KR101946176B1 - 가스 터빈, 컴바인드 사이클 플랜트, 가스 터빈의 기동 방법 - Google Patents

가스 터빈, 컴바인드 사이클 플랜트, 가스 터빈의 기동 방법 Download PDF

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Abstract

가스 터빈 및 컴바인드 사이클 플랜트, 가스 터빈의 기동 방법에 있어서, 압축기(21)에서 추기한 압축 공기를 열 교환하여 냉각된 압축 공기를 터빈(23)에 따른 로터계 냉각 계통에 공급하는 공기 냉각기(31)와, 공기 냉각기(31)에 도입되는 압축 공기를 바이패스하는 공기 냉각기 바이패스 라인(34)과, 공기 냉각기 바이패스 라인(34)에 설치되는 전동 밸브(35)와, 가스 터빈(20)의 기동 중에 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도 이하로 하고, 가스 터빈(20)의 부하 상승 후에 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도보다 크게 하도록 전동 밸브(35)를 개폐 제어하는 제어부(101)를 설치함으로써, 터빈 차실 측과 운동 날개의 클리어런스를 적정량으로 하여 안전성의 확보 및 성능의 향상을 도모한다.

Description

가스 터빈, 컴바인드 사이클 플랜트, 가스 터빈의 기동 방법{GAS TURBINE, COMBINED CYCLE PLANT, AND ACTIVATION METHOD OF GAS TURBINE}
본 발명은 예를 들어, 압축한 고온 고압의 공기에 대하여, 연료를 공급하여 연소하고, 발생한 연소 가스를 터빈에 공급하여 회전 동력을 얻는 가스 터빈, 이 가스 터빈이 적용되는 컴바인드 사이클 플랜트, 이 가스 터빈의 기동 방법에 관한 것이다.
일반적으로 가스 터빈은 압축기와 연소기와 터빈에 의해 구성되어 있다. 압축기는 공기 취입구에서 취입된 공기를 압축함으로써 고온 고압의 압축 공기로 한다. 연소기는 이 압축 공기에 대하여 연료를 공급하여 연소시킴으로써 고온 고압의 연소 가스를 얻는다. 터빈은 이 연소 가스에 의해 구동하고, 동일 축 상에 연결된 발전기를 구동한다.
이 가스 터빈에 따른 터빈은 차실 내에 여러 개의 고정 날개와 운동 날개가 연소 가스의 유동 방향을 따라 번갈아 배설되어 구성되어 있고, 연소기에서 생성된 연소 가스가 여러 개의 고정 날개와 운동 날개를 통과함으로써 로터를 구동 회전하고, 이 로터에 연결된 발전기를 구동한다.
한편, 가스 터빈에서, 압축기에서 압축한 압축 공기는 일부가 추기되어 터빈 차실이나 고정 날개를 냉각한다. 또한, 이 압축 공기는 일부가 외부로 인도되어 공기 냉각기에 의해 냉각되고 나서 터빈 디스크나 운동 날개를 냉각한다. 이 경우, 공기 냉각기는 압축 공기를 예를 들어, 배열 회수 보일러로부터의 급수(냉각수)에 의해 냉각하고 있다. 터빈에서, 운동 날개의 선단과 터빈 차실의 내주면 사이는 양자의 간섭이 생기지 않는 범위에서 틈새(클리어런스)를 작게 하여 연소 가스의 틈새 흐름을 억제하여, 가스 터빈의 성능이 저하하지 않는 구조로 하고 있다.
이와 같은 가스 터빈으로서는 예를 들어, 특허문헌 1에 기재된 것이 있다. 이 특허문헌 1에 기재된 컴바인드 사이클 발전 설비는 절탄기(節炭器)에서 가열된 물과 압축기에서 추출된 압축 공기를 열 교환하여 냉각 공기를 생성하는 추출 공기 냉각기와, 추출 공기 냉각기를 바이패스하는 바이패스 계통과, 바이패스 관을 흐르는 공기량을 조절하는 조절 밸브를 설치하고, 플랜트의 급격한 부하 변화가 일어났을 경우, 공기 온도를 공기량에 의해 제어하는 것이다.
일본 특허 제4488631호 공보
그런데, 가스 터빈의 기동 시, 터빈의 운동 날개는 고속 회전함과 동시에, 연소 가스의 영향을 빠르게 받으므로, 선단부가 지름 방향에 따른 외측으로 신장한다. 한편, 터빈 차실은 열 용량이 크기 때문에 지름 방향에 따른 외측으로의 신장량이 적다. 그 때문에, 터빈의 운동 날개의 선단과 터빈 차실의 내주면의 클리어런스가 작아지게 된다. 이 경우, 가스 터빈의 기동 시에 맞추어 터빈의 운동 날개의 선단과 터빈 차실의 내주면의 클리어런스를 설정하면, 가스 터빈의 정상（定常） 운전 시에, 이 클리어런스가 필요 이상으로 커지게 되고, 터빈에 의한 구동력의 회수 효율이 저하하고, 가스 터빈 자체의 성능이 저하하게 된다는 문제가 있다. 이때, 공기 냉각기에 따른 바이패스 계통의 조절 밸브를 제어 밸브로 하는 것이 고려되지만, 구동원이 상실하거나 제어 신호가 상실하거나 하면, 개도(開度)를 유지할 수 없고, 전개(全開)한 경우에는 냉각 공기 온도가 상승하여 접촉의 위험이 있고, 또한 전폐(全閉)한 경우에는 냉각 공기 온도가 저하하여 클리어런스가 넓어져 성능이 저하하는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하는 것으로서, 터빈 차실 측과 운동 날개의 틈새를 적정량으로 하여 안전성의 확보 및 성능의 향상을 도모하는 가스 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가스 터빈은 공기를 압축하는 압축기와, 상기 압축기가 압축한 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기와, 상기 연소기가 생성한 연소 가스에 의해 회전 동력을 얻는 터빈과, 상기 압축기에서 추기한 압축 공기를 열 교환하여 냉각시킨 압축 공기를 상기 터빈에 따른 로터계 냉각 계통에 공급하는 공기 냉각기와, 상기 공기 냉각기에 도입되는 압축 공기를 바이패스하는 공기 냉각기 바이패스 라인과, 상기 공기 냉각기 바이패스 라인에 설치되는 제1 밸브와, 가스 터빈의 기동 중에 상기 제1 밸브의 밸브 개도를 사전에 설정된 소정의 저 레벨 개도 이하로 하고, 상기 가스 터빈의 부하 상승 후에 상기 제1 밸브의 밸브 개도를 상기 저 레벨 개도보다 크게 하도록 상기 제1 밸브를 개폐 제어하는 제어부를 가지는 것을 특징으로 하는 것이다.
따라서, 가스 터빈의 기동 중, 제1 밸브의 밸브 개도를 저 레벨 개도 이하로 하면, 공기 냉각기 바이패스 라인을 통하는 압축 공기량이 감소하는 한편, 공기 냉각기에 도입되는 압축 공기량이 증가한다. 그 때문에, 터빈에 따른 로터계 냉각 계통에 공급되는 압축 공기의 온도가 저하하고, 연소 가스에 의한 로터계의 열 팽창을 억제하고, 운동 날개와 터빈 차실 측의 틈새(클리어런스)를 적정량으로 하고, 운동 날개의 선단과 터빈 차실의 내주면의 접촉 위험을 방지하여, 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 부하 상승 후, 제1 밸브의 밸브 개도를 저 레벨 개도보다 크게 함으로써, 공기 냉각기 바이패스 라인을 통하는 압축 공기량이 증가하는 한편, 공기 냉각기에 도입되는 압축 공기량이 감소한다. 그 때문에, 터빈에 따른 로터계 냉각 계통에 공급되는 압축 공기의 온도가 저하하는 정도가 기동 중에 비해 작아진다. 이것에 의해, 상기 틈새가 좁아지고, 성능을 향상할 수 있다.
본 발명의 가스 터빈에서는, 상기 제1 밸브의 밸브 개도를 검출하는 검출부를 설치하고, 상기 검출부는 상기 제1 밸브의 밸브 개도가 상기 저 레벨 개도 이하라고 검출했을 때, 상기 제어부는 상기 가스 터빈의 기동을 개시하는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 가스 터빈의 기동 전에 제1 밸브의 밸브 개도가 저 레벨 개도 이하라는 것을 확인함으로써, 가스 터빈의 기동을 공기 냉각기에 도입하는 압축 공기량이 적은 상태에서 실시하여, 로터계가 충분히 냉각되지 않음으로써, 운동 날개의 선단과 터빈 차실의 내주면이 접촉할 위험에 처하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 가스 터빈에서는, 상기 제1 밸브는 밸브 개도를 지시하는 제어 신호나 밸브 구동원의 차단 시에 그때의 밸브 개도를 유지 가능한 밸브인 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 제1 밸브를 제어 신호나 밸브 구동원의 차단 시에 그때의 밸브 개도를 유지 가능한 밸브로 함으로써, 제어 계통이나 전원 계통이 상실해도 제1 밸브는 현재의 개도를 유지하기 때문에, 공기 냉각기에 도입되는 압축 공기량이 변동하는 일이 없고, 로터계를 적정하게 냉각하여 운동 날개와 터빈 차실 측의 틈새(클리어런스)를 적정하게 유지할 수 있다.
본 발명의 가스 터빈에서는, 상기 제어부는 상기 가스 터빈에 따른 회전계와 정지계(靜止系)의 클리어런스가 작아지는 이상 상태 시에, 상기 제1 밸브의 밸브 개도를 상기 저 레벨 개도 이하까지 닫힘 제어하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 어떠한 원인으로 회전계와 정지계의 클리어런스가 작아지는 이상 상태가 발생하면, 제1 밸브의 밸브 개도를 저 레벨 개도 이하까지 닫힘 제어하기 때문에, 공기 냉각기에 도입되는 압축 공기량이 증가하고, 로터계 냉각 계통에 공급하는 압축 공기의 온도가 저하한다. 그러면 연소 가스에 의한 로터계의 열 팽창을 억제하고, 운동 날개와 터빈 차실 측의 틈새(클리어런스)를 확대함으로써, 안전성을 향상할 수 있다.
본 발명의 가스 터빈에서는, 상기 제어부는 상기 가스 터빈에 따른 회전계와 정지계의 클리어런스가 작아지도록 운전을 하는 경우에, 상기 제1 밸브의 밸브 개도를 상기 저 레벨 개도 이하까지 닫힘 제어하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 부하 변동 등에 따라, 가스 터빈에 따른 회전계와 정지계의 클리어런스가 작아지도록 운전을 하면, 제1 밸브의 밸브 개도를 저 레벨 개도 이하까지 닫힘 제어하기 때문에, 공기 냉각기에 도입되는 압축 공기량이 증가하고, 로터계 냉각 계통에 공급하는 압축 공기의 온도가 저하한다. 그러면 연소 가스에 의한 로터계의 열 팽창을 억제하고, 운동 날개와 터빈 차실 측의 틈새(클리어런스)를 확대함으로써, 안전성을 향상할 수 있다.
본 발명의 가스 터빈에서는 상기 소정의 저 레벨 개도 이하로 한 상기 제1 밸브의 개도가 미세 열림 상태인 것을 특징으로 하고 있다.
만일 제1 밸브의 저 레벨 개도 이하의 밸브 개도를 완전히 닫힘 제어하면, 공기 냉각기 바이패스 라인에 따른 압축 공기의 흐름이 정체하고, 온도 저하에 의해 드레인이 발생할 우려가 있다. 그러나, 제1 밸브의 저 레벨 개도 이하의 밸브 개도를 미세 열림 상태로 함으로써, 공기 냉각기 바이패스 라인을 미소한 압축 공기가 흐르게 되어, 드레인의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 컴바인드 사이클 플랜트는 상기 가스 터빈과, 상기 가스 터빈에서 배출된 배기 가스의 배열에 의해 증기를 생성하는 배열 회수 보일러와, 상기 배열 회수 보일러에 의해 생성된 증기에 의해 구동하는 증기 터빈과, 상기 증기 터빈에서 배출된 증기를 응축시켜 물을 생성하는 복수기(復水器)와, 상기 복수기에서 절탄기를 경유하여 얻어지는 급수를 상기 공기 냉각기에 송출하여 압축 공기와 열 교환하는 급수 라인과, 상기 절탄기에 도입되는 급수를 바이패스하는 절탄기 바이패스 라인과, 상기 절탄기 바이패스 라인에 설치되는 제2 밸브를 가지는 컴바인드 사이클 플랜트에 있어서, 상기 제어부는 상기 가스 터빈의 기동 중에, 상기 공기 냉각기 바이패스 라인으로의 압축 공기의 바이패스량을 줄이기 위해, 상기 제1 밸브의 밸브 개도를 상기 저 레벨 개도 이하로 하도록 상기 제1 밸브를 닫힘 제어함과 동시에, 상기 절탄기 바이패스 라인으로의 급수의 바이패스량을 증가시키기 위해 상기 제2 밸브의 밸브 개도를 열림 제어하고, 상기 가스 터빈의 부하 상승 후에, 상기 공기 냉각기 바이패스 라인으로의 압축 공기의 바이패스량을 증가시키기 위해 상기 제1 밸브의 밸브 개도를 상기 저 레벨 개도보다도 크게 하도록 상기 제1 밸브를 열림 제어함과 동시에, 상기 절탄기 바이패스 라인으로의 급수의 바이패스량을 줄이기 위해 상기 제2 밸브의 밸브 개도를 닫힘 제어하는 것이다.
따라서, 가스 터빈의 기동 중, 공기 냉각기 바이패스 라인으로의 압축 공기의 바이패스량을 줄이기 위해 제1 밸브의 밸브 개도를 저 레벨 개도 이하로 함과 동시에, 절탄기 바이패스 라인으로의 급수의 바이패스량을 증가시키기 위해 제2 밸브의 밸브 개도를 열림 제어한다. 즉, 가스 터빈의 기동 중에, 공기 냉각기 바이패스 라인을 통하는 압축 공기량이 감소하면 공기 냉각기에 도입되는 압축 공기량이 증가한다. 또한, 절탄기 바이패스 라인을 통하는 급수량이 증가하면 절탄기에 도입되는 급수량이 감소한다. 그 때문에, 공기 냉각기에 도입되는 압축 공기량이 증가하고, 이 압축 공기를 냉각하는 급수의 온도가 저하하기 때문에, 터빈에 따른 로터계 냉각 계통에 공급되는 압축 공기의 온도를 저하할 수 있다. 그 결과, 연소 가스에 의한 로터계의 열 팽창을 억제하고, 운동 날개와 터빈 차실 측의 틈새(클리어런스)를 적정량으로 하여 운동 날개의 선단과 터빈 차실의 내주면의 접촉 위험을 방지하여, 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 부하 상승 후에, 공기 냉각기 바이패스 라인으로의 압축 공기의 바이패스량을 증가시키기 위해 제1 밸브의 밸브 개도를 저 레벨 개도보다도 크게함과 동시에, 절탄기 바이패스 라인으로의 급수의 바이패스량을 줄이기 위해 제2 밸브의 밸브 개도를 닫힘 제어한다. 즉, 가스 터빈의 부하 상승 후에 공기 냉각기 바이패스 라인을 통하는 압축 공기량이 증가하면 공기 냉각기에 도입되는 압축 공기량이 감소한다. 또한, 절탄기 바이패스 라인을 통하는 급수량이 감소하면 절탄기에 도입되는 급수량이 증가한다. 그 때문에, 터빈에 따른 로터계 냉각 계통에 공급되는 압축 공기의 온도가 저하하는 정도가 기동 중에 비해 작아진다. 이것에 의해, 상기 틈새가 좁아지고, 성능을 향상할 수 있다.
또한, 본 발명의 가스 터빈의 기동 방법은 공기를 압축하는 압축기와, 상기 압축기가 압축한 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기와, 상기 연소기가 생성한 연소 가스에 의해 회전 동력을 얻는 터빈과, 상기 압축기에서 추기한 압축 공기를 열 교환하여 냉각시킨 압축 공기를 상기 터빈에 따른 로터계 냉각 계통에 공급하는 공기 냉각기와, 상기 공기 냉각기에 도입되는 압축 공기를 바이패스하는 공기 냉각기 바이패스 라인과, 상기 공기 냉각기 바이패스 라인에 설치되는 제1 밸브를 가지는 가스 터빈에 있어서, 가스 터빈의 기동 중에 상기 제1 밸브의 밸브 개도를 사전에 설정된 소정의 저 레벨 개도 이하로 하고, 상기 가스 터빈의 부하 상승 후에 상기 제1 밸브의 밸브 개도를 상기 저 레벨 개도보다 크게 하는 것을 특징으로 하는 것이다.
따라서, 가스 터빈의 기동 중, 제1 밸브의 밸브 개도를 저 레벨 개도 이하로 하면, 공기 냉각기 바이패스 라인을 통하는 압축 공기량이 감소하는 한편, 공기 냉각기에 도입되는 압축 공기량이 증가한다. 그 때문에, 터빈에 따른 로터계 냉각 계통에 공급되는 압축 공기의 온도가 저하하고, 연소 가스에 의한 로터계의 열 팽창을 억제하고, 운동 날개와 터빈 차실 측의 틈새(클리어런스)를 적정량으로 하고, 운동 날개의 선단과 터빈 차실의 내주면의 접촉 위험을 방지하여, 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 부하 상승 후, 제1 밸브의 밸브 개도를 저 레벨 개도보다 크게 함으로써, 공기 냉각기 바이패스 라인을 통하는 압축 공기량이 증가하는 한편, 공기 냉각기에 도입되는 압축 공기량이 감소한다. 그 때문에, 터빈에 따른 로터계 냉각 계통에 공급되는 압축 공기의 온도가 저하하는 정도가 기동 중에 비해 작아진다. 이것에 의해, 상기 틈새가 좁아지고, 성능을 향상할 수 있다.
본 발명의 가스 터빈, 컴바인드 사이클 플랜트, 가스 터빈의 기동 방법에 의하면, 가스 터빈의 기동 중, 제1 밸브의 밸브 개도를 저 레벨 개도 이하로 하므로, 공기 냉각기에 도입되는 압축 공기량이 증가하고, 터빈에 따른 로터계 냉각 계통에 공급되는 압축 공기의 온도가 저하하기 때문에, 연소 가스에 의한 로터계의 열 팽창을 억제하고, 운동 날개와 터빈 차실 측의 틈새(클리어런스)를 적정량으로 하여, 운동 날개의 선단과 터빈 차실의 내주면의 접촉 위험을 방지하여 안전성을 확보하는 것이 가능함과 동시에, 터빈에 따른 로터계 냉각 계통에 공급되는 압축 공기의 온도가 저하하는 정도가 기동 중에 비해 작아지고, 틈새가 좁아져 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 실시형태의 가스 터빈 컴바인드 사이클 플랜트를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 공기 냉각기에 대한 압축 공기의 공급 라인 및 급수의 공급 라인을 나타내는 개략도이다.
도 3은 가스 터빈의 기동 시에 따른 상태 변화를 나타내는 타임 차트이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 관한 가스 터빈, 컴바인드 사이클 플랜트, 가스 터빈의 기동 방법의 호적한 실시형태를 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것이 아니며, 또한 실시형태가 여러 개인 경우에는 각 실시형태를 조합하여 구성하는 것도 포함한다.
도 1은 본 실시형태의 가스 터빈 컴바인드 사이클 플랜트를 나타내는 개략 구성도이다.
본 실시예에 있어서, 도 1에 나타낸 바와 같이 가스 터빈 컴바인드 사이클 플랜트(11)는 가스 터빈부(12)와 증기 터빈부(13)로 구성되어 있다. 가스 터빈부(12)는 가스 터빈(20)을 가지고 있다. 이 가스 터빈(20)은 압축기(21), 연소기(22), 터빈(23)을 가지고 있고, 압축기(21)와 터빈(23)은 회전축(로터)(24)에 의해 일체 회전 가능하게 연결되어 있다. 압축기(21)는 공기 취입 라인(25)에서 취입한 공기를 압축한다. 연소기(22)는 압축기(21)에서 압축 공기 공급 라인(26)을 통하여 공급된 압축 공기와 연소 가스 공급 라인(27)에서 공급된 연료 가스를 혼합하여 연소한다. 터빈(23)은 연소기(22)에서 연소 가스 공급 라인(28)을 통하여 공급된 연소 가스에 의해 회전한다. 발전기(29)는 압축기(21) 및 터빈(23)과 동일 축 상에 설치되어 있고, 터빈(23)이 회전함으로써 발전할 수 있다.
또한, 가스 터빈부(12)는 압축기(21)에서 추출하여 얻어진 압축 공기를 냉각하여 터빈(23)에 따른 로터계(회전계) 냉각 계통에 공급하는 공기 냉각기(31)를 가지고 있다. 즉, 압축기(21)에서 압축 공기를 추출하는 추기 라인(32)이 설치됨과 동시에, 추기하여 얻어진 압축 공기를 냉각하여 터빈(23)에 따른 로터계 냉각 계통에 공급하는 냉각 공기 공급 라인(33)이 설치되어 있다. 공기 냉각기(31)는 추기 라인(32)과 냉각 공기 공급 라인(33) 사이에 설치되어, 압축기(21)로부터의 압축 공기를 냉각한다. 또한, 공기 냉각기(31)에 도입되는 압축 공기를 바이패스하는 공기 냉각기 바이패스 라인(34)이 설치되고, 이 공기 냉각기 바이패스 라인(34)에 전동 밸브(제1 밸브)(35)가 설치되어 있다. 이 공기 냉각기 바이패스 라인(34)은 공기 냉각기(31)를 바이패스하도록 추기 라인(32)과 냉각 공기 공급 라인(33)을 접속하고 있고, 압축기(21)에서 추기 라인(32)을 통하여 추출한 압축 공기에 대하여 아무런 부하를 주지 않고 현재의 압력, 온도, 유량 등을 유지한 채로 냉각 공기 공급 라인(33)에 흐르게 하는 것이다. 또한, 도시하지 않지만, 가스 터빈부(12)는 압축기(21)의 추기실(抽氣室)에서 추출하여 얻어진 압축 공기를 터빈(23)에 따른 터빈 차실(정지계)의 냉각 계통에 공급하는 공기 냉각 통로를 가지고 있다.
증기 터빈부(13)는 배열 회수 보일러(40)를 가지고 있다. 이 배열 회수 보일러(40)는 가스 터빈(20)에서 배 가스 배출 라인(30)을 개재하여 배출된 배기 가스의 배열에 의해 증기를 발생시키는 것으로서, 고압 유닛(41)과 저압 유닛(51)을 가지고 있다. 이 배열 회수 보일러(40)는 내부에서 가스 터빈(20)으로부터의 배기 가스가 상방으로 이송됨으로써, 고압 유닛(41), 저압 유닛(51)의 순서로 열 회수를 실시하여 증기를 발생시킨다.
고압 유닛(41)은 고압 절탄기(42), 고압 드럼(43), 고압 증발기(44), 고압 과열기(45)를 가지고 있다. 그 때문에, 고압 절탄기(42)에서 가열된 급수는 제1 고압 급수 라인(46)에 의해 고압 드럼(43)에 보내지고, 제2 고압 급수 라인(47)의 고압 드럼 강수관(47a) 및 고압 드럼 상승관(47b)을 개재하여 고압 증발기(44)에서 가열되어 고압 증기를 발생하고, 발생한 고압 증기는 고압 포화 증기관(48)을 개재하여 고압 과열기(45)에 보내져, 이곳에서 과열된다. 그리고, 제1 고압 급수 라인(46)에 유량 조절 밸브(49)가 설치되어 있다.
저압 유닛(51)은 저압 절탄기(52), 저압 드럼(53), 저압 증발기(54), 저압 과열기(55)를 가지고 있다. 그 때문에, 저압 절탄기(52)에서 가열된 급수는 제1 저압 급수 라인(56)에 의해 저압 드럼(53)에 보내지고, 제2 저압 급수 라인(57)의 저압 드럼 강수관(57a) 및 저압 드럼 상승관(57b)을 개재하여 저압 증발기(54)에서 가열되어 저압 증기를 발생하고, 발생한 저압 증기는 저압 포화 증기관(58)을 개재하여 저압 과열기(55)에 보내져, 이곳에서 과열된다.
제1 고압 급수 라인(46)은 제1 저압 급수 라인(56)의 급수를 급수 펌프(60)에 의해 고압 절탄기(42)에 보내는 급수 라인(59)을 포함하고 있다. 즉, 급수 라인(59)은 제1 저압 급수 라인(56)과 고압 절탄기(42) 사이에 설치되고, 급수 펌프(60)를 가지고 있다. 그 때문에, 저압 절탄기(52)의 급수의 일부가 급수 펌프(60)에 의해 급수 라인(59)을 개재하여 고압 절탄기(42)에 보내진다. 급수 라인(59)에 따른 급수 펌프(60)보다 하류 측에서 분기하여 공기 냉각기(31)에 도달하는 제1 냉각수 공급 라인(61)이 설치됨과 동시에, 공기 냉각기(31)에서 제1 고압 급수 라인(46)에 따른 유량 조절 밸브(49)보다 상류 측에 도달하는 제2 냉각수 공급 라인(62)이 설치되어 있다. 그리고, 제2 냉각수 공급 라인(62)에 온도 조절 밸브(63)가 설치되어 있다.
또한, 증기 터빈부(13)는 증기 터빈(70)을 가지고 있다. 증기 터빈(70)은 배열 회수 보일러(40)에 의해 생성된 증기에 의해 구동하는 것이고, 고압 터빈(71)과 저압 터빈(72)을 가지고 있다. 고압 터빈(71)과 저압 터빈(72)은 동일 축 상에 배치되고, 발전기(73)가 연결되어 있다. 고압 과열기(45)의 고압 증기는 고압 증기 공급 통로(74)에 의해 고압 터빈(71)에 공급되고, 저압 과열기(55)의 저압 증기는 저압 증기 공급 통로(75)에 의해 저압 터빈(72)에 공급된다. 그리고, 고압 터빈(71)에서 배출된 고압 증기는 고압 증기 배출 통로(76)에 의해 저압 증기 공급 통로(75)에 공급되고, 저압 터빈(72)에서 배출된 저압 증기는 저압 증기 배출 통로(77)에 의해 복수기(78)에 공급된다.
복수기(78)는 회수된 증기를 해수(海水)에 의해 냉각하여 복수로 하는 것이다. 이 복수기(78)는 생성한 복수를 복수 공급 라인(81)에 의해 저압 절탄기(52)에 보낸다. 복수 공급 라인(81)에 그랜드 콘덴서(82)가 설치되어 있다. 그리고, 복수 공급 라인(81)에서 저압 절탄기(52)에 도입되는 복수(급수)를 바이패스하는 절탄기 바이패스 라인(83)이 설치되고, 이 절탄기 바이패스 라인(83)에 바이패스 조절 밸브(제2 밸브)(84)가 설치되어 있다. 또한, 제2 냉각수 공급 라인(62)에 따른 온도 조절 밸브(63)보다 상류 측에서 분기하여 복수기(78)에 도달하는 급수 회수 라인(85)이 설치되고, 급수 회수 라인(85)에 공기 냉각기(31)에 공급하는 냉각수 유량을 확보하기 위한 유량 조정 밸브(86)가 설치되어 있다.
이와 같이 구성된 가스 터빈 컴바인드 사이클 플랜트(11)에서, 터빈(23)에 따른 운동 날개의 선단과 터빈 차실 측과의 클리어런스는 운동 날개나 터빈 차실 등의 열 팽창을 고려한 클리어런스 양이 되어 있고, 터빈(23)에 의한 구동력의 회수 효율이 저하, 억지로는 가스 터빈(20) 자체의 성능 저하의 관점에서 터빈(23)에 따른 운동 날개의 선단과 터빈 차실 측과의 클리어런스를 가능한 한 작은 양으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 가스 터빈(20)의 기동 시, 터빈(23)의 운동 날개는 고속 회전함과 동시에, 연소 가스의 영향을 빠르게 받으므로, 선단부가 지름 방향에 따른 외측으로 신장한다. 한편, 터빈 차실은 열 용량이 크기 때문에 지름 방향에 따른 외측으로의 신장량이 운동 날개보다도 적다. 그 때문에, 터빈(23)의 운동 날개의 선단과 터빈 차실의 내주면의 클리어런스가 작아지게 되고, 간섭의 위험성이 높아진다.
그래서, 본 실시형태에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 전동 밸브(35)를 개폐 제어 가능한 제어부(101)를 설치하고, 이 제어부(101)는 가스 터빈(20)의 기동 중에 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 사전에 설정된 소정의 저 레벨 개도 이하로 하고, 가스 터빈(20)의 부하 상승 후에 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도보다 크게 한다.
즉, 복수기(78)는 복수 공급 라인(81)을 개재하여 저압 절탄기(52)에 연결되고, 저압 절탄기(52)는 급수 펌프(60)를 가지는 급수 라인(59)을 개재하여 고압 절탄기(42)에 연결되어 있다. 그리고, 복수 공급 라인(81)에서 저압 절탄기(52)를 바이패스하여 급수 라인(59)에 연결하는 절탄기 바이패스 라인(83)이 설치되고, 절탄기 바이패스 라인(83)에 바이패스 조절 밸브(84)가 설치되어 있다. 고압 절탄기(42)는 유량 조절 밸브(49)를 가지는 제1 고압 급수 라인(46)을 개재하여 고압 드럼(43)에 연결되고, 급수 라인(59)에 따른 고압 절탄기(42)보다 상류 측에 압력 조정 밸브(91)가 설치되어 있다.
또한, 급수 라인(59)에서 분기하는 제1 냉각수 공급 라인(61)은 공기 냉각기(31)에 연결되고, 제1 냉각수 공급 라인(61)에 냉각수 차단 밸브로서의 메인 밸브(92)와 서브 밸브(93)가 병렬로 설치되어 있다. 공기 냉각기(31)로부터의 제2 냉각수 공급 라인(62)은 제1 고압 급수 라인(46)에 따른 고압 절탄기(42)보다 하류 측이고, 또한 유량 조절 밸브(49)보다 하류 측에 연결되며, 온도 조절 밸브(63)가 설치되어 있다.
그리고, 제1 냉각수 공급 라인(61)에 따른 메인 밸브(92) 및 서브 밸브(93)보다 상류 측에 제1 온도 센서(111)가 설치되고, 제2 냉각수 공급 라인(62)에 따른 온도 조절 밸브(63)보다 상류 측에 제2 온도 센서(112)가 설치되어 있다. 제1, 제2 온도 센서(111), (112)는 측정한 급수(복수)의 온도를 제어부(101)에 출력한다.
한편, 압축기(21)에서 추기한 압축 공기를 공기 냉각기(31)에 공급하는 추기 라인(32)이 설치됨과 동시에, 공기 냉각기(31)에서 냉각한 압축 공기를 터빈(23)에 따른 로터계 냉각 계통에 공급하는 냉각 공기 공급 라인(33)이 설치되어 있다. 그리고, 추기 라인(32)에서 공기 냉각기(31)를 바이패스하여 냉각 공기 공급 라인(33)에 도달하는 공기 냉각기 바이패스 라인(34)이 설치되고, 공기 냉각기 바이패스 라인(34)에 전동 밸브(35)가 설치되어 있다.
그리고, 냉각 공기 공급 라인(33)에 따른 공기 냉각기 바이패스 라인(34)의 연결부보다 하류 측에 제3 온도 센서(113)가 설치되어 있다. 제3 온도 센서(113)는 측정한 압축 공기(냉각 공기)의 온도를 제어부(101)에 출력한다.
여기서, 전동 밸브(35)는 제어부(101)에서 밸브 개도를 지시하는 제어 신호가 차단되거나 밸브 구동원(도시하지 않은 전력 장치)으로부터의 전력이 차단되거나 했을 때, 그때의 밸브 개도를 유지 가능한 밸브이다. 즉, 전동 밸브(35)는 도시하지 않지만, 전기 모터의 구동 회전력을 감속기로 감속하여 밸브체에 전달함으로써, 이 밸브체를 이동하여 그 개도를 변경하는 것이 가능한 것으로서, 제어 신호나 공급 전력이 차단되어도 개방 측이나 폐지(閉止) 측으로 이동하지 않고, 현재 위치에서 정지하여 밸브 개도를 유지할 수 있다.
이 전동 밸브(35)는 그 밸브 개도를 검출하는 개도 센서(검출부)(121)가 설치되어 있다. 개도 센서(121)는 검출한 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 제어부(101)에 출력한다. 그리고, 개도 센서(121)는 전동 밸브(35)의 밸브 개도가 저 레벨 개도 이하라고 검출했을 때, 제어부(101)는 가스 터빈(20)의 기동을 개시한다.
또한, 제어부(101)는 가스 터빈(20)에 따른 회전계와 정지계의 클리어런스가 작아지는 이상 상태 시에, 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도 이하까지 닫힘 제어한다. 또한, 제어부(101)는 가스 터빈(20)에 따른 회전계와 정지계의 클리어런스가 작아지도록 운전을 하는 경우에, 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도 이하까지 닫힘 제어한다. 여기서, 저 레벨 개도 이하로 한 전동 밸브(35)의 밸브 개도란 미세 열림 상태로 하는 것이 바람직한데, 0도(전폐)로 하는 것도 가능하다.
또한, 제어부(101)는 가스 터빈(20)의 기동 중, 공기 냉각기 바이패스 라인(34)으로의 압축 공기의 바이패스량을 줄이기 위해 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도 이하로 하도록 전동 밸브(35)를 닫힘 제어함과 동시에, 절탄기 바이패스 라인(83)으로의 급수의 바이패스량을 증가시키기 위해 바이패스 조절 밸브(84)의 밸브 개도를 열림 제어한다. 한편, 가스 터빈(20)의 부하 상승 후에, 공기 냉각기 바이패스 라인(34)으로의 압축 공기의 바이패스량을 증가하기 위해 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도보다도 크게 하도록 전동 밸브(35)를 열림 제어함과 동시에, 절탄기 바이패스 라인(83)으로의 급수의 바이패스량을 감소시키기 위해 바이패스 조절 밸브(84)의 밸브 개도를 닫힘 제어한다.
여기서, 가스 터빈(20)의 기동 방법에 대하여 설명한다. 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 시간t1에서 가스 터빈(20)이 기동하면 로터(24)의 회전수가 상승하고, 시간t2에서 로터(24)의 회전수가 정격 회전수에 도달하여 일정한 값으로 유지된다. 그 사이에, 압축기(21)는 공기 취입 라인(25)에서 공기를 취입하고, 복수의 고정 날개 및 운동 날개를 통과하여 공기가 압축됨으로써 고온 고압의 압축 공기를 생성한다. 연소기(22)는 로터(24)의 회전수가 정격 회전수에 도달하기 전에 점화되고, 압축 공기에 연료를 공급하여 연소함으로써 고온 고압의 연소 가스를 생성한다. 터빈(23)은 연소 가스가 복수의 고정 날개 및 운동 날개를 통과함으로써 로터(24)를 구동 회전한다. 그 때문에, 가스 터빈(20)은 그 후 부하(출력)가 상승하고, 정격 부하(정격 출력)에 도달하여 일정한 값으로 유지된다.
이와 같은 가스 터빈(20)의 기동 시, 터빈(23)의 운동 날개는 고속 회전함으로써 지름 방향에 따른 외측으로 변위(신장)하고, 그 후, 고온 고압의 연소 가스에서 열을 받음으로써 한층 더 외측으로 변위(신장)한다. 한편, 터빈 차실 측의 날개환도 고온 고압의 연소 가스에서 열을 받음으로써 외측으로 변위(신장)한다. 이때, 압축기(21)에서 추출하여 얻어진 압축 공기가 공기 냉각기(31)에 의해 냉각되고, 터빈(23)의 로터(24)나 운동 날개에 공급됨으로써 냉각된다. 또한 압축기(21)의 추기실에서 추출하여 얻어진 압축 공기가 터빈(23)에 따른 터빈 차실에 공급됨으로써 냉각된다.
단, 터빈(23)에 따른 로터(24)나 운동 날개는 터빈 차실 측의 날개환에 비해, 고온 고압의 연소 가스에서 많은 열을 받음으로 외측으로의 변위량이 크다. 그 때문에, 운동 날개의 선단과 날개환의 내주면의 클리어런스가 일시적으로 크게 감소하는 핀치 포인트(최소 간격)가 발생한다. 즉, 도 3에 나타내는 운동 날개의 선단과 날개환의 내주면의 클리어런스S2(점선)는 로터(24)의 회전수가 정격 회전수에 도달 전인 과도기에 크게 감소하고 있다.
그 때문에, 본 실시형태에서는 가스 터빈(20)의 기동 중에 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 사전에 설정된 소정의 저 레벨 개도 이하로 하고, 가스 터빈(20)의 부하 상승 후에 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도보다 크게 한다. 또한, 전동 밸브(35)에 따른 저 레벨 개도 이하의 개도는 미세 열림 상태(개도 A)인데, 0도(전폐)로 해도 된다. 또한, 제어부(101)는 가스 터빈(20)의 기동 중에 바이패스 조절 밸브(84)를 열림 제어하고, 가스 터빈(20)의 부하 상승 후에 바이패스 조절 밸브(84)의 밸브 개도를 닫힘 제어한다.
즉, 시간t1에서 가스 터빈(20)이 기동하면 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도(개도수 %)로 하고, 바이패스 조절 밸브(84)의 밸브 개도를 사전에 설정된 소정 개도(예를 들어, 개도 50%)로 한다. 전동 밸브(35)의 밸브 개도가 저 레벨 개도가 되면 공기 냉각기 바이패스 라인(34)을 통하는 압축 공기량이 감소하고, 공기 냉각기(31)에 도입되는 압축 공기량이 증가한다. 또한, 바이패스 조절 밸브(84)의 밸브 개도가 소정 개도까지 커지면 절탄기 바이패스 라인(83)을 통하는 급수량이 증가하고, 저압 절탄기(52)에 도입되는 급수량이 감소한다.
그렇게 되면, 공기 냉각기(31)는 압축기(21)에서 추기 라인(32)을 통하여 도입되는 압축 공기량이 증가하는 한편, 복수기(78)에서 제1 냉각수 공급 라인(61)을 통하여 도입되는 급수의 온도가 저하한다. 그 때문에, 공기 냉각기(31)에서 압축기(21)에서 도입되는 다량의 압축 공기가 복수기(78)에서 도입되는 저온의 급수에 의해 냉각된다. 다시 말해, 기동 중은 냉각 공기 공급 라인(33)에 송출하는 냉각용 압축 공기를 냉각하는 정도를 높이고 있다.
예를 들어, 복수기(78)로부터의 급수(복수)가 40℃일 때, 저압 절탄기(52)를 통과한 급수와 절탄기 바이패스 라인(83)을 통과한 급수가 혼합하여 50℃의 급수가 된다. 그리고, 50℃의 급수가 급수 펌프(60)에 의해 제1 냉각수 공급 라인(61)을 통하여 공기 냉각기(31)에 도입된다. 한편, 압축기(21)에서 추기한 압축 공기의 온도가 400℃이다. 그 때문에, 공기 냉각기(31)는 400℃의 압축 공기를 50℃의 급수에 의해 냉각한다. 그 결과, 400℃의 압축 공기는 200℃까지 냉각되고 나서 터빈(23)의 냉각 계통에 공급되고, 50℃의 급수는 300℃까지 온도 상승한다. 여기서, 제어부(101)는 각 온도 센서(111), (112), (113)가 검출한 급수 및 압축 공기의 온도를 감시하고 있고, 공기 냉각기(31)에서 냉각 공기 공급 라인(33)을 통하여 터빈(23)의 냉각 계통에 공급되는 압축 공기의 온도가 제1 목표 온도(예를 들어, 200℃)가 되도록 전동 밸브(35)와 바이패스 조절 밸브(84)를 개폐 제어한다.
그 결과, 공기 냉각기(31)는 더욱 저온인 압축 공기를 터빈(23)의 냉각 계통에 공급함으로써, 터빈(23)의 로터(24)나 운동 날개를 효율 좋게 냉각한다. 그렇게 하면, 연소 가스에 의한 로터(24)나 운동 날개의 변위(신장)가 억제되고, 운동 날개의 선단과 터빈 차실의 클리어런스를 적정값으로 유지할 수 있다. 다시 말해, 기동 중은 터빈(23)의 로터(24)나 운동 날개를 냉각하는 정도를 높임으로써, 이들의 신장을 크게 억제하고, 정지계와의 접촉 위험을 확실히 방지한다.
그 다음, 가스 터빈(20)이 정격 회전수에 도달하면 터빈 차실 측의 날개환도 고온 고압의 연소 가스에서 많은 열을 받게 되어 외측으로의 변위량이 커진다. 그 때문에, 운동 날개의 선단과 날개환의 내주면의 클리어런스가 점차 커지게 된다. 그래서, 시간t2에서 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도보다 크게(예를 들어, 개도 10%) 함과 동시에, 바이패스 조절 밸브(84)의 밸브 개도를 사전에 설정된 소정 개도(예를 들어, 개도 0%)로 닫힘 제어한다. 전동 밸브(35)의 밸브 개도가 커지면 공기 냉각기 바이패스 라인(34)을 통하는 압축 공기량이 증가하고, 공기 냉각기(31)에 도입되는 압축 공기량이 감소한다. 또한, 바이패스 조절 밸브(84)의 밸브 개도가 작아지면 절탄기 바이패스 라인(83)을 통하는 급수량이 감소하고, 저압 절탄기(52)에 도입되는 급수량이 증가한다.
그렇게 되면, 공기 냉각기(31)는 압축기(21)에서 추기 라인(32)을 통하여 도입되는 압축 공기량이 감소하는 한편, 저압 절탄기(52)에서 제1 냉각수 공급 라인(61)을 통하여 도입되는 급수의 온도가 상승한다. 그 때문에, 공기 냉각기(31)에서 압축기(21)에서 도입되는 적정량의 압축 공기가 복수기(78)에서 도입되는 급수에 의해 냉각된다.
예를 들어, 복수기(78)로부터의 급수(복수)가 40℃일 때, 그 급수는 절탄기 바이패스 라인(83)을 통과하는 일 없이 모두 저압 절탄기(52)를 통과하고, 통과 후의 급수 온도가 50℃가 된다. 그리고, 150℃의 급수가 급수 펌프(60)에 의해 제1 냉각수 공급 라인(61)을 통하여 공기 냉각기(31)에 도입된다. 한편, 압축기(21)에서 추기한 압축 공기의 온도가 500℃이다. 그 때문에, 공기 냉각기(31)는 500℃의 압축 공기를 150℃의 급수에 의해 냉각하고, 공기 냉각기(31)에서 냉각된 저온의 압축 공기와 공기 냉각기 바이패스 라인(34)을 통과한 고온의 공기가 혼합한다. 그 결과, 500℃의 압축 공기는 250℃까지 냉각되고 나서 터빈(23)의 냉각 계통에 공급되고, 150℃의 급수는 350℃까지 온도 상승한다. 여기서, 제어부(101)는 각 온도 센서(111), (112), (113)가 검출한 급수 및 압축 공기의 온도를 감시하고 있고, 공기 냉각기(31)에서 냉각 공기 공급 라인(33)을 통하여 터빈(23)의 냉각 계통에 공급되는 압축 공기의 온도가 제2 목표 온도(예를 들어, 250℃)가 되도록 온도 조절 밸브(63)를 개폐 제어한다.
그 결과, 공기 냉각기(31)는 적온의 압축 공기를 터빈(23)의 냉각 계통에 공급함으로써, 터빈(23)의 로터(24)나 운동 날개를 효율 좋게 냉각한다. 그렇게 하면, 연소 가스에 의한 로터(24)나 운동 날개의 변위(신장)가 억제되고, 운동 날개의 선단과 터빈 차실 측의 클리어런스를 적정값으로 유지할 수 있다. 다시 말해, 부하 상승 후는 터빈(23)의 로터(24)나 운동 날개를 냉각하는 정도를 낮춤으로써, 그들의 팽창을 기동 중보다도 억제하고, 정지계와의 클리어런스를 좁게 하여 성능을 높인다.
여기서, 압축 공기 및 급수의 온도 변화, 터빈(23)의 회전계와 정지계의 클리어런스의 변화에 대하여 설명한다. 가스 터빈(20)의 기동 시, 공기 냉각기(31)에 도입되는 급수의 온도T1은 예를 들어, 50℃이고 가스 터빈(20)이 정격 회전수에 도달 후는 150도까지 상승한다. 또한, 가스 터빈(20)의 기동 시, 공기 냉각기(31)에서 배출되는 급수의 온도T2는 예를 들어, 300℃이고 가스 터빈(20)이 정격 회전수에 도달 후는 350℃까지 상승한다. 또한, 가스 터빈(20)의 기동 시, 공기 냉각기(31)에서 냉각된 후에 터빈(23)에 보내지는 압축 공기의 온도T3은 예를 들어, 200℃이고 가스 터빈(20)이 정격 회전수에 도달 후는 250℃까지 상승한다.
그 때문에, 터빈(23)의 회전계와 정지계의 클리어런스S1은 터빈(23)의 회전수가 상승하는 과도기에서 얼마간 감소하지만, 거의 일정한 값으로 유지된다. 이와 같이 클리어런스S1이 거의 일정한 값으로 유지되기 때문에, 클리어런스S1보다 작은 클리어런스S3으로 변경하는 것이 가능해진다. 이 경우 예를 들어, 가스 터빈(20)의 부하가 상승한 후의 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 예를 들어, 개도 10%으로부터 크게 하고, 목표로 하는 압축 공기의 온도를 상승시킴으로써, 터빈(23)의 회전계와 정지계의 클리어런스S2를 작게 할 수 있다.
또한, 가스 터빈(20)에서 터빈(23)의 회전계와 정지계의 클리어런스가 작아지는 이상 상태 시에, 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도 이하까지 닫힘 제어한다. 이상 상태 시란 예를 들어, 다음과 같은 때이다. 즉, 터빈(23)의 정지계에 공급되어 있는 냉각 공기의 온도가 저하하거나 냉각 공기의 양이 증가하거나 할 때이다. 또한, 공기 냉각기(31)에 공급되어 있는 급수의 온도가 상승하거나 급수의 양이 저하하거나 할 때이다. 또한, 압축기(21)에서 추기한 압축 공기의 온도가 상승하거나 압축 공기의 양이 저하하거나 할 때이다. 이와 같은 때, 터빈(23)의 회전계와 정지계의 클리어런스가 작아지므로, 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도 이하까지 닫힘 제어하고, 공기 냉각기(31)에서 냉각하는 압축 공기의 양을 증가시키고, 터빈(23)에 공급하는 압축 공기의 온도를 저하시킨다.
또한, 가스 터빈(20)에서 터빈(23)의 회전계와 정지계의 클리어런스가 작아지도록 운전을 하는 경우에, 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도 이하까지 닫힘 제어한다. 예를 들어, 가스 터빈 부하를 필요 이상으로 올리는 과도 시, 회전계의 온도가 상승하여 클리어런스가 작아진다. 이와 같은 때, 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도 이하까지 닫힘 제어하고, 공기 냉각기(31)에서 냉각하는 압축 공기의 양을 증가시키고, 터빈(23)에 공급하는 압축 공기의 온도를 저하시킨다.
이와 같이 본 실시형태의 가스 터빈에서는, 압축기(21)와 연소기(22)와 터빈(23)을 설치함과 동시에, 압축기(21)에서 추기한 압축 공기를 열 교환하여 냉각된 압축 공기를 터빈(23)에 따른 로터계 냉각 계통에 공급하는 공기 냉각기(31)와, 공기 냉각기(31)에 도입되는 압축 공기를 바이패스하는 공기 냉각기 바이패스 라인(34)과, 공기 냉각기 바이패스 라인(34)에 설치되는 전동 밸브(35)와, 가스 터빈(20)의 기동 중에 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도 이하로 하고, 가스 터빈(20)의 부하 상승 후에 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도보다 크게 하도록 전동 밸브(35)를 개폐 제어하는 제어부(101)를 설치하고 있다.
따라서, 가스 터빈(20)의 기동 중, 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도 이하로 하면, 공기 냉각기 바이패스 라인(34)을 통하는 압축 공기량이 감소하는 한편, 공기 냉각기(31)에 도입되는 압축 공기량이 증가한다. 그 때문에, 터빈(23)에 따른 로터계 냉각 계통에 공급되는 압축 공기의 온도가 저하하고, 연소 가스에 의한 로터계의 열 팽창을 억제하고, 운동 날개와 터빈 차실 측의 클리어런스를 적정량으로 하고, 운동 날개의 선단과 터빈 차실의 내주면의 접촉 위험을 방지하여, 안전성을 확보할 수 있다. 또한, 부하 상승 후, 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도보다 크게 함으로써, 공기 냉각기 바이패스 라인(34)을 통하는 압축 공기량이 증가하는 한편, 공기 냉각기(31)에 도입되는 압축 공기량이 감소한다. 그 때문에, 터빈에 따른 로터계 냉각 계통에 공급되는 압축 공기의 온도가 저하하는 정도가 기동 중에 비해 작아진다. 이것에 의해, 상기 틈새가 좁아지고, 성능을 향상할 수 있다.
본 실시형태의 가스 터빈에서는 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 검출하는 개도 센서(121)를 설치하고, 개도 센서(121)는 전동 밸브(35)의 밸브 개도가 저 레벨 개도 이하라고 검출했을 때, 제어부(101)는 가스 터빈(20)의 기동을 개시한다. 따라서, 가스 터빈(20)의 기동 전에 전동 밸브(35)의 밸브 개도가 저 레벨 개도 이하라는 것을 확인함으로써, 가스 터빈(20)의 기동을 공기 냉각기(31)에 도입하는 압축 공기량이 적은 상태에서 실시하여, 로터계가 충분히 냉각되지 않음으로써, 운동 날개의 선단과 터빈 차실의 내주면이 접촉하는 위험에 처하는 것을 방지할 수 있다.
본 실시형태의 가스 터빈에서는, 전동 밸브(35)는 밸브 개도를 지시하는 제어 신호나 밸브 구동원의 차단 시에 그때의 밸브 개도를 유지 가능한 밸브이다. 따라서, 제어 계통이나 전원 계통이 상실해도 전동 밸브(35)는 현재의 개도를 유지하기 때문에, 공기 냉각기(31)에 도입되는 압축 공기량이 변동하는 일이 없고, 로터계를 적정하게 냉각하여 운동 날개와 터빈 차실 측의 클리어런스를 적정하게 유지할 수 있다.
본 실시형태의 가스 터빈에서는, 제어부(101)는 가스 터빈(20)에 따른 회전계와 정지계의 클리어런스가 작아지는 이상 상태 시에, 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도 이하까지 닫힘 제어한다. 따라서, 어떠한 원인으로 회전계와 정지계의 클리어런스가 작아지는 이상 상태가 발생하면, 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도 이하까지 닫힘 제어하기 때문에, 공기 냉각기(31)에 도입되는 압축 공기량이 증가하고, 로터계 냉각 계통에 공급하는 압축 공기의 온도가 저하한다. 그러면 연소 가스에 의한 로터계의 열 팽창을 억제하고, 운동 날개와 터빈 차실 측의 클리어런스를 확대함으로써, 안전성을 향상할 수 있다.
본 실시형태의 가스 터빈에서는, 제어부(101)는 가스 터빈(20)에 따른 회전계와 정지계의 클리어런스가 작아지는 운전을 하는 경우에, 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도 이하까지 닫힘 제어한다. 따라서, 부하 변동 등에 따라, 가스 터빈(20)에 따른 회전계와 정지계의 클리어런스가 작아지게 되는 운전을 하면, 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도 이하까지 닫힘 제어하기 때문에, 공기 냉각기(31)에 도입되는 압축 공기량이 증가하고, 로터계 냉각 계통에 공급하는 압축 공기의 온도가 저하한다. 그러면 연소 가스에 의한 로터계의 열 팽창을 억제하고, 운동 날개와 터빈 차실 측의 틈새(클리어런스)를 확대함으로써, 안전성을 향상할 수 있다.
본 실시형태의 가스 터빈에서는 전동 밸브(35)의 저 레벨 개도 이하의 밸브 개도를 미세 열림 상태로 하고 있다. 만일 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 완전히 닫힘 제어하면, 공기 냉각기 바이패스 라인(34)에 따른 압축 공기의 흐름이 정체하고, 온도 저하에 의해 드레인이 발생할 우려가 있다. 그러나, 저 레벨 개도 이하의 밸브 개도를 미세 열림 상태로 함으로써, 공기 냉각기 바이패스 라인(34)을 미소한 압축 공기가 흐르게 되어, 드레인의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 가스 터빈 컴바인드 사이클 플랜트에서는, 가스 터빈(20)과 배열 회수 보일러(40)와 증기 터빈(70)과 복수기(78)와 공기 냉각기(31)를 설치함과 동시에, 저압 절탄기(52)에 도입되는 급수를 바이패스하는 절탄기 바이패스 라인(83)과, 절탄기 바이패스 라인(83)에 설치되는 바이패스 조절 밸브(84)를 설치하고, 제어부(101)는 가스 터빈(20)의 기동 중에 공기 냉각기 바이패스 라인(34)으로의 압축 공기의 바이패스량을 줄이기 위해 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도 이하로 하도록 전동 밸브(35)를 닫힘 제어함과 동시에, 절탄기 바이패스 라인(83)으로의 급수의 바이패스량을 증가시키기 위해 바이패스 조절 밸브(84)의 밸브 개도를 열림 제어하고, 가스 터빈(20)의 부하 상승 후에 공기 냉각기 바이패스 라인(34)으로의 압축 공기의 바이패스량을 증가시키기 위해 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도보다도 크게 하도록 전동 밸브(35)를 열림 제어함과 동시에, 절탄기 바이패스 라인(83)으로의 급수의 바이패스량을 줄이기 위해 바이패스 조절 밸브(84)의 밸브 개도를 닫힘 제어한다.
따라서, 가스 터빈(20)의 기동 중, 공기 냉각기(31)에 도입되는 압축 공기량이 증가하고, 이 압축 공기를 냉각하는 급수의 온도가 저하하기 때문에, 터빈(23)에 따른 로터계 냉각 계통에 공급되는 압축 공기의 온도를 저하할 수 있다. 그 결과, 연소 가스에 의한 로터계의 열 팽창을 억제하고, 운동 날개와 터빈 차실 측의 클리어런스를 적정량으로 하여 운동 날개의 선단과 터빈 차실의 내주면의 접촉 위험을 방지하고, 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 부하 상승 후에, 공기 냉각기 바이패스 라인(34)으로의 압축 공기의 바이패스량을 증가시키기 위해 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도보다도 크게 함과 동시에, 절탄기 바이패스 라인(83)으로의 급수의 바이패스량을 줄이기 위해 바이패스 조정 밸브(84)의 밸브 개도를 닫힘 제어한다. 즉, 가스 터빈(20)의 부하 상승 후에 공기 냉각기 바이패스 라인(34)을 통하는 압축 공기량이 증가하면 공기 냉각기(31)에 도입되는 압축 공기량이 감소한다. 또한, 절탄기 바이패스 라인(83)을 통하는 급수량이 감소하면 저압 절탄기(52)에 도입되는 급수량이 증가한다. 그 때문에, 터빈에 따른 로터계 냉각 계통에 공급되는 압축 공기의 온도가 저하하는 정도가 기동 중에 비해 작아진다. 이것에 의해, 상기 틈새가 좁아지고, 성능을 향상할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 가스 터빈의 기동 방법에서는 가스 터빈(20)의 기동 중에 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 소정의 저 레벨 개도 이하로 하고, 가스 터빈(20)의 부하 상승 후에 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도보다 크게 한다. 따라서, 가스 터빈(20)의 기동 중은 터빈(23)에 따른 로터계 냉각 계통에 공급되는 압축 공기의 온도가 더욱 저하하고, 연소 가스에 의한 로터계의 열 팽창을 억제하고, 가스 터빈(20)의 부하 상승 후는 운동 날개와 터빈 차실 측의 틈새(클리어런스)를 적정량으로 하고, 운동 날개의 선단과 터빈 차실의 내주면의 접촉 위험을 방지하여, 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 부하 상승 후에, 공기 냉각기 바이패스 라인(34)으로의 압축 공기의 바이패스량을 증가시키기 위해 전동 밸브(35)의 밸브 개도를 저 레벨 개도보다도 크게 함과 동시에, 절탄기 바이패스 라인(83)으로의 급수의 바이패스량을 줄이기 위해 바이패스 조정 밸브(84)의 밸브 개도를 닫힘 제어한다. 즉, 가스 터빈(20)의 부하 상승 후에 공기 냉각기 바이패스 라인(34)을 통하는 압축 공기량이 증가하면 공기 냉각기(31)에 도입되는 압축 공기량이 감소한다. 또한, 절탄기 바이패스 라인(83)을 통하는 급수량이 감소하면 저압 절탄기(52)에 도입되는 급수량이 증가한다. 그 때문에, 터빈에 따른 로터계 냉각 계통에 공급되는 압축 공기의 온도가 저하하는 정도가 기동 중에 비해 작아진다. 이것에 의해, 상기 틈새가 좁아지고, 성능을 향상할 수 있다.
또한 상술한 실시형태에서, 본 발명의 가스 터빈을 컴바인드 사이클 플랜트에 적용하여 설명하였는데, 이 구성으로 한정되는 것은 아니며, 배열 회수 보일러가 없는 심플 사이클에 적용해도 된다.
11 가스 터빈 컴바인드 사이클 플랜트
12 가스 터빈부
13 증기 터빈부
20 가스 터빈
21 압축기
22 연소기
23 터빈
31 공기 냉각기
34 공기 냉각기 바이패스 라인
35 전동 밸브(제1 밸브)
40 배열 회수 보일러
41 고압 유닛
42 고압 절탄기
51 저압 유닛
52 저압 절탄기
70 증기 터빈
71 고압 터빈
72 저압 터빈
78 복수기
83 절탄기 바이패스 라인
84 바이패스 조절 밸브(제2 밸브)
101 제어부
111 제1 온도 센서
112 제2 온도 센서
113 제3 온도 센서
121 개도 센서(검출부)

Claims (8)

  1. 공기를 압축하는 압축기와,
    상기 압축기가 압축한 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기와,
    상기 연소기가 생성한 연소 가스에 의해 회전 동력을 얻는 터빈과,
    상기 압축기에서 추기한 압축 공기를 열 교환하여 냉각시킨 압축 공기를 상기 터빈에 따른 로터계 냉각 계통에 공급하는 공기 냉각기와,
    상기 공기 냉각기에 도입되는 압축 공기를 바이패스하는 공기 냉각기 바이패스 라인과,
    상기 공기 냉각기 바이패스 라인에 설치되는 제1 밸브와,
    가스 터빈의 기동 중에 상기 제1 밸브의 밸브 개도를 사전에 설정된 소정의 저 레벨 개도 이하로 하고, 상기 가스 터빈의 부하 상승 후에 상기 제1 밸브의 밸브 개도를 상기 저 레벨 개도보다 크게 하도록 상기 제1 밸브를 개폐 제어하는 제어부
    를 가지는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 밸브의 밸브 개도를 검출하는 검출부를 설치하고, 상기 검출부는 상기 제1 밸브의 밸브 개도가 상기 저 레벨 개도 이하라고 검출했을 때, 상기 제어부는 상기 가스 터빈의 기동을 개시하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 밸브는 밸브 개도를 지시하는 제어 신호나 밸브 구동원의 차단 시에 그때의 밸브 개도를 유지 가능한 밸브인 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 가스 터빈에 따른 회전계와 정지계(靜止系)의 클리어런스가 작아지는 이상 상태 시에, 상기 제1 밸브의 밸브 개도를 상기 저 레벨 개도 이하까지 닫힘 제어하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 가스 터빈에 따른 회전계와 정지계의 클리어런스가 작아지도록 운전을 하는 경우에, 상기 제1 밸브의 밸브 개도를 상기 저 레벨 개도 이하까지 닫힘 제어하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소정의 저 레벨 개도 이하로 한 상기 제1 밸브의 개도가 미세 열림 상태인 것을 특징으로 하는 가스 터빈.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 가스 터빈과,
    상기 가스 터빈에서 배출된 배기 가스의 배열에 의해 증기를 생성하는 배열 회수 보일러와,
    상기 배열 회수 보일러에 의해 생성된 증기에 의해 구동하는 증기 터빈과,
    상기 증기 터빈에서 배출된 증기를 응축시켜 물을 생성하는 복수기와,
    상기 복수기에서 절탄기를 경유하여 얻어지는 급수를 상기 공기 냉각기에 송출하여 압축 공기와 열 교환하는 급수 라인과,
    상기 절탄기에 도입되는 급수를 바이패스하는 절탄기 바이패스 라인과,
    상기 절탄기 바이패스 라인에 설치되는 제2 밸브
    를 가지는 컴바인드 사이클 플랜트에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 가스 터빈의 기동 중에, 상기 공기 냉각기 바이패스 라인으로의 압축 공기의 바이패스량을 줄이기 위해, 상기 제1 밸브의 밸브 개도를 상기 저 레벨 개도 이하로 하도록 상기 제1 밸브를 닫힘 제어함과 동시에, 상기 절탄기 바이패스 라인으로의 급수의 바이패스량을 증가시키기 위해 상기 제2 밸브의 밸브 개도를 열림 제어하고,
    상기 가스 터빈의 부하 상승 후에, 상기 공기 냉각기 바이패스 라인으로의 압축 공기의 바이패스량을 증가시키기 위해 상기 제1 밸브의 밸브 개도를 상기 저 레벨 개도보다도 크게 하도록 상기 제1 밸브를 열림 제어함과 동시에, 상기 절탄기 바이패스 라인으로의 급수의 바이패스량을 줄이기 위해 상기 제2 밸브의 밸브 개도를 닫힘 제어하는
    것을 특징으로 하는 컴바인드 사이클 플랜트.
  8. 공기를 압축하는 압축기와,
    상기 압축기가 압축한 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소하는 연소기와,
    상기 연소기가 생성한 연소 가스에 의해 회전 동력을 얻는 터빈과,
    상기 압축기에서 추기한 압축 공기를 열 교환하여 냉각시킨 압축 공기를 상기 터빈에 따른 로터계 냉각 계통에 공급하는 공기 냉각기와,
    상기 공기 냉각기에 도입되는 압축 공기를 바이패스하는 공기 냉각기 바이패스 라인과,
    상기 공기 냉각기 바이패스 라인에 설치되는 제1 밸브
    를 가지는 가스 터빈의 기동 방법에 있어서,
    가스 터빈의 기동 중에 상기 제1 밸브의 밸브 개도를 사전에 설정된 소정의 저 레벨 개도 이하로 하고, 상기 가스 터빈의 부하 상승 후에 상기 제1 밸브의 밸브 개도를 상기 저 레벨 개도보다 크게 하는
    것을 특징으로 하는 가스 터빈의 기동 방법.
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