KR20230161180A - 복합 화력 발전 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복합 화력 발전 장치에 관한 것으로, 연료의 연소에 의해 발생하는 에너지로부터 전력을 생산하는 제1 발전 유닛과, 제1 발전 유닛과 연결되고, 제1 발전 유닛으로부터 배출되는 배기가스의 열을 회수하여 증기를 생성하는 배열 회수 유닛과, 배열 회수 유닛과 연결되고, 배열 회수 유닛으로부터 생성된 증기의 에너지로부터 전력을 생산하는 제2 발전 유닛 및 제1 발전 유닛과 배열 회수 유닛 사이에 구비되고, 제1 발전 유닛으로부터 배출되는 배기가스의 열에 의해 암모니아를 분해하여 연료를 생성하는 연료 생성 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 복합 화력 발전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 암모니아 분해 수단을 구비한 복합 화력 발전 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 복합 화력 발전 시스템은 가스터빈에 연료와 공기를 공급하여 연소실 내 연소를 통해 발생된 연소가스의 열에너지를 통해 터빈을 돌리고, 터빈의 회전으로 인해 발생된 운동에너지를 발전기를 통해 전기에너지로 변환하여 전력을 1차적으로 생산한다. 이 과정에서 연소가스의 열에너지 중 100%가 터빈을 돌리는데 이용되지 못하고 일부는 고온의 배기가스의 열에너지(600도 이상)가 배출된다. 배기가스의 열에너지는 가스터빈의 후단에 설치된 배열회수 보일러(HRSG)에 의해 회수되고, 배열회수 보일러(HRSG)에 회수된 열에너지를 통해 증기를 발생시켜 증기터빈을 구동시켜 전력을 추가로 생산한다.
최근에는 지구 환경 보전을 위해 이산화탄소 배출량이 저감될 수 있도록 수소 등을 연료로 이용하는 것이 각광받고 있으며, 이에 따라 암모니아를 가열하여 암모니아를 수소와 질소로 분해하는 분해 장치를 복합 화력 발전 시스템 내에 추가로 설치하는 방안이 활발히 검토되고 있다. 그러나 종래의 암모니아 분해 장치는 암모니아의 분해 반응을 일으키기 위한 별도의 열원을 추가로 요구하여 발전 시스템의 에너지 소모를 증가시키고, 과도한 설치 공간을 차지하게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1935637호(2018.12.28 등록, 발명의 명칭: 복합화력발전 시스템)에 개시되어 있다.
본 발명은 배열 회수 보일러와 암모니아 분해 설비가 통합 설치된 복합 화력 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 복합 화력 발전 장치는: 연료의 연소에 의해 발생하는 에너지로부터 전력을 생산하는 제1 발전 유닛; 상기 제1 발전 유닛과 연결되고, 상기 제1 발전 유닛으로부터 배출되는 배기가스의 열을 회수하여 증기를 생성하는 배열 회수 유닛; 상기 배열 회수 유닛과 연결되고, 상기 배열 회수 유닛으로부터 생성된 증기의 에너지로부터 전력을 생산하는 제2 발전 유닛; 및 상기 제1 발전 유닛과 상기 배열 회수 유닛 사이에 구비되고, 상기 제1 발전 유닛으로부터 배출되는 배기가스의 열에 의해 암모니아를 분해하여 연료를 생성하는 연료 생성 유닛;을 포함한다.
상기 연료 생성 유닛은, 암모니아를 저장하는 저장부; 상기 저장부와 연결되고, 상기 저장부에 저장된 암모니아를 공급하는 공급부; 상기 공급부와 연결되고, 상기 제1 발전 유닛으로부터 배출되는 배기가스와 상기 공급부로부터 공급되는 암모니아를 열교환시켜 연료를 생성하는 분해부; 및 상기 분해부와 연결되고, 상기 분해부로부터 생성된 연료를 상기 제1 발전 유닛으로 전달하는 전달부;를 포함한다.
상기 공급부는, 양측이 각각 상기 저장부 및 상기 분해부와 연결되는 공급라인; 상기 공급라인에 연결되고, 구동력을 발생시켜 상기 공급라인을 따라 상기 암모니아를 이동시키는 공급구동부; 및 상기 공급라인에 연결되고, 상기 공급라인을 따라 이동되는 암모니아를 기화시키는 기화부;를 포함한다.
상기 분해부는 상기 배열 회수 유닛의 내부에 설치된다.
상기 분해부는 상기 공급부로부터 공급되는 암모니아와 상기 제1 발전 유닛으로부터 배출되는 배기가스를 열교환시킨다.
상기 전달부는, 상기 분해부와 연결되고, 상기 분해부로부터 생성된 연료로부터 잔존 암모니아를 분리하는 분리부; 및 상기 분리부와 연결되고, 상기 분리부에서 분리된 암모니아를 상기 저장부 또는 상기 공급부로 회수하는 회수부;를 포함한다.
상기 연료 생성 유닛은, 상기 제1 발전 유닛으로부터 배출되는 배기가스를 가열하는 가열부;를 더 포함한다.
상기 가열부는 상기 제1 발전 유닛과 상기 분해부의 사이에 배치된다.
본 발명에 따른 복합 화력 발전 장치는 연료 생성 유닛이 제1 발전 유닛과 배열 회수 유닛 사이에 설치됨에 따라 별도의 열원의 설치 없이 제1 발전 유닛으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 통해 연료를 생성할 수 있어 비용을 절감할 수 있고, 전체적인 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 복합 화력 발전 장치는 분해부가 배열 회수 유닛, 보다 구체적으로 본체부의 내부에 설치되어 전체적인 설비의 설치 공간을 축소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 복합 화력 발전 장치는 분해부가 공급부로부터 공급되는 암모니아를 가장 높은 온도를 갖는 본체부의 상류측에 위치한 배기가스와 열교환시킴에 따라 암모니아의 분해 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 화력 발전 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 발명의 일 실시예에 따른 복합 화력 발전 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 계통도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 회수 유닛과 제2 발전 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분해부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전달부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 2는 발명의 일 실시예에 따른 복합 화력 발전 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 계통도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 회수 유닛과 제2 발전 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분해부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전달부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 복합 화력 발전 장치의 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 작업자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(또는 접속)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우도 포함한다. 본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(또는 구비)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 "포함(또는 구비)"할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭할 수 있다. 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 특정 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 그 부호들은 다른 도면을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 특정 도면에 참조 부호가 표시되지 않은 부분이 있더라도, 그 부분은 다른 도면들을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 본 출원의 도면들에 포함된 세부 구성요소들의 개수, 형상, 크기 및 크기의 상대적인 차이 등은 이해의 편의를 위해 설정된 것으로서, 실시예들을 제한하지 않으며 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 화력 발전 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 2는 발명의 일 실시예에 따른 복합 화력 발전 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 계통도이다.
도 1, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 화력 발전 장치(1)는 제1 발전 유닛(100), 배열 회수 유닛(200), 제2 발전 유닛(300), 연료 생성 유닛(400)을 포함한다.
제1 발전 유닛(100)은 연료의 연소에 의해 발생하는 에너지로부터 전력을 생산한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 발전 유닛(100)은 연료 공급부(110), 압축부(120), 연소부(130), 메인 터빈(140), 제1 발전부(150)를 포함한다.
연료 공급부(110)는 연료를 저장하고, 저장된 연료를 후술하는 연소부(130)로 공급한다. 여기서 연료는 수소 및 질소를 포함하는 가스 연료로 예시될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급부(110)는 연료 내 포함된 이물질을 제거하기 위한 필터, 연소부(130)에서 필요로 하는 연료의 압력 및 온도로 이송하기 위한 압축기, 감압 밸브 및 열교환기 일체로 구성되어 있는 연료 처리 설비(111) 및 연소부(130)와 연결되어 연료 처리 설비(111)에서 처리된 연료를 연소부(130)로 전달하는 공급 라인(112)을 포함하여 구성될 수 있다. 연료 공급 라인(112)에는 내부를 유동하는 연료의 유량을 측정하는 유량계(미도시) 및 연료 공급 라인(112)을 개폐하며 연료의 공급 상태를 조절하는 공급 밸브(미도시)가 추가로 설치될 수 있다.
압축부(120)는 공기를 압축하여 압축 공기를 생성하고, 생성된 압축 공기를 후술하는 연소부(130)로 전달한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 압축부(120)는 로터의 회전에 의해 공기를 압축하는 회전 압축기로 예시될 수 있다.
연소부(130)는 압축부(120)로부터 공급된 압축 공기와, 연료 공급부(110)로부터 공급된 연료를 혼합하여 연소시킴으로써 고압 고온의 연소 가스를 발생시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연소부(130)는 압축부(120)로부터 공급된 압축 공기와, 연료 공급부(110)로부터 공급된 연료에 열을 가해 연소 반응을 일으킬 수 있는 다양한 종류의 연소기를 포함하여 구성될 수 있다.
메인 터빈(140)은 연소부(130)로부터 연소 가스를 전달받고, 연소 가스의 유동력에 연동되어 회전력을 발생시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 터빈(140)은 유입구 및 배출구가 형성되는 터빈케이스, 터빈케이스에 회전 가능하게 설치되는 로터, 연소 가스의 유동에 간섭되며 로터를 회전시키는 블레이드들을 포함하여 구성될 수 있다. 메인 터빈(140)의 로터는 압축부(120)의 로터와 일체로 연결되어 회전될 수 있다.
제1 발전부(150)는 메인 터빈(140)의 회전력에 연동되어 전력을 생산한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 발전부(150)는 메인 터빈(140)의 로터 등과 연결되고, 메인 터빈(140)의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 다양한 종류의 발전기로 예시될 수 있다. 제1 발전부(150)는 메인 터빈(140)의 로터와 직접 연결될 수 있고, 압축부(120)의 로터를 매개로 메인 터빈(140)의 로터와 간접적으로 연결되는 것도 가능하다.
배열 회수 유닛(200)은 제1 발전 유닛(100)과 연결되고, 제1 발전 유닛(100)으로부터 배출되는 배기가스의 열을 회수하여 증기를 생성한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 회수 유닛과 제2 발전 유닛의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 회수 유닛(200)은 본체부(210), 저수부(220), 저압 증기 발생부(230), 중압 증기 발생부(240), 고압 증기 발생부(250)를 포함한다.
본체부(210)는 본 발명의 일 실시예에 따른 배열 회수 유닛(200)의 개략적인 외관을 형성하고, 내부에 후술하는 저압 증기 발생부(230), 중압 증기 발생부(240), 고압 증기 발생부(250)가 설치될 수 있는 공간을 마련한다. 본체부(210)는 일측이 배관 등을 매개로 메인 터빈(140)의 배출구와 연결되어 메인 터빈(140)으로부터 배출되는 고온의 배기가스(EG)가 내부로 유입된다. 이하에서는 메인 터빈(140)으로부터 배출되는 배기가스(EG)가 유입되는 본체부(210)의 일측을 상류측이라하고, 상류측과 반대측에 배치된 본체부(210)의 타측을 하류측이라 한다.
저수부(220)는 저압 증기 발생부(230), 중압 증기 발생부(240), 고압 증기 발생부(250)로 증기 발생을 위한 물을 공급함과 동시에 후술하는 제2 발전 유닛(300)으로부터 배출되는 물을 회수하는 구성으로서 기능한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저수부(220)는 저수 탱크(221), 급수 라인(222), 회수 라인(223), 예열기(224), 급수분기부(225)를 포함한다.
저수 탱크(221)는 본체부(210)의 외부에 설치되고, 내부에 물을 액체 상태로 저장할 수 있도록 형성된다.
급수 라인(222)은 양측이 각각 저수 탱크(221) 및 후술하는 예열기(224)와 연결되어 본체부(210)의 내부로 물을 공급한다. 급수 라인(222)에는 급수 라인(222)을 따라 흐르는 물에 유동력을 제공하는 급수 펌프가 추가로 설치될 수 있다.
회수 라인(223)은 양측이 각각 저수 탱크(221) 및 후술하는 제2 발전 유닛(300)와 연결되어 제2 발전 유닛(300)으로부터 배출되는 물을 저수 탱크(221)의 내부로 회수한다.
상술한 내용과 달리 본 발명의 일 실시예에 따른 저수부(220)는 저수 탱크(221) 없이 급수 라인(222)과 회수 라인(223)이 직접 연결되는 형태로 구성되는 것도 가능하다.
예열기(224)는 급수 라인(222)과 연결되고, 급수 라인(222)으로부터 공급되는 물을 배기가스(EG)와 열교환시켜 고온수를 생성한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 예열기(224)는 지그재그 형태로 연장되는 열교환 유로의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 예열기(224)는 본체부(210)의 내부에 설치되고, 본체부(210)의 하류측에 배치된다. 예열기(224)는 일측이 급수 라인(222)과 연결되어 급수 라인(222)으로부터 액체 상태의 물을 공급받는다. 예열기(224)는 본체부(210)의 하류측에 위치한 배기가스(EG)와의 열교환 작용에 의해 내부를 유동하는 물의 온도를 소정 온도 이상으로 상승시킨다. 예열기(224)는 타측이 후술하는 저압 증기 발생부(230)와 연결되어 생성된 고온수의 일부를 저압 증기 발생부(230)로 공급하고 나머지 일부는 후술하는 급수분기부(225)로 공급한다.
급수분기부(225)는 예열기(224)와 연결되고, 저압 증기 발생부(230)로 전달되는 고온수의 일부를 분기시켜 후술하는 중압 증기 발생부(240), 고압 증기 발생부(250)로 각각 공급한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 급수분기부(225)는 예열기(224)로부터 분기되는 고온수를 전달받는 흡입구와, 전달받은 고온수를 중압 증기 발생부(240), 고압 증기 발생부(250)로 공급하는 복수개의 토출구를 구비하는 다양한 종류의 펌프로 예시될 수 있다. 급수분기부(225)는 본체부(210)의 외부에 설치될 수 있고, 이와 달리 본체부(210)의 내부에 설치되는 것도 가능하다.
저압 증기 발생부(230)는 예열기(224)로부터 공급받은 고온수와 배기가스(EG)를 열교환시켜 저압의 증기를 생성한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저압 증기 발생부(230)는 제1 드럼(231), 제1 증발기(232), 제1 과열기(233)를 포함한다.
제1 드럼(231)은 예열기(224)로부터 전달받은 고온수를 후술하는 제1 증발기(232)로 공급하고, 제1 증발기(232)에서 생성된 증기를 후술하는 제1 과열기(233)로 공급한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 드럼(231)은 예열기(224), 제1 증발기(232), 제1 과열기(233)와 연결되고, 액체 상태의 고압수와 기체 상태의 증기를 분리할 수 있는 다양한 종류의 기액분리기로 예시될 수 있다. 제1 드럼(231)은 본체부(210)의 외부에 설치되고, 본체부(210)의 상측에 배치될 수 있다.
제1 증발기(232)는 제1 드럼(231)과 연결되고, 제1 드럼(231)으로부터 전달받은 고온수를 배기가스(EG)와 열교환시켜 증기를 생성한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 증발기(232)는 지그재그 형태로 연장되는 열교환 유로의 형태 갖도록 형성될 수 있다. 제1 증발기(232)는 본체부(210)의 내부에 설치되고, 예열기(224)의 전방에 배치된다. 제1 증발기(232)는 양측이 모두 제1 드럼(231)과 연결된다. 제1 증발기(232)는 일단부를 통해 제1 드럼(231)으로부터 액체 상태의 고온수를 전달받고, 연장 방향을 따라 고온수의 유동을 안내한다. 제1 증발기(232)는 예열기(224)의 전방에 위치한 배기가스(EG)와의 열교환 작용에 의해 내부를 유동하는 액체 상태의 고온수를 증발시켜 증기를 생성한다. 제1 증발기(232)는 타단부를 통해 생성된 증기를 제1 드럼(231)으로 전달한다.
제1 과열기(233)는 제1 드럼(231)과 연결되고, 제1 증발기(232)로부터 생성된 증기를 과열시켜 저압 증기(LS)를 생성한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 과열기(233)는 지그재그 형태로 연장되는 열교환 유로의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 제1 과열기(233)는 본체부(210)의 내부에 설치되고, 제1 증발기(232)의 전방에 배치된다. 제1 과열기(233)는 일단부가 제1 드럼(231)과 연결되고, 제1 드럼(231)으로부터 포화 상태의 증기를 전달받고, 연장 방향을 따라 증기의 유동을 안내한다. 제1 과열기(233)는 제1 증발기(232)의 전방에 위치한 배기가스(EG)와의 열교환 작용에 의해 내부를 유동하는 포화 상태의 증기를 과열시켜 과열 상태의 저압 증기(LS)를 생성한다. 제1 과열기(233)는 타단부가 저압 공급 라인(311)과 연결되고, 저압 공급 라인(311)을 매개로 저압 증기(LS)를 저압 터빈(310)으로 전달한다.
중압 증기 발생부(240)는 급수분기부(225)로부터 공급받은 고온수와 배기가스(EG)를 열교환시켜 중압의 증기를 생성한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 중압 증기 발생부(240)는 중압 절탄기(241), 제2 드럼(242), 제2 증발기(243), 제2 과열기(244), 재가열기(245)를 포함한다.
중압 절탄기(241)는 급수분기부(225)와 연결되고, 급수분기부(225)로부터 공급되는 고온수를 배기가스(EG)와 열교환시켜 가열한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 중압 절탄기(241)는 지그재그 형태로 연장되는 열교환 유로의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 중압 절탄기(241)는 본체부(210)의 내부에 설치되고, 제1 과열기(233)의 전방에 배치된다. 중압 절탄기(241)의 위치는 이러한 사항에 한정되는 것은 아니고, 배열 회수 유닛(200)의 열교환 특성에 따라 상류측에서 하류측 사이에서 온도 스펙트럼을 갖는 본체부(210)의 내부에서 설치 위치가 자유롭게 가변될 수 있다. 중압 절탄기(241)는 일측이 급수분기부(225)와 연결되어 급수분기부(225)으로부터 액체 상태의 고온수를 공급받는다. 중압 절탄기(241)는 제1 과열기(233)의 전방에 위치한 배기가스(EG)와의 열교환 작용에 의해 내부를 유동하는 고온수의 온도를 소정 온도 이상으로 상승시킨다. 중압 절탄기(241)는 타측이 후술하는 제2 드럼(242)과 연결되어 가열된 고온수를 제2 드럼(242)으로 공급한다.
제2 드럼(242)은 중압 절탄기(241)로부터 전달받은 고온수를 후술하는 제2 증발기(243)로 공급하고, 제2 증발기(243)에서 생성된 증기를 후술하는 제2 과열기(244)로 공급한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 드럼(242)은 중압 절탄기(241), 제2 증발기(243), 제2 과열기(244)와 연결되고, 액체 상태의 고압수와 기체 상태의 증기를 분리할 수 있는 다양한 종류의 기액분리기로 예시될 수 있다. 제2 드럼(242)은 본체부(210)의 외부에 설치되고, 본체부(210)의 상측에 배치될 수 있다.
제2 증발기(243)는 제2 드럼(242)과 연결되고, 제2 드럼(242)으로부터 전달받은 고온수를 배기가스(EG)와 열교환시켜 증기를 생성한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 증발기(243)는 지그재그 형태로 연장되는 열교환 유로의 형태 갖도록 형성될 수 있다. 제2 증발기(243)는 본체부(210)의 내부에 설치되고, 중압 절탄기(241)의 전방에 배치된다. 제2 증발기(243)는 양측이 모두 제2 드럼(242)과 연결된다. 제2 증발기(243)는 일단부를 통해 제2 드럼(242)으로부터 액체 상태의 고온수를 전달받고, 연장 방향을 따라 고온수의 유동을 안내한다. 제2 증발기(243)는 중압 절탄기(241)의 전방에 위치한 배기가스(EG)와의 열교환 작용에 의해 내부를 유동하는 액체 상태의 고온수를 증발시켜 증기를 생성한다. 제2 증발기(243)는 타단부를 통해 생성된 증기를 제2 드럼(242)으로 전달한다.
제2 과열기(244)는 제2 드럼(242)과 연결되고, 제2 증발기(243)로부터 생성된 증기를 과열시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 과열기(244)는 지그재그 형태로 연장되는 열교환 유로의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 제2 과열기(244)는 본체부(210)의 내부에 설치되고, 제2 증발기(243)의 전방에 배치된다. 제2 과열기(244)는 일단부가 제2 드럼(242)과 연결되어 제2 드럼(242)으로부터 포화 상태의 증기를 전달받고, 연장 방향을 따라 증기의 유동을 안내한다. 제2 과열기(244)는 제2 증발기(243)의 전방에 위치한 배기가스(EG)와의 열교환 작용에 의해 내부를 유동하는 포화 상태의 증기를 과열시켜 과열 상태의 증기를 생성한다. 제2 과열기(244)는 타단부가 후술하는 재가열기(245)와 연결되고, 과열된 증기를 재가열기(245)으로 전달한다.
재가열기(245)는 제2 과열기(244)로부터 생성된 과열 증기와, 후술하는 고압 터빈(330)으로부터 고압 배출 라인(332)을 따라 배출되는 증기를 재가열하여 중압 증기(IS)를 생성한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 재가열기(245)는 지그재그 형태로 연장되는 열교환 유로의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 재가열기(245)는 본체부(210)의 내부에 설치되고, 제2 증발기(243) 및 제2 과열기(244)의 전방에 배치된다. 재가열기(245)는 일단부가 제2 과열기(244)와 연결되어 제2 과열기(244)로부터 과열 상태의 증기를 전달받는다. 재가열기(245)는 중앙부가 고압 배출 라인(332)와 연결되어 고압 터빈(330)으로부터 배출되는 증기를 전달받는다. 재가열기(245)는 제2 과열기(244)로부터 전달받은 과열 상태의 증기와, 고압 터빈(330)으로부터 전달받은 증기를 혼합하고, 연장 방향을 따라 혼합 증기의 유동을 안내한다. 재가열기(245)는 제2 과열기(244)의 전방에 위치한 배기가스(EG)와의 열교환 작용에 의해 내부를 유동하는 혼합 증기를 과열시켜 중압 증기(IS)를 생성한다. 중압 증기(IS)의 압력은 저압 증기 발생부(230)로부터 생성되는 저압 증기(LS)의 압력보다는 높으며 후술하는 고압 증기 발생부(230)로부터 생성되는 고압 증기(HS)의 압력보다는 작다. 재가열기(245)는 타단부가 중압 공급 라인(321)과 연결되고, 중압 공급 라인(321)을 매개로 중압 증기(IS)를 중압 터빈(320)으로 전달한다.
고압 증기 발생부(250)는 급수분기부(225)로부터 공급받은 고온수와 배기가스를 열교환시켜 고압의 증기를 생성한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고압 증기 발생부(250)는 고압 절탄기(251), 제3 드럼(252), 제3 증발기(253), 제3 과열기(254)를 포함한다.
고압 절탄기(251)는 급수분기부(225)와 연결되고, 급수분기부(225)로부터 공급되는 고온수를 배기가스(EG)와 열교환시켜 가열한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 절탄기(251)는 지그재그 형태로 연장되는 열교환 유로의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 고압 절탄기(251)는 본체부(210)의 내부에 설치되고, 재가열기(245)의 전방에 배치된다. 고압 절탄기(251)의 위치는 이러한 사항에 한정되는 것은 아니고, 배열 회수 유닛(200)의 열교환 특성에 따라 상류측에서 하류측 사이에서 온도 스펙트럼을 갖는 본체부(210)의 내부에서 설치 위치가 자유롭게 가변될 수 있다. 고압 절탄기(251)는 일측이 급수분기부(225)와 연결되어 급수분기부(225)으로부터 액체 상태의 고온수를 공급받는다. 고압 절탄기(251)는 재가열기(245)의 전방에 위치한 배기가스(EG)와의 열교환 작용에 의해 내부를 유동하는 고온수의 온도를 소정 온도 이상으로 상승시킨다. 고압 절탄기(251)는 타측이 후술하는 제3 드럼(252)과 연결되어 가열된 고온수를 제3 드럼(252)으로 공급한다.
제3 드럼(252)은 고압 절탄기(251)로부터 전달받은 고온수를 후술하는 제3 증발기(253)로 공급하고, 제3 증발기(253)에서 생성된 증기를 후술하는 제3 과열기(254)로 공급한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 드럼(252)은 고압 절탄기(251), 제3 증발기(253), 제3 과열기(254)와 연결되고, 액체 상태의 고압수와 기체 상태의 증기를 분리할 수 있는 다양한 종류의 기액분리기로 예시될 수 있다. 제3 드럼(252)은 본체부(210)의 외부에 설치되고, 본체부(210)의 상측에 배치될 수 있다.
제3 증발기(253)는 제3 드럼(252)과 연결되고, 제3 드럼(252)으로부터 전달받은 고온수를 배기가스(EG)와 열교환시켜 증기를 생성한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 증발기(253)는 지그재그 형태로 연장되는 열교환 유로의 형태 갖도록 형성될 수 있다. 제3 증발기(253)는 본체부(210)의 내부에 설치되고, 고압 절탄기(251)의 전방에 배치된다. 제3 증발기(253)는 양측이 모두 제3 드럼(252)과 연결된다. 제3 증발기(253)는 일단부를 통해 제3 드럼(252)으로부터 액체 상태의 고온수를 전달받고, 연장 방향을 따라 고온수의 유동을 안내한다. 제3 증발기(253)는 고압 절탄기(251)의 전방에 위치한 배기가스(EG)와의 열교환 작용에 의해 내부를 유동하는 액체 상태의 고온수를 증발시켜 증기를 생성한다. 제3 증발기(253)는 타단부를 통해 생성된 증기를 제3 드럼(252)으로 전달한다.
제3 과열기(254)는 제3 드럼(252)과 연결되고, 제3 증발기(253)로부터 생성된 증기를 과열시켜 고압 증기(HS)를 생성한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 과열기(254)는 지그재그 형태로 연장되는 열교환 유로의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 제3 과열기(254)는 본체부(210)의 내부에 설치되고, 제3 증발기(253)의 전방에 배치된다. 제3 과열기(254)는 일단부가 제3 드럼(252)과 연결되어 제3 드럼(252)으로부터 포화 상태의 증기를 전달받고, 연장 방향을 따라 증기의 유동을 안내한다. 제3 과열기(254)는 제3 증발기(253)의 전방에 위치한 배기가스(EG)와의 열교환 작용에 의해 내부를 유동하는 포화 상태의 증기를 과열시켜 고압 증기(HS)를 생성한다. 제3 과열기(254)는 타단부가 고압 공급 라인(331)과 연결되고, 고압 공급 라인(331)을 매개로 고압 증기(HS)를 고압 터빈(330)으로 전달한다.
제2 발전 유닛(300)은 배열 회수 유닛(200)과 연결되고, 배열 회수 유닛(200)으로부터 생성된 증기의 에너지로부터 전력을 생산한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2 발전 유닛(300)은 저압 터빈(310), 중압 터빈(320), 고압 터빈(330), 제2 발전부(340)를 포함한다.
저압 터빈(310)은 저압 증기 발생부(230)로부터 저압 증기(LS)를 전달받고, 저압 증기(LS)의 유동력에 연동되어 회전력을 발생시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 터빈(310)은 유입구 및 배출구가 형성되는 터빈케이스, 터빈케이스에 회전 가능하게 설치되는 로터, 저압 증기(LS)의 유동에 간섭되며 로터를 회전시키는 블레이드들을 포함하여 구성될 수 있다. 저압 터빈(310)의 유입구는 저압 공급 라인(311)를 매개로 제1 과열기(233)와 연결되어 제1 과열기(233)로부터 생성된 저압 증기(LS)를 전달받는다. 저압 터빈(310)의 배출구는 저압 배출 라인(312)을 매개로 후술하는 회수 라인(223)과 연결되어 로터를 회전시킨후 저압 터빈(310)으로부터 배출되는 증기를 회수 라인(223)으로 전달한다. 저압 배출 라인(312)에는 기체 상태의 증기를 액체 상태의 물로 상변화시키는 응축기가 추가로 설치될 수 있다.
중압 터빈(320)은 중압 증기 발생부(240)로부터 중압 증기(IS)를 전달받고, 중압 증기(IS)의 유동력에 연동되어 회전력을 발생시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 중압 터빈(320)은 유입구 및 배출구가 형성되는 터빈케이스, 터빈케이스에 회전 가능하게 설치되는 로터, 중압 증기(IS)의 유동에 간섭되며 로터를 회전시키는 블레이드들을 포함하여 구성될 수 있다. 중압 터빈(320)의 유입구는 중압 공급 라인(321)를 매개로 재가열기(245)와 연결되어 재가열기(245)로부터 생성된 중압 증기(IS)를 전달받는다. 중압 터빈(320)의 배출구는 중압 배출 라인(322)을 매개로 후술하는 저압 공급 라인(311)과 연결되어 로터를 회전시킨후 중압 터빈(320)으로부터 배출되는 증기를 저압 공급 라인(311)으로 전달한다. 중압 배출 라인(322)을 따라 유동되는 증기는 저압 공급 라인(311)에서 저압 증기(LS)와 합류된 뒤 저압 터빈(310)으로 재공급된다.
고압 터빈(330)은 고압 증기 발생부(250)로부터 고압 증기(HS)를 전달받고, 고압 증기(HS)의 유동력에 연동되어 회전력을 발생시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 터빈(330)은 유입구 및 배출구가 형성되는 터빈케이스, 터빈케이스에 회전 가능하게 설치되는 로터, 고압 증기(HS)의 유동에 간섭되며 로터를 회전시키는 블레이드들을 포함하여 구성될 수 있다. 고압 터빈(330)의 유입구는 고압 공급 라인(331)를 매개로 제3 과열기(254)와 연결되어 제3 과열기(254)로부터 생성된 고압 증기(HS)를 전달받는다. 고압 터빈(330)의 배출구는 고압 배출 라인(332)을 매개로 재가열기(245)와 연결되어 로터를 회전시킨후 고압 터빈(330)으로부터 배출되는 증기를 재가열기(245)로 전달한다.
제2 발전부(340)는 저압 터빈(310), 중압 터빈(320) 및 고압 터빈(330)과 연결되고, 저압 터빈(310), 중압 터빈(320) 및 고압 터빈(330)의 회전력에 연동되어 전력을 생산한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 발전부(340)는 저압 터빈(310), 중압 터빈(320) 및 고압 터빈(330)의 로터 등과 연결되고, 저압 터빈(310), 중압 터빈(320) 및 고압 터빈(330)의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 다양한 종류의 발전기로 예시될 수 있다. 제2 발전부(340)는 저압 터빈(310), 중압 터빈(320) 및 고압 터빈(330)의 로터와 개별적으로 연결될 수 있고, 저압 터빈(310), 중압 터빈(320) 및 고압 터빈(330)의 로터와 일체로 연결되는 것도 가능하다.
연료 생성 유닛(400)은 제1 발전 유닛(100)과 배열 회수 유닛(200) 사이에 구비되고, 제1 발전 유닛(100)으로부터 배출되는 배기가스의 열에 의해 암모니아를 분해하여 연료를 생성한다. 이에 따라, 연료 생성 유닛(400)은 별도의 열원의 설치 없이 제1 발전 유닛(100)으로부터 배출되는 폐열을 통해 연료를 생성할 수 있어 위한 발전 계통의 전체적인 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 생성 유닛(400)은 저장부(410), 공급부(420), 분해부(430), 전달부(440), 가열부(450)를 포함한다.
저장부(410)는 배열 회수 유닛(200)의 외측에 설치되고, 암모니아를 저장한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 저장부(410)는 암모니아를 액체 상태로 저장할 수 있는 다양한 종류의 저장 용기로 예시될 수 있다.
공급부(420)는 저장부(410)와 연결되고, 저장부(410)에 저장된 암모니아를 후술하는 분해부(430)로 공급한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공급부(420)는 공급라인(421), 공급구동부(422), 기화부(423)를 포함한다.
공급라인(421)은 저장부(410)에 저장된 암모니아가 분해부(430)를 향해 전달되는 경로를 형성한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 공급라인(421)은 관의 형태를 갖도록 형성되고, 양측이 각각 저장부(410) 및 분해부(430)와 연결된다.
공급구동부(422)는 공급라인(421)에 연결되고, 구동력을 발생시켜 공급라인(421)을 따라 암모니아를 이동시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 공급구동부(422)는 저장부(410)로부터 공급라인(421)으로 전달된 암모니아에 유동력을 제공하는 다양한 종류의 유체 펌프로 예시될 수 있다.
기화부(423)는 공급라인(421)에 연결되고, 공급라인(421)을 따라 이동되는 암모니아를 기화시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기화부(423)는 공급라인(421)을 따라 유동되는 액체 상태의 암모니아에 활성화에너지를 공급하여 기체 상태의 암모니아로 상변화되도록 열을 부가할 수 있는 기화기로 예시될 수 있다. 기화부(423)의 위치 및 사용 열원은 어느 하나에 한정되지 않고 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 기화부(423)의 열원은 제1 발전 유닛(100)으로부터 배출되는 배기가스(EG) 또는 요구되는 반응 온도에 따라 다양한 종류의 열원을 사용할 수 있으며 후술되는 반응촉진부(431)와 통합될 수 있고, 활성화에너지를 공급받는 다양한 형태로 구현될 수 있다.
분해부(430)는 공급부(420)와 연결되고, 제1 발전 유닛(100)으로부터 배출되는 배기가스(EG)와 공급부로부터 공급되는 암모니아를 열교환시켜 연료 및 잔존 암모니아가 포함된 혼합물을 생성한다. 분해부(430)는 배열 회수 유닛(200)의 내부에 설치된다. 이 경우, 분해부(430)는 본체부(210)의 상류측 즉, 제3 과열기(254)의 전단부에 배치될 수 있다. 분해부(430)는 본체부(210)의 상류측에서 공급부(420)로부터 공급되는 암모니아와 제1 발전 유닛(100)으로부터 배출되는 배기가스(EG)를 열교환시킨다. 이에 따라 분해부(430)는 가장 고온 상태의 배기가스(EG)를 암모니아와 열교환시킬 수 있어 암모니아의 분해 효율을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 분해부(430)는 배열 회수 유닛(200)의 내부에 설치되어 전체적인 설비의 설치 공간을 축소시킬 수 있다. 한편, 분해부(430)는 상기의 설치 위치에 한정되는 것은 아니고, 촉매의 종류 및 요구되는 반응 온도에 따라 상류측에서 하류측 사이에서 온도 스펙트럼을 갖는 본체부(210)의 내부에서 설치 위치가 자유롭게 가변될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분해부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분해부(430)는 반응촉진부(431), 촉매반응기(432), 이송 라인(433)을 포함한다.
반응촉진부(431)는 공급부(420)와 연결되고, 암모니아의 분해 반응을 촉진시킨다. 보다 구체적으로, 반응촉진부(431)는 공급부(420)로부터 전달되는 암모니아가 후술하는 촉매반응기(432)로 공급되기에 앞서 암모니아를 배기가스(EG)와 1차적으로 열교환시켜 암모니아의 온도를 상승시킨다. 이에 따라 반응촉진부(431)는 암모니아에 분해 반응이 일어나기 위한 활성화에너지를 사전에 공급할 수 있어 촉매반응기(432)에서의 반응 속도를 보다 촉진시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 반응촉진부(431)는 지그재그 형태로 연장되는 열교환 유로의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 반응촉진부(431)는 본체부(210)의 내부에서 제3 과열기(254)의 전단부에 배치된다. 반응촉진부(431)는 일단부가 공급라인(421)에 연결되고, 공급라인(421)으로부터 기체 상태의 암모니아를 전달받는다. 반응촉진부(431)는 연장 방향을 따라 암모니아의 유동을 안내한다. 반응촉진부(431)는 제3 과열기(254)의 전방에 위치한 배기가스(EG)와의 열교환 작용에 의해 내부를 유동하는 암모니아를 가열한다. 반응촉진부(431)는 타단부가 후술하는 촉매반응기(432)와 연결되고, 촉매반응기(432)로 가열된 기체 상태의 암모니아를 전달한다.
촉매반응기(432)는 반응촉진부(431)와 연결되고, 반응촉진부(431)로부터 전달받은 암모니아와 배기가스(EG)의 열교환 작용에 의해 암모니아를 수소 및 질소로 열분해함으로써 연료 및 잔존 암모니아가 포함된 혼합물을 생성한다. 촉매반응기(432)에는 암모니아의 열분해를 촉진하기 위한 촉매가 충전되어 있다. 촉매는 분해 반응을 활성화시키는 촉매 성분과, 촉매 성분을 담지하는 담체를 갖는다. 촉매 성분으로서는, 예를 들면, Ru 등의 귀금속의 입자, Ni, Co, Fe 등의 천이 금속을 포함하는 금속 입자가 있다. 담체로서는, Al2O3, ZrO2, Pr2O3, La2O3, MgO 등의 산화 금속이 있다. 또한, 촉매는 암모니아의 분해 반응을 활성화시키는 것이면, 이상에서 예시한 촉매로 한정되지 않는다. 촉매반응기(432)의 형태는 도 4에 도시된 사항에 한정되는 것은 아니고, 반응촉진부(431)로부터 전달받은 암모니아와 본체부(210) 내부의 배기가스(EG)를 열교환시킬 수 있는 다양한 종류의 열교환기로 예시될 수 있다.
이송 라인(433)은 촉매반응기(432)와 연결되고, 촉매반응기(432)로부터 생성된 연료 및 잔존 암모니아의 혼합물을 후술하는 전달부(440)로 전달한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이송 라인(433)은 양측이 각각 촉매반응기(432) 및 전달부(440)의 분리부(441)와 연결되는 관의 형태를 갖도록 형성될 수 있다.
전달부(440)는 분해부(430)와 연결되어 분해부(430)로부터 생성된 혼합물을 공급받는다. 전달부(440)는 공급받은 혼합물에서 연료 및 잔존 암모니아를 분리한 뒤, 잔존 암모니아가 제거된 순수 연료를 제1 발전 유닛(100)으로 전달하고, 제거된 잔존 암모니아를 저장부(410) 또는 공급부(420)로 전달한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전달부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전달부(440)는 분리부(441), 회수부(442)를 포함한다.
분리부(441)는 분해부(430)와 연결되고, 분해부(430)로부터 생성된 연료 및 잔존 암모니아의 혼합물로부터 잔존 암모니아를 분리한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분리부(441)는 액체와 기체를 상호 분리시키는 다양한 종류의 기액분리기로 예시될 수 있다. 분리부(441)는 이송 라인(433)과 연결되고, 이송 라인(433)을 통해 촉매반응기(432)로부터 생성된 연료 및 잔존 암모니아의 혼합물을 전달받는다.
분리부(441)의 상측에는 후술하는 회수부(442)로부터 배출되는 물이 유동되는 제1 물순환라인(442b)이 연결된다. 제1 물순환라인(442b)은 회수부(442)로부터 배출되는 물을 분리부(441)의 내부로 살포한다. 분리부(441)의 내부로 살포된 물은 이송 라인(433)을 통해 촉매반응기(432)로부터 생성된 혼합물 내에 잔존하는 암모니아를 용해시켜 암모니아수를 생성한다.
분리부(441)의 하단부에는 암모니아수를 회수부(442)로 전달하는 암모니아수라인(441b)이 연결된다. 잔류 암모니아가 용해된 암모니아수는 분리부(441)의 하부에 포집되고, 분리부(441)의 하단에 연결된 암모니아수라인(441b)를 통해 회수부(442)로 전달된다. 이 경우, 제1 물순환라인(442b)을 따라 유동되는 물은 암모니아수라인(441b)을 따라 유동되는 암모니아수와 열교환되며 냉각될 수 있다.
분리부(441)의 상단부에는 암모니아가 제거된 연료를 연료 공급부(110)로 전달하는 전달 라인(441a)이 연결된다. 잔류 암모니아가 제거된 연료는 분리부(441)의 상측으로 이동되고, 분리부(441)의 상단에 연결된 전달 라인(441a)을 통해 연료 처리 설비(111)로 전달된다. 전달 라인(441a)에는 연료의 전달 성능이 향상될 수 있도록 연료 압축기 혹은 펌프(미도시)가 추가로 설치될 수 있다.
회수부(442)는 분리부(441)와 연결되고, 분리부(441)에서 분리된 암모니아를 저장부(410) 또는 공급부(420)로 회수한다. 이하에서는 회수부(442)가 분리된 암모니아를 공급부(420)로 회수하는 것을 예로 들어 설명하겠으나, 회수부(442)는 이와 달리 분리된 암모니아를 저장부(410)로 회수하는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회수부(442)는 분리부(441)와 이격되게 배치되고, 액체와 기체를 상호 분리시키는 다양한 종류의 기액분리기로 예시될 수 있다. 회수부(442)는 암모니아수라인(441b)과 연결되고, 암모니아수라인(441b)을 통해 분리부(441)로부터 배출되는 암모니아수를 전달받는다. 암모니아수라인(441b)를 따라 유동되는 암모니아수는 제1 물순환라인(442b)을 따라 유동되는 물과 열교환되며 가열될 수 있다.
회수부(442)의 하단부에는 제1 물순환라인(442b)과, 제1 물순환라인(442b)으로부터 분기되는 제2 물순환라인(442c)이 연결된다. 제2 물순환라인(442c)은 제1 물순환라인(441b)을 따라 유동되는 물의 일부를 분기시키고, 분기된 물을 별도의 가열장치에 의해 가열한 뒤 수증기 상태로 회수부(442)의 내부로 살포한다. 회수부(442)의 내부로 살포된 수증기는 암모니아수라인(441b)을 통해 회수부(442)의 내부로 전달된 암모니아수와 열교환된다. 이 경우, 암모니아수에 포함된 암모니아는 물보다 증발하기 쉬운 특성상 수증기에 의해 기화되고, 수증기는 액체 상태의 물로 액화된다. 액화된 물은 회수부(442)의 하부에 포집되고, 회수부(442)의 하단에 연결된 제1 물순환라인(441b)을 통해 분리부(441)로 전달된다.
회수부(442)의 상단부에는 암모니아를 공급부(420)로 전달하는 암모니아 회수 라인(442a)이 연결된다. 수증기에 의해 기화된 암모니아는 회수부(442)의 상측으로 이동되고, 회수부(442)의 상단에 연결된 암모니아 회수 라인(442a)를 통해 공급부(420)로 전달된다. 암모니아 회수 라인(442a)에는 암모니아의 전달 성능이 향상될 수 있도록 암모니아압축기(443)가 추가로 설치될 수 있다.
상술한 분리부(441) 및 회수부(442)의 상세 내용은 이해의 편의를 위해 설정된 것으로서, 실시예들을 제한하지 않으며 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 분리부(441) 및 회수부(442)는 상술한 바와 같이 물을 이용해 잔존 암모니아를 회수하는 경우 뿐만 아니라 다른 종류의 흡수체, 분자체 등을 이용해 잔존 암모니아를 회수하는 경우에도 적용이 가능하다. 분리부(441) 및 회수부(442)가 다른 종류의 흡수체, 분자체 등을 이용해 잔존 암모니아를 회수하는 경우, 분리부(441) 및 회수부(442)의 구체적인 배관 구성 등은 상술한 내용과 다르게 설정될 수 있다.
가열부(450)는 제1 발전 유닛(100)과 분해부(430)의 사이에 배치되고, 제1 발전 유닛(100)으로부터 배출되는 배기가스(EG)를 가열한다. 보다 구체적으로, 가열부(450)는 제1 발전 유닛(100)으로부터 배출되는 배기가스(EG)가 분해부(430)로 전달된 암모니아와 열교환되기에 앞서, 배기가스(EG)를 소정 온도 이상으로 가열할 수 있도록 마련된다. 이에 따라 가열부(450)는 배기가스(EG)가 제1 발전 유닛(100)으로부터 분해부(430)로 전달되는 과정에서 소정 온도 이하로 하강되지 않도록 하여 분해부(430)에서의 암모니아의 분해 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 가열부(450)는 화염을 분사하여 배기가스(EG)를 가열하는 버너를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 가열부(450)는 배기가스(EG)의 온도를 조절하는 온도센서, 온도센서로부터 측정된 배기가스(EG)의 온도에 따라 버너의 동작을 제어하는 프로세서 등과 같은 가열제어유닛을 추가로 포함할 수 있다. 가열부(450)는 본체부(210)의 상류측, 보다 구체적으로 분해부(430)의 전단에 배치될 수 있다. 가열부(450)는 배열 회수 유닛(200) 및 연료 생성 유닛(400)의 공정 설계에 따라 선택적으로 생략이 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1 : 복합 화력 발전 장치
100 : 제1 발전 유닛
110 : 연료 공급부 111 : 연료 처리 설비
112 : 연료 공급 라인 120 : 압축부
130 : 연소부 140 : 메인 터빈
150 : 제1 발전부 200 : 배열 회수 유닛
210 : 본체부 220 : 저수부
221 : 저수 탱크 222 : 급수 라인
223 : 회수 라인 224 : 예열기
225 : 급수분기부 230 : 저압 증기 발생부
231 : 제1 드럼 232 : 제1 증발기
233 : 제1 과열기 240 : 중압 증기 발생부
241 : 중압 절탄기 242 : 제2 드럼
243 : 제2 증발기 244 : 제2 과열기
245 : 재가열기 250 : 고압 증기 발생부
251 : 고압 절탄기 252 : 제3 드럼
253 : 제3 증발기 254 : 제3 과열기
300 : 제2 발전 유닛 310 : 저압 터빈
311 : 저압 공급 라인 312 : 저압 배출 라인
320 : 중압 터빈 321 : 중압 공급 라인
322 : 중압 배출 라인 330 : 고압 터빈
331 : 고압 공급 라인 332 : 고압 배출 라인
340 : 제2 발전부 400 : 연료 생성 유닛
410 : 저장부 420 : 공급부
421 : 공급라인 422 : 공급구동부
423 : 기화부 430 : 분해부
431 : 반응촉진부 432 : 촉매반응기
433 : 이송 라인 440 : 전달부
441 : 분리부 441a : 전달 라인
441b : 암모니아수 라인 442 : 회수부
442a : 암모니아 회수 라인 442b : 제1 물순환라인
442c : 제2 물순환라인 443 : 암모니아압축기
450 : 가열부
110 : 연료 공급부 111 : 연료 처리 설비
112 : 연료 공급 라인 120 : 압축부
130 : 연소부 140 : 메인 터빈
150 : 제1 발전부 200 : 배열 회수 유닛
210 : 본체부 220 : 저수부
221 : 저수 탱크 222 : 급수 라인
223 : 회수 라인 224 : 예열기
225 : 급수분기부 230 : 저압 증기 발생부
231 : 제1 드럼 232 : 제1 증발기
233 : 제1 과열기 240 : 중압 증기 발생부
241 : 중압 절탄기 242 : 제2 드럼
243 : 제2 증발기 244 : 제2 과열기
245 : 재가열기 250 : 고압 증기 발생부
251 : 고압 절탄기 252 : 제3 드럼
253 : 제3 증발기 254 : 제3 과열기
300 : 제2 발전 유닛 310 : 저압 터빈
311 : 저압 공급 라인 312 : 저압 배출 라인
320 : 중압 터빈 321 : 중압 공급 라인
322 : 중압 배출 라인 330 : 고압 터빈
331 : 고압 공급 라인 332 : 고압 배출 라인
340 : 제2 발전부 400 : 연료 생성 유닛
410 : 저장부 420 : 공급부
421 : 공급라인 422 : 공급구동부
423 : 기화부 430 : 분해부
431 : 반응촉진부 432 : 촉매반응기
433 : 이송 라인 440 : 전달부
441 : 분리부 441a : 전달 라인
441b : 암모니아수 라인 442 : 회수부
442a : 암모니아 회수 라인 442b : 제1 물순환라인
442c : 제2 물순환라인 443 : 암모니아압축기
450 : 가열부
Claims (8)
- 연료의 연소에 의해 발생하는 에너지로부터 전력을 생산하는 제1 발전 유닛;
상기 제1 발전 유닛과 연결되고, 상기 제1 발전 유닛으로부터 배출되는 배기가스의 열을 회수하여 증기를 생성하는 배열 회수 유닛;
상기 배열 회수 유닛과 연결되고, 상기 배열 회수 유닛으로부터 생성된 증기의 에너지로부터 전력을 생산하는 제2 발전 유닛; 및
상기 제1 발전 유닛과 상기 배열 회수 유닛 사이에 구비되고, 상기 제1 발전 유닛으로부터 배출되는 배기가스의 열에 의해 암모니아를 분해하여 연료를 생성하는 연료 생성 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 화력 발전 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 연료 생성 유닛은,
암모니아를 저장하는 저장부;
상기 저장부와 연결되고, 상기 저장부에 저장된 암모니아를 공급하는 공급부;
상기 공급부와 연결되고, 상기 제1 발전 유닛으로부터 배출되는 배기가스와상기 공급부로부터 공급되는 암모니아를 열교환시켜 연료를 생성하는 분해부; 및
상기 분해부와 연결되고, 상기 분해부로부터 생성된 연료를 상기 제1 발전 유닛으로 전달하는 전달부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 화력 발전 장치.
- 제 2항에 있어서,
상기 공급부는,
양측이 각각 상기 저장부 및 상기 분해부와 연결되는 공급라인;
상기 공급라인에 연결되고, 구동력을 발생시켜 상기 공급라인을 따라 상기 암모니아를 이동시키는 공급구동부; 및
상기 공급라인에 연결되고, 상기 공급라인을 따라 이동되는 암모니아를 기화시키는 기화부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 화력 발전 장치.
- 제 2항에 있어서,
상기 분해부는 상기 배열 회수 유닛의 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 복합 화력 발전 장치.
- 제 4항에 있어서,
상기 분해부는 상기 공급부로부터 공급되는 암모니아와 상기 제1 발전 유닛으로부터 배출되는 배기가스를 열교환시키는 것을 특징으로 하는 복합 화력 발전 장치.
- 제 2항에 있어서,
상기 전달부는,
상기 분해부와 연결되고, 상기 분해부로부터 생성된 연료로부터 잔존 암모니아를 분리하는 분리부; 및
상기 분리부와 연결되고, 상기 분리부에서 분리된 암모니아를 상기 저장부 또는 상기 공급부로 회수하는 회수부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 화력 발전 장치.
- 제 2항에 있어서,
상기 연료 생성 유닛은,
상기 제1 발전 유닛으로부터 배출되는 배기가스를 가열하는 가열부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 화력 발전 장치.
- 제 7항에 있어서,
상기 가열부는 상기 제1 발전 유닛과 상기 분해부의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 복합 화력 발전 장치.
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| KR1020220060867A KR20230161180A (ko) | 2022-05-18 | 2022-05-18 | 복합 화력 발전 장치 |
| PCT/KR2022/008289 WO2023224162A1 (ko) | 2022-05-18 | 2022-06-13 | 복합 화력 발전 장치 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220060867A KR20230161180A (ko) | 2022-05-18 | 2022-05-18 | 복합 화력 발전 장치 |
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| Publication Number | Publication Date |
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|---|---|---|---|
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- 2022-06-13 WO PCT/KR2022/008289 patent/WO2023224162A1/ko unknown
Also Published As
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