KR100415353B1 - 병합설비의운전방법 - Google Patents

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KR100415353B1
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히다찌 엔지니어링 가부시끼가이샤
가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은, 병합 설비의 가스 터빈의 배기 가스가 역류하지 않고 가스 터빈을 기동, 정지 가능하게 하고 또 가스 터빈으로 배기 가스를 역류시키지 않는 것을 목적으로 한다.
압력 계측 수단(9)에 의해서 계측된 배열 회수 보일러 출구 덕트 합류부(7) 압력이 정압인 경우, 또는 계측 수단에 의해서 계측된 대기 온도가 사전에 설정된 대기 온도보다도 높은 경우에 가스 터빈4의 부하 또는 압축기 입구 안내익 개방도를 제어하는 것으로 가스 터빈 배기 가스가 역류하지 않고 가스 터빈을 추가 기동, 또는 정지할 수 있다.
본 발명에 의해, 배기 계측 덕트 합류부가 정압이 되는 설비에 있어서도 설비에 악영향을 주지 않고 가스 터빈의 추가 기동, 정지를 가능하게 할 수 있다.

Description

병합 설비의 운전 방법{Operating Method of Combined Plant}
본 발명은 병합 설비의 운전 방법에 관한 것으로, 특히, 복수대의 배열 회수 보일러로부터 배기 덕트가 공통의 한 개의 굴뚝에 연결된 병합 설비의 운전 방법에 관한 것이다.
종래 기술로서, 일본국 특허 공개 소63-247529호 공보에는 가스 터빈과, 가스 터빈으로부터의 배기 가스에 의해 증기를 발생하는 배열 회수 보일러를 조합시킨 설비를 복수축 갖고, 각각의 배열 회수 보일러로부터의 배기 가스를 배기 가스 덕트를 거쳐서 공통의 굴뚝으로부터 배출하는 병합 설비가 기재되어 있다.
종래의 기술에는 가스 터빈과, 가스 터빈으로부터의 배기 가스에 의해 증기를 발생하는 배열 회수 보일러를 조합시킨 설비를 3축 이상 갖는 병합 설비에 관한 기재는 없고, 복수개의 가스 터빈 중 하나의 가스 터빈이 정지하고 다른 가스 터빈이 구동하고 있을 때에 상기 정지하고 있는 가스 터빈을 기동하는 경우나, 운전하고 있는 상기 복수개의 가스 터빈 중 하나의 가스 터빈을 정지하는 경우에 관한 기재는 없다.
그래서, 본 발명의 목적은 복수축의 병합 설비를 적합하게 기동 또는 정지하는 병합 설비의 운전 방법을 제공하는 데 있다. 또한, 본 발명의 목적은 3대 이상의 가스 터빈으로부터의 배기를 공통된 하나의 굴뚝으로부터 배출하는 병합 설비를 제공하는 데 있다.
본 발명의 병합 설비의 운전 방법은 가스 터빈 및 가스 터빈으로부터의 배기 가스에 의해 증기를 발생하는 배열 회수 보일러를 복수개 갖고, 각각의 배열 회수 보일러로부터의 배기 가스를 배기 가스 덕트를 통해 공통의 굴뚝에서 배출하는 병합 설비를 대상으로 한다.
본 발명에 이용하는 가스 터빈은, 공기를 대기로부터 받아들여 압축하는 압축기와, 압축기로부터 공급되는 공기와 연료를 연소시켜 연소 가스를 얻는 연소기와, 연소 가스에 의해 구동하는 터빈을 갖는 것이다. 압축기에 도입되는 공기는 압축기의 입구 안내익의 개방도에 의해서 제어되고, 그 개방도는 예를 들면 가스 터빈의 부하에 따라서 제어된다. 또한, 본 발명에 이용되는 배열 회수 보일러는 가스 터빈으로부터의 배기 가스에 의해 증기를 발생하는 것이다. 이 배열 회수 보일러는 질소 제거 장치를 구비하고, 배기 가스중의 질소 산화물(NOx)을 제거한다. 그리고, 배열 회수 보일러로부터의 배기 가스는 배기 가스 덕트를 통해 굴뚝으로부터 대기중으로 배출된다.
또, 본 발명의 병합 설비는 증기 터빈을 갖고, 이 증기 터빈은 배열 회수 보일러에서(열 회수에 의해) 발생한 증기에 의해 구동한다.
본 발명의 병합 설비는 발전기, 증기터빈, 가스 터빈 및 배열 회수 보일러가 이 순서로 일축에 형성되는 경우와, 발진기, 가스 터빈 및 배열 회수 보일러가 일축에 형성되고, 발진기 및 증기 터빈이 다른 축에 형성되는 경우가 있다.
또, 본 발명의 병합 설비는 가스 터빈으로부터의 배기 가스가 가스 터빈 및 배열 회수 보일러가 형성되는 축방향으로 배기되는 축류 배기인 것이 바람직하고, 이 축방향에서 가스 터빈의 하측에서 공기를 공급하는 하측 흡기인 것이 바람직하다.
본 발명은 적어도 가스 터빈 및 배열 회수 보일러가 형성되는 축이 복수개 있는 병합 설비에 관한 것으로, ① 복수개의 가스 터빈 중 하나의 가스 터빈이 정지하고 다른 가스 터빈이 구동하고 있는 경우에, 정지하고 있는 가스 터빈을 기동하는 것. ② 운전하고 있는 복수개의 가스 터빈 중 하나의 가스 터빈을 정지하는데 관한 것이다.
여기서, 본 발명에 관한 병합 설비의 운전 방법은 배기 가스 구획 장치를 개방하고, 배기 가스 계통의 퍼지를 행한다. 다음에, 가스 터빈을 점화하고 회전 수를 상승시키고 부하를 취출한다. 그 후, 배열 회수 보일러로부터의 증기를 승온하고, 증기 터빈으로부터 부하를 취출한다. 그리고 가스 터빈 및 증기 터빈으로부터 취출하는 부하를 상승시킨다.
본 발명의 병합 설비의 운전 방법의 특징은, ①의 경우 복수개의 배기 가스 턱트가 모이는 부분 근방의 배기 가스 압력을 0이하(0 내지 -10mmAq)로 하도록 구동하고 있는 가스 터빈의 부하를 제한하고, 그 후, 정지하고 있는 가스 터빈을 기동하는 점에 있으며, ②의 경우 복수개의 배기 가스 덕트가 모이는 부분 근방의 배기 가스 압력을 0이하(0 내지 -10mmAq)로 하도록 정지하지 않은 가스 터빈의 부하를 제한하고, 그 후, 가스 터빈을 정지하는 점에 있다. 여기서 가스 터빈의 부하를제한하는 경우에는, 가스 터빈에 공급하는 연료량을 감소시키는 것이 바람직하다.
복수개의 배기 가스 덕트가 모이는 부분 근방이라 함은, 배열 회수 보일러와 굴뚝을 연결하는 배기 가스 덕트에 형성되는 배기 가스 구획 장치와 굴뚝 사이의 소정 영역(포인트)을 말하며, 배기 가스 구획 장치 후류측 근방에서 배기 가스 압력을 측정하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 병합 설비 운전 방법의 특징은, ①의 경우 대기 온도를 측정하고, 측정된 대기 온도가 설정 온도 이상인 경우에, 상기 구동하고 있는 가스 터빈의 부하를 제한하고 그 후, 정지하고 있는 가스 터빈을 기동하는 점에 있으며, ②의 경우 대기 온도를 측정하고, 측정된 대기 온도가 설정 온도 이상인 경우에, 상기 정지하지 않은 가스 터빈의 부하를 제한하고 그 후, 가스 터빈을 정지하는 점에 있다.
또한, 본 발명은, 측정된 배기 가스 압력이나 대기 온도를 기초로 하여 압축기의 입구 안내익의 개방도를 제한하는 것으로도 달성된다.
또한, 본 발명의 병합 설비는 가스 터빈과, 가스 터빈으로부터의 배기 가스에 의해 증기를 발생하는 배열 회수 보일러를 복수개 갖고, 각각의 배열 회수 보일러로부터의 배기 가스를 배기 가스 덕트를 통해 공통의 굴뚝으로부터 배출함으로써, 복수개의 배기 가스 덕트가 모이는 부분 근방의 배기 가스 압력을 측정하는 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 병합 설비는, 예를 들면 백엽상과 같은 대기 온도를 측정하는 수단 및 측정된 대기 온도에 따라서 가스 터빈의 기동 또는 정지를 할 때 다른운전중인 가스 터빈의 부하를 제어하는 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에서는 복수축 중 일축의 기동 또는 정지(타축은 운전중)일때, 배기 가스 압력이나 대기 온도를 측정하고, 이들을 운전중인 타축을 제어하기 위한 제어 변수로서 사용한다.
그리고, 본 발명의 병합 설비는, 가스 터빈과, 이 가스 터빈으로부터의 배기 가스에 의해 증기를 발생하는 배열 회수 보일러를 조합한 것을 3 내지 4축 갖고, 각각의 배열 회수 보일러로부터의 배기 가스를 배기 가스 덕트를 통해 높이가 200m이하, 바람직하게는 150m 이하의 공통 굴뚝(100m 이상)으로부터 배출한다.
또, 본 발명의 병합 설비는, 가스 터빈, 가스 터빈으로부터의 배기 가스에 의해 증기를 발생하는 배열 회수 보일러 및 배열 회수 보일러로부터의 증기에 의해서 구동하는 증기 터빈을 갖고(일축으로 형성되고), 이것을 3 내지 4축 갖고, 각각의 배열 회수 보일러로부터의 배기 가스를 배기 가스 덕트를 통해 높이가 120 내지 180m의 공통의 굴뚝에서 배출한다.
어떤 정지중의 가스 터빈을 기동하는 경우에는, 다른 운전하고 있는 가스 터빈의 부하를 소정의 설정치로 제한한 후, 배기 가스 덕트 도중에 구비되는 배기 가스 구획 장치를 개방하는 것이 바람직하다.
또한, 배기 가스의 압력은, 기동 또는 정지하는 가스 터빈에 접속된 배열 회수 보일러와 굴뚝을 연결하는 배기 가스 덕트내의 적어도 한곳에 있어서 0 이하가 되는 것이 바람직하고, 배기 가스 턱트내의 적어도 한곳에 배기 가스의 압력을 계측하는 계측 수단을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 대기 온도를 계측하고 이 대기 온도를 제어 변수로서 사용하는 경우, 미리 설정된 설정 온도보다도 계측된 대기 온도가 높을 때, 가스 터빈의 부하 또는 압축기의 입구 안내익의 개방도를 제한한다. 그리고, 어떤 기동 또는 정지하는 가스 터빈 이외의 운전 계속중인 가스 터빈의 부하 또는 압축기의 입구 안내익의 개방도를 계측된 대기 온도에 따라서 미리 대기 온도 마다 설정된 부하 또는 개방도 이하까지 감소시키는 것이 바람직하다.
또한, 4대의 가스 터빈 중 어떤 정지중인 2대의 가스 터빈을 기동하는 경우 또는 어떤 운전중인 2대의 가스 터빈을 정지하는 경우에는, 2대의 가스 터빈을 동시에 기동 또는 정지하는 것이 바람직하다.
또한, 배기 가스 덕트의 도중에 설치되는 배기 가스 구획장치에 배기 가스 릴리프 설비를 설치한다. 배기 가스의 릴리프 설비는 배기 가스 구획 장치가 폐지하고 있는 동안에는 배기 가스 구획 장치로부터 배기 가스를 외부로 배출하도록 이 배기 가스 릴리프 설비에 구비되는 구획 밸브 또는 구획 댐퍼를 개방하는 것이 바람직하다.
복수개의 가스 터빈 및 배열 회수 보일러를 갖는 병합 설비의 발전소에서는, 어떤 정지중인 가스 터빈을 기동하는 경우, 또는 어떤 운전증인 가스 터빈을 정지시키는 경우에는, 그 기동 또는 정지의 조작 과정에서 가스 터빈에 배열 회수 보일러측으로부터의 고온 가스의 역류를 방지하는 것이 필요하다.
이를 위해서는 복수개의 가스 터빈 및 그에 접속되는 복수개의 배열 회수 보일러 각각에 전용의 복수개의 굴뚝을 구비하거나 또는 복수개의 가스 터빈 및 배열회수 보일러에 공통의 하나의 굴뚝을 설치하는 경우에는, 기동 또는 정지하는 가스 터빈(배열 회수 보일러)으로부터의 배기 가스를 유도하는 배기 가스 턱트로서 복수개의 배기 가스 덕트가 합류하는 공통 부분의 배기 가스 덕트의 압력 혹은 배기 가스 덕트와 굴뚝의 합류점의 압력을 0이하의 압력으로 한다. 이로써, 기동 또는 정지하는 가스 터빈에 배열 회수 보일러측으로부터의 고온 가스의 역류를 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 복수개의 가스 터빈 및 배열 회수 보일러를 갖는 병합 설비에 있어서는 복수개의 가스 터빈 및 배열 회수 보일러 각각에 전용 굴뚝을 설치할 필요는 없다.
2 내지 3대의 가스 터빈이 공통의 굴뚝에 접속되어 있는 경우에는 굴뚝의 높이를 예를 들면 200m 정도로 충분하게 통풍력을 얻을 수 있는 것을 설치하면, 소정의 위치에 있어서의 배기 가스 압력을 0이하로 할 수 있고, 기동 또는 정지하는 가스 터빈에 고온의 배기 가스가 역류하는 일은 없다.
여기서, 대용량의 병합 설비를 갖는 발전소를 건설하는 경우에는 설치되는 가스 터빈 및 배열 회수 보일러 대수도 많아지기 때문에, 필연적으로 굴뚝의 갯수도 그에 따라서 늘리는 것이 필요하다고 생각되고 있었다. 그러나 굴뚝 갯수를 증가하는 것은 설비 건설비의 상승으로 이어지며, 발전소가 도시의 근교에 건설되는 경우에는 경관상의 관점에서도 바람직하지 못하다. 오히려 굴뚝 갯수는 적은 쪽이 바람직하다. 굴뚝 높이도 건설비 및 경관상의 관점에서 낮은 쪽이 바람직하다. 본 발명은 이러한 요망에 따른 것으로써 또 굴뚝의 통풍력도 충분히 확보할 수 있는것이다.
금후의 병합 설비를 갖는 발전소는 점점 더 건설비의 저감 및 경관상의 관점에 관해서 충분한 배려를 도모할 필요가 있고, 예를 들면, 4대 이상의 가스 터빈(배열 회수 보일러)로부터의 배기 가스를 하나의 굴뚝으로 배출할 필요성이 생기고 굴뚝 높이도 200m이하, 바람직하게는 100 내지 150m 정도의 낮은 것으로 할 필요성도 생긴다.
이 경우에는, 예를 들면, 어떤 정지중의 가스 터빈을 기동하고자 할 때, 다른 복수개의 가스 터빈이 운전중인 경우에는, 기동하고자 하는 가스 터빈(배열 회수 보일러)로부터의 배기 가스를 유도하는 배기 가스 덕트의 압력은 0이상이 될 가능성이 높다. 이 때문에 가스 터빈의 기동 전에 배열 회수 보일러의 출구축에 설치되는 구획 댐퍼를 개방함과 동시에 기동하고자 하는 가스 터빈(배열 회수 보일러) 축으로 배기 가스가 역류한다.
특히, 8시간 정지 후의 재기동 등의 경우에는 가스 터빈 및 배열 회수 보일러에 체류하고 있는 200 내지 300℃의 고온 가스가 가스 터빈의 압축기를 거쳐서 공기 도입실축으로 흘러들 염려가 있다. 그런데 가스 터빈의 공기 도입실 및 공기 도입실에 설치되어 있는 공기 필터의 허용 온도는, 역류해 오는 배기 가스의 온도보다도 상당히 낮은 50 내지 150℃이기 때문에 공기 도입실의 열변형 및 공기 필터의 소손등을 야기할 가능성이 있다.
또한, 어떤 가스 터빈이 정지중인 경우는, 배열 회수 보일러의 출구축의 배기 가스 덕트의 도중에 설치된 배기 가스 구획 장치를 닫음으로써 배기 가스의 역류를 방지하고 있지만, 이 배기 가스 구획 장치는 그 구조상 완전하게 가스를 차단하는 것은 불가능하고, 다소의 가스 누설은 할 수 없다. 이 때문에, 배기 가스의 압력이 0 이상인 경우에는 정지중인 가스 터빈(배열 회수 보일러) 측에 소량이기는 하지만 배기 가스가 역류하는 것은 피할 수 없다.
본 발명은, 이러한 과제에 비추어 이루어진 것으로, 건설비의 저감, 경관 상의 관점 또는 배기 가스의 역류를 방지하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 어떤 정지중의 가스 터빈을 기동하고자 할 때, 가스 터빈(배열 회수 보일러)의 출구측의 배기 가스 덕트 또는 배기 가스 덕트와 굴뚝의 합류점의 압력이 0 이상인 경우에, 이것을 0 이하로 한다.
또한, 정지중인 가스 터빈에 배기 가스 구획 장치의 배기 가스의 누설에 의해 배기 가스가 역류하는 것을 방지하기 위해서, 정지중인 배기 가스 구획 장치에서의 배기 가스 누설을 외부로 배출하는 수단을 설치한다.
소정 영역(포인트)에 있어서의 배기 가스의 압력이 0 이하이면, 기동하고자하는 배열 회수 보일러의 출구축의 배기 가스 덕트에 설치되어 있는 배기 가스 구획 장치를 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 조작을 행해도, 기동하고자 하는 배열 회수 보일러측으로부터 합류점측으로 배기 가스가 흐르게 되기 때문에, 기동하고자 하는 가스 터빈(배열 회수 보일러) 측으로 배기 가스가 역류하지는 않는다.
또한, 정지중의 배열 회수 보일러의 출구측의 배기 가스 덕트에 구비되는 폐쇄 상태의 배기 가스 구획 장치에 있어서의 배기 가스 누설을 외부로 배출하는 설비를 이 배기 가스 구획 장치에 구비함으로써, 정지중인 가스 터빈(배열 회수 보일러)에 배기 가스가 역류하는 것은 방지할 수 있다.
또한, 축마다의 기동 또는 정지는,
① 중앙 급전 지령시로부터의 전력 공급량에 관한 지령에 따라서, 가스 터빈을 기동하고 또는 정지하기 위해.
또는,
② 정기 점검등의 보수시에 설비 내에 사람이 들어가 작업하여 안전성을 확보하기 위해서 필요하다.
또, 금후 계획되는 설비는, 점점 더 출력이 커지고 풍량도 커지는 경향이다. 따라서 배기 가스의 압력도 정압이 될 가능성이 있지만, 본 발명을 적용함으로써 적합한 설비 운용이 가능해진다.
또한, 본 발명은 굴뚝으로부터 합류점까지의 거리를 짧게 함으로써 이에 의해서도 본 발명이 목표로 하는 설비 운용은 가능해진다.
복수대의 가스 터빈과 각각의 가스 터빈에 연결하는 복수대의 배열 회수 보일러와 상기 배열 회수 보일러에서 발생하는 증기에 의해 구동되는 한대 또는 복수대의 증기 터빈으로부터 구성되는 병합 설비에서 상기 복수대의 배열 회수 보일러로부터의 배기 덕트가 공통의 하나의 굴뚝에 접속되어 있는 경우의 설비 구성을 제4도에 도시한다. 도면 중 가스 터빈(1) 및 배열 회수 보일러(2) 중 b 내지 d의 3대가 운전중인 상태이고 정지중인 가스 터빈(1) 및 이에 접속되는 배열 회수 보일러(2(a))를 기동시키는 경우에는 이 가스 터빈(a-1)의 기동전에 배열 회수 보일러(a-2)의 출구축 덕트에 구비되어 있는 배기 가스 구획 장치(3)의 개방 조작을 행하게 된다.
여기서 제4도중 배열 회수 보일러 출구 덕트 합류점(7)의 압력은 하기식 (1)에서 구한다.
여기서, P7는 배열 회수 보일러 출구 덕트 합류점(7)의 압력, ΔP는 배열 회수 보일러 출구 덕트 합류점(7)로부터 굴뚝(8) 출구까지의 압력 손실, PD는 굴뚝 효과에 의한 통풍력,는 굴뚝(8) 출구 공기의 비중량,은 배기 가스의 비중량, ΔH는 굴뚝 높이, Q는 배기 가스 체적 유량, λ는 덕트의 마찰 계수, 1은 굴뚝 및 덕트 길이를 표시한다.
식(1), (2), (3)으로부터 상기 합류점(7)의 압력 P7은 주로 배기 가스의 유량(Q)에 의존하는 상기 합류점(7)으로부터 굴뚝(8) 출구까지의 압력 손실 ΔP와 주로 굴뚝(8) 출구 공기의 비중량와 배기 가스의 비중량의 차와 굴뚝 ΔH에 의존하는 굴뚝(8)에서의 통풍 효과 PD(통풍력)에 크게 영향을 받음을 알 수 있다.
복수대의 가스 터빈과 각각의 가스 터빈에 연결되는 배열 회수 보일러로 구성되는 병합 설비에서 상기 배열 회수 보일러의 출구축 배기 가스 덕트가 공통의 하나의 굴뚝에 연결되어 있는 설비에 있어서, 상기 복수대의 배열 회수 보일러 출구축 덕트의 합류점에는 압력 계축 수단(9)이 설치된다. 이 때, b 내지 d의 복수대의 가스 터빈(1) 및 이들에 연결하는 배열 회수 보일러(2)는 모두 운전중이다.
여기서, 정지중인 가스 터빈(1) 및 이에 연결하는 배열 회수 보일러(2)를 기동하기 전에는 배기 가스의 합류점(7)의 압력은 0이하인 것이 필요하기 때문에, 합류점(7)에 구비된 압력 계측 수단(9)에 의해 합류점(7)의 가스 압력을 계측하여, 이것이 0이하인 경우에는 상기 정지중인 가스 터빈(1)을 기동시킨다.
한편, 합류점(7)의 가스 압력이 0이상인 경우에는 정지증인 가스 터빈(1) 및 배열 회수 보일러(2)의 배기 가스 출구축 덕트에 설치된 배기 가스 구획 장치(3)를 개방함과 동시에, 기동하고자 하는 배열 회수 보일러(2)의 방향으로 배기 가스가 역류하기 때문에, 특히 8시간 정지후의 재기동등의 경우에는, 상기 배열 회수 보일러(2) 및 가스 터빈(1)에 체류하는 200 내지 300℃의 고온의 배기 가스가 가스 터빈(1)의 압축기(5)를 거쳐 공기 도입실 축으로 유입되게 된다. 그런데, 제5도에 도시한 바와 같이 가스 터빈의 공기 도입실 축에 설치되어 있는 흡기계 벨로우즈(10), 흡기 필터(11) 및 웨더 루버(12)등은 그 허용 온도가 50 내지 150℃로서 상기 역류해 오는 가스의 온도 보다 낮기 때문에 열변형이나 소손등의 문제를 야기할 위험성이 있었다.
따라서, 상기 합류점(7)의 가스 압력이 0이상인 경우에는 상기 합류점(7)에 설치된 압력 계축 수단(9)에 의해 계축되는 가스 압력이 0이하가 될 때까지 상기 운전증인 b 내지 d의 복수대의 가스 터빈(1) 중 1대 또는 복수대의 가스 터빈의 운전 상태를 변화시키는 것으로 한다. 여기서 전술한 (1)식에 도시한 바와 같이 합류점(7)의 가스 압력은 합류점(7)으로부터 굴뚝(8)의 출구까지의 압력 손실이 작은 쪽이 낮은 값이 됨을 알 수 있고, 또한 상기 압력 손실은 합류점(7)으로부터 굴뚝(8)의 출구까지를 흐르는 배기 가스의 유량이 적을수록 낮은 값이 된다. 제6도에 가스 터빈 부하와 가스 터빈 배기 가스량의 관계를 도시하지만, 가스 터빈의 부하가 낮을수록 배기 가스 유량은 적어짐을 알 수 있다. 따라서, 이 특성을 이용하여 정지중인 가스 터빈을 기동시키기 전에 운전중인 복수대의 가스 터빈중 1대 또는 복수대의 가스 터빈의 부하를 상기 합류점(7)에 설치된 압력 계축 수단(9)에 의해서 계축되는 가스 압력이 0 이하가 될 때까지 감소함으로써 합류점(7)의 압력을 0이하로 하고, 가스 터빈을 배기 가스의 역류없이 기동시킬 수 있다.
제1도에는 상기 방법에 의해서, 어떤 정지중인 가스 터빈을 기동시키는 경우의 구체적인 플로우를 도시한다.
여기서 상기 압력 계측 수단(9)은 배기 가스 덕트의 합류점(7)에 설치하는 대신에 상기 기동하고자 하는 가스 터빈(1), 배열 회수 보일러(2)의 출구측 덕트의 도중에 하나 또는 여러개 설치하여, 설치된 장소에서의 가스 압력을 계측하는 것이어도 좋다.
또한, 제6도에는 가스 터빈의 압축기 입구 안내익(IGV) 개방도와 가스 터빈 배기 가스량의 관계도 도시하지만, IGV 개방도가 작을수록 배기 가스량이 적어지는 것을 알 수 있다. 따라서, 전술한 운전중인 가스 터빈의 부하를 감소시키는 대신에 상기 IGV 개방도를 감소시키는 것 만으로도 당초의 목적은 달성된다. 이 경우의 구체적인 기동 플로우를 제1도에 아울러 도시한다.
또한 제2도에는 본 발명에 의한 다른 실시예를 도시하여, 복수대의 가스 터빈과 각각의 가스 터빈에 연결되는 배열 회수 보일러로 구성되는 병합 설비에서 상기 배열 회수 보일러의 출구측 배기 가스 덕트가 공통의 하나의 굴뚝에 연결되어 있는 설비에 있어서, 어떤 정지중인 가스 터빈을 기동시키는 경우에 계측 수단에 의해서 계측된 대기 온도에 의해서 나머지 운전중인 가스 터빈의 부하를 조정하는 것이다.
본 실시예에서는, 정지중인 가스 터빈(1) 및 이에 연결하는 배열 회수 보일러(2)를 기동하기 이전에는 계측 수단에 의해서 계측된 대기 온도가 사전에 설정된 대기 온도보다도 낮은 경우에는 그대로 상기 정지중인 가스 터빈을 기동시키지만, 한편 계측된 대기 온도가 사전에 설정된 대기 온도 보다 높은 경우에는 상기 운전중인 b 내지 d의 복수대의 가스 터빈(1)중 한대 또는 복수대의 가스 터빈의 운전 부하에 최대치를 설정하고 그 이하로 한다. 이 원리를 (1), (2), (3) 식에 의해서 설명한다. 어떤 정지중인 가스 터빈을 기동시키고자 할 때, 상기 가스 터빈에 연결하는 배열 회수 보일러의 출구측 가스 덕트와 다른 공통의 배기 가스 덕트 또는 굴뚝의 합류점의 압력을 0 이하로 하는 것이 필요한 것은 상술한 대로이지만, 상기 합류점의 압력을 0이하로 하기 위한 수단으로서는 (1), (2), (3) 식에 도시하는 굴뚝의 통풍력 PD를 증가시키는 것으로 그 목적은 달성된다. 여기서 상기 굴뚝의 통풍력 PD는-즉 굴뚝(8) 출구 공기의 비중량과 배기 가스의 비중량의 차에 비례하지만, 비중량은 기체의 온도에 대강 역비례하기 때문에, Tg-Ta, 즉 굴뚝 출구의 배기 가스 온도와 굴뚝 출구의 대기 온도의 차에 비례하는 것을 알 수 있다.
제7도에 대기 온도와 굴뚝 출구 배기 가스 온도의 관계를 도시하지만 대기 온도에 의해서도 굴뚝 출구 가스 온도는 그다지 변화하지 않고, 따라서 굴뚝(8)출구 가스 온도와 대기 온도의 차(Tg-Ta)는 제7도에 도시한 바와 같이 대기 온도가 낮을수록 크고, 반대로 대기 온도가 높을수록 작은 것을 알 수 있다. 이는 제7도에 도시하는 것처럼 대기 온도가 높을수록 굴뚝(8) 출구 공기의 비중량와 배기 가스의 비중량의 차가 작아지고 (2)식으로부터 굴뚝의 통풍력 PD가 작아지는 것을 알 수 있다. 이는 상기 배기 가스 덕트의 합류점의 압력이 높아지고, 0 이하가 될 가능성이 있음을 나타내고 있다.
따라서, 본 실시예에서는 측정된 대기 온도가, 미리 계산에 의해서 구한 상기 배기 가스 덕트의 합류점의 압력이 0 이하가 되는 대기 온도 보다 낮은 경우에는 운전중인 가스 터빈의 운전 부하에 특별히 제한치를 설치하지 않고 정지중인 가스 터빈을 기동시키는 것으로 하고, 한 편, 측정된 대기 온도가 상기 미리 계산된 대기 온도 보다 높은 경우에는 상기 합류점의 압력이 0 이상이 되어 기동하고자 하는 가스 터빈측에 고온의 가스가 역류할 위험성이 있기 때문에 상기 배기 가스 덕트의 합류점의 압력을 0 이하로 할 목적으로 운전중인 한대 또는 복수대의 가스 터빈(4)의 운전 부하를 미리 설정된 부하 이하가 되도록 제한한 다음 상기 정지중인 가스 터빈을 기동시키는 것이다. 물론 상기 운전중인 가스 터빈의 제한 부하의 설정치는 대기 온도에 상관없이 일정하게 하거나 또한, 대기 온도마다 설정된 것이라도 그 효과는 동일하다.
물론, 상기와 마찬가지로 운전중인 한대 또는 복수대의 b 내지 d의 가스 터빈(1)의 부하를 미리 설정된 부하 이하로 하는 대신에, 상기 가스 터빈의 IGV 개방도를 미리 설정된 개방도 이하로 제한하는 것이라도 당초의 목적은 달성되고, 이 경우의 기동 플로우를 제2도에 더불어 도시한다.
이상의 기동 방법은, 어떤 정지중인 가스 터빈을 기동시키는 경우에 상기 가스 터빈에 연결하는 배열 회수 보일러 출구측 가스 덕트와 공통의 배기 가스 덕트 또는 굴뚝의 합류점 압력이 "0" 이하의 상태로 상기 가스 터빈을 기동시키는 것이다. 여기서, 한대 또는 복수대의 가스 터빈이 운전중이고 2대 이상의 복수대의 가스 터빈이 정지중에, 상기 합류점의 압력이 "0" 이하인 경우에는 상기 정지중인 가스 터빈의 기동 방법으로서 2대 이상의 복수대의 가스 터빈을 동시에 기동함으로써, 상기 기동하고자 하는 가스 터빈으로의 고온 배기 가스의 역류를 방지하는 것도 가능하다. 물론 동시에 기동하는 경우에도 가스 터빈을 기동하기 위한 기동 장치의 제약에 의해 기동 타이밍이 다소 어긋나도 특별한 문제는 없다.
또한, 제3도에 본 발명에 의한 다른 실시예를 도시한다. 전술의 실시예는 어떤 정지중인 가스 터빈(1)을 기동시키는 경우의 방법에 관해서 진술하고 있지만, 본 실시예는 어떤 가스 터빈 및 배열 회수 보일러가 정지중이고 다른 가스 터빈, 배열 회수 보일러가 운전중인 경우의 정지중인 가스 터빈(1) 및 배열 회수 보일러(2)에의 배기 가스의 역류를 방지하는 수단을 제공하는 것이다. 제4도에 도시한 바와 같이 복수대의 가스 터빈 및 각각의 가스 터빈에 연결하는 복수대의 배열 회수 보일러로부터 구성되는 병합 설비에 있어서는 일반적으로 각각의 배열 회수 보일러 출구측 배기 가스 덕트의 도중에 보일러 배기 가스를 차단할 목적으로 배기 가스 구획 장치(3)가 설치되어 있다. 여기서, 어떤 가스 터빈이 정지중인 경우는, 상기 가스 터빈에 연결하는 배열 회수 보일러의 출구측 덕트에 구비되는 상기 구획 장치(3)를 닫음으로써 가스의 역류를 방지하고 있지만, 상기 구획 장치(3)는 그 구조상 완전하게 가스를 차단하는 것은 불가능하고 다소의 가스 누설은 피할 수 없기 때문에 배기 가스의 합류점(7)의 압력이 0 이상인 경우에는 상기 정지중인 배열 회수 보일러(2) 및 가스 터빈(1) 측에 소량이기는 하지만 배기 가스가 역류하는 것은 피할 수 없고, 이 경우에도 상기 가스 터빈 흡기실측으로의 고온 가스의 역류에 의한 문제가 염려된다.
본 실시예에서는 제3도에 도시하는 것처럼 배기 가스 구획 장치(3, 6)의 일부에 하나 또는 여러개의 가스의 릴리프 설비(14)를 설치하여, 상기 배기 가스 구획 장치가 닫혀 있는 동안에는 상기 배기 가스 구획 장치로부터 가스를 외부에 배출하도록, 상기 가스 릴리프 설비에 구비되는 밸브 또는 댐퍼(13)를 개방 상태로 하는 것이다. 이렇게 함으로써 닫힌 상태에 있는 가스 구획 장치(3)에 가스 누설이 있더라도 상기 가스의 릴리프 설비(15)로부터 외부에 가스를 배출할 수 있으므로 정지중의 배열 회수 보일러(2) 및 가스 터빈(1)측에의 가스의 역류는 방지할 수 있다.
여기서, 상기 가스 릴리프 설비(14)로부터 외부로 가스를 배출하더라도 상기 가스의 누설량은 조금인 것을 생각하면 설비 운용상에는 특히 문제는 없다. 물론,배기 가스 구획 장치(3)가 개방된 상태에 있을 때에는 상기 가스의 릴리프 설비(14)에 구비되어 있는 밸브 또는 댐퍼(13)는 닫히게 된다.
제8도는 터빈 부하와 집합 덕트 입구 압력의 관계를 도시한다. (a)는 3축 설비를, (b)는 4축 설비를 도시하고 있다. 어느 쪽도 대기 온도가 15℃인 상태이지만, 터빈 부하가 상승함과 동시에 집합 덕트 입구 압력은 상승함을 알 수 있다. 또한, 운전 대수에 의해 집합 덕트 입구 압력이 정압이 되는 것도 알 수 있다.
본 발명에 의해, 복수대의 가스 터빈 및 배열 회수 보일러로 이루어지는 병합 설비의 발전소에 있어서, 다수의 배열 회수 보일러로부터의 배기 가스를 공통의 하나의 굴뚝으로부터 대기로 배출하는 경우에도, 설비를 구성하는 가스 터빈 등의 기기에 결점을 초래하지 않는 설비의 운용 방법을 제공하는 것이 가능해졌다. 이에 의해서, 병합 설비 발전소의 굴뚝 대수의 저감 및 굴뚝 높이의 저감을 꾀하는 것이 가능하고 이것은 발전소의 대폭적인 설비비 저감을 가져오는 효과는 물론, 특히 도시 근교형 발전소의 경우에는 그 경관상의 관점에서도 우수한 발전소를 제공할 수 있는 것이다.
제1도는 본 발명에 의한 가스 터빈을 기동 정지할 때의 제1 흐름도.
제2도는 본 발명에 의한 가스 터빈을 기동 정지할 때의 제2 흐름도.
제3도는 본 발명에 의한 가스 누설 수단의 구성도.
제4도는 4축 1통체형 병합 설비의 구성도.
제5도는 병합 설비의 구성 횡단면도.
제6도는 가스 터빈 부하 등과 가스 터빈 배기 가스량의 관계를 도시하는 특성도.
제7도는 대기 온도와 굴뚝 출구 가스 온도 등의 관계를 도시하는 특성도.
제8도는 터빈 부하와 접합 덕트 입구 압력의 관계를 도시하는 특성도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 가스 터빈 2 : 배열 회수 보일러
3 : 출구 덕트의 배기 가스 구획장치 4 : 가스 터빈 연소기
5 : 압축기 6 : 배기 가스 덕트
7 : 배열 회수 보일러 출구 덕트 합류점 8 : 굴뚝
9 : 압력 계측수단 10 : 흡기계 벨로우즈
11 : 흡기 필터 12 : 웨더 루버
13 : 가스 릴리프 설비에 구비되는 밸브(댐퍼)
14 : 가스 릴리프 설비.

Claims (5)

  1. 가스 터빈 및 상기 가스 터빈으로부터의 배기 가스에 의해 증기를 발생하는 배열 회수 보일러를 복수개 갖고, 각각의 배열 회수 보일러로부터의 배기 가스를 배기 가스 덕트를 거쳐서 공통의 굴뚝으로부터 배출하는 병합 설비로서,
    상기 복수의 가스 터빈 중 하나의 가스 터빈이 정지하고, 다른 가스 터빈이 구동하고 있는 경우에, 상기 정지하고 있는 가스 터빈을 기동하는 병합 설비의 운전 방법에 있어서,
    대기 온도를 측정하고, 측정된 대기 온도가 설정 온도 이상인 경우에, 상기 구동하고 있는 가스 터빈의 부하를 제한하고, 그 후, 정지하고 있는 가스 터빈을 기동하는 것을 특징으로 하는 병합 설비의 운전 방법.
  2. 가스 터빈 및 상기 가스 터빈으로부터의 배기 가스에 의해 증기를 발생하는 배열 회수 보일러를 복수개 갖고, 각각의 배열 회수 보일러로부터의 배기 가스를 배기 가스 덕트를 거쳐서 공통의 굴뚝으로부터 배출하는 병합 설비로서,
    운전하고 있는 상기 복수의 가스 터빈 중 하나의 가스 터빈을 정지하는 병합 설비의 운전 방법에 있어서,
    대기 온도를 측정하고, 측정된 대기 온도가 설정 온도 이상인 경우에, 상기 정지하지 않는 가스 터빈의 부하를 제한하고, 그 후, 가스 터빈을 정지하는 것을 특징으로 하는 병합 설비의 운전 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 가스 터빈 및 상기 가스 터빈으로부터의 배기 가스에 의해 증기를 발생하는 배열 회수 보일러를 복수 갖고, 각각의 배열 회수 보일러로부터의 배기 가스를 배기 가스 덕트를 거쳐서 공통의 굴뚝으로부터 배출하는 병합 설비로서,
    어느 정지중의 가스 터빈을 기동하는 경우, 또는 어느 운전 중의 가스 터빈을 정지하는 경우에는 두 대 이상의 복수대의 가스 터빈을 동시에 기동 또는 정지하는 것을 특징으로 하는 병합 설비의 운전 방법.
  4. 가스 터빈과, 상기 가스 터빈으로부터의 배기 가스에 의해 증기를 발생하는 배열 회수 보일러를 복수개 갖고, 각각의 배열 회수 보일러로부터의 배기 가스를 배기 가스 덕트를 거쳐서 공통의 굴뚝으로부터 배출하는 병합 설비에 있어서,
    대기 온도를 측정하는 수단과,
    상기 복수의 가스 터빈 중, 하나의 가스 터빈이 정지하고 다른 가스 터빈이 구동하고 있는 경우에, 측정된 대기 온도가 설정 온도 이상일 때 상기 구동하고 있는 가스 터빈의 부하를 제한하고, 그 후 정지하고 있는 가스 터빈을 기동하는 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 병합 설비.
  5. 가스 터빈과, 상기 가스 터빈으로부터의 배기 가스에 의해 증기를 발생하는 배열 회수 보일러를 복수개 갖고, 각각의 배열 회수 보일러로부터의 배기 가스를배기 가스 덕트를 거쳐서 공통의 굴뚝으로부터 배출하는 병합 설비에 있어서,
    대기 온도를 측정하는 수단과,
    측정된 대기 온도가 설정 온도 이상인 경우에, 상기 복수의 가스 터빈 중 정지하지 않는 가스 터빈의 부하를 제한하고, 그 후 하나의 가스 터빈을 정지시키는 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 병합 설비.
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