KR102348684B1 - 열교환기, 열교환기 모듈 및 이를 포함하는 가압 순산소 연소 발전 시스템 - Google Patents

열교환기, 열교환기 모듈 및 이를 포함하는 가압 순산소 연소 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열교환기, 열교환기 모듈 및 이를 포함하는 가압 순산소 연소 발전 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 열교환기의 형상과 튜브의 효율적인 구조와 소재 개선을 통해 운전 장애 요소를 줄이고 목표 스팀을 생산하기 위한 충분한 전열 면적이 확보됨으로써 열교환기 열 효율 및 내구성을 향상시킬 수 있고, 상기 열교환기를 가압 순산소 연소 발전 시스템에 적용함으로써 고효율 발전이 가능한 A-USC급 발전 시스템의 효과적인 설계가 가능하다.

Description

열교환기, 열교환기 모듈 및 이를 포함하는 가압 순산소 연소 발전 시스템{Heat exchanger, heat exchanger module and pressurized pure oxygen combustion power generation system comprising the same}
본 발명은 열교환기, 열교환기 모듈 및 이를 포함하는 가압 순산소 연소 발전 시스템에 관한 것이다.
현재 일반적인 상압 연소 발전소는 USC(Ultra Super Critical)급으로서, 245bar/610℃ 내외의 스팀을 생산하여 발전을 행한다.
새로운 연소 발전 기술로써 각광받는 가압 순산소 연소 발전 시스템은 연소를 위한 산화제로 순산소 또는 고농도의 가압 산소를 사용함으로써 미세먼지 전구물질인 질소산화물 및 황산화물을 동시에 저감할 수 있다는 장점을 갖는다.
또한, 가압 상태에서의 운전이 가능하므로, 보일러와 열교환기가 컴팩트화되어 고가 소재 사용이 최소화되며 이산화탄소 포집에 의한 발전효율 페널티가 최소화 되며, 또한, USC급 보다 고온 및 고압인 약 320bar/700℃ 내외의 스팀을 생산하여 발전이 가능한 A-USC(Advanced- Ultra Super Critical)급 발전 시스템 설계를 통한 고효율 발전이 가능하다.
국내외 가압 순산소 연소 시스템 개발은 실험실 규모의 장치들을 대상으로 진행되고 있으나 연소로, 및 배가스 정제 시스템 외의 열교환기의 구체적 설계는 연구 개발 초기 단계이다.
선행문헌 1 및 2에는 열교환기가 개시되나, 이는 산업 현장의 굴뚝 또는 화학 반응기에 배치되는 열교환기에 관한 것으로, 가압 순산고 연소 발전에 사용되기 위한 구조나 구성에 대한 고찰이 전혀 없다.
KR 10-1054106 B1 JP 5079918 B2
본 발명은 A-USC급 가압 순산소 연소 시스템에서 효율적인 열교환을 통하여 목표 스팀 생산이 가능하며, 내구성이 뛰어난 열교환기, 열교환기 모듈 및 이를 포함하는 가압 순산소 연소 발전 시스템을 제공하고자 함
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유입구가 일측에 위치하는 중공의 내측 실린더, 및 유출구가 일측에 위치하며, 상기 내측 실린더의 둘레를 감싸도록 상기 내측 실린더보다 큰 직경을 갖는 외측 실린더를 포함하는 실린더부; 및 일측이 상기 외측 실린더를 관통하여 상기 내측 실린더에 연결되고, 타측이 상기 외측 실린더에 연결되어 상기 실린더부의 외측에 열교환 유로를 형성하는 열교환 튜브;를 포함하는 열교환기를 제공한다.
상기 열교환 튜브는 복수로 구비되며, 상기 복수의 열교환 튜브는 상기 실린더부의 외측에서 그 둘레 방향을 따라 방사상으로 위치하는 것이 바람직하다.
상기 열교환 튜브는 복수로 구비되며, 상기 복수의 열교환 튜브는 상기 실린더부의 외측에서 그 직경 방향을 따라 정렬하여 위치하는 것이 바람직하다.
상기 열교환 튜브는 복수로 구비되며, 상기 복수의 열교환 튜브는 상기 실린더부의 외측에서 둘레 방향 및 직경방향을 따라 정렬하여 위치하는 것이 바람직하다.
상기 실린더부 및 상기 열교환 튜브는 각각 복수로 구비되며, 상기 복수의 열교환 튜브의 열교환 유로는 상기 복수의 실린더부의 외측에 각각 위치하는 것이 바람직하다.
상기 실린더부 및 상기 열교환 튜브는 각각 복수로 구비되며, 상기 복수의 열교환 튜브 중 일부는 상기 실린더부 중 어느 하나의 외측에서 그 둘레 방향을 따라 방사상으로 위치하고, 상기 복수의 열교환 튜브 중 다른 일부는 상기 실린더부 중 다른 하나의 외측에서 그 둘레 방향을 따라 방사상으로 위치하는 것이 바람직하다.
상기 실린더부 및 상기 열교환 튜브는 각각 복수로 구비되며, 상기 복수의 열교환 튜브 중 일부는 상기 실린더부 중 어느 하나의 외측에서 그 직경 방향을 따라 정렬하여 위치하고, 상기 복수의 열교환 튜브 중 다른 일부는 상기 실린더부 중 다른 하나의 외측에서 그 직경 방향을 따라 정렬하여 위치하는 것이 바람직하다.
상기 복수의 열교환 튜브 중 일부는 상기 실린더부 중 어느 하나의 외측에서 둘레 방향 및 직경방향을 따라 정렬하여 위치하고, 상기 복수의 열교환 튜브 중 다른 일부는 상기 실린더부 중 다른 하나의 외측에서 둘레 방향 및 직경방향을 따라 정렬하여 위치하는 것이 바람직하다.
그리고, 유입구가 일측에 위치하는 중공의 내측 실린더, 유출구가 일측에 위치하며, 상기 내측 실린더의 둘레를 감싸도록 상기 내측 실린더보다 큰 직경을 갖는 외측 실린더, 외측 실린더를 관통하여 상기 내측 실린더에 연결되는 상부 연결관, 및 상기 외측 실린더에 연결되는 하부 연결관을 포함하는 실린더부; 및 일측이 상기 상부 연결관에 연결되고, 타측이 상기 하부 연결관에 연결되어, 상기 실린더부의 외측을 둘러싸는 나선형태의 열교환 유로를 형성하는 열교환 튜브;를 포함하는 열교환기를 제공한다.
상기 열교환 튜브는 복수로 구비되며,
상기 복수의 열교환 튜브는 각각 상기 실린더부의 외측을 둘러싸는 나선형태로 위치하는 것이 바람직하다.
상기 실린더부 및 상기 열교환 튜브는 각각 복수로 구비되며, 상기 복수의 열교환 튜브 중 일부는, 상기 복수의 실린더부 중 어느 하나와 연결되고, 상기 복수의 열교환 튜브 중 다른 일부는, 상기 복수의 실린더부 중 다른 하나와 연결되며, 상기 복수의 열교환 튜브는 상기 실린더부의 외측을 모두 둘러싸는 나선형태로 위치하는 것이 바람직하다.
상기 실린더부 및 상기 열교환 튜브는 각각 복수로 구비되며, 상기 복수의 열교환 튜브 중 일부는, 상기 복수의 실린더부 중 어느 하나와 연결되고, 상기 복수의 열교환 튜브 중 다른 일부는, 상기 복수의 실린더부 중 다른 하나와 연결되며, 상기 복수의 열교환 튜브 중 일부는, 상기 실린더부의 외측을 모두 둘러싸는 나선형태로 위치하고, 상기 복수의 열교환 튜브 중 다른 일부는, 상기 복수의 열교환 튜브 중 일부의 외측을 둘러싸는 나선형태로 위치하는 것이 바람직하다.
상기 실린더부 및 상기 열교환 튜브는 각각 복수로 구비되며 상기 복수의 열교환 튜브 중 일부는, 상기 복수의 실린더부 중 어느 하나와 연결되고, 상기 복수의 열교환 튜브 중 다른 일부는, 상기 복수의 실린더부 중 다른 하나와 연결되며, 상기 복수의 열교환 튜브 중 일부와, 상기 복수의 열교환 튜브 중 다른 일부는 상기 실린더부로부터 교대로 위치하면서 외측을 둘러싸는 나선형태로 위치하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열교환기 중 어느 하나 이상을 포함하는 열교환기 모듈을 제공한다.
상기 열교환기 모듈은, 배가스가 유입되는 측으로부터, 제1열교환기, 제2열교환기, 제3열교환기, 및 제4열교환기의 순으로 배치되는 것이 바람직하다.
상기 제1열교환기, 상기 제2열교환기 및 상기 제3열교환기의 일측 실린더 및 열교환 튜브의 재질은 alloy K30 또는 alloy WA2이고, 상기 제3열교환기의 타측 실린더 및 열교환 튜브의 재질은 ASME SA213 347HFG, Super304H이며, 상기 제4열교환기의 재질은 ASME SA209 T1a 또는 ASME SA213 T12/T22인 것이 바람직하다.
또한, 가압된 산소 및 연료가 공급되는 연소로; 유체 공급부; 및 제 15 항에 따른 열교환기 모듈로서, 상기 연소로에서 발생하는 배가스와 유체 공급부에서 공급되는 유체의 열교환을 통하여 스팀을 생성하는 열교환기 모듈;을 포함하며, 상기 유체 공급부로부터 상기 열교환기 모듈로 공급되는 유체는 상기 제4열교환기를 지나면서 가열되어 상기 제1열교환기로 유입되며, 상기 제1열교환기로 유입된 유체는 상기 제1열교환기, 상기 제2열교환기 및 상기 제3열교환기를 지나면서 더 가열되어 터빈으로 공급되고, 상기 터빈으로 공급된 유체는 상기 제3열교환기로 다시 유입되어 상기 제2열교환기를 지나면서 재가열 되어 상기 터빈과 다른 터빈으로 공급되는가압 순산소 연소 발전 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 열교환기, 열교환기 모듈 및 이를 포함하는 가압 순산소 연소 시스템에 의하면. 열교환기의 형상과 튜브의 효율적인 구조와 소재 개선을 통해 운전 장애 요소를 줄이고 목표 스팀을 생산하기 위한 충분한 전열 면적이 확보됨으로써 열교환기 열 효율 및 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 열교환기를 가압 순산소 연소 발전 시스템에 적용함으로써 고효율 발전이 가능한 A-USC급 발전 시스템의 효과적인 설계가 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가압 순산소 연소 발전 시스템의 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기 모듈의 개략도이다.
도 3은, 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기의 전체 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기의 종단면도를 개략적으로 나나타낸다.
도 5는, 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기의 전체 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기의 종단면도를 개략적으로 나나타낸다.
도 7은, 본 발명의 제3실시예에 따른 열교환기의 전체 사시도이다.
도 8은, 본 발명의 제3실시예에 따른 열교환기의 종단면도를 개략적으로 나나타낸다.
도 9는, 본 발명의 제4실시예에 따른 열교환기의 전체 사시도이다.
도 10은, 본 발명의 제4실시예에 따른 열교환기의 종단면도를 개략적으로 나나타낸다.
도 11은, 본 발명의 제4실시예에 따른 열교환기의 평면도로서, 열교환기 상부의 유출관이 제거된 상태를 나타낸다.
도 12는, 본 발명의 제5실시예에 따른 열교환기의 전체 사시도이다.
도 13은, 본 발명의 제5실시예에 따른 열교환기의 종단면도를 개략적으로 나나타낸다.
도 14는, 본 발명의 제5실시예에 따른 열교환기의 평면도로서, 열교환기 상부의 유출관을 제거한 상태를 나타낸다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.
또한, 기술되는 실시예는 발명의 설명을 위해 예시적으로 제공되는 것이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기, 열교환기 모듈 및 이를 포함하는 가압 순산소 연소 발전 시스템을 상세히 설명한다.
<가압 순산소 연소 발전 시스템의 구성>
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가압 순산소 연소 발전 시스템의 구성을 상세히 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 가압 순산소 발전 시스템의 개략도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가압 순산소 연소 발전 시스템(이하, 단순히 '발전 시스템' 이라 칭할 수 있다)은, ASU(10), 연료 공급부(20), 연소로(30), 유체 공급부, 터빈 모듈(40), 발전부, 응축수 저장부(60), CPU(70)를 포함한다.
ASU(10, Air Separation Unit)는 발전 시스템에서의 연소를 위한 산소를 연소로(30)에 공급한다.
ASU(10)는 유입되는 공기로부터 질소와 산소를 분리하여, 분리된 산소를 가압하여 연소로(30)에 공급함으로써 연소를 위한 산화제로 사용되도록 한다.
ASU(10)로부터 분리된 질소는 별도로 저장하였다가 필요한 용도(산업용 또는 공업용 등)에 사용될 수 있다.
ASU(10)로부터 분리된 산소는 연소로(30)로 공급되어 연료와 함께 연소된다.
연료 공급부(20)는 연소로(30)로 연료를 공급한다. 연료 공급부(20)로부터 공급되는 연료는 기존의 화력 발전의 연료로 사용되는 석탄, 석유, 가스 등이 사용될 수 있음은 물론이고, 최근 각광받고 있는 연료인 셰일 가스, 타이트 가스 또는 UCG(Underground Cool Gasification) 가스 등이 사용될 수도 있다.
유체 공급부는 연소로(30) 내에 배치되는 열교환기 모듈(32)과 연결되어, 열교환에 필요한 작동 유체를 공급한다.
열교환기 모듈(32)로 공급되는 유체는 한정되지 않으며, 기존의 화력 발전에서 열교환에 사용되는 공지된 작동 유체(열 매체)가 사용될 수 있다. 예를 들면, 물, 미리 예열된 스팀 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
연소로(30)는 연소가 이루어질 수 있는 공간이 마련되어, 상기 ASU(10)에서 공급되는 산소와, 상기 연료 공급부(20)에서 공급되는 연료의 연소가 이루어진다.
연소로(30)에는, 공급되는 산소와 연료를 연소시키기 위한 버너가 구비되어, 공급되는 산소와 연료를 연소시킨다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 연소로(30) 내부는 연소 영역, 열교환 영역, 응축 영역으로 구분될 수 있다. 이는 실제로 구획되는 것은 아니고, 연소 현상 및 그에 따라 발생하는 배가스의 이용에 따라 구분될 수 있는 영역이다.
연소 영역은 연료 및 산소의 연소에 의한 화염이 생성되는 영역으로서, 연소에 의한 고온의 배가스가 발생한다.
열교환 영역은 연소 영역에서 발생한 배가스의 열을 열교환을 통하여 회수하는 영역이다.
열교환 영역에는 열교환을 위한 열교환기 모듈(32)이 배치된다.
유체 공급부로부터 열교환기 모듈(32)로 유체가 공급되며, 공급된 유체는 열교환기 모듈(32)에 의해 배가스와의 열교환이 이루어진다.
응축 영역에서는, 열교환 영역에서 열교환을 마친 배가스의 응축이 이루어진다.
응축 영역에는 배가스에 냉각수를 분사함으로써 배가스의 응축과 함께, 배가스에 포함된 오염물질(질소산화물, 황산화물 등)의 스크러빙을 행하는 냉각수 분사부(32)가 위치한다.
응축 영역에서의 응축에 의해 응축수가 분리된 배가스의 성분은 대부분 이산화탄소가 된다.
본 실시예에서는 열교환 영역 및 응축 영역이 연소로(30) 내부에 형성되나, 상기 영교환 영역 및 응축 영역은 연소로(30)와 외부에서 열교환부나 응축부로서 별개의 구성으로 설치될 수도 있다.
터빈 모듈(40)은 열교환기 모듈(32)과 연결되며, 복수의 터빈들로 이루어질 수 있다. 터빈 모듈(40)에 설치되는 복수의 터빈은 고압 터빈(41), 중압 터빈(42), 저압 터빈(43)의 복수로 구성된다.
열교환기 모듈(32)에서 배가스와의 열교환에 의해 고온 고압이 된 유체가 터빈 모듈(40)로 공급되어 터빈이 구동되며, 이로써, 터빈 모듈(40)과 연결된 발전부에서 전력이 생산된다.
응축수 저장부(60)는 연소로(30) 후단에 연결되며, 상기한 연소로(30)의 응축 영역에서 분리된 응축수는 응축수 저장부(60)로 유입되어 저장된다.
응축수 저장부(60)에 저장된 응축수는 농업용수 또는 산업용수로 재사용 될 수 있다.
또한, 응축수 저장부(60)에 저장된 응축수를 열교환기 모듈(32)로 공급하여 작동 유체로서 사용하거나, 상기한 냉각 튜브 또는 냉각수 분사부(32)의 냉각수로 사용할 수 있다. 이 경우, 별도의 유체 공급부 또는 냉각수 공급부를 설치할 필요가 없게 된다.
CPU(70, CO2 Processing unit)는 연소로(30) 후단에 연결되어, 연소로(30)의 응축영역에서 응축수가 제거된 배가스가 유입되고, 유입된 배가스에 포함된 이산화탄소를 포집한다.
CPU(70)에서 포집된 이산화탄소는 CCU(Carbon Capture and Utilization) 또는 CCS(Carbon Capture and storage) 공정을 통하여 재활용될 수 있다.
CCU 공정은 포집된 이산화탄소를 별도의 용도로 활용하거나, 추가적인 화학반응 공정을 통하여 새로운 물질로 전환하는 공정이다.
그리고, CCS 공정은 포집된 이산화탄소를 압축, 수송과정을 거쳐서 육상 또는 해양 지중에 저장하여 필요한 용도에 재사용이 가능하도록 하는 공정이다.
<열교환기 모듈 및 열교환기의 구성>
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열교환기 모듈(32) 및 열교환기의 구성을 상세히 설명한다.
열교환기 모듈(32)은 연소로(30) 내의 연소 영역의 후단 즉, 열교환 영역에 배치되어, 연소 영역에서 발생하는 배가스와, 열교환기 모듈(32)로 공급되는 유체와의 열교환이 이루어진다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서의 열교환기 모듈(32)은 복수의 열교환기가 연소로(30) 내의 열교환 영역 내에 적층된 컬럼 형태로 구성된다.
이하, 열교환기 모듈(32)을 구성하는 열교환기의 각 실시예를 상세히 설명한다.
<열교환기(1000)의 제1실시예>
도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기(1000)를 상세히 설명한다.
도 3은, 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기(1000)의 전체 사시도이고, 도 4는 도 3의 종단면도를 개략적으로 나타낸다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기(1000)는, 실린더부(100) 및 열교환 튜브(130)를 포함한다.
실린더부(100)는 내측 실린더(110) 및 외측 실린더(120)를 포함한다.
내측 실린더(110)는 중공의 원통 형상으로 이루어질 수 있다. 내측 실린더(110)의 하측에는 유입구(111)가 위치한다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 유입구(111)가 형성된 별도의 유입관(112)이 내측 실린더(110) 타측에 연결되어 구성될 수 있다.
그리고, 내측 실린더(110)의 상측에는 내부 연결공(113)이 형성된다.
외측 실린더(120)는 내측 실린더(110)와 마찬가지로, 중공의 원통 형상으로 이루어진다. 구체적으로, 외측 실린더(120)의 내경은 내측 실린더(110)의 외경보다 크도록 구성된다.
외측 실린더(120)는 내측 실린더(110)의 둘레를 감싸도록 위치한다, 즉, 내측 실린더(110)의 일부가 외측 실린더(120) 내부에 수용되며, 내측 실린더(110)의 외주면과 외측 실린더(120)의 내주면 사이가 소정간격 이격되어 유로를 형성한다.
외측 실린더(120)의 상측에는 관통공(123)이 형성된다.
관통공(123)의 상측 즉, 외측 실린더(120)의 가장 상단에는 유출구(121)가 형성된 유출관(122)이 연결된다.
그리고, 외측 실린더(120)의 하측에는 외부 연결공(124)이 형성된다.
열교환 튜브(130)는, 그 일단부가 외부 실린더의 관통공(123)을 관통하여 내측 실린더(110)의 내부 연결공(113)에 연결되고, 그 타단부는 외측 실린더(120)의 외부 연결공(124)에 연결됨으로써, 실린더부(100)의 외측에 열교환 유로를 형성한다. 구체적으로, 열교환 튜브(130)는 "⊂" 형상의 열교환 유로를 형성한다.
다시 말해, 열교환 튜브(130)는 일단부는 내측 실린더(110)의 상부와 연통되고, 타단부는 외측 실린더(120)의 하부와 연통된다. 다시 말해, 내측 실린더(110)의 상부 및 외측 실린더(120)의 하부가 열교환 튜브(130)를 통하여 연통된다.
그리고, 도 3 및 4에 나타낸 바와 같이, 실린더부(100)의 상기 내부 연결공(113), 관통공(123) 및 외부 연결공(124)이 다수로 형성되고, 열교환 튜브(130)가 다수개가 구비될 수 있다.
이로써, 다수개의 열교환 튜브(130)가 실린더부(100)의 직경방향으로 정렬하여 배치될 수 있고, 또한, 다수개의 열교환 튜브(130)가 실린더부(100)의 둘레방향을 따라 원형으로 배치될 수 있다.
즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, 열교환 튜브(130)는 실린더부(100)의 직경방향을 따라 패널 형태로 정렬된 다수의 열교환 튜브(130)가 실린더부(100)의 둘레방향을 따라 원형으로 배치될 수 있다.
다음, 도 4을 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 열교환기(1000)의 작용을 설명한다.
열교환기(1000)는 열교환기 모듈(32)에 구비됨으로써 연소로(30) 내에 배치되고, 연소로(30)의 연소 영역에서 발생하는 고온의 배가스는 열교환기(1000)의 외부로 유동한다.
열교환기(1000)의 유입구(111)로 유체가 공급되며, 유입구(111)를 통하여 공급된 유체는 내측 실린더(110)를 따라 상측으로 유동하여, 관통공(123)을 통하여 외부 연결공(124)과 연결된 열교환 튜브(130)의 일단부로 유입된다,
열교환 튜브(130)로 유입된 유체는 열교환 튜브(130)를 따라서 하측으로 유동하여 열교환 튜브(130) 타단부에 연결된 외측 실린더(120)로 유입된다. 외측 실린더(120)로 유입된 유체는 다시 상측으로 유동하여 외측 실린더(120) 상부에 위치하는 유출구(121)를 통하여 유출된다.
이와 같이, 열교환기(1000) 내부를 유동하는 유체와 열교환기(1000) 외부를 유동하는 배가스와의 열교환이 이루어진다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 열교환기는 상기한 구조에 의해 열교환기의 하부-> 상부 -> 하부 -> 상부를 따라 루프 형태의 유로가 형성되고, 열교환기로 유입된 유체가 이러한 루프 형태의 유로를 따라 유동함으로써, 열교환기 내부에서의 체류시간이 길어지게 되어, 효율적인 열 회수가 가능하다.
<열교환기의 제2실시예>
다음, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기(2000)를 상세히 설명한다.
이하, 제2실시예에 따른 열교환기(2000)의 설명에서는 상기 제1실시예에 따른 열교환기와의 차이점을 중심으로 설명하며, 동일한 구성에 대하여는 동일한 도면부호를 사용하고 그 설명을 생략하거나 간략히 할 수 있다.
도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기(2000)는, 복수의 실린더부(100, 200) 및 복수의 열교환 튜브(230, 130)를 포함한다.
본 실시형태에서는 실린더부가 제1실린더부(100) 및 제2실린더부(200)의 복수로 구성된다.
제1실린더부(100)는, 제1내측 실린더(110) 및 제1외측 실린더(120)를 포함한다.
상기 제1실시예와 마찬가지로, 제1내측 실린더(110)는 하측에 유입구(111)가 위치한 중공의 원통 형상으로 구성되고, 그 상측에는 제1내부 연결공(113)이 위치한다.
제1외측 실린더(120)도 상측에는 제1관통공(123) 및 제1유출구(121)가 위치하며, 제1외측 실린더(120)의 내경은 제1내측 실린더(110)의 외경보다 크도록 구성되어, 제1외측 실린더(120)는 제1내측 실린더(110)의 둘레를 감싸도록 위치한다.
제1내측 실린더(110)의 일부가 제1외측 실린더(120) 내부에 수용되며, 제1내측 실린더(110)의 외주면과 제1외측 실린더(120)의 내주면 사이가 소정간격 이격되어 유로를 형성하고, 제1 외측 실린더(120)의 하측에는 제1외부 연결공(124)이 위치한다.
제1열교환 튜브(130)는, 그 일단부가 제1외부 실린더의 제1관통공(123)을 관통하여 제1내측 실린더(110)의 제1내부 연결공(113)에 연결되고, 그 타단부는 제1외측 실린더(120)의 제1외부 연결공(124)에 연결됨으로써, 제1내측 실린더(110)와 제1외측 실린더(120)의 상하부를 연통시키면서, 제1실린더부(100)의 외측에 "⊂" 형상의 열교환 유로를 형성한다.
마찬가지로, 본 실시형태에서도 다수의 제1열교환 튜브(130)가 제1실린더부(100)의 직경방향을 따라 정렬된 패널형태의 제1열교환 튜브(130)가 제1실린더부(100)의 둘레방향을 따라 위치할 수 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 제2실린더부(200)도 제1실린더부(100)와 마찬가지로, 제2유입구(211) 및 제2내부 연결공(213)이 구비되는 제2내측 실린더(210), 제2유출구(221), 제2관통공(223) 및 제2외부 연결공(224)이 구비되는 제2외측 실린더(220)를 포함하며, 그 연결관계 및 구조는 상기 제1실린더부(100)와 동일하며, 제2열교환 튜브(230)도 제1열교환 튜브(230)와 동일하게 제2실린더부(200)에 연결된다.
본 실시예에 따른 열교환기(2000)는 복수의 실린더부(100, 200) 및 이에 각각 연결되는 열교환 튜브(130, 230)를 구비함으로써, 서로 다른 종류의 유체와 배가스의 열교환 또는 온도 및 압력이 서로 다른 유체와 배가스의 열교환이 같은 연소로(30) 내에서 동시에 가능하다는 장점을 갖는다.
예를 들면, 본 실시예에 따른 열교환기(2000)가 화력 발전의 연소로(30)에 설치되는 경우, 제1실린더부(100) 및 제1열교환 튜브(130)는 과열기(Super-Heater)의 기능을 수행하고, 제2실린더부(200) 및 제2열교환 튜브(230)는 재열기(Re-Heater)의 기능을 수행할 수 있다.
다음, 도 6을 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 열교환기(2000)의 작용을 설명한다.
본 실시형태에 있어서도, 유체의 유동은 제1실시예와 기본적으로 동일하다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 제1유체가 제1유입구(111)를 통하여 제1내측 실린더(110)의 상측으로 유동하여 제1열교환 튜브(130)로 유입되어 하측으로 유동하여 제1외측 실린더(120)로 유입되고 그 상측으로 유동하여 제1유출구(121)로 유출된다.
그리고, 제2유체는 제2유입구(211)를 통하여 제2내측 실린더(210)의 상측으로 유동하여 제2열교환 튜브(230)로 유입되어 하측으로 유동하여 제2외측 실린더(220)로 유입되고 그 상측으로 유동하여 제2유출구(221)로 유출된다.
다만, 본 실시예에서 제1유체와 제2유체는 서로 다른 종류의 유체이거나, 그 상태(온도나 압력)이 서로 다른 유체일 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 열교환기는 복수의 실린더부(100, 200) 및 이에 각각 연결되는 열교환 튜브(130, 230)를 구비함으로써, 서로 다른 종류의 유체와 배가스의 열교환 또는 온도 및 압력이 서로 다른 유체와 배가스의 열교환이 같은 연소로(30) 내에서 동시에 가능하다는 장점을 갖는다.
<열교환기의 제3실시예>
다음, 도 7 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 제3실시예에 따른 열교환기(3000)를 상세히 설명한다.
이하, 제3실시예에 따른 열교환기(3000)의 설명에서도 상기 제1 및 제2실시예에 따른 열교환기와의 차이점을 중심으로 설명하고, 동일한 구성에 대하여는 동일한 도면부호를 사용하고 그 설명을 생략하거나 간략히 할 수 있다.
도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 열교환기(3000)는 상기 제1실시예에 따른 열교환기와 마찬가지로 실린더부(100) 및 열교환 튜브(130')를 포함한다. 다만, 실린더부(100)에 연결관(141, 142)이 더 구비되며, 열교환 튜브(130')의 형상에 있어서 차이가 있다.
상세히 설명하면, 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 상기 제1실시예와 마찬가지로, 내측 실린더(110)는 하측에 유입구(111)가 위치한 중공의 원통 형상으로 구성되고, 그 상측에는 내부 연결공(113)이 위치한다.
외측 실린더(120)도 상측에는 관통공(123) 및 유출구(121)가 위치하며, 외측 실린더(120)의 내경은 내측 실린더(110)의 외경보다 크도록 구성되어, 내측 실린더(110)의 일부가 외측 실린더(120) 내부에 수용되며, 내측 실린더(110)의 외주면과 외측 실린더(120)의 내주면 사이가 소정간격 이격되어 유로를 형성하고, 외측 실린더(120)의 하측에는 외부 연결공(124)이 위치한다.
연결관(141, 142)은 상부 연결관(141) 및 하부 연결관(142)을 포함한다.
상부 연결관(141)은 그 일측이 외측 실린더(120) 상측의 관통공(123)을 관통하여 내측 실린더(110) 상측의 내부 연결공(113)에 연결되며, 타측은 실린더부(100) 외측에 연장되고, 연장된 부분에는 다수의 통공(151)이 형성된다.
하부 연결관(142)은 그 일측이 외측 실린더(120)의 하측의 외부 연결공(124)에 연결되며, 상부 연결관(141)과 마찬가지로 타측은 실린더부(100) 외측에 연장되고, 연장된 부분에는 다수의 통공(152)이 형성된다.
열교환 튜브(130')는, 그 일단부가 상부 연결관(141)의 통공에 연결되고, 그 타단부는 하부 연결관(142)의 통공에 연결됨으로써, 실린더부(100)의 외측에 열교환 유로를 형성한다.
다만, 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서의 열교환 튜브(130')는 실린더부(100)의 외측을 둘러싸는 나선형 형태의 열교환 유로를 형성한다.
이로써, 연소로(30)의 내부의 한정된 공간에서 최대한의 열교환 면적을 확보하여 열교환 효율을 높일 수 있다.
<열교환기의 제4실시예>
다음, 도 9 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 제4실시예에 따른 열교환기(4000)를 상세히 설명한다.
이하, 제4실시예에 따른 열교환기(4000)의 설명에서도 상기 제1 내지 제3실시예에 따른 열교환기와의 차이점을 중심으로 설명하고, 동일한 구성에 대하여는 동일한 도면부호를 사용하고 그 설명을 생략하거나 간략히 할 수 있다.
본 실시형태에서는 상기 제2실시예의 열교환기와 마찬가지로, 복수의 실린더부(100, 200) 및 복수의 열교환 튜브(131', 231')를 포함하며, 제3실시예에서와 마찬가지로 실린더부에 연결관이 구비된다.
즉, 실린더부가 제1실린더부(100) 및 제2실린더부(200)의 복수로 구성되며, 제1실린더부(100)는, 제1내측 실린더(110) 및 제1외측 실린더(120)를 포함하고,
제1외측 실린더(120)도 상측에는 제1관통공(123) 및 제1유출구(121)가 위치하며, 제1외측 실린더(120)의 내경은 제1내측 실린더(110)의 외경보다 크도록 구성되어, 제1내측 실린더(110)의 일부가 제1외측 실린더(120) 내부에 수용되며, 제1내측 실린더(110)의 외주면과 제1외측 실린더(120)의 내주면 사이가 소정간격 이격되어 유로를 형성한다.
그리고, 제1내측 실린더(110)의 상부에는 제1내부 연결공(113)이 위치하고, 제1외측 실린더(120)의 상부에는 제1관통공(123)이 위치하며, 제1외측 실린더(120)의 하부에는 제1외부 연결공(124)이 위치한다.
제2실린더부(200)는 상기 제2실시예에서와 같이 제1실린더부(100)와 동일하게 구성된다.
본 실시예에 따른 열교환기(4000)는 상기와 같이 실린더부(100)가 복수로 구비됨에 따라, 연결관은 각각의 실린더부(100, 200)에 모두 구비된다.
제1상부 연결관(141)은 그 일측이 제1외측 실린더(120) 상측의 제1관통공(123)을 관통하여 제1내측 실린더(110) 상측의 제1내부 연결공(113)에 연결되며, 타측은 제1실린더부(100) 외측에 연장되고, 연장된 부분에는 다수의 통공(151')이 형성된다.
제1하부 연결관(142)은 그 일측이 제1외측 실린더(120)의 하측의 제2외부 연결공(224)에 연결되며, 제1상부 연결관(141)과 마찬가지로 타측은 제1실린더부(100) 외측에 연장되고, 연장된 부분에는 다수의 통공(152')이 형성된다.
제2상부 연결관(241)은 그 일측이 제2외측 실린더(220) 상측의 제2관통공(223)을 관통하여 제2내측 실린더(210) 상측의 제2내부 연결공(213)에 연결되며, 타측은 제2실린더부(200) 외측에 연장되고, 연장된 부분에는 다수의 통공(251')이 형성된다.
제2하부 연결관(242)은 그 일측이 제2외측 실린더(220)의 하측의 제2외부 연결공(224)에 연결되며, 제2상부 연결관(241)과 마찬가지로 타측은 제2실린더부(200) 외측에 연장되고, 연장된 부분에는 다수의 통공(252')이 형성된다.
다만, 도 9 내지 도 11에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서는 제1하부 연결관(142) 및 제1상부 연결관(141)에 형성되는 통공은 제1실린더부(100)에 가까운 측에 형성되고, 제2하부 연결관(242) 및 제2상부 연결관(241)에 형성되는 통공은 제1실린더부(100)에서 먼 쪽에 형성된다.
제1열교환 튜브(131')는 그 일단부가 제1상부 연결관(141)의 통공에 연결되고, 그 타단부는 제1하부 연결관(142)의 통공에 연결됨으로써, 실린더부(100)의 외측에 나선형태의 열교환 유로를 형성한다.
제2열교환 튜브(231')는 그 일단부가 제2상부 연결관(241)의 통공에 연결되고, 그 타단부는 제2하부 연결관(242)의 통공에 연결됨으로써, 제1열교환 튜브(131')의 외측에서 나선형태의 열교환 유로를 형성한다.
<열교환기의 제5실시예>
다음, 도 12 내지 도 14를 참조하여, 본 발명의 제5실시예에 따른 열교환기(5000)를 상세히 설명한다.
이하, 제5실시예에 따른 열교환기(5000)의 설명에서도 상기 제1 내지 제4실시예에 따른 열교환기와의 차이점을 중심으로 설명하고, 동일한 구성에 대하여는 동일한 도면부호를 사용하고 그 설명을 생략하거나 간략히 할 수 있다.
본 실시예에 따른 열교환기(5000)는, 다른 구성은 제4실시예와 동일하나, 각 연결관(141, 142, 241, 242)에 형성되는 통공 및 이에 연결되는 열교환 튜브(131", 231"))의 구성에 차이가 있다.
도 12 내지 도 14에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서는 각 하부 연결관(142, 242) 및 각 상부 연결관(141, 241)에 형성되는 통공(151", 152", 251", 252")은 각 통공의 사이가 통공 하나의 크기 이상으로 이격되어 형성된다.
구체적으로, 제1하부 연결관(142) 및 제1상부 연결관(141)에 형성되는 통공(151", 152")은 각각 통공 하나의 크기 이상의 간격을 두고 형성된다.
한편, 제2하부 연결관(242) 및 제2상부 연결관(241)에 형성되는 통공(251", 252")은 상기 제1하부 연결관(142) 및 제1상부 연결관(141)의 통공이 형성되지 않는 위치에 대응하는 위치에 각각 통공 하나의 크기 이상의 간격을 두고 형성된다.
즉, 제1하부 연결관(142) 및 제1상부 연결관(141)에 형성되는 통공(151", 152")과, 제2하부 연결관(242) 및 제2상부 연결관(241)에 형성되는 통공(251", 252")의 위치는 서로 어긋나도록 형성된다.
제1열교환 튜브(131")는 그 일단부가 제1상부 연결관(141)의 통공(151")에 연결되고, 그 타단부는 제1하부 연결관(142)의 통공(152"에 연결된다.
한편, 제2열교환 튜브(231")는 그 일단부가 제2상부 연결관(241)의 통공(251")에 연결되고, 그 타단부는 제2하부 연결관(242)의 통공(252")에 연결된다.
이로써, 제1열교환 튜브(131") 및 제2열교환 튜브(231")는 각 실린더부(100)로부터 외측을 향하여 직경방향으로 교대로 위치하면서 나선형태로 열교환 유로를 형성한다.
상기한, 제4실시예 및 제5실시예에 따른 열교환기(4000, 5000)는, 연소로(30)의 내부의 한정된 공간에서 최대한의 열교환 면적을 확보하여 열교환 효율을 높일 수 있음은 물론, 다른 종류의 유체와 배가스의 열교환 또는 온도 및 압력이 서로 다른 유체와 배가스의 열교환이 같은 연소로(30) 내에서 동시에 가능하다는 장점을 갖는다.
예를 들면, 상기 제4 및 제5실시예에 따른 열교환기(4000, 5000)는 제2실시예와 마찬가지로 제1실린더부(100) 및 제1열교환 튜브(131', 131")는 과열기(Super-Heater)의 기능을 수행하고, 제2실린더부(200) 및 제2열교환 튜브(231', 231")는 재열기(Re-Heater)의 기능을 수행할 수 있다.
또한, 상기 제4실시예 및 제5실시예에 따른 열교환기(4000, 5000)는 배가스의 유속 및 배가스와의 열교환에 의해 가열되는 각 유체의 스팀 생성 온도에 따라 사용될 수 있다.
다음, 도 2를 다시 참조하여, 상기 각 실시예에 따른 열교환기를 포함하는 열교환기 모듈(32)에 있어서, 각 열교환기의 배치를 설명한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 다른 열교환기 모듈(32)에 있어서의 각 열교환기의 배치는, 배가스가 유입되는 쪽으로부터, 제1열교환기, 제2열교환기, 제3열교환기 및 제4열교환기의 순으로 배치된다.
제1열교환기는 제1실시예에 따른 열교환기(1000)이고, 제2열교환기는 제2실시예에 따른 열교환기(2000)이다.
그리고, 제3열교환기는 제4실시예 또는 제5실시예에 따른 열교환기(4000, 5000) 중 어느 하나일 수 있고, 제4열교환기는 제3실시예에 따른 열교환기(3000)이다(이하, 제1열교환기 내지 제4열교환기에 대응하는 실시예의 열교환기 부호를 사용함).
즉, 제1열교환기(1000) 및 제2열교환기(2000)는 패널 형상으로 열교환 튜브(130)가 배치되는 열교환기이고, 제3열교환기 내지 제5열교환기(3000, 4000, 5000)는 나선형상으로 열교환 튜브(130)가 배치되는 열교환기이다.
이는, 연소로(30)의 연소 영역에서 발생한 배가스는 열교환 영역을 지나 응축 영역으로 유입되는데, 유입된 배가스는 열교환 영역을 지나면서 열교환에 의해 점점 온도가 떨어지게 된다.
즉, 열교환 영역의 전단으로 유입되는 배가스의 온도는 열교환 영역의 후단으로 유출되는 배가스의 온도보다 고온이다.
배가스에는 비산재가 포함되어 있으며, 비산재는 고온에서 용융되어 열교환기 표면에 슬래깅을 생성하게 된다.
나선형태로 열교환 튜브(130)가 배치되는 열교환기(제3실시예 내지 제5실시예)는, 패널 형태로 열교환 튜브(130)가 배치되는 열교환기(제1실시예 및 제2실시예)에 비하여 상대적으로 열교환 면적은 넓으나, 이에 수반하여 배가스가 유동하는 공간은 좁아지게 된다.
따라서, 열교환 영역의 전단에 제3실시예 내지 제5실시예의 열교환기(3000, 4000, 5000)를 배치하는 경우 연소로(30) 내부의 막힘 또는 운전 장애를 야기할 수 있다.
반면, 제1실시예 및 제2실시예의 열교환기(1000, 2000)는 패널 형태로 배치된 열교환 튜브(130) 사이 간격을 충분히 확보할 수 있으므로, 열교환 영역의 전단에 배치되더라도 상기한 슬래깅 생성과 관련된 운전 장애를 저감할 수 있다.
한편, 상기와 같이 열교환 영역의 후단에서는 배가스의 온도가 저하되므로, 제3열교환기(4000, 5000)는, 비교적 열교환 면적이 넓은 제4실시예 및 제5실시예의 열교환기(4000, 5000)로 함으로써 열교환 효율을 높일 수 있고, 열교환 영역 내에서의 배가스의 유속과 스팀 생성 온도를 고려하여 상기 각 실시예의 열교환기를 선택적으로 배치할 수 있다.
그리고, 열교환 영역의 가장 후단에는 제3실시예의 열교환기(3000)가 배치되어, 유체 공급부로부터 공급되는 유체를 미리 예열하여 열교환 영역 전단으로 유입되도록 하여 열교환 영역 전단에서의 열교환 효율을 높일 수 있다.
상기한 바와 같이 가압 순산소 연소 발전 시스템에서는 과열기를 통해 약 320 bar/700℃, 재열기를 통해 약 55 bar/720℃의 스팀을 생성한다.
이에 따라 열교환기의 소재 선정은 허용 열응력, 연결부위 용접의 크리프 강도, 고온 부식 등을 필수적으로 고려하여야 한다.
기존 USC 발전소의 열교환기는 스팀 온도 및 압력 조건을 고려하여 ASME SA213 Gr.91, 347H, 347HFG, Super304H 와 같은 철계 소재를 사용한다.
그러나 이들 철계 소재는 가압 순산소 연소 발전 시스템에서의 고온 고압 환경하에서는 크리프 강도가 크게 감소하며 분위기 산화 및 수증기 산화 속도가 증가하여 가압 순산소 연소 발전 시스템의 설계 수명 동안 사용이 불가능하다.
따라서 기존의 상압 발전 시스템과 비교하여, 가압 순산소 발전 시스템의 열교환기는 배가스 온도 및 스팀 온도를 고려하여 설계 수명 동안 견딜 수 있는 새로운 소재의 사용이 요구된다.
상기 열교환기 모듈(32)에 배치되는 열교환기 중 비교적 고온의 유체가 유동하는 제1열교환기(1000), 제2열교환기(2000) 및 제3열교환기(4000, 5000)의 과열기 기능을 하는 부분의 소재는 760℃에서 10만 시간 크리프 강도가 100MPa 이상인 소재를 사용하여야 하며, 크리프 강도 기준으로만 보면 상용소재 중 alloy 740H(UNS N07740)을 사용할 수 있을 것이다.
그러나 가압 순산소 연소 발전 시스템에서는 산소 농도가 높기 때문에 크리프 강도 이외에 추가로 내산화성을 향상시킨 소재가 사용되어야 하며, 따라서, 상기한 Alloy 740H 보다 크리프 강도는 유사하면서도 내산화성이 향상된 alloy K30 또는 alloy WA2 소재를 사용함으로써, 열교환기의 설계 수명을 늘릴 수 있다.
그리고, 비교적 낮은 온도의 스팀이 유동하는 제3열교환기(4000, 5000)의 재열기 기능을 하는 부분의 소재는 오스테나이트계 내열소재인 ASME SA213 347HFG, Super304H 튜브재를 사용하고, 또한, 스팀 온도가 가장 낮은 제4열교환기(3000)는 온도에 따라 ASME SA209 T1a 또는 ASME SA213 T12/T22 등의 소재를 사용한다.
<열교환기, 열교환기 모듈 및 가압 순산소 연소 발전 시스템의 작용>
이하, 도 1 내지 도 14를 다시 참조하여, 본 발명에 바람직한 실시예에 따른 열교환기(1000, 2000, 3000, 4000, 5000), 열교환기 모듈(32) 및 가압 순산소 연소 발전 시스템의 작용을 설명한다.
먼저, ASU(10)로 공기가 유입되며, 유입된 공기는 ASU(10)에서 질소와 산소가 분리되고, 분리된 산소는 가압되어 연소로(30)로 공급된다.
그리고, 연료 공급부(20)로부터 연소로(30)로 연료가 공급된다.
연소로(30)로 공급된 연료 및 산소는 연소로(30) 내의 버너에 의해 연소되어, 연소로(30) 내에 연소 영역을 형성한다.
연소 영역에서의 연소에 의해 고온의 배가스가 생성되며, 생성된 배가스는 연소로(30) 내의 열교환기 모듈(32)이 배치된 열교환 영역으로 유입된다.
한편, 유체 공급부로부터 열교환기 모듈(32)로 유체가 공급되어, 공급된 유체와 상기 배가스의 열교환이 이루어진다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 먼저, 유체 공급부에서 유체가 제4열교환기(3000)로 공급된다. 제4열교환기(3000)는 열교환 영역의 후단에 위치하는바, 제4열교환기(3000)로 유입된 유체는, 열교환 영역 후단에서 비교적 온도가 낮은 배가스와의 열교환을 통하여 예열된다.
예열된 유체는 제1열교환기(1000)로 유입되어, 열교환 영역으로 유입되는 배가스와의 열교환을 통하여 가열됨으로써 온도가 급격히 상승한다.
제1열교환기(1000)에서 가열된 유체는 제2열교환기(2000)의 일측(과열기 부분) 및 제3열교환기(4000, 5000)의 일측(과열기 부분)을 순차로 지나면서 배가스와의 열교환에 의해 가열되고, 가열된 유체는 스팀 형태로 터빈 모듈(40)의 고압 터빈(41)으로 유입되어 고압 터빈(41)을 구동시킨다.
고압 터빈(41)을 구동시킨 후 온도가 저하된 유체는 제3열교환기(4000, 5000)의 타측(재열기 부분) 및 제2열교환기(2000)의 타측(재열기 부분)을 순차로 지나면서 재가열되고, 재가열된 유체는 중압 터빈(42)으로 유입되어 중압 터빈(42) 및 이와 연결된 저압 터빈(43)을 구동시키고, 터빈 모듈(40)의 각 터빈의 구동에 의해 발전부에서는 전력이 생산된다.
열교환 영역을 지난 배가스는 응축 영역으로 유입되며, 냉각수 분사부(32)에서 분사되는 냉각수에 의해 응축 및 오염물질의 세정이 이루어진다.
응축 영역에서 배가스의 냉각에 응축 분리된 응축수는 응축수 저장부(60)로 유입되고 유입된 응축수는 정제를 거쳐 농업용수 또는 산업용수로 재사용되거나, 열교환기 모듈(32)로 공급하여 작동 유체로서 사용하거나, 냉각수 분사부(32)의 냉각수로 다시 사용할 수 있다.
연소로(30)의 응축영역에서 응축수가 제거된 배가스는 CPU(70)로 유입되어 이산화탄소를 포집되며, 포집된 이산화탄소는 CCU 또는 CCS 공정을 통하여 재활용될 수 있다.
10: ASU
20: 연료 공급부
30: 연소로
32: 열교환기 모듈
40: 터빈 모듈
50: 발전부
60: 응축수 저장부
70: CPU
100: 제1실린더부(실린더부)
200: 제2실린더부
130, 130', 131', 131", 230, 231', 231": 열교환 튜브

Claims (17)

  1. 유입구가 일측에 위치하는 중공의 내측 실린더, 및 유출구가 일측에 위치하며, 상기 내측 실린더의 둘레를 감싸도록 상기 내측 실린더보다 큰 직경을 갖는 외측 실린더를 포함하는 실린더부; 및
    일측이 상기 외측 실린더를 관통하여 상기 내측 실린더에 연결되고, 타측이 상기 외측 실린더에 연결되어 상기 실린더부의 외측에 열교환 유로를 형성하는 열교환 튜브;를 포함하며,
    상기 실린더부 및 상기 열교환 튜브는 각각 복수로 구비되고,
    상기 복수의 열교환 튜브의 열교환 유로는 상기 복수의 실린더부의 외측에 각각 위치하는,
    열교환기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 열교환 튜브 중 일부는 상기 실린더부 중 어느 하나의 외측에서 그 둘레 방향을 따라 방사상으로 위치하고,
    상기 복수의 열교환 튜브 중 다른 일부는 상기 실린더부 중 다른 하나의 외측에서 그 둘레 방향을 따라 방사상으로 위치하는,
    열교환기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 열교환 튜브 중 일부는 상기 실린더부 중 어느 하나의 외측에서 그 직경 방향을 따라 정렬하여 위치하고,
    상기 복수의 열교환 튜브 중 다른 일부는 상기 실린더부 중 다른 하나의 외측에서 그 직경 방향을 따라 정렬하여 위치하는,
    열교환기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 열교환 튜브 중 일부는 상기 실린더부 중 어느 하나의 외측에서 둘레 방향 및 직경방향을 따라 정렬하여 위치하고,
    상기 복수의 열교환 튜브 중 다른 일부는 상기 실린더부 중 다른 하나의 외측에서 둘레 방향 및 직경방향을 따라 정렬하여 위치하는,
    열교환기.
  9. 유입구가 일측에 위치하는 중공의 내측 실린더, 유출구가 일측에 위치하며, 상기 내측 실린더의 둘레를 감싸도록 상기 내측 실린더보다 큰 직경을 갖는 외측 실린더, 외측 실린더를 관통하여 상기 내측 실린더에 연결되는 상부 연결관, 및 상기 외측 실린더에 연결되는 하부 연결관을 포함하는 실린더부; 및
    일측이 상기 상부 연결관에 연결되고, 타측이 상기 하부 연결관에 연결되어, 상기 실린더부의 외측을 둘러싸는 나선형태의 열교환 유로를 형성하는 열교환 튜브;를 포함하며,
    상기 실린더부 및 상기 열교환 튜브는 각각 복수로 구비되고,
    상기 복수의 열교환 튜브 중 일부는, 상기 복수의 실린더부 중 어느 하나와 연결되며,
    상기 복수의 열교환 튜브 중 다른 일부는, 상기 복수의 실린더부 중 다른 하나와 연결되고,
    상기 복수의 열교환 튜브는 상기 실린더부의 외측을 모두 둘러싸는 나선형태로 위치하는,
    열교환기.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 열교환 튜브 중 일부는, 상기 복수의 실린더부 중 어느 하나와 연결되고,
    상기 복수의 열교환 튜브 중 다른 일부는, 상기 복수의 실린더부 중 다른 하나와 연결되며,
    상기 복수의 열교환 튜브 중 일부는, 상기 실린더부의 외측을 모두 둘러싸는 나선형태로 위치하고,
    상기 복수의 열교환 튜브 중 다른 일부는, 상기 복수의 열교환 튜브 중 일부의 외측을 둘러싸는 나선형태로 위치하는,
    열교환기.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 열교환 튜브 중 일부는, 상기 복수의 실린더부 중 어느 하나와 연결되고,
    상기 복수의 열교환 튜브 중 다른 일부는, 상기 복수의 실린더부 중 다른 하나와 연결되며,
    상기 복수의 열교환 튜브 중 일부와, 상기 복수의 열교환 튜브 중 다른 일부는 상기 실린더부로부터 교대로 위치하면서 외측을 둘러싸는 나선형태로 위치하는,
    열교환기.
  14. 제 1 항, 제 9 항, 제 12 항 및 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 열교환기를 포함하는,
    열교환기 모듈.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
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