KR102627373B1 - 관류형 증발기 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 관류형 증발기 시스템(100)을 제공한다. 관류형 증발기 시스템(100)은 상류 분배 밸브(170) 및 하류 온도 센서(220)를 갖는 다수의 관류형 증발기 섹션들(130) 및 각각의 분배 밸브(170)와 통신하는 위치 제어기(290)를 포함할 수 있다.
Description
본 출원 및 결과로서의 특허는 일반적으로 가스 터빈 엔진들에 관한 것이며, 더 구체적으로 결합된 폐쇄 루프 및 개방 루프 제어 시스템들을 구비한 관류형 증발기들을 갖는 열 회수(heat recovery) 증기 발생기들을 구비한 결합된 사이클 시스템들에 관한 것이다.
일반적으로 설명하면, 결합된 사이클 시스템들은 가스 터빈, 증기 터빈, 및 열 회수 증기 생성기를 포함할 수 있다. 열 회수 증기 생성기는 가스 터빈으로부터의 고온(hot) 연소 가스들로부터 열을 추출하여 증기 터빈을 구동하기 위한 증기를 생산할 수 있다. 열 회수 증기 발생기는 급수류(flow of feedwater)를 가열하기 위한 절약기(economizer), 급수류를 포화된 증기로 전환시키기 위한 증발기, 및 포화된 증기류(flow of saturated steam)를 과열된 증기로 전환시키기 위한 과열기(superheater)를 포함할 수 있다. 열 회수 증기 발생기와의 사용을 위한 증발기의 일례는 관류형(once-through) 증발기일 수 있다. 관류형 증발기에서, 유입되는(incoming) 급수류는 과열기에 도달하기 전에 완전히 증발된다. 관류형 증발기는 연소 가스류(flow of combustion gases)와 연통되는 다수의 병렬 증발기 섹션들을 포함할 수 있다.
관류형 증발기들은, 증발기 온도 및/또는 온도 구배(gradient) 한계들을 초과하지 않고, 제어되는 증기 배출(outlet) 온도로의 매끄러운 전이(smooth transition)를 보장하도록 증발기의 가스측이 특정 온도를 초과할 때 충분한 양의 급수를 포함해야 한다. 종래에, 이는 시작 전에 증발기를 완전히 충전함으로써(filling) 달성되었다. 그러나, 이 초기 충전의 약 절반은 물 분리기(water separator)로 내보내질 수 있고 스타트업 절차(procedure)들 동안 낭비되는 것이 받아들여지지 않을 수 있다. 또한, 이 충전 절차는 전체 열 회수 증기 발생기를 식히고, 압력을 감소시키며, 증기 생산을 지연시킬 수 있다.
부하가 개시되면, 급수류가 메인 급수 제어 밸브에 의해 제어될 수 있는 한편, 각각의 증발기 섹션 상의 분배 밸브들이 그들을 통해 온도를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 이 구성은 특히 낮은 부하들에서 밸브 위치와 온도 사이의 비선형 관계를 야기할 수 있다. 종래의 폐쇄 루프 제어들은 진동(oscillatory) 문제들을 방지하기에 충분한 피드백을 받지 못할 수 있다. 또한, 증기 온도만으로는 특히 과도(transient) 이벤트들 동안, 요구되는 급수 질량 유동(mass flow)의 신뢰성있는 또는 시기적절한 지표가 되지 못할 수 있다. 따라서 다른 유형들의 동작 파라미터들이 고려될 수 있다.
본 출원 및 결과로서의 특허는 따라서 관류형 증발기 시스템을 제공한다. 관류형 증발기 시스템은 상류(upstream) 분배 밸브 및 하류(downstream) 온도 센서를 갖는 다수의 관류형 증발기 섹션들 및 각각의 분배 밸브와 통신하는 위치 제어기를 포함할 수 있다.
본 출원 및 결과로서의 특허는 또한 분배 밸브를 구비한 다수의 관류형 증발기 섹션들을 갖는 관류형 증발기 시스템을 제어하는 방법을 제공한다. 방법은, 각각의 분배 밸브와 통신하는 위치 제어기를 위치지정시키는 단계; 각각의 분배 밸브와 통신하는 온도 제어기 및 하류 온도 센서를 위치지정시키는 단계; 각각의 위치 제어기가 각각의 분배 밸브에 대한 요구되는 압력 강하 및 정적 헤드 예측(static head prediction)을 결정하는 단계; 각각의 온도 제어기가 설정 포인트로서 각각의 위치 제어기에 유동 목표를 제공하는 단계로서, 설정 포인트는 관류형 증발기 섹션 온도들의 평균에 기반하는 것인, 유동 목표를 제공하는 단계; 및 평균 포화 온도에 대한 관류형 증발기 섹션 온도들의 평균에 기반하여 불감대(dead band)에 의해 설정 포인트를 바이어스하는 단계를 포함할 수 있다.
본 출원 및 결과로서의 특허는 또한 관류형 증발기 시스템을 제공한다. 관류형 증발기 시스템은 상류 분배 밸브 및 하류 온도 센서를 갖는 다수의 관류형 증발기 섹션들 및 관류형 증발기 섹션들의 하류에 물 분리기 온도 센서를 갖는 물 분리기를 포함할 수 있다. 각각의 분배 밸브는 불감대 유동 제어 시스템과 통신한다.
본 출원 및 결과로서의 특허의 이들 및 다른 피처들과 향상점들은, 몇몇 도면들 및 첨부된 청구범위와 함께 취해질 때 아래의 상세한 설명을 검토함으로써 당업자에게 명백해질 것이다.
도 1은 결합된 사이클 시스템의 예시의 개략도이다.
도 2는 본원에서 설명될 수 있는 관류형 증발기 시스템의 예시의 개략도이다.
도 3은 도 2의 관류형 증발기 시스템과 함께 사용될 수 있는 스타트업 충전 시스템의 예시의 개략도이다.
도 4는 도 2의 관류형 증발기 시스템의 레벨 기구들이 있는 스타트업 충전 절차시의 예시적인 방법 단계들의 흐름도이다.
도 5는 도 2의 관류형 증발기 시스템의 레벨 기구들이 없는 스타트업 충전 절차시의 예시적인 방법 단계들의 흐름도이다.
도 6은 도 2의 관류형 증발기 시스템을 사용하는 제어되는 적분 시퀀스의 예시적인 방법 단계들의 흐름도이다.
도 7은 도 2의 관류형 증발기 시스템 내의 다수의 증발기 섹션들의 개략도이다.
도 8은 도 2의 관류형 증발기 시스템 내의 비강제(unforced) 응답의 개략도이다.
도 9는 도 2의 관류형 증발기 시스템 내의 설정 포인트 강제 응답의 개략도이다.
도 10은 도 2의 관류형 증발기 시스템에서의 사용을 위한 온도 제어 시스템의 개략도이다.
도 11은 도 1의 관류형 증발기 시스템에서의 사용을 위한 온도/유동 제어 케스케이드(cascade) 시스템의 개략도이다.
도 12는 도 2의 관류형 증발기 시스템에서의 사용을 위한 섹션 유동 제어 시스템의 개략도이다.
도 13은 도 2의 관류형 증발기 시스템에서의 사용을 위한 불감대 유동 제어 시스템의 개략도이다.
도 14는 본원에서 설명될 수 있는 관류형 증발기 시스템의 대안적인 실시예의 개략도이다.
도 15는 도 14의 관류형 증발기 시스템과 함께 사용될 수 있는 분무 제어 시스템의 개략도이다.
도 2는 본원에서 설명될 수 있는 관류형 증발기 시스템의 예시의 개략도이다.
도 3은 도 2의 관류형 증발기 시스템과 함께 사용될 수 있는 스타트업 충전 시스템의 예시의 개략도이다.
도 4는 도 2의 관류형 증발기 시스템의 레벨 기구들이 있는 스타트업 충전 절차시의 예시적인 방법 단계들의 흐름도이다.
도 5는 도 2의 관류형 증발기 시스템의 레벨 기구들이 없는 스타트업 충전 절차시의 예시적인 방법 단계들의 흐름도이다.
도 6은 도 2의 관류형 증발기 시스템을 사용하는 제어되는 적분 시퀀스의 예시적인 방법 단계들의 흐름도이다.
도 7은 도 2의 관류형 증발기 시스템 내의 다수의 증발기 섹션들의 개략도이다.
도 8은 도 2의 관류형 증발기 시스템 내의 비강제(unforced) 응답의 개략도이다.
도 9는 도 2의 관류형 증발기 시스템 내의 설정 포인트 강제 응답의 개략도이다.
도 10은 도 2의 관류형 증발기 시스템에서의 사용을 위한 온도 제어 시스템의 개략도이다.
도 11은 도 1의 관류형 증발기 시스템에서의 사용을 위한 온도/유동 제어 케스케이드(cascade) 시스템의 개략도이다.
도 12는 도 2의 관류형 증발기 시스템에서의 사용을 위한 섹션 유동 제어 시스템의 개략도이다.
도 13은 도 2의 관류형 증발기 시스템에서의 사용을 위한 불감대 유동 제어 시스템의 개략도이다.
도 14는 본원에서 설명될 수 있는 관류형 증발기 시스템의 대안적인 실시예의 개략도이다.
도 15는 도 14의 관류형 증발기 시스템과 함께 사용될 수 있는 분무 제어 시스템의 개략도이다.
이제 동일한 번호들이 몇몇 도면들에 걸쳐 동일한 엘리먼트들을 지칭하는 도면들을 참조하면, 도 1은 본원에서 사용될 수 있는 결합된 사이클 시스템(5)의 개략도를 도시한다. 결합된 사이클 시스템(5)은 가스 터빈 엔진(10)을 포함할 수 있다. 가스 터빈 엔진(10)은 컴프레서(15)를 포함할 수 있다. 컴프레서(15)는 유입되는 공기(20)류를 압축한다. 컴프레서(15)는 압축된 공기(20)류를 연소실(combustor)(25)에 전달한다. 연소실(25)은 압축된 공기(20)류를 가압된 연료류(flow of fuel)(30)와 혼합하고 혼합물을 점화하여 연소 가스(35)류를 생성한다. 단일 연소실(25)만이 도시되지만, 가스 터빈 엔진(10)은 임의의 수의 연소실들(25)을 포함할 수 있다. 연소 가스(35)류는 차례로 터빈(40)에 전달된다. 연소 가스(35)류는 기계적 일(mechanical work)을 생산하도록 터빈(40)을 구동한다. 터빈(40)에서 생산된 기계적 일은 샤프트(45)를 통해 컴프레서(15)를 그리고 전기 발생기 등과 같은 외부 부하(50)를 구동한다.
가스 터빈 엔진(10)은 천연 가스, 액체 연료들, 다양한 유형들의 합성가스들, 및/또는 다른 유형들의 연료들 및 이들의 혼합물들을 사용할 수 있다. 가스 터빈 엔진(10)은 7 시리즈 또는 9 시리즈 대형(heavy duty) 가스 터빈 엔진 등과 같은 것들을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아닌, 뉴욕, 스키넥터디의 제네럴 일렉트릭 컴퍼니에 의해 제공되는 다수의 상이한 가스 터빈 엔진들 중 임의의 하나일 수 있다. 가스 터빈 엔진(10)은 상이한 구성들을 가질 수 있고 다른 유형들의 컴포넌트들을 사용할 수 있다. 다른 유형들의 가스 터빈 엔진들이 또한 본원에서 사용될 수 있다. 다수의 가스 터빈 엔진들, 다른 유형들의 터빈들, 및 다른 유형들의 발전(power generation) 장비가 또한 본원에서 함께 사용될 수 있다.
결합된 사이클 시스템(5)은 열 회수 증기 발생기(55) 및 증기 터빈(60)을 포함할 수 있다. 가스 터빈 엔진(10)을 빠져나가는 고온 연소 가스들(35)이 열 회수 증기 발생기(55)에 공급될 수 있다. 열 회수 증기 발생기(55)는 가스 터빈 엔진(10)을 빠져나가는 고온 연소 가스들(35)로부터 열을 회수하여 증기 엔진(65)에서의 팽창(expansion)을 위한 증기(65)를 생성한다. 증기 엔진(65)은 추가 전기 발생기 등과 같은 외부 부하(70)를 구동할 수 있다(공통 발생기가 사용될 수도 있음).
열 회수 증기 발생기(55)는 고압 섹션, 중압 섹션, 및 저압 섹션과 같은 하나 이상의 압력 섹션을 가질 수 있다. 각각의 압력 섹션은 증발기들, 과열기들, 및/또는 절약기들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 이 컴포넌트들 각각은 일반적으로, 고온 연소 가스들(35)로부터의 열을 튜브들을 통해 유동하는 유체(fluid)[예를 들어, 급수(75)]에 전달하는, 고온 연소 가스들(35)이 가로질러 유동하는 튜브 다발(bundle)을 포함한다. 예를 들어, 증발기는 자신의 튜브들을 통해 유동하는 급수(75)를 포함할 수 있고, 고온 연소 가스들(35)은 급수(75)가 증기(65)로 전환되도록 할 수 있다. 과열기는 자신의 튜브들을 통해 유동하는 증기(65)를 포함할 수 있고, 고온 연소 가스들(35)이 증기(65)를 가열하여 과열된 증기를 생성할 수 있다. 절약기는 자신의 튜브들을 통해 유동하는 급수(75)를 포함할 수 있고, 고온 연소 가스들(35)이 증발기에서의 사용을 위해 급수(75)를 예열할 수 있다. 연소 가스(35)는 냉각 배기 가스(80)로서 열 회수 증기 발생기를 빠져나갈 수 있다.
도 2는 본원에서 설명될 수 있는 관류형 증발기 시스템(100)의 예시를 도시한다. 관류형 증발기 시스템(100)은 열 회수 증기 발생기(55) 등과 함께 사용될 수 있다. 관류형 증발기 시스템(100)은 절약기로부터 급수(75)를 수용하고 과열된 증기를 증기 터빈(60)에 출력하도록 구성될 수 있다. 급수(75)가 액상으로 유지되는 것을 보장하도록, 요구되는 양의 과냉각(subcool)을 달성하기 위해 바이패스 밸브(115)로 급수 온도가 제어될 수 있다. 관류형 증발기 시스템(100)은 급수 펌프(120) 등으로부터의 관류형 증발기 시스템(100)을 통하는 총 급수(75)류를 조절하는 메인 제어 밸브(110)를 포함할 수 있다. 관류형 증발기 시스템(100)은 다수의 병렬 관류형 증발기 섹션들(130)을 포함할 수 있다. 이 예시에서, 제 1 증발기 섹션(140), 제 2 증발기 섹션(150), 및 제 3 증발기 섹션(160)이 도시되지만, 임의의 수의 관류형 증발기 섹션들(130)이 본원에서 사용될 수 있다. 관류형 증발기 섹션들(130) 각각은 급수(75)류에 대한 다수의 증발기 튜브들을 내부에 포함할 수 있다. 관류형 증발기 섹션들(130) 각각은 그들의 상류에 분배 밸브(170)를 가질 수 있다. 분배 밸브들(170)은 관류형 증발기 섹션들(130) 각각에의 급수(75)류를 제어한다. 관류형 증발기 섹션들(130) 각각으로부터의 유동(flow)이 결합되어 물 분리기(180)에 보내질 수 있다. 물 분리기(180)의 분리 프로세스로부터 기인하는 증기가 다수의 과열기들(190)에 제공될 수 있다. 과열기들(190)에 관한 온도 제어는 하나 이상의 과열저감기(attemperator)(195)에 의해 제공될 수 있다. 과열된 증기가 증기 터빈(60)을 구동하도록 제공될 수 있다.
관류형 증발기 시스템(100)은 하나 이상의 프로세서(210)와 통신하는 다수의 센서들(200)을 포함할 수 있다. 프로세서들(210)은 임의의 유형의 프로그램가능 논리 디바이스일 수 있다. 센서들(200)은 증발기 섹션들(130)의 상류에 위치지정된 급수 온도 센서(220) 및 관류형 증발기 섹션들(130) 각각의 하류에 위치지정된 다수의 증발기 섹션 온도 센서들(230)을 포함하여 다수의 온도 센서들을 포함할 수 있다. 온도 센서(240)가 물 분리기(180) 주위에 위치지정될 수 있다. 다수의 방출 온도 센서들(245)이 과열기들(190) 주위에 위치지정될 수 있다. 다른 유형들의 온도 센서들이 본원에서 사용될 수 있다. 다수의 압력 센서들이 또한 본원에서 사용될 수 있다. 이 예시에서, 관류형 증발기 섹션들(130)의 양 측에 상류 압력 센서(250) 및 하류 압력 센서(260)가 사용될 수 있다. 다수의 유동계(flow meter)들(270) 등이 또한 사용될 수 있다. 다른 유형들의 센서들(200)이 본원에서 사용될 수 있다.
관류형 증발기 시스템(100)은 또한 센서들(200) 및 프로세서(210)와 통신하는 다수의 제어기들(275) 등을 포함할 수 있다. 제어기들(275)은 비례-적분-미분(Proportional-Integral-Derivative; PID) 제어기들(285)일 수 있다. 일반적으로 설명하면, 비례항은 측정된 프로세스 변수(process variable; PV)가 임의의 순간(instant in time), 즉 에러시 설정 포인트(set point; SP)로부터 얼마나 멀리 있는지를 고려한다. 적분항은 PV가 SP로부터 얼마나 길게 그리고 얼마나 멀리 떨어졌는지를 고려한다. 미분항은 PV가 얼마나 빨리 변화하고 있는지를 또는 PV가 변화하고 있는 비율(rate)을 고려한다.
예시적인 제어기들(275)은 메인 제어 밸브(110)와 통신하는 급수 유동 제어기(280)를 포함한다. 분배 밸브들(170) 각각과 함께 분배 밸브 제어기(290)가 사용될 수 있다. 다른 제어기들은 증발기 섹션 온도 제어기(300) 및 방출 스테이지 온도 제어기(310)를 포함할 수 있다. 센서들(200), 프로세서(210), 다양한 제어기들(275)은 상이한 유형들의 피드백 및 피드포워드 명령들을 통해 관류형 증발기(100)의 동작을 제어한다. 구체적으로, 이 제어기들(275)은 개방 루프 피드포워드(feedforward; FFWD) 신호들(320, 326, 327), 및 동적 피드포워드(dynamic feedforward; DFFWD) 신호들(325)을 포함할 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명될 바와 같이, 다수의 제어기들(275)의 사용은 전체적인 케스케이드 제어를 제공할 수 있다. 예를 들어, 방출 스테이지 온도 제어기(310)는 증발기 배출 온도 또는 과열 설정포인트를 생성할 수 있고, 증발기 섹션 온도 또는 과열 제어기(300)는 급수 유동 설정포인트를 생성할 수 있으며, 급수 유동 제어기(280)는 메인 제어 밸브(110) 및/또는 급수 펌프 속도 제어기에 작용할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 관류형 증발기 시스템(100)은 스타트업 충전 시스템(330)을 포함할 수 있다. 관류형 증발기 섹션들(130)은 제어되는 증기 발생에 대한 매끄러운 전이를 보장하도록 내부에 적절한 양의 물을 필요로 한다. 스타트업 충전 시스템(330)은 따라서, 관류형 증발기 섹션들(130) 각각 주위에 위치지정되는 다수의 레벨 표시기들(340)을 사용할 수 있다. 레벨 표시기들(340)은, 각각의 분배 밸브(170)의 분배 밸브 제어기들(290)에 대한 충전 모드 유동률(flow rate) 오프셋 또는 바이어스를 결정하는 충전 모드 유동 오프셋 계산기(281)와 통신할 수 있다. 스타트업 충전 시스템(330)은 따라서, 각각의 관류형 증발기 섹션(130)이 과열을 방지하고 안정적인 증기 생산을 보장하도록 스타트업 동안 충분한 물을 갖는 것을 보장한다.
도 4는 사용시의 스타트업 충전 시스템(330)의 예시를 도시한다. 단계(350)에서, 스타트업이 개시된다. 단계(360)에서, 메인 제어 밸브(110) 및 분배 밸브들(170)이 개방된다. 단계(370)에서, 레벨 표시기들(340)이 충전 모드 유동 오프셋 계산기(281) 증발기 섹션들(130) 각각 내의 급수(75)의 양을 결정한다. 단계(360 및 370)는 레벨 측정의 방법에 따라 상호교환가능하다. 단계(380)에서, 충전 모드 유동 오프셋 계산기(281)는, 유동 수요(demand)에서의 비례 감소 또는 증가에 대한 유동 설정포인트를 바이어스하도록 분배 밸브 제어기들(290)에 대한 피드포워드 신호(320)를 생성하기 위해 이 정보를 사용한다. 충분한 양의 물을 갖는 관류형 증발기 섹션들은 그들의 유동 설정포인트들이 비례적으로 감소되게 할 수 있는 한편 불충분한 양의 물을 갖는 섹션들은 그들의 설정포인트들이 비례적으로 증가되게 할 것이다. 스타트업 충전 시스템(330)은 따라서, 스타트업시에 급수(75)의 적절한 분배를 보장하지만, 스타트업 전에 관류형 증발기 섹션들(130)을 충전함으로써 유발되는 급수의 낭비가 없다. 단계(390)에서, 증발기 섹션 온도 센서들(230) 또는 다른 것에 의해 표시되는 바와 같이 증기 발생이 개시되면, 바이어스가 제거될 수 있고 충전 모드가 완료된 것으로 간주될 수 있다.
도 5는 레벨 표시기들(340) 없는 스타트업 충전 시스템(330)의 사용을 도시한다. 규정된 시작 조건을 생성하기 위해, 각각의 관류형 증발기 섹션(130)이 셧다운시에 단계(400)에서 배수될 수 있다. 셧다운 후의 고온 배수는 관류형 증발기 섹션들(130) 및 과열기 섹션들(190)의 장기간 건식 저장(dry storage)을 도울 수 있다. 배수는 또한 스타트업시 관류형 증발기 섹션들(130)의 균일한 충전을 보장한다. 선택적으로, 배수 단계가 때로는 생략될 수 있다. 단계(410)에서, 스타트업이 개시된다. 단계(420)에서, 메인 제어 밸브(110) 및 분배 밸브들(170)이 개방된다. 단계(430)에서, 규정된 양의 급수(75)를 관류형 증발기 섹션들(130) 각각에 공급하기 위해 규정된 시간 동안 규정된 유동률로 충전이 행해진다. 단계(440)에서, 가스 터빈(10)이 특정 배기 가스 조건들, 예를 들어 전속(full speed) 무부하(no load) 조건들에 도달하기 전에 충전이 완료되어야 한다. 스타트업 충전 시스템(330)은 따라서, 스타트업 동안의 감소된 물 소비, 증가된 제어의 안정성, 감소된 물 분출(shootout)의 발생, 및 증가된 전체 컴포넌트 수명을 제공한다.
도 6은 점화 및 부하 동작까지 충전한 후의 관류형 증발기 시스템(100)에 대한 제어되는 적분 시퀀스(450)의 사용을 도시한다. 관류형 증발기(100)의 초기 스타트업 시기(phase) 동안, 가스 터빈 부하 전에, 증발기 배출에서 생성되는 증기(65)는 일반적으로 낮은 연도(flue) 가스 온도 및 질량 유동으로 인해 습하다. 이 체제(regime)에서, 포화 포인트에서의 증기 온도의 비응답성(non-responsiveness)으로 인해 비효율적일 수 있는 온도 피드백 제어 이외의 수단에 의해 급수 유동 수요들을 예측하는 것이 바람직하다. 열 균형 고려사항들 및 시스템 역학(dynamics)에 기반하여 요구되는 급수 유동의 양을 예측하는 동적 피드포워드(DFFWD) 신호(325)의 적용이 따라서 전체 시스템의 응답을 향상시킨다.
단계(460)에서 충전 모드시에, 충전은 위에서 설명된 바와 같이 수행될 수 있다. 단계(470)에서 스타트업 및 포화 모드 근방에서 충전 시간이 초과되면, 급수의 유동률은 동적 피드포워드 신호(325)에 의해 결정되는 유동률 및 주어진 최소 유동률의 최대값으로 변경될 수 있다. 가스 터빈 부하가 시작되면, 일반적으로 연도 가스 온도 및 질량 유동에서의 급격한 상승이 급격히 상승하는 증기 온도를 초래하며, 이는 동적 피드포워드 신호(325)만에 의해서는 신뢰성있게 제어되지 못할 수 있다. 온도 피드백 제어는 따라서, 피크 온도가 안전 한계 아래로 유지되는 것을 보장하도록 동적 피드포워드 신호(325)를 보완하기 위해 요구될 수 있다.
단계(480)에서 온도 안정화 모드시에, 온도 센서(240)를 통해 증발기 배출에서의 과열이 주어진 임계값을 초과하거나 또는 주어진 최대 대기 시간이 가스 터빈 점화로부터 경과되었을 때, 동적 피드포워드 신호(325)는 증발기 배출 온도를 주어진 과열 목표 스케줄로 제어하고 있는 온도 피드백 제어에 의해 보완될 수 있다. 과열 목표 스케줄은, 독립 변수가 증발기 배출에서의 증기의 현재 포화 온도인 참조 테이블이다. 피드백 제어의 부적절한 적용은 피드포워드 액션을 지배할 수 있고 생성되는 증기에서의 건식 습식(dry-wet) 사이클을 초래할 수 있다. 이 시기 동안, 전체 동작을 안정화시키기 위해 적절한 과열도(superheat degree)가 목표된다. 방출 스테이지 온도 센서(245) 또는 다른 것에 의해 결정된 방출 스테이지 온도는, 특정된 최소량의 시간 동안 온도 설정포인트에 관하여, 규정된 대역 내에 유지되거나 또는 느린 시간 상수(time constant)로 필터링된 온도와 빠른 시간 상수로 필터링된 동일한 온도 사이의 차이가 규정된 대역 내에 있으면 안정적인 것으로 간주될 수 있다. 온도 안정화 모드는, 가스 터빈 배기 온도가 미리규정된 임계값에 도달하고 방출 스테이지 배출 온도가 안정화될 때까지 활성화를 유지한다.
증기 온도 과도가 안정화되면, 증기 터빈(60)에 공급되는 라이브(live) 증기 온도가 설정포인트로 제어될 수 있다. 따라서 증기 온도를 설정하기 위해 방출 스테이지 온도 피드백 제어가 사용될 수 있다. 단계(490)에서 부하 동작 모드시에, 방출 스테이지 배출 온도에 대한 증기 온도 설정포인트가 규정될 수 있고 후속하여 단간(interstage) 과열저감기 밸브 위치 또는 유동률에 기반하여 보정될 수 있다. 보정은 단간 과열저감기 밸브 위치 또는 유동률의 적절히 스케일링되고 필터링된 측정값에 대해 값이 동일한 증기 온도 설정포인트에 적용되는 네거티브 바이어스를 포함할 수 있다. 과열 설정포인트의 제어는 과열 목표 스케줄로부터, 방출 스테이지 배출 온도를 특정 설정포인트로 제어하는 방출 스테이지 온도 제어기(310)로 전달될 수 있다. 부하가 계속되면, 이에 응답하여 온도 설정포인트가 조절될 수 있도록 방출 스테이지들 상의 열 부하가 변경된다. 요구되는 증발기 과열을 피드백이 절대적으로(implicitly) 조절하고 요구되는 절대 증발기 온도를 출력으로서 주도록, 포화 온도에 기반한 피드포워드 신호(326)가 추가될 수 있다.
제어되는 적분 시퀀스(450)의 사용은 따라서, 임의의 초기 조건으로부터의 스타트업 일관성(consistency), 감소된 건식 습식 상태들의 사이클링, 증기 터빈(60)을 구동하는 더 안정적인 증기 온도들을 제공한다. 제어되는 적분 시퀀스(450)는 또한 증기 온도들의 더 신속한 안정화로 인해 전체 스타트업 시간을 감소시킬 수 있다. 과열저감기 분무 분사(spray injections)도 감소될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 관류형 증발기 시스템(100)은, 온도, 압력, 질량 유동률 등과 같은 프로세스 파라미터들에서의 변화들에 응답하여 증기 온도의 동적 응답을 예측하기 위해 동작 동안 상이한 유형들의 피드포워드 신호들(325)을 사용할 수 있다. PID 제어기들(300)은 따라서 급수 질량 유동률 설정포인트를 동적으로 보완한다. 동적 피드포워드 신호(325)는, 프로세스 파라미터들의 실제 값들이 아닌, 특정 시간 간격 동안의 특정 프로세스 파라미터들에서의 변화들에 기반하여 계산될 수 있다.
도 7 및 도 8은 급수 질량 유동률에서의 비강제 응답 시나리오(545)의 예시를 도시한다. 일반적으로 설명하면, 임의의 주어진 시간에서의 증기 온도 피드포워드 신호(325)에서의 변화는 다수의 프로세스 파라미터들에서의 특정 간격에 걸친 관측가능 및/또는 추정된 변화들에 기반하여 계산될 수 있다. 피드포워드 신호에서의 계산된 변화는, 외부 교란(disturbance) 변수들에서의 변화들에 응답하여, 증발기 증기 온도에서의 변화를 현재 압력에서 0으로 유지하기 위해, 임의의 시점 및 임의의 시작 조건에서, 요구되는 변화를 예측한다. 구체적으로, 동적 피드포워드 신호(325)는 가스 질량 유동률 열 전달 역학, 가스 온도 열 전달 역학, 및 이론적인 열 전달비(transfer ratio)를 고려할 수 있다.
제 1 입력(550)은, 외부 교란 변수로서 관류형 증발기 섹션들(130)의 열 교환 표면들과 접촉하는 연소 가스들(35)의 질량 유동률(M)에서의 변화에 의해 나타내어지는 열(Q)에서의 변화일 수 있다. 제 2 입력 (560)은, 외부 교란 변수로서 관류형 증발기 섹션들(130)의 열 교환 표면들의 유입(상류측) 및/또는 배출(하류측)에서의 연소 가스들(35)의 엔탈피(enthalpy)(dH)에서의 변화에 의해 나타내어지는 열에서의 변화일 수 있다. 제 3 입력 (570)은, 증발기 튜브 벽들의 효율적 열 전달 질량의 추정값과 함께, 외부 교란 변수로서 가스측 온도 및/또는 증기 포화 온도 및/또는 급수 온도에 기반하여 관류형 증발기 섹션들(130)의 증발기 튜브 벽들 내의 금속에 의해 흡수되는 내부 열(U)에서의 변화에 의해 나타내어지는 열에서의 변화일 수 있다. 제 4 입력(580)은, 관류형 증발기 섹션들(130) 내에 포함되는 유체 질량의 추정값 또는 온라인 측정값과 함께, 외부 교란 변수로서 가스측 온도 및/또는 증기 포화 온도 및/또는 급수 온도에 기반하여 관류형 증발기 섹션들(130)의 증발기 튜브들 내의 물 또는 유체에 의해 흡수되는 내부 열에서의 변화에 의해 나타내어지는 열(U)에서의 변화일 수 있다. 제 5 입력(590)은 외부 교란 변수로서 유입 급수 엔탈피(H)에서의 변화에 의해 나타내어지는 열에서의 변화일 수 있다.
동적 피드포워드 신호(325)는 따라서, 증기 온도 설정포인트에서의 원하는 변화에 기반한 “강제 응답”뿐만 아니라 프로세스 파라미터들에 기반한 급수 질량 유동률들에서의 “비강제 응답”을 제공할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 강제 응답 시나리오(540)에서, 원하는 변화는 편차항(deviation term)(T 증기 출력 편차)으로서 0이 아닌 값으로 설정된다. 따라서, 강제 응답 신호(540)를 생산하기 위해, 증기 유동률의 필터링된 유입되는 급수의 유동률(m) 또는 온라인 측정값과 같은 증기 유동률 추정값 및 증기의 유출되는 열 용량(cp)에 의해 비례(328) 및 적분(329) 강제항들이 더해지고 곱해진다. 강제 응답 신호(540)는 현재 증기 온도를 설정포인트로 이동시키기 위해 열 유동률(W)의 관점에서 요구되는 급수에서의 변화를 나타낸다.
단계(600)에서, 각각의 개별 파라미터에서의 변화에 응답하여 증기 온도에서의 동적 변화를 근사하기 위해 동적 필터들(D)이 위에서 설명된 각각의 파라미터에 개별적으로 적용될 수 있다. 단계(610)에서, 이 응답들은 강제 응답 신호(540), 열 전달비(620), 및 급수(75)의 유입되는 질량 유동률(630)과 함께 외부 교란 변수들에 의해 유발되는 증기 온도에서의 전체 예측된 변화로 결합된다. 단계(640)에서, 증기 온도에서의 0이 아닌 변화가 희망되면, 적절한 피드포워드 변화가 계산되어 급수 질량 유동에서의 이전에 계산된 변화에 더해져 증기 온도를 원하는 방향으로 구동한다. 단계(650)에서, 위에서 지연된 열에서의 변화들의 합이 참조 엔탈피에 의해 나누어져 이 값을 급수 질량 유동에서의 변화로 변환할 수 있다. 단계(660)에서, 급수 질량 유동에서의 변화에 대한 증기 온도의 지연된 프로세스 응답의 영향을 설명하기 위해, 급수 질량 유동에서의 이전에 계산된 변화에 대해 앞섬 뒤짐(lead-lag) 보상이 적용될 수 있다.
피드포워드 신호(325)는 따라서 기본적으로, 열 전파 시간 뒤짐들 및 열 어큐뮬레이션(accumulation)/디큐뮬레이션(decumulation)항들을 포함하여, 증발기 섹션들(130)에 걸친 동적 열 균형에 기반한다. 이는 유동 매체에 의해 흡수된 열과 동일한 배기 가스에 의해 전달되는 순간 열을 고려하는 정상 상태 열 균형을 사용하는 접근법들과는 상이하다. 정상 상태 열 균형 접근법은 교환된 열이 시간이 지남에 따라 불균형해지는 것을 고려하지 않는다. 피드포워드 신호(325)는 따라서, 요구되는 급수 질량 유동의 신뢰성있는 표시가 증기 온도만이 아닐 때, 관류형 증발기 시스템(100)에서의 프로세스 제어들의 성능 및 견고성(robustness)을 향상시킨다. 구체적으로, 과도, 부하 사이클링, 및 저부하 동작 동안의 성능 및 제어 안정성을 향상시킨다.
도 10 내지 도 13은 피드포워드 신호들의 특정 사용 경우들을 도시한다. 도 10은 온도 제어 시스템(670)을 도시한다. 각각의 증발기 섹션 제어기(300)로부터의 온도는 균일한 섹션 배출 온도들을 달성하기 위해 온도 설정포인트를 생성하도록 평균화될 수 있다. 온도 설정포인트는 설정포인트와 제어되는 변수들 사이 및/또는 작은 온도 오프셋들의 제거와 같은 이차 제어 목표들을 달성하기 위해 위아래로 바이어스될 수 있다.
도 11은 온도/유동 제어 케스케이드(680)를 도시한다. 낮은 가스 터빈 부하들에서, 증기 유동이 매우 낮아질 수 있다. 이는 유동에서의 변화에 대한 증기 온도의 응답 시간을 현저히 증가시키는 효과 및 상당량의 부동 시간(dead time)을 도입하는 이차 효과를 가질 수 있다. 이 동작 조건들에서, 종래의 PID 기반 폐쇄 루프 제어는 출력에서의 변화들에 대한 시기적절한 피드백을 받지 못하므로 어려움을 겪을 수 있다.
유동계(270)로부터의 측정된 급수 유동 또는 각각의 증발기 섹션(130)에 대한 급수 유동 수요는, 분배 밸브(170)로부터 물 분리기(180)로의 해당 섹션의 전체 유동 경로의 압력 강하를 계산하는데 사용될 수 있다. 구체적으로, 각각의 관류형 증발기 섹션(130)에 대한 정적 헤드는 주어진 측정되거나 또는 명령된 유동률에서 각각의 분배 밸브(170)의 요구되는 압력 강하를 계산하는데 사용될 수 있다. 분배 밸브(170)의 특성을 알면, 이는 대응하는 밸브 스트로크로 변환될 수 있다.
분배 밸브들(170)에 걸친 최소 압력 강하는 또한 (압력 강하가 작은값 또는 0 값으로 감소되면 손실될 수 있는) 제어가능성(controllability)을 유지하기 위해 위에서의 계산에 의해 유지될 수 있다. 또한 자유도를 1만큼 감소시키기 위해 (미리 규정된 위치에 있는 하나의 밸브와 같은) 밸브 위치 경계가 부과될 수 있다. 계산된 밸브 스트로크는 분배 밸브들(170)을 개방 루프에 위치지정시키는데 사용될 수 있다. 계산된 밸브 스트로크는 또한 섹션 온도 제어기, 섹션 온도/유동, 또는 온도/유동 비율 제어기 케스케이드들에 대한 피드포워드로서 사용될 수 있다.
도 12는 섹션 유동 제어 시스템(690)을 도시한다. 각각의 관류형 증발기 섹션(130)으로의 급수 유동(75)의 더 세밀한(granular) 제어를 가능하게 하기 위해, 섹션형(sectional) 유동 제어기들(700)이 사용될 수 있다. 그러나, 이는 유동이 메인 제어 밸브(110)에 의해 제어되는 것이 지속되면, 즉 동일 라인 상의 다수의 밸브들이 동일한 유동 또는 동일한 유동의 서브세트를 제어하려고 하면 자유도 문제를 도입할 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해, 메인 제어 밸브(110)가 대신, 하류 분배 밸브들(170)이 밸브 위치들의 원하는 동작 범위 내에서 동작하는 것을 보장할 수 있다. 이 배열에서, 유동은 각각의 분배 밸브(170)에 연결된 섹션형 유동 제어기(700)에 의해 각각의 증발기 섹션(130)에 대해 개별적으로 제어될 수 있다. 이는, 메인 제어 밸브(110)가 그 위치를 제어하도록 하여 분배 밸브들(170)이 자신들의 바람직한 동작 범위 내에 유지되면서 동시에 충분한 급수 유동을 유지한다.
도 13은 불감대 유동 제어 시스템(710)을 도시한다. 불감대 유동 제어 시스템(710)은 외부 온도 제어 루프(720), 내부 유동 제어 루프(730), 및 불감대 신호(740)(δT)를 포함할 수 있다. 외부 온도 제어 루프(720)는 물 분리기 온도 센서(240), 각각의 관류형 증발기 섹션 온도 센서(230), 및 분배 밸브 온도 제어기(750)와 연통될 수 있다. 내부 유동 제어 루프(730)는 관류형 증발기 섹션 온도 센서(230) 및 분배 밸브 유동 제어기(760)와 연통될 수 있다. 외부 온도 제어 루프(720)는, 온도 제어기(750)에 대한 예비(preliminary) 설정포인트(T1)를 결정하기 위해 관류형 증발기 섹션 온도 센서들(230)에 의해 결정되는 증발기 배출 증기 온도(Tout) 및 물 분리기 온도 센서(240)에 의해 결정되는 물 분리기 배출 증기 온도를 따를 수 있다. Tout이 T1 - δT 및 T1 + δT의 범위 내에 있으면, 설정포인트는 Tout을 따를 것이다. 그렇지 않으면, T1이 사용될 것이다. 외부 온도 제어 루프(720)의 출력은 내부 유동 제어 루프(730)에 대한 설정포인트를 생성하도록 피드포워드 신호(320)와 결합될 수 있다. 다른 컴포넌트들 및 다른 구성들이 본원에서 사용될 수 있다.
불감대 유동 제어 시스템(710)은 따라서 유동 분배에 대한 온도 의존 제어 전략들의 안정성 및 성능을 향상시킬 수 있다. 불감대 유동 제어 시스템(710)은 임의의 부하 조건들에서 증발기 방출 온도들을 안정화시키고 물 분리기(180)의 배출에서의 과열 조건들을 유지한다. 또한, 불감대 유동 제어 시스템(710)은 저부하들에서 유동 진동들을 감소시킬 수 있고 분배 밸브들(170)의 위치들을 안정화시키는 것을 도울 수 있다. 균일한 온도 분배는 따라서 더 나은 동작 거동 및 전체 재료 수명을 촉진할 수 있다. 본원에서 설명되는 시스템들은 따라서 제어의 견고성을 증가시키면서 밸브들 간의 진동 간섭을 방지한다.
도 14는 본원에서 설명될 수 있는 관류형 증발기 시스템(800)의 추가 실시예를 도시한다. 종래의 시스템들에서, 증발기 섹션들은 스타트업의 초기 시기들에서 재순환 모드에서 동작된다. 증발기 섹션들은 증발기 배출에서 습기를 야기하는 가스 터빈 부하에서의 일정한 최소 급수 유동을 공급받을 수 있다. 액체수가 물 분리기에 의해 수집되어 재순환될 수 있다. 일반적으로 2개의 과열방지기(desuperheater)들 또는 과열저감기들이 있는데, 하나는 증발기 섹션들의 하류에 있고 하나는 2개의 과열기 섹션들 사이에 있다. 과열저감기들은 스타트업 과정에서 증기 터빈 요건들에 맞게 라이브 증기 온도를 저감하도록 사이즈화될 수 있다. 그러나, 분무가 허용되기 전에 최소 증기 유동이 요구될 수 있다. 그러면, 컴포넌트 수명에 영향을 줄 수 있는 배출 온도의 제어가 불가능한 기간들이 있을 수 있다. 또한, 분사되는 물의 완전한 증발이 달성되어야 하기 때문에 분무 물 유동이 제한될 수 있다.
본 실시예에서, 관류형 증발기 시스템(800)은 확대된 관류형 증발기 섹션들(810)을 포함할 수 있다. 확대된 관류형 증발기 섹션들(810)은 종래의 디바이스들과 비교하여 20 % 이상 확대될 수 있다. 확대된 증발기 섹션들(810)은 본질적으로 기존의 관류형 증발기 섹션들(130) 및 제 1 과열기(190)였던 것을 결합하여 전체 과열기 표면적이 대응하여 감소된다. 각각의 확대된 관류형 과열기 섹션(810)은 유동 제어기(820), 유동계(830), 온도 제어기(840), 분배 밸브(860)와 통신하는 온도 센서(850)를 포함할 수 있다. 이 예시에서, 2개의 과열기들만이 확대된 관류형 증발기 섹션들(810), 제 1 과열기(870) 및 제 2 가열기(880)의 하류에 위치지정될 수 있고 단일 과열저감기(890)가 이들 사이에 위치지정된다. 과열저감기(890)는 급수의 유동과 연통될 수 있다. 과열저감기(890)는 유동 제어 밸브(920)와 통신하는 온도 센서(910) 및 온도 제어기(900)를 가질 수 있다. 다른 컴포넌트들 및 다른 구성들이 본원에서 사용될 수 있다.
확대된 관류형 증발기 섹션들(810)의 사용은 물 분리기(180) 및 관련 재순환 시스템의 제거를 가능하게 한다. 또한, 메인 제어 밸브(110)가 제거될 수 있다. 관류형 증발기 시스템(800)은 따라서 단순화된 구성으로 동작의 향상된 유연성을 가질 수 있다.
높은 부하 범위(대략 30 % 이상 증기 생성)에서, 열 관성(thermal inertia)은 더 낮을 수 있고 급수 제어는 배출에서의 온도에 대해 우수한 제어를 달성할 수 있다. 그러한 상황에서, 확대된 관류형 증발기 섹션들(810)을 능동적으로 과공급하고(over-feed) 증발기 말단포인트(endpoint)를 말단에 근접하게 시프트하기 위해 추가 표면적이 사용될 수 있다. 확대된 관류형 증발기 섹션들(810)은 따라서, 급수 제어가 이 기능을 대체하고 과열기들 중 하나를 제거하는 것을 가능하게 한다. 더 낮은 부하 범위(대략 30 % 미만 증기 생성)에서, 열 관성은 높을 수 있고 급수 제어 루프의 달성가능한 제어 품질이 다소 불량할 수 있으며 증발기 배출에서의 포화된 상태들을 야기할 수 있다. 물과 증기는 따라서 물 분리기에서 분리될 수 있고 물은 재순환될 수 있다. 그러나, 확대된 관류형 증발기 섹션들의 추가 표면적은 버퍼로서 역할하고 배출 온도 변화들에 대한 추가 마진을 제공한다. 그러한 상황에서, 배출 온도 제어가 요구되지 않을 수 있다. 이 보다는, 확대된 관류형 증발기 섹션들(810)은, 증발기 말단포인트가 “자유롭게 호흡”할 수 있도록 실제 열 입력에 대응하는 급수의 양으로 공급될 수 있다.
관류형 증발기 시스템(800)은 따라서, 단순화뿐만 아니라 전체 비용 감소를 제공하면서 우수한 증기 온도 제어를 유지한다. 또한, 물 분리기 및 재순환 장비를 제거함으로써, 관류형 증발기 시스템(800)은 물 덤핑(dumping) 없는 감소된 물 풋프린트(footprint)를 가질 수 있다. 물 순환이 없다는 것은 스타트업의 초기 시기에서 흡수된 열 전체가 증기 생성에 사용된다는 것을 의미한다. 초기 증기 생성은 열 피로(thermal fatigue)를 회피하기 위해 과열기들의 고온 섹션들을 식히는데 유용하다.
도 15는 단순화된 분무 제어 시스템(930)을 도시한다. 단순화된 분무 제어 시스템(930)은 관류형 증발기 시스템(800) 또는 다른 것과 함께 사용된다. 일반적으로, 배출 온도는 최종 과열기의 분무 분사 상류에 의해 제어될 수 있다. 분무 분사의 증기 온도 상류는 보일러 급수 유동에 의해 제어될 수 있다. 따라서 2개의 제어기들이 급수 제어기에 전달된 설정포인트 온도 상의 동적 오프셋을 통해 조정될 수 있다. 이 오프셋은 분무 밸브가 중간 개방에서 동작하는 것을 유지하기 위해 선택될 수 있다. 이 개념은 항시 보일러 배출 온도들을 제어하기 위해 0이 아닌 분무 유동을 필요로 한다.
이 예시에서, 과열저감기(890)의 유동 제어 밸브(920)는 온도 센서(970) 및 분무 제어기(960)뿐만 아니라 유동-스트로크(flow to stroke) 변환기(950)를 통해 메인 급수 제어기(940)와 연통될 수 있다. 또한, PT 엘리먼트(980)가 또한 메인 급수 제어기(940) 및 스트로크 변환기(950)로의 유동과 연통될 수 있다.
이 예시에서, 배출 온도는 메인 급수 제어기(940)에 의해 직접 제어될 수 있다. 분무 제어기(960)는, 배출 온도가 미리 결정된 설정포인트 위의 과도 편위(excursion)들을 보이는 (빠른) 과도들에 개입할 수 있다. 메인 급수 제어기(940)에 의해 생성되는 분무 유동 수요는 먼저, 요구되는 양의 물을 즉시 확보하고, 유동 제어 밸브(920)에 전달될 수 있다. 이와 동시에, 이 개시 수요는 메인 급수 제어기(940)에 PT 엘리먼트(980)를 통해 전달될 수 있어서, 요구되는 양의 물이 급수로부터 직접 공급될 것이다.
분무 제어 시스템(930)은, 특히 부분 부하에서 냉수 혼합과 연관된 엑서지(exergetic) 손실들을 회피하기 위해 유동 제어 밸브(920)가 대부분의 시간 폐쇄되는 것을 유지하도록 조정될 수 있다. 분무 제어 시스템은 따라서 관류형 증발기 시스템(800) 등의 “호흡 능력”을 이용하기 위해 분무 유동을 최소화할 수 있다.
상술한 것은 본 출원의 특정 실시예들 및 결과로서의 특허에만 관련된다는 점이 명백해야 한다. 이하의 청구범위 및 그 균등물에 의해 규정된 본 발명의 일반적인 사상 및 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 본원에서 다양한 변경들 및 변형들이 이루어질 수 있다.
5: 결합된 사이클 시스템 10: 가스 터빈 엔진
15: 컴프레서 20: 공기
25: 연소실 30: 연료
35: 연소 가스들 40: 터빈
45: 샤프트 50: 부하
55: 열 회수 증기 발생기 60: 증기 터빈
65: 증기 70: 부하
75: 급수 80: 배기 가스
100: 관류형 증발기 시스템 110: 메인 제어 밸브
120: 펌프 130: 증발기 섹션들
140: 제 1 증발기 섹션 150: 제 2 증발기 섹션
160: 제 3 증발기 섹션 170: 분배 밸브들
180: 물 분리기 190: 과열기들
200: 센서들 210: 프로세서
220: 급수 온도 센서 230: 증발기 섹션 온도 센서들
240: 물 분리기 온도 센서 245: 방출 온도 센서
250: 상류 압력 센서 260: 상류 압력 센서
270: 유동계 275: 제어기들
280: 급수 유동 제어기 285: PID 제어기
290: 분배 밸브 제어기 300: 증발기 섹션 온도 제어기
310: 방출 스테이지 온도 제어기 320: 피드포워드 신호
330: 스타트업 충전 시스템 340: 레벨 표시기들
350 내지 440: 단계 450: 제어되는 적분 시퀀스
460 내지 490: 단계 540: 강제 응답
545: 비강제 응답 550: 제 1 입력
560: 제 2 입력 570: 제 3 입력
580: 제 4 입력 590: 제 5 입력
600: 단계 610: 단계
620: 열 전달비 630: 질량 유동률
640: 단계 650: 단계
660: 단계 670: 온도 제어 시스템
680: 온도/유동 제어 케스케이드 690: 섹션 유동 제어 시스템
700: 섹션 유동 제어기들 710: 불감대 유동 제어 시스템
720: 외부 온도 제어 루프 730: 내부 유동 제어 루프
740: 불감대 신호 750: 온도 제어기
760: 유동 제어기 800: 관류형 증발기 시스템
810: 확대된 증발기 섹션들 820: 유동 제어기
830: 유동계 840: 온도 제어기
850: 온도 센서 860: 분배 밸브
870: 제 1 과열기 880: 제 2 과열기
890: 과열저감기 900: 온도 제어기
910: 온도 센서 920: 유동 제어 밸브
930: 분무 제어 시스템 940: 메인 유동 제어기
950: 유동-스트로크 변환기 960: 온도 제어기
970: 온도 센서 980: PT 엘리먼트
15: 컴프레서 20: 공기
25: 연소실 30: 연료
35: 연소 가스들 40: 터빈
45: 샤프트 50: 부하
55: 열 회수 증기 발생기 60: 증기 터빈
65: 증기 70: 부하
75: 급수 80: 배기 가스
100: 관류형 증발기 시스템 110: 메인 제어 밸브
120: 펌프 130: 증발기 섹션들
140: 제 1 증발기 섹션 150: 제 2 증발기 섹션
160: 제 3 증발기 섹션 170: 분배 밸브들
180: 물 분리기 190: 과열기들
200: 센서들 210: 프로세서
220: 급수 온도 센서 230: 증발기 섹션 온도 센서들
240: 물 분리기 온도 센서 245: 방출 온도 센서
250: 상류 압력 센서 260: 상류 압력 센서
270: 유동계 275: 제어기들
280: 급수 유동 제어기 285: PID 제어기
290: 분배 밸브 제어기 300: 증발기 섹션 온도 제어기
310: 방출 스테이지 온도 제어기 320: 피드포워드 신호
330: 스타트업 충전 시스템 340: 레벨 표시기들
350 내지 440: 단계 450: 제어되는 적분 시퀀스
460 내지 490: 단계 540: 강제 응답
545: 비강제 응답 550: 제 1 입력
560: 제 2 입력 570: 제 3 입력
580: 제 4 입력 590: 제 5 입력
600: 단계 610: 단계
620: 열 전달비 630: 질량 유동률
640: 단계 650: 단계
660: 단계 670: 온도 제어 시스템
680: 온도/유동 제어 케스케이드 690: 섹션 유동 제어 시스템
700: 섹션 유동 제어기들 710: 불감대 유동 제어 시스템
720: 외부 온도 제어 루프 730: 내부 유동 제어 루프
740: 불감대 신호 750: 온도 제어기
760: 유동 제어기 800: 관류형 증발기 시스템
810: 확대된 증발기 섹션들 820: 유동 제어기
830: 유동계 840: 온도 제어기
850: 온도 센서 860: 분배 밸브
870: 제 1 과열기 880: 제 2 과열기
890: 과열저감기 900: 온도 제어기
910: 온도 센서 920: 유동 제어 밸브
930: 분무 제어 시스템 940: 메인 유동 제어기
950: 유동-스트로크 변환기 960: 온도 제어기
970: 온도 센서 980: PT 엘리먼트
Claims (16)
- 분배 밸브(170)를 구비한 복수의 관류형 증발기 섹션들(130)을 갖는 관류형 증발기 시스템(100)을 제어하는 방법에 있어서,
각각의 분배 밸브(170)와 통신하는 위치 제어기(290)를 위치지정시키는 단계;
각각의 위치 제어기(290)와 통신하는 온도 제어기(300) 및 하류 온도 센서(230)를 위치지정시키는 단계;
각각의 위치 제어기(290)가 각각의 분배 밸브(190)에 대한 요구되는 압력 강하 및 정적 헤드 예측(static head prediction)을 결정하는 단계;
각각의 온도 제어기(300)가 설정 포인트로서 각각의 위치 제어기(290)에 유동 목표를 제공하는 단계로서, 상기 설정 포인트는 관류형 증발기 섹션 온도들의 평균에 기반하는 것인, 상기 유동 목표를 제공하는 단계; 및
평균 포화 온도에 대한 관류형 증발기 섹션 온도들의 평균에 기반하여 불감대(dead band)에 의해 상기 설정 포인트를 바이어스하는 단계
를 포함하는, 분배 밸브(170)를 구비한 복수의 관류형 증발기 섹션들(130)을 갖는 관류형 증발기 시스템(100)을 제어하는 방법. - 관류형 증발기 시스템(100)에 있어서,
복수의 관류형 증발기 섹션들(130)로서, 상기 복수의 관류형 증발기 섹션들(130) 각각은 상류 분배 밸브(170) 및 하류 온도 센서(230)를 포함하는 것인, 상기 복수의 관류형 증발기 섹션들(130); 및
상기 복수의 관류형 증발기 섹션들(130)의 하류에 물 분리기 온도 센서(240)를 갖는 물 분리기(180)
를 포함하고,
각각의 분배 밸브(170)는 불감대 유동 제어 시스템(710)과 통신하고; 상기 불감대 유동 제어 시스템(710)은 상기 하류 온도 센서(230)와 통신하는 온도 제어기(750)를 갖는 온도 제어 루프(730)를 포함하고; 상기 불감대 유동 제어 시스템(710)은 상기 온도 제어기(750)에 대한 예비 설정 포인트(T1)를 결정하도록 구성되고, 증발기 배출 증기 온도(Tout)가 T1 - δT 와 T1 + δT 의 범위 내에 있는 경우, Tout 은 상기 온도 제어기(750)에 대한 설정 포인트로서 사용되고, δT 는 불감대 신호(740)인 것을 특징으로 하는, 관류형 증발기 시스템(100). - 제2항에 있어서, 상기 불감대 유동 제어 시스템(710)은 상기 하류 온도 센서(230) 및 상기 물 분리기 온도 센서(240)의 출력의 합계를 구하고, 상기 합계를 상기 불감대 신호와 비교하여 상기 온도 제어기(750)에 대한 설정 포인트를 결정하는 것인, 관류형 증발기 시스템(100).
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 불감대 유동 제어 시스템(710)은 유동 제어기(760)를 갖는 유동 제어 루프(720)를 포함하는 것인, 관류형 증발기 시스템(100).
- 제4항에 있어서, 상기 불감대 유동 제어 시스템(710)은, 상기 온도 제어기(750)에 대한 설정 포인트를, 유동 제어기 설정 포인트에 대한 피드포워드 신호(320)와 결합하는 것인, 관류형 증발기 시스템(100).
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