KR20230029844A - 동력 생산 플랜트 내의 체적 유량들의 제어를 위한 시스템들 및 방법들 - Google Patents

동력 생산 플랜트 내의 체적 유량들의 제어를 위한 시스템들 및 방법들 Download PDF

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KR20230029844A
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제레미 에론 페트베트
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8 리버스 캐피탈, 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 연소기 내로, 특히 동력 생산 방법에서 활용되는 연소기 내로의 스트림들의 체적 유량들을 제어하기 위한 방법들을 제공한다. 컨트롤러는 다양한 입력들을 수신하고, 계산들을 수행하며, 상기 연소기로 들어가는 스트림들 중에서 하나 또는 그 이상의 하나 또는 그 이상의 파라미터들을 조정하는 하나 또는 그 이상의 신호들을 출력하도록 이용될 수 있다. 이러한 조정들은 상기 연소기 및 상기 연소기로부터 바로 다운스트림인 터빈 사이의 상기 체적 유량의 직접적인 측정 없이 상기 연소기 및 상기 연소기로부터 바로 다운스트림인 상기 터빈 사이의 체적 유량을 효과적으로 정규화시킬 수 있다.

Description

동력 생산 플랜트 내의 체적 유량들의 제어를 위한 시스템들 및 방법들
본 발명은 동력 생산 플랜트의 동작을 제어하기 위한 시스템들과 방법들에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 상기 시스템들과 방법들은 동력 생산 플랜트 내의 하나 또는 그 이상의 스트림들의 체적 유량(들)을 제어하는 데 유용할 수 있다.
전력 생산에 대한 요구가 증가함에 따라, 이러한 요구들을 충족시키기 위한 동력 생산 플랜트들에 대한 지속적인 필요성이 존재한다. 시장의 요구 사항들로 인하여, 가장 큰 가능한 효율로 구현되는 이와 같은 동력 생산이 바람직하지만, 탄소 포집에 대해 증가하고 있는 요구 사항들이 기술적인 진보를 요구하고 있다. 예를 들면, 그 개시 사항들이 여기에 참조로 포함되는 Allam 등에게 허여된 미국 특허 제8,596,075호에는 재순환 CO2 스트림을 활용하는 산소-연료 연소 시스템들에서 바람직할 효율들이 제공되어 있으며, 여기서 CO2는 높은 압력에서 상대적으로 순수한 스트림으로 포집된다. 비록 재순환 CO2 스트림을 포함하는 시스템들과 방법들이 알려져 있지만, 전체적인 시스템 내의 다양한 흐름들의 정밀한 제어를 제공하는 것은 여전히 어려울 수 있다. 특히, 이러한 시스템들의 동력 출력의 변화들은 상기 시스템을 통한 체적 흐름들에서 상당한 변화들을 가져올 수 있으며, 알려진 시스템들에서 이러한 흐름 변화들을 처리하는 것이 어려울 수 있다. 이에 따라, 동력 출력의 변화들이 동력 생산 플랜트를 통한 체적 흐름들의 상당한 변화들이 없이 수행될 수 있도록 상기 동력 생산 플랜트의 동작을 위한 다른 수단들에 대한 요구가 해당 기술 분야에 존재한다.
본 발명은 동력 생산 플랜트의 동작을 제어하기 위한 시스템들과 방법들을 제공한다.
본 발명은 동력 생산을 위한 시스템들과 방법들에 관한 것이다. 상기 시스템들과 방법들은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 연소기 내로의 연료 스트림 및 산화제 스트림 중에서 하나 또는 모두의 체적 유량(volumetric flow rate)을 제어하는 것을 포함하여 동력 생산의 하나 또는 그 이상의 측면들에 대해 개선된 제어를 효과적으로 구현할 수 있다. 이러한 제어는 연소기 및 터빈 사이를 통과하는 연소기 배출 스트림의 체적 유량을 효과적으로 정규화시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 제공되는 제어들은 하나 또는 그 이상의 노즐들 및/또는 투입 홀들을 통과하는 상기 연료 및/또는 산화제의 속도를 효과적으로 제어할 수 있으며, 이에 따라 연소 프로세스가 보다 큰 운영 영역(operational envelope)으로 일어나게 할 수 있다. 더욱이, 이는 높고 낮은 범위의 투입 포트들과 같은 다른 방법들에 대한 필요성이 없이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 하나 또는 그 이상의 제어 기능들은 상기 동력 생산 플랜트 내의 하나 또는 그 이상의 스트림들의 화학 조성, 특히 연소기로 들어가는 연료 스트림 및 산화제 스트림 중에서 하나 또는 모두의 화학 조성을 효과적으로 변경시킬 수 있다. 이와 같이 함으로써, 본 발명에 따르면 연소실 내로의 상기 체적 유량들의 제어가 가능하며(예를 들어, 투입 구성 요소들을 통한 연료 및/또는 산화제 유속의 개선된 제어를 통하여), 이에 따라 상기 연소기를 나가는 연소기 배출 스트림의 체적 유량을 제어할 수 있다. 이러한 파라미터들은 통상적으로 동력 생산 플랜트 내에서 측정하기에 상당히 어렵지만, 본 발명은 상기 체적 유량의 대체를 이용한다. 예를 들면, 상기 동력 생산 플랜트의 하나 또는 그 이상의 요소들에 걸친 압력차가 활용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 연소기로 들어가는 연료 노즐 및 상기 연소기 배출 스트림 사이의 압력차가 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 연소기로 들어가는 산화제 노즐 및 상기 연소기 배출 스트림 사이의 압력차가 이용될 수 있다. 측정된 값들은 하나 또는 그 이상의 기능들에 투입될 수 있으며, 이에 따라 컴퓨터 계산들이 연료 스트림 및/또는 산화제 스트림에 대해 투입될 수 있는 희석제(예를 들어, CO2)의 양을 증가시키거나 감소시키도록 이용될 수 있으므로, 스트림 화학 조성을 변경시킬 수 있다. 이와 같이, 상기 스트림 체적 유량은 실질적으로 일정하게 남을 수 있지만, 예를 들면, 상기 연료 스트림 내의 연료 또는 상기 산화제 스트림 내의 산화제(예를 들어, 산소)의 상대적인 농도는 변동될 수 있다. 파라미터가 10%를 넘지 않거나, 5%를 넘지 않거나, 2%를 넘지 않거나, 1%를 넘지 않거나, 0.5%를 넘지 않거나, 이들 중에서 선택될 수 있는 임의의 것으로 시간에 걸쳐 변화될 때에 상기 파라미터는 "실질적으로 일정한" 것으로 여겨질 수 있다.
본 발명에서 개시되는 시스템들과 방법들은 해당 기술 분야, 예를 들면, 상기 연소기로 들어가는 상기 산화제 화학 조성에 대해 효과적인 제어를 제공하는 것이 어렵거나 불가능할 수 있는 통상적인 가스 터빈에서의 통상적인 교시에 위배되지 않는다. 또한, 통상적인 가스 터빈들에서, 연소 노즐들은 허용되지 않을 수 있는 동작 동안에 좁은 범위로부터 이탈되지 않는 웨버 지수(Wobbe index) 값들의 좁은 범위로 설계된다. 본 발명은 상기 연소기로 들어가는 상기 연료 스트림의 웨버 값을 변화시켜 상기 시스템의 개개의 구성 요소에 대해 허용될 수 있는 웨버 지수 값들에 대한 구조적인 제한과 연관된 난제들을 극복할 수 있다. 이는 결국 연소 프로세스의 다른 측면들의 향상된 제어를 제공할 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시예들에서, 본 발명은 특히 연소기 유입 또는 출구 스트림의 체적 유량을 제어하기 위한 방법들을 제공할 수 있다. 예를 들면, 이러한 방법들은 하나 또는 그 이상의 신호들을 컨트롤러에 제공하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 하나 또는 그 이상의 신호들은 연소기로 들어가는 하나 또는 그 이상의 스트림들; 상기 연소기를 나가는 배출 스트림; 또는 상기 연소기로 들어가는 하나 또는 그 이상의 스트림들 및 상기 연소기를 나가는 배출 스트림 중에서 하나 또는 그 이상의 파라미터들을 나타내며; 상기 컨트롤러를 이용하여, 상기 연소기 유입 또는 출구 스트림의 체적 유량을 조절하기에 효과적인 인자를 계산하는 단계를 포함할 수 있고; 상기 연소기 및 상기 연소기로부터 바로 다운스트림(downstream)인 터빈 사이의 체적 유량이 상기 연소기 및 상기 연소기로부터 바로 다운스트림인 상기 터빈 사이의 상기 체적 유량의 직접적인 측정 없이 정해진 범위 이내로 제어되도록 상기 인자를 실행하고, 상기 연소기 유입 또는 출구 스트림의 체적 유량을 조정하기에 효과적인 하나 또는 그 이상의 출력 신호들을 상기 컨트롤러로부터 출력하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 이러한 방법들은 다음의 사항들 중에서 하나 또는 그 이상과 관련하여 더 정의될 수 있으며, 상기 사항들은 임의의 숫자 및/또는 순서로 결합될 수 있다.
상기 하나 또는 그 이상의 신호들을 상기 컨트롤러에 제공하는 단계는 상기 연소기에 대한 연료 유입의 바로 업스트림(upstream)인 지점에서 연료 스트림의 질량 유량에 상응하는 신호를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하나 또는 그 이상의 신호들을 상기 컨트롤러에 제공하는 단계는 상기 연소기를 나가는 배출 스트림의 압력에 상응하는 신호를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하나 또는 그 이상의 신호들을 상기 컨트롤러에 제공하는 단계는 상기 연소기에 대한 산화제 유입의 바로 업스트림인 지점에서 산화제 스트림의 압력에 상응하는 신호를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 계산하는 단계는 상기 연소기 내로의 산화제의 체적 유량을 정규화하기 위한 인자(factor)를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 계산하는 단계는 적어도 부분적으로 상기 연소기의 전부하(full load) 동작을 위해 요구되는 상기 연소기에 대한 연료 유입의 바로 업스트림에서 연료 스트림의 질량 유량인 상수를 기초로 할 수 있다.
상기 계산하는 단계는 적어도 부분적으로 상기 연소기에 대한 산화제 유입의 바로 업스트림인 지점에서 산화제 스트림의 압력 및 상기 연소기를 나가는 상기 배출 스트림의 압력 사이의 차이인 상수를 기초로 할 수 있으며, 상기 압력들은 상기 연소기의 전부하 동작을 위해 요구되는 압력들일 수 있다.
상기 계산된 인자는 상기 연소기로 들어가는 산화제 스트림 내의 산소 대 이산화탄소의 비율을 조정하는 데 이용될 수 있다.
상기 계산하는 단계는 상기 연소기 내로의 연료의 체적 유량을 정규화하기 위한 인자를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는 상기 연소기 내로의 연료 노즐을 통한 압력 강하를 계산하도록 구성될 수 있다.
상기 연료 노즐을 통한 상기 압력 강하는 적어도 상기 연소기로 들어가는 상기 배출 스트림의 압력에 상응하는 신호 및 상기 연료 노즐로 들어가는 연료 스트림의 압력에 상응하는 신호에 기초하여 계산될 수 있다.
상기 계산된 인자는 상기 연소기로 들어가는 연료 스트림 내의 이산화탄소 대 연료의 비율을 조정하는 데 이용될 수 있다.
다른 실시예들에서, 본 발명은 동력 생산을 위한 방법들을 제공할 수 있다. 예를 들면, 이러한 방법들은 연소기 배출 스트림을 형성하기 위해 연료가 이산화탄소 희석제의 존재에서 연소기 내에서 산소로 연소되도록 상기 연소기 내로 복수의 스트림들을 통과시키는 단계; 원하는 출력으로 동력을 발생시키고, 터빈 배출 스트림을 제공하기 위해 상기 연소기 배출 스트림을 터빈 내에서 팽창시키는 단계; 이산화탄소를 분리하고, 상기 이산화탄소 희석제를 제공하기 위해 상기 터빈 배출 스트림을 처리하는 단계; 그리고 상기 연소기 내로의 상기 복수의 스트림들의 전체 체적 유량이 상기 터빈에 의해 발생되는 동력의 상기 원하는 출력이 증가하거나 감소함에 따라 10% 보다 작게 변화되도록 상기 터빈에 의해 발생되는 동력의 상기 원하는 출력이 증가하거나 감소함에 따라 상기 연소기 내로 통과되는 상기 복수의 스트림들 중에서 적어도 하나의 화학 조성을 변경시키는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 이러한 방법들은 다음의 사항들 중에서 하나 또는 그 이상과 관련하여 더 정의될 수 있으며, 상기 사항들은 임의의 숫자 및/또는 순서로 결합될 수 있다.
상기 연소기 내로 통과되는 상기 복수의 스트림들 중에서 적어도 하나의 화학 조성을 변경시키는 단계는 상기 터빈에 의해 발생되는 동력의 상기 원하는 출력의 증가 또는 감소를 나타내는 컨트롤러에 하나 또는 그 이상의 제어 입력들을 입력하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 연소기 내로 복수의 스트림들을 통과시키는 단계는 상기 연소기 내로 연료 스트림을 통과시키는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 연소기 내로 통과되는 상기 복수의 스트림들 중에서 적어도 하나의 화학 조성을 변경시키는 단계는 상기 연소기에 대한 상기 연료 스트림의 유입의 바로 업스트림인 지점에서 상기 연료 스트림의 질량 유량에 상응하는 신호를 컨트롤러에 입력하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 연소기 내로 통과되는 상기 복수의 스트림들 중에서 적어도 하나의 화학 조성을 변경시키는 단계는 상기 연소기로부터 업스트림에서 상기 연료 스트림 내로의 상기 이산화탄소 희석제의 흐름을 증가시키거나 감소시키기에 효과적인 신호를 상기 컨트롤러로부터 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 연소기 내로 복수의 스트림들을 통과시키는 단계는 상기 연소기 내로 산화제 스트림을 통과시키는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 연소기 내로 통과되는 상기 복수의 스트림들 중에서 적어도 하나의 화학 조성을 변경시키는 단계는 상기 연소기에 대한 상기 산화제 스트림의 유입의 바로 업스트림인 지점에서 상기 산화제 스트림의 압력에 상응하는 신호를 컨트롤러에 입력하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 연소기 내로 통과되는 상기 복수의 스트림들 중에서 적어도 하나의 화학 조성을 변경시키는 단계는 상기 연소기로부터 업스트림에서 상기 산화제 스트림 내로의 상기 이산화탄소 희석제의 흐름을 증가시키거나 감소시키기에 효과적인 신호를 상기 컨트롤러로부터 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 본 발명은 동력 생산 시스템들을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 시스템은 가열되고 가압된 연소기 배출 스트림을 출력하도록 동작하는 연소기; 상기 연소기로부터 다운스트림에 위치하고, 상기 가열되고 가압된 연소기 배출 스트림을 팽창시키도록 동작하는 터빈; 상기 터빈으로부터 다운스트림에 위치하고, 통과되는 재순환 이산화탄소 스트림을 가지는 CO2 흐름 라인; 상기 연소기에 대한 연료의 통과를 위해 구성되는 연료 흐름 라인; 상기 연소기에 대한 산화제의 통과를 위해 구성되는 산화제 흐름 라인; 그리고 적어도 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러는 특히 하나 또는 그 이상의 투입들을 수용하고, 정규화 인자들을 발생시키는 데 효과적인 하나 또는 그 이상의 계산들을 수행하며, 상기 시스템의 하나 또는 그 이상의 라인들 내의 하나 또는 그 이상의 흐름들을 조정하기 위해 상기 정규화 인자를 이용하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 컨트롤러는 상기 CO2 흐름 라인으로부터 상기 연료 흐름 라인 및 상기 산화제 흐름 라인 중에서 하나 또는 모두까지 이산화탄소의 흐름을 조정하도록 구성될 수 있다. 상기 컨트롤러는 특히 상기 컨트롤러에 의해 안내되는 조정들이 상기 연소기로부터의 상기 가열되고 가압된 연소기의 체적 유량 출력을 상기 동력 생산 시스템의 동작 동안에 10% 보다 작게 변화되게 하도록 구성될 수 있다.
도 1은 동력 생산 방법을 수행하기 위해 적합한 컨트롤 요소들을 포함하는 동력 생산 시스템의 흐름도를 예시한다.
도 2는 본 발명에 따른 동력 생산 방법을 수행하기 위해 적합한 컨트롤 요소들을 포함하는 개선된 동력 생산 시스템의 흐름도를 예시한다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따라 연소기 내로 및 외부로의 체적 흐름들의 정규화를 위해 컨트롤 요소들을 포함하는 연소기의 부분 단면도를 예시한다.
이하에서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 많은 다른 형태들로 구현될 수 있으며, 여기에 설시되는 실시예들에 한정되는 것으로 간주되지 않아야 할 것이다. 오히려, 이들 실시예들은 본 발명이 완전하고 철저해지며, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 전달하도록 제공된다. 본 명세서 및 특허 청구 범위에 사용되는 바에 있어서, "일", "하나" 및 "한"과 같은 단수의 표현들은 본문에 명백하게 다르게 나타내지 않은 한 복수의 표현들을 포괄한다.
본 발명은 동력 생산(power production)을 위한 시스템들과 방법들을 제공한다. 보다 상세하게는, 본 발명에서 개시되는 시스템들과 방법들은 동력 생산 플랜트의 제어를 제공하므로, 연소기 내로의 체적 유량(volumetric flow rate)이 그렇지 않으면 상기 연소기 내로의 상기 체적 유량의 상당한 변화들을 야기할 것으로 예상되는 상기 동력 생산 플랜트로부터의 동력 출력에 대한 변화들에 관계없이 실질적으로 일정하게(예를 들어, 여기에 설명되는 바와 같이 정해진 변화 영역 이내로) 유지될 수 있다.
본 발명에 따른 컨트롤 시스템들과 방법들은 폭 넓게 다양한 동력 생산 시스템들과 연관되어 활용될 수 있다. 예를 들면, 여기에 설명되는 컨트롤 요소들은 연료가 주위 압력 이상으로 가압되거나 가압되지 않을 수 있는 스트림(stream)을 가열하기 위해 연소되는 하나 또는 그 이상의 시스템들에 적용될 수 있다. 상기 컨트롤 요소들은 마찬가지로 동작 유체(working fluid)가 반복적으로 가열되고 냉각되거나 및/또는 반복적으로 가압되고 팽창되기 위해 순환되는 하나 또는 그 이상의 시스템들에 적용될 수 있다. 이러한 동작 유체는, 예를 들면, H2O, CO2 및 N2 중에서 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
여기에 설명되는 바와 같은 컨트롤 요소들이 구현될 수 있는 동력 생산 시스템들 및 방법들의 예들은 Palmer 등에게 허여된 미국 특허 제9,068,743호, Allam 등에게 허여된 미국 특허 제9,062,608호, Palmer 등에게 허여된 미국 특허 제8,986,002호, Allam 등에게 허여된 미국 특허 제8,959,887호, Palmer 등에게 허여된 미국 특허 제8,869,889호, Allam 등에게 허여된 미국 특허 제8,776,532호, 그리고 Allam 등에게 허여된 미국 특허 제8,596,075호에 기재되어 있으며, 이들 문헌들 모두는 그 개시 사항들이 여기에 참조로 포함된다. 제한적이지 않은 예로서, 본 발명에서 설명되는 바와 같이 활용될 수 있는 컨트롤 요소들을 구비하는 동력 생산 시스템은 연소기 내에서 CO2 순환 유체의 존재에서 O2로 연료를 연소시키기 위해 구성될 수 있으며, 바람직하게는 여기서 상기 CO2는 CO2를 포함하는 연소 생성물 스트림(combustion product stream)을 제공하도록 적어도 약 8MPa, 적어도 약 10MPa, 또는 적어도 약 12MPa의 압력 및 적어도 약 400℃, 적어도 약 500℃, 또는 적어도 약 600℃의 온도로 도입되고, 바람직하게는 여기서 상기 연소 생성물 스트림은 적어도 약 600℃, 적어도 약 700℃, 또는 적어도 약 800℃의 온도를 가진다. 이러한 동력 생산 시스템은 다음의 사항들 중에서 하나 또는 그 이상을 더 포함할 수 있으며, 단독으로 또는 다음 사항들의 모두 또는 모두까지를 포함할 수 있도록 다음 사항들 중에서 임의의 둘, 셋, 넷, 다섯 등의 임의의 결합으로 활용될 수 있다.
상기 연소 생성물 스트림은 동력을 발생시키고, CO2를 포함하는 터빈 배출 스트림(turbine discharge stream)을 제공하도록 약 1MPa 또는 그 보다 큰 배출 압력을 가지는 터빈에 걸쳐 팽창될 수 있다.
터빈 배출 스트림은 냉각된 배출 스트림을 제공하도록 열교환기 유닛으로 통과될 수 있다.
상기 냉각된 터빈 배출 스트림은 정제된 배출 스트림을 제공하도록 CO2 이외의 하나 또는 그 이상의 이차 성분들을 제거하기 위해 처리될 수 있다. 상기 정제된 배출 스트림은 CO2를 포함할 수 있거나, CO2가 우세하게 될 수 있거나, CO2로 구성될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 정제된 배출 스트림은 적어도 95중량%, 적어도 98중량%, 적어도 99중량%, 또는 적어도 99.9중량%의 CO2를 포함할 수 있다.
상기 정제된 배출 스트림은 초임계의 CO2 순환 유체 스트림을 제공하도록 압축될 수 있다.
상기 초임계의 CO2 순환 유체 스트림은 높은 밀도의 CO2 순환 유체(바람직하게는, 여기서 밀도는 적어도 약 200㎏/㎥이다)를 제공하도록 냉각될 수 있다.
상기 높은 밀도의 CO2 순환 유체는 상기 연소기에 대한 투입을 위해 적합한 압력까지 펌핑될 수 있다.
상기 가압된 CO2 순환 유체는 상기 터빈 배출 스트림으로부터 회수되는 열을 이용하여 상기 열교환기 유닛으로 통과시켜 가열될 수 있다.
상기 가압된 CO2 순환 유체의 전부 또는 일부는 상기 터빈 배출 스트림으로부터 인출되지 않은 열로 추가적으로 가열될 수 있다(바람직하게는, 여기서 추가적인 가열은 상기 열교환기를 통과하기 이전, 그 동안, 또는 이후 중에서 하나 또는 그 이상으로 제공된다).
상기 가열되고 가압된 CO2 순환 유체는 상기 연소기 내로 재순환될 수 있다(바람직하게는, 여기서 상기 연소기로 들어가는 상기 가열되고 가압된 CO2 순환 유체의 온도는 상기 터빈 배출 스트림의 온도 보다 약 50℃를 넘지 않게 작다).
상술한 사항들 이외에도, 본 발명의 동력 생산 시스템들과 방법들은 특히 상기 연소기로 전달되는 상기 산화제 스트림을 위한 희석제로서나, 상기 연료 스트림 및 상기 산화제 스트림 모두를 위한 희석제로서 상기 연소기로 전달되는 상기 연료 스트림을 위한 희석제로서 사용되는 임의의 지점으로부터 상기 정제된 배출 스트림(즉, 우세한 CO2 스트림)의 일부가 보내질 수 있는 것으로 특징지어질 수 있다. 상기 연료 스트림 및 상기 산화제 스트림에 독립적으로 전달되는 희석제의 양은 여기에 달리 설명되는 바와 같은 하나 또는 그 이상의 컨트롤러들에 의해 제어될 수 있으며, 이러한 제어들은 특히 상기 연소기 내로의 모든 스트림들의 체적 유량을 정규화하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 컨트롤 요소들은 하나 또는 그 이상의 기능들에 의해 정의될 수 있으며, 여기서 파라미터(예를 들어, 측정된 파라미터 및/또는 계산된 파라미터)는 하나 또는 그 이상의 실행 가능한 동작들과 연계될 수 있다. 상기 실행 가능한 동작들은 하나 또는 그 이상의 밸브들의 개방 및 폐쇄를 통하는 것과 같이 상기 시스템 내의 흐름을 조절하는 하나 또는 그 이상의 동작들을 포함할 수 있다. 제한적이지 않은 예들로서, 본 발명에 따른 컨트롤 시스템 내의 측정된 파라미터들은 유체 유량, 압력, 온도, 액체 레벨, 유체 체적, 유체 조성 및 이들과 유사한 것을 포함할 수 있다. 측정된 파라미터들은 열전대들, 압력 센서들, 트랜스듀서들, 광 검출기들, 유량계들, 분석 장비(예를 들어, UV-VIS 분광계들, IR 분광계들, 질량 분석계들, 기체 크로마토그래프들, 고성능 액체 크로마토그래프들 및 이들과 유사한 것), 게이지들, 그리고 유사한 장치들과 같은 임의의 적합한 장치를 사용하여 측정될 수 있다. 본 발명에 따른 컨트롤 시스템 내의 계산된 파라미터들은, 예를 들면, 압축기(예를 들어, CO2 압축기)의 동력 소모, 펌프(예를 들어, CO2 펌프)의 동력 소모, 극저온 산소 플랜트(cryogenic oxygen plant)의 동력 소모, 연료 투입 열, 하나 또는 그 이상의 유체 스트림들에 대한 압력 강하(예를 들어, 열교환기 내의 압력 강하), 온도차(예를 들어, 열교환기 고온단(hot end) 및/또는 열교환기 저온단(cold end)에서의 온도차), 터빈 동력 출력, 발전기 동력 출력, 그리고 시스템 효율을 포함할 수 있다. 계산된 파라미터는, 예를 들면, 측정된 파라미터들에 기초하여 컴퓨터화된 감시 컨트롤 시스템에 의해 계산될 수 있다. 일부 실시예들에서, 본 발명의 컨트롤 요소들은 특히 상기 동력 생산 플랜트의 하나 또는 그 이상의 이점들에서, 특히 연소기 내로의 스트림의 유입을 제공하는 노즐의 유입구 및/또는 유출구, 연소기 내의 연소실의 유입구 및/또는 유출구, 그리고 터빈의 유입구 및/또는 유출구 중의 하나 또는 그 이상에서 측정되거나 계산되는 압력들과 관련될 수 있다.
본 발명의 실시예들이 도 1에 예시되며, 다중의 컨트롤 요소들을 포함하는 동력 생산 프로세스를 예시한다. 통합(integrated) 컨트롤 요소들을 구비하는 예시한 동력 생산 시스템은 특히 상기 연소기 내로의 체적 유량들을 정규화하는 데 유용할 수 있다. 이러한 구성에서, 상기 동력 생산 시스템은 특히 사이클이 산소로 탄소질 연료를 연소시키는 직접 연소 산소-연료 사이클인 경우에 유용할 수 있다. 예시한 바와 같이, 동작 유체는 발전기(11)에 연결되는 연소실(10a) 및 터빈 섹션(10b)을 포함하는 연소기/터빈(10), 제1 가열기/냉각기(16), 분리기(separator)(60), 압축기(30), 제2 가열기/냉각기(18), 그리고 펌프(20)를 통해 순환된다. 선택적으로, 상기 터빈(10b)을 나가는 스트림 내의 열이 상기 연소기/터빈(10)으로의 다시 통과 이전에 상기 동작 유체 스트림 내로 회수될 수 있도록 레큐퍼레이터 열교환기(recuperator heat exchanger)(50)가 포함될 수 있다.
상기 연소실(10a) 내에서 산화제로의 연료의 연소열이 상기 동작 유체에 첨가되며, 이는 상기 터빈 섹션(10b)으로 통과되고, 터빈 배출 스트림(101a)으로 나가도록 보다 낮은 압력까지 팽창되는 고압의 가열된 연소 생성물 스트림을 제공하기 위해 바람직하게는 높은 압력(예를 들어, 약 10bar 또는 그 이상, 약 20bar 또는 그 이상, 약 50bar 또는 그 이상, 약 80bar 또는 그 이상, 약 100bar 또는 그 이상, 약 150bar 또는 그 이상, 약 200bar 또는 그 이상, 혹은 약 250bar 또는 그 이상)에 있다. 파라미터 점검 지점(13)은 상기 터빈(10b)으로부터 다운스트림(downstream)이고, 상기 제1 가열기/냉각기(16)로부터 업스트림(upstream)(및 선택적으로 존재할 경우에 상기 레큐퍼레이터 열교환기(50)로부터 업스트림)으로 구성되며, 온도 센서, 열전대, 또는 이들과 유사한 것을 포함한다. 컨트롤러(2)(펌프 컨트롤러로 특징지어질 수 있음)는 파라미터 점검 지점(13)에서 하나 또는 그 이상의 온도 판독들(연속적이거나 주기적인 판독이 될 수 있음)을 안내할 수 있거나 및/또는 수집할 수 있다. 파라미터 점검 지점(13)의 실질적으로 일정한 온도를 유지하기 위해, 컨트롤러(2)는 펌프(20)에 대해 필요한 동력 조정들을 안내한다. 예를 들면, 컨트롤러(2)는 파라미터 점검 지점(13)에서의 온도 판독에 상응하여 펌프(20)의 속도를 제어할 수 있다. 이러한 방식에서, 컨트롤러(2)는 상기 연소실(10a) 내에서 상기 시스템으로 도입되는 열의 양과 독립적이며, 마찬가지로 터빈 섹션(10b)의 유입 온도와 독립적인 터빈 배출 스트림(101a) 내의 원하는 온도를 유지하도록 구성될 수 있다. 이는 펌프(20)가 특히 상기 유입 온도에 의해 나타나는 바와 같은 정확한 압력에서 동작 유체의 정확한 질량 유량을 상기 연소실(10a) 내에 도입된 열의 양에 의해 나타나는 바와 같은 상기 터빈 섹션(10b)으로 전달하기 위해 구성될 수 있는 점에서 유리하다.
이와 같은 동적 제어는 도 1에 예시한 동력 생산 시스템 내의 하나 또는 그 이상의 다른 파라미터들에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들면, 펌프(20)를 통한 유량의 변화들은 상기 펌프로부터 바로 업스트림에서 흡입 압력의 변화들을 야기한다. 제2 가열기/냉각기(18)는 원하는 밸브로 펌프(20)에서의 흡입 온도를 유지하는 데 유용할 수 있다. 펌프(20)에 대해 실질적으로 일정한 흡입 압력을 유지하기 위하여, 컨트롤러(3)(펌프 흡입 압력 컨트롤러로 특징지어질 수 있음)는 파라미터 점검 지점(23)에 위치하는 압력 센서, 트랜스듀서, 또는 이들과 유사한 것을 모니터하도록 구성될 수 있으며, 컨트롤러(3)는 압축기(30)의 다운스트림에서 상기 CO2 스트림(101b)으로부터 보다 많거나 보다 적은 유체가 상기 터빈 배출 스트림(101a)의 임의의 위치에 있을 수 있는 파라미터 점검 지점(44)으로 역류되도록 구성될 수 있는 스필백 밸브(spillback valve)(31)를 제어하기 위해 이로부터 취해지는 압력 판독들을 활용할 수 있다. 컨트롤러(3)는 이에 따라 본질적으로 상기 스필백 밸브(31)를 통해 압축기(30) 주위의 재순환 흐름의 양을 조절하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 파라미터 점검 지점(23)에서의 압력은 스필백 밸브(31)를 통한 유체 흐름을 감소시킴으로써 증가될 수 있고, 스필백 밸브(31)를 통한 유체 흐름을 증가시킴으로써 감소될 수 있다. 유체가 상기 터빈 배출 스트림(101a) 내로 역류되면서, 상기 터빈 배출 스트림 내에 실질적으로 일정한 압력을 유지하는 것도 바람직할 수 있다. 이에 따라, 파라미터 점검 지점(13)은 마찬가지로 압력 센서, 트랜스듀서, 또는 이들과 유사한 것을 포함할 수 있다. 상기 온도 센서 및 상기 압력 센서는 동일한 파라미터 점검 지점 내에 구성될 수 있거나, 상이한 파라미터 점검 지점들이 각각의 센서들을 위해 상기 터빈 배출 스트림(101a) 내에 활용될 수 있다.
파라미터 점검 지점(13)이 파라미터 점검 지점(44) 및 파라미터 점검 지점(43)과 유체 연통되기 때문에, 지점들(13, 44, 43)에서의 해당 압력들은 장비 및 배관을 통한 고유한 압력 손실들로 인해서만 실질적으로 다를 수 있다. 컨트롤러(4)는 파라미터 점검 지점(43)에 위치하는 압력 센서, 트랜스듀서, 또는 이들과 유사한 것을 모니터하도록 구성될 수 있으며, 컨트롤러(4)는 파라미터 점검 지점(44)에서 실질적으로 일정한 압력을 유지하기 위하여 상기 CO2 스트림(101b)으로부터의 유체가 상기 시스템 내로 또는 외부로 흐르게 하기 위해 밸브(41)를 조절하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 파라미터 점검 지점(44)은 원할 경우에 컨트롤러(4)에 의해 모니터될 수 있는 압력 센서, 트랜스듀서, 또는 이들과 유사한 것을 포함할 수 있다. 밸브(41)는 상기 원하는 압력을 유지하기 위해 상기 CO2 스트림(101b)으로부터 유체를 제거하거나 및/또는 추가하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 단일의 밸브 대신에 둘의 밸브들-유체를 보다 낮은 압력 싱크로 유출하도록 구성되는 제1 밸브(즉, 유체 유출 밸브) 및 유체를 보다 높은 압력 소스로부터 유입하도록 구성될 수 있는 제2 밸브(즉, 유체 유입 밸브)-이 존재할 수 있다.
도 1에 예시한 시스템에서, 압축기(30)는 상기 분리기(60)로부터 그 유입 CO2 스트림을 수용하며, 그 유출 CO2 스트림은 궁극적으로 상기 펌프(20)로 전달된다. 상기 압축기(30)는 상기 터빈(10b) 상에 축-장착될 수 있으며, 상기 압축기의 동작 조건들은 상기 터빈 배출 조건들의 제어에 기초하여 실질적으로 변화되지 않을 수 있다.
비록 컨트롤러(2), 컨트롤러(3) 및 컨트롤러(4)가 예시되며, 별도의 컨트롤러들로서 논의되지만, 각각의 컨트롤러들이 보다 큰 유닛의 일부로 구성될 수 있는 점이 이해될 것이다. 예를 들면, 단일의 컨트롤 유닛은 이들의 지정된 파라미터 점검 지점들 및 이들의 제어된 장치들(예를 들어, 상기 펌프(20), 상기 스필백 밸브(31) 및 상기 밸브(41))과 개별적으로 연결되는 복수의 서브유닛들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 컨트롤 유닛들은 실질적으로 각각의 파라미터 점검 지점들 및 제어된 장치들에 대해 지정된 복수의 입력들 및 복수의 출력들을 구비하는 전체적인 컨트롤러(예를 들어, 컴퓨터 또는 유시한 전자 장치) 내의 서브루틴들로 구성될 수 있다.
레큐퍼레이터 열교환기(50)가 포함되는 실시예들에서, 파라미터 점검 지점(13)에서 온도의 제어가 특히 중요할 수 있다. 파라미터 점검 지점(13)에서의 온도를 정상 상태 값으로 또는 실질적으로 그 부근으로 유지함에 의해, 상기 레큐퍼레이터 열교환기(50) 내의 온도 프로파일들 역시 실질적으로 일정하게 남을 수 있다. 최소한으로, 이러한 제어 계획은 상기 시스템 내에 활용되는 상기 배관, 열교환기들 및 다른 고온의 장비의 열 순환의 감소 또는 소거로 인해 유리하며, 이는 결국 구성 요소들의 수명을 상당히 증가시킬 수 있다.
컨트롤러(1)(동력 컨트롤러로 특징지어질 수 있음)는 다양한 값들을 모니터링하고, 수많은 제어 명령들을 안내하기 위해 구성될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 실시예들에서, 컨트롤러(1)는 발전기(11)의 동력 출력과 관련되는 측정들을 측정하거나 및/또는 수용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 컨트롤러(1)는 밸브(14)를 개방시키거나 폐쇄시켜 요구되는 동력을 발생시키기 위해 상기 연소실(10a) 내의 열 투입을 안내하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 발전기(11)에서의 동력 출력이 원하는 출력보다 높거나 낮을 경우, 열 투입은 상기 원하는 동력 출력을 전달하도록 감소될 수 있거나 증가될 수 있다. 유사하게, 컨트롤러(1)로 동력 출력을 모니터링하는 것은 실질적으로 일정한 동력 출력이 제공될 수 있도록 상기 열 투입에 대한 동적 변화들을 가능하게 할 수 있다. 보다 많거나 적은 열이 상기 시스템에 투입됨에 따라, 상기 터빈 유입 온도가 변화될 것이며, 상기 터빈을 통해 팽창된 후, 파라미터 점검 지점(13)에서의 온도가 변화될 것이다.
전술한 바와 같이, 상기 터빈 배출 스트림(101a)은 물 분리기(60) 내에서 처리될 수 있으며, 여기서 물이 밸브(61)를 통해 제거될 수 있다. CO2 스트림(101b)은 상기 분리기(60)의 상단을 나가며, 압축기(30)(밸브(41)를 통해 배출되는 부분과 함께)로 통과된다. 압축기(30)를 나가는 압축된 CO2 스트림은 상기 제2 가열기/냉각기(18)로 통과되며, 이후에 상기 연소기/터빈(10)으로 다시 통과될 수 있는(선택적으로 상기 터빈 배출 스트림으로부터 인출되는 열로 가열되도록 상기 레큐퍼레이터 열교환기(50)로 통과될 수 있는) 고압의 CO2 스트림을 제공하도록 펌프(20)로 통과될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 상기 CO2 스트림(101b)은 실질적으로 순수한 CO2가 될 수 있으며, 이에 따라 적어도 95중량%, 적어도 97중량%, 적어도 98중량%, 적어도 99중량%, 또는 적어도 99.5중량%의 CO2를 포함할 수 있다.
컨트롤러(6)(물 분리기 컨트롤러로 특징지어질 수 있음)는 컨트롤러(6)에 의해 판독될 수 있는 수위를 제공하기에 적합한 하나 또는 그 이상의 센서들을 포함할 수 있는 분리기(60) 내의 수위를 모니터하도록 활용된다. 수신되는 물 레벨 신호에 기초하여, 컨트롤러(6)는 상기 분리기(60) 내의 수위를 원하는 레벨로 유지하기 위해 정확한 간격들 및 기간들로 밸브(61)가 개방되게 안내할 수 있다. 비록 측정이 수위와 관련하여 언급되지만, 체적, 질량, 또는 다른 파라미터들이 컨트롤러(6)에 신호를 제공하기 위해 활용될 수 있는 점이 이해될 것이다.
상기 연소실(10a) 내로 통과되는 연료를 연소시키는 데 사용되기 위한 산화제는밸브(111)를 통해 상기 시스템으로 들어갈 수 있고, 유니언(union)(114)으로 통과되며, 여기서 CO2가 상기 산화제와 결합될 수 있다. 이는 최초 산화제 소스로 이용되는 실질적으로 순수한 산소 스트림을 희석시키는 데 유리할 수 있다. 순수하지 않은 산소가 상기 산화제로 사용될 경우, 밸브(103)를 통과하는 CO2는 완전히 또는 부분적으로 제거될 수 있다. 상기 산화제 스트림(선택적으로, 상기 CO2 스트림으로 희석됨)은 가열기/냉각기(22)로 통과되고, 압축기(90) 내에서 가압되며, 가열기/냉각기(24)로 통과되고, 최종적으로 펌프(80)로 통과된다. 컨트롤러(8)(산화제 펌프 컨트롤러로 특징지어질 수 있음)는 상기 연료의 질량 유량(파라미터 점검 지점(26)에서 판독됨) 및 상기 산화제의 질량 유량(파라미터 점검 지점(82)에서 판독됨) 사이의 비율을 측정한다. 계산된 비율에 기초하여, 컨트롤러(8)는 가변 속도 펌프(80)가 상기 펌프의 동력을 변화시키도록 안내할 수 있고, 요구되는 압력에서 원하는 산화제 대 연료 비율을 유지하기 위해 정확한 질량 유량으로 상기 산화제의 전달을 가능하게 할 수 있다. 이는 상기 동력 생산 시스템에 공급되는 산화제의 양이 이중 연소기/터빈(10) 내로의 통과를 위해 상기 정확한 유량 및 정확한 압력에서 일정하게 되는 점을 확보하기 위해 제어의 한 가지 레벨을 제공할 수 있다. 예를 들면, 파라미터 점검 지점(82)에서의 압력이 상기 연소기/터빈(10)으로부터의 역 압력으로 인해 상승되었을 경우, 컨트롤러(8)는 펌프(80)가 상기 정확한 압력 및 산화제 질량 유량을 제공하기 위해 적합한 다른 속도로 동작하게 명령하도록 구성될 수 있다. 파라미터 점검 지점(93)에서 취해지는 압력 판독에 기초하여, 컨트롤러(9)(산화제 압력 컨트롤러로 특징지어질 수 있음)는 스필백 밸브(91)가 보다 많거나 보다 적은 유체를 상기 압축기(90)로부터 업스트림인 지점(특히 유니언(114)과 가열기/냉각기(22) 사이)으로 역류하게 하여(또는 재순환시켜) 파라미터 점검 지점(93)에서 압력을 감소시키거나 증가시키도록 안내할 수 있다. 압력도 마찬가지로 파라미터 점검 지점(102)(그 압력이 압축기(90)의 흡입에 대응됨)에서 모니터될 수 있다. 이러한 압력에 기초하여, 컨트롤러(100)(산화제 압력 컨트롤러로 특징지어질 수 있음)는 파라미터 점검 지점(102)에서 실질적으로 일정한 입력을 유지하기 위해 밸브(103)가 압축기(30)의 유체 스트림을 전환시키지 않거나 일부를 전환시키게 안내할 수 있다. 밸브(103)를 통해 전환된 상기 실질적으로 순수한 CO2 스트림은 상기 산화제를 희석시키는 데 활용될 수 있으며, 컨트롤러(100)는 마찬가지로 원하는 희석을 제공하기 위해 밸브(103)를 통해 흐름을 증가시키거나 감소시키도록 구성될 수 있다. 밸브(103)를 통해 제공되는 상기 CO2 스트림의 질량 유량은 파라미터 점검 지점(113)에서 측정될 수 있고, 밸브(111)를 통해 제공되는 상기 산화제의 질량 유량은 파라미터 점검 지점(112)에서 측정될 수 있다. 컨트롤러(110)(희석 컨트롤러로 특징지어질 수 있음)는 점검 지점들(112, 113)에서 흐름들의 비율을 계산하도록 구성될 수 있으며, 상기 정확한 비율이 유지되는 것을 확보하기 위해 밸브(111)가 보다 많은 산화제나 보다 적은 산화제를 상기 시스템으로 들어가게 허용하기 위해 안내하도록 구성될 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시예들에서, 본 발명에 따른 컨트롤 시스템은 특히 폭 넓은 범위의 압력들에 걸친 질량 제어를 제공하도록 구성될 수 있다. 낮은 압력 제어(예를 들어, 약 10bar까지, 약 8bar까지, 또는 약 5bar까지의 주위 압력에서)가 앞서의 컨트롤러(4)의 설명과 유사하게 이루어질 수 있다. 특히, 컨트롤러(4)는 상기 동력 생산 시스템으로부터 과잉의 질량을 경감하기 위해 밸브(41)를 열거나 닫도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 동작 유체로서 재순환 CO2 스트림을 활용하고, 화석 연료를 연소시키는 시스템에서 과도한 CO2가 형성될 수 있다. 상기 시스템 내의 정확한 질량 균형을 유지하기 위해, 형성되는 CO2의 전부 또는 일부가 밸브(41)를 통해 인출될 수 있다. 질량 제어의 목적으로 밸브(41)를 통해 인출되는 유체의 양은 연소 반응의 알려진 화학량론에 기초하여 계산될 수 있으며, 컨트롤러(4)는 이에 따라 밸브(41)를 통해 질량 유량을 제어하도록 구성될 수 있다. 원할 경우, 하나 또는 그 이상의 센서들이 상기 연소기로부터 다운스트림에서 유체 질량을 측정 및/또는 계산하기 위하여 및/또는 상기 압축기(30) 및/또는 상기 펌프(20)로부터 다운스트림인 스트림과 관련하여 상기 연소기 및 상기 밸브(41) 사이의 유체 질량 비율을 측정 및/또는 계산하기 위하여 활용될 수 있다.
동력 생산 플랜트의 요소들을 제어하기 위해 사용되는 상술한 바와 같은 컨트롤 요소들은 그 개시 사항들이 여기에 참조로 포함되는 Fetvedt 등에게 허여된 미국 특허 제10,103,737호에 더 기재되어 있다. 여기에 설명되는 바와 같은 동력 생산 플랜트의 동작의 제어 및 다른 구성 요소들과 방법들도 마찬가지로 본 발명에 따라 활용될 수 있다.
본 발명에 따라 유용한 추가적인 컨트롤 요소들 및 시스템 구성 요소들은 도 2 및 도 3에 상세하게 도시된다. 특히, 도시되는 다양한 요소들은 상기 연소기 출구 스트림(즉, 상기 터빈 유입 스트림)의 속력을 효과적으로 정규화할 수 있으므로, 상기 속력이 실질적으로 일정하게 남을 수 있다. 상기 연소기로부터 직접 다운스트림인 상기 연소기 및 상기 터빈 사이의 이러한 체적 유량은 쉽게 측정될 수 없으므로, 본 발명은 하나 또는 그 이상의 스트림들의 측정된 유량들 및/또는 압력들, 하나 또는 그 이상의 상수들, 그리고 컴퓨터 계산들에 기초하는 복수의 투입들을 기초로 하여 연소기 배출 스트림 속도를 계산하기 위해 간접적인 방법들을 활용할 수 있다. 결과는 상기 연소기 및 상기 연소기로부터 바로 다운스트림에서의 터빈 사이 체적 유량이 상기 연소기 및 상기 연소기로부터 바로 다운스트림인 터빈 사이의 체적 유량의 직접적인 측정에 대한 요구 없이 정해진 범위 내에서 제어되도록 상기 연소기 유입 스트림(예를 들어, 상기 연료 스트림 및 상기 산화제 스트림 중에서 하나 또는 모두) 및/또는 연소기 출구 스트림의 체적 유량이 필요에 따라 조정될 수 있는 점이다. 상기 연소기 및 상기 터빈 사이의 체적 유량의 정해진 범위는 이들 사이의 체적 흐름이 10% 보다 크지 않거나, 5% 보다 크지 않거나, 2% 보다 크지 않거나, 1% 보다 크지 않거나, 0.5% 보다 크지 않게 변화되도록 하는 것이 될 수 있다.
상기 컨트롤 요소들은 이에 따라 연소기 유입 및/또는 출구 스트림의 체적 유량을 제어하기 위한 방법을 제공한다. 예시적인 예들에서, 이러한 방법은 컨트롤러에 하나 또는 그 이상의 신호들을 제공하는 과정을 포함할 수 있으며, 상기 하나 또는 그 이상의 신호들은 연소기로 들어가는 하나 또는 그 이상의 스트림들, 상기 연소기를 나가는 배출 스트림, 또는 상기 연소기로 들어가는 하나 또는 그 이상의 스트림들 및 상기 연소기를 나가는 배출 스트림 중의 하나 또는 그 이상의 파라미터들을 나타낼 수 있다. 입력되는 신호들을 이용하여, 상기 컨트롤러는 이후에 상기 연소기 유입 또는 출구 스트림의 체적 유량을 효과적으로 조정하는 인자를 계산할 수 있다. 계산된 인자는 상기 컨트롤러에 의해 제공되는 명령들을 통해 구현될 수 있고, 상기 시스템 내의 하나 또는 그 이상의 스트림들에 적용될 수 있는 다양한 수학적 값들이 될 수 있다. 상기 계산된 인자는, 예를 들면, 둘 또는 그 이상의 스트림들의 질량 유량들 사이의 비율, 둘 또는 그 이상의 스트림들의 체적 유량들 사이의 비율, 둘 또는 그 이상의 스트림들의 질량 유량들 사이의 차이, 둘 또는 그 이상의 스트림들의 압력들 사이의 차이, 스트림 내에 존재하는 성분(예를 들어, O2, CO2, CH4 등)의 몰 함량 등이 될 수 있으며, 유사하게 달리 직접적으로 측정될 수 없는 스트림의 체적 유량의 제어를 구현하기 위해 여기에 설명되는 바와 같은 하나 또는 그 이상의 스트림들의 파라미터의 변화의 근거로서 활용될 수 있는 수학적 값들이 될 수 있다. 상기 방법은 이에 따라 상기 인자를 효과적으로 실행할 수 있는 상기 컨트롤러를 이용하여 하나 또는 그 이상의 출력 신호들로부터의 출력 및 상기 연소기 유입 및/또는 출구 스트림의 체적 유량을 조절하는 결과를 가져올 수 있으므로, 상기 연소기 및 상기 연소기의 바로 다운스트림인 터빈 사이의 체적 유량이 상기 연소기 및 상기 연소기의 바로 다운스트림인 터빈 사이의 체적 유량의 직접적인 측정 없이 정해진 범위 내에서 제어될 수 있다.
이는 동작점이 실질적으로 일정하게 유지될 수 있기 때문에 상기 터빈의 에어로 디자인(aero-design)을 보다 용이하게 할 수 있다. 보다 상세하게는, 본 발명은 실질적으로 일정한(예를 들어, +/- 10%, +/- 5%, +/- 2%, +/- 1%, 또는 +/- 0.5%) 연소기 배출 스트림 속도 및/또는 유량을 유지하게 위하여 상기 연소기(10)로 들어가는 상기 연료 스트림 및 상기 산화제 스트림 중에서 하나 또는 모두의 화학 조성을 제어하는 능력을 제공할 수 있다. 마찬가지로, 연소기 유입 스트림 속도는 상기 연소기로 들어가는 스트림들의 일부 또는 모두에 대해 실질적으로 일정하게(예를 들어, +/- 10%, +/- 5%, +/- 2%, +/- 1%, 또는 +/- 0.5%) 유지될 수 있다.
컨트롤러(210)(연소기 유입 흐름 컨트롤러로 특징지어질 수 있음)는 상기 동력 생산 플랜트 내의 몇몇의 센서들로부터 신호들을 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 컨트롤러(210)는 상기 연소기 연료 노즐(141)에서와 같이 상기 연소기 연료 유입의 바로 다운스트림인 지점(14B)에서 상기 연료의 질량 유량에 상응하는 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 컨트롤러(210)는 상기 터빈(10b) 내로의 유입 이전에 상기 연소기를 나가는 상기 연소기 배출 스트림(10a")의 압력에 상응하는 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 컨트롤러(210)는 상기 연소기 산화제 노즐(142)에서와 같이 상기 연소기 산화제 유입의 바로 다운스트림인 지점(80B)에서 상기 산화제의 압력에 상응하는 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(210)는 이에 따라 상기 연소기(10a) 내로 실질적으로 일정한 체적 흐름을 유지하기 위해 활용될 수 있는 하나 또는 그 이상의 원하는 설정치(set-point)들을 결정하는 계산들을 수행하기 위해 다양한 센서 판독들을 활용할 수 있다. 이러한 설정치들은 상기 컨트롤러를 이용하여 계산되는 인자의 예들이다.
일부 실시예들에서, 컨트롤러(210)는 상기 연소기(10a) 내로의 상기 산화제의 체적 유량을 정규화하는 데 유용한 인자를 구현하기 위해 하나 또는 그 이상의 계산들을 수행하도록 구성될 수 있다. 상기 계산들은 전부하 조건들에서 지점(14B)에서의 상기 연료 스트림의 질량 유량과 같은(예를 들어, 상기 연료 노즐(141)을 통과하는 바와 같은) 및 전부하에서 지점(80B)(예를 들어, 상기 산화제 노즐(142)을 통과하는 바와 같은)과 지점(10a")(즉, 상기 연소기 배출 스트림 유출) 사이의 압력차와 같은 하나 또는 그 이상의 상수들을 포함할 수 있다. "전부하(full load)" 또는 "전부하 동작(full load operation)"이라는 표현들은 상기 연소기 자체가 최대 용량으로 동작하는 경우 및/또는 보다 큰 시스템(예를 들어, 여기에 달리 설명하는 바와 같은 동력 생산 시스템)이 그 최대 용량 또는 정격 최대 용량으로 동작하는 경우의 조건들을 의미하는 것으로 이해된다. 예를 들면, 동력 생산 시스템이 최대의 전기 에너지 출력을 제공하도록 지정될 때, 최대의 전기 에너지 출력을 전달하기 위한 상기 동력 생산 시스템의 동작이 전부하 동작으로 간주될 수 있다. 컨트롤러(210)는 이에 따라 다음의 계산에 의하는 바와 같이 80B 및 10a" 사이의 차이에 대해 원하는 설정치를 결정하기 위해 제어 기능에서 이들 값들을 활용할 수 있다.
Figure pct00001
여기서, ΔPSet-point는 80B 및 10a" 사이의 차이에 대한 원하는 설정치이고, P80B는 노즐(142) 내의 측정된 압력이며, P10a"는 상기 연소기 배출 스트림(10a")의 측정된 압력이고, ΔPFull Load는 전부하에서 80B 및 10a" 사이의 압력의 차이이며,
Figure pct00002
14B는 노즐(141)에서 상기 연료 스트림의 질량 유량이고,
Figure pct00003
14B@full load는 전부하에서 노즐(141)에서의 상기 연료 스트림의 질량 유량이다.
컨트롤러(210)는 상기 설정치와 비교를 위한 프로세스 값을 결정하기 위하여 80B에서의 상기 산화제 압력 및 10a"에서의 상기 연소기 배출 스트림 압력 사이의 차이의 측정을 가능하게 하는 압력 입력들을 수신할 수 있다. 210으로부터의 상기 컨트롤러 출력이 새로운 설정치로 이용되도록 컨트롤러(110)로 전송될 수 있다. 이러한 설정치는 상기 컨트롤러를 이용하여 계산되는 인자의 예이며, 상기 계산된 인자는 상기 연소기 내로의 상기 산화제 스트림의 체적 유량을 효과적으로 조절하는 실행 가능한 명령이 될 수 있다.
이러한 방식에서, 계산될 수 있는 하나의 인자는 상기 연소기로 통과되는 산화제 스트림 내의 O2 대 CO2의 비율을 조정하기 위해 유용한 인자이다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 상기 인자는 특히 지점(102)에서의 O2 대 CO2의 비율이 필요할 경우에 조정될 수 있도록 이용될 수 있다. 그러나 상기 조정이 상기 연소기부터는 업스트림이지만 CO2가 상기 산화제 스트림에 투입될 수 있는 지점으로부터는 다운스트림인 임의의 지점에서 상기 산화제 스트림에 대해 이루어질 수 있는 점이 이해될 것이다. 측정 가능한 파라미터들의 함수에 기초하여 이러한 제어를 수행함에 있어서, 상기 산화제 노즐을 떠나고 연소 구역(10a')으로 들어가는 스트림(80B)의 체적 유량은 실질적으로 일정하다(예를 들어, +/- 10%, +/- 5%, +/- 2%, +/- 1%, 또는 +/- 0.5%). 이는 상기 연소 구역/불꽃 구역(10a')의 안정성에 매우 유리하다. 또한, 상기 연소 구역/불꽃 구역(10a')으로 들어가면서 지점(80B)에서 상기 산화제 스트림의 체적 유량을 변경하는 것이 바람직할 수 있으며, 컨트롤러(210)에 의해 이용되는 기능의 변경이 이러한 레벨의 제어를 가능하게 할 수 있다.
다른 센서들로부터의 다른 신호들이나 입력들이 상기 제어 기능에 포괄되도록 컨트롤러(210)로 전달될 수 있다. 이는 동작 특성들 및 현재의 동작 지점에 주어지는 원하는 흐름을 기초로 하여 상기 연소 구역/불꽃 구역(10a')으로 들어가는 상기 체적 유량을 변화시키기 위해 상기 산화제 노즐(142)을 통한 압력 강하의 변경을 가능하게 할 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시예들에서, 제어 기능들은 상기 연소기 내로의 연료의 체적 유량을 정규화하는 것과 같이 상기 연소기(10a) 내로의 상기 연료 체적 유량에 대한 유사한 제어들을 제공하기 위해 추가적으로, 또는 선택적으로 활용될 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(150)는 상기 연소기 배출 스트림(10a")의 압력에 상응하는 신호를 수신하도록 구성될 수 있으며, 컨트롤러(150)는 마찬가지로 상기 연료 노즐을 통한 상기 압력 강하를 계산하기 위해 지점(14B)에서의 상기 연료 스트림의 압력(예를 들어, 상기 노즐(141)로 들어가거나 및/또는 통과하면서)에 상응하는 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 이들 값들 및 잠재적인 다른 파라미터들이 다음의 계산을 이용하는 것과 같이 상기 연료 노즐(141)을 통한 상기 압력 강하에 대한 설정치를 결정하기 위해 컨트롤러(150)에 의해 이용될 수 있다.
Figure pct00004
여기서, ΔPSet-point는 14B 및 10a" 사이의 차이에 대한 원하는 설정치이고, P14B는 노즐(141) 내에서 측정된 압력이며, P10a"는 상기 연소기 배출 스트림(10a")의 측정된 압력이고, ΔPFull Load는 전부하에서 14B 및 10a" 사이의 압력의 차이이다.
컨트롤러(150)로부터의 출력은 이에 따라 CO2를 희석제로서 상기 연료 라인에 첨가할 수 있는 밸브(145)를 제어하는 데 이용될 수 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 CO2는 상기 터빈(10b)의 유출구 및 상기 물 분리기(60)의 유입구 사이, 바람직하게는 상기 열교환기(50) 및 상기 물 분리기 사이의 지점으로부터 취해지면서 라인(101a)으로부터 첨가될 수 있다. 선택적으로는, 상기 CO2는 상기 펌프(20)와 상기 연소기(10a)의 유입구 또는 상기 열교환기(50)의 유입구 사이의 지점에서 라인(101b)으로부터 취해질 수 있고, 압축기(140)의 다운스트림에서 상기 연료 라인에 첨가될 수 있다. 도 2에서, 이는 상기 압축기(140) 및 상기 밸브(14) 사이에서 첨가되는 것으로 도시되지만, 상기 스트림이 밸브(14) 및 상기 연소기(10a) 사이(즉, 밸브(14)의 업스트림 또는 밸브(14)의 다운 스트림)에서 첨가될 수 있는 점이 이해될 것이다. 마찬가지로, 상기 압축기(140)의 다운스트림에서의 투입보다는, 취해지는 경우와 유사한 압력에서 상기 CO2를 투입하는 것이 유용하다는 인식으로 상기 연료 라인에 대한 투입은 상기 압축기(140)의 업스트림에서 이루어질 수 있다(예를 들어, 상기 압축기(30) 및/또는 펌프(20)로부터 업스트림에서 취해질 경우에 압축기(140)로부터 업스트림에서 투입될 수 있지만, 상기 펌프(20)로부터 다운스트림에서 취해질 경우에 상기 압축기(140)로부터 다운스트림에서 투입될 수 있다). 이러한 CO2의 첨가는 상기 연료의 웨버 지수(Wobbe index)를 변화시키도록 영향을 미치며, 주어진 동력 레벨을 유지하기 위해 강제로 컨트롤 밸브(14)를 변화시키는 바와 같은 종래의 교시 및 적용들에 반대된다. 상기 연료 스트림 내의 CO2 대 연료의 비율은 상기 연소기 내로의 스트림의 체적 유량을 효과적으로 조정할 수 있는 다른 인자의 예이다. 상기 산화제 스트림으로써, 추가되는 제어 기능들이 상기 연료 노즐(141)로부터 상기 연소 구역(10a')으로 들어갈 때에 상기 연료의 체적 유량을 실질적으로 일정하게(예를 들어, +/- 10%, +/- 5%, +/- 2%, +/- 1%, 또는 +/- 0.5%) 유지하는 데 효과적이 될 수 있다. 유사하게, 다른 파라미터들 및 센서 입력들이 상기 연소 구역으로 들어갈 때에 상기 체적 유량에 영향을 미치도록 상기 연료에 첨가되는 CO2의 양을 제어하기 위해 상기 기능에 포함될 수 있다. 이러한 방식에서, 상기 특성들 및 상기 불꽃 구역에 대한 영향이 제어될 수 있으며, 원하는 결과를 이루도록 조작될 수 있다.
본 발명에 개시되는 주제의 많은 변경들과 다른 실시예들은 앞서의 설명들 및 관련 도면들에서 제시되는 교시들의 이점이 있는 본 발명이 속하는 해당 기술 분야의 숙련자에게 명백해질 것이다. 이에 따라, 본 발명이 여기에 설시되는 특정한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 변경들과 다른 실시예들도 다음의 특허 청구 범위의 범주 내에 속하도록 의도되는 점이 이해되어야 할 것이다. 비록 특정 용어들이 여기에 사용되지만, 이들 용어들은 일반적이고 서술적인 의미로만 사용되며, 한정하려는 목적은 아니다.

Claims (18)

  1. 연소기 유입 또는 출구 스트림의 체적 유량(volumetric flow rate)을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    하나 또는 그 이상의 신호들을 컨트롤러에 제공하는 단계를 포함하고, 상기 하나 또는 그 이상의 신호들은,
    연소기로 들어가는 하나 또는 그 이상의 스트림들;
    상기 연소기를 나가는 배출 스트림; 또는
    상기 연소기로 들어가는 하나 또는 그 이상의 스트림들 및 상기 연소기를 나가는 배출 스트림 중에서 하나 또는 그 이상의 파라미터들을 나타내며;
    상기 컨트롤러를 이용하여, 상기 연소기 유입 또는 출구 스트림의 체적 유량을 조절하기에 효과적인 인자를 계산하는 단계를 포함하고;
    상기 연소기 및 상기 연소기로부터 바로 다운스트림(downstream)인 터빈 사이의 체적 유량이 상기 연소기 및 상기 연소기로부터 바로 다운스트림인 상기 터빈 사이의 상기 체적 유량의 직접적인 측정 없이 정해진 범위 이내로 제어되도록 상기 인자를 실행하고, 상기 연소기 유입 또는 출구 스트림의 체적 유량을 조정하기에 효과적인 하나 또는 그 이상의 출력 신호들을 상기 컨트롤러로부터 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 신호들을 상기 컨트롤러에 제공하는 단계는 상기 연소기에 대한 연료 유입의 바로 업스트림(upstream)인 지점에서 연료 스트림의 질량 유량에 상응하는 신호를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 신호들을 상기 컨트롤러에 제공하는 단계는 상기 연소기를 나가는 배출 스트림의 압력에 상응하는 신호를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 신호들을 상기 컨트롤러에 제공하는 단계는 상기 연소기에 대한 산화제 유입의 바로 업스트림인 지점에서 산화제 스트림의 압력에 상응하는 신호를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 계산하는 단계는 상기 연소기 내로의 산화제의 체적 유량을 정규화하기 위한 인자를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 계산하는 단계는 적어도 부분적으로 상기 연소기의 전부하(full load) 동작을 위해 요구되는 상기 연소기에 대한 연료 유입의 바로 업스트림에서 연료 스트림의 질량 유량인 상수를 기초로 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 계산하는 단계는 적어도 부분적으로 상기 연소기에 대한 산화제 유입의 바로 업스트림인 지점에서 산화제 스트림의 압력 및 상기 연소기를 나가는 상기 배출 스트림의 압력 사이의 차이인 상수를 기초로 하며, 상기 압력들은 상기 연소기의 전부하 동작을 위해 요구되는 압력들인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 계산된 인자는 상기 연소기로 들어가는 산화제 스트림 내의 산소 대 이산화탄소의 비율을 조정하는 데 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 계산하는 단계는 상기 연소기 내로의 연료의 체적 유량을 정규화하기 위한 인자를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 연소기 내로의 연료 노즐을 통한 압력 강하를 계산하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 연료 노즐을 통한 상기 압력 강하는 적어도 상기 연소기로 들어가는 상기 배출 스트림의 압력에 상응하는 신호 및 상기 연료 노즐로 들어가는 연료 스트림의 압력에 상응하는 신호에 기초하여 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 계산된 인자는 상기 연소기로 들어가는 연료 스트림 내의 이산화탄소 대 연료의 비율을 조정하는 데 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 동력 생산을 위한 방법에 있어서,
    연소기 배출 스트림을 형성하기 위해 연료가 이산화탄소 희석제의 존재에서 연소기 내에서 산소로 연소되도록 상기 연소기 내로 복수의 스트림들을 통과시키는 단계;
    원하는 출력으로 동력을 발생시키고, 터빈 배출 스트림을 제공하기 위해 상기 연소기 배출 스트림을 터빈 내에서 팽창시키는 단계;
    이산화탄소를 분리하고, 상기 이산화탄소 희석제를 제공하기 위해 상기 터빈 배출 스트림을 처리하는 단계; 및
    상기 연소기 내로의 상기 복수의 스트림들의 전체 체적 유량이 상기 터빈에 의해 발생되는 동력의 상기 원하는 출력이 증가하거나 감소함에 따라 10% 보다 작게 변화되도록 상기 터빈에 의해 발생되는 동력의 상기 원하는 출력이 증가하거나 감소함에 따라 상기 연소기 내로 통과되는 상기 복수의 스트림들 중에서 적어도 하나의 화학 조성을 변경시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 연소기 내로 통과되는 상기 복수의 스트림들 중에서 적어도 하나의 화학 조성을 변경시키는 단계는 상기 터빈에 의해 발생되는 동력의 상기 원하는 출력의 증가 또는 감소를 나타내는 컨트롤러에 하나 또는 그 이상의 제어 입력들을 입력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 연소기 내로 복수의 스트림들을 통과시키는 단계는 상기 연소기 내로 연료 스트림을 통과시키는 단계를 포함하며, 상기 연소기 내로 통과되는 상기 복수의 스트림들 중에서 적어도 하나의 화학 조성을 변경시키는 단계는 상기 연소기에 대한 상기 연료 스트림의 유입의 바로 업스트림인 지점에서 상기 연료 스트림의 질량 유량에 상응하는 신호를 컨트롤러에 입력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 연소기 내로 통과되는 상기 복수의 스트림들 중에서 적어도 하나의 화학 조성을 변경시키는 단계는 상기 연소기로부터 업스트림에서 상기 연료 스트림 내로의 상기 이산화탄소 희석제의 흐름을 증가시키거나 감소시키기에 효과적인 신호를 상기 컨트롤러로부터 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 연소기 내로 복수의 스트림들을 통과시키는 단계는 상기 연소기 내로 산화제 스트림을 통과시키는 단계를 포함하며, 상기 연소기 내로 통과되는 상기 복수의 스트림들 중에서 적어도 하나의 화학 조성을 변경시키는 단계는 상기 연소기에 대한 상기 산화제 스트림의 유입의 바로 업스트림인 지점에서 상기 산화제 스트림의 압력에 상응하는 신호를 컨트롤러에 입력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 연소기 내로 통과되는 상기 복수의 스트림들 중에서 적어도 하나의 화학 조성을 변경시키는 단계는 상기 연소기로부터 업스트림에서 상기 산화제 스트림 내로의 상기 이산화탄소 희석제의 흐름을 증가시키거나 감소시키기에 효과적인 신호를 상기 컨트롤러로부터 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8596075B2 (en) 2009-02-26 2013-12-03 Palmer Labs, Llc System and method for high efficiency power generation using a carbon dioxide circulating working fluid
EP2411736B1 (en) 2009-02-26 2019-06-05 8 Rivers Capital, LLC Apparatus and method for combusting a fuel at high pressure and high temperature, and associated system and device
US9068743B2 (en) 2009-02-26 2015-06-30 8 Rivers Capital, LLC & Palmer Labs, LLC Apparatus for combusting a fuel at high pressure and high temperature, and associated system
US8986002B2 (en) 2009-02-26 2015-03-24 8 Rivers Capital, Llc Apparatus for combusting a fuel at high pressure and high temperature, and associated system
US8869889B2 (en) 2010-09-21 2014-10-28 Palmer Labs, Llc Method of using carbon dioxide in recovery of formation deposits
EA028822B1 (ru) 2012-02-11 2018-01-31 Палмер Лэбс, Ллк Реакция парциального окисления с быстрым охлаждением в закрытом цикле
US9863267B2 (en) * 2014-01-21 2018-01-09 General Electric Company System and method of control for a gas turbine engine
MA40950A (fr) 2014-11-12 2017-09-19 8 Rivers Capital Llc Systèmes et procédés de commande appropriés pour une utilisation avec des systèmes et des procédés de production d'énergie
JP6795390B2 (ja) * 2016-04-26 2020-12-02 三菱パワー株式会社 ガス化複合発電プラントの制御装置および制御方法、並びにガス化複合発電プラント
US10082087B2 (en) * 2016-08-25 2018-09-25 General Electric Company Systems and methods to improve shut-down purge flow in a gas turbine system

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