KR101530807B1 - 배열 회수 보일러 및 발전 플랜트 - Google Patents

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Abstract

가스 터빈(14)으로부터의 배기가스의 흐름 방향을 따라 과열기(28, 30), 증발기(32), 절탄기(34)를 가지는 복수의 열교환기가 덕트(27) 내에 배치되고, 가스 터빈(14)의 배기가스(25)를 이용하여 증기를 발생하는 배열 회수 보일러이며, 어느 하나의 열교환기의 상류측에서, 복수의 버너를 연소시켜 배기가스를 가열하는 조연장치(50, 52)를 설치하고, 조연장치(52)의 복수의 버너의 각각, 덕트의 외부로부터 공기를 공급하는 공기 공급 장치를 설치한다.

Description

배열 회수 보일러 및 발전 플랜트{EXHAUST HEAT RECOVERY BOILER AND ELECTRICITY GENERATION PLANT}
본 발명의 실시형태는, 조연장치(助燃裝置)를 가지는 배열 회수 보일러 및 발전 플랜트에 관한 것이다.
근래의 화력발전 플랜트에서는, 플랜트의 열효율의 향상을 도모하기 위해, 컴바인드 사이클(combined cycle) 발전이 주류를 이루고 있다. 컴바인드 사이클 발전 플랜트는, 가스 터빈, 증기 터빈에 배열 회수 보일러를 조합한 발전 플랜트이다. 가스 터빈에는 연소기로부터 고온 고압의 연소 가스가 보내지고, 연소 가스의 팽창에 의해 가스 터빈을 회전시켜 발전기를 돌린다. 그 후, 배기가스는 배열 회수 보일러로 도입되고, 이 배열 회수 보일러에서 배기가스가 가지는 열에너지에 의하여 증기를 발생시킨다. 증기는 증기 터빈으로 보내지고, 가스 터빈과 함께 발전기를 돌리게 된다.
일반적으로, 배열 회수 보일러는, 가스 터빈으로부터 배출되는 배기가스의 열에 따른 증기를 발생하여 증기 터빈에 증기를 공급하는 보일러이지만, 최근에는, 배기가스를 가열하는 조연장치를 부가한 배열 회수 보일러가 증가하고 있다. 이것은, 하계에는 가스 터빈의 출력이 저하하고 배기가스량의 감소에 수반하여 배열 회수 보일러에서의 증기 발생량 저하를 보충할 필요가 있는 것, 또 코제너레이션 플랜트(cogeneration plant)나 담수 플랜트(water desalination plant) 등, 증기 터빈 이외에도 증기를 공급하기 때문이다.
최근의 배열 회수 보일러에 있어서는, 증기 공급량을 늘리기 위해서 조연장치가 대형화되고 있다. 이것에 수반하여 배열 회수 보일러 내의 배기가스 온도가 높아지고, 보일러 구성 부재의 내구성·신뢰성이 떨어지는 것을 방지하기 위해서, 조연장치를 복수 개소에 설치하는 것이 행해지고 있다(예를 들면, 일본 공개특허공보 2001－116208호).
복수대의 조연장치를 설치한 배열 회수 보일러에서, 복수대의 조연장치를 동시에 연소시킨 경우, 배기가스의 흐름 방향에 대하여 가장 상류측에 배치되어 있는 제 1단째의 조연장치에서 배기가스 내에 포함되는 산소의 대부분이 소비되기 때문에, 그것보다 하류의 제 2단째 이후의 조연장치로 공급되는 산소량이 부족하기 쉽게 된다. 제 2단째 이후의 조연장치의 버너에서는 불완전 연소가 발생하는 경우가 있고, 일산화탄소, 질소산화물 등의 유해 물질 농도가 증가한다고 하는 문제가 있었다.
또, 가스 터빈의 출력이 높아지는 경우에는, 배열 회수 보일러로 공급되는 배기가스 유량이 증대하므로, 조연장치로의 연료 투입량을 줄여 가는 경우가 있다. 이 경우, 조연장치는 복수의 버너를 구비하고 있는바, 연료 투입량을 줄여가면, 각 버너에서의 연소 상태가 불안정하게 되기 쉽고, 배기가스 중의 일산화탄소 등의 유해 가스의 농도가 극단적으로 높아진다고 하는 문제가 있었다.
그래서, 본 발명의 목적은, 상기 종래 기술이 가지는 문제점을 해소하고, 조연장치의 각 버너에서의 연소 상태를 양호하게 유지하며, 조연장치로부터 배출되는 일산화탄소 등의 유해가스의 배출을 저감할 수 있도록 한 배열 회수 보일러 및 발전 플랜트를 제공하는 것에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 가스 터빈으로부터의 배기가스의 흐름 방향을 따라 과열기, 증발기, 절탄기(節炭器)를 가지는 복수의 열교환기가 덕트 내에 배치되고, 상기 가스 터빈의 배기가스를 이용하여 증기를 발생하는 배열 회수 보일러에 있어서, 상기 과열기의 상류측에서 상기 배기가스를 가열하는 제 1 조연장치와, 상기 증발기의 상류측에서 상기 배기가스를 가열하는 제 2 조연장치를 가지고, 복수의 버너를 연소시켜 상기 배기가스를 가열하는 조연장치와, 상기 제 2 조연장치의 각 버너에 상기 덕트의 외부로부터 공기를 공급하고, 상기 제 2 조연장치의 각 버너에 공급하는 공기량을 조정하는 공기량 조정 수단을 구비하는 공기 공급 장치와, 상기 배열 회수 보일러로부터 배출되는 배기가스 중 유해 가스의 농도를 검출하는 수단을 구비하고, 상기 유해 가스의 특정 성분 농도가 제한치를 넘지 않도록 상기 공기량 조정 수단을 조작하여 공기량을 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 것이다.
또, 본 발명은, 가스 터빈으로부터의 배기가스의 흐름 방향을 따라 과열기, 증발기, 절탄기를 가지는 복수의 열교환기가 덕트 내에 배치되고, 상기 가스 터빈의 배기가스를 이용하여 증기를 발생하는 배열 회수 보일러에 있어서, 어느 하나의 상기 열교환기의 상류측에서, 복수의 버너를 연소시켜 상기 배기가스를 가열하는 조연장치와, 상기 배열 회수 보일러로부터 배출되는 배기가스 중의 유해 가스의 농도가 제한치를 넘지 않도록, 상기 조연장치가 구비하는 버너 중, 어느 하나의 버너 혹은 복수의 버너를 소화하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명은, 고온, 고압의 연소 가스에 의하여 터빈을 회전 구동하는 가스 터빈과, 가스 터빈으로부터의 배기가스의 흐름 방향을 따라 과열기, 증발기, 절탄기를 가지는 복수의 열교환기가 덕트 내에 배치되고, 상기 가스 터빈의 배기가스를 이용하여 증기를 발생하는 배열 회수 보일러와, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기에 의해 구동되는 증기 터빈과, 상기 가스 터빈 및 증기 터빈에 의하여 구동되는 발전기를 구비하고, 상기 배열 회수 보일러는, 상기 과열기의 상류측에서 상기 배기가스를 가열하는 제 1 조연장치와, 상기 증발기의 상류측에서 상기 배기가스를 가열하는 제 2 조연장치를 가지고, 복수의 버너를 연소시켜 상기 배기가스를 가열하는 조연장치와, 상기 제 2 조연장치의 각 버너에 상기 덕트의 외부로부터 공기를 공급하고, 상기 제 2 조연장치의 각 버너에 공급하는 공기량을 조정하는 공기량 조정 수단을 구비하는 공기 공급 장치와, 상기 배열 회수 보일러로부터 배출되는 배기가스 중 유해 가스의 농도를 검출하는 수단을 구비하고, 상기 유해 가스의 특정 성분 농도가 제한치를 넘지 않도록 상기 공기량 조정 수단을 조작하여 공기량을 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 것이다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 의한 배열 회수 보일러가 적용되는 발전 플랜트의 계통도이다.
도 2는, 본 발명의 일실시 형태에 의한 배열 회수 보일러의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3은, 도 2의 배열 회수 보일러에 설치되는 제 1단째의 조연장치의 버너 배치를 나타내는 모식도이다.
도 4는, 도 2의 배열 회수 보일러에 설치되는 제 2단째의 조연장치의 버너 배치를 나타내는 모식도이다.
도 5는, 도 4의 조연장치에 있어서, 가스 터빈의 부하와, 공기 조정 밸브의 밸브 개도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 4의 조연장치에 있어서, 연료 투입량과 공기 조정 밸브의 밸브 개도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 도 4의 조연장치에 있어서, 연료 투입량과 일산화탄소 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명에 의한 배열 회수 보일러의 일실시 형태에 대하여, 첨부의 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은, 본 실시 형태에 의한 배열 회수 보일러가 적용되는 컴바인드 사이클형의 발전 플랜트의 계통도이다.
이 도 1에 있어서, 참조 번호 10은 발전기를 나타내고, 12는 증기 터빈, 14는 가스 터빈을 나타내고 있다. 참조 번호 16은, 배열 회수 보일러를 나타낸다.
발전기(10)는, 증기 터빈(12)과 가스 터빈(14)과 동일한 구동축(18)에 의하여 연결되어 있다. 또 구동축(18)에는 공기압축기(20)가 연결되어 있다. 이 공기 압축기(20)는, 외부로부터 흡입된 공기(A)를 고온 고압으로 압축하여 연소기(22)로 공급한다. 이 연소기(22)에서는, 연료 계통(24)으로부터 공급되는 연료로 압축된 공기가 혼합되어 연소하고, 고온 고압의 연소 가스가 가스 터빈(14)으로 보내진다. 이 연소 가스가 팽창 작업을 함으로써 가스 터빈(14)의 터빈이 회전 구동되어 발전기(10)는 회전한다. 가스 터빈(14)으로부터 배출된 배기가스(25)는 배기 덕트(26)를 통하여 배열 회수 보일러(16)로 유도된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 배열 회수 보일러(16)의 덕트(27) 내부에는, 가스 터빈(14)으로부터 배출된 배기가스(25)가 흐르는 방향을 따라 상류측으로부터 순서로 고온 과열기(28), 저온 과열기(30), 증발기(32), 절탄기(34)라고 하는 4종류의 열교환기가 설치되어 있다. 증발기(32)에는 증기 드럼(36)이 설치되어 있다. 절탄기(34)는, 보일러 급수를 배기가스(25) 열로 가열하고 나서 증기 드럼(36)으로 공급한다. 증기 드럼(36)에서는, 증발기(32)에서 발생된 포화 증기의 기액분리를 행함과 함께, 그 내부를 소정의 수위로 유지함으로써 포화 증기와의 밸런스가 유지되도록 되어 있다. 증기 드럼(36)에서 기액분리된 물은 증발기(32)로 재도입된다.
증기 드럼(36) 내부의 포화 증기는, 포화 증기관(38)을 통하여 저온 과열기(30)로 보내지고, 여기서 과열되고 나서, 다시 고온 과열기(28)로 유도되며, 여기에서 증기는 다시 과열된다. 저온 과열기(30)과 고온 과열기(28)의 사이에는, 증기 온도를 조절하기 위한 감온기(40)가 설치되어 있다.
고온 과열기(28)의 보일러 출구에는 출구 배관(42)이 접속되어 있고, 고온 과열기(28)에서 과열된 과열 증기는, 출구 배관(42)을 통하여 증기 터빈(12)으로 보내지고, 팽창 일을 행하여 증기 터빈(12)을 회전시키게 된다. 일을 끝낸 증기는, 복수기(43)로 유도되어 물로 되돌아가고 나서, 환수 배관(condensate return pipe)(45)을 통하여 급수 펌프(46)로 보내지며, 여기서 가압되어 절탄기(34)로 환류된다. 연료 계통(24)에서는, 조연장치(50, 52)로 각각 연료를 공급하는 제 1 연료 공급 배관(54), 제 2 연료 공급 배관(55)이 분기되어 있다.
본 실시 형태에 의한 배열 회수 보일러(16)에서는, 다음과 같이 조연장치(50, 52)가 설치되어 있다.
이 중, 제 1단째의 조연장치(50)는, 배기가스(25)가 흐르는 방향에서 최상류의 위치에 배치되고, 이 실시형태의 배열 회수 보일러(16)의 경우, 고온 과열기(28)의 상류측에 설치되어 있다. 이 제 1단째의 조연장치(50)에는, 복수의 버너(51)가 하류측의 고온 과열기(28)를 향하여 설치되어 있다. 제 1 연료 공급 배관(54)에는, 연료 조정 밸브(56)와 연료 차단 밸브(57)가 배치되어 있고, 버너(51)에서 연소시키는 연료 투입량을 연료 조정 밸브(56)의 개도를 조정함으로써 제어하고 있다. 모든 버너(51)를 소화할 때에는 연료 차단 밸브(57)가 닫히게 되어 있다.
도 3은, 제 1단째의 조연장치(50)에서의 버너(51)의 배치 및 각 버너(51)로의 연료 공급 배관을 나타내는 도면이다. 제 1 연료 공급 배관(54)은, 연료 조정 밸브(56)의 하류에서 연료 공급 배관(58a, 58b)으로 분기하고 있고, 이 실시형태에서는, 연료 공급 배관(58a, 58b)에는 각각 4개의 버너(51)가 연료 차단 밸브(59)를 사이에 두고 병렬로 접속되어 있다. 연료 차단 밸브(59)가 닫히면, 각 버너(51)는 개별적으로 소화된다.
다음으로, 도 2에 있어서, 제 2단째의 조연장치(52)는, 제 1단째의 조연장치(50)보다 하류 위치, 이 실시형태의 경우, 증발기(32)의 상류측에 배치되어 있다. 이 제 2단째의 조연장치(52)에는 복수의 버너(53)가 하류측의 증발기(32)를 향하여 설치되어 있다. 제 2 연료 공급 배관(55)에는, 연료 투입량을 조정하는 연료 조정 밸브(60)와 모든 버너(53)를 소화할 때에 닫히는 연료 차단 밸브(61)가 배치되어 있다.
도 4는, 제 2단째의 조연장치(52)에서의 버너(53)의 배치 및 각 버너(53)로의 연료 공급 배관, 공기 덕트를 나타내는 도면이다. 제 1단째의 조연장치(50)와 마찬가지로, 제 2 연료 공급 배관(55)은, 연료 조정 밸브(60)의 하류에서 연료 공급 배관(63a, 63b)으로 분기하고 있고, 이 실시형태에서는, 연료 공급 배관(63a, 63b)에는 각각 4개의 버너(53)가 연료 차단 밸브(64)를 사이에 두고 병렬로 접속되어 있다. 연료 차단 밸브(64)가 닫히면, 각 버너(51)는 개별적으로 소화된다.
또, 팬(65)으로부터 보내져 오는 공기는, 공기 덕트(66a, 66b)를 흘러 각 버너(53)로 도입된다. 각 버너(53)의 공기유입부분에는, 공기량 조정 밸브(68)가 설치되어 있다. 이 공기량 조정 밸브(68)에서는, 밸브의 개도는 액추에이터(69)로 조정되게 되어 있다.
다음으로, 도 2에 있어서, 참조 번호 70은, 제 1단째의 조연장치(50)와 제 2단째의 조연장치(52)의 점화, 소화 조작 및 공기 공급량을 제어하는 제어장치를 나타낸다. 연료 계통(24)을 흐르는 연료의 유량은, 유량계(62)에 의해 검출되어, 제어장치(70)에 입력된다. 또, 배열 회수 보일러(16)로부터 배출되는 배기가스를 굴뚝으로 유도하는 배기 덕트에는, 배기가스 중의 일산화탄소나 질소산화물 등의 유해 가스의 농도를 검출하는 가스 센서(72)가 설치되어 있고, 이 가스 센서(72)의 가스 농도 검출 신호는, 제어장치(70)로 도입된다.
본 실시 형태에 의한 배열 회수 보일러는, 이상과 같이 구성되는 것이며, 다음으로, 그 작용에 대하여 설명한다.
우선, 제 1단째의 조연장치(50)와 제 2단째의 조연장치(52)의 배열 회수 보일러(16)에 있어서의 작용에 대하여 설명한다.
도 1에 있어서, 제 2단째의 조연장치(52)는, 증발기(32)의 상류에 배치되어 있기 때문에, 버너(53)로부터 분출되는 화염으로 배기가스(25)가 가열되면, 주로, 증발기(32)에서의 증발량을 증대시킬 수 있다.
이것에 대하여, 제 1단째의 조연장치(50)는, 고온 과열기(28), 저온 과열기(30)의 상류에 배치되어 있기 때문에, 버너(51)로부터 분출되는 화염으로 배기가스(25)가 가열되면, 이들 고온 과열기(28), 저온 과열기(30)에서의 증기의 과열도를 상승시킬 수 있다.
조연장치(50, 52)에 점화하지 않고 배열 회수 보일러(16)를 운전하고 있을 때에, 증기량이 부족하게 되어, 증기 터빈(12)으로 공급해야 할 증기량을 늘리는 경우에는, 최초로 제 2단째의 조연장치(52)의 버너(53)에 점화하고, 제 2단째의 조연장치(52)로의 연료 투입량을 증가시켜 간다. 최초 단계에서 제 1단째의 조연장치(50)를 운전하고 있으면, 증발량이 충분하지 않은 상태인 채로 고온의 배기가스(25)로 고온 과열기(28)와 저온 과열기(30)를 너무 과열하게 되어, 바람직하지 않다.
이와 같이 제 2단째의 조연장치(52)에만 연료를 투입하고, 버너(53)에서 연료를 연소시키고 있는 동안은, 배기가스(25) 중에 충분한 산소가 있기 때문에, 연소 상태는 안정된다.
다음으로, 증기 터빈(12)으로 공급해야 할 증기량을 더 늘리는 경우에는, 제 1단째의 조연장치(50)에도 연료를 공급하여 버너(51)에서 연료를 연소시킨다. 제 1단째의 조연장치(50)에서 가열하여 배기가스(25)의 온도를 상승시키지 않으면, 고온 과열기(28), 저온 과열기(30)에서의 증기의 과열이 충분하지 않게 되어, 보일러 출구에서의 증기 온도가 저하해 버릴 우려가 있기 때문이다.
이렇게 하여, 제 1단째의 조연장치(50)와 제 2단째의 조연장치(52)의 쌍방에서 연료를 연소시키고 있으면, 제 1단째의 조연장치(50)에서는, 배기가스(25)에 의하여 산소가 충분히 공급되므로, 연소 상태는 안정된다. 이것에 대하여, 제 2단째의 조연장치(52)에는, 제 1단째의 조연장치(50)에서 산소가 소비되어 버리는 배기가스(25)가 공급되기 때문에, 산소가 부족하게 되는 경향이 있고, 연소 상태가 불안정하게 되는 경우가 있다.
본 실시 형태에서는, 제 2단째의 조연장치(52)에 산소 부족에 의한 불안정 연소가 생기지 않도록, 도 4에 나타내는 바와 같이, 팬(65)을 회전시켜, 공기 덕트(66a, 66b)에 공기를 흘려 각 버너(53)로 공급하고 있다. 이렇게 함으로써, 제 2단째의 조연장치(52)의 각 버너(53)에는 산소를 추가 공급할 수 있으므로, 안정된 연소 상태를 확보하는 것이 가능하게 되고, 제 2단째의 조연장치(52)로부터의 일산화탄소 등의 유해 가스의 배출을 미연에 억제할 수 있다.
이 동안, 팬(65)에서 공급하는 공기량은 너무 많아도 너무 적어도, 제 2단째의 조연장치(52)의 연소 상태는 안정되지 않기 때문에, 공기량 조정 밸브(68)의 밸브의 개도를 조정하면서, 적정량의 공기를 각 버너(53)로 공급한다. 공기량 조정 밸브(68)의 밸브 개도는, 제어장치(70)가 액추에이터(69)에 밸브 개도를 지령하여 조정된다. 제어장치(70)는, 가스 센서(72)의 출력 신호에 기초하여, 제 2단째의 조연장치(52)로부터 배출되는 일산화탄소 등의 유해 가스의 농도를 감시하면서, 공기량 조정 밸브(68)의 밸브 개도를 자동으로 제어하고, 항상 최적인 연소 상태를 유지한다.
제 2단째의 조연장치(52)에 팬(65)으로 공기를 추가 공급하는 경우, 안정된 연소 상태를 확보하기 위해서는, 공기량 이외에도, 가스 터빈(14)의 부하나 연료 투입량도 관계된다. 제 2단째의 조연장치(52)에서 연소 상태가 불안정하게 되어 일산화탄소 등의 배출량이 증가하는 것은, 가스 터빈(14)이 고부하로 운전되고, 또 제 2단째의 조연장치(52)로의 연료 투입이 적을 때에 현저하다.
그래서, 도 5는, 가스 터빈(14)의 부하와 공기량 조정 밸브(68)의 밸브 개도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5에 있어서, 가스 터빈(14)이 저부하(低負荷) 영역에서 운전되고 있을 때는, 이 가스 터빈(14)으로부터 배열 회수 보일러(16)로 공급되는 배기가스(25)의 유량은 적기 때문에, 공기량 조정 밸브(68)의 밸브 개도는 전부 열림으로 설정되어 있다. 가스 터빈(14)의 부하가 점차 증대해 가면, 거기에 수반하여 배기가스(25)의 유량도 증대해 가므로, 미리 설정된 부하(L1)에 이르면, 제 2단째의 조연장치(52)의 각 버너(53)에 공기가 과잉이 되지 않게, 제어장치(70)는 공기 조정 밸브(68)의 밸브 개도를 줄여간다. 이때 밸브 개도에 대해서는, 제 2단째의 조연장치(52)로부터 배출되는 가스 중의 일산화탄소 등의 유해 가스 농도가 제한치를 넘지 않도록, 부하에 대한 최적인 개도를 미리 설정해 두고, 예를 들면, 도 5에 나타내는 바와 같이 직선적으로 감소시킨다.
이와 같이, 가스 터빈(14)의 부하 증대에 따라 공기량 조정 밸브(68)의 밸브 개도는 줄여져 가므로, 제 2단째의 조연장치(52)의 각 버너(53)에는, 공기 조정 밸브(68)에 의해 최적량의 공기가 공급되어 연소 상태를 안정시킬 수 있다.
다음으로, 도 6은, 제 2단째의 조연장치(52)로의 연료 투입량과 공기량 조정 밸브(68)의 밸브 개도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6에 있어서, 제 2단째의 조연장치(52)로의 연료 투입량이 적은 영역에서는, 공기 조정 밸브(68)의 개도가 크면, 각 버너(53)로의 공기량이 과잉이 되어 버리므로, 미리 적정한 밸브 개도를 설정해 두고, 각 버너(53)에서의 연소를 안정시킨다. 연료 투입량이 증대해 가면, 연소에 필요한 공기량도 증가하므로, 배출 가스중의 일산화탄소 등의 유해 가스의 농도가 제한치를 넘지 않도록, 제어장치(70)는, 유량계(62)에 의해 연료 투입량을 감시하면서, 미리 설정한 연료 투입량(F1)을 넘고 나서, 공기 조정 밸브(68)의 개도를 크게 하여, 공급하는 공기량을 늘려 간다.
한편, 도 5에 나타낸 밸브 개도의 변화 패턴과 도 6에 나타낸 밸브 개도의 변화 패턴을 조합하고, 가스 터빈(14)의 부하와 연료 투입량을 동시에 감시하면서 공기 조정 밸브(68)의 개도를 자동조정 하도록 해도 좋다.
지금까지 설명한 것은, 제 2단째의 조연장치(52)의 각 버너(53)에 팬(65)에 의해 공기를 보내어 연소 상태를 안정시키는 경우이지만, 이하와 같이, 제 2단째의 조연장치(52)에 설치되어 있는 8대의 버너(53) 중, 임의의 1대 혹은 복수대의 버너(53)를 소화하도록 해도 좋다.
예를 들면, 가스 터빈(14)의 출력이 높아지고 있는 경우에는, 배열 회수 보일러(16)에 공급되는 배기가스량은 증대해지기 때문에, 제 2단째의 조연장치(52)에 같은 양의 연료가 투입되었다고 해도, 가스 터빈(14)의 출력이 높아질수록 증기 발생량은 증가하게 된다.
이러한 경우, 증기 발생량이 최대치 이상이 되지 않게 하기 위해서, 제 2단째의 조연장치(52)로의 연료 투입량을 줄여 가는 경우가 있다.
제 2단째의 조연장치(52)로의 연료 투입량을 줄여 가면, 각 버너(53)에서의 연소 상태가 불안정하게 되기 쉽고, 일산화탄소 등의 유해 가스의 농도가 극단적으로 높아지는 특성을 나타내는 경우가 있다. 이러한 경우, 일산화탄소 등의 유해 가스의 농도가 소정의 제한치를 넘지 않도록, 도 7에 나타내는 바와 같이, 몇 개인가의 버너(53)를 소화하게 된다.
도 7에 있어서, 가로축은 제 2단째의 조연장치(52)로의 연료 투입량을 나타내고, 세로축은 제 2단째의 조연장치(52)로부터 배출되는 가스 중의 일산화탄소 농도를 나타내고 있다. 일산화탄소의 농도 Cmax가 제한치이다.
곡선 A는, 제 2단째의 조연장치(52)의 버너(53)가 전부 점화되어 있을 때의 일산화탄소 농도의 변화를 나타낸다. 연료 투입량이 줄어감에 따라, 일산화탄소 농도는 점차 높아져 간다. 제어장치(70)는, 가스 센서(72)의 출력 신호에 기초하여, 제 2단째의 조연장치(52)로부터 배출되는 일산화탄소의 농도를 감시하고 있고, 일산화탄소 농도가 제한치 Cmax에 가까워져 가면, 그 바로 앞에서, 예를 들면, 반수, 이 경우 4대의 버너(53)의 연료 차단 밸브(64)를 닫아 소화한다.
이 결과, 곡선 B에 나타내는 바와 같이, 나머지 4대의 버너(53)는 점화하고 있고, 1대당 연료 투입량은 증가하므로, 연료와 함께 버너(53) 1대당에 공급되는 산소량이 증가하여 연소 상태가 안정되는 결과, 일산화탄소 농도를 크게 감소시킬 수 있다.
복수의 버너(53)를 소화하는 경우에는, 도 4에 있어서, 수평 방향과 같은 평면상에 있는 버너(53)를 동시에 소화하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 버너(53)에 의해 가열되는 배기가스(25)가 수평 방향으로 온도 불균일이 되는 상태를 저감 할 수 있다.
이상, 제 2단째의 조연장치(52)의 버너(53) 중 일부 버너를 소화시킴으로써, 나머지의 점화한 채로의 버너(53)의 연소 상태를 안정시키는 실시형태를 설명했지만, 제 1단째의 조연장치(50)에 대해서도, 연료 투입량을 줄이는 경우에는, 도 3에 있어서, 임의의 연료 차단 밸브(59)를 닫고, 8대 있는 버너(51) 중 일부를 소화하도록 해도 좋다.
이상, 본 발명에 따른 배열 회수 보일러에 대하여, 제 1단째의 조연장치, 제 2단째의 조연장치를 설치한 배열 회수 보일러의 실시형태를 들어 설명했지만, 이 실시형태는 예시이며, 발명의 범위는 그들로 한정되지 않는다.
또, 본 발명의 배열 회수 보일러는, 증기 터빈만으로 한정되지 않고, 예를 들면, 담수 플랜트 등에 증기를 공급하는 플랜트에도 적용할 수 있다.
10…………발전기 12…………증기 터빈
14…………가스 터빈 16…………배열 회수 보일러
18…………구동축 20…………공기압축기
22…………연소기 24…………연료 계통
26…………배기 덕트 28…………고온 과열기
30…………저온 과열기 32…………증발기
34…………절탄기 36…………증기 드럼
38…………포화 증기관 40…………감온기
42…………출구 배관 43…………복수기
45…………환수 배관 46…………급수 펌프

Claims (23)

  1. 가스 터빈으로부터의 배기가스의 흐름 방향을 따라 과열기, 증발기, 절탄기(節炭器)를 가지는 복수의 열교환기가 덕트 내에 배치되고, 상기 가스 터빈의 배기가스를 이용하여 증기를 발생하는 배열 회수 보일러에 있어서,
    상기 과열기의 상류측에서 상기 배기가스를 가열하는 제 1 조연장치와, 상기 증발기의 상류측에서 상기 배기가스를 가열하는 제 2 조연장치를 가지고, 복수의 버너를 연소시켜 상기 배기가스를 가열하는 조연장치와,
    상기 제 2 조연장치의 각 버너에 상기 덕트의 외부로부터 공기를 공급하고, 상기 제 2 조연장치의 각 버너에 공급하는 공기량을 조정하는 공기량 조정 수단을 구비하는 공기 공급 장치와,
    상기 배열 회수 보일러로부터 배출되는 배기가스 중 유해 가스의 농도를 검출하는 수단을 구비하고,
    상기 유해 가스의 특정 성분 농도가 제한치를 넘지 않도록 상기 공기량 조정 수단을 조작하여 공기량을 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 배열 회수 보일러.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 공급 장치는, 상기 제 2 조연장치의 각 버너에 공기를 공급하는 통로가 되는 공기 덕트와, 공기를 상기 각 버너를 향하여 상기 공기 덕트에 공기를 강제적으로 흘리는 팬을 구비하는 것을 특징으로 하는 배열 회수 보일러.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 터빈의 부하에 따라, 유해 가스의 특정 성분 농도가 제한치를 넘지 않도록 상기 공기량 조정 수단을 조작하여 공기량을 제어하는 것을 특징으로 하는 배열 회수 보일러.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가스 터빈의 부하가 증대함에 따라, 상기 공기량 조정 수단의 밸브 개도를 줄여가는 것을 특징으로 하는 배열 회수 보일러.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 가스 터빈이 저부하로 운전되고 있을 때는, 상기 공기량 조정 수단의 밸브 개도를 전부 열림으로 하고, 부하가 증대하여 미리 설정한 부하의 설정치를 넘은 후에는, 상기 밸브 개도를 직선적으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 배열 회수 보일러.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 조연장치로의 연료 투입량에 따라, 유해 가스의 특정 성분 농도가 제한치를 넘지 않도록 상기 공기량 조정 수단을 조작하여 공기량을 제어하는 것을 특징으로 하는 배열 회수 보일러.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 조연장치로의 연료 투입량이 적은 영역에서는, 상기 공기량 조정 수단의 밸브 개도를 미리 설정한 적정한 값으로 유지하고, 연료 투입량이 증가해 미리 설정한 소정의 연료 투입량을 넘은 다음은, 상기 밸브 개도를 서서히 크게 하는 것을 특징으로 하는 배열 회수 보일러.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 배열 회수 보일러로부터 배출되는 배기가스 중 유해 가스의 농도가 제한치를 넘지 않도록, 상기 제 2 조연장치가 구비하는 버너 중, 어느 하나의 임의의 버너를 소화하는 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배열 회수 보일러.
  9. 가스 터빈으로부터의 배기가스의 흐름 방향을 따라 과열기, 증발기, 절탄기를 가지는 복수의 열교환기가 덕트 내에 배치되고, 상기 가스 터빈의 배기가스를 이용하여 증기를 발생하는 배열 회수 보일러에 있어서,
    어느 하나의 상기 열교환기의 상류측에서, 복수의 버너를 연소시켜 상기 배기가스를 가열하는 조연장치와,
    상기 배열 회수 보일러로부터 배출되는 배기가스 중의 유해 가스의 농도가 제한치를 넘지 않도록, 상기 조연장치가 구비하는 버너 중, 어느 하나의 임의의 버너를 소화하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 배열 회수 보일러.
  10. 고온, 고압의 연소 가스에 의하여 터빈을 회전 구동하는 가스 터빈과,
    가스 터빈으로부터의 배기가스의 흐름 방향을 따라 과열기, 증발기, 절탄기를 가지는 복수의 열교환기가 덕트 내에 배치되고, 상기 가스 터빈의 배기가스를 이용하여 증기를 발생하는 배열 회수 보일러와,
    상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기에 의해 구동되는 증기 터빈과,
    상기 가스 터빈 및 증기 터빈에 의하여 구동되는 발전기를 구비하고,
    상기 배열 회수 보일러는,
    상기 과열기의 상류측에서 상기 배기가스를 가열하는 제 1 조연장치와, 상기 증발기의 상류측에서 상기 배기가스를 가열하는 제 2 조연장치를 가지고, 복수의 버너를 연소시켜 상기 배기가스를 가열하는 조연장치와,
    상기 제 2 조연장치의 각 버너에 상기 덕트의 외부로부터 공기를 공급하고, 상기 제 2 조연장치의 각 버너에 공급하는 공기량을 조정하는 공기량 조정 수단을 구비하는 공기 공급 장치와,
    상기 배열 회수 보일러로부터 배출되는 배기가스 중 유해 가스의 농도를 검출하는 수단을 구비하고,
    상기 유해 가스의 특정 성분 농도가 제한치를 넘지 않도록 상기 공기량 조정 수단을 조작하여 공기량을 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 발전 플랜트.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 공기 공급 장치는, 상기 제 2 조연장치의 각 버너에 공기를 공급하는 통로가 되는 공기 덕트와, 공기를 상기 각 버너를 향하여 상기 공기 덕트에 공기를 강제적으로 흘리는 팬을 구비하는 것을 특징으로 하는 발전 플랜트.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 가스 터빈의 부하에 따라, 유해 가스의 특정 성분 농도가 제한치를 넘지 않도록 상기 공기량 조정 수단을 조작하여 공기량을 제어하는 것을 특징으로 하는 발전 플랜트.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 가스 터빈의 부하가 증대함에 따라, 상기 공기량 조정 수단의 밸브 개도를 줄여가는 것을 특징으로 하는 발전 플랜트.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 가스 터빈이 저부하로 운전되고 있을 때는, 상기 공기량 조정 수단의 밸브 개도를 전부 열림으로 하고, 부하가 증대하여 미리 설정한 부하의 설정치를 넘은 후에는, 상기 밸브 개도를 직선적으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 발전 플랜트.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 조연장치로의 연료 투입량에 따라, 유해 가스의 특정 성분 농도가 제한치를 넘지 않도록 상기 공기량 조정 수단을 조작하여 공기량을 제어하는 것을 특징으로 하는 발전 플랜트.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 조연장치로의 연료 투입량이 적은 영역에서는, 상기 공기량 조정 수단의 밸브 개도를 미리 설정한 적정한 값으로 유지하고, 연료 투입량이 증가하여 미리 설정한 소정의 연료 투입량을 넘은 다음은, 상기 밸브 개도를 서서히 크게 하는 것을 특징으로 하는 발전 플랜트.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 배열 회수 보일러로부터 배출되는 배기가스 중 유해 가스의 농도가 제한치를 넘지 않도록, 상기 제 2 조연장치가 구비하는 버너 중, 어느 하나의 버너를 소화하는 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 발전 플랜트.
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