KR102063381B1 - 과열 저감기 정비 시기 예측 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발전기의 보일러에 적용되는 과열 저감기의 정비 시기 예측 방법 및 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 과열 저감기 정비 시기 예측 방법은, 발전기의 운전 데이터를 수집하는 단계; 상기 발전기의 소정의 운전 기간동안, 수집된 상기 운전 데이터 중 과열 저감기의 TCV 밸브 전/후단의 온도 데이터를 이용하여, 가동 시간에 따른 상기 TCV 밸브 전/후단의 온도차에 대한 온도차 예측 함수를 도출하는 단계; 상기 온도차 예측 함수에 기초하여, 가동 시간에 따른 TCV 밸브의 패싱에 의한 성능 저하를 예측하는 단계; 및 상기 예측된 성능 저하에 따라 TCV 밸브의 정비 시기를 예측하는 단계를 포함한다.

Description

과열 저감기 정비 시기 예측 방법 및 시스템{Maintenance Interval Prediction Method And System In Desuperheater of Heat Recovery Steam Generator}
본 발명은 발전기의 보일러에 적용되는 과열 저감기의 정비 시기 예측 방법 및 시스템에 관한 것이다.
발전기의 보일러에 적용되는 과열 저감기는, 온도 조절 밸브(Temperature Control Valve, 이하 'TCV 밸브'라고도 한다)를 구비하여 과열 증기(superheated steam)의 온도를 스팀 터빈 운전 조건에 맞도록 조절해 주는 장치이다.
그런데, 이러한 TCV 밸브의 노즐은 고온/고압 노출에 따른 열화로 운전 시간이 경과 할수록 패싱(passing) 현상이 발생하였다. 즉, TCV 밸브가 완전히 닫힌 것으로 제어되어도 소량의 리크가 발생되었다.
이와 같은 과열 저감기의 TCV 밸브에 의한 패싱 현상은, 스팀 온도의 불필요한 저하로 인해 열 손실을 초래하고, 이것은 발전기의 발전 성능에 큰 영향을 미친다.
한편, 종래에는 과열 저감기의 TCV 밸브 전/후단의 유량값을 모니터링하였으나, 패싱 현상에 의한 손실 유량(즉, 패싱 유량)이 소량인 경우 이를 감지하기 어려웠다. 뿐만 아니라, 종래에는 손실 유량이 발전 성능에 어느 정도 영향을 미치는지 정확히 분석할 수 없었으므로, 어느 시기에 과열 저감기를 정비해야 하는지 예측하기 어려웠다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, TCV 밸브 전/후단의 온도차를 이용하여 TCV 밸브의 패싱에 의한 성능 저하를 예측할 수 있고, 나아가서 TCV 밸브의 적정한 정비 시기를 예측할 수 있는 과열 저감기의 정비 시기 예측 방법 및 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 과열 저감기 정비 시기 예측 방법은, 발전기의 운전 데이터를 수집하는 단계; 발전기의 소정의 운전 기간동안, 수집된 운전 데이터 중 과열 저감기의 TCV 밸브 전/후단의 온도 데이터를 이용하여, 가동 시간에 따른 TCV 밸브 전/후단의 온도차에 대한 온도차 예측 함수를 도출하는 단계; 온도차 예측 함수에 기초하여, 가동 시간에 따른 TCV 밸브의 패싱에 의한 성능 저하를 예측하는 단계; 및 예측된 성능 저하에 따라 TCV 밸브의 정비 시기를 예측하는 단계를 포함한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 과열 저감기 정비 시기 예측 시스템은, 발전기의 운전 데이터를 수집하는 데이터 수집부; 발전기의 소정의 운전 기간동안, 수집된 운전 데이터 중 과열 저감기의 TCV 밸브 전/후단의 온도 데이터를 이용하여, 가동 시간에 따른 TCV 밸브 전/후단의 온도차에 대한 온도차 예측 함수를 도출하는 온도차 예측부; 및 온도차 예측 함수에 기초하여, 가동 시간에 따른 TCV 밸브의 패싱에 의한 성능 저하를 예측하고, 예측된 성능 저하에 따라 TCV 밸브의 정비 시기를 예측하는 정비시기 예측부를 포함한다.
본 발명에 의하면, TCV 밸브 전/후단의 온도차를 이용하여 TCV 밸브의 패싱에 의한 성능 저하를 예측하여, TCV 밸브의 적정한 정비 시기를 예측할 수 있다.
본 발명에 의한 다른 효과는, 이후 실시예에 따라 추가적으로 설명하기로 한다.
도 1은 복합 발전 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 과열 저감기 정비 시기 예측 시스템의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)의 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 가동 시간에 따른 각 TCV 밸브의 전/후단 온도차를 나타내는 그래프이다.
도 4는 TCV 밸브의 전/후단 온도와 스팀 터빈 입력단의 스팀 조건 사이의 관계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 온도차 예측 함수와 경제성 분석을 통해 최적의 정비시기를 도출하기 위한 개념을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 TCV 밸브별 성능 현황 정보를 나타내는 표시 화면의 일례이다.
도 7은 TCV 밸브 정비 이력 정보를 나타내는 표시 화면의 일례이다.
도 8은 최적 정비 시기 정보를 나타내는 표시 화면의 일례이다.
도 9는 발전기별 종합 정보를 나타내는 표시 화면의 일례이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 과열 저감기 정비 시기 예측 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 TCV 밸브의 정비 시기를 예측하는 단계를 나타내는 순서도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 본 발명이 적용될 수 있는 스팀 터빈을 이용한 발전 시스템을 간단히 설명하기로 한다. 일반적으로 스팀 터빈 발전기는 보일러, 스팀 터빈 및 복수기를 포함한다. 보일러에서 만든 고온 고압의 증기를 노즐로부터 분출·팽창시켜, 스팀 터빈을 회전시키고, 이에 따라, 발전기는 터빈의 회전력을 이용하여 발전을 한다. 이때, 스팀 터빈을 회전시킨 증기는 복수기에서 냉각 응축되어 물로 환원되고 환원된 물은 재활용을 위해 다시 보일러로 보내진다. 스팀 터빈은 고압 터빈, 중압 터빈 및 저압 터빈으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은 단순히 스팀 터빈만을 적용한 발전 시스템만이 아니라, 가스 터빈과 스팀 터빈을 포함하는 복합 발전 시스템에도 적용될 수 있다.
도 1은 복합 발전 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다. 도 1에서와 같이, 복합 발전 시스템은 예를 들면 가스 터빈(110), 스팀 터빈(140), 발전기(120), 보일러(130)(예로써, 배열회수 보일러) 및 복수기(150)를 포함할 수 있다. 먼저, 가스 터빈(110)은 공기 압축기(이하, 간단히 '압축기'라고도 한다), 연소기 및 터빈으로 이루어지고, 압축기에서 압축된 공기를 연소기에서 가스 연료와 함께 연소시킴으로써, 생긴 고압 고압의 가스를 터빈에 내뿜으면서 팽창시켜 가스 터빈을 회전시킨다. 이에 따라, 가스 터빈(110)은 공기 압축기와 연소기를 통해 얻은 회전력을 이용하여 발전기(120)를 1차적으로 구동시킨다. 한편, 가스 터빈(110)에서 터빈을 회전시킨 고온 고압의 가스는 보일러(130)로 공급되고, 스팀 터빈(140)은 보일러(130)로부터 공급되는 고압 고온의 증기를 이용하여 회전하여 발전기(120)를 2차적으로 구동시킨다. 이때, 스팀 터빈(110)의 고압 터빈, 중압 터빈 및 저압 터빈을 순서대로 거친 증기는 복수기(150)에서 냉각 응축되어 물로 환원되고, 환원된 물은 재활용을 위해서 다시 보일러(130)로 보내진다. 이와 같이 하여, 복합 발전을 실시할 수 있다.
한편, 발전기의 보일러에 적용되는 과열 저감기는, 예를 들면, 보일러(130)와 스팀 터빈(140) 사이의 적어도 하나의 배관에 온도 조절 밸브(Temperature Control Valve, 이하 'TCV 밸브'라고도 한다)를 마련하고, 과열 증기가 일정한 온도에 이르면 TCV 밸브를 개폐 제어하여 TCV 밸브 노즐을 통해 워터 스프레이를 분사함으로써, 과열 증기의 온도를 조절한다.
이어서, 도 2를 이용하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 과열 저감기 정비 시기 예측 시스템에 대해서 설명하기로 한다. 도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 과열 저감기 정비 시기 예측 시스템의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)의 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다.
먼저, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 과열 저감기 정비 시기 예측 시스템(1)은, 크게 통신부(10), 표시부(30) 및 제어부(20)를 포함할 수 있다.
통신부(10)는 유/무선을 이용하여 외부 장치와 통신하는 장치로서, 제어부(20)에 의해 제어된다.
표시부(30)는 사용자 인터페이스로서, 제어부(20)의 제어에 의해 각종 입력 정보, 처리 정보 등을 표시하는 디스플레이 장치이다.
제어부(20)는 과열 저감기 정비 시기 예측을 위한 전반적인 프로세스를 수행하는 처리부로서, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 데이터 수집부(21), 온도차 예측부(22) 및 정비시기 예측부(23)를 포함한다.
데이터 수집부(21)는 발전기의 운전 데이터를 수집하는 구성이다. 일례로, 데이터 수집부(10)는 통신부(10)를 통해 TCV 밸브 전/후단의 온도 데이터를 수집할 수 있다. 또한, 데이터 수집부(10)는 발전기 출력에 관한 운전 데이터, 경제성 분석에 관한 운전 데이터 등을 더 수집할 수도 있다.
온도차 예측부(22)는 발전기의 소정의 운전 기간(예로써, 과거 운전 기간)동안, 과열 저감기의 TCV 밸브별로 각 TCV 밸브가 닫혔을 때의 TCV 밸브 전/후단의 온도 데이터를 이용하여, 가동 시간에 따른 TCV 밸브 전/후단의 온도차에 대한 온도차 예측 함수를 도출하는 구성이다. 다시 말해, TCV 밸브의 패싱에 의한 열손실 즉, 온도차를 계산하고, 향후 온도차의 변화(추세)를 예상할 수 있는 회귀식을 도출하는 구성이다.
이해를 돕기 위해 도 3을 이용하여 온도차 예측선을 도출하는 개념을 설명한다. 도 3은 가동 시간에 따른 각 TCV 밸브의 전/후단 온도차를 나타내는 그래프이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 직전 정비 이후 과거 운전 기간 동안 TCV 밸브 전/후단의 온도차를 계산하여 가동 시간에 따라 예로써 온도차 분포(혹은 온도차 곡선)로 나타내고, 이를 가동 시간에 따라 회귀 분석하면 예로써 점선과 같이 온도차 예측선과 같은 온도차 예측 함수를 도출할 수 있다. 이에 따라, 현재 시점 이후의 가동 시간에 따른 온도차의 변화를 예측할 수 있다.
또한, 정비시기 예측부(23)는, 온도차 예측 함수에 기초하여, 가동 시간에 따른 TCV 밸브의 패싱에 의한 성능 저하를 예측하고, 예측된 성능 저하에 따라 TCV 밸브의 정비 시기를 예측하는 구성이다. TCV 밸브의 온도차가 증가하는 것은, TCV 밸브의 패싱에 의한 성능 저하가 커지는 것을 의미한다. 이에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 온도차 예측 함수에 의해 미리 설정된 온도차(예로써, 22도)가 되는 지점을 정비 시점으로서 예측할 수 있다.
일 실시예로써, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 제어부(20)는 TCV 밸브의 최적의 정비 시기를 예측하기 위해서, 스팀 조건 예측부(24), 발전기 출력 예측부(25) 및 경제성 분석부(26)를 더 포함할 수 있다. 즉, TCV 밸브에 의한 성능 저하가 있어도 발전이 되지 않는 것은 아니므로, TCV 밸브의 성능 저하와 발전기 출력의 인과 관계에 따른 경제성 분석을 통해서 최적의 정비 시기를 예측할 수 있다.
먼저, 스팀 조건 예측부(24)는, 각 TCV 밸브 전/후단의 온도차에 의해 변화하는, 터빈 입력단의 스팀에 대한 온도 및 압력 조건을 가동 시간에 따라 예측하는 구성이다. 이는 TCV 밸브의 패싱으로 인한 발전기 출력의 저하 정도를 파악하기 위한 중간 과정으로서, TCV 밸브 전/후 온도차로 인한 스팀 조건(온도 및 압력)의 변화를 예측하는 것이다.
도 4를 이용하여, 스팀에 대한 온도 및 압력 조건을 예측하는 과정을 설명하기로 한다. 도 4는 TCV 밸브의 전/후단 온도와 스팀 터빈 입력단의 스팀 조건 사이의 관계를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 고압 증기 터빈용 수퍼 히터(과열기)의 전후단에 제1 TCV 밸브와 제2 TCV 밸브가 마련되고, 제1 및 제2 TCV 밸브를 통한 스팀이 고압 증기 터빈의 메인 스팀으로서 공급되는 경우, 고압 증기 터빈의 메인 스팀에 대한 온도, 압력 및 유량 등의 스팀 조건은 제1 TCV 밸브 전/후단의 온도차와 제2 TCV 밸브 전/후단의 온도차를 이용한 함수를 통해 구해질 수 있다.
예를 들면, 고압 증기 터빈 입구의 온도(HP.Main.Temp) 및 압력(HP.Main.Pr)은 예를 들면 다음과 같은 파라미터를 고려하여 예측식을 모델링할 수 있다.
- HP.Main.Temp ~ f((HP.Main.Flow), (HP.Before.Temp), (HP.TCV.1.Before), (HP.TCV.1.Differ), (HP.TCV.2.Differ))
여기서, HP.Main.Flow는 고압 증기 유량을 나타내며, HP.Before.Temp는 고압 증기 초기 온도를 나타내고, HP.TCV.1.Before는 제1 TCV 밸브의 전단 온도를 나타내며, HP.TCV.1.Differ는 제1 TCV 밸브의 전후단 온도차를 나타내며, HP.TCV.2.Differ는 제2 TCV 밸브의 전후단 온도차를 나타낸다.
- HP.Main.Pr ~ f((HP.Before.Pr), (HP.Main.Flow), (HP.TCV.1.Before), (HP.TCV.1.Differ), (HP.TCV.2.Differ))
여기서, HP.Before.Pr는 고압 증기 초기 압력을 나타낸다.
이와 같은, 예측식은 과거의 운전 데이터를 이용한 학습 과정을 거쳐 예측 오차를 검증하는 과정을 거쳐 실제 증기 터빈의 조건을 가장 잘 나타내는 함수로 설정되면 된다.
이와 같은 방식을 통해서, 고압 증기 터빈 입구의 온도 및 압력뿐만 아니라, 중압 증기 터빈 입구의 온도 및 압력도 예측 계산할 수 있다. 다만, 중압 터빈의 경우 고압 터빈과 달리 구조상 재열기를 거쳐 증기가 공급되므로, 재열기 입구 전단의 증기 온도나 재열 증기 유량 등을 더 고려하여 예측 모델식이 모델링될 수 있다.
이어서, 발전기 출력 예측부(25)는, 미리 설계된 발전기 출력 예측 모델을 이용하여 가동 시간에 따른 발전기 출력을 예측하고, 스팀에 대한 온도 및 압력 조건의 변화에 따른 발전기 출력의 변화량을 도출하는 구성이다. 여기서, 발전기 출력 예측 모델(Gen.Power)은, 예를 들면, 복합 발전 시스템의 경우, 대기조건(예로써, 대기온도, 대기압, 대기습도)과, 터빈의 성능 인자(즉, 가스 터빈의 성능 인자와 스팀 터빈의 성능 인자)와, 복수기의 진공도를 고려하여, 다음과 같이 f 함수로서 모델링될 수 있다.
- Gen.Power = f(대기 조건, 가스 터빈 성능 인자, 스팀 터빈 성능 인자, 복수기 진공도)
대기 조건에 대한 식은 예를 들면 다음과 같이 I 함수로서 설정될 수 있다.
- 대기 조건 = I(CIT3, CIT2, CIT)
여기서, CIT는 대기 온도이다.
또한, 가스 터빈 성능 인자에 대한 식은 예를 들면 다음과 같이 I 함수로서 설정될 수 있다.
- 가스 터빈 성능 인자 = I(CIT, Atmospheric, Moist, P1C, (GT.RPS), P2C, T2C, T2T, P2T, EBH, (LNG.Temp), (Air.Comp..Efficeincy.No.1))
여기서, Atmospheric는 대기압이고, Moist는 대기 습도이며, P1C는 압축기 입구 압력이고, GT.RPS는 가스 터빈 회전 속도이며, P2C는 압축기 출구 압력이고, T2C는 압축기 출구 온도이며, T2T는 가스 터빈 출구 온도이고, P2T는 가스 터빈 출구 압력이며, EBH는 가동 시간이고, LNG.Temp는 LNG 공급 온도이며, Air.Comp..Efficeincy.No.1는 압축기 효율이다.
또한, 스팀 터빈 성능 인자에 대한 식은 예를 들면 다음과 같이 I 함수로서 설정될 수 있다.
- 스팀 터빈 성능 인자 = I(T2T, P2T, (HP.Main.Temp), (From.HP.TBN.Temp), (HP.Main.Pr), (From.HP.TBN.Pr), (HP.Main.Flow), (HRH.Main.Temp), (From.IP.TBN.Temp), (HRH.Main.Pr), (From.IP.TBN.Pr), (HRH.Main.Flow), (LP.Main.Temp), (LP.Main.Pr), (LP.Main.Flow), (From.HP.TBN.Temp))
여기서, HP.Main.Temp는 고압 증기 터빈 입구 온도이고, From.HP.TBN.Temp는 고압 증기 터빈 출구 온도이며, HP.Main.Pr는 고압 증기 터빈 입구 압력이고, From.HP.TBN.Pr는 고압 증기 터빈 출구 압력이며, HP.Main.Flow는 고압 증기 유량, HRH.Main.Temp는 중압 증기 터빈 입구 온도이고, From.IP.TBN.Temp는 중압 증기 터빈 출구 온도이며, HRH.Main.Pr는 중압 증기 터빈 입구 압력이고, From.IP.TBN.Pr은 중압 증기 터빈 출구 압력이며, HRH.Main.Flow는 중압 증기 유량이고, LP.Main.Temp는 저압 증기 터빈 입구 온도이며, LP.Main.Pr는 저압 증기 터빈 입구 압력이고, LP.Main.Flow는 저압 증기 유량이다.
여기서, 발전기 출력 예측 모델도 과거의 운전 데이터를 이용한 학습 과정을 거쳐 예측 오차를 검증하여 실제 발전기 출력과 비교해서 발전기 출력과 가장 잘 예측하는 함수로 모델링되면 된다.
이와 같이, 발전기 출력 예측 모델을 이용하여 발전기 출력을 예측하고, 스팀 조건 예측부(24)를 통해 예측된 스팀 터빈으로 공급되는 스팀에 대한 온도 및 압력 조건의 변화에 따른 발전기 출력의 변화량을 도출하면 된다. 예로써, 고압 스팀 터빈의 스팀 조건인 온도나 압력이 1% 상승되거나 1% 하락되었을 때의 발전기 출력의 변화량을 도출하거나, 중압 스팀 터빈의 스팀 조건인 온도나 압력이 1% 상승되거나 1% 하락되었을 때의 발전기 출력의 변화량을 도출할 수 있다. 이와 같은 방식으로 스팀에 대한 온도 및 압력 조건의 변화에 의한 발전기 출력의 변화를 예측할 수 있으며, 이를 통해서 TCV 밸브 전/후단의 온도차에 의한 발전기 출력의 변화를 예측하고, 적절한 TCV 밸브의 정비 시기를 설정할 수 있다.
또한, 경제성 분석부(26)는, 소정 기간 동안의 발전기 출력의 변화량에 의한 경제성을 분석하는 구성이다. 발전기 출력은 경제성 분석시 비용을 결정하는 중요한 요소이다. 여기서, 경제성 분석은, 예를 들면, 정비 기간 동안에 대한 정비 비용, 발전기 정지 손실 비용, 연료 절약 비용, 용량 정산 요금(CP) 및 제약비발전정산금(COFF)에 기초하여 분석할 수 있다.
경제성 분석부(70)는, 경제성 분석시, 예를 들면, 다음과 같이 수익 개선 금액을 가동 시간 또는 일별로 계산하여, 최적의 수익 개선 시점을 산출할 수 있다.
- 수익 개선 금액 = 용량 정산 요금(CP) + 제약비발전 정산금(COFF) + 연료 절감 비용 - 정비 비용 - 정지 손실 비용
여기서, 용량 정산 요금(CP) 및 제약비발전 정산금(COFF)은 전력 거래소와의 거래에 따라 지원받는 보조금으로서 일별로 변동되는 금액이며, 연료 절감 비용은 예를 들면 LNG 절감 비용이고, 정비 비용은 과열 저감기의 TCV 밸브의 정비 비용이며, 정지 손실 비용은 발전기 정지 손실 기간(예로써, 5일)에 따른 비용이다.
도 5는 온도차 예측 함수와 경제성 분석을 통해 최적의 정비시기를 도출하기 위한 개념을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5에서와 같이, 예를 들면, 직전 TCV 밸브의 정비 시점 이후의 현재 시점에서 온도차 예측 함수를 통해서 소정 기간 동안(예로써, 6개월)의 TCV 밸브의 성능 저하를 예상하여 TCV 밸브의 정비 시기를 1차적으로 예측하고, 예측 시기로부터 다시 소정 기간(예로써, 6개월) 동안 일별 또는 가동 시간별로 경제성 분석을 실시하여 최적의 정비시점을 도출할 수 있다.
이에 따라, 정비시기 예측부(23)는, 온도차 예측 함수와 함께, 경제성 분석된 발전기 출력의 변화량에 기초하여 TCV 밸브에 대한 최적의 정비시기를 예측할 수 있다.
한편, 제어부(20)는 도시하지는 않았으나, TCV 밸브 전/후단의 온도 데이터에 기초하여, 추정값으로 패싱 유량(즉, 손실 유량)을 계산할 수 있다. 계측기 특성상 소량의 패싱 유량은 직접적으로 측정할 수 없기 때문에, 계산을 통해 추정할 수 있다.
예를 들면, 도 4에서와 같이, 제1 TCV 밸브에서의 스팀의 패싱 유량(x[t/h])은 다음과 같은 함수로서 도출될 수 있다.
x[t/h] = f((HP Steam Flow), (HP TCV#1 전단), (HP TCV#1 후단), (HP TCV#1후단온도), (BFP후단온도))
여기서, HP Steam Flow는 고압 증기 유량을 나타내고, HP TCV#1 전단은 제1 TCV 밸브의 전단 유량을 나타내고, HP TCV#1 후단은 제1 TCV 밸브의 후단 유량을 나타내며, HP TCV#1후단온도는 제1 TCV 밸브의 후단 온도를 나타내며, BFP후단온도는 급수 펌프의 후단 온도를 나타낸다.
이에 따라, TCV 밸브 전/후단의 온도차에 의한 패싱 유량을 계산하여 표시부(30)를 통해 표시할 수 있고, 이를 통해 사용자는 TCV 밸브의 현재 시점에서의 성능 저하 상태를 확인 가능하도록 할 수 있다.
한편, 표시부(30)는 운전 데이터나, 각종 입력값, 계산값, 분석값, 예측값 등의 데이터를 표나, 그래프 등의 다양한 형태로 표시할 수 있다. 일례로, 표시부(30)는 TCV 밸브의 전/후단의 온도차 정보와, 스팀에 대한 온도 및 압력 조건에 따른 예상 성능 저하량과, 최적 정비시기 및 최적 정비시기에 따른 예상 수익 개선 금액 등을 표나 그래프 등을 이용하여 다양하게 표시할 수 있다.
도 6 내지 도 9를 이용하여, 표시부(90)를 통해 TCV 밸브별 성능 현황 정보, TCV 밸브 정비 이력 정보, 최적 정비 시기 정보 및 발전기별 종합 정보를 표시할 수 있다. 도 6은 TCV 밸브별 성능 현황 정보를 나타내는 표시 화면의 일례이며, 도 7은 TCV 밸브 정비 이력 정보를 나타내는 표시 화면의 일례이고, 도 8은 최적 정비 시기 정보를 나타내는 표시 화면의 일례이며, 도 9는 발전기별 종합 정보를 나타내는 표시 화면의 일례이다. 여기서, 도 6 내지 도 9의 표시 화면은 복합 발전에 적용된 정보 화면이다.
먼저, TCV 밸브별 성능 현황 정보는, 도 6에 도시된 바와 같이, 현재 시점에서의 TCV 밸브별로 전/후단 온도와 패싱 유량 정보를 나타낼 수 있으며, 또한, 가동시간에 따른 온도차와, 온도차 예측 함수를 그래프 형태로 나타낼 수 있다. 또한, 각 TCV 밸브별로 온도차 예측 함수에 의한 정비 시점 정보, 경제성 분석에 의한 최적 정비 시점 정보(수익 개선 금액 포함) 및 터빈 입력단의 스팀에 대한 온도, 압력, 유량의 예상 성능 저하량 정보, 발전기 출력 변화량 등을 더 표시할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 TCV 밸브별로 성능 현황을 정비 시기와 관련지어 정확히 파악할 수 있다.
TCV 밸브 정비 이력 정보는, 도 7에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 제어부(20)는 데이터 수집부(21)를 이용하여 TCV 밸브의 정비 이벤트 발생시 자동으로 정비 이력을 기록하고 관리할 수 있다. 또한, 정비 이력 정보는 정비 날짜별로 발전기 효율 향상(%), 발전기 출력 향상(%), 관련된 스팀 터빈 입력단의 스팀 조건(온도, 압력, 유량), 정비 시점(EBH) 및 예상 수익 개선 금액 등을 표 형태로 나타낼 수 있다. 이에 따라, 사용자는 과거 정비 이력을 활용하여 정비 주기에 따른 발전기 성능 현황을 파악할 수 있다.
최적 정비 시기 정보는, 도 8에 도시된 바와 같이, 일별로 용량 정산 요금(CP), 제약비발전 정산금(COFF), LNG 절감 비용, 정비 비용, 정지 손실 비용 및 예상 수익 개선 금액 등을 표 형태로 나타낼 수 있다. 이에 따라, 사용자는 예상 수익 개선 금액이 가장 좋은 시기에 맞추어 최적 정비 시기(시점)를 결정할 수 있다.
또한, 발전기별 종합 정보는, 도 9에 도시된 바와 같이, 발전기 호기별로 TCV 최적 정비 시기 정보(날짜(또는 가동 시간) 및 수익 개선 금액) 및 TCV 밸브별 전후단 온도차 정보 및 정비 이력 정보를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 사용자는 발전기별로 각 TCV 밸브의 상황을 파악하여 최적 정비 시기를 한눈에 인식할 수 있다.
이어서, 도 10을 이용하여, 본 발명에 따른 과열 저감기 정비 시기 예측 방법을 설명하기로 한다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 과열 저감기 정비 시기 예측 방법을 나타내는 순서도이다.
먼저, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 과열 저감기 정비 시기 예측 방법은, 먼저, 데이터 수집부(21)를 통해서 발전기의 운전 데이터를 실시간으로 수집한다(S10). 이어서, 발전기의 소정의 운전 기간동안, 수집된 운전 데이터 중 과열 저감기의 TCV 밸브 전/후단의 온도 데이터를 이용하여, 가동 시간에 따른 TCV 밸브 전/후단의 온도차에 대한 온도차 예측 함수를 도출한다(S20). 이어서, 온도차 예측 함수에 기초하여, 가동 시간에 따른 TCV 밸브의 패싱에 의한 성능 저하를 예측한다(S30). 이어서, 예측된 성능 저하에 따라 TCV 밸브의 정비 시기를 예측한다(S40).
일례로, TCV 밸브의 정비 시기를 예측하는 단계(S40)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 최적의 정비 시기를 예측할 수 있다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 TCV 밸브의 정비 시기를 예측하는 단계를 나타내는 순서도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, TCV 밸브의 정비 시기를 예측하는 단계(S40)는, 먼저, 각 TCV 밸브 전/후단의 온도차에 의해 변화하는, 터빈 입력단의 스팀에 대한 온도 및 압력 조건을 가동 시간에 따라 예측한다(S41). 이어서, 대기조건과, 터빈 성능 인자와, 복수기의 진공도에 기초한 발전기 출력 예측 모델을 이용하여 가동 시간에 따른 발전기 출력을 예측한다(S42). 이어서, 스팀에 대한 온도 및 압력 조건의 변화에 따른 발전기 출력의 변화량을 도출한다(S43). 이어서, 소정 기간 동안의 발전기 출력의 변화량에 의한 경제성을 분석한다(S44). 이어서, 온도차 예측 함수와 경제성 분석된 발전기 출력의 변화량에 기초하여, TCV 밸브에 대한 최적 정비시기를 예측한다(S45).
한편, 도시하지는 않았으나, TCV 밸브의 정비 시기를 예측하는 단계(s40)는, TCV 밸브 전/후단의 온도 데이터에 기초하여, 추정값으로 패싱 유량을 계산할 수 있다. 이에 따라, TCV 밸브 전/후단의 온도차에 의한 패싱 유량을 표시부(30)에 표시함으로써, 사용자는 TCV 밸브의 현재 성능 저하 상태를 예측 가능하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 과열 저감기 정비 시기 예측 시스템 및 방법은 각 구성 또는 단계의 기능을 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체로서 구현될 수 있다.
이와 같은, 본 발명에 의하면, TCV 밸브 전/후단의 온도차를 이용하여 TCV 밸브의 패싱에 의한 성능 저하를 예측하여, TCV 밸브의 적정한 정비 시기를 예측할 수 있고, 나아가서, 경제성 분석을 통해 최적의 정비 시기를 예측할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 통신부 20: 제어부
21: 데이터 수집부 22: 온도차 예측부
23: 정비시기 예측부 24: 스팀 조건 예측부
25: 발전기 출력 예측부 26: 경제성 분석부
30: 표시부 110: 가스 터빈
120: 발전기 130: 보일러
140: 스팀 터빈 150: 복수기

Claims (8)

  1. 데이터 수집부를 통해 발전기의 운전 데이터를 수집하는 단계;
    온도차 예측부를 통해 상기 발전기의 소정의 운전 기간동안, 수집된 상기 운전 데이터 중 과열 저감기의 TCV 밸브 전/후단의 온도 데이터를 이용하여, 가동 시간에 따른 상기 TCV 밸브 전/후단의 온도차에 대한 온도차 예측 함수를 도출하는 단계;
    정비시기 예측부를 통해 상기 온도차 예측 함수에 기초하여, 가동 시간에 따른 TCV 밸브의 패싱에 의한 성능 저하를 예측하는 단계; 및
    정비시기 예측부를 통해 상기 예측된 성능 저하에 따라 TCV 밸브의 정비 시기를 예측하는 단계를 포함하는 과열 저감기 정비 시기 예측 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 TCV 밸브의 정비 시기를 예측하는 단계는,
    각 TCV 밸브 전/후단의 온도차에 의해 변화하는, 터빈 입력단의 스팀에 대한 온도 및 압력 조건을 가동 시간에 따라 예측하는 단계를 더 포함하는 과열 저감기 정비 시기 예측 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 TCV 밸브의 정비 시기를 예측하는 단계는,
    대기조건과, 터빈 성능 인자와, 복수기의 진공도에 기초한 발전기 출력 예측 모델을 이용하여 가동 시간에 따른 발전기 출력을 예측하는 단계, 및
    상기 스팀에 대한 온도 및 압력 조건의 변화에 따른 발전기 출력의 변화량을 도출하는 단계를 더 포함하는 과열 저감기 정비 시기 예측 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 TCV 밸브의 정비 시기를 예측하는 단계는,
    소정 기간 동안의 발전기 출력의 변화량에 의한 경제성을 분석하는 단계, 및
    상기 온도차 예측 함수와 경제성 분석된 발전기 출력의 변화량에 기초하여, 상기 TCV 밸브에 대한 최적 정비시기를 예측하는 단계를 더 포함하는 과열 저감기 정비 시기 예측 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 TCV 밸브의 정비 시기를 예측하는 단계는,
    상기 TCV 밸브 전/후단의 온도 데이터에 기초하여, 패싱 유량을 계산하는 단계를 더 포함하는 과열 저감기 정비 시기 예측 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 경제성 분석은 정비 기간 동안에 대한 정비 비용, 발전기 정지 손실 비용, 연료 절약 비용, 용량 정산 요금(CP) 및 제약비발전정산금(COFF)에 기초하여 분석하는 것인 과열 저감기 정비 시기 예측 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 TCV 밸브의 정비 시기를 예측하는 단계 이후,
    표시부를 통해 상기 TCV 밸브의 전/후단의 온도차 정보와, 상기 스팀에 대한 온도 및 압력 조건에 따른 예상 성능 저하량, 상기 최적 정비시기 및 최적 정비시기에 따른 예상 수익 개선 금액을 표시하는 단계를 더 포함하는 과열 저감기 정비 시기 예측 방법.
  8. 발전기의 운전 데이터를 수집하는 데이터 수집부;
    상기 발전기의 소정의 운전 기간동안, 수집된 상기 운전 데이터 중 과열 저감기의 TCV 밸브 전/후단의 온도 데이터를 이용하여, 가동 시간에 따른 상기 TCV 밸브 전/후단의 온도차에 대한 온도차 예측 함수를 도출하는 온도차 예측부; 및
    상기 온도차 예측 함수에 기초하여, 가동 시간에 따른 TCV 밸브의 패싱에 의한 성능 저하를 예측하고, 예측된 성능 저하에 따라 TCV 밸브의 정비 시기를 예측하는 정비시기 예측부를 포함하는 과열 저감기 정비 시기 예측 시스템.
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