KR20120033458A - 순산소연소 발전시스템의 효율 향상 방법 - Google Patents

순산소연소 발전시스템의 효율 향상 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발전과정에서 발생되는 고온의 배기가스, 고온 스팀 및 응축열 등을 발전장치 내부에서 가열이 필요한 부분과 열교환할 수 있는 순산소연소 발전장치에 관한 것으로, 열 효율과 에너지 절감 효과가 우수하다.

Description

순산소연소 발전시스템의 효율 향상 방법{METHOD FOR IMPROVING EFFICIENCY OF OXY FUEL COMBUSTION POWER GENERATION SYSTEM}
본 발명은 순산소연소 발전시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 발전장치 내부에서 발생되는 열을 재사용함으로써 에너지를 절감하고 우수한 발전 효율을 갖는 순산소연소 발전장치 및 발전방법에 관한 것이다.
최근 지구온난화의 원인물질인 온실가스를 줄이기 위한 다양한 노력들이 경주되고 있으며, 지구 온난화를 유발하는 대표적인 가스로 이산화탄소가 지목되고 있다. 그러나, 이산화탄소는 연료를 연소하는 과정에서 다량 발생되는 가스이므로, 연료 연소시점에서 배출량 자체를 줄이는 것에 초점을 맞추어야 한다. 통상적으로, 산업에서 발생하는 이산화탄소의 54% 정도가 화력발전소에서 배출이 되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 화력발전소에서 발생하는 이산화탄소를 저감하면 지구 온난화 방지에 상당부분 기여할 수 있을 것이다.
기존 화력발전소는 산화제로서 공기를 사용하고 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석연료를 연소시킴으로써 전력을 생산하는 공기연소방식(air combustion)을 사용하였다. 이러한 공기연소방식은 공기중의 21% 정도인 산소만을 순수한 산화제로 사용하고, 나머지 79% 정도의 질소는 불필요하게 가열하게 된다. 공기 연소시 발생한 열량의 상당 부분이 질소를 가열하는데 사용되기 때문에, 그로 인어 열손실이 발생하며, 배가스(flue gas) 중의 이산화탄소 농도가 20% 이하로 낮아서 배기가스중의 저농도 이산화탄소를 고농도로 농축시키는데 상당한 비용이 소요된다.
이에 따라 최근, 산화제로서 공기대신 산소를 이용하여 연료를 연소시키는 순산소 연소방식이 개발되고 있다. 순산소 연소방식은 기존의 공기연소방식과는 달리 질소성분이 거의 없어 연소가스의 열손실량이 75~80% 정도 감소되고, 배기가스(Flue Gas)의 주성분은 이산화탄소(CO2)와수분(H2O)로 구성된다. 산화제로써 산소를 사용하는 것은 공기를 사용하는 것과는 달리, 산화제와 연료 접촉시 급격한 발열반응이 진행되므로 화염의 조절이 어렵다. 그러므로 화염의 조절을 위하여 배기가스 재순환(FGR : Flue Gas Recirculation)을 통하여 화염을 조절하고 배기가스의 재순환을 통하여 보일러에서 불완전 연소되었던 연료가 완전 연소되어 보일러의 효율이 높아지는 장점이 있다. 이때 배출되는 배기가스 중의 이산화탄소 농도가 70% 이상이므로 배기가스중 이산화탄소의 분리가 용이하고 포집효율이 향상되어 지구 온난화의 원인으로 지목되는 이산화탄소의 배출을 감축할 수 있는 최근의 추세에 부합하는 장점이 있다.
한편, 종래의 순산소연소 발전시스템은 순산소를 생산하는 공기분리설비(Air Separation Unit; ASU), 보일러 등과 같은 연소설비 (Combustion Unit), 연소설비에서 배출되는 배기가스(Flue Gas) 내의 이산화탄소를 정제하는 이산화탄소 정제설비(CO2 Purification Unit; CPU) 등으로 구성되며, 공기분리설비에 의해 생산된 순산소를 연료와 함께 연소설비측으로 공급하여 연소설비 내에서 연소시킴으로써 발전시키고, 연소설비 에서 배출되는 배기가스는 이산화탄소 정제설비에서 정제 및 압축된 후에 지중 저장되며, 이산화탄소가 정제된 벤트가스(vent gas)는 외부로 배출된다.
하지만, 종래의 순산소연소 발전시스템은 공기분리설비, 연소설비, 이산화탄소 정제설비 각각에 동력이 개별적으로 소요되도록 구성되어 있으므로, 공기분리설비의 산소생산, 이산화탄소 정제설비의 이산화탄소 정제 및 압축 등에 소요되는 동력비에 따른 발전효율이 상대적으로 낮은 단점이 있었다.
특히, 종래의 순산소 연소 발전시스템의 공기분리설비에서는 H2O와 이산화탄소를 제거하기 위한 흡착탑(MS Tower)이 필요하며, 이산화탄소 정제설비에서는 배기가스 중에 포함되어 있는 H2O를 제거하기 위한 흡착탑 (Dryer)이 필요하다. 공기분리 설비 과 이산화탄소 정제설비에 사용되는 흡착탑은 모두 TSA (Thermal Swing Adsorption) 방식으로 두 개의 탑으로 구성되어 있으며 한 개의 탑은 흡착을 진행하고 다른 탑은 흡착제에 흡착된 수분을 탈착시키기 위하여 재생가스를 외부의 열원을 이용하여 온도를 상승시켜 탈착을 진행한다. 이 때 일반적으로 공기분리설비 및 이산화탄소 회수설비 에서는 외부 열원으로 전기식 히터를 사용하며 전기식 히터 사용에 따른 동력이 소모되어 전체 순산소연소 발전시스템의 효율을 저하시킨다. 화력발전소 등의 연소설비에서 배출되는 배기가스에는 이산화탄소와 같은 많은 산성가스들이 함유되어 있다. 이러한 산성가스를 제거하기 위해서 흡수제를 이용한 흡수방법이 시도되고 있으며, 이러한 방법은 높은 효율과 안정적인 기술로 각광받고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은, 발전과정에서 발생되는 고온의 배기가스, 고온 스팀 및 응축열 등을, 순산소연소 발전장치 내부에서 가열이 필요한 부분과 열교환함으로써, 열 효율과 에너지 절감 효과가 우수하다는 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 열 효율과 에너지 절감 효과가 우수한 순산소연소 발전장치 및 발전방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 순산소연소 발전장치는,
공기 중에 포함된 불순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 공기 중의 질소와 산소를 분리하고, 미분리 가스를 유출하는 산소분리기를 포함하는 공기 분리 유닛;
상기 공기 분리 유닛으로부터 공급되는 산소를 연료와 혼합하여 연소하고, 폐스팀 및 배기가스를 유출하는 연소 유닛;
상기 배기가스 중에 함유된 분순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 배기가스 중의 이산화탄소를 분리하고 미분리 가스를 유출하는 이산화탄소분리기를 포함하는 이산화탄소 정제 유닛; 및
상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부 또는 전부를 상기 공기 분리 유닛의 흡착탑 또는 상기 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기를 포함할 수 있다.
상기 연소기에서 배출되는 폐가스는 200℃ 이상의 고온이며, 고온의 폐가스를 이용하여 흡착탑을 재생할 수 있다. 예를 들어, 상기 흡착탑은 저온에서는 불순물을 흡착하고 고온에서는 흡착된 불순물을 탈착하는 TSA(temperature swing adsorption) 흡착탑일 수 있다. 상기 흡착탑은, 예를 들어, 두 개의 흡착탑으로 구성될 수 있으며, 하나의 흡착탑은 공기 중에 포함된 불순물을 흡착하는 공정을 진행하고, 다른 하나의 흡착탑은 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 진행할 수 있다. 따라서, 복수의 흡착탑 중에서 하나 이상의 흡착탑은 흡착을 진행하고, 다른 하나 이상의 흡착탑은 탈착을 진행함으로써, 연속적인 흡착이 가능하다. 상기 공기 분리 유닛의 흡착탑은 공기 또는 압축 공기로부터 수분과 이산화탄소를 포함하는 불순물을 흡착하게 되고, 이산화탄소 분리 유닛의 흡착탑은 배기가스 또는 압축 배기가스로부터 수분을 포함하는 불순물을 흡착할 수 있다.
연소 유닛에서 배출되는 고온의 폐스팀을 흡착탑을 재생하기 위한 열원으로 활용함으로써, 흡착탑 재생에 필요한 에너지를 절감할 수 있다. 일실시예에서, 상기 순산소연소 발전장치는, 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를 공기 분리 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기; 및 상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기를 포함할 수 있다.
상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를, 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 열교환기를 포함할 수 있다. 고온의 폐스팀을 이용하여 보일러 용수를 예열함으로써, 용수 가열에 필요한 에너지를 절감할 수 있다.
상기 순산소연소 발전장치에서, 공기 분리 유닛의 흡착탑으로 도입되는 재생가스는 산소분리기로부터 유출되는 미분리 가스일 수 있다. 보다 구체적으로는, 공기 분리 유닛의 흡착탑으로 도입되는 재생가스는, 흡착탑을 거치면서 수분과 이산화탄소가 흡착된 후, 산소분리기에서 질소와 산소를 분리하고 남은 미분리 가스일 수 있다. 또한, 이산화탄소 분리 유닛의 흡착탑으로 도입되는 재생가스는 이산화탄소분리기로부터 유출되는 미분리 가스일 수 있다. 보다 구체적으로는, 이산화탄소 분리 유닛의 흡착탑으로 도입되는 재생가스는, 흡착탑을 거치면서 수분이 흡착된 후, 이산화탄소분리기에서 이산화탄소를 분리고 남은 미분리 가스일 수 있다.
본 발명에 따른 순산소연소 발전장치는, 공기 중에 포함된 불순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 공기 중의 질소와 산소를 분리하고, 미분리 가스를 유출하는 산소분리기를 포함하는 공기 분리 유닛;
상기 공기 분리 유닛으로부터 공급되는 산소를 연료와 혼합하여 연소하고, 폐스팀 및 배기가스를 유출하는 연소 유닛;
상기 배기가스 중에 함유된 분순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 배기가스 중의 이산화탄소를 분리하고 미분리 가스를 유출하는 이산화탄소분리기를 포함하는 이산화탄소 정제 유닛; 및
상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부 또는 전부를 상기 공기 분리 유닛의 흡착탑 또는 상기 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기를 포함할 수 있다.
연소 유닛에서 배출되는 배기가스는 200 내지 250℃의 고온이다. 고온의 배기가스를 흡착탑 재생을 위한 열원으로 활용함으로써, 흡착탑 재생에 필요한 에너지를 절감할 수 있다. 일실시예에서, 상기 순산소연소 발전장치는, 상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를 공기 분리 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기; 및 상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 순산소연소 발전장치는, 상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를, 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수 열교환시키는 열교환기를 포함할 수 있다.
상기 순산소연소 발전장치에서, 공기 분리 유닛의 흡착탑으로 도입되는 재생가스는 산소분리기로부터 유출되는 미분리 가스일 수 있다. 또한, 이산화탄소 분리 유닛의 흡착탑으로 도입되는 재생가스는 이산화탄소분리기로부터 유출되는 미분리 가스일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 순산소연소 발전장치는,
공기 압축기, 상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기 중에 포함된 불순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 공기 중의 질소와 산소를 분리하고, 미분리 가스를 유출하는 산소분리기를 포함하는 공기 분리 유닛;
상기 공기 분리 유닛으로부터 공급되는 산소를 연료와 혼합하여 연소하고, 폐스팀 및 배기가스를 유출하는 연소 유닛;
상기 연소유닛에서 배출되는 배기가스를 압축하는 배기가스 압축기, 상기 배기가스 압축기로부터 유출되는 압축 배기가스 중에 함유된 분순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 배기가스 중의 이산화탄소를 분리하고 미분리 가스를 유출하는 이산화탄소분리기를 포함하는 이산화탄소 정제 유닛; 및
상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기 또는 배기가스 압축기로부터 유출되는 압축 배기가스의 일부 또는 전부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기를 포함할 수 있다.
공기 또는 배기가스를 압축기로 압축되는 과정에서 압축열이 발생된다. 발생된 압축열을 이용하여 보일러 용수를 가열하는 예비 열원으로 활용할 수 있다. 예를 들어, 상기 순산소연소 발전장치는, 상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기의 일부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 열교환기; 및 상기 배기가스 압축기로부터 유출되는 배기가스의 일부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 열교환기를 포함할 수 있다.
연소 유닛에서 배출되는 폐스팀 또는 배기가스를 이용하여 보일러 용수를 예열함으로써, 보일러 용수를 예비 승온시킬 수 있다. 또한, 압축기에서 발생되는 압축열을 이용하여 보일러 용수를 예비 승온시킬 수 있다. 이러한 예비 승온에 의해 보일러 용수의 온도를 5~40℃ 또는 그 이상 올릴 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 순산소연소 발전장치는,
공기 중에 포함된 불순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 공기 중의 질소와 산소를 분리하고, 미분리 가스를 유출하는 산소분리기를 포함하는 공기 분리 유닛;
상기 공기 분리 유닛으로부터 공급되는 산소를 연료와 혼합하여 연소하고, 폐스팀 및 배기가스를 유출하는 연소 유닛;
상기 배기가스 중에 함유된 분순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 배기가스 중의 이산화탄소를 분리하고 미분리 가스를 유출하는 이산화탄소분리기를 포함하는 이산화탄소 정제 유닛;
상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부 또는 전부를 상기 공기 분리 유닛의 흡착탑 또는 상기 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기; 및
상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부 또는 전부를 상기 공기 분리 유닛의 흡착탑 또는 상기 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기를 포함할 수 있다.
연소 유닛에서 배출되는 고온의 배기가스를 이용하여 공기 분리 유닛의 흡착탑 또는 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑을 재생하는 열원으로 활용할 수 있다.
예를 들어, 상기 순산소연소 발전장치는, 상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를 공기 분리 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기;
상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기;
상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를 공기 분리 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기; 및
상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀 또는 배기가스의 일부를, 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수 열교환시키는 열교환기를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 순산소연소 발전장치는,
공기 압축기, 상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기 중에 포함된 불순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 공기 중의 질소와 산소를 분리하고, 미분리 가스를 유출하는 산소분리기를 포함하는 공기 분리 유닛;
상기 공기 분리 유닛으로부터 공급되는 산소를 연료와 혼합하여 연소하고, 폐스팀 및 배기가스를 유출하는 연소 유닛;
상기 연소유닛에서 배출되는 배기가스를 압축하는 배기가스 압축기, 상기 배기가스 압축기로부터 유출되는 배기가스 중에 함유된 분순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 배기가스 중의 이산화탄소를 분리하고 미분리 가스를 유출하는 이산화탄소분리기를 포함하는 이산화탄소 정제 유닛;
상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부 또는 전부를 상기 공기 분리 유닛의 흡착탑 또는 상기 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기; 및
상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기 또는 배기가스 압축기로부터 유출되는 배기가스의 일부 또는 전부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 순산소연소 발전장치는,
상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를 공기 분리 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기;
상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기;
상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기의 일부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 열교환기; 및
상기 배기가스 압축기로부터 유출되는 배기가스의 일부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 열교환기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 순산소연소 발전장치는, 상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를, 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수 열교환시키는 열교환기를 포함할 수 있다.
또 다른 일실시예에서, 상기 순산소연소 발전장치는,
공기 압축기, 상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기 중에 포함된 불순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 공기 중의 질소와 산소를 분리하고, 미분리 가스를 유출하는 산소분리기를 포함하는 공기 분리 유닛;
상기 공기 분리 유닛으로부터 공급되는 산소를 연료와 혼합하여 연소하고, 폐스팀 및 배기가스를 유출하는 연소 유닛;
상기 연소유닛에서 배출되는 배기가스를 압축하는 배기가스 압축기, 상기 배기가스 압축기로부터 유출되는 배기가스 중에 함유된 분순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 배기가스 중의 이산화탄소를 분리하고 미분리 가스를 유출하는 이산화탄소분리기를 포함하는 이산화탄소 정제 유닛;
상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부 또는 전부를 상기 공기 분리 유닛의 흡착탑 또는 상기 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기; 및
상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기 또는 배기가스 압축기로부터 유출되는 배기가스의 일부 또는 전부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기를 포함할 수 있다.
상기 순산소연소 발전장치는,
상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를 공기 분리 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기; 및
상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기;
상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기의 일부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 열교환기; 및
상기 배기가스 압축기로부터 유출되는 배기가스의 일부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 열교환기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 순산소연소 발전장치는, 상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를, 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수 열교환시키는 열교환기를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 순산소연소 발전장치는,
공기 압축기, 상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기 중에 포함된 불순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 공기 중의 질소와 산소를 분리하고, 미분리 가스를 유출하는 산소분리기를 포함하는 공기 분리 유닛;
상기 공기 분리 유닛으로부터 공급되는 산소를 연료와 혼합하여 연소하고, 폐스팀 및 배기가스를 유출하는 연소 유닛;
상기 연소유닛에서 배출되는 배기가스를 압축하는 배기가스 압축기, 상기 배기가스 압축기로부터 유출되는 배기가스 중에 함유된 분순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 배기가스 중의 이산화탄소를 분리하고 미분리 가스를 유출하는 이산화탄소분리기를 포함하는 이산화탄소 정제 유닛;
상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부 또는 전부를 상기 공기 분리 유닛의 흡착탑 또는 상기 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기;
상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부 또는 전부를 상기 공기 분리 유닛의 흡착탑 또는 상기 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기; 및
상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기 또는 배기가스 압축기로부터 유출되는 배기가스의 일부 또는 전부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 순산소연소 발전장치는,
상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를 공기 분리 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기;
상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기;
상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를 공기 분리 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기; 및
상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기;
상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기의 일부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 열교환기; 및
상기 배기가스 압축기로부터 유출되는 배기가스의 일부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 열교환기를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 연소효율을 향상시킨 순산소연소 발전방법을 제공한다.
일실시예에서, 순산소연소 발전방법은,
하나 이상의 흡착탑에서 공기 중에 포함된 불순물을 흡착하는 단계와 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 단계를 반복하는 공기 중의 불순물 제거 단계;
산소 분리기에서 상기 흡착탑으로부터 유출되는 공기 중의 질소와 산소를 분리하고, 미분리 가스를 유출하는 산소 분리 단계;
연소기에서 상기 분리된 산소를 연료와 혼합하여 연소하고, 폐스팀 및 배기가스를 유출하는 연소 단계;
하나 이상의 흡착탑에서 상기 배기가스 중에 함유된 분순물을 흡착하는 단계와 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 단계를 반복하는 배기가스 중의 불순물 제거 단계;
이산화탄소분리기에서 상기 흡착탑으로부터 유출되는 배기가스 중의 이산화탄소를 분리하고, 미분리 가스를 유출하는 이산화탄소 분리 단계;
상기 연소기에서 배출되는 폐스팀 또는 배기가스의 일부 또는 전부를 상기 공기 분리 유닛의 흡착탑 또는 상기 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑으로 도입되는 재생가스와 열교환시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 공기 중의 불순물 제거 단계는, 외부로부터 유입된 공기 중에 포함된 불순물 외에 수분과 이산화탄소를 흡착하는 것을 포함한다. 또한, 상기 배기가스 중의 불순물 제거 단계는, 배기가스에 포함된 여러 고형 불순물 외에도 수분을 흡착하는 것을 포함한다.
상기 순산소연소 발전방법은,
상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를 공기 분리 유닛의 흡착탑으로 공급되는 재생가스와 열교환시키는 단계;
상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑으로 공급되는 재생가스와 열교환시키는 단계;
상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를 공기 분리 유닛의 흡착탑 흡착탑으로 공급되는 재생가스와 열교환시키는 단계; 및
상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑으로 공급되는 재생가스와 열교환시키는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 연소기에서 유출되는 폐스팀 또는 배기가스의 온도는 200 내지 300℃일 수 있다. 또한, 상기 연소기에서 유출되는 폐스팀 또는 배기가스의 일부 또는 전부와 열교환되어 상기 공기 분리 유닛의 흡착탑 또는 상기 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑으로 도입되는 재생가스의 온도는 100 내지 150℃일 수 있다.
상기 순산소연소 발전방법은, 하나 이상의 흡착탑에서 공기 중에 포함된 불순물을 흡착하는 단계의 공기는 공기 압축기를 통해 압축된 압축 공기이고, 상기 압축 공기를 연소기로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 외부로부터 유입된 공기는 흡착탑을 거치면서 수분과 이산화탄소가 흡착된 후, 공기 압축기로 유입된다. 공기 압축기로 유입된 공기는 압축되는 과정에서 압축열이 발생되며, 이러한 압축열을 이용하게 연소기로 공급되는 보일러 용수를 가열하는 보조 열원으로 활용할 수 있다.
또한, 상기 순산소연소 발전방법은, 하나 이상의 흡착탑에서 배기가스 중에 포함된 불순물을 흡착하는 단계의 배기가스는 배기가스 압축기를 통해 압축된 압축 배기가스이고, 상기 압축 압축배기가스를 연소기로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연소기에서 유출된 배기가스는 흡착탑을 거치면서 수분이 흡착된 후, 배기가스 압축기로 유입된다. 배기가스 압축기로 유입된 배기가스는 압축되는 과정에서 압축열이 발생되며, 이러한 압축열을 이용하게 연소기로 공급되는 보일러 용수를 가열하는 보조 열원으로 활용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 순산소연소 발전장치는 열 효율이 우수하고 에너지를 절감하는 효과가 있다.
도 1은 순산소연소 발전장치의 공기분리기 부분을 나타낸 모식도이다;
도 2는 순산소연소 발전장치의 이산화탄소 정제기 부분을 나타낸 모식도이다;
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 순산소연소 발전장치를 나타낸 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 순산소연소 발전장치를 나타낸 모식도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른일실시예에 따른 순산소연소 발전장치를 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1은 순산소연소 발전장치의 공기분리기 부분을 나타낸 모식도이다. 도 1을 참조하면, 공기공급장치(33)를 통해 유입된 외부공기는 공기압축기(32)에서 압축된다. 압축된 공기는 흡착탑(31)에서 수분과 이산화탄소가 흡착된 후, 폐가스의 형태로 산소분리기(30)로 유입된다. 산소분리기(30)로 유입된 폐가스는 질소와 산소로 분리되며, 분리된 산소는 연소기(도시하지 않음)로 보내진다. 또한, 산소분리기(30)에서 유출되는 미분리 가스 일부는 흡착탑(31)의 일측면에 구비된 전기히터(51)로 이송된 후, 전기히터(51)에 의해 가열된다. 가열된 미분리 가스는 흡착탑(31)을 재생하는 재생가스로 사용된다.
도 2는 순산소연소 발전장치의 이산화탄소 정제기 부분을 나타낸 모식도이다. 도 2를 참조하면, 배기가스공급장치(23)를 통해 유입된 배기가스는 배기가스 압축기(22)에서 압축된다. 압축된 배기가스는 흡착탑(21)에서 수분이 흡착된 후, 이산화탄소분리기(20)로 유입된다. 이산화탄소분리기(20)에서는 유입된 배기가스에 함유된 이산화탄소는 분리되어 별도 저장소로 이송된다. 또한, 이산화탄소분리기(20)에서 유출되는 미분리 가스의 일부는 흡착탑(21)의 일측면에 구비된 전기히터(52)로 이송된 후, 전기히터(52)에 의해 가열된다. 가열된 미분리 가스는 흡착탑(31)을 재생하는 재생가스로 사용된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 순산소연소 발전장치를 나타낸 모식도이다.
도 3을 참조하면, 공기공급기(330)를 통해 유입된 외부공기는 공기압축기(320)에서 압축된다. 압축된 공기는 흡착탑(310)에서 수분과 이산화탄소가 흡착된 후, 산소분리기(300)로 유입된다. 산소분리기(300)로 유입된 압축공기는 질소와 산소로 분리되며, 분리된 산소는 연소기(100)로 보내진다. 산소분리기(300)에서 분리되지 못한 미분리 가스는 흡착탑(310)을 재생하기 위한 재생가스로 사용된다. 상기 흡착탑(310)은 두 개의 흡착탑으로 구성되며, 공기 압축기(320)로부터 유출되는 압축 공기 중에 포함된 수분과 이산화탄소를 흡착하는 하나의 흡착탑과, 재생가스를 사용하여 불순물을 탈착하는 다른 하나의 흡착탑을 포함한다.
연소기(100)에서는 산소분리기(300)로부터 공급된 산소와 연료를 혼합하여 연소가 일어나고, 폐스팀과 배기가스를 유출하게 된다.
연소실(100)에서 배출된 배기가스는 배기가스공급기(230)를 거쳐 배기가스 압축기(220)에서 압축된다. 압축된 배기가스는 흡착탑(210)에서 수분이 흡착된 후, 이산화탄소분리기(200)로 유입된다. 이산화탄소 분리기(200)에서는 유입된 압축 배기가스로부터 이산화탄소를 분리한다. 분리된 이산화탄소는 별도의 저장조에서 저장한다.
상기 연소기(100)에서 배출되는 폐스팀의 일부 또는 전부는 산소분리기(300)에 유체연결된 흡착탑(310)의 재생가스와 열교환기(420)에서 교차되면서 열교환을 하게 된다. 또한, 상기 연소기(100)에서 배출되는 폐스팀의 일부 또는 전부는 이산화탄소분리기(200)에 유체연결된 흡착탑(210)의 재생가스와 열교환기(410)에서 교차되면서 열교환을 하게 된다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 순산소연소 발전장치를 나타낸 모식도이다. 도 4를 참조하면, 상기 연소기(100)에서 배출되는 고온의 배기가스 일부 또는 전부는 열교환기(410)을 거치면서 산소분리기(300)에 유체연결된 흡착탑(310)의 재생가스와 열교환하게 된다. 또한, 상기 연소기(100)에서 배출되는 고온의 배기가스 일부 또는 전부는 열교환기(410)을 거치면서 이산화탄소분리기(200)에 유체연결된 흡착탑(210)의 재생가스와 열교환하게 된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 순산소연소 발전장치를 나타낸 모식도이다. 도 5를 참조하면, 상기 연소기(100)에서 배출되는 폐가스 또는 배기가스는 열교환기(410)을 거치면서 산소분리기(300)에 유체연결된 흡착탑(310) 또는 이산화탄소분리기(200)에 유체연결된 흡착탑(210)의 재생가스와 열교환하게 된다. 또한, 공기압축기(320)에서 압축된 압축 공기는 열교환기(420)를 거치면서 연소기(100)로 공급되는 보일러 용수와 열교환하게 된다. 배기가스압축기(220)에서 압축된 압축 배기가스는 열교환기(430)를 거치면서 연소기(100)로 공급되는 보일러 용수와 열교환하게 된다. 이는 압축기(220, 320)에서 공기 또는 배기가스를 압축하는 과정에서 압축열이 발생되고, 발생된 압축열을 이용하여 연소기(100)로 공급되는 보일러 용수를 예비가열하게 된다.
23: 배기가스공급기 51, 52: 전기히터
100: 연소기 110: 연료공급기
20, 200: 이산화탄소분리기
21, 210: 흡착탑(H2O 및 CO2 흡착)
22, 220: 배기가스압축기 30, 300: 산소분리기
31, 310: 흡착탑(H2O) 32, 320: 공기압축기
33, 330: 공기공급기 410, 420, 430: 열교환기

Claims (29)

  1. 공기 중에 포함된 불순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 공기 중의 질소와 산소를 분리하고, 미분리 가스를 유출하는 산소분리기를 포함하는 공기 분리 유닛;
    상기 공기 분리 유닛으로부터 공급되는 산소를 연료와 혼합하여 연소하고, 폐스팀 및 배기가스를 유출하는 연소 유닛;
    상기 배기가스 중에 함유된 분순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 배기가스 중의 이산화탄소를 분리하고 미분리 가스를 유출하는 이산화탄소분리기를 포함하는 이산화탄소 정제 유닛; 및
    상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부 또는 전부를 상기 공기 분리 유닛의 흡착탑 또는 상기 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기를 포함하는 순산소연소 발전장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를 공기 분리 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기; 및
    상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기를 포함하는 순산소연소 발전장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를,
    연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 열교환기를 포함하는 순산소연소 발전장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    공기 분리 유닛의 흡착탑으로 도입되는 재생가스는 산소분리기로부터 유출되는 미분리 가스인 순산소연소 발전장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    이산화탄소 분리 유닛의 흡착탑으로 도입되는 재생가스는 이산화탄소분리기로부터 유출되는 미분리 가스인 순산소연소 발전장치.
  6. 공기 중에 포함된 불순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 공기 중의 질소와 산소를 분리하고, 미분리 가스를 유출하는 산소분리기를 포함하는 공기 분리 유닛;
    상기 공기 분리 유닛으로부터 공급되는 산소를 연료와 혼합하여 연소하고, 폐스팀 및 배기가스를 유출하는 연소 유닛;
    상기 배기가스 중에 함유된 분순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 배기가스 중의 이산화탄소를 분리하고 미분리 가스를 유출하는 이산화탄소분리기를 포함하는 이산화탄소 정제 유닛; 및
    상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부 또는 전부를 상기 공기 분리 유닛의 흡착탑 또는 상기 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기를 포함하는 순산소연소 발전장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를 공기 분리 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기; 및
    상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기를 포함하는 순산소연소 발전장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를,
    연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 열교환기를 포함하는 순산소연소 발전장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    공기 분리 유닛의 흡착탑으로 도입되는 재생가스는 산소분리기로부터 유출되는 미분리 가스인 순산소연소 발전장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    이산화탄소 분리 유닛의 흡착탑으로 도입되는 재생가스는 이산화탄소분리기로부터 유출되는 미분리 가스인 순산소연소 발전장치.
  11. 공기 압축기, 상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기 중에 포함된 불순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 공기 중의 질소와 산소를 분리하고, 미분리 가스를 유출하는 산소분리기를 포함하는 공기 분리 유닛;
    상기 공기 분리 유닛으로부터 공급되는 산소를 연료와 혼합하여 연소하고, 폐스팀 및 배기가스를 유출하는 연소 유닛;
    상기 연소유닛에서 배출되는 배기가스를 압축하는 배기가스 압축기, 상기 배기가스 압축기로부터 유출되는 압축 배기가스 중에 함유된 분순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 배기가스 중의 이산화탄소를 분리하고 미분리 가스를 유출하는 이산화탄소분리기를 포함하는 이산화탄소 정제 유닛; 및
    상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기 또는 배기가스 압축기로부터 유출되는 압축 배기가스의 일부 또는 전부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기를 포함하는 순산소연소 발전장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기의 일부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 열교환기; 및
    상기 배기가스 압축기로부터 유출되는 배기가스의 일부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 열교환기를 포함하는 순산소연소 발전장치.
  13. 공기 중에 포함된 불순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 공기 중의 질소와 산소를 분리하고, 미분리 가스를 유출하는 산소분리기를 포함하는 공기 분리 유닛;
    상기 공기 분리 유닛으로부터 공급되는 산소를 연료와 혼합하여 연소하고, 폐스팀 및 배기가스를 유출하는 연소 유닛;
    상기 배기가스 중에 함유된 분순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 배기가스 중의 이산화탄소를 분리하고 미분리 가스를 유출하는 이산화탄소분리기를 포함하는 이산화탄소 정제 유닛;
    상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부 또는 전부를 상기 공기 분리 유닛의 흡착탑 또는 상기 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기; 및
    상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부 또는 전부를 상기 공기 분리 유닛의 흡착탑 또는 상기 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기를 포함하는 순산소연소 발전장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를 공기 분리 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기;
    상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기;
    상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를 공기 분리 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기; 및
    상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기를 포함하는 순산소연소 발전장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀 또는 배기가스의 일부를,
    연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수 열교환시키는 열교환기를 포함하는 순산소연소 발전장치.
  16. 공기 압축기, 상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기 중에 포함된 불순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 공기 중의 질소와 산소를 분리하고, 미분리 가스를 유출하는 산소분리기를 포함하는 공기 분리 유닛;
    상기 공기 분리 유닛으로부터 공급되는 산소를 연료와 혼합하여 연소하고, 폐스팀 및 배기가스를 유출하는 연소 유닛;
    상기 연소유닛에서 배출되는 배기가스를 압축하는 배기가스 압축기, 상기 배기가스 압축기로부터 유출되는 배기가스 중에 함유된 분순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 배기가스 중의 이산화탄소를 분리하고 미분리 가스를 유출하는 이산화탄소분리기를 포함하는 이산화탄소 정제 유닛;
    상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부 또는 전부를 상기 공기 분리 유닛의 흡착탑 또는 상기 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기; 및
    상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기 또는 배기가스 압축기로부터 유출되는 배기가스의 일부 또는 전부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기를 포함하는 순산소연소 발전장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를 공기 분리 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기;
    상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기;
    상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기의 일부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 열교환기; 및
    상기 배기가스 압축기로부터 유출되는 배기가스의 일부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 열교환기를 포함하는 순산소연소 발전장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를,
    연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수 열교환시키는 열교환기를 포함하는 순산소연소 발전장치.
  19. 공기 압축기, 상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기 중에 포함된 불순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 공기 중의 질소와 산소를 분리하고, 미분리 가스를 유출하는 산소분리기를 포함하는 공기 분리 유닛;
    상기 공기 분리 유닛으로부터 공급되는 산소를 연료와 혼합하여 연소하고, 폐스팀 및 배기가스를 유출하는 연소 유닛;
    상기 연소유닛에서 배출되는 배기가스를 압축하는 배기가스 압축기, 상기 배기가스 압축기로부터 유출되는 배기가스 중에 함유된 분순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 배기가스 중의 이산화탄소를 분리하고 미분리 가스를 유출하는 이산화탄소분리기를 포함하는 이산화탄소 정제 유닛;
    상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부 또는 전부를 상기 공기 분리 유닛의 흡착탑 또는 상기 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기; 및
    상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기 또는 배기가스 압축기로부터 유출되는 배기가스의 일부 또는 전부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기를 포함하는 순산소연소 발전장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를 공기 분리 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기; 및
    상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기;
    상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기의 일부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 열교환기; 및
    상기 배기가스 압축기로부터 유출되는 배기가스의 일부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 열교환기를 포함하는 순산소연소 발전장치.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를,
    연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수 열교환시키는 열교환기를 포함하는 순산소연소 발전장치.
  22. 공기 압축기, 상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기 중에 포함된 불순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 공기 중의 질소와 산소를 분리하고, 미분리 가스를 유출하는 산소분리기를 포함하는 공기 분리 유닛;
    상기 공기 분리 유닛으로부터 공급되는 산소를 연료와 혼합하여 연소하고, 폐스팀 및 배기가스를 유출하는 연소 유닛;
    상기 연소유닛에서 배출되는 배기가스를 압축하는 배기가스 압축기, 상기 배기가스 압축기로부터 유출되는 배기가스 중에 함유된 분순물을 흡착하는 공정과 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 공정을 반복하는 하나 이상의 흡착탑, 상기 흡착탑으로부터 유출되는 배기가스 중의 이산화탄소를 분리하고 미분리 가스를 유출하는 이산화탄소분리기를 포함하는 이산화탄소 정제 유닛;
    상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부 또는 전부를 상기 공기 분리 유닛의 흡착탑 또는 상기 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기;
    상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부 또는 전부를 상기 공기 분리 유닛의 흡착탑 또는 상기 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기; 및
    상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기 또는 배기가스 압축기로부터 유출되는 배기가스의 일부 또는 전부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 하나 이상의 열교환기를 포함하는 순산소연소 발전장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를 공기 분리 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기;
    상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기;
    상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를 공기 분리 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기; 및
    상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑의 재생가스와 열교환시키는 열교환기;
    상기 공기 압축기로부터 유출되는 압축 공기의 일부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 열교환기; 및
    상기 배기가스 압축기로부터 유출되는 배기가스의 일부를 연소 유닛으로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 열교환기를 포함하는 순산소연소 발전장치.
  24. 하나 이상의 흡착탑에서 공기 중에 포함된 불순물을 흡착하는 단계와 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 단계를 반복하는 공기 중의 불순물 제거 단계;
    산소 분리기에서 상기 흡착탑으로부터 유출되는 공기 중의 질소와 산소를 분리하고, 미분리 가스를 유출하는 산소 분리 단계;
    연소기에서 상기 분리된 산소를 연료와 혼합하여 연소하고, 폐스팀 및 배기가스를 유출하는 연소 단계;
    하나 이상의 흡착탑에서 상기 배기가스 중에 함유된 분순물을 흡착하는 단계와 재생가스를 사용하여 상기 불순물을 탈착하는 단계를 반복하는 배기가스 중의 불순물 제거 단계;
    이산화탄소분리기에서 상기 흡착탑으로부터 유출되는 배기가스 중의 이산화탄소를 분리하고, 미분리 가스를 유출하는 이산화탄소 분리 단계;
    상기 연소기에서 배출되는 폐스팀 또는 배기가스의 일부 또는 전부를 상기 공기 분리 유닛의 흡착탑 또는 상기 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑으로 도입되는 재생가스와 열교환시키는 단계를 포함하는 순산소연소 발전방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를 공기 분리 유닛의 흡착탑으로 공급되는 재생가스와 열교환시키는 단계;
    상기 연소 유닛에서 배출되는 폐스팀의 일부를 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑으로 공급되는 재생가스와 열교환시키는 단계;
    상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를 공기 분리 유닛의 흡착탑 흡착탑으로 공급되는 재생가스와 열교환시키는 단계; 및
    상기 연소 유닛에서 배출되는 배기가스의 일부를 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑으로 공급되는 재생가스와 열교환시키는 단계를 포함하는 순산소연소 발전방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 연소기에서 유출되는 폐스팀 또는 배기가스의 온도는 200 내지 300℃인 순산소연소 발전방법.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 연소기에서 폐스팀 또는 배기가스의 일부 또는 전부와 열교환되어 상기 공기 분리 유닛의 흡착탑 또는 상기 이산화탄소 정제 유닛의 흡착탑으로 도입되는 재생가스의 온도는 100 내지 150℃인 순산소연소 발전방법.
  28. 제 24 항에 있어서,
    하나 이상의 흡착탑에서 공기 중에 포함된 불순물을 흡착하는 단계의 공기는 공기 압축기를 통해 압축된 압축 공기이고,
    상기 압축 공기를 연소기로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 단계를 포함하는 순산소연소 발전방법.
  29. 제 24 항에 있어서,
    하나 이상의 흡착탑에서 배기가스 중에 포함된 불순물을 흡착하는 단계의 배기가스는 배기가스 압축기를 통해 압축된 압축 배기가스이고,
    상기 압축 압축배기가스를 연소기로 공급되는 보일러 용수와 열교환시키는 단계를 포함하는 순산소연소 발전방법.
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