KR101619758B1 - 배기 가스 재순환을 하는 가스 터빈 발전소 - Google Patents
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Abstract
신선한 공기(2)가 압축기 입구(3)로 전달되고 압축기 입구(3)에서 가속되는 가스 터빈 발전소를 작동시키는 방법이 설명되고 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림(21)은 신선한 공기(2)의 전체 압력과 정압 사이의 차이가 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림(21)의 타겟 질량 유동을 압축기 입구(3) 내로 흡입하기 위해 요구되는 압력 차이를 초과하도록 신선한 공기(2)가 어느 정도 가속되는 압축기 입구(3)의 구역으로 전달된다. 또한, 가스 터빈(6), 압축기(1)의 유동 덕트와 인접하는 2개의 섹터들(3', 3")로 분할되는 압축기 입구, 제 2 섹터(3")에 연결되는 제 1 배기 가스 서브스트림(21)을 재순환하기 위한 재순환 라인 및 제 1 섹터(3')에 연결되는 신선한 공기를 위한 공급 장치 및 제 2 섹터(3")를 구비한 가스 터빈 발전소를 설명한다. 압축기에 너무 가깝게 도달해서 가스 터빈(6)이 작동 중일 때, 제 2 섹터(3")의 출구에서의 정압이 너무 낮아져 전체 압력과 정압 사이의 차이가 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림(21)의 타겟 질량 유동을 압축기 입구(3) 내로 흡입하기 위해 요구되는 압력 차이를 초과하게 된다.
Description
본 개시물은 다른 가스 조성의 2개의 입구 스트림들을 가진 가스 터빈을 작동시키는 방법 및 분할된 압축기 입구를 가진 가스 터빈에 관한 것이다.
재순환은 가스 터빈에서 가장 다양한 가능한 목적들을 위해 기본적으로 이용될 수 있는 기술이다. 따라서, 예를 들어, 기술에는 방출을 제어하기 위한 것, 이산화탄소 분리를 위해 배기 가스 체적을 감소시키는 것 등이 있다. 가스 터빈 내의 배기 가스의 재순환에서, 배기 가스의 실질적인 일부는 전체 배기 가스 서브스트림으로부터 분기되고 정상적으로, 냉각과 정화 후에, 터빈의 질량 입구 스트림 또는 터빈 압축기로 다시 전달된다. 배기 가스 조성은 신선한 주위의 공기의 조성과 상당히 다르다. 통상적으로, 재순환된 배기 가스 서브스트림은 환경으로부터의 신선한 공기와 혼합되고 이 혼합물은 나중에 혼합기에 전달된다.
유리하게, 배기 가스 재순환에 의해, 배기 가스 내의 이산화탄소 부분 압력은 이산화탄소 분리를 하는 발전소에서 전력 손실 및 효율성 손실을 감소시키도록 증가될 수 있다. 또한, 배기 가스 재순환이 NOx 방출을 감소시키도록 가스 터빈의 흡기 가스 내의 산소 함량을 감소시키는 목적을 위해 제안되었다.
배기 가스 재순환에 대해, 예를 들어, US 7536252 B1호는 배기 가스 재순환 시스템을 통해 터보 기계의 입구로 돌아오는 터보 기계의 배기 가스 재순환 스트림을 제어하기 위한 방법을 설명하고 있다. 이 방법에서, 터보 기계의 입구 스트림 내의 배기 가스 서브스트림의 부분을 함유하는 바람직한 배기 가스 재순환 부분이 결정되고, 실제 값이 바람직한 값으로 설정된다.
EP2248999호는 재순환된 배기 가스가 냉각되는 재순환 속도 및 온도가 부하에 따라 조정된다는 점에서, 배기 가스 재순환을 하는 발전소 및 이 유형의 발전소를 작동시키는 방법을 개시하고 있다.
배기 가스의 재순환을 가능하게 하기 위해서, 종래 기술에서 재순환 라인, 재순환된 배기 가스를 위한 재냉기 등에서의 압력 손실을 극복하기 위해 송풍기들을 제공하는 것이 제안되어 있다. 대안적으로, 재순환 라인, 재순환된 배기 가스를 위한 냉각기 등이 너무 크게 설계되어 유동 속도 및 따라서 압력 손실이 매우 낮아서 배기 가스 라인 내의 과압이 배기 가스를 복귀시키는데 충분하다는 버전이 있다. 해결책들 둘 다는 규모가 크고 비용이 많이 들며 발전소 내에 추가의 공간을 필요로 한다. 특히, 송풍기의 사용은 또한 발전소의 전력 및 효율을 악화시킨다.
본 개시물의 하나의 목적은 재순환 라인들의 압력 손실을 극복하도록 송풍기의 사용 없이, 배기 가스 재순환을 하는 가스 터빈의 신뢰할 수 있는 작동을 위한 방법을 명시하는 것이다.
또한, 본 방법을 구현하는데 적합한 가스 터빈 발전소가 본 개시물의 주제이다.
배기 가스 재순환을 하는 가스 터빈 발전소는 가스 터빈, 폐열 회수 스팀 생성기, 배기 가스를 가스 터빈의 흡기 스트림 내로의 재순환을 위한 제 1 배기 가스 서브스트림과 환경으로의 방출을 위한 제 2 배기 가스 서브스트림으로 분할하는, 배기 가스 분배기, 및 또한 재순환 라인을 포함한다. 일반적으로, 적어도 하나의 배기 가스 재냉기는 재순환 라인들 내에 배열된다.
가스 터빈은 입구 단면을 가진 압축기, 압축기 뒤에 있고 압축된 가스가 연료에 의해 불타는 연소 챔버, 및 고온의 연소 가스가 팽창되는 터빈 및 또한 샤프트를 포함한다.
개시된 방법은 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림에 대한 타겟 질량 유동이 규정되고, 전체 압력과 정압 사이의 차이가 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림의 타겟 질량 유동을 압축기 입구 내로 흡입하도록 요구되는 압력 차이 이상으로 되도록 신선한 공기 흡기 스트림이 어느 정도 가속화되는 압축기 입구의 구역 내로 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림이 전달된다는 점에서 구별된다.
압축기의 흡기 유동 내의 정압을 낮춤으로써, 배기 가스의 재순환에 대한 압력 차이는 증가되고 배기 가스 송풍기가 분배될 수 있다.
타겟 질량 유동은 단순화를 위해, 고정 값으로서 규정될 수 있거나 또는 가스 터빈의 작동 조건들에 따라 결정될 수 있다. 타겟 질량 유동은 절대 값으로서 규정될 수 있거나 또는 현재 상태에 대해 상대 값으로서 규정될 수 있다. 예를 들어, 타겟 질량 유동은 농도, 온도, 연소 챔버 진동 또는 다른 변수의 원하는 값/실제 값의 편차에 비례해서 결정될 수 있다.
일반적으로, 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림은 신선한 공기의 흡기 스트림이 어느 정도 가속화되는 압축기 입구의 구역 내로 전달되어 전체 압력과 정압 사이의 차이가 전체 압력의 1% 초과가 된다.
본 방법의 하나의 버전에 따르면, 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림은 흡기 유동이 어느 정도 가속화되는 압축기 입구의 구역 내로 전달되어 주위의 압력과 정압 사이의 차이가 재순환 라인의 압력 손실들 및 재순환 라인 내의 피팅들 및 주위의 압력에 대한 배기 가스 분배기 내의 과압의 합 사이의 차이 초과이다.
일반적으로, 배기 가스 분배기의 정압은 예를 들어, 굴뚝 앞에 있는 CO2 분리부와 같은 배기 가스 처리 장치들 및 다음의 배기 가스 라인들 내의 압력 손실들을 극복하기 위해서, 주위의 압력보다 높다. 전반적으로, 따라서, 압력은 압축기 입구 내로 재순환된 배기 가스를 전달하기 위해 증가될 수 있다.
특히, 입구 노즐(또한 벨마우스라고 불림) 또는 입구 노즐의 직접적인 상류에서 압축기 내로의 진입 전에 압축기 흡기 유동의 높은 가속 때문에, 압축기 진입 전에 압축기 입구 내의 확연한 압력 구배가 획득된다. 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림이 압축기 입구 내로 전달되는 위치를 변경하여, 구동 압력 구배 및 따라서 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림의 양이 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어된다. 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림이 전달되는 압축기 입구에 더 가까워질수록, 구동 압력 구배 및 따라서 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림의 양이 증가한다.
재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림이 압축기 입구 내로 운반되는 위치뿐 아니라, 재순환 라인 또는 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림이 복귀되는 압축기 입구의 섹터의 출구 영역이 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림을 결정한다. 출구 영역이 넓을수록, 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림이 더 커진다. 본 방법의 하나의 버전에 따르면, 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림의 양은 제 1 배기 가스 서브스트림이 압축기 입구로 전달되는 출구의 단면적을 변경하여 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어된다.
본 방법의 추가의 버전에 따르면, 신선한 공기와 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림은 압축기 입구를 통해 서로에 대해 동축으로 압축기로 전달된다.
이 방법의 또 다른 버전에 따르면, 신선한 공기와 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림은 압축기 입구를 통해 동심원의 원형 링들을 통해 압축기로 전달된다.
이 방법의 또 다른 버전에 따르면, 제 1 배기 가스 서브스트림은 방사상 내부 원형 링을 통해 압축기 입구를 통해 전달된다.
재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림의 양을 설정하기 위해서, 본 방법의 추가의 실시예에 따르면, 조정 또는 제어가 압축기 입구 내에 배열되고 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림의 유동 덕트로부터의 신선한 공기의 유동 덕트를 분리하는 가변적인 분리 요소에 의해 실행된다. 조정 또는 제어를 위해, 가변적인 분리 요소의 출구에서의 기하학적 구조가 조정된다. 이 조정은 분리 요소의 출구에서의 압력 및 유동 조건들이 변경되는 결과로서, 임의의 방향으로의 이동 또는 변위일 수 있다.
하나의 실시예에 따르면, 가변적인 분리 요소는 축 방향으로 이동 가능하다. 가변적인 분리 요소, 특히 가변적인 분리 요소의 출구 단부의 축 위치에서의 변화에 의해, 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림의 양이 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어된다.
방법의 추가의 실시예에 따르면, 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림의 양이 방사상 방향으로 이동 가능한 가변적인 분리 요소에 의해 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어된다. 가변적인 분리 요소의 방사상 변위에 의해, 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림이 압축기 입구에 전달되는 출구 영역은 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림을 조정하거나 또는 제어하도록 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어된다.
재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림의 압축기 입구로의 전달은 유동 덕트의 하나의 코히어런트 출구 영역을 통해 그리고 하나의 유동 덕트 또는 복수의 유동 덕트들로부터 복수의 출구 영역들을 통해 발생할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림은 압축기 입구의 가스 터빈 상류의 샤프트에 대해 동심으로 원주 방향으로 분포되도록 배열된 공급 장치들을 통해 유입된다. 이 예시적인 실시예에서, 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림의 양은 압축기 입구 내의 공급 장치들의 출구 오리피스의 축 위치를 변경하여 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어된다.
작동 콘셉트 및 가스 터빈에 따라, 배기 가스 재순환은 가스 터빈이 부분 부하 하에 있을 때 그리고 가스 터빈이 시작될 때 스위치 오프되거나 감소될 수 있다. 이것은 예를 들어, 안정한 저-CO(저-일산화탄소) 연소를 보장하기 위해, 또는 점화 동작 동안 타지 않은 연료가 가스 터빈의 흡기 스트림 내로 재순환되는 것을 회피하기 위해 필수적이다. 입구 단면의 신선한 공기가 전달되는 섹터들 및 재순환된 배기 가스가 복귀되는 섹터들로의 분할에 따라, 부정확한 압축기 접근 유동은 배기 가스 재순환이 감소될 때 발생할 수 있다. 이 부정확한 접근 유동을 회피하기 위해, 방법의 하나의 버전에 따라, 가스 터빈이 시작되거나 또는 부분 부하 하에 있을 때, 신선한 공기가 압축기 내로 유입되기 전에 신선한 공기는 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림과 혼합된다. 신선한 공기의 혼합은 예를 들어, 밸브 또는 플랩과 같은 제어 또는 조정 요소를 통해 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어된다. 배기 가스 재순환이 스위치 오프될 때, 순수한 신선한 공기가 이 제어 또는 조정 요소를 통해 입구 단면의 제 2 섹터 내로 전달될 수 있어, 배기 가스 재순환 없이도, 균일한 압축기 접근 유동이 보장된다.
하나의 버전에 따르면, 재순환된 제 1 배기 가스 스트림과 신선한 공기는 방사상으로 단계적인 방법으로 압축기 입구로 전달되고, 신선한 공기는 압축기의 회전축과 관련된 입구 단면의 외부 섹터를 통해 전달되고, 재순환된 제 1 배기 가스 스트림은 압축기의 회전축과 관련된 입구 단면의 내부 섹터를 통해 전달된다. 이 방법에 의해, 냉각 공기와 산소 환원된 가스의 혼합은 회피될 수 있거나 또는 적어도 감소될 수 있다. 신선한 공기가 먼저 산소 환원된 가스와 혼합되고 이어서 압축기로 전달되는 종래의 방법과 비교할 때, 연소 챔버에 도달하는 가스의 산소 농도는 따라서 감소된다. 이것은 이전 기술보다 적고 연소 시에 특정한 효과를 내도록 환원된 산소 부분을 가진 가스의 질량 유동을 사용하는 것을 가능하게 한다.
대안적인 버전에 따르면, 재순환된 제 1 배기 가스 스트림과 신선한 공기는 방사상으로 단계적인 방법으로 압축기 입구로 전달되고, 신선한 공기는 압축기의 회전축과 관련된 입구 단면의 내부 섹터를 통해 전달되고, 재순환된 제 1 배기 가스 스트림은 압축기의 회전축과 관련된 입구 단면의 외부 섹터를 통해 전달된다.
이것은 종래 기술과 비교할 때, 신선한 공기 대 재순환된 배기 가스의 증가된 비를 사용하는 것을 가능하게 한다. 전반적으로, 따라서, 배기 가스 내의 산소 함량은 감소될 수 있고, CO2 함량은 증가될 수 있고 발전소를 떠나고 예를 들어, CO2가 분리되는 질량 배기 가스 스트림이 감소될 수 있다. 감소된 질량 배기 가스 스트림은 공장 크기를 감소시키는 것을 가능하게 한다. 높은 CO2 함량은 CO2 분리를 위한 보조 에너지의 감소된 연소에 의해 더 효과적인 분리를 야기하고 따라서 발전소의 더 높은 네트 전력 출구 및 더 높은 네트 효율성을 야기한다.
방법뿐만 아니라, 본 방법을 실행하기 위한 배기 가스 재순환을 하는 가스 터빈 발전소는 본 개시물의 주제이다. 이 유형의 가스 터빈 발전소는 가스 터빈, 폐열 회수 스트림 생성기, 흡기 스트림이 가스 터빈의 압축기 내로 유동할 수 있는 압축기 입구, 및 작동 중에, 가스 터빈의 배기 가스를 가스 터빈의 흡기 스트림 내로의 재순환을 위한 제 1 배기 가스 서브스트림과 환경으로의 방출을 위한 제 2 배기 가스 서브스트림으로 분할하는, 배기 가스 분배기를 포함한다. 본 개시물에 따르면, 압축기 입구는 제 1 섹터와 제 2 섹터로 분할된다. 압축기 입구에서 시작하는 압축기 유동 덕트는 2개의 섹터들과 인접한다. 신선한 공기를 위한 공급 장치는 제 1 섹터에 연결되고 배기 가스 분배기로부터 제 1 배기 가스 서브스트림을 재순환하기 위한 재순환 라인은 제 2 섹터에 연결된다. 이 경우에, 제 2 섹터는 압축기에 너무 가깝게 도달해서 가스 터빈이 작동 중일 때, 제 2 섹터의 출구에서의 정압이 너무 낮아져 전체 압력과 정압 사이의 차이가 타겟 질량 유동을 압축기 입구 내로 흡입하도록 요구되는 압력 차이 이상으로 된다.
타겟 질량 유동은 단순화를 위해 고정 값으로 규정될 수 있거나 또는 가스 터빈의 작동 조건에 따라 결정될 수 있다. 일반적으로, 제 2 섹터가 압축기에 너무 가까워서 작동 동안, 흡기 스트림이 어느 정도 가속화되어 전체 압력과 정압 사이의 차이가 전체 압력의 1% 초과가 된다.
가스 터빈 발전소의 추가의 실시예에 따르면, 가스 터빈이 작동 중일 때, 제 2 섹터의 출구에서의 정압이 너무 낮아서 주위의 압력과 제 2 섹터의 출구에서의 정압 사이의 차이가 재순환 라인 내의 압력 손실 및 재순환 라인 내의 피팅들 및 주위의 압력에 대한 배기 가스 분배기 내의 과압의 합 사이의 차이보다 크다.
하나의 예시적인 실시예에 따르면, 신선한 공기를 전달하기 위한 제 1 섹터와 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림을 전달하기 위한 제 2 섹터는 압축기 입구의 그 출구 상류에서 서로에 대해 동축으로 배열된다.
추가의 예시적인 실시예에서, 신선한 공기를 전달하기 위한 제 1 섹터와 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림을 전달하기 위한 제 2 섹터는 동심원의 원형의 링들로서 그 출구들에서 설계된다.
재순환된 배기 가스 서브스트림이 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어될 수 있도록, 가스 터빈 발전소의 추가의 실시예에 따르면, 압축기 입구의 제 2 섹터의 출구는 기하학적으로 변경되도록 설계된다.
하나의 예시적인 실시예에 따르면, 신선한 공기를 전달하기 위한 제 1 섹터와 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림을 전달하기 위한 제 2 섹터는 가변적인 분리 요소에 의해 그 출구에서 분리된다. 가변적인 분리 요소는 적어도 하나의 이동 가능한 벽 또는 적어도 하나의 이동 가능한 벽 부분을 포함할 수 있다. 그러나, 가변적인 분리 요소는 또한 가요성 재료로부터 형성되는 팽창할 수 있는 요소일 수 있거나 또는 그 둘 다의 조합을 포함할 수 있다.
예를 들어, 가변적인 분리 요소는 가스 터빈 축의 축 방향으로 이동 가능하게 배열될 수 있다. 이 유형의 배열에서, 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림의 질량 유동은 주로 분리 요소가 종결되는 각각의 축 위치 내의 압박을 통해 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어된다.
추가의 예에서, 가변적인 분리 요소는 방사상 방향으로 이동 가능하게 배열된다. 방사상 변위에 의해, 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림의 질량 유동은 주로 제 2 섹터의 출구 영역을 통해 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어된다.
또한, 축 방향으로 그리고 방사상으로 이동 가능한 분리 요소의 조합이 예상될 수 있다.
추가의 실시예에서, 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림을 유입하기 위한 공급 장치들이 가스 터빈의 샤프트에 대해 동심으로 압축기 입구의 상류에 원주 방향으로 분포되도록 배열된다. 이 경우에, 공급 장치들의 출구 오리피스들로부터 압축기 입구로의 축 거리는 재순환된 제 1 질량 유동을 조정하거나 또는 제어하도록 설정될 수 있다.
가스 터빈 발전소의 추가의 실시예에서, 압축기 입구의 제 2 섹터는 제어 또는 조정 요소를 통해 신선한 공기를 위한 공급 장치 또는 신선한 공기부에 연결된다. 이 제어 또는 조정 요소는 제어된 방법으로 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림에 대해 신선한 공기를 혼합하는 것을 가능하게 한다. 가스 터빈이 부분 부하 하에 있고 그리고/또는 시작될 때, 따라서 신선한 공기는 압축기 입구의 제 2 섹터 내로 흡입될 수 있다.
신선한 공기(주위의 공기)가 라인 또는 공기 덕트를 통해 전달되는 제어 또는 조정 요소는 예를 들어, 플랩 또는 밸브이다. 조정 요소 및 전달 및 혼합의 압력 손실을 보상하기 위해서, 송풍기가 공급 장치에 제공될 수 있다. 이 공급 장치는 압축기 입구의 제 2 섹터 내로 직접 방출해야하지는 않지만, 제 1 순환된 질량 배기 가스 스트림이 복귀되는 재순환 라인 내로 방출할 수 있다. 예를 들어, 공급 장치는 예를 들어, 스프레이 냉각기(또한 직접 접촉 냉각기로서 지명됨)와 같은 가스 스크러빙에 의해 배기 가스 재냉기 또는 상류에 방출할 수 있다. 이 경우에, 신선한 공기는 추가의 필터링 없이 또는 단지 소수의 필터링을 한 후 전달될 수 있다.
하나의 버전에 따르면, 압축기 입구의 섹터들은 내부 섹터와 외부 섹터로 설계되고, 재순환 제 1 배기 가스 스트림을 위한 공급 장치는 압축기 입구의 내부 섹터에 연결되고 신선한 공기의 공급 장치는 압축기 입구의 외부 섹터에 연결된다.
이 배열에 의해, 냉각 공기와 산소 환원된 가스의 혼합은 회피될 수 있거나 적어도 감소될 수 있다. 신선한 공기가 먼저 산소 환원된 가스와 혼합되고 이어서 압축기로 전달되는 종래의 방법과 비교할 때, 연소 챔버에 도달하는 가스의 산소 농도는 따라서 감소된다. 이것은 작동 중에 연소 시에 특정한 효과를 내도록 감소된 산소 부분을 갖고 종래 기술의 가스의 질량 유동보다 낮은 가스의 질량 유동을 사용하는 것을 가능하게 한다.
대안적인 버전에 따르면, 압축기 입구의 섹터들은 내부 섹터와 외부 섹터로 설계되고, 재순환 제 1 배기 가스 스트림을 위한 공급 장치는 압축기 입구의 외부 섹터에 연결되고 신선한 공기의 공급 장치는 압축기 입구의 내부 섹터에 연결된다.
이것은 종래 기술의 비보다 높은 신선한 공기 대 재순환된 배기 가스의 비를 사용하는 것을 가능하게 한다. 전반적으로, 따라서, 배기 가스 내의 산소 함량은 감소될 수 있고, CO2 함량이 증가될 수 있고 발전소를 떠나고 예를 들어, CO2가 분리되는 질량 배기 가스 스트림이 감소될 수 있다. 감소된 질량 배기 가스 스트림은 공장 크기를 감소시키는 것을 가능하게 한다. 작동 동안, 높은 CO2 함량은 CO2 분리에 대한 보조 에너지의 감소 소비에 의해 더 효과적인 분리 및 따라서 발전소의 더 높은 네트 전력 출력 및 더 높은 네트 효율성을 야기한다.
설명된 모든 이점들은 각각의 경우에서 명시된 조합들뿐만 아니라 본 개시물의 범주로부터 벗어나지 않고서 다른 조합들 또는 홀로 사용될 수 있다. 본 개시물은 예를 들어, EP0718470호로부터 공지된 바와 같이 연소 챔버를 가진 가스 터빈들과 연속적인 연소를 하는 가스 터빈들에 제한 없이 적용될 수 있다.
본 개시물의 바람직한 실시예들은 단지 설명의 목적들의 역할을 하고 제한적으로 이해되지 않는 도면들에 의해 아래에 설명되어 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 배기 가스의 재순환을 하는 가스 터빈 발전소를 도시한 도면.
도 2는 배기 가스의 재순환 및 감소된 정압에 의해 압축기 입구의 구역 내로 배기 가스를 유입하는 가스 터빈 발전소를 도시한 도면.
도 3은 재순환된 배기 가스를 감소된 정압에 의해 압축기 입구의 구역 내로 유입하기 위한 분할된 압축기 입구를 도시한 사시도.
도 4는 압축기 입구의 압축기 입구 상류로부터 상세하게 압력 프로파일을 도시한 도면.
도 5는 분리 요소를 가진 압축기 입구의 상세도.
도 6은 방사상으로 가변적인 분리 요소를 가진 압축기 입구의 상세도.
도 7은 축 방향으로 가변적인 분리 요소를 가진 압축기 입구의 상세도.
도 8은 압축기 입구 내에서 가스 터빈 축 주위에 원의 형태로 배열된 복수의 전달 덕트들을 통해 배기 가스의 재순환을 하는 압축기 입구를 도시한 도면.
도 2는 배기 가스의 재순환 및 감소된 정압에 의해 압축기 입구의 구역 내로 배기 가스를 유입하는 가스 터빈 발전소를 도시한 도면.
도 3은 재순환된 배기 가스를 감소된 정압에 의해 압축기 입구의 구역 내로 유입하기 위한 분할된 압축기 입구를 도시한 사시도.
도 4는 압축기 입구의 압축기 입구 상류로부터 상세하게 압력 프로파일을 도시한 도면.
도 5는 분리 요소를 가진 압축기 입구의 상세도.
도 6은 방사상으로 가변적인 분리 요소를 가진 압축기 입구의 상세도.
도 7은 축 방향으로 가변적인 분리 요소를 가진 압축기 입구의 상세도.
도 8은 압축기 입구 내에서 가스 터빈 축 주위에 원의 형태로 배열된 복수의 전달 덕트들을 통해 배기 가스의 재순환을 하는 압축기 입구를 도시한 도면.
도 1은 배기 가스 재순환을 하는 가스 터빈 발전소의 필수적인 요소들의 개략도를 도시하고 있다. 가스 터빈(6)은 압축기(1), 연소 챔버(4)로 전달되고 연료(5)에 의해 연소 챔버에서 타는 압축기 내에서 압축된 연소 공기를 포함한다. 고온의 연소 가스는 터빈(7) 내에서 상당히 팽창된다. 터빈(7)에서 생성된 유용한 에너지는 이어서 예를 들어, 동일한 샤프트 상에 배열된 제 1 생성기(25)에 의해 전기 에너지로 전환된다.
터빈(7)으로부터 나오는 고온의 배기 가스(8)는 스팀 터빈(13) 또는 다른 공장들을 위해 신선한 스팀(30)을 생성하도록 폐열 회수 스팀 생성기(HRSG)(9)에서 터빈 내에 여전히 포함된 에너지의 최적의 사용을 위해 사용된다. 스팀 터빈(13)에서 생성된 유용한 에너지는 이어서 예를 들어, 동일한 샤프트 상에 배열된 제 2 생성기(26)에 의해 전기 에너지로 전환된다. 스팀 회로는 단순화한 형태로 그리고 예에서 단지 개략적으로 설명된다. 다양한 압력 단계들, 공급수 펌프들 등은 본 발명의 주제는 아니기 때문에 도시되지 않았다.
폐열 회수 스팀 생성기(19)로부터의 배기 가스는 이러한 공장 내의 폐열 회수 스팀 생성기(9)의 하류에서, 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어될 수 있는 배기 가스 분배기(29) 내에서 제 1 배기 가스 서브스트림(21) 및 제 2 배기 가스 서브스트림(20)으로 분할된다. 제 1 배기 가스 서브스트림(21)은 가스 터빈(6)의 흡기 라인에 복귀되고 거기서 신선한 공기(2)와 혼합된다. 복귀되지 않은 제 2 배기 가스 서브스트림(20)은 환경으로 방출되거나 또는 이 예에서와 같이, 배기 가스 재냉기(23)를 통해 추가로 냉각되고 CO2 분리 시스템(18)으로 전달된다. 저-CO2 배기 가스(22)는 CO2 분리 시스템으로부터 환경으로 굴뚝(32)을 통해 방출된다. CO2 분리 시스템(18)과 배기 가스 라인의 압력 손실을 극복하기 위해서, 배기 가스 송풍기(10)가 제공될 수 있다. CO2 분리 시스템(18)에서 분리된 CO2(31)는 일반적으로 저장 및 추가의 처리를 위해 압축되고 전환된다. CO2 분리 시스템(18)은 스팀 터빈(13)으로부터 분기되는 스팀에 의해 스팀 추출을 통해 공급된다.
제 2 배기 가스 서브스트림은 또한 바이패스 플랩(12)을 가진 배기 가스 바이패스(24)를 통해 직접 굴뚝(32)에 이를 수 있다.
복귀된 제 1 배기 가스 서브스트림(21)은 응축기가 구비될 수 있는 배기 가스 재냉기(27) 내의 주위의 온도보다 다소 높은 온도에서 냉각된다. 재순환 스트림(21)을 위한 부스터 또는 배기 가스 송풍기(11)는 이 배기 가스 재냉기(27)의 하류에 배열될 수 있다. 이 복귀된 제 1 배기 가스 서브스트림(21)은 혼합물이 흡기 스트림으로서 가스 터빈(6)으로 압축기 입구(3)를 통해 전달되기 전에 신선한 공기(2)와 혼합된다.
도 1과는 대조적으로, 연속적 연소를 하는 가스 터빈이 도 2에 도시되어 있다. 방법은 연소 챔버를 구비한 가스 터빈들 및 연속적인 연소를 하는 가스 터빈들에 적용될 수 있다. 상대적으로, 연소 챔버를 구비한 가스 터빈들 및 연속적인 연소를 하는 가스 터빈들에 대한 버전들은 또한 가능하다.
도 2는 2개의 섹터들로 분할되는 압축기 입구, 압축기 입구(3)의 제 1 섹터(3') 내에 방출되는 신선한 공기를 위한 공급 장치 및 압축기 입구(3)의 제 2 섹터(3") 내에 방출되는 재순환된 배기 가스 서브스트림(21)을 위한 공급 장치를 구비한 가스 터빈 발전소의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한다. 2개의 입구 섹터들(3', 3")은 압축기를 마주보는 압축기 입구(3)의 측면 상의 압축기(1)의 유동 덕트와 인접하다. 제 2 섹터(3")는 가스 터빈이 작동 중일 때 유동이 매우 급격히 가속화되어 정압이 어느 정도 떨어져서 제 1 배기 가스 서브스트림(21)이 재순환 라인 내의 압력 손실과 배기 가스 재냉기(27)의 압력 손실을 극복하게 하는 압축기 입구(3)의 구역 내에 도달한다.
저압 및 중간 압력 냉각 가스(33, 34)는 압축기(1)로부터 분기되고 가스 터빈의 고온 가스 부분들에 대한 냉각을 위해 전달된다. 추가로, 고압 냉각 가스(28)는 압축기 또는 다음의 디퓨져의 단부에서 분기되고 가스 터빈의 고온 가스 부분들에 냉각을 위해 전달된다. 도 2는 단순화를 위해, 고압 터빈(16)으로의 냉각 가스의 전달만을 그리고 각각의 경우에 저압 터빈(17)으로의 저압 및 중간 압력 냉각 가스(33, 34)의 전달만을 도시하고 있다. 단순화를 위해, 연소 챔버들(14, 15)로의 냉각 가스의 전달은 도시되지 않았고, 고압 연소 챔버(14)는 일반적으로 고압 냉각 공기(28)에 의해 냉각되고 저압 연소 챔버(15)는 일반적으로 중간 압력 냉각 공기(34)에 의해 냉각된다.
가스 터빈의 다른 작동 상태들 및 재순환된 배기 가스(21)의 부분 및 도 2에 도시된 예시적인 실시예에서 연관되는 압축기 흡기 양의 변화의 경우에 압축기에 대한 유동의 균질한 속도 프로파일을 구현하기 위해, 신선한 공기(2)는 상기 신선한 공기가 압축기 입구(3)의 제 2 섹터(3")를 통해 압축기(1) 내로 유입되기 전에 제 1 배기 가스 서브스트림(21)과 혼합되는, 신선한 공기 조정 요소(42)가 제공된다.
도 3은 배기 가스를 감소된 정압에 의해 압축기 입구의 구역 내로 유입하기 위한 분할된 압축기 입구의 개략적인 사시도를 도시하고 있다. 신선한 공기(2)는 하나의 측면으로부터 압축기 입구(3)의 제 1 섹터(3')로 전달되고, 수평으로 편향되고, 추가의 편향 후에, 환형 출구 영역을 통해 압축기에 가스 터빈 축의 방향으로 전달된다.
재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림(21)은 압축기 입구(3)의 평면 상류로 가스 터빈의 주요 유동 방향에 반대인 축 방향으로 운반되고, 압축기 입구의 제 2 섹터(3")에서 편향되고 가스 터빈 내로 입구의 상류에서 가스 터빈 축 위의 측면으로부터 운반된다. 제 2 편향의 결과로서, 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림(21)은 가스 터빈 축의 높이의 방향으로 운반되고 환형 출구 영역을 통해 추가의 편향 후에 압축기에 전달된다. 2개의 섹터들(3', 3")은 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림(21)이 압축기(1) 내로 흡입되는 낮은 정압을 가진 구역 내에 도달하는 파티션(45)에 의해 분리된다.
압축기 입구(3)의 압력 프로파일은 개략적으로 도 4에 도시되어 있다. 이것은 유동 가속 때문에, 압력이 압축기 입구 압력(p3)에 도달하기 전에, 압력이 입구 압력(p1)으로부터 급격하게 떨어지는 압축기 입구의 상류에서 압축기 입구(3)의 상세 사항을 나타내고 있다. 90%의 아이소바(isobar)(47)가 예에서 도시되어 있다. 정압은 유동 가속의 결과로서 이 90%의 아이소바로부터 전체 압력의 90%로 떨어졌다. 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림이 이 아이소바들의 하류에 있는 압축기 입구(3)의 구역 내로 유입될 때, 10%의 주위의 전체 압력은 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림을 전달하기 위해 이용될 수 있다. 일반적으로, 5%만큼 정압을 낮추는 것은 압축기 입구 내로의 배기 가스의 복귀를 초래하는데 충분하다. 저압 손실을 가진 큰 재순환 라인들의 경우에, 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림이 분기될 때 배기 시스템의 가능한 과압을 고려하면, 정압을 더 낮추는 것이 충분할 수 있다. 따라서, 정압이 오직 전체 압력의 1% 또는 2%만큼 낮춰지는 구역 내로 유입이 가능할 수 있다. 압축기 입구의 제 2 섹터로부터 출구에서의 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림의 바람직한 속도에 따라, 정압을 크게 낮추는 것이 요구될 수 있고 전체 압력의 20% 또는 30%까지 도달할 수 있다.
도 5는 압축기의 상류에서 직접 압축기 입구(3)의 상세 사항을 개략적으로 도시한 도면이다. 상세 사항은 샤프트 커버(38)에 의해 가스 터빈의 샤프트를 향해 그리고 압축기 하우징(40)에 의해 외향으로 범위를 정한다. 분리 요소(45)는 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림(3")을 유입하기 위한 제 2 섹터(3")로부터 신선한 공기(2)의 유입을 위한 제 1 섹터(3')를 분리한다. 제 1 섹터(3') 내의 설명된 상세 사항의 입구에서의 신선한 공기(p2)의 압력은 제 2 섹터(3") 내의 설명된 상세 사항의 입구에서의 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림(p21)보다 높다. 압력들(p2, p21) 둘 다는 압축기 입구(p3)에서의 정압보다 현저하게 높다. 높은 초기의 압력 때문에, 신선한 공기가 제 1 섹터(3')에서 더 급속히 가속되어, 분리 요소(45)의 단부에서의 신선한 공기의 속도(v2)가 재순환된 배기 가스 서브스트림의 속도(v21)보다 빠르다. 전단층(50)에 의해 분리된 전단 유동이 이에 의해 형성된다.
도 6 및 도 7은 재순환된 제 1 질량 배기 가스 스트림(21)을 조정하거나 또는 제어하는 것을 가능하게 하는 가변적인 분리 요소들(49)의 예들을 도시하고 있다. 일반적으로, 가변적인 분리 요소(49)에 의한 버전들에서, 압축기 입구(3)는 고정된 파티션(45)에 의해 2개의 섹터들(3', 3")로 분할되고 고정된 파티션의 일부는 섹터들(3', 3")의 출구 구역 내에서만 가변적인 분리 요소(49)에 의해 대체되거나 보충된다.
도 6은 고정된 파티션(45)과 인접하는 방사상으로 가변적인 분리 요소(49)를 구비한 압축기 입구(3)의 상세 사항의 개략도를 도시하고 있다. 출구 단부는 방사상 방향으로 넓어지거나 또는 좁아질 수 있다.
재순환된 제 1 질량 배기 가스 스트림(21)을 증가시키기 위해, 가변적인 분리 요소(49)는 유동 방향으로 가스 터빈의 축으로부터 멀리 방사상 방향으로 넓어질 수 있어, 제 2 섹터(3")로부터 출구 영역이 증가한다. 이것은 동일한 유동 속도가 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림(21)의 더 많은 질량 유동의 유입을 하게 하는 것을 가능하게 한다.
재순환된 제 1 질량 배기 가스 스트림(21)을 감소시키기 위해, 가변적인 분리 요소(49)는 가스 터빈의 축을 향해 방사상 방향으로 함께 밀릴 수 있어, 제 2 섹터(3")로부터의 출구 영역이 감소된다. 따라서, 동일한 유동 속도에 대해, 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림(21)의 유입이 감소된다.
대안적인 예시적인 실시예로서, 도 7은 축 방향으로 가변적인 분리 요소(49)를 가진 압축기 입구(3)의 상세 사항의 개략도를 도시하고 있다.
재순환된 제 1 질량 배기 가스 스트림(21)을 증가시키기 위해, 가변적인 분리 요소(49)는 유동 방향으로 축 방향으로(우측으로) 이동될 수 있어, 제 2 섹터(3")로부터의 출구는 높은 유동 속도 및 이에 대응하여 낮은 정압을 가진 구역 내에 있게 된다.
재순환된 제 1 질량 배기 가스 스트림(21)을 감소시키기 위해, 가변적인 분리 요소(49)는 유동 방향과 반대 방향으로 축 방향으로(좌측으로) 이동될 수 있어, 제 2 섹터(3")로부터의 출구는 낮은 유동 속도 및 이에 대응하여 높은 정압을 가진 구역 내에 있게 된다.
도 8은 재순환된 배기 가스(21)의 대안적인 전달을 도시하고 있다. 재순환된 배기 가스(21)를 위한 압축기 입구의 금속 시트에 의해 분할되는 제 2 섹터(3")를 통해 재순환된 배기 가스(21)의 분리된 전달 대신에, 재순환된 배기 가스(21)가 압축기 입구(3)의 내벽 상의 축 방향으로 링의 형태로 배열된 복수의 전달 덕트들(39)을 통해 유입되는 분할되지 않은 압축기 입구(3)가 사용된다. 적합한 전달 덕트들(39)은 예를 들어, 파이프들 또는 파이프 연결 피스들이고, 그 출구 단부들은 압축기 입구의 방향으로 주요 유동에 대해 평행하게 향한다. 도시된 예에서, 파이프 연결 피스들은 압축기(1)의 입구 노즐(벨마우스)에 도달한다. 도시된 예에서, 파이프들의 출구 오리피스들의 축 위치가 조정될 수 있다. 이것은 예를 들어, 파이프의 텔레스코픽 늘리기 작업 또는 줄이기 작업 또는 가요성 파이프 연결부에 의한 전체 파이프의 변위에 의해 발생할 수 있다.
복수의 전달 덕트들(39)을 구비한 버전은 파티션(45)이 압축기 입구(3)를 분리하기 위해 필요하지 않은 이점을 갖는다. 이것은 작동 중에 신선한 공기(2) 대 재순환된 배기 가스(21)의 비가 입구 섹터들의 영역 비와 관계없이 변화될 수 있다는 이점을 갖는다. 게다가, 개별 파이프들의 변위는 가변적인 파티션의 방법보다 더 단순한 방법으로 기계적으로 구현될 수 있다.
1: 압축기
2: 신선한 공기
3: 압축기 입구
3': 제 1 섹터: 신선한 공기를 위한 압축기 입구 섹터
3": 제 2 섹터: 산소 환원된 가스를 위한 압축기 입구 섹터
4: 연소 챔버
5: 연료
6: 가스 터빈
7: 터빈
8: 가스 터빈의 고온 배기 가스
9: 폐열 회수 스팀 생성기(HRSG)
10: 제 2 배기 가스 서브스트림을 위한(CO2 분리 시스템에 대한) 배기 가스 송풍기
11: 제 1 배기 가스 서브스트림(배기 가스 재순환)을 위한 배기 가스 송풍기
12: 바이패스 플랩 또는 밸브
13: 스팀 터빈
14: 고압 연소 챔버
15: 저압 연소 챔버
16: 고압 터빈
17: 저압 터빈
18: CO2 분리 시스템
19: 폐열 회수 스팀 생성기로부터의 배기 가스
20: 제 2 배기 가스 스트림(CO2 분리 시스템에 대한 배기 가스 라인)
21: 제 1 배기 가스 서브스트림(배기 가스 재순환)
22: 저-CO2 배기 가스
23: 배기 가스 재냉기(제 2 배기 가스 서브스트림을 위한)
24: 굴뚝으로의 배기 가스 바이패스
25: 제 1 생성기
26: 제 2 생성기
27: 배기 가스 재냉기(제 1 배기 가스 서브스트림을 위한)
28: 고압 냉각 가스
29: 배기 가스 분배기
30: 신선한 스팀
31: 분리된 CO2
32: 굴뚝
33: 저압 냉각 가스
34: 중간 압력 냉각 가스
35: 로터 냉각 가스
36: 압축기 플래넘
37: 샤프트(또한 로터로 지정됨)
38: 샤프트 커버
39: 전달 덕트
40: 압축기 하우징
41: 압축기 추출 지점
42: 제어 또는 조정 요소
43: 압축기 안내 날개
44: 압축기 가동 블레이드
45: 입구 안내판
46: 샤프트 커버
47: 90% 아이소바(isobar)
48: 베어링 지지부
49: 가변적인 분리 요소
50: 전단층
p1: 입구 압력
p2: 신선한 공기 압력
p21: 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림의 압력
p3: 압축기 입구 압력
v2: 신선한 공기의 속도
v21: 재순환된 배기 가스 서브스트림의 속도
2: 신선한 공기
3: 압축기 입구
3': 제 1 섹터: 신선한 공기를 위한 압축기 입구 섹터
3": 제 2 섹터: 산소 환원된 가스를 위한 압축기 입구 섹터
4: 연소 챔버
5: 연료
6: 가스 터빈
7: 터빈
8: 가스 터빈의 고온 배기 가스
9: 폐열 회수 스팀 생성기(HRSG)
10: 제 2 배기 가스 서브스트림을 위한(CO2 분리 시스템에 대한) 배기 가스 송풍기
11: 제 1 배기 가스 서브스트림(배기 가스 재순환)을 위한 배기 가스 송풍기
12: 바이패스 플랩 또는 밸브
13: 스팀 터빈
14: 고압 연소 챔버
15: 저압 연소 챔버
16: 고압 터빈
17: 저압 터빈
18: CO2 분리 시스템
19: 폐열 회수 스팀 생성기로부터의 배기 가스
20: 제 2 배기 가스 스트림(CO2 분리 시스템에 대한 배기 가스 라인)
21: 제 1 배기 가스 서브스트림(배기 가스 재순환)
22: 저-CO2 배기 가스
23: 배기 가스 재냉기(제 2 배기 가스 서브스트림을 위한)
24: 굴뚝으로의 배기 가스 바이패스
25: 제 1 생성기
26: 제 2 생성기
27: 배기 가스 재냉기(제 1 배기 가스 서브스트림을 위한)
28: 고압 냉각 가스
29: 배기 가스 분배기
30: 신선한 스팀
31: 분리된 CO2
32: 굴뚝
33: 저압 냉각 가스
34: 중간 압력 냉각 가스
35: 로터 냉각 가스
36: 압축기 플래넘
37: 샤프트(또한 로터로 지정됨)
38: 샤프트 커버
39: 전달 덕트
40: 압축기 하우징
41: 압축기 추출 지점
42: 제어 또는 조정 요소
43: 압축기 안내 날개
44: 압축기 가동 블레이드
45: 입구 안내판
46: 샤프트 커버
47: 90% 아이소바(isobar)
48: 베어링 지지부
49: 가변적인 분리 요소
50: 전단층
p1: 입구 압력
p2: 신선한 공기 압력
p21: 재순환된 제 1 배기 가스 서브스트림의 압력
p3: 압축기 입구 압력
v2: 신선한 공기의 속도
v21: 재순환된 배기 가스 서브스트림의 속도
Claims (15)
- 배기 가스 재순환을 하는 가스 터빈 발전소를 작동시키는 방법으로서,
상기 가스 터빈 발전소는 압축기 입구(3)를 구비한 가스 터빈(6), 폐열 회수 스팀 생성기(9), 배기 가스(19)를 상기 가스 터빈(6)의 흡기 스트림 내로 재순환시키기 위한 제 1 배기 가스 서브스트림(21)과 환경으로의 방출을 위한 제 2 배기 가스 서브스트림(20)으로 분할하는 배기 가스 분배기(29), 및 또한 재순환 라인 및 상기 재순환 라인에 배열되는 배기 가스 재냉기(27)를 포함하고,
주위의 신선한 공기(2)가 상기 압축기 입구(3) 내로 전달되고 상기 압축기 입구(3)에서 가속되는, 상기 가스 터빈 발전소를 작동시키는 방법에 있어서,
재순환되는 제 1 배기 가스 서브스트림(21)은 상기 신선한 공기(2)와는 별개로 상기 압축기 입구(3) 내로 그리고 상기 신선한 공기(2)와 동축으로 전달되고, 상기 신선한 공기(2)와는 별개로 상기 압축기 입구(3)의 구역까지 운반되고,
상기 압축기 입구(3)의 구역에서 상기 신선한 공기(2)는, 전체압력과 상기 신선한 공기(2)의 정압의 차이가 상기 재순환되는 제 1 배기 가스 서브스트림(21)의 타겟 질량 유동을 상기 압축기 입구(3) 내로 흡입하기 위해 요구되는 압력차 이상이 되는 정도로 가속되고,
상기 가스 터빈이 부분 부하 하에 있을 때 그리고 상기 가스 터빈이 시작될 때, 상기 배기 가스 재순환은 스위치 오프되거나 감소되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 재순환되는 제 1 배기 가스 서브스트림(21)과 상기 신선한 공기(2)는 동축 환형 덕트들을 통해 전달되고, 상기 제 1 배기 가스 서브스트림(21)은 상기 압축기 입구(3)의 방사상 내부 구역을 통해 전달되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 재순환되는 제 1 배기 가스 서브스트림(21)의 양은 상기 제 1 배기 가스 서브스트림(21)이 상기 압축기 입구(3)에 전달되는 위치를 변경하여 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 재순환되는 제 1 배기 가스 서브스트림(21)의 양은 상기 제 1 배기 가스 서브스트림(21)이 상기 압축기 입구(3)에 전달되는 출구의 단면적을 변경하여 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 재순환되는 제 1 배기 가스 서브스트림(21)의 양은 상기 압축기 입구(3) 내에 배열되고 상기 재순환되는 제 1 배기 가스 서브스트림(21)의 상기 유동 덕트로부터 상기 신선한 공기(2)의 상기 유동 덕트를 분리시키는 가변적인 분리 요소(49)를 조정하여 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 재순환되는 제 1 배기 가스 서브스트림(21)의 양은 상기 가변적인 분리 요소(49)의 축 변위에 의해 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어되거나, 또는 상기 재순환되는 제 1 배기 가스 서브스트림(21)의 양은 상기 가변적인 분리 요소(49)의 방사상 변위에 의해 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 재순환되는 제 1 배기 가스 서브스트림(21)은, 상기 가스 터빈(6)의 샤프트(37)에 대해 동심으로 상기 흡기 덕트의 직경 상에서 상기 압축기 입구의 상류에 원주 방향으로 분포되도록 배열된 공급 장치들(39)을 통해 유입되고, 상기 재순환되는 제 1 배기 가스 서브스트림(21)의 양은 상기 압축기 입구(3)에서 상기 공급 장치들(39)의 출구 오리피스의 축 위치를 변경하여 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 가스 터빈이 부분 부하 하에 있을 때 또는 시작될 때 또는 부분 부하 하에 있을 때와 시작될 때, 신선한 공기는 제어 또는 조정 요소(42)를 통해 상기 재순환되는 제 1 배기 가스 서브스트림(21)의 상기 유동 덕트 내로 운반되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 가스 터빈(6), 폐열 회수 스팀 생성기(9), 압축기 입구(3) 및 작동 동안, 배기 가스(19)를 상기 가스 터빈(6)의 흡기 스트림 내로 재순환시키기 위한 제 1 배기 가스 서브스트림(21)과 환경으로의 방출을 위한 제 2 배기 가스 서브스트림(20)으로 분할하는 배기 가스 분배기(29)를 포함하는 가스 터빈 발전소에 있어서,
상기 압축기 입구는 압축기의 유동 덕트가 인접하는 제 1 섹터(3')와 제 2 섹터(3")로 분할되고,
상기 제 1 섹터(3')와 상기 제 2 섹터(3")는 그 출구들에서 서로에 대해 동축으로 배열되고,
주위의 신선한 공기의 공급 장치가 상기 제 1 섹터(3')에 연결되고, 상기 배기 가스 분배기(29)로부터 상기 제 1 배기 가스 서브스트림(21)을 재순환시키기 위한 재순환 라인이 상기 제 2 섹터(3")에 연결되고,
상기 재순환 라인에 배기 가스 재냉기(27)가 배열되며,
상기 제 2 섹터(3")는 상기 압축기(1)에 아주 가깝게 도달하여, 상기 가스 터빈이 작동 중일 때, 상기 제 2 섹터(3")의 출구에서의 정압이 낮아서 전체압력과 정압의 차이가 재순환되는 제 1 배기 가스 서브스트림(21)의 타겟 질량 유동을 상기 압축기 입구(3) 내로 흡입하기 위해 요구되는 압력차 이상이 되고,
상기 가스 터빈이 부분 부하 하에 있을 때 그리고 상기 가스 터빈이 시작될 때, 상기 배기 가스 재순환은 스위치 오프되거나 감소되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 발전소. - 제 9 항에 있어서, 신선한 공기(2)를 전달하기 위한 상기 제 1 섹터(3') 및 재순환되는 제 1 배기 가스 서브스트림(21)을 전달하기 위한 상기 제 2 섹터(3")는 그 출구들에 동심원의 원형 링들로서 설계되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 발전소.
- 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 섹터(3")의 출구는 기하학적으로 가변적인 것을 특징으로 하는 가스 터빈 발전소.
- 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 신선한 공기(2)를 전달하기 위한 상기 제 1 섹터(3') 및 재순환되는 제 1 배기 가스 서브스트림(21)을 전달하기 위한 상기 제 2 섹터(3")는 가변적인 분리 요소(49)에 의해 그 출구에서 분리되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 발전소.
- 제 12 항에 있어서, 상기 가변적인 분리 요소(49)는 축 방향으로 변위 가능하게 배열되거나 또는 상기 가변적인 분리 요소(49)는 방사상 방향으로 변위 가능하게 배열되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 발전소.
- 제 12 항에 있어서, 상기 재순환되는 제 1 배기 가스 서브스트림(21)을 유입시키기 위한 공급 장치들(39)이 상기 가스 터빈(6)의 샤프트(37)에 대해 동심으로 압축기 입구의 상류에 상기 압축기 입구(3)의 원주 방향으로 분포되도록 배열되고, 상기 공급 장치들(39)의 출구 오리피스들로부터 상기 압축기 입구로의 축 거리는 상기 재순환되는 제 1 배기 가스 서브스트림(21)을 조정하거나 또는 제어하도록 조절 가능한 것을 특징으로 하는 가스 터빈 발전소.
- 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 압축기 입구의 상기 제 2 섹터(3")는 제어 또는 조정 요소(42)를 통해 신선한 공기(2)를 위한 공급 장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈 발전소.
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