KR101332101B1 - 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비 및 방법 - Google Patents

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Abstract

원유 또는 중유를 가스 터빈의 연료로 하여 발전을 행하는 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비이며, 탑 내에서 상기 원유 또는 중유의 비점을 내리는 환경 하로 하여, 이들 원유 또는 중유로부터 경질 유분을 증류하여 추출하는 감압 증류탑(51)에는 가스 터빈 컴바인드 사이클에서 발생한 저압 증기 및 중압 증기에 의해 증류 재료를 가열하는 가열기(60ㆍ63)가 구비되어 있다.

Description

가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비 및 방법 {GAS TURBINE COMBINED CYCLE POWER PLANT AND METHOD}
본 발명은 원유를 경질 유분과 중질 유분으로 분리하여, 경질 유분을 가스 터빈의 연료로 하기 위한 가스 터빈 연료 제조 설비를 설치한 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비에 있어서, 연료 처리를 포함시킨 발전소의 전체적인 발전 효율을 고효율화하는 발전 기술을 제공한다.
종래부터 이러한 종류의 컴바인드 사이클에 적용되는 기술로서, 특허 문헌 1에 개시되는 가스 터빈 컴바인드 사이클이 알려져 있다.
이 특허 공보 1에 개시되는 가스 터빈 컴바인드 사이클은, 고압 공기와 연료를 연소시킨 연소 가스에 의해 가스 터빈을 구동하는 동시에, 가스 터빈으로부터 배출되는 배기 가스로 발생시킨 증기에 의해 증기 터빈을 구동하고, 이들 가스 터빈 및 증기 터빈의 출력을 이용하여 발전 등을 행하도록 한 것이다.
한편, 앞의 가스 터빈 컴바인드 사이클의 가스 터빈에 경유질 연료를 공급하기 위한 가스 터빈 연료 제조 설비로서, 특허 문헌 2에 개시되는 기술이 제안되어 있다. 이 특허 문헌 2에 개시되는 연료 공급계는, 가스 터빈 컴바인드 사이클의 보일러로부터 얻어지는 증기에 의해 원유 또는 중유를 가열하고, 그 후에, 상기 원유 또는 중유를 감압 증류하고, 얻어진 경질 유분을 가스 터빈용 연료로서 사용하고, 중질 유분을 보일러용 연료로서 사용하는 것으로 한 것이다.
일본 특허 출원 공개 평11-247669호 공보 일본 특허 출원 공개 제2001-73715호 공보
그런데, 상기 특허 문헌 2에 개시된 도 5와 같이, 감압 증류 시에, 원유 또는 중유를 가스 터빈 컴바인드 사이클로부터 추기한 중압 증기에 의해 가열하는 것이 행해지고 있다. 즉, 도 5에 있어서, 부호 1은 공급 라인(L1)을 경유하여 감압 증류탑(2)으로 들어가는 원유 또는 중유를 중압 증기에 의해 가열하는 가열기, 부호 3은 고속 증기류에 의해 감압 증류탑(2) 내의 가스를 흡인하여 분리 탱크(4)로 보내는 스팀 이젝터이다. 분리 탱크(4)에서 분리된 저부의 액상 성분은 펌프(7)에 의해 일부는 저장 탱크(5)로 보내지고, 일부는 감압 증류탑(2)의 상부로 재순환된다. 또한, 분리 탱크(4)에서 분리된 가스 성분은 상부로부터 취출된다. 상기 감압 증류탑(2)과 스팀 이젝터(3) 사이에는 중압 증기에 의해 원유 또는 중유를 가열하는 열교환기(6)가 설치되어 있다. 한편, 감압 증류탑(2)의 저부의 중질 유분은 펌프(8)에 의해, 열교환기(9)를 경유하여 중질 유분의 저장 탱크(10)로 보내지도록 되어 있다. 그러나, 이 가스 터빈 연료 제조 프로세스에 있어서는, 발전용 동력으로서 이용도가 높은 중압 증기를 보다 효율적으로 이용하고, 가스 터빈 컴바인드 사이클의 운전 효율을 높이기 위해, 가일층의 개량이 요구되고 있었다.
본 발명은 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 중압의 증기에 의한 1단 가열 방식과 비교하여, 중압 증기의 소비량이 저감되고, 가스 터빈 컴바인드 사이클과 가스 터빈 연료 제조 설비의 종합 효율의 고효율화가 가능한 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 제안하고 있다.
본 발명은 원유 또는 중유를 가스 터빈의 연료로 하고, 상기 가스 터빈의 배기를 증기 터빈의 열원 중 적어도 일부로 하여 발전을 행하는 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비이며, 내부를 상기 원유 또는 중유의 비점을 내리는 환경 하로 하여, 이들 원유 또는 중유로부터 경질 유분을 증류하는 증류탑을 갖고, 상기 증류탑에는 가스 터빈 컴바인드 사이클에서 발생한 저압 증기 및 중압 증기에 의해 상기 원유 또는 중유를 가열하는 가열기가 구비되어 있다. 또한 본 발명은, 원유 또는 중유를 가스 터빈의 연료로 하고, 상기 가스 터빈의 배기를 증기 터빈의 열원 중 적어도 일부로 하여 발전을 행하는 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 방법이며, 상기 원유 또는 중유의 비점을 내리는 환경 하로 하여, 이들 원유 또는 중유로부터 경질 유분을 증류할 때에, 상기 가스 터빈 컴바인드 사이클에서 발생한 저압 증기 및 중압 증기에 의해 상기 원유 또는 중유를 가열한다.
그리고, 상기와 같이 구성된 본 발명에서는, 가스 터빈 컴바인드 사이클에서 발생한 저압 증기 및 중압 증기에 의해 증류 재료를 가열하는 가열기가 증류탑에 구비되어 있으므로, 중압 증기에 의한 1단 가열 방식과 비교하여, 증류탑에서의 중압 증기의 소비량이 저감되고, 가스 터빈 컴바인드 사이클에서의 중압 증기의 사용률이 높아진다. 그 결과, 가스 터빈 컴바인드 사이클과 가스 터빈 연료 제조 설비의 종합 효율의 고효율화가 가능해진다.
또한, 본 발명에서는, 상기 저압 증기 및 중압 증기가 도입되는 각 가열기는 상기 증류탑의 다른 부위에 설치되어 있다.
그리고, 상기와 같이 구성된 본 발명에서는 저압 증기 및 중압 증기가 도입되는 각 가열기가, 증류탑의 다른 부위에 설치되어 있으므로, 이들 가열기를 용도에 따라서 구분지어 사용할 수 있다. 구체적으로는, 저압 증기가 도입되는 가열기에 의해, 증류탑으로 공급하는 원유 또는 중유(증류 재료)를 가열할 수 있고, 또한 중압 증기가 도입되는 가열기에 의해, 증류탑의 중간단으로부터 추출된 중간 유분(증류 재료)을 가열할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 저압 증기가 도입되는 상기 가열기 또는 상기 중압 증기가 도입되는 상기 가열기는 상기 원유 또는 중유를 상기 증류탑으로 공급하는 공급로의 도중에 설치되어, 상기 원유 또는 중유를 가열한다.
그리고, 상기와 같이 구성된 본 발명에서는, 저압 증기가 도입되는 가열기 또는 중압 증기가 도입되는 가열기에 의해, 증류탑으로 공급하는 원유 또는 중유를 선행 가열함으로써, 상기 증류탑 내에 있어서 이들 원유 또는 중유가 효율적으로 증류되어, 상기 증류탑에서의 증류 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 중압 증기가 도입되는 상기 가열기는 상기 증류탑의 중간단으로부터 추출된 중간 유분을 가열하여 탑 내로 복귀시키는 순환로에 설치되어 있다.
그리고, 상기와 같이 구성된 본 발명에서는, 중압 증기가 도입되는 가열기에 의해, 증류탑의 중간단으로부터 추출된 중간 유분을 가열함으로써, 상기 증류탑에서의 증류 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 중압 증기가 도입되는 상기 가열기에 의해 중간 유분 추출관이 가열되고, 또한 상기 저압 증기가 도입되는 상기 가열기에 의해 연료 공급 라인이 가열되고, 상기 중간 유분 추출관은 상기 연료 공급 라인보다 하방에 설치되어 있다.
그리고, 상기와 같이 구성된 본 발명에서는, 중압 증기가 도입되는 가열기에 의해 가열되는 중간 유분 추출관이, 저압 증기가 도입되는 가열기에 의해 가열되는 연료 공급 라인보다 하방에 설치됨으로써, 가열된 원유 또는 중유가 증류탑 내를 하방으로 이동하는 동안에, 그 중에 포함되는 경질 유분을 효율적으로 추출할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 저압 증기, 중압 증기는 상기 가스 터빈 컴바인드 사이클의 가스 터빈의 다단식 배열 회수부로부터 추기한다.
그리고, 상기와 같이 구성된 본 발명에서는, 전술한 저압 증기 및 중압 증기를, 가스 터빈 컴바인드 사이클의 가스 터빈의 다단식 배열 회수부로부터 추기함으로써, 이들 중압 증기와 함께 저압 증기를 유효 이용할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 저압 증기, 중압 증기는 상기 가스 터빈 컴바인드 사이클의 증기 터빈의 도중으로부터 추기한다.
그리고, 상기와 같이 구성된 본 발명에서는 전술한 저압 증기 및 중압 증기를, 가스 터빈 컴바인드 사이클의 증기 터빈의 도중으로부터 추기함으로써, 이들 중압 증기와 함께 저압 증기를 유효 이용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 가스 터빈 컴바인드 사이클에서 발생한 저압 증기 및 중압 증기에 의해 원유 또는 중유를 가열하므로, 중압 증기에 의한 1단 가열 방식과 비교하여, 증류탑에서 원유나 중유로부터 가스 터빈 연료를 생성하기 위해 사용되는 중압 증기의 소비량이 저감되고, 가스 터빈 컴바인드 사이클에서 증기 터빈의 구동에 사용되는 중압 증기의 사용률이 높아진다. 그 결과, 가스 터빈 컴바인드 사이클과 가스 터빈 연료 제조 설비의 종합 효율의 고효율화가 가능해진다.
도 1은 본 발명의 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비의 발전측이 되는 가스 터빈 컴바인드 사이클(100)을 도시하는 계통도이다.
도 2는 본 발명의 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비 중 가스 터빈 연료 제조 설비(50)를 도시하는 계통도이다.
도 3은 도 1에 도시하는 가스 터빈 컴바인드 사이클(100)의 다른 형태를 도시하는 계통도이다.
도 4는 도 2에 도시하는 가스 터빈 연료 제조 설비(50)의 다른 형태를 도시하는 계통도이다.
도 5는 종래의 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비 중 가스 터빈 연료 제조 설비를 도시하는 계통도이다.
본 발명의 일 실시예에 대해 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비의 발전측이 되는 가스 터빈 컴바인드 사이클(100)을 도시하는 계통도이다.
이 가스 터빈 컴바인드 사이클(100)은 발전기(1), 저압 압축기(2), 고압 압축기(3), 연소기(4), 가스 터빈(5), 로터 냉각 쿨러(6), 쿨링 타워(7, 9) 및 중간 냉각기(8)로 구성되는 가스 터빈부(10)와, 고압 증기 발생기(11), 중압 증기 발생기(12), 저압 증기 발생기(13), 고압 증기 배관(14), 중압 증기 배관(15), 저압 증기 배관(16), 발전기(17), 고압 증기 터빈(18), 중압 증기 터빈(19), 저압 증기 터빈(20), 재열기(21) 및 응축기(22)로 구성되는 다단식 배열 회수부(23)로 구성되어 있다.
가스 터빈부(10)의 가스 터빈(5)에는 고압 압축기(3), 저압 압축기(2) 및 발전기(1)가 동축 형상으로 연결되어 있고, 후술하는 바와 같이, 연소 가스에 의해 구동되는 가스 터빈(5)에 의해, 이들을 작동시켜 외기를 소정의 고압 공기로 하는 동시에, 발전을 행하도록 하고 있다. 우선, 외기 A가 가스 터빈(5)으로 구동되고 있는 저압 압축기(2)의 흡기구로부터 흡입되어, 단열 압축되고, 소정의 압력까지 승압된 고온의 압축 공기가 토출구로부터 토출된다.
이 고온으로 된 압축 공기를, 그대로 고압 압축기(3)에 도입하여, 승압하면, 승압에 필요로 하는 고압 압축기(3)의 구동력이 커지고, 고압 압축기(3)를 구동하기 위해 가스 터빈(5)으로부터 공급되는 구동력이 커지고, 발전기(1)를 구동하기 위한 구동력이 작아지므로 저압 압축기(2)의 토출구와 고압 압축기(3)의 흡입구 사이에 중간 냉각기(8)를 설치하여, 저압 압축기(2)로부터 토출되는 압축 공기를 냉각하고, 고압 압축기(3)로 도입하도록 하고 있다.
고압 압축기(3)에 의해 승압된 고압 공기는 연소기(4)에 토출되고, 마찬가지로 연소기(4)로 도입된 연료 F와 혼합되고, 연소되어 고온, 고압의 연소 가스로 되고, 상술한 바와 같이, 가스 터빈(5)을 구동한다. 또한, 고압 압축기(3)로부터 토출되는 고압 공기의 일부, 또는 고압 압축기(3)의 도중의 단락으로부터 추기된 고압 공기는 로터 냉각 쿨러(6)에 의해 냉각되고, 가스 터빈(5)의 로터 내를 통해, 고온의 연소 가스에 노출되는 가스 터빈(5)의 동익 혹은 정익의 내부에 공급되고, 이들을 내부로부터 냉각하도록 하고 있다. 또한, 가스 터빈(5)을 구동하고, 가스 터빈(5)으로부터 배출되는 온도가 높은 배기 가스는, 다단식 배열 회수부(23)를 거쳐서 굴뚝(24)으로부터 외기로 방출된다.
다음에, 다단식 배열 회수부(23)에서는, 가스 터빈(5)으로부터의 배기 가스를, 고압 증기 발생기(11), 중압 증기 발생기(12) 및 저압 증기 발생기(13) 내를 순차 통과시킴으로써 배기 가스에 포함되는 열 회수를 행하여, 고압, 중압 및 저압의 증기를 각각 발생시키고, 각각의 증기는 고압 증기 배관(14), 중압 증기 배관(15), 저압 증기 배관(16)에 의해, 각각 동축 형상으로 연결된 고압 증기 터빈(18), 중압 증기 터빈(19) 및 저압 터빈(20)으로 보내지고, 이들 터빈 내에서 팽창되어 증기 터빈을 회전시키고, 그 출력에 의해, 이들 증기 터빈과 동축 형상으로 연결된 발전기(17)를 구동하여 전기 에너지를 발생시킨다.
또한, 고압 증기 터빈(18)의 출구에서는 고압 증기 터빈(18)을 구동한 배기와 중압 증기 발생기(12)에서 발생하고, 중압 증기 배관(15)에 의해 공급된 중압 증기를 혼합한 후, 재열기(21)에 의해 가온하여, 중압 증기 터빈(19)의 입구 온도를 승온시키고, 중압 증기 터빈(19)의 출력을 늘리도록 하고 있다. 또한, 중압 증기 터빈(19)의 출구에서는, 중압 증기 터빈(19)을 구동한 배기와 저압 증기 발생기(13)에서 발생하고, 저압 증기 배관(16)에 의해 공급된 저압 증기를 혼합한 후, 저압 증기 터빈(20)에 공급하도록 하고 있다.
또한, 저압 증기 터빈(20) 출구에서는 응축기(22)에 의해 저압 증기 터빈(20)으로부터 배출된 배기를 복수하고, 응축수로 하여 고압 증기 발생기(11), 중압 증기 발생기(12) 및 저압 증기 발생기(13)의 각각으로 공급하도록 하고 있다.
그리고, 상기와 같이 구성된 가스 터빈 컴바인드 사이클(100)의 다단식 배열 회수부(23)에 있어서, 중압 증기 발생기(12)로부터 중압 증기를 중압 증기 터빈(19)에 공급하는 중압 증기 배관(15)의 도중에는, 중압 증기 추기관(30)이 접속되고, 또한 저압 증기 발생기(13)로부터 저압 증기를 저압 증기 터빈(20)에 공급하는 저압 증기 배관(16)의 도중에는 저압 증기 추기관(31)이 접속되어 있다.
이들 중압 증기 추기관(30) 및 저압 증기 추기관(31)은 가스 터빈 컴바인드 사이클(100)의 연소기(4)에 대해, 경질유 연료를 공급하기 위한 가스 터빈 연료 제조 설비(50)(도 2에 참조)에 접속된다.
다음에, 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 관한 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비 중 가스 터빈 연료 제조 설비(50)에 대해 설명한다.
이 가스 터빈 연료 제조 설비(50)는 감압 증류탑(51), 스팀 이젝터(52), 분리기(53), 경질 유분 저장 탱크(54), 중질 유분 저장 탱크(55)를 주된 구성 요소로 하고 있다.
감압 증류탑(51)은 감압 하에 있어서 원유 또는 중유를 증류하기 위한 장치이며, 탑부의 중간보다 상부 위치에, 원유 또는 중유를 공급하기 위한 연료 공급 라인(56)이 접속되고, 이 연료 공급 라인(56)의 도중에는, 원유 또는 중유를 가열하기 위한 2개의 열교환기(57ㆍ58) 및 저압 증기 가열기(60)가 설치되어 있다.
이 저압 증기 가열기(60)는 가스 터빈 컴바인드 사이클(100)로부터의 저압 증기 추기관(31)을 통해, 압력이 0.47㎫ 정도, 온도가 210℃ 정도인 저압 증기가 공급되는 것이며, 이 저압 증기와, 연료 공급 라인(56)을 통해 공급된 원유 또는 중유 사이에서 열교환을 행함으로써, 이들 원유 또는 중유가 가열된다.
또한, 감압 증류탑(51)은 다단의 트레이를 구비한 것이 일반적이고, 그 상단부에는 경질 유분 추출관(51A)이 접속되고, 그 하단부에는 중질 유분 추출관(51B)이 접속된다.
또한, 스팀 이젝터(52)는 가스 터빈 컴바인드 사이클(100)로부터의 저압 증기 추기관(31)을 통해 저압 증기가 공급되는 구조로, 이 저압 증기를 이용하여 경질 유분 추출관(51A)을 통해 감압 증류탑(51) 내를 흡인한다.
그리고, 상기와 같이 구성된 감압 증류탑(51)에서는, 가스 터빈 컴바인드 사이클(100)로부터의 저압 증기 추기관(31)을 통해, 하류에 위치하는 스팀 이젝터(52)에 의해 스팀을 고유속으로 흘림으로써, 경질 유분 추출관(51A)을 경유하여 탑 내의 가스가 흡인되고, 대기압보다도 낮은 압력으로 감압된다. 이와 같은 스팀 이젝터(52)의 흡인 작용에 의해 감압되는 감압 증류탑(51)에서는, 감압 하(50㎜Hg)의 탑 내에서, 200℃ 정도의 온도라도, 경질 유분은 효율적으로 증발하고, 경질 유분은 상방으로, 중질 유분은 하방으로 이동, 분리되게 된다.
그리고, 감압 증류탑(51)에서 분리된 중질 유분은 중질 유분 추출관(51B) 및 그 도중에 설치된 펌프(61)를 통해 중질 유분 저장 탱크(55)에 공급된다. 또한, 전술한 열교환기(57ㆍ58)는 경질 유분 추출관(51A), 중질 유분 추출관(51B)의 도중에 설치되는 것이며, 경질 유분 및 중질 유분에 포함되는 열을, 연료 공급 라인(56)을 통해 공급되는 원유 또는 중유로 전달한다.
또한, 상기 감압 증류탑(51)의 중간단이고 또한 상기 연료 공급 라인(56)의 하방 위치에는, 탑 내의 중간 유분을 추출하는 중간 유분 추출관(51C)이 설치되어 있다. 이 중간 유분 추출관(51C)은 그 도중에 중간 유분을 이송하기 위한 펌프(62)와, 중간 유분을 가열하여 중압 증기 가열기(63)가 설치되어 있다. 중압 증기 가열기(63)는 가스 터빈 컴바인드 사이클(100)로부터의 중압 증기 추기(30)를 통해, 압력이 1.8㎫ 정도, 온도가 310℃ 정도인 중압 증기가 공급되고, 이 중압 증기와, 중간 유분 추출관(51C)을 통해 공급되는 중간 유분 사이에서 열교환을 행함으로써, 상기 중간 유분으로부터의 경질 유분의 추출 효율을 높이도록 하고 있다.
또한, 스팀 이젝터(52)의 하류에는 감압 증류탑(51)으로부터 공급된 경질 유분 중의 가스 성분과 액상 성분을 분리하기 위한 분리기(53)가 설치되어 있다.
이 분리기(53)는 그 상부에 가스 배출관(53A)이 접속되고, 또한 그 하부에 액상 성분 수송관(53B)이 접속되어 있는 것이며, 가스 배출관(53A)을 통해, 분리된 경질 유분 중의 가스 성분이 배출되고, 또한 액상 성분 수송관(53B)을 통해, 나머지의 경질 유분 중의 액상 성분(이것이 실질적인 경질 유분으로 됨)이 이송된다. 또한, 액상 성분 수송관(53B)의 도중에는 펌프(70)가 설치되어 있고, 상기 펌프(70)에 의해, 분리기(53)의 저부로부터 경질 유분이 뽑아내어지고, 일부는 감압 증류탑(51)의 상부로 재순환하고, 나머지는 경질 유분 저장 탱크(54)에 저장된다.
또한, 저압 증기 가열기(60)로부터 배출되는 저압 증기 또는 중압 증기 가열기(63)로부터 배출되는 중압 증기는 응축되어, 가스 터빈 컴바인드 사이클(100)의 응축기(22)로 공급된다.
다음에, 도 2에 도시되는 가스 터빈 연료 제조 설비(50)의 작용을 설명한다.
연료로서 발전소에 공급되는 원유 또는 중유는, 연료 공급 라인(56)을 경유하고, 저압 증기 가열기(60)를 통해 감압 증류탑(51)에 공급된다. 상기한 바와 같이, 저압 증기 가열기(60)에는 가스 터빈 컴바인드 사이클(100)로부터의 저압 증기 추기관(31)을 통해, 압력이 0.4㎫ 정도, 온도가 200 내지 230℃ 정도인 저압 증기가 공급되어 있고, 이 저압 증기와, 연료 공급 라인(56)을 통해 공급된 원유 또는 중유 사이에서 열교환을 행함으로써, 이들 원유 또는 중유가 사전 가열된다.
감압 증류탑(51)에서는, 경질 유분은 증발하는 동시에, 경질 유분은 상방으로, 중질 유분은 하방으로 분리되게 되지만, 이때, 감압 증류탑(51)의 중간 유분을 추출하는 중간 유분 추출관(51C)이, 앞의 저압 증기와는 다른 계통의 중압 증기가 공급되는 중압 증기 가열기(63)에 의해 가열된다. 그리고, 이 중압 증기 가열기(63)에 의해, 중압 증기와, 중간 유분 추출관(51C)을 통해 추출된 중간 유분 사이에서 열교환이 행해짐으로써, 상기 중간 유분으로부터의 경질 유분의 추출 효율이 높아진다. 즉, 연료 공급 라인(56)을 통해 공급되는 원유 또는 중유의 가열을 저압 증기에 의해 행하는 동시에, 탑 내에서의 감압 증류에 의해 온도가 저하되고 또한 중간 유분 추출관(51C)을 통해 공급되는 중간 유분의 가열을 중압 증기에 의해 행함으로써, 감압 증류탑(51)에서의 중압 증기의 전체의 소비량이 상대적으로 저감되고, 그 결과, 가스 터빈 컴바인드 사이클(100)에서의 중압 증기의 사용률이 높아지는, 즉, 종래의 도 5와 비교하여 표 1과 같이 가스 터빈 컴바인드 사이클(100)과 가스 터빈 연료 제조 설비(50)에서의 종합 효율의 고효율화가 가능해진다.
Figure 112012024757653-pct00001
한편, 감압 증류탑(51)에서 추출된 경질 유분은 스팀 이젝터(52)에 흡인되는 형태로 분리기(53)로 이송되고, 상기 분리기(53)에 있어서 가스 성분과 액상 성분으로 나뉜다. 액상 성분은 경질 유분(실질적인 경질 유분으로 됨)이고, 분리기(53)의 저부로부터 펌프(70)에 의해 뽑아내어져, 일부는 감압 증류탑(51)의 상부로 재순환하고, 나머지는 경질 유분 저장 탱크(54)에 저장된다. 가스 성분은 분리기(53)의 상부로부터 취출된다. 경질 유분은 스팀 이젝터(52)에 의해 분출되는 동안에, 열교환기(57)에서 원유 또는 중유 사이에서 열교환을 행하여, 이들을 가열한다.
한편, 감압 증류탑(51)의 저부로부터 펌프(61)에 의해 뽑아내어지는 중질 유분은 열교환기(58)를 경유하여 중질 유분 저장 탱크(55)에 저장된다. 펌프(61)에 의해 뽑아내어지는 중질 유분은 도중에 열교환기(58)를 경유함으로써, 원유 또는 중유 사이에서 열교환을 행하여, 이들을 가열한다.
이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 관한 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비에 따르면, 가스 터빈 컴바인드 사이클(100)에서 발생한 저압 증기 및 중압 증기에 의해, 가스 터빈 연료 제조 설비(50) 내의 증류 재료(원유 또는 중유의 연료, 증류 시의 중간 유분)를 가열하는 가열기(60ㆍ63)가 감압 증류탑(51)에 구비되어 있으므로, 중압 증기에 의한 1단 가열 방식과 비교하여, 감압 증류탑(51)에서의 중압 증기의 소비량이 저감되고, 가스 터빈 컴바인드 사이클(100)에서의 중압 증기의 사용률이 높아진다. 그 결과, 가스 터빈 컴바인드 사이클(100)과 가스 터빈 연료 제조 설비(50)의 종합 효율의 고효율화가 가능해진다.
또한, 본 실시예에 관한 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비에 따르면, 저압 증기 및 중압 증기가 도입되는 각 가열기(60ㆍ63)가, 감압 증류탑(51)의 다른 부위에 설치되어 있으므로, 이들 가열기(60ㆍ63)를 용도에 따라서 구분지어 사용할 수 있다. 구체적으로는, 저압 증기가 도입되는 저압 증기 가열기(60)에 의해, 감압 증류탑(51)으로 공급하는 원유 또는 중유(증류 재료)를 가열할 수 있고, 또한 중압 증기가 도입되는 중압 증기 가열기(63)에 의해, 감압 증류탑(51)의 중간단으로부터 추출된 중간 유분(증류 재료)을 가열할 수 있다.
또한, 본 실시예에 관한 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비에 따르면, 저압 증기가 도입되는 저압 증기 가열기(60)에 의해, 감압 증류탑(51)으로 공급하는 원유 또는 중유를 선행 가열함으로써, 상기 감압 증류탑(51) 내에 있어서 이들 원유 또는 중유가 효율적으로 증류되어, 상기 감압 증류탑(51)에서의 증류 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 저압 증기가 도입되는 저압 증기 가열기(60)에 의해, 감압 증류탑(51)으로 공급하는 원유 또는 중유를 선행 가열하는 것으로 하였지만, 도 4와 같이, 연료 공급 라인(56) 상에 저압 증기가 도입되는 저압 증기 가열기(60)를 설치하여 원유 또는 중유를 선행 가열하고, 중압 증기가 도입되는 중압 증기 가열기(65)에 의해 더욱 가열하여 감압 증류탑(51)으로 공급하도록 해도 좋고, 중압 증기에 의한 1단 가열 방식과 비교하여, 감압 증류탑(51)에서의 중압 증기의 소비량이 저감되고, 가스 터빈 컴바인드 사이클(100)에서의 중압 증기의 사용률이 높아진다. 그 결과, 가스 터빈 컴바인드 사이클(100)과 가스 터빈 연료 제조 설비(50)의 종합 효율의 고효율화가 가능해진다. 또한, 도 2의 시스템에 비해 도 4의 시스템은 중압 증기의 소비량은 약간 증가하지만, 시스템 전체의 종합 효율에 차이는 거의 없고, 도 4의 시스템에서는 도 2의 예에 있어서의 중간 유분 추출관(51C)이 불필요해져 감압 증류탑(51) 자체의 변경을 수반하지 않는 용이한 개조가 가능한 구성으로 할 수 있다.
또한, 본 실시예에 관한 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비에 따르면, 중압 증기가 도입되는 중압 증기 가열기(63)에 의해, 감압 증류탑(51)의 중간단으로부터 추출된 중간 유분을 가열함으로써, 상기 감압 증류탑(51)에서의 증류 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 관한 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비에 따르면, 중압 증기가 도입되는 중압 증기 가열기(63)에 의해 가열되는 중간 유분 추출관(51C)이, 저압 증기가 도입되는 저압 증기 가열기(60)에 의해 가열되는 연료 공급 라인(56)보다 하방에 설치됨으로써, 가열된 원유 또는 중유가 감압 증류탑(51) 내를 하방으로 이동하는 동안에, 그 중에 포함되는 경질 유분을 효율적으로 추출할 수 있다.
또한, 본 실시예에 관한 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비에 따르면, 전술한 저압 증기 및 중압 증기를, 가스 터빈 컴바인드 사이클(100)의 가스 터빈의 다단식 배열 회수부(23)로부터 추기함으로써, 이들 중압 증기와 함께 저압 증기를 유효 이용할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 가스 터빈 컴바인드 사이클(100)의 다단식 배열 회수부(23)에 있어서, 중압 증기 배관(15)의 도중에 중압 증기 추기관(30)을 접속하고, 또한 저압 증기 배관(16)의 도중에 저압 증기 추기관(31)을 접속하였지만, 이와 같은 증기 배관(15ㆍ16)의 도중에 추기관(30ㆍ31)을 접속하는 것으로 한정되지 않고, 도 3에 도시한 바와 같이 증기 터빈(19ㆍ20)의 도중에 중압 증기 추기관(30') 및 저압 증기 추기관(31')을 각각 접속하여, 이들 추기관(30'ㆍ31')을 통해, 전술한 저압 증기 및 중압 증기를 추기해도 좋다.
또한, 상기 실시예에서는, 저압 증기에 의해, 연료 공급 라인(56)에 의해 공급된 원유 또는 중유를 가열하고, 또한 중압 증기에 의해, 중간 유분 추출관(51C)에 의해 공급된 중간 유분을 가열하도록 하였지만, 저압 증기와 중압 증기의 양쪽에서, 중간 유분 추출관(51C)에 의해 공급된 중간 유분을 가열해도 좋고, 저압 증기의 이용 형태는, 앞의 실시예로 한정되지 않는다.
이상, 본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조하여 상세하게 서술하였지만, 구체적인 구성은 이 실시예로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위의 설계 변경 등도 포함된다.
본 발명은 중압의 증기에 의한 1단 가열 방식과 비교하여, 중압 증기의 소비량이 저감되고, 가스 터빈 컴바인드 사이클과 가스 터빈 연료 제조 설비의 종합 효율의 고효율화가 가능한 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비를 제공한다.
23 : 다단식 배열 회수부
30 : 중압 증기 추기관
30' : 중압 증기 추기관
31 : 저압 증기 추기관
31' : 저압 증기 추기관
50 : 가스 터빈 연료 제조 설비
51 : 감압 증류탑
51C : 중간 유분 추출관
60 : 저압 증기 가열기
63 : 중압 증기 가열기
65 : 중압 증기 가열기
100 : 가스 터빈 컴바인드 사이클

Claims (8)

  1. 가스 터빈의 구동에 의해 발전을 행하는 가스 터빈부와 상기 가스 터빈으로부터의 배기 가스를 열원으로 하여 발생시키는 저압 증기 및 중압 증기에 의해 증기 터빈을 구동하여 발전을 행하는 다단식 배열 회수부를 갖는 가스 터빈 컴바인드 사이클과,
    상기 가스 터빈 컴바인드 사이클에 대하여 원유 또는 중유로부터 분리한 경질 유분을 연료로 공급하는 가스 터빈 연료 제조 설비를 갖는 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비이며,
    상기 가스 터빈 연료 제조 설비는 상기 원유 또는 중유로부터 경질 유분을 증류하는 증류탑을 갖고,
    상기 증류탑에는 상기 저압 증기 및 상기 중압 증기에 의해 상기 원유 또는 중유를 가열하는 가열기가 구비되어 있는, 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비.
  2. 제1항에 있어서, 상기 증류탑은 상기 저압 증기가 도입되는 가열기와 상기 중압 증기가 도입되는 가열기를 구비하고, 이러한 복수의 가열기 중 일방의 가열기는 타방의 가열기와는 다른 위치에 설치되어 있는, 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비.
  3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저압 증기가 도입되는 상기 가열기 또는 상기 중압 증기가 도입되는 상기 가열기는 상기 원유 또는 중유를 상기 증류탑으로 공급하는 공급로의 도중에 설치되어, 상기 원유 또는 중유를 가열하는, 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중압 증기가 도입되는 상기 가열기는 상기 증류탑의 중간단으로부터 추출된 중간 유분을 가열하여 탑 내로 복귀시키는 순환로에 설치된, 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중압 증기가 도입되는 상기 가열기에 의해 중간 유분 추출관이 가열되고, 또한 상기 저압 증기가 도입되는 상기 가열기에 의해 연료 공급 라인이 가열되고,
    상기 중간 유분 추출관은 상기 연료 공급 라인보다 하방에 설치되는, 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 저압 증기, 상기 중압 증기는 상기 가스 터빈 컴바인드 사이클의 상기 다단식 배열 회수부로부터 추기하는, 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 저압 증기, 상기 중압 증기는 상기 가스 터빈 컴바인드 사이클의 상기 증기 터빈으로부터 추기하는, 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 설비.
  8. 가스 터빈 컴바인드 사이클에서 가스 터빈의 구동에 의해 발전을 행함과 동시에, 상기 가스 터빈으로부터의 배기 가스를 열원으로 하여 발생시키는 저압 증기 및 중압 증기에 의해 증기 터빈을 구동하여 발전을 행하고,
    가스 터빈 연료 제조 설비에서 원유 또는 중유로부터 분리한 경질 유분을 상기 가스 터빈 컴바인드 사이클에 연료로 공급하는 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 방법이며,
    상기 가스 터빈 연료 제조 설비에서 상기 원유 또는 중유로부터 경질 유분을 증류할 때에, 상기 저압 증기 및 상기 중압 증기에 의해 상기 원유 또는 중유를 가열하는, 가스 터빈 컴바인드 사이클 발전 방법.
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