KR20040018492A - 가스 터빈의 버너를 작동시키기 위한 방법 및 발전소 설비 - Google Patents

가스 터빈의 버너를 작동시키기 위한 방법 및 발전소 설비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스 터빈(2)의 버너(7)를 작동하기 위한 방법에 관한 것으로, 여기에서 화석 연료(B)는 연소를 위하여 버너(7)안으로 혼합 가스(SG)로서 공급되고, 상기 버너는 가스 터빈(2)에 연결되어 있다. 상기 혼합가스는 제 1 부분류(SG1) 및 제 2 부분류(SG2)로 나뉘고, 상기 부분류들(SG1, SG2)은 각각 연소를 위하여 버너(7) 안으로 공급된다. 본 발명은 또한 발전소, 특히 가스 및 증기 터빈 시스템1에 관한 것으로 이는 화석 연료(B)용 기화 장치(132)를 구비한다.

Description

가스 터빈의 버너를 작동시키기 위한 방법 및 발전소 설비{METHOD FOR OPERATING A BURNER OF A GAS TURBINE AND A POWER PLANT}
본 발명은 가스 터빈의 버너를 작동하기 위한 방법에 관한 것으로, 여기에서 화석연료는 기화장치 내에서 기화되고, 기화된 연료는 연소되기 위하여 가스터빈의 할당된 버너로 합성가스로서 공급된다. 본 발명은 또한 발전소 설비에 관한 것으로, 특히 상기 방법을 수행하기 위하여, 적어도 하나의 버너를 구비한 연소 챔버에 할당된 가스 터빈을 구비한다. 상기 연소 챔버의 상류에는 연료 시스템이 있으며, 이는 화석연료용 기화 장치 및 상기 기화장치로부터 뻗어나와 상기 연소 챔버로 들어가는 가스 라인을 포함하여 형성된다.
화석 연료의 일체적인 기화가 이루어지는 가스 및 증기 터빈 설비는 일반적으로 상기 연료용 기화장치를 구비하는데, 그 출구측에서 가스 정화 목적을 위하여 제공되는 다수개의 구성부를 통하여 가스 터빈의 연소 챔버에 연결된다. 열 재생 증기 발생기는, 그 가열면이 증기 터빈의 물-증기 순환계로 연결되고, 연도 가스 측에서 가스 터빈의 하류에 연결될 수 있다. 이러한 형태의 설비가, 예를 들어, GB-A 2 234 984호 또는 US 4,697,415호에 공지되어 있다.
기화된 화석 연료 또는 합성 가스의 연소동안 오염물질의 발산을 줄이기 위하여, 상기 설비가 작동할 때 합성 가스에 증기가 실리는 포화기는 상기 가스 라인에 연결될 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 기화된 연료는 상기에서 포화기 순환계로 언급된 물 순환계를 통하여 흐르는 물의 유동과 반대방향으로 흐르는 포화기를 통하여 흐른다. 특별히 높은 정도의 효율을 얻기 위하여, 상기 포화기 순환계 안으로 유입되는 가스 및 증기 터빈 설비의 물-증기 순환계로부터 열이 공급된다.
포화기에서 포화기 순환계안으로 가이드된 물의 가열된 유동과 접촉한 결과로서, 기화 연료는 증기로 포화되고, 제한된 정도까지 가열된다. 열적인 이유 때문에 또 작동상의 문제 때문에, 그것이 가스 터빈의 연소 챔버에 공급되기 전에 상기 연료가 더 가열되는 것이 필요할 수 있다.
DE 19 832 293 A1호는 연도 가스측에서 가스 터빈의 하류에 연결된 열 재생 증기 발생기를 구비한 가스 및 증기 터빈 설비를 개시하고 있다. 상기 열 재생 증기 발생기의 가열면들은 이와같은 경우에 상기 증기 터빈의 물-증기 순환계 안으로 연결된다. 상기 연소 챔버를 위한 화석 연료의 통합적인 기화를 목적으로 연료용 기화 장치는 연료 라인을 통하여, 상기 연소 챔버의 상류에 연결된다. 상기 설비에 있어서, 특별하게 높은 효율을 얻기 위하여, 상기 기화 장치와 포화기 사이의 연료 라인은, 질소를 혼합하기 위한 혼합장치 뿐 아니라, 주요측에 열 교환기를 포함하는데, 보조측에서는 이와 마찬가지로 상기 포화기와 연소 챔버의 사이에, 연료 라인에 연결된다.
DE 19 832 293 A1호에 대하여 상기에서 설명한 것과 유사한 가스 및 증기 터빈 설비가 WO 00/20728호에 개시되어 있다. 오일이 화석 연료로 사용되는 때 조차도 특별하게 높은 효율을 가지고 작동되는, 상기 자료에서 개시된 가스 및 증기 터빈 설비가 이를 위하여 사용될 수 있다.
이를 위하여, WO 00/20728호에서는, 열 교환기가 주요측에서 연료 라인에 연결되고, 기화된 연료에 혼합 질소의 혼합장치의 상류에, 기화 연료의 유동 방향에서 보여지는 바와 같이, 여기에서 열 교환기는, 보조측에서, 유동 매질용 증발기로서 설계된다.
증기측에서, 상기 열교환기는 상기 가스 터빈의 연소 챔버에 연결된다.
상기 가스 및 증기 터빈 설비의 특별하게 안정적인 작동을 확실하게 하기 위하여, 어떤 순간에 멈추어진 가스 터빈의 연소 챔버안으로 상기 연도가스의 공급이 가능해야 한다. 이를 위하여, 퀵-클로징(quick-closing) 장치가 상기 연소 챔버의 상류에서 가스라인 안에 일반적으로 연결되어 있다. 필요한 경우에는, 상기 퀵-클로징 장치가 특별히 짧은 시간 안에 상기 가스 라인을 막음으로써, 상기 가스 터빈에 할당된 연소 챔버로 연도가스가 들어가는 것을 막는다.
관련 안전 규정 때문에, 상기 연료 시스템은 일반적으로 가스 잠금부를 구비한다. 가스 잠금부는 두개의 장치를 포함하는데, 예를 들어 볼 밸브, 이는 가스 유동에 따라 열리거나 닫힌다. 중간 릴리프 또는 압력 라인이 이 두개의 장치 사이에 연결된다. 중간 릴리프는 초과 가스 버너에 연결될 수 있고, 이를 통하여 초과 가스가 연소될 수 있다. 중간 릴리프의 대안으로서, 압력 라인이 연결될 수 있는데, 이는 상기 가스 잠금 장치를 통하여 가스가 흘러들어가는 것을 막는다. 따라서 상기 가스 잠금 장치는 제 1 지역 또는 상기 가스 잠금 장치의 상류의 기화 시스템에서는, 그리고 제 2 지역 또는 상기 가스 잠금 장치의 하류에 위치한 가스 터빈 연료 시스템으로 알려진 위치에서는 기밀 방식으로 상기 연료 시스템은 분리한다.
기화장치를 구비한 가스 및 증기 터빈 설비는 예를 들어, 화석, 공업용 잔류물 또는 쓰레기로부터 만들어지는 혼합 가스와 예를 들어 천연 가스 또는 오일과 같은 제 2 연료로 작동될 수 있다. 합성 연료로부터 제 2 연료로 또는 그 반대로의 변경의 경우에, 안전상의 이유로 상기 가스 잠금 장치와 연소 챔버의 사이 지역, 즉 가스 터빈 연료 시스템에서 질소, 또는 증기과 같은 불활성 매질을 제거하는 것이 필요하다.
가스 및 증기 터빈 설비가 선택적으로 기화 장치 또는 제 2 또는 보조 연료로부터 혼합가스로 작동하도록 하기 위하여, 상기 가스 터빈에 할당된 연소 챔버안의 버너는 이중-연료 또는 다중-연료 버너로서 설계되어야 한고, 이곳으로 혼합 연료 및 제 2 연료, 예를 들어 천연가스 또는 연료 오일은, 특별한 요구에 따라 공급될 수 있다. 이러한 경우에 관련된 연료는 버너안의 연료 통로를 통하여 연소 지역으로 공급된다.
본 발명의 목적은 향상된 혼합 가스 작동을 달성하도록 하는 가스 터빈 버너의 작동 방법을 제공하는데 있다. 본 발명의 또다른 목적은 특히 상기 방법을 수행하기 위한 발전소 설비를 제공하는데 있다.
본 발명에 따르면, 상기에서 언급한 제 1 목적은 가스 터빈의 버너를 작동하기 위한 방법에 의해 달성되는데, 여기에서 화석 연료가 기화되고, 상기 기화된 화석 연료는 연소될 목적으로 가스 터빈에 할당된 버너로 혼합 가스로서 공급되며, 이 방법에서 상기 혼합 가스는 제 1 부분류 및 제 2 부분류로 나뉘고, 상기 부분류는 각각 연소를 위하여 상기 버너에 개별적으로 공급된다.
이러한 경우에, 본 발명에 따르면, 또한 두 부분류 이상으로 제공되는 것이 가능한데, 이러한 부분류들은 각각의 경우에 연소를 위하여 상기 버너로 개별적으로 공급된다.
따라서 본 발명은, 발전소 설비의 전체적인 효율, 예를 들어 화석 연료의 일체화된 기화를 갖는 가스 및 증기 터빈 설비의 전체적인 효율이 더 나빠지면, 연소를 위하여 연료가 공급되는 버너 안에서 연료측 압력 손실이 발생한다는 사실에 기초한다. 이러한 경우에 압력 손실은 유동 저항 또는 관련한 연료 가스용 버너의 유동 컨덕턴스에 의해 규정된다.
가스가 라인을 통하여 흐를 때, 발생하는 압력차는 가스 유동, 즉, 가스의 질량 유동에 비례한다. 비례 인자는 유동 저항으로 알려져 있다. 상기에서 언급한 발전소 설비에서의 효율 고려때문에, 설계시에 이러한 버너 압력 손실이, 예컨대, 공칭부하에서, 최소화되는 것이 필요하다. 그러나, 이 결과는 가스 터빈 동력이 매우 낮은 경우 또는 가스 터빈의 아이들 작동시에 나타나고, 상기 연료측에서의 버너 압력 손실은 너무 낮고, 상기 연소는 더 이상 화염 진동에 관하여 충분히 안정하지 않다. 따라서, 이러한 경우의 설비 설계에 있어, 혼합 가스 모드에서의 출력 작동은 단지 기본 부하와 가스 터빈의 최소 부분 부하의 사이에서만 가능하고, 이는 제한 조건에 따른다.
본 발명은 혼합 가스를 구비한 가스 터빈 버너의 작동에 있어 완전히 새로운 방법을 제공하는데, 상기 연료가스는 화석 연료의 기화로부터 형성되고 천연가스와비교되는 낮은 발열량(calorific value)을 가지는데, 연소를 위하여 적어도 두개의 분리된 부분류들로 상기 버너 안으로 공급된다. 이는 연료측 버너 압력 손실에서 허용가능한 범위내에 세팅될 수 있는 연료 질량의 대폭을 상당히 확장하고, 이러한 결과에 따라 더 낮은 연료 질량이 종래의 버너 작동시와 비교하여 볼 때 가능하다. 제 1 부분류 및 제 2 부분류로 혼합 가스를 나누는 것은, 각각의 부분류 또는 선택적으로 그 이상의 부분류들은 연소를 위하여 관련적으로 공간적으로 다른 장소에서 상기 버너로 연료가 공급되도록 한다. 따라서, 둘 또는 그 이상의 연소 지역이 형성되고, 이는 관련된 혼합가스의 부분류에 할당된다.
이는 유용하게도 연료측 버너 압력 손실이 혼합 가스 모드에서 너무 낮게 되는 것으로부터 오는 결과인 연소 불안정을 피할 수 있다. 더 나아가, 상기 버너를 혼합 가스 작동에 적용하기 위한 복잡한 설계 수정의 가능성이, 특히 버너 또는 연소 챔버가 윙윙거리는 것을 피한다는 관점에서 볼 때, 추후에 피해질 수 있다. 단 하나의 혼합 가스 경로를 구비한 작동과 비교하여 볼 때, 적어도 둘의 부분류에서 버너로 혼합가스를 공급하는 것은 일반적인 기간에서 상기 버너의 작동 모드를 최적화하고 조절함으로써 향상된 옵션을 이루도록 한다. 이와 관련해서, 버너 내부의 혼합가스의 연소가 상기 버너의 바람직한 작동모드에서 매우 효율적인 방법으로, 예를 들어 기준 부하 또는 부분 부하 또는 아이들 상태에서, 부분류를 조절함으로써 신중히 적용 또는 최적화할 수 있다는 것이 특히 유용함이 증명되었다. 가능한 작동 세팅에서의 확장된 범위는 상기 시스템이 다른 연료 경계 조건에 맞는 것을 용이하게 한다.
이러한 새로운 작동 모드는 단계적인 혼합 가스 작동을 가능하게 한다. 첫 번째로, 이는 모든 부분류에 있어서, 특히 제 1 및 제 2 부분류에서, 상응하는 중요한 질량 유량을 가진 만-부하 작동에 있어서, 버너를 가로지르는 충분하게 낮은 압력 손실을 허용하고, 둘째로, 또한 단지 하나의 중요한 혼합 가스의 부분류를 구비한 최소 부하 또는 아이들 모드(idling mode)에서 상기 버너에 할당된 가스터빈이 작동할 수 있도록 허용한다. 이러한 경우에, 제 1 부분류 또는 만일 그이상의 부분류들이 적합하다면 제 2 부분류는 유용하게도 다른 유동 컨덕턴스에 종속할 수 있고, 그들이 버너를 통과하여 각각의 연소 지역으로 개별적으로 흐를때, 그 결과로서, 연료 질량 유동안에서 변형의 미리 정해진 범위가 주어지고, 상기 버너에서의 압력 손실에 있어 변형의 중요하게 감소된 범위는 단지 하나의 혼합 가스류가 사용된 때와 비교되어 달성된다. 결과적으로, 화소 부하, 예를 들어 아이들 모드에서의 압력 손실과 비교된 가스 터빈의 기본 부하에서의 버너 안의 압력 손실은 버너의 동일한 셜계를 사용한 단일류의 경우보다 유용하게도 덜하다.
하나의 바람직한 실시예로서, 제 1 부분류 및 제 2 부분류는 각각의 경우에 조절된 방법으로 상기 버너로 들어간다. 이러한 형상은 서로에 대하여 독립적으로 부분류를 조절 가능하게 만들고, 따라서 버너의 작동 대역은 넓어진다. 이러한 경우에, 예를 들어, 혼합 가스의 전체적인 질량 유동이 일정하게 유지되는 작동 모드를 선택하는 것이 가능한데, 제 1 부분류 및 제 2 부분류는 달성될 수 있는 연소 동력 및 안정 작동에 관하여 서로에 대하여 매칭된다.
천연 가스 또는 증기가 발열량을 변형하기 위하여 부분류들 중 적어도 하나에 혼합되는 것이 바람직하다. 특별한 요구에 의존하여, 부분류의 발열량은 천연가스 또는 증기에 혼합됨으로써 증가하거나 축소될 수 있다. 유용하게도 두 부분류들이 예를 들어 질소와 같은 다른 불활성 매질 또는 증기의 적용에 의해 서로 독립적으로 비활성화되는 것이 가능하다. 따라서, 발열량은 혼합가스의 양 부분류들에 대하여 설정될 수 있고, 특히 부분류들의 발열량은 다르게 설정될 수 있으며, 그 결과 연소에 의해 상응하는 다른 열 변환이 상응하는 연소 지역에서 이루어질 수 있다. 유용하게도 이는 그 이상의 자유도를 제공하는데, 즉 발열량, 이러한 발열량은 특별한 요구에 따르는 혼합 가스의 부분류들의 각각에 대하여 개별적으로 설정될 수 있다.
상기 부분류들이 가스터빈에 의해서 생산된 동력의 함수로서 설정되는 것이 바람직하다. 혼합가스를 가진 가스 터빈의 버너를 작동하는 방법에서, 특별하게 부분류에 유용하다는 것이 밝혀졌는데, 즉, 특별하게 가스 질량 유동의 특별한 수준 또는 그들의 특별한 단위질량당 발열량이 가스 터빈에 의해 생산되는 동록의 함수로서 조절된다는 것이다. 이러한 경우에, 예를 통해서, 가스 터빈의 동력은 모드 연료 경로에 공통되는 설정치로서 미리 정해질 수 있고, 상기 각각의 경로에서 가스 유동은 상기에서 서술한 요구의 함수로서, 예컨대 밀폐-루프 조절 회로에서, 조절 회로의 하류에서의 설정치에 따라 독립적으로 조절될 수 있다.
가스 터빈의 최소부하 또는 아이들(idle) 작동 상태의 경우에, 상기 부분류의 하나는 0인 것이 바람직하다. 따라서, 이 작동 모드는 버너로의 혼합가스의 단일 부분류를 전달함으로써 실현될 수 있다. 이를 위하여, 요구되는 최소 압력 손실의 관점에서, 연소 지역으로 버너를 통하여 흐를 때 상응하는 유동 저항을 달성할 수 있는 부분류의 하나는 상기 가스 터빈의 최소부하 또는 아이들 모드를 위하여 선택될 수 있다. 중요한 유동 저항의 경우에, 연소 불안정성은, 예를 들어 버너를 지나는 압력 강하가 너무 낮은 경우에, 혼합 가스의 선택된 부분류의 낮은 질량 유동을 구비하는 것조차 피해질 수 있다.
본 발명에 따르면, 발전소 설비에 관한 목적은 특히 상기에서 설명한 방법을 달성하기 위한 발전소 설비에 의해 달성되는데, 이는 가스터빈을 구비하고, 이는 적어도 하나의 버너를 구비한 연소 챔버에 할당되고, 연료 시스템을 구비하고, 이는 상기 연소 챔버의 상류에 연결되고 화석 연료용 기화 장치와 상기 기화장치로부터 뻗어나와 상기 연소 챔버로 개방된 가스라인을 포함하는데, 이 장치에서 추가의 가스 라인이 상기 연소 챔버의 상류에서 상기 가스 라인으로부터 뻗어나와, 상기 가스 라인은 상기 버너의 제 1 연료 경로에 연결되고, 추가의 가스라인은 제 2 연료 경로에 연결되며, 이는 버너의 제 1 연료 경로의 유동의 관점에서 분리되어 있다.
이러한 경우에, 제 2 연료 경로는 이미 버너에 위치하고, 일반적으로 제 2 혼합 가스 경로로 대안적으로 사용되는 전형적으로 40,000kJ/kg의 높은 발열량을 가진 천연가스용 경로로서 설계되고, 이 유동 경로는 제 1 연료 경로로부터 배열된다. 따라서, 발전소 설비의 버너는 화석 연료의 기화에 의해서 기화장치안에 제공되는 혼합 가스용 두개의 연료 경로를 구비하고, 가스 라인 또는 추가의 가스라인을 통하여, 거기에 연결된 각각의 연료 경로로 각각 분리되어 공급될 수 있다. 혼합가스용 유동 컨덕턴스는 제 1 연료 경로와 제 2 연료 경로에서 서로 다를 수 있으며, 그 결과 단계적인, 특히 두 단계인, 연료의 공급이 연료 경로로 혼합 가스의 각각의 부분류의 목표 적용에 의해서 달성된다. 결과적으로, 발전소 설비는 특별하게 낮은 발열량을 가진, 예를 들어 화석 연료로서 석탄의 기화로부터 유래한 연료 가스의 연소에 대하여 설계될 수 있다. 유용하게도 혼합 가스의 단계적인 공급은 혼합 가스 모드에서 연료-측 버너 압력 손실의 허용가능한 범위안에 설정될 수 있는 연료 질량 유동의 대폭을 확장하고, 이러한 방법으로, 만-부하(full load) 작동에서의 버너 압력 손실은 최소화되거나 최소한도 거의 줄일 수 있다.
바람직한 형상에 있어서, 제어 피팅(control fitting)은, 그를 통해 각각의 경우에 관련된 연료 경로에서의 연료유동이 조절될 수 있는데, 두개의 가스라인 및 추가의 가스 라인에 제공된다. 혼합 연료를 위한 제어 피팅을 구비한 가스라인은 이러한 경우에 평행하게 연결되어, 각각의 피팅은 그 관련 연료 경로로 지나는 상응하는 부분류를 제어한다.
가스 잠금 장치(gas lock)가 가스 라인으로부터 추가의 가스 라인이 뻗는 위치의 상류에 배열되고, 상기 가스라인에 연결되는 것이 바람직하다. 이는 한편으로는 가스 잠금 기능을 확실하게 하고 다른 한편으로는 차단(shut off) 및 제어 피팅의 개수를 줄인다. 퀵-클로징 또는 단단하게 밀봉한 피팅은 유용하게도 추가의 가스 라인이 상기 가스 라인으로부터 뻗어나오는 위치의 상류에서 가스 라인에 제공된다.
기화장치를 구빈한 발전소 설비는 예를 들어, 석탄 또는 잔류물 오일로부터생성된 혼합가스 및 예를 들어 천연 가스와 같은 제 2 연료 둘을 가지고 작동될 수 있다. 혼합 가스로부터 제 2 연료로의 또는 그 반대로의 전환의 경우에, 안전상의 이유로 상기 가스 잠금 장치와 상기 연소 챔버의 사이 지역, 즉 가스 터빈 연료 시스템은 질소 또는 증기와 같은 불활성 매질이 제거되는 것이 필요하다. 발전소 설비에서, 이러한 요구는 예를 들어, 가스 라인 안으로 연결된 그리고 퀵 클로징 피팅, 압력 릴리프, 또는 초과 압력 시스템 및 가스 잠금 피팅을 포함하는 연소 챔버의 상류에 배열된 가스 잠금 장치에 의해서 달성될 수 있다. 결과적으로 상기 가스 터빈의 버너로 공급되는 가스가 변하는 경우에, 어떤 연도 가스 뿐 아니라 혼합 가스 또는 제 2 연료는 특별하게 신뢰할만한 방법으로 상기 연료 시스템으로부터 치환될 수 있는 것을 확실하게 하므로, 제거되는 부피가 상대적으로 적다. 게다가, 만일 제거되는 부피가 적다면, 양 연료 경로를 통하여 단지 한 방향에서 제거가 충분한 것으로 판명되었는데, 그 결과 제거 작용을 위한 복잡한 제어 메커니즘이 생략된다. 제 2 연료, 예를 들어, 천연가스로의 전환이 있는 경우에, 추가의 가스 라인 및 이와 관련한 연료 경로를 제거할 필요가 없다. 양 연료 경로를 위하여, 또는 민일 다수개의 연료 경로가 있다면, 가스 터빈의 퀵 클로져의 경우에 제거되는 것만이 필요하다.
유용하게도 상기 제거는 단지 전방으로만, 즉, 연소 챔버의 방향 또는 가스 터빈의 버너의 방향으로만 발생한다. 상기 제거 작용은 대안적으로 증기 또는 질소, 예를 들어, 순소 질소를 사용하여 수행될 수 있다. 제거되어야할 부피가 작은 경우에는, 질소를 사용하는 제거는 특히 경제적이다. 게다가, 이러한 경우에 제거작용을 위하여 발전소 설비 내에 배열된 증기 터빈 설비로부터 추출된 증기가 필요하지 않으며, 이는 전체적인 발전소 설비의 효율이 특히 높도록 한다. 추가적으로, 높은-합금 철들을 사용할 필요가 없는데, 이는 고작해야 작은 양의 부식이 발생하기 때문이다. 제거될 작은 부피는 상기 요소들의 콤팩트한 배열을 통하여 상기 발전소 설비에서 달성될 수 있다. 예를 들어, 만일 가스 잠금 장치와 퀵-클로징 피팅이 서로 옆에 배열되어 있다면, 상기 퀵-클로징은 상기 가스 장금장치에서 제공되는 피팅의 하나의 기능을 수행할 수 있고, 따라서 이 피팅은 제거될 수 있고, 제거되어야 하는 가스 터빈 연료 시스템의 부피는 특히 작아질 수 있다. 게다가, 연료 시스템의 상대적으로 작은 부피는 특히 가스-운반 요소에서 축소된 지연 효과때문에 초과 속도의 경우에 부하 발산을 매우 단순하게 만든다.
볼 밸브 또는 볼 코크는 특히 추가의 가스 라인이 가스 라인으로부터 뻗어나오고, 가스 라인에 연결된 위치의 상류에 배열된 가스 잠금 장치의 피팅으로서 관습적으로 사용된다. 이러한 볼 밸브는 특히 좋은 가스-밀봉 성능을 가지고 있다. 예를 들어, 퀵-클로징 피딩은 퀵-클로징 플랩으로서 설계될 수 있다. 그러나, 상기 피팅의 전체적인 크기에 의존하여, 또한 이러한 목적으로, 예를 들어 적합한 퀵-클로징 밸브와 같은, 또다른 퀵-클로징 피팅이 사용될 수 있다. 따라서, 기화 장치를 구비한 발전소 설비는 혼합 가스 모드에서 또는 제 2 연료로의 연료의 전환의 경우에 있어서 특히 안전하게 작동할 수 있다.
발전소 설비의 바람직한 구조에 있어서, 천연 가스 또는 증기는 공급 장치를 통하여 추가의 가스 라인으로 전달될 수 있다. 상기 추가의 가스 라인은, 버너의제 2 연료 경로에 연결되고, 천연 가스 또는 증기가 혼합 가스로서 혼합되는 결과에 따라 제 2 연료 경로의 작용을 위한 발열량에 관하여 조절될 수 있다. 혼합가스에 천연가스를 혼합하는 것은 발열량을 증가시킨다. 다른 말로 말하면, 발열량은 혼합가스로 증기를 혼합시킴으로써 줄일 수 있다. 공급 장치를 통한 천연가스 또는 증기의 목표화된 혼합은 상기 버너의 원하는 작동 모드에 정확하게 발열량이 매칭되도록 한다.
혼합 가스는, 기화 장치에서 화석 연료의 기화에 의해서 특히 형성되는데, 추가의 가스 라인에 공급될 수 있는 것이 바람직하다. 따라서, 혼합가스, 천연가스, 증기 또는 다양한 연료의 혼합은 목표된 경향에 따라 요구되는 것과 같이 추가의 가스 라인에 공급될 수 있다.
발전소 설비는 가스 및 증기 터빈 설비로서 형성되는 것이 바람직한데, 이는 연도 가스 측에서 상기 가스 터빈의 하류에 연결된 열 재생 증기 발생기 와 증기 터빈의 물-증기 순환계안으로 연결된 가열면을 가지고 있다.
그 이상의 발전소 설비의 장점은 가스 터빈의 버너를 작동하기 위한 상기에서 설명한 방법의 이점에 대하여 분석함으로써 나타난다.
본 발명의 바람직한 실시예가 어떠한 경우에는 다이아그램으로 축적을 고려하지 않고 나타낸 도면을 참조하여 더 상세하게 설명된다:
도 1은 기화 장치를 구비한 연료 시스템이 가스 터빈의 상류에 연결되어 있는 발전소 설비를 도시하고, 그리고,
도 2는 상기 가스 터빈의 관련된 버너를 구비한 도 1에 대응하는 도면이다.
도 1에서 보여지는 발전소 설비(3)는 가스 및 증기 터빈 설비(1)로서 설계되어 있고, 가스 터빈 설비(1a) 및 증기 터빈 설비(1b)를 포함한다. 거스 터빈 설비는 에어 컴프레셔(4)를 구비한 가스 터빈(2)과 연소 챔버(6)을 포함하는데, 상기 연소 챔버는 가스 터빈(2)의 상류에 연결되어 있고,상기 컴프레셔(4)의 압축-공기 라인(8)에 연결되어 있다. 연소 챔버(6)은 버너(7)를 포함한다. 발생기(10)뿐 아니라 가스 터빈(2) 및 에어 컴프레셔(4)는 공통 샤프트(12)에 배열된다.
증기 터빈 설비(1b)는 발생기(22)를 구비한 증기 터빈(20)을 포함하고, 또한, 물-증기 순환계(24)에서, 증기 터빈(20)의 하류에 연결된 컨덴서(26) 및 열 재생 증기 발생기(30)를 포함한다. 증기 터빈(20)은 제 1 압력 스테이지 또는 고압력부(20a) 및 제 2 압력 스테이지 또는 중간-압력부(20b) 를 포함한다. 또한 증기 터빈의 제 3 압력 스테이지 또는 저-압력부(20c)가 있으며, 압력 스테이지(20a, 20b, 20c) 는 공통 샤프트(32)를 통하여 발생기(22)를 구동한다.
배출 가스 라인(34)은 작동 매질(AM)을 공급하거나 또는 상기 열 재생 증기 발생기(30) 안으로 연도가스를 공급할 목적으로 열 재생 증기 발생기의 입구(30a)에 연결되고, 이는 가스 터빈(2)에서 팽창된다. 가스터빈(2)으로부터 팽창된 작동 매질(AM)은 스태그의 방향으로 그 출구(30b)를 통하여 열 재생 증기 발생기(30)를 떠난다(자세히 도시되지 않음).
열 재생 증기 발생기(30)응축액 예열기(40)포함하고, 이는 입구측에서 응축액 펌프 유닛(44)안으로 응축액 라인(42)을 통하여 연결되고, 상기 컨덴서(26)으로부터 응축액(K)를 공급받을 수 있다. 출구측에서, 상기 응축액 예열기(40)는라인(45)을 통하여 물공급 탱크(46)로 연결된다. 게다가, 만일 필요하다면 응축액 예열기(40)이 지나가도록, 응축액 라인(42)은 통과 라인(도시되지 않음)을 통하여 물공급 탱크(46)으로 직접 연결될 수 있다. 물공급 탱크(46)는 라인(47)을 통하여 중간 압력을 제거하는 고압력 공급 펌프(48)로 연결된다.
고압력 공급 펌프(48)는 물공급 탱크(46)으로부터 흐르는 공급수(S)가 물-증기 순환계(24)에서, 증기 터빈(20)의 고압력 부(20a) 에 할당된, 고압력 스테이지(50)에 적합한 압력 레벨이 되도록 한다. 고압력 공급수(S)는 물공급 예열기(52)를 통하여 고압력 스테이지(50)로 공급될 수 있고, 출력측에서, 밸브(54)에 의하여 차단될 수 있는 물 공급 라인(56)을 통하여 고압력 드럼(58)으로 연결된다. 고압력 드럼(58)은 물-증기 사이클(62)을 형성하기 위하여 열 재생 증기 발생기(30)에 배열된 고압력 증발기(60)에 연결된다. 생증기(F)를 배출하기 위하여, 고압력 드럼(58)은 열 재생 증기 발생기(30)에 배열된 고압력 과열기(64)에 연결되고, 출력측에서 증기 터빈(20)의 고압력부(20a) 의 증기 입력부(66)에 연결된다.
증기 터빈(20)의 고압력부(20a) 의 증기 출력부(68)는 증기 터빈(20)의 중간압력부(20b) 의 증기 입력부(72)로 재가열기(70)를 통하여 연결된다. 후자의 증기 출력부(74)는 증기 터빈(20)의 저압력부(20c) 의 증기 입력부(78)로 과유동 라인(76)을 통하여 연결된다. 증기 터빈(20)의 저압력부(20c) 의 증기 출력부(80)는 증기 라인(82)을 통하여 컨덴서(26)에 연결되고, 그래서, 폐 물-증기 순환계(24)가 형성된다.
게다가, 가지 라인(84)은 제거 위치에서 고압력 공급 펌프(48)로부터 뻗어나오고, 거기서 응축액(K)은 중간 압력에 이른다. 이러한 가지 라인(84)은 그 이상의 물공급 예열기(86)또는 중간압력 이코노마이저를 통하여, 물-증기 순환계의, 증기 터빈(20)의 중간압력부(20b) 에 할당된, 중간압력 스테이지(90)에 연결된다. 이를 위하여, 제 2 물공급 예열기(86)는 출력측에서, 밸브(92)에 의해 차단될 수 있는 물공급 라인(94)을 통하여, 중간압력 스테이지(90)의 중간압력 드럼(96)에 연결된다. 중간압력 드럼(96)은 가열면(98)에 연결되고, 이는 열 재생 증기 발생기(30)에 할당되고, 물-증기 사이클(100)을 형성하기 위하여, 중간 압력 증발기로서 설계된다. 중간압력 생증기(F′)를 배출하기 위하여, 중간압력 드럼(96)이 증기 라인(102)를 통하여 재가열기(70)에 연결되고 이에 따라 증기 터빈(20)의 중간 압력부(20b) 의 증기 입력부(72)에 연결된다.
추가 라인(110)은, 저압력 공급 펌프(107)에 제공되고, 밸브(108)에 의해 차단될 수 있으며, 물-증기 순환계(24)의 저압력 스테이지(120)에 연결되고, 증기 터빈(20)의 저압력부(20c) 에 할당되고, 라인(47)로부터 뻗어나온다. 저압력 스테이지(120)는 저압력 드럼(122)를 포함하고, 이는 가열면(124)에 연결되고,이는 열 재생 증기 발생기(30)에 할당되고, 물-증기 사이클(126)을 형성하기 위하여 저압력 증발기로서 설계된다. 저압력 생증기(F″)를 배출하기 위하여, 저압력 드럼(122)이 증기 라인(127)을 통하여 과유동 라인(76)에 연결되고, 그 안으로 저압력 과열기(128)가 연결된다. 따라서 바람직한 실시예에서 가스 및 증기 터빈 설비(1)의 물-증기 순환계(24)는 3개의 압력 스테이지(50, 90, 120)를 포함한다. 대안적으로, 그러나 또한 더 적게 제공되는 것도 가능한데, 특별하게 두개의 스테이지를 가질 수 있다.
가스 터빈 설비(1a)는 화석 연료(B)의 기화에 의해 생성된 혼합가스(SG) 또는 기화된 미취급 가스로 작동하도록 설계된다. 제공되는 혼합가스(SG)는 예를 들어, 기화된 석탄 또는 기화된 오일일수 있다. 이를 위하여, 가스터빈 설비(1a)는 연료 시스템(129)를 포함하고, 이에 의해 혼합가스(SG)는 가스 터빈(2)에 할당된 연소 챔버(6)안의 버너(7)로 공급될 수 있다. 연료 시스템(129)은 가스 라인(130)을 포함하고, 이는 가스 터빈의 연소 챔버(6)로 기화장치(132)를 연결한다. 화석, 천연가스 또는 오일은 안내 시스템(134)를 통하여 기화 장치(132)로 화석연료(B)로서 공급될 수 있다. 더욱이, 기화 시스템(129)은 기화 장치(132)와 가스 터빈(2)의 연소 챔버(6)의 사이에 가스 라인(130)안으로 연결된 요소들을 포함한다.
연소 챔버(6)의 상류에, 추가 가스 라인(131)이 가스 라인(130)으로부터 뻗어있고, 상기 가스 라인(130) 및 추가 가스 라인(131)은 각각 연소 챔버(6)의 버너(7)로 연결된다. 혼합 가스(SG)는 제 1 부분류(SG1) 및 제 2 부분류(SG2)로 가스 라인(130) 및 추가 가스 라인(131)을 통하여 분리된다. 혼합가스(SG)의 부분류(SG1, SG2)는 이러한 경우에, 연소를 위하여 버너(7)로 분리되어 공급될 수 있다. 제 1 부분류(SG1)는 가스 라인(130)을 통하여 공급될 수 있고, 제 2 부분류(SG2)는 추가 가스 라인(131)을 통하여 공급될 수 있다. 추가 가스 라인(131)은 이러한 경우에 도 2에 더 자세히 나타난 지역(236)에서 가스 라인 (130)으로부터 뻗어나온다. 상기 지역(236)의 하류에서, 가스 라인(130) 및 추가가스 라인(131)은 유동의 관점에서 거의 수평하게 연결되고, 다양한 연결 지점에서 버너(7)에 연결되고, 그래서, 부분류(SG1, SG2)는 유동의 관점에서 서로 독립적으로 버너(7)에 공급될 수 있다.
상기 연료 시스템(129)에 할당된 공기 분리 설비(138)은 화석 연료(B)의 기화를 위하여 필요한 산소(O2)를 공급하기 위하여 산소 라인(136)을 통하여 기화 장치(132)의 상류에 연결된다. 공기 분리 설비(138)의 입구측은 제 1 공기 부분류(L1) 및 제 2 공기 부분류(L2)로 구성된 공기류(L)가 공급될 수 있다. 제 1 공기부분류(L1)는 공기 압축기(4)에서 압축된 공기로부터 제거될 수 있다.이를 위하여,공기 분리 설비(138)는 입구측에서 제거 공기 라인에 연결되고, 이는 브랜칭 위치(142)에서 압축된 공기 라인(8)로부터 뻗는다. 게다가, 추가 공기 라인(143)은, 그안으로 추가적인 공기 압축기(144)가 연결되고 이를 통하여 제 2 공기 부분류(L2)가 공기 분리 설비(138)로 공급될 수 있으며, 제거 공기 라인(140)안으로 열린다. 본 실시예에서, 따라서, 공기 분리 설비(138)로 흐르는 총 공기류(L)는 압축된 공기 라인(A)으로부터 뻗어나온 공기부분류(L1)와 추가적인 공기 압축기(144)에 의해 전달된 공기 부분류(L2)로 구성된다. 이러한 구성의 순환계에 대한 사고는 부분적으로 일체적인 설비에 또한 적용된다. 대안적인 구조으로서, 완전하게 일체인 설비로서 알려진 것인데, 추가 공기 압축기(144)를 함께 구비한 추가 공기 라인(143)이 없이 사용될 수 있으며, 그래서 공기 분리 설비(138)로의 공기의 전체적인 공급은 압축공기라인(8)로부터 제거된 공기 부분류(L1)에 의해 이루어진다.
공기류(L)의 분리동안 공기 분리 설비(138)안에 산소(O2)에 추가하여 얻어지는 질소(N2)는 질소 공급 라인(230)- 이는 공기 분리 설비(138)에 연결되여 있는데-을 통하여 혼합장치(146)으로 공급되고, 여기서 혼합가스(SG)로 혼합된다. 혼합 장치(146)는 층류가 없는 특별하게 균일한 혼합가스와 질소(N2)를 혼합하도록 설계된다. 혼합 장치(146)은 선택적이어서, 만일 질소 내에 낮은 산소 용량을 갖도록 다른 설비에서 요구된다면 또한 없이도 가능하다.
기화 장치(132)로부터 흐르는 혼합가스(SG)는 초기에 가스 라인(130)을 통하여 혼합가스 열 재생 증기 발생기(147)로 지나가고, 여기에서 혼합가스(SG)는 유동 매질을 갖는 열 교환기에 의해 냉각된다. 이러한 열 교환동안 생성된 고압력 증기는 물-증기 순환계(24)의 고압력 스테이지(50)로 공급되고, 이러한 방법은 더 자세하게 도시되지는 않는다. 가스 라인(130), 혼합가스(SG)용 디더스팅(dedusting) 장치(148) 및 탈황 설비 (149)가 혼합가스 열 재생 증기 발생기(147)의 하류 및 혼합 장치(146)의 상류에 혼합가스(SG)의 유동 방향에서 보이는 바와 같이 연결된다. 대안적인 구조로서, 상기 디더스팅 장치(148) 대신에 탄소 블랙 스크루빙 장치가 또한 제공될 수 있는데, 특히 기화되는 연료가 오일인 경우에 그러하다.
연소 챔버(6)안에 배열된 버너 안에 기화된 연료의 연소동안 특히 오염물질이 낮은 수준으로 방사되도록 하기 위하여, 그것이 연소 챔버(6)로 들어가기 전에 기화된 연료에서 증기가 제거되도록 제공된다. 이는, 열적인 관점에서 특히 유용한 방법인데, 포화기에서 발생한다. 이를 위하여 포화기(150)는, 그 안에서 혼합가스(SG)를 형성하기 위하여 기화되는 연료(B)가 가열된 포화기 물(W)에 반대방향으로 흐르도록 안내되는데, 가스 라인(130)에 연결된다. 포화기 물은 포화기(150)에 연결된 포화기 순환계(152) 안에서 순환하고, 그안에서 순환 펌프(156) 및 포화기용 물(W)의 예열을 위한 열 교환기(156)가 연결된다. 열 교환기(156)의 주요측이 물-증기 순환계(24)의 중간압력 스테이지(90)에서 미리 예열된 공급수에 의해 작용한다. 내부공급 라인(158)은 기화된 연료의 포화과정동안 발생하는 포화기 용수(W)의 손실을 보상하기 위하여 포화기 순환계(152)에 연결된다.
보조측에서, 열교환기(159)는, 혼합가스/혼합 가스 열 교환기로서 작용하는데, 혼합가스(SG)의 유동의 방향에서 보는 바와 같이, 포화기(150)의 하류에 가스 라인(130)안에 연결된다. 주요측에서, 열 교환기(159)는 이와 마찬가지로 디더스팅 설비(148)의 상류의 위치에서, 가스라인(130)안에 연결되고, 디더스팅 설비(148)로 흐르는 혼합가스(SG)는 그 열의 일부를 포화기(150)로부터 흘러나가는 혼합가스(SG)에 전달한다.
또한 다른 요소에 대하여 수정된 순환계의 경우에는 그것이 탈황 설비(149)에 들어가기 전에 혼합가스(SG)가 열 교환기(159)를 지나가도록 하는 것도 가능하다. 특히 탄소 블랙 스크루빙 장치가 상기 순환계안에 연결된 경우에는, 상기 열교환기는 혼합가스 측에서 상기 탄소 블랙 스크루빙 장치의 하류에 설치되는 것이 바람직하다.
추가 열 교환기(160)는, 주요측에서 공급용수 또는 증기로 가열될 수 있는데, 포화기(150)와 열 교환기(159)의 사이에서, 가스 라인(130)안으로 보조측에서연결된다. 열교환기(159)는, 혼합가스/ 순수 가스 열 교환기로서 형성되고, 및 열교환기(160)은 특히 가스 및 증기 터빈 설비(1)의 다른 작동 상태에서 조차 가스 터빈(2)의 연소 챔버(6)의 버너(7)로 흐르는 혼합가스(SG)의 신뢰할만한 예열을 가져온다. 열 교환기(162)는, 보조측에서, 유동 매질(S′)용 중간압력 증발기로서 설계되는데, 주요측에서 공기 분리 설비(138)로 공급되고 또한 공기를 제거하는데 인용되는 압축된 공기의 부분류(L1)의 냉각을 위하여 제거 공기라인(140)안으로 연결된다. 증발기 싸이클(163)을 형성하기 위하여, 열교환기(162)는 중간압력 드럼으로서 설계된 물-증기 드럼(164)에 연결된다. 물-증기 드럼(164)은 라인 (166, 168)을 통하여 물-증기 싸이클(100)에 할당된 중간 압력 드럼(96)에 연결된다. 대안적으로, 열교환기(162)는 또한 직접 보조측에서 중간압력 드럼(96)에 연결될 수 있다. 본 실시예에서, 따라서, 물-증기 드럼(164)는 간접적으로 뭉간 압력 증발기로서 설계된 가열면(98)에 연결된다. 게다가, 물공급 라인(170)은 증발된 유동 매질을 충전하기 위하여 물-증기 드럼(164)에 연결된다.
추가 열 교환기(172)는, 보조측에서 유동 매체(S″)용 저압력 증발기로서 설계되는데, 압축된 공기의 부분류(L1)의 유동 방향에서 보는 바와 같이 열 교환기(162)의 하류에 제거 공기 라인(140)으로 연결된다. 증발기 싸이클(174)을 형성하기 위하여, 열 교환기(172)는 저압력 드럼으로서 설계된 물-증기 드럼(176)에 연결된다. 본 실시예에서 물-증기 드럼(176)은 라인(178, 180)을 통하여 물-증기 싸이클(126)로 할당된 저압력 드럼(122)에 연결되고, 따라서 간접적으로 저압력 증발기로 설계된 가열면(124)에 연결된다. 대안적으로, 그러나 물-증기 드럼(176)은 따한 다른 적합한 방식으로 연결될 수 있는데, 이 경우에, 물-증기 드럼으로부터 제거된 증기는 보조 소비체에 증기를 진행시키거나 및/또는 증기를 가열함으로써 공급될 수 있다. 다른 대안적인 구조에서, 열 교환기(172)는 또한 직접 보조측에서 저압력 드럼(172)에 연결될 수 있다. 게다가, 물-증기 드럼(176)은 물공급 라인(182)에 연결된다.
증발기 싸이클(163, 174)은 각각 가력 싸이클로서 설계될 수 있는데, 이러한 경우에 유동 매체(S′,S″)의 순환은 순환펌프에 의해 확실해지고, 유동 매체(S′,S″)는 적어도 부분적으로 증발기로서 설계된, 각각, 열 교환기(162) 또는 열 교환기(172)에서 증발한다. 본 실시예에서, 그러나, 증발 싸이클(163) 및 증발 싸이클(174)은 모두 이러한 경우에 자연 싸이클로서 설계되고, 이러한 경우에 유동 매체(S′또는 S″)는 각각의 열 교환기 (162) 또는 열교환기(172) 및 각각의 물-증기 드럼(164 또는 176)의 기하학적 구조에 의해서 및/또는 증발 과정 동안 만들어진 압력 차이에 의해서 확실해진다. 이러한 구조에서, 각각의 경우에 시스템을 시작하기 위한 비교적 작은 재순환 펌프(더 자세하게는 도시되지 않음)는 증발기 싸이클(163) 또는 증발기 싸이클(174)안으로 연결된다.
포화기 순환계(152)로 열을 안내하기 위하여, 열 교환기(156)에 추가하여, 이는 물공급 예열기(86)의 하류에 뻗은 가열된 공급수를 공급할 수 있는데, 포화기 물 열 교환기(184)가 구비되고, 이는 주요측에서 물공급 탱크(46)으로부터 공급수(S)가 공급될 수 있다. 이를 위하여, 포화기 물 열 교환기(184)는 주요측에서 라인(186)을 통하여 가지 라인(84)로 입구측에서 연결되고, 라인(88)을 통하여물 공급 탱크(46)으로 출구측에서 연결된다. 공급수 열 교환기(184)로부터 흐르는 냉각된 공급수(S)를 재열하기 위하여, 추가적인 열 교환기(190)가, 주요측에서 제거 공기라인(140)에서 열 교환기(172)의 하류에 연결되는데, 이는 라인(188)에 연결된다. 이러한 배열은 제거 공기로부터 열 회복의 특히 높은 정도를 달성할 수 있도록 하고, 따라서 특히 높은 정도의 가스 및 증기 터빈 설비(1)의 효율성이 살성된다. 냉각 공기 라인(192)은, 이를 통하여 냉각된 부분류의 부분량(L′)이 블레이드 및 베인을 냉각하기 위한 냉각 공기로서 가스 터빈(2)에 공급될 수 있는데, 공기 부분류(L1)의 유동의 방향에서 보인는 바와 같이, 열 교환기(172) 및 열 교환기(190)의 사이에서 제거 공기 라인(140)으로부터 뻗는다. 이러한 실시예는 경우에 따라서 사용된다.
가스 및 증기 터빈 설비(1)가 작동할 때, 혼합 가스 (SG)는, 기화 장치(132)안에서 화석 연료(B)의 기화에 의해 얻어질 수 있는데, 가스 터빈(2)의 버너(7)로 공급된다. 이 과정에서, 혼합 가스(SG)는 제 1 부분류(SG1)및 제 2 부분류(SG2)로 지역(236)에서 나뉘어지고, 상기 부분류(SG1, SG2)는 각각 연소를 위하여 버너(7)에서 개별적으로 공급된다. 제 1 부분류(SG1) 및 제 2 부분류(SG2)는 조절된 방법으로 버너(7)에서 각각 공급될 수 있다.
가스터빈(2)의 버너(7)의 혼합 가스 모드가 기초하고 있는 기본 사상은 도 2에서 상세하게 나타난다. 도 2는 본질적으로 도 1에서 보여지는 지역(236)의 확대된 대표도 및 버너(7)로의 관련 연결을 보여주는데, 이는 확대된 크기로 도시된다.
상기 버너(7)는 연소 챔버(6)에 할당되고, 연소 챔버(6)는 가스 터빈(2)에할당된다.(도 1과 비교) 지역(36)에서, 추가 가스 라인(131)은 브랜칭 지역(242)에서 가스 라인으로부터 뻗는다. 버너(7)는 버너 축선(252)를 구비하고, 이를 따라 제 1 연료 경로(238) 및 제 2 연료 경로(240)는, 유동의 관점에서 제 1 연료 경로(238) 로부터 분리되는데, 연장한다. 게다가, 버너는 연소 공간(246)을 가지는데, 여기에서 제 1 연소 영역(248a) 및 제 2 연소 영역(248b)이 제 2 연료 경로(240)에 할당된다. 이러한 경우에, 연소 영역(248a, 248b)은 적어도 부분적으로 물리적으로 서로 겹쳐있다. 연료 경로(238, 240)는 버너(7)의 버너 축선 (252)의 주위에 서로로부터 반지름 거리에 배열되고, 각각의 경우 연료 경로(238, 240)는 실린더형 환형 공간을 형성한다. 버너(7)이 작동한 때, 압축된 공기 라인(8)을 통하여 컴프레셔(4)로부터 제거된 연소공기(LV)가 공급된다(도 1과 비교). 더욱이, 가스 라인(130)은 제 1 연료 경로(238)에 연결되고, 추가 가스 라인(131)은 제 2 연료 경로(240)에 연결되고, 그래서, 연소를 위하여, 혼합 가스(SG)의 제 1 부분류(SG1)는 제 1 연료 경로(238) 공급되고, 혼합 가스(SG)의 제 2 부분류(SG2)는 제 2 연료 경로(240)로 공급된다. 이러한 경우에, 제 1 부분류(SG1)는 연소 공기(L)가 제거되고 제 1 연소 영역(248a)에서 연소되고, 제 2 부분류(SG2)는 연소 공기(L)가 제거되고, 제 2 연소 영역(248b)에서 연소되어, 가스 터빈(2)에서 작용하는 뜨거운 연소 가스를 형성한다.
도 1a 에서 보여지는 연료 시스템(129)이 꺼진 경우에, 제거 작동이 필요하다. 이는 연료 기화 시스템(129)의 제 1 및 제 2 지역이 하나 또는 그 이상의 단계에서 질소(N2)를 분리적으로 제거하는 방법으로 일어난다. 기화 시스템 또는 제 1 지역 및 가스 터빈 연료 시스템 또는 제 2 지역은 이러한 경우에 도 2에서 보여지는 가스 잠금장치(200)에 의해 지역(236)에서 서로 분리되어 있다. 가스 잠금 장치(200)는 이러한 경우세 가스 라인(130)에 연결되고, 가스 잠금 장치(200)는 가스 라인(130)으로부터 뻗은 추가 가스 라인(131)이 있는 위치(242)의 상류에 배열된다. 기화 시스템 그 자체는 가스 잠금 장치(200)까지 기화 장치(132)를 포함하고, 상기 가스 터빈 연료 시스템은 가스 잠금 장치(200)와 가스 터빈(2)의, 버너를 포함하는, 연소 챔버(6)까지 하류 요소를 포함한다.
가스 잠금 장치(200)는 가스 라인(130)에 배열되고 볼 밸브로서 설계된 가스 잠금 피팅(204)가 그 하류에 직접 연결된 퀵-클로징 피팅(202)을 포함한다. 잔여 가스는 기화 장치(132)가 꺼진 후 제거동안 또는 포화기(150)및 열 교환기의 하류의 제거동안 배출 가스 라인(207)을 통하여 초과 가스 버너로 배출된다. 관련 피팅을 구빈한 배출 가스 라인(207)은 가스 잠금 장치(200)를 위하여 압력 안전 시스템(206)으로서 제공된다. 가스 라인(130)은 가스 잠금 장치(200)에 의해 기밀 방식으로 차단될 수 있고, 만일 필요하다면 퀵-클로징 피팅(202)에 의해 특히 짧은 시간 안에 차단될 수 있다.
제어 피팅(208a)은, 가스 라인(130)에 연결되고, 버너(7)의 혼합가스(SG)의 제 1 부분류(SG1)를 제어하도록 사용되는데, 직접 가스 잠금 장치(200)의 하류에 연결된다. 추가 제어 피팅(208b)은 추가 가스 라인(131)에 연결되고, 이는 가스라인(130)으로부터 뻗는다. 버너(7)로의 혼합가스(SG)의 제 2 부분류(SG2)는 제어 피팅(208b)에 의해 제어될 수 있다.
공기 분리 설비(138)로부터의 순수 질소(R-N2)는 기화 시스템 또는 질소를 가진 연료 시스템의 제 1 지역의, 즉 기화 장치(132)로부터 가스 잠금 장치(200)으로의, 제거를 목적으로 제공된다. 이를 위하여, 질소는(N2), 공기류(L)의 분리과정동안 공기 분리 설비(132)에서 산소(O2)에 추가적으로 생산되는데, 순수 질소(R-N2)로서 공급라인(210)을 통하여 공기 분리 설비(138)로부터 배출된다. 가지 라인(214)은, 밸브(212)에 의해서 차단될 수 있고 화석 연료용 기화 장치(132) 및 연료 시스템의 제 1 지역을 정화하기 위하여 개방되는데, 제 1 공급 라인(210)으로부터 뻗어나온다.
순수 질소(R-N2)는 또한 정화 매체로서 질소를 가진 가스 터빈 연료 시스템 또는 제 2 지역을 정화하는 목적으로 제공된다. 이를 위하여, 공급 라인(210)은 질소 스토어(220)으로 개방된다. 추가적으로, 보존 라인(224)은 밸브에 의해서 차단될 수 있고 입구측에서 순수 질소(R-N2)긴급 충전 시스템에 연결되는데, 공급 라인(210)으로 개방된다. 질소 스토어(220)가 공기 분리 설비(138)와 긴급 충진 시스템에 모두 연결된 것을 고려할 때, 공기 분리 설비로부터 순수 질소(R-N2)가 그리고 긴급 충전 시스템(226)으로부터 순수 질소(R-N2)가 공급될 수 있다. 결과적으로, 기화 시스템의정화는 특별하게 공기 분리 설비(138)가 작동하지 않는 경우에도특히 신뢰할 만하게 보증된다. 질소 스토어(226)의 크기는 충분하게 높은 보전 용량을 포함하는 정화 작동동안 순수 질소(R-N2)의 필요량을 만족할만 하도록 제공된다. 출구측에서, 질소 스토어(226)는 정화 라인(228)을 통하여 가스 라인(130)에 연결된다. 정화 라인(228)은 가스 잠금 장치(200)를 즉각적으로 따르는, 즉 가스 잠금 피팅(204)을 따르는, 지역에서 혼합 가스(SG)의 하류에 위치한 가스 라인으로 개방된다.
제 2 공급라인(230)은, 혼합 장치(146)안으로 개방되는데, 공기 분리 설비(138)안에서 생성된 불순한 질소(R-N2)를 공급할 목적으로 공기 분리 설비(138)(도 1)로부터 뻗는다. 혼합 장치(146)에서, 불순한 질소R-N2는 가스 터빈으로부터 (NOX)발산의 수준을 줄이기 위하여 혼합 가스(SG)에 혼합된다. 상기 혼합 장치는 혼합가스(SG)를 구비한 질소(N2)의 특히 어떠한 층류 유동없이 균일한 혼합을 위하여 설계된다.
혼합 가스로부터 제 2 연료로의 가스터빈에서의 전환의 경우에, 연소 챔버(6)의 버너(7)로 공급되는 연료 가스에서의 변화와 관련하여, 가스 터빈 연료 시스템(129)가 질소를 통하여 정화되도록 준비된다. 가스 터빈 연료 시스템(129)에 위치한 혼합 가스는 안전상의 이유로, 정화 작동에 의해 사실상 완전하게 대체된다.
혼합가스 모드에서, 즉, 혼합가스(SG)의 연소동안, 연소를 위하여부분류(SG1, SG2)에서 도 2에서 보여지는 관련된 연료 경료(240, 238) 로 공급되고, 천연 가스(EG) 또는 증기(D)가 제 2 부분류(SG2)에 혼합될 수 있다. 이는 제 2 연료 경로(240)를 작동하도록 사용되는 제 1 부분류(SG1)의 발열량이 필요한 만큼 증가하거나 감소하게 한다. 이를 위하여, 공급장치(244)가 있으며, 이는 천연 가스 공급 시스템(244a) 및 증기 또는 순수 질소(R-N2)용 추가 공급 시스템(244b)을 포함한다. 공급 장치(244)는 상기 지역(236)에서 연결 지점(250)에서 추가 가스 라인(131)에 연결되어, 만일 필요하다면, 관련 유체를 공급 장치(244)를 통하여 제 2 연료 경로(240)으로 그리고 추가 가스 라인(131)안으로 공급하는 것이 가능하다. 게다가, 부분류(SG1, SG2)는 공급 장치(244)의 추가 공급 시스템(244b) 또는 정화 라인(228)을 통하여 증기(D) 또는 순수 질소(R-N2)를 서로에 대하여 독립적으로 공급할 수 있다. 따라서 두개의 혼합 부분류는 다른 조절 가능한 발열량을 가지고 작동될 수 있다. 제 2 연료 경로(240)에 할당된 연료 시스템(244)은 이러한 경우에 두개의 작업을 수행하는데, 즉, 천연 가스 모드에서 (NOX)를 줄이고, 혼합 가스 모드에서 연소의 작동적인 제어 및 발열량의 목표화된 조정이다.
버너(7)를 작동하기 위한 이러한 신규한 방법은, 상기에서 언급한 설비와 함께, 혼합가스(SG)를 가진 발전소 설비(3)의 단계적인 작동을 허용한다. 이러한 혼합 모드는 한편으로는 두개의 연료 경로(238, 240)을 통과하여 흐르는 각각의 부분류를 가지고 풀-로드 작동에서 충분하게 작은 압력 손실에 의해 구별된다. 다른 한편으로, 그러나,혼합 가스를 가진 가스 터빈의 최소-로드 또는 아이들 모드의 경우에 요구되는 최소 압력 손실이 또한 확실해지고, 결과적으로, 예를 들어, 단지 제 2 연료 경로(240)이 필요할 때 이용될 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 제 2 연료 경로(240)는 적합한 구조적인 설계를 적용하고 제 2 연료 경로의 치수화를 통해 제 1 연료 경로부타 더 큰 유동 저항을 구비할 수 있다. 서로 다른 유동 저항을 가질 수 있는 연료 경로 (238, 240)의 동시적인 사용은 버너(7)로 공급되는 총 연료 질량 유량에서의 변형의 미리 정해진 범위에 대하여 이루어질 수 있는 이미 알려진 바와 같은 시스템과 비교하여 본때 압력 손실에서 현저하게 좁은 범위의 변형을 허용한다. 결과적으로, 최소한의 부하, 예를 들어, 가스터빈(2)이 아이들 작동할 때의 압력 손실과 비교되는 기본 부하에서의 압력 손실이 단일 경로 때에서 보다 더 낮으며, 여기서 단 하나의 혼합 가스류는 연소를 위하여 버너(7)로 공급된다.
혼합 가스의 희석비를 적용함으로써, 이는 제 2 연료 경로에 전달되는데, 공급장치(244)를 통하여,이는 제 1 연료 경로(238)을 안정화하는 것이 가능하고, 이는 혼합 가스를 위한 주 경로로서 사용될 수 있다.제 2 연료 경로(240)를 통한 혼합 가스(SG)의 제 2 부분류(SG2)의 낮은 희석의 경우에, 제 2 연료 경로(240)은 제 1 연료 경로(238)을 위한 파일롯 플레임으로써 사용할 수 있고, 이는 더 강하게 희석된다. 게다가, 목표화된 방법으로 희석비에 영향을 미침으로 인하여 단순하게 부분류(SG1, SG2)를 트리밍함으로써, 버너(7)의 구조에 있어서의 복잡한 변형에 있어서의 필요없이, 매우 효율적인 방법으로 플레임 진동에 영향을 주는 것이 가능하다. 본 발명에 따른 방법을 사용하여 작동되는 버너(7)의 두 유동에 대한 개념은특히 연소 작용을 적용하는 것을 가능하게 만든다는 유용함이 있다. 결과적으로,연소 진동 및 버너 온도의 관점에서, 연소 작용을 가장 능률적으로 활용하기 위한 가능한 옵션들은 관련된 작동 셋팅을 적용함으로써 매우 향상된다. 본 발명은 특별하게 버너(7)의 적어도 하나의 연료 경로가, 예를 들어, 제 2 연료 경로가, 이중의기능을 가지도록 사용될 수 있고, 특별하게는 혼합 가스 모드에서 혼합 경로로서 또는 추가 가스 연료를 위한 연료 경로로서, 예를 들어, 천연가스 모드에서는 연료 경로로서 이용될 수 있다는 사실에 의해서 구별된다. 이러한 경우에, 혼합 가스 및 자연 가스의 혼합이 연료 경로에 공급될 수 있고, 만일 추가적인 증기를 구비하는 것이 적합하다면, 혼합 작동의 신규한 타입을 생산하는 것도 가능하다.

Claims (11)

  1. 가스 터빈(2)의 버너(7)를 작동하기 위한 방법으로서, 화석연료(B)가 기화되고, 기화된 화석연료(B)가 연소를 목적으로 상기 가스 터빈(2)에 할당된 상기 버너(7)로 혼합 가스(SG)로서 공급되는 가스 터빈의 버너를 작동하기 위한 방법에 있어서,
    상기 혼합 가스(SG)는 제 1 부분류(SG1) 및 제 2 부분류(SG2)로 나누어지고, 상기 부분류들(SG1,SG2)이 연소를 위하여 개별적으로 상기 버너(7)에 공급되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 버너를 작동하기 위한 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 부분류(SG1) 및 제 2 부분류(SG2)가 각각 조절 가능한 방법으로 상기 버너(7)에 공급되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 버너를 작동하기 위한 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 부분류들(SG1,SG2)의 적어도 하나에 발열량의 변형을 위하여 천연 가스(EG) 또는 증기(D)가 혼합되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 버너를 작동하기 위한 방법.
  4. 제 1항, 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 부분류들(SG1,SG2)은 상기 가스 터빈(2)에 의해 생산되는 동력의 함수로서 설정되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 버너를 작동하기 위한 방법.
  5. 전술한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 터빈(2)의 최소 부하 또는 아이들 작동 동안에, 상기 부분류들(SG1,SG2) 중 하나는 0(zero) 상태인 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 버너를 작동하기 위한 방법.
  6. 발전소 설비(3), 특히 전술한 항들 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 발전소 설비로서, 적어도 하나의 버너(7)를 가진 연소 챔버(6)에 할당된 가스 터빈(2)을 구비하고, 상기 연소 챔버(6)의 상류에 연결되고 화석 연료(B)를 위한 기화 장치(32)와 상기 기화 장치(132)로부터 뻗어나와 상기 연소 챔버(6)로 개방되는 가스 라인(130)을 포함하는 연료 시스템(129)을 포함하여 형성되는 발전소 설비에 있어서,
    상기 연소 챔버(6)의 상류에 위치한 가스 라인(130)으로부터 추가 가스 라인(131)이 뻗어나오고, 상기 가스 라인(130)은 버너(7)의 제 1 연소 경로(238)에 연결되고, 상기 추가 가스 라인(131)은 제 2 연료 경로(240)에 연결되고, 상기 제 2 연료 경로는 상기 버너(7)의 제 1 연료 경로(238)로부터 흐르는 유동에 대하여 분리된 것을 특징으로 하는 발전소 설비.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 관련된 연료 경로(238, 240)에서 연료의 흐름이 각각의 경우에 조절될 수 있는 방법에 의해, 제어 피팅(208a, 208b)이 상기 가스라인(130)과 추가 가스 라인(131)에 각각 제공되는 것을 특징으로 하는 발전소 설비.
  8. 제 6항 또는 7항에 있어서, 상기 추가 가스 라인(131)이 상기 가스 라인(130)으로부터 뻗어나온 위치(242)의 상류에 가스 잠금 장치(200)가 배열되고, 상기 가스 잠금 장치(200)는 상기 가스 라인(130)에 연결된 것을 특징으로 하는 발전소 설비.
  9. 제 6항, 7항 또는 8항에 있어서, 상기 추가 가스 라인(131)으로 공급 장치(244)를 통하여 천연 가스(EG) 또는 증기(D)가 전달될 수 있는 것을 특징으로 하는 발전소 설비.
  10. 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기화 장치(32)내에서 생성된 혼합 가스(SG)가 상기 추가 가스 라인(131)으로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 발전소 설비.
  11. 제 6항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 및 증기 터빈 설비(1)의 구조가 연도 가스 측에서 가스 터빈(2)의 하류에 연결된 열 재생 증기 발생기(30)와 증기 터빈(20)의 물-증기 순환계안으로 연결된 가열면(24)을 구비하는 것을 특징으로 하는 발전소 설비.
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