KR101171120B1 - 연소공기를 단열냉각하기 위한 물처리 및 가압시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스터빈(15)을 포함하고, 측정, 제어 및 조정유니트에 의해 작동되는 플랜트를 위하여 연소공기를 단열냉각하기 위한 물처리 및 가압시스템에 관한 것이고, 120바(bar)의 최대작동압력을 위해 제공되고 변화하는 유동속도를 가지는 상승 및 가압스테이션(16)이 구성되고, 노즐홀더 램프(12)에 배열된 일련의 노즐(20)들과 상기 상승 및 가압스테이션이 연결되며, 습도 및 온도프로브(52, 53,54, 55)들을 위한 한 개이상의 하우징유니트(44)가 노즐홀더램프의 하류위치에 배열되는 것을 특징으로 한다.

Description

연소공기를 단열냉각하기 위한 물처리 및 가압시스템{WATER TREATMENT AND PRESSURIZATION SYSTEM FOR THE ADIABATIC COOLING OF COMBURENT AIR}

본 발명은 연소공기를 단열냉각하기 위한 물처리 및 가압장치에 관한 것이다. 특히, 상기 연소공기는 건설업자 및 사용자에 의해 설계된 운동장치의 가스터빈에 공급된다.

특히, 본 발명은 가스터빈에 관한 건설업자 및 사용자의 요구를 충족시키기 위하여 특정 제어상태에서 포화상태 및 과포화상태의 영역에서 작동하고 최적밀도를 위해 상기 연소공기(comburent air)를 처리하는 한 개이상의 가습플랜트에서 이용되는 처리 및 가압유니트를 포함한 시스템에 관한 것이다. ISO 규정에 의하면, 15℃의 온도, 60%의 상대습도 및 1013 hPa의 대기압에서 상기 연소공기는 이상적인 밀도를 가진다. 종래의 플랜트 및 신규 플랜트를 위해 연소공기의 처리부분에 상기 시스템이 일체구성될 수 있다. 본 발명을 따르는 상기 시스템의 구성부품들이 용도에 따라 선택되고 해당 용도에 적합한 치수를 가진다.

가스터빈용 연소공기의 단열냉각과 관련된 분야에서 구해진 경험에 의하면, 상기 가스터빈들을 설치할 때 상기 과정에 의해 기능 및 에너지와 관련된 개선이 이루어진다. 소위 "포깅(fogging)" 설치에 의해 투자, 자본회수 및 기술성과가 우수해진다. 서로 다른 형태의 상기 시스템은, 여러 산업분야에서 채택되고 점진적으로 발전하여 또 다른 개발을 위한 기초가 되었다. 상기 기술에 따라, 드롭(drop) 분리장치의 제거가 에너지 관점에서 최선의 해결방법으로 제공되지만, 처리유니트를 통과한 공기형태의 유동이 가지는 압력강하가 제한될 수 있다. 그러나, 드롭 분리장치가 제거되면, 상기 가스터빈을 채택한 플랜트의 이용자 및 제조업자들이 요구하는 변수들을 만족시키고 증발과정으로부터 형성되는 단일 드롭의 치수범위를 허용하는 노즐들이 이용되어야 한다. 연소공기의 냉각장치에서 현재까지 구해진 경험에 의하면, 하기 문제점들이 고려되어야 한다.

- 100 내지 120바(bar)이상의 물 압력이 이용되므로 높은 기계적 특성을 가지고 노즐 및 펌프의 제조에 적합한 재료가 이용되어야 한다. 적합한 기술적 선택에도 불구하고 상기 부품들의 수명은 감소되고 작동비용이 증가된다.

- 작동상태를 고려할 때 노즐로 공급되는 물의 압력이 가지는 유동균일성 및 일정한 특성이 중요하다. 공급압력의 범위를 가능한 작게 유지하기 위하여, 특수제어시스템에 의해 펌프들이 작동되어야 한다. 증발된 물의 최적 방출상태를 허용하는 작동상태를 위하여 일부 제조업자들이 이용하는 펌핑시스템의 세분화(fractionation)과정은 충분하지 못하다.

- 설치된 노즐들을 최적으로 이용하려면, 단일 펌프엔진의 연결 및 분리가 계속해서 프로그램되어야 한다. 단일 노즐 램프(nozzle ramp)에 대한 물유동의 새로운 부분화시스템이 중요하다.

- (예를 들어, 증발과정의 하류위치에서) 관련 피드백(feed-back)작용을 가지는 조절 및 제어유니트가 없다면, 공기의 가습화 및 포화 및/또는 과포화제어 및 조절시스템들이 연소공기에 관한 실제 건습도 상태를 항상 정확히 제어할 수는 없다. 그 결과, 가스터빈에 대해 (예를 들어, 제어되지 않은 상태로 과도한 포깅(fogging)과 같은) 부적합한 공기공급이 형성되고, 에너지산출량이 변화하며 가스터빈이 부식되고 손상된다.

- 경험에 의하면, 측정 및 제어유니트들의 위치설정을 통해 처리장치의 하류위치에서 연결상태의 구성부품들이 가스터빈으로 떨어지지 않아야 한다. 종래기술의 구조에서 단열냉각기능의 플랜트가 연결되면, 제어되지 않은 상태의 난류현상이 발생되고 공기형태의 유동이 통과하는 여러 위치들에서 열-습도상태는 상당한 차이를 나타낸다. 따라서, 제어 및 측정위치들의 결정 및 구성이 일부 설치과정에서 발견된 관련 문제점과 함께 상기 문제를 극복해야 한다.

- 현재 설치된 대부분의 제어 및 조절시스템에 있어서, 단일 펌프들에 대한 불충분한 조절작용은 다수의 연결 및 분리작용을 야기하고, 결과적으로 펌프 및 전기부품들의 기계적 결함을 발생시킨다. 펌프들의 간섭작용이 제어되지 못하여 발생되는 상기 문제에 의해 노즐에 대한 물유동이 제어되지 못하고 터빈압축기의 유입구에서 열-습도 상태가 제어되지 못한다.

본 발명의 목적은 상기 문제점들을 제거하는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 제 1항에 청구된 연소공기의 단열냉각을 위한 물처리 및 가압시스템을 제공하여 상기 목적이 달성된다.

본 발명의 다른 특징들이 종속항들에서 청구된다.

하기 방법에 의해 가스터빈을 채택한 사용자 및 플랜트제조업자들의 요구가 충족된다.

본 발명에 의하면, 가스터빈을 위한 연소공기의 단열냉각시스템내에 특정 부품들이 배열되거나 일체구성된다.

우선 하기 특징들이 고려된다.

- 현재 설치되어 있거나 새로 건설되는 보조 플랜트구조물내에서 물증발 시스템을 일체화할 수 있다.

- 필요한 에너지산출량을 개선하기 위하여 연소공기를 포화시킨다. 필요하면 일시적으로 공기를 과포화시킬 수 있다.

- 증발노즐의 최적작동상태에 적합하고 70 내지 120바(bar)로 변화하는 압력범위를 유지하여, 평균 사우터(Sauter) 직경에 관한 계산값에 따라 10 내지 20미크론(D10) 및 10-30미크론(D32)내에서 치수균일성을 가진 방울형태의 증발된 물이 연소공기의 유동속으로 유입될 수 있다.

- 플랜트의 조절단계를 유지시켜서, 정해진 범위내에서 노즐에 대한 공급압력 및 물유동속도를 노즐의 최적이용상태로 근접시킬 수 있다.

본 발명을 따르는 연소공기의 단열냉각을 위한 물처리 및 가압시스템이 가지는 특징 및 장점들이 첨부된 도면들에 도시된 실시예들을 참고하여 상세히 설명된다.

도 1은, 본 발명을 따르는 연소공기의 단열냉각을 위한 물처리시스템의 실시예를 도시한 개략도.

도 2는, 도 1의 부분도.

도 3은, 펌프스테이션의 확대도.

도 4는, 도 1에 도시된 시스템의 일부분을 구성하는 프로브 하우징 유니트의 제 1 실시예를 도시한 사시도.

도 5, 도 6 및 도 7은, 도 1에 도시된 시스템의 일부분을 구성하는 프로브 하우징 유니트의 제 2 실시예를 도시한 측면도, 평면도 및 분해사시도.

*부호설명*

11.......공기공급 챔버 12.......램프

14.......덕트 15........터빈

16......가압스테이션 20......노즐

도면을 참고할 때, 가스터빈이 제공되는 플랜트와 기계에서 이용되고 연소공기를 단열냉각하기 위한 물처리 및 가압시스템이 개략적으로 도시된다. 상기 시스템은, 이상적으로 설정된 상태에서 작업을 수행한다.

본 발명의 상기 시스템은, 공기공급영역을 형성하는 공기공급 챔버(11)를 가지고, 상기 공기공급 챔버는 덕트(14)의 유입구(13)앞에서 증발 물을 형성하는 노즐홀더 램프(12)로 공기를 전달하며, 상기 덕트(14)는 가스터빈(15)으로 공기를 전달한다. 증발 물은, 증발 물의 가압스테이션(16)으로부터 상기 노즐홀더램프(12)로 전달된다.

공기유동을 제어하기 위하여 상기 공기공급 챔버(11)내부에, 대기공기 온도 프로브(17), 대기공기 습도프로브(18) 및 선택적으로 차동압력 프로브(19)가 구성된다.

물 유동속도, 압력, 전체 물 유동속도의 배분 및, 상기 가압스테이션(16)의 각 부품들이 가지는 유체동역학적 특성은, 상기 가스터빈(5)의 작동조건에 의존한다. 최대작동압력은 120 바(bar)인 것이 선호된다. 노즐(20)의 유체동역학적 특성에 의해 상기 압력이 설정된다. 프로젝트 선택에 기초하여 상기 압력설정의 목적은, 동일한 작업목적을 가지고 약 120 바 이상의 압력에서 작동하는 다른 형태의 플랜트에서 발견되는 물리기계적 응력이 본 발명의 시스템에 가해지는 것을 회피하는 것이다. 특히, 단일 제어시스템에 연결되는 복수개의 펌프들에 있어서, 서로 다른 유동속도 및 압력(prevalence)조건을 가진 한 개이상의 펌프들이 선택될 수 있다. 특히 물이 분배되어 공급되는 노즐들에 대해 설정된 유동속도와 압력을 만족시키고 플랜트에 의해 제어되는 조정기능이 허용된다. 각 구성부품들의 보호기능, 펌프의 간섭과 선택기능, 차단 또는 조정 또는 분배용 밸브의 개폐기능을 가진 밸브제어 유니트가 선택되고 해당 스테이션내부에 설치된다. 상기 기능들과 관련된 작업들이 작업자에 의해 수행되거나 자동으로 수행된다. 회전속도에 관한 연속 전기전자식 인버터(inverter)가, 모든 펌프들에 제공되거나 일부 펌프에 제공된다. 따라서, 가스터빈(15)으로 전달되는 연소공기의 유동이 가지는 열-습도상태가 제어될 수 있다.

(도 1 및 도 2를 참고할 때,) 단일 펌프(22)에 대해 일정한 공급압력을 제공하기 위해 플랜트공급수의 수집탱크(21)는, 최저수위(23) 및 최대수위(24)에 관한 제어시스템을 가지고 펌프(22)에 대한 연결부를 가지며 수집장치(25)의 바이패스 및 방출밸브에 대한 연결부를 가진다. 가스터빈(15)에 대한 물 유동 속도를 위해 물을 가압하는 한 개이상의 펌프(22)들이 120 바(bar)의 최대작동압력을 가진다. (도 3을 참고할 때,) 펌프의 흡인측부에서 펌프(22)는, 물공급을 차단하기 위한 수동차단밸브(26), 필터(28)의 상류에 배열된 온-오프 형태의 전자기밸브(27) 및 최소압력의 유지장치(manostat)(29)를 포함한 일련의 구성품들을 가진다. 펌프(22)가 작동준비상태이거나 플랜트가 폐쇄될 때 유동을 자동으로 차단하기 위해 상기 전자기밸브(27)가 제공된다. 예를 들어, 카트리지 형태로 구성되는 기계식 필터(28)가, 10/20 미크론의 여과능력을 가진다. 현장에서 공급압력의 아날로그식 판독을 위해 기계적으로 작동하는 글리세린 배쓰(glycerin bath) 압력계(30), 물유동이 부족할 때 펌프(22)를 보호하기 위하여 제어시스템 및 제어시스템에 대한 연결부와 상호연결된 최소압력의 안전압력계(29)가 구성되고, 또한 물운반덕트에 대한 가요성 연결부(31)가 구성된다.

펌프(22)의 가압측부에서 펌프는, 가압상태를 제어하기 위한 압력계(32), 최대허용작동압력을 위해 예비조정되는 안전밸브(33)를 가진다. 또한 펌프의 작동에 의해 발생되는 압력차를 보상하기 위하여 축압기(34)가 배열된다. 120바(bar)이하이고 안전밸브의 조정값보다 작은 값이 선호되는 최대 작동값으로 조정된 3-Way 바이패스 밸브(35)가, 3- Way 밸브(36)보다 앞에 배열되고, 상기 3- Way 밸브(36)는 상기 3-Way 바이패스 밸브(35)의 하류위치에 연속적으로 배열된다. 따라서, 펌프(22)의 작동이 정지될 때, 상기 밸브들의 구성에 의해 물공급 네트워크로부터 물이 방출되어, 물방울이 연소공기의 유동속으로 확산되는 것이 방지된다. 시스템의 작동조건에 따라 상기 밸브를 작동시키기 위해 측정, 제어 및 조절시스템이 제공된다. 공급압력이 70 바(bar)의 최소값에 도달할 때 수집장치와 노즐홀더 램프에 물을 공급하기 위하여 상기 측정, 제어 및 조절시스템은 밸브를 모두 개방한다.

최대/최소압력의 유지장치(37)는, 노즐에 전달된 유체의 압력을 최적화하고 작동압력의 범위를 유지하며, 노즐로 물을 전달하는 부품들의 비정상적인 작동을 확인한다. 유지장치로부터 발생된 신호들이 확인되고 제어시스템의 해당 부분으로 전달된다.

일련의 펌프들이 전체적으로 또는 부분적으로 모터 인버터(38)를 가지고, 상기 모터인버터는 펌프의 회전범위에 관한 연속 전기-전자 제어장치(38a)와 연결된다. 인버터를 가진 펌프들이 최소중간조절부를 가지고, 램프홀더 수집장치(39)에 대하여 각 펌프의 가요성 덕트(40)가 구성된다.

스테이션의 자동작동은 측정, 조정 및 제어시스템에 의해 수행된다.

개방사이클내에서 증발물과 관련한 하기 냉각시스템은, 상류위치에서 가압스테이션의 처리기능을 요구하고 증발물의 처리플랜트를 요구한다. 상기 냉각시스템의 구성은, 노즐에 공급되는 물의 물리화학적 특성을 고려하여 제공된다. 특히, 기계적 작용 및 전자기적 작용을 가진 구성부분들을 이용하여 슬러리를 분리하는 한 개이상의 여과단계/ 기계적 분리단계가 제공된다. 공급물의 유입조건 및 원하는 물체적과 관련하여 수동 및/또는 자동으로 단계가 수행될 수 있다.

건습도 상태조건을 충족시키는 시스템의 정해진 작동과정을 제어하도록 측정, 제어 및 조정플랜트가 구성되어, 연소공기가 포화상태에 근접한 값까지 단열냉각되고 가습화되며 과포화상태에 도달될 수 있다. 시스템의 유입부분 및 유출부분사이에서 단열냉각과정으로부터 구해지는 엔탈피 및 상대습도와 절대습도에 관한 온도차는 흡인되는 외부공기의 건습구상태와 관련된다. 공기의 포화범위내에서 유출구의 연소공기가 15℃에 근접한 온도를 가지도록 플랜트는 외부공기의 건습구상태와 적합하게 자동으로 작동된다.

단일기능을 위한 구성요소 및 시스템의 내부와 외부에서 이루어지는 기능을 조정하기 위한 구성요소가 제공된다.

프로젝트 및 작업선택에 기초하여

- 예를 들어, 온도, 처리되는 공기의 상대습도 및, 다른 변수들을 추론하여 구해지는 절대습도 및 엔탈피와 같은 과정과 관련되는 수치들의 측정,

- 상기 수치들 및, 펌프의 작동/정지, 자동 분배 밸브와 유지장치의 개폐와 같은 가스터빈의 작동조건을 만족시키는 수치들에 기초한 플랜트 구성요소의 제어/명령,

- 설치된 부품들의 조정,

- 제공된 기능들의 상호작용에 기초하여 시스템내에서 수행되는 모든 과정들의 자동화,

- 상기 작동조건의 계산 및 기록, 수집된 데이터의 입력, 수집, 처리 및 전달,

- 예를 들어, 가스터빈의 사용자와 건설업자의 요구에 따라 습식압축을 수행하며 시스템의 특정작동을 수행하기 위하여 시스템 외부에서 이전상태에 관한 데이터의 전달,

- 시스템외부에서 데이터의 수용과 처리, 명령/지시기능들, 플랜트내부에서 상기 기능들의 통합/실행이 수행된다.

예를 들어, 상기 플랜트는, 상기 기능들을 가지는 PLC형태의 제어스테이션(41) 및, 사용위치에 전기를 공급하고 전기부품의 안전기능을 제공하는 전기전원패널(42)을 포함한다.

노즐(20)로 물을 공급하는 펌프(22)들은, 회전영역에 관한 전기전자 제어기(38a)(인버터)를 가지고 상기 제어스테이션(41)에 연결된다.

(도 1을 참고할 때,) 노즐홀더 램프(12)에 물을 공급하거나 물공급을 차단하기 위한 온-오프 밸브(43)들이 상기 노즐홀더 램프(12)에 구성된다.

도 1을 참고할 때, 대기공기 습도 및 온도 프로브(18,17)들이, 수증기 플랜트의 상류위치에서 측정기능을 수행한다. 수증기 플랜트의 하류위치에서 상대습도 프로브(52,53), 습도 조절기(54) 및 온도프로브(55)들이 특수 용기내에 구성된다.

압력프로브, 유동측정기 및 유지장치가 노즐에 대한 물공급회로들의 작동상태를 감시하고 펌프를 위한 신호를 제공한다.

본 발명에 의하면, 시스템에 의해 처리되는 연소공기의 건습도 상태조건에 관한 제어과정이 제공된다.

상대습도가 일정하게 제어된다. 따라서, 연소공기의 포화도가 제어될 수 있고, 공기상태를 최적화하기 위한 상태가 포화선과 근접하게 형성된다. 상기 상태가 가스터빈의 에너지생산과 관련한 적용분야에서 종래의 공학적 경험들 및 기술물리학에 의해 제공된다. 온도가 15℃와 같이 가스터빈의 특정작동요건에 의해 형성된 하한계상태에 대해 제어된다.

온도 및 상대습도에 관한 외삽법을 이용하여 엔탈피의 공기성분 및 절대습도와 같은 다른 변수값들이 플랜트로부터 구해진다. 상기 변수들의 감지에 의해, 연소공기의 외적상태와 관련한 잠재적인 이용이 감시되고 기록된다.

수증기의 가압스테이션에 관한 작동이 제어된다.

증기노즐의 거동에 관한 일련의 연구활동에 의하면, 증발된 물방울에 관한 사우터 평균직경 기준에 따라 일정한 펌핑압력범위내에서 작동하여 최적크기 스펙트럼이 정해진 오차범위내에 유지된다. 상기 문제점을 고려하여 증발노즐이 선택된다. 본 발명에 의하면, 외부에서 공급되는 공기의 건습도 상태가 계속해서 변화함에 따라 시스템을 유출입하는 공기의 수분함량차가 변화한다. 그 결과 공기의 최대포화설정점이 플랜트의 전달점을 형성함에 따라 물의 유동속도가 연속적으로 변화한다. 수집기 및 노즐홀더 램프들에 공급되는 물이 적합한 온-오프 전자밸브들에 의해 세분화되어 공급될 수 있다.

다양한 적용요건에 적합한 기본 구성이 도 1에 도시된다.

상기 세분화된 구성에 의해 노즐에 전달된 물유동속도가 조정된다. 본 발명에 의하면, 유사한 적용예들에서 긍정적인 결과가 이루어진다. 제공된 터빈을 위해, 회전범위에 관한 전기전자식 제어기(인버터)가 모두 선택되거나 부분적으로 선택된다. 상기 구성에 의하면, 물의 유동속도가 조절될 수 있다. 따라서, 증발노즐의 유체동역학적 특성들과 가장 적합한 상태가 형성된다.

여러 개의 펌프들에 있어서, 증발 노즐들이 구성되는 동안 수집장치 및 노즐홀더 램프와 연결된 펌프들을 연속적으로 배열하여, 상기 건습도상태를 초과하지 않고 터빈으로 전달된 공기의 상대습도가 제어된다. 덕트에 조립된 모터작동식 밸브를 개방하여 연속과정이 제공된다.

최소압력 유지장치에 의해 물이 존재하는 것이 표시될 때, 개시단계에 관련된 펌프가 유지장치에 의해 작동된다. PLC 제어스테이션에 의해 입력된 펌프의 회전범위가, 인버터들에 의해 조정된다. 펌프가 전기 전원선에 직접 연결되고, 프로젝트에서 규정한 최대능력에 따라 작동한다.

터빈으로 전달된 공기의 습도 및 설정된 상대 습도값사이의 전이값에 대해, 인버터를 제어하는 신호가 물의 유동속도를 증감시킨다(루프마스터). 인버터에 연결된 펌프는 건설업자의 기술사양에 따라 인버터에 의해 형성되는 최대물유동의 최소범위 예를 들어, 40% 내에서 작동한다. 예를 들어, 40% 내지 100%와 같은 제어범위로 제어기가 작동한다.

펌프기능이 작동하기 전에 최소기능영역에 따라 세분화가 이루어진 후, 제어소프트웨어에 내장된 예측계산을 통해 PLC 제어스테이션이 최대 단열산출량을 확인하여, 건습도상태에 관한 설정값을 초과하는 것이 방지된다. 펌프의 운전을 위해 제어소프트웨어는, 상대습도의 한계값 그 결과 포화값이 초과되는 지를 감시한다. 이 경우, PLC 제어스테이션에 의한 연속적인 입력에 대해 펌프는 작동하지 않는다.

플랜트의 운전을 위한 소프트웨어가 증발노즐로 전달되는 물의 온도를 고려하는 예측계산기능을 제공한다.

상기 PLC 제어스테이션은, 관련 연결부를 통해 펌프를 인버터에 계속해서 연결시킨다.

다양한 명령들이 전기전원패널에 전달되고, 전기전원패널은 펌프를 상기 인버터에 연결하거나 직접 전원선에 연결한다. 펌프에 관한 작동 시퀀스에 의해 기능적 특성이 만족될 수 있고, 작동압력에 관한 한, 증발노즐의 유체동역학적 특성이 만족된다.

터빈으로 전달된 공기의 온도가 자유롭게 선택된 값으로서 15℃와 같은 연소공기의 최소온도한계에 근사할 때, 상기 온도가 고정 한계값이하로 감소되는 것을 방지하기 위하여 PLC 제어스테이션은 점진적으로 한 개이상의 펌프들의 작동을 배제시킨다.

일정 개수의 펌프들을 이용하면, 상기 구성에 따라 정해진 압력범위내에서 물유동속도/절대습도차비율이 연속적으로 세분화될 수 있다.

증발노즐들의 유체동역학적 특성에 의해 압력범위가 설정되고, 70 내지 120바(bar)의 압력이 예측된다.

본 발명의 플랜트에 의하면, 연소공기가 처리되는 과정 전후에 온도 및 상대습도값이 측정되고 제어된다.

실시간으로 기록되는 측정값에 의해 제어유니트들이 간섭될 수 있고, 따라서 단지 시스템의 상류위치 및/또는 하류위치에서 측정된 측정값들에 기초하여 연소공기의 상태값을 예측하거나 추측하는 것이 불필요하다.

터빈으로 전달된 공기의 상대습도가 안전 습도조절기에 의해 설정된 전달값을 초과하거나, 상기 온도 및 습도 프로브들이 배열된 덕트들내에서 상기 프로브들과 습도조절기가 공기의 통과를 감지하지 못하면, 노즐에 물을 공급하는 펌프의 작동이 정지된다. 다음에, 전기적 차단기능이 개시된다.

터빈의 작동을 위해 본 발명을 따르는 시스템의 작동이 감시되어, 시스템의 모든 작동과정동안 일체로 구성된 터빈의 작동이 보장된다. 따라서, 도 3의 부분도에 도시된 구성이, 안전 장치 및 기구의 작동을 위해 제공될 수 있다. 가스터빈(15)의 이용분야에서 지금까지 구해진 경험을 기초하여, 습도 및 온도 프로브들을 가진 하우징유니트(44)가, 증발부분의 하류에 위치한 덕트(14)내부에 구성된다.

종래기술의 플랜트에 있어서, 가스터빈(15)과 연결된 덕트(14)의 여러 부분들내에서 불균일한 열-습도(thermo-hygrometric)상태들이 형성되기 때문에, 본 발명의 하우징 유니트가 제공된다. 상기 열- 습도 상태를 한 곳에서 일회 감지하면, 제어되는 값들이 왜곡되고 변형될 수 있다. 이러한 문제는, 제어 위치와 횟수를 증가시키거나 변화시켜 방지될 수 있다.
도 1을 참고할 때, 노즐을 포함한 증발영역의 하류에 위치하고 습도 및 온도 프로브들이 설치되는 상기 하우징유니트(44)는, 연소공기를 통과시키고 안내하여 전달하는 덕트(14)와 연결되고, 상기 덕트들은 노즐들이 설치되는 증발영역의 유입구와 유출구에 연결된다.

상기 하우징유니트(44)의 주요 부분으로서, 플랜지를 가진 튜브(45)가 구성되고, 상기 튜브는 수평위치에서 튜브의 단부들을 통해 흡인덕트(14)의 일부분에 형성된 벽(46)들에 고정된다. 상기 튜브는 작동을 위한 거리를 두고 일직선상에 배열된 개구부(47)들을 가진다. 상기 튜브(45)내부에서 공축을 형성하는 관형의 덕트요소(48)가 제공된다. 상기 덕트요소(48)는 모터 리듀서(motor reducer)(49)에 의해 회전방향으로 운동하며, 상기 모터리듀서는 회전범위를 제어하고 변화시킨다. 상기 형태의 가스터빈(15)에 대해 상기 덕트요소(48)는 다수의 구멍(50)들을 가진다. 상기 구멍(50)들은 덕트(48)의 표면위에서 축으로부터 벗어나 배열된다.

덕트요소가 회전운동하면, 덕트(14)내에서 연소공기가 통과하는 영역의 서로 다른 위치들에서 흡인된 공기유동이 선택될 수 있다. 덕트(14)내부로 흡인된 공기가, 측정 및 제어유니트를 수용한 챔버(51)를 통과한다.

상기 측정유니트는 예를 들어, 서로 비교되고 한 쌍으로 제공되는 처리공기의 상대습도 프로브(52,53), 처리공기의 습도조절기(54) 및 처리공기의 온도 프로브(55)를 포함한다(도 1 및 도 4를 참고).

측정작업에 필요한 공기는, 선택된 팬(56)에 의해 흡인된다. 상기 팬은 팬의 가압측부에서 상기 덕트(14)를 관통하는 영역에 연결된다. 상기 측정 및 제어유니트가 손상되거나 고장 날 때, 상기 측정유니트의 구성에 의해 상기 측정요소들이 가스터빈의 흡인부분으로 떨어지는 것이 방지되고 보호된다.

가스터빈(15)내에 형성되는 소위 "습식압축"을 위한 제어작용과 관련하여 측정, 조정 및 제어변수들을 이용하기 위해, 가스터빈(15)의 이용자 또는 제조업자의 필요에 따라, 미리 선택된 습도와 온도에서 본 발명을 따르는 시스템의 유출조건들이 설정된다.

시스템은 측정장치내에 일체구성된 알람네트워크(alarm network)와, 제어 및 조절 플랜트를 포함하고, 상기 제어 및 조절 플랜트는 하기 기능들을 가진다.

- 온도 및 습도 프로브에 의해 발생되는 측정값들의 신뢰성을 평가하고, 비교되는 다른 프로브에 의해 형성된 값들과 상기 측정값들을 비교한다. 임계값이 상당히 변화하거나 초과되면 알람기능이 작동한다. 예를 들어, 측정값들이 알람기능에 관한 임계값보다 큰 임계값을 초과하면, 모든 펌프들이 정지된다.

- 펌프들의 흡인 및 공급측부들에 구성된 압력프로브가, 자유롭게 설정된 해당 밴드의 최소 또는 최대 오프셋 한계값내에 압력값이 포함되지 않는 것을 표시하면, 해당 알람기능이 작동한다.

- 셋업단계에서 설정된 일정한 지속시간동안 압력이 유지되면 각각의 알람기능이 작동된다. 회전범위에 관한 제어기(인버터)에 의해 펌프가 제어될 때, 관련 제어신호가 최대범위에 근접한 후에만 유체유동의 부족에 기인한 알람기능이 작동한다.

- 손상에 관한 신호를 기억한다. 예를 들어, 손상의 원인을 제거한 후에 알람신호가 재설정될 수 있다.

- 증발 물 회로내에 배열된 밸브의 위치가 제어기로 전송되고 비정상적인 작동이 확인되며, 예를 들어, 펌프에 연결된 온-오프밸브가 개방되지 않은 상태 또는 펌프의 비정상적인 기능이 확인될 수 있다.

- 회전범위에 관한 제어기(인버터)들을 조정하고 펌프의 연결을 제어한다.

알람장치는, 습도 프로브, 최저온동 프로브, 습도조절기, (펌프의 공급측부에 배열된) 최소 및 초대압력프로브, (펌프의 흡인측부에 배열된) 최소압력 프로브, 연소공기의 유동제어를 위한 차동압력 프로브에 연결된다.

여러 측정위치들에서 측정되는 값들이 제어스테이션내에 기억될 수 있다.

플랜트를 원거리에서 운전하기 위해 상기 값들은 적합한 신호전달을 통해 전달할 수 있다.

또 다른 실시예에 의하면, 습도 및 온도 프로브를 위한 서로 다른 형태의 하우징유니트(144)가 덕트(14)내부에서 증발부분의 하류위치에 배열된다.

상기 하우징유니트(144)는, 측부패널(57,58,59,60)들과 단부판(61,62)들로 구성된 챔버(151)에 연결된다.

챔버(151)내에 고정판(71)이 위치하며, 특히 전방의 단부판(61)이 제 1 구멍(70a)들을 가지고 상기 제 1 구멍(70a)들은 고정판(71)에 위치한 제 2 구멍(70b)들과 연결된다. 가요성 튜브(72)들에 의해 상기 제 1 구멍(70a)들이 상기 덕트(14)에 연결되고, 덕트부분의 여러 위치들에서 공기샘플이 덕트(14)로부터 분리된다. 제 3 구멍(70c)들을 가진 회전디스크(73)가 상기 챔버(151)내부에 배열된다. 상기 챔버(151)와 덕트(14)사이에서 상기 회전디스크(73)는 서로 다른 가요성 튜브(72)들과 교대로 연결된다.

상대습도 프로브(52,53), 습도조절기(54), 온도 프로브(55) 및 온도프로브(55)들과 연결된 가요성튜브들의 배열과 일치하게 이퀄라이저 패널(equalizer panel)(64)이 위치한다. 샤프트(74)의 회전범위를 제어하고 변화시키는 모터 리듀서(49)에 의해 상기 샤프트가 작동된다. 판(66,67,68)들사이에 배열된 조임장치(65)에 의해 상기 샤프트(74)가 모터 리듀서(49)에 연결된다.

흡입 팬(56)의 연결부 앞에서 이퀄라이징 패널로서 작동하고 미세구멍들을 가진 시트(63)가 제공되고, 연소공기의 표본이 상기 프로브들의 하류위치에서 덕트(14)내부로 다시 유입된다.

상기 회전디스크(73)의 회전운동에 따라 가요성 튜브(72)를 통해 연소공기의 샘플이 덕트로부터 선택적으로 제거된다. 상기 프로브들과 근접한 위치에 전달된 연소공기의 샘플은 다시 상기 덕트(14)내부로 유입된다.

본 발명에 따라 연소공기를 단열냉각하기 위한 물 처리 및 가압시스템에 의해 본 발명의 목적이 달성된다.

Claims (15)

1. 가스터빈(15)을 이용하고 측정, 제어 및 조정유니트들에 의해 작동되는 플랜트들에서 이용되는 연소공기를 단열냉각하기 위한 물 처리 및 가압시스템에 있어서,

   120 바(bar)의 최대작동압력에 대해 가변 유동속도에서 증발수를 형성하는 증발수 가압스테이션(16)을 포함하고, 상기 증발수 가압스테이션(16)은 노즐홀더램프(12)에 배열된 일련의 노즐(20)들과 연결되며, 상기 노즐의 하류위치에 상대습도 프로브(52,53), 습도조절기(54) 및 온도 프로브(55)를 포함한 측정유니트를 가진 한 개이상의 하우징 유니트(44,144)가 배열되고, 펌핑유니트로서 작동하는 상기 가압스테이션(16)은 한 개이상의 펌프(22)들로 구성되며, 각각의 펌프는 회전속도를 조정하기 위한 모터 인버터(38) 및 전기전자 제어장치(38a)와 연결되고, 상기 펌프(22)들은 제어스테이션(41)과 전기전원 패널(42)에 의해 자동으로 작동되는 것을 특징으로 하는 연소공기를 단열냉각하기 위한 물 처리 및 가압시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 물 처리 및 가압시스템은, 새로 건설되어 설치되는 가스터빈용 플랜트 및 이미 건설되어 있는 플랜트내에 설치되거나 일체 구성되는 것을 특징으로 하는 연소공기를 단열냉각하기 위한 물 처리 및 가압시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징 유니트(44)는 상기 측정유니트를 수용하는 챔버(51)와 연결되고, 상기 챔버는 연소공기의 덕트(14)에 대해 수평 또는 수직으로 배열되며, 상기 챔버(51)는 서로 동심구조를 가진 외부의 튜브(45) 및 내부의 덕트요소(48)와 연결되고, 상기 튜브(45)는 다수의 개구부(47)들을 가지며 상기 덕트요소(48)가 다수의 구멍(50)들을 가지고, 상기 개구부(47)와 구멍(50)들은 연소공기가 통과하기 위한 크기를 가지고 축으로부터 벗어나 연속적으로 배열되며, 상기 튜브(45)는 고정되고 상기 덕트요소(48)는 덕트요소의 축주위에서 회전하는 것을 특징으로 하는 연소공기를 단열냉각하기 위한 물 처리 및 가압시스템.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 회전운동하는 덕트요소(48)는 모터리듀서(49)와 연결되어, 연소공기가 상기 측정유니트에 연속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 연소공기를 단열냉각하기 위한 물 처리 및 가압시스템.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 튜브(45)는 한 개이상의 측정유니트에 연결되고, 연소공기의 샘플을 흡인하기 위해 상기 튜브(45)의 단부에서 상기 튜브는 팬(56)을 가지며, 상기 팬(56)은 상기 측정유니트의 하류위치에 배열되는 것을 특징으로 하는 연소공기를 단열냉각하기 위한 물 처리 및 가압시스템.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서, 상기 증발수 가압스테이션(16)은 병렬배열된 적어도 한쌍의 펌프(22)들을 가지고, 각 펌프(22)는 펌프(22)의 흡인측부에서 물공급을 차단하기 위한 수동차단밸브(26), 필터(28)의 상류위치에 배열된 온-오프식 전자기밸브(27), 안전압력계(29) 및 공급압력의 아날로그식 판독을 위한 압력계(30)를 가지고, 펌프(22)의 가압측부에서 가압상태를 제어하기 위한 압력계(32), 최대허용작동압력을 방지하고 예비조정된 안전밸브(33), 압력차를 보상하기 위한 축압기(34), 최대작동압력으로 조정된 3 way 바이패스밸브(35), 상기 3 way 바이패스밸브(35)와 연속적으로 하류위치에 배열된 3 way 밸브(36), 최대 또는 최소압력의 유지장치(37), 수집장치(25)와 각 펌프(22)를 램프홀더 수집장치(39)에 연결시키는 가요성 연결부(31)를 가지는 것을 특징으로 하는 연소공기를 단열냉각하기 위한 물 처리 및 가압시스템.
8. 제 1 항에 있어서, 하우징 유니트(144)는 상기 측정유니트를 수용하는 챔버(151)와 연결되며, 상기 챔버(151)는 측부패널(57,58,59,60) 및 단부판(61,62)으로 구성되고, 전방의 단부판(61)은 제 1 구멍(70a)들을 가지며, 상기 제 1 구멍(70a)들은 고정판(71)의 제 2 구멍(70b)들과 연결되고, 상기 고정판(71)은 상기 챔버(151)내에 배열되며, 상기 제 1 구멍(70a)들이 가요성 튜브(72)들에 의해 덕트(14)와 연결되고, 연소공기의 샘플이 덕트(14)의 서로 다른 위치들에서 덕트로부터 제거되며, 한 개이상의 제 3 구멍(70c)들을 가진 회전디스크(73)가 제공되고, 상기 회전디스크는 상기 가요성 튜브(72)들을 챔버(151) 및 덕트(14)에 교대로 연결시키는 것을 특징으로 하는 연소공기를 단열냉각하기 위한 물 처리 및 가압시스템.
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