KR20140101893A - 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 액화천연가스를 저장하는 연료저장부와, 상기 액화천연가스를 기화시켜 연료를 형성하는 기화기 및 상기 연료와 연소공기를 연소시켜 전력을 생산하고, 배출가스를 배출시키는 가스터빈을 포함하되, 상기 연소공기는 상기 액화천연가스를 이용하여 냉각되는 발전장치에 관한 것이다.

Description

발전장치{Power Plant}

본 발명은 발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 천연가스를 연료로 사용하고 해수를 이용하여 천연가스를 기화시키는 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 복합화력발전(Combined Cycle Power Plant, 復合火力發電)은 천연가스나 경유 등의 연료를 사용하여 1차로 가스터빈을 가동시켜 발전하고, 가스터빈에서 나오는 배기 가스 열을 다시 보일러에 통과시켜 증기를 생산하여 2차로 증기터빈을 가동시켜 발전하는 것이다.

그리고 천연가스를 연료로 사용하는 가스터빈 복합화력 발전설비는 저장되어있는 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)를 기화기로 기화한 후 가스터빈에 연료로 공급하여 발전하고, 배기가스의 폐열을 활용해 증기(Steam)를 생산하고 이를 이용해 다시 증기터빈에 공급하여 발전 효율을 향상시킨다.

저장된 액화천연가스(LNG)를 기화하는 방법으로 해수를 직접 이용하는 방법이 가장 경제적이므로 일반적으로 사용되고 있으나 해수가 원래 온도보다 낮게 냉각되어 밖으로 배출됨으로써 환경에 영향을 미치는 단점이 있으며, 또한, 냉각에너지를 활용하지 못하고 외부로 배출됨으로써 에너지를 낭비하는 문제가 발생된다.

본 발명의 실시예에 따른 발전장치는 액화천연가스를 기화하는 과정에서 해수가 원래 온도보다 낮게 냉각되어 밖으로 배출되는 것을 방지하고 배출되는 냉열을 효율적으로 활용할 수 있는 구조를 갖는 발전장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일측면에 따르면, 액화천연가스를 저장하는 연료저장부와, 상기 액화천연가스를 기화시켜 연료를 형성하는 기화기 및 상기 연료와 연소공기를 연소시켜 전력을 생산하고, 배출가스를 배출시키는 가스터빈을 포함하되, 상기 연소공기는 상기 액화천연가스를 이용하여 냉각되는 발전장치가 제공될 수 있다.

상기 기화기에 공급되는 상기 액화천연가스와 열을 교환하는 열매체를 더 포함하되, 상기 열매체는 상기 연소공기를 냉각시킬 수 있다.

상기 기화기는 해수를 이용하여 상기 액화천연가스를 기화시킬 수 있다.

상기 기화기에 상기 해수를 투입하기 전에, 상기 배출가스를 이용하여 상기 해수의 온도를 증가시킬 수 있다.

상기 기화기에 투입되는 상기 해수의 일부를 바이패스시켜, 상기 기화기를 통과한 상기 해수와 혼합시킬 수 있다.

상기 배출가스의 열을 흡수하는 배열회수보일러와, 상기 배열회수보일러로부터 열을 공급받아 증기로 발전하는 증기터빈을 더 포함할 수 있다.

상기 증기터빈에서 사용된 배출증기는 응축기에서 해수와 열교환될 수 있다.

본 발명의 실시예는 중간열교환기와 터빈입구열교환기 사이에 열매체를 순환시키는 구조를 형성함으로써 액화천연가스를 기화하는 과정에서 배출되는 냉열의 일부를 가스터빈의 연소 공기를 냉각하는데 이용하게 됨으로 가스터빈의 효율을 향상시키는 효과가 발생된다.

그리고 본 발명의 실시예에서는 해수가 증발기를 통과하면서 액화천연가스를 기화시키는 작용을 하기 전에 응축기에서 열교환되는 과정과 바이패스 유로를 통하여 해수의 온도를 해양에서 발전장치로 유입될 때의 처음 온도와 거의 유사한 온도로 배출되도록 하여 환경오염을 최소화할 수 있는 효과가 발생된다.

도 1은 본 발명의 실시예인 복합화력발전장치의 냉열회수 시스템을 나타내는 개략도.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.

그리고, 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 출원에서 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 출원에서, "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.

도 1은 본 발명의 실시예인 발전장치의 냉열회수 시스템을 나타내는 개략도이다.

본 발명의 실시예인 발전장치는 가스터빈(100)과 증기터빈(200)을 포함하며, 가스터빈(100)에서 발전시 배출되는 배출가스를 이용하여 증기터빈(200)에서 다시 한번 발전하는 구조이다.

가스터빈(100)에는 극저온 상태의 액화천연가스가 기화된 후 연료로 공급된다.

극저온의 상태인 액화천연가스를 기화하는 증발기(Vaporizer)(320)에서는 해수(400)가 통과되면서 열교환을 통해 액화천연가스를 기화시켜 연료를 형성한다.

증기터빈(200)에서 발전 후 배출되는 증기는 응축기(210)에서 열교환되어 다시 응축된다.

본 발명의 실시예에 의하면, 가스터빈(100)에 공급되는 액화천연가스의 극저온 상태를 이용하여, 가스터빈(100)에 공급되는 공기를 냉각하고, 극저온(일반적으로 -163℃)의 상태인 액화천연가스를 기화하는 증발기(320)에 사용되는 해수(400)를 증기터빈(200)의 응축기(210)에서 열교환시켜 선가열 후 증발기(320)에 공급하는 것이다.

이를 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.

액화천연가스가 저장된 연료저장부(300)의 고압 펌프는 극저온의 액화천연가스를 증발기(320)를 통해 가스터빈(100)에 공급하게 되는데, 본 발명의 실시예에서는 연료저장부(300)와 증발기(320) 사이에 중간열교환기(330)가 형성되고, 가스터빈(100)의 연소 공기 유입구에 터빈입구열교환기(110)가 형성된다.

그리고 중간열교환기(330)와 터빈입구열교환기(110) 사이에 폐루프관(120)을 형성하고, 폐루프관(120)에 글리콜(Glycol)과 같은 열매체를 순환시키는 구조가 형성된다.

열매체(Heating medium , 熱媒體)는 열의 전달에 사용되는 물질의 총칭이다.

이러한 열매체는 일반적으로 보일러를 순환하면서 열매체의 포화 증기 잠열에 의해 피가열물을 가열하며, 잠열을 방출하여 응축한 복수는 급수로서 이용됨으로써, 열매체는 피가열물을 가열하는 간접 가열 과정의 핵심 요소가 된다. 그러나 열매체의 좁은 의미는 특히 저압에서도 300~400℃ 정도의 고온으로 열을 운반할 수 있는 매체를 가리키며, 예를 들어, 열매체로 글리콜(Glycol), 오일 또는 수은 등이 사용될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예는 중간열교환기(330)와 터빈입구열교환기(110) 사이에 열매체를 순환시키는 구조를 형성함으로써 액화천연가스를 기화하는 과정에서 배출되는 냉열의 일부를 가스터빈(100)의 연소 공기를 냉각하는데 이용하게 됨으로 가스터빈(100)의 효율을 향상시키는 효과가 발생된다.

그리고 연소공기와 극저온의 액화천연가스 사이를 직접 열교환시키지 않고 글리콜(Glycol)과 같은 열매체를 순환시키는 간접적 열교환 방식을 사용하는 이유는 연소공기와 극저온의 액화천연가스 사이를 직접 열교환하는 경우는 공기 중 수분의 빙결과 액화천연가스의 누출시 폭발 및 화재의 위험이 있기 때문이다.

연소공기가 유입되는 가스터빈(100)은 예를 들어, 고온?고압의 연소가스로 터빈을 가동시키는 회전형 열기관이다. 일반적으로 가스터빈(100)은 압축기, 연소기 및 터빈으로 이루어져 있다. 가스터빈(100)은 압축기로 공기를 압축하고 압축된 공기를 연소실로 유도하며, 여기서 연료를 분산해서 연소시킨다. 이때 생긴 고온 고압의 가스를 터빈에 내뿜으면서 팽창시켜 터빈을 회전시킨다.

한편, 가스터빈(100)이 가동되어 배기가스가 배출되는 과정에서 발생되는 열은 배열회수보일러(HRSG: Heat Recovery Steam Generator)(130)에서 열교환을 통하여 고압과 저압의 증기(132, 134)를 생성한다.

배열회수보일러(HRSG)(130)는 가스터빈(100)의 연소 후 배출되는 약 650 ℃의 고온 배기가스가 많은 에너지를 가지고 있으므로 그대로 대기로 방출할 경우 상당한 손실이 발생하기 때문에 이를 방지하기 위해 배기가스로 버려지는 에너지를 회수하는 장치이다. 가스터빈(100)에서 배출되는 고온의 배기가스를 배열회수보일러(130) 내로 통과시키면서 열교환하여 고압의 증기(132)와 저압의 증기(134)를 발생시킨다.

그리고 발생된 고압의 증기(132)는 모두 증기터빈(200)으로 유입되어 증기터빈(200)을 구동시키는데 사용된다.

그러나, 발생된 저압의 증기(134)는 일부(134a)가 증기터빈(200)에 유입되어 증기터빈(200)을 구동시키는데 사용되고, 다른 일부(134b)는 저압 급수 가열기(Low Pressure Feedwater Heater)(220)에서 열교환하며, 또 다른 나머지 부분(134c)은 공기 분리기(Deaerator)(230)로 유입된다.

증기터빈(200)에 유입되는 저압의 증기(134) 일부(134a)는 증기터빈(200)에서 수용할 수 있는 증기량에서 유입되는 고압의 증기(132)량을 뺀 증기량과 같다.

저압의 증기(134) 중 다른 일부(134b)는 저압 급수 가열기(220)를 통과하면서 열을 방출하고 증기터빈(200) 하부의 응축기(210)에 유입된다.

저압의 증기(134) 중 다른 나머지 부분(134c)은 공기 분리기(Deaerator)(230)로 유입되어 저압 급수 가열기(220)를 통과한 응축수와 결합되어 고압응축펌프(240)로 이동된다.

일반적으로 공기 분리기(Deaerator, 空氣分離器)는 보일러 급수에 산소가 포함되어 있으면 급수관 및 보일러가 부식되므로 그것을 제거하기 위하여 설치된 공기 분리 장치이며 탈기기(脫氣器)라고도 한다.

본 발명의 실시예에서는 공기 분리기(230)에서 저압의 증기(134) 중 다른 나머지 부분(134c)와 응축수에 포함된 산소를 분리하는 작용을 한다.

한편, 증기터빈(200)의 하부에는 응축기(210)가 형성된다.

증기터빈(200)에서 사용된 배출증기는 응축기(210)에서 해수관을 통해 이동되는 해수(400)와 열교환하면서 응축되어 응축수로 변환되며 저압 급수 가열기(LP Feedwater Heater)(220)에서 저압의 다른 일부(134b)와 열교환되고 공기 분리기(230)를 거쳐 고압응축펌프(High Pressure condencer pump)(240)를 통해 배열회수보일러(130)로 전달된다.

배열회수보일러(130)로 이동된 응축수는 열교환되면서 고압의 증기(132)와 저압의 증기(134)로 분할된 후 증기터빈(200)으로 다시 이동된다.

한편, 해수(400)는 응축기(210)에서 열교환되면서 온도가 상승한 상태로 증발기(320)를 통과하면서 액화천연가스를 기화시키는 작용을 하고, 이로 인하여 온도가 하강한 상태로 다시 바다로 배출된다.

본 발명의 실시예는 해수(400)가 증발기(320)를 통과하면서 액화천연가스를 기화시키는 작용을 하기 전에 응축기(210)에서 열교환되기 때문에 바다로 배출되는 온도가 처음 응축기(210)에 유입될 때의 온도와 유사하여 환경오염을 최소화하는 효과가 발생된다.

그리고 본 발명의 실시예에서는 해수(400)가 응축기(210)를 통과하여 증발기(320)로 이동하지 않고 바이패스하여 증발기(320)를 통과한 해수(400)와 연결되는 바이패스 유로(420)가 형성된다.

바이패스 유로(420)로 이동되는 해수(400)는 응축기(210)를 통과한 상태이기 때문에 온도가 상승한 상태이다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는 증발기(320)를 통과한 해수(400)의 온도가 처음 해수(400) 온도에 비하여 현저히 낮은 경우에 바이패스 유로(420)로 이동되는 해수(400)와 합쳐져서 해양으로 배출되도록 형성된다.

본 발명의 실시예에서는 해수(400)가 응축기(210)에서 열교환되는 과정과 바이패스 유로(420)를 통하여 진행되는 과정에 의해 해수(400)의 온도가 증발기(320)를 통과하면서 낙하됨에도 불구하고 해수(400)의 온도를 해양에서 발전장치로 유입될 때의 처음 온도와 거의 유사한 온도로 배출되도록 하는 효과가 발생된다.

바이패스 유로(420)에는 전자 밸브가 구비되어 바이패스 유로(420)를 통과하는 해수(400)의 양을 적절하게 조절하는 것도 가능하다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100: 가스터빈 110: 터빈입구열교환기
120: 폐루프관 200: 증기터빈
220: 저압 급수 가열기 230: 분리기
320: 증발기 400: 해수
420: 바이패스 유로

Claims (7)

1. 액화천연가스를 저장하는 연료저장부;
   상기 액화천연가스를 기화시켜 연료를 형성하는 기화기;
   상기 연료와 연소공기를 연소시켜 전력을 생산하고, 배출가스를 배출시키는 가스터빈을 포함하되,
   상기 연소공기는 상기 액화천연가스를 이용하여 냉각되는 발전장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 기화기에 공급되는 상기 액화천연가스와 열을 교환하는 열매체를 더 포함하되,
   상기 열매체는 상기 연소공기를 냉각시키는 발전장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 기화기는 해수를 이용하여 상기 액화천연가스를 기화시키는 발전장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 기화기에 상기 해수를 투입하기 전에, 상기 배출가스를 이용하여 상기 해수의 온도를 증가시키는 발전장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 기화기에 투입되는 상기 해수의 일부를 바이패스시켜, 상기 기화기를 통과한 상기 해수와 혼합시키는 발전장치.
6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 배출가스의 열을 흡수하는 배열회수보일러와,
   상기 배열회수보일러로부터 열을 공급받아 증기로 발전하는 증기터빈을 더 포함하는 발전장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 증기터빈에서 사용된 배출증기는 응축기에서 해수와 열교환되는 발전장치.
   
   
   

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