KR102028136B1

KR102028136B1 - 냉각시스템과 이를 구비한 가스터빈 발전장치 및 냉각시스템의 제어방법

Info

Publication number: KR102028136B1
Application number: KR1020170178731A
Authority: KR
Inventors: 이덕진; 박석환; 성종국; 이상훈; 윤형철
Original assignee: 포스코에너지 주식회사; 철강융합신기술연구조합; 주식회사 포스코
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-10-04
Also published as: KR20190076704A

Abstract

본 발명은 냉각시스템과 이를 구비한 가스터빈 발전장치 및 냉각시스템의 제어방법을 제공한다.
상기 가스터빈 발전장치는, 외부로부터 흡입공기를 흡입하는 흡기부와, 상기 흡기부의 후단에 구비되어 흡입된 공기를 압축하는 압축기를 포함하는 가스터빈과, 상기 흡기부에 설치되고 상기 압축기로 공급되는 상기 흡입공기를 냉각시키는 냉각시스템을 포함하고, 상기 냉각시스템은, 냉각수 공급원과 연결되는 냉각수 공급부와, 상기 냉각수 공급부로부터 공급받은 냉각수를 흡수하여 상기 흡입공기를 냉각시키는 기화냉각부와, 대기압과 상기 압축기의 전단의 압력 사이의 차압과 상기 가스터빈의 발전출력을 포함하는 상기 가스터빈의 운전조건에 기초하여, 상기 냉각수 공급부의 냉각수 공급을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

냉각시스템과 이를 구비한 가스터빈 발전장치 및 냉각시스템의 제어방법{COOLING SYSTEM OF GAS TURBINE GENERATING APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF AND GAS TURBINE GENERATING APPARATUS}

본 발명은 냉각시스템과 이를 구비한 가스터빈 발전장치 및 냉각시스템의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 가스터빈 발전소는 원자력 및 석탄 발전설비에 비해 발전원가가 높으므로 여름철 최대부하에 대한 전력공급용으로 이용되고 있다.

그런데, 가스터빈은 대기온도와 관계없이, 일정부피의 공기를 흡입하는 엔진이므로, 여름철 대기온도가 높아지면 가스터빈으로 유입되는 공기의 온도가 높아져서 부피가 커지게 되어 공기밀도가 하강함에 따라 가스터빈으로 유입되는 공기의 절대량이 감소한다. 이에 따라, 공기를 압축하기 위한 에너지가 더 많이 소모된다. 따라서, 가스터빈 발전기는 설계점(외기온도 15, 상대습도 60%) 대비 하절기 외기온도가 상승하게 되면 가스터빈으로 공급되는 공기의 밀도 감소 등으로 인하여 발전출력이 감소하게 된다.

이러한 문제를 해결하고, 하절기 흡입공기 냉각으로 가스터빈출력 증대를 위해 가스터빈 공기 압축기 필터 전/후단부에 기화식 냉각시스템(Evaporative cooling system)을 설치 및 운영 중에 있다. 이러한 기화 냉각(Evaporative cooling) 방식은, 물을 흡수할 수 있는 냉각패드에 물을 직접 분사하여 이를 통과하는 공기를 냉각하는 방식이다.

그런데, 종래 냉각시스템은 실제 가스터빈의 발전시스템과 별도로 분리되어 설치되고 구동되므로, 가스터빈의 발전시스템의 주요 운전인자(일례로 차압과 발전출력 등)에 연계하여 냉각시스템의 자동제어가 어려운 문제가 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 가스터빈의 발전시스템과 냉각시스템을 연계하여 냉각시스템을 자동으로 제어하는 냉각시스템과 이를 구비한 가스터빈 발전장치 및 냉각시스템의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 차압 증대에 따른 압축기 부하와 발전효율 감소 등의 종래 문제를 미연에 방지하고, 이로 인한 차압 증대에 따른 가스터빈의 비상정지, 감발 등을 방지하여 가스터빈 운전의 안정성을 증대시키는 냉각시스템과 이를 구비한 가스터빈 발전장치 및 냉각시스템의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 가스터빈 발전장치는, 외부로부터 흡입공기를 흡입하는 흡기부와, 상기 흡기부의 후단에 구비되어 흡입된 공기를 압축하는 압축기를 포함하는 가스터빈과, 상기 흡기부에 설치되고 상기 압축기로 공급되는 상기 흡입공기를 냉각시키는 냉각시스템을 포함하고, 상기 냉각시스템은, 냉각수 공급원과 연결되는 냉각수 공급부와, 상기 냉각수 공급부로부터 공급받은 냉각수를 흡수하여 상기 흡입공기를 냉각시키는 기화냉각부와, 대기압과 상기 압축기의 전단의 압력 사이의 차압과 상기 가스터빈의 발전출력을 포함하는 상기 가스터빈의 운전조건에 기초하여, 상기 냉각수 공급부의 냉각수 공급을 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명에 따른 가스터빈 발전장치의 냉각시스템 제어방법은, 냉각시스템의 운전을 준비하는, 운전준비단계와, 상기 운전준비단계 이후에, 대기압과 가스터빈의 압축기의 전단의 압력 사이의 차압과 상기 가스터빈의 발전출력을 포함하는 상기 가스터빈의 운전조건과, 상기 냉각시스템의 운전조건과 관련된 데이터를 수집하는, 데이터 수집단계와, 상기 데이터 수집단계에서 수집된 데이터가 기설정된 상기 가스터빈의 운전조건 및 상기 냉각시스템의 운전조건을 만족하는지 판단하여 냉각수 공급부의 작동여부를 판단하는, 냉각수 공급부 작동여부를 판단단계와, 상기 데이터가 기설정된 운전조건을 만족하면, 대기압과 상기 압축기 전단의 압력 사이의 차압과, 상기 냉각시스템의 외부의 대기온도 및 대기습도에 기초하여 상기 냉각수 공급부가 공급하는 냉각수의 공급유량을 산정하는, 냉각수 공급유량 산정단계와, 상기 냉각수 공급유량 산정단계에서 산정된 공급유량에 따라 상기 냉각수 공급부에 구비된 펌프부재를 작동시키는 냉각수 공급부 작동단계를 포함한다.

본 발명에 따른 가스터빈 발전장치의 냉각시스템은, 냉각수 공급원과 연결되는 냉각수 공급부와, 가스터빈에 구비된 압축기의 전단에 구비되고, 상기 냉각수 공급부로부터 공급받은 냉각수를 흡수하여, 상기 압축기로 유입되는 흡입공기를 냉각시키는, 기화냉각부와, 대기압과 상기 압축기의 전단의 압력 사이의 차압과 상기 가스터빈의 발전출력을 포함하는 상기 가스터빈의 운전조건에 기초하여, 상기 냉각수 공급부로부터 상기 기화냉각부로 공급되는 냉각수 공급을 제어하는 제어부를 포함한다.

이와 같은 본 발명에 따르면 가스터빈 운전조건에 기초하여 냉각시스템의 운전을 제어하므로 가스터빈의 발전시스템과 냉각시스템을 연계하여 냉각시스템을 자동으로 제어할 수 있다. 즉, 가스터빈의 발전출력 신호를 바탕으로 냉각수 공급유무와 공급유량을 판단할 수 있으므로, 운전자가 발전출력 신호를 지속적으로 모니터링할 필요가 없고, 냉각수의 유량조절을 수동으로 제어할 필요가 없으며, 이로 인해 발전시스템의 빈번한 운전/정지에 대한 수동제어도 필요로 하지 않을 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 대기와 압축기 전단 사이의 차압을 바탕으로 냉각수 공급유량의 흐름의 제어가능하므로, 차압 증대에 따른 압축기 부하와 발전효율 감소 등의 종래 문제를 미연에 방지할 수 있고, 이로 인해 차압 증대에 따른 가스터빈의 비상정지, 감발 등을 방지하여 가스터빈 운전의 안정성을 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가스터빈 발전장치 및 냉각시스템을 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 가스터빈 발전장치의 냉각시스템 제어방법의 플로우차트이다.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

먼저, 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명인 냉각시스템과 이를 구비한 가스터빈 발전장치 및 냉각시스템의 제어방법의 기술적인 특징을 이해시키기에 적합한 실시예들이다. 다만, 본 발명이 이하에서 설명되는 실시예에 한정하여 적용되거나 설명되는 실시예들에 의하여 본 발명의 기술적 특징이 제한되는 것이 아니며, 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 가스터빈 발전장치(1)는, 가스터빈(5)과 냉각시스템(3)을 포함한다.

가스터빈(5)은 외부로부터 흡입공기를 흡입하는 흡기부(51)와, 흡기부(51)의 후단에 구비되어 흡입된 공기를 압축하는 압축기(53)를 포함한다. 여기서 흡기부(51)는 가스터빈(5)의 입구에 설치되어 흡입공기가 유입되는 필터하우스일 수 있고, 내부에 흡입공기를 필터링하는 필터(52)가 포함될 수 있다.

냉각시스템(3)은 흡기부(51)에 설치되고 압축기(53)로 공급되는 흡입공기를 냉각시킬 수 있다. 구체적으로, 냉각시스템(3)은 냉각수 공급부(20)와 기화냉각부(30)와 제어부(60)를 포함한다.

냉각수 공급부(20)는 냉각수 공급원(11)과 연결된다.

기화냉각부(30)는 냉각수 공급부(20)로부터 공급받은 냉각수를 흡수하여 흡입공기를 냉각시킬 수 있다. 구체적으로 기화냉각부(30)에 구비된 냉각패드(300)는 공급받은 냉각수를 흡수하여 흡기부(51)로 흡입되는 고온 건조한 공기를 저온 다습한 공기로 전환시킬 수 있다.

제어부(60)는 대기압과 상기 압축기(53)의 전단의 압력 사이의 차압과 가스터빈(5)의 발전출력을 포함하는 가스터빈(5)의 운전조건에 기초하여, 냉각수 공급부(20)의 냉각수 공급을 제어할 수 있다.

구체적으로 대기압과 압축기(53) 전단압력 사이의 차압이 증대되면 압축기(53)에 부하가 높아지고 되고 이로 인하여 가스터빈(5)의 전체 발전효율이 감소할 수 있다. 차압이 더욱 증대되어 가스터빈(5) 차압한계에 이르게 되면 가스터빈(5) 트립이 발생하게 되고 이로 인하여 감발 또는 정지 등 심각한 발전문제가 발생한다. 그런데, 이러한 차압은 냉각시스템(3)으로 공급되는 냉각수의 공급유량이 많아져서 필터(52)가 습해지면서 필터(52)의 통과저항이 높아지면 차압이 증대될 수 있다. 따라서, 대기압과 압축기(53) 전단 압력 사이의 차압은 냉각시스템(3)에 공급되는 냉각수의 공급유량을 결정하는 주요인자가 될 수 있다. 또한 가스터빈(5)의 발전출력은 냉각시스템(3)의 가동유무를 결정하는 주요인자 중의 하나이다.

종래 가스터빈(5)에 구비되는 냉각시스템(3)은 실제 가스터빈(5)의 발전장치(1)의 주요시스템과 별도로 분리되어 제어되기 때문에, 가스터빈(5)의 주요한 운전조건인 차압과 발전출력 등에 연계한 냉각시스템(3)의 자동제어가 불가능하였다.

이에 본 발명에 따른 냉각시스템(3)은, 제어부(60)에 의해 가스터빈(5)의 운전과 연계되어 냉각수의 흐름이 제어될 수 있다. 더욱 구체적으로 제어부(60)는 발전출력이 미리 설정한 기저출력 이상인지, 차압이 최대 한계 차압치 이하인지 등을 비교하고 냉각수의 공급유무를 결정할 수 있다. 다만 냉각수의 공급유무를 결정하는 가스터빈(5)의 운전조건의 인자는 차압과 발전인자에 한정하는 것은 아니다. 또한, 제어부(60)는 대기압과 압축기(53) 전단의 압력 사이의 차압을 고려하여 공급되는 냉각수의 공급유량을 제어할 수 있다.

또한, 제어부(60)는 상기한 가스터빈(5)의 운전조건과 함께 냉각시스템(3)의 운전조건을 고려하여 냉각수의 공급을 제어할 수 있다. 예를 들어 제어부(60)는 대기온도 및 대기습도와 냉각패드(300) 후단의 내부온도와 내부습도를 고려하여 냉각시스템(3)의 운전시간 여부를 결정할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따르면 가스터빈(5) 운전조건에 기초하여 냉각시스템(3)의 운전을 제어하므로 가스터빈(5)의 발전시스템과 냉각시스템(3)을 연계하여 냉각시스템(3)을 자동으로 제어할 수 있다. 즉, 가스터빈(5)의 발전출력 신호를 바탕으로 냉각수 공급유무와 공급유량을 판단할 수 있으므로, 운전자가 발전출력 신호를 지속적으로 모니터링할 필요가 없고, 냉각수의 유량조절을 수동으로 제어할 필요가 없으며, 이로 인해 발전시스템의 빈번한 운전/정지에 대한 수동제어도 필요로 하지 않게 된다.

또한 본 발명에 따르면, 대기와 압축기(53) 전단 사이의 차압을 바탕으로 냉각수 공급유량의 흐름의 제어가능하므로, 차압 증대에 따른 압축기(53) 부하와 발전효율 감소 등의 종래 문제를 미연에 방지할 수 있고 이로 인해 차압 증대에 따른 가스터빈(5)의 비상정지, 감발 등을 방지하여 가스터빈(5) 운전의 안정성을 증대시킬 수 있다.

더욱 구체적으로 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 적용되는 냉각시스템(3)을 설명한다.

본 발명에 따른 가스터빈 발전장치(1)의 냉각시스템(3)은 냉각수 공급부(20)와 기화냉각부(30)와 제어부(60)를 포함할 수 있고, 냉각수 저장부(10)와 냉각수 회수부(40)를 더 포함할 수 있다. 다만 본 발명에 따른 냉각시스템(3)은 이하에서 설명하는 냉각시스템(3)에 한정하는 것은 아니며 다양한 변형실시가 가능하다.

냉각수 저장부(10)는 냉각수 공급원(11)과 냉각수 공급부(20) 사이에 구비될 수 있다. 구체적으로 냉각수 저장부(10)는 저장탱크(100)와 제2 세정유닛을 포함할 수 있다. 또한, 냉각수 저장부(10)는 수위측정기(108)와 수면계(104)를 더 포함할 수 있다.

저장탱크(100)는 냉각수 공급원(11)과 유입라인(711)을 통해 연결되고 냉각수를 저장할 수 있다. 저장탱크(100)에는 저장된 냉각수를 배출하는 드레인라인(713)과 드레인밸브(105)가 연결될 수 있다. 또한 유입라인(711) 상에 유입라인(711)을 개폐하는 유입밸브(102)가 설치될 수 있다. 그리고 유입라인(711) 상에는 냉각수 공급원(11)에서 유입되는 냉각수의 압력을 측정하는 압력계(101)가 구비될 수 있다.

수위측정기(108)는 냉각수의 수위를 측정할 수 있고, 수면계(104)는 상기 저장탱크(100)의 내부에 구비되며 상기 유입라인(711)을 개폐하는 유입밸브(102)와 연계되어 상기 저장탱크(100)의 수위를 조절할 수 있다. 즉, 수면계(104)는 기계적인 방식으로 저장탱크(100) 내의 냉각수의 유량을 조정할 수 있다. 수위측정기(108)에서 측정결과 저장탱크(100)의 냉각수 저장량의 한계를 초과하면 유입밸브(102)를 닫아 냉각수의 공급을 차단할 수 있다.

제2 세정유닛은 유입라인(711) 상에 설치되어 저장탱크(100)로 유입되는 물을 세정할 수 있다. 구체적으로, 제2 세정유닛은 냉각수 공급원(11)과 저장탱크(100)를 연결하는 유입라인(711) 상에 설치되어 유입되는 냉각수를 세정하는 제2 필터(103)와, 제2 필터(103)의 전후단의 차압을 측정하는 제2 차압계(207)와, 제2 필터(103)에 연결된 드레인라인(714)에 설치되는 제2 드레인밸브(106)를 구비할 수 있다.

구체적으로 제2 차압계(207)에 의해 제2 필터(103)의 세정시기를 결정할 수 있고, 냉각수 내 이물질이 필터 표면에 부착되어 필터 전후단의 차압이 일정 한계 이상이면 제2 드레인밸브(106)를 개방하여 제2 필터(103)의 표면의 이물질을 세정 및 배출할 수 있다. 장시간 운전을 하지 않을 경우 저장탱크(100)의 하단에 설치된 드레인밸브(105)를 열어 냉각수를 모두 배출할 수 있다. 이에 따라 제2 세정유닛에 의해 공급되는 냉각수의 이물질을 제거할 수 있다.

한편, 냉각수 공급부(20)는, 기화냉각부(30)에 연결된 공급라인(721) 상에 설치된 펌프부재(200)를 기동하여 저장탱크(100)로부터 흡기부(51) 내에 구비된 냉각패드(300)까지 냉각수를 수송할 수 있다. 구체적으로 냉각수 공급부(20)는 펌프부재(200)와 제1 세정유닛과 유량계(206)와 바이패스라인(723)을 포함할 수 있다.

펌프부재(200)는 공급라인(721) 상에 설치되는 메인펌프(200a)와 공급라인(721)에서 분기되는 분기라인(722) 상에 설치되고 메인펌프(200a)와 병렬로 연결되는 보조펌프(200b)를 포함할 수 있다. 메인펌프(200a)와 동일한 펌프인 보조펌프(200b)를 구비함으로써, 냉각시스템(3)의 동작 중에 메인펌프(200a)의 응급상황에 즉각적으로 대처할 수 있다. 또한, 메인펌프(200a)와 보조펌프(200b)의 후단에 체크밸브(201a, 201b)를 설치하여 펌핑 정지 시에 발생하는 수격현상을 방지할 수 있다.

또한, 냉각수 공급부(20)는, 펌프부재(200)와 제1 세정유닛 사이의 공급라인(721)에서 분기되어 냉각수 저장부(10)에 연결되는 바이패스라인(723)과 바이패스라인(723) 상에 설치된 바이패스밸브(202)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 펌프부재(200)의 후단에 바이패스라인(723)과 바이패스밸브(202)을 구비함으로써 냉각수의 유량을 조절하고 파이프의 고압파열을 방지할 수 있다.

제1 세정유닛은 공급라인(721) 상에 설치되어 공급되는 냉각수를 세정하는 제1 필터(203)와, 제1 필터(203)의 전후단의 차압을 측정하는 제1 차압계와, 제1 필터(203)에 연결된 드레인라인에 설치되는 제1 드레인밸브(204)를 구비할 수 있다. 이와 같은 제1 세정유닛에 의해 공급라인(721)을 통과하는 냉각수 내의 이물질을 자동으로 세정하여 수질을 향상시킬 수 있다.

또한, 유량계(206)는, 펌프부재(200) 후단의 공급라인(721) 상에 구비되어, 기화냉각부(30)로 공급되는 냉각수의 유량을 측정할 수 있다. 그리고 제어부(60)는 유량계(206)로부터 기화냉각부(30)로 공급되는 냉각수의 공급유량값을 수신하고, 수신한 데이터를 기초로 펌프부재(200)를 제어할 수 있다. 즉 공급라인(721)을 통해 공급되는 냉각수의 유량을 실시간으로 모니터링할 수 있다.

기화냉각부(30)는, 냉각패드(300) 전단의 공급라인(721)에 압력계(301a, 301b, 301c)와 밸브(302a, 302b, 302c)를 구비하여, 압력계의 압력정보를 바탕으로 밸브를 조절하여 냉각수를 동일한 압력으로 공급되도록 할 수 있다.

기화냉각부(30)는, 흡기부(51)의 입구에 설치되고 냉각수를 흡수하여 흡입공기를 냉각시키는 냉각패드(300)와, 냉각패드(300)의 전단인 외부의 대기온도와 대기습도를 측정하는 제1 온습도센서(303,305)와, 냉각패드(300) 후단인 내측의 내부온도의 내부습도를 측정하는 제2 온습도센서(304,306)를 포함할 수 있다.

이와 같은 제1 온습도센서(303,305)와 제2 온습도센서(304,306)에 의해서 기화냉각부(30)의 효율을 실시간으로 측정할 수 있다.

냉각수 회수부(40)는, 기화냉각부(30)에서 배수되는 냉각수를 회수할 수 있다. 냉각수 회수부(40)는 배수탱크(400)와 기화냉각부(30)와 배수탱크(400)를 연결하는 배수라인(741)과, 배수라인(741) 상에 구비되어 배수탱크(400)로 배수되는 냉각수를 여과하는 제1 여과기(401)와, 배수탱크(400)의 냉각수를 배출하는 배출라인(743) 및 배출밸브(403)을 포함할 수 있다. 제1 여과기(401)에는 드레인라인(742)이 연결될 수 있다.

또한, 냉각수 회수부(40)는, 배수탱크(400)와 냉각수 저장부(10)에 구비된 저장탱크(100)를 연결하는 재공급라인(745)과, 재공급라인(745) 상에 설치되는 제2 여과기(402)를 포함할 수 있다.

구체적으로 냉각수 회수부(40)는 냉각패드(300) 후단에서 배출된 냉각수를 여과 및 회수하여 배수탱크(400) 및 저장탱크(100)로 공급할 수 있다. 배수탱크(400) 전단의 제1 여과기(401)에서 배수되는 냉각수 내 포함된 큰 사이즈의 이물질을 1차적으로 외부로 배출할 수 있고, 배수탱크(400)와 저장탱크(100)를 연결하는 재공급라인(745)에 구비된 제2 여과기(402)를 통해 작은 사이즈의 이물질을 2차적으로 제거할 수 있다.

또한, 배수라인(741) 상에 설치되는 배수밸브(404)를 통해 냉각수의 회수량을 조절하고 수질을 제어할 수 있고, 별도의 배출라인(744)을 구비하여 배수탱크(400) 내 냉각수의 오버플로(overflow)를 미연에 방지할 수 있다.

상기한 제1 온습도센서(303,305) 및 제2 온습도센서(304,306), 제1 및 제2 차압계(205,107), 유량계(206), 수위측정기(108) 등의 센서들과, 펌프부재(200a,200b)와 각종 밸브 등의 구동장치는 제어부(60)에 연결되어 신호를 송수신하고 자동으로 제어될 수 있다.

한편 제어부(60)는, 냉각시스템(3)의 운전준비가 완료되면, 가스터빈(5)의 운전조건 및 냉각시스템(3)의 운전조건과 관련된 데이터를 수집하고, 데이터가 기설정된 운전조건을 만족하는 경우, 냉각수 공급부(20)를 작동시킬 수 있다.

여기서 냉각시스템(3)의 운전준비단계에서는 상기한 모든 드레인 밸브들(403,105,106,204)을 폐쇄하고, 유입밸브(102)를 개방하여 저장탱크(100)로 냉각수를 공급할 수 있다. 또한 기설정된 운전조건은 가스터빈(5)의 운전과 냉각시스템(3)의 작동을 고려하여 운전자가 미리 설정한 각 주요인자별 설정값을 포함할 수 있다.

또한, 가스터빈(5)은, 대기압과 압축기(53) 전단의 압력 사이의 차압을 측정하는 차압측정부(501)와, 가스터빈(5)의 발전출력을 측정하는 발전출력측정부(502)를 포함할 수 있다. 그리고, 제어부(60)는 차압측정부(501)에서 측정된 차압값과 발전출력측정부(502)에서 측정된 발전출력값을 수신하고, 수신된 차압값과 발전출력값이 기설정된 가스터빈(5)의 운전조건을 만족하는 경우 냉각수 공급부(20)를 작동시킬 수 있다.

또한, 제어부(60)는 공급되는 냉각수의 유량을 실시간으로 모니터링하고 제어할 수 있다. 즉, 제어부(60)는, 수위측정기(108)에서 측정된 수위값을 수신하고, 수위값이 기설정된 냉각시스템(3)의 운전조건을 충족하는 경우 냉각수 공급부(20)를 작동시킬 수 있다.

제어부(60)는, 제1 온습도센서(303,305)와 제2 온습도센서(304,306)로부터 데이터를 수신하여 냉각수 공급부(20)를 제어할 수 있다.

구체적으로, 제어부(60)는 제1 온습도센서(303,305)로부터 수신한 대기온도 및 대기습도의 데이터와, 차압측정부(501)로부터 수신한 차압에 기초하여 기화냉각부(30)로 공급되는 냉각수의 공급유량을 산정하고, 산정된 공급유량에 따라 펌프부재(200)를 작동시킬 수 있다.

더욱 구체적으로 제어부(60)는, 대기온도가 높고 대기습도가 낮을수록 냉각수의 공급유량이 증가되도록 펌프부재(200)를 제어하고, 차압이 높을수록 냉각수의 공급유량이 감소하도록 펌프부재(200)를 제어할 수 있다.

한편 제어부(60)는, 냉각수 공급부(20)가 작동된 후에, 가스터빈(5)의 운전조건 및 냉각시스템(3)의 운전조건과 관련된 데이터를 재수집하고, 데이터가 기설정된 운전조건을 만족하는지 판단할 수 있다. 즉, 제어부(60)는 냉각시스템(3)의 작동 중에도 가스터빈(5)의 운전조건 및 냉각시스템(3)의 운전조건과 관련된 데이터를 재수집하여 정상운전을 위한 운전조건을 만족하는지를 모니터링할 수 있다.

제어부(60)는, 수집된 데이터가 가스터빈(5)의 운전조건 및 냉각시스템(3)의 운전조건을 충족시키지 못하는 경우, 운전정지 알람을 출력하고 냉각수 공급부(20)의 작동을 중단하여 냉각시스템(3)의 운전을 종료시킬 수 있다.

한편 이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 다른 측면에 의한 가스터빈 발전장치(1)의 냉각시스템 제어방법에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 냉각시스템 제어방법의 플로우차트이다.

본 발명에 따른 냉각시스템의 제어방법은, 운전준비단계와 데이터 수집단계와 냉각수 공급부 작동여부를 판단단계와 냉각수 공급유량 산정단계 및 냉각수 공급부(20) 작동단계를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 데이터수집단계 전에 운전조건 설정단계를 더 포함하고, 상기 냉각수 공급부(20) 작동단계 이후에 정상운전조건 충족여부 판단단계 및 데이터 재수집단계를 더 포함할 수 있다.

먼저, 운전준비단계는 저장탱크(100)에 냉각수를 공급하여 냉각시스템(3)의 운전을 준비할 수 있다.

운전조건 설정단계는 가스터빈(5)의 운전조건 및 냉각시스템(3)의 운전조건을 설정할 수 있다. 즉, 가스터빈(5)의 운전조건 및 냉각시스템(3)의 운전조건의 주요인자의 한계값을 지정할 수 있다.

예를 들어, 운전조건의 주요인자는 발전출력의 기저 운전상태 유무를 판단할 수 있는 기저출력, 발전운전의 차압 트립 조건에 대하여 safety factor를 고려한 최대 한계 차압치, 한계 차압 후 운전 정지상태의 기화냉각 시스템의 재가동 기준을 제시하는 재운전 설정 차압치, 흡기부(51) 아이싱 방지를 위한 한계 대기온도/습도치, 내부습도 조절을 위한 내부습도 한계치, 가스터빈(5) 내 캐비테이션 방지를 위한 저장탱크(100)의 수위 하한계치, 저장탱크(100)의 overflow 방지를 위한 수위 상한계치, 제1 필터(203)와 제2 필터(103)의 세정 기준을 나타내는 필터 세정 차압치, 유량 흐름 판단 기준인 최소 유량치 등일 수 있다. 다만 상기한 예시에 한정되는 것은 아니다.

데이터 수집단계는, 운전준비단계 이후에, 대기압과 가스터빈(5)의 압축기(53)의 전단의 압력 사이의 차압과 가스터빈(5)의 발전출력을 포함하는 가스터빈(5)의 운전조건과, 냉각시스템(3)의 운전조건과 관련된 데이터를 수집할 수 있다.

여기서 가스터빈(5)의 운전조건과 관련된 데이터는 기존 발전시스템으로부터 제공받도록 설정할 수 있고, 일례로 대기압과 압축기(53) 전단 압력 사이의 차압과 압축기(53) 전단의 내부온도 및 습도와 가스터빈(5)의 발전출력일 수 있다. 또한 냉각시스템(3)의 운전조건은 냉각시스템(3)에 설치한 각종 센서들을 통해 측정될 수 있고 일례로 대기온도 및 대기습도와 냉각패드(300) 후단의 내부온도 및 내부습도와 냉각수의 공급유량과 제1 및 제2 필터(103)의 차압과 저장탱크(100)의 수위 등일 수 있다.

냉각수 공급부 작동여부를 판단단계는, 데이터 수집단계에서 수집된 데이터가 기설정된 가스터빈(5)의 운전조건 및 냉각시스템(3)의 운전조건을 만족하는지 판단하여 냉각수 공급부(20)의 작동여부를 판단할 수 있다. 즉 수집된 데이터가 운전시작조건을 충족하는지 여부를 판단할 수 있다.

냉각수 공급유량 산정단계는, 데이터가 기설정된 운전조건을 만족하면, 대기압과 압축기(53) 전단의 압력 사이의 차압과, 냉각시스템(3)의 외부의 대기온도 및 대기습도에 기초하여 냉각수 공급부(20)가 공급하는 냉각수의 공급유량을 산정할 수 있다.

구체적으로 펌프부재(200)에 의해 공급되는 냉각수의 공급유량은 대기온도와 대기습도와 차압에 의해 결정될 수 있다. 더욱 구체적으로 대기온도가 높을 수록 공급되는 유량은 증가할 수 있고, 대기습도가 낮을수록 공급되는 냉각수 공급유량은 증가할 수 있다. 또한 상기한 바와 같이 차압이 증가할수록 발전출력이 감소하므로 이를 방지하기 위해 냉각수 공급유량을 감소시킬 수 있다.

한편 냉각수 공급부 작동단계는, 냉각수 공급유량 산정단계에서 산정된 공급유량에 따라 냉각수 공급부(20)에 구비된 펌프부재(200)를 작동시킬 수 있다. 또한 냉각수 공급부(20) 작동단계에서는 유량계(206)에서 수신한 유량 측정치에 따라 공급유량을 실시간으로 조절할 수 있다.

예를 들어, 유량계(206)의 측정값을 기준으로 펌프부재(200)와 연계된 인버터 주파수를 변화시켜서 냉각수 공급유량을 조절할 수 있다.

정상운전조건 충족여부 판단단계는, 냉각수 공급부(20) 작동단계 이후에, 가스터빈(5)의 운전조건 및 냉각시스템(3)의 운전조건을 충족시키는 여부를 모니터링할 수 있다.

상기 정상운전조건 충족여부 판단단계에서 모니터링한 결과 상기 가스터빈(5)의 운전조건 및 상기 냉각시스템(3)의 운전조건을 충족하지 않는 경우, 냉각수 공급부(20)의 냉각수 공급을 정지시키고 냉각시스템(3)의 운전을 종료할 수 있다.

예를 들어 펌프부재(200)가 기동 중이고 유량측정치가 최소 유량치 이하이면, 기동 중인 펌프부재(200)를 정지시키고 보조펌프(200b)를 기동시킬 수 있다. 이때 보조펌프(200b)의 유량측정치도 최소 유량치 이하이면 냉각시스템(3)의 운전을 정지시킬 수 있다.

또한, 발전출력이 기저출력 이하이거나, 대기온도와 대기습도가 아이싱 발생 가능한 한계 온도/습도치 이하일 경우 운전을 종료할 수 있다. 또한, 펌프부재(200)가 기동 중일 때, 냉각패드(300) 후단의 내부습도가 습도한계치 이상이거나, 저장탱크(100)의 수위가 수위 하한계치 이하이거나, 차압이 최대 한계 차압치 이상인 경우, 펌프부재(200)의 기동을 정지하고, 다시 수치가 정상범위가 되면 펌프부재(200)를 재가동시킬 수 있다.

제1 및 제2 세정유닛의 필터차압이 필터 세정 차압치 이상일 때 드레인밸브를 열어 필터를 일정시간 동안 역세정한 후 드레인밸브를 닫을 수 있다.

데이터 재수집단계는, 냉각수 공급부(20) 작동단계 이후에, 가스터빈(5)의 운전조건과, 냉각시스템(3)의 운전조건과 관련된 데이터를 재수집할 수 있다. 또한, 데이터 재수집단계 이후에, 재수집된 데이터를 기초로 냉각수 공급유량을 재산정하고, 냉각수 공급부(20)에서 공급하는 냉각수 공급량을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다.

1: 발전장치 3: 냉각시스템
5: 가스터빈 51: 흡기부
52: 필터 53: 압축기
501: 차압측정부 502: 발전출력측정부
10: 냉각수 저장부 11: 냉각수 공급원
100: 저장탱크 101: 압력계
102: 유입밸브 103: 제2 필터
104: 수면계 107: 제2 차압계
20: 냉각수 공급부 200: 펌프부재
200a: 메인펌프 200b: 보조펌프
202: 바이패스밸브 203: 제1 필터
204: 제1 드레인밸브 205: 제1 차압계
206: 유량계 30: 기화냉각부
300: 냉각패드 303,305: 제1 온습도센서
304,306: 제2 온습도센서 40: 냉각수 회수부
400: 배수탱크 401: 제1 여과기
402: 제2 여과기 60: 제어부
711: 유입라인 721: 공급라인
722: 분기라인 723: 바이패스라인
741: 배수라인 745: 재공급라인

Claims

외부로부터 흡입공기를 흡입하는 흡기부와, 상기 흡기부의 후단에 구비되어 흡입된 공기를 압축하는 압축기를 포함하는 가스터빈; 및,
상기 흡기부에 설치되고 상기 압축기로 공급되는 상기 흡입공기를 냉각시키는 냉각시스템을 포함하고,
상기 냉각시스템은,
냉각수 공급원과 연결되는 냉각수 공급부;
상기 냉각수 공급부로부터 공급받은 냉각수를 흡수하여 상기 흡입공기를 냉각시키는 기화냉각부; 및,
대기압과 상기 압축기의 전단의 압력 사이의 차압과 상기 가스터빈의 발전출력을 포함하는 상기 가스터빈의 운전조건과 상기 냉각시스템의 운전조건에 기초하여, 상기 냉각수 공급부의 냉각수 공급을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 냉각시스템의 운전준비가 완료되면, 상기 가스터빈의 운전조건 및 상기 냉각시스템의 운전조건과 관련된 데이터를 수집하고, 상기 데이터가 기설정된 운전조건을 만족하는 경우, 상기 냉각수 공급부를 작동시키고,
상기 냉각수 공급부가 작동된 후에, 상기 가스터빈의 정상 운전조건 및 상기 냉각시스템의 정상 운전조건을 충족시키는지 여부를 모니터링하고,
상기 가스터빈의 운전조건 및 상기 냉각시스템의 운전조건을 충족시키면, 상기 냉각수의 공급량을 조절하기 위해, 상기 가스터빈의 운전조건 및 상기 냉각시스템의 운전조건과 관련된 데이터를 재수집하고,
수집된 데이터 또는 모니터링한 결과가 상기 가스터빈의 운전조건 및 상기 냉각시스템의 운전조건을 충족시키지 못하는 경우, 상기 냉각수 공급부의 작동을 중단하여 상기 냉각시스템의 운전을 종료시키는, 가스터빈 발전장치.
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제1항에 있어서,
상기 가스터빈은, 대기압과 상기 압축기 전단의 압력 사이의 차압을 측정하는 차압측정부와, 상기 가스터빈의 발전출력을 측정하는 발전출력측정부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 차압측정부에서 측정된 차압값과 상기 발전출력측정부에서 측정된 발전출력값을 수신하고, 수신된 상기 차압값과 상기 발전출력값이 기설정된 가스터빈의 운전조건을 만족하는 경우 상기 냉각수 공급부를 작동시키는, 가스터빈 발전장치.
제1항에 있어서,
상기 냉각시스템은 상기 냉각수 공급원으로부터 공급된 냉각수가 저장되는 저장탱크와, 상기 저장탱크의 수위를 측정하는 수위측정기를 구비하는 냉각수 저장부를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 수위측정기에서 측정된 수위값을 수신하고, 상기 수위값이 기설정된 상기 냉각시스템의 운전조건을 충족하는 경우 상기 냉각수 공급부를 작동시키는, 가스터빈 발전장치.
제4항에 있어서,
상기 기화냉각부는, 상기 흡기부의 입구에 설치되고 냉각수를 흡수하여 흡입공기를 냉각시키는 냉각패드와, 상기 냉각패드의 전단인 외부의 대기온도와 대기습도를 측정하는 제1 온습도센서와, 상기 냉각패드 후단인 내측의 내부온도의 내부습도를 측정하는 제2 온습도센서를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 제1 온습도센서와 상기 제2 온습도센서로부터 데이터를 수신하여 상기 냉각수 공급부를 제어하는, 가스터빈 발전장치.
제6항에 있어서,
상기 냉각시스템은 상기 냉각수 공급원으로부터 공급된 냉각수가 저장되는 저장탱크를 포함하는 냉각수 저장부를 포함하고,
상기 냉각수 공급부는 상기 저장탱크로부터 냉각수가 공급되는 공급라인에 구비되어 냉각수를 냉각패드로 공급하는 펌프부재를 포함하고,
상기 제어부는 상기 제1 온습도센서로부터 수신한 대기온도 및 대기습도의 데이터와, 상기 차압측정부로부터 수신한 상기 차압에 기초하여 상기 기화냉각부로 공급되는 냉각수의 공급유량을 산정하고, 산정된 공급유량에 따라 상기 펌프부재를 작동시키는, 가스터빈 발전장치.
제7항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 대기온도가 높고 상기 대기습도가 낮을수록 냉각수의 공급유량이 증가되도록 상기 펌프부재를 제어하고, 상기 차압이 높을수록 냉각수의 공급유량이 감소하도록 상기 펌프부재를 제어하는, 가스터빈 발전장치.
제7항에 있어서,
상기 냉각수 공급부는, 상기 펌프부재의 후단과 상기 기화냉각부의 전단의 상기 공급라인에 구비되어 상기 기화냉각부로 공급되는 냉각수의 유량을 측정하는 유량계를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 유량계와 연결되어 상기 냉각패드로 공급되는 냉각수의 공급유량값을 수신하고, 수신한 데이터를 기초로 상기 펌프부재를 제어하는, 가스터빈 발전장치.
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냉각시스템의 운전을 준비하는, 운전준비단계;
상기 운전준비단계 이후에, 대기압과 가스터빈의 압축기의 전단의 압력 사이의 차압과 상기 가스터빈의 발전출력을 포함하는 상기 가스터빈의 운전조건과, 상기 냉각시스템의 운전조건과 관련된 데이터를 수집하는, 데이터 수집단계;
상기 데이터 수집단계에서 수집된 데이터가 기설정된 상기 가스터빈의 운전조건 및 상기 냉각시스템의 운전조건을 만족하는지 판단하여 냉각수 공급부의 작동여부를 판단하는, 냉각수 공급부 작동여부를 판단단계;
상기 데이터가 기설정된 운전조건을 만족하면, 대기압과 상기 압축기 전단의 압력 사이의 차압과, 상기 냉각시스템의 외부의 대기온도 및 대기습도에 기초하여 상기 냉각수 공급부가 공급하는 냉각수의 공급유량을 산정하는, 냉각수 공급유량 산정단계;
상기 냉각수 공급유량 산정단계에서 산정된 공급유량에 따라 상기 냉각수 공급부에 구비된 펌프부재를 작동시키는 냉각수 공급부 작동단계;
상기 냉각수 공급부 작동단계 이후에, 상기 가스터빈의 운전조건 및 상기 냉각시스템의 운전조건을 충족시키는지 여부를 모니터링하는 정상운전조건 충족여부 판단단계;
상기 정상운전조건 충족여부 판단단계 이후에, 냉각수 공급량을 조절하기 위해, 상기 가스터빈의 운전조건 및 상기 냉각시스템의 운전조건과 관련된 데이터를 재수집하는 데이터 재수집단계; 및
상기 냉각수 공급부 작동여부를 판단하는 단계에서 수집된 데이터 또는 상기 정상운전조건 충족여부 판단단계에서 모니터링한 결과가, 상기 가스터빈의 운전조건 및 상기 냉각시스템의 운전조건을 충족하지 않는 경우, 냉각수 공급부의 냉각수 공급을 정지시키고 냉각시스템의 운전을 종료하는 운전종료단계를 포함하는, 가스터빈 발전장치의 냉각시스템 제어방법.
제12항에 있어서,
상기 데이터수집단계 전에,
상기 가스터빈의 운전조건 및 상기 냉각시스템의 운전조건을 설정하는, 운전조건 설정단계를 더 포함하는, 가스터빈 발전장치의 냉각시스템 제어방법.
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제12항에 있어서,
상기 데이터 재수집단계 이후에, 재수집된 데이터를 기초로 상기 냉각수 공급유량을 재산정하고, 상기 냉각수 공급부에서 공급하는 냉각수 공급량을 조절하는 단계를 더 포함하는, 가스터빈 발전장치의 냉각시스템 제어방법.
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냉각수 공급원과 연결되는 냉각수 공급부;
가스터빈에 구비된 압축기의 전단에 구비되고, 상기 냉각수 공급부로부터 공급받은 냉각수를 흡수하여, 상기 압축기로 유입되는 흡입공기를 냉각시키는, 기화냉각부; 및,
대기압과 상기 압축기의 전단의 압력 사이의 차압과 상기 가스터빈의 발전출력을 포함하는 상기 가스터빈의 운전조건과 상기 냉각수 공급부 및 상기 기화냉각부의 운전조건에 기초하여, 상기 냉각수 공급부로부터 상기 기화냉각부로 공급되는 냉각수 공급을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 냉각수 공급부 및 상기 기화냉각부의 운전준비가 완료되면, 상기 가스터빈의 운전조건 및 상기 냉각수 공급부 및 상기 기화냉각부의 운전조건과 관련된 데이터를 수집하고, 상기 데이터가 기설정된 운전조건을 만족하는 경우, 상기 냉각수 공급부를 작동시키고,
상기 냉각수 공급부가 작동된 후에, 상기 가스터빈과 상기 냉각수 공급부 및 상기 기화냉각부이 정상 운전조건을 충족시키는지 여부를 모니터링하고,
상기 가스터빈의 운전조건 및 상기 냉각수 공급부 및 상기 기화냉각부의 운전조건을 충족시키면, 상기 냉각수의 공급량을 조절하기 위해, 상기 가스터빈의 운전조건 및 상기 냉각수 공급부 및 상기 기화냉각부의 운전조건과 관련된 데이터를 재수집하고,
수집된 데이터 또는 모니터링한 결과가 상기 가스터빈의 운전조건 및 상기 냉각수 공급부 및 상기 기화냉각부의 운전조건을 충족시키지 못하는 경우, 상기 냉각수 공급부의 작동을 중단시키는, 가스터빈 발전장치의 냉각시스템.
제18항에 있어서,
상기 냉각수 공급부는,
상기 냉각수 공급원과 상기 기화냉각부를 연결하는 공급라인에 구비되어 상기 기화냉각부로 냉각수를 공급하는 펌프부재를 포함하는, 가스터빈 발전장치의 냉각시스템.
제19항에 있어서,
상기 펌프부재는,
상기 공급라인에 설치되는 메인펌프와,
상기 공급라인에서 분기되는 분기라인 상에 설치되고 상기 메인펌프와 병렬로 연결되는 보조펌프를 포함하는, 가스터빈 발전장치의 냉각시스템.
제19항에 있어서,
상기 냉각수 공급부는, 상기 펌프부재 후단의 상기 공급라인 상에 구비되어, 상기 기화냉각부로 공급되는 냉각수의 유량을 측정하는 유량계를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 유량계로부터 상기 기화냉각부로 공급되는 냉각수의 공급유량값을 수신하고, 수신한 데이터를 기초로 상기 펌프부재를 제어하는, 가스터빈 발전장치의 냉각시스템.
제19항에 있어서,
상기 냉각수 공급부는,
상기 공급라인 상에 설치되어 공급되는 냉각수를 세정하는 제1 필터와, 상기 제1 필터의 전후단의 차압을 측정하는 제1 차압계와, 상기 제1 필터에 연결된 드레인라인에 설치되는 제1 드레인밸브를 구비하는 제1 세정유닛을 더 포함하는, 가스터빈 발전장치의 냉각시스템.
제22항에 있어서,
상기 냉각수 공급원과 연결되고 상기 냉각수 공급부로 공급되는 냉각수를 저장하는 냉각수 저장부를 더 포함하고,
상기 냉각수 공급부는, 상기 펌프부재와 상기 제1 세정유닛 사이의 상기 공급라인에서 분기되어 상기 냉각수 저장부에 연결되는 바이패스라인과 상기 바이패스라인 상에 설치된 바이패스밸브를 더 포함하는, 가스터빈 발전장치의 냉각시스템.
제18항에 있어서,
상기 냉각수 공급원과 상기 냉각수 공급부의 사이에 구비되는 냉각수 저장부를 더 포함하고,
상기 냉각수 저장부는,
상기 냉각수 공급부로 공급되는 냉각수를 저장하는 저장탱크;
상기 냉각수 공급원과 상기 저장탱크를 연결하는 유입라인 상에 설치되어 유입되는 냉각수를 세정하는 제2 필터와, 상기 제2 필터의 전후단의 차압을 측정하는 제2 차압계와, 상기 제2 필터에 연결된 드레인라인에 설치되는 제2 드레인밸브를 구비하는 제2 세정유닛을 더 포함하는, 가스터빈 발전장치의 냉각시스템.
제24항에 있어서,
상기 냉각수 저장부는,
상기 저장탱크의 수위를 측정하는 수위측정기; 및,
상기 저장탱크의 내부에 구비되며 상기 유입라인을 개폐하는 유입밸브와 연계되어 상기 저장탱크의 수위를 조절하는 수면계를 더 포함하는, 가스터빈 발전장치의 냉각시스템.
제18항에 있어서,
상기 기화냉각부에서 배수되는 냉각수를 회수하는 냉각수 회수부를 더 포함하되,
상기 냉각수 회수부는,
배수탱크;
상기 기화냉각부와 상기 배수탱크를 연결하는 배수라인;
상기 배수라인 상에 구비되어 상기 배수탱크로 배수되는 냉각수를 여과하는 제1 여과기; 및,
상기 배수탱크의 냉각수를 배출하는 배출라인을 포함하는, 가스터빈 발전장치의 냉각시스템.
제26항에 있어서,
상기 냉각수 공급원과 상기 냉각수 공급부의 사이에 구비되는 냉각수 저장부를 더 포함하고,
상기 냉각수 회수부는, 상기 배수탱크와 상기 냉각수 저장부에 구비된 저장탱크를 연결하는 재공급라인과, 상기 재공급라인 상에 설치되는 제2 여과기를 포함하는, 가스터빈 발전장치의 냉각시스템.