KR101602502B1 - 복합 발전 설비 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 가스 터빈(20)의 압축기(28)로부터 인터쿨러(204)를 통해 공기를 받는 가변 속도 부스터(208)를 제공하여, 비교적 일정한 압력으로 공기를 공기 분리 장치(14)에 공급할 수 있다. 본 발명의 실시예는 가변 속도 부스터(208)에 전력을 공급하여, 비교적 일정한 압력으로 공기를 공기 분리 장치(14)에 제공할 수 있는 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)을 제공한다.

Description

복합 발전 설비 시스템{METHOD AND SYSTEMS FOR OPERATING A COMBINED CYCLE POWER PLANT}
본 발명은 일반적으로 발전 시스템에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 대규모의 가변 속도 처리 장비를 포함하는 복합 발전 설비(Combined Cycle Power Plant)에 관한 것이다.
몇몇 알려진 석탄 가스화 복합(Integrated Gasification Combined Cycle)(IGCC) 발전 설비는 공기 분리 장치(ASU : Air Separation Unit)를 이용하여 가스화 처리를 위한 옥시던트(oxidant) 흐름을 생성한다. 일반적으로, 공기 분리 장치(ASU : air separation unit)는 비교적 일정한 흐름 및 압력의 압축 공기의 공급원을 필요로 한다. 전형적으로, 모터 구동식 압축기는 필요한 흐름 및 압력으로 압축 공기를 제공하는데 사용된다. 그러나, 모터 구동식 압축기는 상당한 전력을 사용하는 고가의 장비이다. 또한, 모터 구동식 압축기는 전체적인 효율성을 감소시키는 IGCC 발전 설비의 기생 부하(parasitic load)라 할 수 있다.
공기 처리 유닛(air processing unit)의 다른 공기 공급원은 IGCC 발전 설비 와 연결된 가스 터빈의 압축기이다. 그러나, 압축기에 의해 공급되는 공기는 가스 터빈 상의 부하에 따라 압력 및 흐름이 가변한다.
상술한 이유로, 비교적 일정한 흐름 및 압력의 압축 공기의 공급원을 공기 처리 유닛에 마련한 시스템 및 방법이 필요하다. 본 시스템 및 방법은 IGCC 발전 설비 상에서 기생 부하로 되지 않아야 한다. 본 시스템 및 방법은 가스 터빈의 부하 범위에 걸쳐 비교적 일정한 압력 및 조절가능한 흐름의 압축 공기의 공급원을 제공해야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복합 발전 설비(10) 시스템은, 압축기(28), 연소 챔버, 및 그 압축기(28)에 구동가능하게 결합된 터빈 섹션을 포함하는 가스 터빈(20)과, 가변 가이드 베인 부스터(variable guide vane booster)(208)의 입구와 연통하도록 결합된, 압축기(28)로부터의 블리드 에어의 소스(a source of bleed air)와, 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)과 통합된 가변 가이드 베인 부스터(208)의 출구와 연통하도록 결합된 공기 분리 장치(ASU)(14)를 포함하되, 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)은 가변 가이드 베인 부스터(208)에 전력을 공급하여 압축기(28)로부터 공기를 추출하도록 한다.
본 발명에 따르면, 비교적 일정한 흐름 및 압력의 압축 공기의 공급원을 제공할 수 있다.
바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명은, 본 발명의 특정 실시예를 예시하는 첨부 도면을 참조한다. 다른 구조 및 동작을 가진 다른 실시예는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다.
특정 기술 용어는 편의를 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 예를 들어, "상위", "하위", "좌측", "우측", "전면", "후면", "최상부", "최하부", "수평", "수직", "업스트림", "다운스트림", "전방의", "후방의" 등의 단어는 도면에 도시된 구성을 단지 설명한다. 실제로, 본 발명의 실시예의 요소는 임의의 방향으로 설정될 수 있어서, 기술 용어는 다른 방식으로 명시되지 않는 한, 이러한 변경을 포함하는 것으로서 이해해야 한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수로 열거된 요소 또는 단계는 복수의 요소 또는 단계를 배제하지 않는 것으로서 이해해야 하며, 이러한 배제가 분명하게 열거되지 않는 한 유지된다. 또한, 본 발명의 "일실시예"에 대한 참조는 열거된 특징을 또한 포함하는 추가적인 실시예의 존재를 배제하는 것으로서 해석해서는 안 된다.
본 발명의 실시예는, 인터쿨러(intercooler)를 통해 가스 터빈의 압축기로부 터 공기를 받아, 비교적 일정한 압력으로 공기를 공기 처리 유닛에 공급할 수 있는 가변 속도 부스터를 제공한다. 본 발명의 실시예는 가변 속도 부스터에 동력을 공급하는 속도 조정이 가능한 부스터 터빈을 제공하여, 비교적 일정한 압력의 공기를 공기 처리 유닛에 제공할 수 있다.
몇몇 도면 전반에 걸쳐 여러 번호가 유사한 요소를 나타내는 도면을 참조하면, 도 1은 종래 기술의 석탄 가스화 복합(IGCC) 발전 설비(10) 시스템의 개략도이다. 일반적으로, IGCC 발전 설비(10) 시스템은 메인 공기 압축기(12)와, 압축기(12)와 연통가능하게 결합된 공기 분리 장치(ASU)(14)와, ASU(14)에 연통가능하게 결합된 가스화기(gasifier)(16)와, 가스화기(16)에 연통가능하게 결합된 합성 가스 냉각기(18)와, 합성 가스 냉각기(18)에 연통가능하게 결합된 가스 터빈(20)과, 합성 가스 냉각기(18)에 연통가능하게 결합된 증기 터빈(22)을 포함한다. 일부 IGCC 발전 설비(10) 시스템에서, 가스화기(16)와 합성 가스 냉각기(18)는 단일의 완전한 용기(vessel)로 결합될 수 있다.
동작시에, 압축기(12)는 대기 공기를 압축하여 ASU(14)에 보낼 수 있다. 일부 IGCC 발전 설비(10) 시스템에서, 가스 터빈 압축기(24)로부터의 압축 공기는 ASU(14)로 또한 보내질 수 있다. 이와 달리, 압축기(12)로부터의 압축 공기가 ASU(14)에 보내지기 보다는, 가스 터빈 압축기(24)로부터의 압축 공기가 ASU(14)에 보내진다. 여기서, ASU(14)는 압축 공기를 이용하여, 가스화기(16)가 사용하기 위한 산소를 생성할 수 있다. 보다 상세하게는, ASU(14)는 그 압축 공기를 개별적인 흐름의 산소(O2)와 부산물의 가스(종종, "처리 가스"라 함)로 분리한다. O2 흐름은 부분적으로 연소된 가스(이하, 가스 터빈(20)에서 연료로서 사용하기 위한 "합성 가스"라 하며, 이하에 보다 상세히 설명함)를 생성할 때 사용하기 위해 가스화기(16)에 보내진다.
ASU(14)에 의해 생성된 처리 가스는 질소를 포함하며, 이하에서는 "질소 처리 가스(NPG)"라 한다. NPG는 산소 및/또는 아르곤 등의 다른 가스를 포함할 수 있으나, 이들 다른 가스로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, NPG는 대략 95% 내지 대략 100%의 질소를 포함할 수 있다. 일부 IGCC 발전 시스템(10)에서, NPG 흐름의 적어도 일부는 ASU(14)로부터 대기로 배출된다. NPG 흐름의 일부는 가스 터빈 연소기(26) 내의 연소 영역(도시 생략)에 주입되어 엔진(20)의 배출을 용이하게 제어한다. 이로써, 연소 온도를 용이하게 감소시키며, 가스 터빈(20)으로부터 아산화질소 배출을 용이하게 감소시킨다. 일부 IGCC 발전 시스템(10)에서, 압축기(28)는 NPG 흐름을 가스 터빈 연소기(26)의 연소 영역에 주입하기 전에 압축하기 위해 사용될 수 있다.
일부 IGCC 발전 시스템(10)에서, 가스화기(16)는 연료 공급원(30)으로부터 공급된 연료 혼합물과, ASU(14)에 의해 공급된 O2와, 증기 및/또는 석회석을, 가스 터빈(20)에 의해 연료로서 사용하기 위한 합성 가스의 부산물(output)로 변환시킨다. 가스화기(16)가 임의의 연료를 사용할 수 있지만, 실시예인 가스화기(16)는 석탄, 석유 코크스, 잔유(residual oil), 유유제(oil emulsion), 타르 샌드(tar sand), 및/또는 다른 유사한 연료를 이용할 수 있다. 또한, 일부 IGCC 발전 시스템(10)에서, 가스화기(16)에 의해 생성된 합성 가스는 이산화탄소를 포함한다. 가스화기(16)는 고정층(fixed-bed) 가스화기, 유동층(fluidized-bed) 가스화기, 및/또는 완전 분류층(fully-entrained) 가스화기의 형태를 포함할 수 있다.
일부 IGCC 발전 시스템(10)에서, 가스화기(16)에 의해 생성된 합성 가스는, 이하에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 합성 가스를 용이하게 냉각시키는 합성 가스 냉각기(18)에 보내진다. 냉각된 합성 가스는, 합성 가스가 연소 목적으로 가스 터빈 연소기(26)에 보내지기 전에 합성 가스를 세정하기 위해, 합성 가스 냉각기(18)로부터 클린 업 장치(32)로 보내진다. 이산화탄소(CO2)는 클린업 중에 합성 가스로부터 분리되어 대기로 배출될 수 있다. 가스 터빈(20)은 전력을 전력 그리드(도시 생략)에 공급하는 발전기(34)를 구동한다. 가스 터빈(20)으로부터의 배기 가스는, 증기 터빈(22)을 구동하기 위한 증기를 생성하는 폐열 회수 장치(HRSG : Heat Recovery Steam Generator)(36)에 보내진다. 증기 터빈(22)에 의해 생성된 전력은 전력을 전력 그리드에 제공하는 발전기(38)를 구동할 수 있다. 일부 IGCC 발전 시스템(10)에서, HRSG(36)로부터의 증기는 합성 가스를 생성하기 위한 가스화기(16)에 공급된다.
부하 전류 인버터(LCI : Load Commutated Inverter) 또는 정지형 주파수 컨버터(SFC : Static Frequency Converter) 등의 시동기(starter)(35)가 가스 터빈(20)을 시동할 때, 전력 시스템 버스(37)로부터 차단기(42)와 전력용 변압기(44) 를 거쳐 AC 전력을 수전할 수 있다. 시동기(35)는 AC 전력을 DC 전력으로 정류하고, 그 다음, DC 전력을 가변 AC 주파수를 가진 AC 전력으로 변환하여, 차단 스위치(46)를 통해 발전기(34)에 공급한다. 발전기(34)는 가스 터빈(20)이 시동하는데 필요한 토크 제어를 제공하는 동기 모터로서 동작한다. 가스 터빈(20)이 자체 유지가능(self-sustaining)할 때, 속도 차단 스위치(speed disconnect switch)(46)는 오픈 상태로 되어 시동기(35)를 발전기(34)로부터 절연시킨다. 또한, 차단기(42)는 오픈 상태로 되어 전력 시스템 버스(37)로부터 전원 공급 장치를 컷 오프한다. 시동기 제어기(48)는 다양한 감지 및 커맨드 신호를 수신하여, 발전기(34)의 동작을 조정하는 역할을 하며, 가스 터빈(20)의 개시 중에는 모터로서 동작한다. 시동기(35)는 발전기(34)의 속도 동작을 조정할 수 있어 시동을 부드럽게 한다. 일반적으로, 부드러운 시동은 발전기(34)와 가스 터빈(20)의 기계적인 응력을 감소시키고, AC 전력 시스템(37) 상의 전기적인 시동 서지(starting surge)를 용이하게 제거한다. 출력 변압기는 시동기(35)가 임의 전압의 기계와 동작할 수 있게 한다.
또한, 일부 IGCC 발전 시스템(10)에서, 펌프(40)는 끓인 물을 HRSG(36)로부터 합성 가스 냉각기(18)에 공급하여 가스화기(16)로부터 보내진 합성 가스를 용이하게 냉각할 수 있다. 끓인 물은 합성 가스 냉각기(18)를 통해 보내질 수 있으며, 여기서, 끓인 물은 증기로 변환된다. 그 다음, 합성 가스 냉각기(18)로부터의 증기는, 가스화기(16), 합성 가스 냉각기(18) 및/또는 증기 터빈(22) 내에서 사용하기 위해, HRSG(36)에 다시 보내진다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 도 1에 도시된 시스템의 일부를 도시하는 개략도이다. 본 발명의 실시예에서, 가스 터빈 압축기(24)로부터의 압축 공기는 인터쿨러(204)와 가변 가이드 베인 부스터(208)를 거쳐 ASU(14)에 공급될 수 있다. 여기서, 고온의 압축 공기는 가스 터빈 압축기(24)로부터 인터쿨러(204)의 제 1 흐름 경로(202)를 거쳐 보내질 수 있다. 냉각 유체의 흐름은 인터쿨러(204)의 제 2 흐름 경로(206)를 거쳐 흐를 수 있다. ASU(14)는 압축 공기를 이용하여, 가스화기(16)가 사용하기 위한 산소를 생성한다. 보다 상세하게는, ASU(14)는 그 압축 공기를 개별 흐름의 산소(O2)와 가스 부산물(종종, "처리 가스"라 함)로 분리할 수 있다. 시스템(10)의 전체적인 효율성을 용이하게 증가시키기 위해, ASU(14)에 공급되는 압축 공기는 가스 터빈 압축기(24)로부터 배출되고, 그 후, 가변 가이드 베인 부스터(208)를 이용하여 비교적 일정한 압력으로 유지될 수 있다. 가변 가이드 베인 부스터(208)는 굴대 형상의 부스터(axial booster), 원심 부스터(centrifugal booster), 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는, 이용시에, 압축 공기를 가스 터빈 압축기(24)로부터 연소기(26) 및 ASU(14)로 공급할 수 있다. 가스 터빈 압축기(24)로부터 방전된 압축기 블리드 에어 흐름의 압력은 가변적이며, 발전기(34) 상의 부하와 연관되어 있다. 가변 압력의 압축기 블리드 에어 흐름을 ASU(14)에 바로 보내는 대신에, 가변 가이드 베인 부스터(208)는 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)을 이용하여 가변 가이드 베인 부스터(208)의 속도를 조정함으로써, ASU(14)로의 입구 압력을 조절할 수 있다. 또한, ASU(14)에 공급되는 공기 흐름이 가스 터빈(20)의 동작 부하의 광 범위한 범위에 걸쳐 실질적으로 일정한 압력에 있도록, 가변 가이드 베인 부스터(208)는 가변 가이드 베인 세트를 이용하여 ASU(14)로의 공기 흐름을 조정할 수 있다.
ASU(14)에 전달되는 공기 흐름의 압력을 조정하기 위해, 가변 가이드 베인 부스터(208)는 가변 속도로 회전하여 실질적으로 일정한 출구 압력을 유지할 수 있다. 가스 터빈 압축기(24)로부터 ASU(14)로 흐르는 압축 공기의 공기 흐름을 조정하기 위해, 가변 가이드 베인 부스터(208)는, ASU(14)의 공기 흐름 조건마다, 또한 회전 속도의 변화로 인한 변동을 조정하기에 적합한 위치에 가이드 베인(guide vane)을 배치할 수 있다. 가변 가이드 베인 부스터(208)의 동작은, ASU(14)의 입구에서 필요한 양의 공기 흐름으로 실질적으로 일정한 출구 공기 압력을 유지하면서, 가스 터빈(20) 상의 부하의 변경으로 인한 광범위한 압축기 블리드 에어 흐름 및/또는 압력을 가능하게 한다.
본 발명의 실시예에서, 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)은 가변 가이드 베인 부스터(208)에 전력을 공급할 수 있다. 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)은 증기 터빈(20), 증기 펌프, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)은, 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)이 가변 가이드 베인 부스터(208)에 전력을 공급할 수 있게 하는 방식으로, 가변 가이드 베인 부스터(208)와 통합될 수 있다. 예를 들어, 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)은 가변 가이드 베인 부스터(208)에 기계적으로 결합될 수 있으나, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 여기서, 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)의 속도 는 가변 가이드 베인 부스터(208)의 속도를 결정할 수 있다.
이와 달리, 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)은 부스터 모터(230)와 결합될 수 있다. 여기서, 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)의 동작은, 가변 가이드 베인 부스터(208)에 전기적으로 연결된 부스터 모터(230)에 동력을 제공할 수 있다. 여기서, 부스터 모터(230)는 가변 가이드 베인 부스터(208)에 전력을 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)은 HRSG(36)로부터 제 1 증기 경로(222)를 통해 증기를 받을 수 있다. 여기서, 증기는 HRSG(36) 상의 출구 위치로부터 스탑 밸브(226)와 제어 밸브(228)를 지나, 또한 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(20)의 입구 위치를 지나 이동할 수 있다. 본 발명의 다른 제 1 실시예에서, 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)은 증기 터빈(22)으로부터 제 2 증기 경로(224)를 거쳐 증기를 받을 수 있다. 여기서, 증기는 증기 터빈(22) 상의 출구 위치로부터 스탑 밸브(226) 및 제어 밸브(228)를 지나, 또한 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220) 상의 출구 위치를 지나 이동할 수 있다. 본 발명의 제 3 실시예에서, 제 1 및 제 2 증기 경로(222, 224)는 모두 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)에 증기를 공급할 수 있다.
알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 방법, 시스템 또는 컴퓨터 프로그램 제품으로 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명은 완전 하드웨어 실시예, (펌웨어, 상주 소프트웨어, 마이크로 코드 등을 포함한) 완전 소프트웨어 실시예, 또는 소프트웨어와 하드웨어 측면을 결합한 실시예(일반적으로, 본 명세서에서는 "회로", "모 듈", 또는 "시스템"이라 함)의 형태를 취할 수 있다. 또한, 본 발명은 컴퓨터 이용가능 프로그램 코드가 포함된 컴퓨터 이용가능 저장 매체 상에서 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "소프트웨어" 및 "펌웨어"는 호환가능하며, 프로세서에 의한 실행을 위해, RAM 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리 및 비휘발성 RAM(NVRAM) 메모리 등을 포함하는 메모리에 저장된 임의의 컴퓨터 프로그램을 포함한다. 상술한 메모리 형태는 단지 예시적이기 때문에, 컴퓨터 프로그램의 저장을 위해 이용가능한 메모리 형태에 대해서는 제한하지 않는다.
임의의 적합한 컴퓨터 판독가능 매체가 이용될 수 있다. 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독가능 매체는, 예를 들어, 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선, 또는 반도체 시스템, 장치, 디바이스, 또는 전파 매체일 수 있으나 이들로 제한되지 않는다. 컴퓨터 판독가능 매체의 보다 상세한 예(정성적 기준(non-exhaustive list))는 하나 이상의 배선을 가진 전기 커넥션, 휴대용 컴퓨터 디스켓, 하드 디스크, RAM, ROM, 소거가능한 프로그래머블 판독 전용 메모리(EPROM 또는 플래시 메모리), 광 파이버, 휴대용 컴팩트 디스크 판독 전용 메모리(CD-ROM), 광학 저장 디바이스, 인터넷 또는 인트라넷을 지원하는 전송 매체, 또는 자기 저장 디바이스를 포함할 수 있다. 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독가능 매체는, 프로그램이 예를 들어, 종이 또는 다른 매체의 광학적인 스캐닝을 통해 전자적으로 캡쳐되어, 필요하다면, 적절한 방식으로 컴파일, 해석, 또는 처리되어, 컴퓨터 메모리에 저장될 수 있기 때문에, 프로그램이 인쇄된 종이 또는 다른 적절한 매체일 수 있음을 알아 야 한다. 본 명세서의 전후 관계에서, 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독가능 매체는, 명령어 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스에 의해 또는 이들과 결합하여 사용하기 위한 프로그램을 포함, 저장, 통신, 전파, 또는 이송할 수 있는 임의의 매체일 수 있다.
본 명세서에 사용된 프로세서의 용어는 중앙 처리 장치, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 축소 명령 집합 회로(RISC : Reduced Instruction Set Circuit), 주문형 집적 회로(ASIC : Application Specific Integrated Circuit), 논리 회로, 및 본 명세서에 설명된 기능을 실행할 수 있는 다른 회로 또는 프로세서를 지칭한다.
본 발명의 동작을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드는 Java7, Smalltalk 또는 C++ 등의 객체 지향의 프로그래밍 언어로 기록될 수 있다. 그러나, 본 발명의 동작을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드는 "C" 프로그래밍 언어 등의 종래의 프로시져형 프로그래밍 언어 또는 유사한 언어로 또한 기록될 수 있다. 프로그램 코드는 사용자의 컴퓨터 상에서 전체적으로, 사용자의 컴퓨터 상에서 부분적으로, 단독형의 소프트웨어 패키지로서 사용자의 컴퓨터 상에서 부분적으로, 원격 컴퓨터 상에서 부분적으로 또는 원격 컴퓨터 상에서 전체적으로 실행할 수 있다. 후자의 시나리오에서, 원격 컴퓨터는 LAN 또는 WAN를 통해 사용자의 컴퓨터에 접속될 수 있거나, 외부 컴퓨터에 (예를 들어, 인터넷 서비스 제공자(ISP)를 이용한 인터넷을 통해) 접속될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 실시예에 따른 방법, 장치(시스템) 및 컴퓨터 프로그램 제품의 흐름도 및/또는 블록도를 참조하여 이하에 설명된다. 흐름도 및/또는 블록도의 각 블록과, 흐름도 및/또는 블록도의 각 블록의 조합은 컴퓨터 프로그램 명령어에 의해 구현될 수 있음을 알아야 한다. 이들 컴퓨터 프로그램 명령어는, 컴퓨터의 프로세서 또는 다른 프로그래머블 데이터 처리 장치를 통해 실행하는 이들 명령어가 흐름도 및/또는 블록도의 블록에 명시된 기능/동작을 구현하는 수단을 생성하도록, 범용 컴퓨터, 특수 컴퓨터의 프로세서, 또는 다른 프로그래머블 데이터 처리 장치에 제공되어 머신을 생성할 수 있다.
또한, 컴퓨터 판독가능 메모리에 저장된 명령어가 흐름도 및/또는 블록도의 블록에 명시된 기능/동작을 구현하는 명령어 수단을 포함하는 제품을 생성하도록, 이들 컴퓨터 프로그램 명령어는 컴퓨터 판독가능 메모리에 저장되어, 컴퓨터 또는 다른 프로그래머블 데이터 처리 장치로 하여금 특정 방식으로 동작하라고 지시할 수 있다. 또한, 컴퓨터 또는 다른 프로그래머블 장치 상에서 실행하는 명령어가 흐름도 및/또는 블록도의 블록에 명시된 기능/동작을 구현하기 위한 단계를 제공하도록, 컴퓨터 프로그램 명령어는 컴퓨터 또는 다른 프로그래머블 데이터 처리 장치 상에 로딩되어, 일련의 동작 단계가 컴퓨터 또는 다른 프로그래머블 데이터 처리 장치 상에서 수행되어 컴퓨터 구현의 프로세스를 생성할 수 있게 한다.
본 발명은, 본 발명의 실시예와 통합된 IGCC 발전 설비(10)의 동작을 제어하는 기술적인 효과를 가진 제어 시스템 등을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예인 제어 시스템은 IGCC 발전 설비(10)를 자동으로 및/또는 연속으로 모니터링하여, 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)이 동작할 수 있는지 여부를 결정할 수 있도록 구성될 수 있다.
이와 달리, 제어 시스템은 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)의 개시 동작에 대해 사용자의 행동을 요구하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 제어 시스템의 실시예는 독립형 시스템으로서 동작할 수 있다. 이와 달리, 제어 시스템은 터빈 제어 또는 설비 제어 시스템 등과 같이, 보다 넓은 시스템 내에서 모듈 등으로서 통합될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, IGCC 발전 설비(10)의 일부를 제어하는 방법의 일예를 예시하는 흐름도이다.
단계(302)에서, 방법(300)은 가스 터빈(20)이 배기 가스를 생성하고 있는지를 결정할 수 있다. 여기서, 방법(300)은 가변 가이드 베인 부스터(208)의 동작을 개시하기 전에, 이러한 조건을 허용(permissive) 등으로서 포함할 수 있다.
단계(304)에서, 방법(300)은 HRSG(36)가 증기를 생성하고 있는지 여부를 결정할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, HRSG(36)는, IGCC 발전 설비(10) 상에서의 증기의 다른 사용과 함께, 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)의 동작을 위해 충분한 증기를 생성할 필요가 있다.
단계(306)에서, 방법(300)은 증기 터빈(22)이 동작하고 있는지 여부를 결정할 수 있다. 여기서, 조작자는 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)의 동작을 위해 충분한 에너지가 이용가능한지 여부를 결정할 수 있다.
단계(308)에서, 방법(300)은 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)과 함께 이용하기 위한 HRSG(36)로부터 증기를 추출하는지 여부를 결정할 수 있다. 여기 서, 조작자는, IGCC 발전 설비(10)가 충분한 증기를 가지고 있으며, 필요한 특성에 따라, 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(22)의 동작에 맞게 이용가능하다고 확신할 수 있다. 충분한 증기가 이용가능하다면, 방법(300)은 단계(312)로 진행하고, 그렇지 않다면, 방법(300)은 단계(304)로 되돌아갈 것이다.
단계(310)에서, 방법(300)은 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)과 함께 이용하기 위해 증기 터빈(22)으로부터 증기를 추출하는지 여부를 결정할 수 있다. 여기서, 조작자는, IGCC 발전 설비(10)가 충분한 증기를 가지고 있으며, 필요한 특성에 따라, 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)의 동작에 맞게 이용가능하다고 확신할 수 있다. 충분한 증기가 이용가능하다면, 방법(300)은 단계(312)로 진행하고, 그렇지 않으면, 방법(300)은 단계(304)로 되돌아갈 것이다.
본 발명의 실시예는 HRSG(36)과 증기 터빈(22)으로부터의 증기의 추출을 배분하는 방법을 유연하게 결정할 수 있게 한다. 이로써, 조작자는 가장 경제적 및/또는 동작 센스를 가능하게 하는 HRSG(36)과 증기 터빈(22) 사이의 추출 분할을 선택할 수 있다.
단계(312)에서, 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)으로부터의 에너지는, 상술한 바와 같이, 가변 가이드 베인 부스터(208)를 구동할 수 있다. 여기서, 프로세서(232)는 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220), 가변 가이드 베인 부스터(208), 및 ASU(14)의 동작과 협력할 수 있다. 여기서, 목적은, ASU(14)와 IGCC 발전 설비(10) 상의 다른 구성 요소의 동작 요건을 충족시키는 것일 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 복합 발전 설비의 공기를 제어하는 예시적 인 시스템(400)의 블록도이다. 방법(300)의 요소는 시스템(400)에 포함되어 시스템(400)에 의해 실행될 수 있다. 시스템(400)은 하나 이상의 사용자 또는 클라이언트 통신 디바이스(402) 또는 유사한 시스템 또는 디바이스(둘 다 도 4에 도시되어 있음)를 포함할 수 있다. 각각의 통신 디바이스(402)는 예를 들어, 컴퓨터 시스템, PDA, 셀룰러 폰, 또는 전자 메시지를 송수신할 수 있는 임의의 디바이스일 수 있으나, 이들로 제한되지 않는다.
통신 디바이스(402)는 시스템 메모리(404) 또는 로컬 파일 시스템을 포함할 수 있다. 시스템 메모리(404)는 예를 들어, ROM 및 RAM을 포함할 수 있으나, 이들로 제한되지 않는다. ROM은 기본적인 입력/출력 시스템(BIOS)을 포함할 수 있다. BIOS는 통신 디바이스(402)의 요소 또는 구성 요소 간에 정보를 전송하는데 도움이 되는 기본 루틴을 포함할 수 있다. 시스템 메모리(404)는 통신 디바이스(402)의 전체적인 동작을 제어하는 운영 시스템(OS)(406)을 포함할 수 있다. 또한, 시스템 메모리(404)는 브라우저(408) 또는 웹 브라우저를 포함할 수 있다. 또한, 시스템 메모리(404)는 도 3의 방법(300)의 요소와 유사하거나 포함할 수 있는 복합 발전 설비를 제어하기 위한 데이터 구조(410) 또는 컴퓨터 실행가능 코드를 포함할 수 있다.
시스템 메모리(404)는 복합 발전 설비를 제어하기 위한, 도 4의 방법(400)과 결합하여 사용될 수 있는 템플릿 캐시 메모리(412)를 더 포함할 수 있다.
또한, 통신 디바이스(402)는 통신 디바이스(402)의 다른 구성 요소의 동작을 제어하는 프로세서 또는 처리 유닛(414)을 포함할 수 있다. 운영 시스템(406), 브 라우저(408), 및 데이터 구조(410)는 처리 유닛(414) 상에서 동작가능할 수 있다. 처리 유닛(414)은 메모리 시스템(404) 및 통신 디바이스(402) 상의 다른 구성 요소와 시스템 버스(416)에 의해 연결될 수 있다.
또한, 통신 디바이스(402)는 복수의 입력 디바이스(I/O), 출력 디바이스 또는 조합의 입력/출력 디바이스(418)를 포함할 수 있다. 각각의 입력/출력 디바이스(418)는 입력/출력 인터페이스(도 4에 도시되지 않음)에 의해 시스템 버스(416)에 연결될 수 있다. 입력 및 출력 디바이스 또는 조합의 I/O 디바이스(418)에 의해, 사용자는 통신 디바이스(402)를 작동하고 인터페이싱할 수 있고, 브라우저(408) 및 데이터 구조(410)의 동작을 제어하여, 복합 발전 설비를 이용하는 소프트웨어에 액세스, 작동 및 제어할 수 있다. I/O 디바이스(418)는 본 명세서에 기재된 동작을 수행하는 키보드 및 컴퓨터 포인팅 디바이스 등을 포함할 수 있다.
또한, I/O 디바이스(418)는 예를 들어, 디스크 드라이브, 광학, 기계, 자기, 또는 적외선의 입력/출력 디바이스, 모뎀 등을 포함할 수 있으나, 이들로 제한되지 않는다. I/O 디바이스(418)는 저장 매체(420)에 액세스하는데 사용될 수 있다. 매체(420)는 통신 디바이스(402) 등의 시스템에 의해 또는 연결되어 이용하기 위한 컴퓨터 판독가능 또는 컴퓨터 실행가능 명령어 또는 다른 정보를 포함, 저장, 통신, 또는 이송할 수 있다.
또한, 통신 디바이스(402)는 디스플레이 또는 모니터(422) 등의 다른 디바이스를 포함하거나 연결될 수 있다. 모니터(422)에 의해 사용자는 통신 디바이스(402)와 인터페이싱할 수 있다.
또한, 통신 디바이스(402)는 하드 드라이브(424)를 포함할 수 있다. 하드 드라이브(424)는 하드 드라이브 인터페이스(도 4에 도시되지 않음)에 의해 시스템 버스(416)에 연결될 수 있다. 또한, 하드 드라이브(424)는 로컬 파일 시스템 또는 시스템 메모리(404)의 일부를 형성할 수 있다. 통신 디바이스(402)의 동작을 위해, 시스템 메모리(404)와 하드 드라이브(424) 사이에서 프로그램, 소프트웨어, 및 데이터가 전송 및 교환될 수 있다.
통신 디바이스(402)는 적어도 하나의 유닛 제어기(426)와 통신하고, 네트워크(428)를 통해 통신 디바이스(402)와 유사한 다른 통신 디바이스 또는 다른 서버에 액세스할 수 있다. 시스템 버스(416)는 네트워크 인터페이스(430)에 의해 네트워크(428)에 연결될 수 있다. 네트워크 인터페이스(430)는 네트워크(428)에 연결하기 위한 모뎀, 이더넷 카드, 라우터, 게이트웨이 등일 수 있다. 커플링은 유선 또는 무선의 커넥션일 수 있다. 네트워크(428)는 인터넷, 사설 네트워크, 인트라넷 등일 수 있다.
또한, 적어도 하나의 유닛 제어기(426)는 파일 시스템을 포함할 수 있는 시스템 메모리(432), ROM, RAM 등을 포함할 수 있다. 시스템 메모리(432)는 통신 디바이스(402) 내의 운영 시스템(406)과 유사한 운영 시스템(434)을 포함할 수 있다. 또한, 시스템 메모리(432)는 복합 발전 설비를 제어하기 위한 데이터 구조(436)를 포함할 수 있다. 데이터 구조(436)는 복합 발전 설비를 제어하기 위한 방법(300)과 관련하여 설명된 동작과 유사한 동작을 포함할 수 있다. 또한, 서버 시스템 메모리(432)는 다른 파일(438), 애플리케이션, 모듈 등을 포함할 수 있다.
또한, 적어도 하나의 유닛 제어기(426)는 적어도 하나의 유닛 제어기(426) 내의 다른 디바이스의 동작을 제어하는 프로세서(442) 또는 처리 유닛을 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 유닛 제어기(426)는 I/O 디바이스(444)를 포함할 수 있다. I/O 디바이스(444)는 통신 디바이스(402)의 I/O 디바이스(418)와 유사할 수 있다. 적어도 하나의 유닛 제어기(426)는, I/O 디바이스(444)와의 인터페이스를 적어도 하나의 유닛 제어기(426)에 제공하는 모니터 등의 다른 디바이스를 더 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 유닛 제어기(426)는 하드 디스크 드라이브(448)를 포함할 수 있다. 시스템 버스(450)는 적어도 하나의 유닛 제어기(426)의 상이한 구성 요소를 서로 연결할 수 있다. 네트워크 인터페이스(452)는 시스템 버스(450)를 통해 적어도 하나의 유닛 제어기(426)를 네트워크(428)에 연결할 수 있다.
도면의 흐름도 및 단계도는 본 발명의 여러 실시예에 따른 시스템, 방법, 및 컴퓨터 프로그램 제품의 가능한 구현예의 구조, 기능 및 동작을 예시한다. 이와 관련하여, 흐름도 또는 단계도의 각 단계는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 이는 명시된 논리 기능을 구현하기 위한 하나 이상의 실행가능한 명령어를 포함할 수 있다. 또한, 몇몇 대안의 구현예에서, 단계에 나타낸 기능은 도면에 나타낸 순서와 달리 동작할 수 있음을 알아야 한다. 예를 들어, 연속적으로 나타낸 2개의 단계는, 사실상, 실질적으로 동시에 실행될 수 있거나, 이들 2개의 단계는 연관된 기능에 따라, 역순서로 종종 실행될 수 있다. 또한, 단계도 및/또는 흐름도의 각 단계, 및 단계도 및/또는 흐름도의 단계의 조합은, 명시된 기능 또는 동작, 또는 특수 하드웨어와 컴퓨터 명령어의 조합을 수행하는 특수 하드웨어 기반 시스템에 의해 구현될 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서에 사용된 기술 용어는 단순히 특정 실시예를 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태는, 문맥이 명백히 단수가 아니라고 표시하고 있지 않는 한, 복수 형태를 또한 포함하고자 한다. 본 명세서에 사용된 "포함한다" 및/또는 "포함하는"의 용어는 규정된 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 및/또는 구성 요소의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 구성 요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 부가를 배제하지 않음을 또한 알아야 한다.
특정 실시예가 본 명세서에 예시되고 설명되었지만, 동일한 목적을 달성하도록 계산된 임의의 배열이 그 도시된 특정 실시예를 대신할 수 있다는 것과, 본 발명은 다른 환경의 다른 애플리케이션을 가질 수 있음을 알아야 한다. 이 애플리케이션은 본 발명의 임의의 채택 또는 변경을 커버하고자 한다. 이하의 청구범위는 결코 본 발명의 범위를 본 명세서에 기재된 특정 실시예로 한정하고자 하는 것은 아니다.
도 1은 종래 기술의 석탄 가스화 복합(IGCC) 발전 설비 시스템을 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 도 1에 도시된 시스템의 일부를 도시하는 개략도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, IGCC 시스템의 일부를 제어하는 방법을 도시하는 흐름도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 복합 발전 설비를 작동시키는 예시적인 시스템의 블록도.

Claims (10)

  1. 복합 발전 설비(a combined cycle powerplant; 10) 시스템으로서,
    압축기(28), 연소 챔버, 및 상기 압축기(28)에 구동가능하게 결합된 터빈 섹션을 포함하는 가스 터빈(20)과,
    가변 가이드 베인 부스터(a variable guide vane booster; 208)의 입구와 연통가능하게 결합된, 상기 압축기(28)로부터의 블리드 에어의 소스(a source of bleed air)와,
    속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)과 통합된 상기 가변 가이드 베인 부스터(208)의 출구와 연통가능하게 결합된 공기 분리 장치(ASU : Air Separation Unit)(14) -상기 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)은 상기 가변 가이드 베인 부스터(208)에 전력을 공급하여 상기 압축기(28)로부터 공기를 추출하고, 상기 가변 가이드 베인 부스터(208)는 상기 공기 분리 장치(14)로의 단일 공기 공급원임- 와,
    상기 가스 터빈(20)과 연통가능한 폐열 회수 장치(HRSG : Heat Recovery Steam Generator)(36) -상기 HRSG(36)의 입구는 상기 터빈 섹션으로부터 배기 가스를 받음- 와,
    상기 HRSG(36)와 연통가능한 증기 터빈(22) -상기 증기 터빈(22)은 상기 HRSG(36)로부터 증기를 받음- 을 포함하되,
    상기 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)은 상기 증기 터빈(22)과 연통하며, 상기 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)은 상기 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)이 동작할 수 있게 하는 증기를 상기 증기 터빈(22)으로부터 받는
    복합 발전 설비 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)은 또한 상기 HRSG(36)와 연통하며,
    상기 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)은 동작을 위해 상기 HRSG(36) 및 상기 증기 터빈(22)으로부터 증기를 받는
    복합 발전 설비 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)에 결합된 모터(230)를 더 포함하되,
    상기 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)은, 상기 가변 가이드 베인 부스터(208)에 동력을 공급하는 상기 모터(230)에 동력을 공급하는
    복합 발전 설비 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 가이드 베인 부스터(208)는 가변 가이드 베인의 적어도 하나의 행(row)을 포함하며, 상기 가변 가이드 베인 부스터(208)를 통한 흐름을 조절하도록 구성되어 있는
    복합 발전 설비 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)은 상기 가변 가이드 베인 부스터(208)에 구동가능하게 결합되며,
    상기 가변 가이드 베인 부스터(208)는 상기 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)을 이용하여 압축 공기의 흐름을 실질적으로 일정한 압력으로 상기 ASU(14)에 전달하여, 상기 가변 가이드 베인 부스터(208)의 회전 속도를 제어하도록 구성되어 있는
    복합 발전 설비 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 속도 조정이 가능한 부스터 터빈(220)과 상기 가변 가이드 베인 부스터(208)는 석탄 가스화 복합(Integrated Gasification Combined Cycle)(IGCC) 발전 설비(10)와 통합되어 있는
    복합 발전 설비 시스템.
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