KR101373498B1 - 발전 플랜트 - Google Patents

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KR101373498B1
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히로시 다나베
에이키 안자와
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

연료 가스를 연료로 하는 가스 터빈(11)과, 연료 가스 압축기(12)에 의해 가압되어 재순환되는 연료 가스를, 냉각수로 냉각하는 연료 가스 냉각기(13)와, 상기 연료 가스 압축기(12)로 인도되는 연료 가스로부터 불순물을 분리·제거하는 집진 장치(25)를 구비한 발전 플랜트(10)로서, 상기 집진 장치(25)로 인도되는 연료 가스를, 상기 연료 가스 압축기(12)의 로터에 반스러스트력을 발생시키는데 이용된 연료 가스를 이용하여 가열하는 가열 수단(51)이 마련되어 있다.

Description

발전 플랜트{ELECTRIC POWER GENERATION PLANT}
본 발명은, 고로(高爐) 가스(BFG) 등의 저칼로리 가스를 연료로 하는 가스 터빈과, 연료 가스 압축기에 의해 가압되어 재순환되는 연료 가스를 냉각하는 연료 가스 냉각기를 구비한 발전 플랜트에 관한 것이다.
고로 가스(BFG) 등의 저칼로리 가스를 연료로 하는 가스 터빈과, 연료 가스 압축기에 의해 가압되어 재순환되는 연료 가스를 냉각하는 연료 가스 냉각기를 구비한 발전 플랜트로서는, 예를 들어 특허문헌 1의 도 1에 개시된 것이 알려져 있다.
일본 공개 특허 제 1997-79046 호 공보
그런데, 상기 특허문헌 1의 도 1에 개시된 발전 플랜트를, 한랭지 등의 연료 가스 온도가 5℃ 이하가 되는 장소에서 사용할 경우, 집진기(집진 장치)(5)에 얼음이 부착되어, 집진기(5)가 이상 방전을 일으켜버리거나, 집진기(5)에 부착된 얼음이 하류측에 위치하는 연료 가스 압축기(6)로 비산하여, 연료 가스 압축기(6)의 블레이드(날개)를 손상시켜버릴 우려가 있다. 여기에서, 상기 특허문헌 1의 도 1에 개시된 발전 플랜트를, 한랭지 등의 외기 온도가 5℃ 이하가 되는 장소에서 사용할 경우에는, 적당한 열량(칼로리)을 갖도록 혼합기(4)에서 혼합·조정된 연료 가스를 집진기(5)로 인도하는 배관(연료 가스 공급 계통)의 도중에, 연료 가스 냉각기(16)를 통과한 연료 가스를 공급하고, 배관 내를 통과하는 연료 가스를 의도적으로 승온(가열)하도록 하고 있었다.
따라서, 가스 터빈이 정격 출력으로 운전되고 있을 경우에는, 연료 가스 냉각기(16)에 바이패스되는 연료 가스가 대부분 존재하지 않게 된다. 그 때문에, 이러한 경우에는, 가스 터빈의 출력(즉, 발전량)을 강제적으로 낮추어서 연료 가스 냉각기(16)에 바이패스되는 연료 가스를 강제로 만들어서, 연료 가스 냉각기(16)로부터 공급된 연료 가스에 의해 배관 내를 통과하는 연료 가스를 승온(가열)할 필요가 있어, 발전량이 제한되어버린다는 문제점이 있었다.
본 발명은, 이러한 사정에 비추어 이루어진 것으로서, 가스 터빈의 출력을 저하시키는 일없이, 집진 장치로 인도되는 연료 가스를 승온(가열)할 수 있는 발전 플랜트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 이하의 수단을 채용했다.
본 발명에 따른 발전 플랜트는, 연료 가스를 연료로 하는 가스 터빈과, 연료 가스 압축기에 의해 가압되어 재순환되는 연료 가스를, 냉각수로 냉각하는 연료 가스 냉각기와, 상기 연료 가스 압축기로 인도되는 연료 가스로부터 불순물을 분리·제거하는 집진 장치를 구비한 발전 플랜트에 있어서, 상기 집진 장치로 인도되는 연료 가스를, 상기 연료 가스 압축기의 로터에 반스러스트력을 발생시키는데 이용된 연료 가스를 이용하여 가열하는 가열 수단이 마련되어 있다.
본 발명에 따른 발전 플랜트에 따르면, 가스 터빈의 출력에 관계없이, 연료 가스 압축기의 로터에 반스러스트력을 발생시키는데 이용된 연료 가스를 이용하여, 집진 장치로 인도되는 연료 가스가 승온(가열)되게 된다.
이것에 의해, 가스 터빈의 출력을 저하시키는 일없이, 집진 장치로 인도되는 연료 가스를 승온(가열)할 수 있다.
또한, 집진 장치로 인도되는 연료 가스를 승온(가열)하는 것에 의해, 집진 장치에의 착빙(着氷)을 방지할 수 있어, 집진 장치의 이상 방전을 방지할 수 있다.
더욱이, 집진 장치로 인도되는 연료 가스가 승온(가열)되어, 연료 가스 압축기로 유입되는 연료 가스의 온도를 소망의 범위내(예를 들면, 20℃ 내지 30℃의 범위내)로 넣을 수 있어, 연료 가스 압축기의 압축기 효율이 저하되지 않는 외기 온도 범위를 넓힐 수 있다.
상기 발전 플랜트에 있어서, 상기 가열 수단은, 상기 집진 장치로 인도되는 연료 가스 내로, 상기 연료 가스 압축기의 밸런스실로부터 인도된 연료 가스를 분사하는 노즐을 구비하고 있으면 더욱 바람직하다.
이러한 발전 플랜트에 따르면, 연료 가스 압축기의 로터에 반스러스트력을 발생시키는데 이용되고, 연료 가스 압축기의 밸런스실에 도달한 연료 가스가, 노즐을 거쳐서 집진 장치로 향하는 연료 가스 내로 (직접) 분무되어, 집진 장치를 향해서 흐르는 연료 가스를 (직접) 가열하게 된다.
이것에 의해, 집진 장치의 상류측에, 구조가 복잡해서, 접촉 면적 및 유로 저항(압력 손실)이 필연적으로 커져버리는 열교환 장치(열교환기)를 설치할 필요가 없어져서, 구조의 간소화를 도모할 수 있고, 유로 저항(압력 손실)의 증대를 최소한으로 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 발전 플랜트에 따르면, 종래에, 반스러스트력을 발생시키는데 이용된 후, 연료 가스 냉각기에 배기·배열(排熱)되고 있던 스러스트 밸런스 가스를 유효하게 이용하는 것에 의해, 가스 터빈의 출력을 저하시키는 일없이, 집진 장치로 인도되는 연료 가스를 승온(가열)할 수 있다는 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 발전 플랜트의 개략 구성도,
도 2는 도 1에 도시하는 BFG 압축기의 단면도.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 발전 플랜트에 대해서, 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다.
도 1은 본 실시형태에 따른 발전 플랜트의 개략 구성도, 도 2는 도 1에 도시하는 BFG 압축기의 단면도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 발전 플랜트(10)는, 가스 터빈(11)과, BFG 압축기(연료 가스 압축기)(12)와, 발전기(도시하지 않음)와, 연료 가스 냉각기(이하, 「가스 냉각기」라고 함)(13)와, BFG(고로 가스) 공급 계통(14)과, COG(코크스로 가스) 공급 계통(도시하지 않음)과, HRSG(배열 회수 보일러)(15)를 구비하고 있다.
가스 터빈(11)은 공기 압축기(16)와, (가스 터빈) 연소기(17)와, 터빈(18)을 구비하고 있다. 또한, 가스 터빈(11)과, BFG 압축기(12)와, 발전기는 감속 기구(19)를 거쳐서 연결되어 있고, 가스 터빈(11)이 회전하면, BFG 압축기(12) 및 발전기도 함께 회전하도록 되어 있다.
BFG 공급 계통(14)은 BFG(저칼로리의 연료 가스)를, 연소기(17)를 구성하는 가스 노즐(도시하지 않음)로 인도하는 연료 공급 라인이며, COG 공급 계통은 COG(고칼로리의 연료 가스)를 BFG에 혼합하여 BFG 칼로리를 적당한 열량으로 조정하는 연료 공급 라인이며, 이러한 COG를 혼합한 BFG 공급 계통의 하류단은 연소기(17)에 접속되어 있다.
BFG 공급 계통(14)은, 고로(도시하지 않음) 내에서 발생한 BFG를 BFG 압축기(12)로 인고하는 상류측 라인(21)과, BFG 압축기(12)에서 압축된[BFG 압축기(12)로부터 송출(토출)된] BFG를 가스 노즐로 인도하는 하류측 라인(22)과, 상류측 라인(21)의 도중과 하류측 라인(22)의 도중을 연통하여, 하류측 라인(22)을 통과하는 BFG를 필요에 따라서 상류측 라인(21)으로 복귀시키는 바이패스 라인(23)을 구비하고 있다.
상류측 라인(21)의 도중에는, 고로 내로부터 인도된 BFG에, 열량 조정용 가스[예를 들면, 감열(減熱)용의 N2 및/또는 증열(增熱)용의 COG]를 혼합하여, 적당한 열량(칼로리)을 갖는 BFG로 조정하는 혼합기(24)와, 혼합기(24)로부터 BFG 압축기(12)로 인도되는 BFG로부터 먼지 등의 미립자(불순물)를 분리·제거하는 집진 장치[예를 들면, 습식 전기 집진(Electrostatic Precipitator)](25)와, 집진 장치(25)로 유입되는 BFG의 온도를 검출하는 (제 1의) 온도 검출기(26)가 마련되어 있다.
또한, 하류측 라인(22)의 도중에는, 차단 밸브(27)가 마련되어 있다.
바이패스 라인(23)의 도중에는, 하류측 라인(22)의 도중으로부터, 혼합기(24)와 집진 장치(25) 사이에 위치하는 상류측 라인(21)의 도중으로 복귀되는(추출되는) BFG의 유량을 조정하는 바이패스 밸브(유량 조정 밸브)(28)와, 바이패스 밸브(28)의 하류측에 위치하고, 하류측 라인(22)의 도중으로부터, 혼합기(24)와 집진 장치(25) 사이에 위치하는 상류측 라인(21)의 도중으로 복귀되는(추출되는) BFG를 냉각하는 가스 냉각기(13)가 마련되어 있다.
가스 냉각기(13)는, 냉각수 피트(pit)(31)에 저류된 냉각수를 가스 냉각기(13)의 내부에 배치된 스프레이 노즐(도시하지 않음)로 인도하는 냉각수 공급관(32)과, 스프레이 노즐로부터 분무되어 BFG를 냉각하고 적하(滴下)하여 온 냉각수를 회수하는 호퍼(hopper)(도시하지 않음)와, 호퍼에 저류된 냉각수를 냉각수 피트(31)로 인도하는 냉각수 복귀관(33)을 구비하고 있다. 또한, 냉각수 공급관(32)의 도중에는, 냉각수 펌프(34)와, 쿨러(도시하지 않음)가 마련되어 있다.
또한, 호퍼에 저류된 냉각수의 레벨(수위)은 냉각수 복귀관(33)의 최상류부에 마련된 U자관(도시하지 않음)에 의해 일정 레벨(수위)로 (자연히) 유지되도록 되어 있다.
한편, 쿨러의 하류측에 위치하는 냉각수 공급관(32)에는, 냉각수 피트(31)에 저류된 냉각수를 배수 피트(도시하지 않음)로 인도하는 배수 라인(35)이 접속되고 있어, 배수 라인(35)의 도중에는, 오리피스(36)와, 상시 개방 상태로 되는 개폐 밸브(37)가 마련되어 있다.
또한, 배수 피트에 저류된 배수(오수)는 블로우(blow) 라인(도시하지 않음) 및 블로우 펌프(도시하지 않음)를 이용하여 적절하게 필요에 따라서 계외(系外)로 블로우(배출)되도록 되어 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, BFG 압축기(12)에는, 밸런스 디스크(41)가 마련되어 있고, 이것에 의해, 로터(42)에 작용하는 스러스트력[로터(42)를 축방향(도 2에 있어서 좌우 방향)을 따라 도 2에 있어서 좌측으로 누르는 힘]을 상쇄하는 반스러스트력[로터(42)를 축방향(도 2에 있어서 좌우 방향)을 따라 도 2에 있어서 우측으로 누르는 힘]이 로터(42)에 작용하도록 되어 있다. 그리고, 밸런스 디스크(41)의 주연부에 마련된 래버린스 시일((labyrinth seal)(43)로부터 누출된 BFG는 케이싱(12a) 내에 마련된(형성된) 밸런스실(44)로 유입된 후, BFG 복귀관(45)(도 1 참조)을 거쳐서 가스 냉각기(13) 내에 형성된 유로의 도중으로 복귀되도록 되어 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, BFG 복귀관(45)의 도중에는, (제 1의) 전환 밸브(46)가 마련되어 있고, 전환 밸브(46)보다도 상류측에 위치하는 BFG 복귀관(45)에는, 상류측 라인(21)의 도중과 BFG 복귀관(45)의 도중을 연통하여, BFG 복귀관(45)을 통과하는 BFG를 필요에 따라서 상류측 라인(21)으로 유입시키는 BFG 가열 라인(가열 수단)(51)이 접속되어 있다. BFG 가열 라인(51)의 하류단(출구단)은 혼합기(24)보다도 하류측에서, 또한 바이패스 라인(23)의 하류단(출구단)이 접속되어 있는 위치보다도 상류측에 위치하는 상류측 라인(21)에 접속되어 있다. 또한, BFG 가열 라인(51)의 도중에는, (제 2의) 전환 밸브(52)가 마련되어 있고, BFG 가열 라인(51)의 하류단(출구단)에는, 노즐(도시하지 않음)이 마련되어 있다.
노즐로부터 분사된 BFG는 상류측 라인(21)을 통과하는(흐르는) BFG를 (직접) 가열하여, 상류측 라인(21) 내를 상류측으로부터 흘러오는 BFG와 함께 상류측 라인(21) 내를 집진 장치(25)를 향해서 하류측으로 흐르고, 집진 장치(25)로 유입되어, 집진 장치(25)에 있어서 BFG로부터 먼지 등의 미립자(불순물)가 분리·제거된 후, BFG 압축기(12)로 인도되도록 되어 있다.
또한, 온도 검출기(26)에서 검출된 온도가 5℃를 상회하고(초과하고) 있는 경우, 전환 밸브(46)는 완전 개방 상태로 되고, 전환 밸브(52)는 완전 폐쇄 상태로 되어 있다. 그리고, 온도 검출기(26)에서 검출된 온도가 5℃ 이하가 되면, 전환 밸브(46)는 완전 폐쇄 상태로 되고, 전환 밸브(52)는 완전 개방 상태로 된다.
본 실시형태에 따른 발전 플랜트(10)에 따르면, 가스 터빈(11)의 출력에 관계없이, BFG 압축기(12)의 로터(42)에 반스러스트력을 발생시키는데 이용된 BFG를 이용하여, 집진 장치(25)로 인도되는 BFG가 승온(가열)되게 된다.
이것에 의해, 가스 터빈(11)의 출력을 저하시키는 일없이, 집진 장치(25)로 인도되는 BFG를 승온(가열)할 수 있다.
또한, 집진 장치(25)로 인도되는 BFG를 승온(가열)하는 것에 의해, 집진 장치(25)에의 착빙을 방지할 수 있어, 집진 장치(25)의 이상 방전을 방지할 수 있다.
더욱이, 집진 장치(25)로 인도되는 BFG가 승온(가열)되어, BFG 가스 압축기(12)로 유입되는 BFG의 온도를 소망의 범위내(예를 들면, 20℃ 내지 30℃의 범위내)로 넣을 수 있어, BFG 가스 압축기(12)의 압축기 효율이 저하하지 않는 외기 온도 범위를 넓힐 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 발전 플랜트(10)에 따르면, BFG 압축기(12)의 로터(42)에 반스러스트력을 발생시키는데 이용되고, BFG 압축기(12)의 밸런스실(44)에 도달한 BFG가, 노즐을 거쳐서 집진 장치(25)를 향하는 BFG 내로 (직접) 분무되어, 집진 장치(25)를 향해서 흐르는 BFG를 (직접) 가열하게 된다.
이것에 의해, 집진 장치(25)의 상류측에, 구조가 복잡해서, 접촉 면적 및 유로 저항(압력 손실)이 필연적으로 커져버리는 열교환 장치(열교환기)를 설치할 필요가 없어져서, 구조의 간소화를 도모할 수 있고, 유로 저항(압력 손실)의 증대를 최소한으로 억제할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 적절하게 필요에 따라서 변형·변경 실시 가능하다.
예를 들면, 상술한 실시형태에서는, 고칼로리의 연료로서 COG(코크스로 가스)를, 저칼로리의 연료로서 BFG(고로 가스)를 하나의 구체예로서 들어서 설명했지만, 연료의 종류로서는, COG(코크스로 가스), BFG(고로 가스) 이외의 것이어도 좋다.
또한, 상술한 실시형태에서는, BFG 가열 라인(51)의 하류단(출구단)을, 혼합기(24)보다도 하류측에서, 또한 바이패스 라인(23)의 하류단(출구단)이 접속되어 있는 위치보다도 상류측에 위치하는 상류측 라인(21)에 접속하도록 하고 있지만, BFG 가열 라인(51)의 하류단(출구단)을, 가스 냉각기(13)와 상류측 라인(21)을 연통하는 바이패스 라인(23)의 도중에 접속하도록 해도 좋다.
더욱이, BFG 압축기(12)의 입구(흡입구) 근방에, BFG 압축기(12)로 유입되는 BFG의 온도를 검출하는 (제 2의) 온도 검출기(도시하지 않음)를 배치하는 동시에, BFG 가열 라인(51)으로부터 분지되어 나온 분지관(도시하지 않음)의 하류단(출구단)을, 집진 장치(25)와 BFG 압축기(12)를 연통하는 상류측 라인(21)의 도중에 접속하여, (제 2의) 온도 검출기에서 검출된 온도를 보면서, 분지관의 도중에 마련된 유량 조정 밸브(도시하지 않음)의 개방도를 조정하여, BFG 압축기(12)로 유입되는 BFG의 온도를 상세하게 조정( 제어)하도록 해도 좋다.
이것에 의해, BFG 가스 압축기(12)로 유입되는 BFG의 온도를 소망의 범위내로 넣을 수 있어, BFG 가스 압축기(12)의 압축기 효율이 저하하지 않는 외기 온도 범위를 넓힐 수 있다.
10 : 발전 플랜트 11 : 가스 터빈
12 : BFG 압축기(연료 가스 압축기)
13 : (연료) 가스 냉각기 25 : 집진 장치
42 : 로터 44 : 밸런스실
51 : BFG 가열 라인(가열 수단)

Claims (2)

  1. 연료 가스를 연료로 하는 가스 터빈과,
    연료 가스 압축기에 의해 가압되어 재순환되는 연료 가스를, 냉각수로 냉각하는 연료 가스 냉각기와,
    상기 연료 가스 압축기로 인도되는 연료 가스로부터 불순물을 분리·제거하는 집진 장치를 구비한 발전 플랜트에 있어서,
    상기 집진 장치로 인도되는 연료 가스를, 상기 연료 가스 압축기의 로터에 반스러스트력을 발생시키는데 이용된 연료 가스를 이용하여 가열하는 가열 수단이 마련되어 있는
    발전 플랜트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 수단은, 상기 집진 장치로 인도되는 연료 가스 내로, 상기 연료 가스 압축기의 밸런스실로부터 인도된 연료 가스를 분사하는 노즐을 구비하고 있는
    발전 플랜트.
KR1020137002580A 2010-12-03 2011-06-06 발전 플랜트 KR101373498B1 (ko)

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