KR20190070610A - Supercritical CO2 generating system and method for operating thereof - Google Patents

Supercritical CO2 generating system and method for operating thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20190070610A
KR20190070610A KR1020170171299A KR20170171299A KR20190070610A KR 20190070610 A KR20190070610 A KR 20190070610A KR 1020170171299 A KR1020170171299 A KR 1020170171299A KR 20170171299 A KR20170171299 A KR 20170171299A KR 20190070610 A KR20190070610 A KR 20190070610A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
working fluid
control valve
pump
flow rate
supply
Prior art date
Application number
KR1020170171299A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102021900B1 (en
Inventor
차송훈
장준태
김상현
이건주
성화창
Original Assignee
두산중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 두산중공업 주식회사 filed Critical 두산중공업 주식회사
Priority to KR1020170171299A priority Critical patent/KR102021900B1/en
Publication of KR20190070610A publication Critical patent/KR20190070610A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102021900B1 publication Critical patent/KR102021900B1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • F01K25/103Carbon dioxide
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/003Arrangements for testing or measuring
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02Controlling, e.g. stopping or starting
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/32Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines using steam of critical or overcritical pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K9/00Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines
    • F01K9/003Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines condenser cooling circuits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

The present invention relates to a supercritical carbon dioxide power generation system and an operation method thereof. According to the present invention, the supercritical carbon dioxide power generation system comprises: a supply pump for supplying working fluid to a pump inlet port in a main cycle of a supercritical carbon dioxide power generation system; a supply pipe connected to the pump inlet port of the main cycle in the supply pump and through which the working fluid flows; and a recirculation line branching out of the supply pipe and recirculated to the supply pump. The working fluid of a predetermined minimum flow rate from the supply pipe is extracted and recycled to the supply pump through the recirculation line.

Description

초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법{Supercritical CO2 generating system and method for operating thereof}Supercritical CO2 generation system and method of operating the same

본 발명은 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 작동 유체 공급 펌프의 과열 및 파손을 방지할 수 있는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a supercritical carbon dioxide power generation system and a method of operating the same, and more particularly, to a supercritical carbon dioxide power generation system capable of preventing overheating and breakage of a working fluid supply pump and a method of operating the same.

국제적으로 효율적인 전력 생산에 대한 필요성이 점차 커지고 있고, 공해물질 발생을 줄이기 위한 움직임이 점차 활발해짐에 따라 공해물질의 발생을 줄이면서 전력 생산량을 높이기 위해 여러 가지 노력을 기울이고 있으며, 그 노력의 일환으로 초임계 이산화탄소를 작동 유체로 사용하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템(Power generation system using Supercritical CO2)에 대한 연구 개발이 활성화되고 있다.Internationally, there is an increasing need for efficient power generation. As the movement to reduce pollutant production becomes more active, various efforts are being made to increase the production of electricity while reducing the generation of pollutants. Research and development of a supercritical CO2 generation system using supercritical carbon dioxide as a working fluid is being promoted.

초임계 상태의 이산화탄소는 액체 상태와 유사한 밀도에 기체와 비슷한 점성을 동시에 가지므로 기기의 소형화와 더불어, 유체의 압축 및 순환에 필요한 전력소모를 최소화할 수 있다. 동시에 임계점이 섭씨 31.4도, 72.8기압으로, 임계점이 섭씨 373.95도, 217.7기압인 물보다 매우 낮아서 다루기가 용이한 장점이 있다. 이러한 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 섭씨 550도에서 운전할 경우 약 45% 수준의 순발전효율을 보이며, 기존 스팀 사이클의 발전효율 대비 20% 이상의 발전효율 향상과 함께 터보기기를 축소할 수 있는 장점이 있다.Since supercritical carbon dioxide has a gas-like viscosity at a density similar to that of a liquid state, it can minimize the power consumption required for compression and circulation of the fluid as well as miniaturization of the apparatus. At the same time, the critical point is 31.4 degrees Celsius, 72.8 atmospheres, and the critical point is much lower than the water at 373.95 degrees Celsius and 217.7 atmospheres, which is easy to handle. The supercritical carbon dioxide power generation system has a net generation efficiency of about 45% when operated at a temperature of 550 ° C. and has an advantage of improving the generation efficiency of the steam cycle by 20% or more and reducing the turbo device.

일반적으로 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 발전에 사용된 이산화탄소를 외부로 배출하지 않는 폐사이클(close cycle)을 이루며, 작동 유체로 초임계 상태의 이산화탄소를 이용한다.Generally, a supercritical carbon dioxide power generation system forms a closed cycle that does not discharge the carbon dioxide used for power generation, and uses supercritical carbon dioxide as a working fluid.

초임계 이산화탄소 작동 유체는 별도의 저장 탱크에 저장되며, 공급 펌프에 의해 초임계 이산화탄소 발전 시스템으로 공급된다. 이러한 작동 유체의 충전 시스템의 일 예가 미국특허등록 8281593호에 개시되어 있다.The supercritical carbon dioxide working fluid is stored in a separate storage tank and supplied to the supercritical carbon dioxide power generation system by a feed pump. An example of such a working fluid filling system is disclosed in U.S. Patent No. 8281593.

또한, 별도의 공급 시스템 없이 발전 사이클 내에 작동 유체 공급을 위한 펌프와 스타트업 펌프가 구비된 충전 펌프 시스템이 한국특허공개 제2015-7028161호에 개시되어 있다.Further, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2015-7028161 discloses a charge pump system having a pump for supplying a working fluid and a start-up pump in a power generation cycle without a separate supply system.

그런데 전술한 선행문헌에 개시된 작동 유체의 충전 시스템은 별도의 유량 제어를 위한 구성이 없어 최소 유량 이하의 작동 유체 유량이 계속 흐르는 경우, 공급 펌프가 과열되거나 그에 따른 파손이 발생하는 문제가 있다. 따라서 작동 유체 공급 펌프의 과열 및 파손을 방지할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.However, the working fluid filling system disclosed in the above-mentioned prior art has a problem in that when there is no separate flow rate control structure and the flow rate of the working fluid below the minimum flow rate continues, the supply pump is overheated or broken. Therefore, there is a need for a method that can prevent overheating and breakage of the operating fluid supply pump.

미국특허등록 8281593호 (등록일 2012.10.09)US Patent No. 8281593 (Registration date October 10, 2012)

본 발명의 목적은 작동 유체 공급 펌프의 과열 및 파손을 방지할 수 있는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a supercritical carbon dioxide power generation system capable of preventing overheating and breakage of a working fluid supply pump and a method of operating the same.

본 발명의 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법은, 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 메인 사이클 내 펌프 유입단으로 상기 작동 유체를 공급하는 공급 펌프와, 상기 공급 펌프에서 상기 메인 사이클의 펌프 유입단과 연결되어 상기 작동 유체가 흐르는 공급관과, 상기 공급관에서 분기되어 상기 공급 펌프로 재순환되는 재순환 라인을 포함하며, 상기 공급관으로부터 미리 설정된 최소 유량의 상기 작동 유체가 추기되어 상기 재순환 라인을 통해 상기 공급 펌프로 재순환되는 것을 특징으로 한다.The supercritical carbon dioxide power generation system of the present invention and its operation method include a supply pump for supplying the working fluid to a pump inlet end in a main cycle of a supercritical carbon dioxide power generation system, And a recirculation line branched from the supply pipe and recirculated to the supply pump, wherein a predetermined minimum flow rate of the working fluid is added from the supply pipe and recirculated through the recirculation line to the supply pump .

작동 유체를 저장하는 저장 탱크를 더 포함하고, 상기 재순환 라인은 상기 공급관에서 분기되어 상기 저장 탱크로 연결되며, 상기 최소 유량의 작동 유체는 상기 저장 탱크를 거쳐 상기 공급 펌프로 재순환되는 것을 특징으로 한다.Characterized in that it further comprises a storage tank for storing working fluid, said recirculation line being branched from said supply line and connected to said storage tank, said minimum flow rate of working fluid being recycled to said feed pump via said storage tank .

상기 공급관에 설치되어 상기 메인 사이클로 공급되는 상기 작동 유체의 유량을 제어하는 제1 제어 밸브와, 상기 재순환 라인 상에 설치되어 상기 공급관으로부터 상기 저장 탱크로 공급하는 상기 작동 유체의 유량을 제어하는 제2 제어 밸브를 더 포함한다.A first control valve installed in the supply pipe to control a flow rate of the working fluid supplied to the main cycle and a second control valve provided on the recirculation line for controlling a flow rate of the working fluid supplied from the supply pipe to the storage tank, And a control valve.

상기 공급 펌프의 배출단에 설치되어 상기 작동 유체의 유량을 측정하는 유량 측정기를 더 포함한다.And a flow meter installed at a discharge end of the supply pump for measuring a flow rate of the working fluid.

상기 재순환 라인은 상기 유량 측정기와 상기 제1 제어 밸브의 사이에서 분기되는 것을 특징으로 한다.And the recirculation line is branched between the flowmeter and the first control valve.

상기 제1 제어 밸브는 전후단 압력 차를 일정하게 조절하는 압력 제어 밸브인 PCV(Pressure control valve) 또는 작동 유체의 유량 레벨을 제어하는 레벨 제어 밸브인 LCV(Level control valve)이고, 상기 제2 제어 밸브는 상기 작동 유체의 유량을 조절하는 유량 제어 밸브인 FCV(Flow control valve)로 구비되는 것을 특징으로 한다.Wherein the first control valve is a pressure control valve (PCV), which is a pressure control valve for regulating the pressure difference between the front and rear ends, or a level control valve, which is a level control valve for controlling a flow rate level of the working fluid, And the valve is provided with a flow control valve (FCV), which is a flow control valve for controlling the flow rate of the working fluid.

상기 메인 사이클의 시동 시에는 상기 제1 제어 밸브를 폐쇄하고 상기 제2 제어 밸브를 일부 개방하여 상기 최소 유량의 상기 작동 유체가 상기 공급 펌프로 공급되도록 하는 것을 특징으로 한다.When the main cycle is started, the first control valve is closed and the second control valve is partially opened to supply the working fluid of the minimum flow rate to the supply pump.

상기 공급 펌프로 상기 최소 유량의 상기 작동 유체를 공급한 후 상기 메인 사이클에서 요구되는 상기 작동 유체의 요구 유량을 판단해 상기 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브의 개도를 제어하는 것을 특징으로 한다.And the opening degree of the first control valve and the second control valve is controlled by determining the required flow rate of the working fluid required in the main cycle after supplying the working fluid with the minimum flow rate to the supply pump.

상기 메인 사이클에서 요구되는 상기 작동 유체의 요구 유량이 설정값 이상이면 상기 제2 제어 밸브를 폐쇄하고 상기 제1 제어 밸브를 개방하며, 상기 요구 유량이 설정값 이하이면 상기 제1 제어 밸브를 개방하고 상기 제2 제어 밸브를 일부 개방하는 것을 특징으로 한다.When the required flow rate of the working fluid required in the main cycle is equal to or greater than a set value, the second control valve is closed and the first control valve is opened, and if the required flow rate is less than the set value, And a part of the second control valve is opened.

상기 메인 사이클의 운전 중에는 상기 제1 제어 밸브를 폐쇄하고, 상기 공급 펌프의 과열이 발생하면 상기 제2 제어 밸브를 개방해 최소 유량의 상기 작동 유체가 상기 공급 펌프로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.The first control valve is closed during operation of the main cycle, and when the overheating of the supply pump occurs, the second control valve is opened to control the minimum flow amount of the working fluid to be supplied to the supply pump .

또한, 본 발명은 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 메인 사이클 내 열교환기 또는 리큐퍼레이터 쪽으로 상기 작동 유체를 공급하는 공급 펌프와, 상기 공급 펌프에서 열교환기 또는 리큐퍼레이터 쪽으로 연결되어 상기 작동 유체가 흐르는 제1 공급 라인과, 상기 메인 사이클의 시동 시 상기 작동 유체를 상기 열교환기 또는 리큐퍼레이터 쪽으로 공급하는 스타트업 펌프와, 상기 스타트업 펌프에서 상기 열교환기 또는 리큐퍼레이터 쪽으로 연결되어 상기 작동 유체가 흐르는 제2 공급 라인과, 상기 제1 공급 라인 및 상기 제2 공급 라인으로부터 각각 분기되어 상기 스타트업 펌프 및 상기 공급 펌프로 재순환되는 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인을 포함하며, 상기 제1 공급 라인 및 상기 제2 공급 라인으로부터 미리 설정된 최소 유량의 상기 작동 유체가 추기되어 상기 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인을 통해 상기 스타트업 펌프 및 상기 공급 펌프로 재순환되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법을 제공한다.The present invention also relates to a supercritical carbon dioxide power generation system comprising a supply pump for supplying the working fluid to a heat exchanger or a recuperator in a main cycle of a supercritical carbon dioxide power generation system, 1 supply line, a start-up pump for supplying the working fluid to the heat exchanger or the recuperator at the start of the main cycle, and a start-up pump connected to the heat exchanger or the recuperator, A first circulation line and a second circulation line branched from the first supply line and the second supply line respectively and recirculated to the start-up pump and the supply pump, And a second supply line for supplying a predetermined flow volume of the working fluid from the second supply line, And is recirculated to the start-up pump and the supply pump through the first circulation line and the second circulation line, and a method of operating the system.

상기 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인은 상기 작동 유체를 냉각하는 컨덴서 쪽으로 연결되어 상기 최소 유량의 상기 작동 유체가 상기 컨덴서를 거쳐 상기 공급 펌프로 재순환되는 것을 특징으로 한다.The first circulation line and the second circulation line are connected to a condenser for cooling the working fluid so that the minimum flow rate of the working fluid is recirculated to the supply pump via the condenser.

상기 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인에 각각 설치되어 상기 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인으로 분기되는 상기 작동 유체의 유량을 제어하는 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브를 더 포함한다.And a first control valve and a second control valve respectively installed in the first circulation line and the second circulation line for controlling the flow rate of the working fluid branched to the first circulation line and the second circulation line.

상기 제1 공급 라인 및 제2 공급 라인 각각에 설치되되 상기 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인이 분기되는 분기점 이후에 설치되어 상기 제1 공급 라인 및 제2 공급 라인의 상기 작동 유체의 유량을 제어하는 제1 밸브 및 제2 밸브를 더 포함한다.The first circulation line and the second circulation line being installed after the branch point at which the first circulation line and the second circulation line are branched to control the flow rate of the working fluid in the first supply line and the second supply line, The first valve and the second valve.

상기 공급 펌프 및 스타트업 펌프의 배출단에 설치되어 상기 작동 유체의 유량을 측정하는 유량 측정기를 더 포함한다.And a flow meter installed at a discharge end of the supply pump and the start-up pump to measure a flow rate of the working fluid.

상기 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브는 상기 작동 유체의 유량을 조절하는 유량 제어 밸브인 FCV(Flow control valve)로 구비되는 것을 특징으로 한다.The first control valve and the second control valve are provided as a flow control valve (FCV) which controls a flow rate of the working fluid.

상기 메인 사이클의 시동 시에는 상기 제2 밸브를 폐쇄하고 상기 제1 제어 밸브 및 상기 제2 제어 밸브를 일부 개방하여 상기 최소 유량의 상기 작동 유체가 상기 스타트업 펌프 및 공급 펌프로 공급되도록 하는 것을 특징으로 한다.The second valve is closed and the first control valve and the second control valve are partially opened to supply the working fluid of the minimum flow rate to the start-up pump and the supply pump at the start of the main cycle .

상기 스타트업 펌프 및 공급 펌프로 상기 최소 유량의 상기 작동 유체를 공급한 후 상기 메인 사이클에서 요구되는 상기 작동 유체의 요구 유량을 판단해 상기 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브의 개도를 제어하는 것을 특징으로 한다.And controlling the opening degree of the first control valve and the second control valve by determining the required flow rate of the working fluid required in the main cycle after supplying the working fluid with the minimum flow rate to the start-up pump and the supply pump .

상기 메인 사이클에서 요구되는 상기 작동 유체의 요구 유량이 설정값 이상이면 상기 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브를 폐쇄하고 상기 제1 밸브를 개방하며, 상기 요구 유량이 설정값 이하이면 상기 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브를 일부 개방하는 것을 특징으로 한다.When the required flow rate of the working fluid required in the main cycle is equal to or greater than a set value, the first control valve and the second control valve are closed and the first valve is opened, And the valve and the second control valve are partly opened.

상기 메인 사이클의 운전 중에는 상기 제2 밸브를 폐쇄하고, 상기 스타트업 펌프의 과열이 발생하면 상기 제2 제어 밸브를 개방해 최소 유량의 상기 작동 유체가 상기 스타트업 펌프로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.The second valve is closed while the main cycle is in operation and the second control valve is opened when the start-up pump is overheated, so that the minimum flow amount of the working fluid is supplied to the start-up pump do.

본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법은 유량 제어를 위한 구성과 최소 유량을 안정적으로 공급할 수 있는 별도의 유로를 구비함으로써 작동 유체 공급 펌프의 과열과 그에 따른 파손을 방지하는 효과가 있다.The supercritical carbon dioxide power generation system and its operation method according to an embodiment of the present invention include a structure for controlling the flow rate and a separate flow path for stably supplying the minimum flow rate, .

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 작동 유체 공급 시스템을 도시한 모식도,
도 2는 작동 유체 공급 펌프의 토출량 및 온도 관계를 도시한 그래프,
도 3은 일반적인 작동 유체 공급 펌프의 운전 라인을 도시한 그래프,
도 4는 본 발명의 작동 유체 공급 펌프의 운전 라인을 도시한 그래프,
도 5는 도 1의 작동 유체 공급 장치가 적용된 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 시동 시 운전 방법을 도시한 순서도,
도 6은 도 1의 작동 유체 공급 장치가 적용된 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 운전중 운전 방법을 도시한 순서도,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도,
도 8은 도 7의 작동 유체 공급 장치가 적용된 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 시동 시 운전 방법을 도시한 순서도,
도 9는 도 7의 작동 유체 공급 장치가 적용된 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 운전중 운전 방법을 도시한 순서도,
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 일 예를 도시한 모식도이다.
1 is a schematic diagram showing a working fluid supply system of a supercritical carbon dioxide power generation system according to an embodiment of the present invention,
2 is a graph showing the discharge amount and temperature relationship of the working fluid supply pump,
3 is a graph showing the operation line of a general working fluid supply pump,
4 is a graph showing the operation line of the working fluid supply pump of the present invention,
FIG. 5 is a flowchart showing an operation method at the start of a supercritical carbon dioxide power generation system to which the working fluid supply device of FIG. 1 is applied,
FIG. 6 is a flowchart showing an operation method of a supercritical carbon dioxide power generation system to which the working fluid supply device of FIG. 1 is applied,
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a supercritical carbon dioxide power generation system according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 8 is a flowchart showing an operation method at the start of a supercritical carbon dioxide power generation system to which the working fluid supply device of FIG. 7 is applied,
FIG. 9 is a flowchart showing an operation method of a supercritical carbon dioxide power generation system to which the working fluid supply device of FIG. 7 is applied,
10 is a schematic diagram showing an example of a supercritical carbon dioxide power generation system according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the supercritical carbon dioxide power generation system and the operation method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

일반적으로 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 발전에 사용된 이산화탄소를 외부로 배출하지 않는 폐사이클(close cycle)을 이루며, 작동 유체로 초임계 상태의 이산화탄소를 이용한다.Generally, a supercritical carbon dioxide power generation system forms a closed cycle that does not discharge the carbon dioxide used for power generation, and uses supercritical carbon dioxide as a working fluid.

초임계 이산화탄소 발전 시스템은 작동 유체가 초임계 상태의 이산화탄소이므로 화력 발전소 등에서 배출되는 배기 가스를 이용할 수 있어 단독 발전 시스템뿐만 아니라 화력 발전 시스템과의 하이브리드 발전 시스템에도 사용될 수 있다. 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 작동 유체는 배기 가스로부터 이산화탄소를 분리하여 공급할 수도 있고, 별도의 이산화탄소를 공급할 수도 있다.The supercritical carbon dioxide power generation system can be used not only in a single power generation system but also in a hybrid power generation system with a thermal power generation system since the working fluid is carbon dioxide in a supercritical state and exhaust gas discharged from a thermal power plant can be used. The working fluid of the supercritical carbon dioxide power generation system may separate carbon dioxide from the exhaust gas and supply the carbon dioxide separately.

사이클 내의 초임계 이산화탄소(이하 작동 유체)는 압축기를 통과한 후, 히터 등과 같은 열원을 통과하면서 가열되어 고온고압의 작동 유체가 되어 터빈을 구동시킨다. 터빈에는 발전기 또는 펌프가 연결되며, 발전기에 연결된 터빈에 의해 전력을 생산하고 펌프에 연결된 터빈을 이용해 펌프를 구동한다. 터빈을 통과한 작동 유체는 열교환기를 거치면서 냉각되며, 냉각된 작동 유체는 다시 압축기로 공급되어 사이클 내를 순환한다. 터빈이나 열교환기는 복수 개가 구비될 수 있다.The supercritical carbon dioxide in the cycle passes through a compressor and then is heated while passing through a heat source such as a heater to generate a high-temperature high-pressure working fluid to drive the turbine. The turbine is connected to a generator or a pump, which drives the pump using a turbine connected to the pump and generating power by the turbine connected to the generator. The working fluid passing through the turbine is cooled as it passes through the heat exchanger, and the cooled working fluid is supplied to the compressor again to circulate in the cycle. A plurality of turbines or heat exchangers may be provided.

본 발명의 다양한 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템이란 사이클 내에서 유동하는 작동 유체 모두가 초임계 상태인 시스템뿐만 아니라, 작동 유체의 대부분이 초임계 상태이고 나머지는 아임계 상태인 시스템도 포함하는 의미로 사용된다.A supercritical carbon dioxide power generation system according to various embodiments of the present invention includes not only a system in which all of the working fluid flowing in a cycle is in a supercritical state but also a system in which a majority of the working fluid is supercritical and the rest is subcritical It is used as a meaning.

또한, 본 발명의 다양한 실시 예에서 작동 유체로 이산화탄소가 사용되는데, 여기서 이산화탄소란, 화학적인 의미에서 순수한 이산화탄소, 일반적인 관점에서 불순물이 다소 포함되어 있는 상태의 이산화탄소 및 이산화탄소에 한가지 이상의 유체가 첨가물로서 혼합되어 있는 상태의 유체까지도 포함하는 의미로 사용된다.Also, in various embodiments of the present invention, carbon dioxide is used as the working fluid, wherein carbon dioxide refers to pure carbon dioxide in the chemical sense, carbon dioxide in a state where the impurities are somewhat contained in general terms, and carbon dioxide in which at least one fluid is mixed Is used to mean a fluid in a state where the fluid is in a state of being fluidized.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 작동 유체 공급 시스템을 도시한 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a working fluid supply system of a supercritical carbon dioxide power generation system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 작동 유체 공급 시스템은 초임계 이산화탄소 발전 시스템 내로 작동 유체를 공급한다. 본 시스템은 후술할 공급 펌프의 안정적인 제어를 목적으로 한다.As shown in FIG. 1, a working fluid supply system of a supercritical carbon dioxide power generation system according to an embodiment of the present invention supplies a working fluid into a supercritical carbon dioxide power generation system. This system aims at stable control of the supply pump, which will be described later.

공급된 작동 유체는 발전 시스템의 폐 루프 사이클(이하 메인 사이클) 내를 순환하면서 압축 및 가열되어 터빈을 구동시켜 전기 에너지를 생산한다. 터빈 구동 후의 작동 유체는 열교환을 통해 냉각되어 사이클 내를 순환한다.The supplied working fluid is compressed and heated while circulating in a closed loop cycle (hereinafter referred to as " main cycle ") of the power generation system to drive the turbine to produce electric energy. The working fluid after turbine operation is cooled through heat exchange and circulated in the cycle.

작동 유체의 공급 시스템은 작동 유체를 저장하는 저장 탱크(100)와, 작동 유체를 사이클 내로 공급하는 공급 펌프(200)와, 복수의 밸브 및 유량 측정기(flow meter, 600)를 구비한다. 또한, 매스 컨트롤 탱크(Mass Control Tank) 또는 열 엔진(Heat Engine)이 추가로 구비될 수 있다.The supply system of the working fluid includes a storage tank 100 for storing the working fluid, a supply pump 200 for supplying working fluid into the cycle, and a plurality of valves and a flow meter 600. In addition, a mass control tank (Mass Control Tank) or a heat engine (Heat Engine) may be additionally provided.

본 발명의 각 구성들은 작동 유체가 흐르는 이송관에 의해 연결되며, 특별히 언급하지 않더라도 작동 유체는 이송관을 따라 유동하는 것으로 이해되어야 한다. 다만, 복수 개의 구성들이 일체화 되어 있는 경우, 일체화된 구성 내에 사실상 이송관의 역할을 하는 부품 내지 영역이 있을 것이므로, 이 경우에도 당연히 작동 유체는 이송관을 따라 유동하는 것으로 이해되어야 한다.It is to be understood that each configuration of the present invention is connected by a transfer pipe through which the working fluid flows, and that the working fluid flows along the transfer pipe even if not specifically mentioned. However, in the case where a plurality of components are integrated, it is to be understood that the working fluid flows along the conveying pipe, as a matter of course, since there will be a part or region which actually functions as a conveying pipe in the integrated structure.

저장 탱크(100)는 작동 유체를 저장하며, 버퍼 기능을 갖는 탱크이다. 컨덴서의 형상을 변경해 버퍼 기능을 갖는 버퍼 탱크 또는 버퍼 기능을 갖는 컨덴서로 구비될 수 있다. 저장 탱크(100)는 매스 컨트롤 탱크 또는 열 엔진(300)으로부터 배출되는 작동 유체를 이송하는 배출 라인(310)과, 공급 펌프(200)로 작동 유체를 이송하는 공급 라인(110)이 연결된다. 배출 라인(310)에는 배출 라인(310)의 개폐를 위한 밸브가 구비된다. The storage tank 100 stores a working fluid and is a tank having a buffer function. A buffer tank having a buffer function or a capacitor having a buffer function by changing the shape of the capacitor. The storage tank 100 is connected to a discharge line 310 for transferring the working fluid discharged from the mass control tank or the heat engine 300 and a supply line 110 for transferring the working fluid to the supply pump 200. The discharge line 310 is provided with a valve for opening and closing the discharge line 310.

공급 펌프(200)에는 메인 사이클로 작동 유체를 공급하기 위한 공급관(210)이 구비되고, 공급관(210) 상에는 제1 제어 밸브(400)가 설치된다. 공급 펌프(200)의 배출단에 인접하여 유량 측정기(600)가 설치되고, 유량 측정기(600)와 제1 제어 밸브(400)의 사이에서 재순환 라인(230)이 분기되며, 공급 펌프(200)의 후단과 저장 탱크(100)의 전단을 연결한다. 재순환 라인(230) 상에는 제2 제어 밸브(500)가 설치되며, 유량 측정기(600)에서 측정된 측정 결과를 토대로 제2 제어 밸브(500)가 제어된다.The supply pump 200 is provided with a supply pipe 210 for supplying the working fluid to the main cycle and the first control valve 400 is installed on the supply pipe 210. A flow meter 600 is installed adjacent to the discharge end of the feed pump 200 and a recirculation line 230 is branched between the flow meter 600 and the first control valve 400, And the front end of the storage tank 100 are connected to each other. A second control valve 500 is installed on the recirculation line 230 and the second control valve 500 is controlled based on the measurement result measured by the flow meter 600.

제1 제어 밸브(400)는 메인 사이클 상에서 요구되는 압력을 미리 설정하고, 설정 압력을 추종하는 압력 제어 밸브인 PCV(Pressure control valve)일 수 있다. 즉, 메인 사이클의 컨덴서 후단에서 펌프로 공급되는 라인의 작동 유체 압력이 특정 값 이하인 경우, PCV 인 제1 제어 밸브(400)를 열어 작동 유체를 추가로 공급할 수 있다. 반대로 메인 사이클의 컨덴서 후단에서 펌프로 공급되는 라인의 작동 유체의 압력이 너무 높을 경우(설정값 이상일 경우)에는 제1 제어 밸브(400)를 닫아 작동 유체의 공급을 중단할 수 있다.The first control valve 400 may be a pressure control valve (PCV), which is a pressure control valve for presetting the pressure required on the main cycle and following the set pressure. That is, when the working fluid pressure of the line supplied to the pump from the rear end of the condenser of the main cycle is less than a specific value, the first control valve 400, which is a PCV, may be opened to further supply the working fluid. On the contrary, when the pressure of the working fluid in the line supplied to the pump from the rear end of the condenser of the main cycle is excessively high (in the case of the set value or more), the first control valve 400 may be closed to stop the supply of the working fluid.

또는 제1 제어 밸브(400)는 작동 유체의 버퍼 레벨(buffer의 level)을 제어하는 레벨 제어 밸브인 LCV(Level control valve)로 구비될 수 있다. 즉, 메인 사이클의 컨덴서 후단 유량을 유지할 수 있는 버퍼의 설치가 가능한데, 버퍼 레벨이 너무 낮아서 펌프에 공동현상(cavitation) 또는 서지(surge)가 발생할 수 있다. 이때 펌프를 보호하기 위해 버퍼 레벨이 너무 낮으면 제1 제어 밸브를 열어 작동 유체를 공급해 버퍼 레벨이 특정 수위 이상이 되도록 할 수 있다. 특정 수위 이상의 버퍼 레벨이 유지되면 제1 제어 밸브를 닫아 작동 유체의 추가 공급을 중단할 수 있다. Alternatively, the first control valve 400 may be provided with a level control valve (LCV), which is a level control valve for controlling the buffer level of the working fluid (buffer level). That is, it is possible to install a buffer capable of maintaining the flow rate of the condenser downstream of the main cycle. However, the buffer level is too low to cause cavitation or surge in the pump. At this time, if the buffer level is too low to protect the pump, the first control valve may be opened to supply the working fluid so that the buffer level is higher than a certain level. If the buffer level above a certain level is maintained, the first control valve may be closed to stop further supply of working fluid.

제2 제어 밸브(500)는 작동 유체의 유량을 조절하는 유량 제어 밸브인 FCV(Flow control valve)로 구비될 수 있다.The second control valve 500 may be provided with a flow control valve (FCV), which is a flow control valve for regulating the flow rate of the working fluid.

제1 제어 밸브(400)가 압력 제어 밸브인 경우, 공급 펌프(200) 입력단에서 요구되는 압력에 따라 제어되고, 제1 제어 밸브(400)가 레벨 제어 밸브인 경우 메인 사이클의 컨덴서에서 요구되는 작동 유체의 레벨에 따라 제어된다. 제2 제어 밸브(500)는 유량 제어 밸브이므로 공급 펌프(200)로 재순환되는 작동 유체의 최소 재순환 유량에 따라 제어된다.When the first control valve 400 is a pressure control valve, it is controlled according to the pressure required at the input of the supply pump 200, and when the first control valve 400 is a level control valve, It is controlled according to the level of the fluid. Since the second control valve 500 is a flow control valve, it is controlled according to the minimum recirculation flow rate of the working fluid recirculated to the feed pump 200.

유량 측정기(600)는 공급 펌프(200)의 배출단(후단)에 설치되어 작동 유체의 최소 유량을 측정(FIT, flow instrument and transmitter)하며, 오리피스(orifice) 타입, 벤트리(venture) 타입, 초음파(ultra-sonic) 타입 등 그 종류에 관계 없이 적용될 수 있다. 공급 펌프(200) 후단의 작동 유체 유량이 설정값 보다 적은 경우, 공급 펌프(200)로 설정값 이상의 작동 유체가 공급될 수 있도록 공급관(210)에서 재순환 라인(230)으로 흐르는 유량을 증가시킨다(설정값에 해당하는 유량을 최소 유량으로 정의함). 이때, 제2 제어 밸브(500)는 메인 사이클의 펌프 유입단으로 작동 유체가 공급되는 것을 중단시키지 않으면서도 재순환 라인(230)으로 순환되는 작동 유체가 증가할 수 있도록 제어되는 것이 바람직하다. 즉, 제2 제어 밸브(500)가 완전히 개방하지는 않으면서 재순환 라인(230)으로 최소 유량의 작동 유체가 공급될 수 있도록 제어된다. 단, 메인 사이클로의 작동 유체 공급이 필요없을 때에는 제1 제어 밸브(400)가 폐쇄되고 제2 제어 밸브(500)가 완전히 개방될 수도 있다.The flow meter 600 is installed at a discharge end (rear end) of the feed pump 200 to measure a minimum flow rate of a working fluid (FIT), and it is an orifice type, a venture type, (ultra-sonic) type and the like. If the working fluid flow rate at the downstream end of the feed pump 200 is less than the set value, the flow rate from the feed pipe 210 to the recirculation line 230 is increased so that the working fluid above the set value can be supplied to the feed pump 200 The flow rate corresponding to the set value is defined as the minimum flow rate). At this time, it is preferable that the second control valve 500 is controlled so that the working fluid circulated to the recycle line 230 can be increased without stopping supply of the working fluid to the pump inlet end of the main cycle. That is, the second control valve 500 is controlled so that the minimum flow rate of the working fluid can be supplied to the recycle line 230 without being fully opened. However, when the working fluid supply to the main cycle is not required, the first control valve 400 may be closed and the second control valve 500 may be completely opened.

매스 컨트롤 탱크 또는 열 엔진(300)에는 비상 상황이 발생할 때 고압의 작동 유체를 소량 공급할 수 있도록 보조 이송관()이 연결될 수 있다. 보조 이송관()은 전술한 공급관(210)과 연결되어 공급 펌프(200)로부터 작동 유체의 일부를 추기해 공급받을 수 있다.The mass control tank or the heat engine 300 may be connected to an auxiliary feed pipe () so that a small amount of high-pressure working fluid can be supplied when an emergency occurs. The auxiliary transfer pipe () can be connected to the supply pipe 210 and supplied with a part of the working fluid from the supply pump 200.

전술한 구성을 갖는 본 발명의 작동 유체 공급 장치에 있어서, 공급 펌프의 운전에 대해 좀더 상세히 설명하기로 한다(각 구성의 참조 번호는 도 1을 참조하기로 함).In the working fluid supply apparatus of the present invention having the above-described configuration, the operation of the supply pump will be described in more detail (the reference numerals of the respective constructions will be referred to Fig. 1).

도 2는 작동 유체 공급 펌프의 토출량 및 온도 관계를 도시한 그래프, 도 3은 일반적인 작동 유체 공급 펌프의 운전 라인을 도시한 그래프, 도 4는 본 발명의 작동 유체 공급 펌프의 운전 라인을 도시한 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing the discharge amount and temperature relationship of the working fluid supply pump, FIG. 3 is a graph showing the operating line of a general working fluid supply pump, FIG. 4 is a graph showing the operating line of the working fluid supply pump of the present invention to be.

도 2에 도시된 바와 같이, 공급 펌프(200)로 공급되는 작동 유체의 유량이 설계값 대비 너무 적을 경우, 공급 펌프(200) 내부 마찰의 증가로 공급 펌프의 온도가 상승하게 된다(도 2의 음영 구간). 즉, 작동 유체의 유량이 너무 적으면 펌프의 고정자와 회전자가 회전하면서 발생하는 마찰열을 충분히 제거하지 못하기 때문에 펌프가 과열된다. 펌프의 과열은 작동 유체의 온도 상승을 야기하며, 작동 유체가 섭씨 31도 이상 가열되면 초임계 상태가 되어 부피가 약 50배 증가하게 된다. 갑작스러운 작동 유체의 부피 증가는 펌프에 치명적인 손상을 발생시키므로, 펌프 내의 작동 유체는 액상을 유지하도록 펌프 과열을 방지할 필요가 있다.2, when the flow rate of the working fluid supplied to the feed pump 200 is too small as compared with the design value, the temperature of the feed pump rises due to an increase in the internal friction of the feed pump 200 Shaded section). In other words, if the flow rate of the working fluid is too small, the pump will overheat because it can not sufficiently remove the frictional heat generated by rotating the stator and rotor of the pump. The pump overheat causes the working fluid to rise in temperature, and when the working fluid is heated above 31 degrees Celsius, it becomes supercritical and the volume increases about 50 times. Since the sudden increase in the volume of the working fluid causes fatal damage to the pump, the working fluid in the pump needs to prevent the pump from overheating to maintain the liquid phase.

예를 들어, 토출량이 250㎥/h로 설계된 공급 펌프에 50㎥/h 이하의 유량이 흐르는 경우, 펌프 내 온도가 급격히 상승함을 알 수 있다. 따라서 과열에 의한 문제가 발생할 수 있다.For example, when the flow rate of 50 m 3 / h or less flows into the feed pump designed to have a discharge rate of 250 m 3 / h, the temperature in the pump increases sharply. Therefore, problems due to overheating may occur.

도 3에 도시된 바와 같이, 일반적으로 작동 유체 공급 펌프의 설계값 대비 발전 시스템에서 요구되는 작동 유체의 유량이 30% 이내인 영역(도 3의 음영 구간)을 펌프 과열 운전 영역으로 정의할 수 있다. As shown in Fig. 3, it is generally possible to define a region (the shaded region in Fig. 3) in which the flow rate of the working fluid required in the power generation system is within 30% of the design value of the working fluid supply pump, as the pump overheating operation region .

펌프가 과열될 경우, 펌프의 자체 보호 로직에 의해 펌프가 급정지(trip, 트립)되고, 펌프가 급정지되면 외부 열교환기로 작동 유체가 공급되지 않아 외부 열교환기 역시 과열된다. 외부 열교환기가 과열되면 열교환 튜브가 파손되어 발전 시스템의 신뢰도(reliability)가 급락하게 된다. 발전 시스템의 신뢰도 하락은 발전 시스템의 운용에 매우 중요한 문제이므로 이를 방지할 필요가 있다. 또한, 펌프 과열이 지속적으로 일어날 경우, 펌프 역시 파손되므로 펌프를 교체해야 하는 문제가 발생한다.When the pump overheats, the pump trips or trips by the pump's own protection logic. If the pump is suddenly stopped, the working fluid is not supplied to the external heat exchanger, and the external heat exchanger is also overheated. When the external heat exchanger is overheated, the heat exchange tube is broken and the reliability of the power generation system is drastically reduced. It is necessary to prevent the reliability degradation of the power generation system because it is very important for the operation of the power generation system. In addition, if the pump overheat occurs continuously, the pump also breaks, so that the pump needs to be replaced.

따라서 펌프의 과열 및 그에 따른 파손을 방지하기 위해 도 4에 도시된 바와 같이, 펌프 과열 운전 영역에서 최소 유량 이상의 작동 유체가 안정적으로 흐르도록 제어할 필요가 있다. 이를 위해, 전술한 제1 제어 밸브(400) 및 제2 제어 밸브(500), 유량 측정기(600) 및 재순환 라인(230)을 구비하여 공급 펌프(200)로 재순환되는 작동 유체의 유량을 제어하는 것이다.Therefore, as shown in FIG. 4, it is necessary to control so that the working fluid having the minimum flow rate or more flows stably in the pump overheating operation region in order to prevent overheating of the pump and thereby damage thereof. To this end, the first control valve 400 and the second control valve 500, the flow meter 600, and the recirculation line 230 are provided to control the flow rate of the working fluid recirculated to the feed pump 200 will be.

전술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 작동 유체 공급 장치에 있어서, 공급 펌프의 과열 방지 방법을 순서에 따라 설명하기로 한다(각 구성의 참조 번호는 도 1을 참조하기로 함).In the working fluid supply device of the supercritical carbon dioxide power generation system according to an embodiment of the present invention having the above-described configuration, a method of preventing overheat of the supply pump will be described in order ).

도 5는 도 1의 작동 유체 공급 장치가 적용된 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 시동 시 운전 방법을 도시한 순서도, 도 6은 도 1의 작동 유체 공급 장치가 적용된 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 운전중 운전 방법을 도시한 순서도이다.FIG. 5 is a flowchart showing an operation method of the supercritical carbon dioxide power generation system to which the working fluid supply device of FIG. 1 is applied, and FIG. 6 is a flowchart of a method of operating the supercritical carbon dioxide power generation system of FIG. Fig.

초임계 이산화탄소 발전 시스템의 시동 시에는 메인 사이클 내로 작동 유체를 공급함과 동시에 공급 펌프(200)의 과열을 방지할 수 있도록 최소 유량 또는 그 이상의 작동 유체 유량을 공급해야 한다.At the start-up of the supercritical carbon dioxide power generation system, the working fluid must be supplied into the main cycle and at least the working fluid flow rate should be supplied to prevent the overheating of the supply pump 200.

이를 위해 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 제어 밸브(400)는 완전히 개방되고, 제2 제어 밸브(500)는 일부가 개방되도록 제어된다(제1 단계, S1). 제2 제어 밸브(500)를 일부 개방해 최소 유량으로 작동 유체가 공급 펌프(200)로 공급되도록 하여 공급 펌프(200)의 과열을 방지함과 동시에 메인 사이클로 작동 유체를 공급하도록 작동 유체 공급 장치를 운용한다(제2 단계, S2).5, the first control valve 400 is fully opened, and the second control valve 500 is partially controlled to be opened (first step, S1). The second control valve 500 is partly opened to supply the working fluid to the supplying pump 200 at a minimum flow rate to prevent overheating of the supplying pump 200 and to supply the working fluid to the main circulation (Step 2, S2).

그 후 발전 시스템의 요구 유량을 판단한다(제3 단계, S3). 발전 시스템 요구 유량이 충분히 많은 경우(실험에 의한 설정값이 정해질 수 있으며, 예를 들어 도 4의 30% 이상 구간에 해당할 수 있음), 재순환 라인(230)의 제2 제어 밸브(500)를 완전히 폐쇄하여 메인 사이클로만 작동 유체가 공급되도록 한다(4-1단계, S4-1).Then, the required flow rate of the power generation system is determined (third step, S3). 4), the second control valve 500 of the recirculation line 230 may be connected to the second control valve 500. In this case, So that the working fluid is supplied only to the main cycle (Steps 4-1 and S4-1).

반대로 발전 시스템 요구 유량이 적은 경우(실험에 의한 설정값이 정해질 수 있으며, 예를 들어 도 4의 30% 이하 구간에 해당할 수 있음), 재순환 라인으로 최소 유량의 작동 유체가 공급될 수 있도록 제2 제어 밸브(500)를 개방한다(4-2단계, S4-2). 이러한 과정에 따라 공급 펌프(200)의 안정적인 기동 제어와 과열을 방지할 수 있다(5단계, S5).On the contrary, when the required flow rate of the power generation system is small (the set value by the experiment can be determined, for example, it may correspond to 30% or less of the range shown in FIG. 4) The second control valve 500 is opened (step 4-2, step S4-2). According to this process, stable start control and overheating of the supply pump 200 can be prevented (S5, S5).

도 6에 도시된 바와 같이, 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 운전 중에는 초임계 이산화탄소 발전 시스템으로 작동 유체를 추가 공급할 필요가 없으므로, 제1 제어 밸브(400)를 완전히 폐쇄하게 된다(제1 단계, S10). 작동 유체 공급 시스템에 문제가 발생해 공급 펌프(200)에 최소 유량 보다 적은 양의 작동 유체가 순환하게 되면 공급 펌프(200)의 과열이 발생할 수 있다(제2 단계, S20).As shown in FIG. 6, since the supercritical carbon dioxide power generation system does not need to supply additional working fluid to the supercritical carbon dioxide power generation system, the first control valve 400 is completely closed (first step, S10) . If a problem occurs in the working fluid supply system and a less amount of working fluid circulates in the supply pump 200 than the minimum flow rate, overheating of the supply pump 200 may occur (second step, S20).

좀더 상세히 살펴보면, 이상적인 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 추가 작동유체의 공급 없이 계속적인 운전이 가능하다. 하지만 실제 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 터보기기에서 발생하는 작동 유체의 누설(Leakage)과 외기온도 변화에 의한 내부 작동 유체 전체 유량 변화가 있어, 일부 작동 유체가 작동 유체 공급 시스템에서 계속적으로 공급되어야 한다. 이 때 너무 적은 유량을 지속적으로 공급하게 되면 펌프가 과열된다.In more detail, the ideal supercritical carbon dioxide power generation system allows continuous operation without the need for additional working fluid. However, in actual supercritical carbon dioxide power generation systems, some working fluid must be continuously supplied in the working fluid supply system because of the leakage of the working fluid generated in the turbo apparatus and the change of the total working fluid flow rate due to changes in the outside temperature. If too little flow is continuously supplied, the pump will overheat.

또는 작동 유체의 맥동 유량이 불규칙하게 공급 펌프(200)로 지속적으로 공급될 수 있다. 이는 공급 펌프의 고장을 야기 시키며, 펌프 기동속도 때문에 즉각적인 작동 유체의 공급이 불가능하다. 이를 해소하기 위해 최소 유량을 제2 제어 밸브 (500)을 통해 지속적으로 흐르게 하면서 필요에 따라 공급펌프 파손없이 즉각적인 CO2를 공급하는 것이 바람직하다. Or the pulsating flow rate of the working fluid can be supplied irregularly to the supply pump 200 continuously. This causes the feed pump to fail, and the pump startup speed makes it impossible to immediately supply the working fluid. In order to solve this problem, it is preferable to continuously flow the minimum flow rate through the second control valve 500 and to supply immediate CO2 without damaging the feed pump as necessary.

따라서 공급 펌프(200)의 과열을 방지하기 위해 제2 제어 밸브(500)를 개방하고, 작동 유체의 유량이 최소 유량을 유지하거나 또는 그 이상의 유량이 공급 펌프(200)로 순환될 수 있도록 제2 제어 밸브(500)의 개도를 제어한다(제3 단계, S30).Accordingly, the second control valve 500 is opened to prevent the supply pump 200 from overheating, and the second control valve 500 is opened so that the flow rate of the working fluid can be maintained at the minimum flow rate, And controls the opening degree of the control valve 500 (third step, S30).

작동 유체 공급 시스템의 문제를 해결하면 제1 제어 밸브(400)를 조절하여 개방 대기 상태로 공급 펌프(200)의 구동을 준비하고(제4 단계, S40), 공급 펌프(200)의 과열이나 파손, 급정지 없이 작동 유체를 메인 사이클로 재공급할 수 있다(제5 단계, S50). When the problem of the working fluid supply system is solved, the first control valve 400 is adjusted to prepare the driving of the supply pump 200 in the open standby state (fourth step, S40) , The working fluid can be supplied again to the main cycle without a sudden stop (Step 5, S50).

이상에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 작동 유체 공급장치에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 작동 유체 공급 장치에 대해 설명하기로 한다.In the foregoing, a working fluid supply apparatus for a supercritical carbon dioxide power generation system according to an embodiment of the present invention has been described. Hereinafter, a working fluid supply apparatus according to another embodiment of the present invention will be described.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 도시한 모식도이다.7 is a schematic diagram showing a supercritical carbon dioxide power generation system according to another embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템은 작동 유체를 공급하는 터보 펌프(100’) 후단 및 시동 시 별도로 구동되는 스타트업 펌프(100)의 후단에 각각 유량 측정기(500')를 구비할 수 있다. 본 시스템은 터보 펌프(100’) 및 스타트업 펌프(100)의 안정적인 제어(과열 방지)를 목적으로 한다.7, the supercritical carbon dioxide power generation system according to another embodiment of the present invention includes a turbo pump 100 'for supplying a working fluid and a starter pump 100 for driving the starter pump 100' And a flow meter 500 '. The present system aims at stable control (overheating prevention) of the turbo pump 100 'and the start-up pump 100.

터보 펌프(100’)의 후단은 메인 사이클의 열교환기 또는 리큐퍼레이터 쪽으로 제1 공급 라인(A)이 연결되며, 제1 공급 라인(A)에서 컨덴서(400') 쪽으로 분기되는 제1 순환 라인(C)이 구비된다. 스타트업 펌프(100)의 후단은 메인 사이클의 열교환기(300') 또는 리큐퍼레이터(200') 쪽으로 제2 공급 라인(B)이 연결되며, 제2 공급 라인(B)에서 컨덴서(400') 쪽으로 분기되는 제2 순환 라인(D)이 구비된다. 또한, 제1 순환 라인(C)의 분기점 이후에 라인 개폐를 위한 제1 밸브(V1)가, 제2 순환 라인(D)의 분기점 이후에 라인 개폐를 위한 제2 밸브(V2)가 구비된다.The rear end of the turbo pump 100 'is connected to the first supply line A to the heat exchanger or recuperator of the main cycle and to the first circulation line A' branched from the first supply line A toward the condenser 400 ' (C). The rear end of the start-up pump 100 is connected to the second supply line B toward the heat exchanger 300 'or the recuperator 200' of the main cycle and the condenser 400 ' The second circulation line D is branched. A first valve V1 for opening and closing the line is provided after the branch point of the first circulation line C and a second valve V2 is provided for opening and closing the line after the branch point of the second circulation line D.

터보 펌프(100’)와 스타트업 펌프(100)의 후단인 제1 공급 라인(A) 및 제2 공급 라인(B) 상에는 각각 유량 측정기(500')가 설치된다. 또한, 제1 순환 라인(C) 및 제2 순환 라인(D) 상에는 각각 제1 제어 밸브(400) 및 제2 제어 밸브(700')가 설치된다. 제1 공급 라인(A) 및 제2 공급 라인(B)은 제1 순환 라인(C) 및 제2 순환 라인(D)이 분기되는 분기점 이후에서 합류하여 열교환기(300') 또는 리큐퍼레이터(200') 쪽으로 작동 유체를 공급한다. 제1 순환 라인(C) 및 제2 순환 라인(D)을 통해 이동하는 작동 유체는 리큐퍼레이터(200')에서 오는 작동 유체 순환 라인에 합류해 컨덴서(400')로 순환된다.A flow meter 500 'is installed on the first supply line A and the second supply line B which are the rear ends of the turbo pump 100' and the start-up pump 100, respectively. A first control valve 400 and a second control valve 700 'are provided on the first circulation line C and the second circulation line D, respectively. The first supply line A and the second supply line B merge after the branch point where the first circulation line C and the second circulation line D branch off and are connected to the heat exchanger 300 ' 200 '). The working fluid moving through the first circulation line C and the second circulation line D joins the working fluid circulating line coming from the recuperator 200 'and circulated to the capacitor 400'.

본 실시 예에서 유량 측정기(500')는 도 1의 실시 예와 동일하며, 제1 제어 밸브(600') 및 제2 제어 밸브(700')는 도 1의 실시 예에 따른 제1 제어 밸브(400)와 마찬가지로 유량 제어 밸브(flow control valve)로 구비될 수 있다(동일한 구성이므로 상세 설명을 생략함).In this embodiment, the flow meter 500 'is the same as the embodiment of FIG. 1, and the first control valve 600' and the second control valve 700 'are the same as the first control valve The flow control valve can be provided as a flow control valve (the same configuration is not described in detail).

전술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 작동 유체 공급 장치에 있어서, 공급 펌프의 과열 방지 방법을 순서에 따라 설명하기로 한다(각 구성의 참조 번호는 도 7을 참조하기로 함).In the working fluid supply device of the supercritical carbon dioxide power generation system according to an embodiment of the present invention having the above-described configuration, a method of preventing overheating of the supply pump will be described in order ).

도 8은 도 7의 작동 유체 공급 장치가 적용된 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 시동 시 운전 방법을 도시한 순서도, 도 9는 도 7의 작동 유체 공급 장치가 적용된 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 운전중 운전 방법을 도시한 순서도이다.FIG. 8 is a flowchart showing an operation method of the supercritical carbon dioxide power generation system to which the working fluid supply device of FIG. 7 is applied, and FIG. 9 is a flowchart of the operation method of the supercritical carbon dioxide power generation system to which the working fluid supply device of FIG. Fig.

초임계 이산화탄소 발전 시스템의 시동 시에는 메인 사이클 내로 작동 유체를 공급함과 동시에 스타트업 펌프(100) 및 터보 펌프(100’)의 과열을 방지할 수 있도록 최소 유량 또는 그 이상의 작동 유체 유량을 공급해야 한다.At the start-up of the supercritical carbon dioxide power generation system, a minimum flow rate or more of the operating fluid flow rate must be supplied to supply the working fluid into the main cycle and to prevent overheating of the start-up pump 100 and the turbo pump 100 ' .

이를 위해 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 밸브(V2)는 완전히 닫고, 제1 제어 밸브(600') 및 제2 제어 밸브(700')는 일부를 개방한다(제1 단계, S1'). 제1 제어 밸브(600') 및 제2 제어 밸브(700')를 일부 개방해 최소 유량의 작동 유체가 제1 순환 라인(C) 및 제2 순환 라인(D)으로 공급된다(제2 단계, S2'). 이 작동 유체는 컨덴서를 거쳐 스타트업 펌프(100) 및 터보 펌프(100’)로 순환되므로 스타트업 펌프(100) 및 터보 펌프(100’)의 과열을 방지할 수 있다. 동시에 메인 사이클 내로 작동 유체를 공급하는 제1 밸브(V1)는 폐쇄되지 않으므로 메인 사이클로 작동 유체를 공급할 수 있다.8, the second valve V2 is completely closed, and the first control valve 600 'and the second control valve 700' are partially opened (first step, S1 '). . The first control valve 600 'and the second control valve 700' are partially opened to supply the minimum flow rate of working fluid to the first circulation line C and the second circulation line D (second step, S2 '). This working fluid is circulated through the condenser to the start-up pump 100 and the turbo pump 100 ', thereby preventing overheating of the start-up pump 100 and the turbo pump 100'. At the same time, since the first valve (V1) for supplying the working fluid into the main cycle is not closed, the working fluid can be supplied to the main cycle.

그 후 발전 시스템의 요구 유량을 판단한다(제3 단계, S3'). 발전 시스템의 요구 유량이 충분히 많은 경우(실험에 의한 설정값이 정해질 수 있으며, 예를 들어 도 4의 30% 이상 구간에 해당할 수 있음), 제1 순환 라인(C) 및 제2 순환 라인(D)의 제1 제어 밸브(600') 및 제2 제어 밸브(700')를 완전히 폐쇄하여 메인 사이클로만 작동 유체가 공급되도록 한다(4-1단계, S4-1').Then, the required flow rate of the power generation system is determined (third step, S3 '). When the required flow rate of the power generation system is sufficiently large (the set value by the experiment can be determined, for example, it may correspond to 30% or more of the intervals in FIG. 4), the first circulation line C and the second circulation line The first control valve 600 'and the second control valve 700' of the control valve D are completely closed to allow the working fluid to be supplied only to the main cycle (steps 4-1 and S4-1 ').

반대로 발전 시스템 요구 유량이 적은 경우(실험에 의한 설정값이 정해질 수 있으며, 예를 들어 도 4의 30% 이하 구간에 해당할 수 있음), 제1 순환 라인(C) 및 제2 순환 라인(D)으로 최소 유량의 작동 유체가 공급될 수 있도록 제1 제어 밸브(600') 및 제2 제어 밸브(700')를 개방한다(4-2단계, S4-2'). 이러한 과정에 따라 터보 펌프(100’)의 안정적인 기동 제어와 과열을 방지할 수 있다(5단계, S5').Conversely, when the required flow rate of the power generation system is small (the set value by the experiment can be determined, for example, it may correspond to a period of 30% or less of FIG. 4), the first circulation line C and the second circulation line The first control valve 600 'and the second control valve 700' are opened (Steps 4-2 and S4-2 ') so that a minimum flow rate of the working fluid can be supplied to the first control valve 600'. According to this process, stable start control and overheating of the turbo pump 100 'can be prevented (step S5, S5').

도 9에 도시된 바와 같이, 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 운전 중에는 초임계 이산화탄소 발전 시스템으로 작동 유체를 추가 공급할 필요가 없으므로, 제2 밸브(V2)를 완전히 폐쇄하게 된다(제1 단계, S10'). 스타트업 펌프(100)의 운전 중 발전 시스템에 문제가 발생해 스타트업 펌프(100)에 최소 유량 보다 적은 양의 작동 유체가 순환하게 되면 스타트업 펌프(100)의 과열이 발생할 수 있다(제2 단계, S20').As shown in FIG. 9, during operation of the supercritical carbon dioxide power generation system, there is no need to additionally supply the working fluid to the supercritical carbon dioxide power generation system, so that the second valve V2 is completely closed (first step, S10 '). . If a problem occurs in the power generation system during operation of the start-up pump 100 and a smaller amount of working fluid than the minimum flow rate is circulated to the start-up pump 100, overheating of the start-up pump 100 may occur Step S20 ').

이 경우 스타트업 펌프(100)의 과열을 방지하기 위해 제2 제어 밸브(700')를 개방하고, 작동 유체의 유량이 최소 유량을 유지하거나 또는 그 이상의 유량이 스타트업 펌프(100)로 순환될 수 있도록 제2 제어 밸브(700')의 개도를 제어한다(제3 단계, S30').In this case, in order to prevent the start-up pump 100 from overheating, the second control valve 700 'is opened, and the flow rate of the working fluid is maintained at the minimum flow rate or the flow rate of the working fluid is circulated to the start-up pump 100 (Third step, S30 ') so that the second control valve 700' is opened.

발전 시스템의 문제를 해결하면 제2 밸브(V2)를 조절하여 스타트업 펌프(100)의 구동을 준비하고(제4 단계, S40'), 스타트업 펌프(100)의 과열이나 파손, 급정지 없이 작동 유체를 메인 사이클로 재공급할 수 있다(제5 단계, S50').When the problem of the power generation system is solved, the start-up pump 100 is prepared to be driven (step 4, step S40 ') by adjusting the second valve V2 so that the start-up pump 100 is overheated or damaged, The fluid can be supplied again to the main cycle (step 5, S50 ').

스타트업 펌프(100)는 기동 시와 셧다운(shut-down) 시에만 필요하나, 스타트업 펌프(100)에서 메인 사이클의 펌프로 작동 유체 공급 펌프가 전환되면서 스타트업 펌프(100)에 흐르는 유량이 불규칙해지거나 최소 유량 이하로 특정 시간 이상 운전되는 경우가 발생한다. 이 경우 스타트업 펌프(100)의 과열, 파손, 급정지 등의 문제가 발생할 수 있다. 특히, Daily start-up / daily shut-down 을 요구하는 복합화력 발전소의 경우, 매일 1 ~ 2회 이상 스타트업 펌프(100)가 작동하게 되는데, 스타트업 펌프(100)의 구동을 준비하지 않으면 설계 수명을 버티지 못하고 파손될 수 있다. 따라서 전술한 바와 같은 제4단계 및 제5 단계의 대비가 필요하다. The start-up pump 100 is required only at start-up and shut-down, but the flow rate of the start-up pump 100 to the start- Irregularities may occur or the operation may be continued for a certain time or less with a minimum flow rate. In this case, problems such as overheating, breakage, and sudden stop of the start-up pump 100 may occur. In particular, in the case of a combined-cycle power plant requiring a daily start-up / daily shut-down, the start-up pump 100 operates one to two times each day. If the start-up pump 100 is not prepared for driving, It can not survive and can be destroyed. Therefore, the contrast between the fourth and fifth steps as described above is required.

한편, 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법을 LNG 냉열을 이용한 시스템으로 운용할 수 있다.Meanwhile, supercritical carbon dioxide power generation system and its operation method can be operated as a system using LNG cold heat.

도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 초임계 이산화탄소 발전 시스템의 일 예를 도시한 모식도이다.10 is a schematic diagram showing an example of a supercritical carbon dioxide power generation system according to another embodiment of the present invention.

도 10에 도시된 바와 같이, 작동 유체 저장 및 공급을 위한 작동 유체 공급 시스템(a)으로부터 작동 유체를 공급받는 초임계 이산화탄소 발전 시스템(b)과 LNG 터미널(c)을 연계하도록 발전 시스템을 구성할 수 있다.As shown in Fig. 10, the power generation system is constructed so as to connect the LNG terminal c with the supercritical carbon dioxide power generation system (b) supplied with the working fluid from the working fluid supply system (a) for storing and supplying the working fluid .

이 경우 작동 유체 공급 시스템()의 저장 탱크(100)로부터 작동 유체가 초임계 이산화탄소 발전 시스템()의 컨덴서(400') 쪽으로 공급되며, 나머지 시스템 구성은 도 1 및 도 7의 실시 예와 동일하다.In this case, the working fluid is supplied from the storage tank 100 of the working fluid supply system () to the condenser 400 'of the supercritical carbon dioxide power generation system (), and the remaining system configuration is the same as the embodiment of FIGS. 1 and 7 .

컨덴서(400')는 공냉식 또는 수냉식으로 작동 유체와 열교환할 수 있는데, 본 실시 예에서는 LNG의 냉열을 이용해 컨덴서(400')에서 열교환을 하도록 시스템을 구성한다.The condenser 400 'can perform heat exchange with the working fluid by air-cooling or water-cooling. In this embodiment, the system is configured to perform heat exchange in the condenser 400' using the LNG cold.

LNG 터미널(c)은 LNG 시스템의 일부 구성으로, 영하 165도 내지 영하 150도(이하에서 기술되는 온도는 모두 섭씨 기준임)의 온도를 갖는 LNG(액화천연가스)를 저장하는 스토리지 탱크(10)와, LNG와 열교환해 기체상의 NG(천연가스, 영하 50도 내지 영상 10도 범위)로 만들어 LNG 시스템으로 공급하는 LNG 열교환기(30)를 구비한다. LNG 터미널(c)은 LNG를 영하 50도 내지 영상 10도 범위의 기체상으로 상변화 시키므로, 냉열 운전 조건이라고 정의할 수 있다.The LNG terminal (c) is a part of the LNG system and has a storage tank 10 for storing LNG (liquefied natural gas) having a temperature of minus 165 degrees to minus 150 degrees (the temperatures described below are all degrees Celsius) And an LNG heat exchanger 30 for supplying heat to the LNG system in the form of NG (natural gas, in the range of -50 to -10 degrees Celsius) by heat exchange with the LNG. The LNG terminal (c) can be defined as a cold / hot operating condition since the LNG is phase-changed into a gas phase in the range of -50 degrees to -10 degrees.

LNG 열교환기(30)는 영하 162도 내지 영상 30도 범위의 작동 온도를 갖는 부동액을 매개로 하여 LNG를 NG로 상변화시키는데, 이 부동액을 초임계 이산화탄소 발전 시스템()의 컨덴서()를 위한 냉매로 활용할 수 있다.The LNG heat exchanger 30 phase-changes the LNG to NG via an antifreeze having an operating temperature in the range of minus 162 degrees to 30 degrees. This antifreeze is supplied to the refrigerant for the condenser () of the supercritical carbon dioxide power generation system .

LNG 냉열 운전 조건에서 초임계 이산화탄소 발전 시스템()의 컨덴서()는 영하 40도로 운전되며, 그에 따라 터보 펌프()와 스타트업 펌프()는 액체 상태로 운전될 수 있다. 또한, 도 1 및 도 7을 참조하여 설명한 작동 유체 공급 시스템과 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 적용하였으므로 공급 펌프()와 터보 펌프(), 스타트업 펌프()가 최소 유량 이하로 운전되지 않도록 제어되므로 과열되지 않고 원활한 작동 상태를 유지할 수 있다.Under the LNG cooling and operating conditions, the condenser () of the supercritical carbon dioxide power generation system is operated at minus 40 degrees, so that the turbo pump () and the start-up pump () can be operated in a liquid state. Since the operating fluid supply system and the supercritical carbon dioxide power generation system described with reference to Figs. 1 and 7 are applied, the supply pump, the turbo pump, and the start-up pump are controlled so as not to operate at the minimum flow rate, So that a smooth operation state can be maintained.

본 발명의 펌프 제어 기작이 없다면 각 펌프가 최소 유량 이하로 운전될 수 있어 과열 위험이 있고, 펌프 작동 온도가 섭씨 31도 이상으로 올라갈 수 있다. 이 경우, 작동 유체가 초임계 상태가 되어 부피가 약 50배 증가하므로 펌프에 치명적인 손상을 발생시키게 된다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 도 10의 시스템 구성을 제공하는 것이다.Without the pump control mechanism of the present invention, each pump can be operated below the minimum flow rate, there is a risk of overheating, and the pump operating temperature can rise to more than 31 degrees Celsius. In this case, the working fluid becomes a supercritical state and the volume increases by about 50 times, which causes fatal damage to the pump. Therefore, in order to solve such a problem, the system configuration of FIG. 10 is provided.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.One embodiment of the present invention described above and shown in the drawings should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention. The scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can improve and modify the technical spirit of the present invention in various forms. Accordingly, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents.

100: 저장 탱크 200: 공급 펌프
210: 공급관 230: 재순환 라인
300: 매스 컨트롤 탱크 또는 열 엔진
400: 제1 제어 밸브 500: 제2 제어 밸브
600: 유량 측정기
100: Storage tank 200: Feed pump
210: feed pipe 230: recirculation line
300: Mass control tank or heat engine
400: first control valve 500: second control valve
600: Flow Meter

Claims (20)

초임계 이산화탄소 발전 시스템의 메인 사이클 내 펌프 유입단으로 상기 작동 유체를 공급하는 공급 펌프와,
상기 공급 펌프에서 상기 메인 사이클의 펌프 유입단과 연결되어 상기 작동 유체가 흐르는 공급관과,
상기 공급관에서 분기되어 상기 공급 펌프로 재순환되는 재순환 라인을 포함하며,
상기 공급관으로부터 미리 설정된 최소 유량의 상기 작동 유체가 추기되어 상기 재순환 라인을 통해 상기 공급 펌프로 재순환되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법.
A supply pump for supplying the working fluid to the pump inlet end in the main cycle of the supercritical carbon dioxide power generation system,
A supply pipe connected to the pump inlet end of the main cycle in the supply pump and through which the working fluid flows,
And a recirculation line branched from the supply pipe and recirculated to the supply pump,
Wherein the predetermined minimum flow amount of the working fluid is added from the supply pipe and recirculated to the supply pump through the recirculation line.
제1항에 있어서,
작동 유체를 저장하는 저장 탱크를 더 포함하고,
상기 재순환 라인은 상기 공급관에서 분기되어 상기 저장 탱크로 연결되며, 상기 최소 유량의 작동 유체는 상기 저장 탱크를 거쳐 상기 공급 펌프로 재순환되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법.
The method according to claim 1,
Further comprising a storage tank for storing a working fluid,
Wherein the recirculation line is branched from the supply pipe and connected to the storage tank, and the minimum flow rate of the working fluid is recirculated to the supply pump through the storage tank, and a method of operating the same.
제2항에 있어서,
상기 공급관에 설치되어 상기 메인 사이클로 공급되는 상기 작동 유체의 유량을 제어하는 제1 제어 밸브와, 상기 재순환 라인 상에 설치되어 상기 공급관으로부터 상기 저장 탱크로 공급하는 상기 작동 유체의 유량을 제어하는 제2 제어 밸브를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법.
3. The method of claim 2,
A first control valve installed in the supply pipe to control a flow rate of the working fluid supplied to the main cycle and a second control valve provided on the recirculation line for controlling a flow rate of the working fluid supplied from the supply pipe to the storage tank, A supercritical carbon dioxide power generation system, and a method of operating the same.
제3항에 있어서,
상기 공급 펌프의 배출단에 설치되어 상기 작동 유체의 유량을 측정하는 유량 측정기를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법.
The method of claim 3,
Further comprising a flow meter installed at a discharge end of the supply pump for measuring a flow rate of the working fluid, and a method of operating the supercritical carbon dioxide power generation system.
제4항에 있어서,
상기 재순환 라인은 상기 유량 측정기와 상기 제1 제어 밸브의 사이에서 분기되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the recirculation line is branched between the flow meter and the first control valve, and a method of operating the same.
제5항에 있어서,
상기 제1 제어 밸브는 전후단 압력 차를 일정하게 조절하는 압력 제어 밸브인 PCV(Pressure control valve) 또는 작동 유체의 유량 레벨을 제어하는 레벨 제어 밸브인 LCV(Level control valve)이고, 상기 제2 제어 밸브는 상기 작동 유체의 유량을 조절하는 유량 제어 밸브인 FCV(Flow control valve)로 구비되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the first control valve is a pressure control valve (PCV), which is a pressure control valve for regulating the pressure difference between the front and rear ends, or a level control valve, which is a level control valve for controlling a flow rate level of the working fluid, Wherein the valve is provided with a flow control valve (FCV), which is a flow control valve for controlling the flow rate of the working fluid, and a method of operating the same.
제6항에 있어서,
상기 메인 사이클의 시동 시에는 상기 제1 제어 밸브를 폐쇄하고 상기 제2 제어 밸브를 일부 개방하여 상기 최소 유량의 상기 작동 유체가 상기 공급 펌프로 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the first control valve is closed and the second control valve is partially opened to allow the working fluid to be supplied to the supply pump at the minimum flow rate at the start of the main cycle and the supercritical carbon dioxide generation system Operating method.
제7항에 있어서,
상기 공급 펌프로 상기 최소 유량의 상기 작동 유체를 공급한 후 상기 메인 사이클에서 요구되는 상기 작동 유체의 요구 유량을 판단해 상기 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브의 개도를 제어하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법.
8. The method of claim 7,
And controls the opening degree of the first control valve and the second control valve by determining the required flow rate of the working fluid required in the main cycle after supplying the working fluid with the minimum flow rate to the supply pump. Critical carbon dioxide power generation system and method of operation thereof.
제8항에 있어서,
상기 메인 사이클에서 요구되는 상기 작동 유체의 요구 유량이 설정값 이상이면 상기 제2 제어 밸브를 폐쇄하고 상기 제1 제어 밸브를 개방하며, 상기 요구 유량이 설정값 이하이면 상기 제1 제어 밸브를 개방하고 상기 제2 제어 밸브를 일부 개방하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법.
9. The method of claim 8,
When the required flow rate of the working fluid required in the main cycle is equal to or greater than a set value, the second control valve is closed and the first control valve is opened, and if the required flow rate is less than the set value, And the second control valve is partially opened, and a method of operating the same.
제6항에 있어서,
상기 메인 사이클의 운전 중에는 상기 제1 제어 밸브를 폐쇄하고, 상기 공급 펌프의 과열이 발생하면 상기 제2 제어 밸브를 개방해 최소 유량의 상기 작동 유체가 상기 공급 펌프로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the first control valve is closed during operation of the main cycle and the second control valve is opened when overheating of the supply pump occurs so that the minimum flow amount of the working fluid is supplied to the supply pump Supercritical carbon dioxide power generation system and method of operation thereof.
초임계 이산화탄소 발전 시스템의 메인 사이클 내 열교환기 또는 리큐퍼레이터 쪽으로 상기 작동 유체를 공급하는 공급 펌프와,
상기 공급 펌프에서 열교환기 또는 리큐퍼레이터 쪽으로 연결되어 상기 작동 유체가 흐르는 제1 공급 라인과,
상기 메인 사이클의 시동 시 상기 작동 유체를 상기 열교환기 또는 리큐퍼레이터 쪽으로 공급하는 스타트업 펌프와,
상기 스타트업 펌프에서 상기 열교환기 또는 리큐퍼레이터 쪽으로 연결되어 상기 작동 유체가 흐르는 제2 공급 라인과,
상기 제1 공급 라인 및 상기 제2 공급 라인으로부터 각각 분기되어 상기 스타트업 펌프 및 상기 공급 펌프로 재순환되는 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인을 포함하며,
상기 제1 공급 라인 및 상기 제2 공급 라인으로부터 미리 설정된 최소 유량의 상기 작동 유체가 추기되어 상기 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인을 통해 상기 스타트업 펌프 및 상기 공급 펌프로 재순환되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법.
A supply pump for supplying the working fluid to the heat exchanger or the recuperator in the main cycle of the supercritical carbon dioxide power generation system,
A first supply line connected to the heat exchanger or the recuperator from the supply pump to flow the working fluid,
A start-up pump for supplying the working fluid to the heat exchanger or the recuperator when the main cycle is started,
A second supply line connected to the heat exchanger or the recuperator from the start-up pump to flow the working fluid,
A first circulation line and a second circulation line branched from the first supply line and the second supply line and recirculated to the start-up pump and the supply pump, respectively,
Wherein a predetermined minimum flow rate of the working fluid from the first supply line and the second supply line is added and recirculated to the start-up pump and the supply pump through the first circulation line and the second circulation line Supercritical carbon dioxide power generation system and method of operation thereof.
제11항에 있어서,
상기 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인은 상기 작동 유체를 냉각하는 컨덴서 쪽으로 연결되어 상기 최소 유량의 상기 작동 유체가 상기 컨덴서를 거쳐 상기 공급 펌프로 재순환되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the first circulation line and the second circulation line are connected to a condenser for cooling the working fluid so that the minimum flow rate of the working fluid is recirculated to the feed pump through the condenser and the supercritical carbon dioxide generating system Operating method.
제12항에 있어서,
상기 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인에 각각 설치되어 상기 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인으로 분기되는 상기 작동 유체의 유량을 제어하는 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법.
13. The method of claim 12,
Further comprising a first control valve and a second control valve respectively installed in the first circulation line and the second circulation line for controlling the flow rate of the working fluid branched to the first circulation line and the second circulation line, Carbon dioxide power generation system and its driving method.
제13항에 있어서,
상기 제1 공급 라인 및 제2 공급 라인 각각에 설치되되 상기 제1 순환 라인 및 제2 순환 라인이 분기되는 분기점 이후에 설치되어 상기 제1 공급 라인 및 제2 공급 라인의 상기 작동 유체의 유량을 제어하는 제1 밸브 및 제2 밸브를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법.
14. The method of claim 13,
The first circulation line and the second circulation line being installed after the branch point at which the first circulation line and the second circulation line are branched to control the flow rate of the working fluid in the first supply line and the second supply line, Further comprising a first valve and a second valve for performing the operation of the supercritical carbon dioxide generation system.
제14항에 있어서,
상기 공급 펌프 및 스타트업 펌프의 배출단에 설치되어 상기 작동 유체의 유량을 측정하는 유량 측정기를 더 포함하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법.
15. The method of claim 14,
Further comprising a flow meter installed at a discharge end of the feed pump and the start-up pump to measure a flow rate of the working fluid, and a method of operating the supercritical carbon dioxide power generation system.
제15항에 있어서,
상기 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브는 상기 작동 유체의 유량을 조절하는 유량 제어 밸브인 FCV(Flow control valve)로 구비되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법.
16. The method of claim 15,
Wherein the first control valve and the second control valve are provided as a flow control valve (FCV), which is a flow control valve for controlling the flow rate of the working fluid, and a method of operating the supercritical carbon dioxide generating system.
제16항에 있어서,
상기 메인 사이클의 시동 시에는 상기 제2 밸브를 폐쇄하고 상기 제1 제어 밸브 및 상기 제2 제어 밸브를 일부 개방하여 상기 최소 유량의 상기 작동 유체가 상기 스타트업 펌프 및 공급 펌프로 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법.
17. The method of claim 16,
The second valve is closed and the first control valve and the second control valve are partially opened to supply the working fluid of the minimum flow rate to the start-up pump and the supply pump at the start of the main cycle And a method of operating the same.
제17항에 있어서,
상기 스타트업 펌프 및 공급 펌프로 상기 최소 유량의 상기 작동 유체를 공급한 후 상기 메인 사이클에서 요구되는 상기 작동 유체의 요구 유량을 판단해 상기 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브의 개도를 제어하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법.
18. The method of claim 17,
And controlling the opening degree of the first control valve and the second control valve by determining the required flow rate of the working fluid required in the main cycle after supplying the working fluid with the minimum flow rate to the start-up pump and the supply pump Characterized by a supercritical carbon dioxide power generation system and its operating method.
제18항에 있어서,
상기 메인 사이클에서 요구되는 상기 작동 유체의 요구 유량이 설정값 이상이면 상기 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브를 폐쇄하고 상기 제1 밸브를 개방하며, 상기 요구 유량이 설정값 이하이면 상기 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브를 일부 개방하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법.
19. The method of claim 18,
When the required flow rate of the working fluid required in the main cycle is equal to or greater than a set value, the first control valve and the second control valve are closed and the first valve is opened, Wherein the valve and the second control valve are partly opened, and a method of operating the same.
제16항에 있어서,
상기 메인 사이클의 운전 중에는 상기 제2 밸브를 폐쇄하고, 상기 스타트업 펌프의 과열이 발생하면 상기 제2 제어 밸브를 개방해 최소 유량의 상기 작동 유체가 상기 스타트업 펌프로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소 발전 시스템 및 그것의 운전 방법.
17. The method of claim 16,
The second valve is closed while the main cycle is in operation and the second control valve is opened when the start-up pump is overheated, so that the minimum flow amount of the working fluid is supplied to the start-up pump Supercritical carbon dioxide power generation system and its operation method.
KR1020170171299A 2017-12-13 2017-12-13 Supercritical CO2 generating system and method for operating thereof KR102021900B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170171299A KR102021900B1 (en) 2017-12-13 2017-12-13 Supercritical CO2 generating system and method for operating thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170171299A KR102021900B1 (en) 2017-12-13 2017-12-13 Supercritical CO2 generating system and method for operating thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190070610A true KR20190070610A (en) 2019-06-21
KR102021900B1 KR102021900B1 (en) 2019-09-17

Family

ID=67056518

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170171299A KR102021900B1 (en) 2017-12-13 2017-12-13 Supercritical CO2 generating system and method for operating thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102021900B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63162906A (en) * 1986-12-26 1988-07-06 Hitachi Ltd Steam turbine plant
JPH09257209A (en) * 1996-03-22 1997-09-30 Toshiba Corp Control device of combined cycle power generation cycle
US8281593B2 (en) 2009-09-17 2012-10-09 Echogen Power Systems, Inc. Heat engine and heat to electricity systems and methods with working fluid fill system
WO2014165144A1 (en) * 2013-03-13 2014-10-09 Echogen Power Systems, L.L.C. Control system for a heat engine system utilizing supercritical working fluid

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63162906A (en) * 1986-12-26 1988-07-06 Hitachi Ltd Steam turbine plant
JPH09257209A (en) * 1996-03-22 1997-09-30 Toshiba Corp Control device of combined cycle power generation cycle
US8281593B2 (en) 2009-09-17 2012-10-09 Echogen Power Systems, Inc. Heat engine and heat to electricity systems and methods with working fluid fill system
WO2014165144A1 (en) * 2013-03-13 2014-10-09 Echogen Power Systems, L.L.C. Control system for a heat engine system utilizing supercritical working fluid

Also Published As

Publication number Publication date
KR102021900B1 (en) 2019-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104204467B (en) Gas turbine with scalable cooling air system
US8966901B2 (en) Heat engine and heat to electricity systems and methods for working fluid fill system
DK2944812T3 (en) Thermal energy recovery device and control method.
CN105841408B (en) Closed-type circulating cooling water energy-saving driving system and method
CN109281719B (en) Hybrid power generation system
JP6603948B2 (en) Working fluid supply control device
KR101628611B1 (en) Supercritical CO2 generation system using multistage compressing and expanding of working fluid
KR20190057918A (en) Working fluid Power generation plant and Controlling method thereof
KR20190070610A (en) Supercritical CO2 generating system and method for operating thereof
JP6582316B2 (en) Sealing gas supply device
JP4294508B2 (en) Cooling device operation method
KR101628619B1 (en) generation system having temperature control device for heat exchanger
US11927116B2 (en) Methods and systems for starting and stopping a closed-cycle turbomachine
KR102485204B1 (en) Turbine power generation system
CN105041394A (en) Power generation system and running method thereof
JP2007127301A (en) Protection method of cogeneration system
JP6341611B2 (en) Cooling system, cogeneration facility
JP2010223105A (en) Steam turbine system and method and program for controlling the same
CN218644350U (en) ORC power generation system working medium pump automatic protection control system
KR101868271B1 (en) Device and method for suppling of working fuid
CN220624014U (en) Starting system for ultra-supercritical boiler and ultra-supercritical boiler
AU2008202733A1 (en) Method and apparatus for cooling a steam turbine
Radin et al. Effectiveness of large power reduction for a combined-cycle power plant with several gas turbines and one steam turbine and some of the shutdown equipment used as hot reserve
JP2522477B2 (en) Boiler feed pump shaft seal water control system
JPH11122871A (en) Cooling water system for power generating plant

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant