KR102578516B1 - 템퍼링 공기의 소수성 여과 - Google Patents

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Abstract

가스 터빈 시스템은, 그 시스템의 가스 터빈 엔진으로부터 받아들여진 배기 가스를 처리하도록 구성된 배가가스 처리 시스템을 포함한다. 배기 처리 시스템의 배기 경로가 배기 가스가 배기 처리 시스템을 통과해 흐르게 하도록 구성된다. 배기 처리 시스템의 템퍼링 공기 시스템이 배기 가스를 냉각시키도록 배기 경로 내에 템퍼링 공기(tempering air)를 도입하도록 구성된다. 템퍼링 공기 시스템은 템퍼링 공기 시스템의 공기 입구에서부터, 템퍼링 공기가 템퍼링 공기 시스템에서부터 배기 경로로 도입되게 되는 템퍼링 공기 출구까지 연장하는 템퍼링 공기 통로를 포함한다. 템퍼링 공기 시스템의 필터 시스템이 템퍼링 공기 통로를 따라 배치된 소수성 필터(hydrophobic filter)를 구비하며, 이 소수성 필터는 템퍼링 공기 통로를 통해 흐르는 공기로부터 흡습성 및 용해성 물질을 제거하도록 구성된다.

Description

템퍼링 공기의 소수성 여과{HYDROPHOBIC FILTRATION OF TEMPERING AIR}
본 명세서에서 개시하는 주제는 터빈 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 터빈 시스템에 의해 생성된 배기 가스 흐름 내로 냉각 공기를 분사하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
가스 터빈 시스템은 압축기, 연소기 및 터빈을 구비한 적어도 하나의 가스 터빈 엔진을 포함한다. 연소기는 연료와 압축 공기의 혼합물을 연소시켜 고온의 연소 공기를 생성하고, 이 연소 공기가 또한 터빈의 블레이드를 구동한다. 가스 터빈 엔진에 의해 생성되는 배기 가스는 질소산화물(NOX), 황산화물(SOx), 탄소산화물(COx) 및 미연소 탄화수소 등의 소정 부산물을 포함할 수 있다.
하나의 실시예에서, 가스 터빈 시스템은, 가스 터빈 엔진의 터빈의 출구에 유체적으로 결합된 배기 처리 시스템을 포함하며, 이 배기 처리 시스템은 가스 터빈 엔진에 의해 생성된 연소 생성물을 갖는 배기 가스를 받아들여 그 배기 가스가 가스 터빈 시스템을 나가기 전에 그 배기 가스를 처리하도록 구성되며, 배기 처리 시스템의 배기 경로가 배기 가스가 배기 처리 시스템을 통과해 흐르게 하도록 구성된다. 배기 처리 시스템의 템퍼링 공기(tempering air) 시스템이 배기 가스를 냉각시키도록 배기 경로 내에 템퍼링 공기를 도입하도록 구성된다. 템퍼링 공기 시스템은 템퍼링 공기 시스템의 공기 입구에서부터, 템퍼링 공기가 템퍼링 공기 시스템에서부터 배기 경로로 도입되게 되는 템퍼링 공기 출구까지 연장하는 템퍼링 공기 통로를 포함한다. 템퍼링 공기 시스템의 필터 시스템이 템퍼링 공기 통로를 따라 배치된 소수성 필터를 구비한다. 소수성 필터는 템퍼링 공기 통로를 통해 흐르는 공기로부터 흡습성(hygroscopic) 및 용해성(deliquescent) 물질을 제거하도록 구성된다.
다른 하나의 실시예에서, 단순 사이클 가스 터빈 시스템은, 공기를 압축기 공기 입구 내로 빨아들여 압축 공기를 생성하도록 구성된 압축기; 압축 공기의 흐름과 연료의 흐름을 받아들여 압축 공기와 연료의 혼합물을 연소시킴으로써 연소 가스를 생성하도록 구성된 연소기; 샤프트를 통해 압축기에 구동 가능하게 결합되며, 연소기로부터의 연소 가스를 받아들여, 샤프트를 통해 부하(load) 및 압축기를 구동하도록 연소 가스로부터 일(work)을 추출하도록 구성된 터빈; 터빈으로부터의 연소 가스를 배기 가스로서 받아들이도록 구성되고 복수의 섹션을 구비한 덕트를 포함하며, 덕트는 배기 가스로부터 생성된 처리된 배기 가스가 단순 사이클 가스 터빈 시스템을 나갈 수 있게 하도록 구성된 스택(stack)에 유체적으로 결합된다. 덕트는 이 덕트를 통과하는 배기 가스의 흐름 내로 여과 템퍼링 공기를 도입하도록 구성된 템퍼링 공기 분사 그리드를 수용하며, 템퍼링 공기 출구는 템퍼링 공기 통로를 통해 템퍼링 공기 입구에 유체적으로 결합되며, 템퍼링 공기 통로는 템퍼링 공기 통로를 통해 흐르는 공기로부터 흡습성 및 용해성 물질을 제거하도록 구성된 소수성 필터를 구비한 필터 시스템을 포함하며, 그 필터 시스템은 템퍼링 공기 입구를 통해 인출되는 공기로부터 여과 템퍼링 공기를 생성하도록 구성된다.
또 다른 하나의 실시예에서, 단순 사이클 가스 터빈 시스템을 작동시키는 방법은, 단순 사이클 가스 터빈 시스템의 가스 터빈 엔진을 이용하여 연소 가스로부터 일을 추출하여 배기 가스를 생성함으로써 부하를 구동하는 단계; 가스 터빈 엔진에 유체적으로 결합된 덕트 내로 배기 가스를 안내하는 단계; 덕트 내에 배치된 템퍼링 공기 분사 그리드에 하나 이상의 템퍼링 공기 입구를 결합하는 템퍼링 공기 통로의 하나 이상의 공기 입구 내로 공기를 템퍼링 공기로서 빨아들이는 단계; 하나 이상의 템퍼링 공기 입구에 근접하여 각각 배치된 하나 이상의 필터 시스템 내에서, 이들 하나 이상의 필터 시스템의 적어도 소수성 필터를 통해 템퍼링 공기를 빨아들여 그 템퍼링 공기로부터 흡습성 및 용해성 물질을 제거함으로써 여과 템퍼링 공기를 생성하도록 템퍼링 공기를 여과하는 단계; 여과 템퍼링 공기를 덕트의 제1 섹션에 배치된 템퍼링 공기 분사 그리드로 안내하여 그 여과 템퍼링 공기를 제1 섹션 내로 분사하는 단계; 여과 템퍼링 공기를 덕트의 제1 섹션 내에서 배기 가스와 혼합하여, 열을 배기 가스로부터 여과 템퍼링 공기로 전달하고, 이에 의해 냉각된 배기 가스를 생성하는 단계; 및 냉각된 배기 가스 내의 질소산화물(NOX)의 농도를 감소시켜 처리된 배기 가스를 생성하도록 덕트의 제2 섹션 내에서 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction: SCR) 시스템의 고정 촉매의 존재 하에 냉각된 배기 가스를 환원제와 반응시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 상기한 특징, 양태 및 이점은 물론 기타 특징, 양태 및 이점은 첨부 도면을 참고하여 후술하는 상세한 설명을 읽을 때 더욱 양호하게 이해할 수 있으며, 그 도면에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 부분을 나타낸다.
도 1은 본 개시의 양태에 따른, 가스 터빈 엔진, 배기 처리 시스템 및 템퍼링 공기를 여과하도록 구성된 소수성 필터를 갖는 템퍼링 공기 시스템을 구비하는 단순 사이클 가스 터빈 시스템의 실시예의 측면도를 도시하며,
도 2는 본 개시의 양태에 따른, 도 1의 템퍼링 공기 시스템 및 배기 처리 시스템의 실시예의 측면도로서, 복수의 병렬 독립 유로를 구비하고 이들 유로 각각에 소수성 필터를 각각 구비한 필터 시스템이 마련된 템퍼링 공기 시스템을 도시하며,
도 3은 도 1 및 도 2의 필터 시스템의 실시예의 측면도로서, 다중 여과 스테이지를 포함하고 소수성 필터가 그 여과 스테이지들 중 하나에 해당하는 필터 시스템을 도시한다.
이하에서 본 발명의 하나 이상의 구체적인 실시예를 설명할 것이다. 이들 실시예에 대해 간결한 설명을 제시하려는 일환으로, 실제 실시의 모든 특징이 본 명세서에서 설명되지는 않을 수도 있다. 임의의 공학 프로젝트 또는 설계 프로젝트와 같은, 그러한 임의의 실제적인 실시의 개발에 있어서, 실시들 간에 다를 수도 있는 시스템 관련 제약 및 사업 관련 제약에 순응하는 것과 같이 개발자의 특정한 목표를 달성하기 위해 실시에 맞춘 다수의 결정이 이루어져야만 한다는 것을 이해할 것이며, 그러한 제약은 각각의 실시에 따라 서로 상이할 수 있다. 더욱이, 그러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소모적일 수 있지만, 본 개시 내용의 이익을 얻고자 하는 당업자에게는 설계, 제작 및 제조에서 이루어지는 통상적인 업무일 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 다양한 실시예의 요소들을 도입할 때, 단수 표현 및 "상기"와 같은 용어는 그러한 요소가 하나 이상 존재한다는 것을 의미하고자 한 것이다. "구성하는", "포함하는", 및 "구비하는"과 같은 용어는 개방적 표현으로서 나열된 요소들 이외에도 추가적인 요소가 존재할 수 있음을 의미하고자 한 것이다.
전술한 바와 같이, 가스 터빈 엔진에 의해 생성된 배기 가스 내에 존재하는 특정 연소 생성물의 존재를 감소시키는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 생성물은 질소산화물(NOX), 황산화물(SOX), 탄소산화물(COX) 및 미연소 탄화수소를 포함할 수 있다. 일반적으로, 배기 가스 내에서 그 생성물의 상대적 농도를 감소시키는 것은 그러한 생성물을 촉매의 존재하에서 다른 반응제와 반응시키는 것을 포함할 수 있다. NOX와 암모니아(NH3) 등의 환원제 간의 반응은 예를 들면 선택적 촉매 환원(SCR) 시스템의 금속 산화물 촉매의 존재하에서 배기 덕트 내에서 발생할 수 있다. 촉매는 NOX와 암모니아 간의 반응의 활성화 에너지를 낮추어, 질소 가스(N2)와 물(H2O)을 생성하고, 이에 의해 배기 가스가 가스 터빈 시스템으로부터 방출되기 전에 그 배기 가스 내의 NOX의 양을 감소시킨다.
SCR 시스템은 비교적 소형의 시스템에서부터 대형 강력 터빈 시스템에 이르기까지 각종 다양한 가스 터빈 시스템에서 이용될 수 있다. 소형 시스템은 비교적 낮은 온도의 배기 가스를 생성하는 반면, 강력 가스 터빈 시스템은 훨씬 더 높은 온도를 갖는 배기 가스를 생성한다. 소형 시스템으로부터의 배기 가스는 SCR 프로세스에 대해 대체로 유순한 온도 범위를 갖는 한편, 강력 시스템에 의해 생성되는 배기 가스의 온도는 흔히 SCR 프로세스에 대한 허용 작동 범위(예를 들면, SCR 촉매의 안정성을 유지하기에 적합한 온도)보다 훨씬 높다. 예를 들면, 본 개시의 실시예에 따르면, 강력 가스 터빈의 등온선 온도(isotherm temperature)는 약 1100℉ 내지 약 1300℉(예를 들면, 약 590℃ 내지 약 705℃)와 같이 1000℉(예를 들면, 약 540℃)보다 높을 수 있는 한편, "고온" SCR 시스템(다른 SCR 시스템과 비교해 상대적으로 높은 작동 온도 범위를 갖는 SCR 시스템)의 허용 작동 범위는 약 800℉ 내지 약 900℉(예를 들면, 약 425℃ 내지 약 485℃)일 수 있다.
그러한 고온 배기 가스의 온도를 SCR 시스템에 대한 허용 작동 범위로 감소시키기 위해, 배기 가스는 템퍼링 공기와 혼합하여, 배기 가스로부터의 열을 템퍼링 공기로 전달하며, 이에 의해 배기 가스를 냉각시킬 수 있다. 따라서, 템퍼링 공기의 양이 배기 가스로부터 제거되는 열의 양을 결정한다.
현재, 강력 시스템에서 생성된 배기 가스 온도를 감소시키는 데에 이용되는 템퍼링 공기의 양이 다른 시스템에서 이용되는 양보다 훨씬 많은 것으로 인식되고 있다. 예를 들면, 그러한 시스템에서 배기 가스의 온도를 SCR 시스템에 대해 적절한 온도로 냉각시키기에 적합한 템퍼링 공기의 흐름 체적은 배기 흐름 체적의 약 30%와 같이 약 20% 내지 약 50%에 해당할 수 있다. 따라서, 배기 가스의 보다 낮은 온도를 감소시키기는 데에 필요한 훨씬 더 적은 상대적 흐름 체적으로 인해 전통적으로는 무시되어 왔던 템퍼링 공기의 조성이 가스 터빈 시스템의 작동 및 특히 SCR 촉매에 큰 영향을 미칠 수 있다는 점도 현재 인식되고 있다.
예를 들면, 템퍼링 공기 시스템을 위해 주위 공기가 통상 이용되고 있다. 하지만, 특정 지역(예를 들면, 해안 지역, 산업 지역)의 주위 공기는 해수 염분(염화나트륨) 및 기타 할로겐화물 또는 금속 할로겐화물 함유 물질 등의 특정 오염물질을 포함할 수 있다. 이들 오염물질은 SCR 촉매에 유해한 영향을 가질 수 있고, 몇몇 경우에는 그 촉매를 변질시킬 수 있다(예를 들면, 피독(poisoning)시키거나 더럽힐 수 있다). 따라서, 주위 공기가 상대적으로 높은 수준의 촉매독(catalyst poison)을 갖고 있는 지역에서 주위 공기를 빨아들이는 상황에서도, 그러한 오염 물질의 농도가 상대적으로 낮은 템퍼링 공기에 대한 필요성이 존재한다.
현재, 그러한 촉매독의 대부분은 흡습성 및/또는 용해성 물질이며, 특정 주위 공기 성분의 제거에 입자 여과가 허용될 수 있지만, 소수성 필터가 그러한 촉매독을 높은 효율로 제거할 수 있는 것으로 인식되고 있다. 따라서, 본 개시의 실시예에 따르면, 가스 터빈 시스템의 배기 가스를 냉각시키는 데에 이용되는 템퍼링 공기 시스템이 주위 공기에 있어서 흡습성(물을 흡수하는 경향), 용해성(물을 흡수하여 용해되는 경향) 또는 용해 상태(물을 흡수하여 용해된 상태)의 물질로서 존재하는 오염물질을 제거하는 데에 하나 이상의 소수성 필터를 이용할 수 있다.
본 개시는 수많은 다양한 가스 터빈 시스템에 적용될 수 있지만, 본 명세서에서 기술하는 실시예는 비교적 고온의 배기 가스(예를 들면, 1000℉(약 540℃)보다 높은 온도)를 생성하는 단순 사이클 강력 가스 터빈 시스템에 특히 유용할 수 있다. 본 개시의 특정 양태에 따른 구성을 갖는 시스템의 일례가 도 1에 도시되어 있으며, 그 도면은 단순 사이클 가스 터빈 시스템(10)의 실시예의 측면도이다.
도 1에서, 가스 터빈 시스템(10)은 연료(14)와 압축 산화제(16)(예를 들면, 압축 공기)의 혼합물을 연소시켜, 전력망에 전력을 공급하도록 구성된 발전기 등의 부하(18)를 구동하도록 구성된 가스 터빈 엔진(12)을 포함한다. 도시한 가스 터빈 엔진은 샤프트(20)를 통해 부하(18)에 구동적으로 결합되는 한편, 연료(14)와 압축 산화제(16)의 연소로부터 생성된 생성물을 처리하도록 구성된 배기 처리 시스템(22)에 유체적으로 결합된다.
가스 터빈 엔진(12)은 압축기(24), 연소기 섹션(26) 및 터빈(28)을 비롯하여 연소 프로세스를 촉진시키도록 다양한 구조를 포함한다. 터빈(28)은 압축기(24) 및 부하(18)에 샤프트(20)를 통해 구동적으로 결합될 수 있다. 작동시에, 공기 공급원(예를 들면, 주위 환경)으로부터의 공기(30)(산화제)가 통로(33)를 포함하는 흡기 시스템(32)을 통해 가스 터빈 엔진(12) 내로 들어가는데, 그 통로는 공기(30)를 (예를 들면, 필터(34)를 이용하여) 여과하고, 흡기 시스템(32) 내로의 공기의 유입과 관련한 소음을 (예를 들면, 소음기(36)를 이용하여) 억제하도록 구성된다.
흡기 시스템(32)을 통과한 공기(30)는 통로(33)를 따라 압축기 입구(38)로 흐르며, 여기서 공기(30)는 압축기(24) 내로 제어 가능하게 빨아들여진다. 예를 들면, 압축기 입구(38)는 압축기(24) 내로 빨아들여질 수 있는 공기의 양을 변화시키도록 이용되고 조절될 수 있는 입구 가이드 베인 등의 다양한 구조를 포함할 수도 있다. 압축기(24)는 샤프트(20)에 결합된 복수의 압축기 블레이드를 포함할 수 있다. 압축기 블레이드는 하나 이상의 스테이지로 존재할 수 있고, 샤프트(20)의 회전은 압축기 블레이드의 회전을 야기하고, 이는 또한 압축기 입구(38)에서의 압력보다 상당히 높은 압력을 갖는 압축 공기(즉, 압축 산화제(16))를 생성한다. 따라서, 그 회전은 또한 공기(30)를 압축기 입구(38) 내로 빨아들이는 압축기(24)에 걸친 압력차를 야기한다. 그 후에, 압축 산화제(16)가 압축기 출구(40)로부터 연소기 섹션(26)으로 제공된다.
연소기 섹션(26)은 하나 이상의 연소기를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 복수의 연소기가 샤프트(20)를 중심으로 하여 복수의 둘레 방향 위치에서 대체로 원형 또는 환형의 형태로 배치될 수 있다. 압축 산화제(16)가 압축기(24)를 빠져나가 연소기 섹션(26)에 들어감에 따라, 압축 산화제(16)는 연소기 내에서의 연소를 위해 (연료 공급원으로부터의) 연료(14)와 혼합될 수 있다.
비한정적인 예로서, 연소기는 연소, 배출물 제어, 연료 소모, 파워 출력 등을 위한 적절한 비율로 연료-공기 혼합물을 연소기 내로 분사하는 하나 이상의 연소 노즐을 포함할 수 있다. 연소기의 개수 및 사이즈는 물론 특정 연소 파라미터(예를 들면, 연료 공기 비율, 희석 수준) 모두 연소로부터 생성된 연소 가스(42)(즉, 연소 생성물)의 특성에 영향을 줄 수 있다. 예를 들면, 탄소산화물(COX)(예를 들면, 이산화탄소, 일산화탄소), 질소산화물(NOX), 황산화물(SOX), 물, 미연소 산화제, 및/또는 탄화수소 등의 연소 생성물의 상대 비율이 연소 파라미터, 연료 공기 비율 등에 영향을 받을 수 있다.
연소 가스(42)는 터빈(28) 내의 하나 이상의 터빈 스테이지(각각이 복수의 터빈 블레이드를 구비함)를 구동하는 데에 이용된다. 작동시에, 터빈(28) 내로 이들 통과해 흐르는 연소 가스(42)는 터빈 블레이드와 충돌하여 그 사이에서 흐르며, 이에 의해 터빈 블레이드 및 나아가서는 터빈(28)을 회전 구동시킨다. 이어서, 샤프트(20)는 발전소의 발전기 등의 부하(18)를 구동한다. 전술한 바와 같이, 샤프트(20)의 회전은 또한 압축기(24) 내의 블레이드들이 압축기 입구(28) 및 흡기 시스템(32)에서 받아들인 공기를 빨아들여 압축하게 한다. 이러한 식으로, 터빈의 스테이지들에 의해 일이 연소 가스(42)로부터 추출되는데, 그 스테이지들은 연소 가스(42)의 온도 및 압력을 점진적으로 감소시켜 그 가스를 배기 가스(44)로서 방출한다. 앞서 언급한 바와 같이, 가스 터빈 엔진(12)이 강력 가스 터빈인 실시예에서, 배기 가스(44)의 온도는 비한정적인 예로서 약 1100℉ 내지 약 1300℉(예를 들면, 약 590℃ 내지 약 705℃)의 약 1000℉(예를 들면, 약 540℃)보다 클 수 있다. 이어서, 배기 가스(44)는 무엇보다도 그 배기 가스(44) 내에 존재하는 특정 연소 생성물의 수준을 감소시키기 위한 처리를 위해 배기 처리 시스템(22)으로 제공된다.
당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 도 1에 도시한 시스템(10)과 같은 단순 사이클 가스 터빈 시스템은 복합 사이클 시스템과는, 그 복합 사이클 시스템이 가스 터빈 엔진(12)에 의해 생성된 배기 가스(44)를 이용하여 증기를 생성하고(예를 들면, 배열 회수 보일러(HRSG)를 이용하여), 이 증기는 또한 증기 터빈 엔진을 구동하는 데에 이용될 수 있다는 점에서 차이가 있다. 따라서, 시스템(10)이 대신에 복합 사이클 시스템인 실시예에서, 그 시스템(10)은 또한 배기 가스(44)로부터 증기를 생성하도록(즉, 일을 추출하도록) 구성되어 배기 가스(44)의 온도 및 압력을 더욱 감소시키도록 작동하는 구성들을 더 포함할 것이다. 이는 유리하게는 배기 가스(44)의 온도가 다양한 촉매를 위한 처리에 적합하게 되도록 할 것이다.
한편, 도 1에 도시한 단순 사이클에서는 터빈(28)의 하류측에서 배기 가스(44)로부터의 일의 추가적인 추출이 일반적으로 이루어지지 않는다. 하지만, 연소 부산물의 수준은 여전히 감소될 필요가 있을 수 있다. 예를 들면 SCR(selective catalytic reduction) 시스템(48)의 SCR 촉매(46)를 이용한 배기 가스(44)의 추가적인 처리를 촉진하기 위해, 배기 가스(44)는 아래에서 보다 상세하게 설명하는 템퍼링 공기 시스템(50)을 이용하여 냉각될 수 있다.
템퍼링 공기 시스템(50)의 특정 요소들의 구성 및 배치의 예시에 도움이 되도록, 서로 연속할 수 있거나 그 외벽이 서로 연속하지 않는 분단된 구성을 가질 수 있는 배기 처리 시스템(22)의 다양한 섹션들을 참조한다. 도시한 바와 같이, 배기 가스(44)는 터빈(28)으로부터 배기 처리 시스템(22)에 제공되며, 그 도시한 실시예는 복수의 섹션을 갖는(예를 들면, 복수의 섹션으로 형성된) 덕트(52)를 포함한다. 덕트(52)는 그 덕트(52) 내에 배치된 특정 특징적 구조들에 대한 논의를 용이하게 하기 위해 단면도로 도시한다. 복수의 섹션은 한정하고자 하는 것은 아니지만, 확산 섹션(54), 천이 섹션(56), 및 배기 덕트(58)를 포함할 수 있으며, 배기 가스(44)는 배기 가스(44)가 스택(60)을 통해 시스템(10)을 빠져나갈 때까지 그 섹션들을 순차적으로 통과해 흐른다.
확산 섹션(54)과 천이 섹션(56)은 일반적인 의미에서 배기 처리 시스템(22) 내에서 추가적인 처리를 위해 배기 가스(44)를 준비하도록 구성된다. 비한정적인 예로서, 확산 섹션(54)은 덕트(52) 내에서 하나 이상의 확산각을 따라 배기 가스(44)를 확산(또는 분산)시키도록 구성된 에어포일 등의 다양한 구조를 포함할 수 있다. 확삭은 배기의 흐름의 축방향(64)(예를 들면, 샤프트(20)에 대해 실질적으로 평행)에 대해 복수의 반경 방향(62)으로 이루어질 수 있다. 이러한 식으로, 확산 섹션(54)의 하류측 축방향 위치에서 취해진 배기 가스(44)의 흐름의 반경 방향 단면은 확산 섹션(54)의 상류측 축방향 위치에서 취해진 흐름의 상응하는 단면보다 더 분산되어 있다.
본 발명의 양태에 따르면, 천이 섹션(56)은 배기 가스(44)를 주로 층류 유동형으로부터 보다 난류 유동형으로 천이시키고 그 배기 가스(44)를 냉각시키도록(또는 열전달 유체를 이용하여 배기 가스(44)의 냉각을 시작하도록) 구성된 구조를 포함한다. 비한정적인 예로서, 천이 섹션(56)은 천이 섹션(56) 내의 하나 이상의 템퍼링 공기 분사 구조에 인접하게 그 사이에 끼이게 배치된 회전 베인, 천공 플레이트 등의 난류 발생기(turbulator)(66)를 포함할 수 있다.
템퍼링 공기 분사 구조는 예를 들면, 하나 이상의 천공 또는 개구 파이프 공기 분사 튜브(72)들을 통해 템퍼링 공기(전체적으로 화살표(70)로서 도시)를 분사하도록 구성된 템퍼링 공기 분사 그리드(68)를 포함할 수 있다. 템퍼링 공기 분사 그리드(68)는 템퍼링 공기 시스템(50)의 템퍼링 공기 출구의 일부 또는 전체를 구성할 수 있다. 도시한 바와 같이, 천공된 공기 분사 튜브(72)들은 천이 섹션(56)을 따라 상이한 축방향 및 반경방향 위치(예를 들면, 엇갈린 위치)에 배치된다. 그러한 구성은 점점 더 난류 상태로 되는 배기 가스와 분사된 템퍼링 공기(70) 간의 혼합 및 열전달을 촉진시킬 수 있다. 하지만, 공기 분사 튜브(70)들의 위치는 기타 엇갈리지 않은 구성을 가질 수도 있다. 실제로, 공기 분사 튜브(72)의 임의의 적절한 구성이 본 실시예에 따라 이용될 수 있다.
이어서, 분사된 템퍼링 공기(70)와 배기 가스(44)의 혼합물은, 분사된 템퍼링 공기(70)와 배기 가스(44) 간의 추가적인 혼합 및 열전달을 촉진시키도록 추가적인 난류 발생기(74)를 포함할 수 있는 배기 덕트(58)로 보내진다. 천이 섹션(56) 내에는 CO 촉매(76)가 배치될 수 있다. CO 촉매(76)는 일반적으로 일산화탄소 등의 특정 탄소질 종의 산화를 위한 활성화 에너지를 낮추도록 구성된다. CO 촉매(76)는 대체로 그러한 탄소질 종에 대해 선택되며, SCR 촉매(46)보다 고온의 배기 가스에 대해 덜 민감하다. 게다가, 산화 과정은 발열 과정일 수 있다.
CO 촉매(76)가 배기 가스(44) 내의 탄소질 종의 산화를 촉진시키는 반면, SCR 촉매(46)는 전술한 바와 같은 배기 가스(44) 내의 질소산화물(NOX)의 화학적 환원을 촉진시킨다. 그러한 환원을 가능하게 하기 위해, SCR 시스템(48)은 암모니아(NH3) 등의 환원제를, CO 촉매(76)의 하류에서 배기 덕트(58) 내에 위치한 암모니아 분사 그리드(ammonia injection grid: AIG)(78)를 이용하여 환원제를 도입하도록 구성된다. AIG(78)는 배기 가스(44) 내로 도입하도록 복수의 암모니아 분사 출구(82) 중에서 전체적으로 화살표(80)로 도시한 암모니아를 분사하는 매니폴드를 포함할 수 있다. AIG(78)은 암모니아 분사 출구(82)들에 걸쳐, 나아가서는 배기 덕트(58)의 반경 방향 단면에 걸쳐 실질적으로 동일한 양의 암모니아를 분배하여 암모니아(80)와 배기 가스(44)의 균질한 혼합을 촉진시키도록 구성된다.
환원제 흐름 제어 및 공급 시스템(84)이 암모니아(및/또는 기타 환원제)를 수취, 저장, 온도 제어 및 흐름 제어를 위해 마련될 수 있다. 예를 들면, 환원제 흐름 제어 및 공급 시스템(84)은 암모니아(예를 들면, 건조 암모니아로서, 또는 수성 암모니아/암모늄 혼합물로서)를 저장하도록 구성된 하나 이상의 저장 탱크, 다른 물질(예를 들면, 물)로부터 암모니아를 분리시키도록 구성된 하나 이상의 증발기, 암모니아의 온도를 제어하도록 구성된 하나 이상의 열교환기 또는 혼합 도관, 및 AIG(78) 내로의 암모니아의 흐름을 제어하도록 구성된 하나 이상의 흐름 제어 장치(예를 들면, 부스터 블로어, 팬 등)를 포함할 수 있다.
SCR 촉매(46)가 배기 덕트(58) 내에서 AIG(78)의 하류에 배치된다. 그 SCR 촉매(46)는 일반적으로 NOX와 NH3 간의 반응의 촉매 작용을 하여 N2와 H2O를 생성하는 촉매를 포함한다. 비한정적인 예로서, SCR 촉매(46)는 허니콤형 지지 구조체 위에 코팅된 금속 산화물(예를 들면, 세라믹)로서 구현될 수 있다. 이러한 실시예에서, 주로 템퍼링 공기(70)를 이용한 제어된 냉각으로 인해 SCR 프로세스를 위해 적합한 온도를 갖는 암모니아와 배기 가스의 혼합물은 코팅된 허니콤 구조체를 통과해 흐르며, 이는 NOX의 환원을 촉진시켜, 스택(60)을 통해 가스 터빈 시스템(10)으로부터 방출될 처리된 배기 가스(86)를 생성한다.
다시 말해, 배기 가스(44)가 주로 템퍼링 공기(70)의 이용을 통해 SCR 프로세스에 적합한 온도로 냉각된다. 하지만, 덕트(52)는 배기 가스(44)와 혼합되는 공기로부터 유해한 물질을 제거할 수 있는 구조를 포함하지 않아, SCR 촉매(46)를 변질(예를 들면, 피독되거나 더렵혀짐)되기 쉬운 채로 내버려 둘 수 있다.
덕트(52) 내로 그러한 물질의 유입을 방지하기 위해, 템퍼링 공기 시스템(50)은 템퍼링 공기 통로(94)로부터 템퍼링 공기 분사 그리드(68)로 제공되는 템퍼링 공기(92)에서 흡습성, 용해성, 및 용해 상태의 물질들을 제거하도록 구성된 필터 시스템(90)을 포함한다. 구체적으로, 필터 시스템(90)은 템퍼링 공기 입구(96)와 흐름 제어 구조(예를 들면, 팬)(98) 사이에서 템퍼링 공기 통로(94)를 따라 배치된다. 다른 실시예에서, 필터 시스템(90)은 흐름 제어 구조(98)의 하류(예를 들면, 팬의 하류)에 배치될 수 있다. 흐름 제어 구조(98)는 주위 공기(30)를 템퍼링 공기로서 템퍼링 공기 입구(96)를 통해 템퍼링 공기 통로(84) 내로 빨아들여 그 템퍼링 공기를 템퍼링 공기 통로(94)를 통해 템퍼링 공기 분사 그리드(68)를 향해 이동시키도록 구성된다. 도시한 바와 같이, 필터 시스템(90)은 흡습성, 용해성 및 용해 상태의 특정 물질들을 템퍼링 공기로부터 제거하도록 구성된 소수성 필터(100)를 포함한다. 따라서, 필터 시스템(90)은 CO 촉매(76) 또는 SCR 촉매(46)를 더럽히거나 스택(60)으로부터의 배출물로 되었을 수용성 물질들이 템퍼링 공기 통로(94)를 통과하는 것을 방지 또는 저지한다. 이러한 식으로, 필터 시스템(90)은 템퍼링 공기 분사 그리드(68)로 급송될 여과 템퍼링 공기(102)를 생성하며, 이에 의해 템퍼링 공기를 통해 배가가스(44)의 흐름 내로 촉매독이 도입되는 것을 방지함으로써 적어도 SCR 촉매(46)의 수명을 연장시킨다.
템퍼링 공기 제어 시스템(tempering air control system: TACS)(104)이 템퍼링 공기 시스템(50)의 다양한 작동 양태를 조절할 수 있다. 예를 들면, TACS(104)는 유량, 온도, 압력, 조성 등의 조절을 용이하게 하는 각종 구성 요소들에 통신 가능하게 결합된다. 도 1에 도시한 바와 같이, TACS(104)은 필터 시스템(90) 및 흐름 제어 구조(98)와 연계된 감지 및/또는 제어 구조와 통신한다.
TACS(104)는 하나 이상의 프로세서(105) 및 하나 이상의 메모리(107)를 포함하는 아키텍처 등의 임의의 적절한 프로그래머블 아키텍처에서 실시될 수 있다. 프로그램되고 나면, TACS(104)는, 적어도 그 프로그래밍과 관련된 알고리즘 구조에 기초하여 템퍼링 공기 시스템(50)에 관한 특정 양태들을 제어하도록 구성된 전문적 구성 디바이스(specially-configured device)를 구성하는 것으로 간주될 수 있다. 이러한 식으로, TACS(104)는 특정 기능을 수행하도록 구성될 수 있으며, 이들 기능은 하나 이상의 프로세서(105) 및 하나 이상의 메모리(107)와 관련된 TACS(104)의 특정 알고리즘 구조를 나타내는 것으로 간주될 수 있다.
비한정적인 예로서, TACS(104)는 하나 이상의 주문형 집적 회로(ASIC), 하나 이상의 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 하나 이상의 범용 프로세서, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 추가로, TACS(104)에 의해 실행되는 명령을 저장하는 메모리(107)는 RAM(random access memory) 등의 휘발성 메모리, 및/또는 ROM(read-only memory), 광 드라이브, 하드 디스크 드라이브, 또는 솔리드스테이트 드라이브 등의 비휘발성 메모리를 포함할 수 있으며, 이들에 한정되지 않는다. 또한, TACS(104)는 보다 큰 제어 시스템(예를 들면, 가스 터빈 제어 시스템)의 일부로서, 및/또는 템퍼링 공기 시스템(50)에 걸쳐 분산된 각종 제어 장치 및/또는 서브시스템(예를 들면, 분산형 제어 시스템)으로서 실시될 수 있다. 따라서, 제어 장치 및/또는 서브시스템은 전술한 프로세싱 및 메모리 회로 구성 중 어느 하나 또는 조합을 포함할 수 있다. 추가로, TACS(104)는 일반적으로 다양한 입력 장치를 포함할 수 있고, 디스플레이 형태 또는 사용자의 컴퓨팅 장치에 의해 유선 또는 무선 연결을 통해 접근 가능한 커넥터의 형태의 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다.
템퍼링 공기 시스템(50)의 다양한 구조가 배기 처리 시스템(22)에 템퍼링 공기를 제공하도록 기능할 수 있는 방식의 예시에 도움이 되도록, 도 2는 복수의 병렬 독립 유로(120)를 갖는 템퍼링 공기 통로(94)의 실시예를 포함하는 가스 터빈 시스템(10)의 개략적 부분 도면을 도시하고 있다. 구체적으로, 도시한 실시예는 제1 병렬 독립 유로(120A), 제2 병렬 독립 유로(120B) 및 제3 병렬 독립 유로(120C)를 포함하며, 이들 각 유로는 해당 공기 입구(96)(제1 공기 입구(96A), 제2 공기 입구(96B) 및 제3 공기 입구(96C))로부터 템퍼링 공기 헤더(122)로 연장한다. 3개의 유로를 포함하는 것으로 도시하지만, 임의의 개수(예를 들면, 1개 또는 그 이상)가 이용될 수도 있다. 템퍼링 공기 헤더(122)는 병렬 독립 유로(120)들의 임의의 조합으로부터 제공되는 여과 템퍼링 공기(102)를 조합하여 템퍼링 공기 분사 그리드(68)에 조합 흐름(템퍼링 공기 헤더(122)로부터의 출력(121)으로서)을 제공하도록 구성된다. 특정 실시예에서, 템퍼링 공기 헤더(122)는 또한 다양한 흐름 제어 장치, 열교환기, 벤트 등을 포함할 수 있다.
아래에서는 상이한 필터 시스템(90)을 갖는 병렬 독립 유로(120)들을 참조하지만, 병렬 독립 유로(120)들은 하나 이상의 필터 시스템(90)의 일부분 또는 전체를 공유할 수도 있음을 유념해야 할 것이다. 예를 들면, 병렬 독립 유로(120)들 전체 또는 그 부분 세트는 단일 필터 시스템(90)의 필터 하우징 및/또는 하나 이상의 여과 스테이지를 공유할 수 있다. 필터 시스템(90)의 구성은 도 3과 관련하여 아래에서 보다 상세하게 설명한다.
각각의 병렬 독립 유로(120)는 실질적으로 동일한 구성을 갖거나 상이한 구성을 가질 수도 있다. 도시한 바와 같이, 복수의 병렬 독립 유로들의 각 병렬 독립 유로는 소수성 필터(100)의 하나의 실시예를 구비하는 필터 시스템(90)의 하나의 실시예와, 템퍼링 공기 통로(94)를 통해 흐르는 유체 흐름을 제어하도록 구성된 해당 흐름 제어 구조(98)(도 1 참조)를 포함한다. 예를 들면, 도시한 유로(120) 각각은 해당 입구(96A, 96B, 96C)를 통해 템퍼링 공기(92)로서 주위 공기(30)를 템퍼링 공기 통로(94) 내로 빨아들이도록 구성된 팬(123)(제1 팬(123A), 제2 팬(123B), 및 제3 팬(123C)으로서 도시)을 각각 포함한다. 각각의 해당 팬(123)은 또한 소수성 필터(100)를 포함한 해당 필터 시스템(90)을 통과해 템퍼링 공기(92)를 빨아들여 여과 템퍼링 공기(102)를 생성하도록 구성된다. 각 팬(123)과 관련된 해당 액추에이터(124)는 팬(123)의 작동을 조절하여 해당 병렬 독립 유로(120)를 통해 템퍼링 공기 헤더(122)로 보내지는 여과 템퍼링 공기(102)의 압력 및/또는 유량을 조절하도록 구성된다.
유로(120)를 통한 템퍼링 공기의 흐름의 추가적인 제어를 가능하도록 하기 위해, 각 유로(120)는 흐름 제어 장치(126)(예를 들면, 흐름 제어 밸브 또는 댐퍼(128) 및 관련 액추에이터(130))를 각각 포함할 수 있다. 예를 들면, 팬(123)은 대략적인 흐름 제어에 이용될 수 있는 반면, 흐름 제어 장치(126)는 미세한 제어에 이용될 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 흐름 제어 장치(126)는 차단 신호(예를 들면, TACS(104) 또는 몇몇 기타 제어 장치로부터의 신호)를 수신하는 것에 응답하여 해당 병렬 독립 유로(120)를 폐쇄하고 유체의 흐름을 중단시키도록 구성된 차단 밸브로서 구성될 수도 있다.
배기 처리 시스템(22)에 제공되는 템퍼링 공기를 모니터링하기 위해, 템퍼링 공기 시스템(50)은 또한 템퍼링 공기 통로(94)를 따라 배치된 각종 센서(132)를 포함할 수 있다. 도 2의 도시한 실시예에서, 하나 이상의 센서(132)가 병렬 독립 유로(120)들을 따라 배치된다. 간략화를 위해, 단지 하나의 센서(132)만이 각 유로(120)에 배치되는 것으로서 도시되어 있다. 하지만, 도시한 센서(132)는 하나 이상의 온도 센서(예를 들면, 열전쌍), 유량계, 압력 센서, 워터 센서(water sensor), 화학적 분석기(예를 들면, 가스 크로마토그래프 또는 유사한 분리 및 분석 장치) 또는 이들의 임의의 조합 중 어느 하나 또는 그 조합을 나타내고자 한 것이다. 각 센서(132)는 예를 들면 템퍼링 공기의 파라미터를 측정하도록 구성된 변환 장치(transducing device)와, 템퍼링 공기의 감지된 파라미터에 관한 외부적 표시를 제공하도록 구성된 표시 장치를 포함할 수 있다.
비한정적인 예로서, 센서(132)들 중 몇몇은 필터 시스템(90)의 하류 및 팬(123)의 하류에 배치되어, 템퍼링 공기 헤더(122)에 제공되기 전의 여과 템퍼링 공기를 모니터링할 수 있게 하고 또한 각각 병렬 독립 유로(120)로부터의 출력을 개별적으로 모니터링할 수 있게 한다. 필터 시스템(90)의 하류에서의 모니터링은 또한 필터 시스템의 건강 상태 등의 필터 시스템(90)의 효율에 관한 결정은 물론 추정 사용 시간 또는 추정 이용 가능한 잔여 시간에 대한 상관관계 확인(correlation)을 가능하게 한다.
본 개시의 특정 양태에 따르면, 센서(132)들 중 몇몇의 출력들은 소수성 필터(100)의 상태에 대해 TACS(104)에 의해 관련지어질 수 있다. 예를 들면, 필터 시스템(90)의 상류와 하류 모두에 배치된 워터 또는 수분 센서는 주위 공기(30)에 대한 여과 템퍼링 공기(102)에서의 수분 감소 수준을 결정함으로써 소수성 필터(100)가 적절히 작동하고 있는지의 여부에 관한 표시를 제공할 수 있다. 마찬가지로 배치된 화학적 분석기들은 필터 시스템(90)의 소수성 필터(100)에 의한 특정 알칼리 금속 및/또는 할로겐화물 함유 화합물의 감소 수준에 관한 표시를 제공할 수 있다.
압력 및/또는 유량 변화가 필터 시스템(90)의 작동 또는 상태에 대해 관련지어질 수 있으며, 몇몇 실시예에서는 소수성 필터(100) 등의 필터 시스템(90)의 부분에 대해 보다 특정적으로 관련지어질 수 있다. 도시한 바와 같이, 템퍼링 공기 시스템(50)은 각각의 필터 시스템(90)에 걸친 템퍼링 공기의 압력 강하 또는 유량 변화를 결정하도록 필터 시스템(90)의 상류와 하류에 배치된 텝-인 포인트(tap-in point)를 갖는 센서(134)를 포함할 수 있다.
센서(132, 134)는 TACS(104)에 통신 가능하게 결합될 수 있고, 그 TACS(104)는 메모리(107)에 프로그래밍 및 저장되고 프로세서(105)에 의해 실행되는 명령(예를 들면, 알고리즘)의 하나 이상의 세트에 따라 다양한 제어 루틴을 실행할 수 있다. TACS(104)는 센서(132, 134)와 통신하여 센서(132, 134)로부터 수신된 입력을 처리하여 제어 루틴을 위한 입력을 생성하게 하도록 구성되는 임의의 적절한 통신 장치(예를 들면, 입출력 장치)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 센서(132, 134)는 무선 또는 유선 통신 능력을 가질 수 있고, TACS(104)는 적절한 프로토콜에 따라 센서(132, 134)와 통신할 수 있다. TACS(104)는 예를 들면 소정 진단 및 제어 루틴(예를 들면, 계산을 통해 및/또는 제어 출력의 전송에 의해)을 수행할 수 있다. 실제로, 특정 실시예에서, TACS(104)은 압력 강하 및/또는 유량 변화를 소수성 필터(100)의 상태 등의 필터 시스템(90)의 상태와의 상관관계에 대해 확인할 수 있다. TACS(104)는 또한 소수성 필터(100) 및/또는 전체 필터 시스템(90)이 예상된 파라미터 내에서 작동하고 있는지의 여부를, 센서(132, 134)로부터의 출력과 소수성 필터(100)의 특정 상태 간의 다양한 상관관계에 기초하여 결정할 수 있다. 그러한 결정은 또한 아래에서 논의하는 바와 같은 다른 입력을 이용하여 수행될 수도 있다.
추가로, 센서(132, 134)로부터 수신된 입력에 기초한 특정 결정에 응답하여, TACS(104)는 템퍼링 공기 시스템(50)의 작동 파라미터를 조절하도록 다양한 제어 조치를 수행할 수 있다. 도시한 실시예에서 그러한 제어를 제공하기 위해, TACS(104)는 팬(123A, 123B, 123C)의 액추에이터(124A, 124B, 124C) 각각에, 흐름 제어 장치(126A, 126B, 126C)의 액추에이터(130A, 130B, 130C) 각각에 또는 그 임의의 조합에 통신 가능하게 결합될 수 있다. 유로(120) 중 하나를 따른 템퍼링 공기의 유량 및/또는 압력의 변경이 적절할 수 있다는 결정에 응답하여, TACS(104)는 팬(123) 및/또는 밸브(128)의 작동을 조절하도록 적절한 액추에이터 또는 액추에이터들(예를 들면, 액추에이터(124) 및/또는 액추에이터(130)에 영향을 미치는 출력을 제공할 수 있다. 예를 들면, TACS(104)는 액추에이터(124, 130) 중 어느 하나 또는 조합에 출력을 전송하여, 유로(120) 중 하나 이상을 따른 템퍼링 공기의 흐름을 중단시킴으로써 그 유로(120) 중 하나를 대기 상태로 유지하거나 유지보수할 수 있도록 할 수 있다. 마찬가지로, TACS(104)는 액추에이터(124, 130) 중 어느 하나 또는 조합에 출력을 전송하여, 유로(120) 중 하나를 따른 흐름을 개시시킴으로써, 예를 들면 그 유로(120)가 대기 또는 유지보수 후에(예를 들면, 필터 시스템(90)의 유지보수 후에) 작동하도록 할 수도 있다. TACS(104)는 또한 유로(120)를 따른 템퍼링 공기의 유량 또는 압력을 조절하여, 배기 가스(44)에 대해 원하는 정도의 냉각을 제공하는 데에 요구되는 여과 템퍼링 공기(102)의 양에서의 변화를 고려하도록 할 수도 있다. 다시 말해, TACS(104)는, 소수성 필터(100)의 상태가 미리 정해진 파라미터 세트로부터 벗어나 있다는 결정에 응답하여, 팬(123) 및/또는 흐름 제어 장치(126) 중 하나 이상을 작동시키도록 출력을 제공하여 필터 시스템(90)을 통한 템퍼링 공기의 흐름을 변경할 수도 있다. TACS(104)는 그러한 제어를 수행하면서 덕트(52) 내로의 여과 템퍼링 공기(102)의 도입도 제어하여, SCR 촉매(46)와 관련된 촉매 작용 온도 범위에 상응하는 온도 범위로 배기 가스(44)를 냉각시키기에 충분한 양의 여과 템퍼링 공기(102)를 제공할 수 있다.
이를 위해, TACS(104)는 또한 템퍼링 공기에 의한 냉각 전, 템퍼링 공기에 의한 냉각 후, 및/또는 SCR 촉매(46)에서의 처리 후의 배기 가스(44)의 다양한 양태를 피드포워드(feed forward) 또는 피드백 입력으로서 모니터링할 수 있다. TACS(104)는 그러한 템퍼링 공기 헤더 출력(121)의 적절한 흐름(즉, 압력과 유량)을 결정하도록 구성된 제어 방안에서 그러한 피드포워드 또는 피드백 입력을 이용할 수 있다.
배기 가스(44)에 관한 입력을 제공하고 필터 시스템(90)(보다 구체적으로, 소수성 필터)에 관한 결정을 가능하게 하기 위해, 도시한 배기 처리 시스템(22)은 시스템(22) 내의 다양한 스테이지에서 배기 가스(44)에 관한 정보를 TACS(104)에 제공하도록 위치 설정 및 구성된 다수의 센서를 포함한다. 예를 들면, 그 센서들은 종합적으로 또는 개별적으로 배기 가스(44)에 관한 압력, 흐름, 온도 및/또는 조성 정보를 제공할 수 있다. 일례로서, 도시한 바와 같이, 템퍼링 공기 분사 그리드(68)의 상류에 배치된 제1 배기 가스 센서(140)가 배기 가스(44)에 관한 제1 입력을 TACS(104)에 제공할 수 있다. 제1 입력은 일반적으로 임의의 파라미터일 수 있지만, 특정 실시예에서는 템퍼링 공기(70)와의 열교환을 경험하기 전의 배기 가스(44)의 흐름 파라미터 및/또는 배기 가스(44)의 온도에 관한 것이다. 따라서, TACS(104)는 그 입력을 템퍼링 공기 분사 그리드(68)에 의해 제공되는 템퍼링 공기(70)의 흐름 및/또는 온도를 결정하기 위한 피드포워드 입력으로서 이용할 수 있다.
제2 배기 가스 센서(142)가 템퍼링 공기 분사 그리드(68)의 하류지만 SCR 촉매(46)의 상류(예를 들면, 바로 상류측)에서 배기 가스(44), 환원제(80) 및 템퍼링 공기(70)의 혼합물(전체적으로 화살표(144)로서 도시함)의 온도를 모니터링하도록 위치 설정 및 구성될 수 있다. 제2 배기 가스 센서(142)에 의해 제공되는 온도 입력은 TACS(104)를 위한 중요한 피드백일 수 있다. 예를 들면, 혼합물(144)의 온도가 SCR 촉매(46)가 안정된 작동을 위해 견딜 수 있는 온도 범위 내에 있도록 하는 것이 통상 바람직할 것이다. 따라서, 혼합물(144)의 온도가 그 범위를 벗어나는 경우, TACS(104)는 템퍼링 공기 분사 그리드(68)에 의해 제공되는 템퍼링 공기(70)의 흐름에 대한 조절이 적절할 수 있다고 결정할 수 있다.
본 실시예에 따르면, TACS(104)는 배기 처리 시스템(22) 내의 소정 센서로부터의 정보를 이용하여, SCR 촉매(46)에 대한 템퍼링 공기의 효과를 평가하도록 구성될 수 있고, 또한 이를 이용하여 필터 시스템(90)이 이용되는 방식을 제어할 수도 있다. 예를 들면, 도시한 바와 같이, 제3 배기 가스 센서(146)가 SCR 촉매(46)에 걸친 배기 가스의 압력 및/또는 유량의 변경을 결정하도록 SCR 촉매(46)의 상류 및 하류에 탭-인을 구비할 수 있다. 압력 및/또는 유량에서의 변화가 예상되거나 허용 가능한 범위 내에 있지 않은 상황에서, TACS(104)는 SCR 촉매(46)가 적절히 작동하고 있지 않거나, 압력 및/또는 흐름에 유해하게 영향을 미치는 소정 정도의 물리적 열화를 겪었음을 결정할 수 있다. 예를 들면, TACS(104)는 SCR 촉매(46)의 열화를 나타내는 그러한 피드백을, 필터 시스템(90) 중 하나 이상이 템퍼링 공기(70)(도 1 참조)로부터 원하는 양의 촉매독을 제거하도록 기능하고 있지 못함을 나타내는 지표로서 이용할 수 있다.
하나 이상의 센서가 또한 SCR 촉매(46)의 하류의 하나 이상의 지점(예를 들면, 스택(60) 내에)에서 배기 가스의 조성을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 특정 실시예에서, TACS(104)는 그 피드백을 템퍼링 공기 제어 알고리즘에 대한 입력으로서 이용할 수 있다. 예를 들면, 도시한 실시예에서, 배기 처리 시스템(22)은 스택(60)을 통해 시스템(10)으로부터 방출되는 배기 가스 내의 NOX의 수준을 측정하도록 구성된 NOX 센서(150)를 포함한다. 도시한 배기 처리 시스템(22)은 또한 스택(60)을 통해 방출되는 배기 가스 내의 미반응 암모니아를 측정하도록 구성된 암모니아 센서(152)를 포함한다.
스택(60) 내의 배기 가스(즉, 방출되는 배기 가스)의 성분들의 상대적 농도를 제어하기 위해, 배기 가스 처리 시스템(22)은 또한 연속 배출물 모니터링 시스템(continuous emissions monitoring system: CEMS)(154)을 포함할 수도 있다. 도시한 바와 같은 CEMS(154)는 NOX 센서(150) 및 암모니아 센서(152)로부터 피드백을 수신하여 그 피드백을 이용하여 SCR 시스템(48)의 암모니아 분사 또는 기타 양태를 조절하도록 구성된다. 그러한 제어를 가능하도록 하기 위해, CEMS(154)는 관련 프로세싱 장치(156) 및 메모리 장치(158)를 포함할 수 있다. CEMS(154)는 TACS(104)에 대해 앞서 설명한 바와 유사한 형태의 장치들을 포함할 수 있지만, 상기한 프로그래밍 및 이에 따른 상이한 알고리즘 구조를 포함할 수 있다. 또한, CEMS(154) 및 TACS(104)는 가스 터빈 시스템(10)의 작동 양태 대부분 또는 전부의 작동을 제어하는 제어 시스템 등의 보다 큰 제어 시스템의 모듈(예를 들면, 회로 또는 별개의 소프트웨어 어플리케이션) 또는 유사한 부분으로서 함께 구현될 수도 있다.
역시 도시한 바와 같이, CEMS(154) 및 TACS(104)는 서로 통신 가능하게 결합될 수 있다. TACS(104)는 CEMS(154)에 의해 구해진 정보를 템퍼링 공기 흐름 제어 알고리즘을 위한 추가적인 입력으로서 이용할 수 있다. 예를 들면, TACS(104)는 그 흐름을 제어하도록 팬(123) 및/또는 흐름 제어 장치(128) 중 하나 이상의 작동을 조절할 수 있다.
추가로 또는 대안으로, TACS(104)는 CEMS(154)로부터의 정보를 이용하여, 사용 중인 필터 시스템(90)의 상태를 결정할 수 있다. 예를 들면, CEMS(154)는 SCR 촉매(46)가 파라미터의 미리 정해진 세트 내에서 작동하고 있지 않음(예를 들면, 촉매 활성도가 미리 정해진 범위 내에 있지 않음)을 결정할 수 있다. 이러한 결정은 방출되는 배기 가스에 있어서의 미리 정해진(예를 들면, 허용 가능한) 범위에서 벗어난 감지된 NOX 수준 및/또는 암모니아 수준에 응답하여 수행되는 루틴에 의해 이루어질 수 있다. SCR 촉매(46)가 예상한 바와 같이 작동하고 있지 않다는 결정에 응답하여, TACS(104)는 또한 소수성 필터(100)를 포함한 필터 시스템(90)이 예상한 바와 같이 작동하고 있는지의 여부를 확인하기 위해 소정 진단 루틴을 수행할 수 있다. 필터 시스템(90)이 예상한 바와 같이 작동하지 있지 않은 경우에, TACT(104)는 소정 교정 조치를 수행하거나, 필터의 유지 보수가 적절할 수 있다는 사용자 인지 가능 표시를 제공할 수 있다.
필터 시스템(90)의 작동은 또한, 다중 여과 스테이지(170)를 구비한 필터 시스템(90)의 실시예의 측면도인 도 3을 참조함으로써 더 잘 이해할 것이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 필터 시스템(90)은 3개의 스테이지를 포함하지만, 본 발명에 따라 구성되는 필터 시스템(90)은 하나의 스테이지로서 소수성 필터(100)를 포함하는 임의의 개수의 스테이지를 포함할 수도 있다. 특정 실시예에서, 단지 2개의 스테이지가 이용될 수도 있다(예를 들면, 건조 또는 조대 입자 여과 스테이지 등의 다른 스테이지에 추가하여, 하나의 스테이지로서 소수성 필터(100)를 포함). 또 다른 실시예에서, 단지 소수성 필터만이 주위 공기(30)(템퍼링 공기로서 빨아들여지는 공기)를 여과하도록 이용될 수도 있다.
보다 구체적으로, 필터 시스템(90)은 분리기(172)(예를 들면, 베인 세퍼레이터 등의 물 분리기), 예비 필터(174) 및 소수성 필터(100) 등을 포함한 다중 여과 스테이지(170)를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 분리기(172)는 존재하지 않을 수도 있다. 필터 하우징(176)이 다중 여과 스테이지(170)를 덮고 지지하며(예를 들면, 수용하며), 도시한 실시예에서는 템퍼링 공기 입구(96)를 포함한다. 필터 하우징(176)은 템퍼링 공기로서 주위 공기(30)를 받아들여, 여과 템퍼링 공기(102)를 생성하도록 그 템퍼링 공기가 템퍼링 공기 통로(94)를 따라 다중 여과 스테이지(170)를 통과해 흐르게 하도록 구성된 덕트(플레넘) 형태일 수 있다. 전술한 바와 같이, 템퍼링 공기(102)는 궁극적으로 배기 처리 시스템(22)에 급송된다. 특정 실시예에서, 필터 하우징(176)과 관련된 템퍼링 공기 입구(96)는 템퍼링 공기 입구(96)를 덮을 수 있도록(예를 들면, 폐쇄할 수 있도록) 구성된 복수의 커버 또는 베인(178)을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 커버 또는 베인(178)은 유입 흐름을 조절하도록 (예를 들면, 액추에이터(180)에 의해) 이동 가능할 수 있다. 또 다른 예로서, 커버 또는 베인(178)은 템퍼링 공기 입구(96)에 배치되어 필터 하우징(176) 내로 빗물 또는 유사한 환경 요소의 유입을 저지하도록 구성된 웨더 후드(weather hood)에 해당하거나 그 후드를 포함할 수도 있다.
다중 여과 스테이지(170) 중, 분리기(172)는 필터 시스템(90)에 제1의 수분 제거 스테이지를 제공하지만, 몇몇 실시예에서는 존재하지 않을 수도 있다. 분리기(172)는 액적 핵생성(droplet nucleation)을 통해 템퍼링 공기로부터 수분을 제거할 수 있는 임의의 적절한 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 분리기(172)는 특정 사이즈 범위를 갖는 에어로졸 액적의 물방울 핵생성을 촉진시키고 수분 유입량의 상당 부분을 제거하도록 구성될 수 있다. 필터 시스템(90)의 물 제거 구조(도시 생략)가 필터 시스템(90)으로부터 충분히 핵생성된 또는 합쳐진 물방울을 제거할 수 있다(예를 들면, 분리기(172) 및/또는 소수성 필터(100)와 관련된 배수구로부터).
예비 필터(174)는 분리기(172)와 소수성 필터(100) 사이에 배치되어, 예를 들면, 먼지, 티끌, 및 기타 조대 입자 등의 건조 입자들을 여과함으로써 소수성 필터(100)의 수명을 연장시키도록 구성된다. 예비 필터(174)는 소수성 필터(100)에 의한 여과 전에 큰(예를 들면, 조대한) 입자의 상당 부분을 제거하는 다중 스테이지(170) 중 제2 스테이지에 해당하는 것으로 간주될 수 있다. 다시 말해, 예비 필터(174)는 임의의 수의 상이한 재료(예를 들면, 섬유 또는 패킹 재료)로 형성된 사이즈 기반 필터(size-based filter)일 수 있다.
소수성 필터(100)는 도시한 바와 같이 예비 필터(174)의 하류에 배치된다. 앞서 설명한 바와 같이, 소수성 필터(100)는 흡습성, 용해성 및 용해 상태의 물질을 템퍼링 공기로부터 제거하도록 구성된다. 일례로서, 소수성 필터(100)는 플루오로폴리머(예를 들면, PTFE) 등의 적절한 소수성 재료로 코팅된 유리 섬유를 포함하거나, 발포(expanded) PTFE 맴브레인, 또는 이들 혹은 기타 적절한 재료의 임의의 조합을 포함할 수도 있다. 이러한 점에서, 소수성 필터(100)는 수성 물질만을 제거하도록 구성되는 것이 아니라, 사이즈 기반 필터를 통과하였을 미세 염 입자도 제거할 수 있다. 소수성 필터(100)는 필터 시스템(90)의 물 제거 구조(도시 생략)에 의해 제거될 수 있는 물방울들의 합체를 촉진시킬 수 있다. 특정 실시예에서, 소수성 필터(100)는 크기가 20미크론보다 큰 실질적으로 모든 물방울을 제거할 수 있고 또한 크기가 1미크론보다 큰 실질적으로 모든 염 입자를 제거할 수 있다. 하나의 실시예에서, 제거된 염과 물은 염수로서 인출될 수 있다.
필터 시스템(90)의 출구(182)(예를 들면, 예를 들면, 템퍼링 공기 통로(94)의 플레넘으로 통하는 부분)는 특정 실시예에서 천이 섹션(184)을 포함할 수 있다. 천이 섹션(184)은 템퍼링 공기 통로(94)의 다양한 흐름 제어 장치를 향한 흐름을 촉진시키도록 원추형 기하학적 형상을 가질 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, TACS(104)는 여과 시스템(90)(무엇보다도 소수성 필터(100)를 포함)과 관련한 다양한 모니터링 및 제어 방안들을 수행하여, 바람직한 낮은 수준의 SCR 촉매독을 갖는 템퍼링 공기를 제공하도록 할 수 있다. TACS(104)는 일반적으로 그러한 모니터링 및 제어 방안들을 함께 수행한다.
예를 들면, 모니터링 방안의 하나의 실시예는, 처리된 배기 가스의 NOX 및/또는 암모니아 수준만을 모니터링하거나, 필터 시스템(90)의 상태(예를 들면, 그 성능)와 관련한 피드백으로서 배기 흐름 정보 및 템퍼링 공기 흐름 정보도 함께 조합하여 모니터링할 수도 있다. 구체적으로, 특정 실시예에서, TACS(104)는 SCR 촉매(46)에 의한 촉매 효율 감소를 나타내는 피드백을 소수성 필터(100)의 여과 효율과의 상관관계에 대해 확인할 수도 있다(예를 들면, 정량적으로 결부시킬 수 있다). 즉, 소수성 필터(100)가 템퍼링 공기 내의 촉매독에 대한 주요한 필터이도록 구성되기 때문에, 템퍼링 공기의 존재하에서 감소된 촉매 활성도의 징후는 명백하게 소수성 필터(100)의 감소된 효율에 기인할 수 있다. 예를 들면, 하나의 실시예에서, 소수성 필터의 작동 양태에 대한 감소된 촉매 활성도의 상관관계 확인은 다른 여과 스테이지에 의한 감소된 성능을 제외하는 등의 기타 가능한 요인을 제외하도록 이루어질 수 있다. 하지만, 다른 실시예에서, 그 상관관계 확인은 기타 가능한 요인도 고려하면서 이루어질 수도 있다.
특정 유로(120)(도 2 참조)의 소수성 필터(100)가 적절히 기능하고 있지 않다는 결정에 응답하여, TACS(104)는 소정 교정 조치 및/또는 진단 루틴을 수행할 수 있다. 예를 들면, TACS(104)는 추가적인 병렬 독립 유로(120)를 작동하게 함으로써 교정 조치를 수행할 수 있다. 이는 추가적인 병렬 독립 유로(120)의 템퍼링 공기 입구(96)를 개방하고 주위 공기(30)를 해당 소수성 필터(100)를 통해 그 유로(120) 내로 빨아들이도록 하는 것을 포함한다. 이와 실질적으로 동시에, TACS(104)는 미리 정해진 세트의 파라미터 내에서 기능하고 있지 않은 것으로서 드러난 소수성 필터(100)를 통한 템퍼링 공기 흐름을 감소시키거나 완전히 중단할 수 있다. 다시 말해, TACS(104)가 예를 들면 제1 유로(120A)로부터의 템퍼링 공기(70)가 허용할 수 없는 높은 수준의 촉매독을 갖는다고 결정 내리게 되면, TACS(104)는 제2 유로(120B) 또는 제3 유로(120C) 등의 추가적인 유로를 작동하게 하고, 이와 동시에 제1 유로(120A)를 통한 공기의 유량을 감소시킬 수 있다. 그 유량은 감소시키지만 추가적은 흐름이 작동하게 함으로써, 배기 가스(44)의 냉각 요건은 여전히 충족될 것이다.
TACS(104)는 또한 배기 가스(44)에 결부된 것에 추가하여 또는 그와는 별도로 기타 진단 루틴을 수행할 수도 있다. 예를 들면, 제1 필터 시스템(90A)(구체적으로, 그 소수성 필터(100))이 적절히 기능하고 있지 않을 수 있다는 결정에 응답하여, TACS(104)는 제1 필터 시스템(90A)을 통한 다양한 템퍼링 공기 흐름 조절을 수행하고, 템퍼링 공기 흐름이 어떻게 이루어지는지를 모니터링할 수 있다(예를 들면, 흐름이 조절됨에 따라 압력 및/또는 유량이 변화하는 방식에 대한 프로파일을 모니터링함으로써). 흐름 프로파일이 예상한 흐름 프로파일과 충분하게 유사하지 않다면, TACS(104)는 소수성 필터(100)가 막혔거나 유지보수가 필요하다고 결정할 수 있다. TACS(104)는 이러한 취지로 사용자 인지 가능 표시(예를 들면, 사용자 인터페이스를 통해)를 제공할 수 있다.
본 발명의 기술적 효과는 배기 가스 내로 분사되는 템퍼링 공기의 개선된 여과를 포함하며, 이에 한정되진 않는다. 개선된 여과는 템퍼링 공기 내에 존재하는 특정 SCR 촉매독의 상대적 수준을 감소시키고, 이에 의해 SCR 촉매의 작동 수명 및 이와 관련한 배기 가스로부터의 NOX의 제거를 개선시킬 수 있다.
본 명세서에서 기술한 설명은 최상의 모드를 비롯한 발명을 개시함과 아울러, 임의의 장치 또는 시스템을 제조 및 사용하고 임의의 포함된 방법을 수행하는 것을 비롯하여 어떠한 당업자라도 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위해 일례들을 이용하고 있다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구 범위에 의해서 정해지고, 당업자에게 일어나는 다른 예들을 포함할 수도 있다. 그러한 다른 예들은 그들 예가 청구항들의 문자 언어와 상이하지 않은 구조적인 요소를 갖는 경우, 또는 그들 예가 청구항들의 문자 언어와 별 차이가 없는 등가의 구조적인 요소를 포함하는 경우 청구항들의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 가스 터빈 시스템으로서:
    가스 터빈 엔진의 터빈의 출구에 유체적으로 결합되어, 상기 가스 터빈 엔진에 의해 생성된 연소 생성물을 갖는 배기 가스를 받아들여 상기 배기 가스가 상기 가스 터빈 시스템을 나가기 전에 상기 배기 가스를 처리하도록 구성되는 배기 처리 시스템;
    상기 배기 가스가 상기 배기 처리 시스템을 통과해 흐르게 하도록 구성된 상기 배기 처리 시스템의 배기 경로;
    상기 배기 가스를 냉각시키기 위해 상기 배기 경로 내에 템퍼링 공기(tempering air)를 도입하도록 구성된 상기 배기 처리 시스템의 템퍼링 공기 시스템으로서, 상기 템퍼링 공기 시스템의 공기 입구에서부터, 상기 템퍼링 공기가 상기 템퍼링 공기 시스템에서부터 상기 배기 경로로 도입되게 되는 템퍼링 공기 출구까지 연장하는 템퍼링 공기 통로를 포함하는 템퍼링 공기 시스템; 및
    상기 템퍼링 공기 통로를 따라 배치된 소수성 필터(hydrophobic filter)를 구비한 템퍼링 공기 시스템의 필터 시스템으로서, 상기 소수성 필터는 상기 템퍼링 공기 통로를 통해 흐르는 공기로부터 흡습성 및 용해성 물질을 제거하도록 구성되는 것인 필터 시스템
    을 포함하는 가스 터빈 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배기 가스 내의 질소산화물(NOX)의 농도를 감소시키도록 구성된 상기 배기 처리 시스템의 선택적 촉매 환원(SCR) 시스템을 포함하며, 상기 SCR 시스템은, 상기 배기 경로를 따라 배치되어 상기 배기 가스 내의 NOX와 환원제 간의 반응에 촉매 작용하도록 구성된 고정 촉매를 포함하며, 상기 템퍼링 공기 출구는 상기 고정 촉매의 상류에서 상기 배기 경로 내로 템퍼링 공기를 도입하도록 위치 설정되는 것인 가스 터빈 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 소수성 필터는 상기 고정 촉매의 활성화 부위를 변질시킬 수 있는 흡습성 및 용해성 물질을 상기 템퍼링 공기 통로를 통해 흐르는 공기로부터 제거하도록 구성되는 것인 가스 터빈 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 템퍼링 공기 통로는 상기 가스 터빈 엔진의 압축기로 공기가 흐르게 하도록 구성된 공기 통로와는 완전히 별개인 것인 가스 터빈 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 필터 시스템은 필터 하우징 내에 수용되며, 상기 가스 터빈 시스템은 상기 가스 터빈 엔진의 압축기로 공기가 흐르게 하도록 구성된 상기 공기 통로를 따라 배치된 추가적인 필터 하우징 내에 수용된 추가적 필터 시스템을 포함하는 것인 가스 터빈 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 템퍼링 공기 시스템의 필터 시스템을 가로지른 공기의 압력 강하, 상기 필터 시스템을 가로지른 공기의 유량의 변화 또는 이들 둘 모두를 모니터링하여, 압력 강하, 유량 변화 또는 이들 둘 모두에 관한 외부적 표시를 제공하도록 구성된 하나 이상의 센서를 포함하는 것인 가스 터빈 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 하나 이상의 프로세서와, 하나 이상의 세트의 명령을 저장하는 메모리 회로를 구비하는 템퍼링 공기 제어 시스템을 포함하며, 상기 하나 이상의 세트의 명령은, 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때,
    상기 필터 시스템을 가로지른 공기의 압력 강하, 상기 필터 시스템을 가로지른 공기의 유량 변화 또는 이들 둘 모두에 관한 상기 외부적 표시를 받아들이고;
    상기 압력 강하 또는 유량 변화를 상기 소수성 필터의 상태와의 상관관계에 대해 확인하고(correlating);
    상기 소수성 필터의 상태에 관한 사용자 인지 가능 표시를 사용자 인터페이스를 통해 제공하도록
    구성되는 것인 가스 터빈 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 하나 이상의 세트의 명령은, 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 소수성 필터의 사용 시간, 상기 소수성 필터의 유효 수명의 잔여 시간 또는 그 조합을 추정하도록 구성되는 것인 가스 터빈 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 템퍼링 공기 통로는 상기 공기 입구를 포함한 복수의 공기 입구를 포함하며, 상기 복수의 공기 입구는 템퍼링 공기 헤더로 통하는 병렬 독립 유로들을 따라 상기 템퍼링 공기 통로 내로 공기가 들어갈 수 있게 하도록 구성되며, 상기 병렬 독립 유로들은 각각,
    해당 소수성 필터를 각각 구비한 해당 필터 시스템;
    해당 필터 시스템의 하류에 배치되어, 공기를 해당 공기 입구 내로 그리고 해당 필터 시스템을 통과해 빨아들여 그 공기를 해당 병렬 독립 유로를 통과해 이동시키도록 구성된 해당 팬;
    상기 해당 필터 시스템을 가로지른 공기의 압력 강하, 상기 해당 필터 시스템을 가로지른 공기의 유량의 변화 또는 이들 둘 모두를 검출하여, 압력 강하, 유량 변화 또는 이들 둘 모두에 관한 외부적 표시를 제공하도록 구성된 하나 이상의 해당 센서; 및
    상기 템퍼링 공기 헤더로 통하는 해당 공기 출구
    를 포함하는 것인 가스 터빈 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 템퍼링 공기 헤더는 복수의 병렬 독립 유로로부터의 각각의 공기 흐름을 조합하고 상기 각각의 공기 흐름을, 템퍼링 공기가 상기 템퍼링 공기 시스템에서부터 상기 배기 경로 내로 도입되게 되는 상기 템퍼링 공기 출구로 안내하도록 구성되는 것인 가스 터빈 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 복수의 병렬 독립 유로의 상기 하나 이상의 해당 센서 및 상기 해당 팬의 각각의 액추에이터에 통신 가능하게 결합된 템퍼링 공기 제어 시스템을 포함하며, 상기 템퍼링 공기 제어 시스템은, 하나 이상의 프로세서와, 하나 이상의 세트의 명령을 저장하는 메모리 회로를 구비하며, 상기 하나 이상의 세트의 명령은, 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때,
    상기 해당 필터 시스템을 가로지른 공기의 압력 강하, 상기 해당 필터 시스템을 가로지른 공기의 유량 변화 또는 이들 둘 모두에 관한 상기 외부적 표시를 받아들이고;
    상기 압력 강하 또는 유량 변화를 상기 해당 소수성 필터의 상태와의 상관관계에 대해 확인하고;
    상기 해당 소수성 필터의 상태가 상기 해당 소수성 필터가 미리 정해진 세트의 파라미터 내에서 작동하고 있지 않도록 하고 있다는 결정에 응답하여, 해당 병렬 독립 유로를 따른 공기의 흐름을 조절하도록 해당 팬 중 적어도 하나의 팬의 액추에이터에 출력을 제공하도록
    구성되는 것인 가스 터빈 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 필터 시스템은 상기 공기 입구에서, 공기를 상기 공기 입구 내로 그리고 상기 필터 시스템을 통과해 빨아들여 그 공기를 상기 템퍼링 공기 통로를 통과해 이동시키도록 구성된 팬의 상류에 배치되는 것인 가스 터빈 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 필터 시스템은 다중 여과 스테이지 중 하나로서 상기 소수성 필터를 구비한 다단 필터 모듈을 포함하는 것인 가스 터빈 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 다단 필터 모듈은 상기 템퍼링 공기 통로를 통해 흐르는 공기 내에 존재하는 건조 입자를 여과하도록 구성된 예비 필터를 포함하며, 상기 소수성 필터는 상기 다단 필터 모듈 내에서 예비 필터의 하류에 배치되는 것인 가스 터빈 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 소수성 필터는 플루오로폴리머 코팅 유리 섬유 필터 매체 또는 발포 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE)을 포함하는 것인 가스 터빈 시스템.
  16. 단순 사이클 가스 터빈 시스템으로서:
    공기를 압축기 공기 입구 내로 빨아들여 압축 공기를 생성하도록 구성된 압축기;
    상기 압축 공기의 흐름과 연료의 흐름을 받아들여 상기 압축 공기와 연료의 혼합물을 연소시킴으로써 연소 가스를 생성하도록 구성된 연소기;
    샤프트를 통해 압축기에 구동 가능하게 결합되며, 연소기로부터의 상기 연소 가스를 받아들여, 상기 샤프트를 통해 부하(load) 및 압축기를 구동하도록 상기 연소 가스로부터 일(work)을 추출하도록 구성된 터빈;
    상기 터빈으로부터의 연소 가스를 배기 가스로서 받아들이도록 구성되고 복수의 섹션을 구비한 덕트로서, 상기 배기 가스로부터 생성된 처리된 배기 가스가 단순 사이클 가스 터빈 시스템을 나갈 수 있게 하도록 구성된 스택(stack)에 유체적으로 결합되는 덕트
    를 포함하며, 상기 덕트는 이 덕트를 통과하는 상기 배기 가스의 흐름 내로 여과 템퍼링 공기를 도입하도록 구성된 템퍼링 공기 분사 그리드를 수용하며, 템퍼링 공기 출구가 템퍼링 공기 통로를 통해 템퍼링 공기 입구에 유체적으로 결합되며, 상기 템퍼링 공기 통로는 이 템퍼링 공기 통로를 통해 흐르는 공기로부터 흡습성 및 용해성 물질을 제거하도록 구성된 소수성 필터를 구비한 필터 시스템을 포함하며, 상기 필터 시스템은 상기 템퍼링 공기 입구를 통해 빨아들여진 공기로부터 상기 여과 템퍼링 공기를 생성하도록 구성되는 것인 단순 사이클 가스 터빈 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 덕트의 복수의 섹션은, 확산 섹션, 이 확산 섹션의 하류에 천이 섹션 및 상기 확산 섹션의 하류에 배기 덕트를 포함하며, 상기 배기 덕트는, 상기 배기 가스 내의 NOX와 환원제 간의 반응에 촉매 작용하도록 구성된 선택적 촉매 환원(SCR) 시스템의 고정 촉매를 수용하며, 상기 템퍼링 공기 분사 그리드는 상기 확산 섹션 또는 천이 섹션 내로 상기 여과 템퍼링 공기를 도입하도록 배치되는 것인 단순 사이클 가스 터빈 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 하나 이상의 프로세서와, 하나 이상의 세트의 명령을 저장하는 메모리 회로에 의해 구현된 템퍼링 공기 제어 시스템을 포함하며, 상기 하나 이상의 세트의 명령은, 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때,
    상기 필터 시스템을 가로지른 템퍼링 공기의 압력 강하, 상기 필터 시스템을 가로지른 템퍼링 공기의 유량 변화 또는 이들 둘 모두에 관한 외부적 표시를 받아들이고;
    상기 압력 강하 또는 유량 변화를 상기 소수성 필터의 상태와의 상관관계에 대해 확인하고;
    상기 소수성 필터의 상태가 미리 정해진 세트의 파라미터를 벗어났다는 결정에 응답하여 상기 필터 시스템을 통한 상기 템퍼링 공기의 흐름을 변경하도록 흐름 제어 장치를 작동시키기 위한 출력을 제공하는 한편, 상기 SCR 시스템의 고정 촉매와 관련된 촉매 작용 온도 범위에 상응하는 온도 범위로 상기 배기 가스를 냉각시키기에 충분한 양의 여과 템퍼링 공기를 제공하도록 상기 덕트 내로 상기 여과 템퍼링 공기의 도입을 제어하도록
    구성되는 것인 단순 사이클 가스 터빈 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 하나 이상의 세트의 명령은, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 템퍼링 공기 통로의 복수의 병렬 독립 유로를 따른 템퍼링 공기의 각각의 흐름을 제어함으로써, 상기 SCR 시스템의 상기 고정 촉매와 관련된 촉매 작용 온도 범위에 상응하는 온도 범위로 상기 배기 가스를 냉각시키기에 충분한 양의 여과 템퍼링 공기를 제공하도록 상기 덕트 내로 상기 여과 템퍼링 공기의 도입을 제어하도록 구성되는 것인 단순 사이클 가스 터빈 시스템.
  20. 제16항에 있어서, 상기 필터 시스템은 상기 템퍼링 공기 통로의 입구에 배치된 필터 하우징 내에 수용되는 것인 단순 사이클 가스 터빈 시스템.
KR1020160180096A 2015-12-28 2016-12-27 템퍼링 공기의 소수성 여과 KR102578516B1 (ko)

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