KR101864487B1 - 가스터빈 연소튜닝 지원장치 및 그 방법 - Google Patents

가스터빈 연소튜닝 지원장치 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101864487B1
KR101864487B1 KR1020160098854A KR20160098854A KR101864487B1 KR 101864487 B1 KR101864487 B1 KR 101864487B1 KR 1020160098854 A KR1020160098854 A KR 1020160098854A KR 20160098854 A KR20160098854 A KR 20160098854A KR 101864487 B1 KR101864487 B1 KR 101864487B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
combustion
gas turbine
parameter
combustion condition
tuning
Prior art date
Application number
KR1020160098854A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180015390A (ko
Inventor
박세익
주용진
김미영
이중원
Original Assignee
한국전력공사
한국중부발전(주)
한국서부발전 주식회사
한국남부발전 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전력공사, 한국중부발전(주), 한국서부발전 주식회사, 한국남부발전 주식회사 filed Critical 한국전력공사
Priority to KR1020160098854A priority Critical patent/KR101864487B1/ko
Publication of KR20180015390A publication Critical patent/KR20180015390A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101864487B1 publication Critical patent/KR101864487B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26—Control of fuel supply
    • F02C9/28—Regulating systems responsive to plant or ambient parameters, e.g. temperature, pressure, rotor speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/48—Control of fuel supply conjointly with another control of the plant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/08—Purpose of the control system to produce clean exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/301—Pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/303—Temperature

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

본 발명은 가스터빈 연소튜닝 지원장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 가스터빈 연소튜닝 지원장치는, 가스 터빈장치로부터 연소 조건별로 연소 동압 데이터와 운전 데이터를 취득하는 데이터 취득장치; 상기 가스 터빈장치의 연료기 내에 주입되는 연료량과 공기량에 대한 연소 조건 파라미터를 변경함에 따라, 상기 데이터 취득장치로부터 변경된 연소 조건에 대응하는 상기 연소 동압 데이터와 운전 데이터를 입력받고 연소특성 정보를 출력하는 연소튜닝 시뮬레이션부; 상기 연소특성 정보로부터 연소 안정화 구간을 도출하고, 연소 안정화 구간 내에서 최적의 연소조건 파라미터를 결정하는 튜닝 파라미터 도출부를 포함한다.

Description

가스터빈 연소튜닝 지원장치 및 그 방법{Combustion parameters adjustment system and method for gas turbine}
본 발명은 가스터빈 연소튜닝 지원장치 및 그 방법에 관한 것이다.
현재 국내에서 130여기 이상 운용 중인 발전용 가스터빈은 설치 장소의 기후조건 변화, 가스연료 변경 및 설비 노후화에 따라 운전조건이 설계 기준을 벗어나게 되어 가스터빈 성능 저하로까지 이어질 수 있다.
한편, 발전소는 가스터빈의 정비기간 동안 또는 가스터빈의 연소불안정이 발생하는 경우 연소튜닝을 실시하고 있지만, 가스터빈 운전 중에 이루어지는 연소 튜닝 작업은 작은 실수에도 발전소의 발전설비 정지로 이어질 수 있는 위험성을 갖고 있기 때문에, 가스터빈 제작사별로 외부 전문엔지니어가 직접 연소 튜닝 작업을 수행하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 외부 전문가의 지원없이 발전소 자체적으로 연소 튜닝작업을 훈련하고 수행할 수 있는 가스터빈 연소튜닝 지원장치 및 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소튜닝 지원장치는, 가스 터빈장치로부터 연소 동압 데이터와 운전 데이터를 취득하는 데이터 취득장치; 데이터 취득장치에서 취득된 연소 동압 데이터와 운전 데이터를 연소 조건별로 저장하는 데이터 베이스; 가스 터빈장치의 연료기 내에 주입되는 연료량과 공기량에 대한 연소 조건 파라미터를 변경함에 따라, 데이터 베이스로부터 변경된 연소 조건에 대응하는 연소 동압 데이터와 운전 데이터를 입력받고 연소특성 정보를 출력하는 연소튜닝 시뮬레이션부; 연소특성 정보로부터 연소 안정화 구간을 도출하고, 연소 안정화 구간 내에서 최적의 연소조건 파라미터를 결정하는 튜닝 파라미터 도출부를 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스터빈 연소튜닝 방법은, 데이터 취득장치를 통해 가스 터빈장치로부터 연소 동압 데이터와 운전 데이터를 취득하는 단계; 데이터 취득장치에서 취득된 연소 동압 데이터와 운전 데이터를 연소 조건별로 데이터 베이스에 저장하는 단계; 가스 터빈장치의 연료기 내에 주입되는 연료량과 공기량에 대한 연소 조건 파라미터를 변경함에 따라, 데이터 베이스로부터 변경된 연소 조건에 대응하는 연소 동압 데이터와 운전 데이터를 입력받고 연소특성 정보를 출력하는 단계; 및 연소특성 정보로부터 연소 안정화 구간을 도출하고, 연소 안정화 구간 내에서 최적의 연소조건 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 외부 전문가의 지원없이 발전소 자체적으로 연소 튜닝작업을 훈련하고 수행할 수 있다. 이로 인해, 외부 가스터빈 제작사에 지원하는 연소튜닝 비용 등의 운영비를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소튜닝 지원장치의 블록도를 나타낸다.
도 2는 연소튜닝 시뮬레이션부에 의해 출력된 연소특성 정보의 일실시예를 나타내는 도이다.
도 3은 연소튜닝 시뮬레이션부에 의해 출력된 연소특성 정보의 또 다른 실시예를 나타내는 도이다.
도 4는 튜닝 파라미터 도출부에 의해 최적의 연소조건 파라미터가 포함된 데이터 세트를 결정하는 과정을 설명하기 위한 도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연소 안정화 구간을 이용한 최적의 파라미터를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 튜닝 파라미터 도출부(30)에 의해 출력된 리포트를 나타내는 도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 최적의 연소조건 파라미터를 결정하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 파라미터에 대한 안정화 구간 단계에서, 상수 Level의 값을 결정하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소튜닝 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소튜닝 지원장치의 블록도를 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스터빈 연소튜닝 지원장치(100)는, 데이터 취득장치(10), 데이터 베이스(40), 연소튜닝 시뮬레이션부(20), 튜닝 파라미터 도출부(30)를 포함할 수 있다.
먼저, 데이터 취득장치(10)는 가스 터빈장치(GT)로부터 연소 조건별로 연소 동압 데이터와 운전 데이터를 취득하는 장치이다.
여기서, 가스 터빈장치(GT)는 압축기, 연소기, 터빈, 발전기로 구성될 수 있다. 가스터빈 장치에서 압축기로 공기를 압축하고, 압축된 공기를 연소기로 이끌어 연료를 분산해서 연소시킨다. 이때 생긴 고온, 고압의 가스를 터빈에 내뿜으면서 팽창시켜 터빈을 회전시킨다. 이어서, 터빈의 회전에 의해 출력(부하, load)이 얻어진다. 가스 터빈장치는 복수의 연소기를 포함할 수 있다.
연소 동압 데이터는 가스터빈의 연소기 내 연소 불안정 계측을 위한 데이터로서, 가스터빈의 각 연소기 내에 설치된 동압센서를 통해 수신되는 신호를 고속의 샘플링(예로써, 초당 만번의 샘플링)을 통해 얻어질 수 있다.
또한, 운전 데이터는 가스터빈의 연소성능과 관련된 운전데이터로서, 가스터빈의 발전 출력, 가스터빈의 회전수, 가스터빈의 입구 온도, 온도와 습도(대기조건), 연소기 내 압력, 가스터빈의 노즐별 연료량, 연료 온도, 연료 분배비, 가스 터빈장치의 압축기 후단 온도와 압력, 연소기 냉각용 유체의 입출구 조건, 가스터빈 후단 온도 분포, 배기가스 조성, 배기가스 온도분포 정보 등을 측정한 데이터이다. 이러한, 운전 데이터는 가스터빈의 설정된 각 위치에서 각 센서를 통해 수신되는 신호를 저속의 샘플링(초당 한번의 샘플링)을 통해 얻어질 수 있다.
다만, 가스터빈 장치(10)는 동압센서 규격 및 신호처리 계통이 제작사마다 다르므로, 데이터 취득장치는 가스터빈의 제작사별로 다르게 적용되어 데이터를 취득할 수 있다.
또한, 일례로, 데이터 취득장치(10)는 저속의 운전 데이터를 4 ~ 20mA 전류 신호로 입력받을 수 있고, 고속의 동압 데이터를 1 ~ 5V 또는 ±5V의 전압신호로 입력받을 수 있다. 또한, 데이터 취득장치는 주파수 분석 모듈을 탑재하여 주파수별 연소 동압의 크기를 모니터링할 수도 있다.
이어서, 데이터 베이스(40)는 데이터 취득장치(10)에서 취득된 연소 동압 데이터와 운전 데이터를 연소 조건별로 저장하는 구성이다. 데이터 베이스(40)는 데이터 취득장치(10)의 일부 구성일 수 있고, 또는 연소튜닝 시뮬레이션부(20)의 일부 구성일 수 있다.
일례로, 데이터 베이스에는 [표 1]과 같이 연소 동압 데이터와 운전 데이터에 대한 데이터 세트 및 연소 불안정 요소가 저장될 수 있다.


데이터 세트		 고속 샘플링 연소 동압 데이터(입력전압 범위 변경가능)
저속 샘플링 출력(Load), 회전수(RPM), 터빈입구온도 계산값, 대기조건(온습도), 노즐별 연료량, 연료온도, 연료분배비, 압축기 후단 온도 및 압력, 연소기 냉각용 유체 입출구 조건, 터빈 후단온도 분포, 배기가스 온도분포, 배기가스 조성(NOx 등) 등

연소
불안정 요소		 개별 연소기 특성에 맞는 감시가 필요한 주파수 구간별 연소동압 특성(축방향, 반경방향, 회전방향 등), 역화, NOx, CO, 금속 온도, 배기 가스 온도 변화, 파일럿 콘(pilot cone) 등
이어서, 연소튜닝 시뮬레이션부(20)는, 가스 터빈장치(GT)의 연료기 내에 주입되는 연료량과 공기량에 대한 연소 조건 파라미터를 변경함에 따라, 데이터 베이스(40)로부터 변경된 연소 조건에 대응하는 연소 동압 데이터와 운전 데이터를 입력받고 연소특성 정보를 출력한다.
일례로, 연소특성 정보는 연소조건 파라미터 변경에 따른 변화된 연소기 내 화염 이미지 정보, 연소기별 배기가스 온도 분포 정보, 주파수별 연소기의 진동크기 정보, 연소기별 압력 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 2는 연소튜닝 시뮬레이션부(20)에 의해 출력된 연소특성 정보의 일실시예를 나타내는 도로서, 연소튜닝 시뮬레이션부(20)는 조정된 연소 조건(230)에 따른 연소 동압 데이터와 운전 데이터를 이용하여, 연소기 내 화염 이미지 정보(210)와 배기가스 온도 분포 정보(220)를 출력할 수 있다. 예로써, 도 2에서와 같이, 온도 분포 정보(220)는 연소기(#1P ~ #16P)마다 설정된 위치별로 배기가스 온도정보를 각각 그래프 형태로 출력할 수 있다.
도 3은 연소튜닝 시뮬레이션부(20)에 의해 출력된 연소특성 정보의 또 다른 실시예를 나타내는 도로서, 연소튜닝 시뮬레이션부(20)는 조정된 연소 조건(231)(또는 가스 터빈 동작 데이터)에 따른 연소기별 배기가스 온도 분포 정보(221)와 주파수별 연소기의 진동크기 정보(240)를 출력할 수 있다. 예로서, 도 3에서와 같이, 주파수별 연소기의 진동크기 정보(240)는 주파수 대역별 연소기의 진동 크기정보를 다양한 그래프 형식으로 출력할 수 있다. 추가적으로, 연소조건의 변경 추이를 나타내는 동작데이터 트렌드(251)와, 주파수 별로 동압 신호의 변동 추이를 나타내는 동적 신호 트렌드(252)와, 연소조건 중 조정하고자 하는 파라미터의 변경 추이를 나타내는 관심 파라미터 트렌드(253)를 그래프 형태로 더 출력할 수도 있다.
연소튜닝 시뮬레이션부(20)는, 도시하지는 않았으나, 연소 조건을 변경하기 위한 파라미터 조정 입력부와, 변경된 연소 조건에 대한 연소 동압 데이터와 운전 데이터를 이용하여 설정된 형식으로 연소 특성 정보를 생성하는 시뮬레이터와, 생성된 연소특성 정보를 출력하는 표시부로 구성될 수 있다.
이어서, 튜닝 파라미터 도출부(30)는 출력된 연소특성 정보로부터 연소 안정화 구간을 도출하고, 연소 안정화 구간 내에서 최적의 연소조건 파라미터를 결정하는 구성이다. 일례로, 튜닝 파라미터 도출부(30)는 가스 터빈장치의 운전 구간별 연소 동압 데이터, 배기가스 조성 및 배기가스의 온도분포 중 하나 이상의 정보를 이용하여 연소 안정화 구간을 도출할 수 있다.
또한, 튜닝 파라미터 도출부(30)는, 사용자가 비교 판단할 수 있도록 변경전 연소조건 파라미터 정보와 변경된 연소조건 파라미터 정보를 도표 또는 그래프로 동시 출력할 수 있다.
도 4는 튜닝 파라미터 도출부(30)에 의해 최적의 연소조건 파라미터가 포함된 데이터 세트를 결정하는 과정을 설명하기 위한 도이다. 튜닝 파라미터 도출부(30)는 제2의 표시부를 이용하여 변경전 연소 조건의 데이터 세트 정보(310)와 변경후 연소 조건의 데이터 세트 정보(320)를 표 형식으로 출력할 수 있다. 또한, 변경 전후의 연소 조건 파라미터에 대한 차이를 용이하게 인식할 수 있도록 변경 전후의 파라미터에 대한 정보(330)를 그래프 형태로 출력할 수 있다. 예로써, 연료량에 대한 파라미터 조정으로서, 발전기의 출력(X축)에 대한 파일럿 밸브(pilot valve)의 개구량(Y축)을 그래프 형태(pilot ratio tuning)로 출력할 수 있고, 발전기의 출력(X축)에 대한 톱햇 밸브(tophat valve)의 개구량(Y축)을 그래프 형태(Tophat ratio)로 출력할 수 있다. 또한, 공기량에 대한 파라미터 조정으로서, 출력(X축)에 대한 바이패스 밸브(bypass valve)의 개구량(Y축)을 그래프 형태(bypass valve opening tuning)로 출력할 수 있다. 또한, 튜닝 파라미터 도출부(30)는 연소조건 입력부(340)를 통해 운전 데이터(예로서, 출력, 연료온도 및 연소기 압력 등)을 입력하고, 연소튜닝 파라미터(예로써, 파일럿 연료비, 바이패스 공기량 등)을 입력할 수 있다. 운전 데이터 및 연소튜닝 파라미터는 출력(부하)별로 다르게 입력될 수 있다. 이에 따라, 사용자는 연소튜닝 파라미터 변경에 따른 값변화를 데이터 세트 정보(310, 320)와 그래프 정보(330)를 이용하여 연소튜닝 파라미터별로 2차원 공간에서의 안정화 구간을 확인하고 도출할 수 있다.
이와 같이, 튜닝 파라미터 도출부(30)는 연소 안정화 구간에 대한 각 연소조건 파라미터의 상하한 값을 결정할 수 있고, 또한, 각 연소조건 파라미터의 상하한 값에 대해서, 측정된 연소불안정 크기에 따라 미리 설정된 기준값으로부터 재설정할 수 있다.
일례로, 튜닝 파라미터 도출부(30)는, 변경된 연소조건 파라미터가 복수인 경우, 각 연소조건 파라미터에 대한 연소 안정화 구간을 도출하고, 중첩되는 안정화 구간 내에서 최적의 연소조건 파라미터를 결정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연소 안정화 구간을 이용한 최적의 파라미터를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도로서, 도 5a는 출력에 따른 제1 파라미터의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 5b는 출력에 따른 제2 파라미터의 변화를 나타내는 그래프이며, 도 5c는 제1 및 제2 파라미터에 의한 안정화 구간을 설명하기 위한 도이다. 도 5a에서와 같이, 설정된 출력에 있어서의 제1 파라미터의 제1 안정화 구간은 ④와 ⑤의 사이의 구간이다. 도 5b에서와 같이, 설정된 출력에 있어서의 제2 파라미터의 제2 안정화 구간은 ②와 ③의 사이의 구간이다. 최적의 파라미터는 연소 안정화 구간 내에 위치하도록 결정되어야 하며, 바람직하게는 연소 안정화 구간 내에서 연소 불안정 구간과 가장 먼 위치(즉, 연소 안정화 구간의 중간 위치)에 위치하도록 결정될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 파라미터를 조정하는 경우, 제1 안정화 구간과 제2 안정화 구간이 중첩되는 구간 내(①)에서 최적의 제1 및 제2 파라미터를 결정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 튜닝 파라미터 도출부(30)에 의해 출력된 리포트를 나타내는 도이다.
도 6에서와 같이, 튜닝 파라미터 도출부(30)는, 결정된 최적의 연소조건 파라미터를 포함하는 가스 터빈장치의 연소 조건에 대한 리포트를 출력할 수 있고, 출력된 리포트는 변경전 연소조건(410)과 변경후 연소조건(420)에 대한 도표 및 그래프 정보(430)를 포함할 수 있다.
이어서, 도 7을 이용하여 튜닝 파라미터 도출부(30)에 의해 최적의 연소조건 파라미터를 결정하는 과정을 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 최적의 연소조건 파라미터를 결정하는 방법을 나타내는 순서도이다.
먼저, 조정하고자 하는 적어도 하나의 연소조건 파라미터(즉, 튜닝 파라미터)를 선정한다(S310). 예로써, 튜닝 파라미터는 파일럿 밸브 개구량, 톱햇 밸브 개구량, 바이패스 밸브 개구량 등일 수 있다. 이어서, 제작사별 가스터빈 장치의 설정된 연소 불안정의 허용 기준치를 입력한다(S320). 예로써, 연소 불안정 주파수별 미리 설정된 알람 크기를 입력한다. 또한, 허용 기준치와 함께 배기가스 등의 기준값 등을 입력한다. 이어서, 현재 튜닝 테이블(예로서, 도 4에서의 연소조건 입력부(340))를 이용하여 파라미터 세팅값을 입력한다(S330). 또한, 발전기의 희망하는 출력(부하)을 설정한다(S340). 이어서, 파라미터 세팅값 중 선정된 연소조건 파라미터에 대한 조정을 통해 각 파라미터에 대한 안정화 구간을 확인한다(S350, S355). 이어서, 각 연소조건 파라미터에 대해 확인된 안정화 구간의 상하한 값을 이용하여 최적의 연소조건 파라미터를 결정한다(S360, S365). 이어서, 파라미터별 테이블을 생성하고(S370), 각 파라미터의 변경 전후에 대한 비교 그래프를 작성하여(S380), 결과 리포트를 작성하여 출력한다(S390).
일례로, 안정화 구간에서 최적의 포인트(즉, 최적의 연소조건 파라미터)는 다음과 같이 계산할 수 있다.
Figure 112016075494831-pat00001
여기서, PLL은 파라미터 하한값이고, PUL은 파라미터 상한값이며, Level은 연소불안정 마진 확인과정에서 도출되는 상수(범위 : 0~1)이며, α, β는 가스터빈 모델별 연소불안정 특성에 맞춰진 안정화 상수(범위 : 0~1)이다. 예로써, 안정화 상수는 low band에서 0.7~0.8이고, mid band에서 0.9~1이며, high band에서 0.7~0.8로 설정될 수 있다. low band 이하와 high band 이상의 주파수 연소불안정의 경우, 경험적으로 화염의 꺼짐 현상(소염)과 히스테리시스 특성을 각각 갖고 있기 때문에 연소안정화 구간 확정시 보수적인 접근을 위해 안정화 상수를 낮게 설정할 수 있다.
또한, 파라미터에 대한 안정화 구간을 확인하는 단계(S350, S355)는, 연소안정화 구간의 상하한을 재설정하기 위해서, 연소불안정 마진 확인과정을 통해 도출되는 상수인 Level의 값을 결정할 수 있다.
이어서, 도 8을 이용하여, 연소불안정 마진 확인과정을 설명하기로 한다. 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 파라미터에 대한 안정화 구간 단계에서, 상수 Level의 값을 결정하는 과정을 나타내는 순서도이다.
먼저, 튜닝이 필요한 출력(부하)에서 가스터빈 연소튜닝을 위한 파라미터별 상하한 값을 결정한다(S410). 이어서, 가스터빈 제작사에 의해 제공된 기본 연소 구간 내 파라미터 ±측(즉, 상하한 측) 단계별 마진 확인을 통해 연소 불안정이 발생했는지 확인한다(S420). 만일 연소 불안정이 발생하지 않은 경우에는 파라미터의 상하한 값을 조정하면서 해당 단계(S420)를 반복할 수 있다. 만일, 연소 불안정이 발생한 경우, 대응하는 파라미터에 대한 연소 안정화 구간을 확인한다(S430). 이어서, 연소 불안정에 대한 종류 및 크기를 미리 설정된 경고 범위(Pre-Alarm %)와 비교하여 Level을 결정한다. 이때, 연소 불안정 크기가 경고 범위값에 기초하여 특정 수치를 기준으로 그 이상일 경우 여유마진을 더 확보하는 것을 기본으로 한다. 구체적으로, 먼저 발생된 연소 불안정 크기가 Pre-Alarm 15%보다 작은지 판단한다(S440). 작은 경우, Level=0%로 결정한다(S445). 큰 경우, 다시 발생된 연소 불안정 크기가 Pre-Alarm 30%보다 작은지 판단한다(S450). 작은 경우, Level=10%로 결정한다(S455). 큰 경우, 다시 발생된 연소 불안정 크기가 Pre-Alarm 60%보다 작은지 판단한다(S460). 작은 경우, Level=20%로 결정한다(S465). 큰 경우, 다시 발생된 연소 불안정 크기가 Pre-Alarm 90%보다 작은지 판단한다(S470). 작은 경우, Level=30%로 결정한다(S455). 이때, 큰 경우에는 Level 결정을 종료한다. 이 경우는, 파라미터별 상하한 값을 다시 결정할 수 있다.
이어서, 도 7을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 연소튜닝 방법을 설명하기 한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스터빈 연소튜닝 방법은, 데이터 취득장치(10)를 통해 가스 터빈장치(GT)로부터 연소 동압 데이터와 운전 데이터를 취득한다(S10). 이어서, 데이터 취득장치(10)에서 취득된 연소 동압 데이터와 운전 데이터를 연소 조건별로 데이터 베이스(40)에 저장한다(S20). 이어서, 가스 터빈장치(GT)의 연료기 내에 주입되는 연료량과 공기량에 대한 연소 조건 파라미터를 변경함에 따라, 데이터 취득장치(10)로부터 변경된 연소 조건에 대응하는 연소 동압 데이터와 운전 데이터를 입력받고 연소특성 정보를 출력한다(S30). 이어서, 연소특성 정보로부터 연소 안정화 구간을 도출하고, 연소 안정화 구간 내에서 최적의 연소조건 파라미터를 결정한다(S40). 일례로, 최적의 연소조건 파라미터를 결정하는 단계(S40)에서, 변경된 연소조건 파라미터가 복수인 경우, 각 연소조건 파라미터에 대한 연소 안정화 구간을 도출하고, 중첩되는 안정화 구간 내에서 최적의 연소조건 파라미터를 결정할 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 지원장치는 가스터빈의 운전원 교육용도 외에 현장의 실제 운전 데이터를 이용하여 대기 온도 조건 및 설비 성능저하에 따른 가스터빈의 최적 연소조건을 도출하고 연소 상태를 안정화시키기 위해 연소용 공기량과 연료량을 미세 조정하는 표준 절차를 준수하도록 지원하는 기능을 할 수 있으며, 연소 관련 운전 파라미터를 관찰하며 구간별 화염 안정화 구간을 점검하여 최종적으로 새로운 최적의 파라미터를 도출할 수 있다.
또한, 가스터빈의 최적 운영에 필요한 핵심 기술을 확보함으로써 향후 예상되는 셰일가스 및 저열량 가스의 도입 시에도 가스터빈의 안정적이고 고효율적인 운전이 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 데이터 취득장치 20: 연소튜닝 시뮬레이션부
30: 튜닝 파라미터 도출부 40: 데이터 베이스
100: 가스터빈 연소튜닝 지원장치 GT: 가스터빈 장치

Claims (12)

  1. 가스 터빈장치로부터 연소 동압 데이터와 운전 데이터를 취득하는 데이터 취득장치;
    상기 데이터 취득장치에서 취득된 연소 동압 데이터와 운전 데이터를 연소 조건별로 저장하는 데이터 베이스;
    상기 가스 터빈장치의 연료기 내에 주입되는 연료량과 공기량에 대한 연소 조건 파라미터를 변경함에 따라, 상기 데이터 베이스로부터 변경된 연소 조건에 대응하는 상기 연소 동압 데이터와 운전 데이터를 입력받고 연소특성 정보를 출력하는 연소튜닝 시뮬레이션부;
    상기 연소특성 정보로부터 연소 안정화 구간을 도출하고, 연소 안정화 구간 내에서 최적의 연소조건 파라미터를 결정하는 튜닝 파라미터 도출부를 포함하며,
    상기 연소특성 정보는 연소조건 파라미터 변경에 따른 변화된 연소기 내 화염 이미지 정보, 연소기별 배기가스 온도 분포 정보, 주파수별 연소기의 진동크기 정보, 연소기별 압력 정보 중 적어도 하나를 포함하는 가스터빈 연소튜닝 지원장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 튜닝 파라미터 도출부는 가스 터빈장치의 운전 구간별 연소 동압 데이터, 배기가스 조성 및 배기가스의 온도분포 중 하나 이상의 정보를 이용하여 연소 안정화 구간을 도출하는 것인 가스터빈 연소튜닝 지원장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 운전 데이터는, 가스터빈의 발전 출력, 가스터빈의 회전수(RPM), 가스터빈 입구온도, 온도와 습도에 대한 대기조건, 연소기 내 압력, 가스터빈의 노즐별 연료량, 연료 온도, 연료 분배비, 가스 터빈장치의 압축기 후단 온도와 압력, 연소기 냉각용 유체의 입출구 조건, 가스터빈 후단 온도 분포, 배기가스 조성, 배기가스 온도분포 정보 중 적어도 하나를 포함하는 가스터빈 연소튜닝 지원장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 튜닝 파라미터 도출부는, 변경된 연소조건 파라미터가 복수인 경우,
    각 연소조건 파라미터에 대한 연소 안정화 구간을 도출하고, 중첩되는 안정화 구간 내에서 최적의 연소조건 파라미터를 결정하는 것인 가스터빈 연소튜닝 지원장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 튜닝 파라미터 도출부는, 사용자가 비교 판단할 수 있도록 변경전 연소조건 파라미터 정보와 변경된 연소조건 파라미터 정보를 도표 또는 그래프로 동시 출력하는 것인 가스터빈 연소튜닝 지원장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 튜닝 파라미터 도출부는 연소 안정화 구간에 대한 각 연소조건 파라미터의 상하한 값을 결정하는 것인 가스터빈 연소튜닝 지원장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 튜닝 파라미터 도출부는, 상기 각 연소조건 파라미터의 상하한 값에 대해서, 측정된 연소불안정 크기에 따라 미리 설정된 기준값으로부터 재설정하는 것인 가스터빈 연소튜닝 지원장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 튜닝 파라미터 도출부는, 결정된 최적의 연소조건 파라미터를 포함하는 상기 가스 터빈장치의 연소 조건에 대한 리포트를 출력하는 것인 가스터빈 연소튜닝 지원장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 리포트는 변경전 연소조건과 변경후 연소조건에 대한 도표 및 그래프 정보를 포함하는 것인 가스터빈 연소튜닝 지원장치.
  11. 데이터 취득장치를 통해 가스 터빈장치로부터 연소 동압 데이터와 운전 데이터를 취득하는 단계;
    상기 데이터 취득장치에서 취득된 연소 동압 데이터와 운전 데이터를 연소 조건별로 데이터 베이스에 저장하는 단계;
    상기 가스 터빈장치의 연료기 내에 주입되는 연료량과 공기량에 대한 연소 조건 파라미터를 변경함에 따라, 상기 데이터 베이스로부터 변경된 연소 조건에 대응하는 상기 연소 동압 데이터와 운전 데이터를 입력받고 연소특성 정보를 출력하는 단계;
    상기 연소특성 정보로부터 연소 안정화 구간을 도출하고, 연소 안정화 구간 내에서 최적의 연소조건 파라미터를 결정하는 단계를 포함하며,
    상기 연소특성 정보는 연소조건 파라미터 변경에 따른 변화된 연소기 내 화염 이미지 정보, 연소기별 배기가스 온도 분포 정보, 주파수별 연소기의 진동크기 정보, 연소기별 압력 정보 중 적어도 하나를 포함하는 가스터빈 연소튜닝 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 최적의 연소조건 파라미터를 결정하는 단계에서,
    변경된 연소조건 파라미터가 복수인 경우, 각 연소조건 파라미터에 대한 연소 안정화 구간을 도출하고, 중첩되는 안정화 구간 내에서 최적의 연소조건 파라미터를 결정하는 것인 가스터빈 연소튜닝 방법.
KR1020160098854A 2016-08-03 2016-08-03 가스터빈 연소튜닝 지원장치 및 그 방법 KR101864487B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160098854A KR101864487B1 (ko) 2016-08-03 2016-08-03 가스터빈 연소튜닝 지원장치 및 그 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160098854A KR101864487B1 (ko) 2016-08-03 2016-08-03 가스터빈 연소튜닝 지원장치 및 그 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180015390A KR20180015390A (ko) 2018-02-13
KR101864487B1 true KR101864487B1 (ko) 2018-06-04

Family

ID=61231746

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160098854A KR101864487B1 (ko) 2016-08-03 2016-08-03 가스터빈 연소튜닝 지원장치 및 그 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101864487B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102635721B1 (ko) * 2023-08-02 2024-02-13 주식회사 이노템즈 가스터빈 연소 최적화 분석설비를 위한 시스템 및 방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102256048B1 (ko) * 2020-02-07 2021-05-26 두산중공업 주식회사 가스 터빈 연소 시스템의 턴다운 영역을 확장하기 위한 장치 및 이를 위한 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100752765B1 (ko) * 2006-04-27 2007-08-29 한국전력공사 복합화력 발전소의 운전제어가능 파라미터의 실시간영향산출 시스템 및 방법
JP2009114956A (ja) * 2007-11-06 2009-05-28 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービンの運転制御装置および運転制御方法
JP2014177939A (ja) * 2013-03-13 2014-09-25 General Electric Co <Ge> ガスタービンのチューニング及び制御システム、及び方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8437941B2 (en) * 2009-05-08 2013-05-07 Gas Turbine Efficiency Sweden Ab Automated tuning of gas turbine combustion systems
KR20140085691A (ko) * 2012-12-27 2014-07-08 주식회사 포스코 가스 터빈의 자동 튜닝 장치 및 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100752765B1 (ko) * 2006-04-27 2007-08-29 한국전력공사 복합화력 발전소의 운전제어가능 파라미터의 실시간영향산출 시스템 및 방법
JP2009114956A (ja) * 2007-11-06 2009-05-28 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービンの運転制御装置および運転制御方法
JP2014177939A (ja) * 2013-03-13 2014-09-25 General Electric Co <Ge> ガスタービンのチューニング及び制御システム、及び方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102635721B1 (ko) * 2023-08-02 2024-02-13 주식회사 이노템즈 가스터빈 연소 최적화 분석설비를 위한 시스템 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180015390A (ko) 2018-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7234305B2 (en) Gas turbine control apparatus and gas turbine system using the same
Hajagos et al. Utility experience with gas turbine testing and modeling
US20090301097A1 (en) Method and Device for Regulating the Operating Line of a Gas Turbine Combustion Chamber
US9422869B2 (en) Systems and methods for gas turbine tuning and control
US9932850B2 (en) Correction system and method for gas turbine proportional droop governor
US10287993B2 (en) Method and device for combustion with pulsed fuel split
US9927818B2 (en) Stabilizing a gas turbine engine via incremental tuning during transients
JP2009008077A (ja) マルチ缶型燃焼器に対して燃焼ダイナミックス調整アルゴリズムを用いるためのシステム及び方法
KR101864487B1 (ko) 가스터빈 연소튜닝 지원장치 및 그 방법
KR20120034668A (ko) 증분적 조정을 통한 가스 터빈 엔진의 안정화
JP2011513635A5 (ko)
US9896960B2 (en) Adaptive model-based method to quantify degradation of a power generation system
JP2018185803A (ja) 動作信頼度および動作異常に基づき発電システムを制御する制御システムおよび方法
US11434833B2 (en) Methods and systems for detection of control sensor override
US20150040571A1 (en) Method for fuel split control to a gas turbine using a modified turbine firing temperature
US9500136B2 (en) Systems and methods for generating variable ramp rates for turbomachinery
EP3324118B1 (en) Low partial load emission control system for combustor system for a gas turbine system
US20170089268A1 (en) Gas turbine combustion control device and combustion control method and program therefor
CN108119237B (zh) 无模型燃烧动力自动调谐
DiCampli et al. Grid stability: Gas turbines for primary reserve
CN105829682A (zh) 用于调节和/或控制燃烧系统中的燃气轮机的操纵变量的方法
JP2006105053A (ja) ガスタービン監視装置及びガスタービン監視システム
RU2408790C2 (ru) Способ управления газотурбинной электростанцией
CN115840353A (zh) 用于利用涡轮出口马赫数替代值进行基于非模型控制的系统和方法
JP2018509550A (ja) エミッションおよびダイナミクスを維持するためのインクリメンタルチューニングと組み合わされた、ガスタービンエンジンの拡張された自動的ターンダウン

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant