KR100211341B1 - 가스터빈의 연료공급장치 및 그 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스터빈의 연료가온·감압운전에 있어서, 가스터빈의 연료요구압력에 따라서 적정한 압력·온도로 가스터빈연소기로 송출하는 가스터빈의 연료공급 장치 및 그 제어장치를 제공한다. 해결수단은 연료공급계(20)에 연료를 가열하는 가열기(27)를 설비함과 동시에 가온후의 연료를 가스터빈(7)의 연료요구압력에 따라서 감압하는 감압밸브(29,30)를 설비했다. 또, 가열기(27)에 가열 매체공급계(36), 벤트계(37), 불황성가스공급계(38), 드레인계(39)를 설비함과 동시에 감압밸브(29,30)에 감압수단제어부(70), 연료제어부(71), 연료누출긴급처리제어부(72)를 설비했다.

Description

가스터빈의 연료공급장치 및 그 제어장치
본 발명은 가스터빈의 연로공급장치 및 제어장치에 관한 것으로, 특히 연료저장부로부터의 연료를 적정한 온도·압력으로 복수의 가스터빈연소기로 송출하는 가스터빈의 연료공급장치 및 그 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 실용기로서 출력100MW 이하의 가스터빈의 연료공급장치는 제13도에 나타낸 바와 같이, 연료저장부(1)의 연로, 예를 들어 LNG의 기체연료를 연료긴급차단밸브(2), 가스터빈입구연료차단밸브(3), 연료유량조절밸브(4)를 거쳐서 가스터빈연소기(5)로 보내지고, 여기서 대기를 흡입하여 고압화한 압축기(6)로부터의 고압공기를 가하여, 연소가스를 생성하고, 이 연소가스를 작동유체로서 가스터빈(7)으로 보내 팽창시키고, 이 팽창에 의해서 얻은 회전토크에 의해 발전기(8)를 회전시켜 전기출력을 얻고 있다.
종래, 이러한 종류의 출력으로서의 실용기에서는 연료저장부(1)의 연료를 가스터빈연소기(5)로 보내는 경우, 연료압력은 제반 손실을 고려하여 압축기(6)로 부터의 고압공기의 압력균형을 가미하면, 다음식으로 정의된다.
여기서, P는 가스터빈(7)에 요구되는 연료요구압력을 나타내고, P1는 압축기(6)의 토출압력을 나타내고, P2는 연료노즐등을 포함하는 가스터빈 연소기(5)의 압력손실을 나타내고, P3는 연료공급 관계(管系)의 여러 가지 손실을 나타낸다.
상기 식을 근거로 가스터빈(7)에 요구되는 연료요구압력을 산출하면, 통상 20~25atg가 적정했다.
그러나, 연료요구압력은 상기 압력치가 적정하더라도, 어떠한 돌발적사태가 발생하면 가스터빈연소기(5)에서의 연소가스의 생성이 어렵게 되기 때문에, 제14도에 나타낸 바와 같이, 가스터빈입구연료차단밸브(3)의 입구측에 승압기를 설비하여, 불측의 사태에 대처함으로서 만전을 기하는 경우도 있다.
그런데, 최근의 발전소에서는 토지의 유효활용을 고려하여 제12도에도 나타낸 바와 같이, 하나의 설치지역내 또는 별도의 지역내에 걸쳐 복수의 가스터빈발전플랜트 또는 가스터빈과 증기터빈을 조합시킨 컴바인드발전플랜트를 설치하여 집락화한 발전플랜트에 대한 연료저장부도 일원화하는 경향이 있고, 환경 문제등을 고려하여 LNG등의 기체연료를 사용하는 경우가 많다.
하나의 연료저장부(1)로부터 발전소(A,B,…)에 연료를 보낼 때, 발전소 (A,B,…)의 가스터빈연소기(5,5…)의 연료전압(가스터빈의 연료요구압력)이 PA,PB…이 되도록 하기 위해서는 배관계손실을 고려하여 주입된 연료공급압력(PO)이 결정되고, 이 연료공급압력(PO)는 압력제어밸브(10)에 의해서 조정되고 있다.
그런데, 이 연료공급압력(PO)는 연로저장부(1)로부터 가장 먼 발전소의 가스터빈 연소기(5)가 필요로 하는 연료 전압(PD)을 베이스로 결정한 것으로서, 발전소(A,B,…)의 가동정황의 여하에 따라서는 그 연료전압(PA,PB…)이 변동된다.
예를들어, 발전소(A)가 정지하고, 발전소(B,C)가 부분부하이고, 발전소(D)가 전부하 운전모드인 경우, 발전소 (B,C,D…)의 가스터빈 연소기(5,5,5…)의 연료전압은 발전소(A)로의 연료가 차단되어 있으므로 요구치 이상이 되고, 이 때문에 발전소 ( B,C,D…)의 가스터빈 연소기 (5,5,5…)의 요구연료전압이 되도록 각각에 감압밸브(11,11,…)를 설비한 연료감압운전이 필요했다.
그러나, 가스터빈연소기의 연료전압(前壓)을 조정할 경우, 단일기이면 승압기의 유무에 불구하고, 가스터빈의 부하변동에 따라서 압력제어밸브(10)에 의해서 충분히 대응이 가능하지만, 복수발전소의 개개의 가스터빈 연소기에 연료감압운전이 요구되면, 몇가지의 문제점이 있다. 즉,
(1) 연료를 감압하는 경우, 그 감압량이 높으면, 소위 주울톰슨효과(Joule-Thomson effect)에 의해서 연료의 포화온도가 내려가 연료는 액화되기 쉬워지고, 이 때문에 가스터빈연소기에서 연소가스를 생성할 때, 연료의 농후 부분이 편재하여, 연소가스의 국부적 이상고온이 발생하여, NOX의 고농도화가 되거나, 연료노즐부의 국부적이상 가열에 의한 노즐소손 또는 국부적이상 고온의 연소가스가 가스터빈(7)내에 발생하여, 그대로 흘러들어가, 연소기라이너, 트랜지션피스, 가스터빈 고정날개와 가동날개를 소손시킬 우려가 있다.
또, 연료가 농후하게 될 경우, 연소온도가 일시적으로 상승하기 때문에 연료를 줄여 공급하는 조작이 필요하나, 그 때, 시간지체 등이 있으면, 연료공급라인의 공급 압력조하와 동시에, 연료계통으로의 역화가 발생하여, 그 상류측까지 소손되는 사태가 발생하는 일이 있다.
(2)연료감압운전을 하는 경우, 감압밸브(11)의 개폐동작에 따르는 연료의 맥동이 가스터빈입구연로차단밸브(3)나 연료유량조절밸브(4)의 개폐동작에 영향을 미치고, 이 때문에 밸브봉이 과도하게 헌칭(hunching)되어, 절손의 요인이 되고, 또, 퍼스트컷백(first cut back)운전(발전소내 단독운전)과 같은 긴급시, 연료공급자체가 크게 압력변동되어, 경우에 따라서는 가스터빈연소기의 연소가스가 실화될 우려가 있다. 또한, 연료가 농후하게 된 경우, 일시적으로 연소온도가 상승하여, 연소기라이너, 트랜지션피스, 가스터빈고정날개와 가동날개를 소손시킬 우려가 있다.
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 행해진 것으로서, 가스터빈의 연료가온·감압운전에 있어서, 적정한 압력·온도의 연료로 가스터빈 연소기로 보내는 가스터빈의 연료공급장치 및 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또 본 발명의 다른 목적은 가스터빈의 연료감압운전에 있어서, 감압전의 연료를 미리 가열하여, 그 가열원인 증기 또는 온수를 양호하게 처리하는 한편, 가열 시에 생성되는 불응축가스나 드레인(증기가 응축되어 발생하는 물)을 양호하게 처리하는 가스터빈의 연료공급장치 및 그 제어장치를 제공하는 것에 있다.
또 본 발명의 또 다른 목적은 가스터빈의 연료갑압운전에 있어서, 감압전의 연료를 미리 가온하여, 가온시에 연료누출이 있더라도 자동적으로 확실히 처리할 수 있는 가스터빈의 연료공급장치 및 그 제어장치를 제공하는 것에 있다.
또, 본 발명의 다른 목적은 가스터빈의 연료감압운전에 있어서, 연료감압이 적정하지 않아도 연료를 가스터빈의 연료요구압력에 신속하고 양호하게 대응할 수 있도록 하는 가스터빈의 연료공급장치 및 그 제어장치를 제공하는 것에 있다.
또, 본 발명의 다른 목적은 가스터빈의 운전정지중, 연료공급계의 구성기기의 방청보관에 충분히 조치를 강구할 수 있는 가스터빈의 연료공급장치 및 제어장치를 제공하는 것에 있다.
제1도는 본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치 및 그 제어장치의 제1실시형태를 나타낸 개략계통도.
제2도는 본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급제어장치중, 가열매체제어부를 나타낸 개략블록도.
제3도는 본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급제어장치중, 드레인제어부를 나타낸 개략블록도.
제4도는 본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급제어장치중, 불황성가스제어부를 나타낸 개략블록도.
제5도는 본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급제어장치중, 감압수단제어부를 나타낸 개략블록도.
제6도는 본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급제어장치중, 연료제어부를 나타낸 개략블록도.
제7도는 본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급제어장치중, 연료누출긴급처리제어부를 나타낸 개략블록도.
제8도는 본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급제어장치 및 그 제어장치의 제2실시형태를 나타낸 개략계통도.
제9도는 본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급제어장치중, 제2실시형태에 있어서의 가열매체제어부를 나타낸 개략블록도.
제10도는 본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급제어장치 및 그 제어장치의 제3실시형태를 나타낸 개략계통도.
제11도는 본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급제어장치중, 제3실시형태에 있어서의 가열매체제어부를 나타낸 개락블록도.
제12도는 복수의 발전소가 한 개의 연료저장부로부터 연료공급을 받는 종래의 실시형태를 나타낸 개략도.
제13도는 하나의 발전소가 하나의 연료저장부로부터 연료공급을 받는 종래의 실시형태를 나타낸 개략도.
제14도는 발전소와 연료저장부 사이에 승압기를 설비한 종래의 실시형태를 나타낸 개략도.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 1에 기재한 바와 같이, 연료저장부의 연료를 복수의 가스터빈연소기로 보내는 연료공급계를 구비하고, 이 연료공급계에 연료를 가열하는 가열기와, 가열후의 연료를 가스터빈의 연료요구압력에 따라서 감압하는 감압수단과, 감압후의 연료압력의 변동을 흡수하는 서지탱크를 각각 설비한 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 2에 기재한 바와 같이, 감압 수단은 적어도 하나 이상의 감압밸브 및 오리피스(orifice)중 어느하나인 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 3에 기재한 바와 같이, 감압밸브는 감압대밸브와 감압소밸브로 구분하고, 감압대밸브와 감압소밸브를 병렬로 설치한 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 4에 기재한 바와 같이, 오리피스는 대직경의 오리피스와 소직경의 오리피스로 구분하여, 대직경의 오리피스와 소직경의 오리피스를 병렬로 설치한 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 5에 기재한 바와 같이, 연료 저장부의 연료를 복수의 가스터빈 연소기로 보내는 연료 공급계를 구비하고, 이 연료공급계에 연료를 가열하는 가열기를 설비함과 동시에, 이 가열기에 연료의 가열원으로서의 가열매체를 공급하는 가열매체공급계와, 연료의 가열중, 생성되는 불응축가스를 기기 밖으로 방출시키는 벤트계와, 연료의 가열중, 생성된 트레인을 기기 밖으로 유출시키는 드레인계를 각각 설비한 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 6에 기재한 바와 같이, 가열기에공급되는 가열매체는 증기 및 온수중 어는 하나인 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 7에 기재한 바와 같이, 연료저장부의 연료를 복수의 가스터빈 연소기로 보내는 연료공급계를 구비하고, 이 연료공급계에 연료를 가열하는 가열기를 설비함과 동시에, 운전정지중의 가열기에 불활성가스를 공급하는 불활성가스공급계를 설비한 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 8에 기재한 바와 같이, 불활성가스는 질소가스 및 아르곤가스중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 9에 기재한 바와 같이, 연료저장부의 연료를 복수의 가스터빈 연소기로 보내는 연료공급계를 구비하고, 이 연료공급계에 연료를 가열하는 가열기를 설비함과 동시에, 이 가열기의 후류측에 감압수단과 가스터빈 연소기입구연료차단밸브를 설비하는 한편, 이 가스터빈연소기입구연료차단밸브의 입구측연료압을 검출하고, 이 검출압력이 가스터빈의 연료요구압력보다도 높을 때, 상기 감압수단에 감압제어 신호를 주는 감압수단 제어부를 설비한 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 10에 기재한 바와 같이, 감압수단제어부는 가스터빈연소기입구연료차단밸브의 실입구측연료압력신호화 가스터빈의 연료요구압력신호를 비교하는 비교기와, 이 비교기의 편차에 따라서 감압수단에 감압제어 신호를 주는 연산부를 갖는 구성으로 한 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 11에 기재한 바와 같이, 연료 저장부의 연료를 복수의 가스터빈연소기로 보내는 연료공급계를 구비하고, 이 연료공급계에 연료를 가열하는 가열기를 설비함과 동시에, 이 가열기의 후류측에 감압수단을 설비하는 한편, 이 감압수단의 후류측의 실연료압력 및 실연료온도를 검출하고, 이들 검출압력신호 및 검출온도신호에 따라서 상기 가열기에 가열매체를 공급하는 가열매체공급계의 가열매체조절밸브에 밸브개폐신호를 주는 가열매체제어부를 설비한 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 12에 기재한 바와 같이, 가열매체제어부는 감압수단의 후류측의 실연료압력신호에 근거하여 연료의 포화온도를 산출하는 함수기와, 이 함수기의 출력신호를 상기 감압수단의 후류측에서 검출한 실연로온도신호와 비교하는 비교기와, 이 비교기의 편차에 따라서 가열매체조절밸브에 밸브개폐신호를 주는 연산부를 갖는 구성으로 한 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 13에 기재한 바와 같이, 연료저장부의 연료를 복수의 가스터빈 연소기에 보내는 연료 공급계를 구비하고, 이 연료공급계에 연료를 가열하는 가열기를 설비함과 동시에, 이 가열기의 후류측의 감압수단을 설비하는 한편, 이 감압수단의 후류측의 실연료온도를 검출하여, 이 검출실온도신호에 따라서 상기 가열기에 가열매체를 공급하는 가열매체공급계의 가열매체조절밸브에 밸브개폐신호를 주는 가열배체제어부를 설비한 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 14에 기재한 바와 같이, 가열매체제어부는 감압수단의 후류측의 실연로온도신호와 미리 설정된 온도설정기로 부터의 설정온도신호를 비교하는 비교기와 이 비교기의 편차에 따라서 가열매체조절밸브에 밸브개폐신호를 주는 연산부를 갖는 구성으로 한 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 15에 기재한 바와 같이, 온도설정기의 설정온도신호는 가스터빈입구의 연료공급압력에 대응하는 연료의 이슬점온도보다도 높게 설정한 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 16에 기재한 바와 같이, 연료저장부의 연료를 복수의 가스터빈 연소기로 보내는 연료공급계를 구비하고, 이 연료공급계에 연료를 가열하는 가열기를 설비하는 동시에 이 가열기의 후류측에 감압수단을 설비하는 한편, 이 감압수단의 후류측의 실연료압력, 실연료온도 및 상기 가열기의 실기내압력을 각각 검출하고, 이들 검출실연료압력신호, 검출실연료온도신호 및 검출기내 압력신호에 따라서 상기 가열기에 가열매체를 공급하는 가열매체공급계의 가열매체조절밸브에 밸브개폐신호를 주는 가열매체제어부를 설비한 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 17에 기재한 바와 같이, 가열매체제어부는 감압수단의 후류측의 실연료압력신호에 따라서 연료의 포화온도를 산출하는 함수기와, 이 함수기의 출력신호를 상기 감압수단의 후류측에서 검출한 실연료온도신호와 비교하는 비교기와, 이 비교기의 편차에 따라서 가열매체조절밸브에 밸브개폐신호를 주는 연산부와, 이 연산부의 밸브개폐신호에 가열기의 실기내압력신호에 따라서 만들어진 밸브개방도제한신호를 가하여 상기 가열매체조절밸브의 밸브개방도를 제한하는 밸브개방도제한기를 갖는 구성으로 한 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 18에 기재한 바와 같이, 밸브개방도제한기의 밸브개방도제한신호는 가열기의 실기내압력과 미리 대기압이상으로 설정된 압력설정기로부터의 설정압력신호를 비교하여, 그 편차신호에 따라서 만들어진 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 19에 기재한 바와 같이, 연료저장부의 연료를 가스터빈 연소기에 보내는 연료공급계를 구비하고, 이 연료공급계에 연료를 가온하는 가열기를 설비함과 동시에, 이 가열기의 후류측에 감압밸브을 설비하는 한편, 이 감압밸브의 후류측의 실연료압력 또는 상기 가스터빈연소기의 입구측에 설비한 가스터빈 연소기입구연료차단밸브의 실입구측연료압력중, 어느 한쪽의 실연료 압력을 검출하고, 이 검출압력이 가스터빈의 연료요구압력보다도 높을 때, 상기 가스터빈 연소기입구연료차단밸브의 입구측에 설비한 연료긴급릴리프밸브에 밸브개방신호를 보내고, 반대로 상기 검출압력이 가스터빈의 연료요구압력보다도 낮을 때는, 상기 연료긴급 릴리프밸브에 밸브폐쇄신호를 주는 동시에, 이 연료긴급 릴리프밸브의 밸브개폐 후에도 상기 검출압력이 상기 가스터빈의 연료요구압력보다도 계속해서 높을 때는 상기 가열기와 감압밸브 사이에 설비한 연료차단밸브에 밸브폐쇄신호를 주는 연료제어부를 설비한 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 20에 기재한 바와 같이, 연료제어부는 감압밸브의 후류측의 실연료압력신호 또는 가스터빈입구연료차단밸브의 실압구측연료압력신호중 어느 한쪽을 가스터빈의 연료요구압력신호와 비교하는 비교기와, 이 비교기의 편차에 근거하여 연료긴급 릴릴프밸브에 밸브개폐신호를 주는 연산부와, 이 연료긴급 릴리프밸브의 밸브개방후에도 상기 실연료압력신호가 상기 가스터빈의 연료요구압력보다도 높을 때, 타이머회로를 거쳐서 연료차단밸브에 밸브폐쇄신호를 주는 연산부를 갖는 구성으로 한 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 21에 기재한 바와 같이, 연료저장부의 연료를 복수의 가스터빈연소기로 보내는 연료공급계를 구비하고, 이 연료공급계에 연료를 가열하는 가열기를 설비함과 동시에, 이 가열기의 운전정지중, 불활성가스를 공급하는 불활성가스공급계를 설비하는 한편, 이 불활성가스공급계에 설비한 불활성가스긴급차단밸브 및 불활성가스조절밸브에, 상기 가열기의 기내압이 대기압이하가 될 때, 밸브개방신호를 주는 불활성가스제어부를 설비한 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 22에 기재한 바와 같이, 불활성가스제어부는 가열기의 기내압력을 검출하여, 이 검출기내압력신호를 대기압신호와 비교하는 비교기와, 상기 검출기내압력신호가 상기 대기압신호와 제로 또는 부의 편차가 될 때, 불활성가스긴급차단밸브 및 불활성가스조절밸브의 밸브개방신호를 만들어 내는 연산부와, 이 연산부의 밸브개방신호와 상기 가열기의 운전정지의 신호가 정합하는 것을 조건으로 상기 불활성가스긴급차단밸브 및 불활성가스조절밸브에 밸브개방신호를 주는 AND 회로를 갖는 구성으로 한 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 23에 기재한 바와 같이, 연료저장부의 연료를 복수의 가스터빈 연소기로 보내는 연료공급계를 구비하고, 이 연료공급계에 연료를 가열하는 가열기를 설비함과 동시에, 이 가열기에 설비된 가열매체공급계에서의 가열매체와 상기 연료저장부에서의 연료의 열교환중에 생성된 드레인이 소정수위를 넘을 때, 상기 가열기에 설비한 드레인계의 드레인조절밸브에 밸브개폐신호를 주는 드레인제어부를 설비한 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 24에 기재한 바와 같이, 드레인제어부는 가열기의 기내수위를 검출하여 이 검출기내수위신호를 소정치화 비교하는 비교기와, 이 비교기의 편차에 따라서 드레인조절밸브에 밸브개폐신호를 주는 연산부를 갖는 구성으로 한 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 25에 기재한 바와 같이, 연료저장부의 연료를 가스터빈 연소기로 보내는 연료공급계를 구비하고, 이 연료공급계에 연료를 가온하는 가열기를 설비함과 동시에, 이 가열기에, 연료의 가열원으로서의 가열매체를 공급하는 가열매체공급계와 연료의 가열중, 생성되는 불응축가스를 기기밖으로 방출시키는 벤트계와, 연료의 가열중 생성되는 드레인를 기기밖으로 유출시키는 드레인계와, 상기 가열기의 운전정지중 불활성가스를 공급하는 불활성가스공급계를 설비하는 한편, 상기 연료와 가열매체의 열교환중 상기 벤트계에 설비한 연료누출검출기 및 상기 가열기에 설비한 압력스위치중 어느 한쪽이 기내의 연료누출을 검출할 때, 상기 연료공급계에 설비한 연료공급밸브, 상기 가열매체공급계에 설비한 가열매체긴급차단밸브, 상기 드레인계에 설비한 드레인긴급차단밸브, 상기 벤트계에 설비한 벤트긴급차단밸브, 상기 불활성가스공급계에 설비한 불활성가스긴급차단밸브의 각각에 밸브폐쇄신호를 주는 동시에, 상기 벤트계에 설비한 불응축가스벤트 릴리프밸브에 밸브개방신호를 주는 연료누출긴급처리제어부를 설비한 것이다.
본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치는 상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 26에 기재한 바와 같이, 연료누출긴급처리제어부는 벤트계의 누출연료압력 또는 가열기의 기내압력을 검출하여, 어느 한쪽의 검출신호를 소정압력과 비교하는 비교기와, 이 비교기의 편차에 따라서 연료공급밸브, 가열매체긴급차단밸브, 드레인긴급차단밸브, 벤트긴급차단밸브, 불활성가스긴급차단밸브에 밸브폐쇄신호를 주는 동시에, 불응축가스벤트 릴리프밸브에 밸브개방신호를 주는 연산부를 갖는 구성으로 한 것이다.
이하, 본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치 및 그 제어장치의 일실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또 하나의 연료저장부로부터 복수의 가스터빈으로 연료가 송출되지만, 여기서는 한 개의 연료저장부에 대해서, 하나의 가스터빈을 예로서 채용하여 설명한다.
제1도는 본 발명의 관한 가스터빈의 연료공급장치 및 그 제어장치의 제1실시형태를 나타낸 개략계통도이다.
전체를 부호20으로 나타낸 연료공급계는 연료저장부(21)의 연료, 예를 들어 LNG등의 기체연료를 헤더(22)를 거쳐서 가스터빈 연소기(23)로 보내도록 하고 있다. 이 연료공급계(20)에는 헤더(22)로부터 분배된 연료의 흐름에 따라 연료공급밸브(24)와 이 연료공급밸브(24)에 병렬로 설비된 바이패스밸브(25), 스트레이너(strainer)(26), 가열기(27)가 설비되어 있다.
연료공급밸브(24)에 병렬로 설비된 바이패스밸브(25)는 기동전에, 연료저장부(21)로부터 연료공급계(20)에 연료를 채울 때, 연료자체가 고압이기 때문에, 이 고압하에서 헤머링현상이 발생할 우려가 있다. 이 헤머링현상이 발생할 경우, 연료공급계(20)의 각 구성기기의 손상을 막을 의도로, 연료를 미량으로 하여 가스터빈 연소기(23)에 흐르도록 설치한 것이다. 스트레이너(26)는 연료에 만일 불순한 이물질이 혼립되어 있는 경우에도 그 불순이물질이 가스터빈 연소기(23)에 흐르지 않도록 하기 위해서 설비한 것이다. 가열기(27)는 가스터빈(7)의 부하에 적합한 연료압력을 요구하는 경우, 이 요구되는 연료압력으로 감압할 때, 연료가 일부액화하지 않도록 미리 가열하는 것이다.
가열기(27)의 후류측에는 연료차단밸브(28), 병렬설치된 구경이 큰 감압대밸브(29) 및 구경이 작은 감압소밸브(30)을 거쳐서 서지탱크(31)가 설비되어 있다. 연료차단밸브(28)는 감압대밸브(29), 감압소밸브(30)에 의해서 연료가 감압되더라도, 여전히 가스터빈(7)의 연료요구압력보다도 높은 경우에, 연료저장부(21)로부터의 연료의 공급을 절단하는 밸브이다. 또, 구경이 큰 감압대밸브(29)와 구경이 작은 감압소밸브(30)로 구분한 것은, 가스터빈(7)이 요구하는 연료압력과 연료저장부(21)로부터 공급되는 연료압력에 과대한 압력차가 있는 경우, 먼저 구경이 작은 감압소밸브(30)에 의해 연료를 서서히 감압하고, 그 후 구경이 작은 감압소밸브(30)와 구경이 큰 감압대밸브(29)를 병용하여 가스터빈(7)의 연료요구압력까지 감압함으로서 급격한 연료압력변화에 따르는 헤머링현상등을 회피하여 구성기기의 손상을 방지하는 것이다. 또, 감압대밸브(29)를 대직경의 오리피스로 또 감압소밸브(30)를 소직경의 오리피스로 각각 변경하더라도 좋다. 또 서지탱크(31)는 가스터빈(7)의 기동시나 퍼스트컷백운전시, 과도적이긴 하나, 연료공급계(20)의 연료유량-압력이 급격히 변화하여, 감압대밸브(29) 및 감압소밸브(30)로는 도저히 감압할 수 없는데 따른 연료 압력상승의 연료맥동이나, 또한 감압대밸브(29) 및 감압소밸브(30)의 밸브개방도를 과도하게 좁혔기 때문에 발생하는 연료 압력강하의 연료맥동을 극력 억제하는 것이다.
서지탱크(31)의 후류측에는 도중에서 분기되어, 그 한쪽에 대기로 연통하는 연료긴급 릴리프밸브(33)가 설비되고 있고, 다른 쪽에는 가스터빈 연소기(23)에 접속하는 스톱밸브(32), 가스터빈입구연료차단밸브(34), 가스터빈 입구연료 조절밸브(35)가 설비되어 있다. 연료긴급 릴리프밸브(33)는 감압대밸브(29) 및 감압소밸브(30)에 의해서 연료가 감압되더라도, 과도하게 그 연료압력이 가스터빈(7)의 연료요구압력보다도 높은 경우에, 그 일부 연료를 대기로 방출시키는 것이고, 또 그 연료압력이 가스터빈(7)의 연료요구압력으로 강하한 경우, 폐쇄하는 스톱밸브이다. 스톱밸브(33)는 후술한 가열기(27)에 불활성가스를 공급할 때, 또는 기동전 연료저장부(21)의 연료를 연료공급계(20)에 채울 때, 가스터빈연소기(23)로부터 고립되는 것이고, 또 가스터빈입구연료차단밸브(34)는 가스터빈(28)에 불측의 사태가 발생할 경우, 가스터빈연소기(23)로의 연료를 차단하는 것이고, 또 가스터빈입구연료조절밸브(35)는 가스터빈(7)의 부하요구에 대응하여 연료유량을 제어하는 것이다.
상기 구성을 갖는 연료공급계(20)의 가열기(27)에는 연료저장부(21)로부터의 연료를 가열하는 열원으로서의 증기 또는 온수를 공급하는 가열매체공급계(36), 연료저장부(21)로 부터의 연료와 매체공급계(36)로 부터의 증기 또는 온수의 열교환중에 생성되는 불응축가스를 기기밖으로 방출시키는 벤트계(37)와, 연료가열의 열교환중에 생성되는 드레인을 기기밖으로 유출시키는 드레인계(39)와, 가열기(27)의 운전정지 중, 기기내의 전열관등의 구성 부품의 방청 의도로 질소가스, 아르곤가스등의 불활성가스를 공급하는 불활성가스공급계(38)가 설비되어 있다.
상기 가열매체공급계(36)는 예를 들어 보조증기보일러로서의 증기원(40)과, 연료의 가열중 가열기(27)내에 연료누출이 있을 경우, 그 누출연료의 증기원(40)으로의 유입을 단절하는 가열매체긴급차단밸브(41)와, 증기원(40)으로부터의 가열매체를 가열기(27)에 공급할 때, 가열매체유량을 양호하게 제어하는 가열매체조절밸브(42)와, 체크밸브(85)를 구비하고 있다. 또, 이 증기원(40)에는 상기 연료공급계(20)의 연료가 감압대밸브(29), 감압소밸브(30)를 통과할 때, 주울톰슨효과에 의해서 그 일부가 저온화 또는 액화하는 것을 방지하기 위해서, 감압대밸브(29) 및 감압소밸브(30)의 후류측에 설비한 연료압력검출기(43), 연료온도검출기(44)로 부터의 검출신호에 의해서 상기 가열매체조정밸브(42)에 밸브개폐신호를 부여하여 가열기(27)를 통과하는 연료를 저온화 또는 액화시키지 않을 압력·온도로 하는 가열매체제어부(45)가 설비되어 있다.
이 가열매체제어부(45)는 제2도에 나타낸 바와 같이, 연료압력검출기(43)의 검출신호에 따라서 포화온도를 산출하는 함수기(46)와, 함수기(46)에 의해서 산출된 포화온도와 연료온도검출기(44)로부터의 실연료온도를 비교하는 비교기(47)와, 비교기(47)의 편차에 따라서 밸브개폐신호를 만들어내는 연산부(48)를 갖는 구성으로 되어 있다. 또 상기함수기(46)는 연료의 종류에 따라서 비중이 다르고, 비중이 다름에 따라 포화온도도 다르기 때문에, 비중이 높은 연료로 여유를 갖도록 하여 함수화하고 있다.
벤트계(37)는 제1도에 나타낸 바와 같이, 연료가열 중, 가열기(27)내에서 가열매체에 포함되어 있는 불순물에 의해서 생성되는 불응출가스를 벤트긴급차단밸브(49), 체크밸브(50), 오리피스(51)를 거쳐서 예를 들어 대기 또는 플로우탱크로 방출하는 배기부(52)와, 상기 가열기(27)내에서 생성되는 불응축가스에 누출연료가 혼입되어 있는지의 유무을 검출하는 누출연료검출기(53)와, 불응축가스에 누출연료가 혼입되어 있는 경우, 불응축가스를 대기로 방출시키는 불응축가스벤트 릴리프밸브(54)를 갖는 구성으로 되어 있다.
드레인계(39)는 가열기(27)내에서 생성되는 드레인의 수위를 제어하는 드레인조절밸브(55)와, 가열기(27)내에서 누출연료가 있을 경우, 드레인의 기기 밖으로의 유출을 단절시키는 드레인긴급차단밸브(56)와, 체크밸브(57)를 갖는 구성으로 되어 있다.
또, 드레인계(39)에는 드레인제어부(58)가 설비되어 있다. 이 드레인제어부(58)는 가열기(27)내의 드레인의 수위를 검출하는 수위검축기(59)를 갖고, 이 수위검출기(59)의 검출신호에 의해서 드레인조절밸브(55)을 개폐시키고, 드레인의 기내수위를 적정수위로 유지하는 것이다.
상술하면, 드레인제어부(58)는 제3도에 나타낸 바와 같이, 수위검출기(59)의 수위신호와 미리 정해진 메모리등의 기억장치에 입력된 소정들인 수위값(90)을 비교하는 비교기(60)와, 비교기(60)의 편차에 따라서 밸브개폐신호를 만들어 내어, 그 개폐신호를 드레인조절밸브(55)에 주는 연산부(61)를 갖고 있다.
불활성가스공급계(38)는 불활성가스저장부(62)를 구비함과 동시에, 가열기(27)의 운전중, 만일의 누출연료에 대처하여 가열기(27)로부터 불활성가스공급계(38)로의 누출연료의 역류를 단절하는 불활성가스긴급차단밸브(63)와, 불활성가스저장부(62)로 부터의 불활성가스를 가열기(27)로 공급할 때, 유량제어하는 불활성가스조절밸브(64)와, 체크밸브(65)를 구비하고 있다.
또, 불활성가스공급계(38)에는 불활성가스제어부(65)가 설비되어 있다. 이 불활성가스제어부(65)는 가열기(27)의 기내압을 검출하는 압력검출기(66)를 갖고, 이 압력검출기(66)의 검출신호에 의해서 불활성가스긴급차단밸브(63) 및 불활성가스조절밸브(64)에 밸브개방신호를 주는 것이다. 즉, 불활성가스제어부(65)의 구체적인구성은, 제4도에 나타낸 바와 같이, 가열기(27)의 기내압을 압력검출기(66)의 의해서 검출하여, 이 검출신호와 대기압신호(91)를 비교하는 비교기(67)를 갖고, 이 비교기(67)의 편차가 제로 또는 부가 될 때, 불활성가스긴급차단밸브(63) 및 불활성가스조절밸브(64)의 밸브개방신호를 만들어 내는 연산부(68)와, 이 연산부(68)의 밸브개방신호와 상기 가열기(27)의 운전정지신호(92)가 정합하는 것을 조건으로 상기 불활성가스긴급차단밸브(63) 및 불활성가스조절밸브(64)에 밸브개방 신호를 주는 AND 회로(69)를 갖고 있다.
한편, 연료공급계(20)에는 가스터빈(7)의 연료요구압력에 대응하여 감압대밸브(29) 및 감압소밸브(30)에 적정한 밸브개폐신호를 주는 감압수단제어부(70)와, 연료의 실압력이 가스터빈(7)의 연료요구압력 보다도 높은때에, 그 연료압력을 가스터빈(7)의 연료요구압력에 적합하게 하는 연료제어부(71)와, 가열기(27)내에 연료누출이 있을 때, 가열매체공급계(36), 벤트계(37), 불활성가스공급계(38), 드레인계(39)로의 누출연료를 절단하는 연료누출긴급처리제어부(72)가 설비되어 있다.
상기 감압수단제어부(70)는 가스터빈입구연료차단밸브(34)의 입구측에 설비한 연료압력검출기(73)의 실연료압력에 따라서 감압대밸브(29) 및 감압소밸브(30)에 밸브개폐신호를 주는 것으로서, 구체적구성은 제5도에 나타낸 바와 같이, 연료압력검출기(73)에 의해 검출된 실연료압력신호를 가스터빈(7)의 연료요구압력신호(93)와 비교하는 비교기(74)와, 이 비교기(74)로 부터의 편차에 따라서 감압대밸브(29) 및 감압소밸브(30)에 주는 밸브개폐신호를 만들어 내는 연산부(75)를 구비한 것이다.
연료제어부(71)는 감압대밸브(29) 및 감압소밸브(30)의 후류측에 설비한 연료압력검출기(43) 및 가스터빈입구연료차단밸브(34)의 입구측에 설비한 연료압력검출기(73)중 적어도 어느 한쪽의 실연료압력에 근거하여 연료긴급 릴리프밸브(33)에 밸브개방신호를 주고, 연료차단밸브(28)에 밸브폐쇄신호를 주는 것으로서, 그 구성은, 제6도에 나타낸 바와 같이, 연료압력검출기(43, 73)에 의해 검출된 실연료압력신호중, 어느 하나를 선택하는 OR회로(76)와, 이 OR회로(76)에 의해 선택된 실연료압력신호를 가스터빈(7)의 연료요구압력신호(94)와 비교하는 비교기(77)와, 이 비교기(77)로부터의 편차를 근거로 연료긴급 릴리프밸브(33)에 주는 밸브개폐신호를 만들어 내는 연산부(78)와, 연료긴급 릴리프밸브(33)으로부터 대기로 연료를 방출하더라도 연료공급계(20)의 연료압력이 가스터빈(7)의 연료요구압력보다도 여전히 높을 경우, 타이머회로(79)를 통전하여 연로 차단밸브(28)에 주는 밸브폐쇄신호를 만들어 내는 연산부(80)를 구비한 것이다.
연료누출긴급처리제어부(72)는 가열기(27)에 설비한 압력스위치(81) 또는 벤트계(37)의 누철연료검출기(53)중 어느 한쪽으로부터 검출된 압력이 소정치보다도 높을 경우, 가열기(27)내에서 연료누출이 있는 것으로 간주하여, 연료공급계(20)의 연료공급밸브(24), 가열매체공급계(36)의 가열매체긴급차단밸브(41), 드레인계(39)의 드레인긴급차단밸브(56), 벤트계(37)의 벤드긴급차단밸브(49), 불활성가스공급계(38)의 불활성가스긴급차단밸브(63)의 각각에 밸브폐쇄신호를 주는 한편, 벤트계(37)의 불응축가스벤트릴리프밸브(54)에 밸브개방신호를 주는 것이다. 즉, 그 구체적 구성은, 제7도에 나타낸 바와 같이, 벤트계(37)의 누출연료검출기(53) 또는 가열기(27)의 압력스위치(81)에 의해 검출된 신호중 어느 한쪽을 선택하는 OR회로(82)와, 이 OR회로(82)에 의해 선택된 신호를 미리 결정된 메모리등의 기억장치에 입력된 소정압력치(95)와 비교하는 비교기(83)와, 이 비교기(83)의 편차에 따라서, 가열원연료공급밸브(24), 가열매체긴급차단밸브(41), 드레인긴급차단밸브(56), 벤트긴급차단밸브(49), 불활성가스긴급차단밸브(63)에 주는 밸브폐쇄신호를 만들어 내고, 또 상기 불응축가스벤트릴리프밸브(54)에 주는 밸브개방신호를 만들어 내는 연산부(84)를 구비한 것이다.
다음에, 상기구성에 준하여 작용을 설명한다.
가스터빈(7)의 기동전, 연료공급계(20)와 가스터빈 연소기(23)를 고립시키기 위해서 스톱밸브(32)는 밸브폐쇄상태에 있고, 연료저장부(21)의 연료는 연료공급계(20)에 채워져 있다. 이 경우 연료의 압력은 약70atg에 이르기 때문에, 헤머링현상등을 회피하기 위해서 바이패스밸브(25)를 개방시키고, 여기에서 연료를 연료공급계(20)로 송출한다.
가스터빈기동 중, 그 기동에 앞서, 스톱밸브(32)를 개방하고, 또 연료공급계(20)의 가열기(27)에는 가열매체공급계(36)의 가열원(40)으로부터 가열매체가 보내져 연료를 가온한다. 연료가열에 필요한 가열매체량은 후술한 연료압력이 감압된 경우, 그 일부가 액화하지 않는 연료온도(연료의 포화온도 이상)로 유지해 놓기 위하여 가열매체제어부(45)의 지령에 의해 가열매체조절밸브(42)에 밸브개폐신호가 부여되어 조정된다.
가열기(27)를 거친 연료는 감압대밸브(29) 및 감압소밸브(30)에 의해서 가스터빈(7)의 연료요구압력에 적합하도록 감압되나, 감압에 따르는 감압대밸브(29) 및 감압소밸브(30)의 밸브개폐는 감압밸브제어부(70)로 부터의 지령에 의해서 부여되고 있다.
그런데, 감압대밸브(29) 및 감압소밸브(30)에 의하여 연료압력이 감압되더라도, 가스터빈(7)의 연료요구압력보다도 높은 경우가 있다. 퍼스트컷백운전(발전소내 단독 운전)이나 가스터빈(7)의 트립시가 그 일례이다. 퍼스트컷백운전이나 가스터빈트립시, 가스터빈입구연료차단밸브(34)는 밸브폐쇄로 되어, 연료의 가스터빈 연소기(23)로의 공급은 단절되기 때문에, 순간 이기는 하지만 과도적으로 연료공급계(20)가 이상 연료압력이 되기 때문이다. 이러한 과도적인 연료압의 상승을 조금이라도 억제하기 위해서, 서지탱크(31)가 설비되어 있다.
또, 연료제어부(71)는 연료긴급 릴리프밸브(33)에 밸브 개방지령를 발하여, 연료공급계(20)의 연료를 대기로 방출시킨다. 또, 규정압력까지 강하된 경우, 연료긴급 릴리프밸브(33)에 밸브폐쇄 신호를 보낸다. 또, 연료이상 압력에 대처하더라도, 아직 연료압력이 높은 경우에는 연료제어부(71)는 연료차단밸브(28)에 밸브폐쇄지령을 발하여, 연료저장부(21)로부터 연료공급계(20)로 연료의 공급을 단절하도록 한다.
한편, 연료가온중, 가열기(27)에서는 드레인과 불응축가스가 생성되어 있다. 드레인은 연료의 열교환 후, 대부분의 열에너지를 잃은 것이고, 이것을 그대로 방치해 놓으면, 이상 수위가 되어 연료와의 열교환율이 나쁘게 된다. 이 때문에, 수위검출기(59)는 가열기(27)의 기내수의를 상시 검출하고 있고, 그 검출치가, 소정 드레인수위값(90)을 넘은 경우, 드레인제어부(58)의 지령에 의해 드레인 조절밸브(55)가 밸브개방되어, 가열기(27)의 기내수위를 적정하게 조정한다. 또, 연료가열중, 가열기(27)의 기내에 생성되는 불응축가스도 연료의 열교환률을 악화시키기 때문에, 벤트계(37)의 배기부(52)로부터 예를 들어 복합발전플랜트의 플로우탱크로 열회수의 의도하에 송출하고 또는 그대로 대기로 방출한다.
그런데, 가열기(27)의 기내에서 생성되는 드레인 및 불응축가스의 기기밖으로의 처리중, 기내 전열관의 부식 또는 밀봉마모손실등의 원인에 의하여 연료가 누출될 우려가 있다. 연료누출은 다른 구성기기에 악영향을 미치기 때문에 벤트(37)의 누출연료감출기(53)에 의해서 불응축가스중의 누출연료혼입의 유무를 상시 검출하고 있고, 또 가열기(27)에 부착된 압력스위치(81)에 의해서 드레인 중의 누출연료혼입의 유무를 상시 검츨한다. 또, 연료압력은 드레인압력보다도 높기 때문에, 드레인압력이 소정압력(95)보다도 높으면, 연료누출혼입으로 간주한다.
누출연료검출기(53) 또는 압력스위치(81)중 어느 한쪽이 누출연료를 검출한 경우, 연료누출긴급처리제어부(72)의 지령에 의해 연료공급밸브(24), 가열매체긴급차단밸브(41), 드레인긴급차단밸브(56), 벤트긴급차단밸브(49), 불활성긴급차단밸브(63)는 밸브폐쇄되고, 또 불응축가스벤트릴리프밸브(54)는 밸브개방되어, 누출연료를 대기로 방출시켜 다른 구성기기로의 악영향을 미연에 방지한다.
다른쪽, 가열기(27)의 운전정지중 관류의 이음새나 각종밸브의 밸브봉의 간극으로부터 공기등의 칩입에 의해, 또 불응축가스의 기내잔류에 의해, 가열기(27)의 전열관이 마모손상을 받기 때문에, 방청할 필요가 있다. 이 경우, 가열기(27)에 부착된 압력검출기(66)가 그 기내압력을 검출하고, 이 검출압력이 대기압과 비교하여 제로 또는 부(-)가 된 경우, 가열기(27)의 운전정지를 조건으로 불활성가스제어부(65)로 부터의 지령에 의해 불활성가스긴급차단밸브(63) 및 불활성가스조절밸브(64)는 밸브개방되어, 가열기(27)에 불활성가스저장부(62)로부터 질소가스를 공급하여 가열기(27)의 방청을 도모하고 있다.
제8도는 본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치 및 그 제어장치의 제2실시형태를 나타낸 개략계통도이다. 또, 제1실시형태의 구성부품과 동일부분에는 동일부호를 붙이고, 다른 구성부품에 대해서만 설명한다.
본 실시형태는 감압대밸브(29) 및 감압소밸브(30)의 후류측을 통과하는 연료의 온도변화만에 의해 가열매체조절밸브(42)를 밸브개폐 제어하는 가열매체제어부(96)를 설비한 것이다.
이 가열매체제어부(96)는 제9도에 나타낸 바와 같이, 감압대밸브(29) 및 감압소밸브(30)를 통과하는 연료의 온도를 연료온도검출기(44)로 검출하여, 그 온도검출신호를 비교기(97)에서 미리 설정된 온도설정기(98)로 부터의 설정신호와 비교하여, 편차가 나오면, 편차신호를 연산부(99)에서 PI연산하여 밸브개폐신호를 만들어 내어 가열매체조절밸브(42)를 밸브개폐제어하게 되어 있다. 또, 온도설정기(98)에는 연료가 감압대밸브(29) 및 감압소밸브(30)에 의해 소정압력으로 감압되어 있다는 전제 하에, 그 감압된 압력에 대응하는 이슬점온도 이상이 설정온도로서 입력되어 있다.
이와같이 본 실시형태에서는 가열매체조절밸브(42)의 밸브개폐제어를 연료 온도로 행하는 가열매체제어부(96)를 설비하여 제어기구를 간소화했기 때문에, 트러블 사고가 적게 연료안정제어를 행할 수 있다.
제10도는 본 발명에 관한 가스터빈으 연료공급장치 및 그 제어장치의 제3실시형태를 나타낸 개략계통도이다. 또, 제1실시형태의 구성부품과 동일부분에는 동일부호를 붙이고, 다른 구성부품에 대해서만 설명한다.
본 실시형태는 가열기(27)의 기내압과 감압대밸브(29) 및 감압소밸브(30)의 후류측을 통과하는 연료의 압력, 온도에 따라서 가열매체조절밸브(42)에 밸브개폐신호를 주는 밸브개방도 연산부(108)과, 이 밸브개방도연산부(108)에서 만들어진 밸브개폐신호에 제한을 가하여 가열매체조절밸브(42)를 제어하는 가열매체제어부(100)를 설비한 것이다.
연료공급계(20)는 여름철과 같이 기온이 높아지면, 연료자체의 온도도 높아져, 이슬점온도 이상의 온도가 되기 때문에, 가열기(27)에서의 연료의 가열이 필요없게 된다. 이 때문에, 여름철과 같이 기온이 높을 때, 연료공급계(20)는 가열매체조절밸브(42)를 완전폐쇄로 하고, 연료를 가열하지 않은 상태로 가스터빈 연소기(23)에 공급하는 연료공급운전을 행한다.
그러나, 연료공급운전중, 가열기(27)에는 드레인이 생성되고, 그 드레인온도가 100℃ 이하가 되는 경우가 종종 있다. 이 때문에 가열기(27)는 기내압이 드레인온도에 대응한 포화압력이 되어, 소위 대기압 이하의 진공상태가 되는 경우가 있다. 기내가 진공상태일 경우, 관로등의 플랜지로부터의 공기가 가열기(27)내로 침입하여, 전열관등을 부식시켜 연료누출의 우려가 있다.
따라서, 본 실시형태에서는 가열기(27)의 기내압력을 검출하는 압력검출기(101)를 설비하여, 이 압력검출기(101)의 압력검출신호와 연료의 압력·온도를 검출하는 연료압력검출기(43) 및 연료온도검출기(44)로 부터의 각각의 신호에 따라서 가열매체조절밸브(42)를 밸브개폐시키는 한편, 그 밸브개방도제한을 가하여 가열기(27)의 기내압을 대기압 이상으로 유지하는 가열매체제어부(100)를 설비한 것이다.
이 가열매체제어부(100)는 제11도에 나타낸 바와 같이, 연료의 압력을 연료압력검출기(43)로 검출하여, 그 압력검출신호를 함수기(102)에서 포화온도를 산출하고, 산출포화온도신호를 비교기(103)에서 연료온도검축기(44)로 부터의 실연료온도신호와 비교하여, 편차가 나오면 편차신호를 연산부(104)에서 PI연산하여 밸브개폐신호를 만들어 내는 밸브개방도연산부(108)와, 이 밸브개방도연산부(108)로부터의 밸브개폐신호에 제한을 가하는 밸브개방도제한기(105)를 각각 구비하는 구성으로되어 있다. 또, 밸브개방도제한기(105)에는 가열기(27)의 기내압을 압력검출기(101)로 검출하여 연산된 실기내압연산신호가 입력되어 있다. 압력검출기(101)로 검출된 실기내압신호는 비교기(107)에서 미리 대기압 이상으로설정된 압력설정기(106)로 부터의 설정압력신호와 비교하여, 편차가 나오면 편차신호를 밸브개방도제한기(105)에 입력한다.
밸브개방도제한기(105)는 상술한 밸브개방도연산부(168)로 부터의 연산신호와, 비교기(107)로 부터의 연산신호에 따라서 밸브개폐신호를 만들어 내고, 가열매체조절밸브(42)를 밸브개폐제어하게 되어 있다.
이와 같이, 본 실시형태는 여름철과 같이 기온이 높을 때, 가열기(27)가 진공상태가 되지 않도록 가열매체조절밸브(42)로 부터의 가열매체를 가열기(27)에 공급하여, 가열기(27)를 대기압 이상으로 유지하는 가열매체제어부(100)를 구비했기 때문에, 가열기(27)내에 공기가 침입하는 일이 없고, 공기에 의한 전열관의 부식을 방지할 수 있고, 그 결과, 연료누출을 확실히 방지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치에서는 가스터빈의 연료감압운전에 있어서, 연료공급계에 가열기와 감압수단을 설비하고, 가스터빈의 연료요구압력에 따라서 적정한 압력·온도의 연료로 하여 가스터빈 연소기로 송출하므로, 감압에 따르는 연료의 일부액화를 회피할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치에서는 가열기에 의하여 연료를 가열함에 있어서, 가열원으로서의 가열매체공급계를 설비함과 동시에, 연료가열중에 생성되는 드레인 및 불응축가스를 처리하는 드레인계 및 벤트계를 설비하고있기 때문에, 연료를 양호하게 가열할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치에서는 가열기에 불활성가스공급계를 설비하여, 가열기의 운전정지중의 방청을 도모하고 있기 때문에, 연료로의 이물질 혼입을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급제어장치에서는 가스터빈의 연료감압운전에 있어서, 감압밸브 또는 오리피스에 감압수단제어부를 설비하여 연료공급계의 연료압력을 제어하고 있으므로, 연료공급계의 연료압력이 가스터빈의 연료요구압력보다도 높은 경우에도 가스터빈의 연료요구압력에 적합하게 할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급제어장치에서는 연료를 가열·감압함에 있어서, 가열기의 가열매체공급게에 가열매체제어부를 설비하여 연료자체가 갖는 포화온도 이상의 온도가 되도록 가열매체유량을 제어하고 있으므로, 감압수단에 의해 감압된 연료가 액화되는 일이 없다.
또, 본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급제어장치에서는 연료를 감압함에 있어서, 연료제어부를 설비하여, 감압수단에 의한 연료감압이 적정하지 않고, 연료압력이 가스터빈의 연료요구압력보다도 높은 경우에도 연료를 적절하게 처리하도록 되어 있으므로, 가스터빈에 악영향을 주는 일이 없다.
또, 본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치에서는 연료를 가온하는 가열기에 불활성가스공급계를 설비함과 동시에, 이 불활성가스제어부를 설비하여, 가열기의 운전정지중, 불활성가스공급게에서 가열기로 보내지는 불활성가스를 적정량으로 제어하고 있기 때문에, 가열기의 확실한 방청을 도모할 수 있다.
또, 본 발명의 다른 목적은 가스터빈의 연료공급제어장치에서는 연료가열에 있어서, 가열기에 드레인제어부를 설비하여, 연료가열중, 생성되는 드레인의 수위를 적절히 제어하고 있기 때문에, 가열기내의 드레인의 이상수위 상승이 없고, 연료를 양호하게 가열시킬 수 있다.
또, 본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치에서는, 연료누출긴급처리제어부를 설비하여, 연료가열중, 가열기내에서 연료누출이 있더라도, 연료누출긴급처리제어부의 지령에 의해 연료공급계의 연료공급계, 가열매체공급계의 가열매체긴급차단밸브, 드레인계의 드레인긴급차단밸브, 벤트계의 벤트긴급차단밸브, 불활성가스공급계의 불활성가스긴급차단밸브의 각각에 밸브폐쇄신호를 주는 동시에, 벤트계의 불응축가스벤트릴리프밸브에 밸브개방신호를 부여하여 적절한 처리를 하도록 하므로서, 상기 각계통의로의 악영향을 미치는 일이 없다.
또, 본 발명에 관한 가스터빈의 연료공급장치에서는 가열기에 가열매체공급계로부터의 가열매체를 공급하지 않은 상태에서 가스터빈 연소기에 연료를 공급할 경우, 가열기의 기내압력이 부압이 될 때, 가열매체조절밸브의 밸브개방도에 제한을 가하여 가열매체를 공급하여, 가열기의 기내압력을 대기압 이상으로 유지시키는 가열매체제어부를 설비하고 있으므로, 가열기내로의 공기침입을 확실히 방지할 수 있다.

Claims (26)

  1. 연료저장부의 연료를 복수의 가스터빈 연소기로 보내는 연료공급계를 구비하고, 이 연료공급계에 연료를 가열하는 가열기와, 가열후의 연료를 가스터빈의 연료요구압력에 따라서 감압하는 감압수단과, 감압후의 연료압력의 변동을 흡수하는 서지탱크를 각각 설비한 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료공급장치.
  2. 제1항에 있어서, 감압수단은 적어도 한 개 이상의 감압밸브 및 오리피스중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료공급장치.
  3. 제2항에 있어서, 감압밸브는 감압대밸브와 감압소밸브로 구분하여, 감압대밸브와 감압소밸브를 병렬로 설치한 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료공급장치.
  4. 제2항에 있어서, 오리피스는 대직경의 오리피스와 소직경의 오리피스로 구분하고, 대직경의 오리피스와 소직경의 오리피스를 병렬로 설치한 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료장치.
  5. 연료저장부의 연료를 복수의 가스터빈 연소기로 보낸는 연료공급계를 구비하고, 이 연료공급계에 연료를 가열하는 가열기를 설비하는 동시에, 이 가열기에 연료의 가열원으로서의 가열매체를 공급하는 가열매체 공급계와, 연료의 가열중, 생성되는 불응축가스를 기기외부로 방출시키는 벤트계와, 연료의 가열중 생성되는 드레인을 기기 외부로 유출시키는 드레인계를 각각 설비한 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료공급장치.
  6. 제5항에 있어서, 가열기에 공급되는 가열매체는 증기 및 온수중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료공급장치.
  7. 연료저장부의 연료를 복수의 가스터빈 연소기로 보내는 연료공급계를 구비하고, 이 연료공급계에 연료를 가열하는 가열기를 설비하는 동시에, 운전정지중의 가열기에 불활성가스를 공급하는 불활성가스공급계를 설비한 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료공급장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 불활성가스는 질소가스 및 아르곤가스중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료공급장치.
  9. 연료저장부의 연료를 복수의 가스터빈 연소기로 보내는 연료공급계를 구비하고, 이 연료공급계에 연료를 가열하는 가열기를 설비함과 동시에, 이 가열기의 후류측에 감압수단과 가스터빈 연소기입구 연료차단밸브를 설비하는 한편, 이 가스터빈 연소기입구연료차단밸브의 입구측 연료압을 검출하여, 이 검출압력이 가스터빈의 연료요구압력보다도 높을 때, 상기 감압수단으로 감압제어 신호를 주는 감압수단제어부를 설비한 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료공급제어장치.
  10. 제9항에 있어서, 감압수단제어부는 가스터빈 연소기입구 연료차단밸브의 실입구측 연료압력신호와 가스터빈의 연료요구압력신호를 비교하는 비교기와, 이 비교기의 편차에 따라서 감압수단에 감압제어 신호를 주는 연산부를 갖는 구성인 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료공급제어장치.
  11. 연료저장부의 연료를 복수의 가스터빈 연소기로 보내는 연료공급계를 구비하고, 이 연료공급계에 연료를 가열하는 가열기를 설비함과 동시에, 이 가열기의 후류측에 감압수단을 설비하는 한편, 이 감압수단의 후류측의 실연료압력 및 실연료온도를 검출하여, 이 들 검출압력신호 및 검출온도신호에 따라서 상기 가열기에 가열매체를 공급하는 가열매체공급계의 가열매체조절밸브에 밸브개폐신호를 주는 가열매체제어부를 설비한 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료공급제어장치.
  12. 제11항에 있어서, 가열매체제어부는 감압수단의 후류측의 실연료압력신호에 의하여 연료의 포화온도를 산출하는 함수기와, 이 함수기의 출력신호를 상기 감압수단의 후류측에서 검출한 실연료온동신호와 비교하는 비교기와, 이 비교기의 편차에 따라서 가열매체조절밸브에 밸브개폐신호를 주는 연산부를 갖는 구성으로한 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료공급제어장치.
  13. 연료저장부의 연료를 복수의 가스터빈 연소기로 보내는 연료공급계를 구비하고, 이 연료공급계에 연료를 가열하는 가열기를 설비함과 동시에, 이 가열기의 후류측에 감압수단을 설비하는 한편, 이 감압수단의 후류측의 실연료온도를 검출하여, 이 검출실온도신호에 따라서 상기 가열기에 가열매체를 공급하는 가열매체공급계의 가열매체조절밸브에 밸브개폐신호를 주는 가열매채제어부를 설비한 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료공급제어장치.
  14. 제13항에 있어서, 가열매체제어부는 감압수단의 후류측의 실연료온도신호와 미리 설정된 온도설정기로부터의 설정온도신호를 비교하는 비교기와, 이 비교기의 편차에 따라서 가열매체조절밸브에 밸브개폐신호를 주는 연산부를 갖는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료공급제어장치.
  15. 제14항에 있어서, 온도설정기의 설정온도신호는 가스터빈입구의 연료공급압력에 대응하는 연료의 이슬점 온도보다도 높게 설정한 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료공급제어장치.
  16. 연료저장부의 연료를 복수의 가스터빈 연소기로 보내는 연료공급계를 구비하고, 이 연료공급계에 연료를 가열하는 가열기를 설비함과 동시에, 이 가열기의 후류측에 감압수단을 설비하는 한편, 이 감압수단의 후류측의 실연료압력, 실연료온도 및 상기 가열기의 실기내압력을 각각 검출하여, 이들 검출실연료압력신호, 검출실연료온도신호 및 검출기내압력신호에 따라서 상기 가열기에 가열매체를 공급하는 가열매체공급계의 가열매체조절밸브에 밸브개폐신호를 주는 가열매체제어부를 설비한 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료공급장치.
  17. 제16항에 있어서, 가열매체제어부는 감압수단의 후류측의 실연료압력신호에 따라서 연료의 포화온도를 산출하는 함수기와, 이 함수기의 출력신호를 상기 감압수단의 후류측에서 검출한 실연료온도신호와 비교하는 비교기와, 이 비교기의 편차에 따라서 가열매체조절밸브에 밸브개폐신호를 주는 연산부와, 이연산부의 밸브개폐신호에 가열기의 실기내압력신호에 따라서 만들어진 밸브개방제한신호를 가하여 상기 가열매체조절밸브의 밸브개방도를 제한하는 밸브개방도제한기를 갖는 구성인 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료공급제어장치.
  18. 제17항에 있어서, 밸브개방도제한기의 밸브개방도제한신호는 가열기의 실기내압력과 미리 대기압이상으로 설정된 압력설정기로부터의 설정압력신호를 비교하여, 그 편차신호에 따라서 만들어진 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료공급제어장치.
  19. 연료저장부의 연료를 복수의 가스터빈 연소기로 보내는 연료공급계를 구비하고, 이 연료공급계에 연료를 가온하는 가열기를 설비함과 동시에, 이 가열기의 후류측에 감압밸브을 설비하는 한편, 이 감압수단의 후류측의 실연료압력 또는 상기 가스터빈 연소기의 입구측에 설비한 가스터빈 연소기입구연료차단밸브의 실입구측연료압력중, 어느 한쪽의 실연료압력을 검출하고, 이 검출압력이 가스터빈의 연료요구압력보다도 높을 때, 상기 가스터빈 연소기입구연료차단밸브이 입구측에 설비한 연료 긴급릴리프밸브에 밸브개방신호를 부여하고, 반대로 상기 검출 압력이 가스터빈의 연료요구압력보다도 낮을 때, 상기 연료긴급릴리프밸브에 밸브폐쇄신호를 주는 동시에, 이 연료긴급릴리프밸브의 밸브개폐후에도 상기 검출압력이 상기 가스터빈의 연료요구압력보다도 계속하여 높을 때, 상기 가열기와 감압밸브의 사이에 설비한 연료차단 밸브에 밸브폐쇄신호를 주는 연료제어부를 설비한 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료공급제어장치.
  20. 제19항에 있어서, 연료제어부는 감압밸브의 후류측의 실연료압력신호 또는 가스터빈입구 연료차단밸브의 실입구측 연료압력신호중 어느 한쪽을 가스터빈의 연료요구압력신호와 비교하는 비교기와, 이 비교기의 편차에 근거하여 연료긴급릴리프밸브에 밸브개폐신호를 주는 연산부와, 이 연료긴급릴리프밸브의 밸브개방후에도 상기 실연료압력신호가 상기 가스터빈의 연료요구압력보다도 높을 때, 타이머회로를 거쳐서 연료차단밸브에 밸브폐쇄신호를 주는 연산부를 갖는 구성인 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료공급제어장치.
  21. 연료저장부의 연료를 복수의 가스터빈 연소기로 보내는 연료공급계를 구비하고, 이 연료공급계에 연료를 가열하는 가열기를 설비함과 동시에, 이 가열기의 운전정지중 불활성가스를 공급하는 불활성가스공급계를 설비하는 한편, 이 불활성가스공급계에 설비한 불활성가스긴급차단밸브 및 불활성가스조절밸브에 상기 가열기의 기내압이 대기압 이하가 될 때, 밸브개방신호를 주는 불활성가스제어부를 설비한 것을 특징으로하는 가스터빈의 연료공급제어장치.
  22. 제21항에 있어서, 불활성가스제어부는 가열기의 기내압력을 검출하여, 이 검출기내 압력신호를 대기압신호와 비교하는 비교기와, 상기 검출기내 압력신호가 상기 대기압신호와 제로 또는 부의 편차가 될 때, 불활성가스긴급차단밸브 및 불활성가스조절밸브의 밸브개방신호를 만들어내는 연산부와, 이 연산부의 밸브개방신호와 상기 가열기의 운전정지 신호가 정합된 것을 조건으로 상기 불활성가스긴급차단밸브 및 불활성가스조절밸브에 밸브개방신호를 주는 AND회로를 갖는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료공급제어장치.
  23. 연료저장부의 연료를 복수의 가스터빈 연소기로 보내는 연료공급계를 구비하고, 이 연료공급계에 연료를 가열하는 가열기를 설비함과 동시에, 이 가열기에 설비된 가열매체공급계에서의 가열매체와 상기 연료저장부에서의 연료의 열교환중에 생성된 드레인이 소정 수위를 넘을 때, 상기 가열기에 설비한 드레인계의 드레인조절밸브에 밸브개폐신호를 주는 드레인제어부를 설비한 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료공급제어장치.
  24. 제23항에 있어서, 드레인제어부는 가열기의 기내수위를 검출하여, 이 검출기내수위신호를 소정치와 비교하는 비교기와, 이 비교기의 편차에 따라서 드레인조절밸브에 밸브개폐신호를 주는 연산부를 갖는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료공급제어장치.
  25. 연료저장부의 연료를 복수의 가스터빈 연소기로 보내는 연료공급계를 구비하고, 이 연료공급계에 연료를 가열하는 가열기를 설비함과 동시에, 이 가열기의 연료의 가열원으로서의 가열매체를 공급하는 가열매체공급계와 연료의 가열중, 생성되는 불응축가스를 기기밖으로 방출시키는 벤트계화, 연료의 가열중, 생성되는 드레인을 기기밖으로 유출시키는 드레인계와, 상기 가열기의 운전정지중 불활성가스를 공급하는 불활성가스공급계를 설비하는 한편, 상기 연료와 가열매체의 열교환중, 상기 벤트계에 설비한 연료누출검출기 및 상기 가열기에 설비한 압력스위치중 어느 한쪽이 기내의 연료누출을 검출할 때, 상기 연료공급계에 설비한 연료공급밸브, 상기 가열매체공급계에 설비한 가열매체긴급차단밸브, 상기 드레인계에 설비한 드레인긴급차단밸브, 상기 벤트계에 설비한 벤트긴급차단밸브, 상기 불활성가스공급게에 설비한 불활성 가스긴급차단밸브의 각각에 밸브폐쇄신호를 주는 동시에, 상기 벤트계에 설비한 불응축가스벤트 릴리프밸브에 밸브개방신호를 주는 연료누출긴급처리제어부를 설비한 것을 특징으로하는 가스터빈의 연료공급제어장치.
  26. 제25항에 있어서, 연료누출긴급처리제어부는 벤트계의 누출연료압력 또는 가열기의 기내압력을 검출하여, 어느 한쪽의 검출신호를 소정 압력과 비교하는 비교기와, 이 비교기의 편차에 따라서 연료공급밸브, 가열매체긴급차단밸브, 드레인긴급차단밸브, 벤트긴급차단밸브, 불활성가스긴급차단밸브에 밸브폐쇄신호를 주는 동시에, 불응축가스벤트 릴리프밸브에 밸브개방신호를 주는 연산부를 갖는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연료공급제어장치
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