KR20190002533A - 연료전지 시스템을 위한 플루 가스 오염물의 현장 모니터링 - Google Patents

연료전지 시스템을 위한 플루 가스 오염물의 현장 모니터링 Download PDF

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KR20190002533A
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퓨얼 셀 에너지, 인크
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Abstract

동력 생산 시스템은 플루 가스를 수용하고 이로부터 전력을 생산하도록 구성된 연료전지 분리 시스템; 상기 연료전지 분리 시스템의 업스트림에 위치되고 상기 플루 가스 내의 오염물을 제거하도록 구성된 플루 가스 폴리싱 시스템; 상기 플루 가스 내의 오염물의 양을 실시간으로 측정하도록 구성된 플루 가스 분석기; 및 플루 가스 폴리싱 시스템, 상기 플루 가스 분석기 및 상기 연료전지 분리 시스템에 작동 가능하게 연결되고 상기 플루 가스 폴리싱 시스템의 작동 파라미터를 조정하도록 구성된 플랜트 제어 시스템을 포함한다.

Description

연료전지 시스템을 위한 플루 가스 오염물의 현장 모니터링
관련 특허 출원의 상호-참조
본 출원은 2016년 4월 22일에 출원된 미국 가출원 제62/326,505호의 국제특허출원으로, 상기 인용에 의해 그 개시내용이 본원에 전체적으로 포함된다.
본 개시내용은 연료전지의 동력 생산 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시내용은 연료전지 시스템을 위한 플루 가스 오염물(flue gas contaminants)의 현장 모니터링(in-situ monitoring)에 관한 것이다.
연료전지는 연료에 저장된 화학 에너지를 전기화학 반응을 통해 전기 에너지로 직접 변환시키는 디바이스이다. 일반적으로, 연료전지는 전해질에 의해 분리되는 애노드 및 캐소드를 포함하며, 이들은 전기적으로 하전된 이온을 전도시키는 역할을 한다. 연료전지는 반응물 연료 가스를 상기 애노드에 통과시킴으로써 작동하는 용융 탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cells: MCFC)를 포함할 수 있으며, 이산화탄소 및 산소와 같은 산화 가스는 캐소드를 통과한다. 연소-기반의 동력 플랜트는 석탄, 천연 가스, 바이오매스(biomass), 바이오가스 및 합성가스(syngas)를 포함한 가연성 탄화수소 기반의 연료를 연소시켜 에너지를 생산한다.
연소 공정의 결과로서, 연소-기반의 동력 플랜트는 플루 가스를 발생시키며, 이러한 플루 가스는 종종 대기 방출에 의해 처리된다. 그러나, 이러한 방출은 지구 기후 변화에 일조하는 이산화탄소(CO2)를 함유하고 있기 때문에 환경에 유해하다. 국내 및 국제 규제의 증가는 이러한 동력 생산 시스템에 의해 환경으로 배출될 수 있는 CO2의 양에 대하여 엄격한 규제를 두고 있다.
따라서, 연소-기반의 동력 플랜트로부터 이산화탄소 방출을 제어 또는 제한하기 위해 다수의 접근법이 사용되어왔다. 그러나, 이산화탄소 포집 시스템의 적용 결과로서 에너지(동력 및/또는 열)가 상당히 손실되기 때문에, 연소후 플루 가스로부터 이산화탄소를 분리하는 것이 비용 효과적이지 않을 수 있다. 상기 이산화탄소를 포함하는 플루 가스는 상기 배기 가스에 포함된 이산화탄소를 농축하기 위해, 캐소드, 애노드 및 전해질을 포함할 수 있는 전기화학 연료전지에 제공될 수 있다.
몇몇 경우에, 연료전지, 예를 들어, MCFC에 제공된 플루 가스는 상기 연료전지를 손상시킬 수 있는 오염물을 함유할 수 있다. 예를 들어, 석탄-유래의 플루 가스에서 발견되는 특정 오염물은 상기 MCFC에 가장 큰 위험을 초래한다. 석탄-유래의 플루 가스는 일반적으로 이러한 오염물을 제거하기위해 딥 폴리싱(deep polishing), 즉 세정 처리된다. 관심있는 오염물은 황 산화물, 셀레늄-함유 화합물종(및 유사한 베릴륨-화합물종), 미립자 물질, 수은 화합물종(예를 들어, Hg, HgO, HgCl2) 및 할로겐(예를 들어, CI, Fl, Br, I) 화합물종을 포함한다. 천연 가스-유래의 플루 가스는 석탄보다 유의하게 낮은 수준의 오염물을 함유할 수 있지만, 연료전지 다운스트림을 손상시키기에 충분한 상당량의 SOx 화합물종(예를 들어, S02 및 S03)을 포함할 수 있다.
전술한 문제점을 극복하는, 연료전지 시스템을 위해 플루 가스 내의 오염물의 수준을 모니터링하기 위한 개선된 시스템 및 방법을 제공하는 것이 유리할 것이다. 이들 및 다른 유리한 특징은 본 개시내용을 검토한 자들에게 명백할 것이다.
본원에 기재된 실시양태는 일반적으로 연료전지에 제공된 플루 가스 내의 오염물의 수준을 모니터링하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히, 플루 가스 내의 오염물의 양을 측정하고 플루 가스 폴리싱 시스템 및/또는 상기 연료 전지의 작동 파라미터를 상기 오염물의 양에 기반하여 조정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일부 실시양태에서, 동력 생산 시스템은 플루 가스를 수용하고 이로부터 전력을 생산하도록 구성된 연료전지 분리 시스템을 포함한다. 상기 연료전지 분리 시스템은 애노드 구역 및 캐소드 구역을 포함하는 연료전지를 포함한다. 이산화탄소를 함유하는 플루 가스는 상기 연료전지의 캐소드 구역에 전달된다. 상기 애노드 구역은 이산화탄소, 수소, 일산화탄소 및 다른 가스를 포함하는 애노드 배기 가스를 생산한다. 플루 가스 폴리싱 시스템은 연료전지 어셈블리의 업스트림(upstream)에 위치하고 상기 플루 가스에 포함된 오염물을 제거하도록 구성된다. 플루 가스 분석기는 상기 플루 가스 폴리싱 시스템의 다운스트림(downstream) 및 업스트림의 적어도 하나의 플루 가스에 포함된 오염물의 양을 실시간으로 측정하도록 구성된다. 플랜트 제어 시스템은 상기 플루 가스 폴리싱 시스템, 상기 플루 가스 분석기 및 상기 연료전지에 작동가능하게 연결된다. 상기 플랜트 제어 시스템은 상기 플루 가스 분석기에 의해 결정된 상기 폴리싱된 플루 가스에 포함된 오염물의 양에 기반하여 상기 플루 가스 폴리싱 시스템 및 선택적으로는 상기 연료전지의 작동 파라미터를 조정하도록 구성된다.
일부 실시양태에서, 상기 플루 가스 내의 오염물의 수준이 사전결정된 임계치(predetermined threshold)를 초과하는 것에 대응하여, 상기 플랜트 제어 시스템은 상기 플루 가스를 수용하는 상기 연료전지 분리 시스템에 포함된 연료전지를 보호하도록 적어도 하나의 교정 조치(corrective action)를 취하도록 구성된다.
일부 실시양태에서, 상기 연료전지는 내부 개질 MCFC인 반면, 다른 실시양태에서 상기 연료전지는 외부 개질 MCFC이다.
일부 실시양태에서, 상기 플루 가스는 화석 연료 설비에 의해 이산화탄소 및 산소 산출물을 포함한다. 일부 실시양태에서, 상기 연료전지 분리 시스템은 가스 분리 어셈블리를 더 포함한다. 상기 연료전지에 의해 생성되는 애노드 배기 가스는 상기 가스 분리 어셈블리에 전달될 수 있다. 상기 가스 분리 어셈블리는 상기 애노드 배기 가스로부터 이산화탄소를 분리 및 격리하도록 구성된 물 제거 시스템, 압축기 및/또는 냉각기(chiller)를 포함할 수 있다.
일 실시양태에서, 동력 생산 시스템은 플루 가스를 수용하고 이로부터 전력을 생산하도록 구성된 연료전지 분리 시스템; 상기 연료전지 분리 시스템의 업스트림에 위치하고, 상기 플루 가스 내의 오염물을 제거하도록 구성된 플루 가스 폴리싱 시스템; 상기 플루 가스 내의 오염물의 양을 실시간으로 측정하도록 구성된 플루 가스 분석기; 및 상기 플루 가스 폴리싱 시스템, 상기 플루 가스 분석기 및 상기 연료전지 분리 시스템에 작동 가능하게 연결되고 상기 플루 가스 폴리싱 시스템의 작동 파라미터를 조정하도록 구성된 플랜트 제어 시스템을 포함한다.
이 실시양태의 일 측면에서, 상기 플루 가스 분석기는 상기 플루 가스 폴리싱 시스템의 업스트림 위치에서 상기 오염물의 양을 측정하도록 구성된다.
이 실시양태의 일 측면에서, 상기 플루 가스 분석기는 플루 가스 폴리싱 시스템의 다운스트림 위치에서 오염물의 양을 측정하도록 구성된다.
이 실시양태의 일 측면에서, 상기 플루 가스 분석기는 상기 플루 가스 폴리싱 시스템의 업스트림 및 다운스트림 위치에서 상기 오염물의 양을 측정하도록 구성된다.
이 실시양태의 일 측면에서, 상기 연료전지 분리 시스템은 애노드 구역 및 캐소드 구역을 갖는 연료전지를 포함하고, 상기 플루 가스는 이산화탄소를 함유하고 상기 캐소드 구역에 의해 수용된다.
이 실시양태의 일 측면에서, 상기 애노드 구역은 이산화탄소, 수소 및 일산화탄소를 포함하는 애노드 배기 가스를 생산한다.
이 실시양태의 일 측면에서, 상기 플랜트 제어 시스템은 상기 플루 가스 폴리싱 시스템에서 가공한 후에 플루 가스 내의 오염물의 양에 기반하여 상기 연료전지 분리 시스템의 작동 파라미터를 조정하도록 구성된다.
이 실시양태의 일 측면에서, 상기 플랜트 제어 시스템은 상기 플루 가스에 포함된 오염물의 양이 사전결정된 임계치를 초과할 때 적어도 하나의 교정 조치를 취하도록 구성된다.
이 실시양태의 일 측면에서, 상기 교정 조치는 시각적 경고, 청각적 경고, 상기 플루 가스로부터 포획된 이산화탄소의 양의 저감, 또는 상기 연료전지 분리 시스템의 셧다운(shut down) 중 적어도 하나를 포함한다.
이 실시양태의 일 측면에서, 상기 연료전지는 내부 개질 MCFC 이다.
이 실시양태의 일 측면에서, 상기 연료전지는 외부 개질 MCFC 이다.
이 실시양태의 일 측면에서, 상기 동력 생산 시스템은 상기 애노드 배기 가스를 수용하도록 구성된 가스 분리 어셈블리를 더 포함한다.
이 실시양태의 일 측면에서, 상기 가스 분리 어셈블리는 수분 제거 시스템, 압축기 또는 냉각기 중 적어도 하나를 포함한다.
이 실시양태의 일 측면에서, 상기 가스 분리 어셈블리는 상기 애노드 배기 가스로부터 이산화탄소를 분리하도록 구성된 냉각기를 포함한다.
상기 및 다른 유리한 특징이 본 개시내용 및 도면을 검토하는 자들에게 명백해질 것이다.
도 1a는 일 실시양태에 따른 연료전지의 개략도이다.
도 1b는 일 실시양태에 따른 동력 생산 시스템의 개략도이다.
도 2는 일 실시양태에 따른 동력 생산 시스템의 개략도이다.
도 3은 일 실시양태에 따라, 플루 가스 내의 오염물의 수준을 모니터링하고 동력 생산 시스템의 작동을 제어하는 예시적인 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 4는 일 실시양태에 따라, 도 2의 플랜트 제어 시스템으로 사용될 수 있는 컴퓨팅 디바이스의 개략적인 블록도이다.
본원에 기재된 실시양태는 일반적으로 연료전지에 제공된 플루 가스 내의 오염물의 수준을 모니터링하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 플루 가스 내의 오염물의 양을 측정하고 플루 가스 폴리싱 시스템 및/또는 상기 연료 전지의 작동 파라미터를 오염물의 양에 기반하여 조정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본원에 사용된 용어 "폴리싱"은 활성탄 처리, 습식 스크러빙(wet scrubbing), 여과, 탈황 등과 같이, 플루 가스로부터 오염물을 제거하는데 사용될 수 있는 임의의 세정 또는 오염물 제거 공정을 지칭한다.
도 1a는 연료전지(1)의 개략도이다. 상기 연료전지(1)는 전해질 매트릭스(2), 애노드(3) 및 캐소드(4)를 포함한다. 상기 애노드(3)와 캐소드(4)는 전해질 매트릭스(2)에 의해 서로 분리되어 있다. 플루 가스-발생 시스템(예를 들어, 연소 배기 공급 유닛)으로부터의 플루 가스는 상기 캐소드(4)에 산화제 가스로서 제공 될 수 있다. 상기 연료전지(1)에서, 연료 가스 및 산화제 가스는 전해질 매트릭스(2)의 기공 내에 존재하는 전해질(예를 들어, 탄산염 전해질)의 존재에서 전기화학 반응한다. 일부 실시양태에서, 상기 연료전지(1)는 다수의 개별적인 연료전지(1)가 적층(stack)되고 직렬로 연결된 1개 이상의 연료전지 적층 어셈블리(들)를 포함할 수 있다.
도 1b는 일 실시양태에 따른 통합된 동력 생산 시스템(100)의 개략도이다. 상기 동력 생산 시스템(100)은 화석 연료 설비, 시설 또는 디바이스, 보일러, 연소기(combustor) 및/또는 시멘트 공장에서의 노(furnace) 및 가마(kiln)(이하 "화석 연료 설비, 시설 또는 디바이스")을 포함할 수 있는 플루 가스 발생 어셈블리(6)를 포함한다. 상기 플루 가스 발생 어셈블리는 화석 연료(예를 들어, 석탄, 천연 가스, 가솔린, 디젤 등)를 연소시키고 이산화탄소를 비롯한 플루 가스를 생산하도록 구성될 수 있다.
상기 동력 생산 시스템(100)은 상기 플루 가스 발생 어셈블리(6)에 유체 연결되고(fluidly coupled) 이로부터 상기 플루 가스를 수용하도록 구성된 연료전지 어셈블리(10)(예: 탄산염 연료전지 어셈블리)를 포함한다. 상기 동력 생산 시스템(100)은 또한 본 개시내용에 따른 탄산염 연료전지 어셈블리(10) 및 가스 분리 어셈블리(25)를 포함하는 동력 생산 가스 분리 및 격리(sequestration) 시스템(200)을 포함한다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 연료전지 어셈블리(10)는 캐소드 구역(12) 및 애노드 구역(14)을 포함한다. 일부 실시양태에서, 상기 연료전지 어셈블리(10)는 내부 개질 또는 직접 MCFC 어셈블리를 포함할 수 있으며, 여기서 애노드용 연료가 상기 어셈블리 내에서 내부 개질된다. 다른 실시양태에서, 상기 연료전지 어셈블리(10)는 외부 개질 탄산염 연료전지 어셈블리를 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 연료전지 애노드 구역으로 연료를 전달하기 이전에 상기 연료를 개질시키기 위해 개질기가 사용될 것이다.
상기 동력 생산 가스 분리 및 격리 시스템(200)의 플루 가스 발생 어셈블리(6) 및 상기 연료전지 어셈블리(10)는 도 1b에 도시된 바와 같이 직렬로(tandem) 배열될 수 있어서, 상기 연료전지 어셈블리(10)의 캐소드 구역(12)에 상기 플루 가스 발생 어셈블리(6)로부터 상기 플루 가스가 공급된다. 일부 실시양태에서, 상기 플루 가스 발생 어셈블리로부터 상기 플루 가스는 상기 캐소드 구역(12)에 독점적으로 공급된다. 예를 들어, 석탄, 천연 가스 또는 다른 탄화수소 연료와 같은 화석 연료는 화석 연료 공급부(2)로부터, 공기 공급부(4)로부터 전달된 공기와 함께, 화석 연료 설비, 시설 또는 디바이스(6)로 전달된다. 상기 화석 연료 및 공기는 플루 발생 디바이스(6)에서 연소 반응되어, 동력을 생산하고 플루 가스 배기를 산출할 수 있다.
상기 플루 가스 배기물은 약 3-20 %의 이산화탄소, 10-20 %의 물 및 2-15 %의 산소를 포함할 수 있으며 나머지는 질소이다. 이들 구성 성분의 정확한 양은 화석 연료의 유형 및 상기 공기 공급부(4)로부터의 공기의 양에 따라 좌우된다. 공기 공급부(4)를 조정함으로써 또는 상기 플루 가스(8)가 상기 연료전지 캐소드 구역(12)에 유입되기 이전에 보조 공기(7)를 첨가함으로써 상기 산소 함량이 변화 될 수 있다. 상기 연료전지 작동에 필요한 플루 가스(8)에 충분한 산소가 없는 경우에는, 결합된 스트림(9) 중 산소 분획을 증가시키기 위해 상기 보조 공기가 사용될 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 라인(9)은 상기 플루 배기 가스의 일부 또는 전부를 상기 캐소드 구역(12)의 입구(12A)에 유체 연결되어, 상기 캐소드 유입구(12A)로의 플루 가스 또는 산화제 가스 공급물이 상기 플루 가스 배출물을 포함한다. 일부 실시양태에서, 가능한 보조 공기 스트림과 결합된 플루 가스는 상기 캐소드 유입구(12A)로의 독점적인 산화제 가스 공급물이다. 동시에, 석탄-유래의 합성가스, 천연 가스 또는 기타 수소-함유 연료와 같은 공급부(16)로부터의 연료는 라인(15)을 거쳐 상기 애노드 구역(14)의 유입구(14A)로 전달된다. 상기 연료전지 어셈블리(10)에서, 상기 애노드 구역(14)에서 연료 개질로부터 생성된 연료 가스 배기물 및 수소를 포함하는 캐소드 구역(12) 내의 산화제 가스는 전기화학 반응을 거쳐 동력 산출물을 생성한다. 또한, 이러한 전기화학 반응은 상기 연료전지(10)의 상기 캐소드 구역(12)으로부터 상기 애노드 구역(14)으로 이송되는 상기 플루 가스 내의 이산화탄소의 상당 부분(약 65 % 이상)을 초래한다.
더 나아가, 상기 플루 가스 내의 이산화탄소 및 산소는 상기 연료전지 어셈블리(10)의 캐소드 구역(12)에서 반응하여, 상기 연료전지 전해질을 통해 상기 연료전지(10)의 애노드 구역(14)으로 운반되는 탄산염 이온을 생성한다. 상기 애노드 구역(14)에서, 상기 탄산염 이온은 상기 연료로부터의 수소에 의해 환원되어, 물과 이산화탄소를 생성한다. 최종 결과(net result)는 상기 플루 가스 내의 이산화탄소의 상당 부분이 상기 캐소드 구역(12)으로부터 상기 애노드 구역(14)으로 전술한 바와 같이 이송되는 것이다. 따라서, 상기 연료전지(10)의 애노드 구역(14)의 출구(14B)에서의 애노드 배기 가스는 이산화탄소 농도가 높고, 이로써 CO2 분리 및 격리 시스템을 사용하여 상기 이산화탄소 가스가 보다 쉽고 효율적으로 포집 및 격리될 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기 애노드 배기 가스 내의 탄소 다이오드(carbon diode)의 농도는 60 내지 80 몰 % 범위(건조 기준)로, 상기 범위 사이의 모든 범위 및 수치를 포함한다.
도 1b에 도시된 실시양태에서, 이산화탄소가 제거된 플루 가스는 라인(18)을 통해 캐소드 출구(12B)를 거쳐 캐소드 구역(12)을 빠져나온다. 부가적으로, 주로 이산화탄소뿐만 아니라 미반응 수소, 일산화탄소, 수증기 및 미량의 다른 가스를 함유하는 애노드 배기 가스는 상기 애노드 출구(14B)를 빠져 나와 라인(20)에 의해 상기 가스 분리 어셈블리(25)로 운반된다. 일부 실시양태에서, 상기 가스 분리 어셈블리(25)는 상기 애노드 배기물로부터 물을 회수하기 위한 물 제거 어셈블리(21) 및 나머지 애노드 배기 가스로부터 이산화탄소를 분리하기 위한 이산화탄소 분리 어셈블리(22)를 포함한다. 상기 CO2 분리 어셈블리(22)를 통과한 후에 상기 애노드 배기물에 남아있는 잔류 연료는 상기 연료전지 애노드(14)로 재순환되거나, 또는 사용 지점으로 수송될 수 있다. 또한, 상기 캐소드 가스가 고온에서 상기 연료전지 어셈블리(10)를 빠져나가기 때문에, 이 스트림으로부터의 열의 전부 또는 일부가 하나 이상의 열 회수 유닛(17)에 의해 회수될 수 있고 상기 연료전지 어셈블리(10)로 유입되는 가스를 사전 가열하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기 가스 분리 어셈블리(25)로 운반되기 이전에 상기 연료전지 애노드 구역(14)을 빠져나가는 애노드 배기 가스로부터 열이 회수될 수 있다.
일부 경우에, 연료전지, 예를 들어, MCFC에 공급된 플루 가스는 상기 연료전지를 손상시킬 수 있는 오염물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 석탄-유래 플루 가스에서 발견되는 일부 오염물은 상기 연료전지에 가장 큰 위험을 초래한다. 석탄-유래 플루 가스는 딥 폴리싱(즉, 이들 오염물을 제거하기 위한 세정)될 수 있다. 관심 대상의 오염물은 이산화황, 삼산화황(SOx 가스) 셀레늄 함유 화합물종(및 유사한 베릴륨 화합물종), 미립자 물질, 수은 화합물종(예를 들어, Hg, HgO, HgCl2) 및 할로겐(예를 들어, Cl, Fl, Br, I) 화합물종을 포함한다. 천연 가스-유래 플루 가스는 석탄보다 유의하게 보다 낮은 수준의 오염물을 함유할 수 있지만, 상기 보다 낮은 수준의 오염물은 연료전지 다운스트림을 손상시키기에 충분할 수 있다. 또한, 천연 가스는 상기 연료전지를 손상시키기에 충분한 상당한 양의 SOx 가스를 함유할 수 있다. 일부 실시양태에서, 연료전지를 포함하는 동력 생산 시스템은 상기 플루 가스에 포함된 오염물을 제거하도록 구성된 플루 가스 세정 또는 폴리싱 시스템을 함유한다.
예를 들어, 도 2는 플루 가스 발생 시스템(302)(예를 들어, 석탄 화력 동력 플랜트, 천연 가스 발화 동력 플랜트, 디젤 발화 발전소, 보일러, 연소기, 시멘트 공장의 노 및 가마 등)에 의해 생성된 플루 가스를 수용하도록 구성된 동력 생산 시스템(300)의 개략도이다. 상기 동력 생산 시스템(300)은 연료전지 분리 시스템(330)을 포함한다. 상기 연료전지 분리 시스템(330)은 본원에 기재된 바와 같이 연료뿐만 아니라 상기 플루 가스 발생 시스템(302)으로부터 상기 플루 가스를 수용하도록 구성된 연료전지, 예컨대, 연료 전지(1/10)를 함유할 수 있다.
상기 플루 가스는 본원에 전술한 바와 같이 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 및/또는 물을 함유할 수 있는 애노드 배기 가스를 생성하도록 상기 연료전지 분리 시스템(330)의 캐소드 구역에서 전기화학적 반응한다. 상기 연료전지 분리 시스템(300)은 또한 상기 애노드 배기 가스로부터 이산화탄소를 분리 및 격리하도록 구성된 가스 분리 어셈블리를 함유할 수 있다. 상기 가스 분리 어셈블리는 본원에서 전술한 바와 같이 상기 연료전지에 의해 생성된 애노드 배기 가스로부터 이산화탄소를 효율적으로 분리 및 격리하도록 구조화된 물 제거 시스템, 압축기, 냉각기(예: 흡수식 냉각기), 열교환기 및/또는 다른 구성 요소를 함유할 수 있다. 상기 이산화탄소가 고갈된 캐소드 배기 가스는 스택(350)을 통해 환경으로 배출될 수 있다. 상기 애노드 배기 가스로부터 분리된 잔류 연료는 상기 연료전지 분리 시스템(330) 내에서 내부 재순환되거나 또는 사용 지점으로 수송될 수 있다.
플루 가스 폴리싱 시스템(310)은 상기 연료전지 분리 시스템(330)의 업스트림에 위치한다. 상기 플루 가스 폴리싱 시스템(310)은 상기 연료전지 분리 시스템(330)에 함유된 연료전지를 손상시킬 수 있는 오염물(예를 들어, 할로겐, 셀레늄, 베릴륨, SOx 가스, 입자상 물질(PM), 수은 화합물종 등)을 제거하도록 상기 플루 가스를 폴리싱하도록 구성된다. 상기 플루 가스 폴리싱 시스템(310)은 습식 스크러버(wet scrubber)(예를 들어, 석회석-기반 및 부식제(caustic)-기반), 고체 흡착제(예: 고정층, 건식 주입, 이동층, 여과 매체 상에 담지, 활성탄 등) 및 여과(벤투리(venturis), 전기 집진기, 백하우스(baghouse), 필터 등)를 비롯하여 상기 플루 가스를 폴리싱하기 위한 임의의 적합한 구성요소 또는 어셈블리를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
상기 플루 가스 폴리싱 시스템(310)의 성능(예를 들어, 오염물 제거 효율)은 상기 배기 가스에 함유된 오염물의 유형 및 양에 의존한다. 예를 들어, 석탄 플루 가스는 할로겐, 셀레늄, 베릴륨 및/또는 SOx 가스를 포함할 수 있지만, 천연 가스 플루 가스는 주로 SOx 가스를 포함할 수 있다. 상기 플루 가스 폴리싱 시스템(310)의 작동 파라미터는 본원에 기재된 바와 같이 상기 플루 가스 폴리싱 시스템(310)의 성능을 최적화하도록 변화될 수 있다.
또한, 상기 동력 생산 시스템(300)은 상기 플루 가스 폴리싱 시스템(310)의 다운스트림 및 업스트림 중 적어도 하나에서 상기 플루 가스에 포함된 오염물의 양을 측정하도록 구성된 플루 가스 분석기(320)를 포함한다. 일 실시양태에서, 밸브 (322)(예를 들어, 삼방향(three way) 밸브)는 상기 플루 가스 폴리싱 시스템(310)의 업스트림 및 다운스트림에 위치한 플루 가스 연통 도관에 유체 연결될(fluidly coupled) 수 있다. 상기 밸브(322)는 상기 플루 가스의 샘플을 상기 플루 가스 폴리싱 시스템(310)의 다운스트림 및 선택적으로 업스트림으로부터 상기 플루 가스 분석기(320)로 선택적으로 전달하도록 구성될 수 있다. 상기 플루 가스의 업스트림 샘플은 상기 플루 가스 발생 시스템(302)에 의해 방출된 플루 가스 내의 오염물 수준에 대한 정보를 제공하고, 상기 플루 가스의 다운스트림 샘플은 상기 플루 가스 폴리싱 시스템(310)을 통과한 후에 상기 플루 가스 내의 오염물 수준의 감소에 대한 정보를 제공한다. 플루 가스샘플의 다운스트림 및 업스트림에서의 오염물의 수준은 상기 플루 가스 폴리싱 시스템(310)의 성능(예를 들어, 오염물 제거 효율)을 결정하는데 사용될 수 있다.
상기 플루 가스 분석기(320)는 중요한 플루 가스 오염물, 예를 들어 SOx 가스, 할로겐, 셀레늄, 베릴륨 등의 양을 측정하도록 구성된 높은 정확도(high accuracy)의 현장 분석 장비(예를 들어, 공정 질량 분광기/가스 크로마토그래프, 자외선-형광 감지기, 실시간 먼지 모니터 등)를 함유할 수 있다, 이에 의해, 상기 플루 가스 폴리싱 시스템(310)의 성능은 상기 플루 가스 분석기(320)에 의해 거의 실시간으로 모니터링된다. 상기 플루 가스 분석기(320)는 상기 동력 생산 시스템(300)에 전달되는 플루 가스의 유형에 기반하여, 상기 플루 가스에 함유된 관심대상 오염물을 검출하도록 구성된다. 예를 들어, 천연-가스 유래 플루 가스 용도에서, 상기 플루 가스 분석기(320)는 SOx 가스만의 양을 측정하도록 작동될 수 있다. 반대로, 석탄-유래 플루 가스 용도의 경우, 상기 플루 가스 분석기(320)는 할로겐(Cl, I, Br) 및 관심대상 다른 오염물(예를 들어, Se, Be, PM 등) 이외에 SOx 가스의 양을 측정하도록 작동할 수 있다.
상기 플루 가스 분석기(320)는 상기 플루 가스 폴리싱 시스템(310)의 배기 가스 다운스트림 및/또는 업스트림에 함유된 오염물의 양을 나타내는 피드백 신호를 발생시킬 수 있다. 상기 피드백 신호는 상기 동력 생산 시스템(100)의 작동을 제어하도록 구성된 플랜트 제어 시스템(340)에 전달될 수 있다. 상기 플랜트 제어 시스템(340)은 임의의 적합한 제어기, 예를 들어 컴퓨팅 디바이스(630)를 포함할 수 있다.
상기 플랜트 제어 시스템(340)은 프로세서, 예를 들어 마이크로프로세서, 프로그램가능한 논리 제어장치(programmable logic controller: PLC), ASIC 칩, 또는 임의의 다른 적절한 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 메모리, 예를 들어 랜덤 접근 메모리(RAM), 하드 디스크 또는 임의의 다른 저장 디바이스와 같은 비-일시적 컴퓨터 판독가능한 매체와 연통될 수 있다. 상기 프로세서는 상기 메모리에 저장된 명령, 알고리즘, 커맨드(command) 또는 다른 프로그램을 실행하도록 구성될 수 있다. 상기 플랜트 제어 시스템(340)은 또한 하나 이상의 신호를 예를 들면 상기 플루 가스 분석기(320)로부터의 피드백 신호를 감지하도록 구성된 센서, 및 상기 플루 가스 폴리싱 시스템(310) 및 상기 연료전지 분리 시스템(330) 중 적어도 하나에 작동 신호를 전송하도록 구성된 송수신기(transceiver)를 함유할 수 있다.
상기 플랜트 제어 시스템(340)은 플루 가스 폴리싱 시스템(310) 및 연료전지 분리 시스템(330)에 작동 가능하게 연결되고, 상기 피드백 신호에 의해 제공되는 정보에 기반하여 성능을 강화시키도록 상기 플루 가스 폴리싱 시스템(320)의 적어도 하나의 작동 파라미터를 조정하도록 구성된다. 예를 들어, 상기 플루 가스 폴리싱 시스템(310)이 습식 스크러빙 시스템을 포함하는 실시양태에서, 상기 플랜트 제어 시스템(340)은 상기 플루 가스 폴리싱 시스템(310)을 빠져 나가는 상기 플루 가스 내의 오염물 양의 증가에 대응하여 스크러빙 유체 및/또는 블로다운(blowdown) 빈도의 순환 속도를 증가시킬 수 있다.
일부 실시양태에서, 상기 플랜트 제어 시스템(340)은 또한 상기 플루 가스 폴리싱 시스템(320)을 빠져나가는 플루 가스 또는 폴리싱된 플루 가스 내의 오염물들 또는 오염물의 양이 사전결정된 임계치를 초과하는지 여부를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 플랜트 제어 시스템(340)은 상기 사전결정된 임계치를 초과하는 상기 폴리싱된 플루 가스에 대응하여, 상기 플루 가스를 수용하는 연료전지를 보호하도록 적어도 하나의 교정 조치를 취할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리싱된 플루 가스 내의 오염물의 양이 제 1 사전결정된 임계치를 초과하는 경우, 상기 플랜트 제어 시스템(340)은 예를 들어 경고 램프를 점등시키거나, 청각적 또는 시각적 경고를 발행하고/하거나 알람을 활성화시켜서 사용자에게 알림을 주거나, 또는 상기 연료전지 분리 시스템(330)에 포함된 연료전지의 연료전지 전류 밀도를 조정함으로써 상기 플루 가스로부터 포획된 CO2의 양을 저감시킬 수 있다. 또한, 상기 배기 가스 내의 오염물의 양이 상기 제 1 사전결정된 임계치보다 높은 제 2 사전결정된 임계치를 초과하는 경우, 상기 플랜트 제어 시스템(340)은 상기 연료전지 분리 시스템(330)(예를 들어, 상기 연료전지 분리 시스템(330)에 포함된 MCFC 연료전지와 같은 연료전지)을 셧다운시킬 수 있다.
도 3은 동력 발생 시스템(예를 들어, 동력 발생 시스템(300))을 작동시키기위한 예시적인 방법(400)의 개략적인 흐름도이다. 상기 방법(400)은 플루 가스 발생 시스템(402), 예를 들어 플루 가스 발생 시스템(6/302)으로부터 플루 가스를 수용하는 단계를 포함한다. 일부 실시양태에서, 상기 플루 가스에 함유된 오염물은 404에서 플루 가스의 유형에 기반하여 식별된다. 예를 들어, 본원에 전술된 바와 같이, 상기 플루 가스 분석기(320)는 상기 플루 가스가 석탄 플루 가스인지 또는 천연 가스 플루 가스인지 여부에 기반하여 상기 플루 가스에 포함될 것으로 예상되는 오염물의 유형을 식별할 수 있다.
상기 플루 가스에 함유된 오염물의 양이 406에서 측정된다. 예를 들어, 상기 플루 가스 분석기(320)는 상기 플루 가스 폴리싱 시스템(310)의 플루 가스 다운스트림, 및 선택적으로는 그의 업스트림에 함유된 오염물의 양을 측정한다.
플루 가스 폴리싱 시스템의 작동 매개변수는 408에서 상기 폴리싱된 플루 가스에 함유된 오염물의 양에 기반하여 조정된다. 예를 들어, 상기 플랜트 제어 시스템(340)은 상기 플루 가스 분석기(320)의 피드백 신호에 의해 표시된 상기 폴리싱된 플루 가스에 함유된 오염물의 양에 기반하여 상기 플루 가스 폴리싱 시스템(310)의 하나 이상의 작동 파라미터를 조정할 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기 플랜트 제어 시스템(340)은 상기 플루 가스 폴리싱 시스템(310)의 성능 계측(performance metric)(예를 들어, 오염물 제거 효율 또는 비효율)에 기반하여 상기 플루 가스 폴리싱 시스템(320)의 하나 이상의 작동 파라미터를 조정할 수 있다. 상기 성능 계측은 상기 플루 가스 폴리싱 시스템(310)의 플루 가스 다운스트림 및 업스트림에 있는 오염물의 양으로부터, 예를 들어 그 비율을 통해 결정될 수 있다.
상기 오염물 양이 410에서 사전결정된 임계치를 초과하는지 여부가 결정된다. 상기 사전결정된 임계치는 정적(static)(즉, 절대값) 또는 동적(dynamic)(예를 들어, 상기 플루 가스 발생 시스템(302) 및/또는 동력 발생 시스템(300)의 작동 조건에 따라 변화함)일 수 있다. 상기 오염물의 양이 사전결정된 임계치를 초과하는 것에 대응하여, 412에서 상기 플루 가스를 수용하는 연료전지를 보호하도록 적어도 하나의 교정 조치가 취해진다. 예를 들어, 상기 폴리싱된 플루 가스 내의 오염물의 양이 제1 사전결정된 임계치를 초과하는 경우, 상기 플랜트 제어 시스템(340)은 예를 들어 경고 램프를 점등시키거나, 청각적 또는 시각적 경고를 발행하고/하거나 알람을 활성화시켜서 사용자에게 알림을 제공하거나, 또는 상기 연료전지 분리 시스템(330)에 함유된 연료전지의 연료전지 전류 밀도를 조정함으로써 상기 플루 가스로부터 포획된 CO2의 양을 저감시킬 수 있다. 또한, 상기 배기 가스 내의 오염물의 양이 제 1 사전결정된 임계치보다 더 높은 제 2 사전결정된 임계치(예를 들어, 1 ppm SOx, 10 ppb Se 또는 Be, 200 ppv HCl, 250 ppb Hg)를 초과하는 경우, 상기 플랜트 제어 시스템(340)은 상기 연료전지 분리 시스템(330)(예를 들어, 상기 연료전지 분리 시스템(330)에 함유된 MCFC 연료전지와 같은 연료전지)을 셧다운시킬 수 있다.
일부 실시양태에서, 상기 플랜트 제어 시스템(340) 또는 본원에 기재된 임의의 제어기 또는 제어 회로는 동력 생산 시스템(300)(예를 들어, 연료전지 기반의 동력 발생 시스템)의 시스템 컴퓨터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4는 예시적인 구현에 따른 컴퓨팅 디바이스(630)의 블록도이다. 상기 컴퓨팅 디바이스(630)는 본원에 기재된 임의의 방법 또는 공정, 예를 들어 방법(400)을 수행하도록 이용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기 플랜트 제어 시스템(340)은 컴퓨팅 디바이스(630)를 함유할 수 있다. 상기 컴퓨팅 디바이스(630)는 정보를 통신하기 위한 버스(bus)(632) 또는 다른 통신 컴포넌트를 포함한다. 상기 컴퓨팅 디바이스(630)는 또한 정보를 프로세싱하기 위해 상기 버스(632)에 결합된 하나 이상의 프로세서(634) 또는 프로세싱 회로를 함유할 수 있다.
상기 컴퓨팅 디바이스(630)는 또한 정보를 저장하기 위해 버스(632)에 결합된, 랜덤 접근 메모리(RAM) 또는 다른 동적 저장 디바이스와 같은 주기억장치(main memory)(636) 및 상기 프로세서(634)에 의해 실행될 명령을 포함한다. 주기억장치(636)는 또한 상기 프로세서(634)에 의한 명령의 실행동안 위치 정보, 임시 변수, 또는 다른 중간 정보를 저장하기 위해 사용될 수도 있다. 상기 컴퓨팅 디바이스(630)는 상기 프로세서(634)를 위한 정적 정보 및 명령을 저장하기 위해 상기 버스(632)에 연결된 ROM(638) 또는 다른 정적 저장 디바이스를 더 포함할 수 있다. 고체-상태 디바이스, 자기 디스크 또는 광 디스크와 같은 저장 디바이스(640)가 정보 및 명령을 지속적으로 저장하기 위해 상기 버스(632)에 연결된다. 예를 들어, 상기 방법(400)의 작동에 대응하는 명령들이 상기 저장 디바이스(640)에 저장될 수 있다.
상기 컴퓨팅 디바이스(630)는 사용자에게 정보를 디스플레이하기 위해 액정 디스플레이 또는 능동 매트릭스 디스플레이와 같은 디스플레이(644)에, 상기 버스(632)를 통해 연결될 수 있다. 키보드 또는 영숫자(alphanumeric) 패드와 같은 입력 디바이스(642)는 정보 및 커맨드 선택을 상기 프로세서(634)에 전달하기 위해 상기 버스(632)에 연결될 수 있다. 또 다른 구현에서, 상기 입력 디바이스(642)는 터치 스크린 디스플레이(644)를 갖는다.
다양한 구현에 따라, 본원에 기재된 프로세스 및 방법은 주기억장치(636)에 함유된 명령 배열을 실행하는(예컨대, 상기 방법(400)의 작동) 프로세서(634)에 대응하여 상기 컴퓨팅 디바이스(630)에 의해 구현될 수 있다. 이러한 명령은 저장 디바이스(640)와 같은 또 다른 비-일시적인 컴퓨터-판독가능한 매체로부터 주기억장치(636)로 판독될 수 있다. 주기억장치(636)에 포함된 명령 배열의 실행은 상기 컴퓨팅 디바이스(630)가 본원에 기재된 예시적인 프로세스를 수행하게 한다. 또한, 멀티-프로세싱 배열의 하나 이상의 프로세서가 주기억장치(636)에 포함된 명령을 실행하기 위해 사용될 수 있다. 대안적인 구현예에서, 하드-와이어 회로가, 예시적인 구현예를 수행하는 소프트웨어 명령 대신에 또는 상기 소프트웨어 명령과 함께 사용될 수 있다. 따라서, 구현예는 하드웨어 및 소프트웨어의 임의의 특정 조합에 한정되지 않는다.
예시적인 컴퓨팅 디바이스가 도 4에 설명되었지만, 본 명세서에 기재된 구현예는 본 명세서에 기재된 구조물 및 이들의 구조적 등가물을 포함한 다른 유형의 디지털 전자, 또는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어, 또는 이들 중 하나 이상의 조합으로 구현될 수 있다.
본 명세서에 기재된 구현예는 본 명세서에 기재된 구조물 및 이들의 구조적 등가물을 비롯한 디지털 전자, 또는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어, 또는 이들 중 하나 이상의 조합으로 구현될 수 있다. 본 명세서에 기재된 구현예는 데이터 프로세싱 장치에 의한 실행을 위해 또는 데이터 프로세싱 장치의 작동을 제어하기 위해 하나 이상의 컴퓨터 저장 매체 상에 인코딩된 하나 이상의 컴퓨터 프로그램, 즉, 컴퓨터 프로그램 명령의 하나 이상의 회로소자로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 비-일시적인 컴퓨터 판독가능한 매체를 포함하고, 컴퓨터-판독가능한 저장 디바이스, 컴퓨터-판독가능한 저장 기판, 랜덤 또는 직렬 접근 메모리 어레이 또는 디바이스, 또는 이들의 하나 이상의 조합일 수 있거나 또는 이들에 포함될 수 있다. 또한, 컴퓨터 저장 매체는 전파 신호가 아니지만, 컴퓨터 저장 매체는 인위적-발생 전파 신호로 인코딩된 컴퓨터 프로그램 명령의 소스 또는 목적지(destination)일 수 있다. 상기 컴퓨터 저장 매체는 또한 하나 이상의 개별 구성 요소 또는 매체(예를 들어, 다수의 CD, 디스크 또는 다른 저장 디바이스)일 수 있거나 또는 이들에 포함될 수 있다. 따라서, 상기 컴퓨터 저장 매체는 몰입형 가상인 동시에 일시적이지 않다.
본 명세서에 기재된 작동은 하나 이상의 컴퓨터-판독가능한 저장 디바이스에 저장되거나 또는 다른 소스로부터 수신된 데이터에 대하여 데이터 프로세싱 장치에 의해 수행될 수 있다. 용어 "데이터 프로세싱 장치" 또는 "컴퓨팅 디바이스"는 예를 들어 프로그램가능한 프로세서, 컴퓨터, 칩상 시스템(system on a chip), 또는 멀티플 원(multiple one) 또는 이들의 조합에 의한 것을 포함하여, 데이터를 프로세싱하기 위한 모든 종류의 장치, 디바이스 및 기계를 포함한다. 상기 장치는 특수 목적 논리, 예를 들어 FPGA(현장 프로그램가능한 게이트 어레이) 또는 ASIC(주문형 집적 회로)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 장치는 하드웨어 이외에, 논의되는(in question) 컴퓨터 프로그램을 위한 실행 환경을 생성하는 코드, 예를 들어 프로세서 펌웨어를 구성하는 코드, 프로토콜 스택, 데이터베이스 관리 시스템, 운영 시스템, 크로스-플랫폼 런타임(cross-platform runtime) 환경, 가상 기계, 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있다. 상기 장치 및 실행 환경은 웹 서비스, 분산 컴퓨팅 및 그리드 컴퓨팅 인프라(grid computing infrastructure)와 같은 다양한 상이한 컴퓨팅 모델 인프라를 실현할 수 있다.
컴퓨터 프로그램(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 응용 프로그램, 스크립트 또는 코드라고도 함)은 컴파일된 또는 해석된 언어, 선언적 또는 절차적 언어를 비롯한 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 작성될 수 있으며, 독립 실행형(stand-alone) 프로그램 또는 회로소자로서 구성 요소, 서브루틴, 객체, 또는 컴퓨팅 환경에서 사용하기에 적합한 다른 유닛을 비롯한 임의의 형태로 디플로이(deploy)될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 파일 시스템의 파일에 해당할 수 있지만 반드시 그런 것은 아니다. 프로그램은 다른 프로그램 또는 데이터(예컨대, 마크업(markup) 언어 문서에 저장된 하나 이상의 스크립트), 논의되는 프로그램 전용의 단일 파일 또는 복수 개의 조합 파일(예컨대, 하나 이상의 회로소자, 하위-프로그램 또는 코드 일부를 저장하는 파일)에 저장될 수 있다. 하나의 컴퓨터, 또는 한 사이트에 있거나 여러 사이트에 분산되어 있으며 통신 네트워크로 상호 연결된 여러 컴퓨터에서 실행되도록 컴퓨터 프로그램이 디플로이될 수 있다.
컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 프로세서는 예를 들어 범용 및 특수 목적의 마이크로프로세서, 및 임의의 디지털 컴퓨터 종류의 임의의 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 판독전용(read-only) 메모리 또는 랜덤 접근 메모리 또는 이들 모두로부터 명령 및 데이터를 수신한다. 컴퓨터의 필수 구성요소는 명령에 따라 동작을 수행하기 위한 프로세서 및 명령과 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 메모리 디바이스이다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 대용량 저장 디바이스, 예를 들어, 자기, 광-자기 디스크 또는 광 디스크를 포함하거나, 또는 이들로부터 데이터를 수신하도록 작동가능하게 연결되거나 또는 이들에게 데이터를 전송하도록 작동가능하게 연결되거나 또는 이들 둘다에 해당하도록 작동가능하게 연결된다. 그러나, 컴퓨터는 이러한 디바이스를 가질 필요가 없다. 컴퓨터 프로그램 명령 및 데이터를 저장하기에 적합한 디바이스는 예컨대 반도체 메모리 디바이스, 예를 들어 EPROM, EEPROM 및 플래시 메모리 디바이스; 자기 디스크, 예컨대 내부 하드 디스크 또는 이동식 디스크(removable disk); 광-자기 디스크; 및 CD-ROM 및 DVD-ROM 디스크를 포함한 모든 형태의 비-휘발성 메모리, 매체 및 메모리 디바이스를 포함한다. 상기 프로세서 및 메모리는 특수 목적 논리에 의해 보충되거나 또는 통합될 수 있다.
본 명세서에 사용될 때, 용어 "대략", "약", "실질적으로" 및 유사한 용어는 본 개시내용의 청구 대상이 관련되어 있는 당업계의 숙련자에 의해 통상적으로 받아들여지는 용도와 관련하여 광범위한 의미를 갖는 것으로 의도된다. 본 개시 내용을 검토하는 당업계 숙련자라면, 이들 용어가 본 특징의 범위를 상기 제공된 정확한 수치 범위로 제한하지 않으면서 발명의 상세한 설명 및 청구범위를 설명하는 것을 허용하기 위한 것임을 이해한다. 따라서, 이들 용어는 본원에 설명되고 청구 된 청구대상의 비실질적인 또는 중요하지 않은 변경 또는 변형이 첨부된 청구범위에 열거된 바와 같이 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주됨을 나타내는 것으로 해석되어야한다.
본원에서 사용된 용어 "결합된", "연결된" 등은 2 개의 부재를 직접 또는 서로 간접적으로 합체(join)된 것을 의미한다. 이러한 합체는 고정식(예를 들어, 영구적) 또는 이동식(예를 들어, 제거가능하거나 또는 해제가능)일 수 있다. 이러한 합체는 2개의 부재에 의해 이루어지거나 또는 상기 2개의 부재와 임의의 부가적인 중간 부재가 서로 단일한 일체형으로 통합하여 형성되어 이루어지거나 또는 상기 2 개의 부재 또는 상기 2 개의 부재와 임의의 추가의 중간 부재가 서로에 부착되어 이루어질 수 있다.
다양한 예시적인 실시양태의 구조 및 배열은 단지 예시적인 것임을 주목하는 것이 중요하다. 단지 몇몇 실시양태가 본 개시내용에 상세하게 기재되어 있으나, 본 개시 내용을 검토하는 당업자는 본원에 기재된 청구 대상의 신규한 교시 및 이점을 실질적으로 벗어나지 않으면서 다양한 변경이 가능함(예를 들어, 다양한 요소의 크기, 치수, 구조, 형상 및 비율, 매개변수 값, 장착 배열(mounting arrangement), 재료의 사용, 색상, 배향 등의 변화)에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 일체형으로 형성된 것으로 도시된 요소는 다수의 부품 또는 요소로 구성될 수 있고, 요소의 위치는 반대로 또는 다르게 변화될 수 있으며, 불연속적인 요소 또는 위치의 성질 또는 수는 변경되거나 다양할 수 있다. 임의의 프로세스 또는 방법 단계들의 순서 또는 시퀀스는 대안적인 실시양태에 따라 변경되거나 또는 시퀀스변경될 수 있다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 예시적인 실시양태의 설계, 작동 조건 및 배열에서 다른 대체, 변형, 변화 및 생략이 또한 이루어질 수 있다. 예를 들어, 열 회수 열교환 기는 추가로 최적화될 수 있다.

Claims (14)

  1. 동력 생산 시스템에 있어서,
    플루 가스(flue gas)를 수용하고 이로부터 전력을 생산하도록 구성된 연료전지 분리 시스템;
    상기 연료전지 분리 시스템의 업스트림(upstream)에 위치하고 상기 플루 가스 내의 오염물을 제거하도록 구성된 플루 가스 폴리싱 시스템(flue gas polishing system);
    상기 플루 가스 내의 오염물의 양을 실시간으로 측정하도록 구성된 플루 가스 분석기; 및
    상기 플루 가스 폴리싱 시스템, 상기 플루 가스 분석기 및 상기 연료전지 분리 시스템에 작동가능하게 연결되고 상기 플루 가스 폴리싱 시스템의 작동 파라미터를 조정하도록 구성된 플랜트 제어 시스템;
    을 포함하는 동력 생산 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플루 가스 분석기는 상기 플루 가스 폴리싱 시스템의 업스트림 위치에서 상기 오염물의 양을 측정하도록 구성된 동력 생산 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 플루 가스 분석기는 상기 플루 가스 폴리싱 시스템의 다운스트림(downstream) 위치에서 상기 오염물의 양을 측정하도록 구성된 동력 생산 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 플루 가스 분석기는 상기 플루 가스 폴리싱 시스템의 업스트림 및 다운스트림 위치에서 상기 오염물의 양을 측정하도록 구성된 동력 생산 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연료전지 분리 시스템은 애노드 구역 및 캐소드 구역을 갖는 연료전지를 포함하고, 상기 플루 가스는 이산화탄소를 함유하고 상기 캐소드 구역에 의해 수용되는 동력 생산 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 애노드 구역은 이산화탄소, 수소 및 일산화탄소를 포함하는 애노드 배기 가스를 생산하는 동력 생산 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 플랜트 제어 시스템은 상기 플루 가스 폴리싱 시스템에서의 프로세싱 후에 플루 가스 내의 오염물의 양에 기반하여 상기 연료전지 분리 시스템의 작동 파라미터를 조정하도록 구성된 동력 생산 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 플루 가스 내에 포함된 오염물의 양이 사전결정된 임계치(predetermined threshold)를 초과할 때 상기 플랜트 제어 시스템이 적어도 하나의 교정 조치(corrective action)를 취하도록 구성된 동력 생산 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 교정 조치가 시각적 경고, 청각적 경고, 상기 플루 가스로부터 포획된 이산화탄소 양의 저감, 또는 상기 연료전지 분리 시스템의 셧다운(shutting down) 중 적어도 하나를 포함하는 동력 생산 시스템.
  10. 제5항에 있어서, 상기 연료전지가 내부 개질 MCFC 인 동력 생산 시스템.
  11. 제5항에 있어서, 상기 연료전지가 외부 개질 MCFC 인 동력 생산 시스템.
  12. 제4항에 있어서, 상기 애노드 배기 가스를 수용하도록 구성된 가스 분리 어셈블리를 추가로 포함하는 동력 생산 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 가스 분리 어셈블리가 수분 제거 시스템, 압축기 또는 냉각기(chiller) 중 적어도 하나를 포함하는 동력 생산 시스템.
  14. 제12항에 있어서, 상기 가스 분리 어셈블리가 상기 애노드 배기 가스로부터 이산화탄소를 분리하도록 구성된 냉각기를 포함하는 동력 생산 시스템.
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