KR20050025678A - 가스 터빈 내에서 냉각 공기를 냉각시키기 위한 시스템 및방법 - Google Patents

가스 터빈 내에서 냉각 공기를 냉각시키기 위한 시스템 및방법 Download PDF

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Abstract

냉각 시스템(18) 및 열 교환기 시스템(21)을 포함하는 가스 및 증기 터빈 플랜트(1)가 개시된다. 냉각 시스템은 압축 공기(V)로부터 공급되는 냉각 공기(K)를 냉각하고 각각의 작동 상태를 위해 적절하게 구성되고, 열 교환기 시스템(21)은 압축 공기 덕트로부터 분기되는 냉각 공기 덕트(17)의 제 1 측부에 장착된다. 상기 열 교환기 시스템(21)은 냉각 공기(K)로 운반되는 열을 가스 터빈의 연소 챔버(6)로 공급되는 연소 가스(23)의 유동으로 전달한다.

Description

가스 터빈 내에서 냉각 공기를 냉각시키기 위한 시스템 및 방법 {SYSTEM FOR COOLING COOLING AIR IN A GAS TURBINE, AND METHOD FOR COOLING COOLING AIR}
본 발명은 가스 터빈 내에서 압축 공기에서 분기되는 냉각 공기를 냉각시키기 위한 시스템에 관한 것이다. 또한 본 발명은 냉각 공기를 냉각시키기 위한 방법에 관한 것이다.
가스 및 증기 터빈 시스템에서, 가스 터빈으로부터의 팽창된 작동 매체(배기 가스)에 포함된 열은 증기 터빈을 위한 증기를 발생시키는데 사용된다. 이러한 열은 배기 가스측 상의 가스 터빈으로부터 하류에 연결되는 폐열 증기 발생기에 전달되는데, 이러한 폐열 증기 발생기 내에는 복수의 튜브 또는 튜브 군(groups)의 형태인 가열면이 배열되어 있다. 이후, 이들 가열면은 증기 터빈의 물/증기 회로에 연결되어 있다.
폐열 증기 발생기에서 발생되는 증기는 증기 터빈에 공급되는데, 여기서 증기가 팽창하여 일을 발생시킨다. 증기 터빈 내에서 팽창되는 증기는 정상적으로는 콘덴서에 공급되며 여기서 응축된다. 증기의 응축으로부터 생성되는 응축물은 다시 한번 공급수로서 폐열 증기 발생기에 공급되어, 밀폐형 물/증기 회로를 생성시킨다.
가스 터빈의 파워를 증가시키고, 이에 따라, 예컨대 효율성이 극대화되는 가스 및 터빈 시스템을 달성하기 위해서는, 배기 가스 또는 연소 가스가 가스 터빈에 유입될 때 예컨대 1000℃ 내지 1200℃의 특히 고온 상태인 것이 바람직하다. 그러나, 이처럼 높은 터빈 유입 온도는 특히 터빈 블레이드의 내열성과 관련하여 재료 문제를 야기한다.
터빈 블레이드가 항상 최대 허용 재료 온도 아래로 유지되도록 터빈 블레이드가 충분히 냉각되지 않는다면, 터빈 유유입 온도는 증가할 수 없다. 이러한 내용으로, 유동 요소가 가스 터빈과 관련되는 압축기로부터 유동될 때 압축된 공기로부터 분기되는 유동 요소에 대해 그리고 가스 터빈으로 냉각 매체로서 공급되는 이러한 유동 요소에 대해 EP-PS 0 379 880으로부터 공지되어 있다. 냉각 매체로서 이용되는 공기는 공기가 가스 터빈으로 유입되기 전에 냉각된다. 이러한 경우, 또한 케틀 보일러(kettle boiler)로서 지칭되며 압축 공기로부터 추출되는 열을 흡수하여 상기 시스템이 가스 및 증기 모드에 있을 때 예를 들면 물을 증발시키기 위해 이용되는 보조 증기 발생기는 정상적으로 이용된다. 이러한 프로세스 동안 생성되는 증기는 증기 회로로 공급된다.
그러나, 이러한 보조 증기 발생기는 시스템의 증기 회로가 작동 중이 아닐 때 이용가능하지 않다. 시스템이 순수 가스 터빈 모드로 이용될 때, 또한 핀 팬 냉각기로 지칭되는, 상대적으로 큰 공기 냉각기는 냉각 공기를 냉각시키기 위한 다른 실시예로서 이용된다.
순수 가스 터빈 모드로부터 가스 및 증기 터빈 모드로 스위칭함으로써 각각의 경우 냉각 공기를 위한 냉각 시스템들 사이의 스위칭이 요구된다. 순수 가스 터빈 모드로부터 가스 및 증기 모드로 변화될 때, 스위칭 프로세스에 의해 연속적으로 보장되는 냉각 프로세스는 부하 감소, 또는 시스템으로부터 부하의 단속 조차 회피하는 것이 가능하지 않을 수 있다는 것을 보장하지 못한다.
도 1은 가스 터빈용 냉각 공기를 냉각시키기 위한 냉각 시스템의 개략도이며,
도 2는 중간 회로를 갖는 냉각 시스템을 도시하고,
도 3은 중간 회로를 갖는 냉각 시스템의 다른 실시예를 도시하며,
도 4는 중간 회로를 갖는 냉각 시스템의 다른 실시예를 도시하고,
도 5는 2단 중간 회로를 갖는 냉각 시스템을 도시하며, 그리고
도 6은 2 개의 중간 회로와 자연 순환계를 갖는 냉각 시스템을 도시한다.
따라서, 본 발명은 냉각 공기로부터 열의 추출을 위해 적절하고 하드웨어가 복잡하지 않은 가스 및 증기 터빈의 작동 상태에 대해 가요적으로 설정할 수 있는 가스 및 증기 터빈 시스템을 특정하는 목적을 기초로 한다. 다른 목적은 상이한 시스템 작동 상태에 대해 적절히 냉각 공기를 냉각하기 위한 방법을 특정하는 것이다.
냉각 시스템에 대해, 이러한 목적은 제 1 측부에 연결되고 압축기 공기 라인으로부터 분기되는 냉각 공기 라인으로 연결되는 열 교환기 시스템이 가스 터빈의 연소 챔버로 공급되는 연소 가스 유동으로 냉각 공기를 운반되는 열을 전달하는, 본 발명에 따라 달성된다.
본 발명은 이러한 경우 냉각 공기의 확실한 냉각을 가스 및 증기 터빈 시스템의 작동 상태에 가요적으로 정합될 수 있는 냉각 시스템에서의 증기 터빈에서 물/증기 회로로 도입되는 각각의 임의의 열에 보장되어야 한다는 사상을 기초로 한다. 이러한 목적을 위해, 냉각 시스템은 냉각 공기로부터 추출되는 열을 전달하여야 하며 냉각 공기는 시스템의 모든 작동 상태에서 이용가능한 매체로 냉각된다. 이러한 목적을 위해 특히 적절하고 가열에 의해 실제 동력 발생 프로세스로 도입되도록 가열을 허용하며 또한 효율의 특별한 개선을 허용하는 하나의 매체가 연소 챔버로 공급되는 연소 가스 유동이다.
본 발명의 유용한 개선예는 종속항에 개시되어 있다.
냉각 공기를 확실히 냉각하기 위해 냉각 공기 유동으로부터 추출되는 열의 양은 연소 가스를 예열하기 위해 요구되는 것 보다 확실히 더 크며, 즉 가스 및 증기 터빈 시스템의 정상적인 치수에 종속된다. 따라서 연소 가스 유동으로 공급되는 열의 양은 가변적인 것이 유용하다. 이는 열의 적절한 양이 항상 연소 가스의 예열을 위해 항상 이용가능하고, 열의 남아 있는 양이 임의의 다른 방식으로 방산되는 것을 보장한다.
하나의 바람직한 개선예에서, 시스템의 작동 상태로 가요적으로 정합될 수 있는 냉각 공기로부터의 열 방산 성능은 냉각 공기로부터 유동 요소로 방산되는 열 유동을 분리함으로써 달성되며, 유동 요소들 중 하나는 연소 가스 유동으로 공급되고 유동 요소들 중 다른 요소는 예를 들면 증기 터빈으로 공급될 수 있는 증기를 발생시키기 위해 이용된다. 유동 요소로의 분리는 이 경우 연소 가스 유동으로 공급되는 유동 요소가 연소 가스의 예열을 위해 요구되는 열의 양을 정확하게 운반하는 반면, 추가의 유동 요소 또는 유동 요소들이 예를 들면 보조 증기의 발생을 위한 임의의 다른 방식으로 연소 가스를 이용하거나 연소 가스를 예열하기 위해 요구되지 않는 열을 방산하는 상태를 고려한다. 열 유동은 열 유동 측부 상에 평행하게 다수의 중간 회로를 연결함으로써 분리될 수 있다. 이는 각각의 중간 회로에서 열 방산 성능을 야기하여, 냉각 시스템이 특히 가요적으로 이용될 수 있다.
하드웨어가 특히 간단한, 추가의 다른 일 실시예에서, 열 교환기 시스템은 제 2 측부가 연소 가스 유동으로 직접 연결되는 열 교환기를 가질 수 있으며, 열 교환기는 냉각 공기 유동으로부터 연소 가스 유동으로 열을 전달한다.
개장 또는 업그레이드 조치의 경우에서의 예에 의해 바람직할 수 있는 바와 같이, 열 교환기 또는 보조 증기 발생기와 같은, 가스 및 증기 터빈 시스템의 부품이 이미 존재하는 경우, 이때 열은 하나 이상의 중간 회로를 경유하여 전달되는 것이 유리하며 하나 이상의 중간 회로를 경유하여 케틀 보일러로서 지칭되는 보조 증기 발생기의 제 2 측부가 열 교환기로 연결되고 열 교환기의 보조 측부는 연소 가스 유동으로 연결된다. 따라서 냉각 시스템의 구성은 이미 존재하는 시스템의 특징에 정합될 수 있어 기술적 복잡성이 완화된다.
필요한 경우, 추가의 보조 증기 발생기는 또한 중간 회로로 연결될 수 있고 시스템에서 요구되는 보조 증기를 발생하도록 방산되는 열을 이용한다.
하나의 다른 개선예에서, 추가의 열 교환기로 열 교환기 시스템의 열 측부 연결이 보조 증기 발생기를 경유하여 제공될 수 있으며 따라서 중간 회로는 2단(two-stage)이다. 이는 추가적인 열 추출 및 이용 옵션을 제공하여 냉각 시스템을 특히 가요적으로 한다. 이와 달리, 2단 중간 회로는 존재하는 특징 및 부품에 대한 냉각 시스템을 위한 더 많은 설계 및 적용 옵션 및 정합 옵션을 허용한다.
방법에 대해, 본 발명의 목적은 가스 터빈의 연소 챔버에 공급되는 연소 가스 유동으로 전달되는 냉각 공기 유동으로부터 추출되는 열에 의해 달성된다.
냉각 공기에 포함되는 열의 최적 이용을 보장하도록, 연소 가스 유동으로 공급되는 열의 양이 가스 터빈 시스템의 작동 상태에 유용하게 정합된다.
이를 위해, 압축기 공기로부터 분기되는 냉각 공기 유동은 다수의 유동 요소로 유용하게 분리되며, 이 유동 요소 중 하나는 연소 가스를 예열하기 위해 요구되는 열의 양으로 연소 가스 유동을 공급한다.
특히 간단한 개선 옵션에서, 연소 가스를 예열하기 위해 제공되는 열의 양은 열 교환기를 경유하여 유리하게 전달되고 열 교환기의 제 2 측부는 연소 가스 유동으로 직접 연결된다.
이와 달리, 1단(single-stage) 또는 2단 중간 회로가 제공될 수 있다. 이는 열 교환기 또는 보조 증기 발생기와 같은 특히 냉각 시스템에 이미 존재하는 부품이 이용될 때 유리하다. 이러한 상황에서, 중간 회로는 열 유동이 유동 요소로 더욱 가요적으로 분리되는 것을 허용하여, 이미 존재하는 부품이 더욱 가요적으로 연결되는 것을 허용한다.
냉각 공기로부터 방산되는 열의 최적 이용을 허용하도록, 보조 증기 발생기는 연소 가스 유동으로 공급되지 않는 유동 요소들 중 하나에 연결되는 것이 유리하다. 이러한 보조 증기 발생기는 시스템에서 요구되는 보조 증기의 발생을 위한 증발 열로서 초과 열량을 이용하여 시스템의 효율을 증가시킨다.
본 발명에 의해 달성된 장점은 특히 냉각 가스 유동으로부터 추출된 열의 적어도 일 부분이 연소 가스 유동으로 전달됨으로써 외부 예열 공급원을 절약함으로써 가스 터빈 모드에서의 가스 및 증기 터빈 시스템의 효율을 증가시킨다. 냉각될 때 확실히 방산될 수 있는 냉각 공기로부터 추출된 열의 상당 부분이 증기 터빈의 작동 상태에 관계없이 임의의 경우 연소 가스 유동을 경유하여 확실히 방산될 수 있으므로, 이는 미리 피할 수 없는 부하 감소 또는 부하 단속없이 순수 가스 터빈 모드로부터 가스 및 증기 모드로의 스위칭을 허용한다. 더욱이, 외부 가열 가스 예열기 및 또한 핀 팬 냉각기로서 지칭되는 상대적으로 큰 공기 냉각기와 같은, 많은 공간을 차지하는 다양한 부품이 필요없다.
본 발명의 전형적인 일 실시에는 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.
모든 도면에서 동일한 구성 요소에는 동일한 도면 부호가 제공된다.
도 1에 도시된 가스 터빈 시스템(1)은 보다 상세히 도시되지 않은 가스 및 증기 터빈 시스템의 일부분이다. 이러한 가스 터빈 시스템(1)은 압축기(4) 및 연소실(6) 다음에 연결되는 터빈을 구비한다. 또한, 추가의 복수의 연소실도 제공될 수 있다. 상기 연소실(6) 또는 각각의 연소실에는 압축기(4)로부터 라인(8)을 통해, 따라서 연소 공기 경로를 통해 연소 공기와 같은 압축 공기(V)가 공급된다. 출력측에서, 연소실(6)은 라인(10) 또는 추가의 연결부를 통해 터빈(2)에 연결된다. 이 경우, 터빈(2)에는 라인(10)을 통해 고열 배기 가스가 공급되는데, 이러한 고열 배기 가스는 연료의 연소에 의해 생성된 것이다. 터빈(2) 및 압축기(4)는 터빈 샤프트(12)를 통해 서로 연결되어 있다. 터빈(2), 압축기(4), 연소실(6), 라인(8, 10) 및 터빈 샤프트(12)는 또한 총체적으로 가스 터빈이라고도 한다. 압축기(4)는 또한 추가의 샤프트(14)를 통해 발생기(generator; 16)에 연결된다.
가스 터빈 시스템(1)은 가능한 한 높은 효율성을 갖도록 구성된다. 이 경우, 높은 효율성은 특히 터빈(2) 안으로의 배기 가스의 높은 유입 온도에 의해 달성된다. 그러나, 이와 같은 높은 터빈 유입 온도는 특히 터빈 블레이드의 내열성과 관련하여 재료적인 문제를 야기한다. 이들 문제를 방지하기 위해, 터빈 블레이드는 이들 터빈 블레이드가 허용가능한 재료 온도 아래의 온도에서 항상 유지되는 것을 보장하기에 충분히 냉각된다.
터빈에는, 터빈 샤프트(12)와 함께 회전하며, 마찬가지로 보다 상세히 도시되지 않은 회전자 블레이드와 고정적인 고정자 블레이드(보다 상세히 도시되지 않음)를 냉각시키기 위해 압축 공기(V)로부터 분기되는 유동 요소가 냉각 공기(K)로서 공급될 수 있다. 이를 위해, 냉각 공기 라인(17)의 입력단은 압축기(4)의 하류에서 라인(8)에 연결된다. 출력측에서, 냉각 공기 라인(17)은 터빈(2)에 연결되어, 냉각 공기(K)로서 생각되는 공기가 터빈(2)의 회전자 블레이드에 그리고 고정자 블레이드에 공급될 수 있다.
냉각 공기(K)로서 이용되는 압축 공기(V)를 냉각시키기 위해, 냉각 공기 라인(17)으로 연결되고 하나 이상의 열 교환기(22)를 가지는 열 교환기 시스템(21)을 포함하는 냉각 시스템(18)이 이용된다. 열 교환기(22)는 이 경우 보조 증기 발생기일 수 있으며, 보조 증기 발생기는 또한 케틀 보일러로서 지칭되며, 냉각 매체, 특히 물이 열교환기의 제 2 측부로 인가될 수 있다. 열 교환기(22)는 이 경우 특히 매체가 냉각되도록, 즉 고온 압축기 공기 또는 압축 공기(V)가 다수의 튜브를 통과하는 동안 냉각 매체(물)가 공급되어 대체로 증발되도록 설계될 수 있다.
냉각 시스템(18)은 동시에 높은 가요성과 함께 특히 높은 시스템 효율을 위해 설계되며, 냉각 시스템(18)은 냉각 공기(K)에서 운반되는 열을 연소 가스 유동(23)으로 전달하도록 설계되며, 이러한 열이 연소 가스를 예열하기 위해 이용될 수 있다. 이는 외부 연소 가스 예열기 및 냉각 공기(K)를 냉각하기 위한 부품에 대한 요구를 회피한다. 더욱이, 가스 및 증기 터빈 시스템의 모든 작동 상태에 적절한 이 냉각 시스템(18)은 소정의 부하 감소 또는 부하 단속에 대한 요구가 없으면서 순수한 가스 터빈 모드로부터 가스 및 스팀 모드로의 스위칭을 의미한다.
도 1에 도시된 전형적인 실시예에서, 열 교환기(22)의 제 1 측부는 냉각 공기 라인(17)으로 직접 연결되기 위한 것이고 열 교환기의 제 2 측부는 연소 가스 유동(23)을 운반하는 연소 가스 라인으로 직접 연결된다. 이러한 경우, 열은 오직 작은 수의 부품에 의해 냉각 공기(K)로부터 연소 가스 유동(23)으로 전달된다. 그러나, 종래의 시스템 설계로, 터빈의 확실한 작동을 위해 냉각 공기(K)로부터 추출될 수 있는 열의 양이 설계에 의해 연소 가스 유동(23)으로 전달될 수 있는 열의 양 보다 더 크다는 사실을 고려하는 것이 가능하다. 예를 들면, 약 7MW의 가열 파워(heating power)에 대응하는 열의 양을 냉각 공기(K)로부터 추출하는 것이 필요할 수 있으며, 반면, 대조적으로, 약 3MW의 가열 파워에 대응하는 열의 최대 양이 연소 가스 유동(23)으로 전달될 수 있다. 이러한 면을 고려하도록, 전형적인 실시예는 다른 매체로 전달되는 것에 부가하여 여전히 방산되는 나머지 열로, 연소 가스 유동(23)으로 냉각 공기(K)로부터 추출된 열의 부분 전달 만을 상상한다.
요구되는 바와 같이 냉각 공기(K)로부터 추출되는 열의 이러한 분배를 보장하도록, 도 1에 도시된 전형적인 실시예는 두 개의 유동 요소로 분기되도록 냉각되는 냉각 공기 유동을 위해 제공된다. 이를 위해, 추가의 열 교환기(24)는 열 교환기 시스템(21)에 있는 열 교환기(22)와 평행하게 연결된다. 따라서 제 1 유동 요소가 냉각 공기 라인 및 열 교환기(22)를 통과하고 제 2 유동 요소가 냉각 공기 라인(17)으로부터 분기되는 분기 라인(26)을 통과하고 추가의 열 교환기(24)를 통과하면서 냉각 공기 유동은 두 개의 유동 요소로 분기된다.
이 경우 또한 냉각 공기(K)로부터 추출되는 열이 시스템의 작동 상태에 일치하는 형태로 방산되고 열 교환기(22)에 열이 공급되는 것을 보장하기 위해, 게다가 냉각 공기 라인(17) 및 분기 라인(26)에서의 유동 요소는 더 이상 상세하게 도시되지 않는 피팅(fittings)에 의해 변화된다. 추가의 열 교환기(24)는 연소 가스를 예열하는 것이 요구되지 않고 또 다른 적절한 목적을 위해 예를 들면 증발 열로서 공급되는 열을 방산시킨다.
도 2는 냉각 시스템(128)을 위한 다른 실시예를 보여준다. 이러한 전형적인 실시예에서, 열 교환기 시스템(21)은 냉각 공기(K)로부터 연소 가스 유동(23)으로 간접적으로 열을 전달하도록 설계된다. 이 경우, 냉각 공기(V)로부터 분기되는 냉각 공기(K)가 냉각 공기 라인(17)을 통하고 제 1 열 교환기(22)를 경유하여 통과한다. 열 교환기(22)의 제 2 측부가 중간 회로(32)로 연결된다. 추가의 열 교환기(33)는 중간 회로(32)로 연결되어 열을 연소 가스 유동(23)으로 전달하여 연소 가스를 예열한다. 중간 회로(32)에서 추가의 열 교환기(33)로부터 하류부에 연결되는 개별 보틀(34)은 열 교환기(22)에 열을 전달하는 매체, 예를 들면, 물을 다시 공급한다. 더욱이, 물 또는 증기는 개별 보틀(34)로부터 합쳐질 수 있으며(tap in) 예를 들면 더 이상 상세히 설명되지 않는 보조 증기 발생기 또는 부하로 공급될 수 있다.
또한 본원의 전형적인 실시예에서 다수의 유동 요소로 열 유동 측부 상에서의 가능하게는 바람직한 분리를 허용하도록, 열 교환기(22)는 또한 다수의 부품을 갖도록 설계될 수 있으며, 예를 들면 보조 증기 발생기 또는 케틀 보일러의 형태의 세그먼트를 가질 수 있으며, 보조 증기 발생기 또는 케틀 보일러를 경유하여 또 다른 목적을 위해 열의 일 부분이 공급된다. 이는 도 2의 가열 코일(5)에 의해 나타난다.
도 2에 도시된 실시예는 냉각 공기(K)로부터 추출된 열이 중간 회로(32)를 경유하여 특히 가요적인 형태로 방산 및 분배되는 것을 허용한다. 더욱이, 중간 회로(32)는 주요 기능의 물리적 분리, 특히 한편으로는 냉각 공기(K)로부터 열 방산 및 다른 한편으로는 연소 공기 유동(23)으로의 열 전달을 허용한다. 이러한 분리는 열 교환기, 보조 증기 발생기 또는 냉각 회로와 같은 시스템에 이미 존재하는 부품의 이용을 허용하며 이 경우 모두 라인 루팅(line routing)을 적용하는 것이 필요하다. 따라서 이러한 개념은 이미 존재하는 시스템을 위해 특히 적절하다.
냉각 시스템(18)의 추가 변형예가 도 3에 도시되어 있다. 또한 이러한 변형예에서, 열 교환기 시스템(21)은 열 교환기(22)를 포함하고, 열 교환기의 제 1 측부는 냉각 공기 라인(17)으로 연결되고 열 교환기의 고온 측부는 중간 회로(32)를 경유하여 추가의 열 교환기(33)로 연결된다. 따라서, 또한 이러한 변형예에서, 열은 중간 회로(32) 및 다른 열 교환기(33)를 경유하여 연소 가스로 전달되고 열 교환기(33)의 제 2 측부는 연속 가스 유동(30)으로 연결된다. 도 2에 도시된 연결과 대비하면, 그러나 열 교환기(22)의 제 2 측부는 이 경우 중간 회로(32)로만 연결된다. 제 3 열 교환기(36)는 이 경우 요구된 바와 같이 열 유동을 분리하기 위해 제공되고 제 3 열 교환기의 제 1 측부는 열 교환기(22)로부터 하류부의 냉각 공기 라인(17)에 직렬로 연결되어 냉각 공기(K)에 여전히 남아 있는 열을 흡수할 수 있다. 제 3 열 교환기(36)의 제 2 측부는 남아있는 열을 흡수하기 위해 적절히 선택되는 부품으로 연결된다. 이러한 회로는 가스 및 증기 터빈 시스템에서 가능하게는 오직 제 3 열 교환기(36)의 일이 연소 가스 유동(23)에 이용될 수 없는 과잉 열을 방산하는 것이라는 특히 유용한 특징을 가진다. 일반적으로, 존재하는 부품을 변형하거나 대체할 필요가 없다.
도 4는 중간 회로(32)의 이용을 기초로 하는 다른 실시예를 보여준다. 이 경우, 냉각 공기(K)는 냉각 공기가 열 교환기(22)로 들어가기 전 조차 제 3 열 교환기(36)를 경유하여 냉각된다. 중간 회로(32)는 이 경우 추가의 열 교환기(33)로 열을 전달하기 위한 매체로서 물/증기를 이용하도록 설계된다. 이 경우, 열 교환기(22)는 이러한 목적을 위해 증기 발생기로서 설계된다. 이 경우, 열 교환기(22)로 전달되는 열의 양은 제 3 열 교환기(36)에 의해 요구되는 바와 같이 변화된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 일 실시예가 실행가능하며, 도 5에서 열이 냉각 공기(K)로부터 2 단 중간 회로 시스템(40)을 경유하여 연소 가스 유동(23)으로 전달된다. 이러한 중간 회로 시스템(40)에서, 제 1 측부가 냉각 공기 라인(17)으로 연결되는 열 교환기(22)는 열을 냉각 공기(K)로부터 제 1 중간 회로(42)에서 운반되는 매체로 전달한다. 추가의 열 교환기(42)의 제 1 측부는 증간 회로(42)로 연결되고, 제 2 중간 회로(46)에서 운반되는 매체로 열을 다시 한번 전달한다. 마지막으로, 열 교환기(48)의 제 1 측부는 제 2 중간 회로(46)로 연결되고 열을 연소 가스 유동으로 전달한다.
이러한 실시예는 냉각 공기(K)로부터 추출되는 열의 이용 및 방산이 특히 가요적으로 구성될 수 있도록 하는 장점을 갖는다. 특히, 요구되는 바와 같이 추가 열 부하의 연결 및 라인 루팅을 위한 다수의 옵션이 있어, 또한 다용도의 형태로 존재하는 시스템 부품을 이용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 연소 가스를 예열하기 위해 요구되지 않는 열의 일 부분이 보조 증기 발생기(50)에서 이용될 수 있으며, 보조 증기 발생기는 제 2 증간 회로(46)에 있는 열 교환기(48)로부터 하류부에 연결되어 시스템에서 요구되는 보조 증기를 발생한다. 요구되지 않는 열은 더 이상 상세하게 설명되지 않는 공기 냉각기를 경유하여 방산될 수 있다. 더욱이, 단일 단 중간 회로를 기초로하는 실시예 처럼, 이러한 실시예는 시스템에 이미 존재하는 부품의 이용 및 연결을 위한 다수의 옵션이 제공된다.
중간 회로(32)에서 운반되는 물/증기 혼합물은 이 경우 특히 높은 정도의 작동 가요성을 제공하도록 상이하고 적절한 선택 지점에서 가스 및 증기 터빈 시스템을 위해 물/증기 회로로 연결될 수 있다.
도 6에는 회전자 공기 냉각 및 가열 가스 예열에 의해 이미 존재하는 스테이션 부품으로 주로 통합되는 전형적인 일 실시예를 보여준다. 이 경우, 냉각 공기(K)는 냉각 공기 라인(17)을 경유하여 케틀 보일러의 형태로 있는 열 교환기(22)로 공급되고 열의 요구된 양이 증발에 의해 방산된다. 이 경우 제 2 측부에 발생되는 증기는 중간 회로 시스템(40)에서 열 교환기(44)(콘덴서의 형태인)로 공급되거나 보조 증기 라인(52)을 경유하여 발전소에 있는 또 다른 부하로 공급될 수 있다. 중간 회로 시스템(40)은 이 경우 특히 자연 순환 시스템으로서 설계될 수 있으며, 열 교환기(44)의 제 2 측부는 자체적으로 냉각 시스템(51)으로 연결된다. 가열 가스 예열을 위해 요구되는 양의 열을 운반하는 열 교환기(22)로부터 매체 유동의 일 부분은 라인(54) 및 열 교환기(33)를 경유하여 통과하며 열 교환기(33)의 제 2 측부는 연소 가스 유동(23)으로 연결되고 그리고나서 다시 열 교환기(22)로 역으로 연결된다.
추가의 존재하는 시스템에서의 매체 측부의 도입은 예를 들면 공급 워터 라인(37)에 의해 설명된다. 이와 같은 회로는 가열 가스 연소 또는 점화를 위한 가스 터빈 모드 또는 가스 및 증기 터빈 모드에서의 작동 방법 모두를 허용하며, 회전자 공기 냉각의 기능성은 모든 작동 상태, 제 2 연료(예를 들면 가열 오일)를 이용할 때 조차, 즉 가열 가스 예열을 위한 열 교환기의 작동 없이, 영향을 받지 않는 상태로 남아 있게 된다. 본 발명의 개념은 또한 가열 가스 예열의 부가에 의해 효율을 증가시키도록 가스 터빈 시스템의 개조 및 전환을 위해 특히 적절하다. 고온 측부 상에서 실행가능한 연결 옵션의 넓은 범위에 의해, 이는 또한 가스 터빈 시스템을 개장하기 위해, 가스 및 증기 터빈 시스템을 형성하기 위해 특히 유용하다.

Claims (15)

  1. 압축기 공기 라인으로부터 분기되는 냉각 공기 라인(17)의 제 1 측부에 연결되는 열 교환기 시스템(21)에 의해, 가스 터빈내의 압축기 공기(V)로부터 분기되는 냉각 공기(K)를 냉각시키기 위한 냉각 시스템(18)으로서,
    상기 열 교환기 시스템(21)은 상기 냉각 공기(K)내에 포함되는 열을, 상기 가스 터빈의 상기 연소 챔버(6)로 공급되는 연소 가스 유동(23)에 전달하는,
    냉각 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소 가스 유동(23)으로 공급되는 열의 양이 가변적인,
    냉각 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 열 교환기 시스템(21)이 상기 열 유동 측부에 평행하게 연결되는 다수의 회로 요소로 제 2 측부가 연결되는,
    냉각 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 교환기 시스템(21)은 상기 제 2 측부가 상기 연소 가스 유동(23)으로 직접 연결되는 열 교환기(22)를 포함하는,
    냉각 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열 교환기 시스템(21)은 추가의 열 교환기(24)로 중간 회로를 경유하여 상기 제 2 측부에 연결되며, 상기 추가의 열 교환기는 상기 연소 가스 유동(23)에서 상기 제 2 측부에 자체적으로 연결되는,
    냉각 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 중간 회로를 경유하여 보조 증기 발생기(38)가 가열될 수 있는,
    냉각 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 추가의 열 교환기(24)로의 상기 열 교환기 시스템(21)의 열 측부상의 연결이 보조 증기 발생기(50)를 경유하여 발생되는,
    냉각 시스템.
  8. 터빈(2)을 가지며 상기 압축기 공기 유동으로부터 상기 터빈으로 분기되는 유동 요소가 냉각 공기(K)로서 공급될 수 있으며, 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에서 청구되는 냉각 시스템(18)을 가지는,
    가스 터빈.
  9. 냉각 공기 유동으로부터 추출되는 열이 가스 터빈의 연소 챔버로 공급되는 연소 가스 유동(23)으로 전달되는,
    가스 터빈용 냉각 공기를 냉각하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 연소 가스 유동(32)으로 공급되는 열의 양은 상기 가스 터빈 시스템(1)의 작동 상태에 정합되는,
    가스 터빈용 냉각 공기를 냉각하기 위한 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 냉각 공기(K)로부터 추출되는 열 유동은 다수의 열 요소로 분리되는,
    가스 터빈용 냉각 공기를 냉각하기 위한 방법.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    열 교환기(22)를 경유하여 일정한 양의 열이 전달되며, 상기 열 교환기의 제 2 측부가 상기 연소 가스 유동(23)으로 직접 연결되는,
    가스 터빈용 냉각 공기를 냉각하기 위한 방법.
  13. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 공기 라인(17)으로부터 중간 회로(32)를 경유하여 상기 연소 가스 유동(23)으로 열이 전달되는,
    가스 터빈용 냉각 공기를 냉각하기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 중간 회로(32)로 연결되는 보조 증기 발생기(50)로 일정한 양의 열이 전달되는,
    가스 터빈용 냉각 공기를 냉각하기 위한 방법.
  15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 회로(42)에, 제 1 열 교환기(22)에 의해 상기 냉각 공기 유동으로부터 제 1 회로(46)에 연결되는 보조 증기 발생기로 일정한 양의 열이 전달되고, 최종적으로 추가 열 교환기(24)에 의해 상기 연소 가스 유동(23)으로 전달되는,
    가스 터빈용 냉각 공기를 냉각하기 위한 방법.
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