KR101081080B1 - Auto combustion tuning device for gas turbine and method thereof - Google Patents
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Abstract
이 발명은, 다중 민감도 분석기법을 이용하여 상대적으로 짧은 시간과 비용으로 가스 터빈 연소튜닝을 수행할 수 있는, 가스 터빈 자동 연소 튜닝 장치 및 방법에 관한 것으로서,The present invention relates to a gas turbine automatic combustion tuning apparatus and method capable of performing gas turbine combustion tuning in a relatively short time and cost using multiple sensitivity analysis method.
흡기도관을 통하여 공기가 입력되는 압축기와, 연료도관을 통하여 연료가 입력되는 연소기와, 배기도관을 통하여 연소개스가 배기되는 가스 터빈과, 상기한 연소기의 진동 압력을 측정하기 위한 동압 측정센서와, 상기한 가스 터빈의 배기가스를 분석하기 위한 배기가스 분석기와, 상기한 동압 측정센서와 배기가스 분석기로부터 입력되는 신호를 이용하여 다중 민감도 분석기법을 이용하여 동압진동 목표치, NOx 배출량 목표치, 연소효율 목표치와 같은 연소성능 목표치로 연소튜닝을 하는 연소튜닝본체와, 상기한 압축기, 연소기, 가스 터빈을 제어하기 위한 제어시스템을 포함하여 이루어진다.A compressor for inputting air through the intake pipe, a combustor for input of fuel through the fuel conduit, a gas turbine for exhausting combustion gas through the exhaust conduit, a dynamic pressure sensor for measuring vibration pressure of the combustor, The exhaust gas analyzer for analyzing the exhaust gas of the gas turbine, the dynamic pressure vibration target value, the NOx emission target value, the combustion efficiency target value using the multi-sensitivity analysis method using the signals input from the dynamic pressure sensor and the exhaust gas analyzer. And a combustion tuning body for performing combustion tuning at a combustion performance target value such as the above, and a control system for controlling the compressor, the combustor, and the gas turbine.
다중 민감도, 가스 터빈, 압축기, 연소기, 배기가스 분석기, 연소튜닝본체 Multi Sensitivity, Gas Turbine, Compressor, Combustor, Exhaust Gas Analyzer, Combustion Tuning Body
Description
이 발명은 가스 터빈 자동 연소 튜닝 장치 및 방법에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 다중 민감도 분석기법을 이용하여 상대적으로 짧은 시간과 비용으로 가스 터빈 연소튜닝을 수행할 수 있는, 가스 터빈 자동 연소 튜닝 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gas turbine automatic combustion tuning apparatus and method, and more specifically, to a gas turbine automatic combustion tuning apparatus capable of performing gas turbine combustion tuning in a relatively short time and cost using a multi-sensitivity analysis method; It is about a method.
산업용 또는 발전용 가스터빈은 압축기로 공기를 압축하고, 이와같이 압축된 공기를 연소기로 입력시켜 여기서 연료를 분산해서 연소시키고, 이때 생긴 고온고압의 가스를 터빈에 내뿜으면서 팽창시킴으로써 터빈을 회전시키는 구조로 이루어진다.The gas turbine for industrial or power generation uses a compressor to compress air, and inputs the compressed air into the combustor, disperses and combusts fuel therein, and expands the turbine by expanding the high temperature and high pressure gas generated in the turbine. Is done.
상기한 가스 터빈의 연소튜닝은 계획 예방정비중이나 연료성분 혹은 주요 설비가 변경되었을 경우에 수행하게 되는데, 상기한 연소튜닝은 호기당 연평균 1회정도 수행되는 주기적인 정비항목으로서, 3인 이상의 연소 튜닝 전문가와 가스터빈 제어팀, 전기팀, 기계팀에서 합동하여 수행하게 된다.Combustion tuning of the gas turbine is carried out when planned preventive maintenance or when the fuel component or main equipment is changed. The combustion tuning is a periodic maintenance item that is performed once a year on an average basis. Experts, gas turbine control teams, electrical teams and mechanical teams work together.
또한, 종래의 가스 터빈의 연소튜닝은 최소 5일에서 14일간 수행하는 것이 일반적이며, 가스터빈 제작사에서 수행시에는 5천만원 내지 1억원의 용역비용이 들게 됨으로써 상대적으로 많은 시간과 비용을 필요로 하게 되는 문제점이 있다.In addition, combustion tuning of a conventional gas turbine is generally performed at least 5 to 14 days, and when the gas turbine manufacturer performs a service cost of 50 million to 100 million won, it requires a relatively large time and cost. There is a problem.
참고로, 운전중인 가스터빈의 연소기에서 발생하는 연소상태를 더 효과적으로 감시하고, 운전중 연소진동과 질소산화물 배출량을 항상 기준값 이하로 유지하기 위한 기술이 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0729049(공고일자 2007년 06월 14일)의 "가스터빈의 연소감시 및 연소튜닝 장치와 그 방법"에서 본 출원인에 의해 개시된 바 있다.For reference, a technique for more effectively monitoring the combustion state occurring in the combustor of the gas turbine in operation and maintaining combustion vibration and nitrogen oxide emission at a lower value than the reference value at all times during the operation of the Korean Patent Publication No. 10-0729049 June 14, 2007), "Combustion Monitoring and Combustion Tuning Apparatus and Method of Gas Turbine", was disclosed by the present applicant.
또한, 가스 터빈의 튜닝을 효율적으로 수행하기 위한 것으로서 가스 터빈의 정비보수후, 튜닝시에 모듈별로 계측장비를 설치하고, 무선으로 튜닝 데이터를 모듈별로 측정하여 정상적인 운정상태로 신속하고 간편하게 설정할 수 있는 기술이 대한민국 공개특허공보 공개번호 10-2009-0032626(공개일자 2009년 04월 01일)의 "발전용 가스터빈의 튜닝 데이터 무선 계측 시스템 및 방법"에서 본 출원인에 의해 개시된 바 있다.In addition, to perform the tuning of the gas turbine efficiently, after the maintenance and maintenance of the gas turbine, install the measurement equipment for each module at the time of tuning, and wirelessly measure the tuning data for each module can be set quickly and easily in the normal operation state The technique has been disclosed by the present applicant in "Tuning data radiometric system and method of a gas turbine for power generation" of Republic of Korea Patent Publication No. 10-2009-0032626 (published April 01, 2009).
그러나, 상기한 종래의 기술들은 민감도 분석을 하지 않으므로 연소 튜닝시 제어 변수들의 영향력을 알 수 없는 문제점이 있다.However, the above-described conventional techniques do not perform sensitivity analysis, and thus there is a problem in that the influence of control variables in combustion tuning is unknown.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다중 민감도 분석기법을 이용하여 상대적으로 짧은 시간과 비용으로 가스 터빈 연소튜닝을 수행할 수 있는, 가스 터빈 자동 연소 튜닝 장치 및 방법을 제공하는 데 있다. Summary of the Invention An object of the present invention is to solve the conventional problems as described above, and the gas turbine automatic combustion tuning apparatus and method capable of performing gas turbine combustion tuning in a relatively short time and cost using multiple sensitivity analysis methods. To provide.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 장치의 구성은, 흡기도관을 통하여 공기가 입력되는 압축기와, 연료도관을 통하여 연료가 입력되는 연소기와, 배기도관을 통하여 연소개스가 배기되는 가스 터빈과, 상기한 연소기의 진동 압력을 측정하기 위한 동압 측정센서와, 상기한 가스 터빈의 배기가스를 분석하기 위한 배기가스 분석기와, 상기한 동압 측정센서와 배기가스 분석기로부터 입력되는 신호를 이용하여 다중 민감도 분석기법을 이용하여 동압진동 목표치, NOx 배출량 목표치, 연소효율 목표치와 같은 연소성능 목표치로 연소튜닝을 하는 연소튜닝본체와, 상기한 압축기, 연소기, 가스 터빈을 제어하기 위한 제어시스템을 포함하여 이루어진다.As a means for achieving the above object, the configuration of the apparatus of the present invention includes a compressor into which air is input through an intake pipe, a combustor into which fuel is input through a fuel conduit, and a gas turbine through which combustion gas is exhausted through an exhaust conduit. And a dynamic pressure measurement sensor for measuring the vibration pressure of the combustor, an exhaust gas analyzer for analyzing the exhaust gas of the gas turbine, and a signal input from the dynamic pressure sensor and the exhaust gas analyzer. Combustion tuning main body which performs combustion tuning with combustion performance target value such as dynamic pressure vibration target value, NOx emission target value and combustion efficiency target value using sensitivity analysis method, and control system for controlling compressor, combustor, gas turbine. .
이 발명의 장치의 구성은, 상기한 연소튜닝본체는, 제어변수의 상한가와 하한가의 조건을 성공적으로 도출하지 못하였거나 최종 연소튜닝 결과값이 연소성능 목표치와 일치하지 않는 경우에 목표치 재설정을 위한 에러 메세지를 출력하고 사용자가 목표치 재설정을 원하는지를 판단하면 바람직하다.According to the configuration of the apparatus of the present invention, the combustion-tuning main body is an error for resetting the target value when the combustion tuning body does not successfully derive conditions for the upper and lower limits of the control variable or the final combustion tuning result does not match the combustion performance target value. It is desirable to print a message and determine if the user wishes to reset the target.
이 발명의 장치의 구성은, 상기한 연소튜닝본체는, 하나의 제어변수를 조정하는 경우에 -15% ~ 15% 구간에서 5% 간격으로 변화시키면 바람직하다.In the configuration of the apparatus of the present invention, it is preferable that the combustion tuning body described above is changed at intervals of -15% to 15% at 5% intervals when adjusting one control variable.
이 발명의 장치의 구성은, 상기한 연소튜닝본체는, 제어변수의 변화량을 x축, 종속변수를 y축으로 하는 스파이더 챠트(spider chart)에서 제어변수의 기울기로 우선순위를 설정하면 바람직하다.In the configuration of the apparatus of the present invention, it is preferable that the combustion-tuning main body sets the priority by the slope of the control variable in a spider chart in which the change amount of the control variable is the x-axis and the dependent variable is the y-axis.
이 발명의 장치의 구성은, 상기한 연소튜닝본체는, 제어변수의 변화량이 ±10%일 조건에 대한 종속변수의 변화범위를 x축, 그 변화범위를 가장 크게 하는 제어변수를 Y축으로 도시한 그래프인 토네이도 챠트(tornado chart)에서, 가장 위쪽에 있는 제어변수로부터 우선순위를 설정하면 바람직하다.According to the configuration of the apparatus of the present invention, the combustion-tuning main body shows, on the x-axis, the variation range of the dependent variable with respect to the condition that the variation of the control variable is ± 10%, and the control variable having the largest variation range on the y-axis. In a tornado chart, it is preferable to set the priority from the topmost control variable.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 방법의 구성은, 가스 터빈 연소튜닝장치에 연료/공기공급량, 주연료/메인 연료비, 희석제량 등의 제어변수와 상기한 제어변수에 따른 동압진동, NOx 배출량, 연소효율 등의 종속변수와 동압진동 목표치, NOx 배출량 목표치, 연소효율 목표치 등과 같은 연소성능 목표치를 입력하는 단계와, 기존운전 조건을 기준으로 제어변수에 대해 민감도 분석시험을 하고, 하나의 제어변수는 조정하면서 다른 제어변수는 고정시키고 종속변수의 변화를 계측하는 단계와, 민감도 분석을 통한 연소튜닝 우선순위를 결정하고 연소튜닝 우선순위에 따라 안정화 범위를 결정하는 단계와, 제어변수의 상한가(UCL)와 하한가(LCL)의 조건을 성공적으로 도출하였는지 판단하여 연소성능 목표치를 달성하기 위한 제어변수 값의 안정화 범위들이 각각 도출되면 이 범위들의 교집합을 구하는 단계와, 상기한 교집합 범위의 평균치를 최종 연소튜닝 결과로 설정하고 상기한 최종 연소튜닝 결과값이 연소성능 목표치와 일치하는지 확인함으로써 목표조건을 만족시키는지를 판단하는 단계와, 최종 연소튜닝 결과값이 연소성능 목표치와 일치하는 경우에 가스터빈 운전조건을 재설정하는 단계를 포함하여 이루어진다.As a means for achieving the above object, the configuration of the method of the present invention comprises a control variable such as fuel / air supply amount, main fuel / main fuel ratio, diluent amount, etc. to the gas turbine combustion tuning apparatus, and dynamic pressure vibration according to the above control variable, Inputting dependent variables such as NOx emission and combustion efficiency, and combustion performance targets such as dynamic pressure vibration target, NOx emission target and combustion efficiency target, and performing sensitivity analysis tests on control variables based on existing operating conditions. Adjusting the control variables, fixing other control variables and measuring the change of the dependent variables, determining the combustion tuning priority through sensitivity analysis, determining the stabilization range according to the combustion tuning priority, and the upper limit of the control variable. To determine whether the conditions of UCL and LCL have been successfully derived. When each of the stabilization ranges is derived, obtaining an intersection of these ranges, and setting the average value of the intersection ranges as the final combustion tuning result and confirming that the final combustion tuning result matches the combustion performance target value. And resetting the gas turbine operating conditions when the final combustion tuning result is consistent with the combustion performance target value.
이 발명의 방법의 구성은, 제어변수의 상한가와 하한가의 조건을 성공적으로 도출하지 못하였거나 최종 연소튜닝 결과값이 연소성능 목표치와 일치하지 않는 경 우에 목표치 재설정을 위한 에러 메세지를 출력하고 사용자가 목표치 재설정을 원하는지를 판단하는 단계를 더 포함하여 이루어지면 바람직하다. The configuration of the method of the present invention outputs an error message for resetting the target when the conditions of the upper and lower limits of the control variable are not successfully derived or the final combustion tuning result does not match the combustion performance target and the user outputs the target value. It is preferable to further comprise the step of determining whether a reset is desired.
이 발명의 방법의 구성은, 하나의 제어변수를 조정하는 경우에 -15% ~ 15% 구간에서 5% 간격으로 변화시키면 바람직하다.The configuration of the method of the present invention is preferably changed at intervals of -15% to 15% at 5% intervals when adjusting one control variable.
이 발명의 방법의 구성은, 상기한 연소튜닝 우선순위는, 제어변수의 변화량을 x축, 종속변수를 y축으로 하는 스파이더 챠트(spider chart)에서 제어변수의 기울기로 우선순위를 설정하면 바람직하다.In the configuration of the method of the present invention, the combustion tuning priority is preferably set by the inclination of the control variable in a spider chart in which the variation amount of the control variable is the x-axis and the dependent variable is the y-axis. .
이 발명의 방법의 구성은, 상기한 연소튜닝 우선순위는, 제어변수의 변화량이 ±10%일 조건에 대한 종속변수의 변화범위를 x축, 그 변화범위를 가장 크게 하는 제어변수를 Y축으로 도시한 그래프인 토네이도 챠트(tornado chart)에서, 가장 위쪽에 있는 제어변수로부터 우선순위를 설정하면 바람직하다. According to the configuration of the method of the present invention, in the combustion tuning priority described above, the variation range of the dependent variable with respect to the condition that the variation of the control variable is ± 10% is represented by the x-axis, and the control variable having the largest change range is the Y-axis. In the illustrated tornado chart, it is preferable to set the priority from the uppermost control variable.
이 발명은, 다중 민감도 분석기법을 이용하여 상대적으로 짧은 시간과 비용으로 가스 터빈 연소튜닝을 수행할 수 있는, 효과를 갖는다.This invention has the effect that gas turbine combustion tuning can be performed in a relatively short time and cost using multiple sensitivity analysis.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to describe in detail enough to enable those skilled in the art to easily carry out the present invention. . Other objects, features, and operational advantages, including the purpose, operation, and effect of the present invention will become more apparent from the description of the preferred embodiments.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.For reference, the embodiments disclosed herein are only presented by selecting the most preferred embodiment in order to help those skilled in the art from the various possible examples, the technical spirit of the present invention is not necessarily limited or limited only by this embodiment Rather, various changes, additions, and changes are possible within the scope without departing from the spirit of the present invention, as well as other equivalent embodiments.
도 1은 이 발명의 일실시예에 따른 가스 터빈 자동 연소 튜닝 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a gas turbine automatic combustion tuning apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일실시예에 따른 가스 터빈 자동 연소 튜닝 장치의 구성은, 흡기도관(201)을 통하여 공기가 입력되는 압축기(101)와, 연료도관(202)을 통하여 연료가 입력되는 연소기(102)와, 배기도관(203)을 통하여 연소개스가 배기되는 가스 터빈(103)과, 상기한 연소기(102)의 진동 압력을 측정하기 위한 동압 측정센서(104)와, 상기한 가스 터빈(103)의 배기가스를 분석하기 위한 배기가스 분석기(105)와, 상기한 동압 측정센서(104)와 배기가스 분석기(105)로부터 입력되는 신호를 이용하여 다중 민감도 분석기법을 이용하여 동압진동 목표치, NOx 배출량 목표치, 연소효율 목표치와 같은 연소성능 목표치로 연소튜닝을 하는 연소튜닝본체(106)와, 상기한 압축기(101), 연소기(102), 가스 터빈(103)을 제어하기 위한 제어시스템(107)을 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 1, a configuration of a gas turbine automatic combustion tuning apparatus according to an embodiment of the present invention includes a
도 2는 이 발명의 일실시예에 따른 가스 터빈 자동 연소 튜닝 방법의 동작 순서도이다.2 is an operation flowchart of a gas turbine automatic combustion tuning method according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이 이 발명의 일실시예에 따른 가스 터빈 자동 연소 튜닝 방법의 구성은, 동작이 시작되는 단계(S10)와, 가스 터빈 연소튜닝장치에 연료/공기공급량, 주연료/메인 연료비, 희석제량 등의 제어변수와, 상기한 제어변수에 따른 동압진동, NOx 배출량, 연소효율 등의 종속변수를 입력하는 단계(S20)와, 동압진동 목표치, NOx 배출량 목표치, 연소효율 목표치 등과 같은 연소성능 목표치를 입력하는 단계(S30)와, 기존운전 조건을 기준으로 제어변수에 대해 민감도 분석시험을 하고, 하나의 제어변수는 조정하면서 다른 제어변수는 고정시키고 -15% ~ 15% 구간에서 5% 간격으로 변화시키며 종속변수의 변화를 계측하는 단계(S40)와, 민감도 분석을 통한 연소튜닝 우선순위를 결정하는 단계(S50)와, 연소튜닝 우선순위에 따라 안정화 범위를 결정하는 단계(S60)와, 제어변수의 상한가(UCL)와 하한가(LCL)의 조건을 성공적으로 도출하였는지 판단하는 단계(S70)와, 연소성능 목표치를 달성하기 위한 제어변수 값의 안정화 범위들이 각각 도출되면 이 범위들의 교집합을 구하는 단계(S80)와, 상기한 교집합 범위의 평균치를 최종 연소튜닝 결과로 설정하는 단계(S90)와, 최종 연소튜닝 결과값이 연소성능 목표치와 일치하는지 확인함으로써 목표조건을 만족시키는지를 판단하는 단계(S100)와, 제어변수의 상한가(UCL)와 하한가(LCL)의 조건을 성공적으로 도출하지 못하였거나 최종 연소튜닝 결과값이 연소성능 목표치와 일치하지 않는 경우에 목표치 재설정을 위한 에러 메세지를 출력하는 단계(S110)와, 사용자가 목표치 재설정을 원하는지를 판단하는 단계(S120)와, 가스터빈 운전조건을 재설정하는 단계(S110)와, 동작을 종료하는 단계(S140)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 2, the configuration of the gas turbine automatic combustion tuning method according to the exemplary embodiment of the present invention includes a step (S10) of starting operation, a fuel / air supply amount to the gas turbine combustion tuning apparatus, and a main fuel / Inputting control variables such as main fuel ratio, diluent amount, and dependent variables such as dynamic pressure vibration, NOx emission, and combustion efficiency according to the above control variables (S20), dynamic pressure vibration target value, NOx emission target value, combustion efficiency target value, etc. Inputting the same combustion performance target value (S30) and the sensitivity analysis test for the control variable based on the existing operating conditions, while adjusting one control variable while fixing the other control variable in the interval of -15% to 15% Determining the change of the dependent variable by changing at 5% intervals (S40), Determining combustion tuning priority through sensitivity analysis (S50), and stabilization range according to the combustion tuning priority Determining (S60), determining whether the conditions of the upper limit value (UCL) and the lower limit value (LCL) of the control variable have been successfully derived (S70), and stabilizing ranges of the control variable value for achieving the combustion performance target value, respectively. When the intersection of these ranges is obtained (S80), the average value of the above-described intersection range is set as the final combustion tuning result (S90), and the final combustion tuning result is confirmed that the target condition is determined by matching the combustion performance target value. In step S100 of determining whether it satisfies the result, if the conditions of the upper limit value (UCL) and the lower limit value (LCL) of the control variable are not successfully derived or the final combustion tuning result does not match the combustion performance target value, the target value reset is performed. Outputting an error message (S110), determining whether the user wants to reset the target value (S120), resetting the gas turbine operating condition (S110), It includes the step of ending the operation (S140).
상기한 구성에 의한, 이 발명의 일실시예에 따른 가스 터빈 자동 연소 튜닝 장치 및 방법의 작용은 다음과 같다.The operation of the gas turbine automatic combustion tuning apparatus and method according to the embodiment of the present invention by the above configuration is as follows.
동작이 시작되면(S10), 연소튜닝본체(106)는 연료/공기공급량, 주연료/메인 연료비, 희석제량 등의 제어변수(Xi)와, 상기한 제어변수(Xi)에 따른 동압진동, NOx 배출량, 연소효율 등의 종속변수(Yi)를 입력받는다(S20).When the operation is started (S10), the
다음에 연소튜닝본체(106)는 동압진동 목표치(P'_target), NOx 배출량 목표치(NOx_target), 연소효율 목표치(C.E._target) 등과 같은 연소성능 목표치를 입력받는다(S30).Next, the
이어서 연소튜닝본체(106)는 기존 운전 조건을 기준으로 제어변수(Xi)에 대해 민감도 분석시험을 하고, 하나의 제어변수는 조정하면서 다른 제어변수는 고정시키고 -15% ~ 15% 구간에서 5% 간격(-15%, -10%, -5%, 0%, 5%, 10%, 15%)으로 변화시키며 제어시스템(107)을 가동시킨 후에 동압 측정센서(104)와, 배기가스 분석기(105)로부터 입력되는 신호를 통하여 종속변수(Yi)의 변화를 계측한다(S40). 여기서 0%는 기존 운전조건을 의미한다.Subsequently, the
다음에 연소튜닝본체(106)는, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 제어변수(Xi)의 변화량을 x축, 종속변수(Yi)를 y축으로 하는 스파이더 챠트(spider chart)와, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 제어변수(Xi)의 변화량이 ±10%일 조건에 대한 종속변수(Yi)의 변화범위를 x축, 그 변화범위를 가장 크게 하는 제어변수(Xi)를 y축으로 도시한 그래프인 토네이도 챠트(tornado chart)를 생성하고, 스파이더 챠트와 토네이도 챠트를 이용한 민감도 분석을 통하여 연소튜닝 우선순위를 결정한다(S50). Next, as shown in FIG. 3, the
도 3의 스파이더 챠트에서, 제어변수(Xi)의 종류로서 AF, AT, FR, MFF, PFF 가 있는데, 상기 AF는 공기 플로우 레이트(Air Flow rate)이고, 상기 AT는 공기 온도(Air Temperature)이고, 상기 FR은 파일럿 대 메인 연료의 비율(pilot to main Fuel Ratio)이고, 상기 MFF는 메인 연료 플로우 레이트(Main Fuel Flow rate)이고, 상기 PFF는 파일럿 연료 플로우 레이트(Pilot Fuel Flow rate)를 의미한다. 또한, 종속변수(Yi)로서는 NOx의 양이 있다. 상기한 제어변수(Xi)의 변화량에 대한 종속변수(Yi)의 변화량, 즉 각각의 제어변수(Xi)들 중에서 기울기의 절대치가 가장 큰 것을 가장 먼저 우선적으로 튜닝하게 된다. 기울기가 가장 크다는 것은 가장 민감하다는 것을 의미하고, 민감도가 큰 제어변수일수록 작은 변량의 변화만으로 큰 성능의 변화결과를 덛을 수 있기 때문에 연소 튜닝을 우선적으로 하면서, 연소 튜닝시 제어변수를 적게 변화시키면서 연소성능을 최적화할 수 있게 된다. In the spider chart of FIG. 3, there are AF, AT, FR, MFF, and PFF as control variable Xi. The AF is an air flow rate, and AT is an air temperature. The FR is a pilot to main fuel ratio, the MFF is a main fuel flow rate, and the PFF is a pilot fuel flow rate. . In addition, there is an amount of NOx as the dependent variable Yi. The change amount of the dependent variable Yi with respect to the change amount of the control variable Xi, that is, the highest absolute value of the slope among the respective control variables Xi is tuned first. The largest slope means the most sensitive, and the more sensitive the control variable is, the smaller the change of the variable can result in the change of big performance. Combustion performance can be optimized.
도 4의 토네이도 챠트에서도 AF는 공기 플로우 레이트이고, AT는 공기 온도이고, FR은 파일럿 대 메인 연료의 비율이고, MFF는 메인 연료 플로우 레이트이고, PFF는 파일럿 연료 플로우 레이트를 의미하며, 가장 위쪽에 있는 제어변수로부터 아래쪽에 있는 변수가 우선순위이다. In the tornado chart of FIG. 4, AF is the air flow rate, AT is the air temperature, FR is the ratio of pilot to main fuel, MFF is the main fuel flow rate, and PFF is the pilot fuel flow rate. The variable below it is the one that precedes it.
이어서 연소튜닝본체(106)는, 동압진동 목표치(P'_target), NOx 배출량 목표치(NOx_target), 연소효율 목표치(C.E._target) 등과 같은 연소성능 목표치를 만족시키는 제어변수(Xi)의 상한가(Upper Control Limit, UCL)와 하한가(Lower Control Limit, LCL)를 결정함으로써 연소튜닝 우선순위에 따라 안정화 범위를 결정한다(S60). 상기한 상한가(UCL)와 하한가(LCL)로서는 동압진동 목표치(P'_target)를 만족시키는 제어변수(Xi)중 상한가(Xi_P'_UCL), 동압진동 목표치(P'_target)를 만족시키는 제어변수(Xi)중 하한가(Xi_P'_LCL), NOx 배출량 목표치(NOx_target)를 만족시키는 제어변수(Xi)중 상한가(Xi_NOx_UCL), NOx 배출량 목표치(NOx_target)를 만족시키는 제어변수(Xi)중 하한가(Xi_NOx_LCL), 연소효율 목표치(C.E._target)를 만족시키는 제어변수(Xi)중 상한가(Xi_C.E._UCL), 연소효율 목표치(C.E._target)를 만족시키는 제어변수(Xi)중 하한가(Xi_C.E._LCL) 등이 있다. Subsequently, the combustion tuning
다음에 연소튜닝본체(106)는, 제어변수(Xi)의 상한가(UCL)와 하한가(LCL)의 조건을 성공적으로 도출하였는지 판단하고(S70), 연소성능 목표치를 달성하기 위한 제어변수 값의 안정화 범위들이 각각 도출되면 Xi_min=Max(Xi_P'_LCL, Xi_NOx_LCL, Xi_C.E._LCL), Xi_max=Min(Xi_P'_UCL, Xi_NOx_UCL, Xi_C.E._UCL)을 구함으로써 이 범위들의 교집합을 구한다(S80). 그리고, 상기한 교집합 범위의 평균치[(Xi_min + Xi_max)/2]를 최종 연소튜닝 결과(Xi_sv)로 설정한다(S90).Then, the
이어서 연소튜닝본체(106)는, 최종 연소튜닝 결과값(Xi_sv=(Xi_min + Xi_max)/2)이 연소성능 목표치와 일치하는지 확인함으로써 목표조건(P'<P'target, NOx<NOx_target, C.E.>C.E._target)을 만족시키는지를 판단한다(S100).Subsequently, the
제어변수(Xi)의 상한가(UCL)와 하한가(LCL)의 조건을 성공적으로 도출하지 못하였거나, 최종 연소튜닝 결과값(Xi_sv)이 연소성능 목표치와 일치하지 않는 경우에, 연소튜닝본체(106)는 목표치 재설정을 위한 에러 메세지를 출력한 뒤에(S110), 사용자가 목표치 재설정을 원하는지를 판단하여(S120), 사용자가 목표치 재설정을 원하는 경우에 동압진동 목표치(P'_target), NOx 배출량 목표치(NOx_target), 연소효율 목표치(C.E._target) 등과 같은 연소성능 목표치를 입력받는다(S30).If the conditions of the upper limit value UCL and the lower limit value LCL of the control variable Xi are not successfully derived, or the final combustion tuning result Xi_sv does not match the combustion performance target value, the
최종 연소튜닝 결과값(Xi_sv)이 연소성능 목표치와 일치하는 경우에, 연소튜닝본체(106)는 가스터빈 운전조건을 재설정하고(S110), 동작을 종료한다(S140).When the final combustion tuning result value Xi_sv matches the combustion performance target value, the combustion tuning
도 1은 이 발명의 일실시예에 따른 가스 터빈 자동 연소 튜닝 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a gas turbine automatic combustion tuning apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2는 이 발명의 일실시예에 따른 가스 터빈 자동 연소 튜닝 방법의 동작 순서도이다.2 is an operation flowchart of a gas turbine automatic combustion tuning method according to an embodiment of the present invention.
도 3은 이 발명의 일실시예에 따른 가스 터빈 자동 연소 튜닝 장치의 스파이더 챠트(spider chart)이다.3 is a spider chart of a gas turbine automatic combustion tuning apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4는 이 발명의 일실시예에 따른 가스 터빈 자동 연소 튜닝 장치의 토네이도 챠트(tornado chart)이다.4 is a tornado chart of a gas turbine automatic combustion tuning apparatus according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
101 : 압축기 102 : 연소기101: compressor 102: combustor
103 : 가스터빈 104 : 동압 측정센서103 gas turbine 104 dynamic pressure sensor
105 : 배기가스 분석기 106 : 연소튜닝본체105: exhaust gas analyzer 106: combustion tuning body
107 : 제어시스템107: control system
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2009
- 2009-06-30 KR KR1020090059458A patent/KR101081080B1/en active IP Right Grant
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