유체를 이용하여 전력을 생산하는 작동유체 터빈-발전기를 포함하여, 추가 전력을 생산하는 랭킨 사이클;을 포함하고, 상기 랭킨 사이클은, 상기 작동유체 터빈-발전기로 공급할 작동유체를, 상기 예열탑으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 기화시키는 작동유체 가열기;를 더 포함하는, 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 시스템이 제공된다. According to an aspect of the present invention for achieving the above object, a turbine-generator for generating power using regasification air; A liquid air regasification device including the turbine-generator and revaporizing liquid air to produce electric power; A preheating tower for heating the raw materials; A cooler that cools the product produced by the heating using cold heat of compressed air at a low temperature discharged from the turbine-generator; A product production plant including the preheating tower and a cooler, and producing a product including a heating and cooling process of a raw material; And a working fluid turbine-generator for generating electric power using a working fluid, the Rankine cycle for generating additional power, wherein the Rankine cycle comprises: preheating the working fluid to be supplied to the working fluid turbine-generator. Provided is a liquefied air regasification system in connection with an industrial plant, further comprising: a working fluid heater that vaporizes using waste heat of exhaust gas discharged from the tower.

바람직하게는, 상기 예열탑과 작동유체 가열기를 연결하고, 상기 예열탑으로부터 배기가스를 작동유체 가열기로 이송하는 배기라인; 및 상기 터빈-발전기와 냉각기를 연결하고, 상기 터빈-발전기로부터 압축공기를 냉각기로 이송하는 공기라인;을 포함할 수 있다. Preferably, an exhaust line connecting the preheating tower and the working fluid heater, and transferring exhaust gas from the preheating tower to the working fluid heater; And an air line connecting the turbine-generator and the cooler and transferring compressed air from the turbine-generator to the cooler.

바람직하게는, 상기 작동유체 가열기에서 작동유체를 기화시키면서 폐열이 회수된 예열탑 배기가스를 작동유체 가열기로부터 배출시키는 유인 송풍기;를 더 포함할 수 있다.Preferably, while the vaporized working fluid in the working fluid heater while the waste heat is recovered, the preheating tower exhaust gas is discharged from the working fluid heater may further include;

바람직하게는, 상기 랭킨 사이클은, 상기 작동유체 터빈-발전기로부터 배출되는 작동유체를 응축시키는 복수기; 및 상기 복수기에서 응축된 작동유체를 압축하고 상기 작동유체 가열기로 순환시키는 작동유체 펌프;를 더 포함할 수 있다.Preferably, the Rankine cycle comprises: a condenser condensing the working fluid discharged from the working fluid turbine-generator; And a working fluid pump for compressing the working fluid condensed in the condenser and circulating the working fluid heater.

바람직하게는, 상기 랭킨 사이클은, 상기 냉각기로부터 제품을 냉각시키고 배출되는 압축공기를 이용하여, 상기 작동유체 가열기에서 기화되어 상기 작동유체 터빈-발전기로 공급되는 작동유체를 더 가열시키는 제2 작동유체 가열기; 및 상기 냉각기와 제2 작동유체 가열기를 연결하며, 상기 냉각기로부터 배출되는 압축공기를 상기 제2 작동유체 가열기로 이송하는 제1 공기 배출라인;을 더 포함할 수 있다.Preferably, the Rankine cycle is a second working fluid that further heats a working fluid vaporized in the working fluid heater and supplied to the working fluid turbine-generator using compressed air that cools and discharges the product from the cooler. Heater; And a first air discharge line connecting the cooler and the second working fluid heater, and transferring compressed air discharged from the cooler to the second working fluid heater.

바람직하게는, 상기 액체공기 재기화 장치는, 상기 터빈-발전기로 공급되는 압축공기를 가열하는 가열기; 및 상기 작동유체 터빈-발전기의 중간단으로부터 상기 가열기로 연결되는 작동유체 회수라인;을 더 포함하여, 상기 작동유체 터빈-발전기의 중간단으로부터 배출된 작동유체를, 상기 가열기에서 압축공기를 가열하는 열원으로 공급할 수 있다.Preferably, the liquid air regasifier comprises: a heater that heats compressed air supplied to the turbine-generator; And a working fluid recovery line connected from the intermediate end of the working fluid turbine-generator to the heater, further including the working fluid discharged from the intermediate end of the working fluid turbine-generator to heat compressed air in the heater. It can be supplied as a heat source.

바람직하게는, 상기 작동유체 회수라인은, 상기 가열기로부터 상기 복수기로 더 연결되며, 상기 가열기에서 압축공기를 가열시킨 후 배출되는 작동유체를 상기 복수기로 회수할 수 있다.Preferably, the working fluid recovery line is further connected to the condenser from the heater, and the working fluid discharged after heating compressed air in the heater can be recovered to the condenser.

바람직하게는, 상기 랭킨 사이클은 증기를 작동유체로 하는 증기 랭킨 사이클일 수 있다.Preferably, the Rankine cycle may be a steam Rankine cycle using steam as a working fluid.

바람직하게는, 상기 액체공기 재기화 장치는, 상기 터빈-발전기로 공급되는 압축공기를 가열하는 가열기;를 더 포함하고, 상기 냉각기와 가열기를 연결하며, 상기 냉각기로부터 배출되는 고온의 압축공기를, 상기 터빈-발전기로 공급되는 압축공기를 가열하는 열원으로서 공급하는 제2 공기 배출라인;을 더 포함할 수 있다.Preferably, the liquid air regasification apparatus further includes a heater for heating compressed air supplied to the turbine-generator, connecting the cooler with the heater, and hot compressed air discharged from the cooler, It may further include; a second air discharge line for supplying as a heat source for heating the compressed air supplied to the turbine-generator.

바람직하게는, 상기 냉각기로부터 배출되는 압축공기를 상기 배기라인을 통해 작동유체 가열기로 이송되는 예열탑 배기가스 흐름에 합류시키는 냉각기 배기라인;을 더 포함할 수 있다.Preferably, a cooler exhaust line for condensing compressed air discharged from the cooler into a preheating tower exhaust gas flow transferred to the working fluid heater through the exhaust line.

바람직하게는, 상기 랭킨 사이클은 작동유체가 유기화합물인 유기 랭킨 사이클일 수 있다.Preferably, the Rankine cycle may be an organic Rankine cycle in which the working fluid is an organic compound.

바람직하게는, 상기 냉각기로부터 배출되는 압축공기의 온도는, 상기 예열탑으로부터 배출되는 배기가스의 온도보다 낮을 수 있다.Preferably, the temperature of the compressed air discharged from the cooler may be lower than the temperature of the exhaust gas discharged from the preheating tower.

바람직하게는, 상기 액체공기 재기화 장치 및 랭킨 사이클에서 생산된 전력은 상기 제품 생산 플랜트에서 사용될 수 있다.Preferably, the liquid air regasifier and the power produced in the Rankine cycle can be used in the product production plant.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 액체공기를 재기화시켜 터빈을 구동시킴으로써 전력을 생산하는 액체공기 재기화 공정; 원료를 가열 및 냉각시켜 제품을 생산하는 제품 생산 공정; 및 순환하는 작동유체를 기화시켜 터빈을 구동시킴으로써 전력을 생산하는 랭킨 사이클 공정;을 포함하며, 상기 제품 생산 공정의 가열 공정에서 배출되는 배기가스의 폐열은, 상기 랭킨 사이클에서 작동유체를 기화시키는 열원으로 공급하고, 상기 액체공기 재기화 공정에서 배출되는 압축공기의 폐열은, 상기 제품 생산 공정의 냉각공정의 냉열로 공급하는, 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention for achieving the above object, a liquid air regasification process for generating electric power by revaporizing liquid air to drive a turbine; A product production process for producing products by heating and cooling raw materials; And a Rankine cycle process for generating power by vaporizing the circulating working fluid to drive a turbine, wherein waste heat of exhaust gas discharged from the heating process of the product production process is a heat source for vaporizing the working fluid in the Rankine cycle. It is provided, and the waste heat of the compressed air discharged from the liquid air regasification process is supplied as a cooling heat of the cooling process of the product production process.

바람직하게는, 상기 제품 생산 공정의 냉각공정으로부터 배출되는 폐열은, 액체공기 재기화 공정에서 액체공기를 재기화시키는 열원으로서 직접 또는 간접적으로 공급할 수 있다.Preferably, the waste heat discharged from the cooling process of the product production process may be supplied directly or indirectly as a heat source for regasifying the liquid air in the liquid air regasification process.

바람직하게는, 상기 제품 생산 공정의 냉각공정으로부터 배출되는 폐열은, 상기 랭킨 사이클의 터빈으로 공급하는 작동유체를 가열하는 열원으로 공급할 수 있다.Preferably, the waste heat discharged from the cooling process of the product production process may be supplied as a heat source for heating the working fluid supplied to the turbine of the Rankine cycle.

바람직하게는, 상기 랭킨 사이클의 터빈의 중간단으로부터 배출되는 작동유체의 일부를 추기하여 상기 액체공기 재기화 공정의 터빈으로 공급하는 재기화 공기를 가열하는 열원으로 공급할 수 있다.Preferably, a portion of the working fluid discharged from the intermediate stage of the turbine of the Rankine cycle may be additionally supplied to a heat source for heating the regasification air supplied to the turbine of the liquid air regasification process.

바람직하게는, 상기 재기화 공기를 가열시키면서 온도가 낮아진 작동유체를 응축시키고, 응축된 작동유체는 기화시켜 상기 랭킨 사이클의 터빈으로 재순환시킬 수 있다.Preferably, while the regasification air is heated, the working fluid whose temperature is lowered is condensed, and the condensed working fluid is vaporized to be recycled to the turbine of the Rankine cycle.

바람직하게는, 상기 제품 생산 공정의 냉각공정으로부터 배출되는 폐열 중 일부는, 상기 랭킨 사이클에서 작동유체를 기화시키는 열원으로 공급할 수 있다.Preferably, some of the waste heat discharged from the cooling process of the product production process may be supplied as a heat source for vaporizing the working fluid in the Rankine cycle.

바람직하게는, 상기 액체공기 재기화 공정 및 랭킨 사이클 공정에서 생산한 전력은 상기 제품 생산 공정에서 사용할 수 있다.Preferably, the electric power produced in the liquid air regasification process and the Rankine cycle process can be used in the product production process.

본 발명에 따른 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 시스템 및 방법은, 대기에서 유입한 청정 공기를 액화시켜 액화공기를 얻고, 에너지 밀도가 높은 액화공기를 재기화하면서 추가 전력을 생산할 수 있다. 따라서, 대기오염 물질이 발생하지 않는 친환경 설비를 제공할 수 있다. The liquefied air regasification system and method associated with the industrial plant according to the present invention can produce additional power while liquefying clean air introduced from the atmosphere to obtain liquefied air and regasifying liquefied air with high energy density. Therefore, it is possible to provide an environmentally friendly facility that does not generate air pollutants.

또한, 액화공기를 재기화시킨 후의 압축 공기를 플랜트 폐열 회수에 활용함으로써, 열원 회수를 위한 추가 설비를 구비하지 않아도 되므로, 추가 설비의 설치 및 운영비용을 절감할 수 있다. In addition, by utilizing compressed air after regasifying the liquefied air to recover waste heat from the plant, it is not necessary to provide additional facilities for heat source recovery, thereby reducing installation and operation costs of additional facilities.

또한, 랭킨 사이클을 이용하여 플랜트 폐열로 전력을 생산하므로 종래 기술에 비해 적용이 용이하고 전력 생산 효율을 개선할 수 있다.In addition, since the power is generated from the waste heat of the plant using the Rankine cycle, it is easier to apply and improve the power production efficiency compared to the prior art.

또한, 플랜트로부터 발생하는 다양한 온도 범위의 폐열을 단계적으로 회수함으로써, 전력 생산까지 이어지는 초기 가동 시간을 단축시킬 수 있다. In addition, by gradually recovering the waste heat in various temperature ranges generated from the plant, it is possible to shorten the initial uptime leading to power generation.

또한, 폐열을 효과적으로 활용하여 대기로 방출되는 폐열을 최소화할 수 있다.In addition, it is possible to effectively utilize waste heat to minimize waste heat released into the atmosphere.

또한, 플랜트 운영 중에 발생하는 폐열을 이용하여 전력을 생산하고, 생산된 전력을 플랜트 운영에 사용함으로써, 플랜트 제품 생산 단가를 절감할 수 있다. In addition, it is possible to reduce the production cost of plant products by generating power using waste heat generated during plant operation and using the generated power for plant operation.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
1 is a schematic view showing a liquefied air regasification system in connection with an industrial plant according to a first embodiment of the present invention.
2 is a schematic view showing a liquefied air regasification system in connection with an industrial plant according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the operational advantages of the present invention and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the contents described in the accompanying drawings, which illustrate preferred embodiments of the present invention.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration and operation of the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, when adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are denoted by the same reference numerals as much as possible even though they are displayed on different drawings. In addition, the following examples may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예들에 따른 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 시스템 및 방법을 설명하기로 한다. Hereinafter, a liquefied air regasification system and method in connection with an industrial plant according to embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

후술하는 본 발명의 일 실시예들에서 산업 플랜트는, 시멘트 생산 플랜트인 것을 예로 들어 설명하기로 한다. In one embodiment of the present invention to be described later, the industrial plant will be described as an example that it is a cement production plant.

먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 시스템 및 방법을 설명한다. First, with reference to FIG. 1, a liquefied air regasification system and method in connection with an industrial plant according to a first embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 제1 실시예에 따른 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 시스템은, 액체공기 저장 장치; 시멘트 생산 플랜트(200); 및 랭킨 사이클(300);을 포함한다. Liquefied air regasification system in connection with an industrial plant according to a first embodiment of the present invention, a liquid air storage device; Cement production plant 200; And Rankine cycle 300.

본 실시예의 액체공기 저장 장치는, 공기를 액화시켜 액체 상태로 저장하는 공기 액화 장치(미도시); 및 액체 공기를 재기화시키고, 재기화된 기체 공기를 이용하여 전력을 생산하는 액체공기 재기화 장치(100);를 포함한다. The liquid air storage device of this embodiment includes: an air liquefaction device (not shown) that liquefies air and stores it in a liquid state; And a liquid air regasification apparatus 100 for regasifying liquid air and generating electric power using the regasified gas air.

도면에 도시하지는 않았지만, 공기 액화 장치는, 외부로부터 유입된 공기를 압축시키는 공기 압축기(미도시); 압축된 공기를 열교환에 의해 냉각(액화)시키는 주 열교환기(미도시); 주 열교환기에서 액화된 공기를 감압시키는 감압밸브(미도시); 및 액화된 공기를 저장하는 액체공기 저장탱크(101);를 포함할 수 있다. Although not shown in the drawing, the air liquefaction apparatus includes: an air compressor (not shown) for compressing air introduced from the outside; A main heat exchanger (not shown) that cools (liquefies) the compressed air by heat exchange; A pressure reducing valve (not shown) for depressurizing the liquefied air in the main heat exchanger; And a liquid air storage tank 101 for storing liquefied air.

공기 압축기는, 상온 및 상압 조건으로 공급되는 공기를 다단계에 걸쳐 목표 압력, 예를 들어 약 100 bar 이상으로 압축시킬 수 있도록 다수개의 압축부를 포함하는 다단 압축기로 구성될 수 있다. 본 실시예에서 공기 압축기는, 3개의 압축부를 포함하여 3단계에 걸쳐 기체 공기를 압축시키는 3단 압축기일 수 있다. The air compressor may be configured as a multi-stage compressor including a plurality of compression units to compress air supplied at room temperature and pressure to a target pressure, for example, about 100 bar or more over multiple stages. In the present embodiment, the air compressor may be a three-stage compressor that compresses gaseous air over three stages, including three compression units.

또한, 각 압축기 후단에는, 압축 과정에서 온도가 상승한 기체 공기를 중간 냉각시키는 인터쿨러(미도시)가 각각 설치될 수 있다. In addition, an intercooler (not shown) for intermediately cooling the gas air whose temperature has increased during the compression process may be installed at the rear end of each compressor.

공기 압축기에서 압축된 압축 공기는 주 열교환기로 도입되어, 열교환에 의해 액화되며, 예를 들어, 압축 공기는 열교환에 의해 약 -184℃까지 냉각되면서 적어도 일부는 액체 상태가 될 수 있다. Compressed air compressed in the air compressor is introduced into the main heat exchanger and liquefied by heat exchange, for example, compressed air is cooled to about -184°C by heat exchange, and at least a portion of the liquid can be liquid.

감압밸브는, 주 열교환기에서 적어도 일부가 액화된 압축 공기를 액체공기 저장탱크(101)의 저장 압력까지 감압시킬 수 있다. 본 실시예에서 감압밸브는, 팽창밸브 또는 줄-톰슨 밸브 또는 팽창기 등 팽창수단일 수 있으며, 적어도 일부가 액화된 압축 공기를 단열팽창시킴으로써, 줄-톰슨 효과에 의해 공기의 온도는 더 낮아질 수 있다. 따라서, 공기의 액화 수율 및 저장성을 높일 수 있다. 예를 들어, 주 열교환기에서 약 -184℃까지 온도가 낮아진 압축 공기는 감압밸브를 통과하면서 -190℃ 이하로 온도가 낮아질 수 있다.The pressure reducing valve may reduce compressed air liquefied at least partially in the main heat exchanger to the storage pressure of the liquid air storage tank 101. In this embodiment, the pressure reducing valve may be an expansion means such as an expansion valve or a Joule-Thomson valve or an expander, and at least a portion of the liquefied compressed air is thermally expanded, so that the temperature of the air can be lowered by the Joule-Thomson effect . Therefore, it is possible to increase the liquefaction yield and storage properties of air. For example, in the main heat exchanger, compressed air whose temperature is lowered to about -184°C may be lowered to -190°C or less while passing through the pressure reducing valve.

액체공기 저장탱크(101)는, 공기 액화 장치를 통과하면서 액화된 액체공기를 저장하고, 액체공기가 극저온(예를 들어 약 -190℃ 이하)을 유지하면서 액체 상태로 저장되어 있을 수 있도록 단열처리된 것일 수 있다.The liquid air storage tank 101 stores the liquefied liquid air while passing through the air liquefaction apparatus, and insulates the liquid air to be stored in a liquid state while maintaining an extremely low temperature (for example, about -190°C or less). It may have been done.

예를 들어, 액체공기 저장탱크(101)는, 약 1 bar 내지 1.5 bar, 약 -190℃ 내지 -185℃의 조건 하에서 액체공기를 저장하도록 운용될 수 있다. For example, the liquid air storage tank 101 may be operated to store liquid air under conditions of about 1 bar to 1.5 bar and about -190°C to -185°C.

본 실시예에서 액체공기 재기화 장치(100)는, 액체공기 저장탱크(101)에 저장된 액체공기를 가압하는 극저온 펌프(102); 가압된 액체공기를 열교환에 의해 가열(기화)시키는 재기화기(103); 재기화기(103)에서 기화된 공기를 열교환에 의해 가열하는 열교환기(104); 및 기화된 기체공기를 이용하여 터빈을 구동시키고, 터빈의 구동력을 전력으로 전환하여 전력을 생산하는 터빈-발전기(106, 108);를 포함한다. In this embodiment, the liquid air regasification apparatus 100 includes a cryogenic pump 102 that pressurizes the liquid air stored in the liquid air storage tank 101; A regasifier 103 that heats (vaporizes) the pressurized liquid air by heat exchange; A heat exchanger 104 that heats the air vaporized in the regasifier 103 by heat exchange; And turbine-generators 106 and 108 for driving the turbine using vaporized gas air and converting the driving force of the turbine into electric power to produce electric power.

또한, 본 실시예에서 액체공기 재기화 장치(100)를 구성하는 액체공기 저장탱크(101), 극저온 펌프(102), 재기화기(103), 열교환기(104) 및 터빈-발전기(106, 108) 등은 공기라인(AL)에 의해 연결될 수 있으며, 액체공기 저장탱크(101)로부터 액체공기는 공기라인(AL)을 따라 유동하며 재기화되고, 터빈을 구동시키며 전력을 생산하는 작동유체로서 활용된다. In addition, in this embodiment, the liquid air storage tank 101, the cryogenic pump 102, the regasifier 103, the heat exchanger 104, and the turbine-generators 106 and 108 constituting the liquid air regasification apparatus 100. ) Can be connected by the air line (AL), and the liquid air from the liquid air storage tank (101) flows and regasses along the air line (AL), drives the turbine and utilizes it as a working fluid to produce power do.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 대기로부터의 청정 공기를 압축 및 팽창 과정을 통해 액화시켜 저장하고, 필요에따라 액화공기를 재기화시키면서 전력을 생산할 수 있다. As described above, according to the present embodiment, clean air from the atmosphere is liquefied and stored through a compression and expansion process, and electricity can be produced while re-evaporating the liquefied air as necessary.

터빈-발전기(106, 108)의 전력 생산 효율은, 터빈 입구 압력을 높여 터빈 출구 압력과의 차압을 최대화함으로써 향상될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따르면, 극저온 펌프(102)는, 터빈으로 도입되는 액체공기의 압력을 높여 터빈 입구 압력을 높임으로써, 터빈-발전기(106, 108)의 입·출구 차압을 최대화시켜 전력 생산량을 증가시킬 수 있다.The power generation efficiency of the turbine-generators 106 and 108 can be improved by increasing the turbine inlet pressure to maximize the differential pressure with the turbine outlet pressure. That is, according to the present embodiment, the cryogenic pump 102 increases the pressure of the liquid air introduced into the turbine to increase the turbine inlet pressure, thereby maximizing the inlet and outlet differential pressures of the turbine-generators 106 and 108 to generate power. Can increase

본 실시예의 극저온 펌프(102)는, 액체공기 저장탱크(101)에 약 1.5 bar의 압력으로 저장되어 있는 액체공기를 약 22 bar의 압력으로 가압할 수 있고, 약 22 bar의 압력으로 터빈-발전기(106, 108)로 도입된 재기화 공기는, 터빈을 구동시키면서 팽창될 수 있다. The cryogenic pump 102 of this embodiment can pressurize the liquid air stored in the liquid air storage tank 101 at a pressure of about 1.5 bar at a pressure of about 22 bar, and the turbine-generator at a pressure of about 22 bar. The regasification air introduced at 106 and 108 can be expanded while driving the turbine.

이와 같이, 극저온 펌프(102)에 의해 재기화시킬 액체 공기를 가압함으로써, 터빈 입·출구 차압이 커지고 그에 따라 발전량은 증대되는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 터빈-발전기(106, 108)를 구동시킨 후 배출되는 압축공기는 후술하는 바와 같이 시멘트 생산 플랜트(200)로 공급되어, 시멘트 생산 플랜트(200)의 폐열을 회수하는 수단으로 활용될 수 있다. As described above, by pressurizing the liquid air to be regasified by the cryogenic pump 102, it is possible to expect an effect that the turbine inlet and outlet differential pressure increases, and thus the amount of power generation increases. In addition, compressed air discharged after driving the turbine-generators 106 and 108 is supplied to the cement production plant 200 as described below, and can be utilized as a means for recovering waste heat of the cement production plant 200. .

본 실시예의 재기화기(103) 및 열교환기(104)에서는, 공기라인(AL)을 따라 유동하는 액체공기와 냉매라인(ML)을 따라 유동하는 냉매와의 열교환에 의해 액체공기의 냉열이 회수되고, 냉열이 회수된 액체공기는 전량이 기화될 수 있다.In the regasifier 103 and the heat exchanger 104 of this embodiment, cold heat of the liquid air is recovered by heat exchange between the liquid air flowing along the air line AL and the refrigerant flowing along the refrigerant line ML. , All of the liquid air from which cold heat has been recovered can be vaporized.

도면에 도시되어 있지는 않지만, 냉매라인(ML)은 상술한 공기 액화 장치에서 압축 공기를 액화시키는 주 열교환기와 연결되는 사이클을 형성할 수 있다. 즉, 냉매라인(ML)을 따라 유동하는 냉매는, 재기화기(103) 및 열교환기(104)에서 액체공기로부터 회수한 냉열로 공기 액화 장치의 주 열교환기에서 압축공기를 냉각시킬 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다. Although not shown in the drawing, the refrigerant line ML may form a cycle connected to a main heat exchanger for liquefying compressed air in the above-described air liquefaction apparatus. That is, the refrigerant flowing along the refrigerant line ML can cool the compressed air in the main heat exchanger of the air liquefaction apparatus with cold heat recovered from the liquid air in the regasifier 103 and the heat exchanger 104. However, it is not limited thereto.

본 실시예의 터빈-발전기(106, 108)는, 1차 터빈-발전기(106); 및 2차 터빈-발전기(108);를 포함하는 2단 터빈-발전기(106, 108)일 수 있다.The turbine-generators 106 and 108 of this embodiment include: a primary turbine-generator 106; And a secondary turbine-generator 108; may be a two-stage turbine-generator 106, 108.

즉, 재기화기(103) 및 열교환기(104)를 통과하면서 기화된 재기화 공기는, 먼저 1차 터빈-발전기(106)의 작동유체로서 공급되어 전력을 생산한 후 배출되고, 2차 터빈-발전기(108)의 작동유체로서 공급되어 전력을 생산한 후 배출될 수 있다.That is, the regasification air vaporized while passing through the regasifier 103 and the heat exchanger 104 is first supplied as a working fluid of the first turbine-generator 106 and then discharged after generating power, and the second turbine- It can be supplied as a working fluid of the generator 108 and then discharged after producing electricity.

본 실시예에 따르면, 1차 터빈-발전기(106)의 전단에 설치되며, 1차 터빈-발전기(106)로 공급되는 재기화 공기를 더 가열하는 1차 가열기(105); 2차 터빈-발전기(108)의 전단에 설치되며, 1차 터빈-발전기(106)로부터 배출되어 2차 터빈-발전기(108)로 공급되는 재기화 공기를 더 가열하는 2차 가열기(107);를 더 포함한다.According to this embodiment, the primary heater 105 is installed at the front end of the primary turbine-generator 106 and further heats the regasification air supplied to the primary turbine-generator 106; A secondary heater 107 installed at a front end of the secondary turbine-generator 108 and further heating regasification air discharged from the primary turbine-generator 106 and supplied to the secondary turbine-generator 108; It further includes.

본 실시예에서는 2개의 터빈-발전기(106, 108)가 시리즈(직렬)로 연결되는 것을 예로 들어 설명하지만, 터빈-발전기(106, 108)의 개수는 이에 한정되는 것은 아니며, 하나 이상 구비될 수 있다. 단, 터빈-발전기(106, 108)의 전단에는 가열기(105, 107)가 각각 하나 또는 그 이상이 구비되며, 터빈-발전기(106, 108)로 공급되는 재기화 공기는 가열기(105, 107)에서 가열된 후 공급될 수 있다. 또한, 터빈-발전기(106, 108)는 2개 이상이 병렬로 설치되어 각각 전력을 생산할 수도 있을 것이다. 또한, 1차 터빈-발전기(106) 및 2차 터빈-발전기(108)는 동시에 가동될 수도 있고, 어느 하나만 가동될 수도 있으며 시간차를 두고 가동될 수도 있을 것이다. In this embodiment, two turbine-generators 106 and 108 are described as an example in which they are connected in series (series), but the number of turbine-generators 106 and 108 is not limited thereto, and one or more may be provided. have. However, one or more heaters 105 and 107 are provided at the front end of the turbine-generators 106 and 108, respectively, and the regasification air supplied to the turbine-generators 106 and 108 is heaters 105 and 107. It can be fed after being heated in. In addition, two or more turbine-generators 106 and 108 may be installed in parallel to generate power. In addition, the primary turbine-generator 106 and the secondary turbine-generator 108 may be operated at the same time, either one may be operated, or may be operated with a time difference.

본 실시예에 따르면, 발전 터빈의 전력 생산 효율을 향상시키 위하여, 상술한 바와 같이 터빈의 입구측 압력과 출구측 압력의 차압을 최대화하는 방법과 함께, 터빈으로 도입되는 유체의 온도를 높이도록 한다. 즉, 본 실시예에 따르면, 1차 가열기(105) 및 2차 가열기(107)를 구비하여, 터빈-발전기(106, 108)로 도입되는 재기화 공기를 더 가열시킴으로써, 터빈 입구 온도를 높여 터빈-발전기(106, 108)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.According to this embodiment, in order to improve the power generation efficiency of the power generation turbine, as described above, along with a method of maximizing the differential pressure between the inlet pressure and the outlet pressure of the turbine, the temperature of the fluid introduced into the turbine is increased. . That is, according to the present embodiment, the primary heater 105 and the secondary heater 107 are provided to further heat the regasification air introduced into the turbine-generators 106 and 108, thereby increasing the turbine inlet temperature to increase the turbine -It is possible to improve the power generation efficiency of the generators (106, 108).

1차 터빈-발전기(106)로 공급되는 압축 공기를 가열하는 1차 가열기(105)에서 압축 공기를 가열하는 열매체 및 2차 터빈-발전기(108)로 공급되는 압축 공기를 가열하는 2차 가열기(107)에서 압축 공기를 가열하는 열매체로는, 후술하는 랭킨 사이클(300)로부터의 폐열을 활용할 수 있다. The primary heater for heating compressed air supplied to the primary turbine-generator 106 is a heating medium for heating compressed air from the primary heater 105 and a secondary heater for heating compressed air supplied to the secondary turbine-generator 108 ( In 107), as the heat medium for heating the compressed air, waste heat from the Rankine cycle 300 described later can be utilized.

시멘트 생산 플랜트(200)는, 석회석, 산화철 등 주원료와 부원료를 혼합한 혼합 원료를 소성하기 전에 예열하는 예열탑(201); 예열탑(201)에서 예열된 혼합 원료를 가열하여 시멘트의 중간 제품인 클링커(clinker)를 생산하는 킬른(klin, 202); 및 클링커를 냉각시키는 클링커 냉각기(203);를 포함할 수 있다. The cement production plant 200 includes a preheating tower 201 that preheats the mixed raw materials such as limestone and iron oxide before mixing and firing the mixed raw materials; A kiln (klin) 202 for producing a clinker, an intermediate product of cement, by heating the mixed raw material preheated in the preheating tower 201; And a clinker cooler 203 that cools the clinker.

예열탑(201)에서는 원료 투입부를 통해 혼합 원료를 공급받아 킬른(202)으로 공급할 혼합 원료를 예열한다. 킬른(202)에서는 혼합 원료를 약 1,300℃ 내지 1,500℃까지 가열하여, 소성(plasticity)에 의해 중간 제품을 생산하는데, 혼합 원료를 킬른(202)으로 공급하기 전에, 예열탑(201)에서 약 400℃ 내외 또는 약 900℃ 까지 예열함으로써 열효율 및 생산성을 증가시킬 수 있다. In the preheating tower 201, the mixed raw material to be supplied to the kiln 202 is preheated by receiving the mixed raw material through the raw material input unit. In the kiln 202, the mixed raw material is heated to about 1,300°C to 1,500°C to produce an intermediate product by plasticity. Before supplying the mixed raw material to the kiln 202, about 400 in the preheating tower 201 By heating up to about 900°C or around 900°C, thermal efficiency and productivity can be increased.

예열탑(201)에서 예열된 혼합 원료는 킬른(202)으로 투입되고, 킬른(202)에서는 예열된 혼합 원료를 가열하여 중간 제품인 클링커를 생산한다. 킬른(202)에서는 연료를 연소시켜 혼합 원료를 가열할 수 있다.The mixed raw material preheated in the preheating tower 201 is introduced into the kiln 202, and the preheated mixed raw material is heated in the kiln 202 to produce clinker as an intermediate product. In the kiln 202, the mixed raw material may be heated by burning fuel.

킬른(202)에서 생산된 클링커는 클링커 냉각기(203)로 투입되며, 클링커 냉각기(203)에서는 고온의 클링커를 냉각시키고, 냉각된 클링커는 저장되거나 후단 공정으로 공급된다. The clinker produced in the kiln 202 is introduced into the clinker cooler 203, and the clinker cooler 203 cools the hot clinker, and the cooled clinker is stored or supplied to a subsequent process.

본 실시예의 클링커 냉각기(203)에서 고온의 클링커를 냉각시키는 냉열매체는 액체공기 재기화 장치(100)로부터 이송된 압축공기일 수 있다. The cold heat medium for cooling the high temperature clinker in the clinker cooler 203 of the present embodiment may be compressed air transferred from the liquid air regasification apparatus 100.

본 실시예에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 공기라인(AL)은 2차 터빈-발전기(108)의 후단으로부터 클링커 냉각기(203)의 냉열매체 유입부로 연결되고, 2차 터빈-발전기(108)를 구동시킨 후 배출되는 압축공기가 클링커 냉각기(203)로 공급되어 클링커를 냉각시키는 냉열을 공급해줄 수 있다.According to this embodiment, as shown in FIG. 1, the air line AL is connected from the rear end of the secondary turbine-generator 108 to the cold heat medium inlet of the clinker cooler 203, and the secondary turbine-generator ( Compressed air discharged after driving 108) is supplied to the clinker cooler 203 to supply cold heat to cool the clinker.

또한, 본 실시예에 따르면, 클링커 냉각기(203)로부터 클링커를 냉각시킨 후 온도가 상승하여 배출되는 압축공기는 후술하는 랭킨 사이클(300)에서 작동유체를 가열하는 열매체로 활용될 수 있다. In addition, according to this embodiment, after cooling the clinker from the clinker cooler 203, the compressed air discharged by increasing the temperature may be utilized as a heating medium for heating the working fluid in the Rankine cycle 300 described later.

본 실시예의 랭킨 사이클(300)은, 기체 상태의 작동유체를 이용하여 터빈을 구동시키고, 터빈의 구동력을 전력으로 전환하여 전력을 생산하는 증기 터빈-발전기(301); 증기 터빈-발전기(301)를 구동시킨 후 배출되는 작동유체를 응축시키는 복수기(302); 복수기(302)로부터 증기 터빈-발전기(301)로 순환시킬 작동유체를 가압하는 증기 펌프(303); 증기 펌프(303)로부터 증기 터빈-발전기(301)로 이송되는 작동유체를 가열 또는 기화시키는 제1 증기 가열기(304); 및 제1 증기 가열기(304)로부터 증기 터빈-발전기(301)로 이송되는 작동유체를 기화시키거나 기체 상태의 작동유체를 더 가열하는 제2 증기 가열기(305);를 포함할 수 있다.The Rankine cycle 300 of the present embodiment includes a steam turbine-generator 301 for driving a turbine using a gaseous working fluid and converting the driving force of the turbine into electric power to produce electric power; A condenser 302 for condensing the working fluid discharged after driving the steam turbine-generator 301; A steam pump 303 that pressurizes the working fluid to be circulated from the condenser 302 to the steam turbine-generator 301; A first steam heater 304 for heating or vaporizing the working fluid transferred from the steam pump 303 to the steam turbine-generator 301; And a second steam heater 305 for vaporizing the working fluid transferred from the first steam heater 304 to the steam turbine-generator 301 or further heating the working fluid in a gaseous state.

본 실시예의 랭킨 사이클(300)의 작동유체는 증기일 수 있다. 랭킨 사이클(300)의 작동유체인 증기는, 증기 터빈-발전기(301), 복수기(302), 증기 펌프(303), 제1 증기 가열기(304) 및 제2 증기 가열기(305)를 연결하는 증기라인(VL)을 따라 단열변화와 등압변화를 거쳐 랭킨 사이클(300)을 순환하면서 전력을 생산할 수 있다. The working fluid of the Rankine cycle 300 of this embodiment may be steam. Steam, which is the working fluid of the Rankine cycle 300, is a steam line connecting the steam turbine-generator 301, the condenser 302, the steam pump 303, the first steam heater 304 and the second steam heater 305. Electricity may be produced while circulating the Rankine cycle 300 through a change in adiabatic and isostatic pressure along the (VL).

본 실시예의 복수기(302)는, 기체 상태의 증기를 응축시키기 위한 냉열을 공급하는 냉각탑(307)과 연결될 수 있다. 즉, 복수기(302)에서는 냉각탑(307)으로부터 순환되는 냉각수 등에 의해 기체 상태의 증기가 응축되고, 증기를 응축시키면서 온도가 높아진 냉각수는 다시 냉각탑(307)으로 공급되어 온도가 낮아짐으로써 순환할 수 있다. The condenser 302 of this embodiment may be connected to a cooling tower 307 that supplies cold heat for condensing gaseous vapor. That is, in the condenser 302, the vapor in the gaseous state is condensed by cooling water or the like circulated from the cooling tower 307, and the cooling water whose temperature is increased while condensing the steam is supplied to the cooling tower 307 again, so that the temperature can be circulated. .

제1 증기 가열기(304) 및 제2 증기 가열기(305)에 의해 기화 및 가열된 증기는 증기 터빈-발전기(301)의 터빈을 구동시키면서 전력을 생산한다. The steam vaporized and heated by the first steam heater 304 and the second steam heater 305 generates power while driving the turbine of the steam turbine-generator 301.

또한, 본 실시예에 따르면, 증기 터빈-발전기(301)의 중간단으로부터 액화공기 재기화 장치(100)의 1차 가열기(105) 및/또는 2차 가열기(107)로 연결되는 증기 회수라인(VL1);을 더 포함한다. In addition, according to this embodiment, the steam recovery line connected to the primary heater 105 and/or the secondary heater 107 of the liquefied air regasification apparatus 100 from the intermediate stage of the steam turbine-generator 301 ( VL1);.

증기 터빈-발전기(301)로부터의 추기(steam extraction)는 증기 회수라인(VL1)을 따라 1차 가열기(105) 및/또는 2차 가열기(107)로 공급된다. Steam extraction from the steam turbine-generator 301 is supplied to the primary heater 105 and/or the secondary heater 107 along the vapor recovery line VL1.

증기 회수라인(VL1)을 따라 1차 가열기(105)로 공급된 추기는, 1차 가열기(105)에서 1차 터빈-발전기(106)로 공급되는 압축 공기를 가열하는 열매체로 사용된다.The steam supplied to the primary heater 105 along the steam recovery line VL1 is used as a heat medium for heating compressed air supplied from the primary heater 105 to the primary turbine-generator 106.

증기 회수라인(VL1)을 따라 2차 가열기(107)로 공급된 추기는, 2차 가열기(107)에서 2차 터빈-발전기(108)로 공급되는 압축 공기를 가열하는 열매체로 사용된다. The additional air supplied to the secondary heater 107 along the steam recovery line VL1 is used as a heating medium for heating compressed air supplied from the secondary heater 107 to the secondary turbine-generator 108.

1차 가열기(105)에서 압축 공기를 가열시키면서 온도가 낮아져 배출되는 추기는 1차 가열기(105)의 후단으로부터 랭킨 사이클(300)의 복수기(302)로 연결되는 증기 회수라인(VL1)을 따라 복수기(302)로 재순환될 수 있다. While the compressed air is heated in the primary heater 105 and the temperature is lowered and discharged, the steamer is discharged from the rear end of the primary heater 105 along the steam recovery line VL1 connected to the condenser 302 of the Rankine cycle 300. It can be recycled to 302.

2차 가열기(107)에서 압축 공기를 가열시키면서 온도가 낮아져 배출되는 추기는 2차 가열기(107)의 후단으로부터 랭킨 사이클(300)의 복수기(302)로 연결되는 증기 회수라인(VL1)을 따라 복수기(302)로 재순환될 수 있다. While the compressed air is heated in the secondary heater 107, the temperature is lowered and the exhaust is discharged from the rear end of the secondary heater 107 along the steam recovery line VL1 connected to the condenser 302 of the Rankine cycle 300. It can be recycled to 302.

또한, 본 실시예에 따르면, 랭킨 사이클(300)의 제1 증기 가열기(304) 및 제2 증기 가열기(305)에서 증기를 기화 또는 가열시키는 열매체는 시멘트 생산 플랜트(200)로부터 배출되는 폐열을 활용할 수 있다.Further, according to the present embodiment, the heat medium for vaporizing or heating steam in the first steam heater 304 and the second steam heater 305 of the Rankine cycle 300 utilizes waste heat discharged from the cement production plant 200. Can.

시멘트 생산 플랜트(200)에서는 다양한 온도의 폐열이 배출되는데, 본 실시예에 따르면, 랭킨 사이클(300)을 이용하여 시멘트 생산 플랜트(200)로부터 배출되는 다양한 온도의 폐열을 단계적으로 회수하여 효과적으로 활용할 수 있다.The waste heat of various temperatures is discharged from the cement production plant 200. According to the present embodiment, the waste heat of various temperatures discharged from the cement production plant 200 can be recovered step by step using the Rankine cycle 300 to effectively utilize it. have.

본 실시예의 시멘트 생산 플랜트(200)의 예열탑(201)으로부터 배출되는 배기가스 폐열은, 랭킨 사이클(300)의 제1 증기 가열기(304)에서 증기 터빈-발전기(301)로 공급되는 증기를 1차로 가열시키는 열매체로서 사용된다. Exhaust gas waste heat discharged from the preheating tower 201 of the cement production plant 200 of the present embodiment is used to supply steam supplied from the first steam heater 304 of the Rankine cycle 300 to the steam turbine-generator 301 1 It is used as a heat medium to heat tea.

또한, 본 실시예의 시멘트 생산 플랜트(200)의 클링커 냉각기(203)로부터 배출되는 폐열은, 랭킨 사이클(300)의 제2 증기 가열기(305)에서 증기 터빈-발전기(301)로 공급되는 증기를 2차로 가열시키는 열매체로서 사용된다.In addition, the waste heat discharged from the clinker cooler 203 of the cement production plant 200 of the present embodiment, the steam supplied to the steam turbine-generator 301 from the second steam heater 305 of the Rankine cycle 300 is 2 It is used as a heat medium to heat tea.

제1 증기 가열기(304)에서 증기는 전부 기화될 수도 있고, 일부만 기화될 수도 있다. 제1 증기 가열기(304)에서 기화되지 않은 증기는 제2 증기 가열기(305)에서 전부 기화될 수 있다. In the first steam heater 304, all of the steam may be vaporized or only a part of it may be vaporized. The vapor that is not vaporized in the first vapor heater 304 may be vaporized entirely in the second vapor heater 305.

즉, 제1 증기 가열기(304)에서는 상대적으로 저온의 열원을 필요로 하고, 제2 증기 가열기(305)에서는 상대적으로 고온의 열원을 필요로 한다. That is, the first steam heater 304 requires a relatively low heat source, and the second steam heater 305 requires a relatively high heat source.

예를 들어, 시멘트 생산 플랜트(200)의 예열탑(301)에서는, 혼합 원료를 예열시키면서 약 400℃의 배기가스가 배출된다. For example, in the preheating tower 301 of the cement production plant 200, exhaust gas at about 400° C. is discharged while preheating the mixed raw materials.

또한, 본 실시예의 시멘트 생산 플랜트(200)의 클링커 냉각기(203)에서는, 2차 터빈-발전기(108)로부터 공급된 압축공기가 클링커를 냉각시키면서 온도가 상승한 채로, 예를 들어 약 800℃까지 온도가 높아져서 배출된다.In addition, in the clinker cooler 203 of the cement production plant 200 of this embodiment, the compressed air supplied from the secondary turbine-generator 108 cools the clinker while the temperature rises, for example, to a temperature of up to about 800°C. Increases and is discharged.

이렇듯 시멘트 생산 플랜트(200)에서는 각 설비에서 서로 다른 온도의 폐열이 발생한다. In this way, in the cement production plant 200, waste heat at different temperatures is generated in each facility.

본 실시예에 따르면, 상대적으로 낮은 온도의 폐열인 예열탑(301)으로부터의 배기가스는 제1 증기 가열기(304)에서 증기를 1차 가열시키는 열매체로 활용하고, 상대적으로 높은 온도의 폐열인 클링커 냉각기(203)로부터의 압축공기는 제2 증기 가열기(305)에서 증기를 2차 가열시키는 열매체로 활용한다. According to the present embodiment, the exhaust gas from the preheating tower 301, which is a relatively low temperature of waste heat, is utilized as a heat medium for primary heating of steam in the first steam heater 304, and clinker, which is a waste heat of relatively high temperature. The compressed air from the cooler 203 is used as a heat medium for secondary heating of the steam in the second steam heater 305.

본 실시예에 따르면, 예열탑(301)의 배기구로부터 제1 증기 가열기(304)의 고온 열매체 유입부로 연결되는 배기라인(EL); 및 제1 증기 가열기(304)로부터 열교환을 마친 배기가스를 외부로 배출시키는 유인 송풍기(306);를 더 포함할 수 있다. According to this embodiment, the exhaust line (EL) connected to the high-temperature heat medium inlet of the first steam heater 304 from the exhaust port of the preheating tower 301; And a manned blower 306 for discharging the exhaust gas that has undergone heat exchange from the first steam heater 304 to the outside.

또한, 클링커 냉각기(203)의 배기구로부터 제2 증기 가열기(305)의 고온 열매체 유입부로 연결되는 제1 공기 배출라인(AL1);을 더 포함할 수 있다. 제2 증기 가열기(305)로부터 증기를 가열시키면서 온도가 낮아진 압축공기는 대기 중으로 배출될 수 있다. In addition, a first air discharge line AL1 connected to the high temperature heat medium inlet of the second steam heater 305 from the exhaust port of the clinker cooler 203 may be further included. The compressed air whose temperature is lowered while heating the steam from the second steam heater 305 may be discharged into the atmosphere.

다음으로, 도 2를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 시스템 및 방법을 설명한다. 본 실시예에 따른 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 시스템 및 방법은, 상술한 제1 실시예의 변형예로서, 랭킨 사이클(400), 제2 공기 배출라인(AL2) 및 냉각기 배출라인(EL1) 등 제1 실시예와의 차이점을 중점적으로 설명하기로 한다. 동일한 구성 요소 및 그 작용에 대해서는 설명을 생략하기로 하며, 나머지 구성 요소 및 그들간의 상호 작용 및 작동은 동일한 범위 내에서 이루어진다. 따라서, 구체적인 설명이 생략되더라도, 동일 부호로 표기되는 구성 요소에 대해서는 그 설명 및 작동원리가 제1 실시예와 동일하게 적용될 수 있다. Next, with reference to FIG. 2, a liquefied air regasification system and method in connection with an industrial plant according to a second embodiment of the present invention will be described. The liquefied air regasification system and method associated with the industrial plant according to the present embodiment is a modification of the first embodiment described above, such as the Rankine cycle 400, the second air discharge line AL2, and the cooler discharge line EL1, etc. Differences from the first embodiment will be mainly described. The description of the same components and their operation will be omitted, and the interactions and operations between the remaining components and them occur within the same scope. Therefore, even if a detailed description is omitted, the description and operation principle of the components indicated by the same reference numerals can be applied in the same manner as in the first embodiment.

본 발명의 제2 실시예에 따른 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 시스템은, 액체공기 저장 장치; 시멘트 생산 플랜트(200); 및 랭킨 사이클(400);을 포함한다. A liquefied air regasification system in connection with an industrial plant according to a second embodiment of the present invention includes a liquid air storage device; Cement production plant 200; And Rankine cycle 400.

본 실시예의 액체공기 저장 장치는, 공기를 액화시켜 액체 상태로 저장하는 공기 액화 장치(미도시); 및 액체 공기를 재기화시키고, 재기화된 기체 공기를 이용하여 전력을 생산하는 액체공기 재기화 장치(100);를 포함한다. 본 실시예의 공기 액화 장치는, 상술한 제1 실시예와 동일하게 적용될 수 있다. The liquid air storage device of this embodiment includes: an air liquefaction device (not shown) that liquefies air and stores it in a liquid state; And a liquid air regasification apparatus 100 for regasifying liquid air and generating electric power using the regasified gas air. The air liquefaction apparatus of this embodiment can be applied in the same manner as the first embodiment described above.

본 실시예의 액체공기 재기화 장치(100)는, 액체공기 저장탱크(101)에 저장된 액체공기를 가압하는 극저온 펌프(102); 가압된 액체공기를 열교환에 의해 가열(기화)시키는 재기화기(103); 재기화기(103)에서 기화된 공기를 열교환에 의해 가열하는 열교환기(104); 및 기화된 기체공기를 이용하여 터빈을 구동시키고, 터빈의 구동력을 전력으로 전환하여 전력을 생산하는 터빈-발전기(106, 108);를 포함한다. The liquid air regasification apparatus 100 of this embodiment includes a cryogenic pump 102 that pressurizes the liquid air stored in the liquid air storage tank 101; A regasifier 103 that heats (vaporizes) the pressurized liquid air by heat exchange; A heat exchanger 104 that heats the air vaporized in the regasifier 103 by heat exchange; And turbine-generators 106 and 108 for driving the turbine using vaporized gas air and converting the driving force of the turbine into electric power to produce electric power.

본 실시예의 액체공기 저장탱크(101), 극저온 펌프(102), 재기화기(103), 열교환기(104) 및 터빈-발전기(106, 108)는, 상술한 제1 실시예와 동일하게 적용될 수 있다. The liquid air storage tank 101, the cryogenic pump 102, the regasifier 103, the heat exchanger 104, and the turbine-generators 106 and 108 of this embodiment can be applied in the same manner as the first embodiment described above. have.

또한, 본 실시예에 따르면, 발전 터빈의 전력 생산 효율을 향상시키 위하여, 상술한 바와 같이 터빈의 입구측 압력과 출구측 압력의 차압을 최대화하는 방법과 함께, 터빈으로 도입되는 유체의 온도를 높이도록 한다. 즉, 본 실시예에 따르면, 1차 가열기(105) 및 2차 가열기(107)를 구비하여, 터빈-발전기(106, 108)로 도입되는 재기화 공기를 더 가열시킴으로써, 터빈 입구 온도를 높여 터빈-발전기(106, 108)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, according to the present embodiment, in order to improve the power generation efficiency of the power generation turbine, as described above, along with a method of maximizing the differential pressure between the inlet pressure and the outlet pressure of the turbine, the temperature of the fluid introduced into the turbine is increased. To do. That is, according to the present embodiment, the primary heater 105 and the secondary heater 107 are provided to further heat the regasification air introduced into the turbine-generators 106 and 108, thereby increasing the turbine inlet temperature to increase the turbine -It is possible to improve the power generation efficiency of the generators (106, 108).

1차 터빈-발전기(106)로 공급되는 압축 공기를 가열하는 1차 가열기(105)에서 압축 공기를 가열하는 열매체 및 2차 터빈-발전기(108)로 공급되는 압축 공기를 가열하는 2차 가열기(107)에서 압축 공기를 가열하는 열매체로서 랭킨 사이클(300)로부터의 폐열을 활용하는 제1 실시예와는 달리, 본 실시예에 따르면, 1차 가열기(105) 및 2차 가열기(107)에서 압축 공기를 가열하는 열매체로서, 시멘트 생산 플랜트(200)로부터 배출되는 폐열을 직접 활용할 수 있다. The primary heater for heating compressed air supplied to the primary turbine-generator 106 is a heating medium for heating compressed air from the primary heater 105 and a secondary heater for heating compressed air supplied to the secondary turbine-generator 108 ( Unlike the first embodiment that utilizes waste heat from the Rankine cycle 300 as a heating medium for heating compressed air at 107), according to this embodiment, it is compressed in the primary heater 105 and the secondary heater 107 As a heat medium for heating air, waste heat discharged from the cement production plant 200 may be directly used.

본 실시예의 시멘트 생산 플랜트(200)는, 석회석, 산화철 등 주원료와 부원료를 혼합한 혼합 원료를 소성하기 전에 예열하는 예열탑(201); 예열탑(201)에서 예열된 혼합 원료를 가열하여 시멘트의 중간 제품인 클링커(clinker)를 생산하는 킬른(klin, 202); 및 클링커를 냉각시키는 클링커 냉각기(203);를 포함할 수 있다. The cement production plant 200 of the present embodiment includes a preheating tower 201 preheating before calcining a mixed raw material such as limestone, iron oxide, and the like as a main raw material; A kiln (klin) 202 for producing a clinker, an intermediate product of cement, by heating the mixed raw material preheated in the preheating tower 201; And a clinker cooler 203 that cools the clinker.

본 실시예의 예열탑(201), 킬른(202) 및 클링커 냉각기(203)는, 상술한 제1 실시예와 동일하게 적용될 수 있다. The preheating tower 201, the kiln 202, and the clinker cooler 203 of this embodiment may be applied in the same manner as the first embodiment described above.

본 실시예의 클링커 냉각기(203)에서 고온의 클링커를 냉각시키는 냉열매체는 액체공기 재기화 장치(100)로부터 이송된 압축공기일 수 있다. The cold heat medium for cooling the high temperature clinker in the clinker cooler 203 of the present embodiment may be compressed air transferred from the liquid air regasification apparatus 100.

본 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 공기라인(AL)은 2차 터빈-발전기(108)의 후단으로부터 클링커 냉각기(203)의 냉열매체 유입부로 연결되고, 2차 터빈-발전기(108)를 구동시킨 후 배출되는 압축공기가 클링커 냉각기(203)로 공급되어 클링커를 냉각시키는 냉열을 공급해줄 수 있다.According to this embodiment, as shown in FIG. 2, the air line AL is connected from the rear end of the secondary turbine-generator 108 to the cold heat medium inlet of the clinker cooler 203, and the secondary turbine-generator ( Compressed air discharged after driving 108) is supplied to the clinker cooler 203 to supply cold heat to cool the clinker.

단, 클링커 냉각기(203)로부터 클링커를 냉각시킨 후 온도가 상승하여 배출되는 압축공기를 랭킨 사이클(300)에서 작동유체를 가열하는 열매체로 활용하는 제1 실시예와는 달리, 본 실시예에서는, 클링커 냉각기(203)로부터 배출되는 압축공기를 액체공기 재기화 장치(100)의 1차 가열기(105) 및/또는 2차 가열기(107)에서 터빈-발전기(106, 108)로 공급되는 압축공기를 가열하는 열매체로 활용할 수 있다.However, unlike the first embodiment, which uses compressed air discharged by increasing the temperature after cooling the clinker from the clinker cooler 203 as a heat medium for heating the working fluid in the Rankine cycle 300, in this embodiment, The compressed air discharged from the clinker cooler 203 is compressed air supplied from the primary heater 105 and/or the secondary heater 107 of the liquid air regasification apparatus 100 to the turbine-generators 106 and 108. It can be used as a heating medium.

본 실시예에 따르면, 공기라인(AL)은 2차 터빈-발전기(108)의 후단으로부터 클링커 냉각기(203)로 연결되고, 클링커 냉각기(203)로부터 1차 가열기(105) 및/또는 2차 가열기(107)로 연결되는 제2 공기 배출라인(AL2);을 더 포함할 수 있다.According to the present embodiment, the air line AL is connected to the clinker cooler 203 from the rear end of the secondary turbine-generator 108, and the primary heater 105 and/or secondary heater from the clinker cooler 203 A second air discharge line (AL2) connected to (107); may further include.

클링커 냉각기(203)로부터 클링커를 냉각시킨 후 배출되는 고온의 압축공기는, 제2 공기 배출라인(AL2)을 따라 배출되어, 1차 가열기(105) 및/또는 2차 가열기(107)로 공급된다. The high-temperature compressed air discharged after cooling the clinker from the clinker cooler 203 is discharged along the second air discharge line AL2, and is supplied to the primary heater 105 and/or the secondary heater 107. .

제2 공기 배출라인(AL2)을 따라 1차 가열기(105)로 공급된 고온의 압축공기는, 1차 가열기(105)에서 1차 터빈-발전기(106)로 공급되는 압축 공기를 가열하는 열매체로 사용된다.The high temperature compressed air supplied to the primary heater 105 along the second air discharge line AL2 is a heat medium for heating compressed air supplied from the primary heater 105 to the primary turbine-generator 106. Is used.

제2 공기 배출라인(AL2)을 따라 2차 가열기(107)로 공급된 고온의 압축공기는, 2차 가열기(107)에서 2차 터빈-발전기(108)로 공급되는 압축 공기를 가열하는 열매체로 사용된다. The hot compressed air supplied to the secondary heater 107 along the second air discharge line AL2 is a heat medium for heating compressed air supplied from the secondary heater 107 to the secondary turbine-generator 108. Is used.

1차 가열기(105) 및 2차 가열기(107)에서 압축공기를 가열시키면서 온도가 낮아진 후 제2 공기 배출라인(AL2)을 따라 배출되는 압축공기는 대기 중으로 배출될 수 있다. The compressed air discharged along the second air discharge line AL2 after the temperature is lowered while heating the compressed air in the primary heater 105 and the secondary heater 107 may be discharged into the atmosphere.

또한, 본 실시예의 클링커 냉각기(203)로부터 배출되는 압축공기는, 후술하는 랭킨 사이클(400)에서 작동유체를 가열하는 열매체로 사용될 수도 있다. In addition, the compressed air discharged from the clinker cooler 203 of this embodiment may be used as a heating medium for heating the working fluid in the Rankine cycle 400 described later.

본 실시예의 랭킨 사이클(400)은, 기체 상태의 작동유체를 이용하여 터빈을 구동시키고, 터빈의 구동력을 전력으로 전환하여 전력을 생산하는 유기매체 터빈-발전기(401); 유기매체 터빈-발전기(401)를 구동시킨 후 배출되는 작동유체를 응축시키는 복수기(402); 복수기(402)로부터 유기매체 터빈-발전기(401)로 순환시킬 작동유체를 가압하는 유기매체 펌프(403); 및 유기매체 펌프(403)로부터 유기매체 터빈-발전기(401)로 이송되는 작동유체를 기화시키는 유기매체 가열기(404);를 포함할 수 있다.The Rankine cycle 400 of this embodiment includes: an organic medium turbine-generator 401 for driving a turbine using a gaseous working fluid and converting the driving force of the turbine into electric power to produce electric power; A condenser 402 condensing the working fluid discharged after driving the organic medium turbine-generator 401; An organic medium pump 403 that pressurizes a working fluid to be circulated from the condenser 402 to the organic medium turbine-generator 401; And an organic medium heater 404 for vaporizing the working fluid transferred from the organic medium pump 403 to the organic medium turbine-generator 401.

본 실시예의 랭킨 사이클(400)의 작동유체는 유기매체일 수 있다. 즉, 본 실시예의 랭킨 사이클(400)은 유기 랭킨 사이클(ORC; Organic Rankine Cycle)일 수 있다. 유기 랭킨 사이클(400)의 작동유체인 유기매체는, 제1 실시예의 랭킨 사이클 작동유체인 증기보다 저온에서 증발하는 유기화합물 또는 유기화합물의 혼합물일 수 있다. 본 실시예의 랭킨 사이클(400)의 작동유체인 유기매체는, 유기매체 터빈-발전기(401), 복수기(402), 유기매체 펌프(403) 및 유기매체 가열기(404)를 연결하는 유기매체라인(OL)을 따라 단열변화와 등압변화를 거쳐 랭킨 사이클(400)을 순환하면서 전력을 생산할 수 있다. The working fluid of the Rankine cycle 400 of this embodiment may be an organic medium. That is, the Rankine cycle 400 of the present embodiment may be an organic Rankine cycle (ORC). The organic medium that is the working fluid of the organic Rankine cycle 400 may be an organic compound or a mixture of organic compounds that evaporate at a lower temperature than the steam that is the working fluid of the Rankine cycle of the first embodiment. The organic medium, which is the working fluid of the Rankine cycle 400 of this embodiment, is an organic medium turbine-generator 401, a condenser 402, an organic medium pump 403, and an organic medium line 404 connecting the organic medium heater 404. ), it is possible to produce power while circulating the Rankine cycle 400 through adiabatic changes and isostatic changes.

본 실시예의 복수기(402)는, 기체 상태의 작동유체를 응축시키기 위한 냉열을 공급하는 냉각탑(407)과 연결될 수 있다. 즉, 복수기(402)에서는 냉각탑(407)으로부터 순환되는 냉각수 등에 의해 기체 상태의 작동유체가 응축되고, 작동유체를 응축시키면서 온도가 높아진 냉각수는 다시 냉각탑(407)으로 공급되어 온도가 낮아짐으로써 순환할 수 있다. The condenser 402 of this embodiment may be connected to a cooling tower 407 that supplies cold heat for condensing the gaseous working fluid. That is, in the condenser 402, the working fluid in the gaseous state is condensed by the cooling water circulated from the cooling tower 407, and the cooling water whose temperature is increased while condensing the working fluid is supplied to the cooling tower 407 again to circulate by decreasing the temperature. Can.

유기매체 가열기(404)에 의해 기화 및 가열된 작동유체는 유기매체 터빈-발전기(401)의 터빈을 구동시키면서 전력을 생산한다. The working fluid vaporized and heated by the organic medium heater 404 generates power while driving the turbine of the organic medium turbine-generator 401.

또한, 본 실시예에 따르면, 랭킨 사이클(400)의 유기매체 가열기(404)에서 작동유체를 기화시키는 열매체는 시멘트 생산 플랜트(200)로부터 배출되는 폐열을 활용할 수 있다.Further, according to the present embodiment, the heat medium for vaporizing the working fluid in the organic medium heater 404 of the Rankine cycle 400 may utilize waste heat discharged from the cement production plant 200.

시멘트 생산 플랜트(200)에서는 다양한 온도의 폐열이 배출되는데, 본 실시예에 따르면, 랭킨 사이클(400)을 이용하여 시멘트 생산 플랜트(200)로부터 배출되는 다양한 온도의 폐열을 단계적으로 회수하여 효과적으로 활용할 수 있다.The waste heat of various temperatures is discharged from the cement production plant 200. According to the present embodiment, the waste heat of various temperatures discharged from the cement production plant 200 can be recovered step by step using the Rankine cycle 400 to effectively utilize it. have.

본 실시예의 시멘트 생산 플랜트(200)의 예열탑(201)으로부터 배출되는 배기가스 폐열은, 랭킨 사이클(400)의 유기매체 가열기(404)에서 유기매체 터빈-발전기(401)로 공급되는 작동유체를 기화시키는 열매체로서 사용된다. The waste heat from the exhaust gas discharged from the preheating tower 201 of the cement production plant 200 of the present exemplary embodiment is applied to the working fluid supplied from the organic medium heater 404 of the Rankine cycle 400 to the organic medium turbine-generator 401. It is used as a vaporizing heat medium.

또한, 본 실시예의 시멘트 생산 플랜트(200)의 클링커 냉각기(203)로부터 배출되는 폐열도, 랭킨 사이클(400)의 유기매체 가열기(404)에서 유기매체 터빈-발전기(401)로 공급되는 작동유체를 기화시키는 열매체로서 사용될 수 있다. In addition, the waste heat discharged from the clinker cooler 203 of the cement production plant 200 of the present embodiment, the working fluid supplied from the organic medium heater 404 of the Rankine cycle 400 to the organic medium turbine-generator 401 It can be used as a vaporizing heat medium.

본 실시예에 따르면, 예열탑(301)의 배기구로부터 유기매체 가열기(404)의 고온 열매체 유입부로 연결되는 배기라인(EL); 및 유기매체 가열기(404)로부터 열교환을 마친 배기가스를 외부로 배출시키는 유인 송풍기(406);를 더 포함할 수 있다. According to this embodiment, the exhaust line (EL) connected to the high temperature heat medium inlet of the organic medium heater 404 from the exhaust port of the preheating tower 301; And an inducing blower 406 for discharging the exhaust gas after heat exchange from the organic medium heater 404 to the outside.

또한, 클링커 냉각기(203)로부터 유기매체 가열기(404)의 고온 열매체 유입부로 직접 연결되거나 클링커 냉각기(203)로부터 배기라인(EL)으로 합류되는 냉각기 배기라인(EL1);을 더 포함할 수 있다. In addition, the cooler exhaust line (EL1) that is directly connected from the clinker cooler (203) to the high-temperature heat medium inlet of the organic medium heater (404) or joined to the exhaust line (EL) from the clinker cooler (203) may further include.

즉, 본 실시예에서 클링커 냉각기(203)에서 클링커를 냉각시키면서 온도가 높아진 압축공기는 제2 공기 배출라인(AL2)을 통해 1차 가열기(105) 및 2차 가열기(107)의 열매체로서 공급될 수도 있고, 유기매체 가열기(404)의 열매체로서 공급될 수도 있다. That is, in this embodiment, the compressed air having a high temperature while cooling the clinker in the clinker cooler 203 is to be supplied as a heat medium of the primary heater 105 and the secondary heater 107 through the second air discharge line AL2. It may be supplied as a heat medium of the organic medium heater 404.

기존의 시멘트 생산 플랜트의 폐열을 회수하는 공정은, 킬른으로부터 배출되는 배기의 열원을 직접 이용하여 전력을 생산하는 방식이었으며, 이 방식은 부하 변동이 심하고 넓은 범위의 열원 공급 온도가 존재하여 단순 증기 발전에 적용하기 어렵고, 효율이 낮다는 문제점이 있었다. The process of recovering the waste heat of the existing cement production plant was a method of directly generating power by using the heat source of the exhaust gas discharged from the kiln, and this method is simple steam generation due to the high load fluctuation and the supply temperature of a wide range of heat sources. It was difficult to apply to, there was a problem that the efficiency is low.

그러나, 본 발명에 따르면, 랭킨 사이클(300, 400)을 이용하여 시멘트 생산 플랜트(200)의 폐열을 순차적으로 회수하여, 랭킨 사이클(300, 400) 및 액화공기 재기화 장치(100)에서 활용함으로써, 안정적으로 전력을 생산할 수 있다.However, according to the present invention, by sequentially recovering the waste heat of the cement production plant 200 using the Rankine cycle (300, 400), by using in the Rankine cycle (300, 400) and liquefied air regasification apparatus 100 , Can stably produce power.

또한, 시멘트 생산 플랜트(200)의 다양한 공정에서 발생하는 서로 다른 온도의 폐열을 단계적으로 회수함으로써, 폐열을 효과적으로 활용하고, 대기로 방출되는 폐열을 최소화할 수 있다.In addition, by recovering the waste heat at different temperatures generated in various processes of the cement production plant 200 in stages, it is possible to effectively utilize the waste heat and minimize waste heat released into the atmosphere.

특히, 클링커 냉각기(203)로부터 배출되는 고온의 폐열로 작동유체를 가열하기 전에, 예열탑(201)으로부터의 배기가스를 활용하여 작동유체를 예열하므로, 전력 생산까지 이어지는 초기 가동 시간을 단축시킬 수 있다.In particular, before heating the working fluid with high-temperature waste heat discharged from the clinker cooler 203, the working fluid is preheated by utilizing the exhaust gas from the preheating tower 201, so that the initial operating time leading to power generation can be shortened. have.

또한, 액화공기 재기화 장치(100)로부터 배출되는 압축 공기로 클링커를 냉각시켜 시멘트 생산 플랜트(200)로부터의 폐열을 회수함으로써, 열원 회수를 위한 팬(fan) 등 추가 설비를 필요로 하지 않고, 플랜트 운영 비용을 절감할 수 있으며 전력 소모량도 절감할 수 있다. In addition, by cooling the clinker with compressed air discharged from the liquefied air regasifier 100 to recover waste heat from the cement production plant 200, no additional equipment such as a fan for heat source recovery is required, Plant operating costs can be reduced and power consumption can be reduced.

또한, 다수 공정을 연계하여 안정적으로 전력을 생산할 수 있으면서도, 공정 연계로 인한 이산화탄소 등 대기오염 물질의 배출이 추가로 발생하지 않으므로, 환경적인 측면에서도 이점이 있다. In addition, while it is possible to stably generate electricity by linking a number of processes, there is no additional emission of air pollutants such as carbon dioxide due to the process linkage, which is advantageous in terms of environment.

이상과 같이 본 발명에 따른 실시 예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로 상술한 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고, 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.As described above, the embodiments according to the present invention have been looked at, and the fact that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope of the embodiments described above are those with ordinary knowledge in the art. It is self-evident. Therefore, the above-described embodiments are to be regarded as illustrative rather than restrictive, and accordingly, the present invention is not limited to the above description and may be changed within the scope of the appended claims and their equivalents.

100 : 액체공기 재기화 장치
101 : 액체공기 저장탱크
103 : 재기화기
104 : 열교환기
105, 107 : 가열기
106, 108 : 터빈-발전기
200 : 시멘트 생산 플랜트
201 : 예열탑
202 : 킬른
203 : 클링커 냉각기
300, 400 : 랭킨 사이클
301, 401 : 작동유체 터빈-발전기
302, 402 : 복수기
303, 403 : 작동유체 펌프
304, 305, 404 : 작동유체 가열기
306, 406 : 유인 송풍기
407 : 냉각탑
AL : 공기라인
AL1, AL2 : 공기 배출라인
ML : 냉매라인
VL, OL : 작동유체라인
VL1 : 작동유체 회수라인
EL : 배기라인
EL1 : 냉각기 배기라인
100: liquid air regasification device
101: liquid air storage tank
103: regasifier
104: heat exchanger
105, 107: heater
106, 108: turbine-generator
200: cement production plant
201: Preheating tower
202: kiln
203: clinker cooler
300, 400: Rankine cycle
301, 401: working fluid turbine-generator
302, 402: revenge
303, 403: working fluid pump
304, 305, 404: working fluid heater
306, 406: Manned blower
407: cooling tower
AL: Air line
AL1, AL2: Air exhaust line
ML: refrigerant line
VL, OL: Working fluid line
VL1: Working fluid recovery line
EL: exhaust line
EL1: Cooler exhaust line

Claims (13)

재기화 공기를 이용하여 전력을 생산하는 터빈-발전기;
상기 터빈-발전기를 포함하며, 액체공기를 재기화시켜 전력을 생산하는 액체공기 재기화 장치;
원료를 가열하는 예열탑;
상기 가열에 의해 생성된 제품을 상기 터빈-발전기로부터 배출되는 저온의 압축공기의 냉열을 이용하여 냉각시키는 냉각기;
상기 예열탑 및 냉각기를 포함하며, 원료의 가열 및 냉각 공정을 포함하여 제품을 생산하는 제품 생산 플랜트; 및
작동유체를 이용하여 전력을 생산하는 작동유체 터빈-발전기를 포함하여, 추가 전력을 생산하는 랭킨 사이클;을 포함하고,
상기 랭킨 사이클은,
상기 작동유체 터빈-발전기로 공급할 작동유체를, 상기 제품 생산 플랜트로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 기화시키는 작동유체 가열기;를 포함하고,
상기 액체공기 재기화 장치는,
상기 냉각기에서 제품을 냉각시키면서 가열된 압축공기 또는 상기 작동유체 터빈-발전기로부터 배출되는 작동유체를 열원으로 사용하여 상기 터빈-발전기로 공급할 재기화 공기를 가열하는 가열기;를 더 포함하는, 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 시스템.
A turbine-generator that generates power using regasified air;
A liquid air regasification device including the turbine-generator and revaporizing liquid air to produce electric power;
A preheating tower for heating the raw materials;
A cooler that cools the product produced by the heating using cold heat of compressed air at a low temperature discharged from the turbine-generator;
A product production plant including the preheating tower and a cooler, and producing a product including a heating and cooling process of a raw material; And
Including a working fluid turbine-generator for generating power using the working fluid, the Rankine cycle for generating additional power; includes,
The Rankine cycle,
It includes; a working fluid heater to vaporize the working fluid to be supplied to the working fluid turbine-generator using waste heat of exhaust gas discharged from the product production plant;
The liquid air regasification device,
An industrial plant further comprising a heater for heating the regasification air to be supplied to the turbine-generator by using compressed air heated from the cooler or the working fluid discharged from the working fluid turbine-generator as a heat source while cooling the product. Liquefied air regasification system.
청구항 1에 있어서,
상기 예열탑과 작동유체 가열기를 연결하고, 상기 예열탑으로부터 배기가스를 작동유체 가열기로 이송하는 배기라인; 및
상기 터빈-발전기와 냉각기를 연결하고, 상기 터빈-발전기로부터 압축공기를 냉각기로 이송하는 공기라인;을 포함하는, 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 시스템.
The method according to claim 1,
An exhaust line connecting the preheating tower and the working fluid heater, and transferring exhaust gas from the preheating tower to the working fluid heater; And
And an air line connecting the turbine-generator and the cooler and transferring compressed air from the turbine-generator to the cooler. A liquefied air regasification system in connection with an industrial plant.
청구항 1에 있어서,
상기 랭킨 사이클은,
상기 작동유체 터빈-발전기로부터 배출되는 작동유체를 응축시키는 복수기;
상기 복수기에서 응축된 작동유체를 압축하고 상기 작동유체 가열기로 순환시키는 작동유체 펌프;
상기 냉각기로부터 제품을 냉각시키고 배출되는 압축공기를 이용하여, 상기 작동유체 가열기에서 기화되어 상기 작동유체 터빈-발전기로 공급되는 작동유체를 더 가열시키는 제2 작동유체 가열기; 및
상기 냉각기와 제2 작동유체 가열기를 연결하며, 상기 냉각기로부터 배출되는 압축공기를 상기 제2 작동유체 가열기로 이송하는 제1 공기 배출라인;을 포함하고,
상기 액체공기 재기화 장치는,
상기 작동유체 터빈-발전기의 중간단으로부터 상기 가열기로 연결되는 작동유체 회수라인;을 더 포함하여,
상기 작동유체 터빈-발전기의 중간단으로부터 배출된 작동유체를, 상기 가열기에서 압축공기를 가열하는 열원으로 공급하는, 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 시스템.
The method according to claim 1,
The Rankine cycle,
A condenser for condensing the working fluid discharged from the working fluid turbine-generator;
A working fluid pump that compresses the working fluid condensed in the condenser and circulates the working fluid heater;
A second working fluid heater that further heats a working fluid vaporized in the working fluid heater and supplied to the working fluid turbine-generator by using compressed air cooled and discharged from the cooler; And
It includes; a first air discharge line connecting the cooler and the second working fluid heater, and transferring compressed air discharged from the cooler to the second working fluid heater.
The liquid air regasification device,
Further comprising; a working fluid recovery line connected to the heater from the intermediate stage of the working fluid turbine-generator;
A liquefied air regasification system in connection with an industrial plant, which supplies the working fluid discharged from the intermediate stage of the working fluid turbine-generator as a heat source for heating compressed air in the heater.
청구항 3에 있어서,
상기 랭킨 사이클은 증기를 작동유체로 하는 증기 랭킨 사이클이고,
상기 작동유체 회수라인은,
상기 가열기로부터 상기 복수기로 더 연결되며, 상기 가열기에서 압축공기를 가열시킨 후 배출되는 작동유체를 상기 복수기로 회수하는, 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 시스템.
The method according to claim 3,
The Rankine cycle is a steam Rankine cycle using steam as a working fluid,
The working fluid recovery line,
A liquefied air regasification system associated with an industrial plant, further connected to the condenser from the heater, and recovering the working fluid discharged after heating compressed air in the heater to the condenser.
청구항 1에 있어서,
상기 액체공기 재기화 장치는,
상기 냉각기와 가열기를 연결하며, 상기 냉각기로부터 배출되는 고온의 압축공기를, 상기 터빈-발전기로 공급되는 압축공기를 가열하는 열원으로서 공급하는 제2 공기 배출라인;을 더 포함하는, 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 시스템.
The method according to claim 1,
The liquid air regasification device,
A second air discharge line connecting the cooler and the heater, and supplying hot compressed air discharged from the cooler as a heat source for heating the compressed air supplied to the turbine-generator; further comprising an industrial plant. Liquefied air regasification system.
청구항 5에 있어서,
상기 냉각기로부터 배출되는 압축공기를 상기 작동유체 가열기로 이송되는 예열탑 배기가스 흐름에 합류시키는 냉각기 배기라인;을 더 포함하는, 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 시스템.
The method according to claim 5,
And a cooler exhaust line that joins compressed air discharged from the cooler to a preheating tower exhaust gas stream transferred to the working fluid heater, and further comprising a liquefied air regasification system associated with an industrial plant.
청구항 5 또는 6에 있어서,
상기 랭킨 사이클은 작동유체가 유기화합물인 유기 랭킨 사이클인, 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 시스템.
The method according to claim 5 or 6,
The Rankine cycle is an organic Rankine cycle in which the working fluid is an organic compound, a liquefied air regasification system in connection with an industrial plant.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각기로부터 배출되는 압축공기의 온도는, 상기 예열탑으로부터 배출되는 배기가스의 온도보다 낮은, 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 시스템.
The method according to claim 1,
The temperature of the compressed air discharged from the cooler is lower than the temperature of the exhaust gas discharged from the preheating tower, and the liquefied air regasification system associated with the industrial plant.
액체공기를 재기화시켜 터빈을 구동시킴으로써 전력을 생산하는 액체공기 재기화 공정;
원료를 가열 및 냉각시켜 제품을 생산하는 제품 생산 공정; 및
순환하는 작동유체를 기화시켜 터빈을 구동시킴으로써 전력을 생산하는 랭킨 사이클 공정;을 포함하며,
상기 제품 생산 공정의 가열 공정에서 배출되는 배기가스의 폐열은, 상기 랭킨 사이클에서 작동유체를 기화시키는 열원으로 공급하고,
상기 액체공기 재기화 공정에서 배출되는 압축공기의 폐열은, 상기 제품 생산 공정의 냉각공정의 냉열로 공급하며,
상기 재기화 공기를, 상기 냉각공정에서 사용되면서 가열된 압축공기 또는 상기 작동유체를 열원으로 사용하여 가열하여 전력 생산을 위해 터빈으로 공급하는, 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 방법.
A liquid air regasification process for generating electric power by revaporizing liquid air to drive a turbine;
A product production process for producing products by heating and cooling raw materials; And
Includes; Rankine cycle process for generating power by vaporizing the circulating working fluid to drive the turbine;
The waste heat of the exhaust gas discharged from the heating process of the product production process is supplied to the heat source for vaporizing the working fluid in the Rankine cycle,
The waste heat of the compressed air discharged from the liquid air regasification process is supplied as cold heat of the cooling process of the product production process,
A method of regasifying liquefied air in connection with an industrial plant, wherein the regasified air is heated by using compressed air heated while being used in the cooling process or the working fluid as a heat source to be supplied to a turbine for electric power production.
청구항 9에 있어서,
상기 제품 생산 공정의 냉각공정으로부터 배출되는 폐열은, 상기 랭킨 사이클의 터빈으로 공급하는 작동유체를 가열하는 열원으로 공급하는, 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 방법.
The method according to claim 9,
The waste heat discharged from the cooling process of the product production process, supplying the working fluid supplied to the turbine of the Rankine cycle as a heat source for heating, liquefied air regasification method associated with an industrial plant.
청구항 10에 있어서,
상기 랭킨 사이클의 터빈의 중간단으로부터 배출되는 작동유체의 일부를 추기하여 상기 액체공기 재기화 공정의 터빈으로 공급하는 재기화 공기를 가열하는 열원으로 공급하는, 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 방법.
The method according to claim 10,
A method of re-liquefying liquefied air in connection with an industrial plant, by supplying a portion of the working fluid discharged from the intermediate stage of the turbine of the Rankine cycle to a heat source for heating regasification air supplied to the turbine of the liquid air regasification process.
청구항 11에 있어서,
상기 재기화 공기를 가열시키면서 온도가 낮아진 작동유체를 응축시키고,
응축된 작동유체는 기화시켜 상기 랭킨 사이클의 터빈으로 재순환시키는, 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 방법.
The method according to claim 11,
Condensing the working fluid whose temperature is lowered while heating the regasification air,
A method of regasifying liquefied air in connection with an industrial plant, where condensed working fluid is vaporized and recycled to the turbine of the Rankine cycle.
청구항 9에 있어서,
상기 제품 생산 공정의 냉각공정으로부터 배출되는 폐열 중 일부는, 상기 랭킨 사이클에서 작동유체를 기화시키는 열원으로 공급하는, 산업 플랜트와 연계한 액화공기 재기화 방법.
The method according to claim 9,
A method of regasifying liquefied air in connection with an industrial plant, supplying some of the waste heat discharged from the cooling process of the product production process as a heat source for vaporizing the working fluid in the Rankine cycle.
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