KR20130035641A - 순산소 연소 발전시스템용 공기압축기의 폐열 회수를 통한 효율 향상 방법 - Google Patents

순산소 연소 발전시스템용 공기압축기의 폐열 회수를 통한 효율 향상 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기를 다단압축 방식으로 압축하는 공기압축기,
상기 공기압축기에서 압축된 공기를 산소와 질소로 분리하는 공기분리장치 및
상기 공기분리장치에서 분리된 산소로 연료를 연소시키는 연소설비를 포함하는 순산소 발전시스템에 있어서,
공기압축기에서 압축된 공기 및 공기분리장치에서 분리된 산소를 열교환하는 제1열교환기;
공기압축기에서 압축된 공기 및 공기분리장치에서 분리된 질소를 열교환하는 제2열교환기; 및
공기압축기에서 압축된 공기 및 순산소 발전시스템의 보일러 용수를 열교환하는 제3열교환기로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 열교환기를 추가로 포함하는 순산소 발전시스템에 관한 것이다.

Description

순산소 연소 발전시스템용 공기압축기의 폐열 회수를 통한 효율 향상 방법{The method for efficiency improvement that utilizing waste heat recovery of air compressors for oxy combustion power plant}
본 발명은 순산소 연소 발전시스템용 공기압축기의 폐열, 구체적으로 압축열 회수를 통한 효율 향상 방법에 관한 것이다.
기존 화력발전소는 산화제로서 공기를 사용하여 석탄, 석유 및 천연가스 등과 같은 화석연료를 연소시킴으로써 전력을 생산하였다. 이러한 공기연소방식(air combustion)은 공기중의 21% 정도인 산소만이 순수한 산화제로 사용되고, 나머지 79% 정도의 질소가 불필요하게 가열되어 공기 연소 시 발생한 열량의 상당 부분이 질소를 가열하는데 사용되므로 열손실이 발생하며, 배가스(flue gas) 중의 이산화탄소 농도가 20% 이하로 낮아서 배가스 중의 저농도 이산화탄소를 고농도로 농축시키는데 상당한 비용이 소요된다.
이에 따라 최근, 산화제로서 공기대신 산소를 이용하여 연료를 연소시키는 순산소 연소 방식이 개발되고 있다. 순산소 연소 방식은 기존의 공기연소 방식과는 달리 질소성분이 거의 없어 연소가스의 열 손실량이 75 내지 80% 정도 감소된다. 상기 순산소 연소 방식에 의해 배출되는 배가스의 성분은 이산화탄소 및 물로 구성된다.
그러나, 산화제로서 산소를 이용하는 것은 공기를 사용하는 것과 달리, 산화제와 연료 접촉 시 급격한 발열반응이 진행되므로 화염의 온도를 조절하는 것이 어렵다. 그러므로, 화염의 온도를 조절하기 위하여 배가스 재순환(FGR: Flue gas recirculation)을 통해 화염을 조절함으로써, 불완전 연소되었던 연료가 완전 연소되어 보일러의 효율이 높아지는 장점이 있다. 이 때, 배출되는 배가스 중의 이산화탄소 농도가 70% 이상이므로 배가스 중 이산화탄소의 분리가 용이하고 포집효율이 향상되어 지구온난화의 원인으로 지목되는 이산화탄소의 배출을 감축할 수 있는 최근의 추세에 부합하는 장점이 있다.
한편, 종래의 순산소 연소 발전시스템은 순산소를 생산하는 산소생산설비 또는 공기분리장치(air separation unit: ASU), 보일러 등과 같은 연소설비(Combustion unit) 및 연소설비에서 배출되는 배가스 내의 이산화탄소를 정제하는 이산화탄소 정제설비(CO2 processing unit: CPU) 등으로 구성된다. 상기 발전시스템은 산소생산설비(공기분리장치)에 의해 생산된 산소를 연소설비에 공급하여 공기 대신 산소로 연소시켜 발전시키고, 연소설비에서는 대부분의 이산화탄소가 포함된 배가스를 다시 한번 이산화탄소 정제설비에서 정제하여 압축 또는 액화되어 저장된다. 하지만 이와 같은 순산소 연소 발전시스템에서는 연소설비에 산소를 공급하는 산소생산설비(공기분리장치)와 이산화탄소를 정제하는 이산화탄소 정제설비를 통하여 추가적인 동력소비가 발생하고 이것이 전체 발전소의 발전 효율을 감소시키는 문제를 가지고 있다. 따라서, 산소생산설비와 이산화탄소 정제설비의 동력비를 절감하는 것이 순산소 연소 발전시스템의 중요한 과제이다.
이중 산소생산설비(공기분리장치)에서는 원료공기의 압축을 위해 공기압축기를 사용한다. 상기 공기압축기에서는 공기 압축시 압축열을 함유하는 압축 공기가 생성되므로, 상기 압축 공기의 압축열을 회수하여 에너지 효율을 높일 수 있는 열원으로 사용할 수 있다. 하지만 공기분리장치가 순산소 연소 발전시스템과 같이 고온으로 운전되는 장치와 운전되지 않고, 독립적으로 운전될 때에는 공기분리장치 자체에서 압축열을 회수하여 사용할 수 있는 방법은 공기분리장치에서 물과 이산화탄소를 제거하는 흡착탑의 재생을 위해 재생가스를 예열하는 방법으로만 이용되고 있었다.
순산소 연소 발전시스템에서 다단 압축방식의 공기압축기에서 생성되는 고온의 압축 공기의 압축열을 회수하여, 순산소 연소 발전시스템으로 공급되는 산소의 예열, 공기분리장치의 질소, 특히 중압 질소의 에너지 회수 효율 상승을 위한 가열, 보일러 용수(Boiler feed water)의 예열 및 흡착장치의 재생에 필요한 재생가스의 예열에 사용하여 순산소 연소 발전시스템 및 공기분리장치의 효율을 향상하는데 목적이 있다.
본 발명은 공기를 다단압축 방식으로 압축하는 공기압축기,
상기 공기압축기에서 압축된 공기를 산소와 질소로 분리하는 공기분리장치 및
상기 공기분리장치에서 분리된 산소로 연료를 연소시키는 연소설비를 포함하는 순산소 발전시스템에 있어서,
공기압축기에서 압축된 공기 및 공기분리장치에서 분리된 산소를 열교환하는 제1열교환기;
공기압축기에서 압축된 공기 및 공기분리장치에서 분리된 질소를 열교환하는 제2열교환기; 및
공기압축기에서 압축된 공기 및 순산소 발전시스템의 보일러 용수를 열교환하는 제3열교환기로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 열교환기를 추가로 포함하는 순산소 발전시스템에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 순산소 발전시스템을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 순산소 발전시스템은 공기압축기, 공기분리장치 및 연소설비를 포함한다.
본 발명에서 공기압축기(air compressor)는 공기를 다단압축 방식으로 압축한다. 상기 공기압축기에서는 공기가 4 내지 6 barg로 압축될 수 있다.
본 발명에서 공기압축기는 공기를 3단 또는 4단으로 다단압축할 수 있으며, 공기를 3단으로 다단압축할 경우 3단 공기압축기를, 4단으로 다단압축할 경우 4단 공기압축기를 사용할 수 있다.
본 발명에서 공기분리장치는 공기압축기에서 압축된 공기를 산소 및 질소로 분리한다.
본 발명에서 압축된 공기는 산소 및 질소 외에 이산화탄소 및 물 등을 추가로 함유하므로, 공기압축기의 후단에 흡착장치를 추가로 설치하여, 상기 흡착장치를 통해 압축 공기 중의 이산화탄소 및 물을 제거한 후, 압축 공기를 공기분리장치로 투입할 수 있다.
상기 공기분리장치는 고압탑과 저압탑의 이중 칼럼으로 구성되고, 공기를 산소 및 질소로 분리할 수 있으며, 구체적으로, 산소, 중압 질소(M.P. 후2), 저압 질소(L.P. GN2) 및 폐질소(waste GN2)로 분리할 수 있다.
본 발명에서 연소설비는 공기분리장치의 후단에 설치되어 상기 공기분리장치에서 분리된 산소를 이용하여 연료를 연소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 순산소 발전시스템은 공기압축기에서 발생한 고온의 공기(압축열을 지님)를 열교환시키기위한 열교환기를 포함한다.
본 발명의 공기압축기에서는 압축비에 따라 3단 또는 4단의 다단압축이 이루어지므로, 본 발명에서는 각 압축단에서 발생한 압축 공기의 압축열을 열교환기에서 열교환할 수 있다.
즉, 공기압축기의 각 압축단에서 발생한 압축열을 포함하는 고온의 공기는 각각 향류 방식으로 열교환하는 열교환기와 연결설치되어 압축열을 회수(열교환)할 수 있다.
본 발명에서 열교환기로는 공기압축기에서 압축된 공기 및 공기분리장치에서 분리된 산소를 열교환하는 제1열교환기, 공기압축기에서 압축된 공기 및 공기분리장치에서 분리된 질소, 구체적으로 중압 질소를 열교환하는 제2열교환기 및 공기압축기에서 압축된 공기 및 순산소 발전시스템의 보일러 용수를 열교환하는 제3열교환기로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
또한, 열교환기로 공기압축기에서 압축된 공기 및 공기분리장치에서 분리된 폐질소를 열교환하는 제4열교환기를 추가로 사용할 수 있다.
본 발명에서 공기압축기의 압축단들과 연결설치되는 제1열교환기, 제2열교환기, 제3열교환기 및 제4열교환기의 순서는 임의로 결정될 수 있다.
예를 들어, 공기압축기로 3단 공기압축기를 사용하면, 제1압축단은 제1열교환기와 연결설치되고, 제2압축단은 제2열교환기와 연결설치되며, 제3압축단은 제4열교환기와 연결설치될 수 있다.
또한, 공기압축기로 4단 공기압축기를 사용하면, 제1압축단은 제3열교환기와 연결설치되고, 제2압축단은 제1열교환기와 연결설치되며, 제3압축단은 제2열교환기와 연결설치되고, 제4압축단은 제4열교환기와 연결설치될 수 있다.
본 발명에서 열교환기로 공기압축기에서 압축된 공기 및 공기분리장치에서 분리된 질소를 열교환하는 제2열교환기를 사용할 경우, 상기 제2열교환기의 후단에는 터빈이 추가로 설치되어 열교환된 질소의 압력에너지를 회수하는 과정을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명은 공기압축기에서 압축된 공기 및 공기분리장치에서 분리된 산소를 열교환하는 단계;
공기압축기에서 압축된 공기 및 공기분리장치에서 분리된 질소를 열교환하는 단계; 및
공기압축기에서 압축된 공기 및 순산소 연소 발전시스템의 보일러 용수를 열교환하는 단계로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 단계를 포함하는 공기압축기의 압축열 재사용 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 공기압축기의 압축열 재사용 방법은 공기압축기에서 압축된 공기 및 공기분리장치에서 분리된 폐질소를 열교환하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 공기압축기로는 전술한 공기압축기를 사용할 수 있다. 상기 공기압축기에서는 3단 또는 4단의 다단압축이 일어나며, 각 압축단은 열교환기와 연결설치되어 압축열을 함유하는 고온의 압축 공기 와 열교환할 수 있다.
이하, 공기압축기에서 발생한 고온의 압축 공기를 열교환하는 4가지 단계(방법)를 설명한다. 본 발명에서 상기 열교환은 4단의 다단압축이 일어날 경우 전술한 4 단계가 모두 수행될 수 있으며, 압축단의 수에 따라 선택적으로 수행될 수 있다. 구체적으로, 하나의 압축단에 따라 선택된 한 단계의 열교환이 수행될 뿐, 각 단계의 순서는 한정되지 않는다.
먼저, 공기압축기에서 압축된 고온의 압축 공기는 공기분리장치에서 분리된 산소와 열교환할 수 있다.
공기압축기의 각 압축단에서 압축된 압축 공기의 온도는 약 100 내지 120℃로, 압축된 공기의 압축열은 냉각수로 냉각하는 내부 쿨러(inter cooler)로 유입되기 전에 향류방식의 열교환기를 통해 공기분리장치에서 분리된 산소를 예열시킬 수 있다. 일반적으로, 공기분리장치에서 분리된 산소의 온도는 15 내지 20℃로 상기 상대적으로 고온인 압축 공기와 열교환을 통해 80 내지 100℃까지 예열된다. 상기 열교환에 의해 예열된 산소는 순산소 연소 발전시스템의 순산소 연소설비에 공급되어, 순산소 연소 발전시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.
두번째로, 공기압축기에서 압축된 고온의 압축 공기는 공기분리장치에서 분리된 질소, 구체적으로 중압 질소와 열교환할 수 있다.
순산소 연소 발전시스템에서 질소의 사용은 필요로 하지 않으나, 공기분리장치에서 산소와 함께 질소가 생산되며, 고압탑과 저압탑의 이중 탑으로 구성된 공기분리장치에서 질소는 고압탑쪽의 중압 질소 및 저압탑쪽의 저압 질소가 생산된다. 상기 생산된 중압 질소는 공기의 20 내지 30%까지 생산이 가능하며, 공기압축기에서 압축된 공기와 약 0.5 barg의 압력차를 가지고 있으며, 일반적으로 3.5 내지 5.5 barg의 압력을 가지므로, 상기 중압 질소의 압력에너지를 터빈과 같은 장치를 통해 회수할 수 있다. 상기 중압 질소의 압력에너지를 회수할 경우 터빈을 이용하게 되는데 이때, 중압 질소를 공기압축기에서 발생된 고온의 압축 공기와 열교환하여 중압 질소의 온도를 높이면, 중압 질소의 압력 에너지 회수 효율을 높일 수 있다.
세번째로, 공기압축기에서 압축된 고온의 압축 공기는 공기분리장치에서 분리된 폐질소와 열교환할 수 있다.
순산소 발전시스템은 공기압축기 외에 압축공기 중의 수분(물) 및 이산화탄소를 제거하기 위한 흡착장치를 포함하며, 상기 흡착장치의 재생을 위하여 재생가스로 폐질소를 사용한다. 본 발명에서는 재생가스로 사용되는 폐질소를 고온의 압축 공기와 열교환하여 예열함으로써, 에너지 소비를 줄일 수 있다.
네번째로, 공기압축기에서 압축된 고온의 압축 공기는 순산소 연소 발전시스템의 보일러 용수와 열교환할 수 있다.
상기 압축 공기를 보일러 용수와 열교환시켜, 보일러 용수를 예열시킴으로써, 에너지 소비를 줄일 수 있다.
본 발명에 따르면, 순산소 연소 발전시스템용 산소생산설비에서는 연료공기 압축을 위한 공기압축기의 각 압축단에서 발생하는 압축 공기 중의 압축열을 최대한 회수하기 때문에 보일러 용수를 예열하고 순산소 연소 발전시스템으로 공급되는 산소를 예열하여 순산소 연소 발전시스템의 에너지 효율을 향상시킬 수 있으며, 중압 질소를 가열하여 중압 질소의 압력에너지 회수 효율의 향상도 가져올 수 있다. 또한, 기존과 같이 흡착장치의 재생에 필요한 재생가스의 예열도 함께 할 수 있어 전체적인 공기분리장치와 순산소 연소 발전시스템의 효율을 대폭적으로 향상 시킬 수 있는 방법이다.
또한, 기존에는 압축 공기 중의 압축열을 다단압축 시 냉각수를 이용하는 내부 쿨러에서 제거하였지만 본 발명에서는 압축 공기 중의 압축열을 회수한 후 잔여 압축열만을 내부 쿨러에서 제거하기 때문에 냉각수의 소모를 절감할 수 있을 뿐아니라, 냉각수 순환장치의 규모를 축소시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 선행기술을 도시한 개략도로, 일반적인 순산소 연소 발전시스템에 사용되는 공기압축기, 공기분리장치 및 이산화탄소 정제설비 등을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일례에 따른 순산소 연소 발전시스템을 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일례에 따른 순산소 연소 발전시스템을 도시한 개략도이다.
이하, 본 발명의 내용을 하기 도면을 통해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 선행기술을 나타낸 개략도로, 일반적인 순산소 연소 발전시스템에 사용되는 공기압축기, 산소생산설비(공기분리장치)와 이산화탄소 정제설비를 나타낸 것으로 특히, 순산소 연소 발전시스템에 산소를 공급하는 공기압축기 및 공기분리장치를 개략적으로 표현한 것이다.
원료 공기는 공기압축기(air compressor), 흡착장치(adsorption tower), 전기히터(electric heater) 및 공기분리장치 (콜드박스(coldbox)라 하기도 한다.)를 통해 산소로 분리될 수 있다. 구체적으로, 상기 공기분리장치에 주입된 공기는 저압 질소(L.P. GN2), 중압 질소(M.P 후 2)와 산소로 분리되며, 일부 저압 질소, 중압 질소 및 산소 외에 폐질소(waste GN2)는 흡착장치를 재생하는데 사용된다.
흡착장치는 공기 중에 존재하는 수분과 이산화탄소를 흡착제로 흡착시켜 수분과 이산화탄소가 정제된 공기를 만들어준다. 흡착장치는 2개의 배드(Bed)로 구성 된다. 공기압축기를 통과한 공기가 흡착장치의 1개의 배드를 통과하면서 수분과 이산화탄소가 제거되는 한편, 나머지 1개의 배드는 공기분리장치의 폐가스가 열교환기 및 전기히터를 거쳐 승온되어 농축된 수분과 이산화탄소를 제거하는 재생에 사용된다.
공기분리장치에서는 공기를 분리하기 위해 일정한 압력(4 내지 6 barg)으로 공기를 압축할 필요가 있다. 이때 사용하는 공기압축기는 다단압축 방식을 사용하여 각 압축단에서 내부 쿨링을 하여 등온압축과 최대한 가까운 상태로 압축하여 압축기의 효율을 높이는 방법을 사용한다. 공기압축기에서는 공기의 압축 시 압축열이 발생하는데, 기존의 공기분리장치에서는 저온에서 운전되는 공기분리장치의 특성상 압축열을 회수하여 이용할 방법이 재생가스를 예열하는 방법뿐이었다. 상기 방법은 공기분리 장치로부터 발생된 폐질소를 다단압축 방식의 공기압축기 중 가장 후단의 압축단에서 발생된 고온의 압축 공기(압축열을 함유함)와 열교환하여, 폐질소를 예열한 후 재생가스로 사용하는 방법이다. 하지만 일반적으로 3 내지 4단으로 압축되는 공기압축기에서 가장 후단의 압축단을 제외하고는 모두 냉각수를 사용한 INTER COOLER를 통해 압축열을 회수하고 압축열을 제거하는 방법을 사용한다.
도 2는 본 발명의 일례에 따른 순산소 연소 발전시스템을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일례에 따른 순산소 연소 발전시스템은 공기압축기, 순산소를 생산하는 공기분리장치, 보일러 등과 같은 연소설비, 연소설비에서 배출되는 배가스 내의 이산화탄소를 정제하는 이산화탄소 정제설비를 포함한다.
공기압축기에서는 완료 공기의 압축을 위해 다단 방식의 압축기를 사용하고, 이때 공기분리장치의 운전압력인 약 4 내지 6 barg의 압력까지 3 또는 4 단의 다단압축을 실시한다. 도 2는 공기압축기의 압축비에 따라 3단 압축이 실시될 경우로서, 대기온도의 원료 공기가 공기압축기로 유입되어 제1압축단 압축 후 100 내지 120℃까지 온도가 상승하고, 이 상승된 압축 공기의 압축열은 공기분리장치에서 생산되는 15 내지 20℃의 산소를 80 내지 100℃로 예열하는데 사용된다. 산소를 예열하여 순산소 연소설비에 공급하는 것은 낮은 온도의 산소가 공급되어 순산소 연소설비에서 가열되기 위해 필요한 에너지 소모를 줄여주기 때문에 전체 에너지 효율을 상승시키는 효과가 있다.
제1압축단에서 발생한 압축 공기의 압축열을 회수한 후 제2압축단에서 압축을 수행하기 전 잔여 압축열을 제거하기 위해 냉각수를 이용한 INTER COOLER에서 압축열을 제거한 후 압축을 수행 한다.
제2압축단에서 압축을 한 이후, 100 내지 120℃까지 상승된 압축 공기 중의 압축열은 공기분리장치에서 생산된 중압 질소를 가열하는데 사용된다. 순산소 연소 발전시스템용 공기분리장치에서는 질소의 사용은 필요치 않으나, 공기분리장치에서는 산소를 생산하면 질소가 함께 분리되어 생산된다. 또한, 고압탑과 저압탑의 이중 칼럼(DOUBLE COLUMN)으로 구성된 공기분리장치에서 원료 공기의 약 20%까지의 중압 질소를 생산할 수 있다. 중압 질소의 경우 압축된 원료 공기와의 압력차가 약 0.5 barg로 3.5 내지 5.5 barg의 압력을 갖는다. 이 중압 질소는 터빈을 통해 압력에너지를 터빈을 통해 압력에너지를 회수할 때 가열을 통해 온도를 높일 경우 더 많은 에너지의 회수가 가능하다. 따라서 공기압축기에서는 압축 후 압축열을 중압 질소를 가열하는데 사용하여 중압 질소의 압력에너지 회수의 효율을 높이게 된다.
제2압축단에서 발생한 압축 공기 중의 압축열을 회수한 후 다시 잔여 압축열을 INTER COOLER를 통해 제거하고, 기존과 같은 방법으로 제3압축단에서 압축 후 발생된 압축 공기의 압축열은 공기분리장치의 재생가스를 예열하는데 사용한다.
도 3은 본 발명의 다른 일례에 따른 순산소 연소 발전시스템을 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 공기압축기는 4단 다단압축을 수행하도록 구성되어 있으며, 4단 압축 중 제1압축단에서 압축 후 배출된 압축 공기의 압축열은 순산소 연소 발전시스템의 보일러용수(Boiler feed water)를 예열하는데 사용되고, 제2압축단에서 발생한 압축 공기의 압축열은 산소의 예열, 제3압축단에서 발생한 압축 공기의 압축열은 중압 질소의 가열 및 제4압축단에서 발생한 압축 공기의 압축열은 재생가스의 예열에 사용된다.

Claims (13)

  1. 공기를 다단압축 방식으로 압축하는 공기압축기,
    상기 공기압축기에서 압축된 공기를 산소와 질소로 분리하는 공기분리장치 및
    상기 공기분리장치에서 분리된 산소로 연료를 연소시키는 연소설비를 포함하는 순산소 발전시스템에 있어서,
    공기압축기에서 압축된 공기 및 공기분리장치에서 분리된 산소를 열교환하는 제1열교환기;
    공기압축기에서 압축된 공기 및 공기분리장치에서 분리된 질소를 열교환하는 제2열교환기; 및
    공기압축기에서 압축된 공기 및 순산소 발전시스템의 보일러 용수를 열교환하는 제3열교환기로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 열교환기를 추가로 포함하는 순산소 발전시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    공기압축기에서 압축된 공기 및 공기분리장치에서 분리된 폐질소를 열교환하는 제4열교환기를 추가로 포함하는 순산소 발전시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    공기압축기의 후단에 설치되고, 공기압축기에서 압축된 공기 중의 이산화탄소 및 물을 제거하는 흡착장치를 추가로 포함하는 순산소 발전시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    제2열교환기의 후단에 설치되고, 열교환된 질소의 압력에너지를 회수하는 터빈을 추가로 포함하는 순산소 발전시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    공기압축기는 공기를 3단으로 다단압축하는 3단 공기압축기 또는 공기를 4단으로 다단압축하는 4단 공기압축기인 순산소 발전시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항에 있어서,
    공기압축기로 3단 공기압축기를 사용하면, 제1압축단은 제1열교환기와 연결설치되고, 제2압축단은 제2열교환기와 연결설치되며, 제3압축단은 제4열교환기와 연결설치되는 순산소 발전시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항에 있어서,
    공기압축기로 4단 공기압축기를 사용하면, 제1압축단은 제3열교환기와 연결설치되고, 제2압축단은 제1열교환기와 연결설치되며, 제3압축단은 제2열교환기와 연결설치되고, 제4압축단은 제4열교환기와 연결설치되는 순산소 발전시스템.
  8. 공기압축기에서 압축된 공기 및 공기분리장치에서 분리된 산소를 열교환하는 단계;
    공기압축기에서 압축된 공기 및 공기분리장치에서 분리된 질소를 열교환하는 단계; 및
    공기압축기에서 압축된 공기 및 순산소 연소 발전시스템의 보일러 용수를 열교환하는 단계로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 단계를 포함하는 공기압축기의 압축열 재사용 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    공기압축기에서 압축된 공기 및 공기분리장치에서 분리된 폐질소를 열교환하는 단계를 추가로 포함하는 공기압축기의 압축열 재사용 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    공기압축기에서 압축된 공기의 온도는 100 내지 120℃인 공기압축기의 압축열 재사용 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    공기압축기에서 압축된 공기와 열교환된 산소는 순산소연소 발전시스템의 순산소 연소설비에 공급되는 공기압축기의 압축열 재사용 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    공기압축기에서 압축된 공기와 열교환된 질소는 3.5 내지 5.5 barg의 압력을 지니며, 터빈을 통해 압력에너지가 회수되는 공기압축기의 압축열 재사용 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    공기압축기에서 압축된 공기와 열교환된 폐질소는 흡착장치의 재생을 위한 재생가스로 사용되는 공기압축기의 압축열 재사용 방법.
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CN106051746A (zh) * 2016-06-23 2016-10-26 广东电网有限责任公司电力科学研究院 一种兼有富氧燃烧模式的电厂燃煤锅炉系统

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105627349A (zh) * 2016-01-15 2016-06-01 东南大学 一种纯氧燃烧实现co2捕集和水循环利用的方法及系统
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