KR20180013101A - method and Air Cooling System of Gas Turbine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 증발가스를 이용하여 가스터빈의 흡입공기를 냉각시키는 가스 터빈의 공기 냉각 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an air cooling method and apparatus for a gas turbine that cools the intake air of a gas turbine using evaporative gas.
일반적으로, 선박은 많은 전력을 소요하게 된다. 선박에 필요한 전력을 감당하기 위하여 천연가스를 연료로 하는 가스터빈을 사용하고, 그 후단에 증기터빈을 설치하여 추가전력을 생산하게 된다.In general, the ship will consume a lot of power. A gas turbine fueled by natural gas is used to cover the power required for the ship, and a steam turbine is installed at the rear end to produce additional electric power.
가스터빈에 사용되는 천연가스는 운송효율을 높이기 위하여, 천연가스를 -162℃로 냉각하여 부피를 600분의 1로 줄인 후 액화천연가스를 저장탱크에 저장하여 운송하게 되므로, 저장탱크에 저장된 액화천연가스는 기화기에서 기화된 후 가스터빈의 연료로 사용될 수 있다.In order to increase the transportation efficiency of natural gas used for gas turbines, natural gas is cooled to -162 ° C to reduce its volume to one-sixth of that, and then the liquefied natural gas is stored in the storage tank and transported. Natural gas can be used as a fuel for a gas turbine after being vaporized in a vaporizer.
가스터빈 발전기는 공기 유입부와, 압축부와, 연소부와 터빈으로 구성되어 공기 유입부로 유입되는 공기를 압축하고 연료와 혼합한 다음 연소부에서 공기 및 연료의 혼합물을 착화시킴으로써 고온의 가스를 생성하여 터빈을 구동시킨다. The gas turbine generator includes an air inlet, a compression section, a combustion section and a turbine, compressing the air introduced into the air inlet and mixing the fuel with the fuel, and then igniting the mixture of air and fuel in the combustion section to generate a hot gas Thereby driving the turbine.
이러한 가스터빈 발전기는 전력소비기간 중에 부족한 전력을 보충하기 위해 사용되는데, 특히 하절기 동안 발전 설비의 부족량을 보충하기 위해 사용되고, 에어컨 사용에 따른 증가된 전력수요가 요구되는 혹서기(Very hot days)에 최대 전력 수요를 충족하기 위해 빈번히 사용된다. These gas turbine generators are used to compensate for the insufficient power during the power consumption period, especially to compensate for the shortage of power generation facilities during the summer season, and to maximize the power consumption during very hot days, It is often used to meet power demands.
그러나, 가스터빈 발전기의 출력 또는 열효율은 가스터빈 발전기로 공급되는 유입공기의 온도와 반비례한다. 즉, 대기온도가 높아지면 연소에 필요한 공기 밀도가 낮아져서 가스터빈 발전기의 출력이 낮아지는 것으로, 대기온도가 최고로 높은 하절기에 가스터빈의 최대 출력을 약 10%정도 떨어뜨리게 되어 전력 공급 능력 저하의 요인으로 작용하게 된다. However, the output or thermal efficiency of the gas turbine generator is inversely proportional to the temperature of the incoming air supplied to the gas turbine generator. That is, when the atmospheric temperature is high, the air density required for combustion is lowered and the output of the gas turbine generator is lowered. In the summer when the atmospheric temperature is highest, the maximum output of the gas turbine is reduced by about 10% .
이와 같은 사실은 수년 동안 터빈 산업분야에서 주지사실로 알려져 있으며, 이로 인하여 가스터빈 발전기의 출력에 미치는 영향이나 단점을 최소화하도록 가스터빈 발전기로 주입되는 공기의 온도를 감소시키기 위해 여러 가지 장치 및 방법들이 이용되고 있다. This fact has been known for many years in the turbine industry, and various devices and methods have been proposed to reduce the temperature of the air injected into the gas turbine generator to minimize the effects or disadvantages to the output of the gas turbine generator .
종래에는 가스터빈 발전기로 주입되는 공기의 온도를 감소시키기 위하여 포깅 시스템(Fogging System)을 주로 이용하였다. 포깅 시스템(Fogging System)은 별도의 냉각장치(Chiller), 증발장치(Evaporative), 냉각제(Cooler) 및 고압노즐을 이용하여 물을 안개화시켜 연소용 공기를 냉각시키는 시스템이다. Conventionally, a fogging system is mainly used to reduce the temperature of air injected into a gas turbine generator. The fogging system is a system for cooling the combustion air by fogging the water using a separate chiller, evaporator, cooler and high-pressure nozzle.
그러나, 종래 포깅시스템(Fogging System)은 습도 변화가 발생하여 전기부품들의 기계적 결합을 발생시킬 수 있고 가스터빈의 부식과 손상을 발생시킬 수 있으며, 위도가 높은 지역이나 겨울철과 같이 대기의 온도가 낮은 상태에서는 가스 터빈의 효율을 향상시킬 수 없고, 대기 온도에 따라 가스 터빈의 출력이 불안정하다는 문제가 있었다.However, conventional fogging systems can cause mechanical coupling of electrical components due to humidity changes, which can cause corrosion and damage of gas turbines, and can be used in areas with high latitudes or low temperatures The efficiency of the gas turbine can not be improved and the output of the gas turbine is unstable depending on the ambient temperature.
본 발명의 일 과제는, 증발 가스를 냉매로 활용하여 가스터빈의 연소용 유입 공기를 냉각시킴으로써 가스터빈의 출력을 증대시킬 수 있는 가스 터빈의 공기 냉각 방법 및 장치를 제공하는데 있다. An object of the present invention is to provide an air cooling method and apparatus for a gas turbine that can increase the output of a gas turbine by utilizing the evaporation gas as a refrigerant to cool the incoming air for combustion of the gas turbine.
본 발명의 일 과제는, 연소용 유입 공기의 냉각 과정에서 발생될 수 있는 아이싱 현상을 방지할 수 있는 가스 터빈의 공기 냉각 방법 및 장치를 제공하는데 있다. An object of the present invention is to provide a method and apparatus for cooling an air of a gas turbine that can prevent an icing phenomenon that may occur during the cooling process of inflow air for combustion.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The problems to be solved by the present invention are not limited thereto, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스 저장 탱크로부터 발생하는 증발가스를 가압하는 증발가스 가압부; 상기 증발가스 가압부에서 가압된 증발가스의 일부인 가압 여분 증발가스를 가압전 증발가스와 열교환하는 제1열교환부; 상기 제1열교환부에서 열교환을 마친 상기 가압 여분 증발가스를 팽창기에 의한 기화과정과 액화과정을 거쳐 기체 상태의 증발가스와 액체 상태의 증발가스로 분리하는 기액분리기; 상기 기액분리기를 통해 분리된 상기 액체 상태의 증발가스를 순환 냉매와 열교환하는 제2 열교환부; 및 가스 터빈으로 유입되는 흡입공기를 상기 순환 냉매와 열교환하는 제3열교환부를 포함하는 가스 터빈의 공기 냉각 시스템이 제공될 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided an evaporation apparatus comprising: an evaporation gas pressurizing unit that pressurizes evaporation gas generated from a liquefied gas storage tank; A first heat exchanger for heat-exchanging the pressurized extra evaporative gas, which is a part of the evaporated gas pressurized by the evaporated gas pressurized portion, with the pre-pressurized evaporative gas; A gas-liquid separator for separating the pressurized extra-volume evaporated gas, which has been heat-exchanged in the first heat exchanging unit, into a gas-state evaporated gas and a liquid-state evaporated gas through a vaporization process and a liquefaction process by an expander; A second heat exchanger for exchanging heat between the evaporated gas in the liquid state separated by the gas-liquid separator and the circulating refrigerant; And a third heat exchanger for exchanging the intake air flowing into the gas turbine with the circulating refrigerant.
또한, 상기 흡입공기는 외부 공기를 외부공기 가압기로 가압한 것일 수 있다.In addition, the intake air may be one in which the outside air is pressurized by an external air pressurizer.
또한, 상기 제3열교환부에서 열교환을 거친 상기 흡입 공기를 상기 가스 터빈으로 유입하기 전에, 상기 기액분리기에서 분리된 상기 기체상태의 증발가스와 상기 제2열교환부에서 열교환을 통해 상기 액체 상태의 증발가스에서 기체 상태로 된 증발가스의 혼합 기체와 열교환하는 제4열교환부를 더 포함할 수 있다.The gas-phase evaporation gas separated from the gas-liquid separator and the second heat-exchanging unit are subjected to heat exchange before the liquid-phase evaporation gas is introduced into the gas turbine before the intake air having undergone the heat exchange in the third heat- And a fourth heat exchanging unit for performing heat exchange with the mixed gas of the gaseous evaporated gas in the gas.
또한, 상기 제4열교환부에서 열교환을 거친 상기 혼합 기체와 상기 증발가스 가압부에서 가압된 상기 증발가스가 혼합되어 상기 가스터빈으로 유입될 수 있다.In addition, the mixed gas, which has undergone the heat exchange in the fourth heat exchanging part, and the evaporated gas pressurized in the evaporating gas pressing part may be mixed and introduced into the gas turbine.
또한, 상기 순환 냉매가 순환되는 그리고 상기 제2열교환부와 상기 제3열교환부를 경유하는 순환라인; 상기 순환라인 상에 설치되고, 상기 제3열교환부에서 상기 제2열교환부로 흐르는 상기 순환 냉매를 팽창시키는 냉매 팽창기; 및 상기 순환라인에 설치되는 펌프를 포함할 수 있다.A circulation line circulating the circulating refrigerant and passing through the second heat exchange unit and the third heat exchange unit; A refrigerant inflator provided on the circulation line for expanding the circulating refrigerant flowing from the third heat exchanging unit to the second heat exchanging unit; And a pump installed in the circulation line.
본 발명의 일측면에 따르면, 순환 냉매를 이용해 가스 터입으로 유입되는 흡입 공기를 외부공기 가압기로 가압한 가압 흡입 공기를 1차 냉각하는 단계; 및 팽창기에 의한 기화과정과 액화과정을 거쳐 기체 상태의 증발가스와 액체 상태의 증발 가스로 분리되고, 상기 액체 상태의 증발가스는 상기 순환 냉매와의 열교환을 거쳐 상기 기체상태의 증발가스와 합류한 후 상기 가압 흡입 공기를 2차 냉각하는 단계를 포함하는 가스 터빈의 공기 냉각 방법이 제공될 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of operating a compressor, the method comprising: firstarily cooling a pressurized intake air which is pressurized by an external air pressurizer, And an evaporator for separating the evaporated gas in the gaseous state and the evaporated gas in the liquid state through the vaporization process and the liquefaction process by the expander, and the evaporated gas in the liquid state is heat-exchanged with the circulating refrigerant, And then cooling the pressurized intake air secondarily.
또한, 액화가스 저장 탱크에서발생하는 증발 가스를 가압하는 단계; 및 가압된 증발 가스는 가스 터빈으로 공급하고, 상기 가압된 증발가스의 일부인 가압 여분 증발 가스는 가압전 증발 가스와 열교환하는 단계를 더 포함할 수 있따.Further comprising the steps of: pressurizing the evaporative gas generated in the liquefied gas storage tank; And supplying the pressurized evaporated gas to the gas turbine, wherein the pressurized extra evaporative gas, which is a part of the pressurized evaporative gas, is heat-exchanged with the pre-pressurized evaporative gas.
또한, 상기 가압전 증발 가스와 열교환을 마친 상기 가압 여분 증발가스는 상기 팽창기를 거쳐 기체상태의 증발가스와 액체상태의 증발가스로 분리되고, 상기 액체상태의 증발가스는 상기 순환 냉매와의 열교환에 이용될 수 있다.Further, the pressurized extra-evaporative gas that has undergone heat exchange with the pre-pressurized evaporative gas is separated into an evaporated gas in a gaseous state and an evaporated gas in a liquid state via the inflator, and the evaporated gas in the liquid state is heat- Can be used.
또한, 상기 가압 흡입 공기의 2차 냉각에 사용된 증발가스는 상기 가압된 증발가스와 혼합하여 상기 가스 터빈으로 공급될 수 있다. Further, the evaporation gas used for the secondary cooling of the pressurized intake air may be supplied to the gas turbine by mixing with the pressurized evaporation gas.
본 발명의 실시예에 의하면, 증발가스를 냉매로 활용하여 가스터빈의 연소용 유입공기를 냉각시킴으로써 가스터빈의 출력 및 효율을 증대시키는 효과가 있다. According to the embodiment of the present invention, there is an effect of increasing the output and efficiency of the gas turbine by using the evaporation gas as a refrigerant to cool the inflow air for combustion of the gas turbine.
본 발명의 실시예에 의하면, 가압 흡입 공기는 제3열교환부 및 제4열교환부에서 순차적으로 냉각됨으로써 아이싱 현상을 방지할 수 있다. According to the embodiment of the present invention, the pressurized intake air is sequentially cooled in the third heat exchanger and the fourth heat exchanger, thereby preventing an icing phenomenon.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and the effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the present specification and the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가스 터빈의 공기 냉각 시스템을 설명하기 위한 개념도이다. 1 is a conceptual diagram for explaining an air cooling system of a gas turbine according to a preferred embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 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 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
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.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout the specification and claims. The description will be omitted.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가스 터빈의 공기 냉각 시스템을 설명하기 위한 개념도이다. 1 is a conceptual diagram for explaining an air cooling system of a gas turbine according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 가스 터빈의 공기 냉각 시스템(10)은 액화가스 저장탱크(20), 증발가스 가압부(100), 제1열교환부(200), 기액분리기(300), 제2열교환부(400), 제3열교환부(500) 그리고 제4열교환부(600)를 포함할 수 있다.1, an
본 명세서에서, 액화가스는 LNG를 의미할 수 있고, LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 기체 상태나 과냉 상태, 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다. In this specification, liquefied gas may refer to LNG, and LNG may be used to encompass both NG, which is a liquid state, and NG, such as a gas state, a supercooled state, and a supercritical state, May be used to mean a vaporized gas as well as a liquefied vaporized gas.
또한, 본 발명은 배경기술에서 언급한 바와 같이 선박에 적용되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 선박이나 육상 등에 설치될 수 있고, LNG를 소비하여 동력을 생산하는 모든 장비에 적용될 수 있음은 물론이다. It should be understood that the present invention is not limited to the application to the ship as described in the background art, but may be applied to any equipment that can be installed on a ship, onshore, etc. and consumes LNG to produce power.
해양 구조물의 액화가스 저장 탱크(20)에는 수요처에 공급될 극저온의 LNG가 저장되어 있다. 액화가스 저장탱크(20)는 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 액화가스 저장탱크(20)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다. 참고로, 액화가스 저장탱크(20)는, 외조 탱크(도시하지 않음), 내조 탱크(도시하지 않음), 단열부(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 외조 탱크는 액화가스 저장탱크(20)의 외벽을 이루는 구조로서, 스틸로 형성될 수 있으며, 내조 탱크는 스테인리스 재질로 설계될 수 있다. 그리고 단열부는, 내조 탱크와 외조 탱크의 사이에 구비되며 외부 열에너지가 내조 탱크로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 본 명세서에서 해상 구조물이란, LNG와 같이 극저온 상태로 적재되는 액체 화물을 저장하는 저장탱크를 가지면서 해상에서 부유된 채 사용되는 구조물과 선박을 모두 포함하는 개념으로, 예를 들어 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 해상 구조물뿐만 아니라 LNG RV(LNG Regasification Vessel)와 같은 선박을 모두 포함하는 것이다. The liquefied
액화가스 저장탱크(20)에서 발생하는 증발가스는 증발가스 라인(22)을 통해 증발가스 가압부(100)로 공급된다. The evaporation gas generated in the liquefied
증발 가스 가압부(100)는 액화가스 저장탱크(20)로부터 배출된 증발 가스를 압축시키는 콤프레셔(110)를 포함할 수 있다. 증발 가스 가압부(100)로부터 토출된 증발가스는 수요처에서 요구하는 압력 및 온도를 가질 수 있다. 증발 가스 가압부(100)에서 압축에 의하여 온도 및 압력이 상승된 가압 증발가스는 메인 압축 라인(102)을 통해 수요처인 가스 터빈(900)으로 공급되고, 증발 가스 가압부(100)에서 압축된 증발가스의 일부 또는 발전에 필요한 용량 이상의 여분 증발 가스는 서브 압축 라인(104)을 통해 제1열교환부를 거쳐 기액분리기(300)로 공급될 수 있다.The evaporation
도시하지 않았지만, 콤프레셔(110)는 복수 개가 직렬로 구비되어 증발 가스를 다단 가압시킬 수 있다. 일례로 콤프레셔는 3개가 구비되어 증발가스가 3단 가압되도록 할 수 있으며, 또한 콤프레셔는, 복수 개가 병렬로 구비되어, 어느 하나의 콤프레셔가 파손되거나 작동을 할 수 없는 경우, 다른 하나의 콤프레셔를 이용하여 증발가스를 원활하게 압축시켜서 가스 터빈의 작동 정지를 방지할 수 있다. Although not shown, a plurality of
수요처는, 가스 터빈(900)을 포함할 수 있으며 액화가스 저장탱크(20)로부터 발생된 증발가스를 공급받아 소비한다. 가스 터빈(900)은 증발가스를 압축된 발전용 흡입 공기와 함께 연소하여 터빈 휠(도시하지 않음)을 회전시킬 수 있다. 이때 가스 터빈(900)은 연소부(910), 공기 압축부(920), 터빈부(930) 및 발전기(940)를 포함할 수 있다. The customer can include the
공기 압축부(920)는 압축 공기 라인(30)을 통해 공급받은 공기를 압축하여 발전용 흡입 공기를 생성하고, 발전용 흡입 공기는 연소부(910)로 공급된 후 증발가스와 혼합되어 연소되고, 터빈부(930)와 발전기(940)를 구동시킨다. 터빈부(930)와 공기 압축부(920), 나아가서 발전기(940)는 모두 하나의 축으로 연결될 수 있으며, 발전기(940)에서 생산된 전력은 해상 구조물 내에서 각종 장치 등을 구동시키거나 동력원으로서 쓰일 수 있다. 즉, 가스 터빈(900)은 전력 생산 또는 동력 발생용으로 설치된다.The
제1열교환부(200)는 증발가스 가압부(100)로부터 제공받은 가압 여분 증발가스를 가압전 증발가스와 열교환한다. 제1열교환부는 압축 후에 온도가 상승한 가압 여분 증발가스를 가압전 증발가스와 열교환하여 재액화 효율을 향상시킬 수 있다. 일 예로, 가압전 증발가스는 약 -120 degC 온도를 가질 수 있고, 가압 여분 증발가스는 설계에 따라 다양하지만 30bar, 100degC 를 가질 수 있다. The first
즉, 가압 여분 증발 가스는 가압전 증발가스보다 높은 온도를 가지고 있으므로, 가압전 증발가스는 제1열교환부(200)에서 가압 여분 증발 가스와의 열교환을 통해 온도가 높아지게 된다. That is, since the pressurized extra evaporation gas has a higher temperature than the pre-pressurized evaporative gas, the temperature of the pre-pressurized evaporative gas is increased through heat exchange with the pressurized extra evaporative gas in the first
제1열교환부(200)를 통과하면서 온도가 낮아진 가압 여분 증발가스는 기액 분리기(300)로 제공된다. 기액 분리기(300)는 제1열교환부(200)를 거친 가압 여분 증발가스를 팽창기를 거쳐 기체와 액체로 분리시키고, 기체 상태의 증발가스는 기체 라인(302)으로 흐르고, 액체 상태의 증발가스(재액화된 증발가스)는 액체 라인(304)으로 흐르게 된다. 기체 라인(302)과 액체 라인(304)은 다시 하나로 합쳐진 후 제4열교환부(600)를 거쳐 메인 압축 라인(102)과 연결될 수 있다.The pressurized extra evaporated gas having a lower temperature while passing through the first
액체 라인(304)은 제2열교환부(400)를 통과하게 된다. 제2열교환부(400)는 액체 상태의 증발가스를 순환 냉매와 열교환한다. 여기서, 순환 냉매는 제3열교환부에서 흡입공기와 열교환을 통해 온도가 상승된 상태이다. 일 예로, 액체 상태의 증발가스(재액화된 증발가스)는 163degC, 재액화하고 남은 증발가스는 3bar, -150degC ~ -120degC의 압력과 온도를 가질 수 있다. 예컨대, 액체 상태의 증발가스가 순환 냉매를 냉각시키기에 충분하지 않을 경우 순환 냉매의 감압 및 팽창으로 냉각할 수 있다. 냉각 효율 계산 결과에 따라 순환 냉매는 제2열교환부를 거친 후 감압 및 팽창하는 것으로 순서를 변경하여 추가 냉각이 가능하게 할 수 있다. The
즉, 제2열교환부(400)에서 액체 상태의 증발가스는 순환냉매와의 열교환을 통해 다시 기화하거나 또는 기화 후 온도가 상승하게 되고, 순환 냉매는 온도가 낮아지게 된다. 순환 냉매의 압력과 온도는 냉매의 종류 및 유량에 따라 변경된다. That is, in the second
순환 냉매는 순환 라인(710)을 따라 순환된다. 순환 라인(710)은 제2열교환부(400)와 제3열교환부(500)를 경유하게 된다. 순환 라인(710)에는 냉매 팽창기(720)와 펌프(730)가 설치될 수 있다. 냉매 팽창기(720)는 제3열교환부(500)에서 제2열교환부(400)로 흐르는 경로상에 배치되어 순환 냉매를 팽창시키게 된다. 냉매 팽창기(720)가 냉매를 팽창시킴에 따라 순환 냉매는 감압되면서 일정 온도 냉각될 수 있다. 즉, 순환 냉매는 제2열교환부(400)와 냉매 팽창기(720)를 통해 단계적으로 냉각됨으로써 보다 낮은 온도에서 가압 흡입공기를 냉각시킬 수 있다. The circulating refrigerant is circulated along the
순환 냉매로서는, 극저온 상태의 LNG와의 열교환에 의해서 동결되지 않도록 열매체 오일(thermal(hot) oil)이나 글리콜 워터(glycol water) 혹은 증발형 냉매 등과 같은 빙점이 낮은 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 열매체 오일은 미네랄 오일의 일종으로 매우 넓은 온도 범위(-10 ~ 320℃)에서 사용할 수 있다. 글리콜 워터는 글리콜과 물의 혼합물로서 그 혼합비율은 글리콜이 30 ~ 50%, 물이 70 ~ 50% 정도이며, 역시 넓은 온도 범위(-30 ~ 100℃)에서 사용할 수 있다.As the circulating refrigerant, it is preferable to use a material having a low freezing point, such as thermal oil (hot oil), glycol water, or evaporative refrigerant, so as not to be frozen by heat exchange with the LNG at cryogenic temperature. Thermal oil is a type of mineral oil that can be used over a very wide temperature range (-10 to 320 ° C). The glycol water is a mixture of glycol and water, and the mixing ratio thereof is about 30 to 50% of glycol and about 70 to 50% of water, and can be used also in a wide temperature range (-30 to 100 ° C).
제3열교환부(500)는 순환 냉매를 이용하여 가압 흡입공기를 1차 열교환한다. 외부 공기는 압축 공기 라인(30)에 설치된 에어 콤프레셔에 의해 가압된다. 따라서, 압축 후의 가압 흡입 공기의 온도는 압축 전 흡입공기의 온도보다 상승하게 된다. 참고로, 압축 전 흡입공기는 대기 온도와 동일하며 대략 20-30degC를 가질 수 있다. 이렇게 온도가 상승된 가압 흡입 공기는 제3열교환부(500)에서 순환 냉매에 의해 1차 냉각된다. 1차 냉각을 통해 가압 흡입 공기의 온도는 대략 10degC의 온도 강하가 이루어질 수 있다. The third
제3열교환부(500)에서 1차 냉각된 가압 흡입 공기는 제4열교환부(600)에서 2차 냉각이 이루어진다. 제4열교환부(600)에서는 기액 분리기(300)를 통해 분리된 기체상태의 증발가스(재액화하고 남은 증발가스)와 제2열교환부(400)에서 순환 냉매와의 열교환을 거쳐 다시 기화된 증발가스의 혼합 증발가스를 이용하여 가압 흡입 공기를 2차 냉각한다. 혼합 증발가스는 1차 냉각된 가압 흡입 공기보다 낮은 온도이므로 가압 흡입 공기의 냉열로 사용될 수 있다. 일 예로, 제4열교환부(600)에서는 가압 흡입 공기를 -10degC의 온도로 냉각시키거나 또는 냉각 후 상대습도가 45%를 넘지 않는 선에서 냉각시킨다. 이렇게 2차 냉각된 가압 흡입 공기는 가스 터빈(900)의 공기 압축부(920)로 공급된다.The pressurized sucked air primarily cooled in the third heat exchanging part (500) is secondarily cooled in the fourth heat exchanging part (600). The fourth
이와 같이, 본 발명에서는 가압 흡입 공기는 제3열교환부(500) 및 제4열교환부(600)에서 단계적으로 냉각시킴으로써 급격한 온도 변화에 따른 수분 유입 및 아이싱(icing) 현상을 방지할 수 있다. As described above, in the present invention, the pressurized intake air is cooled step by step in the third
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
20: 액화가스 저장탱크
100 : 증발가스 가압부
200 : 제1열교환부
300 : 기액분리기
400 : 제2열교환부
500 : 제3열교환부
600 : 제4열교환부20: Liquefied gas storage tank 100: Evaporating gas pressurizing unit
200: first heat exchanger 300: gas-liquid separator
400: second heat exchanger 500: third heat exchanger
600: fourth heat exchanger
Claims (9)
상기 증발가스 가압부에서 가압된 증발가스의 일부인 가압 여분 증발가스를 가압전 증발가스와 열교환하는 제1열교환부;
상기 제1열교환부에서 열교환을 마친 상기 가압 여분 증발가스를 팽창기에 의한 기화과정과 액화과정을 거쳐 기체 상태의 증발가스와 액체 상태의 증발가스로 분리하는 기액분리기;
상기 기액분리기를 통해 분리된 상기 액체 상태의 증발가스를 순환 냉매와 열교환하는 제2 열교환부; 및
가스 터빈으로 유입되는 흡입공기를 상기 순환 냉매와 열교환하는 제3열교환부를 포함하는 가스 터빈의 공기 냉각 시스템. An evaporating gas pressurizing portion for pressurizing the evaporating gas generated from the liquefied gas storage tank;
A first heat exchanger for heat-exchanging the pressurized extra evaporative gas, which is a part of the evaporated gas pressurized by the evaporated gas pressurized portion, with the pre-pressurized evaporative gas;
A gas-liquid separator for separating the pressurized extra-volume evaporated gas, which has been heat-exchanged in the first heat exchanging unit, into a gas-state evaporated gas and a liquid-state evaporated gas through a vaporization process and a liquefaction process by an expander;
A second heat exchanger for exchanging heat between the evaporated gas in the liquid state separated by the gas-liquid separator and the circulating refrigerant; And
And a third heat exchanger for exchanging the intake air flowing into the gas turbine with the circulating refrigerant.
상기 흡입공기는 외부 공기를 외부공기 가압기로 가압한 것인 가스 터빈의 공기 냉각 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the intake air pressurizes the outside air with an external air pressurizer.
상기 제3열교환부에서 열교환을 거친 상기 흡입 공기를 상기 가스 터빈으로 유입하기 전에, 상기 기액분리기에서 분리된 상기 기체상태의 증발가스와 상기 제2열교환부에서 열교환을 통해 상기 액체 상태의 증발가스에서 기체 상태로 된 증발가스의 혼합 기체와 열교환하는 제4열교환부를 더 포함하는 가스 터빈의 공기 냉각 시스템. The method according to claim 1,
Wherein the gas-phase evaporation gas separated from the gas-liquid separator and the second heat-exchanging unit are heat-exchanged in the liquid-state evaporative gas before flowing the heat-exchanged intake air through the third heat exchanging unit into the gas turbine Further comprising a fourth heat exchange unit for exchanging heat with the mixed gas of the gaseous evaporated gas.
상기 제4열교환부에서 열교환을 거친 상기 혼합 기체와 상기 증발가스 가압부에서 가압된 상기 증발가스가 혼합되어 상기 가스터빈으로 유입되는 가스 터빈의 공기 냉각 시스템.The method of claim 3,
Wherein the mixed gas that has undergone heat exchange in the fourth heat exchanging unit and the evaporated gas pressurized by the evaporating gas pressurizing unit are mixed and introduced into the gas turbine.
상기 순환 냉매가 순환되는 그리고 상기 제2열교환부와 상기 제3열교환부를 경유하는 순환라인;
상기 순환라인 상에 설치되고, 상기 제3열교환부에서 상기 제2열교환부로 흐르는 상기 순환 냉매를 팽창시키는 냉매 팽창기; 및
상기 순환라인에 설치되는 펌프를 포함하는 가스 터빈의 공기 냉각 시스템. The method according to claim 1,
A circulation line for circulating the circulating refrigerant and passing through the second heat exchanger and the third heat exchanger;
A refrigerant inflator provided on the circulation line for expanding the circulating refrigerant flowing from the third heat exchanging unit to the second heat exchanging unit; And
And a pump installed in the circulation line.
팽창기에 의한 기화과정과 액화과정을 거쳐 기체 상태의 증발가스와 액체 상태의 증발 가스로 분리되고, 상기 액체 상태의 증발가스는 상기 순환 냉매와의 열교환을 거쳐 상기 기체상태의 증발가스와 합류한 후 상기 가압 흡입 공기를 2차 냉각하는 단계를 포함하는 가스 터빈의 공기 냉각 방법. A step of firstly cooling the pressurized intake air which pressurized the intake air flowing into the gas inlet by the external air pressurizer using the circulating refrigerant; And
The evaporation gas in the gaseous state is separated into the evaporation gas in the gaseous state and the evaporation gas in the liquid state through the vaporization process and the liquefaction process by the expander, and the evaporation gas in the liquid state joins with the evaporation gas in the gaseous state through heat exchange with the circulating refrigerant And secondarily cooling the pressurized intake air.
가압된 증발 가스는 가스 터빈으로 공급하고, 상기 가압된 증발가스의 일부인 가압 여분 증발 가스는 가압전 증발 가스와 열교환하는 단계를 더 포함하는 가스 터빈의 공기 냉각 방법.7. The method of claim 6, further comprising: pressurizing the evaporative gas generated in the liquefied gas storage tank; And
Further comprising the step of supplying the pressurized evaporative gas to the gas turbine and heat exchanging the pressurized extra evaporative gas, which is a part of the pressurized evaporative gas, with the pre-pressurized evaporative gas.
상기 가압전 증발 가스와 열교환을 마친 상기 가압 여분 증발가스는 상기 팽창기를 거쳐 기체상태의 증발가스와 액체상태의 증발가스로 분리되고,
상기 액체상태의 증발가스는 상기 순환 냉매와의 열교환에 이용되는 가스 터빈의 공기 냉각 방법.8. The method of claim 7,
The pressurized extra-evaporative gas having undergone the heat exchange with the pre-pressurized evaporative gas is separated into an evaporated gas in a gaseous state and an evaporated gas in a liquid state via the inflator,
Wherein the evaporating gas in the liquid state is used for heat exchange with the circulating refrigerant.
상기 가압 흡입 공기의 2차 냉각에 사용된 증발가스는 상기 가압된 증발가스와 혼합하여 상기 가스 터빈으로 공급되는 가스 터빈의 공기 냉각 방법.8. The method of claim 7,
Wherein the evaporative gas used for the secondary cooling of the pressurized intake air is supplied to the gas turbine by mixing with the pressurized evaporative gas.
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