KR102585385B1 - 압축기 세정장치 및 이를 이용한 압축기 세정방법 - Google Patents

압축기 세정장치 및 이를 이용한 압축기 세정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 가스터빈의 압축기 전방에 설치되며, 증기를 발생시키는 증기발생기; 상기 증기발생기의 후방에 설치되며, 상기 증기발생기에서 발생된 증기가 내부에 저장되는 증기헤더; 상기 증기헤더의 후방에 연결되며, 상기 증기헤더로부터 상기 압축기로 증기를 선택적으로 공급하는 제1분사배관 및 제2분사배관; 상기 제1분사배관과 제2분사배관으로 각각 물을 공급하는 급수수단; 및 상기 압축기의 입구에 설치되며, 상기 제1분사배관과 제2분사배관으로부터 각각 증기 또는 물을 공급받고, 상기 압축기 내부의 압축기 베인 및 압축기 블레이드로 증기 또는 물을 분사하는 제1분사노즐 및 제2분사노즐을 포함하되, 상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은, 각각 독립적으로 증기 또는 물을 분사하는 압축기 세정장치 및 이를 이용한 압축기 세정방법을 제공한다.

Description

압축기 세정장치 및 이를 이용한 압축기 세정방법{Compressor washing apparatus and compressor washing method using the same}
본 발명은 압축기 세정장치 및 이를 이용한 압축기 세정방법에 관한 것으로, 가스터빈에 구비되어 외부 공기를 흡입 및 압축하는 압축기를 세정하는 장치 및 이러한 장치를 이용하여 압축기를 세정하는 방법에 관한 것이다.
터보머신이란, 터보머신을 통과하는 유체(특히, 기체)를 통해, 전력 생성을 위한 동력을 발생시키는 장치를 의미한다. 따라서 터보머신은 통상 발전기와 함께 설치되어 사용된다. 이러한 터보머신에는, 가스터빈(Gas turbine), 스팀터빈(Steam turbine), 풍력터빈(Wind power turbine) 등이 해당될 수 있다. 가스터빈은 압축공기와 천연가스를 혼합하여 연소시켜 연소가스를 생성하고, 이와 같이 생성된 연소가스를 이용하여 발전을 위한 동력을 생성하는 장치이다. 스팀터빈은 물을 가열하여 생성되는 증기를 이용하여 발전을 위한 동력을 생성하는 장치이다. 풍력터빈은 풍력을 발전용 동력으로 전환시키는 장치이다.
터보머신 중 가스터빈에 대해 살펴보면, 가스터빈은 압축기와 연소기와 터빈을 포함한다. 압축기는 압축기 케이싱 내에 다수개의 압축기 베인과 압축기 블레이드가 교대로 배치된다. 그리고 압축기는 압축기 입구 스크롤 스트럿(Compressor inlet scroll strut)을 통해 외부의 공기를 흡입한다. 이렇게 흡입된 공기는 압축기의 내부를 통과하면서 상기 압축기 베인과 압축기 블레이드에 의해 압축된다. 연소기는 상기 압축기에서 압축된 압축공기를 공급받아 연료와 혼합시킨다. 또한 연소기는 압축공기와 혼합된 연료를 점화기로 점화하여 고온고압의 연소가스를 생성한다. 이와 같이 생성된 연소가스는 터빈으로 공급된다. 터빈은 터빈 케이싱 내에 복수개의 터빈 베인과 터빈 블레이드가 교대로 배치된다. 그리고 터빈은 연소기에서 생성된 연소가스를 공급받아 내부로 통과시킨다. 터빈의 내부를 통과하는 연소가스는 터빈 블레이드를 회전시키게 되고, 터빈의 내부를 완전히 통과하게 된 연소가스는 터빈 디퓨저를 통해 외부로 토출되게 된다.
터보머신 중 증기터빈에 대해 살펴보면, 증기터빈은 증발기와 터빈을 포함한다. 상기 증발기는 외부로부터 공급받은 물을 가열하여 증기를 생성한다. 상기 터빈은 가스터빈에서의 터빈과 마찬가지로 터빈 케이싱 내에 복수개의 터빈 베인과 터빈 블레이드가 교대로 배치된다. 다만, 증기터빈에서의 터빈은 연소가스가 아닌 상기 증발기에서 생성된 증기를 내부로 통과시켜, 터빈 블레이드를 회전시킨다.
한편, 가스터빈의 압축기를 세정하기 위하여, 압축기 전방에서 압축기로 물을 분사하는 방식이 이용된다. 이때, 종래의 압축기 세정방법에 의하면, 동절기에 대기온도가 4도 이하인 경우, 압축기 베인 중 최전단부에 위치한 인렛 가이드 베인(Inlet guide vane)의 후단에서 아이싱이 발생되는 문제가 있다.
일본 공개특허 제2015-021500호(발명의 명칭 :가스터빈 압축기의 세정 시스템 및 방법)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 물 또는 고온의 증기를 분사하는 복수개의 노즐을 이용하여 압축기를 세정하여, 동절기에도 문제없이 압축기를 원활하게 세정할 수 있도록 하는 압축기 세정장치 및 이를 이용한 압축기 세정방법을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은, 가스터빈의 압축기 전방에 설치되며, 증기를 발생시키는 증기발생기; 상기 증기발생기의 후방에 설치되며, 상기 증기발생기에서 발생된 증기가 내부에 저장되는 증기헤더; 상기 증기헤더의 후방에 연결되며, 상기 증기헤더로부터 상기 압축기로 증기를 선택적으로 공급하는 제1분사배관 및 제2분사배관; 상기 제1분사배관과 제2분사배관으로 각각 물을 공급하는 급수수단; 및 상기 압축기의 입구에 설치되며, 상기 제1분사배관과 제2분사배관으로부터 각각 증기 또는 물을 공급받고, 상기 압축기 내부의 압축기 베인 및 압축기 블레이드로 증기 또는 물을 분사하는 제1분사노즐 및 제2분사노즐을 포함하되, 상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은, 각각 독립적으로 증기 또는 물을 분사하는 압축기 세정장치 및 이를 이용한 압축기 세정방법을 제공한다.
가스터빈의 중심축을 기준으로, 상기 제1분사배관은 상기 제2분사배관보다 반경방향 외측에 배치되며, 상기 제1분사노즐은 상기 제2분사노즐보다 반경방향 외측에 배치될 수 있다.
압축기 블레이드의 회전속도를 기준으로, v1 rpm 내지 v2 rpm (v2 > v1)에서 상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은 증기를 분사하며, v2 rpm 내지 v3 rpm (v3 > v2)에서 상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은 물을 분사할 수 있다.
상기 제1분사노즐과 제2분사노즐이 증기를 분사하는 경우, 상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은 t1 min 동안 증기를 분사하고, t2 min (t1 > t2)동안 분사를 정지하며, 상기 제1분사노즐과 제2분사노즐이 물을 분사하는 경우, 상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은 t3 min 동안 물을 분사하고, t4 min (t3 < t4)동안 분사를 정지할 수 있다.
본 발명에 따른 압축기 세정장치는, 외기의 온도를 측정하는 외기온도 측정수단을 더 포함하며, 상기 외기온도 측정수단이 측정한 외기의 온도가 Ta ℃ 내지 Tb ℃ (Ta < Tb)인 경우, 상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은 증기를 분사하며, 상기 외기온도 측정수단이 측정한 외기의 온도가 Tc ℃ 내지 Td ℃ (Tb < Tc < Td)인 경우, 상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은 물을 분사할 수 있다.
상기 제1분사노즐은, 가스터빈의 작동이 정지된 상태에서만 증기 또는 물을 분사하며, 상기 제2분사노즐은, 가스터빈의 작동 중 또는 작동 정지 상태에서 증기 또는 물을 분사할 수 있다.
상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은, 어느 하나가 증기를 분사하는 경우 다른 하나는 물을 분사할 수 있다.
본 발명에 따른 압축기 세정장치는, 상기 제1분사배관과 제2분사배관에 각각 설치되며, 상기 급수수단과 상기 제1분사배관 및 제2분사배관이 연결된 지점보다 전방에 배치되고, 상기 제1분사배관과 제2분사배관을 개폐시키는 제1분사밸브와 제2분사밸브를 더 포함하며, 가스터빈의 작동이 시동, 정상상태 작동, 셧다운으로 구분된다고 하였을 때, 가스터빈의 시동 시 또는 셧다운 시, 상기 제1분사밸브와 제2분사밸브 중 어느 하나만이 상기 제1분사배관과 제2분사배관 중 어느 하나를 개방시키며, 가스터빈의 정상상태 작동 중, 상기 제1분사밸브와 제2분사밸브는, 상기 제1분사배관과 제2분사배관을 모두 개방시킬 수 있다.
본 발명에 따른 압축기 세정장치 및 이를 이용한 세정방법에 의하면, 여러 조건 하에서 제1분사노즐과 제2분사노즐의 분사 형태를 다양하게 변경함으로써, 압축기를 보다 효과적으로 세정할 수 있다.
도 1은 가스터빈의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 압축기 세정장치가 도 1에 도시된 압축기에 설치된 모습을 나타낸 것으로, 본 발명의 제1실시예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제5실시예를 나타낸 도면이다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1을 참조하면, 가스터빈(10)은 압축기(11), 연소기(12) 및 터빈(13)을 포함한다. 기체(압축공기 또는 연소가스)의 유동방향을 기준으로 하였을 때, 가스터빈(10)의 상류 측에는 압축기(11)가 배치되고 하류 측에는 터빈(13)이 배치된다. 그리고 압축기(11)와 터빈(13) 사이에는 연소기(12)가 배치된다.
압축기(11)는 압축기 케이싱(31) 내부에 압축기 베인(32)과 압축기 로터(20)를 수용하며, 터빈(13)은 터빈 케이싱 내부에 터빈 베인과 터빈 로터를 수용한다. 이러한 압축기 베인(32)과 압축기 로터(20)는 압축공기의 유동방향을 따라 다단(Multi-stage)으로 배치되며, 터빈 베인과 터빈 로터 역시 연소가스의 유동방향을 따라 다단으로 배치된다. 이때, 압축기(11)는 흡입된 공기가 압축될 수 있게 전단(Front-stage)에서 후단(Rear-stage) 측으로 갈수록 내부공간이 줄어들며, 반대로 터빈(13)은 연소기로부터 공급받은 연소가스가 팽창될 수 있게 전단에서 후단 측으로 갈수록 내부공간이 커지는 구조로 설계된다.
한편, 압축기(11)의 최후단부 측에 위치한 압축기 로터와, 터빈(13)의 최전단부 측에 위치한 터빈 로터 사이에는, 터빈(13)에서 발생된 회전토크를 상기 압축기(11)로 전달하는 토크 전달부재로서의 토크튜브가 배치된다. 상기 토크튜브는 도 1에 도시된 바와 같이 총 3개의 단으로 이루어지는 복수개의 토크튜브 디스크로 구성될 수 있으나, 이는 본 발명의 여러 실시예 중 하나에 불과하며, 상기 토크튜브는 4개 이상의 단 또는 2개 이하의 단으로 이루어지는 복수개의 토크튜브 디스크로 구성될 수도 있다.
상기 압축기 로터(20)는, 압축기 디스크(21)와 압축기 블레이드(22)를 포함한다. 상기 압축기 케이싱(31)의 내부에는 복수개(예를 들어 14매)의 압축기 디스크(21)가 구비되고, 상기 각각의 압축기 디스크(21)들은 타이로드에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결된다. 더욱 상세하게는, 상기 각각의 압축기 디스크(21)는 중심부가 상기 타이로드에 의해 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬된다. 그리고 인접하는 각각의 압축기 디스크(21)는 대향하는 면이 상기 타이로드에 의해 압착되어, 서로 상대적인 회전을 할 수 없도록 배치된다.
상기 압축기 디스크(21)의 외주면에는 복수개의 압축기 블레이드(22)가 방사상으로 결합된다. 또한, 상기 압축기 블레이드(22)의 사이에는, 동일한 단(Stage)을 기준으로 하였을 때 상기 압축기 케이싱(31)의 내주면에 환상으로 설치되는 복수개의 압축기 베인(32)이 각각 배치된다. 상기 압축기 베인(32)은 상기 압축기 디스크(21)와는 달리 회전하지 않도록 고정된 상태를 유지하며, 압축기 블레이드(22)를 통과한 압축공기의 흐름을 정렬하여 하류 측에 위치하는 압축기 블레이드(22)로 압축공기를 안내하는 역할을 한다. 이때, 상기 압축기 케이싱(31)과 압축기 베인(32)은, 상기 압축기 로터(20)와 구분하기 위하여, 압축기 스테이터(30)라는 포괄적인 명칭으로 정의될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 압축기 스테이터(30)는, 상기 압축기 케이싱(31)과 압축기 베인(32) 이외에 압축기 입구 스크롤 스트럿(33)을 더 포함한다. 상기 압축기 입구 스크롤 스트럿(33)은, 상기 압축기 케이싱(31)의 전단에 연결되며, 외부 공기를 상기 압축기 케이싱(31)의 입구로 가이드한다. 한편, 상기 압축기 베인(32) 중, 가장 전단에 위치한 것을 인렛 가이드 베인(34)이라고 한다. 상기 인렛 가이드 베인(34)은, 상기 압축기 케이싱(31)으로 유입되는 공기를 후단에 배치된 압축기 블레이드(22)와 압축기 베인(32)으로 가이드하는 역할을 한다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 타이로드는 상기 복수개의 압축기 디스크(21)와, 후술할 터빈 디스크의 중심부를 관통하도록 배치되며, 일 측 단부는 압축기(11)의 최전단부 측에 위치한 압축기 디스크(21) 내에 체결되고, 타 측 단부는 고정 너트에 의해 체결된다.
상기 타이로드의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도 1에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다. 즉, 도시된 바와 같이 하나의 타이로드가 압축기 디스크와 터빈 디스크의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수개의 타이로드가 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.
도시되지는 않았으나, 가스터빈의 압축기에는 유체의 압력을 높이고 난 후 연소기 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위하여 안내깃 역할을 하는 디스월러(Deswirler)가 설치될 수 있다.
상기 연소기(12)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압연소과정으로 연소기 및 터빈부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스의 온도를 높이게 된다.
가스터빈(10)의 연소시스템을 구성하는 연소기는 셀(Cell) 형태로 형성되는 연소기 케이싱 내에 다수가 배열될 수 있으며, 연료를 분사하는 노즐과, 연소실을 형성하는 라이너(Liner), 그리고 연소기와 터빈의 연결부가 되는 트랜지션피스(Transition piece)를 포함한다.
구체적으로, 상기 라이너는 연료노즐에 의해 분사되는 연료가 압축기의 압축공기와 혼합되어 연소되는 연소공간을 제공한다. 이러한 라이너는, 공기와 혼합된 연료가 연소되는 연소공간을 제공하는 연소챔버와, 상기 연소챔버를 감싸면서 환형공간을 이루는 라이너 환형유로가 형성된다. 또한 라이너의 전단에는 연료를 분사하는 노즐이 결합되며, 측벽에는 점화기가 결합된다.
상기 라이너 환형유로에는, 라이너의 외벽에 마련되는 다수개의 홀(Hole)을 통해 유입된 압축공기가 유동하며, 후술할 트랜지션피스를 냉각시킨 압축공기 역시 이를 통해 유동한다. 이렇듯 압축공기가 라이너의 외벽부를 따라 유동함으로써, 상기 연소챔버에서 연료의 연소에 의해 발생되는 열에 의해 라이너가 열 손상을 입는 것을 방지할 수 있다.
라이너의 후단에는, 점화플러그에 의해 연소되는 연소가스를 터빈 측으로 보낼 수 있도록 트랜지션피스가 연결된다. 상기 라이너와 마찬가지로, 상기 트랜지션피스는, 상기 트랜지션피스의 내부 공간을 감싸는 트랜지션피스 환형유로가 형성되며, 연소가스의 높은 온도에 의한 파손이 방지되도록 상기 트랜지션피스 환형유로를 따라 흐르는 압축공기에 의해 외벽부가 냉각된다.
한편, 상기 연소기(12)에서 나온 고온, 고압의 연소가스는 상술한 터빈(13)으로 공급된다. 터빈(13)으로 공급된 고온 고압의 연소가스는 터빈(13)의 내부를 통과하면서 팽창하게 되고, 그에 따라 후술할 터빈 블레이드에 충동 및 반동력을 가하여 회전토크가 발생되도록 한다. 이렇게 얻어진 회전토크는 상술한 토크튜브를 거쳐 압축기로 전달되고, 압축기 구동에 필요한 동력을 초과하는 부분은 발전기 등을 구동하는데 쓰이게 된다.
상기 터빈(13)은 기본적으로는 압축기(11)의 구조와 유사하다. 즉, 상기 터빈(13)에도 압축기(11)의 압축기 로터와 유사한 복수개의 터빈 로터가 구비된다. 따라서 상기 터빈 로터 역시, 터빈 디스크와, 이로부터 방사상으로 배치되는 복수개의 터빈 블레이드를 포함한다. 상기 터빈 블레이드의 사이에도, 동일한 단을 기준으로 하였을 때 상기 터빈 케이싱에 환상으로 설치되는 복수개의 터빈 베인이 구비되며, 상기 터빈 베인은 터빈 블레이드를 통과한 연소가스의 유동방향을 가이드하게 된다. 이때, 상기 터빈 케이싱과 터빈 베인 역시, 상기 터빈 로터(10)와 구분하기 위하여, 터빈 스테이터라는 포괄적인 명칭으로 정의될 수 있다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 내지 제5실시예에 따른 압축기 세정장치(100,200,300,400,500)는, 상기 압축기(11)의 전방에 설치되는 것으로서, 압축기의 내부로 물 또는 고온의 증기를 분사하여 압축기(11) 내부의 부품들을 세정한다. 이때, 압축기 세정장치(100,200,300,400,500)는 각 실시예에 따라 다양한 세정방법을 수행하는데, 이에 대해서 이하 상세히 설명하도록 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 압축기 세정장치(100)는, 증기발생기(110), 증기헤더(111), 공급배관(112), 셧다운밸브(113), 배출배관(114), 배출밸브(115), 제1분사배관(120), 제2분사배관(121), 제1분사밸브(122), 제2분사밸브(123), 제1분사노즐(130), 제2분사노즐(140), 급수수단(150)을 포함한다.
상기 증기발생기(110)는, 상기 압축기(11)의 전방에 설치되며, 증기를 발생시킨다. 상기 증기발생기(110)는 열병합 발전소의 HRSG(Heat Recovery Steam Generator)일 수도 있고, HRSG의 보조 보일러(Aux. boiler)에 해당할 수도 있다. 상기 증기헤더(111)는, 상기 증기발생기(110)의 후방에 설치되며, 상기 증기발생기(110)에서 발생된 증기를 공급받아 내부에 저장한다. 상기 공급배관(112)은 상기 증기발생기(110)와 증기헤더(111)의 사이에 설치되며, 상기 증기발생기(110)로부터 상기 증기헤더(111)로 증기를 공급한다. 상기 셧다운밸브(113)는, 상기 공급배관(112)에 설치되며, 긴급 상황 시 상기 공급배관(112)을 폐쇄하여 상기 증기헤더(111)로 더 이상 증기가 공급되지 않도록 한다. 상기 배출배관(114)은 상기 증기헤더(111)에 설치되며, 상기 증기헤더(111)에 존재하는 응축수를 선택적으로 외부로 배출한다. 상기 배출밸브(115)는, 상기 배출배관(114)에 설치되며, 상기 배출배관(114)을 개폐한다.
상기 제1분사배관(120)과 제2분사배관(121)은, 상기 증기헤더(111)와 상기 압축기 입구 스크롤 스트럿(33)의 사이에 설치되며, 서로 상기 압축기(11)의 반경방향을 따라 정렬된다. 그리고 상기 제1분사배관(120)과 제2분사배관(121)은, 상기 증기헤더(111)로부터 상기 압축기(11)로 선택적으로 증기를 공급한다. 상기 제1분사밸브(122)와 제2분사밸브(123)는 상기 제1분사배관(120)과 제2분사배관(121)에 각각 설치되며, 상기 제1분사배관(120)과 제2분사배관(121)을 개폐시킨다. 상기 급수수단(150)은 상기 제1분사배관(120)과 제2분사배관(121)으로 각각 선택적으로 물을 공급한다.
상기 제1분사노즐(130)과 제2분사노즐(140)은, 상기 압축기 입구 스크롤 스트럿(33)의 내벽에 안착되며, 상기 제1분사배관(120)과 제2분사배관(121)을 통해 각각 증기 또는 물을 공급받는다. 그리고 상기 압축기(11)의 내부로 증기 또는 물을 분사하여 상기 압축기(11) 내부를 세정한다. 이때, 상기 제1분사밸브(122)는, 상기 급수수단(150)과 상기 제1분사배관(120)의 연결 지점보다 전방에 배치된다. 마찬가지로, 상기 제2분사밸브(123)는, 상기 급수수단(150)과 상기 제2분사배관(121)의 연결 지점보다 전방에 배치된다. 따라서 상기 제1분사노즐(130)과 제2분사노즐(140)을 통해 물을 분사하고자 하는 경우, 상기 제1분사밸브(122)와 제2분사밸브(123)는 상기 제1분사배관(120)과 제2분사배관(121)을 폐쇄하게 된다.
가스터빈의 중심축을 기준으로, 상기 제1분사배관(120)은 상기 제2분사배관(121)보다 반경방향 외측에 배치되며, 상기 제1분사노즐(130)은 상기 제2분사노즐(140)보다 반경방향 외측에 배치된다. 그리고 상기 제1분사노즐(130)은 상기 제2분사노즐(140)보다 반경방향 외측에 배치된다. 이때, 상기 제1분사노즐(130)과 제2분사노즐(140)은 각각 독립적으로 증기 또는 물을 분사한다. 즉, 상기 제1분사노즐(130)과 제2분사노즐(140)은, 어느 하나가 다른 하나의 분사 형태나 방법에 구속되지 않고 증기나 물을 선택적으로 상기 압축기(11)로 분사한다.
본 발명의 제1실시예에서, 압축기 블레이드(22)의 회전속도를 기준으로, v1 rpm 내지 v2 rpm (v2 > v1)에서 상기 제1분사노즐(130)과 제2분사노즐(140)은 증기를 분사하며, v2 rpm 내지 v3 rpm (v3 > v2)에서 상기 제1분사노즐(130)과 제2분사노즐(140)은 물을 분사한다. 예를 들면, v1은 3 rpm이며, v2는 60 rpm이고, v3은 3600 rpm일 수 있다. v1 내지 v2 rpm은 비교적 저속이며, v2 내지 v3은 비교적 고속이라 할 수 있는데, 이러한 고속 조건에서 상기 압축기(11)의 내부로 분사된 증기는 얼게 된다. 유속이 증가하게 되면 장치의 내부 온도가 하강하기 때문이다. 따라서 v1 내지 v2 rpm과 같은 저속 조건에서는 상기 제1분사노즐(130)과 제2분사노즐(140)은 증기를 분사하며, v2 내지 v3 rpm과 같은 고속 조건에서는 상기 제1분사노즐(130)과 제2분사노즐(140)은 물을 분사하게 된다.
또한, 본 발명의 제1실시예에서, 상기 제1분사노즐(130)과 제2분사노즐(140)이 증기를 분사하는 경우, 상기 제1분사노즐(130)과 제2분사노즐(140)은 t1 min 동안 증기를 분사하고 t2 min (t1 > t2)동안 분사를 정지한다. 상기 제1분사노즐(130)과 제2분사노즐(140)이 물을 분사하는 경우, 상기 제1분사노즐(130)과 제2분사노즐(140)은 t3 min 동안 물을 분사하고 t4 min (t3 < t4)동안 분사를 정지한다. 예를 들면, t1은 3 min이며, t2는 5 min이고, t3은 5 min이며, t4는 3 mim일 수 있다. 상기 제1분사노즐(130)과 제2분사노즐(140)이 분사를 정지하는 동안에는 증기나 물이 상기 증기헤더(111)나 급수수단(150)에 충전이 되며, 상기 제1,2분사배관(120,121)을 통해 상기 제1,2분사노즐(130,140)로 증기 도는 물이 로딩이 된다. 이때 t1은 t2보다 큼에 반해, t3은 t4보다 작은 이유는, 증기의 경우 물보다 밀도가 낮아서, 같은 정도의 세정을 위해서는 증기가 물보다 더 오랫동안 충전 및 로딩이 되어야 하기 때문이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 압축기 세정장치(200)는, 외기온도 측정수단(160)을 더 포함한다. 상기 외기온도 측정수단(160)은, 외기의 온도를 측정한다. 이때, 본 발명의 제2실시예에서, 상기 외기온도 측정수단(160)이 측정한 외기의 온도가 Ta ℃ 내지 Tb ℃ (Ta < Tb)인 경우, 상기 제1분사노즐(130)과 제2분사노즐(140)은 증기를 분사하며, 상기 외기온도 측정수단(160)이 측정한 외기의 온도가 Tc ℃ 내지 Td ℃ (Tb < Tc < Td)인 경우, 상기 제1분사노즐(130)과 제2분사노즐(140)은 물을 분사한다. 외기의 온도가 Ta ℃ 내지 Tb ℃인 경우, 압축기 세정장치(200)는 현재 동절기인 것으로 판단하며, 외기의 온도가 Tc ℃ 내지 Td ℃인 경우, 압축기 세정장치(200)는 현재 하절기인 것으로 판단한다. 동절기의 경우 물을 분사하면 물이 얼기 때문에, 상기 제1,2분사노즐(130,140)은 물이 아닌 증기를 분사한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 압축기 세정장치(300)에서, 상기 제1분사노즐(130)은 가스터빈(10)의 작동이 정지된 상태에서만 증기 또는 물을 분사하며, 상기 제2분사노즐(140)은 가스터빈(10)의 작동 중 또는 작동 정지 상태에서 증기 또는 물을 분사할 수 있다. 도 4는 가스터빈(10)의 작동 중 모습을 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 압축기 세정장치(400)에서, 상기 제1분사노즐(130)과 제2분사노즐(140)은, 어느 하나가 증기를 분사하는 경우 다른 하나는 물을 분사할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1분사노즐(130)이 물을 분사하는 경우, 상기 제2분사노즐(140)은 증기를 분사할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 압축기 세정장치(500)에서, 가스터빈(10)의 작동이 시동, 정상상태 작동, 셧다운으로 구분된다고 하였을 때, 가스터빈(10)의 시동 시 또는 셧다운 시, 상기 제1분사밸브(130)와 제2분사밸브(140) 중 어느 하나만이 상기 제1분사배관(120)과 제2분사배관(121) 중 어느 하나를 개방시키며, 가스터빈(10)의 정상상태 작동 중, 상기 제1분사밸브(122)와 제2분사밸브는(123) 상기 제1분사배관(120)과 제2분사배관(121)을 모두 개방시킬 수 있다. 도 6은 가스터빈(10)의 정상상태 작동 중의 모습을 나타낸 것이다.
상술한 본 발명의 제3 내지 제5실시예에 따른 압축기 세정장치(300,400,500)의 압축기 세정방법은 예시적인 것에 불과하며, 압축기(11)를 효과적으로 세정할 수 있는 방법이라면 어떠한 것이든지 실시될 수 있다.
10 : 가스터빈 11 : 압축기
12 : 연소기 13 : 터빈
20 : 압축기 로터 21 : 압축기 디스크
22 : 압축기 블레이드 30 : 압축기 스테이터
31 : 압축기 케이싱 32 : 압축기 베인
33 : 압축기 입구 스크롤 스트럿 34 : 인렛 가이드 베인
100,200,300,400,500 : 압축기 세정장치
110 : 증기발생기 111 : 증기헤더
112 : 공급배관 113 : 셧다운밸브
114 : 배출배관 115 : 배출밸브
120 : 제1분사배관 121 : 제2분사배관
122 : 제1분사밸브 123 : 제2분사밸브
130 : 제1분사노즐 140 : 제2분사노즐
150 : 급수수단 160 : 외기온도 측정수단

Claims (16)

  1. 가스터빈의 압축기 전방에 설치되며, 증기를 발생시키는 증기발생기;
    상기 증기발생기의 후방에 설치되며, 상기 증기발생기에서 발생된 증기가 내부에 저장되는 증기헤더;
    상기 증기헤더의 후방에 연결되며, 상기 증기헤더로부터 상기 압축기로 증기를 선택적으로 공급하는 제1분사배관 및 제2분사배관;
    상기 제1분사배관과 제2분사배관으로 각각 물을 공급하는 급수수단; 및
    상기 압축기의 입구에 설치되며, 상기 제1분사배관과 제2분사배관으로부터 각각 증기 또는 물을 공급받고, 상기 압축기 내부의 압축기 베인 및 압축기 블레이드로 증기 또는 물을 분사하는 제1분사노즐 및 제2분사노즐을 포함하되,
    상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은, 각각 독립적으로 증기 또는 물을 분사하고,
    상기 제1분사배관과 제2분사배관에 각각 설치되며, 상기 급수수단과 상기 제1분사배관 및 제2분사배관이 연결된 지점보다 전방에 배치되고, 상기 제1분사배관과 제2분사배관을 개폐시키는 제1분사밸브와 제2분사밸브를 더 포함하며,
    가스터빈의 작동이 시동, 정상상태 작동, 셧다운으로 구분된다고 하였을 때,
    가스터빈의 시동 시 또는 셧다운 시, 상기 제1분사밸브와 제2분사밸브 중 어느 하나만이 상기 제1분사배관과 제2분사배관 중 어느 하나를 개방시키며,
    가스터빈의 정상상태 작동 중, 상기 제1분사밸브와 제2분사밸브는, 상기 제1분사배관과 제2분사배관을 모두 개방시키는 압축기 세정장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    가스터빈의 중심축을 기준으로, 상기 제1분사배관은 상기 제2분사배관보다 반경방향 외측에 배치되며, 상기 제1분사노즐은 상기 제2분사노즐보다 반경방향 외측에 배치되는 압축기 세정장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    압축기 블레이드의 회전속도를 기준으로, v1 rpm 내지 v2 rpm (v2 > v1)에서 상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은 증기를 분사하며, v2 rpm 내지 v3 rpm (v3 > v2)에서 상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은 물을 분사하는 압축기 세정장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1분사노즐과 제2분사노즐이 증기를 분사하는 경우, 상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은 t1 min 동안 증기를 분사하고, t2 min (t1 > t2)동안 분사를 정지하며,
    상기 제1분사노즐과 제2분사노즐이 물을 분사하는 경우, 상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은 t3 min 동안 물을 분사하고, t4 min (t3 < t4)동안 분사를 정지하는 압축기 세정장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    외기의 온도를 측정하는 외기온도 측정수단을 더 포함하며,
    상기 외기온도 측정수단이 측정한 외기의 온도가 Ta ℃ 내지 Tb ℃ (Ta < Tb)인 경우, 상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은 증기를 분사하며,
    상기 외기온도 측정수단이 측정한 외기의 온도가 Tc ℃ 내지 Td ℃ (Tb < Tc < Td)인 경우, 상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은 물을 분사하는 압축기 세정장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1분사노즐은, 가스터빈의 작동이 정지된 상태에서만 증기 또는 물을 분사하며,
    상기 제2분사노즐은, 가스터빈의 작동 중 또는 작동 정지 상태에서 증기 또는 물을 분사하는 압축기 세정장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은, 어느 하나가 증기를 분사하는 경우 다른 하나는 물을 분사하는 압축기 세정장치.
  8. 삭제
  9. 가스터빈의 압축기 전방에 설치되며 증기를 발생시키는 증기발생기와, 상기 증기발생기의 후방에 설치되며 상기 증기발생기에서 발생된 증기가 내부에 저장되는 증기헤더와, 상기 증기헤더의 후방에 연결되며 상기 증기헤더로부터 상기 압축기로 증기를 선택적으로 공급하는 제1분사배관 및 제2분사배관과, 상기 제1분사배관과 제2분사배관으로 각각 물을 공급하는 급수수단과, 상기 압축기의 입구에 설치되며 상기 제1분사배관과 제2분사배관으로부터 각각 증기 또는 물을 공급받고 상기 압축기 내부의 압축기 베인 및 압축기 블레이드로 증기 또는 물을 분사하는 제1분사노즐 및 제2분사노즐을 포함하는 압축기 세정장치를 이용하여 가스터빈 압축기를 세정하는 방법에 있어서,
    상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은, 각각 독립적으로 증기 또는 물을 분사하고,
    상기 압축기 세정장치는, 상기 제1분사배관과 제2분사배관에 각각 설치되며 상기 급수수단과 상기 제1분사배관 및 제2분사배관이 연결된 지점보다 전방에 배치되고 상기 제1분사배관과 제2분사배관을 개폐시키는 제1분사밸브와 제2분사밸브를 더 포함하며,
    가스터빈의 작동이 시동, 정상상태 작동, 셧다운으로 구분된다고 하였을 때,
    가스터빈의 시동 시 또는 셧다운 시, 상기 제1분사밸브와 제2분사밸브 중 어느 하나만이 상기 제1분사배관과 제2분사배관 중 어느 하나를 개방시키며,
    가스터빈의 정상상태 작동 중, 상기 제1분사밸브와 제2분사밸브는, 상기 제1분사배관과 제2분사배관을 모두 개방시키는 압축기 세정방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    가스터빈의 중심축을 기준으로, 상기 제1분사배관은 상기 제2분사배관보다 반경방향 외측에 배치되며, 상기 제1분사노즐은 상기 제2분사노즐보다 반경방향 외측에 배치되는 압축기 세정방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    압축기 블레이드의 회전속도를 기준으로, v1 rpm 내지 v2 rpm (v2 > v1)에서 상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은 증기를 분사하며, v2 rpm 내지 v3 rpm (v3 > v2)에서 상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은 물을 분사하는 압축기 세정방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1분사노즐과 제2분사노즐이 증기를 분사하는 경우, 상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은 t1 min 동안 증기를 분사하고, t2 min (t1 > t2)동안 분사를 정지하며,
    상기 제1분사노즐과 제2분사노즐이 물을 분사하는 경우, 상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은 t3 min 동안 물을 분사하고, t4 min (t3 < t4)동안 분사를 정지하는 압축기 세정방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 압축기 세정장치는, 외기의 온도를 측정하는 외기온도 측정수단을 더 포함하며,
    상기 외기온도 측정수단이 측정한 외기의 온도가 Ta ℃ 내지 Tb ℃ (Ta < Tb)인 경우, 상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은 증기를 분사하며,
    상기 외기온도 측정수단이 측정한 외기의 온도가 Tc ℃ 내지 Td ℃ (Tb < Tc < Td)인 경우, 상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은 물을 분사하는 압축기 세정방법.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1분사노즐은, 가스터빈의 작동이 정지된 상태에서만 증기 또는 물을 분사하며,
    상기 제2분사노즐은, 가스터빈의 작동 중 또는 작동 정지 상태에서 증기 또는 물을 분사하는 압축기 세정방법.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1분사노즐과 제2분사노즐은, 어느 하나가 증기를 분사하는 경우 다른 하나는 물을 분사하는 압축기 세정방법.
  16. 삭제
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