KR102663870B1 - 암모니아 기화 시스템, 이를 포함하는 발전 시스템 및 발전 시스템의 제어방법 - Google Patents
암모니아 기화 시스템, 이를 포함하는 발전 시스템 및 발전 시스템의 제어방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102663870B1 KR102663870B1 KR1020220065661A KR20220065661A KR102663870B1 KR 102663870 B1 KR102663870 B1 KR 102663870B1 KR 1020220065661 A KR1020220065661 A KR 1020220065661A KR 20220065661 A KR20220065661 A KR 20220065661A KR 102663870 B1 KR102663870 B1 KR 102663870B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- circulating water
- ammonia
- vaporizer
- flow rate
- temperature
- Prior art date
Links
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 308
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 149
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims abstract description 91
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 title claims abstract description 50
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 386
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 claims description 117
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 72
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims description 45
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 15
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 5
- JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N h2o hydrate Chemical compound O.O JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 14
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 2
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 1
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
- C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
- C01C1/003—Storage or handling of ammonia
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
- F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
- F01D21/003—Arrangements for testing or measuring
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K11/00—Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers
- F01K11/02—Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers the engines being turbines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
- F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
본 발명은 암모니아 기화 시스템, 이를 포함하는 발전 시스템 및 발전 시스템의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기기냉각수와 열교환된 순환수를 이용하여 암모니아를 기화시키는 암모니아 기화 시스템, 이를 포함하는 발전 시스템 및 발전 시스템의 제어방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 따르면, 기기냉각수와 열교환된 순환수를 이용하여 암모니아를 기화시키므로 암모니아를 효과적이고 기화시킬 수 있고, 전체적인 열효율이 향상되며, 암모니아를 연료로 사용하여 친환경적이라는 장점이 있다.
이러한 본 발명에 따르면, 기기냉각수와 열교환된 순환수를 이용하여 암모니아를 기화시키므로 암모니아를 효과적이고 기화시킬 수 있고, 전체적인 열효율이 향상되며, 암모니아를 연료로 사용하여 친환경적이라는 장점이 있다.
Description
본 발명은 암모니아 기화 시스템, 이를 포함하는 발전 시스템 및 발전 시스템의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기기냉각수와 열교환된 순환수를 이용하여 암모니아를 기화시키는 암모니아 기화 시스템, 이를 포함하는 발전 시스템 및 발전 시스템의 제어방법에 관한 것이다.
증기사이클 화력 발전 시스템은 급수를 가열하여 증기를 생성하고, 생성된 증기를 이용하여 증기터빈을 회전시켜 전기를 생산하는 발전 시스템이다. 증기는 보일러에서 연료의 연소를 통해서 생성된다. 종래의 증기사이클 화력 발전 시스템의 경우, 보일러에 공급되는 연료가 주로 천연가스나 석탄과 같은 화석연료였다. 화석연료는 탄화수소계 연료로서 연소시, 다량의 이산화탄소가 발생한다는 문제가 있었다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 보일러에 공급되는 연료로서 암모니아를 포함하는 연료가 이용될 수 있다. 암모니아는 질소와 수소로 이루어져 있기에 연소를 시키더라도 이산화탄소가 발생하지 않는다. 암모니아가 보일러의 연료로 이용되기 위해서는 기체 상태로 보일러에 공급이 되어야 한다.
일반적으로 암모니아는 효율적인 저장과 운송을 위해서 저온의 액체 상태로 보관된다. 이에, 암모니아는 보일러에 공급되기 전에 저온의 액체 상태로부터 기체상태로 기화되는 것이 필요하다. 액체 상태인 암모니아를 기화시키기 위해서는 기화열 이상의 추가적인 열량이 암모니아에 투입되어야만 한다. 그러나, 이러한 추가적인 열량이 암모니아 기화에 소요될 경우, 발전 시스템의 전체적인 열효율이 떨어질 수도 있다는 문제가 있다.
상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 암모니아를 효과적으로 기화시킬 수 있는 암모니아 기화 시스템과, 이를 포함하여 친환경적이고 열효율이 향상된 발전 시스템 및 발전 시스템의 제어방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 암모니아 기화 시스템은 보일러, 증기터빈, 복수기 및 급수가열기를 포함하는 증기사이클에 설치되는 기화 시스템으로서, 순환수펌프, 기기냉각수펌프, 암모니아탱크, 암모니아 이동 라인, 기화기, 순환수 이동 라인, 열교환기를 포함한다. 순환수펌프는 순환수를 이동시킨다. 기기냉각수펌프는 기기냉각수를 이동시킨다. 암모니아탱크는 액체 암모니아를 공급한다. 암모니아 이동 라인에는 암모니아탱크 및 보일러와 연결되고 암모니아가 이동한다. 기화기는 암모니아탱크와 보일러 사이 및 암모니아 이동 라인에 설치되고 암모니아탱크로부터 공급되는 액체 암모니아를 기화시킨다. 순환수 이동 라인에는 순환수펌프에 연결되고 적어도 일부의 순환수가 기화기를 통과하여 이동한다. 열교환기에서는 순환수펌프와 기화기 사이 및 순환수 이동 라인에 설치되고 기기냉각수와의 열교환으로 순환수가 가열된다. 열교환기에서 가열된 순환수는 기화기에 기화열을 전달한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 기화 시스템은 기화기와 보일러 사이 및 암모니아 이동 라인에 설치되고 기화된 암모니아를 과열시키는 과열기 및 급수가열기에 연결되고 과열기를 통과하며 급수가열기의 급수 중 일부가 이동하는 급수 이동 라인을 더 포함하고, 과열기를 통과하는 급수는 과열기에 과열을 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 기화 시스템은 급수가열기가 저압급수가열기 및 고압급수가열기를 구비하고, 급수 이동 라인은 저압급수가열기에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 기화 시스템은 저압급수가열기는 전단측으로부터 후단측으로 순차적으로 연결된 복수 개의 급수단을 구비하고, 급수 이동 라인은 복수 개의 급수가열단 중 가장 전단측에 연결된 급수단과 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 기화 시스템은 급수 이동 라인에 설치되고 과열기로 공급되는 급수의 유량을 조절할 수 있는 급수유량조절장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 기화 시스템은 순환수펌프와 기화기 사이 및 순환수 이동 라인에 설치되고 기화기로 이동하는 순환수의 유량을 조절하는 순환수유량조절장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 기화 시스템은 순환수 이동 라인이 순환수펌프와 복수기 전단의 사이에서 분지되어 기화기를 통과하는 제1순환수 이동 라인을 구비하고, 순환수유량조절장치는 제1순환수 이동 라인에 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 기화 시스템은 순환수 이동 라인은 복수기의 후단에 연결되고 기화기를 통과하는 제2순환수 이동 라인을 구비하고, 순환수유량조절장치는 복수기 후단에서 제2순환수 이동 라인에 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 기화 시스템은 순환수유량조절장치가 순환수의 유량을 증가시키는 부스터펌프 및 부스터펌프의 펌프속도를 제어할 수 있는 가변주파수드라이브를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 기화 시스템은 순환수유량조절장치가 순환수의 유량을 증가시키는 부스터펌프 및 순환수 이동 라인의 개도율을 제어할 수 있는 제어밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 기화 시스템은 기화기 후단의 암모니아 이동 라인에는 온도측정센서가 설치되고, 순환수유량조절장치는 온도측정센서의 온도 측정 결과에 기초하여 순환수의 유량을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 암모니아 기화 시스템은 기화기 후단의 순환수 이동 라인에는 온도측정센서가 설치되고, 순환수유량조절장치는 온도측정센서의 온도 측정 결과에 기초하여 순환수의 유량을 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 발전 시스템은 보일러, 증기터빈, 발전기, 복수기, 급수가열기, 순환수펌프, 기기냉각수펌프, 암모니아탱크, 암모니아 이동 라인, 기화기, 순환수 이동 라인, 열교환기를 포함한다. 보일러는 급수를 가열하여 증기를 생성시킨다. 증기터빈은 보일러에서 생성된 증기를 이용하여 회전력을 발생시킨다. 발전기는 증기터빈의 회전력으로 전기를 생산한다. 복수기는 증기터빈에서 배출된 증기를 응축시켜 급수를 생성한다. 급수가열기는 복수기에서 생성된 급수를 가열시켜 보일러에 공급한다. 순환수펌프는 순환수를 이동시킨다. 기기냉각수펌프는 기기냉각수를 이동시킨다. 암모니아 탱크는 액체 암모니아를 공급한다. 암모니아 이동 라인에서는 암모니아탱크 및 보일러와 연결되고 암모니아가 이동한다. 기화기는 암모니아탱크와 보일러 사이 및 암모니아 이동 라인에 설치되고 암모니아탱크로부터 공급되는 액체 암모니아를 기화시킨다. 순환수 이동 라인에서는 순환수펌프에 연결되고 적어도 일부의 순환수가 기화기를 통과하여 이동한다. 열교환기는 순환수펌프와 기화기 사이 및 순환수 이동 라인에 설치되고 기기냉각수와의 열교환으로 순환수가 가열된다. 열교환기에서 가열된 순환수는 기화기에 기화열을 전달한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전 시스템은 기화기와 보일러 사이 및 암모니아 이동 라인에 설치되고 기화된 암모니아를 과열시키는 과열기 및 급수가열기에 연결되고 과열기를 통과하며 급수가열기의 급수 중 일부가 이동하는 급수 이동 라인을 더 포함하고, 과열기를 통과하는 급수는 과열기에 과열을 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전 시스템은 순환수펌프와 기화기 사이 및 순환수 이동 라인에 설치되고 기화기로 이동하는 순환수의 유량을 조절하는 순환수유량조절장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 발전 시스템의 제어방법은 제1온도측정단계, 제1온도판단단계, 급수유량조절단계를 포함한다. 제1온도측정단계는 과열기 후단에서 암모니아 이동 라인의 제1온도를 측정한다. 제1온도판단단계는 제1온도측정단계에서 측정된 제1온도가 제1기준온도범위 내에 속하는지 여부를 판단한다. 급수유량조절단계는 제1온도판단단계의 판단 결과에 기초하여 과열기로 공급되는 급수의 유량을 조절한다.
본 발명의 실시예에 따른 발전 시스템의 제어방법은 제2온도측정단계, 제2온도판단단계, 순환수유량조절단계를 포함한다. 제2온도측정단계는 기화기 후단의 암모니아 이동 라인의 제2온도를 측정한다. 제2온도판단단계는 제2온도측정단계에서 측정된 제2온도가 제2기준온도범위 내에 속하는지 여부를 판단한다. 순환수유량조절단계는 제2온도판단단계의 판단 결과에 기초하여 기화기로 공급되는 순환수의 유량을 조절한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전 시스템의 제어방법은 발전 시스템이 순환수 이동 라인이 순환수펌프와 복수기 전단의 사이에서 분지되어 기화기를 통과하는 제1순환수 이동 라인을 구비하고, 순환수유량조절장치는 제1순환수 이동 라인에 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전 시스템의 제어방법은 발전 시스템이 순환수 이동 라인이 복수기 및 기화기를 통과하는 제2순환수 이동 라인을 구비하고, 순환수유량조절장치가 복수기 후단에서 제2순환수 이동 라인에 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전 시스템의 제어방법은 제2온도측정단계에서 기화기 후단의 암모니아 이동 라인의 온도를 세 개의 온도측정센서를 이용하여 측정하고, 측정된 세 개의 온도 값 중 편차가 가장 큰 값을 제외한 나머지 값들의 평균값을 제2온도로 정할 수 있다.
본 발명에 따른 암모니아 기화 시스템, 이를 포함하는 발전 시스템 및 발전 시스템의 제어방법은 기기냉각수와 열교환된 순환수를 이용하여 암모니아를 기화시키므로 암모니아를 효과적이고 기화시킬 수 있고, 전체적인 열효율이 향상되며, 암모니아를 연료로 사용하여 친환경적이라는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 발전 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 발전 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 발전 시스템의 급수가열기가 복수 개의 급수가열단을 구비하는 것을 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 발전 시스템이 급수유량조절장치를 더 포함하는 것을 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 발전 시스템의 제어과정을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 발전 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 발전 시스템의 순환수유량조절장치가 가변주파수드라이브를 포함하는 것을 나타낸 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 발전 시스템의 순환수유량조절장치가 제어밸브를 포함하는 것을 나타낸 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 발전 시스템의 제어과정의 일 예시를 나타낸 순서도이다.
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 발전 시스템의 제어과정의 다른 예시를 나타낸 순서도이다.
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 발전 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 발전 시스템의 순환수유량조절장치가 가변주파수드라이브를 포함하는 것을 나타낸 구성도이다.
도 13은 본 발명의 제4실시예에 따른 발전 시스템의 순환수유량조절장치가 제어밸브를 포함하는 것을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 발전 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 발전 시스템의 급수가열기가 복수 개의 급수가열단을 구비하는 것을 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 발전 시스템이 급수유량조절장치를 더 포함하는 것을 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 발전 시스템의 제어과정을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 발전 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 발전 시스템의 순환수유량조절장치가 가변주파수드라이브를 포함하는 것을 나타낸 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 발전 시스템의 순환수유량조절장치가 제어밸브를 포함하는 것을 나타낸 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 발전 시스템의 제어과정의 일 예시를 나타낸 순서도이다.
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 발전 시스템의 제어과정의 다른 예시를 나타낸 순서도이다.
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 발전 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 발전 시스템의 순환수유량조절장치가 가변주파수드라이브를 포함하는 것을 나타낸 구성도이다.
도 13은 본 발명의 제4실시예에 따른 발전 시스템의 순환수유량조절장치가 제어밸브를 포함하는 것을 나타낸 구성도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 암모니아 기화 시스템(1200), 이를 포함하는 발전 시스템(1000) 및 발전 시스템(1000)의 제어방법 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 발전 시스템을 나타낸 구성도이다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 발전 시스템(1000)에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 제1실시예에 따른 발전 시스템(1000)은 증기사이클(1100)과 암모니아 기화 시스템(1200)을 포함한다. 증기사이클(1100)은 증기(ST)를 이용하여 전기를 생산하고, 암모니아 기화 시스템(1200)은 증기사이클(1100)에 설치되어 기체 상태의 암모니아를 증기사이클(1100)에 공급한다.
증기사이클(1100)은 보일러(1110), 증기터빈(1120), 발전기(1130), 복수기(1140), 급수가열기(1150)를 포함한다. 보일러(1110)는 급수(FW)를 가열하여 증기(ST)를 생산한다. 보일러(1110)는 연료를 연소하여 급수(FW)를 가열한다. 보일러(1110)의 연료는 암모니아를 포함하는 연료로서, 암모니아만으로 이루어지거나 암모니아에 화석연료와 같은 다른 연료가 혼합되어 이루어질 수도 있다. 암모니아는 연료로서 보일러(1110)에 공급될 때 기체 상태로 공급된다.
증기터빈(1120)은 증기(ST)를 이용하여 회전력을 발생시키는 장치이다. 보일러(1110)에서 생성된 증기(ST)는 증기터빈(1120)으로 이동하여, 증기터빈(1120)을 회전시킨다. 증기터빈(1120)은 고압터빈(1121)과 저압터빈(1122)으로 구성될 수 있다. 증기터빈(1120)에는 발전기(1130)가 연결된다. 발전기(1130)는 증기터빈(1120)의 회전력으로 전기를 생산하는 장치이다.
복수기(1140)는 증기(ST)를 응축시켜 급수(FW)를 생성하는 장치이다. 증기터빈(1120)에서 배출되는 증기(ST)는 복수기(1140)를 통과하면서 냉각되어 응축된다. 복수기(1140)에는 순환수(Circulating Water, CW)가 통과할 수 있고, 순환수(CW)는 증기(ST)를 냉각시킬 수 있다.
급수가열기(1150)는 복수기(1140)에서 생성된 급수(FW)를 가열시켜 다시 보일러(1110)로 공급하는 장치이다. 급수가열기(1150)는 저압급수가열기(1151), 탈기기(1152), 고압급수가열기(1153)를 포함할 수 있다. 이 경우, 저압급수가열기(1151)는 복수기(1140) 후단 측에 연결되고, 고압급수가열기(1153)는 보일러(1110) 전단 측에 연결되며, 저압급수가열기(1151)와 고압급수가열기(1153)의 사이에 탈기기(1152)가 연결될 수 있다.
암모니아 기화 시스템(1200)은 순환수펌프(1210), 기기냉각수펌프(1250), 암모니아탱크(1220), 암모니아 이동 라인(L1), 기화기(1230), 순환수 이동 라인(L2), 열교환기(1240)를 포함한다.
순환수펌프(1210)는 순환수(CW)를 이동시키는 장치이다. 순환수펌프(1210)는 순환수(CW)를 압축하여 순환수(CW)에 유동력을 제공한다. 순환수(CW)는 바다(Sea)의 해수일 수 있다. 순환수(CW)는 바다로부터 유입되어, 다시 바다로 배출될 수 있다.
기기냉각수펌프(1250)는 기기냉각수(CCW)를 이동시키는 장치이다. 기기냉각수(CCW)는 폐냉각수계통(Closed Cooling Water System)에서 발전 시스템(1000)의 내부를 순환하며 보일러(1110) 등과 같은 장치들을 냉각시키는 1차 냉각수, 또는 이러한 1차 냉각수를 다시 냉각시키는 2차 냉각수 중 어느 하나일 수 있다. 만약, 기기냉각수(CCW)가 2차 냉각수에 해당되는 경우, 기기냉각수(CCW)는 해수이거나 순환수(CW)의 일부일 수 있다. 기기냉각수펌프(1250)는 이러한 기기냉각수(CCW)를 압축하여 기기냉각수(CCW)에 유동력을 제공한다.
암모니아탱크(1220)는 액체 상태의 암모니아를 저장하고, 이를 암모니아 이동 라인(L1)으로 공급하는 장치이다. 암모니아 이동 라인(L1)은 암모니아탱크(1220) 및 보일러(1110)와 연결되고 암모니아가 이동하는 경로이다.
기화기(1230)는 기화열을 이용하여 액체 상태의 암모니아를 기체 상태의 암모니아로 기화시키는 장치이다. 기화기(1230)는 암모니아탱크(1220)와 보일러(1110)의 사이에서 암모니아 이동 라인(L1)에 설치된다. 암모니아 이동 라인(L1)에서 기화기(1230)의 전단으로 액체 암모니아가 유입되고, 기화기(1230)의 후단에서 기화된 암모니아가 배출된다.
기화기(1230)에서는 순환수 이동 라인(L2)이 통과한다. 순환수 이동 라인(L2)은 순환수펌프(1210)와 연결되고 적어도 일부의 순환수(CW)가 기화기(1230)를 통과하여 이동하는 경로이다. 순환수(CW)는 적어도 일부가 복수기(1140)를 통과하지 않은 채 기화기(1230)를 통과하고 나머지 일부가 복수기(1140)를 통과한 뒤 곧바로 외부에 배출될 수 있다. 또는, 순환수(CW)의 전부가 복수기(1140)를 통과한 뒤 순환수(CW)의 전부 또는 일부가 기화기(1230)를 통과할 수 있다. 여기서, 순환수 이동 라인(L2)이라 함은 순환수(CW)가 이동하는 경로 중 기화기(1230)를 통과하는 경로만을 지칭한다.
열교환기(1240)는 순환수(CW)를 가열하는 장치이다. 열교환기(1240)는 순환수펌프(1210)와 기화기(1230) 사이에서 순환수 이동 라인(L2)에 설치된다. 열교환기(1240)에는 기기냉각수(CCW)의 폐열이 전달된다. 기기냉각수(CCW)는 열교환기(1240)를 통과할 수 있다. 기기냉각수(CCW)는 폐냉각수계통에서의 냉각과정에서 열을 흡수하고, 이로 인해 형성된 폐열이 열교환기(1240)를 통과하는 순환수(CW)에 공급되어, 순환수(CW)가 가열된다. 열교환기(1240)에서 가열된 순환수(CW)는 기화기(1230)를 통과하면서, 기화기(1230)에 기화열을 전달한다.
즉, 열교환기(1240)에서는 기기냉각수(CCW)의 열전달에 의해 순환수(CW)가 가열되고, 가열된 순환수(CW)가 기화기(1230)에 기화열을 전달하여, 암모니아탱크(1220)로부터 공급된 액체 암모니아가 기화되어 기화기(1230)로부터 배출된다. 기화기(1230)로 배출된 기화된 암모니아는 보일러(1110)에 공급되어, 보일러(1110)의 연료로 이용된다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 발전 시스템을 나타낸 구성도이고, 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 발전 시스템의 급수가열기가 복수 개의 급수가열단을 구비하는 것을 나타낸 구성도이며, 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 발전 시스템이 급수유량조절장치를 더 포함하는 것을 나타낸 구성도이고, 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 발전 시스템의 제어과정을 나타낸 순서도이다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 발전 시스템에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 제2실시예에 따른 발전 시스템은 본 발명의 제1실시예와 과열기(1260) 및 급수 이동 라인(L3)에서 차이가 있다. 이하, 설명의 편의상 본 발명의 제1실시예와 중복되는 설명은 생략한다.
과열기(1260)는 기화기(1230)에서 기화된 암모니아를 과열시키는 장치이다. 과열기(1260)에 의해서 과열된 암모니아가 보일러(1110)에 공급되면, 보일러(1110)의 연소 효율이 보다 향상될 수 있다. 과열기(1260)는 기화기(1230)와 보일러(1110)의 사이에서 암모니아 이동 라인(L1)에 설치된다. 급수 이동 라인(L3)을 통해서 과열기(1260)에는 급수가열기(1150)의 급수(FW) 중 일부가 통과할 수 있다. 이 때, 급수 이동 라인(L3)은 급수가열기(1150)로부터 과열기(1260)를 통과하여 급수(FW)가 이동하는 경로를 지칭한다.
복수기(1140)에서 배출되는 급수(FW)는 보일러(1110)로 공급되기 위해서 급수가열기(1150)에서 가열되는데, 이렇게 가열된 뜨거운 급수(FW) 중 일부가 급수 이동 라인(L3)를 따라서 과열기(1260)를 통과하는 것이다. 과열기(1260)를 통과하는 뜨거운 급수(FW)는 기화된 암모니아에 과열을 전달하여, 암모니아를 과열시킨다.
앞서 설명한 바와 같이, 급수가열기(1150)는 저압급수가열기(1151) 및 고압급수가열기(1153)를 구비할 수 있다. 급수 이동 라인(L3)은 저압급수가열기(1151)에 연결될 수 있다. 복수기(1140)에서 배출된 급수(FW)는 복수기(1140)로부터 보일러(1110)로 가까워질수록 더욱 가열된다. 즉, 고압급수가열기(1153)에서 배출되는 급수(FW)의 온도는 저압급수가열기(1151)에서 배출되는 급수(FW)의 온도보다 높다.
일반적으로 암모니아를 기화시키기 위한 열량에 비해서 기화된 암모니아를 과열시키기 위한 열량이 훨씬 작을 수 있다. 이에 따라, 비교적 온도가 낮은 저압급수가열기(1151)에서 배출된 급수(FW)를 이용하여, 기화된 암모니아를 과열시키는 것이 발전 시스템(1000)의 전체적인 열효율을 향상시키기에 유리하다.
저압급수가열기(1151)는 복수 개의 급수가열단을 구비할 수 있다. 복수 개의 급수가열단은 n개(n은 2이상의 자연수)로 구비되어, 저압급수가열기(1151)의 전단측과 가장 가깝게 연결된 것이 제1급수가열단(1151-1), 저압급수가열기(1151)의 후단측과 가장 가깝게 연결된 것이 제n급수가열단(1151-n)일 수 있다. 이 경우, 급수 이동 라인(L3)은 저압급수가열기(1151)의 제1급수가열단에 연결될 수 있고, 발전 시스템(1000)의 전체적인 열효율이 향상될 수 있다.
급수 이동 라인(L3)에는 급수(FW)의 유량을 조절할 수 있는 급수유량조절장치(1270)가 더 설치될 수 있다. 급수유량조절장치(1270)는 과열기(1260) 후단의 온도에 따라서 급수(FW)의 유량을 조절할 수 있다. 구체적으로, 급수유량조절장치(1270)는 과열기(1260) 후단의 암모니아 이동 라인(L1)의 온도인 제1온도(T1)가 일정 범위보다 낮을 경우, 과열기(1260)를 통과하는 급수(FW)의 유량을 증가시킬 수 있다. 반대로 제1온도(T1)가 일정 범위보다 높을 경우에는, 과열기(1260)를 통과하는 급수(FW)의 유량을 감소시킬 수 있다. 과열기(1260) 후단 및 암모니아 이동 라인(L1)에는 제1온도(T1)를 측정하기 위한 제1온도센서가 설치될 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 발전 시스템(1000)의 제어방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 제2실시예에 따른 발전 시스템(1000)의 제어방법은 제1온도에 따라서 과열기(1260)를 통과하는 급수(FW)의 유량을 조절하는 제어방법(S100)에 관한 것으로, 과열기급수공급단계(S110), 제1온도측정단계(S120), 제1온도판단단계(S130), 급수(FW)유량조절단계(S140)를 포함한다.
제1온도측정단계(S120)는 과열기(1260)에 급수(FW)가 공급(S110)된 이후, 제1온도(T1)를 측정하는 단계이다. 제1온도(T1)는 제1온도측정센서(M1)에 의해 측정될 수 있다.
제1온도판단단계(S130)는 제1온도(T1)가 제1기준온도범위 내에 속하는지 여부를 판단하는 단계이다. 제1기준온도범위는 목표하는 과열기(1260) 후단에서의 암모니아 온도의 범위로 설정될 수 있다. 예를 들어, 목표하는 과열기(1260) 후단에서의 암모니아 온도 범위가 섭씨 5도 내지 섭씨 140도일 수 있고, 이러한 온도 범위를 제1기준온도범위를 설정할 수 있다. 상기의 제1기준온도범위의 수치는 예시적인 것에 불과하며 이에 한정되는 것은 아니다.
제1온도판단단계(S130)에서는 제1온도(T1)가 제1기준온도범위의 내에 속하는지(S131), 제1온도(T1)가 제1기준온도범위보다 낮은지(S132), 제1온도(T1)가 제1기준온도범위보다 높은지(S133)를 구분하여 판단한다.
급수유량조절단계(S140)는 제1온도판단단계(S130)에서 판단된 결과에 기초하여, 급수(FW)의 유량을 유지, 증가 또는 감소시켜 조절하는 단계이다. 급수(FW)의 유량 조절은 급수유량조절장치(1270)에 의해서 이루어질 수 있다.
제1온도(T1)가 제1기준온도범위에 속하는 경우에는 과열기(1260)를 통과하는 급수(FW)의 유량을 유지한다(S141). 제1온도(T1)가 제1기준온도범위보다 낮은 경우에는 과열기(1260)를 통과하는 급수(FW)의 유량을 증가시킨다(S142). 이 경우, 암모니아를 더 과열시킬 수 있다. 제1온도(T1)가 제1기준온도범위보다 높은 경우에는 과열기(1260)를 통과하는 급수(FW)의 유량을 감소시키게 된다(S143). 이 경우, 불필요한 에너지 소비를 절약할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 발전 시스템을 나타낸 구성도이고, 도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 발전 시스템의 순환수유량조절장치가 가변주파수드라이브를 포함하는 것을 나타낸 구성도이며, 도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 발전 시스템의 순환수유량조절장치가 제어밸브를 포함하는 것을 나타낸 구성도이고, 도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 발전 시스템의 제어과정의 일 예시를 나타낸 순서도이며, 도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 발전 시스템의 제어과정의 다른 예시를 나타낸 순서도이다.
이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 제3실시예에 따른 발전 시스템(1000)에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 제3실시예에 따른 발전 시스템(1000)은 본 발명의 제1실시예와 순환수유량조절장치(1280)에서 차이가 있다. 이하, 설명의 편의상 본 발명의 제1실시예와 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 제3실시예에 따른 발전 시스템(1000)은 앞서 제1실시예에서 설명한 순환수유량조절장치(1280)를 포함한다. 순환수펌프(1210)와 기화기(1230)의 사이 및 순환수 이동 라인(L2)에는 순환수유량조절장치(1280)가 더 설치될 수 있다. 순환수유량조절장치(1280)는 기화기(1230)를 통과하는 순환수(CW)의 유량을 조절하는 장치이다. 순환수유량조절장치(1280)에 의해서 기화기(1230) 후단에서의 암모니아 이동 라인(L1) 및/또는 순환수 이동 라인(L2)의 상태에 따라 기화기(1230)에 필요한 순환수(CW)의 유량을 적절히 조절할 수 있게 된다.
순환수유량조절장치(1280)는 제1순환수 이동 라인(L21)에 설치된다. 여기서, 제1순환수 이동 라인(L21)은 순환수펌프(1210)와 복수기(1140)의 전단의 사이에서 분지되어 기화기(1230)를 통과하는 순환수 이동 라인(L2)의 일부이다. 이 경우, 순환수펌프(1210)에 의해 이동하는 순환수(CW)는 적어도 일부가 제1순환수 이동 라인(L21)에서 이동하고, 나머지 일부가 복수기(1140)를 통과하게 된다.
순환수유량조절장치(1280)는 기화기(1230) 후단의 온도에 따라서 순환수(CW)의 유량을 조절할 수 있다. 구체적으로, 순환수유량조절장치(1280)는 기화기(1230) 후단의 암모니아 이동 라인(L1)의 온도인 제2온도(T2)가 일정 범위보다 낮을 경우, 기화기(1230)를 통과하는 순환수(CW)의 유량을 증가시킬 수 있다. 반대로 순환수유량조절장치(1280)는 제2온도(T2)가 일정 범위보다 높을 경우에는, 기화기(1230)를 통과하는 순환수(CW)의 유량을 감소시킬 수 있다. 기화기(1230) 후단 및 암모니아 이동 라인(L1)에는 제2온도(T2)를 측정하기 위한 제2온도측정센서(M2)가 설치될 수 있다.
순환수유량조절장치(1280)는 기화기(1230) 후단의 제1순환수 이동 라인(L21)의 온도인 제3온도(T3)가 일정 범위보다 낮을 경우, 기화기(1230)를 통과하는 순환수(CW)의 유량을 증가시킬 수 있다. 반대로 순환수유량조절장치(1280)는 제3온도(T3)가 일정 범위보다 높을 경우에는 기화기(1230)를 통과하는 순환수(CW)의 유량을 감소시킬 수 있다. 기화기(1230) 후단 및 제1순환수 이동 라인(L21)에는 제3온도(T3)를 측정하기 위한 제3온도측정센서(M3)가 설치될 수 있다.
순환수유량조절장치(1280)는 부스터펌프(1281)와 가변주파수드라이버(1282)를 포함할 수 있다(도 7). 부스터펌프(1281)는 순환수(CW)의 유량을 증가시키는 펌프이다. 가변주파수드라이버(1282)는 부스터펌프(1281)의 모터 속도를 변화시켜 펌프속도를 제어할 수 있는 장치이다. 예를 들어, 순환수(CW)의 유량 증가가 필요한 경우, 가변주파수드라이버(1282)가 부스터펌프(1281)의 모터 속도를 증가시켜 순환수(CW)의 유량을 증가시킬 수 있고, 반대로 순환수(CW)의 유량 감소가 필요한 경우에는 모터 속도를 감소시켜 순환수(CW)의 유량을 감소시킬 수 있다.
순환수유량조절장치(1280)는 부스터펌프(1281)와 제어밸브(1283)를 포함할 수 있다(도 8). 제어밸브(1283)는 제1순환수 이동 라인(L21)의 개도율을 제어할 수 있는 장치이다. 예를 들어, 순환수(CW)의 유량 증가가 필요한 경우, 개도율을 높여 순환수(CW)의 유량을 증가시킬 수 있고, 반대로 순환수(CW)의 유량 감소가 필요한 경우에는 개도율을 낮춰 순환수(CW)의 유량을 감소시킬 수 있다.
이하, 도 9 및 도 10을 참조하여, 본 발명의 제3실시예에 따른 발전 시스템(1000)의 제어방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 제3실시예에 따른 발전 시스템(1000)의 제어방법은 기화기(1230)를 통과하는 순환수(CW)의 유량을 제2온도(T2)에 따라 조절하는 제어방법(S200)과, 제3온도(T3)에 따라 조절하는 제어방법(S300)에 관한 것이다.
제2온도(T2)에 따라 기화기(1230)를 통과하는 순환수(CW)의 유량을 조절하는 제어방법(S200)은 기화기순환수공급단계(S210), 제2온도측정단계(S220), 제2온도판단단계(S230), 순환수유량조절단계(S240)를 포함한다.
제2온도측정단계(S220)는 기화기(1230)에 순환수(CW)가 공급(S210)된 이후, 제2온도(T2)를 측정하는 단계이다. 제2온도(T2)는 제2온도측정센서(M2)에 의해 측정될 수 있다.
제2온도측정단계(S220)에서는 기화기(1230) 후단의 암모니아 이동 라인(L1)의 온도를 세 개의 값으로 측정하고, 측정된 세 개의 온도 값 중 편차가 가장 큰 값을 제외한 나머지 값들의 평균값을 제2온도(T2)로 정할 수 있다. 이를 위해서, 기화기(1230) 후단의 암모니아 이동 라인(L1)에는 제2온도측정센서(M2)가 3개가 설치될 수 있다. 제2온도(T2)를 이와 같이 정할 경우, 제2온도(T2) 측정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
제2온도판단단계(S230)는 제2온도(T2)가 제2기준온도범위 내에 속하는지 여부를 판단하는 단계이다. 제2기준온도범위는 목표하는 기화기(1230) 후단에서의 암모니아 온도의 범위로 설정될 수 있다. 예를 들어, 제2기준온도범위는 암모니아의 기화 온도의 범위로 설정될 수 있다. 기화기(1230) 내부에서 암모니아의 끓는점은 기화기(1230) 내부의 설정압력에 따라 달라질 수 있으므로, 제2기준온도범위는 기화기(1230) 내부의 설정압력 범위에 따른 암모니아 끓는점의 범위로 설정될 수 있다. 상기의 제2기준온도범위의 수치는 예시적인 것에 불과하며 이에 한정되는 것은 아니다.
제2온도판단단계(S230)에서는 제2온도(T2)가 제2기준온도범위의 내에 속하는지(S231), 제2온도(T2)가 제2기준온도범위보다 낮은지(S232), 제2온도(T2)가 제2기준온도범위보다 높은지(S233)를 구분하여 판단한다.
순환수유량조절단계(S240)는 제2온도판단단계(S230)에서 판단된 결과에 기초하여, 순환수(CW)의 유량을 유지, 증가 또는 감소시켜 조절하는 단계이다. 순환수(CW)의 유량 조절은 순환수유량조절장치(1280)에 의해서 이루어질 수 있다.
제2온도(T2)가 제2기준온도범위에 속하는 경우에는 기화기(1230)를 통과하는 순환수(CW)의 유량을 유지한다(S241). 제2온도(T2)가 제2기준온도범위보다 낮은 경우에는 기화기(1230)를 통과하는 순환수(CW)의 유량을 증가시킨다(S242). 이 경우, 암모니아를 보다 확실하게 기화시킬 수 있다. 제2온도(T2)가 제2기준온도범위보다 높은 경우에는 기화기(1230)를 통과하는 순환수(CW)의 유량을 감소시키게 된다(S243). 이 경우, 불필요한 에너지 소비를 절약할 수 있다.
제3온도에 따라 기화기(1230)를 통과하는 순환수(CW)의 유량을 조절하는 제어방법(S300)은 기화기순환수공급단계(S310), 제3온도측정단계(S320), 제3온도판단단계(S330), 순환수유량조절단계(S340)를 포함한다.
제3온도측정단계는 기화기(1230)에 순환수(CW)가 공급된(S310) 이후, 제3온도(T3)를 측정하는 단계이다. 제3온도(T3)는 제3온도측정센서(M3)에 의해 측정될 수 있다.
제3온도측정단계(S320)에서는 기화기(1230) 후단의 제1순환수 이동 라인(L21)의 온도를 세 개의 값으로 측정하고, 측정된 세 개의 온도 값 중 편차가 가장 큰 값을 제외한 나머지 값들의 평균값을 제3온도(T3)로 정할 수 있다. 이를 위해서, 기화기(1230) 후단의 제1순환수 이동 라인(L21)에는 제3온도측정센서(M3)가 3개가 설치될 수 있다. 제3온도(T3)를 이와 같이 정할 경우, 제3온도(T3) 측정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
제3온도판단단계(S330)는 제3온도(T3)가 제3기준온도범위 내에 속하는지 여부를 판단하는 단계이다. 제3기준온도범위는 목표하는 기화기(1230) 후단에서의 순환수(CW)의 온도의 범위로 설정될 수 있다. 예를 들어, 목표하는 기화기(1230) 후단에서의 순환수(CW)의 온도의 범위는 기화기(1230) 후단의 극부적인 동결을 방지할 수 있는 정도인 섭씨 0도 내지 섭씨 5도일 수 있고, 이러한 온도 범위를 제3기준온도범위로 설정할 수 있다. 상기의 제3기준온도범위의 수치는 예시적인 것에 불과하며 이에 한정되는 것은 아니다.
제3온도판단단계(S330)에서는 제3온도(T3)가 제3기준온도범위의 내에 속하는지(S331), 제3온도(T3)가 제3기준온도범위보다 낮은지(S332), 제3온도(T3)가 제2기준온도범위보다 높은지(S333)를 구분하여 판단한다.
순환수유량조절단계(S340)는 제3온도판단단계(S330)에서 판단된 결과에 기초하여, 순환수(CW)의 유량을 유지, 증가 또는 감소시켜 조절하는 단계이다. 순환수(CW)의 유량 조절은 순환수유량조절장치(1280)에 의해서 이루어질 수 있다.
제3온도(T3)가 제3기준온도범위에 속하는 경우에는 기화기(1230)를 통과하는 순환수(CW)의 유량을 유지한다. 제3온도(T3)가 제3기준온도범위보다 낮은 경우에는 기화기(1230)를 통과하는 순환수(CW)의 유량을 증가시킨다. 이 경우, 기화기(1230)의 극부적인 동결을 방지할 수 있다. 제3온도(T3)가 제3기준온도범위보다 높은 경우에는 기화기(1230)를 통과하는 순환수(CW)의 유량을 감소시키게 된다. 이 경우, 에너지 소비를 절약할 수 있다.
이상에서 설명한, 어느 한 제어방법(S200)과 다른 제어방법(S300)은 경우에 따라서, 어느 하나의 제어방법(S200 또는 S300)만 행해지거나, 두 가지 제어방법(S200 및 S300)이 함께 행해질 수 있다. 두 가지 제어방법(S200 및 S300)이 함께 행해질 경우, 제2온도(T2)가 제2기준온도범위보다 낮거나 제3온도(T3)가 제3기준온도범위보다 낮은 경우에는 순환수(CW)의 유량을 증가시키고, 제2온도(T2)가 제2기준온도범위보다 높거나 제3온도(T3)가 제3기준온도범위보다 높은 경우에는 순환수(CW)의 유량을 감소시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 발전 시스템을 나타낸 구성도이고, 도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 발전 시스템의 순환수유량조절장치가 가변주파수드라이브를 포함하는 것을 나타낸 구성도이며, 도 13은 본 발명의 제4실시예에 따른 발전 시스템의 순환수유량조절장치가 제어밸브를 포함하는 것을 나타낸 구성도이다.
이하, 도 11 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 제4실시예에 따른 발전 시스템(1000)에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 제4실시예에 따른 발전 시스템(1000)은 본 발명의 제3실시예와 순환수유량조절장치(1280)의 설치 위치에서 차이가 있다. 이하, 설명의 편의상 본 발명의 제3실시예와 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 제4실시예에 따른 발전 시스템(1000)은 앞서 제3실시예와 달리 순환수유량조절장치(1280)가 제2순환수 이동 라인(L22)에 설치된다. 제2순환수 이동 라인(L22)은 복수기(1140)의 후단에 연결되고 기화기(1230)를 통과하는 순환수 이동 라인(L2)의 일부이다. 구체적으로, 제2순환수 이동 라인(L22)은 순환수 이동 라인(L2)이 복수기(1140)를 통과하고, 복수기(1140)의 후단에서부터 연결되어 기화기(1230)를 통과하는 순환수(CW)의 이동 경로이다. 이 경우, 순환수펌프(1210)에 의해 이동하는 순환수(CW)는 복수기(1140)를 통과하면서 가열된 뒤, 제2순환수 이동 라인(L22)에서 이동하게 된다. 한편, 제2순환수 이동 라인(L22)은 일부가 분지되어 외부와 연통할 수 있다.
본 발명의 제4실시예에 따른 발전 시스템(1000)은 순환수(CW)가 열교환기(1240) 및 기화기(1230)를 통과하기 전에 복수기(1140)를 통과하기 때문에, 기화기(1230)를 통과하는 순환수(CW)의 온도가 제3실시예에 따른 발전 시스템(1000)의 경우보다 더 높게 형성된다. 따라서, 기화기(1230)에서의 암모니아 기화 정도가 더욱 향상될 수 있다.
순환수유량조절장치(1280)는 기화기(1230) 후단의 온도에 따라서 순환수(CW)의 유량을 조절할 수 있다. 제2온도(T2)가 일정 범위보다 낮을 경우, 기화기(1230)를 통과하는 순환수(CW)의 유량을 증가시킬 수 있다. 반대로 순환수유량조절장치(1280)는 제2온도(T2)가 일정 범위보다 높을 경우에는, 기화기(1230)를 통과하는 순환수(CW)의 유량을 감소시킬 수 있다.
순환수유량조절장치(1280)는 제3온도(T3)가 일정 범위보다 낮을 경우, 기화기(1230)를 통과하는 순환수(CW)의 유량을 증가시킬 수 있다. 반대로 순환수유량조절장치(1280)는 제3온도(T3)가 일정 범위보다 높을 경우에는 기화기(1230)를 통과하는 순환수(CW)의 유량을 감소시킬 수 있다. 여기서 제3온도는 기화기(1230) 후단 및 제2순환수 이동 라인(L22)의 온도를 의미한다.
순환수유량조절장치(1280)는 부스터펌프(1281)와 가변주파수드라이버(1282)를 포함할 수 있고(도 12), 또는 부스터펌프(1281)와 제어밸브(1283)를 포함할 수 있다(도 13). 이와 같은 경우, 순환수(CW)의 유량을 감소 또는 증가시킬 수 있다.
본 발명의 제4실시예에 따른 발전 시스템(1000)의 제어방법은 기화기(1230)를 통과하는 순환수(CW)의 유량을 제2온도(T2)에 따라 조절하는 제어방법(S200)과, 제3온도(T3)에 따라 조절하는 제어방법(S300)에 관한 것이다.
본 발명의 제4실시예에 따른 발전 시스템(1000)의 제어방법은 제3온도(T3)가 기화기(1230) 후단 및 제2순환수 이동 라인(L22)의 온도라는 점을 제외하고는, 앞서 설명한 본 발명의 제3실시예의 발전 시스템(1000)의 제어방법과 동일하게 이루어질 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
1000 : 발전 시스템
1100 : 증기사이클 1110 : 보일러
1120 : 증기터빈 1121 : 고압터빈
1122 : 저압터빈 1130 :발전기
1140 : 복수기 1150 : 급수가열기
1151 : 저압급수가열기 1152 : 탈기기
1153 : 고압급수가열기
1200 : 암모니아 기화 시스템 1210 : 순환수펌프
1220 : 암모니아탱크 1230 : 기화기
1240 : 열교환기 1250 : 기기냉각수펌프
1260 : 과열기 1270 : 급수유량조절장치
1280 : 순환수유량조절장치 1281 : 부스터펌프
1282 : 가변주파수드라이브 1283 : 제어밸브
CW : 순환수 CCW : 기기냉각수
FW : 급수 ST : 증기
L1 : 암모니아 이동 라인 L2 : 순환수 이동 라인
L3 : 급수 이동 라인
M1 : 제1온도측정센서 M2 : 제2온도측정센서
M3 : 제3온도측정센서
1100 : 증기사이클 1110 : 보일러
1120 : 증기터빈 1121 : 고압터빈
1122 : 저압터빈 1130 :발전기
1140 : 복수기 1150 : 급수가열기
1151 : 저압급수가열기 1152 : 탈기기
1153 : 고압급수가열기
1200 : 암모니아 기화 시스템 1210 : 순환수펌프
1220 : 암모니아탱크 1230 : 기화기
1240 : 열교환기 1250 : 기기냉각수펌프
1260 : 과열기 1270 : 급수유량조절장치
1280 : 순환수유량조절장치 1281 : 부스터펌프
1282 : 가변주파수드라이브 1283 : 제어밸브
CW : 순환수 CCW : 기기냉각수
FW : 급수 ST : 증기
L1 : 암모니아 이동 라인 L2 : 순환수 이동 라인
L3 : 급수 이동 라인
M1 : 제1온도측정센서 M2 : 제2온도측정센서
M3 : 제3온도측정센서
Claims (20)
- 보일러, 증기터빈, 복수기 및 급수가열기를 구비하는 증기사이클에 설치되는 암모니아 기화 시스템으로서,
순환수를 이동시키는 순환수펌프;
기기냉각수를 이동시키는 기기냉각수펌프;
액체 암모니아를 공급하는 암모니아탱크;
상기 암모니아탱크 및 상기 보일러와 연결되고 암모니아가 이동하는 암모니아 이동 라인;
상기 암모니아탱크와 상기 보일러 사이 및 상기 암모니아 이동 라인에 설치되고 상기 암모니아탱크로부터 공급되는 액체 암모니아를 기화시키는 기화기;
상기 순환수펌프에 연결되고 적어도 일부의 순환수가 상기 기화기를 통과하여 이동하는 순환수 이동 라인; 및
상기 순환수펌프와 상기 기화기 사이 및 상기 순환수 이동 라인에 설치되고 기기냉각수와의 열교환으로 순환수가 가열되는 열교환기를 포함하고,
상기 열교환기에서 가열된 순환수는 상기 기화기에 기화열을 전달하는 암모니아 기화 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 기화기와 상기 보일러 사이 및 상기 암모니아 이동 라인에 설치되고 기화된 암모니아를 과열시키는 과열기; 및
상기 급수가열기에 연결되고 상기 과열기를 통과하며 상기 급수가열기의 급수 중 일부가 이동하는 급수 이동 라인을 더 포함하고,
상기 과열기를 통과하는 급수는 상기 과열기에 과열을 전달하는 암모니아 기화 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 급수가열기는 저압급수가열기 및 고압급수가열기를 구비하고,
상기 급수 이동 라인은 상기 저압급수가열기에 연결되는 암모니아 기화 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 저압급수가열기는 전단측으로부터 후단측으로 순차적으로 연결된 복수 개의 급수가열단을 구비하고,
상기 급수 이동 라인은 상기 복수 개의 급수가열단 중 가장 전단측에 연결된 급수가열단과 연결되는 암모니아 기화 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 급수 이동 라인에 설치되고 상기 과열기로 공급되는 급수의 유량을 조절할 수 있는 급수유량조절장치를 더 포함하는 암모니아 기화 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 순환수펌프와 상기 기화기 사이 및 상기 순환수 이동 라인에 설치되고 상기 기화기로 이동하는 순환수의 유량을 조절하는 순환수유량조절장치를 더 포함하는 암모니아 기화 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 순환수 이동 라인은
상기 순환수펌프와 상기 복수기 전단의 사이에서 분지되어 상기 기화기를 통과하는 제1순환수 이동 라인을 구비하고,
상기 순환수유량조절장치는 상기 제1순환수 이동 라인에 설치되는 암모니아 기화 시스템. - 제6항에 있어서
상기 순환수 이동 라인은
상기 복수기의 후단에 연결되고 상기 기화기를 통과하는 제2순환수 이동 라인을 구비하고,
상기 순환수유량조절장치는 상기 복수기 후단에서 상기 제2순환수 이동 라인에 설치되는 암모니아 기화 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 순환수유량조절장치는
순환수의 유량을 증가시키는 부스터펌프 및
상기 부스터펌프의 펌프속도를 제어할 수 있는 가변주파수드라이브를 포함하는 암모니아 기화 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 순환수유량조절장치는
순환수의 유량을 증가시키는 부스터펌프 및
상기 순환수 이동 라인의 개도율을 제어할 수 있는 제어밸브가 설치되는 암모니아 기화 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 기화기 후단의 상기 암모니아 이동 라인에는 온도측정센서가 설치되고,
상기 순환수유량조절장치는
상기 온도측정센서의 온도 측정 결과에 기초하여 순환수의 유량을 조절하는 암모니아 기화 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 기화기 후단의 상기 순환수 이동 라인에는 온도측정센서가 설치되고,
상기 순환수유량조절장치는
상기 온도측정센서의 온도 측정 결과에 기초하여 순환수의 유량을 조절하는 암모니아 기화 시스템. - 물을 가열하여 증기를 생성시키는 보일러;
상기 보일러에서 생성된 증기를 이용하여 회전력을 발생시키는 증기터빈;
상기 증기터빈의 회전력으로 전기를 생산하는 발전기;
상기 증기터빈을 통과한 증기를 응축시켜 급수를 생성하는 복수기;
상기 복수기에서 생성된 급수를 가열시켜 상기 보일러에 공급하는 급수가열기;
순환수를 이동시키는 순환수펌프;
기기냉각수를 이동시키는 기기냉각수펌프;
액체 암모니아를 공급하는 암모니아탱크;
상기 암모니아탱크 및 상기 보일러와 연결되고 암모니아가 이동하는 암모니아 이동 라인;
상기 암모니아탱크와 상기 보일러 사이 및 상기 암모니아 이동 라인에 설치되고 상기 암모니아탱크로부터 공급되는 액체 암모니아를 기화시키는 기화기;
상기 순환수펌프에 연결되고 적어도 일부의 순환수가 상기 기화기를 통과하여 이동하는 순환수 이동 라인; 및
상기 순환수펌프와 상기 기화기 사이 및 상기 순환수 이동 라인에 설치되고 기기냉각수와의 열교환으로 순환수가 가열되는 열교환기를 포함하고,
상기 열교환기에서 가열된 순환수는 상기 기화기에 기화열을 전달하는 발전 시스템. - 제13항에 있어서,
상기 기화기와 상기 보일러 사이 및 상기 암모니아 이동 라인에 설치되고 기화된 암모니아를 과열시키는 과열기; 및
상기 급수가열기에 연결되고 상기 과열기를 통과하며 상기 급수가열기의 급수 중 일부가 이동하는 급수 이동 라인을 더 포함하고,
상기 과열기를 통과하는 급수는 상기 과열기에 과열을 전달하는 발전 시스템. - 제13항에 있어서,
상기 순환수펌프와 상기 기화기 사이 및 상기 순환수 이동 라인에 설치되고 상기 기화기로 이동하는 순환수의 유량을 조절하는 순환수유량조절장치를 더 포함하는 발전 시스템. - 제13항에 기재된 상기 발전 시스템의 제어방법으로서,
상기 과열기 후단에서 상기 암모니아 이동 라인의 제1온도를 측정하는 제1온도측정단계;
상기 제1온도측정단계에서 측정된 제1온도가 제1기준온도범위 내에 속하는지 여부를 판단하는 제1온도판단단계; 및
상기 제1온도판단단계의 판단 결과에 기초하여 상기 과열기로 공급되는 급수의 유량을 조절하는 급수유량조절단계를 포함하는 발전 시스템의 제어방법. - 제13항에 기재된 상기 발전 시스템의 제어방법으로서,
상기 기화기 후단의 상기 암모니아 이동 라인의 제2온도를 측정하는 제2온도측정단계;
상기 제2온도측정단계에서 측정된 제2온도가 제2기준온도범위 내에 속하는지 여부를 판단하는 제2온도판단단계; 및
상기 제2온도판단단계의 판단 결과에 기초하여 상기 기화기로 공급되는 순환수의 유량을 조절하는 순환수유량조절단계를 포함하는 발전 시스템의 제어방법. - 제17항에 있어서,
상기 발전 시스템은
상기 순환수 이동 라인이 상기 순환수펌프와 상기 복수기 전단의 사이에서 분지되어 상기 기화기를 통과하는 제1순환수 이동 라인을 구비하고,
상기 순환수유량조절장치는 상기 제1순환수 이동 라인에 설치되는 발전 시스템의 제어방법. - 제17항에 있어서,
상기 발전 시스템은
상기 순환수 이동 라인이 상기 복수기 및 상기 기화기를 통과하는 제2순환수 이동 라인을 구비하고,
상기 순환수유량조절장치가 상기 복수기 후단에서 상기 제2순환수 이동 라인에 설치되는 발전 시스템의 제어방법. - 제17항에 있어서,
상기 제2온도측정단계에서는
상기 기화기 후단의 상기 암모니아 이동 라인의 온도를 세 개의 온도측정센서를 이용하여 측정하고, 측정된 세 개의 온도 값 중 편차가 가장 큰 값을 제외한 나머지 값들의 평균값을 상기 제2온도로 정하는 발전 시스템의 제어방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220065661A KR102663870B1 (ko) | 2022-05-27 | 2022-05-27 | 암모니아 기화 시스템, 이를 포함하는 발전 시스템 및 발전 시스템의 제어방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220065661A KR102663870B1 (ko) | 2022-05-27 | 2022-05-27 | 암모니아 기화 시스템, 이를 포함하는 발전 시스템 및 발전 시스템의 제어방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230165634A KR20230165634A (ko) | 2023-12-05 |
| KR102663870B1 true KR102663870B1 (ko) | 2024-05-03 |
Family
ID=89157264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220065661A KR102663870B1 (ko) | 2022-05-27 | 2022-05-27 | 암모니아 기화 시스템, 이를 포함하는 발전 시스템 및 발전 시스템의 제어방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102663870B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003206750A (ja) | 2002-01-15 | 2003-07-25 | Hitachi Ltd | 再生式ガスタービンコンバインドサイクル発電システム |
| JP2018076794A (ja) | 2016-11-08 | 2018-05-17 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガスタービンプラント、及びその運転方法 |
| JP2021001551A (ja) | 2019-06-19 | 2021-01-07 | 三菱パワー株式会社 | 発電プラント |
| JP2021185313A (ja) | 2017-05-29 | 2021-12-09 | 株式会社Ihi | 発電システム |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2971621B1 (en) * | 2013-03-14 | 2020-07-22 | Echogen Power Systems LLC | Mass management system for a supercritical working fluid circuit |
| KR102042653B1 (ko) * | 2017-10-26 | 2019-11-08 | 주식회사 포스코건설 | 열교환기의 유량조절장치 |
-
2022
- 2022-05-27 KR KR1020220065661A patent/KR102663870B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003206750A (ja) | 2002-01-15 | 2003-07-25 | Hitachi Ltd | 再生式ガスタービンコンバインドサイクル発電システム |
| JP2018076794A (ja) | 2016-11-08 | 2018-05-17 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガスタービンプラント、及びその運転方法 |
| JP2021185313A (ja) | 2017-05-29 | 2021-12-09 | 株式会社Ihi | 発電システム |
| JP2021001551A (ja) | 2019-06-19 | 2021-01-07 | 三菱パワー株式会社 | 発電プラント |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20230165634A (ko) | 2023-12-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101280519B1 (ko) | 랭킨 사이클 시스템 | |
| JP6245404B1 (ja) | 燃焼装置および発電設備 | |
| JP4404010B2 (ja) | 複合冷熱発電装置 | |
| US9863280B2 (en) | Combined heat and power system | |
| KR101261861B1 (ko) | 엔진 폐열 회수장치를 이용한 브라운가스 생산시스템 | |
| JP6161358B2 (ja) | 有機ランキンサイクルシステム | |
| KR102149133B1 (ko) | 배열 회수 장치, 내연 기관 시스템과 선박 및 배열 회수 방법 | |
| US11719156B2 (en) | Combined power generation system with feedwater fuel preheating arrangement | |
| JP6833908B2 (ja) | 水上浮体式設備 | |
| KR102663870B1 (ko) | 암모니아 기화 시스템, 이를 포함하는 발전 시스템 및 발전 시스템의 제어방법 | |
| JP2019527791A (ja) | 熱リザーバを備えた発電プラント | |
| JP6516993B2 (ja) | コンバインドサイクルプラント並びにボイラの蒸気冷却方法 | |
| JP6152155B2 (ja) | Ｌｎｇサテライト設備 | |
| KR102239300B1 (ko) | 발전시스템을 구비한 부유식 해상구조물 | |
| KR102403854B1 (ko) | 액화가스 발전 시스템 | |
| JP7183130B2 (ja) | 熱水貯蔵発電システム及び熱水貯蔵発電システムの運転方法 | |
| KR101885079B1 (ko) | 스팀발생기 열원공급장치 및 열원공급방법 | |
| KR101111704B1 (ko) | Ｌｎｇ 재기화 장치 | |
| KR102511198B1 (ko) | 액화 가스 기화 장치 및 이것을 구비한 부체 설비 | |
| KR102239297B1 (ko) | 발전시스템을 구비한 부유식 해상구조물 | |
| KR102560206B1 (ko) | 액화 가스 기화 장치 및 이것을 구비한 부체 설비 | |
| JP2014218922A (ja) | 原動機システム | |
| WO2023248542A1 (ja) | 発電システム | |
| KR101938075B1 (ko) | 발전 시스템 | |
| KR101801824B1 (ko) | 해양구조물 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |