KR102452607B1 - 흡수식 냉동기를 구비한 복합발전시스템 - Google Patents

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김동섭
문성원
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Abstract

본 발명은 외부에서 인입된 바이오매스(Biomass)를 이용하여 가압된 합성가스를 생성하는 합성가스 생성부와, 상기 합성가스 생성부와 합성가스가 유동하는 연료공급라인으로 연결되고, 상기 합성가스 생성부에서 생성된 가압된 합성가스를 유입하여 연료로 연소시켜, 그 연소가스로 가스터빈을 회전시켜 발전하는 연소발전부와, 상기 연소발전부와 배기가스가 유동하는 배기라인으로 연결되고, 상기 연소발전부에서 배출되는 배기가스의 폐열로 스팀을 생성하며, 그 스팀으로 스팀터빈을 회전시켜 발전하는 폐열발전부, 및 상기 합성가스 생성부에서 분기된 라인으로 연결되고, 상기 합성가스 생성부에서 열교환을 마친 합성가스를 유입하여, 합성가스가 가진 열로 스팀과 흡수제를 분리하면서 합성가스를 냉각하는 흡수식 냉동기를 포함하여, 합성가스 냉각 과정에서 방출되는 열을 회수하여 폐열발전에 활용하면서, 외부 온도에 따라 압축기로 인입되는 공기를 선택적으로 냉각하는 흡수식 냉동기를 구비한 복합발전시스템을 제공한다.

Description

흡수식 냉동기를 구비한 복합발전시스템{Combined power generation system with absorption chiller}
본 발명은 흡수식 냉동기를 구비한 복합발전시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 합성가스 냉각 과정에서 방출되는 열을 회수하여 폐열발전에 활용하면서, 외부 온도에 따라 압축기로 인입되는 공기를 선택적으로 냉각하는 흡수식 냉동기를 구비한 복합발전시스템에 관한 것이다.
일반적으로 복합화력 발전은 연료를 통한 1차 발전에서 생산된 에너지를 다시 2차 발전하는 것으로, 천연가스나 경유 등의 연료를 사용하여 1차로 가스터빈을 돌려 발전하며, 가스터빈에서 나오는 배기가스 열을 다시 보일러에 통과시켜 증기를 생산하여 2차로 증기터빈을 돌려 발전하는 것이다.
복합화력은 두 차례에 걸쳐 발전하기 때문에 기존 화력보다 열효율이 높다는 점과, 공해가 적고 정지 후에 다시 가동하는 시간이 짧다는 장점이 있으며, 건설기간에 있어서도 유연탄화력에 비해 1/3정도에 불과하여 긴급한 전력 계통을 위해 건설되기도 한다.
이러한 종래의 복합화력 발전시스템은 에너지를 효율적으로 활용이 가능한 장점이 있으나, 가스터빈의 효율은 흡입되는 공기의 온도, 기압, 습도 등에 의해 영향을 받게 되며, 특히 대기 온도가 높은 하절기에는 가스터빈으로 유입되는 공기 밀도가 낮아지게 되며 이는 가스터빈의 효율을 저하시키는 원인이 된다.
따라서 가스터빈으로 흡입되는 공기 밀도를 높이기 위하여 흡입공기의 온도를 낮추는 것이 발전 효율 개선에 많은 도움이 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에 가스터빈의 압축기 입구에 증발식 냉동기 또는 빙축열 시스템을 설치하여 가스터빈의 흡입공기 온도를 낮추는 방식이 사용된 경우가 있으며, 이러한 방식은 별도의 전원을 필요로 하여 에너지 효율 측면에서 불리하다.
종래기술로는 등록특허 제10-0814615호(2008.03.11)를 참조할 수 있다.
본 발명은 상대적으로 외기의 온도가 높은 여름철, 연소발전부의 압축기로 인입되는 외기를 냉각하여 가스터빈의 출력 저하를 방지하고, 합성가스 생성과정에 발생한 열을 이용하여 폐열발전부의 스팀터빈으로 인입되는 스팀을 과열시켜, 발전 효율을 향상시키는 흡수식 냉동기를 구비한 복합발전시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 흡수식 냉동기를 구비한 복합발전시스템은 외부에서 인입된 바이오매스(Biomass)를 이용하여 가압된 합성가스를 생성하는 합성가스 생성부와, 상기 합성가스 생성부와 합성가스가 유동하는 연료공급라인으로 연결되고, 상기 합성가스 생성부에서 생성된 가압된 합성가스를 유입하여 연료로 연소시켜, 그 연소가스로 가스터빈을 회전시켜 발전하는 연소발전부와, 상기 연소발전부와 배기가스가 유동하는 배기라인으로 연결되고, 상기 연소발전부에서 배출되는 배기가스의 폐열로 스팀을 생성하며, 그 스팀으로 스팀터빈을 회전시켜 발전하는 폐열발전부, 및 상기 합성가스 생성부에서 분기된 라인으로 연결되고, 상기 합성가스 생성부에서 열교환을 마친 합성가스를 유입하여, 합성가스가 가진 열로 스팀과 흡수제를 분리하면서 합성가스를 냉각하는 흡수식 냉동기를 포함한다.
이때 본 발명에 따른 상기 합성가스 생성부는 인입된 바이오매스(Biomass)를 가스화하면서 압축공기를 혼합하여 가압된 합성가스를 생성하는 합성가스 가압부와, 상기 합성가스 가압부와 합성가스가 유동하는 연료공급라인으로 연결되고, 상기 합성가스 가압부에 의해 가압된 합성가스를 열교환으로 냉각하는 합성가스 냉각부와, 상기 합성가스 냉각부와 합성가스가 유동하는 연료공급라인으로 연결되고, 상기 합성가스 냉각부에 의해 냉각된 합성가스를 정제하는 합성가스 정제부를 포함한다.
그리고 본 발명에 따른 상기 합성가스 가압부는 바이오매스(Biomass)를 가스화하면서, 압축기에서 송출된 압축공기를 혼합하여, 가압된 합성가스를 생성하는 가압가스화기와, 상기 가압가스화기와 합성가스가 유동하는 연료공급라인으로 연결되고, 가압된 합성가스에 포함된 재(ash), char(숯)의 고체 입자들은 제거하면서, 합성가스의 유동저항으로 승온하는 사이클론 집진장치를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 합성가스 냉각부는 상기 합성가스 생성부와 합성가스가 유동하는 연료공급라인으로 연결되고, 상기 연료공급라인을 통해 인입한 가압된 합성가스를 폐열발전부에서 인입한 스팀과 1차 열교환시켜 가압된 합성가스를 냉각하는 제1열교환기와, 상기 제1열교환기와 합성가스가 유동하는 연료공급라인으로 연결되고, 상기 연료공급라인을 통해 인입한 가압된 합성가스를 폐열발전부에서 인입되는 스팀과 2차 열교환시켜 가압된 합성가스를 냉각하는 제2열교환기와, 상기 제1열교환기 및 제2열교환기를 연결하는 연료공급라인 중 상기 제1열교환기의 배출단측에서 분기되어 상기 흡수식 냉동기와 연결되는 바이패스라인과, 상기 바이패스라인 상에 구비되어, 상기 바이패스라인을 선택적으로 개폐하는 제1컨트롤밸브와, 상기 흡수식 냉동기에서 연료공급라인 중 제2열교환기의 배출단측과 연결되는 리턴라인과, 상기 제1열교환기과 제2열교환기를 연결하는 연료공급라인 중, 상기 제2열교환기의 유입단측에 구비되어, 상기 연료공급라인 중 제2열교환기의 입력단측을 선택적으로 개폐하는 제2컨트롤밸브를 포함한다.
여기서 본 발명에 따른 상기 흡수식 냉동기에 의해 냉각된 합성가스는 상기 리턴라인을 통해 상기 합성가스 생성부의 합성가스 정제부로 유입되는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명에 따른 상기 흡수식 냉동기는 합성가스가 유동하는 바이패스라인 및 리턴라인과 연결되고, 상기 합성가스 생성부에서 선택적으로 합성가스를 유입하여, 유입된 합성가스가 가진 열로 스팀과 흡수제로 분리하고, 분리된 스팀과, 흡수제를 각각 배출하는 재생기(regenerator)와, 상기 재생기와 스팀이 유동하는 라인으로 연결되고, 상기 재생기에서 배출된 스팀을 유입하면서, 외부에서 인입된 냉각수로 스팀을 응축시켜, 응축수로 배출하는 응축기(condenser)와, 상기 응축기와 응축수가 유동하는 라인으로 연결되고, 상기 응축기에서 배출된 응축수를 유입하면서, 외부에서 유입된 공기와 열교환시켜, 응축수를 스팀으로 전환하여 배출하면서 공기를 냉각하여 배출하는 증발기(evaporator)와, 상기 재생기와는 흡수제가 유동하는 라인으로 연결되고, 상기 증발기와는 스팀이 유동하는 라인으로 연결되며, 상기 응축기와는 냉각수가 유동하는 라인으로 연결되어, 상기 재생기에서 배출된 흡수제를 유입하면서, 상기 증발기에서 배출된 스팀을 유입하고, 상기 응축기에서 유입된 냉각수의 냉각으로 스팀에 흡수제를 희석시킨 후 상기 재생기로 다시 배출하는 흡수기(absorber)를 포함한다.
이때 본 발명에 따른 상기 증발기에서 배출된 공기는 상기 연소발전부의 압축기로 유입되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 상기 연소발전부는 공기를 유입하여 회전력으로 유입한 공기를 고압으로 압축하여 배출하는 압축기와, 상기 합성가스 생성부와 연료공급라인으로 연결되면서 상기 압축기와 압축공기가 유동하는 압축공기라인과 연결되어, 유입된 합성가스와 압축공기를 혼합하여 연소하고, 합성가스의 연고로 발생한 배기가스를 배출하는 연소기와, 상기 압축기와 축 연결되고, 상기 연소기에서 배출된 배기가스가 터빈블레이드와 상응하여 회전력을 발생하는 배기가스터빈을 포함한다.
더불어 본 발명에 따른 상기 폐열발전부는 유입된 스팀이 터빈블레이드와 상응하여 회전력을 발생하는 스팀터빈과, 상기 스팀터빈과 스팀이 유동하는 스팀라인으로 연결되고, 상기 스팀라인을 통해 유입된 배기스팀과 외부에서 유입된 냉각수로 배기스팀을 응축하는 응축부와, 상기 응축부와 응축수가 유동하는 응축수라인으로 연결되고, 상기 응축부에서 응축된 응축수를 송출하는 펌프와, 배기가스라인 상에 구비되면서, 상기 펌프와 응축수가 유동하는 응축수라인으로 연결되고, 상기 펌프를 통해 송출된 응축수를 유입하면서 배기가스와 열교환시켜, 응축수를 가열하는 절탄부와, 상기 배기가스라인 상에 구비되면서, 상기 절탄부와 응축수가 유동하는 응축수라인으로 연결되고, 상기 절탄부를 통해 인입된 응축수를 배기가스와 열교환시켜 응축수를 스팀으로 전환하는 증발부와, 상기 배기가스라인 상에 구비되면서, 유입된 스팀을 배기가스와의 열교환으로 가열하여 스팀터빈으로 제공하는 과열부와, 상기 증발부와, 합성가스 냉각부, 및 과열부와 연결되고, 상기 증발부에서 배출된 스팀이 합성가스 냉각부를 통과한 후 상기 과열부로 순환하도록 안내하는 스팀순환라인을 포함한다.
본 발명에 따른 흡수식 냉동기를 구비한 복합발전시스템에 의해 나타나는 효과는 다음과 같다.
상대적으로 외기의 온도가 높은 여름철, 연소발전부의 압축기로 인입되는 외기를 냉각하여 가스터빈의 출력 저하를 방지하는 효과를 가진다.
또한, 합성가스 생성과정에 발생한 열을 이용하여 폐열발전부의 스팀터빈으로 인입되는 스팀을 과열시켜, 발전 효율을 향상시키는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 흡수식 냉동기를 구비한 복합발전시스템을 간략하게 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 흡수식 냉동기를 이용하는 상태를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 흡수식 냉동기를 이용하지 않는 상태를 보인 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 흡수식 냉동기를 이용하여 합성가스 냉각 과정에서 방출되는 열을 회수하여 폐열발전에 활용하면서, 외부 온도에 따라 압축기로 인입되는 공기를 선택적으로 냉각하는 흡수식 냉동기를 구비한 복합발전시스템에 관한 것으로, 도면을 참조하여 더욱 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3을 살펴보면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 흡수식 냉동기를 구비한 복합발전시스템은 합성가스 생성부(100)와, 연소발전부(200)와, 폐열발전부(300), 및 흡수식 냉동기(400)를 포함하는데, 상기 합성가스 생성부(100)와, 연소발전부(200)와, 폐열발전부(300), 및 흡수식 냉동기(400)를 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 합성가스 생성부(100)는 외부에서 인입된 바이오매스(Biomass)를 이용하여 가압된 합성가스를 생성하는 것으로, 상기 합성가스 생성부(100)는 바이오매스(Biomass)를 이용하여 가압된 합성가스를 생성하기 위해 합성가스 가압부(110)와, 합성가스 냉각부(120)와, 합성가스 정제부(130)를 포함한다.
여기서 상기 합성가스 가압부(110)는 인입된 바이오매스(Biomass)를 가스화하면서 압축공기를 혼합하여 가압된 합성가스를 생성하고, 가압된 합성가스 생성 과정에서 발생한 이물질을 제거한다.
더욱 상세하게는 상기 합성가스 가압부(110)는 외부에서 인입된 바이오매스를 가스화하면서 압축공기를 혼합하여, 고압의 합성가스로 전환하여 배출하는 가압가스화기(Pressurized gasifier: 111)를 포함하고, 상기 가압가스화기(111)와 합성가스가 유동하는 연료공급라인(10)으로 연결되며, 상기 가압가스화기(111)에서 배출된 고압의 합성가스에 포함된 재(ash), char(숯)의 고체 입자들은 제거하는 사이클론 집진장치(112)를 포함한다.
이때 상기 가압가스화기(111)로 유입되는 압축공기는 연소발전부(200)의 압축기(210)에서 배출되는 압축공기 중 일부를 유입하여 사용하는 것이 바람직하고, 상기 사이클론 집진장치(112)에서 배출되는 합성가스는 고체 입자들의 제거 중 유동 마찰저항에 의해 고온으로 온도 상승한다.
여기서 발전 효율을 향상시키기 위해서는 합성가스를 냉각할 필요가 있는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 합성가스 생성부(100)는 상기 합성가스 가압부(110)에서 배출된 합성가스는 냉각을 위해 합성가스 냉각부(120)를 포함한다.
상기 합성가스 냉각부(120)는 상기 합성가스 가압부(110)와 합성가스가 유동하는 연료공급라인(10)으로 연결되고, 상기 합성가스 가압부(110)에 의해 가압된 합성가스를 열교환으로 냉각한다.
이때 합성가스를 냉각하기 위해 폐열발전부(300)를 순환하는 스팀과 열교환으로 냉각하거나, 온도가 상승한 합성가스를 흡수식 냉동기(400)로 바이패스시켜, 상기 흡수식 냉동기(400)의 재생기(410)에서 합성가스의 열을 이용함에 따라 냉각되는데, 상세한 설명은 아래에서 다시 설명하기로 한다.
그리고 상기 합성가스 냉각부(120)에서 배출된 합성가스는 합성가스 정제부(130)로 인입되는데, 상기 합성가스 정제부(130)는 상기 합성가스 냉각부(120)와 합성가스가 유동하는 연료공급라인(10)으로 연결되고, 상기 합성가스 냉각부(120)에 의해 냉각된 합성가스를 정제하여, 상기 연소발전부(200)로 공급한다.
따라서 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 합성가스 생성부(100)는 바이오매스를 가스화하면서 압축공기를 추기하여 가압된 합성가스를 생성하고, 가압된 합성가스에 포함된 고체 입자를 제거하는 과정에서 온도가 상승한 합성가스를 상기 폐열발전부(300)를 순환하는 스팀을 이용하거나, 상기 흡수식 냉동기(400)로 바이패스 시켜 냉각한 후, 상기 합성가스 정제부(130)를 통해 정제된 합성가스를 연소발전부(200)의 연소기(220) 연료로 제공한다.
여기서 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 합성가스 냉각부(120)를 보다 상세하게 살펴보면, 상기 합성가스 냉각부(120)는 상기 폐열발전부(300)를 순환하는 스팀과 열교환시켜, 상기 폐열발전부(300)에서 순환된 스팀이 가압된 합성가스가 가진 열을 회수하여, 상기 합성가스 정제부(130)로 인입되기 전의 합성가스를 냉각시킨다.
이때 상기 합성가스 냉각부(120)는 합성가스를 1차, 2차로 냉각하는데, 상기 합성가스 냉각부(120)는 제1열교환기(121)와, 제2열교환기(122)와, 바이패스라인(123)과, 제1컨트롤밸브(124)와, 리턴라인(125), 제2컨트롤밸브(126)를 포함한다.
먼저, 상기 제1열교환기(121)를 살펴보면, 상기 제1열교환기(121)는 상기 합성가스 생성부(100)와 합성가스가 유동하는 연료공급라인(10)으로 연결되고, 상기 연료공급라인(10)을 통해 인입한 가압된 합성가스를 폐열발전부(300)에서 인입한 스팀과 1차 열교환시켜 가압된 합성가스를 냉각한다.
이때 상기 제1열교환기(121)는 상기 합성가스 생성부(100)의 사이클론 집진장치(112)와 연료공급라인(10)으로 연결되는 것이 바람직하고, 상기 사이클론 집진장치(112)에서 배출되는 가압된 합성가스를 인입하면서 폐열발전부(300)를 순환하는 스팀을 인입하여, 상기 가압된 합성가스와 스팀을 서로 열교환시켜 가압된 합성가스를 냉각한다.
여기서 상기 사이클론 집진장치(112)에서 배출되는 가압된 합성가스는 폐열발전부(300)에서 송출된 스팀보다 상대적으로 온도가 높아 합성가스의 냉각이 이루어진다.
그리고 상기 제2열교환기(122)는 상기 제1열교환기(121)와 합성가스가 유동하는 연료공급라인(10)으로 연결되고, 상기 연료공급라인(10)을 통해 인입한 가압된 합성가스를 폐열발전부(300)에서 인입되는 스팀과 2차 열교환시켜 가압된 합성가스를 냉각한다.
여기서 상기 제1열교환기(121)에서 배출되는 가압된 합성가스는 폐열발전부(300)에서 송출된 스팀보다 상대적으로 온도가 높아 합성가스의 냉각이 이루어지고, 상기 제2열교환기(122)에서 2차 냉각된 가압된 합성가스는 상기 연료공급라인(10)를 따라 상기 합성가스 정제부(130)로 유입된다.
이때 상기 제2열교환기(122)는 상기 제1열교환기(121)와는 달리 합성가스를 선택적으로 냉각하는데, 상기 제2열교환기(122)의 선택적인 냉각이 이루어지도록, 상기 합성가스 냉각부(120)에는 가압된 합성가스의 유동을 안내하는 바이패스라인(123)과 리턴라인(125)을 포함하고, 상기 바이패스라인(123) 및 연료공급라인(10)을 개폐하는 제1컨트롤밸브(124) 및 제2컨트롤밸브(126)를 포함한다.
상기 바이패스라인(123)은 상기 제1열교환기(121) 및 제2열교환기(122)를 연결하는 연료공급라인(10) 중 상기 제1열교환기(121)의 배출단측에서 분기되면서, 상기 흡수식 냉동기(400)와 연결되고, 상기 리턴라인(125)은 상기 흡수식 냉동기(400)에서 연료공급라인(10) 중 제2열교환기(122)의 배출단측과 연결된다.
그리고 상기 제1컨트롤밸브(124)는 상기 바이패스라인(123) 상에 구비되어, 상기 바이패스라인(123)을 선택적으로 개폐하고, 상기 제2컨트롤밸브(126)는 상기 제1열교환기(121)과 제2열교환기(122)를 연결하는 연료공급라인(10) 중, 상기 제2열교환기(122)의 유입단측에 구비되어, 상기 연료공급라인(10) 중 제2열교환기(122)의 유입단측을 선택적으로 개폐한다.
따라서 상기 제1컨트롤밸브(124)는 폐쇄되고, 상기 제2컨트롤밸브(126)가 개방되면, 상기 제1열교환기(121)에서 1차 냉각된 가압된 합성가스는 폐쇄된 상기 바이패스라인(123)으로 유동하지 않고, 개방된 상기 연료공급라인(10)를 따라 제2열교환기(122)로 인입되어 상기 제2열교환기(122)에서 스팀과의 열교환에 의해 2차 냉각이 이루어진다.
그리고 상기 제1컨트롤밸브(124)는 개방되고, 상기 제2컨트롤밸브(126)가 폐쇄되면, 상기 제1열교환기(121)에서 1차 냉각된 가압된 합성가스는 개방된 상기 바이패스라인(123)을 따라 상기 흡수식 냉동기(400)로 인입되어, 가압된 합성가스는 상기 흡수식 냉동기(400)의 재생기(410)에서 스팀(용매)과 흡수제(용질)를 분리하기 위한 열을 제공하므로서, 상기 합성가스의 냉각이 이루진다.
그리고 상기 흡수식 냉동기(400)의 재생기(410)에서 냉각된 가압 합성가스는 상기 리턴라인(125)을 따라 상기 연료공급라인(10) 중 제2열교환기(122)의 배출단측으로 유동하여, 상기 합성가스 정제부(130)로 유입된다.
여기서 상기 제1컨트롤밸브(124) 및 제2컨트롤밸브(126)의 개폐는 상기 연소발전부(200)의 압축기(210)로 유입되는 외기(외부 공기)의 온도에 따라 그 개폐가 제어되는데, 상기 압축기(210)로 유입되는 외기의 냉각할 필요가 있는 경우, 상기 제1컨트롤밸브(124)는 개방 제어되고, 상기 제2컨트롤밸브(126)는 폐쇄 제어되며, 상기 압축기(210)로 유입되는 외기의 냉각할 필요가 없는 경우, 상기 제1컨트롤밸브(124)는 폐쇄 제어되고, 상기 제2컨트롤밸브(126)는 개방 제어된다.
그리고 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 연소발전부(200)는 압축기(210)와, 연소기(220)와, 배기가스터빈(230)를 포함하는데, 상기 압축기(210)는 공기를 유입하여 회전력으로 유입한 공기를 고압으로 압축하여 배출한다.
이때 상기 압축기(210)로 제공되는 회전력은 배기가스터빈(230)과 축 연결됨에 따라 배기가스터빈(230)에서 발생한 회전력에 의해 회전하게 되고, 상기 압축기(210)로 유입되는 공기는 외기(외부 공기)로, 상기 흡수식 냉동기(400)의 증발기(430)를 통과한 공기가 유입되는 것이 바람직하다.
여기서 상기 압축기(210)에서 배출된 압축공기는 상기 연소기(220)로 유입되나, 그 일부는 상기 합성가스 생성부(100)의 합성가스 가압부(110)로 유입되어, 바이오매스의 가스화로 생성된 합성가스와 혼합되어, 가압된 합성가스가 생성되도록 한다.
그리고 상기 연소기(220)는 상기 압축기(210)와 압축공기가 유동하는 압축공기라인(20)과 연결되면서, 상기 합성가스 생성부(100)와 연료공급라인(10)으로 연결되어, 상기 합성가스 생성부(100)의 합성가스 정제부(130)에서 배출된 유입된 합성가스와 압축공기를 혼합하여 연소하고, 합성가스의 연소로 발생한 배기가스를 배기가스터빈(230)로 제공한다.
상기 배기가스터빈(230)은 상기 압축기(210)와 축 연결되고, 상기 연소기(220)에서 배출된 배기가스가 터빈블레이드와 상응하여 회전력을 발생한다.
이때 상기 배기가스터빈(230)에서 발생된 회전력은 상기 압축기(210)와 발전기(도시하지 않음)로 제공되는데, 상기 발전기 역시, 상기 배기가스터빈(230)과 축 연결되어, 상기 배기가스터빈(230)에서 발생된 회전력을 이용하여 전력을 생산한다.
그리고 상기 배기가스터빈(230)에서 배출되는 배기가스는 상기 폐열발전부(300)로 유입되는데, 상기 폐열발전부(300)는 상기 연소발전부(200)와 배기가스가 유동하는 배기라인(30)으로 연결되고, 상기 연소발전부(200)에서 배출되는 배기가스의 폐열로 스팀을 생성하며, 그 스팀으로 스팀터빈(310)을 회전시켜 발전한다.
상기 폐열발전부(300)는 스팀터빈(310)과, 응축부(320)와, 펌프(330)와, 절탄부(340)와, 과열부(360)와, 스팀순환라인(370)을 포함하는데, 상기 스팀터빈(310)은 유입된 스팀이 터빈블레이드와 상응하여 회전력을 발생한다.
이때 상기 스팀터빈(310) 역시, 발전기(도시하지 않음)를 구비하는데, 상기 발전기는 상기 스팀터빈(310)과 축 연결되어, 상기 스팀터빈(230)에서 발생된 회전력을 이용하여 전력을 생산한다.
그리고 상기 응축부(320)는 상기 스팀터빈(310)과 스팀이 유동하는 스팀라인으로 연결되고, 외부에서 유입된 냉각수로 상기 스팀라인을 통해 유입된 배기스팀을 응축하여 응축수를 생성한다.
상기 응축부(320)와 응축수가 유동하는 응축수라인 상에는 펌프(330)를 구비하는데, 상기 펌프(330)는 상기 응축부(320)에서 응축된 응축수를 송출한다.
이때 상기 펌프(330)에 의해 송출된 응축수는 절탄부(340)로 인입되는데, 상기 절탄부(340)는 상기 연소발전부(200)와 연결된 배기라인(30) 상에 구비되면서, 상기 펌프(330)와 응축수가 유동하는 응축수라인으로 연결되고, 상기 펌프(330)를 통해 송출된 응축수를 유입하면서 배기가스와 열교환시켜, 응축수를 가열한다.
그리고 상기 절탄부(340)에 의해 배출된 응축수는 증발부(350)로 인입되는데, 상기 증발부(350)는 상기 연소발전부(200)와 연결된 배기라인(30) 상에 구비되면서, 상기 절탄부(340)와 응축수가 유동하는 응축수라인으로 연결되고, 상기 절탄부(340)에서 배출되는 응축수를 인입하여 배기가스와 열교환시켜 응축수를 스팀으로 전환한다.
또한, 상기 증발부(350)에 의해 배출된 스팀은 과열부(360)로 인입되는데, 상기 과열부(360)는 상기 연소발전부(200)와 연결된 배기라인(30) 상에 구비되고, 유입된 스팀을 배기가스와의 열교환으로 가열하여 스팀터빈(310)으로 제공한다.
여기서 상기 증발부(350)와, 합성가스 냉각부(120), 및 과열부(360)는 스팀순환라인(370)으로 연결되고, 상기 스팀순환라인(370)은 상기 증발부(350)에서 배출된 스팀이 합성가스 냉각부(120)를 통과한 후 상기 과열부(360)로 순환하도록 안내한다.
이때 상기 합성가스 냉각부(120)로 유동한 스팀은 상기 제1열교환기(121) 및 상기 제2열교환기(122)에서 합성가스와 열교환으로 합성가스가 가진 열을 회수하여 승온한다.
더불어 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 흡수식 냉동기(400)는 재생기(regenerator: 410)와, 응축기(condenser: 420)와, 증발기(evaporator: 430)와, 흡수기(absorber: 440)를 포함하는데, 상기 재생기(410)는 합성가스가 유동하는 바이패스라인(123) 및 리턴라인(125)과 연결되고, 상기 합성가스 생성부(100)에서 선택적으로 합성가스를 유입하여, 유입된 합성가스가 가진 열로 스팀과 흡수제로 분리하고, 분리된 스팀과, 흡수제를 각각 배출한다.
상기 응축기(420)는 상기 재생기(410)와 스팀이 유동하는 라인으로 연결되고, 상기 재생기(410)에서 배출된 스팀을 유입하면서, 외부에서 인입된 냉각수로 스팀을 응축시켜, 응축수로 배출한다.
상기 증발기(430)는 상기 응축기(420)와 응축수가 유동하는 라인으로 연결되고, 상기 응축기(420)에서 배출된 응축수를 유입하면서, 외부에서 유입된 공기와 열교환시켜, 응축수를 스팀으로 전환하여 배출하면서 공기를 냉각하여 배출한다.
이때 상기 증발기(430)에서 배출된 냉각된 공기는 상기 연소발전부(200)의 압축기(210)로 유입되어, 외기 온도가 상대적으로 높은 여름철, 가스터빈의 출력 감소를 방지한다.
따라서 본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 흡수식 냉동기(400)는 외기의 온도에 따라 선택적으로 구동하는 것으로, 이를 제어하기 위해 상기 증발기(430) 중 외기가 유입되는 측에는 온도센서(451)를 구비하고, 상기 온도센서(451)가 측정한 외기의 온도를 바탕으로 상기 제1컨트롤밸브(124) 및 제2컨트롤밸브(126)의 개폐를 제어하는 제어부(450)를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 흡수기(440)는 상기 재생기(410)와는 흡수제가 유동하는 라인으로 연결되고, 상기 증발기(430)와는 스팀이 유동하는 라인으로 연결되며, 상기 응축기(420)와는 냉각수가 유동하는 라인으로 연결되어, 상기 재생기(410)에서 배출된 흡수제를 유입하면서, 상기 증발기(430)에서 배출된 스팀을 유입하고, 상기 응축기(420)에서 유입된 냉각수의 냉각으로 스팀에 흡수제를 희석시킨 후 상기 재생기(410)로 다시 배출한다.
따라서 본 발명의 일 실시 예에 따른 흡수식 냉동기는 흡수식 냉동기를 이용하여 합성가스 냉각 과정에서 방출되는 열을 회수하여 폐열발전에 활용하면서, 외부 온도에 따라 압축기로 인입되는 공기를 선택적으로 냉각한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 연료공급라인 20: 압축공기라인
30: 배기가스라인 100: 합성가스 생성부
110: 합성가스 가압부 111: 가압가스화기
112: 사이클론 집진장치 120: 합성가스 냉각부
121: 제1열교환기 122: 제2열교환기
123: 바이패스라인 124: 제1컨트롤밸브
125: 리턴라인 126: 제2컨트롤밸브
130: 합성가스 정제부 200: 연소발전부
210: 압축기 220: 연소기
230: 배기가스터빈 300: 폐열발전부
310: 스팀터빈 320: 응축부
330: 펌프 340: 절탄부
350: 증발부 360: 과열부
370: 스팀순환라인 400: 흡수식 냉동기
410: 재생기 420: 응축기
430: 증발기 440: 흡수기

Claims (9)

  1. 외부에서 인입된 바이오매스(Biomass)를 이용하여 가압된 합성가스를 생성하는 합성가스 생성부;
    상기 합성가스 생성부와 합성가스가 유동하는 연료공급라인으로 연결되고, 상기 합성가스 생성부에서 생성된 가압된 합성가스를 유입하여 연료로 연소시켜, 그 연소가스로 가스터빈을 회전시켜 발전하는 연소발전부;
    상기 연소발전부와 배기가스가 유동하는 배기라인으로 연결되고, 상기 연소발전부에서 배출되는 배기가스의 폐열로 스팀을 생성하며, 그 스팀으로 스팀터빈을 회전시켜 발전하는 폐열발전부; 및
    상기 합성가스 생성부에서 분기된 라인으로 연결되고, 상기 합성가스 생성부에서 열교환을 마친 합성가스를 유입하여, 합성가스가 가진 열로 스팀과 흡수제를 분리하면서 합성가스를 냉각하는 흡수식 냉동기;를 포함하고,
    상기 합성가스 생성부는
    인입된 바이오매스(Biomass)를 가스화하면서 압축공기를 혼합하여 가압된 합성가스를 생성하는 합성가스 가압부와;
    상기 합성가스 가압부와 합성가스가 유동하는 연료공급라인으로 연결되고, 상기 합성가스 가압부에 의해 가압된 합성가스를 열교환으로 냉각하는 합성가스 냉각부와;
    상기 합성가스 냉각부와 합성가스가 유동하는 연료공급라인으로 연결되고, 상기 합성가스 냉각부에 의해 냉각된 합성가스를 정제하는 합성가스 정제부;를 포함하며,
    상기 합성가스 냉각부는
    상기 합성가스 생성부와 합성가스가 유동하는 연료공급라인으로 연결되고, 상기 연료공급라인을 통해 인입한 가압된 합성가스를 상기 폐열발전부에서 인입한 스팀과 1차 열교환시켜 가압된 합성가스를 냉각하는 제1열교환기와;
    상기 제1열교환기와 합성가스가 유동하는 연료공급라인으로 연결되고, 상기 연료공급라인을 통해 인입한 가압된 합성가스를 상기 폐열발전부에서 인입되는 스팀과 2차 열교환시켜 가압된 합성가스를 냉각하는 제2열교환기와;
    상기 제1열교환기 및 제2열교환기를 연결하는 연료공급라인 중 상기 제1열교환기의 배출단측에서 분기되어 상기 흡수식 냉동기와 연결되는 바이패스라인과;
    상기 바이패스라인 상에 구비되어, 상기 바이패스라인을 선택적으로 개폐하는 제1컨트롤밸브와;
    상기 흡수식 냉동기에서 연료공급라인 중 제2열교환기의 배출단측과 연결되는 리턴라인과;
    상기 제1열교환기과 제2열교환기를 연결하는 연료공급라인 중, 상기 제2열교환기의 유입단측에 구비되어, 상기 연료공급라인 중 제2열교환기의 입력단측을 선택적으로 개폐하는 제2컨트롤밸브;를 포함하는 흡수식 냉동기를 구비한 복합발전시스템.

  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 합성가스 가압부는
    바이오매스(Biomass)를 가스화하면서, 압축기에서 송출된 압축공기를 혼합하여, 가압된 합성가스를 생성하는 가압가스화기와;
    상기 가압가스화기와 합성가스가 유동하는 연료공급라인으로 연결되고, 가압된 합성가스에 포함된 재(ash), char(숯)의 고체 입자들은 제거하면서, 합성가스의 유동저항으로 승온하는 사이클론 집진장치;를 포함하는 흡수식 냉동기를 구비한 복합발전시스템.

  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡수식 냉동기에 의해 냉각된 합성가스는 상기 리턴라인을 통해 상기 합성가스 생성부의 합성가스 정제부로 유입되는 흡수식 냉동기를 구비한 복합발전시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 흡수식 냉동기는
    합성가스가 유동하는 바이패스라인 및 리턴라인과 연결되고, 상기 합성가스 생성부에서 선택적으로 합성가스를 유입하여, 유입된 합성가스가 가진 열로 스팀과 흡수제로 분리하고, 분리된 스팀과, 흡수제를 각각 배출하는 재생기(regenerator)와;
    상기 재생기와 스팀이 유동하는 라인으로 연결되고, 상기 재생기에서 배출된 스팀을 유입하면서, 외부에서 인입된 냉각수로 스팀을 응축시켜, 응축수로 배출하는 응축기(condenser)와;
    상기 응축기와 응축수가 유동하는 라인으로 연결되고, 상기 응축기에서 배출된 응축수를 유입하면서, 외부에서 유입된 공기와 열교환시켜, 응축수를 스팀으로 전환하여 배출하면서 공기를 냉각하여 배출하는 증발기(evaporator)와;
    상기 재생기와는 흡수제가 유동하는 라인으로 연결되고, 상기 증발기와는 스팀이 유동하는 라인으로 연결되며, 상기 응축기와는 냉각수가 유동하는 라인으로 연결되어, 상기 재생기에서 배출된 흡수제를 유입하면서, 상기 증발기에서 배출된 스팀을 유입하고, 상기 응축기에서 유입된 냉각수의 냉각으로 스팀에 흡수제를 희석시킨 후 상기 재생기로 다시 배출하는 흡수기(absorber);를 포함하는 흡수식 냉동기를 구비한 복합발전시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 연소발전부는
    공기를 유입하여 회전력으로 유입한 공기를 고압으로 압축하여 배출하는 압축기와;
    상기 합성가스 생성부와 연료공급라인으로 연결되면서 상기 압축기와 압축공기가 유동하는 압축공기라인과 연결되어, 유입된 합성가스와 압축공기를 혼합하여 연소하고, 합성가스의 연소로 발생한 배기가스를 배출하는 연소기와;
    상기 압축기와 축 연결되고, 상기 연소기에서 배출된 배기가스가 터빈블레이드와 상응하여 회전력을 발생하는 배기가스터빈;을 포함하는 흡수식 냉동기를 구비한 복합발전시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 증발기에서 배출된 공기는 상기 연소발전부의 압축기로 유입되는 흡수식 냉동기를 구비한 복합발전시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 폐열발전부는
    유입된 스팀이 터빈블레이드와 상응하여 회전력을 발생하는 스팀터빈과;
    상기 스팀터빈과 스팀이 유동하는 스팀라인으로 연결되고, 상기 스팀라인을 통해 유입된 배기스팀과 외부에서 유입된 냉각수로 배기스팀을 응축하는 응축부와;
    상기 응축부와 응축수가 유동하는 응축수라인으로 연결되고, 상기 응축부에서 응축된 응축수를 송출하는 펌프와;
    배기가스라인 상에 구비되면서, 상기 펌프와 응축수가 유동하는 응축수라인으로 연결되고, 상기 펌프를 통해 송출된 응축수를 유입하면서 배기가스와 열교환시켜, 응축수를 가열하는 절탄부와;
    상기 배기가스라인 상에 구비되면서, 상기 절탄부와 응축수가 유동하는 응축수라인으로 연결되고, 상기 절탄부를 통해 인입된 응축수를 배기가스와 열교환시켜 응축수를 스팀으로 전환하는 증발부와;
    상기 배기가스라인 상에 구비되면서, 유입된 스팀을 배기가스와의 열교환으로 가열하여 스팀터빈으로 제공하는 과열부와;
    상기 증발부와, 합성가스 냉각부, 및 과열부와 연결되고, 상기 증발부에서 배출된 스팀이 합성가스 냉각부를 통과한 후 상기 과열부로 순환하도록 안내하는 스팀순환라인;을 포함하는 흡수식 냉동기를 구비한 복합발전시스템.
KR1020210057132A 2021-05-03 2021-05-03 흡수식 냉동기를 구비한 복합발전시스템 KR102452607B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001348578A (ja) * 2000-06-07 2001-12-18 Hitachi Ltd 炭素系化石燃料とバイオマスのガス化装置およびガス化方法
JP2008037902A (ja) * 2006-08-01 2008-02-21 Chugai Ro Co Ltd バイオマス熱分解ガス中のタール除去方法および除去装置

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