KR102026548B1 - 흡기 냉각 방법, 이러한 방법을 실행하는 흡기 냉각 장치, 이것을 구비하는 배열 회수 설비 및 가스 터빈 플랜트 - Google Patents

흡기 냉각 방법, 이러한 방법을 실행하는 흡기 냉각 장치, 이것을 구비하는 배열 회수 설비 및 가스 터빈 플랜트 Download PDF

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Abstract

흡기 냉각 장치(150)는 급수 라인(131)과, 히트 펌프 장치(151)를 구비한다. 급수 라인(131)은 가스 터빈(10)으로부터의 배기 가스(EG)의 열을 이용하여 증기를 발생하는 배열 회수 보일러(110)로 물을 이송한다. 히트 펌프 장치(151)는 가스 터빈(10)이 흡입하는 공기(A)의 열을 급수 라인(131)을 흐르는 물로 이동시켜, 공기(A)를 냉각하는 한편 물을 가열한다.

Description

흡기 냉각 방법, 이러한 방법을 실행하는 흡기 냉각 장치, 이것을 구비하는 배열 회수 설비 및 가스 터빈 플랜트
본 발명은 가스 터빈이 흡입하는 공기를 냉각하는 흡기 냉각 방법, 이러한 방법을 실행하는 흡기 냉각 장치, 이것을 구비하는 배열 회수 설비 및 가스 터빈 플랜트에 관한 것이다.
본원은 2015년 3월 17일자로 일본에 출원된 일본 특허 출원 제 2015-053283 호에 근거하여 우선권을 주장하며, 이 내용을 여기에 원용한다.
가스 터빈은, 공기를 압축하는 압축기와, 압축기에서 압축된 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 연소 가스에 의해 구동하는 터빈을 갖고 있다. 이러한 가스 터빈에는, 터빈으로부터의 배기되는 배기 가스의 열을 유효 이용하기 위해 배열 회수 보일러가 접속되어 있는 경우가 있다.
가스 터빈에서는, 터빈 내를 흐르는 가스의 질량 유량이 많을수록, 가스 터빈 출력이 향상된다. 그래서, 예를 들어 이하의 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 압축기가 흡입하는 공기를 냉각하는 것에 의해, 압축기가 흡입하는 공기의 질량 유량을 많게 하고 있다. 이러한 기술에서는, 압축기가 흡입하는 공기를 냉동기에서 냉각된 흡기 냉각 매체와 열교환시켜, 이 공기를 냉각하고 있다. 이러한 기술에서는, 터빈으로부터 배기된 배기 가스의 열로 물을 가열하고, 이 가열된 물의 열을 이용하여 냉동기를 구동하고 있다.
일본 특허 공개 제 1994-299868 호 공보
상기 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 냉동기에 냉각수를 도입하고, 이 냉각수를 배출하고 있다. 이 때문에, 이러한 기술에서는, 흡기 냉각 매체를 냉각수를 열교환시켜, 흡기 냉각 매체를 냉각하는 한편, 냉각수를 가열하고 있는 것으로 고려할 수 있다. 즉, 이러한 기술에서는, 흡기 냉각 매체를 거쳐서, 압축기가 흡입하는 공기의 열을 냉각수로 이동시키고, 압축기가 흡입하는 공기의 열을 냉각수와 함께 외부로 배출하고 있는 것으로 고려할 수 있다.
본 발명은, 가스 터빈이 흡입하는 공기를 냉각하면서, 이러한 공기의 냉각으로 얻은 열을 유효 이용할 수 있는 흡기 냉각 방법, 이러한 방법을 실행하는 흡기 냉각 장치, 이것을 구비하는 배열 회수 설비 및 가스 터빈 플랜트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 1 태양으로서의 흡기 냉각 장치는, 가스 터빈으로부터 배기된 배기 가스의 열을 이용하여 물을 증기로 하는 배열 회수 보일러로 상기 물을 이송하는 급수 라인과, 상기 가스 터빈이 흡입하는 공기의 열을 상기 급수 라인을 흐르는 물로 이동시켜, 상기 공기를 냉각하는 한편 상기 물을 가열하는 히트 펌프 장치를 구비한다.
해당 흡기 냉각 장치에서는, 가스 터빈이 흡입하는 공기를 냉각할 수 있는 동시에, 이러한 공기의 냉각으로 얻은 열로 배열 회수 보일러로 이송하는 물을 예열할 수 있다. 따라서, 해당 흡기 냉각 장치에서는, 가스 터빈이 흡입하는 공기의 냉각으로 얻은 열을 유효 이용할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 2 태양으로서의 흡기 냉각 장치는, 상기 제 1 태양의 상기 흡기 냉각 장치에 있어서, 상기 히트 펌프 장치는, 상기 공기와 흡기 냉각 매체를 열교환시켜, 상기 공기를 냉각하는 한편 상기 흡기 냉각 매체를 가열하는 흡기 냉각기와, 상기 흡기 냉각기에서 가열된 상기 흡기 냉각 매체와 중간 매체를 열교환시켜, 상기 흡기 냉각 매체를 냉각하는 한편, 상기 중간 매체를 가열하는 중간 열교환기와, 상기 중간 열교환기에서 가열된 상기 중간 매체의 열을 상기 급수 라인을 흐르는 물로 이동시켜, 상기 중간 매체를 냉각하는 한편 상기 물을 가열하는 히트 펌프를 갖는다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 3 태양으로서의 흡기 냉각 장치는, 상기 제 1 또는 제 2 태양의 상기 흡기 냉각 장치에 있어서, 상기 급수 라인 중에서, 상기 히트 펌프 장치를 기준으로 하여 상기 배열 회수 보일러측의 예열완료 급수 라인을 흐르는 물로부터 열을 빼앗는 급수 온도 조절기와, 상기 예열완료 급수 라인을 흐르는 물을 상기 급수 온도 조절기로 인도하고, 상기 급수 온도 조절기에서 열이 빼앗긴 물을 상기 급수 라인 중 어느 하나의 개소로 되돌리는 급수 온도 조절 라인을 구비한다.
급수 라인을 흐르는 물을 히트 펌프 장치로 가열하는 것에 의해, 배열 회수 보일러의 절탄기(節炭器)로 이송하는 물을 예열할 수 있다. 그러나, 히트 펌프 장치에 있어서의 물의 가열량이 많은 경우, 절탄기에 있어서, 예열된 물과 배기 가스의 열교환으로 물이 배열 회수 보일러의 증발기로 유입되기 전에, 비등하기 시작하는 것을 고려할 수 있다. 이와 같이, 증발기로 물이 유입되기 전에 비등하기 시작하면, 압손(壓損)의 증대나 수격(水擊) 현상의 발생 등의 문제점이 생긴다.
해당 흡기 냉각 장치에서는, 급수 온도 조절기에서, 예열완료 급수 라인 내를 흐르는 물로부터 열을 빼앗으므로, 절탄기 내에서의 물의 비등을 억제할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 4 태양으로서의 흡기 냉각 장치는, 상기 제 3 태양의 상기 흡기 냉각 장치에 있어서, 상기 예열완료 급수 라인을 흐르는 물의 온도를 검지하는 온도계와, 상기 온도계에서 검지된 물의 온도가 사전설정된 온도 이상이 되면, 상기 급수 온도 조절 라인에 상기 예열완료 급수 라인으로부터의 물을 흘리는 온도 조절 밸브를 구비한다.
해당 흡기 냉각 장치에서는, 예열완료 급수 라인을 흐르는 물의 온도가 사전설정된 온도 이상이 되면, 이 물이 급수 온도 조절기로 이송된다. 여기에서, 사전설정된 온도란, 예를 들어 배열 회수 보일러의 절탄기 내에서 물이 비등하는 포화 온도로부터 이 절탄기에서의 물의 온도 상승분을 감산한 값보다 낮은 온도이다. 급수 온도 조절기에서는, 전술한 바와 같이, 예열완료 급수 라인으로부터의 물의 열을 빼앗는다. 따라서, 해당 흡기 냉각 장치에서는, 예열완료 급수 라인을 흐르는 물이 사전설정된 온도 이상이 되는 것을 억제할 수 있어, 결과적으로 절탄기 내에서의 물의 비등을 억제할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 5 태양으로서의 흡기 냉각 장치는, 상기 제 1 또는 제 2 태양의 상기 흡기 냉각 장치에 있어서, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기를 물로 되돌려서 상기 물을 상기 급수 라인으로 이송하는 복수기에, 상기 급수 라인 중에서, 상기 히트 펌프 장치를 기준으로 하여 상기 배열 회수 보일러측의 예열완료 급수 라인을 흐르는 물인 예열수를 되돌리는 복수 복귀 라인과, 상기 예열수의 온도를 검지하는 온도계와, 상기 복수 복귀 라인에 마련되고, 상기 온도계에서 검지된 예열수의 온도가 사전설정된 온도 이상이 되면, 예열완료 급수 라인으로부터의 상기 예열수를 상기 복수 복귀 라인을 거쳐서 상기 복수기로 흘리는 온도 조절 밸브를 구비한다.
해당 흡기 냉각 장치에서는, 예열완료 급수 라인 내를 흐르는 예열수의 일부를 복수기로 되돌려서, 열을 복수기 내의 물로 방출하고 있다. 이 때문에, 해당 흡기 냉각 장치에서는, 히트 펌프 장치에서 가열되는 물의 유량이 증대되는 것에 의해, 히트 펌프 장치에서 가열되는 물의 온도 상승이 억제되어, 절탄기 내에서의 물의 비등을 억제할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 6 태양으로서의 흡기 냉각 장치는, 상기 제 1 내지 제 5 태양 중 어느 하나의 상기 흡기 냉각 장치에 있어서, 상기 히트 펌프 장치인 제 1 히트 펌프 장치 외에, 상기 급수 라인 중에서, 상기 제 1 히트 펌프 장치를 기준으로 하여 상기 배열 회수 보일러측의 예열완료 급수 라인을 흐르는 물을 가열하는 제 2 히트 펌프 장치를 구비한다.
해당 흡기 냉각 장치에서는, 배열 회수 보일러로 이송하는 물을 제 2 히트 펌프 장치에서 더욱 가열할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 7 태양으로서의 흡기 냉각 장치는, 상기 제 6 태양의 상기 흡기 냉각 장치에 있어서, 상기 제 2 히트 펌프 장치는, 상기 예열완료 급수 라인으로부터 분기되고, 상기 급수 라인 중에서 상기 제 1 히트 펌프 장치를 기준으로 하여 상기 배열 회수 보일러와는 반대측의 예열전 급수 라인에, 상기 예열완료 급수 라인을 흐르는 물의 일부를 되돌리는 급수 순환 라인과, 상기 급수 순환 라인을 흐르는 물의 열을, 상기 예열완료 급수 라인 중에서 상기 급수 순환 라인의 분기 위치보다 상기 배열 회수 보일러측을 흐르는 물로 이동시켜, 상기 예열완료 급수 라인을 흐르는 물을 가열하는 히트 펌프를 갖는다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 8 태양으로서의 배열 회수 설비는, 상기 제 1 내지 제 7 태양 중 어느 하나의 상기 흡기 냉각 장치와, 상기 배열 회수 보일러를 구비한다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 9 태양으로서의 배열 회수 설비는, 상기 제 8 태양의 상기 배열 회수 설비에 있어서, 상기 배열 회수 보일러는, 상기 배기 가스가 내부를 배기구측인 하류측을 향하여 흐르는 보일러 외측 프레임과, 상기 보일러 외측 프레임 내에 적어도 일부가 설치되고, 상기 배기 가스에 의해 물을 가열하여 증기를 발생시키는 하나 이상의 증발기와, 상기 보일러 외측 프레임 내에서, 하나 이상의 상기 증발기 중 가장 상기 하류측의 증발기인 최하류 증발기의 상기 하류측에 설치되고, 상기 급수 라인으로부터 유입되고 상기 최하류 증발기로 이송하는 물을 상기 배기 가스에 의해 가열하는 절탄기를 갖는다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 10 태양으로서의 배열 회수 설비는, 상기 제 9 태양의 상기 배열 회수 설비에 있어서, 저비점 매체가 응축과 증발을 반복하여 순환하는 저비점 매체 랭킨 사이클(rankine cycle)을 구비하며, 상기 저비점 매체 랭킨 사이클은 액체의 상기 저비점 매체와 상기 절탄기에서 가열된 물의 일부를 열교환시켜, 상기 저비점 매체를 가열하는 가열기를 갖는다.
해당 배열 회수 설비에서는, 배열 회수 설비의 출력 및 효율을 높일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 11 태양으로서의 배열 회수 설비는, 상기 제 10 태양의 상기 배열 회수 설비에 있어서, 상기 절탄기에서 가열된 물의 일부를 상기 급수 라인으로 되돌리는 온수 라인을 구비하고, 상기 저비점 매체 랭킨 사이클의 상기 가열기는 상기 온수 라인에 접속되어 있다.
급수 라인을 흐르는 물을 히트 펌프 장치로 가열하는 것에 의해, 배열 회수 보일러의 절탄기로 이송하는 물을 예열할 수 있다. 그러나 히트 펌프 장치에 있어서의 물의 가열량이 많은 경우, 배열 회수 보일러의 절탄기에 있어서, 예열된 물과 배기 가스의 열교환에 의해, 물이 배열 회수 보일러의 증발기로 유입되기 전에, 비등하기 시작하는 것을 고려할 수 있다. 이와 같이, 증발기로 물이 유입되기 전에 비등하기 시작하면, 압손의 증대나 수격 현상의 발생 등의 문제점이 생긴다.
해당 배열 회수 설비에서는, 저비점 매체 랭킨 사이클로, 온수 라인을 흐르는 물로부터 열을 빼앗으므로, 절탄기 내에서의 물의 비등을 억제할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 12 태양으로서의 배열 회수 설비는, 상기 제 9 내지 제 11 태양 중 어느 하나의 상기 배열 회수 설비에 있어서, 상기 가스 터빈으로부터의 배열을 회수하여 흡수액 가열 매체를 가열하는 배열 회수 열교환기와, 상기 배열 회수 열교환기에서 가열된 상기 흡수액 가열 매체를 상기 히트 펌프 장치로 인도하는 흡수액 가열 매체 라인을 구비하며, 상기 히트 펌프 장치는 흡수액에 포함되는 매체를 증발시키는 재생기를 포함하는 흡수 냉동기를 갖고, 상기 흡수액 가열 매체 라인은 상기 흡수액 가열 매체와 상기 흡수 냉동기 내를 흐르는 상기 흡수액을 열교환시키도록 상기 흡수 냉동기에 접속되어 있다.
해당 배열 회수 설비에서는, 가스 터빈으로부터의 배열로, 흡수 냉동기 내를 흐르는 흡수액을 가열한다. 흡수액이 가열되면, 이 흡수액에 포함되어 있는 매체가 증발하여, 매체로 묽어져 있던 흡수액이 진한 흡수액으로 재생된다. 따라서, 해당 배열 회수 설비에서는, 흡수액을 재생하기 위해 이 흡수액을 가열할 때에, 연료, 고온수, 고온 증기 등의 열 발생 매체의 소비를 억제할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 13 태양으로서의 배열 회수 설비는, 상기 제 12 태양의 상기 배열 회수 설비에 있어서, 상기 배열 회수 열교환기는, 상기 보일러 외측 프레임 내에서 있어서, 상기 절탄기의 상기 하류측에 설치되고, 상기 흡수액 가열 매체와 상기 절탄기를 통과한 상기 배기 가스를 열교환시켜, 상기 흡수액 가열 매체를 가열하는 저온 열교환기이다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 14 태양으로서의 배열 회수 설비는, 상기 제 12 태양의 상기 배열 회수 설비에 있어서, 상기 배열 회수 열교환기는 상기 가스 터빈의 압축기에서 압축된 공기와 상기 흡수액 가열 매체를 열교환시켜, 상기 공기를 냉각하는 한편 상기 흡수액 가열 매체를 가열하는 압축 공기 냉각기이다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 15 태양으로서의 가스 터빈 플랜트는, 상기 제 8 내지 제 14 태양 중 어느 하나의 상기 배열 회수 설비와, 상기 가스 터빈을 구비한다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 16 태양으로서의 흡기 냉각 방법은, 가스 터빈으로부터 배기된 배기 가스의 열을 이용하여 물을 증기로 하는 배열 회수 보일러로 상기 물을 이송하는 급수 공정과, 상기 가스 터빈이 흡입하는 공기의 열을 상기 급수 공정에서 상기 배열 회수 보일러로 이송하는 상기 물로 이동시켜, 상기 공기를 냉각하는 한편 상기 물을 가열하는 히트 펌프 사이클 실행 공정을 실행한다.
해당 흡기 냉각 방법에서는, 가스 터빈이 흡입하는 공기를 냉각할 수 있는 동시에, 이 공기의 냉각으로 얻은 열에 의해 배열 회수 보일러로 이송하는 물을 예열할 수 있다. 따라서, 해당 흡기 냉각 방법에서는, 가스 터빈이 흡입하는 공기의 냉각으로 얻은 열을 유효 이용할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 17 태양으로서의 흡기 냉각 방법은, 상기 제 16 태양의 상기 흡기 냉각 방법에 있어서, 상기 히트 펌프 사이클 실행 공정의 실행으로 가열된 상기 물로부터 열을 빼앗아서, 상기 배열 회수 보일러로 이송되는 상기 물의 온도를 조절하는 급수 온도 조절 공정을 실행한다.
배열 회수 보일러의 절탄기로 이송하는 물을 히트 펌프 사이클 실행 공정에서 가열하는 것에 의해, 이 물을 예열할 수 있다. 그러나, 히트 펌프 사이클 실행 공정에서의 물의 가열량이 많은 경우, 배열 회수 보일러의 절탄기에 있어서, 예열된 물과 배기 가스의 열교환으로 물이 배열 회수 보일러의 증발기에 유입되기 전에, 비등하기 시작하는 것을 고려할 수 있다. 이와 같이, 증발기에 물이 유입되기 전에 비등하기 시작하면, 압손의 증대나 수격 현상의 발생 문제점이 생긴다.
해당 흡기 냉각 방법에서는, 급수 온도 조절 공정에서, 예열완료 급수 라인 내를 흐르는 물로부터 열을 빼앗으므로, 절탄기 내에서의 물의 비등을 억제할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 18 태양으로서의 흡기 냉각 방법은, 상기 제 16 태양의 상기 흡기 냉각 방법에 있어서, 상기 히트 펌프 사이클 실행 공정의 실행으로 가열된 상기 물인 예열수의 온도가 사전설정된 온도 이상이 되면, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기를 물로 되돌려서 상기 물을 상기 급수 라인으로 이송하는 복수기에, 상기 예열수의 일부를 되돌리는 복수 복귀 공정을 실행한다.
해당 흡기 냉각 방법에서는, 예열수의 일부를 복수기로 되돌려서, 열을 복수기 중의 물로 방출하고 있다. 이 때문에, 해당 흡기 냉각 방법에서는, 히트 펌프 사이클 실행 공정에서 가열되는 물의 유량이 증대되는 것에 의해, 히트 펌프 사이클 실행 공정에서 가열되는 물의 온도 상승이 억제되어, 절탄기 내에서의 물의 비등을 억제할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 19 태양으로서의 흡기 냉각 방법은, 상기 제 16 내지 제 18 태양 중 어느 하나의 상기 흡기 냉각 방법에 있어서, 상기 히트 펌프 사이클 실행 공정인 제 1 히트 펌프 사이클 실행 공정과 함께, 상기 제 1 히트 펌프 사이클 실행 공정의 실행으로 가열된 상기 물을 더욱 가열하는 제 2 히트 펌프 사이클 실행 공정을 실행한다.
해당 흡기 냉각 방법에서는, 배열 회수 보일러로 이송하는 물을 제 2 히트 펌프 사이클 실행 공정에서 더욱 가열할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 20 태양으로서의 흡기 냉각 방법은, 상기 제 16 내지 제 19 태양 중 어느 하나의 상기 흡기 냉각 방법에 있어서, 저비점 매체 랭킨 사이클로, 저비점 매체를 순환시키는 랭킨 사이클 실행 공정을 실행하고, 상기 배열 회수 보일러는, 상기 배기 가스가 내부를 배기구측인 하류측을 향하여 흐르는 보일러 외측 프레임과, 상기 보일러 외측 프레임 내에 적어도 일부가 설치되고, 상기 배기 가스에 의해 물을 가열하여 증기를 발생시키는 하나 이상의 증발기와, 상기 보일러 외측 프레임 내에 있어서, 하나 이상의 상기 증발기 중 가장 상기 하류측의 증발기인 최하류 증발기의 상기 하류측에 설치되고, 상기 최하류 증발기로 이송하는 물을 상기 배기 가스에 의해 가열하는 절탄기를 갖고 있으며, 상기 랭킨 사이클 실행 공정은 상기 절탄기에서 가열된 물의 일부와 액체의 상기 저비점 매체를 열교환시켜, 상기 저비점 매체를 가열하는 가열 공정을 포함한다.
해당 흡기 냉각 방법에서는, 배열 회수 보일러를 포함하는 배열 회수 설비의 출력 및 효율을 높일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 21 태양으로서의 흡기 냉각 방법은, 상기 제 20 태양의 상기 흡기 냉각 방법에 있어서, 상기 가열 공정에서, 상기 저비점 매체와의 열교환으로 냉각된 상기 절탄기로부터의 물을 상기 절탄기로 되돌리는 물 회수 공정을 실행한다.
배열 회수 보일러의 절탄기로 이송하는 물을 히트 펌프 사이클 실행 공정에서 가열하는 것에 의해, 이 물을 예열할 수 있다. 그러나, 히트 펌프 사이클 실행 공정에서의 물의 가열량이 많은 경우, 절탄기에 있어서, 예열된 물과 배기 가스의 열교환으로 물이 배열 회수 보일러의 증발기로 유입되기 전에, 비등하기 시작하는 것을 고려할 수 있다. 이와 같이, 증발기에 물이 유입되기 전에 비등하기 시작하면, 압손의 증대나 수격 현상의 발생 등의 문제점이 생긴다.
해당 흡기 냉각 방법에서는, 랭킨 사이클 실행 공정 및 물 회수 공정의 실행으로, 절탄기로 이송되는 물로부터 열을 빼앗으므로, 절탄기 내에서의 물의 비등을 억제할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명에 따른 제 22 태양으로서의 흡기 냉각 방법은, 상기 제 16 내지 제 21 태양 중 어느 하나의 상기 흡기 냉각 방법에 있어서, 상기 가스 터빈으로부터의 배열을 회수하여 흡수액 가열 매체를 가열하는 배열 회수 공정을 실행하고, 상기 히트 펌프 사이클 실행 공정을, 흡수액에 포함되는 매체를 증발시키는 재생기를 포함하는 흡수 냉동기에서 실행하고, 상기 히트 펌프 사이클 실행 공정은 상기 흡수액 가열 매체와 상기 흡수 냉동기 내를 흐르는 상기 흡수액을 열교환시켜, 상기 흡수액 가열 매체를 냉각하는 한편 상기 흡수액을 가열하는 재생 공정을 포함한다.
본 발명의 일 태양에 의하면, 가스 터빈이 흡입하는 공기를 냉각하면서, 이 공기의 냉각으로 얻은 열을 유효 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 전체 계통도,
도 2는 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 요부 계통도,
도 3은 본 발명에 따른 제 1 실시형태의 제 1 변형예에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 요부 계통도,
도 4는 본 발명에 따른 제 1 실시형태의 제 2 변형예에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 요부 계통도,
도 5는 본 발명에 따른 제 1 실시형태의 제 3 변형예에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 요부 계통도,
도 6은 본 발명에 따른 제 2 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 요부 계통도,
도 7은 본 발명에 따른 제 3 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 요부 계통도,
도 8은 본 발명에 따른 제 4 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 요부 계통도,
도 9는 본 발명에 따른 제 5 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 요부 계통도,
도 10은 본 발명에 따른 제 6 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 요부 계통도,
도 11은 본 발명에 따른 제 7 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 요부 계통도.
이하, 본 발명에 따른 가스 터빈 플랜트의 각종 실시형태에 대하여 도면을 이용하여 설명한다.
「가스 터빈 플랜트의 제 1 실시형태」
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 가스 터빈 플랜트의 제 1 실시형태에 대해 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 플랜트는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 가스 터빈(10)과, 가스 터빈(10)의 구동으로 발전하는 발전기(41)와, 가스 터빈(10)으로부터 배기된 배기 가스(EG)의 열을 회수하는 배열 회수 설비(100)와, 배열 회수 설비(100)를 통과한 배기 가스(EG)를 대기로 방출하는 연돌(60)을 구비하고 있다.
가스 터빈(10)은, 공기(A)를 압축하는 압축기(11)와, 압축기(11)로 공기를 인도하는 흡기 덕트(9)와, 압축기(11)에서 압축된 공기(A) 중에서 연료(F)를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기(21)와, 고온 고압의 연소 가스에 의해 구동하는 터빈(31)을 구비하고 있다.
압축기(11)는, 축선(Ar)을 중심으로 하여 회전하는 압축기 로터(13)와, 이 압축기 로터(13)를 회전 가능하게 덮는 압축기 케이싱(17)을 갖는다. 여기서, 축선(Ar)이 연장되는 방향을 축 방향으로 한다. 또한, 축 방향의 한쪽편을 축 방향 상류측으로 하고, 축 방향의 다른쪽편을 축 방향 하류측으로 한다.
압축기 케이싱(17)의 축 방향 상류측은 개구되어 있다. 이 개구는 공기를 흡입하는 흡입구(19)를 이룬다. 흡기 덕트(9)는 압축기(11)의 축 방향 상류 측에 설치되어 있다. 이 흡기 덕트(9)는 압축기 케이싱(17)의 흡입구(19)에 접속되어 있다.
터빈(31)은 압축기(11)의 축 방향 하류측에 설치되어 있다. 터빈(31)은, 연소기(21)로부터의 연소 가스에 의해, 축선(Ar)을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터(33)와, 이 터빈 로터(33)를 회전 가능하게 덮는 터빈 케이싱(37)을 갖는다. 터빈 로터(33)는, 축 방향으로 연장되는 로터축(34)과, 이 로터축(34)의 외주에 고정되어 있는 복수의 동익(35)을 갖고 있다. 터빈 케이싱(37)의 내주면에는, 복수의 정익(38)이 고정되어 있다. 터빈 케이싱(37)의 내주면과 로터축(34)의 외주면의 사이는 연소기(21)로부터의 연소 가스가 통과하는 연소 가스 유로를 이룬다.
터빈 로터(33)와 압축기 로터(13)는 서로 연결되어, 동일한 축선(Ar)을 중심으로 하여 일체 회전한다. 터빈 로터(33)와 압축기 로터(13)는 가스 터빈 로터(3)를 이룬다. 이러한 가스 터빈 로터(3)에는, 전술한 발전기(41)의 로터가 접속되어 있다. 터빈 케이싱(37)과 압축기 케이싱(17)은 서로 연결되어, 가스 터빈 케이싱(7)을 이루고 있다. 연소기(21)는 가스 터빈 케이싱(7)에 고정되어 있다.
배열 회수 설비(100)는 배열 회수 보일러(110)와, 증기 터빈(121a, 121c)과, 발전기(122a, 122c)와, 복수기(123)와, 급수 펌프(124)와, 흡기 냉각 장치(150)를 구비하고 있다. 배열 회수 보일러(110)는 터빈(31)을 구동시킨 연소 가스, 즉 가스 터빈(10)으로부터 배기된 배기 가스(EG)의 열로 증기를 발생시킨다. 증기 터빈(121a, 121c)은 배열 회수 보일러(110)에서 발생한 증기로 구동한다. 발전기(122a, 122c)는 증기 터빈(121a, 121c)의 구동으로 발전한다. 복수기(123)는 증기 터빈(121a)을 구동시킨 증기를 물로 되돌린다. 급수 펌프(124)는 복수기(123) 중의 물을 배열 회수 보일러(110)로 되돌린다. 흡기 냉각 장치(150)는 압축기(11)가 흡입하는 공기(A)를 냉각한다.
배열 회수 설비(100)는, 증기 터빈(121a, 121c)으로서, 저압 증기 터빈(121a), 고압 증기 터빈(121c)을 갖고 있다. 저압 증기 터빈(121a), 고압 증기 터빈(121c)에는, 각각 발전기(122a, 122c)가 접속되어 있다. 또한, 여기에서는, 각 증기 터빈(121a, 121c)에 발전기(122a, 122c)를 접속시키고 있지만, 저압 증기 터빈(121a), 고압 증기 터빈(121c)의 로터를 서로 접속하고, 합계 2기의 증기 터빈에 대하여 1기의 발전기를 접속하여도 좋다.
배열 회수 보일러(110)는, 보일러 외측 프레임(119)과, 저압 증기(LS)를 발생시키는 저압 증기 발생부(111a)와, 고압 증기(HS)를 발생시키는 고압 증기 발생부(111c)를 갖고 있다. 저압 증기 발생부(111a) 및 고압 증기 발생부(111c)는 모두, 적어도 일부가 보일러 외측 프레임(119) 내에 설정되어 있다.
보일러 외측 프레임(119)은 터빈 케이싱(37)의 배기구 및 연돌(60)에 접속되어 있다. 이 때문에, 보일러 외측 프레임(119) 내에는, 터빈 로터(33)를 회전시킨 연소 가스가 배기 가스(EG)로서 가스 터빈(10)으로부터 유입된다. 이 배기 가스(EG)는, 보일러 외측 프레임(119) 내를 통과하여, 보일러 외측 프레임(119)의 배기구(119e)로부터 연돌(60)을 거쳐서 대기로 방출된다. 본 실시형태에서는, 보일러 외측 프레임(119)의 배기구측을 배기 가스(EG)의 흐름의 하류측으로 하고, 그 반대측을 상류측으로 한다.
저압 증기 발생부(111a)는 고압 증기 발생부(111c)보다 하류측에 배치되어 있다. 이 저압 증기 발생부(111a)는, 물을 가열하는 저압 절탄기(112a)와, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물을 증기로 하는 저압 증발기(최하류 증발기)(113a)와, 저압 증발기(113a)에서 발생한 증기를 과열(過熱)하여 저압 증기(LS)를 생성하는 저압 과열기(114a)를 갖고 있다. 저압 과열기(114a) 및 저압 절탄기(112a)는 모두, 보일러 외측 프레임(119) 내에 설치되어 있다. 저압 증발기(113a)의 일부인 증발 드럼은 보일러 외측 프레임(119) 외부에 설치되어 있다. 한편, 저압 증발기(113a)의 다른 일부인 전열관은 보일러 외측 프레임(119) 내에 설치되어 있다. 저압 증기 발생부(111a)를 구성하는 각 요소는 하류측을 향하여 저압 과열기(114a), 저압 증발기(113a), 저압 절탄기(112a)의 순서로 나열되어 있다.
고압 증기 발생부(111c)는, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물을 승압하는 고압 펌프(116c)와, 이 고압 펌프(116c)에서 승압된 물을 가열하는 고압 절탄기(112c)와, 고압 절탄기(112c)에서 가열된 물을 증기로 하는 고압 증발기(113c)와, 고압 증발기(113c)에서 발생한 증기를 과열하여 고압 증기(HS)를 생성하는 고압 과열기(114c)를 갖고 있다. 고압 과열기(114c), 고압 절탄기(112c)는 모두, 보일러 외측 프레임(119) 내에 설치되어 있다. 고압 증발기(113c)의 일부인 증발 드럼은 보일러 외측 프레임(119) 외부에 설치되어 있다. 한편, 고압 증발기(113c)의 다른 일부인 전열관은 보일러 외측 프레임(119) 내에 설치되어 있다. 또한, 고압 펌프(116c)는 보일러 외측 프레임(119) 외부에 설치되어 있다. 고압 증기 발생부(111c)를 구성하는 각 요소는 하류측을 향하여 고압 과열기(114c), 고압 증발기(113c), 고압 절탄기(112c)의 순서로 나열되어 있다. 저압 절탄기(112a)에는, 여기서 가열된 물을 저압 증발기(113a)로 인도하는 저압수 라인(117)이 접속되어 있다. 이 저압수 라인(117)은 도중에서 분기되어 있다. 이러한 분기되어 있는 라인은 저압수 분기 라인(117c)으로서 고압 절탄기(112c)에 접속되어 있다. 이 저압수 분기 라인(117c)에는, 고압 펌프(116c)가 마련되어 있다.
복수기(123)와 배열 회수 보일러(110)의 저압 절탄기(112a)는 급수 라인(131)으로 접속되어 있다. 이 급수 라인(131)에는, 전술한 급수 펌프(124)가 마련되어 있다. 저압 과열기(114a)와 저압 증기 터빈(121a)의 증기 입구는 저압 과열기(114a)로부터의 저압 증기(LS)를 저압 증기 터빈(121a)으로 이송하는 저압 증기 라인(132)으로 접속되어 있다. 저압 증기 터빈(121a)의 증기 출구와 복수기(123)는 저압 증기 터빈(121a)을 구동시킨 저압 증기(LS)가 복수기(123)에 공급되도록 서로 접속되어 있다. 고압 과열기(114c)와 고압 증기 터빈(121c)의 증기 입구는 고압 과열기(114c)로부터의 고압 증기(HS)를 고압 증기 터빈(121c)으로 이송하는 고압 증기 라인(138)으로 접속되어 있다. 고압 증기 터빈(121c)의 증기 출구에는, 고압 증기 회수 라인(139)이 접속되어 있다. 이 고압 증기 회수 라인(139)은 저압 증기 라인(132)에 합류되어 있다.
흡기 냉각 장치(150)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 전술한 급수 라인(131)과, 히트 펌프 장치(151)를 구비하고 있다. 히트 펌프 장치(151)는 압축기(11)가 흡입하는 공기(A)의 열을 급수 라인(131)을 흐르는 물로 이동시켜, 공기(A)를 냉각하는 한편 물을 가열한다.
히트 펌프 장치(151)는, 히트 펌프의 일종인 냉동기(160)와, 냉동기(160)에서 냉각된 흡기 냉각 매체(SM)로 압축기(11)가 흡입하는 공기를 냉각하는 흡기 냉각기(152)와, 흡기 냉각기(152)와 냉동기(160)를 접속하는 흡기 냉각 매체 라인(153)과, 흡기 냉각 매체 라인(153) 내에서 흡기 냉각 매체(SM)를 순환시키는 순환 펌프(154)를 구비하고 있다.
본 실시형태의 냉동기(160)는 흡수 냉동기이다. 본 실시형태의 냉동기(160)는, 매체(M)를 포함하는 흡수액(A)으로부터 매체(M)를 증발시키는 재생기(161)와, 재생기(161)로부터의 기체의 매체(M)를 응축시키는 응축기(163)와, 응축기(163)로부터의 액체의 매체(M)를 증발시키는 증발기(165)와, 증발기(165)로부터의 기체의 매체(M)를 흡수액(A)에 흡수시키는 흡수기(167)를 갖는다.
재생기(161)에서는, 외부로부터의 열로 매체(M)를 포함하는 흡수액(A)을 가열하여, 흡수액(A)으로부터 매체(M)를 증발시킨다. 그 결과, 흡수액(A) 중의 매체(M)의 양이 줄어든다. 즉, 매체(M)로 묽어져 있던 흡수액(A)이 이 재생기(161)에서 진한 흡수액(A)으로 재생된다. 흡수액(A)의 가열에는, 예를 들어 가스 터빈의 연료를 연소시켜 얻어진 열이나, 외부로부터 공급된 고온수나 고온 증기 등의 열원 매체로부터의 열 등이 이용된다.
응축기(163)에는, 급수 라인(131)이 접속되어 있다. 이 응축기(163)에서는, 재생기(161)로부터의 기체의 매체(M)와 급수 라인(131)으로부터의 물을 열교환시켜, 매체(M)를 냉각하여 응축시키는 한편, 급수 라인(131)으로부터의 물을 가열한다. 응축기(163)에서 가열된 물은 다시 급수 라인(131)을 거쳐서 배열 회수 보일러(110)의 저압 절탄기(112a)로 이송된다.
증발기(165)에는, 흡기 냉각 매체 라인(153)이 접속되어 있다. 이 증발기(165)에서는, 응축기(163)로부터 액체의 매체(M)와 흡기 냉각 매체 라인(153)으로부터의 흡기 냉각 매체(SM)를 열교환시켜, 액체의 매체(M)를 가열하고 증발시키는 한편, 흡기 냉각 매체 라인(153)으로부터의 흡기 냉각 매체(SM)를 냉각한다. 증발기(165)에서 냉각된 흡기 냉각 매체(SM)는 다시 흡기 냉각 매체 라인(153)을 거쳐서 흡기 냉각기(152)로 이송된다.
흡수기(167)에는, 급수 라인(131)이 접속되어 있다. 흡수기(167)에는, 재생기(161)에서 재생된 흡수액(A)이 유입된다. 또한, 이 흡수기(167)에는, 증발기(165)로부터의 기체의 매체(M)도 유입된다. 흡수기(167)에서는, 재생된 흡수액(A)에 기체의 매체(M)가 흡수된다. 그 결과, 증발기(165) 내의 압력이 저하되어, 증발기(165)에서의 액체의 매체(M)의 증발이 촉진된다. 또한, 흡수기(167)에서는, 흡수액(A)이 매체(M)에 의해 묽어진다. 이 묽어진 흡수액(A)은 재생기(161)로 이송되어, 전술한 바와 같이 재생된다. 이 흡수기(167) 내에서는, 흡수액(A)이 매체(M)에 의해 묽어질 때에 희석열이 발생한다. 이 희석열은 흡수기(167) 내를 통과하고 있는 급수 라인(131) 내의 물로 회수된다.
흡기 냉각기(152)는 가스 터빈(10)의 흡기 덕트(9)에 마련되어 있다. 흡기 냉각기(152)에서는, 흡기 덕트(9)를 통과하는 공기(A)와 흡기 냉각기(152) 내의 흡기 냉각 매체(SM)를 열교환시켜, 흡기 덕트(9)를 통과하는 공기(A)를 냉각하는 한편, 흡기 냉각 매체(SM)를 가열한다. 가열된 흡기 냉각 매체(SM)는 흡기 냉각 매체 라인(153)을 거쳐서 증발기(165)로 이송된다.
본 실시형태의 흡수 냉동기(160)에서 이용되는 흡수액(A)으로서는, 예를 들어 취화 리튬이나 암모니아 등이다. 또한, 이 흡수 냉동기(160)에서 이용되는 매체(M)로서는, 물 등이 있다. 또한, 흡기 냉각 매체(SM)로서는, 예를 들어 물 등이 있다. 이들 흡수액(A), 매체(M), 흡기 냉각 매체(SM)는 이상의 것에 한정되지 않고, 온도 조건 등에 의해 적절히 변경 가능하다.
다음에, 본 실시형태의 가스 터빈 플랜트의 동작에 대하여 설명한다.
가스 터빈(10)의 압축기(11)는 공기(A)를 압축하고, 압축한 공기(A)를 연소기(21)에 공급한다. 연소기(21)에는, 압축된 공기(A) 외에, 연료(F)도 공급된다. 연소기(21) 내에서는, 압축된 공기(A) 중에서 연료(F)가 연소되어, 고온 고압의 연소 가스가 생성된다. 이 연소 가스는 연소기(21)로부터 터빈(31) 내의 연소 가스 유로로 이송되고, 터빈 로터(33)를 회전시킨다. 이 터빈 로터(33)의 회전으로, 가스 터빈(10)에 접속되어 있는 발전기(41)는 발전한다.
터빈 로터(33)를 회전시킨 연소 가스는 배기 가스(EG)로서 가스 터빈(10)으로부터 배기되고, 배열 회수 보일러(110)를 거쳐서 연돌(60)로부터 대기로 방출된다. 배열 회수 보일러(110)는, 가스 터빈(10)으로부터의 배기 가스(EG)가 배열 회수 보일러(110)를 통과하는 과정에서, 이 배기 가스(EG)에 포함되어 있는 열을 회수한다.
배열 회수 보일러(110) 중에서, 가장 하류측의 저압 절탄기(112a)에는, 급수 라인(131)으로부터 물이 공급된다(급수 공정). 저압 절탄기(112a)에서는, 배기 가스(EG)와 내부를 흐르는 물을 열교환시켜, 물을 가열하는 한편 배기 가스(EG)를 냉각한다. 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물의 일부는 저압 증발기(113a)에서 더욱 가열되어 증기가 된다. 이 증기는, 저압 과열기(114a)에서 더욱 과열되어 저압 증기(LS)로서 저압 증기 라인(132)을 거쳐서 저압 증기 터빈(121a)에 공급된다. 저압 증기 터빈(121a)을 구동시킨 증기는 복수기(123)에서 물로 되돌아온다. 복수기(123) 중의 물은 급수 펌프(124)에서 승압되고, 급수 라인(131) 및 냉동기(160)를 거쳐서 배열 회수 보일러(110)의 저압 절탄기(112a)로 되돌아온다.
저압 절탄기(112a)에서 가열된 물의 다른 일부는 고압 펌프(116c)에서 승압된다. 고압 펌프(116c)에서 승압된 물은 저압수 분기 라인(117c)을 거쳐서 고압 절탄기(112c)로 이송된다.
고압 절탄기(112c)는 고압 펌프(116c)로부터 이송되어 온 물을 배기 가스(EG)와 열교환시켜 가열한다. 고압 절탄기(112c)에서 가열된 물은 고압 증발기(113c)에서 더욱 가열되어 증기가 된다. 이 증기는 고압 과열기(114c)에서 더욱 과열되어 고압 증기(HS)가 된다. 이 고압 증기(HS)는 고압 증기 라인(138)을 거쳐서 고압 증기 터빈(121c)에 공급되고, 고압 증기 터빈(121c)을 구동한다. 고압 증기 터빈(121c)을 구동시킨 증기는 고압 증기 회수 라인(139) 및 저압 증기 라인(132)을 거쳐서 저압 증기 터빈(121a)에 공급되고, 저압 증기 터빈(121a)을 구동한다. 저압 증기 터빈(121a)을 구동시킨 증기는, 전술한 바와 같이, 복수기(123)에서 물로 되돌아온다.
가스 터빈(10)에서는, 터빈(31)의 연소 가스 유로를 흐르는 가스의 질량 유량이 많을수록, 가스 터빈 출력이 향상된다. 반대로, 여름철 등, 외기가 높은 시기에서는, 압축기(11)가 흡입하는 공기(A)의 질량 유량이 적어지고, 결과적으로 가스 터빈 출력이 저하된다. 그래서, 본 실시형태에서는, 흡기 덕트(9)에 흡기 냉각기(152)를 마련하고, 이 흡기 냉각기(152)에서 압축기(11)가 흡입하는 공기(A)를 냉각한다. 구체적으로, 본 실시형태에서는, 흡기 덕트(9)에 유입된 공기(A)의 온도가 30~35℃인 경우, 예를 들면, 흡기 냉각기(152)에서 이 공기(A)의 온도를 12~17℃ 정도까지 저하시킨다.
흡기 냉각기(152)에서는, 흡기 덕트(9)를 통과하는 공기(A)와 흡기 냉각기(152) 내의 흡기 냉각 매체(SM)와 열교환시켜, 흡기 덕트(9)를 통과하는 공기(A)를 냉각하는 한편, 흡기 냉각 매체(SM)를 가열한다. 가열된 흡기 냉각 매체(SM)는 흡기 냉각 매체 라인(153)을 거쳐서 냉동기(160)의 증발기(165)로 이송된다.
냉동기(160)의 응축기(163)에서는, 전술한 바와 같이, 재생기(161)로부터의 기체의 매체(M)와 급수 라인(131)으로부터의 물을 열교환시켜, 매체(M)를 냉각하여 응축시키는 한편, 급수 라인(131)으로부터의 물을 가열한다. 응축기(163)에서 가열된 물은 다시 급수 라인(131)을 거쳐서 배열 회수 보일러(110)의 저압 절탄기(112a)로 이송된다. 따라서, 이 응축기(163)에 의해, 배열 회수 보일러(110)로 이송되는 물이 예열된다. 구체적으로, 본 실시형태에서는, 복수기(123)로부터의 물의 온도가 30~35℃인 경우, 예를 들어 응축기(163)에서 이 물의 온도를 36~40℃ 정도까지 높인다. 급수 라인(131)으로부터의 물과의 열교환으로 열을 빼앗겨 응축된 매체(M)는 냉동기(160)의 증발기(165) 내로 유입된다.
냉동기(160)의 증발기(165)에서는, 전술한 바와 같이, 응축기(163)로부터 액체의 매체(M)와 흡기 냉각 매체 라인(153)으로부터의 흡기 냉각 매체(SM)를 열교환시켜, 액체의 매체(M)를 가열하여 증발시키는 한편, 흡기 냉각 매체 라인(153)으로부터의 흡기 냉각 매체(SM)를 냉각한다. 증발기(165)에서 냉각된 흡기 냉각 매체(SM)는 다시 흡기 냉각 매체 라인(153)을 거쳐서 흡기 냉각기(152)로 이송된다. 흡기 냉각 매체(SM)와의 열교환으로 열을 흡수하여 증발된 매체(M)는 냉동기(160)의 흡수기(167) 내로 유입되어, 흡수액(A)에 흡수된다. 흡수액(A)이 매체(M)에 흡수될 때에 발생한 희석열은 흡수기(167) 내를 통과하고 있는 급수 라인(131) 내의 물로 회수된다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 증발기(165)에서 흡기 냉각 매체(SM)의 열을 매체(M)로 이동시켜 흡기 냉각 매체(SM)를 냉각하고, 응축기(163)에서 매체(M)의 열을 급수 라인(131)으로부터의 물로 이동시켜 이 물을 가열한다(히트 펌프 사이클 실행 공정). 즉, 본 실시형태에서는, 매체(M)를 거쳐서, 급수 라인(131)으로부터의 물과 흡기 냉각 매체(SM)의 사이에서 열 이동이 실행된다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 냉동기(160)의 매체(M) 및 흡기 냉각 매체(SM)를 거쳐서, 급수 라인(131)으로부터의 물과 흡기 덕트(9)를 통과하는 공기(A)의 사이에서 열 이동이 실행된다.
따라서, 본 실시형태에서는, 가스 터빈(10)이 흡입하는 공기(A)를 냉각하면서, 이 공기(A)의 냉각으로 얻은 열을 이용하여, 배열 회수 보일러(110)로 이송되는 물을 예열할 수 있다.
「제 1 실시형태의 제 1 변형예」
도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 제 1 실시형태의 제 1 변형예에 대하여 설명한다.
상기 제 1 실시형태에 있어서의 흡수 냉동기(160)의 재생기(161)에서는, 가스 터빈(10)의 연료를 연소시켜 얻어진 열이나, 외부로부터 공급된 고온수나 고온 증기 등의 열원 매체로부터의 열 등을 이용하여 흡수액(A)을 가열한다. 본 변형예는 가스 터빈(10)으로부터의 배열을 이용하여 흡수액(A)을 가열한다.
본 변형예의 배열 회수 설비(100a)에 있어서의 배열 회수 보일러(110a)는 보일러 외측 프레임(119) 내에 있어서 저압 절탄기(112a)의 하류측에 배치된 저온 열교환기(배열 회수 열교환기)(115a)를 갖는다. 이 저온 열교환기(115a)는 저압 절탄기(112a)를 통과한 배기 가스(EG)와 흡수액 가열 매체를 열교환시킨다. 또한, 본 변형예의 흡수 냉동기(160a)에 있어서의 재생기(161a)는 흡수액 가열 매체와 흡수액(A)을 열교환시키는 흡수액 가열기(162)를 갖는다. 흡수액 가열기(162)와 저온 열교환기(115a)는 흡수액 가열 매체 라인(171)으로 접속되어 있다. 이 흡수액 가열 매체 라인(171)에는, 이러한 라인(171) 내에서 흡수액 가열 매체를 순환시키는 펌프(172)가 마련되어 있다.
본 변형예에서는, 저온 열교환기(115a)에서 배기 가스(EG)와 흡수액 가열 매체와의 열교환으로, 흡수액 가열 매체가 가열된다(배열 회수 공정). 이 흡수액 가열 매체는 흡수액 가열 매체 라인(171)을 거쳐서 재생기(161a)의 흡수액 가열기(162)로 이송된다. 흡수액 가열기(162)에서는, 재생기(161a) 내의 흡수액(A)과 흡수액 가열 매체를 열교환시켜, 재생기(161a) 내의 흡수액(A)을 가열하는 한편 흡수액 가열 매체를 냉각한다. 재생기(161a) 내에서 흡수액(A)이 가열되어, 흡수액(A)의 온도가 높아지면, 이 흡수액(A)에 포함되어 있던 매체(M)가 증발된다. 그 결과, 매체(M)로 묽어져 있던 흡수액(A)이 이 재생기(161a)에서 진한 흡수액(A)으로 재생된다(재생 공정). 한편, 냉각된 흡수액 가열 매체는, 흡수액 가열 매체 라인(171)을 거쳐서 저온 열교환기(115a)로 이송된다. 저온 열교환기(115a)에서는, 전술한 바와 같이, 흡수액 가열 매체가 가열된다.
이상과 같이, 본 변형예에서는, 저압 절탄기(112a)를 통과한 배기 가스(EG)의 열로 재생기(161a) 내의 흡수액(A)을 가열한다. 따라서, 본 변형에서는, 재생기(161a) 내의 흡수액(A)의 가열에서의 연료나 열원 매체의 소비를 억제할 수 있다.
또한, 본 변형예에 있어서, 흡수액 가열기(162)에 의한 흡수액(A)의 가열이 불충분한 경우에는, 보조적으로 연료나 열원 매체에 의한 가열을 실행하여도 좋다.
「제 1 실시형태의 제 2 변형예」
도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 제 1 실시형태의 제 2 변형예에 대하여 설명한다.
본 변형예도, 상기 제 1 변형예와 마찬가지로, 가스 터빈(10)으로부터의 배열을 이용하여, 흡수 냉동기(160a)에 있어서의 재생기(161a) 내의 흡수액(A)을 가열한다.
본 변형예의 가스 터빈 플랜트는, 가스 터빈(10)의 압축기(11)로부터 추기된 공기로 가스 터빈(10) 중에서 연소 가스에 접하는 고온 부품을 냉각하는 부품 냉각 장치(175)를 구비하고 있다. 부품 냉각 장치(175)는, 가스 터빈(10)의 압축기(11)로부터 추기된 공기(A)와 흡수액 가열 매체를 열교환시키는 압축 공기 냉각기(176)와, 압축기(11)로부터 추기된 공기(A)를 압축 공기 냉각기(176)로 인도하는 추기 라인(177)과, 압축 공기 냉각기(176)에서 냉각된 공기(A)를 가스 터빈(10)의 고온 부품으로 인도하는 냉각 공기 라인(178)을 갖는다. 또한, 본 변형예의 재생기(161a)도, 제 1 변형예의 재생기(161a)와 마찬가지로, 흡수액 가열 매체와 흡수액(A)을 열교환시키는 흡수액 가열기(162)를 갖는다. 흡수액 가열기(162)와 압축 공기 냉각기(176)는 흡수액 가열 매체 라인(171a)과 접속되어 있다. 이 흡수액 가열 매체 라인(171a)에는, 흡수액 가열 매체를 승압하는 펌프(172a)가 마련되어 있다.
본 변형예의 배열 회수 설비(100b)는 이상에서 설명한 부품 냉각 장치(175)를 포함한다.
본 변형예에서는, 압축기(11)로부터 추기된 공기(A)와 흡수액 가열 매체가 압축 공기 냉각기(176)에서 열교환시킨다. 이 열교환으로, 공기(A)가 냉각되는 한편, 흡수액 가열 매체가 가열된다(배열 회수 공정). 냉각된 공기는 냉각 공기 라인(178)을 거쳐서 가스 터빈(10)의 고온 부품으로 이송된다. 고온 부품으로서는, 예를 들어 터빈(31)의 정익(38)이나 동익(35) 등이 있다. 압축 공기 냉각기(176)에서 가열된 흡수액 가열 매체는, 흡수액 가열 매체 라인(171a)을 거쳐서 재생기(161a)의 흡수액 가열기(162)로 이송된다. 흡수액 가열기(162)에서는, 재생기(161a) 내의 흡수액(A)과 흡수액 가열 매체를 열교환시켜, 재생기(161a) 내의 흡수액(A)을 가열하고, 이 흡수액(A)을 전술한 바와 같이 재생하는 한편, 흡수액 가열 매체를 냉각한다(재생 공정). 냉각된 흡수액 가열 매체는 흡수액 가열 매체 라인(171a)을 거쳐서 압축 공기 냉각기(176)로 이송된다. 압축 공기 냉각기(176)에서는, 전술한 바와 같이, 흡수액 가열 매체가 가열된다.
이상과 같이, 본 변형예에서는, 압축기(11)로부터 추기된 공기의 열로 재생기(161a) 내의 흡수액(A)을 가열한다. 따라서, 본 변형에서도, 재생기(161a) 내의 흡수액(A)의 가열에서의 연료나 열원 매체의 소비를 억제할 수 있다. 또한, 본 변형예에 있어서도, 흡수액 가열기(162)에 의한 흡수액(A)의 가열이 불충분한 경우에는, 보조적으로 연료나 가스 터빈의 연료를 연소시켜 얻어진 열이나, 외부로부터 공급된 고온수나 고온 증기 등의 열원 매체에 의한 가열을 실행하여도 좋다.
「제 1 실시형태의 제 3 변형예」
도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 제 1 실시형태의 제 3 변형예에 대하여 설명한다.
상기 실시형태의 냉동기는 흡수 냉동기(160)이다. 그러나 냉동기는 흡수 냉동기(160)에 한정되지 않고, 예를 들어 압축 냉동기라도 좋다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 압축 냉동기(160p)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 매체(M)를 증발시키는 증발기(165p)와, 증발기(165)에서 기화된 매체(M)를 압축하는 압축기(168p)와, 압축기(168p)로부터의 기체의 매체(M)를 응축시키는 응축기(163p)와, 응축기(163p)에서 응축된 매체(M)를 감압하는 감압기(169p)를 갖는다. 또한, 압축 냉동기(160p) 중, 압축기(168p)로서 원심 압축기를 이용하는 것을 터보 냉동기라 부르는 경우가 있다. 본 변형예의 압축 냉동기(160p)에서는, 압축기(168p)로서, 원심 압축기 외에, 왕복 압축기나 로터리 압축기 등, 어느 타입의 압축기를 이용하여도 좋다.
압축 냉동기(160p)의 증발기(165p)에는, 흡기 냉각 매체 라인(153)이 접속되어 있다. 이 증발기(165p)에서는, 액체의 매체(M)와 흡기 냉각 매체 라인(153)으로부터의 흡기 냉각 매체(SM)를 열교환시켜, 액체의 매체(M)를 가열하여 증발시키는 한편, 흡기 냉각 매체 라인(153)으로부터의 흡기 냉각 매체(SM)를 냉각한다. 증발기(165p)에서 냉각된 흡기 냉각 매체(SM)는 다시 흡기 냉각 매체 라인(153)을 거쳐서 흡기 냉각기(152)로 이송된다.
기체의 매체(M)는 압축기(168p)에서 압축된 후, 응축기(163p)로 이송된다.
응축기(163p)에는, 급수 라인(131)이 접속되어 있다. 이 응축기(163p)에서는, 압축기(168p)에서 압축된 기체의 매체(M)와 급수 라인(131)으로부터의 물을 열교환시켜, 기체의 매체(M)를 냉각하여 응축시키는 한편, 급수 라인(131)으로부터의 물을 가열한다. 응축기(163p)에서 가열된 물은 다시 급수 라인(131)을 거쳐서 배열 회수 보일러(110)의 저압 절탄기(112a)로 이송된다.
감압기(169p)에서는, 응축기(163p)에서 응축된 매체(M)를 감압한다. 감압된 액체의 매체(M)는, 증발기(165p)로 유입되고, 여기서 전술한 바와 같이, 흡기 냉각 매체 라인(153)으로부터의 흡기 냉각 매체(SM)와 열교환된다.
이상과 같이, 상기 실시형태의 냉동기는, 흡수 냉동기(160)가 아니라도 좋고, 본 변형예와 같이 압축 냉동기(160p)라도 좋으며, 또한 다른 타입의 냉동기, 예를 들어 흡착 냉동기 등이어도 좋다.
「가스 터빈 플랜트의 제 2 실시형태」
도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 가스 터빈 플랜트의 제 2 실시형태에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 플랜트는 히트 펌프 장치가 상기 제 1 실시형태와 상이하며, 다른 구성은 상기 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
본 실시형태의 히트 펌프 장치(151c)는, 히트 펌프의 일종인 냉동기(160)와, 중간 열교환기(155c)와, 중간 매체 라인(156c)과, 순환 펌프(157c)와, 흡기 냉각기(152)와, 흡기 냉각 매체 라인(153c)과, 순환 펌프(154c)를 구비하고 있다. 중간 열교환기(155c)는 냉동기(160)에서 냉각된 중간 매체와 흡기 냉각 매체(SM)를 열교환시킨다. 중간 매체 라인(156c)은 냉동기(160)의 증발기(165)와 중간 열교환기(155c)를 접속한다. 순환 펌프(157c)는 중간 매체 라인(156c) 내에서 중간 매체를 순환시킨다. 흡기 냉각기(152)는 중간 매체로 압축기(11)가 흡입하는 공기(A)를 냉각한다. 흡기 냉각 매체 라인(153c)은 흡기 냉각기(152)와 중간 열교환기(155c)를 접속한다. 순환 펌프(154c)는 흡기 냉각 매체 라인(153c) 내에서 흡기 냉각 매체(SM)를 순환시킨다.
본 실시형태에서도, 흡기 덕트(9)에 마련되어 있는 흡기 냉각기(152)에서, 압축기(11)가 흡입하는 공기(A)와 흡기 냉각 매체(SM)를 열교환시켜, 공기(A)가 냉각되는 한편, 흡기 냉각 매체(SM)가 가열된다. 가열된 흡기 냉각 매체(SM)는 중간 열교환기(155c)에서 중간 매체와 열교환되어 냉각된다. 중간 열교환기(155c)에서 냉각된 흡기 냉각 매체(SM)는 흡기 냉각기(152)로 이송된다. 한편, 흡기 냉각 매체(SM)와의 열교환으로 가열된 중간 매체는 냉동기(160)의 증발기(165)로 이송되고, 이 증발기(165)에서 냉각된다. 냉동기(160)의 증발기(165)에서 냉각된 중간 매체는 중간 열교환기(155c)로 되돌아오고, 여기서 흡기 냉각 매체(SM)를 냉각한다.
상기 제 1 실시형태에서는, 냉동기(160)에서 냉각된 흡기 냉각 매체(SM)로 압축기(11)가 흡입하는 공기(A)를 직접 냉각한다. 그러나, 본 실시형태와 같이, 냉동기(160)에서 냉각된 중간 매체를 거쳐서 흡기 냉각 매체(SM)를 냉각하고, 이 흡기 냉각 매체(SM)로 압축기(11)가 흡입하는 공기(A)를 냉각하여도 좋다.
「가스 터빈 플랜트의 제 3 실시형태」
도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 가스 터빈 플랜트의 제 3 실시형태에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 플랜트는 흡기 냉각 장치가 상기 제 1 실시형태와 상이하며, 다른 구성은 상기 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
본 실시형태의 흡기 냉각 장치(150d)는, 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로, 급수 라인(131)과, 히트 펌프 장치(151)를 구비하고 있다. 히트 펌프 장치(151)는 상기 제 1 실시형태의 히트 펌프 장치(151)와 동일하다. 본 실시형태의 흡기 냉각 장치(150d)는 또한 급수 라인(131)을 흐르는 물로부터 열을 빼앗는 급수 온도 조절기(181)를 구비하고 있다.
급수 온도 조절기(181)는 급수 라인(131)을 흐르는 물로부터 열을 빼앗아서, 이 물의 온도를 낮추는 것이면, 어떠한 것이어도 좋다. 따라서, 급수 온도 조절기(181)는, 예를 들어 물과 물 냉각 매체를 열교환시키는 열교환기라도 좋고, 쿨링 타워라도 좋고, 물의 열을 대기로 방출하는 라디에이터라도 좋다. 급수 온도 조절기(181)로서 열교환기를 이용하는 경우, 물 냉각 매체로서는, 하천수, 해수, 지하수 등을 이용하여도 좋다. 또한, 온도 조건을 만족하는 경우에는, 물 냉각 매체로서, 연소기에 공급하는 연료를 이용하여, 물과 연료의 열교환으로 이 연료를 예열하여도 좋다.
급수 라인(131)은, 복수기(123)로부터의 물을 히트 펌프 장치(151)의 냉동기(160)로 이송하는 예열전 급수 라인(131a)과, 냉동기(160)에서 예열된 물을 배열 회수 보일러(110)로 이송하는 예열완료 급수 라인(131b)을 갖는다. 예열전 급수 라인(131a)과 예열완료 급수 라인(131b)은 급수 바이패스 라인(131c)으로 접속되어 있다. 급수 펌프(124)는, 예열전 급수 라인(131a) 중에서, 급수 바이패스 라인(131c)과 접속 위치보다 복수기(123)측에 마련되어 있다.
예열전 급수 라인(131a) 중에서, 급수 바이패스 라인(131c)과의 접속 위치보다 냉동기(160)측에는, 예열전 급수 조절 밸브(182)가 마련되어 있다. 또한, 예열완료 급수 라인(131b) 중에서, 급수 바이패스 라인(131c)과의 접속 위치보다 냉동기(160)측에는, 예열완료 급수 조절 밸브(183)가 마련되어 있다. 예열완료 급수 라인(131b) 중에서, 배열 회수 보일러(110)측에는, 이곳을 흐르는 물의 온도를 검지하는 온도계(127)가 마련되어 있다. 급수 바이패스 라인(131c)에는, 급수 바이패스 조절 밸브(184)가 마련되어 있다.
예열완료 급수 라인(131b) 중에서 예열완료 급수 조절 밸브(183)보다 냉동기(160)측의 위치와 예열전 급수 라인(131a) 중에서 예열전 급수 조절 밸브(182)보다 냉동기(160)측의 위치는 급수 온도 조절 라인(185)이 접속되어 있다. 급수 온도 조절기(181)는 이 급수 온도 조절 라인(185) 중에 마련되어 있다. 또한, 이 급수 온도 조절 라인(185)에는, 온도 조절 밸브(186)와 복귀 펌프(187)가 마련되어 있다.
상기 제 1 실시형태에서는, 복수기(123)로부터의 물을 냉동기(160)에서 가열하는 것에 의해, 저압 절탄기(112a)로 이송하는 물을 예열할 수 있다. 그러나, 냉동기(160)에 있어서의 물의 가열량이 많은 경우, 저압 절탄기(112a)에 있어서, 예열된 물과 배기 가스(EG)의 열교환으로 물이 저압 증발기(113a)로 유입되기 전에, 비등하기 시작하는 것을 고려할 수 있다. 물이 저압 증발기(113a)에 유입되기 전에 비등하기 시작하면, 압손의 증대나 수격 현상의 발생 등의 문제점이 생긴다. 또한, 냉동기(160)의 배열을 전량 회수하면, 급수의 온도 상승량이 커져, 배열을 높은 온도로 급수 라인(131)의 물로 방출할 수 있는 고성능의 냉동기(160)가 필요할 뿐만 아니라, 냉동기(160)의 성적(成績) 계수가 낮아진다.
그래서, 본 실시형태에서는, 예열완료 급수 라인(131b) 중을 흐르는 물로부터 열을 빼앗아서, 이 물의 온도를 저하시키는 급수 온도 조절기(181)를 마련하고 있다.
본 실시형태에 있어서, 초기 상태에서는, 예열전 급수 조절 밸브(182) 및 예열완료 급수 조절 밸브(183)기 모두 개방 상태이다. 또한, 이 초기 상태에서는, 온도 조절 밸브(186) 및 급수 바이패스 조절 밸브(184)가 모두 폐쇄된 상태이다. 이러한 초기 상태에서는, 복수기(123)로부터의 물은 예열전 급수 라인(131a)을 거쳐서 냉동기(160)로 이송되고, 이 냉동기(160)에서 가열된다. 냉동기(160)에서 가열된 물은 예열완료 급수 라인(131b)을 거쳐서 배열 회수 보일러(110)의 저압 절탄기(112a)로 이송된다.
예열완료 급수 라인(131b)에 마련되어 있는 온도계(127)에서 검지된 온도가 사전설정되어 있는 온도 이상이 되면, 온도 조절 밸브(186)가 개방된다. 그 결과, 예열완료 급수 라인(131b)을 흐르고 있는 물의 일부가 급수 온도 조절기(181)로 유입된다. 여기서, 사전설정된 온도란, 예를 들어 저압 절탄기(112a) 내에서 물이 비등하는 포화 온도로부터 이 저압 절탄기(112a)에서의 물의 온도 상승분을 감산한 값보다 낮은 온도이다. 급수 온도 조절기(181)에서는, 이 물로부터 열을 빼앗아서, 이 물의 온도를 낮춘다(급수 온도 조절 공정). 온도가 낮아진 물은 급수 온도 조절 라인(185) 및 예열전 급수 라인(131a)을 거쳐서 냉동기(160)로 되돌아온다. 따라서, 본 실시형태에서는, 냉동기(160) 및 급수 온도 조절기(181)를 갖는 계에서, 복수기(123)로부터의 물에 가해지는 열량이 감소되어, 배열 회수 보일러(110)의 저압 절탄기(112a)로 이송되는 물의 온도를 낮출 수 있다. 그 결과, 저압 절탄기(112a) 내에서의 물의 비등을 억제할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 냉동기(160) 및 급수 온도 조절기(181) 사이에서 물의 일부가 순환되는 것에 의해, 냉동기(160)를 흐르는 물의 유량이 증대되어, 냉동기(160)에 있어서의 물의 온도 상승량을 작게 할 수 있어, 냉동기(160) 출구의 물의 온도를 저감할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 냉동기(160)는 낮은 온도의 물에 배열을 방출할 수 있으므로, 비교적 염가인 냉동기(160)를 이용하는 것이 가능한 동시에, 냉동기(160)의 성적 계수를 높일 수 있다.
이상과 같이, 예열완료 급수 라인(131b)을 흐르고 있는 물의 일부를 급수 온도 조절기(181)로 인도하여도, 예열완료 급수 라인(131b)에 마련되어 있는 온도계(127)에서 검지된 온도가 사전설정된 온도 미만이 되지 않는 경우를 고려할 수 있다. 이러한 경우, 본 실시형태에서는, 예열전 급수 조절 밸브(182) 또는 예열완료 급수 조절 밸브(183)를 조이는 한편, 급수 바이패스 조절 밸브(184)를 개방한다. 그 결과, 복수기(123)로부터의 물의 일부가 냉동기(160)를 거치지 않고, 급수 바이패스 라인(131c)을 거쳐서 저압 절탄기(112a)로 유입된다. 또한, 경우에 따라서는, 예열전 급수 조절 밸브(182) 또는 예열완료 급수 조절 밸브(183)를 완전히 폐쇄하는 한편, 급수 바이패스 조절 밸브(184)를 개방한다. 그 결과, 복수기(123)로부터의 물 전체가 냉동기(160)를 거치지 않고, 급수 바이패스 라인(131c)을 거쳐서 저압 절탄기(112a)로 유입된다. 따라서, 이상과 같이, 각 조절 밸브를 제어하는 것에 의해, 복수기(123)로부터의 물에 가해지는 열량을 보다 줄일 수 있어, 배열 회수 보일러(110)의 저압 절탄기(112a)로 이송할 수 있는 물의 온도를 낮출 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 급수 온도 조절기(181)에서 냉각된 물을 급수 라인(131)으로 되돌리는 급수 온도 조절 라인(185)을, 예열전 급수 라인(131a) 중에서, 급수 바이패스 라인(131c)과의 접속 위치보다 복수기(123)측에 접속하여도 좋다.
「가스 터빈 플랜트의 제 4 실시형태」
도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 가스 터빈 플랜트의 제 4 실시형태에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 플랜트는 흡기 냉각 장치가 상기 제 1 실시형태와 상이하며, 다른 구성은 상기 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
본 실시형태의 흡기 냉각 장치(150g)는, 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로, 급수 라인(131)과, 히트 펌프 장치(151)를 구비하고 있다. 히트 펌프 장치(151)는 상기 제 1 실시형태의 히트 펌프 장치(151)와 동일하다. 본 실시형태의 흡기 냉각 장치(150g)는 또한 예열완료 급수 라인(131b)을 흐르는 물인 예열수를 복수기(123)로 되돌리는 복수 복귀 라인(179)을 구비하고 있다. 예열완료 급수 라인(131b) 중에서, 배열 회수 보일러(110)측에는, 여기를 흐르는 예열수의 온도를 검지하는 온도계(127)가 마련되어 있다. 복수 복귀 라인(179)에는, 온도 조절 밸브(186)가 마련되어 있다.
예열완료 급수 라인(131b)에 마련되어 있는 온도계(127)에서 검지된 온도가 사전설정된 온도 이상이 되면, 온도 조절 밸브(186)가 개방된다. 그 결과, 예열완료 급수 라인(131b)을 흐르고 있는 예열수의 일부가 복수 복귀 라인(179)을 거쳐서 복수기(123)로 되돌아온다(복수 복귀 공정). 여기서, 사전설정된 온도란, 상기 제 3 실시형태에서 설명한 바와 같이, 예를 들어 저압 절탄기(112a) 내에서 물이 비등하는 포화 온도로부터 이 저압 절탄기(112a)에서의 물의 온도 상승분을 감산한 값보다 낮은 온도이다.
상기 제 3 실시형태에서는, 예열수의 온도를 낮추기 위해, 급수 온도 조절기(181) 등을 마련하고 있다. 본 실시형태에서는, 이러한 급수 온도 조절기(181)의 기능을 복수기(123)에 담당하게 하고 있다. 즉, 본 실시형태에서는, 예열수를 복수기(123)로 되돌리는 것에 의해, 이 예열수의 열을 복수기(123)에서 빼앗는다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 히트 펌프 장치(151)에서 가열되는 물의 유량이 증대하는 것에 의해, 히트 펌프 장치(151)에서 가열되는 물의 온도 상승이 억제된다. 따라서, 본 실시형태에서도, 상기 제 3 실시형태와 마찬가지로, 배열 회수 보일러(110)의 저압 절탄기(112a)로 이송하는 물의 온도를 낮출 수 있다. 그 결과, 저압 절탄기(112a) 내에서의 물의 비등을 억제할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 상기 제 3 실시형태와 같이, 급수 온도 조절기(181)나 복귀 펌프(187) 등을 마련할 필요가 없다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 상기 제 3 실시형태에 비하여, 구성의 간소화를 도모할 수 있는 동시에 설비 비용의 저감을 도모할 수 있다.
「가스 터빈 플랜트의 제 5 실시형태」
도 9를 참조하여, 본 발명에 따른 가스 터빈 플랜트의 제 5 실시형태에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 플랜트는 상기 제 3 실시형태에 있어서의 흡기 냉각 장치(150d)에 히트 펌프 장치(151s)를 추가한 것으로, 다른 구성은 상기 제 3 실시형태와 마찬가지이다.
본 실시형태의 배열 회수 설비(100e)에 있어서의 흡기 냉각 장치(150e)는, 상기 제 3 실시형태와 마찬가지로, 급수 라인(131)과, 압축기(11)가 흡입하는 공기(A)를 냉각하는 히트 펌프 장치(151)와, 급수 라인(131)을 흐르는 물로부터 열을 빼앗는 급수 온도 조절기(181)를 구비하고 있다. 본 실시형태의 흡기 냉각 장치(150e)는 또한 압축기(11)가 흡입하는 공기(A)의 냉각으로 가열된 물을 더욱 가열하는 히트 펌프 장치(151s)를 구비하고 있다. 여기서, 이하의 설명의 관계상, 압축기(11)가 흡입하는 공기를 냉각하는 히트 펌프 장치(151)를 제 1 히트 펌프 장치(151)로 하고, 제 1 히트 펌프 장치(151)에서 가열된 물을 더욱 가열하는 히트 펌프 장치(151s)를 제 2 히트 펌프 장치(151s)로 한다.
제 2 히트 펌프 장치(151s)는 급수 순환 라인(188)과, 냉동기(160s)를 구비하고 있다. 되돌리는 급수 순환 라인(188)은 예열완료 급수 라인(131b)으로부터 분기되고, 이 예열완료 급수 라인(131b)을 흐르는 물의 일부를 예열전 급수 라인(131a)으로 되돌린다. 냉동기(160s)는 급수 순환 라인(188)을 흐르는 물의 열을 예열완료 급수 라인(131b)을 흐르는 물로 이동시켜, 이 물을 가열한다. 여기서, 제 1 히트 펌프 장치(151)의 냉동기(160)를 제 1 냉동기(160)로 하고, 이 제 2 히트 펌프 장치(151s)의 냉동기(160s)를 제 2 냉동기(160s)로 한다.
이러한 제 2 냉동기(160s)는, 제 1 냉동기(160)와 마찬가지로, 히트 펌프의 일종이며, 흡수 냉동기라도, 압축 냉동기라도, 흡착 냉동기 등이라도 좋다. 이들 냉동기는 모두, 액체의 매체(M)를 증발시키는 증발기와, 증발기에서 증발된 매체(M)를 응축시키는 응축기를 갖는다. 따라서, 본 실시형태의 제 2 냉동기(160s)도, 증발기(165)와 응축기(163)를 갖는다.
제 2 냉동기(160s)의 응축기(163)에는, 예열완료 급수 라인(131b) 중에서, 급수 순환 라인(188)의 분기 위치보다 배열 회수 보일러(110)측의 부분이 접속되어 있다. 이 때문에, 제 1 냉동기(160)의 응축기(163)에서 가열된 물의 일부는 제 2 냉동기(160s)의 응축기(163)에서 더욱 가열되고, 예열완료 급수 라인(131b)을 거쳐서 배열 회수 보일러(110)로 이송된다. 또한, 제 2 냉동기(160s)의 응축기(163)에서는, 물과의 열교환으로 냉각된 매체(M)가 응축된다.
제 2 냉동기(160s)의 증발기(165)에는, 급수 순환 라인(188)이 접속되어 있다. 이 때문에, 제 1 냉동기(160)의 응축기(163)에서 가열된 물의 나머지의 일부는 제 2 냉동기(160s)의 증발기(165)에서 냉각되고 나서, 급수 순환 라인(188)을 거쳐서 제 1 냉동기(160)의 응축기(163)로 되돌아온다. 또한, 제 2 냉동기(160s)의 증발기(165)에서는, 물과의 열교환으로 가열된 매체(M)가 증발된다.
이상과 같이, 제 2 냉동기(160s)에서는, 이 제 2 냉동기(160s)의 증발기(165)에서 급수 순환 라인(188)을 흐르는 물의 열을 매체(M)로 이동시켜 이 물을 냉각하고, 이 제 2 냉동기(160s)의 응축기(163)에서 매체(M)의 열을 예열완료 급수 라인(131b)으로부터의 물로 이동시켜 이 물을 가열한다(제 2 히트 펌프 사이클 공정). 즉, 제 2 냉동기(160s)에서는, 매체(M)를 거쳐서, 급수 순환 라인(188)으로부터의 물과 예열완료 급수 라인(131b)으로부터의 물 사이에서 열 이동이 실행된다.
본 실시형태에서는, 급수 순환 라인(188)에, 여기를 흐르는 물의 유량을 조절하는 급수 순환량 조절 밸브(189)가 마련되어 있다. 본 실시형태에서는, 이 급수 순환량 조절 밸브(189)에서 급수 순환 라인(188)을 흐르는 물의 유량을 조절하는 것에 의해, 급수 순환 라인(188)으로부터의 물과 예열완료 급수 라인(131b)으로부터의 물 사이에서 실행되는 열의 이동량을 조절한다.
또한, 본 실시형태의 흡기 냉각 장치(150e)는, 상기 제 3 실시형태의 흡기 냉각 장치(150d)와 마찬가지로, 급수 온도 조절기(181)를 구비하고 있지만, 저압 절탄기(112a) 내에서 물이 비등할 우려가 없는 경우에는, 이 급수 온도 조절기(181)를 생략하여도 좋다. 단, 본 실시형태의 흡기 냉각 장치(150e)는, 복수기(123)로부터의 물을 가열하는 제 1 히트 펌프 장치(151) 외에, 제 1 히트 펌프 장치(151)에서 가열된 물을 더욱 가열하는 제 2 히트 펌프 장치(151s)를 구비하고 있으므로, 기본적으로 이 급수 온도 조절기(181)를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 급수 온도 조절기(181) 대신에, 상기 제 4 실시형태에 있어서의 복수 복귀 라인(179) 및 온도 조절 밸브(186)를 마련하여도 좋다.
「가스 터빈 플랜트의 제 6 실시형태」
도 10을 참조하여, 본 발명에 따른 가스 터빈 플랜트의 제 6 실시형태에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 플랜트는 상기 제 1 실시형태의 배열 회수 설비(100)에 저비점 매체 랭킨 사이클(190)을 추가한 것으로, 다른 구성은 상기 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
랭킨 사이클은 증기로 터빈을 구동하는 사이클이다. 한편, 저비점 매체 랭킨 사이클(190)은 물보다 비점이 낮은 매체(이하, 저비점 매체라고 함)를 이용하여 터빈(192)을 구동하는 사이클이다.
저비점 매체로서는, 예를 들어 이하의 물질이 있다.
- 트리클로로에틸렌(trichloroethylene), 테트라클로로에틸렌(tetrachloroethylene), 모노클로로벤젠(monochlorobenzene), 디클로로벤젠(dichlorobenzene), 퍼플루오로 데칼린(perfluorodecalin) 등의 유기 할로겐 화합물
- 부탄, 프로판, 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 데칸(decan) 등의 알칸
- 시클로펜탄, 시클로헥산 등의 환상 알칸
- 티오펜, 케톤, 방향족 화합물
- R134a, R245fa 등의 냉매,
- 이상을 조합한 것
저비점 매체 랭킨 사이클(190)은, 증발기(가열기)(191)와, 터빈(192)과, 응축기(193)와, 저비점 매체 펌프(194)와, 저비점 매체 라인(197)을 구비하고 있다. 증발기(191)는 액체의 저비점 매체를 가열하여 증발시킨다. 터빈(192)은 증발된 저비점 매체로 구동한다. 응축기(193)는 터빈(192)을 구동시킨 저비점 매체를 냉각하여 응축시킨다. 저비점 매체 펌프(194)는 응축된 저비점 매체를 증발기(191)로 되돌린다. 저비점 매체 라인(197)은 이상의 요소 사이에 저비점 매체를 흘리기 위한 라인이다. 터빈(192)에는, 예를 들어 이 터빈(192)의 구동으로 발전하는 발전기(199)가 접속되어 있다. 응축기(193)는 열교환기의 일종으로, 저비점 매체와 물 등의 냉각 매체를 열교환시킨다. 또한, 증발기(가열기)(191)도 열교환기의 일종으로, 액체의 저비점 매체와 배열 회수 보일러(110)에서 가열된 액체의 물을 열교환시킨다.
배열 회수 보일러(110)의 저압수 분기 라인(117c)은 도중에서 분기되어 있다. 이러한 분기되어 있는 라인은, 온수 라인(118c)으로서, 예열완료 급수 라인(131b)에 접속되어 있다. 저비점 매체 랭킨 사이클(190)의 증발기(191)에는, 이 온수 라인(118c)이 접속되어 있다. 구체적으로는, 증발기(191)의 가열수 입구가 온수 라인(118c)의 저압 절탄기(112a)측과 접속되고, 증발기(191)의 가열 출구가 온수 라인(118c)의 예열완료 급수 라인(131b)측과 접속되어 있다. 온수 라인(118c)에는, 여기를 흐르는 물의 유량을 조절하는 온수 유량 조절 밸브(118d), 이 온수 라인(118c)을 흐르는 물을 승압하는 온수 펌프(118e)가 마련되어 있다. 또한, 예열완료 급수 라인(131b) 중에서, 온수 라인(118c)과의 접속 위치보다 배열 회수 보일러(110)측의 위치에는, 여기를 흐르는 물의 온도를 검지하는 온도계(127)가 마련되어 있다.
본 실시형태에 있어서, 초기 상태에서는, 온수 유량 조절 밸브(118d)가 폐쇄된 상태이다. 이 때문에, 이러한 초기 상태에서, 저비점 매체 랭킨 사이클 및 온수 펌프(118e)는 구동하고 있지 않다. 이 초기 상태에서는, 복수기(123)로부터의 물은 예열전 급수 라인(131a)을 거쳐서 냉동기(160)로 이송되고, 이 냉동기(160)에서 가열된다. 냉동기(160)에서 가열된 물은 예열완료 급수 라인(131b)을 거쳐서 배열 회수 보일러(110)의 저압 절탄기(112a)로 이송된다.
예열완료 급수 라인(131b)에 마련되어 있는 온도계(127)가 사전설정된 온도 이상이 되면, 온수 유량 조절 밸브(118d)가 개방되는 동시에, 저비점 매체 랭킨 사이클 및 온수 펌프(118e)가 구동하기 시작한다.
온수 유량 조절 밸브(118d)가 개방되면, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물의 일부가 온수 라인(118c)을 거쳐서 저비점 매체 랭킨 사이클(190)의 증발기(191)로 공급된다.
증발기(191)에서는, 액체의 저비점 매체와 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물을 열교환시켜, 저비점 매체를 가열하고, 이 저비점 매체를 증발시킨다(가열 공정). 이러한 과정에서, 물은 냉각되어, 증발기(191)의 가열수 출구로부터 유출된다. 증발기(191)의 가열수 출구로부터 유출된 물은 온수 라인(118c)을 거쳐서 예열완료 급수 라인(131b)으로 유입된다. 이 물은 냉동기(160)로부터의 물과 혼합되어, 예열완료 급수 라인(131b)을 흘러서, 저압 절탄기(112a)로 되돌아온다(물 회수 공정).
증발기(191)에서 증발된 저비점 매체는 저비점 매체 랭킨 사이클(190)의 구성요소인 터빈(192)을 구동시킨다. 터빈(192)을 구동시킨 저비점 매체는 응축기(193)로 이송된다. 이 응축기(193)에서는, 저비점 매체와 냉각 매체가 열교환되고, 저비점 매체가 냉각되어 응축된다. 응축된 저비점 매체는, 저비점 매체 펌프(194)에 의해 증발기(191)로 이송되고, 전술한 바와 같이, 이 증발기(191)에서 물과 열교환된다. 이와 같이, 저비점 매체는 저비점 매체 랭킨 사이클(190) 내에서 순환한다(랭킨 사이클 실행 공정).
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 저비점 매체 랭킨 사이클(190) 및 저압 절탄기(112a)를 가지는 계에서, 냉동기(160)로부터의 물에 가해지는 열량이 감소되어, 배열 회수 보일러(110)의 저압 절탄기(112a)로 이송되는 물의 온도를 낮출 수 있다. 그 결과, 저압 절탄기(112a) 내에서의 물의 비등을 억제할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 냉동기(160)에서 가열된 물에 포함되는 열 중, 여분의 열을 저비점 매체 랭킨 사이클(190)의 구동에 이용할 수 있어, 플랜트의 출력 및 효율을 높일 수 있다.
「가스 터빈 플랜트의 제 7 실시형태」
도 11을 참조하여, 본 발명에 따른 가스 터빈 플랜트의 제 7 실시형태에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 플랜트는 상기 제 5 실시형태의 배열 회수 설비(100e)에 상기 제 6 실시형태에서 설명한 저비점 매체 랭킨 사이클(190)을 추가한 것으로, 다른 구성은 상기 제 5 실시형태와 마찬가지이다.
배열 회수 보일러(110)의 저압수 분기 라인(117c)은, 제 6 실시형태와 마찬가지로, 도중에서 분기되어 있다. 이러한 분기되어 있는 라인은, 온수 라인(118c)으로서, 예열완료 급수 라인(131b)에 접속되어 있다. 제 6 실시형태와 마찬가지로, 저비점 매체 랭킨 사이클(190)의 증발기(191)에는, 이 온수 라인(118c)이 접속되어 있다. 온수 라인(118c)에는, 여기를 흐르는 물의 유량을 조절하는 온수 유량 조절 밸브(118d), 이 온수 라인(118c)을 흐르는 물을 승압하는 온수 펌프(118e)가 마련되어 있다. 또한, 예열완료 급수 라인(131b) 중에서, 온수 라인(118c)과의 접속 위치보다 배열 회수 보일러(110)측의 위치에는, 여기를 흐르는 물의 온도를 검지하는 온도계(127)가 마련되어 있다.
본 실시형태에 있어서, 초기 상태에서는, 예열전 급수 조절 밸브(182) 및 예열완료 급수 조절 밸브(183)가 모두 개방된 상태이다. 또한, 이러한 초기 상태에서는, 온도 조절 밸브(186) 및 급수 바이패스 조절 밸브(184)가 모두 폐쇄된 상태이다. 또한, 이 초기 상태에서는, 제 6 실시형태와 마찬가지로, 온수 유량 조절 밸브(118d)가 폐쇄된 상태이다. 이 때문에, 이러한 초기 상태에서, 저비점 매체 랭킨 사이클(190) 및 온수 펌프(118e)는 구동하고 있지 않다. 이 초기 상태에서는, 복수기(123)로부터의 물은 예열전 급수 라인(131a)을 거쳐서 제 1 냉동기(160)로 이송되고, 이 제 1 냉동기(160)에서 가열된다. 제 1 냉동기(160)에서 가열된 물은 예열완료 급수 라인(131b)을 거쳐서 제 2 냉동기(160s)로 이송되고, 이 제 2 냉동기(160s)에서 더욱 가열된다. 제 2 냉동기(160s)에서 가열된 물은 예열완료 급수 라인(131b)을 거쳐서 배열 회수 보일러(110)의 저압 절탄기(112a)로 이송된다.
예열완료 급수 라인(131b)에 마련되어 있는 온도계(127)가 사전설정된 온도 이상이 되면, 온수 유량 조절 밸브(118d)가 개방되는 동시에, 저비점 매체 랭킨 사이클(190) 및 온수 펌프(118e)가 구동하기 시작한다.
온수 유량 조절 밸브(118d)가 개방되면, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물의 일부가 온수 라인(118c)을 거쳐서 저비점 매체 랭킨 사이클(190)의 증발기(191)에 공급된다(가열수 도입 공정).
증발기(191)에서는, 제 6 실시형태와 마찬가지로, 액체의 저비점 매체와 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물을 열교환시켜, 저비점 매체를 가열하고, 이 저비점 매체를 증발시킨다(가열 공정). 이러한 과정에서, 물은 냉각된 후, 온수 라인(118c)을 거쳐서 예열완료 급수 라인(131b)으로 유입된다. 이 물은 제 2 냉동기(160s)로부터의 물과 혼합되어, 예열완료 급수 라인(131b)을 흘러서, 저압 절탄기(112a)로 되돌아온다(물 회수 공정).
저비점 매체 랭킨 사이클(190)의 증발기(191)에서 증발된 저비점 매체는 저비점 매체 랭킨 사이클(190)의 터빈(192)을 구동시킨다. 터빈(192)을 구동시킨 저비점 매체는 응축기(193)로 이송되고, 여기서 응축된다. 응축된 저비점 매체는, 저비점 매체 펌프(194)에 의해 증발기(191)로 이송되고, 전술한 바와 같이, 이 증발기(191)에서 물과 열교환된다. 이와 같이, 저비점 매체는 저비점 매체 랭킨 사이클(190) 내에서 순환한다(랭킨 사이클 실행 공정).
이상과 같이, 본 실시형태에서도, 제 6 실시형태와 마찬가지로, 저비점 매체 랭킨 사이클(190) 및 저압 절탄기(112a)를 갖는 계에서, 제 2 냉동기(160s)로부터의 물에 가해지는 열량이 감소되어, 배열 회수 보일러(110)의 저압 절탄기(112a)로 이송되는 물의 온도를 낮출 수 있다. 그 결과, 저압 절탄기(112a) 내에서의 물의 증발을 억제할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서도, 제 1 냉동기(160) 및 제 2 냉동기(160s)에서 가열된 물에 포함되는 열 중, 여분의 열을 저비점 매체 랭킨 사이클(190)의 구동에 이용할 수 있어, 플랜트의 출력 및 효율을 높일 수 있다.
여기서, 저압 절탄기(112a)에서 가열된 물의 일부를 저비점 매체 랭킨 사이클(190)로 인도하고 있어도, 예열완료 급수 라인(131b)에 마련되어 있는 온도계(127)가 사전설정된 온도 미만이 되지 않는 경우를 고려할 수 있다. 이러한 경우, 본 실시형태에서는, 온도 조절 밸브(186)가 개방되어, 예열완료 급수 라인(131b)을 흐르고 있는 물의 일부가 급수 온도 조절기(181)로 유입된다. 급수 온도 조절기(181)에서는, 이 물로부터 열을 빼앗아서, 이 물의 온도를 낮춘다. 온도가 낮아진 물은 급수 온도 조절 라인(185) 및 예열전 급수 라인(131a)을 거쳐서 제 1 냉동기(160)로 되돌아온다. 따라서, 본 실시형태에서는, 제 1 냉동기(160), 제 2 냉동기(160s) 및 급수 온도 조절기(181)를 갖는 계에서, 복수기(123)로부터의 물에 가해지는 열량이 감소되어, 배열 회수 보일러(110)의 저압 절탄기(112a)로 이송되는 물의 온도를 낮출 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서도, 제 3 실시형태에서 설명한 바와 같이, 급수 온도 조절기(181)에서 냉각된 물을 급수 라인(131)으로 되돌리는 급수 온도 조절 라인(185)을, 예열전 급수 라인(131a) 중에서, 급수 바이패스 라인(131c)과의 접속 위치보다 복수기(123)측에 접속하여도 좋다.
본 실시형태에 있어서, 저비점 매체 랭킨 사이클(190)을 구비하고 있는 것에 의해, 저압 절탄기(112a) 내에서 물이 비등할 우려가 없는 경우에는, 이 급수 온도 조절기(181)를 생략하여도 좋다. 또한, 본 실시형태에 있어서도, 급수 온도 조절기(181) 대신에, 상기 제 4 실시형태에 있어서의 복수 복귀 라인(179) 및 온도 조절 밸브(186)를 마련하여도 좋다.
또한, 본 실시형태 및 제 5 실시형태에서 설명한 저비점 매체 랭킨 사이클(190)은 저비점 매체 랭킨 사이클의 기본적인 태양의 예이지만, 이들 실시형태의 저비점 매체 랭킨 사이클(190)로서, 다른 태양의 저비점 매체 랭킨 사이클을 채용하여도 좋다. 예를 들면, 이상의 실시형태에 있어서의 저비점 매체 랭킨 사이클(190)에, 응축기(193)에서 응축된 저비점 매체와 터빈(192)을 구동시킨 저비점 매체를 열교환시켜 응축된 저비점 매체를 가열하는 예열기를 추가하여도 좋다. 또한, 응축기(193)에 대하여, 복수의 증발기(191)를 직렬 또는 병렬로 접속하고, 복수의 증발기(191)마다 터빈(192)을 마련하여도 좋다.
「기타 변형예」
제 2 실시형태, 제 3 실시형태 및 제 5 실시형태에 있어서의 냉동기(160), 제 4 실시형태 및 제 6 실시형태에 있어서의 제 1 냉동기(160)는 모두, 제 1 실시형태에 있어서의 냉동기(160)와 마찬가지로, 흡수 냉동기이다. 그러나, 이들 실시형태에 있어서의 냉동기(160)도, 압축 냉동기(160p), 흡착 냉동기 등, 다른 타입의 냉동기라도 좋다.
또한, 제 2 실시형태, 제 3 실시형태, 제 4 실시형태 및 제 6 실시형태에 있어서의 냉동기(160), 제 5 실시형태 및 제 7 실시형태에 있어서의 제 1 냉동기(160) 및 제 2 냉동기(160s) 중 어느 하나가 흡수 냉동기인 경우, 제 1 변형예나 제 2 변형예에서 설명한 바와 같이, 이러한 흡수 냉동기의 재생기(161)에서는, 가스 터빈(10)으로부터의 배열을 이용하여 흡수액(A)을 가열하도록 하여도 좋다.
제 2 실시형태는 제 1 실시형태에 있어서의 히트 펌프 장치(151)에 중간 열교환기(155c)를 추가한 것이다. 제 3 실시형태, 제 4 실시형태 및 제 6 실시형태에 있어서의 히트 펌프 장치(151), 제 5 실시형태 및 제 7 실시형태에 있어서의 제 1 히트 펌프 장치(151)에도, 제 2 실시형태와 마찬가지로, 중간 열교환기(155c)를 추가하여도 좋다.
또한, 이상에서 설명한 각 실시형태의 가스 터빈 플랜트에 있어서의 배열 회수 설비는 모두 증기 터빈(121a, 121c)을 구비하고 있다. 그러나, 배열 회수 설비는 배열 회수 보일러(110)와, 이 배열 회수 보일러(110)에서 발생한 증기를 이용하는 장치를 구비하고 있으면 좋고, 증기 터빈을 구비하고 있지 않아도 좋다.
본 발명의 일 태양에 의하면, 가스 터빈이 흡입하는 공기를 냉각하면서, 이 공기의 냉각으로 얻은 열을 유효 이용할 수 있다.
3 : 가스 터빈 로터 7 : 가스 터빈 케이싱
9 : 흡기 덕트 10 : 가스 터빈
11 : 압축기 21 : 연소기
31 : 터빈 41 : 발전기
100, 100a, 100b, 100e : 배열 회수 설비
110, 110a : 배열 회수 보일러 111a : 저압 증기 발생부
111c : 고압 증기 발생부 112a : 저압 절탄기
113a : 저압 증발기 113a, 114a : 저압 과열기
115a : 저온 열교환기(배열 회수 열교환기)
117 : 저압수 라인 117c : 저압수 분기 라인
118c : 온수 라인 118d : 온수 유량 조절 밸브
118e : 온수 펌프 119 : 보일러 외측 프레임
119e : 배기구 123 : 복수기
124 : 급수 펌프 127 : 온도계
131 : 급수 라인 131a : 예열전 급수 라인
131b : 예열완료 급수 라인 131c : 급수 바이패스 라인
132 : 저압 증기 라인 138 : 고압 증기 라인
139 : 고압 증기 회수 라인
150, 150d, 150e, 150g : 흡기 냉각 장치
151, 151c : 히트 펌프 장치(제 1 히트 펌프 장치)
151s : 제 2 히트 펌프 장치 152 : 흡기 냉각기
153, 153c : 흡기 냉각 매체 라인 154, 154c : 순환 펌프
155c : 중간 열교환기 156c : 중간 매체 라인
157c : 순환 펌프
160, 160a : 흡수 냉동기(냉동기, 제 1 냉동기)
160p : 압축 냉동기(냉동기) 160s : 제 2 냉동기(냉동기)
161, 161a : 재생기 162 : 흡수액 가열기
163, 163p : 응축기 165, 165p : 증발기
167 : 흡수기 168p : 압축기
169p : 감압기 171, 171a : 흡수액 가열 매체 라인
175 : 부품 냉각 장치
176 : 압축 공기 냉각기(배열 회수 열교환기)
177 : 추기 라인 178 : 냉각 공기 라인
179 : 복수 복귀 라인 181 : 급수 온도 조절기
185 : 급수 온도 조절 라인 188 : 급수 순환 라인
190 : 저비점 매체 랭킨 사이클 191 : 증발기(가열기)
192 : 터빈 193 : 응축기
194 : 저비점 매체 펌프

Claims (24)

  1. 가스 터빈으로부터 배기된 배기 가스의 열을 이용하여 물을 증기로 하는 배열 회수 보일러로 상기 물을 이송하는 급수 라인과,
    상기 가스 터빈이 흡입하는 공기의 열을 상기 급수 라인을 흐르는 물로 이동시켜, 상기 공기를 냉각하는 한편 상기 물을 가열하는 히트 펌프 장치와,
    상기 급수 라인 중에서, 상기 히트 펌프 장치를 기준으로 하여 상기 배열 회수 보일러측의 예열완료 급수 라인을 흐르는 물인 예열수의 온도를 낮추는 급수 온도 조절 장치를 구비하는
    흡기 냉각 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 급수 온도 조절 장치는,
    상기 예열수로부터 열을 빼앗는 급수 온도 조절기와,
    상기 예열수를 상기 급수 온도 조절기로 인도하고, 상기 급수 온도 조절기에서 열을 빼앗긴 상기 예열수를 상기 급수 라인 중의 어느 하나의 개소로 되돌리는 급수 온도 조절 라인을 구비하는
    흡기 냉각 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 급수 온도 조절 장치는,
    상기 예열완료 급수 라인을 흐르는 물의 온도를 검지하는 온도계와,
    상기 온도계에서 검지된 물의 온도가 사전설정된 온도 이상이 되면, 상기 급수 온도 조절 라인에 상기 예열완료 급수 라인으로부터의 물을 흘리는 온도 조절 밸브를 구비하는
    흡기 냉각 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 급수 온도 조절 장치는,
    상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기를 물로 되돌려서 상기 물을 상기 급수 라인으로 이송하는 복수기에, 상기 예열수를 되돌리는 복수 복귀 라인과,
    상기 예열수의 온도를 검지하는 온도계와,
    상기 복수 복귀 라인에 마련되고, 상기 온도계에서 검지된 예열수의 온도가 사전설정된 온도 이상이 되면, 상기 예열완료 급수 라인으로부터의 상기 예열수를 상기 복수 복귀 라인을 거쳐서 상기 복수기로 흘리는 온도 조절 밸브를 구비하는
    흡기 냉각 장치.
  5. 가스 터빈으로부터 배기된 배기 가스의 열을 이용하여 물을 증기로 하는 배열 회수 보일러로 상기 물을 이송하는 급수 라인과,
    상기 가스 터빈이 흡입하는 공기의 열을 상기 급수 라인을 흐르는 물로 이동시켜, 상기 공기를 냉각하는 한편 상기 물을 가열하는 히트 펌프 장치와,
    상기 히트 펌프 장치인 제 1 히트 펌프 장치 외에, 상기 급수 라인 중에서, 상기 제 1 히트 펌프 장치를 기준으로 하여 상기 배열 회수 보일러측의 예열완료 급수 라인을 흐르는 물을 가열하는 제 2 히트 펌프 장치를 구비하는
    흡기 냉각 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히트 펌프 장치인 제 1 히트 펌프 장치 외에, 상기 급수 라인 중에서, 상기 제 1 히트 펌프 장치를 기준으로 하여 상기 배열 회수 보일러측의 예열완료 급수 라인을 흐르는 물을 가열하는 제 2 히트 펌프 장치를 구비하는
    흡기 냉각 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 히트 펌프 장치는,
    상기 예열완료 급수 라인으로부터 분기되고, 상기 급수 라인 중에서 상기 제 1 히트 펌프 장치를 기준으로 하여 상기 배열 회수 보일러와는 반대측의 예열전 급수 라인에, 상기 예열완료 급수 라인을 흐르는 물의 일부를 되돌리는 급수 순환 라인과,
    상기 급수 순환 라인을 흐르는 물의 열을, 상기 예열완료 급수 라인 중에서 상기 급수 순환 라인의 분기 위치보다 상기 배열 회수 보일러측을 흐르는 물로 이동시켜, 상기 예열완료 급수 라인을 흐르는 물을 가열하는 히트 펌프를 갖는
    흡기 냉각 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히트 펌프 장치는,
    상기 공기와 흡기 냉각 매체를 열교환시켜, 상기 공기를 냉각하는 한편 상기 흡기 냉각 매체를 가열하는 흡기 냉각기와,
    상기 흡기 냉각기에서 가열된 상기 흡기 냉각 매체와 중간 매체를 열교환시켜, 상기 흡기 냉각 매체를 냉각하는 한편, 상기 중간 매체를 가열하는 중간 열교환기와,
    상기 중간 열교환기에서 가열된 상기 중간 매체의 열을 상기 급수 라인을 흐르는 물로 이동시켜, 상기 중간 매체를 냉각하는 한편 상기 물을 가열하는 히트 펌프를 갖는
    흡기 냉각 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 흡기 냉각 장치와,
    상기 배열 회수 보일러를 구비하는
    배열 회수 설비.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 배열 회수 보일러는,
    상기 배기 가스가 내부를 배기구측인 하류측을 향하여 흐르는 보일러 외측 프레임과,
    상기 보일러 외측 프레임 내에 적어도 일부가 설치되고, 상기 배기 가스에 의해 물을 가열하여 증기를 발생시키는 하나 이상의 증발기와,
    상기 보일러 외측 프레임 내에 있어서, 하나 이상의 상기 증발기 중 가장 상기 하류측의 증발기인 최하류 증발기의 상기 하류측에 설치되고, 상기 급수 라인으로부터 유입되어 상기 최하류 증발기로 이송하는 물을 상기 배기 가스에 의해 가열하는 절탄기를 갖는
    배열 회수 설비.
  11. 제 10 항에 있어서,
    저비점 매체가 응축과 증발을 반복하여 순환하는 저비점 매체 랭킨 사이클을 구비하며,
    상기 저비점 매체 랭킨 사이클은 액체의 상기 저비점 매체와 상기 절탄기에서 가열된 물의 일부를 열교환시켜, 상기 저비점 매체를 가열하는 가열기를 갖는
    배열 회수 설비.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 절탄기에서 가열된 물의 일부를 상기 급수 라인으로 되돌리는 온수 라인을 구비하며,
    상기 저비점 매체 랭킨 사이클의 상기 가열기는 상기 온수 라인에 접속되어 있는
    배열 회수 설비.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 가스 터빈으로부터의 배열을 회수하여 흡수액 가열 매체를 가열하는 배열 회수 열교환기와,
    상기 배열 회수 열교환기에서 가열된 상기 흡수액 가열 매체를 상기 히트 펌프 장치로 인도하는 흡수액 가열 매체 라인을 구비하며,
    상기 히트 펌프 장치는 흡수액에 포함되는 매체를 증발시키는 재생기를 포함하는 흡수 냉동기를 갖고,
    상기 흡수액 가열 매체 라인은 상기 흡수액 가열 매체와 상기 흡수 냉동기 내를 흐르는 상기 흡수액을 열교환시키도록 상기 흡수 냉동기에 접속되어 있는
    배열 회수 설비.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 배열 회수 열교환기는, 상기 보일러 외측 프레임 내에 있어서, 상기 절탄기의 상기 하류측에 설치되고, 상기 흡수액 가열 매체와 상기 절탄기를 통과한 상기 배기 가스를 열교환시켜, 상기 흡수액 가열 매체를 가열하는 저온 열교환기인
    배열 회수 설비.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 배열 회수 열교환기는 상기 가스 터빈의 압축기에서 압축된 공기와 상기 흡수액 가열 매체를 열교환시켜, 상기 공기를 냉각하는 한편 상기 흡수액 가열 매체를 가열하는 압축 공기 냉각기인
    배열 회수 설비.
  16. 제 9 항에 기재된 배열 회수 설비와,
    상기 가스 터빈을 구비하는
    가스 터빈 플랜트.
  17. 가스 터빈으로부터 배기된 배기 가스의 열을 이용하여 물을 증기로 하는 배열 회수 보일러로 급수 라인에 의해 상기 물을 이송하는 급수 공정과,
    상기 가스 터빈이 흡입하는 공기의 열을 상기 급수 공정에서 상기 배열 회수 보일러로 이송하는 상기 물로 이동시켜, 상기 공기를 냉각하는 한편 상기 물을 가열하는 히트 펌프 사이클 실행 공정과,
    상기 히트 펌프 사이클 실행 공정의 실행으로 가열되고, 상기 배열 회수 보일러로 이송되는 상기 물인 예열수의 온도를 조절하는 급수 온도 조절 공정을 실행하는
    흡기 냉각 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 급수 온도 조절 공정에서는, 상기 예열수로부터 열을 빼앗는
    흡기 냉각 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 급수 온도 조절 공정은, 상기 예열수의 온도가 사전설정된 온도 이상이 되면, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기를 물로 되돌려서 상기 물을 상기 급수 라인으로 이송하는 복수기에, 상기 예열수의 일부를 되돌리는 복수 복귀 공정을 포함하는
    흡기 냉각 방법.
  20. 가스 터빈으로부터 배기된 배기 가스의 열을 이용하여 물을 증기로 하는 배열 회수 보일러로 상기 물을 이송하는 급수 공정과,
    상기 가스 터빈이 흡입하는 공기의 열을 상기 급수 공정에서 상기 배열 회수 보일러로 이송하는 상기 물로 이동시켜, 상기 공기를 냉각하는 한편 상기 물을 가열하는 히트 펌프 사이클 실행 공정과,
    상기 히트 펌프 사이클 실행 공정인 제 1 히트 펌프 사이클 실행 공정과 함께, 상기 제 1 히트 펌프 사이클 실행 공정의 실행으로 가열된 상기 물을 더욱 가열하는 제 2 히트 펌프 사이클 실행 공정을 실행하는
    흡기 냉각 방법.
  21. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히트 펌프 사이클 실행 공정인 제 1 히트 펌프 사이클 실행 공정과 함께, 상기 제 1 히트 펌프 사이클 실행 공정의 실행으로 가열된 상기 물을 더욱 가열하는 제 2 히트 펌프 사이클 실행 공정을 실행하는
    흡기 냉각 방법.
  22. 제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    저비점 매체 랭킨 사이클로 저비점 매체를 순환시키는 랭킨 사이클 실행 공정을 실행하고,
    상기 배열 회수 보일러는, 상기 배기 가스가 내부를 배기구측인 하류측을 향하여 흐르는 보일러 외측 프레임과, 상기 보일러 외측 프레임 내에 적어도 일부가 설치되고, 상기 배기 가스에 의해 물을 가열하여 증기를 발생시키는 하나 이상의 증발기와, 상기 보일러 외측 프레임 내에 있어서, 하나 이상의 상기 증발기 중 가장 상기 하류측의 증발기인 최하류 증발기의 상기 하류측에 설치되고, 상기 최하류 증발기로 이송하는 물을 상기 배기 가스에 의해 가열하는 절탄기를 갖고 있으며,
    상기 랭킨 사이클 실행 공정은 상기 절탄기에서 가열된 물의 일부와 액체의 상기 저비점 매체를 열교환시켜, 상기 저비점 매체를 가열하는 가열 공정을 포함하는
    흡기 냉각 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 가열 공정에서, 상기 저비점 매체와의 열교환으로 냉각된 상기 절탄기로부터의 물을 상기 절탄기로 되돌리는 물 회수 공정을 실행하는
    흡기 냉각 방법.
  24. 제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 터빈으로부터의 배열을 회수하여 흡수액 가열 매체를 가열하는 배열 회수 공정을 실행하고,
    상기 히트 펌프 사이클 실행 공정을, 흡수액에 포함되는 매체를 증발시키는 재생기를 포함하는 흡수 냉동기에서 실행하고,
    상기 히트 펌프 사이클 실행 공정은 상기 흡수액 가열 매체와 상기 흡수 냉동기 내를 흐르는 상기 흡수액을 열교환시켜, 상기 흡수액 가열 매체를 냉각하는 한편 상기 흡수액을 가열하는 재생 공정을 포함하는
    흡기 냉각 방법.
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