KR100205798B1 - 개스 및 증기복합 사이클 가압 유동상 보일러 발전소 및 이것의 설정 및 운전방법 - Google Patents

개스 및 증기복합 사이클 가압 유동상 보일러 발전소 및 이것의 설정 및 운전방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저부하 조건시 운전을 유지하기 위한 시스템을 갖는 조합순환 가압 유동상 발전설비에 관한 것으로서 이 설비는 개스터빈(22)에 동력을 공급하는 개스를 생성하고 증기터빈에 동력을 공급하는 증기를 생성하기 위해 연료를 연소시키는 가압유동상 연소기, 이 연소기 및 제1발전기(26)에 공기를 공급하는 콤프레서(28)에 동력을 공급하기 위해 개스에 응답하는 개스터빈, 제2발전기(32)에 동력을 공급하기 위해 증기에 응답하는 증기 터빈 및 발전설비의 저부하 조건시 터빈과 콤프레서에 동력을 가하기 위해 증기를 개스터빈으로 향하게 하는 수단을 포함한다.

Description

[발명의 명칭]
개스 및 증기복합 사이클 가압 유동상 보일러 발전소 및 이것의 설정 및 운전방법
[발명의 상세한 설명]
[발명의 분야]
본 발명은 발전소 특히 낮은 설비 부하에서 설비의 운전을 유지시키도록 콤프레서의 운전을 유지시키기 위한 시스템을 갖는 가압유동상의 개스 및 증기 터빈 복합 발전소에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 본 발명은 저부하 조건시 운전을 유지시키기 위한 복합 사이클 가압 유동상 발정소에 관한 것으로서 이 설비는 정상 운전 조건시 개스터빈에 동력을 가하는 개스를 생성하고 증기터빈에 동력을 가하는 증기를 생성하기 위해 연료를 연소시키는 가압유동상 연소기 수단; 연소기 수단에 공기를 공급하기 위한 콤프레서 및 전력을 생성시키기 위한 제1발전소에 동력을 가하기 위해 상기 개스에 응답하는 개스터빈, 및 전력을 생성하는 제2발전소에 동력을 가하기 위해 상기 증기에 응답하는 증기터빈을 포함한다.
또한, 본 발명은 저부하 조건시 콤프레서 운전을 유지시키기 위한 수단을 갖는 가압 유동상 개스 사이클 및 증기 사이클 복합 발전 설비에 관한 것으로서 이 설비는 정상 운전시 개스터빈에 동력을 가하는 고압개스를 생성하는 연료를 연소시키기 위한 가압 유동상 연소기; 증기 터빈에 동력을 가하는 증기를 발생시키기 위해 연소기와 결합된 증기 발생 수단; 유동화 및/또는 연소 공기를 연소기에 공급하는 콤프레서에 동력을 가하고 전력을 생성하는 발전소 동력을 가하기 위해 고압개스에 의해 동력이 가해진 개스터빈, 및 전력을 생성하는 발전소에 동력을 가하기 위해 상기 증기에 의해 동력이 가해진 증기 터빈을 포함한다.
본 발명은 또한 저부하 조건시 콤프레서 운전을 유지시키기 위해, 석탄을 에너지로 효율적으로 변환시키는, 개스 사이클과 증기 사이클이 복합된 가압 유동상 보일러 발전 설비를 설정하고 운전하는 방법에 관한 것이다.
[배경기술]
개스터빈과 증기터빈을 모두 갖는 복합 사이클 발전소는 보다 유연하고 효율적인 발전소의 요구를 충족시키기 위하여 최근에 발전산업에 사용되고 있다. 일반적으로 증기터빈은 통상적인 보일러를 통하여 석탄 또는 석유로 연료가 공급된다. 개스터빈은 일반적으로 내연 연소기를 통하여 천연 개스 또는 청정 연료용 기름과 같은 고급연료가 공급된다. 이들이 복합된 발전소는 기본적으로 변화하는 부하 요구를 충족하는 유연성을 제공해야 하는데 일반적으로 개별적인 연료가 공급된다.
가압 유동상 발전소는 화석연료를 전력으로 최소의 공해를 갖도록 변환시키기 위한 보다 효율적인 발전소의 요구를 충족시키도록 발전되어 왔다. 가압 순환 유동상 연소기는 비이동 그리드상에 지지된 그래뉼성 석회석 또는 다른 흡수물질의 혼합물을 특징으로 한다. 상향으로 흐르는 공기는 물질을 상승 및 유동화시키는 그리드를 통하여 통과한다. 이것은 액체의 자유유동특성을 가지며 안정한 연소 환경을 제공하는 상입자의 난류 혼합물에 기인한다.
유동상으로 유입된 연료는 효과적으로 연소하여 연소에 의해 방출된 이산화황은 생석회암에 의해 화학적으로 포획된다. 재와 생석회석을 포함하는 고형물의 혼합물은 입자크기가 사이클론을 통해 용출하는데 충분하게 감소될 때까지 연소기를 향하여 재순환된다. 유동상 연소기는 다양한 연료를 연소시킬 수 있는 이점을 갖는다. 유동상 연소기의 가압은 효율성을 보다 강화시킨다.
가압유동상 시스템은 유동상 연소기 및 보일러의 효율을 보다 개선하기 위하여 최근 수년에 걸쳐 발전되어 왔다. 이 시스템은 또한 복합 사이클 발전소를 위한 총 연소를 제공할 수 있다. 복합 사이클 발전소는 일반적으로 매우 유연하고 효율적인 발전소를 제공한다. 유동상 연소기는 개스터빈에 동력을 가하고 증기터빈용의 증기를 발생시키기 위한 고온개스를 제공한다.
개스터빈은 시스템의 가압, 연소 및 연소기에서의 유동화를 위한 가압 공기를 제공하는 콤프레서에 동력을 제공한다. 설비부하가 감소될 때 PCFB 연소기로부터의 개스 흐름 및 온도는 결국 개스터빈으로부터의 힘이 콤프레서에 동력을 가하는데 더 이상 충분하지 않은 점까지 하락한다. 콤프레서의 운전은 설비의 구동을 유지시키는 것이 필수적이다. 콤프레서의 운전을 유지하기 위해서는 보조연료가 내연 연소기에서 연소되거나 발전소가 그리드로부터의 힘으로 동력화(모터와 같은 구동) 되어야 한다.
유럽특허 제0 447 122호는 저부하 운전을 제어하는 수단을 제시하고 있다. 이 특허는 가압 순환 유동상 연소 복합 사이클 발전소를 도시하고 있는데 이 설비는 가압 유동상 연소 보일러에서 석탄을 태워 발생된 연소개스에 의해 구동된 터빈이 발전소와 보일러에 압축 연소공기를 공급하는 콤프레서를 구동시키는 개스터빈 유니트를 갖는다. 부분적인 부하운전을 허용하기 위하여 제어수단이 보일러의 운전 부하와 별도로 보일러로의 연소공기의 유동속도 또는 보일러 연소실의 운전 압력의 제어를 가져오도록 제공된다. 이러한 제어는 연소공기의 우회 흐름 및/또는 콤프레서의 입구 안내날개를 제어하므로서 제어될 수 있다.
따라서, 선행기술의 이러한 문제점들을 극복하기 위하여 개선된 발전소를 이용하는 것이 바람직하다.
[발명의 설명]
본 발명의 목적은 저부하에서 설비의 운전을 유지시키도록 콤프레서의 운전을 유지시키기 위한 시스템을 갖는 개선된 가압 유동상 개스 사이클 및 증기 사이클 복합 발전소를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 저부하 조건시 콤프레서 운전을 유지시키기 위한, 석탄을 에너지로 효율적으로 변환시키는 개스 사이클 및 증기 사이클 복합 가압유동상 보일러 발전소를 설정하고 운전하는 개선된 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적 및 다른 목적들을 충족시키기 위하여 본 발명의 하나의 형태는 설비가 발전소의 저부하 조건시 터빈에 동력을 공급하기 위해 개스터빈으로 증기를 공급하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 형태는 저부하 조건시 콤프레서 운전을 유지시키기 위해, 석탄을 에너지로 효율적으로 변환시키는 개스 사이클 및 증기 사이클 복합 가압 유동상 보일러 발전 설비를 설정하고 운전하는 방법이 개스터빈에 동력을 공급하는 고압개스를 생성하기 위해 연료를 연소시키는 가압유동상 연소기를 제공하고; 증기터빈에 동력을 공급하는 증기를 생성하기 위해, 상기 연소기와 결합된 증기 발생수단을 제공하며; 개스터빈을 제공하여 연소기에 공기를 공급하는 콤프레서에 동력을 공급하고 전력을 생성하는 발전소에 동력을 공급하기 위해 고압개스로 상기 터빈에 동력을 가하고; 전력을 생성하는 발전소에 동력을 공급하기 위해 상기 증기로 동력이 가해진 증기터빈을 제공하여 발전소의 저부하 조건시 콤프레서에 동력을 가하기 위해 개스터빈에 증기를 향하게 하여 동력을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[도면의 간단한 설명]
본 발명의 상기 및 다른 목적들은 첨부된 도면을 참고로 하기에서 보다 상세히 설명된다.
제1도는 본 발명을 구체화한 복합 사이클 시스템의 예시적인 실시예를 도시한 개략도이다.
[본 발명을 수행하기 위한 최선의 방법]
도면에는 본 발명에 따른 발전 설비 시스템의 연소부가 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 시스템은 통상의 가압순환 유동상 연소기 또는 발전소에 의해 생성된 개스와 증기로의 개스 사이클 및 증기 사이클이 복합되어 있다. 발전소는 개스터빈에 동력을 가하도록 고압개스를 생성하고 증기터빈에 동력을 가하도록 증기를 생성하기 위해 석탄등으로 운전되도록 설계된다.
도시된 시스템은 가압용기(10)를 포함하는데 그 내부에는 저장소(14)로부터의 석탄이 연료공급되고 믹서(18)에서 혼합되어 적절한 펌프(20)에 의해 가압 유동상 연소기(PCEB)(12)로 공급되는 저장소(16)로부터 석회석 또는 다른 흡수제가 제공되는 순환 유동상 연소기가 위치된다. 연소기는 개스터빈(22)에 동력을 공급하는데 사용되는 고온가압개스를 생성하는 통상의 연소기로 제공되어 증기터빈(24)에 동력을 공급하는데 사용되는 증기를 생성한다. 개스터빈(22)은 발전소(26)를 구동시키고 라인(30)을 거쳐 PCFB로 가압공기를 공급하기 위한 콤프레서(28)를 구동시킨다. 콤프레서로부터의 가압공기는 연소기를 둘러싸고 있는 압력용기로 공급된다. 일부의 공기는 연소공기로서 그리고 상을 유동화시키도록 연소기의 하부에 공급된다. 공기의 또다른 부분은 연소기 주위를 순환하고 연료입구 위의 연소실로 들어간다. 공기는 150-250psi의 범위로 가압되어 연소기에서 초당 약 15피트의 속도로 흐른다. 증기터빈(24)은 발전소(32)에 동력을 공급한다. 도시된 발전소는 동력을 생성하기 위해 증기 사이클과 개스 사이클을 복합한 것을 의미하는 복합 사이클 발전소를 갖는다.
가압순환 유동상 연소기(12)는 개스터빈의 외부에 있어서, 그것으로부터 멀리 떨어져 있다는 것은 도시된 실시예에서 알 수 있다. 이러한 형태의 설비에서는 PCFB 연소기가 개스터빈의 요건이 아니라 증기터빈의 요건을 충족하도록 연소된다.
연소기의 벽은 증기드럼(58)으로부터의 물을 순환시키기 위한 수관 또는 라인(34)으로 라이닝된다. 증기 드럼(58)에서 발생된 증기는 증기터빈(24)에 동력을 가하도록 제공되는 라인(38)에 의해 공급된 과열증기를 생성하기 위해 라인(36)을 거쳐 흐른다. 연소기로 공급된 석탄과 석회석 또는 다른 흡수제의 혼합물은 콤프레서(28)로부터 공급된 압축공기에 의해 유동화 상태를 유지하고 연료가 연소될 때 생성된 가열개스 및 재는 먼저 복귀루프(42)를 거쳐 비연소 연료 및 석회석의 큰 입자를 순환 및 복귀시키기 위하여 사이클론 분리기(40)를 통하여 연소실의 하부로 순환된다. 분리된 유체개스는 연도(44)를 거쳐 세라믹 필터와 같은 적절한 필터(46)를 통과한다. 세라믹 필터는 고온의 연도개스로부터 미세입자를 제거하고 개스터빈의 입구로 고온개스라인(48)을 거쳐 고온개스를 통과시킨다.
터빈(22)으로부터의 고온 배기개스는 이송수를 가열시키기 위해 열회수 절탄기(52)를 통과한다. 배기개스는 이때 배기 굴뚝(54)을 거쳐 대기로 향하게 된다.
연소기에서 생성된 증기는 증기터빈(24)에 동력을 공급하도록 주 라인(38)에 의해 공급된다. 이 증기 터빈으로부터의 배기개스는 콘덴서(56)로 통과하여 열회수 절탄기(52)를 거쳐 드럼(58)으로 복귀한다. 물은 증기를 생성하기 위하여 가열되도록 연소기에서 파이프를 통하여 순환된다. 생성된 증기는 증기터빈으로 공급된 증기의 주 공급을 과열시키기 위하여 하나 이상의 과열기를 통해 순환된다.
발전소는 개스 및 증기터빈 모두에 대한 요건이 매우 많은, 매우 높은 부하에서 최대 효율성을 갖도록 설계된다. 그러나 발전소에 대한 부하요건은 일반적으로 24시간에 걸쳐 매우 변하고 이러한 이유 때문에 발전소는 최대출력 및 효율성 또는 그것에 가깝게 항상 운전될 수 없다. 부하요건이 저하될 때 연소기의 동력출력은 감소된 요건만큼 보상하도록 감소된다. 이것은 요건이 떨어질 때 개스 흐름 및 온도의 하락을 가져오고 결국 콤프레서의 동력을 가하기 위해 터빈의 동력을 가하는데 불충분한 점까지 하락한다. 보조연료로 터빈을 구동시키고 발전소를 구동(motoring)시킬 때에 어떤 다른 수단이 콤프레서의 운전을 위한 터빈의 동력을 유지시키도록 제공되어야 한다.
본 발명에서는 분사수단(injector means)이 재스터빈의 저부하 운전에서 동기 속도를 유지하도록 개스를 보충하기 위해 증기를 분사하도록 제공된다. 분사수단은 밸브(66)에 의해 제어된 증기 공급라인(64)를 포함하는데 이 밸브는 개스터빈(22)의 입구(50)로 증기를 분사하기 위해 적절한 제어수단(68)에 의해 제어되다. 증기원은 바람직하게는 주 증기라인(38)으로부터와 같은 과열건조증기이다. 이런 증기의 분사는 터빈으로의 수량 흐름을 증가시키고 콤프레서가 운전을 유지하도록 저부하 운전성능을 유지한다.
제어수단(68)에는 시스템의 부하를 모니터하기 위한 적절한 모니터링 수단이 제공되어 저부하의 경우에 밸브(66)가 개스 터빈(22)의 운전을 유지하도록 작동된다. 시스템의 부하는 라인(48)에 있는 연도개스 온도의 영향을 받는다. 온도감지수단(70)과 같은 적절한 수단이 라인(48)에 있는 연도개스의 온도를 감지하고 특정수준 이하로의 하락에 응답하여 제어수단(68)을 활성화시키기 위해 제공된다. 라인(48)에 있는 수량흐름 및/ 또는 개스의 압력과 같은 다른 감지 수단이 증기 분사의 요구를 결정하는데 사용될 수 있다 (또는 GT발생기 출력을 모니터함).
본 발명은 실시예를 참고로 도시되고 설명되었지만 첨부된 특허청구범위의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 많은 변화 및 변형을 이룰 수 있다.

Claims (13)

  1. 정상적인 운전조건시 개스터빈에 동력을 공급하기 위한 개스를 생성하고 증기터빈에 동력을 공급하기 위한 증기를 생성하기 위해 연료를 연소시키는 가압 유동상 연소기 수단; 연소기 수단에 공기를 공급하기 위한 콤프레서 및 전력을 발생하는 제1발전소에 동력을 공급하기 위해 개스에 응답하는 개스터빈; 전력을 생성하는 제2발전소에 동력을 공급하기 위해 증기에 응답하는 증기터빈; 연소기(12)로부터의 연도개스를 개스터빈(22)으로 향하게 하기 위한 개스라인(48); 증기를 연도개스 라인으로 분사하기 위한 분사수단; 상기 연도개스라인으로 분사되는 증기분사를 제어하는 밸브(66)수단; 을 포함하여 저부하 조건시 운전을 유지하기 위한 시스템을 갖는 복합 사이클 가압 유동상 발전 설비에 있어서, 온도감지수단, 연도개스라인의 질량유동 감지수단 또는 압력감지수단, 또는 가스터빈(GT) 발전소 출력감지수단을 포함하여 시스템의 부하 강하를 모니터하는 모니터수단(70); 및 시스템의 부하 강하에 응답하여 증기를 연도개스라인으로 향하게 하도록 밸브수단을 작동시키기 위해 모니터 수단 및 밸브(66) 수단에 연결된 제어수단(68)을 포함하는 발전소.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연소기 수단이 석탄을 연소시키는데 개스터빈과 떨어져 위치되는 발전소.
  3. 제2항에 있어서, 발전소는 개스가 개스터빈 입구로 향하기 전에 연소기 수단에 의해 생성된 개스를 여과하기 위한 필터를 포함하는 발전소.
  4. 제3항에 있어서, 상기 개스터빈으로 증기를 향하게 하는 수단이 건조증기원 및 상기 증기원에서 개스터빈 입구로 증기를 공급하기 위해 연도개스 온도에 응답하는 수단을 포함하는 발전소.
  5. 제1항에 있어서, 발전소는 개스가 개스터빈 입구로 향하기 전에 연소기 수단에 의해 생성된 개스를 여과하기 위한 필터를 포함하는 발전소.
  6. 제1항에 있어서, 상기 개스터빈으로 증기를 향하게 하는 수단이 건조 증기원 및 상기 증기원에서 개스터빈 입구로 증기를 분사하기 위해 연도개스 온도에 응답하는 수단을 포함하는 발전소.
  7. 제6항에 있어서, 상기 연소기 수단이 석탄을 연소시키는데 개스 터빈으로부터 떨어져 있는 발전소.
  8. 제1항에 있어서, 가압 유동상 연소기 수단이 가압 용기내에 한정된 순환 유동상 연소기를 포함하는 발전소.
  9. 고압개스를 생성하기 위해 가압 유동상 연소기에서 연료를 연소시키고; 증기 터빈에 상기 고압개스로 동력을 공급하며; 전력을 발생시키기 위하여 상기 개스터빈으로 발전소에 동력을 공급하며; 연소기에 공기를 공급하기 위해 콤프레서에 상기 개스터빈으로 동력을 공급하고; 증기 발생수단에서 증기를 발생시키고; 상기 증기로 증기터빈에 동력을 공급하며; 전력을 발생시키기 위하여 상기 증기터빈으로 발전소에 동력을 공급하는 단계를 포함하며; 가압 유동상 연소기, 상기 연소기와 결합된 증기 발생수단, 개스터빈, 상기 개스터빈에 의해 동력이 가해지는 콤프레서 및 증가터빈을 갖는 개스사이클 및 증기 사이클 복합 가압 유동상 보일러 발전소를 설정하고 운전하는 방법에 있어서, 상기 개스터빈으로 증기 발생수단에서 생성된 증기를 향하게 함으로써 발전소의 저부하시 콤프레서에 동력을 가하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 석탄이 연소기에서 연소되는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 콤프레서가 저부하 조건시 건조 증기를 상기 개스터빈으로 향하게 함으로써 동력을 받게 되는 방법.
  12. 제9항에 있어서, 증기가 개스터빈으로 향하는 것이 연도개스 온도에 응답하는 제어수단에 의해 제어되는 방법.
  13. 제9항에 있어서, 연료가 가압용기내에 설치된 가압 유동상 연소기에서 연소되는 방법.
KR1019960701640A 1993-10-08 1994-10-05 개스 및 증기복합 사이클 가압 유동상 보일러 발전소 및 이것의 설정 및 운전방법 KR100205798B1 (ko)

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