KR101757113B1 - 연소기 시동시 연소 불안정 회피방법 - Google Patents

연소기 시동시 연소 불안정 회피방법 Download PDF

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Abstract

연소기 시동시 연소 불안정 회피방법에 관한 것으로써, IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle) 플랜트의 가스터빈의 연소 시작시에 발생 되는 연소 불안정을 회피할 수 있는 연소기 시동시 연소 불안정 회피방법에 있어서, 연료 조성 및 부하에 증가에 따른 연소 불안정 영역이 표시되는 지도를 생성하는 지도생성단계; 부하 증가에 따른 연료 조성의 천이 경로로써 상기 지도에 표시되는 연소 불안정 영역을 회피하면서 연소기가 기동될 수 있는 경로를 생성하는 경로생성단계; 및 상기 경로에 따라 상기 연소기를 기동하는 기동단계를 포함하되, 상기 경로생성단계는, 터빈의 부하를 증가시키는 인가단계와, 상기 연소기의 연소공간에서 발생되는 진동에 대한 정보인 진동정보와 상기 연소공간에서 발생되는 온도에 대한 정보인 온도정보를 기초로 상기 연소공간에서 발생되는 화염의 안정성을 확인하는 제1확인단계와, 상기 제1확인단계에 따라 상기 화염이 안정하다고 판단되는 경우 상기 연소공간으로 공급되는 연료의 조성을 천이시키는 천이단계와, 상기 천이단계 이후 상기 진동정보와 상기 온도정보를 기초로 상기 화염의 안정성을 확인하는 제2확인단계와, 상기 제2확인단계에 따라 상기 화염이 안정하지 않다고 판단되는 경우 상기 연소공간으로 공급되는 연료의 조성을 복귀시킨 다음 상기 제1확인단계를 실시하는 복귀단계와, 상기 제2확인단계에 따라 상기 화염이 안정하다고 판단되는 경우 상기 터빈의 부하를 최대로 증가시키는 증가단계를 포함하며, 상기 천이단계는, 상기 연소공간으로 공급되는 연료에 포함되는 CH4의 일부 또는 전부를 H2 또는 CO 중 어느 하나 이상으로 변경시키는 것을 특징으로 하며, 상기 복귀단계는, 상기 연소공간으로 공급되는 연료에 포함되는 H2 또는 CO 중 어느 하나 이상을 CH4로 변경시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 연소기의 시동시에 발생하는 연소의 불안정을 효과적으로 회피할 수 있다.

Description

연소기 시동시 연소 불안정 회피방법{METHOD OF AVOIDING COMBUSTION INSTABILITY WHEN COMBUSTION APPARATUS START}
본 발명은 연소기 시동시 연소 불안정 회피방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 연소 불안정 영역을 회피하는 경로로 연소기를 기동시킴으로써, 연소기의 시동시에 발생하는 연소의 불안정을 효과적으로 회피할 수 있는 연소기 시동시 연소 불안정 회피방법에 관한 것이다.
IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle)란 석탄가스화복합발전을 의미하는 것으로써, 석탄원료로부터 전기뿐 아니라 수소, 액화석유까지 만들 수 있는 차세대 석탄발전기술이다.
이러한 IGCC는 현재 상용화 초기단계의 기술이지만, 2010년 이후 미국이 정부의 지원을 받아 IGCC 상용화 개발을 주도하고 있으며, 한국의 경우 2006년 12월 산업자원부를 중심으로 차세대 청정 석탄기술 상용화를 위한 준비를 시작해 300㎿급 한국형 IGCC 설계기술을 국산화하고 실증 플랜트를 건설하기 위해 6000억 원 규모의 대형 프로젝트에 착수했다.
한편, IGCC 플랜트의 가스터빈의 초기 구동시에는 CH4 에서 H2와 CO를 포함하는 합성가스로의 천이과정이 필수적인데, 합성가스의 H2와 CO 비율은 연소기에서 발생되는 화염의 안정성에 영향을 미친다.
합성가스의 H2와 CO 비율은 연료로 사용되는 석탄의 비율에 따라 큰 차이가 있는데, 합성가스의 CO 비율이 높아짐에 따라 화염의 안정성은 크게 떨어진다.
종래의 IGCC 플랜트의 연소기는 가스터빈의 초기 구동시부터 부하가 최대로 되는 시점까지 CH4 에서 합성가스로의 천이를 선형적으로 증가시켰다. 상술한 바와 같이 종래에는 천이과정이 선형적이었기 때문에, 부하의 크기에 따라서 합성가스의 비율이 높은 구간, 즉, 화염의 안정성이 크게 떨어지는 구간인 위험구간에서 연소가 진행되는 경우가 필수적으로 발생하게 된다.
이러한 화염의 불안정 구간에서 연소기가 작동하게 되면, 연소기의 연소효율 및 안정성 등에 큰 문제가 된다.
상술한 바와 같이, 화염의 안정성은 연소기의 초기 기동과정에 큰 장애가 되므로, 연소기의 초기 기동과정에서 이러한 화염의 불안정을 최대한 회피하는 것이 필요하다.
본 발명의 목적은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 연소 불안정 영역을 회피하는 경로로 연소기를 기동시킴으로써, 연소기의 시동시에 발생하는 연소의 불안정을 효과적으로 회피할 수 있는 연소기 시동시 연소 불안정 회피방법을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 연소기 시동시 연소 불안정 회피방법에 관한 것으로써, IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle) 플랜트의 가스터빈의 연소 시작시에 발생 되는 연소 불안정을 회피할 수 있는 연소기 시동시 연소 불안정 회피방법에 있어서, 연료 조성 및 부하에 증가에 따른 연소 불안정 영역이 표시되는 지도를 생성하는 지도생성단계; 부하 증가에 따른 연료 조성의 천이 경로로써 상기 지도에 표시되는 연소 불안정 영역을 회피하면서 연소기가 기동될 수 있는 경로를 생성하는 경로생성단계; 및 상기 경로에 따라 상기 연소기를 기동하는 기동단계를 포함하되, 상기 경로생성단계는, 터빈의 부하를 증가시키는 인가단계와, 상기 연소기의 연소공간에서 발생되는 진동에 대한 정보인 진동정보와 상기 연소공간에서 발생되는 온도에 대한 정보인 온도정보를 기초로 상기 연소공간에서 발생되는 화염의 안정성을 확인하는 제1확인단계와, 상기 제1확인단계에 따라 상기 화염이 안정하다고 판단되는 경우 상기 연소공간으로 공급되는 연료의 조성을 천이시키는 천이단계와, 상기 천이단계 이후 상기 진동정보와 상기 온도정보를 기초로 상기 화염의 안정성을 확인하는 제2확인단계와, 상기 제2확인단계에 따라 상기 화염이 안정하지 않다고 판단되는 경우 상기 연소공간으로 공급되는 연료의 조성을 복귀시킨 다음 상기 제1확인단계를 실시하는 복귀단계와, 상기 제2확인단계에 따라 상기 화염이 안정하다고 판단되는 경우 상기 터빈의 부하를 최대로 증가시키는 증가단계를 포함하며, 상기 천이단계는, 상기 연소공간으로 공급되는 연료에 포함되는 CH4의 일부 또는 전부를 H2 또는 CO 중 어느 하나 이상으로 변경시키는 것을 특징으로 하며, 상기 복귀단계는, 상기 연소공간으로 공급되는 연료에 포함되는 H2 또는 CO 중 어느 하나 이상을 CH4로 변경시키는 것을 특징으로 하는 연소기 시동시 연소 불안정 회피방법에 의해서 달성된다.
또한, 상기 경로는, 터빈의 부하를 기설정된 값까지 인가하는 제1경로와, 터빈의 부하가 기설정된 값으로 인가된 상태에서 연료의 조성을 천이시키는 제2경로와, 연료의 조성의 천이가 완료된 이후 터빈의 부하를 최대로 인가하는 제3경로를 포함할 수 있다.
또한, 상기 기설정된 값은, 45% 내지 55%일 수 있다.
삭제
본 발명에 따르면, 연소기의 시동시에 발생하는 연소의 불안정을 효과적으로 회피할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연소기의 시동시 연소 불안정 회피방법의 순서도를 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연소기의 시동시 연소 불안정 회피방법에서 사용되는 연료의 조성을 도시한 것이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연소기의 시동시 연소 불안정 회피방법의 지도생성단계에 따라 생성되는 지도를 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연소기의 시동시 연소 불안정 회피방법의 지도생성단계에 따라 생성되는 지도에 종래의 IGCC 플랜트의 연소기에서 부하가 증가함에 따른 연료의 천이경로를 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연소기의 시동시 연소 불안정 회피방법의 경로생성단계에 의해서 생성되는 경로를 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 연소기의 시동시 연소 불안정 회피방법의 경로를 생성하는 순서도를 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 연소기의 시동시 연소 불안정 회피방법에 대해서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연소기의 시동시 연소 불안정 회피방법의 순서도를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연소기의 시동시 연소 불안정 회피방법에서 사용되는 연료의 조성을 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연소기의 시동시 연소 불안정 회피방법의 지도생성단계에 따라 생성되는 지도를 도시한 것이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연소기의 시동시 연소 불안정 회피방법의 지도생성단계에 따라 생성되는 지도에 종래의 IGCC 플랜트의 연소기에서 부하가 증가함에 따른 연료의 천이경로를 도시한 것이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연소기의 시동시 연소 불안정 회피방법의 경로생성단계에 의해서 생성되는 경로를 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 연소기의 시동시 연소 불안정 회피방법의 경로를 생성하는 순서도를 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 연소기의 시동시 연소 불안정 회피방법(S100)은 지도생성단계(S110)와 경로생성단계(S120)와 기동단계(S130)를 포함한다.
지도생성단계(S110)는 연료 조성 및 부하에 증가에 따른 연소 불안정 영역이 표시되는 지도를 생성하는 단계이다. 이러한 지도생성단계(S110)는 CH4, H2 및 CO로 연료의 조성을 변경해 가며 연소 시험을 반복적으로 실시함으로써 구현된다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 지도는 연료의 조성 및 부하의 증가에 따라 연소 불안정 영역을 표시한다. 지도에 도시된 바와 같이, 터빈의 부하가 증가됨과 함께 연료의 조성에 천이가 CH4에서 H2 및 CO로 진행되면, 연소 불안정 영역이 확대된다.
경로생성단계(S120)는 부하 증가에 따른 연료 조성의 천이 경로로써, 연소 불안정 영역을 회피하면서 연소기가 기동될 수 있는 경로를 생성하는 단계이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 부하를 증가시킴에 따라 연료 조성의 천이를 선형적으로 실시하는 종래의 경우, 연소 불안정 영역에서 연소가 필수적으로 실시되게 된다. 따라서, 이러한 연소 불안정 영역을 회피하여 연소가 실시될 필요성이 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 경로생성단계(S120)에 따라 생성되는 경로는 제1경로와 제2경로와 제3경로를 포함한다.
제1경로는 터빈의 부하를 기설정된 값까지 인가하는 경로이며, 제2경로는 터빈의 부하가 기설정된 값으로 인가된 상태에서 연료의 조성을 천이시키는 경로이며, 제3경로는 연료의 조성의 천이가 완료된 이후 터빈의 부하를 최대로 인가하는 경로이다.
제1경로에 따라 기설정된 값까지 터빈의 부하를 인가하면서 CH4를 연소시키고, 이후, 제2경로에 따라 CH4에서 H2 및 CO로 연료의 조성을 천이시킨 다음, 제3경로에 따라 부하를 최대로 인가하면, 연소의 불안정 영역을 회피하여 연소기가 기동될 수 있다.
여기서, 기설정된 값은 45% 내지 55%인 것이 바람직하다.
이러한 경로설정단계에 의해서 생성되는 경로는 연소기에 입력되며, 이후, 연소기는 입력된 경로에 따라 기동된다.
한편, 이러한 경로생성단계(S120)는 도 6에 도시된 바와 같은 인가단계와 제1확인단계와 천이단계와 제2확인단계와 복귀단계를 반복함으로써, 경로를 생성한다.
인가단계는 터빈의 부하를 증가시키는 단계이다. 인가단계에 의해서 경로의 생성을 위한 연소기의 최초의 기동이 실시된다.
제1확인단계는 연소공간에서 발생하는 화염의 안정성을 확인하는 단계이다. 이러한 제1확인단계에서의 화염의 안정성의 확인은 연소공간의 진동정보, 연소공간의 온도정보 등을 기초로 확인될 수 있다.
연소공간의 진동정보는 연소기에 설치되는 동압센서에 의해서 생성되는 정보일 수 있고, 연소공간의 온도정보는 연소기의 덤프면에 설치되는 온도센서에 의해서 생성되는 정보일 수 있다.
후술하는 천이단계가 실시되기 전까지의 과정인 인가단계와 제1확인단계에 의해서, 제1경로가 생성된다.
천이단계는 상술한 제1확인단계에 의해서 화염이 안정하다고 판단되는 경우 연소공간으로 공급되는 연료의 조성을 천이시키는 단계이다.
이러한 천이단계 의해서, CH4로 구성되는 연료가 H2 및 CO를 포함하는 합성가스로 천이 된다.
한편, 제1확인단계에 의해서 화염이 안정하지 않다고 판단되는 경우에는 다시 제1증가단계로 회귀하여 터빈의 부하를 증가시키는 것이 필요하다.
제2확인단계는 상술한 천이단계에 따라 연소공간에서 발생 되는 화염의 안정성을 확인하는 단계이다. 이러한 제2확인단계에서의 화염의 안정성의 확인은 연소공간의 진동정보, 연소공간의 온도정보 등을 기초로 확인될 수 있다.
연소공간의 진동정보는 연소기에 설치되는 동압센서에 의해서 생성되는 정보일 수 있고, 연소공간의 온도정보는 연소기의 덤프면에 설치되는 온도센서에 의해서 생성되는 정보일 수 있다.
복귀단계는 상술한 천이단계가 진행됨에 따라 연소 불안정 영역에서 연소가 실시되는 경우, 즉, 제2확인단계에 의해서 화염이 안정하지 않다고 판단되는 경우연소공간으로 공급되는 연료의 조성을 천이단계 이전의 연료의 조성으로 복귀시키고, 터빈의 부하를 감소시키는 단계이다.
제2확인단계에 따라 화염이 안정하지 않다고 판단되는 경우, 경로는 수정되어야 하며, 따라서, H2 및 CO에서 CH4로 연료의 조성을 복귀한 후, 터빈의 부하를 다시 감소시키는 것이 필요하다. 연료의 조성을 복귀하고, 터빈의 부하가 감소된 이후에는 다시 제1확인단계로 회귀하여 반복적으로 테스트가 실시된다. 이러한 과정에 의해서 제2경로가 생성된다.
제2확인단계에 따라 화염이 안정하다고 판단되는 경우에는 터빈의 부하를 최대로 증가시킨다. 이러한 과정에 의해서 제3경로가 생성된다.
상술한 인가단계와 제1확인단계와 천이단계와 제2확인단계와 복귀단계에 의해서, 연소 불안정 영역을 회피하면서 연소기가 기동될 수 있는 부하 증가에 따른 연료 조성의 천이 경로가 용이하게 생성된다.
기동단계(S130)는 경로에 따라 연소기를 기동하는 단계이다. 이러한 기동단계(S130)에 의해서 연소기가 제1경로와 제2경로와 제3경로를 포함하는 경로에 따라 기동된다.
즉, 연소기는 제1경로에 따라 기설정된 값까지 터빈의 부하를 인가하면서 CH4를 연소시키고, 이후, 제2경로에 따라 CH4에서 H2 및 CO로 연료의 조성을 천이시킨 다음, 제3경로에 따라 부하를 최대로 인가하면서 연료를 연소한다.
이러한 기동단계(S130)에 의해서, 연소기의 초기 기동시, 연소의 불안정 영역이 효과적으로 회피될 수 있다.
따라서, 지도생성단계(S110)와 경로생성단계(S120)와 기동단계(S130)를 포함하는 본 발명의 일실시예에 따른 연소기의 시동시 연소 불안정 회피방법(S100)에 따르면, 연소기의 시동시에 발생하는 연소의 불안정이 효과적으로 회피될 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
S100 : 본 발명의 일실시예에 따른 연소기의 시동시 연소 불안정 회피방법
S110 : 지도생성단계
S120 : 경로생성단계
S130 : 기동단계

Claims (4)

  1. IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle) 플랜트의 가스터빈의 연소 시작시에 발생 되는 연소 불안정을 회피할 수 있는 연소기 시동시 연소 불안정 회피방법에 있어서,
    연료 조성 및 부하에 증가에 따른 연소 불안정 영역이 표시되는 지도를 생성하는 지도생성단계;
    부하 증가에 따른 연료 조성의 천이 경로로써 상기 지도에 표시되는 연소 불안정 영역을 회피하면서 연소기가 기동될 수 있는 경로를 생성하는 경로생성단계; 및
    상기 경로에 따라 상기 연소기를 기동하는 기동단계를 포함하되,
    상기 경로생성단계는,
    터빈의 부하를 증가시키는 인가단계와, 상기 연소기의 연소공간에서 발생되는 진동에 대한 정보인 진동정보와 상기 연소공간에서 발생되는 온도에 대한 정보인 온도정보를 기초로 상기 연소공간에서 발생되는 화염의 안정성을 확인하는 제1확인단계와, 상기 제1확인단계에 따라 상기 화염이 안정하다고 판단되는 경우 상기 연소공간으로 공급되는 연료의 조성을 천이시키는 천이단계와, 상기 천이단계 이후 상기 진동정보와 상기 온도정보를 기초로 상기 화염의 안정성을 확인하는 제2확인단계와, 상기 제2확인단계에 따라 상기 화염이 안정하지 않다고 판단되는 경우 상기 연소공간으로 공급되는 연료의 조성을 복귀시킨 다음 상기 제1확인단계를 실시하는 복귀단계와, 상기 제2확인단계에 따라 상기 화염이 안정하다고 판단되는 경우 상기 터빈의 부하를 최대로 증가시키는 증가단계를 포함하며,
    상기 천이단계는, 상기 연소공간으로 공급되는 연료에 포함되는 CH4의 일부 또는 전부를 H2 또는 CO 중 어느 하나 이상으로 변경시키는 것을 특징으로 하며,
    상기 복귀단계는,
    상기 연소공간으로 공급되는 연료에 포함되는 H2 또는 CO 중 어느 하나 이상을 CH4로 변경시키는 것을 특징으로 하는 연소기 시동시 연소 불안정 회피방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 경로는,
    터빈의 부하를 기설정된 값까지 인가하는 제1경로와, 터빈의 부하가 기설정된 값으로 인가된 상태에서 연료의 조성을 천이시키는 제2경로와, 연료의 조성의 천이가 완료된 이후 터빈의 부하를 최대로 인가하는 제3경로를 포함하는 연소기 시동시 연소 불안정 회피방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 기설정된 값은,
    45% 내지 55%인 것을 특징으로 하는 연소기 시동시 연소 불안정 회피방법.
  4. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012141078A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Kawasaki Heavy Ind Ltd 燃焼装置、及び該燃焼装置の燃焼制御方法

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JP2012141078A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Kawasaki Heavy Ind Ltd 燃焼装置、及び該燃焼装置の燃焼制御方法

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