KR102048844B1 - System and Method for Liquid Air Evaporation using Carbon Capture System - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상용 발전 플랜트에 이산화탄소 포집 장치를 연계하여, 발전 플랜트로부터 배출되는 배기가스에 포함된 환경오염물질을 분리제거함으로써 친환경적으로 전력을 생산하고, 액체공기 재기화 장치와 연계하여 추가 전력을 생산하면서도 환경오염물질의 분리제거효율을 향상시킬 수 있는, 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템은, 액체공기를 재기화시켜 전력을 생산하는 액체공기 재기화 장치; 연료를 연소시켜 전력을 생산하는 발전 플랜트; 및 상기 발전 플랜트로 연료의 연소에 필요한 산소를 공급하는 이산화탄소 포집 장치;를 포함하고, 상기 이산화탄소 포집 장치는, 상기 액체공기 재기화 장치로부터 압축공기를 공급받아 순산소를 생성시켜 상기 발전 플랜트로 공급하는 순산소 생성 수단; 및 상기 발전 플랜트에서 순산소를 이용하여 연료를 연소시킨 후 배출되는, 이산화탄소가 풍부한 배기가스로부터 이산화탄소를 분리하여, 이산화탄소가 분리제거된 배기가스를 대기 중으로 방출시키는 이산화탄소 포집기;를 포함하여, 상기 발전 플랜트에서는, 순산소 연소를 통해 전력이 생산되고, 환경오염물질을 포함하지 않는 청정 배기가스가 배출되는 것을 특징으로 한다.The present invention by connecting the carbon dioxide capture device to the commercial power plant, to produce environmentally friendly power by separating and removing environmental pollutants contained in the exhaust gas discharged from the power plant, and to produce additional power in connection with the liquid air regasification device The present invention relates to a liquefied air regasification system and method including a carbon dioxide capture device, which can improve separation and removal efficiency of environmental pollutants.
Liquefied air regasification system comprising a carbon dioxide capture device according to the present invention, liquid air regasification device for producing power by regasifying liquid air; A power plant that produces power by burning fuel; And a carbon dioxide capture device for supplying oxygen for combustion of fuel to the power generation plant, wherein the carbon dioxide capture device receives compressed air from the liquid air regasification device to generate pure oxygen and supply it to the power generation plant. Pure oxygen generating means; And a carbon dioxide collector which separates carbon dioxide from carbon dioxide-rich exhaust gas discharged after burning fuel using pure oxygen in the power plant, and discharges carbon dioxide from which carbon dioxide has been separated and removed into the atmosphere. In the plant, electric power is produced through pure oxygen combustion, and clean exhaust gas containing no environmental pollutants is discharged.
Description
본 발명은 상용 발전 플랜트에 이산화탄소 포집 장치를 연계하여, 발전 플랜트로부터 배출되는 배기가스에 포함된 환경오염물질을 분리제거함으로써 친환경적으로 전력을 생산하고, 액체공기 재기화 장치와 연계하여 추가 전력을 생산하면서도 환경오염물질의 분리제거효율을 향상시킬 수 있는, 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention by connecting the carbon dioxide capture device to the commercial power plant, to produce environmentally friendly power by separating and removing environmental pollutants contained in the exhaust gas discharged from the power plant, and to produce additional power in conjunction with the liquid air regasification device The present invention relates to a liquefied air regasification system and method including a carbon dioxide capture device, which can improve separation and removal efficiency of environmental pollutants.
현재의 전력 시스템은, 실시간으로 공급과 수요가 일치하는 중앙 집중형 시스템이다. 원자력 발전 플랜트, 석탄화력 발전 플랜트 등 대단위의 기저부하용 발전 플랜트에서 기저부하(base load)의 전력을 공급하고, 생산된 전력을 송·배전망을 통하여 각 전력 수요처에 공급하는 방식이다. 기저부하용 발전 플랜트는 24시간 동안 계속 운전되고, 또한, 설정된 일정수준의 출력으로 계속 운전된다. Current power systems are centralized systems that match supply and demand in real time. It is a method of supplying base load power in large-scale base load power generation plants such as nuclear power plants and coal-fired power plants, and supplying the generated power to each power demand source through a transmission and distribution network. The base load generation plant continues to run for 24 hours, and also continues to run at a set level of output.
국내 석탄화력 발전의 경우 원자력 발전과 함께 기저부하를 담당하고 있으며, 한국전력 통계 기준, 2016년 석탄화력 단독 전력생산 비중이 전체의 약 38%를 차지할 정도로 그 비중이 높다.Domestic coal-fired power plants are in charge of base loads along with nuclear power generation, and the proportion is high, accounting for 38% of total coal-fired power generation in 2016.
한편, 석탄화력 발전 플랜트나 중유 발전 플랜트 등 탄화수소를 연료로 사용하는 발전 플랜트에서 배출되는 배기가스에는, 지구 온난화의 주범인 상당량의 이산화탄소, 질소산화물 등 환경오염물질이 포함되어 있다. On the other hand, the exhaust gas emitted from a power plant that uses hydrocarbons as a fuel, such as a coal-fired power plant or a heavy oil power plant, contains a large amount of environmental pollutants such as carbon dioxide and nitrogen oxides, which are major causes of global warming.
이산화탄소가 배기가스에 포함되어 대기 중으로 방출되는 문제를 해결하기 위한 종래의 방법으로는, 연료에 포함된 탄소를 제거한 후 연소시키는 연소 전 분리방식과, 배기가스에 포함된 이산화탄소를 제거하는 연소 후 분리방식이 있다. Conventional methods for solving the problem that carbon dioxide is contained in the exhaust gas and released into the atmosphere include a pre-combustion separation method in which the carbon contained in the fuel is removed and combusted, and a post-combustion separation in which the carbon dioxide contained in the exhaust gas is removed. There is a way.
대표적인 연소 전 분리방식으로는, 석탄화력 발전 플랜트의 연료인 석탄을 가스화시켜 수증기 개질한 후, 개질반응의 생성물인 수소와 이산화탄소로부터 이산화탄소를 제거하는 방법이 있다. 그러나, 연료의 연소 시 공기를 사용하는 한, 연소 후 배기가스에 질소산화물 등 다양한 불순물이 함께 배출되므로 배기가스 중의 이산화탄소 포집 효율은 낮다. Typical pre-combustion separation methods include gasification of coal, which is a fuel of a coal-fired power plant, and steam reforming, followed by removal of carbon dioxide from hydrogen and carbon dioxide, which are products of the reforming reaction. However, as long as air is used for combustion of fuel, various impurities such as nitrogen oxides are discharged together with the exhaust gas after combustion, so the carbon dioxide capture efficiency in the exhaust gas is low.
한편, 전력 수요처의 에너지 수요 패턴은 계절이나 시간대에 따라 매우 다양하다. 예를 들어, 여름철에는 냉방 수요가 급격하게 상승하여 첨두부하(peak load)가 발생하게 된다.On the other hand, energy demand patterns of power demand sources vary greatly depending on the season or time of day. For example, during summer, the demand for cooling increases rapidly, resulting in a peak load.
일반적으로, 기저부하용 발전 플랜트는 최대부하로 설계되어 꾸준히 일정한 전력을 생산하고 있으며, 출력을 증가시키기 위해 기기를 새로 가동하기 위한 시간이 많이 필요하다. 예를 들어, 석탄화력 발전 플랜트의 경우에는 하루 정도의 예열 시간이 필요하다. 즉, 기저부하용 발전 플랜트는 전력생산까지의 응답 시간이 늦기 때문에 기저부하의 역할만 수행할 수 있으며, 비교적 짧은 시간 동안 요구되는 첨두부하에 대응하기에는 출력 조정이 어려운 등 여러가지 한계점이 있다.In general, base load power plants are designed for maximum load, producing consistently constant power, and require a lot of time to start up the equipment to increase output. For example, coal-fired power plants require about one day warm up time. That is, the base load power generation plant can only play the role of the base load because the response time to power generation is late, and there are various limitations such as difficult to adjust the output to cope with the peak load required for a relatively short time.
종래에는, LNG(Liquefied Natural Gas)나 중유를 연료로하는 발전 플랜트나 양수 발전 플랜트를 이용해 전력 수급의 변화에 따라 부하를 조정함으로써 즉시 추가 전력을 생산하는 추종 운전(load follow operation) 방식으로 첨두부하에 대응하고 있다.Conventionally, the peak load in a load follow operation method that generates additional power immediately by adjusting the load according to the change in the power supply using a LNG (Liquefied Natural Gas) or heavy oil-based power plant or a pumped power plant. It corresponds to.
그러나, LNG나 중유 발전 플랜트의 경우, 전기 생산 단가가 매우 비싸고, 발전소를 추가로 설립해야 하는 등 초기 설치 비용과 운전 비용이 많이 들며, 전력 생산에 최소 1시간 이상이 필요하다는 단점이 있다. 양수 발전 플랜트의 경우, LNG나 중유 발전 플랜트보다 전력생산 시간이 짧아 추종 운전에 가장 적합하나, 물의 위치 에너지를 이용하므로 설치에 있어 지리적인 제한이 있다. However, in the case of LNG or heavy fuel oil power plant, the cost of producing electricity is very high, the initial installation cost and operation cost are high, such as additional power plant, and at least one hour is required for power generation. In the case of a pumped-up power plant, power generation time is shorter than that of LNG or a heavy oil power plant, so it is most suitable for following operation, but there is a geographical limitation in installation because it uses the potential energy of water.
전력 수급 불균형에 따른 문제를 해결하기 위한 방안으로, 전기 수요량이 적은 시간에는 폐기되는 잉여 전력을 저장하였다가, 전기 수요량이 급증하는 첨두 부하 시에 사용하는 방법을 고려해볼 수 있다.As a solution to the problem of power supply and demand imbalance, it is possible to consider a method of storing surplus power that is discarded at a time when the demand for electricity is low, and then using the peak load when the demand for electricity is rapidly increasing.
전력을 저장하는 방법으로는, 리튬이온 전지(Li-ion battery), 나트륨-황 전지(NaS battery), 레독스 흐름 전지(redox flow battery), 수퍼 캐퍼시터(super capacitor), 플라이 휠(flywheel), 압축공기 저장(CAES; Compressed Air Energy Storage), 양정 수력 저장(PHS; Pumped Hydro Storage), 액체공기 저장(LAES; Liquid Air Energy Storage) 등이 대두되고 있다.As a method of storing power, a Li-ion battery, a sodium-sulfur battery, a NaS battery, a redox flow battery, a super capacitor, a flywheel, Compressed air energy storage (CAES), pumped hydro storage (PHS), and liquid air energy storage (LAES) are emerging.
에너지 저장 시스템은, 지리적 특성이나 에너지 밀도, 수명, 설치 및 운영 비용, 안정성 등을 기준으로 평가되고 적용된다. 각 에너지 저장 시스템 별로 장단점이 있으나 그 중 양정 수력 저장 방법은 가장 대표적인 에너지 저장방법이다. 액체공기 저장 방법은 지리적 제약이 적고, 수명이 길며, 운영 비용이 적고, 공기를 이용한 안전한 저장 방식을 이용한다는 점에서 상용화 가능성이 높다.Energy storage systems are evaluated and applied based on geographic characteristics, energy density, lifetime, installation and operating costs, and stability. Pros and cons of each energy storage system, but the hydrostatic storage method is the most representative energy storage method. Liquid air storage methods are highly commercialized in that they have low geographic constraints, long lifespans, low operating costs and a safe storage method using air.
액체공기 저장(LAES) 장치의 기본 원리는 다음과 같다. 기체 상태의 공기를 압축시키고, 압축 공기를 약 -196℃ 이하로 냉각시켜, 에너지 밀도가 높은 액체 상태로 저장한다. 액체 상태로 저장된 액화 공기를 가열하여 고압의 기체 상태로 만들고, 이 고압의 공기로 터빈을 구동시켜 전력을 생산한다.The basic principle of a liquid air storage (LAES) device is: The gaseous air is compressed and the compressed air is cooled to about −196 ° C. or lower and stored in a liquid state with high energy density. The liquefied air stored in the liquid state is heated to a gaseous state of high pressure, and the turbine is driven by this high-pressure air to produce electric power.
이러한 액체공기 저장 장치는, 전력수요가 적을 때 잉여의 에너지를 액체공기 형태로 저장하고, 전력수요가 많은 첨두부하 시에는 액체공기를 기화시켜 추가 전력을 생산함으로써, 계통 전력망의 전력 수급 불균형을 해소할 수 있을 것으로 예상된다. The liquid air storage device stores surplus energy in the form of liquid air when power demand is low, and generates extra power by vaporizing liquid air during peak load with high power demand, thereby eliminating power supply imbalance in the grid. It is expected to be possible.
그러나, 전력을 생산하기 위해 액체공기를 기화시키기 위해서는 별도의 외부 열원이 필요하고, 외부의 별도 열원없이 공기 자체만의 팽창열 및 압축열을 이용하는 경우에는 사이클 내 온도 구배가 크지 않고 에너지 손실이 많아 효율이 낮다는 문제점이 있다. 실증 플랜트의 공정 효율은 약 8% 내외인 것으로 알려져 있다. However, in order to vaporize liquid air to generate electric power, a separate external heat source is required, and in case of using the expansion heat and compressed heat of the air itself without an external heat source, the temperature gradient in the cycle is not large and energy loss is large. There is a problem that the efficiency is low. The process efficiency of the demonstration plant is known to be around 8%.
따라서, 본 발명은, 액체공기 재기화 장치를 활용하여 석탄화력 발전 플랜트에서 배출되는 배기가스 중의 이산화탄소의 분리제거 효율을 높여 청정 배기가스를배출할 수 있으면서도, 첨두부하 시에는 친환경적으로 추가 전력도 생산할 수 있는, 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템 및 액화공기 재기화 방법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다. Therefore, the present invention can improve the separation and removal efficiency of carbon dioxide in the exhaust gas discharged from the coal-fired power plant by using the liquid air regasification device, while also generating clean exhaust gas, while also generating additional power in an eco-friendly manner during peak load. An object of the present invention is to provide a liquefied air regasification system including a carbon dioxide capture device and a liquefied air regasification method.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 액체공기를 재기화시켜 전력을 생산하는 액체공기 재기화 장치; 연료를 연소시켜 전력을 생산하는 발전 플랜트; 및 상기 발전 플랜트로 연료의 연소에 필요한 산소를 공급하는 이산화탄소 포집 장치;를 포함하고, 상기 이산화탄소 포집 장치는, 상기 액체공기 재기화 장치로부터 압축공기를 공급받아 순산소를 생성시켜 상기 발전 플랜트로 공급하는 순산소 생성 수단; 및 상기 발전 플랜트에서 순산소를 이용하여 연료를 연소시킨 후 배출되는, 이산화탄소가 풍부한 배기가스로부터 이산화탄소를 분리하여, 이산화탄소가 분리제거된 배기가스를 대기 중으로 배출시키는 이산화탄소 포집기;를 포함하여, 상기 발전 플랜트에서는, 순산소 연소를 통해 전력이 생산되고, 환경오염물질을 포함하지 않는 청정 배기가스가 배출되는, 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템이 제공된다. According to an aspect of the present invention for achieving the above object, a liquid air regasification apparatus for producing power by regasifying liquid air; A power plant that produces power by burning fuel; And a carbon dioxide capture device for supplying oxygen required for combustion of fuel to the power generation plant, wherein the carbon dioxide capture device receives compressed air from the liquid air regasification device to generate pure oxygen and supply it to the power generation plant. Pure oxygen generating means; And a carbon dioxide collector which separates carbon dioxide from carbon dioxide-rich exhaust gas discharged after combustion of fuel using pure oxygen in the power plant, and discharges exhaust gas from which carbon dioxide has been separated and removed to the atmosphere. The plant is provided with a liquefied air regasification system comprising a carbon dioxide capture device in which power is produced through pure oxygen combustion and clean exhaust gases containing no environmental pollutants are emitted.
바람직하게는, 상기 순산소 생성 수단은, 상기 액체공기 재기화 장치로부터 공급받은 압축공기로부터 순산소를 분리하여 상기 발전 플랜트로 공급하는 분리막; 상기 발전 플랜트로 공급하고 남은 순산소를 이용하여 연소열을 생산하는 순산소 연소기; 및 상기 순산소 연소기로부터 배출되는 배기가스와 상기 분리막으로 공급되는 압축공기를 열교환시켜, 상기 압축공기를 상기 분리막에서 요구하는 온도로 가열시키는 압축공기 가열기;를 포함할 수 있다.Preferably, the pure oxygen generating means, the separation membrane for separating the pure oxygen from the compressed air supplied from the liquid air regasification apparatus to supply to the power plant; A pure oxygen combustor for producing combustion heat using the remaining pure oxygen supplied to the power plant; And a compressed air heater that heats the exhaust gas discharged from the pure oxygen combustor and the compressed air supplied to the separator, thereby heating the compressed air to a temperature required by the separator.
바람직하게는, 상기 순산소 생성 수단은, 상기 액체공기 재기화 장치로부터 공급받은 압축공기를 순산소와 질소로 분리하여 순산소를 상기 발전 플랜트로 공급하는 공기 분리기; 상기 공기 분리기에서 분리된 질소를 압축시켜 상기 발전 플랜트로 공급하는 질소 압축기; 및 상기 발전 플랜트의 연소열에 의해 가열된 압축질소를 작동유체로 하여 전력을 생산하는 질소 터빈-발전기;를 포함하고, 상기 질소 압축기 및 질소 터빈-발전기는 하나의 축으로 연결되는 컴팬더(compander)일 수 있다.Preferably, the pure oxygen generating means, the air separator for separating the compressed air supplied from the liquid air regasification device with pure oxygen and nitrogen to supply pure oxygen to the power plant; A nitrogen compressor for compressing the nitrogen separated in the air separator and supplying it to the power plant; And a nitrogen turbine-generator for producing electric power by using compressed nitrogen heated by combustion heat of the power plant as a working fluid, wherein the nitrogen compressor and the nitrogen turbine-generator are connected to one shaft. Can be.
바람직하게는, 상기 액체공기 재기화 장치와 발전 플랜트를 연결하고, 상기 발전 플랜트로부터 폐열을 회수하여 상기 액체공기 재기화 장치로 공급하며, 상기 액체공기 재기화 장치로부터 냉열을 회수하여 상기 발전 플랜트로 공급하는 열원 회수 시스템;을 더 포함하고, 상기 열원 회수 시스템은, 상기 발전 플랜트로부터 배출되는 냉각이 필요한 연소 폐기물, 추기된 스팀, 또는 냉각이 필요한 배기가스 중 어느 하나로부터 폐열을 회수하며, 상기 액체공기는 상기 발전 플랜트의 잉여 전력을 이용하여 생성 및 저장되고, 기저부하 이상의 부하 전력은 상기 액체공기 재기화 장치에서 생산될 수 있다.Preferably, the liquid air regasification device and the power generation plant are connected, waste heat is recovered from the power generation plant and supplied to the liquid air regasification device, and cold heat is recovered from the liquid air regasification device to the power generation plant. And a heat source recovery system for supplying, wherein the heat source recovery system recovers the waste heat from any one of combustion waste, cooling steam, or exhaust gas requiring cooling, which is discharged from the power plant, and the liquid Air is generated and stored using surplus power of the power plant, and load power above the base load can be produced in the liquid air regasification device.
바람직하게는, 상기 열원 회수 시스템은, 열교환에 의해 상기 폐열을 회수하는 열교환 수단; 및 상기 열교환 수단과 상기 액체공기 재기화 장치를 순환하는 열매체가 유동하는 열매체 라인;을 포함할 수 있다.Preferably, the heat source recovery system, heat exchange means for recovering the waste heat by heat exchange; And a heat medium line through which the heat medium circulating through the heat exchange means and the liquid air regasification device flows.
바람직하게는, 상기 액체공기 재기화 장치는, 액체공기를 재기화시키는 재기화기; 재기화 공기를 가열하는 가열기; 및 상기 가열기에서 가열된 재기화 공기를 작동유체로 하여 전력을 생산하는 터빈-발전기;를 포함하고, 상기 가열기는 상기 열매체 라인이 연결되어, 상기 재기화 공기를 가열시키는 열에너지를 상기 발전 플랜트로부터 얻을 수 있다.Preferably, the liquid air regasification apparatus comprises: a regasifier for regasifying liquid air; A heater for heating regasification air; And a turbine-generator for producing electric power using the regasified air heated in the heater as a working fluid, wherein the heater is connected to the heat medium line to obtain thermal energy from the power plant to heat the regasified air. Can be.
바람직하게는, 상기 발전 플랜트는, 석탄을 연료로 하는 석탄화력 발전 플랜트이고, 석탄을 연소시켜 스팀을 생성하는 보일러; 상기 생성된 스팀을 작동유체로 하여 전력을 생산하는 고압 증기터빈; 상기 고압 증기터빈을 구동시킨 후 보일러로 재순환된 후 재가열된 스팀을 작동유체로 하여 전력을 생산하는 중저압 증기터빈; 및 상기 중저압 증기터빈을 구동시킨 후 배출되는 스팀을 응축시키는 복수기;를 포함할 수 있다.Preferably, the power plant is a coal-fired power plant that uses coal as fuel, and a boiler for generating steam by burning coal; A high pressure steam turbine for producing electric power using the generated steam as a working fluid; A medium and low pressure steam turbine configured to generate electric power by using the reheated steam as a working fluid after being recycled to the boiler after driving the high pressure steam turbine; And a condenser for condensing the steam discharged after driving the medium and low pressure steam turbine.
바람직하게는, 상기 냉각이 필요한 배기가스는, 상기 스팀을 생성한 후 배출되는 배기가스이며, 상기 열교환 수단은, 상기 보일러에 설치되는 열교환 배관으로서, 상기 열교환 배관을 통해 상기 열매체가 유동하여 배기가스와 열교환하며, 열교환에 의해 배기가스는 냉각되고 열매체는 가열될 수 있다.Preferably, the exhaust gas that requires cooling is exhaust gas that is discharged after generating the steam, and the heat exchange means is a heat exchange pipe installed in the boiler, and the heat medium flows through the heat exchange pipe to exhaust gas. Heat exchange with the exhaust gas can be cooled and the heat medium can be heated by the heat exchange.
바람직하게는, 상기 냉각이 필요한 연소 폐기물은, 상기 보일러로부터 배출되는 바닥재(bottom ash)이며, 상기 열교환 수단은, 상기 바닥재와 열매체가 열교환하여 바닥재는 냉각되고 열매체는 가열되는 바닥재 냉각기;일 수 있다.Preferably, the combustion waste requiring cooling is a bottom ash discharged from the boiler, and the heat exchange means may be a bottom ash cooler in which the bottom ash is heat-exchanged by heating the bottom ash and the heat medium is heated; .
바람직하게는, 상기 열원 회수 시스템은, 상기 열교환 수단에서 가열된 열매체를 저장하는 온열 저장탱크; 상기 온열 저장탱크에 저장된, 가열된 열매체를 순환시키는 온열 순환펌프; 상기 온열 순환펌프에 의해 가압된, 가열된 열매체가 상기 액체공기 재기화 장치로 공급되거나 상기 온열 저장탱크로 재순환되도록 열매체 라인의 연통을 제어하는 3방향 밸브; 및 상기 온열 저장탱크에 저장된 열매체의 온도가 설정값보다 낮으면 상기 열매체가 상기 온열 저장탱크로 재순환되도록 상기 3방향 밸브를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.Preferably, the heat source recovery system, the heat storage tank for storing the heat medium heated by the heat exchange means; A thermal circulation pump circulating the heated heating medium stored in the thermal storage tank; A three-way valve controlling communication of a heat medium line such that a heated heat medium pressurized by the heat circulation pump is supplied to the liquid air regasification apparatus or recycled to the heat storage tank; And a controller configured to control the three-way valve to recirculate the heat medium to the heat storage tank when the temperature of the heat medium stored in the heat storage tank is lower than a set value.
바람직하게는, 상기 추기된 스팀은, 상기 중저압 증기터빈으로부터 추기된 스팀이며, 상기 열교환 수단은, 상기 온열 저장탱크 내부에 설치되는 열교환 배관으로서, 상기 열교환 배관을 통해 상기 추기된 스팀이 유동하여, 상기 온열 저장탱크 내부에 저장된 열매체와 열교환하며, 열교환에 의해 추기된 스팀은 냉각되고 열매체는 가열될 수 있다.Preferably, the additional steam is steam extracted from the medium-low pressure steam turbine, and the heat exchange means is a heat exchange pipe installed in the thermal storage tank, and the additional steam flows through the heat exchange pipe. Heat exchange with the heat medium stored in the thermal storage tank, the steam added by the heat exchange is cooled and the heat medium can be heated.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 발전 플랜트에서 연료를 순산소 연소시켜 전력을 생산하고, 발전 플랜트에서 생산된 잉여 전력을 이용하여 공기를 액화시켜 저장하고, 전력 수요처에서 상기 발전 플랜트에서 생산하는 전력보다 많은 양의 전력을 요구할 때에는, 상기 발전 플랜트의 폐열을 이용하여 상기 저장된 액체공기를 기화시키고, 기화된 재기화 공기를 작동유체로 하여 추가 전력을 생산하며, 상기 발전 플랜트로는, 상기 재기화 공기를 압축한 압축공기를 공급받아 순산소를 생성시켜 공급하고, 상기 발전 플랜트에서 순산소를 이용하여 연료를 연소시킨 후 배출되는, 이산화탄소가 풍부한 배기가스로부터 이산화탄소를 분리하여, 이산화탄소가 분리제거된 배기가스를 대기 중으로 방출시키는, 이산화탄소 포집 장치를 이용한 액화공기 재기화 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention for achieving the above object, in the power plant to oxy-fuel fuel to produce power, liquefy and store the air by using the surplus power produced in the power plant, at the power demand When demanding more power than the power produced by the power plant, the waste heat of the power plant is used to vaporize the stored liquid air, and further power is produced using the vaporized regasification air as a working fluid. The plant is supplied with compressed air compressed with the regasification air to generate and supply pure oxygen, and separates carbon dioxide from carbon dioxide-rich exhaust gas discharged after burning fuel using pure oxygen in the power plant. Capture carbon dioxide, releasing carbon dioxide degassed into the atmosphere A liquefied air regasification method using an apparatus is provided.
바람직하게는, 상기 순산소를 생성시키기 위하여, 상기 압축공기를 분리막을 통과시켜 순산소를 분리하고, 상기 발전 플랜트로 공급하고 남은 순산소를 이용하여 연소열을 발생시키며, 상기 연소열을 이용하여 상기 분리막으로 공급할 압축공기를 가열하여 공급할 수 있다.Preferably, to generate the pure oxygen, the compressed air is passed through a separator to separate pure oxygen, and the combustion heat is generated using the remaining pure oxygen supplied to the power plant, and the separator uses the combustion heat. The compressed air to be supplied can be heated and supplied.
바람직하게는, 상기 압축공기를 순산소와 질소로 분리하여 순산소는 상기 발전 플랜트로 공급하고, 상기 분리한 질소는 압축시켜 상기 발전 플랜트의 연소열로 가열시킨 후 터빈을 구동시켜 추가 전력을 생산할 수 있다.Preferably, the compressed air is separated into pure oxygen and nitrogen to supply pure oxygen to the power plant, and the separated nitrogen is compressed to be heated by the heat of combustion of the power plant to drive additional turbine to produce additional power. have.
바람직하게는, 상기 액체공기는 열매체와의 열교환에 의해 재기화시키고, 상기 열매체는, 상기 발전 플랜트로부터 배출되는 냉각이 필요한 연소 폐기물, 추기된 스팀, 또는 냉각이 필요한 배기가스 중 어느 하나로부터 폐열을 회수하여 가열할 수 있다.Preferably, the liquid air is regasified by heat exchange with a heat medium, and the heat medium is configured to recover waste heat from any one of combustion waste that needs cooling discharged from the power plant, additional steam, or exhaust gas that needs cooling. It can collect and heat.
본 발명에 따른 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템 및 방법은, 석탄화력 발전 플랜트에서 배출되는 배기가스 중의 이산화탄소를 포집하여 친환경 발전이 가능하다.The liquefied air regasification system and method including the carbon dioxide capture device according to the present invention is capable of environmentally friendly power generation by capturing carbon dioxide in exhaust gas discharged from a coal-fired power plant.
특히, 순산소 연소를 통해 배기가스 중에 고농도의 이산화탄소를 배출시킴으로써 이산화탄소의 회수율을 증가시키고, 질소 분율의 감소로 질소산화물의 배출을 감소시킬 수 있으며, 현열 소실을 최소화할 수 있다. In particular, by releasing a high concentration of carbon dioxide in the exhaust gas through pure oxygen combustion, the recovery rate of carbon dioxide can be increased, the emission of nitrogen oxides can be reduced by reducing the nitrogen fraction, and sensible heat loss can be minimized.
또한, 액체공기 재기화 장치와 석탄화력 발전 플랜트를 연계하여, 첨두부하 시점에 액체공기를 재기화시켜 추가 전력을 공급함으로써, 전력 공급에 유연성을 가지며, 전력 수급 불균형을 해소할 수 있다. In addition, by linking the liquid air regasification device and the coal-fired power plant, by regasifying the liquid air at the peak load to supply additional power, it is possible to have flexibility in power supply and to solve the power supply imbalance.
따라서, 기존에 기저부하용으로만 활용할 수 있었던 석탄화력 발전 플랜트를 첨두부하 시에도 활용할 수 있다. Therefore, coal-fired power plants, which were previously only available for base loads, can be used for peak loads.
또한, 기존의 첨두부하 전력에 사용되던 복합화력 발전소 등을 추가로 건설하지 않아도 되므로, 그에 따른 건설 및 운영비용을 절감함으로써, 발전단가의 상승을 막을 수 있다.In addition, since there is no need to additionally build a combined cycle power plant used for the conventional peak load power, by reducing the construction and operation costs accordingly, it is possible to prevent the increase in power generation cost.
이와 같이, 액체공기 재기화 장치와 석탄화력 발전 플랜트를 연계하여 추가 전력을 생산할 수 있으면서도, 기존 설비 대비 이산화탄소 및 질소산화물 등 환경오염물질의 배출량은 감소시킬 수 있다. As such, while additional power can be produced by linking the liquid air regasification unit and the coal-fired power plant, the amount of environmental pollutants such as carbon dioxide and nitrogen oxides can be reduced compared to the existing facilities.
또한, 순산소를 얻기 위하여 액체공기 재기화 장치의 압축공기를 활용함으로써, 추가 전력 손실을 최소화할 수 있다. In addition, by utilizing the compressed air of the liquid air regasification apparatus to obtain pure oxygen, additional power loss can be minimized.
또한, 석탄화력 발전 플랜트로부터 열원을 회수하여 액체공기 재기화 장치에서 액체공기를 재기화시키는 열원으로 활용함으로써, 석탄화력 발전 플랜트의 출력 저하를 최소화할 수 있다.In addition, by using the heat source to recover the heat source from the coal-fired power plant to re-gas the liquid air in the liquid air regasification apparatus, it is possible to minimize the reduction in output of the coal-fired power plant.
또한, 석탄화력 발전 플랜트로부터 적정 온도의 열원을 회수함으로써, 열교환기 등의 재질 선정 등에 따른 어려움을 해결하고, 실제 연계 가능한 구체적 연계 시스템 및 방법을 제공할 수 있다. In addition, by recovering a heat source of a suitable temperature from the coal-fired power plant, it is possible to solve the difficulties caused by the selection of materials, such as heat exchangers, and to provide a specific linking system and method that can be actually connected.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다. 1 is a schematic diagram illustrating a liquefied air regasification system including a carbon dioxide capture device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a liquefied air regasification system including a carbon dioxide capture device according to a second embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram illustrating a liquefied air regasification system including a carbon dioxide capture device according to a third embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram showing a liquefied air regasification system including a carbon dioxide capture device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a liquefied air regasification system including a carbon dioxide capture device according to a fifth embodiment of the present invention.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the operational advantages of the present invention and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration and operation of the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are denoted by the same reference numerals as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, the following examples may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예들에 따른 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 발전 시스템 및 방법을 설명하기로 한다. Hereinafter, a power generation system and method including a carbon dioxide capture device according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템 및 방법을 설명한다. First, a liquefied air regasification system and method including a carbon dioxide capture device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1.
본 발명의 제1 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템은, 액체공기 저장 장치; 석탄화력 발전 플랜트(200); 열원 회수 장치(300); 및 이산화탄소 포집 장치(400);를 포함한다.A liquefied air regasification system including a carbon dioxide capture device according to a first embodiment of the present invention, a liquid air storage device; Coal-fired
본 실시예의 액체공기 저장 장치는, 공기를 액화시켜 액체 상태로 저장하는 공기 액화 장치(미도시); 및 액체 공기를 재기화시키고, 재기화된 기체 공기를 이용하여 전력을 생산하는 공기 재기화 장치(100);를 포함한다. The liquid air storage device of this embodiment includes an air liquefaction device (not shown) for liquefying air and storing it in a liquid state; And an
도면에 도시하지는 않았지만, 공기 액화 장치는, 외부로부터 유입된 공기를 압축시키는 공기 압축기(미도시); 압축된 공기를 열교환에 의해 냉각(액화)시키는 주 열교환기(미도시); 주 열교환기에서 액화된 공기를 감압시키는 감압밸브(미도시); 및 액화된 공기를 저장하는 액체공기 저장탱크(101);를 포함한다.Although not shown in the drawings, the air liquefaction apparatus includes an air compressor (not shown) for compressing air introduced from the outside; A main heat exchanger (not shown) for cooling (liquefying) the compressed air by heat exchange; A pressure reducing valve (not shown) for reducing the air liquefied in the main heat exchanger; And a liquid
공기 압축기는, 상온 및 상압 조건으로 공급되는 공기를 다단계에 걸쳐 목표 압력, 예를 들어 약 100 bar 이상으로 압축시킬 수 있도록 일련의 다수개의 압축기를 포함하는 다단 압축기로 구성될 수 있다. 본 실시예에서 공기 압축기는, 3개의 압축기를 포함하여 3단계에 걸쳐 기체 공기를 압축시키는 3단 압축기일 수 있다. The air compressor may be configured as a multistage compressor including a series of compressors so as to compress air supplied at room temperature and atmospheric pressure to a target pressure, for example, about 100 bar or more in multiple stages. In the present embodiment, the air compressor may be a three stage compressor including three compressors to compress gas air in three stages.
또한, 각 압축기 후단에는, 압축 과정에서 온도가 상승한 기체 공기를 중간 냉각시키는 인터쿨러(미도시)가 각각 설치될 수 있다. In addition, an intercooler (not shown) for intermediately cooling the gas air whose temperature has risen in the compression process may be installed at the rear of each compressor.
공기 압축기에서 압축된 압축 공기는 주 열교환기로 도입되어, 열교환에 의해 액화되며, 예를 들어, 압축 공기는 열교환에 의해 약 -184℃까지 냉각되면서 적어도 일부는 액체 상태가 될 수 있다. Compressed air compressed in the air compressor is introduced into the main heat exchanger and liquefied by heat exchange, for example, the compressed air may be cooled to about −184 ° C. by heat exchange and at least in part become liquid.
감압밸브는, 주 열교환기에서 적어도 일부가 액화된 압축 공기를 액체공기 저장탱크(101)의 저장 압력까지 감압시킬 수 있다. 본 실시예에서 감압밸브는, 팽창밸브 또는 줄-톰슨 밸브 또는 팽창기 등 팽창수단일 수 있으며, 적어도 일부가 액화된 압축 공기를 단열팽창시킴으로써, 줄-톰슨 효과에 의해 공기의 온도는 더 낮아질 수 있다. 따라서, 공기의 액화 수율 및 저장성을 높일 수 있다. 예를 들어, 주 열교환기에서 약 -184℃까지 온도가 낮아진 압축 공기는 감압밸브를 통과하면서 -190℃ 이하로 온도가 낮아질 수 있다.The pressure reducing valve may reduce the compressed air at least partially liquefied in the main heat exchanger to the storage pressure of the liquid
액체공기 저장탱크(101)는, 공기 액화 장치를 통과하면서 액화된 액체공기를 저장하고, 액체공기가 극저온(예를 들어 약 -190℃ 이하)을 유지하면서 액체 상태로 저장되어 있을 수 있도록 단열처리된 것일 수 있다.The liquid
예를 들어, 액체공기 저장탱크(101)는, 약 1 bar 내지 1.5 bar, 약 -190℃ 내지 -185℃의 조건 하에서 액체공기를 저장하도록 운용될 수 있다. For example, the liquid
본 실시예에서 액체공기 재기화 장치(100)는, 액체공기 저장탱크(101)에 저장된 액체공기를 가압하는 극저온 펌프(102); 가압된 액체공기를 열교환에 의해 가열(기화)시키는 재기화기(103); 재기화기(103)에서 기화된 공기를 열교환에 의해 가열하는 열교환기(104); 및 기화된 기체공기를 이용하여 터빈을 구동시키고, 터빈의 구동력을 전력으로 전환하여 전력을 생산하는 터빈-발전기(106, 108);를 포함한다. Liquid
또한, 본 실시예에서 액체공기 재기화 장치(100)를 구성하는 액체공기 저장탱크(101), 극저온 펌프(102), 재기화기(103), 열교환기(104) 및 터빈-발전기(106, 108) 등은 공기라인(AL)에 의해 연결될 수 있으며, 액체공기 저장탱크(101)로부터 액체공기는 공기라인(AL)을 따라 유동하며 재기화되고, 터빈을 구동시키며 전력을 생산하는 작동유체로서 활용된다. Further, in the present embodiment, the liquid
터빈-발전기(106, 108)의 전력 생산 효율은, 터빈 입구 압력을 높여 터빈 출구 압력과의 차압을 최대화함으로써 향상될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따르면, 극저온 펌프(102)는, 터빈으로 도입되는 액체공기의 압력을 높여 터빈 입구 압력을 높임으로써, 터빈-발전기(106, 108)의 입·출구 차압을 최대화시켜 전력 생산량을 증가시킬 수 있다.The power production efficiency of the turbine-
본 실시예의 극저온 펌프(102)는, 액체공기 저장탱크(101)에 약 1.5 bar의 압력으로 저장되어 있는 액체공기를 약 22 bar의 압력으로 가압할 수 있고, 약 22 bar의 압력으로 터빈-발전기(106, 108)로 도입된 재기화 공기는, 터빈을 구동시키면서 팽창될 수 있다. The
이와 같이, 극저온 펌프(102)에 의해 재기화시킬 액체 공기를 가압함으로써, 터빈 입·출구 차압이 커지고 그에 따라 발전량은 증대되는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 터빈-발전기(106, 108)를 구동시킨 후 배출되는 압축공기 또는 터빈-발전기(106, 108)로 공급되고 남은 압축공기는 후술하는 바와 같이 이산화탄소 포집 장치(400)로 공급되어 순산소를 생성하는데 활용된다. As described above, by pressurizing the liquid air to be regasified by the
본 실시예의 재기화기(103) 및 열교환기(104)에서는, 공기라인(AL)을 따라 유동하는 액체공기와 냉매라인(ML)을 따라 유동하는 냉매와의 열교환에 의해 액체공기의 냉열이 회수되고, 냉열이 회수된 액체공기는 전량이 기화될 수 있다.In the regasifier 103 and the
도면에 도시되어 있지는 않지만, 냉매라인(ML)은 상술한 공기 액화 장치에서 압축 공기를 액화시키는 주 열교환기와 연결되는 사이클을 형성할 수 있다. 즉, 냉매라인(ML)을 따라 유동하는 냉매는, 재기화기(103) 및 열교환기(104)에서 액체공기로부터 회수한 냉열로 공기 액화 장치의 주 열교환기에서 압축공기를 냉각시킬 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다. Although not shown in the drawings, the refrigerant line ML may form a cycle connected to a main heat exchanger for liquefying compressed air in the above-described air liquefaction apparatus. That is, the refrigerant flowing along the refrigerant line ML may cool the compressed air in the main heat exchanger of the air liquefaction apparatus with the cold heat recovered from the liquid air in the
본 실시예의 터빈-발전기(106, 108)는, 1차 터빈-발전기(106); 및 2차 터빈-발전기(108);를 포함하는 2단 터빈-발전기(106, 108)일 수 있다.The turbine-
즉, 재기화기(103) 및 열교환기(104)를 통과하면서 기화된 재기화 공기는, 먼저 1차 터빈-발전기(106)의 작동유체로서 공급되어 전력을 생산한 후 배출되고, 2차 터빈-발전기(108)의 작동유체로서 공급되어 전력을 생산한 후 배출될 수 있다.That is, the regasification air vaporized while passing through the
본 실시예에 따르면, 1차 터빈-발전기(106)의 전단에 설치되며, 1차 터빈-발전기(106)로 공급되는 재기화 공기를 더 가열하는 1차 가열기(105); 2차 터빈-발전기(108)의 전단에 설치되며, 1차 터빈-발전기(106)로부터 배출되어 2차 터빈-발전기(108)로 공급되는 재기화 공기를 더 가열하는 2차 가열기(107);를 더 포함한다.According to this embodiment, the
본 실시예에서는 2개의 터빈-발전기(106, 108)가 시리즈(직렬)로 연결되는 것을 예로 들어 설명하지만, 터빈-발전기(106, 108)의 개수는 이에 한정되는 것은 아니며, 하나 이상 구비될 수 있다. 단, 터빈-발전기(106, 108)의 전단에는 가열기(105, 107)가 각각 하나 또는 그 이상이 구비되며, 터빈-발전기(106, 108)로 공급되는 재기화 공기는 가열기(105, 107)에서 가열된 후 공급될 수 있다. 또한, 터빈-발전기(106, 108)는 2개 이상이 병렬로 설치되어 각각 전력을 생산할 수도 있을 것이다. 또한, 1차 터빈-발전기(106) 및 2차 터빈-발전기(108)는 동시에 가동될 수도 있고, 어느 하나만 가동될 수도 있으며 시간차를 두고 가동될 수도 있을 것이다. In this embodiment, the two turbine-
본 실시예에 따르면, 발전 터빈의 전력 생산 효율을 향상시키 위하여, 상술한 바와 같이 터빈의 입구측 압력과 출구측 압력의 차압을 최대화하는 방법과 함께, 터빈으로 도입되는 유체의 온도를 높이도록 한다. 즉, 본 실시예에 따르면, 1차 가열기(105) 및 2차 가열기(107)를 구비하여, 터빈-발전기(106, 108)로 도입되는 재기화 공기를 더 가열시킴으로써, 터빈 입구 온도를 높여 터빈-발전기(106, 108)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.According to the present embodiment, in order to improve the power production efficiency of the power generation turbine, the temperature of the fluid introduced into the turbine is increased together with the method of maximizing the differential pressure between the inlet pressure and the outlet pressure of the turbine as described above. . That is, according to this embodiment, the turbine inlet temperature is raised by further heating the regasification air introduced into the turbine-
석탄화력 발전 플랜트(200)는, 물을 끓인 스팀을 이용하여 터빈을 구동시킴으로써 전력을 생산하며, 본 실시예의 석탄화력 발전 플랜트(200)는 스팀을 생성하기 위한 열을, 석탄을 연소시킴으로써 얻을 수 있다.The coal-fired
본 실시예의 석탄화력 발전 플랜트(200)는, 석탄을 연소시켜 연소열을 발생시키고 연소열로 스팀을 생산하는 보일러(201); 연소열에 의해 생성된 스팀을 작동유체로 하여 터빈을 구동시키고, 터빈의 운동에너지로 전력을 생산하는 고압 증기터빈(202); 고압 증기터빈(202)을 구동시킨 후 보일러(201) 내 재열기(reheater)(미도시)를 거쳐 온도가 상승한 스팀을 작동유체로 하여 터빈을 구동시키고, 터빈의 운동에너지로 전력을 생산하는 중저압 증기터빈(203); 중저압 증기터빈(203)을 구동시키면서 압력이 낮아진 스팀을 냉각시켜 물로 응축시키는 복수기(condensor)(204); 및 응축된 물을 보일러(201)로 재순환시키는 급수펌프(205);를 포함한다.Coal-fired
도면에는 고압 증기터빈(202) 및 중저압 증기터빈(203)이 각각 하나씩 구비되는 것을 예로 들어 도시하였다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고, 고압 증기터빈(202) 및 중저압 증기터빈(203)은 석탄화력 발전 플랜트(200)의 용량에 따라 각각 하나 이상씩 구비될 수 있다. In the drawings, the high-
본 실시예의 고압 증기터빈(202) 및 중저압 증기터빈(203)을 통과하면서 스팀은 압력 또는 압력 및 온도가 낮아질 수 있고, 일부는 응축될 수 있다. While passing through the high
본 실시예의 보일러(201)는 순환 유동층 보일러일 수 있다. The
또한, 도면에 구체적으로 도시되어 있지는 않지만, 보일러(201) 내부를 통과하면서 스팀 또는 물이 유동하는 관(pipe 또는 tube)으로 구성되며, 연소열에 의해 관 내부를 유동하는 스팀 또는 물이 가열 또는 기화되도록 하는 과열기 및 재열기를 포함하는 열교환 구역이 마련될 수 있다. In addition, although not specifically shown in the drawings, it consists of a pipe (pipe or tube) in which steam or water flows while passing through the inside of the
예를 들어, 고압 증기터빈(202)은, 보일러(201) 내 과열기(superheater)(미도시)와, 제1 스팀라인(SL1)에 의해 연결되어, 과열기에서 과열된 스팀을 작동유체로서 공급받는다.For example, the high
또한, 중저압 증기터빈(203)은, 보일러(201) 내 재열기와, 제2 스팀라인(SL2)에 의해 연결되어, 재열기에서 가열된 스팀을 작동유체로서 공급받는다. In addition, the medium and low
과열기에서 과열된 스팀은 고온·고압 스팀으로, 제1 스팀라인(SL1)을 통해 고압 증기터빈(202)으로 공급되고, 고압 증기터빈(202)을 구동시키면서 온도 및 압력이 낮아진 스팀은 제1 스팀라인(SL1)을 따라 다시 보일러(201)로 순환된다. Steam superheated in the superheater is high temperature and high pressure steam, and is supplied to the high
고압 증기터빈(202)을 구동시킨 후 제1 스팀라인(SL1)을 따라 보일러(201)로 재순환되는 스팀은, 재열기에서 연소열에 의해 다시 가열되며, 재열기에서 재가열된 스팀은 과열기에서 과열된 스팀보다는 중온 내지 저온, 중압 내지 저압이며, 제2 스팀라인(SL2)을 통해 중저압 증기터빈(203)으로 공급된다. After driving the high-
중저압 증기터빈(203)을 구동시키면서 온도 및 압력이 낮아지고, 일부가 응축된 스팀은 복수기(204)에서 완전히 응축시켜 보일러(201)로 재순환시킬 수 있다. 따라서, 중저압 증기터빈(203)으로부터 배출되는, 냉각(응축)이 필요한 스팀은, 제2 스팀라인(SL2)을 따라 복수기(204)로 공급된다. 복수기(204)에서는 중저압 증기터빈(203)을 구동시킨 후 제2 스팀라인(SL2)을 따라 복수기(204)로 공급된 스팀을 냉각시켜 전부 응축시킨다.The temperature and pressure are lowered while driving the medium and low
복수기(204)에서 응축된 스팀은 급수펌프(205)에 의해 가압되어 보일러(201) 내 과열기로 재순환된다. The steam condensed in the
본 실시예의 열원 회수 장치(300)는, 석탄화력 발전 플랜트(200)로부터 열에너지를 회수하여, 액체공기 재기화 장치(100)로 공급하며, 또한 액체공기 재기화 장치(100)에서 냉열을 회수하여, 석탄화력 발전 플랜트(200)로 공급할 수도 있다.The heat
본 실시예의 열원 회수 장치(300)는, 후술하는 제3 내지 제5 실시예에서 설명하는 열원 회수 장치(300)가 적용될 수 있다. In the heat
이산화탄소 포집 장치(400)는, 액체공기 재기화 장치(100)로부터 얻은 압축공기로부터 순산소(pure oxygen)를 생산하고, 생산된 순산소를 석탄화력 발전 플랜트(200)로 공급하는 순산소 생성 수단; 및 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템으로부터 배출되며 순산소 연소(oxyfuel combustion)에 의해 고농도의 이산화탄소를 포함하는 이산화탄소 풍부 배기가스로부터 이산화탄소를 분리하고, 환경오염물질을 포함하지 않거나 환경오염물질을 거의 포함하지 않는 청정 배기가스를 대기 중으로 배출시키는 이산화탄소 포집기(404a, 404b);를 포함한다. The carbon
본 실시예의 이산화탄소 포집 장치(400)는 공기를 이용하여 순산소를 생성하기 위해 필요한 압력 및 온도 조건이 있다. The carbon
본 실시예에 따르면, 액체공기 재기화 장치(100)로부터 압축공기를 공급받아 순산소를 생산하므로, 순산소를 생산하기 위한 별도의 압축 수단 등을 구비하지 않아도 된다. According to the present embodiment, since the compressed air is supplied from the liquid
본 실시예의 이산화탄소 포집 장치(400)는, 액체공기 재기화 장치(100)로부터 얻은 압축공기를 가열하는 압축 공기 가열기(401); 압축 공기 가열기(401)에서 가열된 압축공기로부터 산소를 분리하여 석탄화력 발전 플랜트(200)의 보일러(201)로 공급하는 분리막(402); 및 보일러(201)로부터 배출되는 고농도 이산화탄소를 포함하는 배기가스로부터 이산화탄소를 분리제거하는 제1 이산화탄소 포집기(404a);를 포함한다.The carbon
또한, 본 실시예의 이산화탄소 포집 장치(400)는, 분리막(402)에서 분리된 순산소 중 석탄화력 발전 플랜트(200)의 보일러(201)로 공급하고 남은 순산소를 연료와 연소시켜 열을 발생시키는 순산소 연소기(403); 및 순산소 연소기(403)로부터 배출되는 고농도 이산화탄소를 포함하는 배기가스로부터 이산화탄소를 분리제거하는 제2 이산화탄소 포집기(404b);를 더 포함한다. In addition, the carbon
본 실시예의 압축공기 가열기(401)에서는, 액체공기 재기화 장치(100)의 2차 터빈-발전기(108)를 구동시킨 후 공기라인(AL)을 따라 배출되는 압축공기와, 순산소 연소기(403)로부터 제2 배기가스 라인(BL2)을 따라 배출되는 고농도 이산화탄소를 포함하는 배기가스를 열교환시켜, 압축공기를 분리막(402)에서 요구하는 온도로 가열시킨다. In the
도면에는, 압축공기 가열기(401)로 공급되는 압축공기가, 액체공기 재기화 장치(100)의 2차 터빈-발전기(108)를 구동시킨 후 공기라인(AL)을 따라 배출되는 압축공기인 것을 예로 들어 도시하였다. 그러나, 압축공기 가열기(401)로 공급되는 압축공기는, 1차 터빈-발전기(106)를 구동시킨 후 배출되는 압축공기 또는 1차 터빈-발전기(106)로 공급하고 남은 잉여의 압축공기일 수도 있다.In the drawing, the compressed air supplied to the
예를 들어, 분리막(402)에서 요구하는 압축공기의 도입온도는 약 850℃일 수 있고, 압축공기 가열기(401)에서는 열교환에 의해 압축공기가 약 850℃로 가열될 수 있다. For example, the introduction temperature of the compressed air required by the
본 실시예의 분리막(402)은, 이온 전도성 분리막(Ion Transfer Membrane)일 수 있다. 이온 전도성 분리막은, 순도 99% 이상의 산소를 압축공기로부터 분리할 수 있으나, 약 850℃ 이상의 고온의 압축 공기를 필요로 한다. The
즉, 본 실시예에 따르면, 순산소를 생성하기 위하여 분리막(402)으로 공급할 공기를, 분리막(402)에서 요구하는 도입 조건에 맞도록 압축하는 수단과 가열하는 수단을 추가로 구비하지 않고도, 액체공기 재기화 장치(100)로부터 배출되는 압축공기를 공급함으로써, 추가 전력을 소모하지 않고도 순산소를 제조할 수 있다. That is, according to this embodiment, the liquid to be supplied to the
분리막(402)에 의해 생성된 순산소는, 제1 산소라인(OL1)을 따라 석탄화력 발전 플랜트(200)의 보일러(201)로 도입된다. The pure oxygen generated by the
본 실시예에 따르면, 석탄화력 발전 플랜트(200)로 연료의 연소를 위해 분리막(402)을 통해 제조된 순산소를 공급함으로써, 보일러(201)에서는 순산소 연소가 일어나고, 따라서 보일러(201)로부터 배출되는 배기가스는 이산화탄소의 농도가 높은 이산화탄소 풍부 배기가스가 배출된다. 따라서 제1 이산화탄소 포집기(404a)에서의 이산화탄소 분리 회수율을 높일 수 있다. According to this embodiment, by supplying the pure oxygen produced through the
또한, 본 실시예에 따른 석탄화력 발전 플랜트(200)에서는, 공기 대신 순산소를 연료의 연소에 사용하기 때문에, 현열 소실이 감소하여 고온의 화염이 발생할 수 있고, 질소의 분율이 낮아 질소산화물의 생성이 억제될 수 있다. In addition, in the coal-fired
즉, 본 실시예의 액화공기 재기화 시스템으로부터 배출되는 배기가스는, 질소산화물의 농도는 매우 낮고, 이산화탄소의 농도는 높은 배기가스이며, 이산화탄소 포집기(404a, 404b)에서 고효율로 이산화탄소가 분리제거되어 환경오염물질이 거의 없는 청정 배기가스가 대기 중으로 방출된다. That is, the exhaust gas discharged from the liquefied air regasification system of this embodiment is very low in nitrogen oxide, high in carbon dioxide concentration, and is separated and removed from the
또한, 본 실시예에 따른 석탄화력 발전 플랜트(200)는, 순산소 연소에 의해 화염의 온도를 높여 연료 소비량이 감소되는 효과도 기대할 수 있다. In addition, in the coal-fired
제1 이산화탄소 포집기(404a)에서는, 보일러(201)와 제1 이산화탄소 포집기(404a)를 연결하는 제1 배기가스 라인(BL1)을 따라, 보일러(201)로부터 순산소 연소 후 배출되는 배기가스에 포함된 고농도의 이산화탄소와 다른 성분들을 분리하고, 이산화탄소가 분리 제거된 청정 배기가스가 대기 중으로 방출된다. The first
또한, 제1 이산화탄소 포집기(404a)에서 분리된 이산화탄소는 별도의 이산화탄소 저장 수단에 저장될 수 있고, 시스템 내 또는 시스템 외의 이산화탄소 수요처로 공급될 수도 있다. In addition, the carbon dioxide separated from the first
또한, 분리막(402)으로부터 배출되는 순산소 중 제1 산소라인(OL1)을 따라 석탄화력 발전 플랜트(200)로 공급하고 남은 나머지 순산소는, 제1 산소라인(OL1)으로부터 분기되는 제2 산소라인(OL2)을 통해 순산소 연소기(403)로 공급된다.In addition, the remaining pure oxygen supplied to the coal-fired
순산소 연소기(403)에서 순산소 연소에 의해 배출되는 배기가스는 제2 배기가스 라인(BL2)을 따라 압축공기 가열기(401)로 이송된다. Exhaust gas discharged by pure oxygen combustion from the
압축공기 가열기(401)에서 분리막(402)으로 공급할 압축공기를 가열시키면서 온도가 낮아진다. The temperature is lowered while heating the compressed air to be supplied from the
압축공기 가열기(401)에서 온도가 낮아진 배기가스는 압축공기 가열기(401) 및 제2 이산화탄소 포집기(404b)를 연결하는 제2 배기가스 라인(BL2)을 따라 제2 이산화탄소 포집기(404b)로 공급된다. The exhaust gas whose temperature is lowered in the
제2 이산화탄소 포집기(404b)에서는 압축공기 가열기(401)에서 열교환에 의해 온도가 낮아진 배기가스에 포함된 이산화탄소와 이산화탄소를 제외한 나머지 성분을 분리한다.In the second
순산소 연소기(403)에서 배출되는 배기가스는 순산소 연소에 의해 이산화탄소의 농도가 높은 이산화탄소 풍부 배기가스가 배출된다. 따라서 제2 이산화탄소 포집기(404b)에서의 이산화탄소 분리 회수율을 높일 수 있다. The exhaust gas discharged from the
순산소 연소기(403)에서도 순산소 연소가 일어나므로, 순산소 연소기(403)로부터 배출되는 배기가스에는, 이산화탄소 농도가 높기 때문에, 제2 이산화탄소 포집기(404b)에서의 이산화탄소 회수율을 높일 수 있다. Since pure oxygen combustion also occurs in the
또한, 제2 이산화탄소 포집기(404b)에서 분리된 이산화탄소는 별도의 이산화탄소 저장 수단에 저장될 수 있고, 시스템 내 또는 시스템 외의 이산화탄소 수요처로 공급될 수도 있다. In addition, the carbon dioxide separated in the second
다음으로, 도 2를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템 및 방법을 설명하기로 한다. 본 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템 및 방법은, 상술한 제1 실시예와 비교하여, 이산화탄소 포집 장치(400), 특히 순산소 생성 수단에 있어서 차이가 있고, 나머지 구성 요소 및 그들간의 상호 작용 및 작동은 동일한 범위 내에서 이루어진다. 따라서, 동일한 구성 요소 및 그 작용에 대해서는 설명을 생략하기로 한다. 구체적인 설명이 생략되더라도, 동일 부호로 표기되는 구성 요소에 대해서는 그 설명 및 작동원리가 동일하게 적용될 수 있다. Next, a liquefied air regasification system and method including a carbon dioxide capture device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2. The liquefied air regasification system and method including the carbon dioxide capture device according to the present embodiment are different from the first embodiment described above in the carbon
제1 실시예의 순산소 생성 수단은, 분리막(402), 순산소 연소기(403) 및 압축공기 가열기(401)를 이용하여 순산소를 석탄화력 발전 플랜트(200)의 보일러(201)로 공급하는 반면, 본 실시예의 순산소 생성 수단은, 공기 분리기(410)를 이용하여, 액체공기 재기화 장치(100)로부터 이송된 압축공기를 질소와 순산소로 분리하여, 순산소를 석탄화력 발전 플랜트(200)의 보일러(201)로 공급하고, 분리된 질소를 이용하여 추가 전력을 생산한다는 점에서 차이가 있다. The pure oxygen generating means of the first embodiment supplies pure oxygen to the
본 실시예의 이산화탄소 포집 장치(400)는, 액체공기 재기화 장치(100)의 2차 터빈-발전기(108)에서 터빈을 구동시킨 후 공기라인(AL)을 따라 배출되는 압축공기를 질소와 순산소로 분리하는 공기 분리기(410); 공기 분리기(410)에서 분리된 질소를 압축시키는 질소 압축기(411); 및 질소 압축기(411)에서 압축된 압축질소를 작동유체로 하여 터빈을 구동시키고 전력을 생산하는 질소 터빈(412);을 포함한다. In the present embodiment, the carbon
공기 분리기(410, Air Separation Unit)에서 분리된 순산소는, 공기 분리기(410)와 석탄화력 발전 플랜트(200)의 보일러(201)를 연결하는 순산소 라인(OL)을 통해 보일러(201)로 이송된다. 보일러(201)에서는 순산소 라인(OL)을 통해 이송받은 순산소를 이용하여 순산소 연소가 일어나고, 순산소 연소에 의해 질소산화물은 거의 없고, 고농도 이산화탄소를 포함하는 배기가스가 제1 배기가스 라인(BL1)을 따라 배출되며, 제1 이산화탄소 포집기(404a)에서 이산화탄소가 분리제거된다. The pure oxygen separated in the
공기 분리기(410)에서 분리된 질소는, 공기 분리기(410)와 질소 압축기(411)를 연결하는 질소 라인(NL)을 따라 질소 압축기(411)로 이송된다. The nitrogen separated in the
질소 압축기(411)에서 압축된 압축질소는 질소 압축기(411)와 보일러(201)를 연결하는 질소 라인(NL)을 따라 보일러(201)로 이송되며, 보일러(201)에서 열원을 얻어 기화 내지는 가열된다. The compressed nitrogen compressed by the
보일러(201)에서 가열된 질소는, 보일러(201)와 질소 터빈-발전기(412)를 연결하는 질소 라인(NL)을 따라 질소 터빈-발전기(412)로 이송되며, 질소 터빈-발전기(412)의 터빈을 구동시키고, 터빈의 구동력은 전력으로 전환되어 추가 전력이 생산된다.The nitrogen heated in the
질소 압축기(411)와 질소 터빈-발전기(412)는 하나의 축으로 연결되는 컴팬더(compander)일 수 있다. The
질소 터빈-발전기(412)에서 생산된 전력은 전력 수요처로 공급될 수 있고, 시스템 내에서 사용될 수도 있다. The power produced in the nitrogen turbine-
다음으로, 도 3을 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템 및 방법을 설명하기로 한다. 본 실시예의 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템 및 방법은, 열원 회수 장치(300)를 보다 구체적으로 구성한 것으로서, 상술한 제1 및 제2 실시예의 열원 회수 장치(300)에 그대로 적용될 수 있으며, 나머지 구성 요소 및 그들간의 상호 작용 및 작동은 동일한 범위 내에서 이루어진다. Next, a liquefied air regasification system and method including a carbon dioxide capture device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3. The liquefied air regasification system and method including the carbon dioxide capture device of the present embodiment is a configuration of the heat
따라서, 본 실시예의 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템 및 방법은, 열원 회수 장치(300) 및 열원 회수 장치(300)와 나머지 구성 요소간의 관계를 중점적으로 설명하기로 하고, 동일한 구성 요소 및 그 작용에 대해서는 설명을 생략하기로 한다. 구체적인 설명이 생략되더라도, 동일 부호로 표시되는 구성 요소에 대해서는 그 설명 및 작동원리가 동일하게 적용될 수 있다. Therefore, the liquefied air regasification system and method including the carbon dioxide collection device of the present embodiment will be mainly described the relationship between the heat
본 실시예의 열원 회수 장치(300)는, 열매체가 순환하면서, 석탄화력 발전 플랜트(200)로부터 열을 얻고, 액체공기 재기화 장치(100)로 열을 공급하도록 사이클을 형성하는 열매체 라인(OL, OL1, OL2, OL3); 석탄화력 발전 플랜트(200)로부터 배출되는 열원과의 열교환에 의해 열매체를 가열시키는 열교환 수단; 열교환 수단에서 열교환에 의해 가열된 열매체를 저장하는 온열 저장탱크(301); 가열된 열매체를 가압하여 액체공기 재기화 장치(100)로 공급하는 온열 순환펌프(302); 열매체의 유로를 전환시켜주는 3방향 밸브(303); 액체공기 재기화 장치(100)로 열을 공급해주면서 냉열을 회수하여 냉각된 열매체를 저장하는 냉열 저장탱크(304); 및 냉각된 열매체를 가압하여 열교환 수단으로 순환시키는 냉열 순환펌프(305);을 포함한다.The heat
본 실시예의 열매체는 오일(oil)일 수 있다.The heat medium of the present embodiment may be oil.
본 실시예의 열교환 수단에서 열교환에 의해 가열된 열매체는 온열 저장탱크(301)에 저장되었다가, 1차 터빈-발전기(106) 및/또는 2차 터빈-발전기(108)를 가동시킬 때, 재기화 공기를 가열시키기 위해 1차 가열기(105) 및/또는 2차 가열기(107)로 공급될 수도 있고, 온열 저장탱크(301)로의 저장을 생략하고, 열교환 수단으로부터 1차 가열기(105) 및/또는 2차 가열기(107)로 직접 공급될 수도 있을 것이다. The heat medium heated by the heat exchange in the heat exchange means of this embodiment is stored in the
마찬가지로, 1차 가열기(105) 및/또는 2차 가열기(107)에서 재기화 공기를 가열시키면서 냉각된 열매체는, 냉열 저장탱크(304)에 저장되었다가 필요에 따라 열교환 수단으로 공급될 수도 있고, 냉열 저장탱크(304)로의 저장을 생략하고, 1차 가열기(105) 및/또는 2차 가열기(107)로부터 열교환 수단으로 직접 공급될 수도 있을 것이다.Similarly, the heat medium cooled while heating the regasification air in the
이하, 본 실시예에서는 가열된 열매체가 온열 저장탱크(301)에 저장되었다가 필요한 시점에, 필요한 유량만큼 1차 가열기(105) 및/또는 2차 가열기(107)로 공급되고, 냉각된 열매체가 냉열 저장탱크(304)에 저장되었다가 필요한 시점에, 필요한 유량만큼 열교환 수단으로 공급되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. Hereinafter, in the present embodiment, the heated heat medium is stored in the
한편, 3방향 밸브(303)는 도시하지 않은 제어부(미도시)에 의해 제어되거나, 제어 알고리즘에 의해 자동제어될 수 있다. On the other hand, the three-
본 실시예의 3방향 밸브(303)의 제어 논리는 다음과 같다. 열교환 수단에서 열교환에 의해 가열된 열매체는, 열매체 공급라인(OL)을 따라 온열 저장탱크(301)에 저장되고, 온열 순환펌프(302)에 의해 가압된 가열된 열매체는, 1차 가열기(105) 및/또는 2차 가열기(107) 측으로 공급된다. 이때, 3방향 밸브(303)는 온열 순환펌프(302)와 1차 가열기(105)를 연결하는 제1 열매체 공급라인(OL2) 및/또는 온열 순환펌프(302)와 2차 가열기(107)를 연결하는 제2 열매체 공급라인(OL3)과 연통하도록 개폐가 제어된다. The control logic of the three-
단, 3방향 밸브(303)는 가열된 열매체의 온도가 설정값보다 낮은 경우, 온열 순환펌프(302)의 후단에서 열매체 공급라인(OL)으로부터 분기되어 열교환 수단으로 열매체가 공급되는 흐름으로 합류되는 열매체 순환라인(OL1)과 연통되도록 개폐가 제어될 수 있다. However, the three-
즉, 가열된 열매체의 온도가 설정값 미만이면, 열매체의 온도가 설정값이 될 때까지, 열교환 수단으로 되돌려 보내질 수 있다. 열매체의 온도는, 예를 들어 온열 저장탱크(301)의 내부 온도를 측정함으로써 판단할 수 있다. That is, if the temperature of the heated heat medium is less than the set value, it can be returned to the heat exchange means until the temperature of the heat medium becomes the set value. The temperature of the heat medium can be determined, for example, by measuring the internal temperature of the
본 실시예의 열교환 수단은, 보일러(201)에서 연료가 연소되면서 생성되는 연소 폐기물, 예를 들어, 바닥재(bottom ash)(BAH)의 폐열과 열매체가 열교환하여 열매체는 가열되고 바닥재는 냉각되는, 바닥재 냉각기(206);일 수 있다.In the heat exchange means of the present embodiment, the combustion waste produced by burning fuel in the
보일러(201)의 하부로 배출되는 바닥재는 약 600~800℃의 고온이므로, 폐기하거나 또는 회수하여 재활용하기 위해서는 반드시 냉각할 필요가 있다. The bottom ash discharged to the bottom of the
본 실시예에 따르면, 보일러(201)로부터 배출되는 바닥재의 열에너지를 회수하여 1차 가열기(105) 및 2차 가열기(107)로 공급함으로써, 전력을 생산하기 위한 작동유체인 재기화 공기를 가열시키는 열원으로 활용하고, 1차 가열기(105) 및 2차 가열기(107)에서 재기화 공기를 가열시키면서 재기화 공기의 냉열을 회수하여, 바닥재를 냉각시키기 위한 냉열로 활용한다. According to the present embodiment, by recovering the heat energy of the bottom ash discharged from the
보일러(201)에서는 바닥재와 열매체가 직접 열교환할 수도 있고, 바닥재와 열매체 사이의 또 다른 열교환 매체에 의해 간접 열교환할 수도 있다.In the
이와 같이 본 실시예에 따르면, 석탄화력 발전 플랜트(200)와 액체공기 재기화 장치(100)를 연계하고, 버려지는 바닥재의 폐열을 회수하여, 상호 필요한 열원 및 냉열을 서로 공급해줌으로써, 석탄화력 발전 플랜트(200)에 필요한 별도의 냉열 공급원이나, 액체공기 재기화 장치(100)에 필요한 별도의 열원 공급원을 필요로 하지 않으며, 석탄화력 발전 플랜트(200)의 출력을 저하시키지 않고도 전력을 추가로 생산할 수 있다. As described above, according to the present embodiment, the coal-fired
또한, 석탄화력 발전 플랜트(200)에서는 기저부하의 출력으로 전력을 생산하다가, 첨두부하 시 또는 석탄화력 발전 플랜트(200)에서 생산되는 전력량보다 전력 수요처에서 요수하는 전력량이 많은 경우에는 액체공기 저장탱크(101)에 저장된 액체공기를 석탄화력 발전 플랜트(200)의 폐열로 기화시켜, 1차 터빈-발전기(106) 및 2차 터빈-발전기(108)의 작동유체로 활용하여 전력을 추가로 생산할 수 있다.In addition, in the coal-fired
다음으로, 도 4를 참조하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템 및 방법을 설명하기로 한다. 본 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템 및 방법은, 상술한 제3 실시예와 비교하여, 열원 회수 시스템(300)의 열교환 수단, 즉, 열원을 회수하는 장치 또는 그 방법에 있어서 차이가 있고, 나머지 구성 요소 및 그들간의 상호 작용 및 작동은 동일한 범위 내에서 이루어진다. 따라서, 동일한 구성 요소 및 그 작용에 대해서는 설명을 생략하기로 한다. Next, a liquefied air regasification system and method including a carbon dioxide capture device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4. The liquefied air regasification system and method including the carbon dioxide capture device according to the present embodiment, compared with the above-described third embodiment, the heat exchange means of the heat
제3 실시예에서는 열교환 수단으로서, 보일러(201)로부터 배출되는 바닥재의 열원을 회수하는 바닥재 냉각기(206)가 구비되는 반면, 본 실시예의 열교환 수단은, 도 4에 도시된 바와 같이, 열원 저장탱크(301) 내에 설치되는 열교환 배관(또는 튜브)이라는 점에서 차이가 있다. In the third embodiment, as the heat exchange means, a
또한, 제3 실시예에서는 열매체를 가열시키는 열원으로서, 보일러(201)로부터 배출되는 바닥재의 폐열을 활용하는 반면, 본 실시예에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 중저압 증기터빈(203)으로부터 추기(extraction)한 폐스팀을 활용한다는 점에서 차이가 있다.In addition, in the third embodiment, the waste heat of the bottom ash discharged from the
즉, 본 실시예에 따르면, 중저압 증기터빈(203)과 열원 저장탱크(301) 내부에 설치되는 열교환 배관을 연결하는 추기 공급라인(EL)을 통해 중저압 증기터빈(203)으로부터 일부 스팀을 열교환 배관으로 공급하여 열원 저장탱크(301)에 저장되어 있는 열매체를 가열시킨다. 열교환 배관은, 온열 저장탱크(301)에 저장된 열매체에 잠겨있도록 설치될 수 있다.That is, according to this embodiment, some steam from the low-low
본 실시예와 같이, 추기 스팀을 통해 열원을 공급할 경우, 액체공기 재기화 장치(100)의 1차 터빈-발전기(106) 및/또는 2차 터빈-발전기(108)의 전력 부하에 따라, 온열 저장탱크(301)로 공급하는 추기 스팀의 온도 및 압력을 조절함으로써, 1차 가열기(105) 및 2차 가열기(107)로 공급하는 열매체의 온도를 제어할 수 있다.As in the present embodiment, when supplying a heat source through the additional steam, depending on the power load of the primary turbine-
따라서, 본 실시예에 따르면, 제3 실시예에서와 같이 가열된 열매체를 온열 저장탱크(301)에 저장하는 과정을 생략할 수는 없지만, 제3 실시예와는 달리 온열 순환펌프(302) 및 3방향 밸브(303)의 제어할 필요 없이, 액체공기 재기화 장치(100)로 공급되는 열매체의 온도를 제어할 수 있다.Therefore, according to the present embodiment, the process of storing the heated heat medium in the
온열 저장탱크(301)에 저장된 열매체를 가열시키면서 온도가 낮아진 스팀은, 복수기(204)로 공급되어 응축된 후, 보일러(201)로 재순환될 수 있다. The steam whose temperature is lowered while heating the heat medium stored in the
이와 같이 본 실시예에 따르면, 석탄화력 발전 플랜트(200)와 액체공기 재기화 장치(100)를 연계하고, 터빈을 구동시킨 후 온도가 낮아진 스팀 또는 터빈으로 공급되고 남은 스팀 등 중저압 증기터빈(203)으로부터 추기한 스팀의 폐열을 회수하여, 상호 필요한 열원 및 냉열을 서로 공급해줌으로써, 석탄화력 발전 플랜트(200)에 필요한 별도의 냉열 공급원이나, 액체공기 재기화 장치(100)에 필요한 별도의 열원 공급원을 필요로 하지 않으며, 석탄화력 발전 플랜트(200)의 출력을 저하시키지 않고도 전력을 추가로 생산할 수 있다. As described above, according to the present embodiment, the coal-fired
또한, 석탄화력 발전 플랜트(200)에서는 기저부하의 출력으로 전력을 생산하다가, 첨두부하 시에는 액체공기 저장탱크(101)에 저장된 액체공기를 석탄화력 발전 플랜트(200)의 폐열로 기화시켜, 1차 터빈-발전기(106) 및 2차 터빈-발전기(108)의 작동유체로 활용하여 전력을 추가로 생산할 수 있다. In addition, the coal-fired
다음으로, 도 5를 참조하여, 본 발명의 제5 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템 및 방법을 설명하기로 한다. 본 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템 및 방법은, 상술한 제3 실시예와 비교하여, 열원 회수 시스템(300)의 열교환 수단, 즉, 열원을 회수하는 장치 또는 그 방법에 있어서 차이가 있고, 나머지 구성 요소 및 그들간의 상호 작용 및 작동은 동일한 범위 내에서 이루어진다. 따라서, 동일한 구성 요소 및 그 작용에 대해서는 설명을 생략하기로 한다. Next, a liquefied air regasification system and method including a carbon dioxide capture device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5. The liquefied air regasification system and method including the carbon dioxide capture device according to the present embodiment, compared with the above-described third embodiment, the heat exchange means of the heat
제3 실시예에서는 열교환 수단으로서, 보일러(201)로부터 배출되는 바닥재의 열원을 회수하는 바닥재 냉각기(206)가 구비되는 반면, 본 실시예의 열교환 수단은, 도 3에 도시된 바와 같이, 보일러(201) 내에 추가로 설치되는 열교환 배관(또는 튜브)이라는 점에서 차이가 있다. In the third embodiment, as the heat exchange means, a
또한, 제3 실시예에서는 열매체를 가열시키는 열원으로서, 보일러(201)로부터 배출되는 바닥재의 폐열을 활용하는 반면, 본 실시예에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 보일러(201) 배기가스의 폐열을 활용한다는 점에서 차이가 있다.In addition, in the third embodiment, waste heat of the bottom ash discharged from the
도 5에서는, 배기가스의 폐열을 회수하여 열매체를 가열하는 열교환 수단이 보일러(201) 내에 추가로 설치되는 열교환 배관인 것을 예로 들어 도시하였다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고, 본 실시예의 열교환 수단은, 1차 가열기(105) 및 2차 가열기(107)의 전단에 추가로 설치되는 열교환기의 형태로서 구성될 수도 있을 것이다. In FIG. 5, the heat exchange means which collect | recovers waste heat of exhaust gas and heats a heat medium is shown as an example which is a heat exchange piping further installed in the
즉, 본 실시예에 따르면, 보일러(201)로부터 배출되는 배기가스와 열매체를 열교환시켜, 열매체는 가열되고, 배기가스는 냉각되며, 가열된 열매체가 온열 저장탱크(301)에 저장된다. That is, according to the present embodiment, the exhaust gas discharged from the
배기가스는 환경오염 등의 문제로, 충분히 냉각시킨 후 배출시킬 필요가 있으며, 본 실시예에서, 열매체와 열교환하는 배기가스는, 상술한 과열기 및/또는 재열기를 통해 스팀을 생성시킨 후 온도가 낮아진 배기가스일 수도 있고, 보일러(201)에서 생성된 배기가스 중 일부를 분배하여 할당되는 배기가스일 수도 있다. The exhaust gas needs to be sufficiently cooled and discharged due to problems such as environmental pollution. In the present embodiment, the exhaust gas heat-exchanging with the heat medium has a temperature after generating steam through the above-described superheater and / or reheater. The exhaust gas may be lowered or exhaust gas allocated by distributing a part of the exhaust gas generated by the
즉, 본 실시예에서 배기가스의 폐열을 열매체가 회수하더라도, 보일러(201)에서 생산되는 스팀의 양은 줄어들지 않는다.That is, even if the heat medium recovers the waste heat of the exhaust gas in this embodiment, the amount of steam produced in the
본 실시예에 따르면, 열매체는, 배기가스와의 열교환에 의해 가열되고, 온열 순환펌프(302) 및 3방향 밸브(303)의 제어에 의해 설정온도에 도달할 때까지 열매체 순환라인(OL1)을 통해 순환될 수 있다. According to the present embodiment, the heat medium is heated by heat exchange with the exhaust gas, and the heat medium circulation line OL1 is heated until the set temperature is reached by the control of the
또한, 본 실시예에서 열매체의 가열은 보일러(201)가 가동되는 동안 지속적으로 이루어질 수 있다.In addition, the heating of the heat medium in the present embodiment can be made continuously while the
이와 같이 본 실시예에 따르면, 석탄화력 발전 플랜트(200)와 액체공기 재기화 장치(100)를 연계하고, 보일러(201)의 배기가스 폐열을 회수하여, 상호 필요한 열원 및 냉열을 서로 공급해줌으로써, 석탄화력 발전 플랜트(200)에 필요한 별도의 냉열 공급원이나, 액체공기 재기화 장치(100)에 필요한 별도의 열원 공급원을 필요로 하지 않으며, 석탄화력 발전 플랜트(200)의 출력을 저하시키지 않고도 전력을 추가로 생산할 수 있다.Thus, according to this embodiment, by linking the coal-fired
또한, 석탄화력 발전 플랜트(200)에서는 기저부하의 출력으로 전력을 생산하다가, 첨두부하 시에는 액체공기 저장탱크(101)에 저장된 액체공기를 석탄화력 발전 플랜트(200)의 폐열로 기화시켜, 1차 터빈-발전기(106) 및 2차 터빈-발전기(108)의 작동유체로 활용하여 전력을 추가로 생산할 수 있다. In addition, the coal-fired
상술한 제3 내지 제5 실시예에서는, 열매체가 바닥재, 추기 스팀 및 배기가스 중 어느 하나와의 열교환에 의해 가열되는 실시예만을 설명하고 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 따르면, 열매체는 상기 바닥재, 추기 스팀 및 배기가스 중 어느 하나 이상을 열원으로 하여 가열할 수 있다. 즉, 열교환 수단은, 열매체가 바닥재와 열교환하는 바닥재 냉각기(206), 열매체가 추기 스팀과 열교환하도록 온열 저장탱크(301) 내에 설치되는 열교환 배관, 및 열매체가 배기가스와 열교환하도록 보일러(201) 내에 설치되는 열교환 배관 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있는 것이다. In the above-described third to fifth embodiments, only the embodiment in which the heat medium is heated by heat exchange with any one of flooring material, additional steam and exhaust gas is described. However, the present invention is not limited thereto, and according to the present invention, the heat medium may be heated using any one or more of the bottom ash, additional steam, and exhaust gas as a heat source. That is, the heat exchange means includes a
상술한 본 실시예들에 따르면, 액체공기 저장 장치를 석탄화력 발전 플랜트(200) 즉, 상용 발전 플랜트와 연계하여, 액체공기의 재기화에 필요한 열원을 발전 플랜트의 폐열, 예를 들어 연소에 의한 부산물, 추기 스팀 또는 배기가스의 폐열을 사용할 수 있다. According to the above-described embodiments, the liquid air storage device is linked to the coal-fired
만약 보일러(201)에서 생성된 스팀을 직접 액체공기의 재기화에 필요한 열원으로 사용할 경우, 보일러(201)에서 생성된 스팀은 고온 및 고압의 상태이므로, 스팀의 열을 회수하는 열교환 수단의 재질과 두께에 영향을 주므로, 열교환 수단을 설계하는데 있어 제한적이며, 고압 증기터빈(202)으로 공급될 스팀의 일부를 활용하는 것이므로 발전 플랜트의 출력을 크게 저하시키는 등의 문제가 발생한다. If the steam generated in the
또한, 배기가스를 작동유체로 하여 전력을 생산하는 가스터빈 후단의 배기가스를 액체공기의 재기화에 필요한 열원으로 직접 사용할 경우에는, 약 600℃ 이상의 배기가스를 열교환 수단으로 공급하기 위한 팬(fan) 등 공급 수단을 제작하는 것은 실제적으로 거의 불가능하며, 따라서 간접 열교환에 의해서만 열원을 확보할 수 있다는 점에서 효율이 낮다는 단점이 있다. In addition, when the exhaust gas at the rear of the gas turbine, which generates electricity by using the exhaust gas as a working fluid, is directly used as a heat source for regasification of the liquid air, a fan for supplying the exhaust gas of about 600 ° C. or more to the heat exchange means is provided. It is practically impossible to manufacture a supply means such as), and therefore, there is a disadvantage in that efficiency is low in that a heat source can be secured only by indirect heat exchange.
그러나, 본 발명에 따르면, 상술한 바와 같이, 보일러(201)로부터 버려지는 바닥재의 폐열이나, 중저압 증기터빈(203)의 추기, 보일러(201) 내에서 스팀을 생성한 후의 배기가스 폐열을 회수하는 등, 적정 온도 및 압력의 열원을 회수함으로써, 재질 선정의 어려움이나 발전 플랜트로부터 지속적으로 열원을 확보하여 축적함으로써 발전 플랜트의 출력이 크게 저하되는 문제, 효율 저하의 문제를 개선할 수 잇다. However, according to the present invention, as described above, the waste heat of the bottom ash discarded from the
특히, 심야시간 등 출력이 높지 않은 시간 대에 상용 발전 플랜트가 운전되는 동안 열원을 저장해두었다가, 액체공기의 재기화 공정이 진행될 때 활용할 수 있으므로, 상용 발전 플랜트로부터 추가 열원을 공급받는 일 없이 저장된 열원만으로 전력을 생산할 수 있으므로, 첨두부하 시 상용 발전 플랜트의 출력 저하 없이 추가 전력을 생산하여 전력의 수요와 공급 균형을 맞출 수 있다.In particular, the heat source can be stored while the commercial power plant is in operation at low power, such as late-night hours, and used during the regasification process of liquid air, thus saving the heat source without receiving additional heat source from the commercial power plant. The power can be generated by itself, so that at peak loads, additional power can be produced without compromising the output of a commercial power plant, balancing power supply and demand.
또한, 기저부하용으로서 지속적으로 운전되는 발전 플랜트에서 생성되는 잉여의 전기, 예를 들어 심야시간에 생산되는 잉여 전력을 이용하여, 액체공기 저장 장치의 액체공기를 생성하는 공기 압축기를 가동시켜 공기를 액체 상태로 저장하였다가, 첨두부하 시, 예를 들어 낮 시간에는 저장된 액체공기를 발전 플랜트의 폐열을 이용하여 재기화시켜 추가 전력을 생산할 수 있다. In addition, by using surplus electricity generated in a power plant that is continuously operated as a base load, for example, surplus power produced at night time, the air compressor to generate the liquid air of the liquid air storage device is operated to turn the air into liquid Stored in state and then at peak load, for example during the day time, the stored liquid air can be regasified using waste heat from the power plant to produce additional power.
따라서, 본 발명에 따르면, 발전 플랜트와 액체공기 저장 장치를 연계하여 첨두부하 시 필요한 전력을 공급해줄 수 있을 뿐 아니라, 기존의 복합화력 발전소 등 초기 비용과 운영 비용이 높은 첨두부하용 발전 플랜트를 추가로 건설하거나 운영할 필요가 없으므로, 발전 단가가 상승하는 것을 막는 효과가 있다. Therefore, according to the present invention, by connecting the power plant and the liquid air storage device can not only supply the power required for peak load, but also add a peak load power plant with high initial cost and operation cost, such as the existing combined cycle power plant As it does not need to be constructed or operated, the cost of power generation is prevented from rising.
또한, 풍력, 태양열 등 재생 에너지와 추가로 연계하면, 재생 에너지의 전력 공급의 간헐성에 따른 문제도 해결할 수 있을 것이다.In addition, if additionally connected to renewable energy, such as wind and solar, it will be able to solve the problem of the intermittent supply of renewable energy.
또한, 본 발명에 따르면, 상용 발전 플랜트와 액체공기 저장 장치를 연계함으로써, 액체공기 저장 장치는 유기 랭킨 사이클 등 압축/응축 공정을 포함하지 않으므로, 상용 발전 플랜트로부터 얻은 열원이나 액체공기 저장 장치의 냉열이 압축/응축 공정에 의해 엑서지 파괴가 진행되어 실질적인 효율 개선이 일어나지 않는 문제를 해결할 수 있고, 시스템 구성 및 운영이 간단하므로 활용이 용이하다. Further, according to the present invention, by linking a commercial power plant and a liquid air storage device, since the liquid air storage device does not include a compression / condensation process such as an organic Rankine cycle, cooling heat of a heat source or a liquid air storage device obtained from a commercial power plant. This compression / condensation process can solve the problem that exergy destruction is not progressed and the actual efficiency improvement does not occur, and it is easy to use because the system configuration and operation are simple.
한편, 액체공기 재기화 장치(100)에서 재기화된 공기는, 터빈-발전기(106, 108)를 구동시켜 전력을 생산하는데 활용할 수도 있고, 질소 및 산소로 분리하여 순산소 연소 및 질소 발전 공정에 이용하여 발전 효율 및 출력을 향상시킬 수도 있다.Meanwhile, the air regasified in the liquid
또한, 본 발명에 따르면, 이산화탄소 포집 장치(400)를 이용하여, 순산소 연소에 의해 전력을 생산할 수 있고, 청정 배기가스를 대기 중으로 배출시킬 수 있으므로, 친환경 발전이 가능하다. In addition, according to the present invention, by using the carbon
이상과 같이 본 발명에 따른 실시 예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로 상술한 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고, 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.As described above, the embodiments of the present invention have been described, and the fact that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope of the present invention can be embodied by those skilled in the art. It is self-evident to. The foregoing embodiments are, therefore, to be regarded in an illustrative rather than a restrictive sense, and thus, the invention is not limited to the above description, and may vary within the scope of the appended claims and their equivalents.
100 : 액체공기 재기화 장치
101 : 액체공기 저장탱크
103 : 재기화기
104 : 열교환기
105, 107 : 가열기
106, 108 : 터빈-발전기
200 : 석탄화력 발전 플랜트
201 : 보일러
202 : 고압 증기터빈
203 : 중저압 증기터빈
206 : 바닥재 냉각기
300 : 열원 회수 장치
301 : 온열 저장탱크
304 : 냉열 저장탱크
400 : 이산화탄소 포집 장치
401 : 압축공기 가열기
402 : 분리막
403 : 순산소 연소기
410 : 공기 분리기
411 : 질소 압축기
412 : 질소 터빈-발전기
AL : 공기 유동라인
ML : 냉매 유동라인
OL : 열매체 유동라인
SL : 스팀 유동라인
EL : 추기 유동라인100: liquid air regasification device
101: liquid air storage tank
103: regasifier
104: heat exchanger
105, 107: heater
106, 108: turbine-generator
200: coal-fired power plant
201: boiler
202: high pressure steam turbine
203: medium and low pressure steam turbine
206: Flooring Cooler
300: heat source recovery device
301: thermal storage tank
304: cold heat storage tank
400: carbon dioxide capture device
401: compressed air heater
402: separator
403: Oxygen Combustor
410: air separator
411: Nitrogen Compressor
412: nitrogen turbine generator
AL: Air Flow Line
ML: Refrigerant Flow Line
OL: Heating fluid line
SL: Steam Flow Line
EL: additional flow line
Claims (13)
연료를 연소시켜 전력을 생산하는 발전 플랜트; 및
상기 발전 플랜트로 연료의 연소에 필요한 산소를 공급하는 이산화탄소 포집 장치; 및
상기 액체공기 재기화 장치와 발전 플랜트를 연결하고, 상기 발전 플랜트로부터 폐열을 회수하여 상기 액체공기 재기화 장치로 공급하며, 상기 액체공기 재기화 장치로부터 냉열을 회수하여 상기 발전 플랜트로 공급하는 열원 회수 시스템;을 더 포함하고,
상기 이산화탄소 포집 장치는,
상기 액체공기 재기화 장치로부터 압축공기를 공급받아 순산소를 생성시켜 상기 발전 플랜트로 공급하는 순산소 생성 수단; 및
상기 발전 플랜트에서 순산소를 이용하여 연료를 연소시킨 후 배출되는, 이산화탄소가 풍부한 배기가스로부터 이산화탄소를 분리하여, 이산화탄소가 분리제거된 배기가스를 대기 중으로 배출시키는 이산화탄소 포집기;를 포함하여,
상기 발전 플랜트에서는, 순산소 연소를 통해 전력이 생산되고, 환경오염물질을 포함하지 않는 청정 배기가스가 배출되고,
상기 열원 회수 시스템은,
열교환에 의해 상기 폐열을 회수하는 열교환 수단;
상기 열교환 수단에서 가열된 열매체를 순환시키는 온열 순환펌프;
상기 열교환 수단에서 가열된 열매체를 저장하는 온열 저장탱크;
상기 온열 순환펌프에 의해 가압된, 가열된 열매체가 상기 액체공기 재기화 장치로 공급되거나 상기 온열 저장탱크로 재순환되도록 열매체 라인의 연통을 제어하는 3방향 밸브; 및
상기 온열 저장탱크에 저장된 열매체의 온도가 설정값보다 낮으면 상기 열매체가 상기 온열 저장탱크로 재순환되도록 상기 3방향 밸브를 제어하는 제어부;를 포함하는, 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템. A liquid air regasification device for regenerating liquid air to produce electric power;
A power plant that produces power by burning fuel; And
A carbon dioxide capture device for supplying oxygen required for combustion of fuel to the power plant; And
Connect the liquid air regasification device and the power generation plant, recover waste heat from the power generation plant, supply the waste air to the liquid air regasification device, recover the heat from the liquid air regasification device, and recover the heat source supplied to the power generation plant. The system further includes;
The carbon dioxide collecting device,
Pure oxygen generation means for receiving compressed air from the liquid air regasification device to generate pure oxygen and supply it to the power plant; And
And a carbon dioxide collector which separates carbon dioxide from carbon dioxide-rich exhaust gas discharged after combustion of fuel using pure oxygen in the power plant, and discharges exhaust gas from which carbon dioxide has been separated and removed into the atmosphere.
In the power plant, power is produced through oxy-fuel combustion, and clean exhaust gas containing no environmental pollutants is discharged,
The heat source recovery system,
Heat exchange means for recovering the waste heat by heat exchange;
A thermal circulation pump for circulating the heat medium heated by the heat exchange means;
A heat storage tank storing heat medium heated by the heat exchange means;
A three-way valve controlling communication of a heat medium line such that the heated heat medium pressurized by the heat circulation pump is supplied to the liquid air regasification apparatus or recycled to the heat storage tank; And
And a control unit which controls the three-way valve to recirculate the heat medium to the heat storage tank when the temperature of the heat medium stored in the heat storage tank is lower than a set value.
상기 순산소 생성 수단은,
상기 액체공기 재기화 장치로부터 공급받은 압축공기로부터 순산소를 분리하여 상기 발전 플랜트로 공급하는 분리막;
상기 발전 플랜트로 공급하고 남은 순산소를 이용하여 연소열을 생산하는 순산소 연소기; 및
상기 순산소 연소기로부터 배출되는 배기가스와 상기 분리막으로 공급되는 압축공기를 열교환시켜, 상기 압축공기를 상기 분리막에서 요구하는 온도로 가열시키는 압축공기 가열기;를 포함하는, 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템.The method according to claim 1,
The pure oxygen generating means,
A separation membrane for separating pure oxygen from the compressed air supplied from the liquid air regasification apparatus and supplying it to the power plant;
A pure oxygen combustor for producing combustion heat using the remaining pure oxygen supplied to the power plant; And
Liquefied air including a carbon dioxide capture device, comprising; a compressed air heater for heat-exchanging the exhaust gas discharged from the oxy-fuel combustor and the compressed air supplied to the separation membrane, and heats the compressed air to the temperature required by the separation membrane Regasification system.
상기 순산소 생성 수단은,
상기 액체공기 재기화 장치로부터 공급받은 압축공기를 순산소와 질소로 분리하여 순산소를 상기 발전 플랜트로 공급하는 공기 분리기;
상기 공기 분리기에서 분리된 질소를 압축시켜 상기 발전 플랜트로 공급하는 질소 압축기; 및
상기 발전 플랜트의 연소열에 의해 가열된 압축질소를 작동유체로 하여 전력을 생산하는 질소 터빈-발전기;를 포함하고,
상기 질소 압축기 및 질소 터빈-발전기는 하나의 축으로 연결되는 컴팬더(compander)인, 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템.The method according to claim 1,
The pure oxygen generating means,
An air separator for separating the compressed air supplied from the liquid air regasification device into pure oxygen and nitrogen and supplying pure oxygen to the power plant;
A nitrogen compressor for compressing the nitrogen separated in the air separator and supplying it to the power plant; And
And a nitrogen turbine-generator for producing electric power using compressed nitrogen heated by combustion heat of the power plant as a working fluid.
And the nitrogen compressor and the nitrogen turbine-generator are companders connected by one shaft, wherein the liquefied air regasification system comprises a carbon dioxide capture device.
상기 열원 회수 시스템은, 상기 발전 플랜트로부터 배출되는 냉각이 필요한 연소 폐기물, 추기된 스팀, 또는 냉각이 필요한 배기가스 중 어느 하나로부터 폐열을 회수하며,
상기 액체공기는 상기 발전 플랜트의 잉여 전력을 이용하여 생성 및 저장되고, 기저부하 이상의 부하 전력은 상기 액체공기 재기화 장치에서 생산되는, 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템. The method according to claim 1,
The heat source recovery system recovers waste heat from any one of combustion waste that needs to be cooled from the power plant, additional steam, or exhaust gas that needs to be cooled,
And the liquid air is generated and stored using surplus power of the power plant, and a load power of at least a base load is produced in the liquid air regasification device.
상기 액체공기 재기화 장치는,
액체공기를 재기화시키는 재기화기;
재기화 공기를 가열하는 가열기; 및
상기 가열기에서 가열된 재기화 공기를 작동유체로 하여 전력을 생산하는 터빈-발전기;를 포함하고,
상기 가열기는 상기 열매체 라인이 연결되어, 상기 재기화 공기를 가열시키는 열에너지를 상기 발전 플랜트로부터 얻는, 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템. The method according to claim 4,
The liquid air regasification device,
A regasifier for regasifying liquid air;
A heater for heating regasification air; And
And a turbine-generator configured to generate electric power using the regasified air heated in the heater as a working fluid.
And the heater comprises a carbon dioxide capture device connected to the heat medium line to obtain thermal energy from the power plant to heat the regasified air.
상기 발전 플랜트는, 석탄을 연료로 하는 석탄화력 발전 플랜트이고,
석탄을 연소시켜 스팀을 생성하는 보일러;
상기 생성된 스팀을 작동유체로 하여 전력을 생산하는 고압 증기터빈;
상기 고압 증기터빈을 구동시킨 후 보일러로 재순환된 후 재가열된 스팀을 작동유체로 하여 전력을 생산하는 중저압 증기터빈; 및
상기 중저압 증기터빈을 구동시킨 후 배출되는 스팀을 응축시키는 복수기;를 포함하는, 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템. The method according to claim 4,
The power plant is a coal-fired power plant using coal as fuel,
A boiler that burns coal to produce steam;
A high pressure steam turbine for producing electric power using the generated steam as a working fluid;
A medium and low pressure steam turbine configured to generate electric power by using the reheated steam as a working fluid after being recycled to the boiler after driving the high pressure steam turbine; And
And a condenser for condensing the steam discharged after driving the medium and low pressure steam turbine.
상기 냉각이 필요한 배기가스는, 상기 스팀을 생성한 후 배출되는 배기가스이며,
상기 열교환 수단은, 상기 보일러에 설치되는 열교환 배관으로서, 상기 열교환 배관을 통해 상기 열매체가 유동하여 배기가스와 열교환하며, 열교환에 의해 배기가스는 냉각되고 열매체는 가열되는, 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템. The method according to claim 7,
The exhaust gas that needs cooling is exhaust gas that is discharged after generating the steam,
The heat exchange means is a heat exchange pipe installed in the boiler, wherein the heat medium flows through the heat exchange pipe to exchange heat with the exhaust gas, and the exhaust gas is cooled by the heat exchange, and the heat medium is liquefied, including a carbon dioxide collecting device. Air regasification system.
상기 냉각이 필요한 연소 폐기물은, 상기 보일러로부터 배출되는 바닥재(bottom ash)이며,
상기 열교환 수단은, 상기 바닥재와 열매체가 열교환하여 바닥재는 냉각되고 열매체는 가열되는 바닥재 냉각기;인, 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템. The method according to claim 7,
The combustion waste requiring cooling is bottom ash discharged from the boiler,
The heat exchange means, a bottom ash cooler that the bottom ash and the heat medium exchange heat, the bottom ash is cooled and the heat medium is heated; liquefied air regasification system comprising a carbon dioxide capture device.
상기 추기된 스팀은, 상기 중저압 증기터빈으로부터 추기된 스팀이며,
상기 열교환 수단은, 상기 온열 저장탱크 내부에 설치되는 열교환 배관으로서, 상기 열교환 배관을 통해 상기 추기된 스팀이 유동하여, 상기 온열 저장탱크 내부에 저장된 열매체와 열교환하며, 열교환에 의해 추기된 스팀은 냉각되고 열매체는 가열되는, 이산화탄소 포집 장치를 포함하는 액화공기 재기화 시스템. The method according to claim 7,
The additional steam is steam extracted from the medium and low pressure steam turbine,
The heat exchange means is a heat exchange pipe installed inside the thermal storage tank, wherein the additional steam flows through the heat exchange pipe to exchange heat with the heat medium stored in the thermal storage tank, and the steam extracted by the heat exchange is cooled. And the heating medium is heated, the liquefied air regasification system comprising a carbon dioxide capture device.
발전 플랜트에서 생산된 잉여 전력을 이용하여 공기를 액화시켜 저장하고,
전력 수요처에서 상기 발전 플랜트에서 생산하는 전력보다 많은 양의 전력을 요구할 때에는, 상기 발전 플랜트의 폐열을 이용하여 상기 저장된 액체공기를 기화시키고, 기화된 재기화 공기를 작동유체로 하여 추가 전력을 생산하며,
상기 발전 플랜트로는, 상기 재기화 공기를 압축한 압축공기를 공급받아 순산소를 생성시켜 공급하고,
상기 발전 플랜트에서 순산소를 이용하여 연료를 연소시킨 후 배출되는, 이산화탄소가 풍부한 배기가스로부터 이산화탄소를 분리하여, 이산화탄소가 분리제거된 배기가스를 대기 중으로 방출시키는, 이산화탄소 포집 장치를 이용한 액화공기 재기화 방법.In the power plant to oxy-fuel fuel to produce electricity,
Liquefied and stored air using surplus power produced in the power plant,
When the power demand demands more power than the power generated by the power plant, the waste heat of the power plant is used to vaporize the stored liquid air, and produce additional power by using the vaporized regasification air as a working fluid. ,
The power plant is supplied with compressed air compressed with the regasification air to generate and supply pure oxygen,
Regasification of liquefied air using a carbon dioxide capture device, which separates carbon dioxide from carbon dioxide-rich exhaust gas discharged after combustion of fuel using pure oxygen in the power plant, and releases the carbon dioxide separated and removed to the atmosphere. Way.
상기 액체공기는 열매체와의 열교환에 의해 재기화시키고,
상기 열매체는, 상기 발전 플랜트로부터 배출되는 냉각이 필요한 연소 폐기물, 추기된 스팀, 또는 냉각이 필요한 배기가스 중 어느 하나로부터 폐열을 회수하여 가열하는, 이산화탄소 포집 장치를 이용한 액화공기 재기화 방법.
The method according to claim 12,
The liquid air is regasified by heat exchange with the heat medium,
And the heat medium recovers and heats the waste heat from any one of combustion waste that needs cooling from the power plant, additional steam, or exhaust gas that needs cooling, and reheats the liquefied air using the carbon dioxide capture device.
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