KR20050089844A - 가스 터빈의 배출구에서 오염 가스의 농도를 측정 및제어하는 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

가스 터빈의 배출구에서 오염 가스의 농도를 측정 및 제어하는 시스템은 터빈의 제어 패널(2)에 의해 검출된 터빈의 동작 상태에 관한 데이터 획득 유닛(3)을 포함한다. 이 획득 유닛과 관련해서 데이터를 처리하고, 처리된 데이터에 기초해서 감정하는데 사용할 수 있는 데이터를 만드는 로컬 처리 유닛을 포함한다.

Description

가스 터빈의 배출구에서 오염 가스의 농도를 측정 및 제어하는 방법 및 시스템{SYSTEM FOR ESTIMATION AND CONTROL OF THE CONCENTRATIONS OF POLLUTANT GASES AT THE DISCHARGE OF A GAS TURBINE}

본 발명은 가스 터빈 배출구에서 오염 가스의 농도를 측정하고, 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 상세하게는, 이러한 방출량 분석기를 연속해서 사용하지 않고 가스 터빈의 배출구에서 방출량을 모니터하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

알려진 바와 같이, 가스 터빈은 하나 이상의 스테이지를 가진, 압축기와 터빈으로 이루어진 기계로, 이들 구성 요소는 회전축에 의해 서로 접속되어 있고, 여기서 압축기와 터빈 사이에는 연소 챔버가 설치된다.

외부로부터 압축기로 공기가 공급되어서 압축기를 가압시킨다.

대응하는 파이프를 사용해서 압축 공기는 연소 챔버에 이르고, 여기서 가스의 온도 및 엔탈피(enthalpy)를 증가시키도록 설계된 압축 네트워크에 의해 공급받는 하나 이상의 주입기를 사용하되, 이 연소 챔버에는 연소를 일으키는데 필요한 연료가 도입된다.

대응하는 파이프를 통해서, 고온, 고압의 가스가 터빈의 다양한 스테이지에 이르고, 이는 가스의 엔탈피를 사용자가 사용가능한 기계적인 에너지로 변환한다.

기존의 유형의 모니터링 시스템은 직렬 연결된 분석기를 통해서 터빈 내에서 연소한 가스의 방출량을 제어한다.

본 출원인은 이러한 가스 방출량 분석기가 예컨대 샘플 실린더를 사용해서 수행되는 빈번한 교정 단계의 개입을 필요로 한다는 것을 알았다. 일반적으로, 기계의 가장 최근의 상태에 적합하게 이 모델을 유지하기 위해서, 매번 방출량을 실제로 측정해서 분석기의 결과의 적합성을 주기적으로 체크할 필요가 있다(장기 저하).

본 출원인은 터빈의 제어 패널을 분석하고, 패널에 의해 검출되는 값을 교정함으로써 가스 터빈 배출구에서 오염 가스의 농도를 측정해서 제어하는 시스템을 제작했으며, 터빈의 방출량을 추측할 수 있다(예컨대 산소, 산화 질소, 일산화탄소). 따라서, 제작된 시스템은 방출량 직렬 분석기가 필요없으며, 이는 기계의 동작 패널에 의해 생성될 수 있는 정형화된 값(convolutional values)을 분석함으로써 예측된다.

도 1은 본 발명에 따른 모니터링 시스템이 적용될 수 있는 가스 터빈의 개략도,

도 2는 가스 터빈의 배출구에서 오염 가스의 농도를 측정해서 제어하는, 본 발명에 따른 시스템의 블록도,

도 3a-c는 본 발명에 따른 시스템을 사용하는 터빈의 방출량 및 직렬 방출량 분석기에 의해 검출된 방출량을 나타내는 그래프.

본 발명의 일 측면은 가스 터빈의 배출구에서의 오염 가스의 농도 측정 및 제어 방법에 관한 것으로, 이 방법은

터빈의 동작 상태에 관한 데이터에 대응하는 복수의 신호를 수신하는 단계와,

이 데이터를 처리하는 단계와,

이 처리된 데이터에 기초해서 이 터빈으로부터 대기중으로의 방출량을 산정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 측면은 가스 터빈의 배출구에서 오염 가스의 농도를 측정해서 제어하는 시스템에 관한 것으로, 이 시스템은

터빈의 제어 패널에 의해 검출된 터빈의 동작 상태에 관한 데이터 획득 유닛과,

이 획득 유닛과 관련해서 데이터를 처리하고, 이 처리된 데이터에 기초해서 터빈에 의한 대기 중으로의 방출량을 산정하기 위해서 감정하는 데 사용할 수 있는 데이터를 만드는 로컬 처리 유닛을 포함한다.

본 발명에 따른 방법 및 시스템의 특성 및 장점은 첨부된 도면을 한정이 아닌 예로서 참조하면서, 이하 설명으로부터 더 자명할 것이다.

이 도면을 참조하면서, 2중 축을 가진 가스 터빈(1)은 제 1 축(12)에 의해 회전되는 압축기(11)를 포함하며, 필터(14)를 통해서 흡입된 공기를 압축해서 이를 연소 챔버(15)로 전달하되, 이 챔버에는 연료가 조절 밸브(16)를 사용해서 들어간다. 연소 가스는 제 1 축(12) 상에 끼워진 터빈(7)의 방향으로 팽창해서, 이러한 압축기의 회전운동을 제공한다. 후속해서, 연소 가스는 파워 터빈(18)에서 팽창해서, 배출구(10)를 통해서 대기 중으로 배출된다. 방출 온도를 측정하는 센서(15)가 도시되어 있다.

터빈의 동작은 예컨대 축의 회전 속도, 방출 온도 및 터빈이 동작하는 주위 온도 등과 같은, 터빈에서 측정된 값을 수신하는 제어 패널(2)에 의해 제어된다.

본 발명에 따라서, 측정된 값에 기초해서 모니터링하고, 산정하고, 예상 계산함으로써 배출구(10)에서 터빈의 방출량을 산정할 수 있다(예컨대 산소, 산화 질소, 일산화탄소).

가스 터빈의 배출구에서 오염 가스의 농도를 측정하고 제어하는 본 발명에 따른 시스템은, 데이터를 저장하는 데이터 베이스를 포함하며 제어 패널(2)로부터 데이터를 획득하는 장치(3)와, 이 획득 유닛과 관련해서 데이터를 처리하고, 예컨대 대응하는 디스플레이를 사용해서 감정하는 데 사용할 수 있는 데이터를 만드는 로컬 처리 유닛(4)을 포함한다.

또한, 이 시스템은 가스 터빈 부근에 위치할 필요없이 예컨대 LAN 선 또는 인터넷 접속과 같은 종래의 통신선을 사용해서 접속되어서, 처리된 데이터가 감정될 수 있는 원격 처리 장치(5)도 포함한다. 예컨대 이 원격 처리 장치는 공통 인터넷 감정 프로그램(인터넷 브라우저)을 사용해서 네트워크를 통해서 데이터를 감정할 수 있다.

이 획득 장치는 그 내부에 계산기를 포함해서 측정된 값에 대한 처리 동작을 수행하고, 이를 수행된 처리 동작을 모두 고려하는 히스토릭 데이터 베이스에 저장한다.

이 시스템은 다음과 같이 동작한다.

제어 패널에 의해 측정된 값은 예컨대 압축기로부터의 배출구의 온도, 파워 터빈으로부터의 배출구의 온도, 압축기로의 전달 압력, 주위 온도, 상대적인 주위 습도, 연소 가스의 분자량, 연소 가스의 압축률, 대량 연료 전달성, 연소 가능의 전달성, 터빈의 회전 속도 등이다.

측정된 데이터와 자체의 파라미터를 조화시킴으로써 측정의 조정을 수행하기 위해서 사용되는 일부 파라미터 및 상수에 더해서 제어 패널에 의해 측정된 터빈의 동작 상태에 관한 데이터가 이 계산기에 의해 처리될 수 있다.

이 계산기는 예컨대 평균 혹은 평균으로부터 2차 다이버전스(quadratic divergences)을 계산함으로써 터빈의 동작에 대한 히스토릭 데이터 베이스에 저장된 데이터를 통계적으로 계산할 수도 있다.

본 출원인은 위의 데이터를 분석하는 테스트를 수행했으며, 이는 배출량의 계산 값이 직렬 분석기를 통해서 측정된 값과 실질적으로 유사하다는 것을 나타내었다. 상세하게는 도 3a-c의 그래프는 산화 질소(도 3a), 산소(도 3b), 일산화탄소(도 3c) 각각의 방출량을 나타낸다.

Claims (10)

1. 가스 터빈의 배출구에서 오염 가스의 농도를 측정 및 제어하는 방법에 있어서,

   상기 터빈의 동작 상태에 관한 데이터에 대응하는 복수의 신호를 수신하는 단계와,

   상기 데이터를 처리하는 단계와,

   상기 처리된 데이터에 기초해서 상기 터빈으로부터 대기중으로의 방출량을 산정하는 단계

   를 포함하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 처리된 데이터를 저장해서 상기 터빈으로부터의 방출량의 히스토릭 파일을 생성하는 단계

   를 더 포함하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 데이터 처리 단계는 상기 데이터와 조정 파라미터를 조합하는 단계를 포함하는

   방법.
4. 가스 터빈의 배출구에서 오염 가스의 농도를 측정 및 제어하는 시스템에 있어서,

   상기 터빈의 제어 패널(2)에 의해 검출된 상기 터빈의 동작 상태에 관한 데이터 획득 유닛(3)과,

   상기 획득 유닛과 관련해서 상기 데이터를 처리하고, 상기 처리된 데이터에 기초해서 상기 터빈에 의한 대기 중으로의 방출량을 산정하기 위해서 감정하는 데 사용할 수 있는 데이터를 만드는 로컬 처리 유닛(14)

   을 포함하는 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 로컬 처리 유닛은 상기 처리된 데이터의 저장을 위한 데이터 베이스를 포함하는

   시스템.
6. 제 4 항에 있어서,

   원격 통신선을 통해서 상기 로컬 처리 장치에 접속된 원격 처리 장치(5)

   를 더 포함하는 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 원격 통신선은 인터넷 선인

   시스템.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 원격 장치는 인터넷 감정 프로그램을 통해서 상기 데이터를 감정하는

   시스템.
9. 제 4 항에 있어서,

   상기 로컬 처리 장치는 상기 데이터 처리를 수행하는 계산기를 포함하는

   시스템.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 계산기는 상기 터빈의 동작의 히스토릭 데이터베이스에 저장된 데이터의 통계적인 계산을 수행하는

    시스템.