KR101692173B1 - 배열 회수 시스템 및 배열 회수 방법 - Google Patents

배열 회수 시스템 및 배열 회수 방법 Download PDF

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Abstract

메인 엔진이 저부하역에서 운전되고 있는 경우에도 증기 터빈과 가스 터빈 각각이 구동될 수 있는 조건을 알아내어 발전을 실시하고, 배열을 회수하는 것이 가능한 배열 회수 시스템 및 배열 회수 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 배열 회수 시스템 (1) 은, 디젤 엔진 (3) 으로부터 파워 터빈 (7) 을 경유하여 배기 가스 이코노마이저 (11) 에 공급되는 배기 가스의 유량을 조정하는 배기 가스량 조정 밸브 (33) 와, 디젤 엔진 (3) 으로부터 파워 터빈 (7) 을 경유하지 않고 배기 가스 이코노마이저 (11) 에 공급되는 배기 가스의 유량을 조정하는 배기 가스 바이패스량 조정 밸브 (34) 와, 디젤 엔진 (3) 의 소기압에 따라, 배기 가스 바이패스량 조정 밸브 (34) 의 개도를 조정하고 또한 배기 가스량 조정 밸브 (33) 를 개폐하는 메인 엔진 컨트롤 시스템 (43) 및 터빈 컨트롤 패널 (44) 을 구비한다.

Description

배열 회수 시스템 및 배열 회수 방법{EXHAUST HEAT RECOVERY SYSTEM AND EXHAUST HEAT RECOVERY METHOD}
본 발명은, 배열 회수 시스템 및 배열 회수 방법에 관한 것이다.
선박에는 배열 회수 시스템이 설치되는 경우가 있으며, 배열 회수 시스템은, 디젤 엔진 등의 메인 엔진과, 파워 터빈 (가스 터빈) 과, 증기 터빈과, 배기 가스 이코노마이저 등으로 구성된다. 파워 터빈과 증기 터빈은, 메인 엔진으로부터 배출되는 배기 가스 (연소 가스) 의 배기 에너지를 동력원으로 하여 구동되고, 파워 터빈과 증기 터빈에 접속된 발전기에 의해 발전이 실시된다.
특허문헌 1 에는, 배열 회수 시스템에 있어서, 수요 전력이 감소하여 발전 전력이 잉여 상태가 되었을 때에 디젤 엔진의 연료 소비를 낭비하지 않고 발전 전력을 억제할 수 있는 터빈 발전기의 제어 방법 및 장치에 관한 기술이 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 2011-27053호
선박에 의한 운수에서는, 연료 소비를 저감시키기 위해, 메인 엔진을 정격 운전시키는 것이 아니라, 속도를 떨어뜨린 감속 운전에 의해 순항이 실시되고 있다. 이로써, 연료대를 대폭 감소시킬 수 있다.
한편, 일반적으로 선박에 탑재된 배열 회수 시스템은, 메인 엔진 (주기 (主機)) 부하가 예를 들어 90 ％ 인 고부하역에서 설계되고 있다. 파워 터빈은, 메인 엔진으로부터의 배기 가스를 구동원으로 하고 있으며, 예를 들어 메인 엔진 부하가 약 50 ％ 가 되었을 때, 배기 가스가 도입되어 운전 가능해진다.
그러나, 감속 운전에 의한 순항에서는, 메인 엔진 부하가 50 ％ 이하인 상태에서 메인 엔진을 운전시키고 있다. 그 때문에, 메인 엔진으로부터 배출되는 배기 가스의 배기 가스 온도가 낮기 때문에, 배기 가스 이코노마이저에 있어서의 증기의 증발량도 적다. 따라서, 감속 운전시, 배열 회수 시스템에 있어서, 파워 터빈이 구동되고 있지 않을 뿐만 아니라, 증기 터빈의 구동에 의한 발전량도 적거나, 또는 증기 터빈의 운전이 불가능하여, 발전이 실시되지 않는다.
본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 메인 엔진이 저부하역에서 운전되고 있는 경우에도 증기 터빈과 가스 터빈 각각이 구동될 수 있는 조건을 알아내어 발전을 실시하고, 배열을 회수하는 것이 가능한 배열 회수 시스템 및 배열 회수 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 배열 회수 시스템 및 배열 회수 방법은 이하의 수단을 채용한다.
즉, 본 발명의 제 1 양태에 관련된 배열 회수 시스템은, 엔진부와, 상기 엔진부로부터 배출되는 배기 가스에 의해 구동되는 가스 터빈과, 상기 엔진부로부터 배출되는 배기 가스와 열교환하여 증기를 생성시키는 열교환부와, 상기 열교환부로부터 공급되는 증기에 의해 구동되는 증기 터빈과, 상기 엔진부로부터 상기 가스 터빈을 경유하여 상기 열교환부에 공급되는 상기 배기 가스의 유량을 조정하는 제 1 유량 조정 밸브와, 상기 엔진부로부터 상기 가스 터빈을 경유하지 않고 상기 열교환부에 공급되는 상기 배기 가스의 유량을 조정하는 제 2 유량 조정 밸브와, 상기 제 1 유량 조정 밸브의 개도 및 상기 제 2 유량 조정 밸브의 개도를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 엔진부의 소기압 (掃氣壓) 에 따라, 상기 제 2 유량 조정 밸브의 개도를 조정하고 또한 상기 제 1 유량 조정 밸브를 개폐한다.
이 구성에 의하면, 제 1 유량 조정 밸브가 폐쇄가 되어, 엔진부로부터 가스 터빈을 경유하여 열교환부에 공급되는 배기 가스가 없는 경우, 제 2 유량 조정 밸브의 개도가 조정됨으로써, 엔진부로부터 가스 터빈을 경유하지 않고 열교환부에 공급된다. 그 결과, 가스 터빈을 구동시키지 않을 때에도, 열교환부에서 증기를 생성시킬 수 있고, 증기 터빈을 구동시킬 수 있다. 그리고, 엔진부의 소기압에 따라 제 2 유량 조정 밸브의 개도가 조정되는 점에서, 엔진부의 최저 허용 소기압을 확보할 수도 있다.
본 발명의 제 1 양태에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제 1 유량 조정 밸브를 폐쇄로 하고 있을 때, 상기 엔진부의 소기압이 높아짐에 따라, 상기 제 2 유량 조정 밸브의 개도를 개방하는 방향으로 조정하고, 상기 제 1 유량 조정 밸브를 폐쇄로 하고 있을 때, 상기 엔진부의 소기압이 낮아짐에 따라, 상기 제 2 유량 조정 밸브의 개도를 폐쇄하는 방향으로 조정해도 된다.
본 발명의 제 1 양태에 있어서, 상기 제어부는, 상기 가스 터빈의 회전수가 상기 증기 터빈의 회전수보다 작은 엔진 부하역에 있어서 상기 제 1 유량 제어 밸브를 폐쇄로 하고, 또한 상기 엔진부의 소기압에 따라, 상기 제 2 유량 조정 밸브의 개도를 조정해도 된다.
본 발명의 제 1 양태에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제 1 유량 조정 밸브를 개방으로 하였을 때, 상기 제 2 유량 조정 밸브를 폐쇄로 해도 된다.
본 발명의 제 1 양태에 있어서, 상기 제어부는, 상기 가스 터빈의 회전수가 상기 증기 터빈의 회전수보다 큰 엔진 부하역에 있어서 상기 제 1 유량 제어 밸브를 개방으로 하고, 또한 상기 엔진부의 소기압에 관계없이, 상기 제 2 유량 조정 밸브의 개도를 폐쇄로 해도 된다.
본 발명의 제 2 양태에 관련된 배열 회수 방법은, 엔진부를 구동시키는 공정과, 상기 엔진부로부터 배출되는 배기 가스에 의해 가스 터빈을 구동시키는 공정과, 상기 엔진부로부터 배출되는 배기 가스에 의해 열교환부에서 증기를 생성시키는 공정과, 상기 열교환부에서 생성된 증기에 의해 증기 터빈을 구동시키는 공정과, 상기 엔진부로부터 상기 가스 터빈을 경유하여 상기 열교환부에 공급되는 상기 배기 가스의 유량을 조정하는 공정과, 상기 엔진부로부터 상기 가스 터빈을 경유하지 않고 상기 열교환부에 공급되는 상기 배기 가스의 유량을 조정하는 공정을 구비하는 배열 회수 방법으로서, 상기 가스 터빈에 배기 가스를 유입시키지 않고, 상기 엔진부의 소기압에 따라, 상기 엔진부로부터 상기 열교환부에 공급되는 상기 배기 가스의 유량을 조정한다.
본 발명에 의하면, 메인 엔진이 저부하역에서 운전되고 있는 경우에도 증기 터빈과 가스 터빈 각각이 구동될 수 있는 조건을 알아내어 발전을 실시하고, 배열을 회수할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 배열 회수 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 배열 회수 시스템의 배기 가스량 조정 밸브와 배기 가스 바이패스량 조정 밸브의 개폐를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 배열 회수 시스템의 파워 터빈 및 증기 터빈의 출력과 메인 엔진 부하의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 배열 회수 시스템의 메인 엔진의 소기압과 메인 엔진 부하의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 배열 회수 시스템을 나타내는 구성도이다.
이하에 본 발명에 관련된 실시형태에 대해, 도면을 참조하여 설명한다.
도 1 에는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 배열 회수 시스템의 개략 구성이 도시되어 있다. 본 실시형태에서는, 메인 엔진으로서 선박 추진용 디젤 엔진 (3) 을 사용하고 있다.
배열 회수 시스템 (1) 은, 선박 추진용 디젤 엔진 (메인 엔진) (3) 과, 디젤 엔진 (3) 의 배기 가스에 의해 구동되는 배기 터보 과급기 (5) 와, 배기 터보 과급기 (5) 의 상류측으로부터 추기 (抽氣) 된 디젤 엔진 (3) 의 배기 가스에 의해 구동되는 파워 터빈 (가스 터빈) (7) 과, 디젤 엔진 (3) 의 배기 가스에 의해 증기를 생성시키는 배기 가스 이코노마이저 (배기 가스 보일러) (11) 와, 배기 가스 이코노마이저 (11) 에 의해 생성된 증기에 의해 구동되는 증기 터빈 (9) 을 구비하고 있다.
디젤 엔진 (3) 으로부터의 출력은, 프로펠러축을 통하여 스크루 프로펠러에 직접적 또는 간접적으로 접속되어 있다. 또, 디젤 엔진 (3) 의 각 기통의 실린더부 (13) 의 배기 포트는 배기 가스 집합관으로서의 배기 매니폴드 (15) 에 접속되고, 배기 매니폴드 (15) 는 제 1 배기관 (L1) 을 통하여 배기 터보 과급기 (5) 의 터빈부 (5a) 의 입구측과 접속된다. 또, 배기 매니폴드 (15) 는 제 2 배기관 (L2) (추기 통로) 을 통하여 파워 터빈 (7) 의 입구측과 접속되고, 배기 가스의 일부가 배기 터보 과급기 (5) 에 공급되기 전에 추기되어 파워 터빈 (7) 에 공급된다.
한편, 각 실린더부 (13) 의 급기 포트는 급기 매니폴드 (17) 에 접속되어 있고, 급기 매니폴드 (17) 는 급기관 (K1) 을 통하여 배기 터보 과급기 (5) 의 컴프레서부 (5b) 와 접속되어 있다. 또, 급기관 (K1) 에는 공기 냉각기 (인터쿨러) (19) 가 설치되어 있다.
배기 터보 과급기 (5) 는, 터빈부 (5a) 와, 컴프레서부 (5b) 와, 터빈부 (5a) 와 컴프레서부 (5b) 를 연결하는 회전축 (5c) 으로 구성되어 있다.
파워 터빈 (7) 은, 제 2 배기관 (L2) 을 통하여 배기 매니폴드 (15) 로부터 추기된 배기 가스에 의해 회전 구동된다. 또, 증기 터빈 (9) 은, 배기 가스 이코노마이저 (11) 에 의해 생성된 증기가 공급되어 회전 구동된다.
이 배기 가스 이코노마이저 (11) 는, 배기 터보 과급기 (5) 의 터빈부 (5a) 의 출구측으로부터 제 3 배기관 (L3) 을 통하여 배출되는 배기 가스와, 파워 터빈 (7) 의 출구측으로부터 제 4 배기관 (L4) 을 통하여 배출되는 배기 가스가 도입된다. 배기 가스 이코노마이저 (11) 에 있어서의 열교환부 (21) 는, 배기 가스의 열에 의해 급수관 (23) 을 통하여 공급된 물을 증발시켜 증기를 발생시킨다. 그리고, 배기 가스 이코노마이저 (11) 에서 생성된 증기는, 제 1 증기관 (J1) 을 통하여 증기 터빈 (9) 에 도입되고, 또 증기 터빈 (9) 에서 일을 마친 증기는 제 2 증기관 (J2) 에 의해 배출되어 도시되지 않은 콘덴서 (복수기) 로 유도된다.
파워 터빈 (7) 과 증기 터빈 (9) 은 직렬로 결합되어 발전기 (25) 를 구동시킨다. 증기 터빈 (9) 의 회전축 (29) 은 도시되지 않은 감속기 및 커플링을 통하여 발전기 (25) 에 접속된다. 또, 파워 터빈 (7) 의 회전축 (27) 은 도시되지 않은 감속기 및 클러치 (31) 를 통하여 증기 터빈 (9) 의 회전축 (29) 과 연결되어 있다. 클러치 (31) 로는, 소정의 회전수에서 축과 축을 접속시키거나 분리시키거나 하는 클러치가 사용되며, 예를 들어 SSS (Synchro-Self-Shifting) 클러치가 바람직하게 사용된다. 또한, 파워 터빈 (7) 과 증기 터빈 (9) 이 직렬로 결합되는 것이 아니라, 파워 터빈 (7) 과 증기 터빈 (9) 의 각각에 발전기가 접속되어도 된다.
또, 제 2 배기관 (L2) 에는, 파워 터빈 (7) 에 도입되는 배기 가스의 가스량을 제어하는 배기 가스량 조정 밸브 (33) 와, 비상시에 파워 터빈 (7) 으로의 배기 가스의 공급을 차단하는 비상 정지용 긴급 차단 밸브 (35) 가 형성되어 있다. 또, 배기 가스 바이패스관 (L5) 이 제 2 배기관 (L2) 으로부터 분기되어 형성되고, 제 4 배기관 (L4) 과 합류한다. 배기 가스 바이패스관 (L5) 에는, 배기 가스 바이패스량 조정 밸브 (34) 가 설치된다. 또, 배기 가스 바이패스량 조정 밸브 (34) 의 하류측에는, 예를 들어 오리피스 (40) 등의 스로틀 기구가 형성되어, 배기 가스 바이패스관 (L5) 을 흐르는 배기 가스의 유량이 제어된다. 배기 가스 바이패스량 조정 밸브 (34) 는, 디젤 엔진 (3) 의 소기압력이 최저 허용 소기압을 유지하도록 제어된다. 여기서, 최저 허용 소기압이란, 엔진 부하에 따라 미리 설정된 필요 최저의 소기압으로서, 디젤 엔진 (3) 의 연료 연소를 위해 필요해지는 소기압이다. 구체적으로는, 디젤 엔진 (3) 의 소기압이 항상 모니터링되도록 하여, 엔진 부하에 따라 미리 설정된 최저 허용 소기압을 확보할 수 있도록, 배기 가스 바이패스량 조정 밸브 (34) 가 제어된다. 감속 운전시에 있어서, 배기 가스 바이패스량 조정 밸브 (34) 를 개방하도록 조정함으로써, 파워 터빈 (7) 을 경유하지 않고 배기 가스 이코노마이저 (11) 에 배출되는 배기 가스량이 증가한다. 그 결과, 배기 가스 이코노마이저 (11) 에 있어서의 증기의 증발량을 증가시켜, 저부하 운전에 있어서 증기 터빈 (9) 의 기동 개시를 앞당길 수 있다. 또, 저부하 운전에 있어서 발전기 (25) 에 의한 발전량을 늘리는 것이 가능해진다.
또한, 제 1 증기관 (J1) 에는, 증기 터빈 (9) 에 도입되는 증기량을 제어하는 증기량 조정 밸브 (37) 와, 비상시에 증기 터빈 (9) 으로의 증기의 공급을 차단하는 비상 정지용 긴급 차단 밸브 (39) 가 설치되어 있다. 상기 서술한 배기 가스량 조정 밸브 (33), 배기 가스 바이패스량 조정 밸브 (34) 및 증기량 조정 밸브 (37) 는, 제어 장치 (43) 에 의해 그 개도가 제어된다.
이상과 같이 발전기 (25) 는, 선박 추진용 디젤 엔진 (3) 의 배기 가스 (연소 가스) 의 배기 에너지를 동력으로 하여 구동되도록 되어 있으며, 배기 에너지 회수 장치를 구성하고 있다.
다음으로, 도 2 및 도 3 을 참조하여, 배기 가스 바이패스량의 조정 및 파워 터빈 (7) 또는 증기 터빈 (9) 의 운전에 대해 설명한다.
파워 터빈 (7) 을 기동시키기 위해서는, 파워 터빈 (7) 을 증기 터빈 (9) 의 회전수까지 상승시켜야만 한다. 또, 파워 터빈 (7) 은 운전시 최소 부하를 취할 필요가 있다. 파워 터빈 (7) 에 의한 출력을 개시하려면, 많은 배기 가스량이 필요하여, 메인 엔진 (주기) 부하가 어느 정도 높을 것이 필요하다.
따라서, 파워 터빈 (7) 의 회전수가 증기 터빈 (9) 의 회전수 이상이 되는 상태에서, 배기 가스량 조정 밸브 (33) 를 개방하여 배기 가스를 파워 터빈 (7) 에 공급함으로써, 파워 터빈 (7) 에 의한 출력을 개시할 수 있다.
예를 들어 메인 엔진 부하가 50 ％ 를 초과하는 운전이 되고 있고, 파워 터빈 (7) 의 회전수가 증기 터빈 (9) 의 회전수까지 상승하는 경우에 파워 터빈 (7) 을 기동시킨다. 또한, 이하에서는, 파워 터빈 (7) 에 기동을 개시시키는 메인 엔진 부하가 50 ％ 인 경우에 대해 설명하는데, 본 발명은 이 예에 한정되지 않으며, 예를 들어 45 ％ 등, 50 ％ 보다 낮은 경우에도 적용할 수 있다.
메인 엔진 부하가 50 ％ 보다 낮은 상태로부터 메인 엔진 부하가 50 ％ 에 도달하였을 때, 배기 가스량 조정 밸브 (33) 를 개방함으로써, 파워 터빈 (7) 은 운전을 개시한다. 그리고, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 메인 엔진 부하의 상승에 관계없이, 파워 터빈 (7) 의 출력은 일정해지도록, 파워 터빈 (7) 에 공급되는 배기 가스량은 일정하게 유지되고, 그 이외의 배기 가스량은 배기 터보 과급기 (5) 의 터빈부 (5a) 로 보내진다. 여기서, 파워 터빈 (7) 에 공급되는 배기 가스량은, 제어의 간이화를 위해 일정량이어도 되고, 전체의 에너지 밸런스로부터 최적으로 하기 위해, 터빈 컨트롤 패널 (44) 에 의해 소정 유량으로 조정된다.
또한, 메인 엔진의 배기 이용의 안정성을 도모하기 위해, 메인 엔진 부하가 50 ％ 이상에서는, 배기 가스 바이패스량 조정 밸브 (34) 는 폐쇄 상태로 유지된다.
메인 엔진 부하가 50 ％ 이상에서는, 배기 가스 이코노마이저 (11) 는, 배기 터보 과급기 (5) 의 터빈부 (5a) 의 출구측으로부터 제 3 배기관 (L3) 을 통하여 배출되는 배기 가스, 파워 터빈 (7) 의 출구측으로부터 제 4 배기관 (L4) 을 통하여 배출되는 배기 가스가 도입된다. 그리고, 배기 가스 이코노마이저 (11) 에서 생성된 증기는, 증기 터빈 (9) 에 도입되어 증기 터빈 (9) 을 구동시킨다.
한편, 메인 엔진 부하가 높은 상태로부터 메인 엔진 부하가 50 ％ 미만이 될 때, 메인 엔진 컨트롤 시스템 (43) 으로부터 터빈 컨트롤 패널 (44) 에 배기 가스량 조정 밸브 (33) 의 개방 제한이 보내져 배기 가스량 조정 밸브 (33) 가 폐쇄되고, 파워 터빈 (7) 으로의 배기 가스의 공급이 정지된다. 그 결과, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 파워 터빈 (7) 에 의한 출력은 0 (제로) 이 된다. 또, 터빈 컨트롤 패널 (44) 로부터 메인 엔진 컨트롤 시스템 (43) 에 배기 가스 바이패스량 조정 밸브 (34) 의 개방 요구가 보내져 배기 가스 바이패스량 조정 밸브 (34) 가 개방된다.
그리고, 메인 엔진 부하가 50 ％ 미만일 때, 디젤 엔진 (3) 의 소기압력이 최저 허용 소기압을 유지하도록, 메인 엔진 컨트롤 시스템 (43) 에 의해 배기 가스 바이패스량 조정 밸브 (34) 의 개도가 조정된다 (도 4 참조). 여기서, 메인 엔진 컨트롤 시스템 (43) 및 터빈 컨트롤 패널 (44) 은 제어부의 일례이다.
그 결과, 배기 가스 이코노마이저 (11) 는, 배기 터보 과급기 (5) 의 터빈부 (5a) 의 출구측으로부터 제 3 배기관 (L3) 을 통하여 배출되는 배기 가스와, 배기 가스 바이패스량 조정 밸브 (34) 가 형성된 배기 가스 바이패스관 (L5) 을 통하여 배출되는 배기 가스가 도입된다. 그리고, 배기 가스 이코노마이저 (11) 에서 생성된 증기는, 증기 터빈 (9) 에 도입되어 증기 터빈 (9) 을 구동시킨다.
따라서, 배기 가스 바이패스량 조정 밸브 (34) 를 개방함으로써, 배기 가스 이코노마이저 (11) 에 있어서의 증기의 증발량을 증가시켜, 저부하 운전에 있어서 증기 터빈 (9) 을 구동시킬 수 있다.
예를 들어, 메인 엔진 부하가 25 ％ 보다 낮은 상태로부터 메인 엔진 부하가 25 ％ 이상이 되었을 때, 디젤 엔진 (3) 의 소기압력이 최저 허용 소기압을 유지하도록, 메인 엔진 컨트롤 시스템 (43) 에 의해 배기 가스 바이패스량 조정 밸브 (34) 가 개방되기 시작한다. 이로써, 디젤 엔진 (3) 의 소기압력을 최저 허용 소기압보다 저하시키지 않고, 또한 배기 가스 이코노마이저 (11) 에 배기 가스를 도입할 수 있다. 그 결과, 저부하 운전에서도 증기 터빈 (9) 을 구동시켜 발전을 실시할 수 있다.
메인 엔진 부하가 25 ％ 이상 50 ％ 미만에서는, 운전시 디젤 엔진 (3) 의 소기압이 항상 모니터링되도록 하여, 메인 엔진 부하에 따라 미리 설정된 최저 허용 소기압을 확보할 수 있도록, 배기 가스 바이패스량 조정 밸브 (34) 가 제어된다. 즉, 배기 터보 과급기 (5) 의 컴프레서부 (5b) 의 출구의 공기 압력에 여유가 있는지의 여부가 판단된다. 그리고, 컴프레서부 (5b) 의 출구의 공기 압력의 여유도에 따라, 배기 가스 바이패스량 조정 밸브 (34) 의 개도가 조정된다.
한편, 메인 엔진 부하가 25 ％ 보다 높은 상태로부터 메인 엔진 부하가 25 ％ 미만이 되었을 때, 배기 가스 바이패스량 조정 밸브 (34) 가 폐쇄된다. 그 결과, 디젤 엔진 (3) 의 소기압력은 최저 허용 소기압보다 높아지도록 유지된다.
종래 저부하 운전시에서 배기 가스 바이패스관 (L5) 에 형성된 밸브를 이용하는 경우, 개도를 조정하지 않고 개방 또는 폐쇄를 전환시켰을 뿐이었다. 예를 들어, 디젤 엔진 (3) 에서 최저 허용 소기압을 확보하기 위해서는, 메인 엔진 부하가 예를 들어 약 35 ％ 가 되었을 때에 비로소 배기 가스 바이패스관 (L5) 에 형성된 밸브를 개방으로 할 수 있었다.
이에 반하여 본 실시형태에서는, 배기 가스 바이패스관 (L5) 에 형성된 배기 가스 바이패스량 조정 밸브 (34) 는 개도를 조정할 수 있다. 그리고, 배기 가스 바이패스량 조정 밸브 (34) 는, 디젤 엔진 (3) 의 소기압력이 최저 허용 소기압을 유지하도록 제어된다. 따라서, 메인 엔진 부하가 예를 들어 약 25 ％ 여도, 배기 가스 바이패스관 (L5) 을 통하여 배기 가스를 배기 가스 이코노마이저 (11) 에 배출할 수 있다. 그 결과, 종래보다 메인 엔진 부하가 낮은 상태에서 증기 터빈 (9) 을 구동시킬 수 있다. 메인 엔진 부하가 제로 또는 제로에 가까운 상태로부터 증가하는 경우에는, 증기 터빈 (9) 의 기동 개시를 종래보다 앞당길 수 있고, 저부하 운전에 있어서의 증기 터빈 (9) 에 의한 발전량을 증가시킬 수 있다.
이상, 본 실시형태에 의하면, 종래에는 감속 운항시 배기 가스 온도가 낮았기 때문에 증기 터빈 (9) 을 구동시켜 발전기 (25) 에 의한 발전을 할 수 없었던 바, 배기 매니폴드 (15) 로부터 추기된 고온의 배기 가스를 배기 가스 이코노마이저 (11) 로 유도할 수 있다. 그리고, 배기 매니폴드 (15) 로부터 추기되는 배기 가스량은 배기 가스 바이패스량 조정 밸브 (34) 에 의해 제어되는 점에서, 디젤 엔진 (3) 의 소기압력을 최저 허용 소기압보다 높게 유지할 수 있다. 또, 종래보다 감속 운항시에 있어서의 배기 가스 이코노마이저 (11) 에서의 증기의 증발량을 현저하게 증가시킬 수 있는 점에서, 감속 운전에 있어서도 증기 터빈 (9) 에 의한 발전 능력을 높일 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 메인 엔진 부하가 예를 들어 약 50 ％ 이상일 때, 배기 가스량 조정 밸브 (33) 를 개방하고, 배기 가스 바이패스량 조정 밸브 (34) 를 폐쇄한다. 따라서, 디젤 엔진 (3) 으로부터의 배기 가스의 추기 이용의 안정성을 도모할 수 있다.
또한, 도 1 에 나타내는 예에서는, 배기 가스 바이패스관 (L5) 이 제 4 배기관 (L4) 에 접속되는 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 배기 가스 바이패스관 (L5) 은 제 3 배기관 (L3) 에 접속되고, 파워 터빈 (7) 을 경유하지 않는 배기 가스는 배기 가스 바이패스관 (L5) 과 제 3 배기관 (L3) 을 통과하여 배기 가스 이코노마이저 (11) 에 공급되어도 된다.
1 : 배열 회수 시스템
3 : 디젤 엔진 (엔진부)
7 : 파워 터빈 (가스 터빈)
9 : 증기 터빈
11 : 배기 가스 이코노마이저 (열교환부)
25 : 발전기
33 : 배기 가스량 조정 밸브 (제 1 유량 조정 밸브)
34 : 배기 가스 바이패스량 조정 밸브 (제 2 유량 조정 밸브)
43 : 메인 엔진 컨트롤 시스템 (제어부)
44 : 터빈 컨트롤 패널 (제어부)

Claims (6)

  1. 엔진부와,
    상기 엔진부로부터 배출되는 배기 가스에 의해 구동되는 가스 터빈과,
    상기 엔진부로부터 배출되는 배기 가스와 열교환하여 증기를 생성시키는 열교환부와,
    상기 열교환부로부터 공급되는 증기에 의해 구동되는 증기 터빈과,
    상기 엔진부로부터 상기 가스 터빈을 경유하여 상기 열교환부에 공급되는 상기 배기 가스의 유량을 조정하는 제 1 유량 조정 밸브와,
    상기 엔진부로부터 상기 가스 터빈을 경유하지 않고 상기 열교환부에 공급되는 상기 배기 가스의 유량을 조정하는 제 2 유량 조정 밸브와,
    상기 제 1 유량 조정 밸브의 개도 및 상기 제 2 유량 조정 밸브의 개도를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 제 1 유량 조정 밸브를 폐쇄로 하고 있을 때, 상기 엔진부의 소기압에 따라, 상기 엔진부의 최저 허용 소기압을 확보할 수 있도록, 상기 제 2 유량 조정 밸브의 개도를 조정하는 배열 회수 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제 1 유량 조정 밸브를 폐쇄로 하고 있을 때, 상기 엔진부의 소기압이 높아짐에 따라, 상기 제 2 유량 조정 밸브의 개도를 개방하는 방향으로 조정하고, 상기 제 1 유량 조정 밸브를 폐쇄로 하고 있을 때, 상기 엔진부의 소기압이 낮아짐에 따라, 상기 제 2 유량 조정 밸브의 개도를 폐쇄하는 방향으로 조정하는 배열 회수 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 가스 터빈의 회전수가 상기 증기 터빈의 회전수보다 작은 엔진 부하역에 있어서 상기 제 1 유량 조정 밸브를 폐쇄로 하고, 또한 상기 엔진부의 소기압에 따라, 상기 제 2 유량 조정 밸브의 개도를 조정하는 배열 회수 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제 1 유량 조정 밸브를 개방으로 하였을 때, 상기 제 2 유량 조정 밸브를 폐쇄로 하는 배열 회수 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 가스 터빈의 회전수가 상기 증기 터빈의 회전수보다 큰 엔진 부하역에 있어서 상기 제 1 유량 조정 밸브를 개방으로 하고, 또한 상기 엔진부의 소기압에 관계없이, 상기 제 2 유량 조정 밸브의 개도를 폐쇄로 하는 배열 회수 시스템.
  6. 엔진부를 구동시키는 공정과,
    상기 엔진부로부터 배출되는 배기 가스에 의해 가스 터빈을 구동시키는 공정과,
    상기 엔진부로부터 배출되는 배기 가스에 의해 열교환부에서 증기를 생성시키는 공정과,
    상기 열교환부에서 생성된 증기에 의해 증기 터빈을 구동시키는 공정과,
    상기 엔진부로부터 상기 가스 터빈을 경유하여 상기 열교환부에 공급되는 상기 배기 가스의 유량을 조정하는 공정과,
    상기 엔진부로부터 상기 가스 터빈을 경유하지 않고 상기 열교환부에 공급되는 상기 배기 가스의 유량을 조정하는 공정을 구비하는 배열 회수 방법으로서,
    상기 가스 터빈에 배기 가스를 유입시키지 않고, 상기 엔진부의 소기압에 따라, 상기 엔진부의 최저 허용 소기압을 확보할 수 있도록, 상기 엔진부로부터 상기 열교환부에 공급되는 상기 배기 가스의 유량을 조정하는 배열 회수 방법.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6869780B2 (ja) * 2017-03-31 2021-05-12 三菱重工業株式会社 廃棄物処理プラント及び廃棄物処理プラントの運転方法
CN107387217A (zh) * 2017-07-31 2017-11-24 中国船舶重工集团公司第七研究所 动力涡轮发电装置
CN111570089A (zh) * 2019-02-19 2020-08-25 上海必修福企业管理有限公司 尾热发电装置及方法
JP7178159B2 (ja) * 2019-02-21 2022-11-25 ジャパンマリンユナイテッド株式会社 エネルギー回収装置の制御方法
CN114876630A (zh) * 2022-01-25 2022-08-09 侯杰 一种高效中冷增压的涡轮增压器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011089488A (ja) 2009-10-23 2011-05-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ターボコンパウンドシステムおよびその運転方法
JP2011148399A (ja) 2010-01-21 2011-08-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 船舶および船舶の運用方法
JP2012047094A (ja) 2010-08-26 2012-03-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 舶用脱硝システムおよびこれを備えた船舶ならびに舶用脱硝システムの制御方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62607A (ja) * 1985-06-27 1987-01-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 動力発生プラント
JPH062607A (ja) * 1992-06-17 1994-01-11 Nippondenso Co Ltd エンジンのノック検出装置
JP5249866B2 (ja) * 2009-06-25 2013-07-31 三菱重工業株式会社 エンジン排気エネルギー回収装置
JP5138643B2 (ja) 2009-07-28 2013-02-06 三菱重工業株式会社 タービン発電機、タービン発電機の制御方法、制御装置、および該タービン発電機を備えた船舶
JP5155977B2 (ja) * 2009-09-30 2013-03-06 三菱重工業株式会社 発電システムの制御装置および発電システムならびに発電システムの制御方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011089488A (ja) 2009-10-23 2011-05-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ターボコンパウンドシステムおよびその運転方法
JP2011148399A (ja) 2010-01-21 2011-08-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 船舶および船舶の運用方法
JP2012047094A (ja) 2010-08-26 2012-03-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 舶用脱硝システムおよびこれを備えた船舶ならびに舶用脱硝システムの制御方法

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