KR20060093675A - 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트 및 이의동작 방법 - Google Patents

전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트 및 이의동작 방법 Download PDF

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Abstract

가스 터빈(1), 덕트형 연소기(31)를 가지고 또한 상기 가스 터빈으로부터 도입된 배기 가스의 가열에 의해서 급수(supply water)를 가열하여 스팀을 생성하는 배기 가스 보일러(9), 및 상기 배기 가스 보일러에 의해서 생성되는 상기 스팀을 작동유(operation fluid)로서 사용하여 동작되는 스팀 터빈(11)을 구비하는 복합 전력 발전 설비를 포함하며, 상기 복합 전력 발전 설비는 열원(heat source)으로서 상기 스팀 터빈의 배기 스팀(exhaust steam)을 사용하여 담수를 제조하는 담수화 설비(14)에 접속되어 있고, 상기 가스 터빈(1)의 동작 부하율(operation load ratio)과 상기 덕트형 연소기(31)의 연소는 조절되고 또한 생성된 전력량과 담수량의 값을 모두 소망의 값으로 설정하도록 동작이 수행되는 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 동작 방법으로서, 상기 가스 터빈(1)은 상기 스팀 터빈(11)의 상기 배기 스팀 중에서 상기 담수화 설비(14) 내에서 사용되지 않은 잔여 스팀(15)의 유량이 영(zero)에서 소정의 허용 가능한 값까지의 범위 내에 있는 동작 부하율로 동작된다.
가스 터빈, 덕트형 연소기, 스팀, 배기 가스 보일러, 스팀 터빈, 담수, 유량

Description

전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트 및 이의 동작 방법{ELECTRIC POWER-GENERATING AND DESALINATION COMBINED PLANT AND OPERATION METHOD OF THE SAME}
도 1은 본 발명에 따른 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트, 및 이 플랜트의 동작 방법의 제 1 실시예를 나타내는 구조도.
도 2는 도 1에 나타낸 제 1 실시예에서의 제어를 나타내는 블록도.
도 3은 제 1 실시예의 가스 터빈의 동작 부하율에 대해서 복합 발전 효율 및 잔여 스팀량 사이의 관계를 나타내는 특성 곡선도.
도 4는 제 1 실시예에 따라서 3 개의 가스 터빈이 설치된 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 구조도.
도 5는 제 1 실시예에서 열교환부 내에 덕트형 연소기가 배치된 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 구조도.
도 6은 제 1 실시예에서 배기 가스 보일러 내의 연소 배기 가스의 유동 경로 내에 다수의 덕트형 연소기가 배치된 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 구조도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따라서 다수의 가스 터빈이 동작되는 경우와 소수의 가스 터빈이 동작되는 경우에 가스 터빈의 동작 부하율에 대한 복합 발 전 효율과 잔여 스팀량 사이의 관계를 나타내는 특성 곡선도.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트, 및 이 플랜트의 동작 방법의 구조도.
도 9는 제 3 실시예에 따라 도 3에 나타낸 것에 추가하여 가스 터빈의 동작 부하율에 대한 덕트형 연소기의 배기구의 온도 사이의 관계를 나타내는 특성 곡선도.
도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 플랜트의 제어 시스템의 블록도.
도 11은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 제어 시스템의 블록도.
도 12는 본 발명에 따른 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트, 및 이 플랜트의 동작 방법의 제 6 실시예의 구조도.
도 13은 도 12에 나타낸 실시예에서 두 개의 덕트형 연소기를 구비한 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 구조도.
도 14는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트, 및 이 플랜트의 동작 방법의 구조도.
도 15는 본 발명의 제 8 실시예에 따른 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트, 및 이 플랜트의 동작 방법의 구조도.
도 16은 도 9에 나타낸 것에 추가하여 복합 발전 효율과 담수화 설비의 열원용으로 추출한 스팀 사이의 관계를 표시하는 점선으로 나타낸 곡선을 포함하는 특성 곡선도.
도 17은 본 발명의 제 9 실시예에 따른 플랜트의 제어 시스템을 나타낸 블록 도.
도 18은 종래 기술에 따른 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트, 및 이 플랜트의 동작 방법의 구조도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 가스 터빈
9 : 배기 가스 보일러
11 : 스팀 터빈
14 : 담수화 설비
15 : 잔여 스팀
31 : 덕트형 연소기
본 발명은 전력 발전 설비 및 상기 전력 설비로부터 배기된 스팀을 이용하는 담수화 설비가 조합된 플랜트, 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.
최근에 들어와서, 복합 전력 설비가 전력 발전 설비로부터 배기되는 스팀을 사용하여 용해된 용질(solute)을 포함하는 물에서 담수(freshwater)를 제조하기 위한 담수화 설비와 조합된, 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트가 급속히 증가하고 있다.
도 18은 담수화 설비에서 해수(seawater)를 담수화하는 경우의 전력 발전 설 비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 일례를 나타내고 있는 구조도이다.
도 18에서, 복합 전력 발전 설비는 가스 터빈(1)에 의해서 전력이 생성되는 플랜트이다. 또한, 상기 전력(electric power)은 열원(heat source)으로서 가스 터빈(1)의 연소 배기 가스(8)를 사용하여 배기 가스 보일러(9)에 의해서 생성되는 스팀(10)에 의해서 동작되는 스팀 터빈(11)에 의해서 생성된다.
가스 터빈(1)은 압축기(2), 연소기(3), 및 팽창기(4)로 이루어진다. 압축기(2)는 외부의 공기를 도입하고 압축하여 연소 공기(6)를 얻는다. 연소기(3)는 압축된 연소 공기(6)를 사용하여 연료 유량 제어 밸브(50)를 통해서 연소기 내로 흘러 들어오는 가스 터빈용 연료(7)를 연소시키며, 상기 연료는 팽창기(4)를 통과하여 고온의 연소 배기 가스(8)를 제조한다. 가스 터빈용 연료(7)로서, 예를 들면 천연 가스를 사용할 수 있다. 가스 터빈(1)은 연소 배기 가스(8)의 사용에 의해서 회전되며, 회전축에 접속된 전력 발전기(12)를 동작시켜서 전력을 생성한다.
또한, 상기 팽창기(4)로부터 배기된 연소 배기 가스(8)는 배기 가스 보일러(9)로 안내되고, 급수(32)는 상기 연소 배기 가스(8)로부터 재생된 열에 의해서 가열되어 스팀(10)을 생성한다. 이 때 상기 배기 가스 보일러(9) 내에 배치되어 있는 덕트형 연소기(31)는 필요한 경우에 연소를 보조한다. 예를 들면 덕트형 연소기(31)로 공급되는 천연 가스로 이루어진 덕트형 연소기의 연료(25)에 대해서, 상기 연료 가스의 유량은 유량 조절 밸브(51)에 의해서 조절되며, 따라서 연소 보조가 제어된다. 덕트형 연소기(31)에 의해서 생성된 연소 배기 가스(8)는 스팀(10)을 생성하는데 사용되면서 배기 가스 보일러(9)를 통과하여 냉각되며, 이 냉각된 가스는 배기 가스(43)와 함께 대기로 배기된다.
한편, 배기 가스 보일러(9) 내에서 급수(32)를 가열하여 생성된 스팀(10)은 스팀 터빈(11)으로 안내되어 상기 스팀 터빈(11)을 회전시키며, 스팀 터빈의 회전축에 접속된 전력 발전기(12)가 동작하여 전력을 생성한다.
스팀 터빈(11)으로부터 배기된 배기 스팀(exhaust steam)(13)은 담수화 설비측 열원(heat source) 스팀(71)으로서 유량 조절 밸브(52)를 통해서 담수화 설비(14)로 안내되며, 잔여 스팀(15)은 댐프 콘덴서(damp condenser)(16)로 안내된다. 담수화 설비(14)의 예에는 다단 플래시 시스템(multage flash system) 및 다단 유틸리티 시스템(multistage utility system)이 포함되며, 도 18에 나타낸 설비에서는 상기 다단 유틸리티 시스템이 채택되어 있다.
담수화 설비(14) 내에서는, 펌프(도시하지 않음)에 의해서 바다에서 퍼올려진 해수(33)는 터빈 배기 스팀(13)으로부터 재생된 열에 의해서 증발되고, 이후에 담수 스팀과 농축된 소금물로 분리된다. 담수 스팀은 담수(26)로 응축된다. 이 담수(26)는, 예를 들면 탱크(tank)(도시하지 않음)에 모아서 음용수 등으로 사용되며, 농축된 소금물은 바다로 폐기된다.
또한, 댐프 콘덴서(16)는 스팀 콘덴서(steam condenser)로서 펌프(도시하지 않음)에 의해서 바다로부터 퍼올려진 냉각용 해수(35)를 사용하는 것에 의해서 잔여 스팀(15)을 냉각하여 스팀을 응축시키며, 스팀 콘덴서(16)에서 잔여 스팀을 냉각하는데 사용되는 냉각용 해수(35)는 방출수(48)로서 바다로 배기된다.
또한, 담수화 설비(14)의 배기구에서 흘러 나오는 담수화 설비의 배기수(21) 는 댐프 콘덴서(16)의 배기구에서 흘러 나온 댐프 콘덴서 배기구의 물(22)과 혼합되며, 물은 펌프(53)에 의해서 급수 밸브(54)를 통해서 급수(supply water)(32)로서 배기 가스 보일러(9)로 운반된다.
또한, 이와 같은 방식으로 구성된 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트는 전력 수요 및 담수 수요를 만족하도록 동작된다. 이 경우에 가스 터빈의 연료(7)와 덕트형 연소기의 연료(25)의 전체 소비는 에너지 및 경제적인 효율의 효과적인 사용이라는 관점으로부터 가능한한 낮아지는 것이 바람직하다. 그러나, 전력 수요 또는 담수 수요가 계절에 따라서 요동치기 때문에, 연중 수요량의 요동이 큰 경우에 일정 지역에서는 한해의 대부분이 부분 부하 동작 주기에 들어가 있게 된다.
상술한 전력 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트(24)는 다음과 같은 두 가지의 문제점을 가지고 있다.
전력 수요 및 담수 수요에 대해서 최대의 값을 출력하도록 구성된 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트에서는, 계절에 따라서 요동치는 전력 수요 또는 담수 수요에 따라서 출력을 만족시키기 위해서 부분 부하 동작(partial load operation)의 경우에 다음과 같은 동작이 수행된다.
가스 터빈(1)의 동작 부하율 및 덕트형 연소기(31)의 연소를 조절하고, 생성된 전력 및 담수 모두를 소망의 값 또는 그 이상의 값을 갖도록 설정한다. 플랜트(24) 내에 다수의 가스 터빈(1)이 설치된 경우에, 동작 중인 가스 터빈의 개수, 가 스 터빈의 동작 부하율, 및 덕트형 연소기(31)의 연소가 조절된다.
이 경우에, 전체 덕트형 연소기의 배기구의 온도는 배기 가스 보일러(9) 및 덕트형 연소기(31)에서 사용되어지는 재료의 내열성에 따른 허용 온도 또는 그 이하로 설정될 필요가 있다. 복합 전력 발전 설비의 효율은 한 해의 전체 연료 소비, 즉 가스 터빈의 연료(7) 및 덕트형 연소기의 연료(25)의 전체 소비를 감소시키도록 적절하게 조절하여 개선되어진다.
또한, 전력 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 동작 중에 담수에 대한 단시간의 수요 증가가 종종 발생한다. 이 경우에는, 담수량을 증가시키는 한편으로 생성되는 전력량을 소망의 값에 유지시키기 위해서, 이와 같은 (담수량의) 증가는 가스 터빈(1)의 동작 부하율을 감소시키고 덕트형 연소기(31)에 의해서 보조되는 연소를 증가시키는 것에 의해서 실현될 수 있다.
이 경우에, 담수 수요가 많아지면 덕트형 연소기(31)의 배기구 온도는 더 높게 된다. 그러나, 이 배기구의 온도가 허용 온도보다 더 높게 될 가능성이 있기 때문에, 가스 터빈의 동작 부하율을 감소시키지 않고도 담수량을 증가시킬 필요가 있었다.
또한, 가스 터빈의 동작 부하율을 감소시키지 않고도 덕트형 연소기(31)에 의해서 보조되는 연소를 간단히 증가시키는 경우에, 스팀 터빈(11)에서 생성된 전력량이 증가하기 때문에 생성된 전력량의 값은 증가하게 된다. 따라서 생성된 전력량은 전혀 부족하지 않았으며, 덕트형 연소기의 연료(25)의 양이 증가하였기 때문에 복합 플랜트의 전체 연료 소비는 증가하였다. 따라서 가스 터빈의 동작 부하율 은 낮아지게 되었다. 그러나, 동작 중인 가스 터빈(1)의 개수는 단시간에 변경될 수 없다.
본 발명의 목적은 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트로서, 복합 플랜트의 발전 효율을 개선할 수 있고, 또한 계절에 따라서 요동치는 전력 수요 또는 담수 수요에 따라서 상기 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트가 부분 부하 동작을 수행하는 경우에 전체 연간 연소 소비를 감소시킬 수 있는 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트, 및 이 플랜트의 동작 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에서는, 후술하는 방법 및 수단에 의해서 동작되는 전력 설비 및 담수화 설비가 제공된다.
본 발명의 제 1 측면에 따르면, 가스 터빈의 동작 부하율은, 플랜트가 동작될 때, 스팀 터빈의 터빈 배기 스팀 중에서 담수화 설비 내에서 사용되지 않는 잔여 스팀의 단위 시간당 유량, 즉 잔여 스팀량이 영(zero)에서 소정의 허용값의 범위 내에 있도록 설정된다.
본 발명의 제 2 측면에 따르면, 다수의 가스 터빈이 설치된 경우에, 및 동작 중인 가스 터빈의 개수를 조절할 수 있는 경우에, 동작 중인 가스 터빈의 개수는 소망의 생성된 전력량을 실현할 수 있는 최소 개수로 설정되며, 적어도 하나의 가스 터빈의 동작 부하율은 스팀 터빈의 배기 스팀 중에서 담수화 설비에서 사용되지 않는 잔여 스팀의 단위 시간당 유량, 즉 잔여 스팀량이 영(zero)에서 소정의 허용 값의 범위 내에 있도록 설정된다.
본 발명의 제 3 측면에 따르면, 동작 중인 가스 터빈의 개수는, 플랜트가 다수의 가스 터빈을 포함하는 경우에, 소망의 생성된 전력량을 실현할 수 있으면서 배기 가스 보일러 내에 배치되어 있는 대응하는 덕트형 연소기의 배기구의 온도를 허용 온도 이하로 할 수 있는 최소 개수로 설정된다.
본 발명의 제 4 측면에 따르면, 복합 플랜트의 동작은 정격 동작으로부터 소정의 동작으로 전환되며, 상기 소정의 동작은 가스 터빈과 연관된 배기 가스 보일러로부터 추출된 스팀이 담수화 설비의 열원(heat source)으로서 사용되는 스팀 터빈의 터빈 배기 스팀과 혼합되며, 따라서 가스 터빈의 동작 부하율을 소망의 생성되는 전력량을 실현할 수 있는 동작 부하율로 설정하는 동작이다.
본 발명에 따르면, 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트가 상술한 방법 또는 수단 중의 하나에 의해서 동작되는 경우에, 부분 부하 동작 중의 전력 발전 효율을 최대화하면서 이와 동시에 담수화 설비에 적합한 열원 스팀(heat-source steam)의 소요량 및 생성되는 전력의 소요량을 충족시킬 수 있게 된다. 따라서 계절에 따라 요동치는 전력 또는 담수에 대한 수요에 따라서 부분 부하 동작을 수행하는 경우에, 복합 플랜트의 발전 효율을 개선할 수 있으며, 또한 전체 연간 연료 소비도 감소시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트(24), 및 이 플랜트의 동작 방법의 구조도이다. 도 1에서는 간단하게 하기 위해서 도 18에서와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 첨부하였으며, 서로 다른 점에 대해서 상세하게 설명하기로 한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 가스 터빈(1)에 접속되어 있는 전력 발전 설비(12)는 가스 터빈식 전력 발전기(1)용의 전력계(58)를 구비하고 있다. 스팀 터빈(11)으로부터 댐프 콘덴서(16)로 유동하는 터빈 배기 스팀(13)의 잔여 스팀(15)의 양을 측정하는 유량계(70)가 배치되어 있다.
또한, 스팀 터빈(11)에 접속된 전력 발전기(12)와 가스 터빈(1)에 접속된 전력 발전기(12)에 의해서 생성되는 전력으로부터 전력 발전 설비 및 담수화 설비를 조합한 플랜트 내에서 펌프(53)를 구비하는 장치의 동작에 의해서 소비되는 전력을 빼서 획득한 전력선단값을 측정하는 전력선단 전력계(73)가 배치되어 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 제어기(59) 내에는, 각각, 도 1의 측정기(58)를 구비하는 가스 터빈의 전력 발전기의 전력값 측정기에 의해서 측정되는 가스 터빈 전력 발전기의 전력값(74)과, 전력계(73)에 의해서 측정된 전력선단 전력값(60), 및 유량계(70)에 의해서 측정되는 잔여 스팀량(30)이 입력된다.
제어기(59)는 도 1의 밸브(50)를 구비하는 가스 터빈측 연료 유량 조절 밸브의 개방 정도(63)와 도 3에 나타낸 바와 같이 미리 획득된 가스 동작 부하율의 특성에 기초하여 도 1의 밸브(51)를 구비하는 덕트형 연소기측 연료 유량 조절 밸브의 개방 정도(64)를 제어한다.
도 2에는 복합 플랜트의 제어 시스템 내에 3 개의 가스 터빈이 배치되어 있다. 도 1의 실시예에서는 단 하나의 가스 터빈(1)만 배치되어 있다. 제어기(59)는 가스 터빈측 전력 발전 장치의 전력값(74)과, 가스 터빈측 연료의 유량 조절 밸브(50)의 개방 정도(63), 및 덕트형 연소기측 연료의 유량 조절 밸브(51)의 개방 정도(64)를 제어한다.
도 3은 복합형 전력 발전 설비의 전력량, 즉 가스 터빈(1)과 스팀 터빈(11)의 생성된 전력량의 전체값이 소정의 생성된 전력량과 일치하는 경우의 가스 터빈(1)의 동작 부하율에 대한 복합형 설비의 발전 효율(29)과 잔여 스팀량(30)의 특성 곡선을 나타내는 도면이며, 동작 중인 가스 터빈의 개수는 고정되어 있다(도 1의 실시예에서 터빈(1)은 하나임).
부분 부하 동작 중에는 가스 터빈(1)의 동작 부하율이 100 % 이하인 경우에도 소망의 생성된 전력량을 획득할 수 있다.
가스 터빈측의 동작 부하율이 높아질수록, 덕트형 연소기(31)의 연소 보조에 의해서 스팀 터빈(11)의 생성된 전력량을 전체값에 추가하여 획득되는 복합 전력 발전 설비의 전력량에 대해서 가스 터빈(1)의 배기 열의 사용에 의해서 가스 터빈(1)의 생성된 전력량과 스팀 터빈(11)에 의해서 생성되는 전력량의 전체값의 비율이 더 커지게 된다. 따라서 발전 효율(29)이 증가한다.
또한, 가스 터빈(1)의 생성된 전력량이 적은 경우에, 배기 가스 보일러(9)의 연소 보조가 증가되어, 스팀 터빈(11)의 생성된 전력량이 증가하게 된다. 따라서 생성된 스팀량이 증가하게 된다. 그 결과, 가스 터빈측의 동작 부하율이 높아지면, 터빈 배기 스팀(13)의 양이 더 적어지게 된다. 동작 부하율이 충분히 낮은 경우에는, 터빈측 배기 스팀량은 담수화 설비(14)의 필요한 스팀량보다 많아지게 된다. 따라서, 잔여 스팀량(30)이 증가하게 된다.
따라서 동작 부하율에 대한 잔여 스팀량(30)의 그래프는 우측으로 경사지게 된다.
반대로, 가스 터빈측의 동작 부하율이 높아지게 되는 경우에에는, 발전 효율(29)이 증가하게 되지만, 잔여 스팀량(30)은 감소하게 된다. 담수화 설비(14)에서 필요로 하는 스팀량은 특정한 동작 부하율에서는 확보되지 않을 수도 있다. 담수화 설비(14)에 대해서 스팀이 부족한 경우에는, 동작 자체가 성립하지 않게 된다. 따라서, 잔여 스팀량(30)이 영(zero)으로 되면, 발전 효율(29)은 최대로 된다.
가스 터빈(1) 또는 연소 배기 가스(8)의 생성된 전력 출력의 상태값(state value)은 온도, 습도, 및 대기압에 따라서 변화하지만, 도 3에 나타낸 특성은 정성적으로 변화하지 않는다. 단시간 동안에는 전력 수요에 대해 작은 요동도 있다. 상기 값은 전력에 대한 수요가 큰 경우를 고려하여 영(zero)보다 약간 크게 설정될 수도 있다. 이 값은 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 동작에 의해서 결정되는 소정의 허용값이다.
따라서, 잔여 스팀량(30)이 영(zero) 내지 소정의 허용값의 범위 내에 있는 가스 터빈측 동작 부하율에서 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트(24)가 동작되는 경우에는, 부분 부하 동작 중에 최대 발전 효율(29)의 동작이 실현될 수 있다.
다음에, 이와 같은 동작을 실현하기 위한 플랜트의 기능에 대해서 설명한다.
먼저, 담수화 설비측 열원용의 스팀 유량 조절 밸브(52)의 개방 정도는 제조 된 담수(freshwater)의 양을 조절하는 것에 의해서 별도로 제어된다. 즉, 제조된 담수의 양을 증가시키기 위해서는, 스팀 유량 조절 밸브(52)의 개방 정도가 증가되어야 한다. 양을 감소시키기 위해서는, 개방 정도는 더욱 감소된다.
이와 같은 제어가 수행되는 동안, 제어기(59)는 가스 터빈측의 연료 유량 제어 밸브(50)의 개방 정도(63)를 제어하여 잔여 스팀량(30)이 영(zero) 내지 소정의 허용값의 범위 내에 있는 가스 터빈측 동작 부하율을 획득하도록 제어되며, 가스 터빈측 연료(7)의 유량이 조절된다.
가스 터빈측 동작 부하율은 도 3에 나타낸 특성 곡선으로부터 이미 획득되어 있으며, 가스 터빈(2)의 가스 터빈측 연소를 조절하여 가스 터빈(1)에 대한 가스 터빈측 전력 발전 장치(12)의 전력값이 정격으로 생성된 전력값을 동작 부하율로 곱하여 얻어진 값으로 표시되도록 한다. 또한, 전력선단값으로서 소망의 생성된 전력량을 획득하기 위해서는 덕트형 연소기(31)의 연료측 유량 조절 밸브(51)의 개방 정도(64)를 제어하고, 덕트형 연소기(31)의 연료(25)의 유량을 조절하고, 또한 덕트형 연소기(31)의 연소 보조를 조절한다.
단시간에 걸쳐서 담수에 대한 수요가 약간 증가하는 경우에, 열원용의 스팀 유량 조절 밸브(52)의 개방 정도는 증가하게 되며, 또한 최대에서 소정의 허용값을 나타내는 잔여 스팀량(30)은 감소하게 된다. 따라서, 열원용의 스팀의 유량을 증가시킬 수 있게 된다. 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트 자체에서의 내부 요동(fluctuation)조차도 마찬가지로 용이하게 취급할 수 있다.
상술한 바와 같이, 담수화 설비의 열원용 스팀 유량 조절 밸브(52)의 개방 정도는 제조되는 담수의 양에 기초하여 제어된다. 또한, 담수화 설비의 열원용 스팀(71)의 유량, 온도, 및 압력의 값을 측정하여 열원용 스팀(71)의 엔탈피(enthalpy) 값을 계산할 수도 있다. 계산된 엔탈피가 담수에 대한 수요를 충족시키기 위한 물의 담수화에 필요한 엔탈피와 동일하게 되도록 측정된 값을 제어한다.
또한, 담수화 설비측 열원용 스팀(71)의 압력값은 크게 변화하지 않는다고 가정한다. 이와 같은 조건에서는, 유량값 및 온도값만에 의해서 담수화 설비측 열원용의 스팀(71)의 열량(quantity of heat)을 계산할 수 있다. 이 경우에, 열량은 담수화 설비측 열원용의 스팀 유량 조절 밸브(52)의 개방 정도를 제어하는 것에 의해서 담수에 대한 수요를 충족시키기 위해서 물을 담수화하는데 필요한 열량과 동일하다고 가정한다.
제 1 실시예에서, 가스 터빈(1)의 전력 발전기(12)로부터 생성된 전력값(74)을 전력계(58)로 측정하고, 감시하는 동안, 가스 터빈측 연료(7)의 유량이 조절된다. 그러나, 동작 부하율의 목표값에 대응하는 가스 터빈측 연료(7)의 유량을 계산할 수 있으며, 또한 가스 터빈측 연료의 유량 조절 밸브(50)의 개방 정도(63)는 가스 터빈(1)의 특성에 기초하여 제어될 수도 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 전력선단 전력값을 감시하는 동안, 소망의 생성된 전력량에 따라서 덕트형 연소기의 연료(25)의 유량이 조절된다. 또한, 소망의 생성된 전력량에 대응하는 덕트형 연소기의 연료(25)의 유량을 계산할 수 있고, 또한 덕트형 연소기의 연료 유량 조절 밸브(51)의 개방 정도(64)는 조합된 플랜트의 특성에 기초하여 제어할 수 있다.
또한, 가스 터빈(1)과 덕트형 연소기(31)의 연소는 가스 터빈측 연료(7)와 덕트형 연소기측의 연료(25)의 유량에 의해서 제어될 필요는 없다. 연소 공기(combustion air)(6)의 유량을 조절하는 것과 같은 다른 방법을 사용하여 연소할 수도 있다.
도 1은 단일 가스 터빈(1)과, 단일 스팀 터빈(11), 및 단일 담수화 설비(14)가 배치된 경우를 나타내고 있지만, 이들 구성 요소의 장치들의 개수는 임의로 사용할 수 있다.
예를 들면, 도 4에 나타낸 바와 같이 3 개의 가스 터빈(1)을 구비한 전력 발전 설비와 담수화 설비가 조합된 플랜트(24)에서도 상술한 동작과 유사한 동작을 수행할 수도 있다.
또한, 도 1 내지 도 4에서, 덕트형 연소기(31)는 배기 가스 보일러(9)의 열교환에 대해서 연소 배기 가스(8)의 유동 방향의 상류측 상에 배치되어 있지만, 상기 덕트형 연소기(31)는 도 5에 나타낸 바와 같이 열교환기 영역 내에 배치될 수도 있다. 또한, 도 1, 도 4 및 도 5에서, 배기 가스 보일러(9)의 각각의 연소 배기 가스(8)의 유동 방향에 단지 하나의 덕트형 연소기(31)가 배치되어 있지만, 복수의 덕트형 연소기(31)가 연소 배기 가스(8)의 유동 방향으로 직렬로 배열 설치될 수도 있다. 여기에서, 연소 가스 보일러(9)의 고압의 수퍼 히터(super heater)의 상류측 상에 및 증발기(evaporator)의 상류측 상에 두 개의 덕트형 연소기가 배치될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 연소 배기 가스(8)의 유동 경로 내에 복수의 덕트형 연소기(31)가 배열 설치되는 경우라 할지라도, 모든 연소기가 동작되어야 하는 것은 아니다. 예를 들면, 도 6에서 스팀 터빈(11)으로부터 배기되는 터빈측 배기 스팀(13)의 온도 제어를 용이하게 하도록 하류측 상의 단 하나의 덕트형 연소기(31)만 동작할 수도 있다.
제 1 실시예에서는, 상술한 바와 같이, 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트를 동작하기 위해서, 가스 터빈(1)의 동작 부하율을 스팀 터빈(11)의 터빈측 배기 스팀(13) 중에서 담수화 설비(14)에서 사용되지 않는 잔여 스팀(15)의 단위 시간당 유량의 값으로 설정, 즉 잔여 스팀량(30)은 영(zero)에서 소정의 허용값의 범위 내로 설정된다. 따라서, 부분 부하 동작 중의 발전 효율이 개선될 수 있으며, 또한 전체 연간 연료 소비를 감소시킬 수 있게 된다. 다수의 가스 터빈(1)이 배열 설치된 경우라고 하더라도, 동작 중인 가스 터빈의 개수는 조정 가능하며, 상술한 기능 및 효과와 유사한 기능 및 효과를 획득할 수 있다.
또한, 제 1 실시예에서, 도 2에 나타낸 제어기(59)에 의해서 제어가 실행되지만, 본 발명은 제어기(59)를 사용하지 않는 경우에서 조차도 동작 부하율이 적절하기만 하다면 적용 가능하다. 즉, 플랜트를 동작하기 위해서는, 예를 들면 계절이나 시간대와 같은 주기에 의거하여 동작 파라미터를 미리 결정할 수도 있으며, 또한 담수화 설비측 열원용의 스팀 유량 조절 밸브(52)의 개방 정도도 결정할 수 있다. 자동 제어 등에 의한 제어 대신에 조작자에 의한 제어도 수행할 수 있다.
도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 대해서 설명한다.
제 2 실시예에 따른 조합된 플랜트의 구성, 즉 도 4 내지 도 6에 나타낸 구 성은 제 1 실시예와 동일하기 때문에, 제 1 실시예에서 설명된 구성들과 유사한 제 2 실시예의 구성에 대한 설명은 여기서는 생략하기로 하며, 도 7에 나타낸 특성 다이아그램을 주로 하여 설명한다.
복합적으로 생성된 전력량이 소망의 생성된 전력량과 일치하는 경우에, 가스 터빈측에서 생성된 전력량의 비율이 복합 설비에서 생성된 전력량이 점유하는 비율보다 더 높아지면, 발전 효율이 더 높아지게 된다. 이는 가스 터빈측에서 생성된 전력량과 가스 터빈측의 배기열(exhaust heat)에 의해 스팀 터빈측에서 생성된 전력량의 전체값이 크기 때문이며, 또한 배기 가스 보일러(9)의 연소 지지 연료(25)는 적어지게 된다.
가스 터빈측의 연료(7)는 가스 터빈(1)의 전력 발전, 스팀 터빈(11)이 전력 발전, 및 담수화 설비(14)에서 사용된다. 덕트형 연소기(31)의 연료(25)는 스팀 터빈(11) 및 담수화 설비(14)에서만 사용될 수 있다. 따라서, 가스 터빈(1)에서 더 많은 연료가 소비되면, 발전 효율은 더 높아지게 된다.
가스 터빈에서 생성되는 전력량이 동일한 경우에, 동작 중인 가스 터빈의 개수가 적으면 가스 터빈의 동작 부하율이 더 높아지게 되지만, 복합 발전 설비의 효율은 높아지게 된다. 이는 가스 터빈(1)이, 동작 부하율이 높아지면 터빈 내부의 효율이 높아진다는 특성을 가지고 있기 때문이다. 가스 터빈(1)의 시스템적인 열효율 또한 높아지게 되므로, 가스 터빈측 연료(7)가 감소한다.
도 7은 각각 동작 중인 가스 터빈의 개수가 많은 경우와 적은 경우에 있어서, 가스 터빈의 동작 부하율과 발전 효율(28) 사이의 관계 및 도 3에서의 가스 터 빈의 동작 부하율과 잔여 스팀량(30) 사이의 관계를 나타내고 있는 특성 곡선도이다.
도 7에서는 각각 동작 중인 가스 터빈의 개수가 많고 적을 때의 발전 효율은 곡선 38과 39로 나타내고, 잔여 스팀량은 곡선 40과 41로 나타내었다. 잔여 스팀량(40, 41)이 영(zero)으로 될 때에 대응하는 가스 터빈측의 동작 부하율에서의 발전 효율(38, 39)을 비교해 보면, 가스 터빈의 개수가 적었을 때의 발전 효율(39)이 더 높다.
그러나, 동작 중인 가스 터빈의 개수를 과도하게 감소시키는 경우에는, 동작 부하율을 100 %로 설정한다고 하더라도, 전체 복합 발전 설비의 전력량 또는 담수량은 소망의 양보다 작아지게 된다. 가스 터빈의 필요 충분한 개수는 소망의 생성된 전력량을 실현할 수 있을 정도의 가스 터빈의 최소 개수이며, 가스 터빈의 개수는 경우에 따라서 다르다.
따라서, 동작 중인 가스 터빈(1)의 개수는 소망의 생성된 전력량을 실현할 수 있는 터빈의 최소 개수로 설정된다. 또한, 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트는 잔여 스팀량이 영(zero) 또는 영보다 약간 더 큰 값에서의 가스 터빈측 동작 부하율로 동작된다. 따라서, 부분 부하 동작 중에도 최대의 발전 효율로 동작을 실현할 수 있다.
따라서, 제 2 실시예에서는, 도 4 내지 도 6에 나타낸 세 개의 가스 터빈(1) 중에서, 소망의 생성된 전력량을 실현할 수 있는 가스 터빈의 최소 개수로 동작되어야 한다. 또한, 각 가스 터빈(1)의 동작 부하율은, 전력 발전 설비 및 담수화 설 비가 조합된 플랜트(24)를 동작할 때, 스팀 터빈(11)의 배기 스팀(13) 중에서 담수화 설비(14)에서 사용되지 않는 잔여 스팀(15)의 단위 시간당 유량의 값으로 설정, 즉 잔여 스팀량은 영(zero) 내지 소정의 허용값의 범위 내에 있게 된다. 이 경우에, 비동작 상태의 가스 터빈(1)의 연소 배기 가스(8)용 배기 가스 보일러(9)에 결합된 급수 밸브(54)는 폐쇄(close)되어야 한다.
도 4 내지 도 6은 3 개의 가스 터빈(1), 하나의 스팀 터빈(11), 및 하나의 담수화 설비(14)가 배치된 경우를 나타내고 있지만, 이들 구성 요소의 장치들의 개수는 임의로 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제 2 실시예의 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트(24)에서는, 소망의 생성된 전력량을 실현할 수 있는 최소 개수의 터빈으로 동작 중인 가스 터빈(1)의 개수가 설정된다. 또한, 본 실시예의 플랜트는 잔여 스팀량이 영(zero) 또는 영보다 약간 더 큰 값의 가스 터빈측 동작 부하율로 동작된다. 따라서, 부분 부하 동작 중의 발전 효율이 개선될 수 있으며, 또한 전체 연간 연료 소비를 감소시킬 수 있게 된다.
도 8을 참조하여 본 발명의 제 3 실시예에 대해서 설명한다.
도 8은 본 제 3 실시예에 따른 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 구성도이다. 도 4의 구성 요소와 동일한 구성 요소에는 동일한 도면 부호를 첨부하고, 이들에 대한 설명은 생략하며, 여기에서는 다른 점에 대해서 상세하게 설명하기로 한다.
제 3 실시예는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 덕트형 연소기(31)의 배기구 내에 온도 측정기(69)가 배치되어 있으며, 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트는 각각의 배기 가스 보일러(9)에서, 상기 온도 측정기(69)에 의해서 측정되는 덕트형 연소기(31)의 배기구 온도에 기초하여 동작된다. 이 경우에, 동작되는 가스 터빈(1)의 개수는 소망의 전력량이 생성될 수 있고, 또한 배기 가스 보일러(9) 내에 배치되어 있는 전체 덕트형 연소기(31)의 배기구 온도가 허용 온도를 넘지 않는 최소 개수의 터빈으로 설정된다.
각각의 덕트형 연소기(31)의 배기구 온도는 온도 측정기(69) 대신에 미리 획득한 특성값을 사용하여 설정될 수 있다.
도 9는 도 3에 나타낸 곡선에 추가하여 가스 터빈측 동작 부하율에 대한 덕트형 연소기(31)의 배기구 온도(27)를 나타내는 곡선을 포함하는 특성 곡선도이다.
도 9에서, 가스 터빈측 동작 부하율(28)이 증가하게 되면 스팀 터빈(11) 상의 부하는 감소한다. 따라서, 배기 가스 보일러(9)에서의 연소 보조용 연료량은 감소하고, 덕트형 연소기 배기구 온도(27)는 떨어진다.
또한, 배기 가스 보일러(9) 내에 배치되어 있는 덕트형 연소기(31)의 설치 위치는 연소 배기 가스(8)의 유동 경로 내로 제한되지 않으며, 덕트형 연소기는 도 6에 나타낸 바와 같이 두 개 또는 그 이상의 위치에 배치될 수도 있다. 도 9에서, 덕트형 연소기(31)의 배기구 온도(27)는 덕트형 연소기(31)가 연소 배기 가스(8)의 유동 경로 내의 위치에 배치되어 있는 경우와 대응한다. 그러나, 덕트형 연소기(31)를 연소 배기 가스(8)의 유동 경로 내의 두 위치에 설치되고, 이 두 위치에서 동작하는 경우에, 덕트형 연소기(31) 중의 하나의 배기구 온도(27)가 고정되면, 덕 트형 연소기(31)의 다른 배기구 온도(27)는 단 하나의 덕트형 연소기(31)가 설치되는 경우에서의 동작 중의 덕트형 연소기(31)의 배기구 온도(27)에서와 동일한 방식으로 우측으로 향해서 감소하는 곡선을 나타내고 있다.
또한, 덕트형 연소기(31)의 배기구 온도(27)가 허용 온도 이상의 값에 도달하게 되면, 복합 동작은 확립될 수 없다. 덕트형 연소기(31)의 배기구 온도(27)가 잔여 스팀량(30)이 영(zero)인 가스 터빈측 동작 부하율에서 허용 온도 이상이라면, 담수화 설비(14)용 스팀과 덕트형 연소기(31)의 배기구 온도(27) 모두를 동시에 만족시키는 가스 터빈측 동작 부하율은 없게 된다. 따라서, 이때의 동작 중인 가스 터빈 또는 더 적은 개수의 동작 중인 가스 터빈의 동작은 확립되지 않는다.
이 문제를 해결하기 위해서는, 플랜트가 동작 중일 때, 배기 가스 보일러(9) 내에 배치되어 있는 전체 덕트형 연소기(31)의 배기구 온도(27)가 허용 온도 이상이 되지 않는 최소 개수의 터빈으로 동작 중인 가스 터빈(1)의 개수를 설정한다.
전력 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트를 이와 같은 방식으로 동작하는 경우에, 부분 부하 동작 중의 발전 효율이 개선되면서 배기 가스 보일러(9) 및 덕트형 연소기(31)에서 사용되는 재료에 대한 제한을 지키면, 전체 연간 연료 소비도 감소될 수 있다.
도 10을 참조하여 본 발명의 제 4 실시예에 대해서 설명한다.
여기에서, 제 4 실시예는 도 4 내지 도 6에 나타낸 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트 중의 어느 하나에 따라서 설명하기로 한다.
제 4 실시예에서의 도 4 내지 도 6에 나타낸 전력 발전 및 담수화 복합 플랜 트에 있어서, 모든 가스 터빈(1)에 접속된 전력 발전기(12)는 가스 터빈 전력 발전기용 전력계(58)를 구비한다. 스팀 터빈(11)으로부터 댐프 컨덴서(16) 내로 흐르는 터빈 배기 스팀(13)의 잔여 스팀 양을 측정하는 유량계(70)가 배치되어 있다.
또한, 스팀 터빈(11)과 모든 가스 터빈(1)에 접속된 전력 발전기(12)에 접속된 전력 발전기(12)에 의해 발전된 전력에서 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트에서의 펌프(53) 등과 같은 장치에 의해 소모된 전력을 감산하여 얻어진 전력선단 전력 값을 측정하는 전력선단 전력계(도시 생략)가 배치되어 있다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 제어기(59) 내로, 가스 터빈 전력 발전기 전력계(58), 유량계(70), 전력선단 전력계에 의해 각각 측정되는 가스 터빈 전력 발정기 전력 값(74), 전력선단 전력 값(60), 잔여 스팀 양(30)이 입력된다.
이 제어기(59)는 가스 터빈(1)에 개시/정지 신호(66)를 발신하고, 제어기(59)에 설치된 작동기를 통하여, 도 3으로부터 사전에 얻어진 가스 터빈 부하율의 특성에 의거하여 가스 터빈 연료 유량 조절 밸브(50)의 개방 정도(63)와 덕트형 연소기 연료 유량 조절 밸브(51)의 개방 정도를 제어한다.
다음으로, 이 제어기(59)에 의한 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트의 동작을 설명한다.
담수화 설비 열원용 스팀 유량 조절 밸브(52)의 개방 정도는 제조될 담수량을 조정하기 위해 독립적으로 제어된다. 제조된 담수량을 증가시키기 위해, 개방 정도를 더 증가시킨다. 양을 줄이기 위해, 개방 정도를 더 감소시킨다.
이 제어를 실행하면서, 동작 가스 터빈(1)의 개수가 원하는 발전 전력량을 실현할 수 있는 터빈의 최소 개수로 설정되도록 제어기(59)는 개시/정지 신호(66)를 발신한다. 따라서, 최소 개수의 가스 터빈(1)만이 동작되고, 그 외의 가스 터빈은 정지되며, 동작하지 않는 가스 터빈(1)과 관련된 배기 가스 보일러(9)에 물 공급 밸브(54)만이 닫히게 된다.
또한, 제어기(59)는 잔여 스팀 양(30)이 영 내지 소정의 허용 값의 범위내에 있는 가스 터빈 동작 부하율을 얻기기 위해 모든 가스 터빈 연료 유량 조절 밸브(50)의 개방 정도(63)를 제어한다. 따라서, 모든 가스 터빈(1)의 연소가 조정된다.
가스 터빈 동작 부하율은 도 3에 나타낸 특성으로부터 사전에 얻어지고, 각각의 가스 터빈(1)에 대한 가스 터빈 전력 발전기의 전력 값이 각 가스 터빈(1)이 가스 터빈 연소는 정격 발전 전력 값에 동작 부하율을 곱하여 얻어진 값을 가리키도록 각 가스 터빈(1)의 가스 터빈 연소가 조정된다. 또한, 전력선단 전력값(60)으로서 원하는 발전 전력량을 얻기 위하여, 덕트형 연소기 연료 유량 조절 밸브(51)의 개방 정도(64)가 제어되고, 각 덕트형 연소기(31)의 연소 지지가 조정된다.
단시간 동안 담수에 대한 요구의 약간의 증가가 있다고 가정하면, 열원에 대한 스팀 유량 조절 밸브(52)의 개방 정도가 증가될 경우, 잔여 스팀 양의 소정의 허용 값이 감소하고, 열원에 대한 스팀(71)의 유량이 증가될 수 있다. 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트 자체의 내부적 변동도 마찬가지로 다루어질 수 있다.
담수화 설비 열원용 스팀 유량 조절 밸브(52)의 개방 정도는 상술한 바와 같이 제조된 담수량에 의거하여 제어될 필요는 없다. 그러므로, 담수화 설비 열원용 스팀(71)의 유량, 온도, 및 압력 값은 열원에 대한 스팀(71)의 엔탈피(enthalpy)를 계산하여 측정될 수 있다. 이 경우, 개방 정도는 계산된 엔탈피가 담수에 대한 요구를 만족하는 담수화 물의 필요한 양을 얻을 수 있는 엔탈피 값과 동일하도록 제어될 수 있다.
또한, 담수화 설비 열원용 스팀(71)의 압력 값은 크게 변하지 않는다고 가정될 수 있다. 이 경우, 담수화 설비 열원용 스팀(71)의 열량은 유량 값과 온도 값만으로부터 계산될 수 있다. 이 경우, 개방 정도는 열량이 담수에 대한 요구를 만족시키도록 담수를 제조를 요구하는 것과 동일하도록 제어될 수 있다.
또한, 담수화 설비 열원용 스팀(71)의 압력 값은 거의 변화가 없는 것으로 가정할 수 있다. 이 경우, 담수화 설비 열원용 스팀(71)의 열량은 유량 값과 온도 값만으로 계산된다. 이 경우, 개방 정도는 열량이 담수에 대한 요구를 만족하는 담수화 물을 필요로 하는 것과 동일하도록 제어될 수 있다.
또한, 담수화 설비 열원용 스팀 유량 조절 밸브(52)의 개방 정도는 플랜트가 동작되기 전에 계절 또는 시간대 등과 같은 주기에 따라 미리 정해질 수 있다.
상술한 바와 같이, 가스 터빈 연료(7)의 유량은 각 가스 터빈 전력 발전기(12)의 전력 값이 관찰되면서 조정된다. 그러나, 동작 부하율의 목표 값에 대응하는 가스 터빈 연료(7)의 유량은 계산될 수 있고, 각 가스 터빈 연료 유량 조절 밸류(50)의 개방 정도는 제어될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 덕트형 연소기 연료(25)의 유량은 전력선단(electric power-line-end) 전력 값을 관찰하면서 원하는 발전량에 맞추도록 조정 되지만, 원하는 발전량에 대응하는 덕트형 연소기 연료(25)의 유량은 덕트형 연소기 연료 유량 조절 밸브(51)의 개방 정도(64)를 제어하도록 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트의 특성에 의거하여 계산될 수 있다.
또한, 가스 터빈(1)의 연소와 덕트형 연소기(31)은 가스 터빈 연료(7)와 덕트형 연소기 연료(25)의 유량에 의거하여 제어될 필요는 없고, 연소기 공기(6)의 유량 조절 등과 같은 다른 방법이 이용될 수 있다.
도 4 내지 도 6은 3개의 가스 터빈(1), 하나의 스팀 터빈(11), 및 하나의 담수화 설비(14)가 배열된 경우를 나타내고 있으나, 임의의 수의 이들 구성 장치를 배열할 수 있다.
또한, 모든 덕트형 연소기(31)의 배기구 온도는 허용 온도로 또는 배기 가스 보일러(9)와 덕트형 연소기(31)에서 사용하는 재료의 내열성의 한계 이하로 설정될 필요가 있다. 이 경우, 다음의 제어가 실행된다.
먼저, 담수화 설비 열원용 스팀 유량 조절 밸브(52)의 개방 정도는 제조될 담수량을 조정하도록 개별적으로 제어된다. 제조된 담수량을 증가시키기 위해서, 담수화 설비 열원용 스팀 유량 조절 밸브(52)의 개방 정도를 더 증가시킨다. 이 양을 감소시키기 위해서, 개방 정도를 더 줄인다.
이 제어가 실행되는 동안, 제어기(59)는 동작 가스 터빈(1)이 필요한 발전량이 실현될 수 있고 배기 가스 보일러(9)에 배치된 모든 덕트형 연소기가 허용 온도 이상이 되지 않는 가스 터빈의 최소 개수로 설정되도록 가스 터빈(1)과 펌프(53)에 개시/정지 신호를 발신한다. 이때, 덕트형 연소기 배기구 온도는 도 9에 나타낸 특성으로부터 사전에 얻어진다.
또한, 제어기(59)는 잔여 스팀 양(30)이 소정의 허용 값에 맞춰진 범위에 있는 가스 터빈 동작 부하율을 얻기 위하여 모든 가스 터빈 연료 유량 조절 밸브(50)의 개방 정도를 제어하고, 모든 가스 터빈(1)의 연소량이 조정된다.
가스 터빈 동작 부하율은 도 3에 나타낸 특성으로부터 사전에 얻어지고, 각 가스 터빈(1)에 대한 전력 발전기(12)의 전력 값이 정격 발전 값에 동작 부하율을 곱함으로써 얻어진 값을 가리키도록 각 가스 터빈(1)의 가스 터빈 연소량이 조정된다. 또한, 필요한 발전량을 전력선단 전력 값으로써 얻기 위하여, 덕트형 연소기 연료 유량 조절 밸브(51)의 개방 정도를 제어하고, 각 덕트형 연소기(31)의 연소 지지를 조정한다.
단시간 동안 담수에 대한 요구의 약간의 증가가 있을 경우를 가정하면, 열원용 스팀 유량 조절 밸브(52)의 개방 정도는 증가되고, 소정의 허용 값을 지시하는 잔여 스팀 양(30)은 감소하고, 열원에 대한 스팀(71)의 유량은 증가될 수 있다. 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트 자체의 내부적 변동도 마찬가지로 다루어질 수 있다.
전력 발전 및 담수화 복합 플랜트가 이러한 방식으로 동작하는 경우에서, 일부 부하 동작 동안의 발전 효율이 배기 가스 보일러(9)와 덕트형 연소기(31)에 사용하는 재료의 한계를 유지하면서 향상될 때, 전체 연간 연료 소비를 줄일 수 있다. 본 실시예에 따르면, 오동작의 가능성을 제거하는 복합 플랜트의 동작에 대한 자동 제어를 실현할 수 있고, 신뢰성이 향상된다.
도 11을 참조하여 본 발명의 제 5 실시예를 설명한다.
여기서, 본 실시예의 구성은 도 4 내지 도 6에 나타낸 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트의 어느 하나에 따라 설명된 것들과 유사하다.
제 5 실시예에서의 도 4 내지 도 6의 어느 하나에 나타낸 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트에서, 모든 가스 터빈(1)에 접속된 전력 발전기(12)는 가스 터빈 전력 발전기용 전력계(58)를 구비한다. 스팀 터빈(11)으로부터 댐프 콘덴서(damp condenser)(16) 내로 흐르는 터빈 배기 스팀(13)의 잔여 스팀 양을 측정하는 유량계(70)가 배치되어 있다. 또한, 모든 덕트형 연소기(31)의 배기구는 온도 계기(69)를 구비한다.
또한, 스팀 터빈(11)에 접속된 전력 발전기(12)와 모든 가스 터빈(1)에 접속된 전력 발전기(12)에 의해 발전된 전력으로부터 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트에서의 펌프(53) 등과 같은 장치에 의한 소비 전력을 감산하여 얻어진 전력선단 전력 값을 측정하는 전력선단 전력계(도시 안됨)가 배치되어 있다. 도 11의 제어기(59) 내로, 가스 터빈 전력 발전기(12)의 모든 측정된 전력 값, 전력선단 전력 값, 잔여 스팀 양(30), 및 모든 덕트형 연소기(31)의 배기구 온도 값(68)의 입력이 있다.
이 제어기(59)는 가스 터빈(1)에 개시/정지 신호를 발신하고, 도 9로부터 사전에 얻어진 가스 터빈 동작 부하율의 특성에 의거한 가스 터빈 연료 유량 조절 밸브(50)의 개방 정도(63)와 덕트형 연소기 연료 유량 조절 밸브(51)의 개방 정도(64)를 제어한다.
다음으로, 이 제어기(59)에 의한 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트의 동작을 설명한다.
담수화 설비 열원용 스팀 유량 조절 밸브(52)의 개방 정도는 제조될 담수량을 조정하기 위하여 개별적으로 제어된다. 제조된 담수량을 증가시키기 위하여, 개방 정도를 더 증가시킨다. 이 양을 감소시키기 위하여, 개방 정도를 더 감소시킨다.
이 제어를 실행하는 동안, 동작 가스 터번(1)의 수가 원하는 발전 전력량이 실현될 수 있고 배기 가스 보일러(9)에 배치된 모든 덕트형 연소기(31)의 배기구 온도가 허용 온도 이상이 되지 않는 최소 개수의 터빈으로 설정하도록, 제어기(59)는 각각의 가스 터빈(1)에 개시/정지 신호를 발신한다. 이때, 각각의 덕트형 연소기(31)의 배기구 온도(68)는 도 9에 나타낸 특성으로부터 사전에 얻어진 값을 사용하여 제어된다. 그러나, 가스 터빈(1)의 특성이 경년 열화를 가지고, 온도, 습도 및 대기압이 변화할 경우, 덕트형 연소기(31)의 미리 조정된 배기구 온도 값과 실제로 측정된 배기구 온도 값의 차이는 커지게 된다.
그러므로, 덕트형 연소기(31)의 배기구 온도가 적어도 허용 온도인 경우에, 제어기(59)는 동작 가스 터빈(1)의 개수가 원하는 발전 전력량이 실현될 수 있고 모든 덕트형 연소기(31)의 실제로 측정된 배기구 온도가 허용 온도 이하인 최소 개수의 터빈으로 설정되도록 가스 터빈(1)에 개시/정지 신호를 발신한다.
따라서, 가스 터빈(1)의 최소 개수만이 동작하고, 나머지 가스 터빈은 정지되며, 동작하지 않는 가스 터빈(1)의 배기 가스 보일러(9)에는 물 공급 밸브(54)만 이 닫히게 된다.
또한, 제어기(59)는 잔여 스팀 양(30)이 소정의 허용 값에 맞춰진 범위에 있는 가스 터빈 동작 부하율을 얻기 위하여 모든 가스 터빈 연로 유량 조절 밸브(50)의 개방 정도를 제어한다. 따라서, 모든 가스 터빈(1)의 연소량은 조정된다.
가스 터빈 동작 부하율은 도 3에 나타낸 특성으로부터 사전에 얻어지고, 각각의 가스 터빈(1)에 대한 각각의 가스 터빈 전력 발전기(12)의 전력량이 정격 발전 전력량에 동작 부하율을 곱함으로써 얻어진 값을 가리키도록, 각각의 가스 터빈(1)의 가스 터빈 연소량은 조정된다.
따라서, 전력선단 전력 값으로서 원하는 발전 전력량을 얻기 위하여, 각각의 덕트형 연소기 연료 유량 조절 밸브(51)의 개방 정도는 각각의 덕트형 연소기(31)의 연소 지원을 조정하도록 제어된다. 이때, 덕트형 연소기(31)의 실제로 측정된 배기구 온도는 허용 온도보다 크지 않도록 관찰된다. 배기구 온도가 적어도 허용 온도가 될 경우, 가스 터빈(1)의 최소 개수의 결정으로부터 시작하는 루틴을 다시 실행한다.
단시간 동안 담수에 대한 요구의 약간의 증가가 발생할 경우, 열원에 대한 스팀 유량 조절 밸브(52)의 개방 정도는 증가되고, 소정의 허용 값을 가리키는 잔여 스팀 양(30)은 감소하며, 열원에 대한 스팀(71)의 유량이 증가될 수 있다. 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트 자체의 내부적 변동도 마찬가지로 다루어질 수 있다.
담수화 설비 열원에 대한 스팀 유량 조절 밸브(52)의 개방 정도는 상술한 바 와 같이 제조된 담수량에 의거하여 제어될 필요는 없고, 담수화 설비 열원에 대한 스팀(71)의 유량, 온도 및 압력은 열원에 대한 스팀(71)의 엔탈피를 계산하여 측정될 수 있다. 이 경우, 개방 정도는 계산된 엔탈피가 담수에 대한 요구를 만족하는 담수화 물에 대해 필요한 엔탈피 값과 동일하도록 제어될 수 있다.
또한, 담수화 설비 열원에 대한 스팀 유량 조절 밸브(52)의 개방 정도는 플랜트가 동작하기 전에 계절 또는 시간대 등과 같은 주기에 따라 미리 정해질 수 잇따.
상술한 바와 같이, 가스 터빈(7)의 유량은 각각의 가스 터빈 전력 발전기(12)의 전력량이 관찰되면서 조정된다. 그러나, 동작 부하율의 목표 값에 대응하는 가스 터빈 연료(7)의 유량은 가스 터빈(1)의 특성에 의거하여 계산될 수 있고, 각각의 가스 터빈 연료 유량 조절 밸브(50)의 개방 정도는 제어될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 덕트형 연소기 연료(25)의 유량은 전력선단 전력 값이 관찰되면서 원하는 발전 전력량에 맞춰지도록 조정되지만, 원하는 발전 전력량에 대응하는 덕트형 연소기 연료(25)의 유량은 각각의 덕트형 연소기 연료 유량 조절 밸브(51)의 개방 정도를 제어하기 위하여 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트의 특성에 의거하여 계산될 수 있다.
또한, 가스 터빈(1)과 덕트형 연소기(31)의 연소량은 가스 터빈 연료(7)와 덕트형 연소기 연료(25)의 유량에 의거하여 제어될 필요는 없고, 연소 대기(6)의 유량 조절 등과 같은 다른 방법이 이용될 수 있다.
도 4 내지 도 6은 3개의 가스 터빈(1), 하나의 스팀 터빈(11), 및 하나의 담 수화 설비(14)가 배열되어 있는 경우를 나타내지만, 이들 구성 장치를 임의의 개수로 배열할 수 있다.
전력 발전 및 담수화 복합 플랜트가 이러한 방식으로 동작되는 경우에, 일부 부하 동작 동안의 발전 효율이 배기 가스 보일러(9)와 덕트형 연소기(31)에 사용하는 재료의 한계를 유지하면서 향상될 때, 전체 연간 연료 소비를 줄일 수 있다. 상술한 바와 같이 복합된 플랜트의 자동 제어는 오동작의 가능성을 제거할 것이고, 신뢰성은 향상된다.
본 발명의 제 6 실시예를 도 12를 참조하여 설명한다.
도 12에서, 도 8의 동일한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고, 그 설명은 생략하며, 다른 사항들을 여기에 설명한다.
제 6 실시예에서, 예를 들어, 도 12에 나타낸 바와 같이, 다단계 플래시 시스템 또는 다단계 설비 시스템이 담수화 설비(14)에 사용된다. 배기 가스 보일러(9)로부터 추출된 스팀(18)의 전체 또는 일부는 담수화 설비(14)에서 배기기(19)에 추출된 배기 스팀(제 1 추출 스팀)으로서 안내된다.
담수화 설비(14)의 담수화 라인에서의 압력은 배기기(19)를 사용하여 감소된다. 압력의 감소는 해수(33)의 증발을 촉진한다. 배기기에서 추출되어 통과된 스팀(56)은 농축된 해수(17)와 함께 바다로 방출된다. 배기기용으로 추출되어 바다에 방출된 스팀(56)에 대응하는 물은 댐프 콘덴서(16)에 의해 재공급 물(44)로서 다시 공급된다.
또한, 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트는 잔여 스팀 양(30)이 영(zero)과 소정의 허용 값 사이에 있는 동작 부하율에서 동작된다. 이 경우, 배기 가스 보일러(9)에 의해 제조된 모든 스팀은 담수화 설비 열원용 스팀(71)을 형성하지 않는다. 그러나, 가스 터빈 동작 부하율이 변하더라도, 배기기용으로 추출된 스팀(56)의 유량은 크게 변하지 않는다. 그러므로, 도 3, 도 7 및 도 9에 나타낸 것과 같이 동일한 특성 곡선을 얻고, 상기 제 1 내지 제 5 실시예와 유사한 기능과 효과를 얻는다.
또한, 도 13에 나타낸 바와 같이, 2개의 덕트형 연소기(31)은 각각의 배기 가스 보일러(9)의 연소 배기 가스(8)의 유로(流路)에 배치될 수 있다.
도 12 및 도 13은 3개의 가스 터빈(1)이 배치된 파이프 구조를 나타내고, 3개의 가스 터빈으로부터의 모든 추출된 스팀(18)은 배기기용으로 추출된 스팀(56)으로서 담수화 설비(14)로 안내되지만, 하나 또는 두개의 가스 터빈(1)의 추출된 스팀(18) 전부 또는 일부는 추출기용으로 추출된 스팀(56)으로서 담수화 설비(14)로 안내될 수 있다.
본 발명의 제 7 실시예를 도 14를 참조하여 설명한다.
도 14에서, 도 12의 동일한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고, 그 설명은 생략하며, 다른 사항들은 여기에 설명한다.
새로운 복합 사이클 전력 발전 설비가 현존하는 담수화 설비(14)에 접속될 경우, 터빈 배기 스팀(13)의 압력이 담수화 설비(14)에서 요구된 스팀 압력보다 낮을 경우가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 실시예에서는, 도 14에 나타낸 바와 같 이, 각각의 배기 가스 보일러(9)로부터 추출된 스팀(18)의 전부 또는 일부가 열압축기용으로 추출된 스팀(제 2 추출 스팀)으로서 열압축기(23)의 본류 채널(mainstream channel)로 통과된다. 터빈 배기 스팀(13)의 일부는 목부(throat portion)로부터 열압축기 내로 흐른다. 스팀은 담수화 설비 열원에 대한 스팀(71)을 얻기 위해 결합되고, 열원 스팀(71)은 담수화 설비(14) 내로 흐르게 된다.
이 경우, 열압축기용으로 추출된 스팀(57)은 열압축기(23)에 의해 압력이 상승된 터빈 배기 스팀(13)의 일부와 결합되고, 담수화 설비 열원에 대한 최종 스팀(71)은 담수화 설비(14) 내로 흐른다. 따라서, 스팀은 담수화에 대한 열원으로 사용가능하다.
이 경우, 스팀 터빈(11)으로부터 방출되지 않은 배기 스팀(18)은 담수화 설비 열원용 스팀(71)의 일부를 형성한다. 그러나, 가스 터빈 동작 부하율이 변할 경우라도, 열압축기용으로 추출된 스팀(57)의 유량은 크게 변하지 않는다. 그러므로, 도 3, 도 7 및 도 9에 나타낸 것과 동일한 특성 곡선을 얻을 수 있기 때문에, 상술한 제 1 내지 제 7 실시예와 유사한 기능 및 효과를 얻는다.
도 14는 3개의 가스 터빈(1)이 배치된 파이프 구조를 나타내고, 3개의 가스 터빈으로부터 추출된 모든 스팀(18)은 열압축기(23)용으로 추출된 스팀(57)으로서 담수화 설비(14)로 안내되지만, 하나 또는 두개의 가스 터빈(1)의 추출된 스팀(18)의 전부 또는 일부는 열압축기용으로 추출된 스팀(57)으로서 담수화 설비(14)로 안내될 수 있다.
본 발명의 제 8 실시예를 도 15를 참조하여 설명한다.
도 15에서, 도 12와 동일한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고, 그 설명은 생략하며, 다른 사항들을 여기에 설명한다.
제 8 실시예에서, 배기 가스 보일러(9)로부터 추출된 스팀(18)의 전부 또는 일부는 추가 담수화 설비 열원용 추출 스팀(제 3 추출 스팀)으로서 통과되고, 스팀 터빈(11)의 터빈 배기 스팀(13)과 혼합되는 파이프라인이 배치된다. 이 파이프라인은 추가 담수화 설비 열원용 배기 스팀 유량 조절 밸브(42)가 구비되고, 추가 담수화 설비 열원용 배기 스팀(56)은 터빈 배기 스팀(13)과 결합되고, 스팀은 담수화 설비 열원용 스팀(71)으로서 담수화 설비(14) 내로 흐르게 된다. 즉, 담수화 설비(14)의 열원은 추가 담수화 설비 열원용 배기 스팀(56)에 의해 증가된다.
통상 실시예에서 상술한 바와 같이 제어가 실행되면서 동작되는 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트에 있어서, 원하는 발전 전력량이 변경되지 않고, 원하는 담수량이 단시간 동안만 증가하는 경우, 추가 담수화 설비 열원용 추출 스팀 유량 조절 밸브(42)는 개방되고, 담수화 설비 열원용 스팀(71)은 원하는 담수량을 실현하기에 충분하도록 설정된다. 가스 터빈 동작 부하율은 플랜트가 동작될 때, 원하는 발전 전력량을 실현할 수 있는 값으로 설정된다.
이 경우, 파이프라인에 배치된 추가 담수화 설비 열원용 추출 스팀 유량 조절 밸브(42)의 개방 정도가 조정될 때, 담수화 설비(14)에 대한 열원용 스팀(71)은 스팀이 부족한 경우에도 어떠한 초과량 또는 결핍량 없이 얻어질 수 있다. 이 때, 잔여 스팀 량(30)은 0(zero)이다.
여기서, 도 16은 도 9에 나타낸 곡선에 더하여 담수화 설비 열원 복합 사이 클 발전 효율(29)과 추출 스팀(18)을 가리키는 점선의 부분 곡선을 포함하는 특성 곡선을 나타낸다.
이러한 구조에서, 담수화 설비 열원용 추출 스팀(56)의 발전 효율과 유량은 각각 발전 효율(45)과 추출 스팀 양(46)이 된다.
또한, 가스 터빈 동작 부하율은 원하는 발전 전력량을 실현할 수 있는 값으로 설정된다. 그러므로, 원하는 발전 전력량이 변경되지 않고, 원하는 담수량이 단시간 동안만 증가하는 경우, 추가 담수화 설비 열원용 추출 스팀 유량 조절 밸브(42)는 개방된다. 담수화 설비 열원용 스팀(71)은 어떠한 초과량과 결핍량 없이 원하는 담수량을 실현할 수 있는 유량으로 설정된다. 또한, 플랜트가 동작할 때, 가스 터빈 동작 부하율은 원하는 발전 전력량을 실현할 수 있는 값으로 설정된다.
가스 터빈(1)을 동작시킬 수 있는 가스 터빈 동작 부하율의 범위는 담수화 설비 열원용 추출 스팀(34)에 의해 확대된다. 그러나, 스팀 터빈(11)에 대한 스팀 양이 감소하기 때문에, 스팀(18)이 전혀 추출되지 않을 때에서 발전 효율(29)은 최대 효율보다 낮게 된다. 확대된 동작 부하율은 범위(47) 내에 있다. 동작 부하율을 높일수록, 각각의 덕트형 연소기(31)의 배기구 온도(27)는 낮아지게 된다. 그러므로, 배기구 온도는 이 동작 스위치로 인해 허용 값과 같거나 초과하지 않는다.
도 15는 3개의 가스 터빈(1)이 배치된 파이프 구조를 나타내고, 3개의 가스 터빈 모두로부터 추출된 스팀(18)의 전부 또는 일부는 추가 담수화 설비 열원용 추출 스팀(34)으로서 담수화 설비(14)로 안내되지만, 하나 또는 두개의 가스 터빈(1)으로부터 추출된 스팀(18)은 담수화 설비(14)로 안내될 수 있다.
본 발명의 제 9 실시예를 도 16 및 도 17을 참조하여 설명한다.
여기서, 제 9 실시예는 도 15의 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트에 따라 설명한다.
제 9 실시예에서, 도 15에 나타낸 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트에서, 모든 가스 터빈(1)에 접속된 전력 발전기(12)는 가스 터빈 전력 발전기용 전력계(58)를 구비한다. 스팀 터빈(11)으로부터 댐프 콘덴서(16) 내로 흐르는 터빈 배기 스팀(13)의 잔여 스팀 양을 측정하는 유량계(70)가 배치되어 있다.
또한, 스팀 터빈(11)에 접속된 전력 발전기(12)와 모든 가스 터빈(1)에 접속된 전력 발전기(12)에 의해 발전된 전력에서 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트에서의 펌프(53) 등과 같은 장치의 동작에 의해 소모된 전력을 감산하여 얻어진 전력선단 전력 값을 측정하는 전력선단 전력계(도시 생략)가 배치된다.
도 17에 나타낸 바와 같이, 제어기(59) 내로, 가스 터빈 전력 발전기 전력계(58), 유량계(70), 및 전력선단 전력계에 의해 각각 측정된 가스 터빈 전력 발전기 전력 값(74), 전력선단 전력 값(60), 및 잔여 스팀 양(30)이 입력된다. 또한, 제조된 담수량 값(76)은 담수화 설비(14)로부터 제어기(59) 내로 입력된다.
이 제어기(59)는 가스 터빈(1)에 개시/정지 신호(66)를 발신하고, 도 3으로부터 사전에 얻어진 가스 터빈 동작 부하율의 특성에 의거하여 가스 터빈 연료 유량 조절 밸브(50)의 개방 정도(63)와 덕트형 연소기 연료 유량 조절 밸브(51)의 개방 정도(64)를 제어한다. 원하는 발전 전력량이 변경되지 않고, 원하는 담수량이 단시간 동안만 증가하는 경우에, 제어기(59)는 추가 담수화 설비 열원용 스팀 유량 조절 밸브(42)의 개방 정도(67(77))를 조정한다.
다음으로, 이 제어기(59)에 의한 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트의 동작을 설명한다.
전력 발전 및 담수화 복합 플랜트가 제 1 내지 제 3 실시예에서 상술한 바와 같이 제어를 실행하면서 통상적으로 동작되고 있는 경우에, 원하는 전력 발전량이 변경되지 않고, 원하는 담수량이 단시간 동안만 증가할 때, 다음의 동작이 수행된다.
추가 담수화 설비 열원용 배기 가스(43)의 개방 정도(67)를 조정하고, 담수화 설비 열원용 스팀 유량(71)을 제조된 담수량 값(76)이 원하는 담수량에 도달하도록 증가시키면서, 가스 터빈 동작 부하율이 원하는 발전 전력량을 실현할 수 있는 값으로 설정되도록 모든 가스 터빈 연료 유량 조절 밸브(50)의 개방 정도(63)를 제어한다. 모든 가스 터빈(1)의 연소량이 조정된다.
가스 터빈 동작 부하율은 도 3에 나타낸 특성으로부터 사전에 얻어지고, 각각의 가스 터빈(1)에 대한 가스 터빈 전력 발전기의 전력 값(74)이 정격 발전 전력 값에 동작 부하율을 곱하여 얻어진 값을 가리키도록 각각의 가스 터빈(1)의 가스 터빈 연소량이 조정된다. 또한, 전력선단 전력 값(60)으로서 원하는 발전 전력량을 얻기 위하여, 덕트형 연소기 연료 유량 조절 밸브(51)의 개방 정도(64)는 제어되고, 덕트형 연소기(31)의 연소 지지는 조정된다.
추가 담수화 설비 열원용 추출 스팀 유량 조절 밸브(42)의 개방 정도(67)는 상술한 바와 같이 제조된 담수량 값(76)에 의거하여 제어될 필요는 없다. 그러나, 담수화 설비 열원용 스팀(71)의 유량, 온도 및 압력 값은 담수화 설비 열원용 스팀(71)의 엔탈피를 계산하도록 측정될 수 있다. 이 경우, 계산된 엔탈피가 담수의 요구를 만족하도록 담수화 물에 필요한 엔탈피 값과 동일하도록 개방 정도는 제어될 수 있다.
또한, 담수화 설비 열원용 스팀(71)의 압력 값이 크게 변하지 않다고 가정할 수 있다. 이 경우, 담수화 설비 열원용 스팀(71)의 열량은 유량 값과 온도 값만으로 계산될 수 있다. 이 경우, 개방 정도는 열량이 담수의 요구를 만족하도록 요구된 담수화 물과 동일하도록 제어될 수 있다.
또한, 담수화 설비 열원용 스팀 유량 조절 밸브(52)의 개방 정도는 플랜트가 동작하기 전에 계절 또는 시간대 등과 같은 주기에 따라 미리 결정될 수 있다.
상기 실시예에서, 가스 터빈용 전력 발전기의 전력 값(74)과 가스 터빈 연료(7)의 유량은 조정된다. 그러나, 동작 부하율의 목표 값에 대응하는 가스 터빈 연료(7)의 유량은 가스 터빈(1)의 특성에 의거하여 계산될 수 있고, 가스 터빈 연료 유량 조절 밸브(50)의 개방 정도는 제어될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 전력선단 전력 값(60)이 관찰되면서, 덕트형 연소기(31)용 연료의 유량이 원하는 발전 전력량과 일치하여 조정되지만, 원하는 발전 전력량에 대응하는 덕트형 연소기 연료(25)의 유량은 계산될 수 있고, 덕트형 연소기 연료 유량 조절 밸브(51)의 개방 정도(64)는 제어될 수 있다.
또한, 가스 터빈(1)과 덕트형 연소기(31)의 연소량은 가스 터빈 연료(7)와 덕트형 연소기 연료(25)의 유량에 의해 제어될 필요는 없으며, 연소 공기(6)의 유 량의 조절 등과 같은 다른 방법이 사용될 수 있다.
도 15는 3개의 가스 터빈(1), 하나의 스팀 터빈(11), 및 하나의 담수화 설비(14)이 배치된 경우를 나타내지만, 임의의 개수의 이들 구성 장치가 배치될 수 있다.
다음으로, 도 14를 참조하여 본 발명의 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트의 제 10 실시예를 설명한다.
도 14에 나타낸 시스템의 구조는 상술하였기 때문에, 그 설명은 생략한다. 원하는 발전 전력량이 변경되지 않고, 원하는 담수량이 단시간 동안만 증가하는 경우에서의 동작 방법을 설명한다.
도 14에 나타낸 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트는 제 1 내지 제 3 실시예에서 상술한 바와 같이 제어가 실행되면서 통상적으로 동작된다. 이때, 원하는 발전 전력량이 변경되지 않고, 원하는 담수량이 단시간 동안만 증가하는 경우, 열압축기 추출 스팀 유량 조절 밸브(62)는 열압축기용 추출 스팀(57)의 유량을 증가시키기 위해 개방된다.
그런 다음, 열압축기(23)의 목부로부터 흡입된 스팀 터빈 배기 스팀(13)의 유량의 일부가 또한 증가된다. 열압축기(23) 내로 흡입된 스팀 터빈 배기 스팀(13)의 일부와 열압축기용 추출 스팀(57) 합인 담수화 설비 열원용 스팀(71)은 증가한다.
따라서, 담수화 설비 열원용 스팀(71)은 어떠한 초과량 또는 결핍량 없이 원하는 담수량을 실현할 수 있는 유량으로 설정되고, 플랜트가 동작할 때, 가스 터빈 동작 부하율은 원하는 발전 전력량을 실현할 수 있는 값으로 설정된다. 동작 부하율이 높아질수록, 덕트형 연소기 배기구 온도는 더 낮아진다. 그러므로, 배기구 온도는 이 동작 스위치로 인하여 허용 값과 같거나 초과하지 않는다.
도 14는 3개의 가스 터빈(1)이 배치된 파이프 구조를 나타내고, 3개의 가스 터빈으로부터 추출된 스팀(18)의 전부 또는 일부는 열압축기(23)용 추출된 스팀(57)으로서 담수화 설비(14)로 안내되지만, 하나 또는 두개의 가스 터빈(1)으로부터 추출된 스팀(18)은 담수화 설비(14)로 안내될 수 있다.
도 14는 3개의 가스 터빈(1), 하나의 스팀 터빈(11), 및 하나의 담수화 설비(14)가 배치된 경우를 나타내지만, 임의의 개수의 이들 구성요소 장치가 배치될 수 있다.
다음으로, 도 14, 도 16, 및 도 17을 참조하여 본 발명의 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트의 제 11 실시예를 설명한다.
도 14에 나타낸 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트에서, 모든 가스 터빈(1)에 접속된 전력 발전기(12)는 가스 터빈 전력 발전기 전력계(58)를 구비하고, 잔여 스팀 양((30)을 측정하는 유량계(70)가 배치된다. 스팀 터빈(11)에 접속된 전력 발기(12)를 포함하는 모든 전력 발전기(12)에 의해 발전된 전력에서 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트(24)에서의 펌프(53) 등과 같은 장치에 의해 소모된 전력을 감산하여 얻어진 전력선단 전력 값(60)을 측정하는 전력선단 전력계(도시 생락)가 배치된다.
도 17에 나타낸 바와 같이, 제어기(59) 내로, 측정된 모든 가스 터빈 전력 발전기 전력 값(74), 전력선단 전력 값(60), 및 잔여 스팀 양(30)이 입력된다. 또한, 제조된 담수량 값(76)이 담수화 설비(14)로부터 제어기(59) 내로 입력된다.
도 14에 나타내 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트는 제 1 내지 제 3 실시예에서 상술한 바와 같이 제어를 실행하면서 통상적으로 동작된다. 이때, 원하는 발전 전력량이 변경되지 않고, 원하는 담수량이 단시간 동안만 증가하는 경우에, 다음의 동작이 동작된다. 도 17에서, 추가 담수화 설비 열원용 스팀 유량 조절 밸브(43)의 개방 정도(67)는 열압축기 스팀 유량 조절 밸브(62)의 개방 정도(77)로서 설명되어 있음을 유의한다.
열압축기 스팀 유량 조절 밸브(62)의 개방 정도(77)는 제조된 담수량 값(76)을 원하는 담수량으로 설정하도록 조정된다. 이 개방 정도(77)가 증가될 때, 열압축기용으로 추출된 스팀(57)이 증가하고, 열압축기(23)의 목부로부터 흡입된 스팀 터빈 배기 스팀(13)의 일부 유량도 증가한다. 그러므로, 담수화 설비 열원용 스팀(71)이 증가한다.
담수화 설비 열원용 스팀(71)의 유량을 증가시키면서, 모든 가스 터빈 연료 유량 조절 밸브(50)의 개방 정도(63)는 가스 터빈 동작 부하율을 원하는 발전 전력량을 실현할 수 있는 값으로 설정하도록 제어되고, 모든 가스 터빈(1)의 연소량은 조정된다. 가스 터빈 동작 부하율은 도 3에 나타낸 특성으로부터 사전에 얻어진다. 가스 터빈(1)의 가스 터빈 연소량은 각각의 가스 터빈(1)에 대한 가스 터빈 전력 발전기 전력 값(76)을 정격 발전 전력 값에 동작 부하율을 곱하여 얻어진 값으로 설정하도록 조정된다. 또한, 덕트형 연소기 연료 유량 조절 밸브(51)의 개방 정도(64)는 전력선단 전력 값(60)을 원하는 발전 전력량으로 설정하도록 제어되고, 덕트형 연소기(31)에 의한 연소 지지는 조정된다.
열압축기 스팀 유량 조절 밸브(62)의 개방 정도(77)는 상술한 바와 같이 제조된 담수량에 의거하여 제어될 필요는 없고, 담수화 설비용 스팀(71)의 유량, 온도, 및 압력 값이 측정될 수 있다. 열원용 스팀(71)의 엔탈피는 계산될 수 있고, 개방 정도는 이 엔탈피 값이 담수의 요구를 만족하도록 담수화 물에 요구된 값과 동일하게 되도록 제어될 수 있다.
또한, 담수화 설비 열원용 스팀(71)의 압력 값은 크게 변하지 않는다고 가정할 수 있다. 담수화 설비 열원용 스팀(71)의 열량은 유량 값과 온도 값만으로 계산된다. 이 경우, 담수화 설비 열원용 스팀 유량 조절 밸브(52)의 개방 정도가 제어될 때, 열량은 담수화 물이 담수의 요구를 만족하도록 필요한 양과 동일하다고 가정될 수 있다.
또한, 담수화 설비 열원용 스팀 유량 조절 밸브(52)의 개방 정도는 플랜트가 동작하기 전에 계절 또는 시간대 등과 같은 주기에 따라 미리 결정될 수 있다.
상술한 바와 같이, 가스 터빈 연료(7)의 유량은 각각의 가스 터빈 전력 발전기(12)의 전력 값이 관찰되면서 조정된다. 그러나, 동작 부하율의 목표 값에 대응하는 가스 터빈 연료(7)의 유량은 가스 터빈(1)의 특성에 의거하여 계산될 수 있고, 각각의 가스 터빈 연료 유량 조절 밸브(50)의 개방 정도는 제어될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 각각의 덕트형 연소기(31)의 연료의 유량은 전력선단 전력 값(60)이 관찰되면서 원하는 발전 전력량과 일치시키도록 조정되지만, 원 하는 발전 전력량에 대응하는 덕트형 연소기 연료(25)의 유량은 덕트형 연소기 연료 유량 조절 밸브(51)의 개방 정도(64)를 제어하기 위하여 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트의 특성에 의거하여 계산될 수 있다.
또한, 가스 터빈(1)과 덕트형 연소기(31)의 연소량은 가스 터빈(7)과 덕트형 연소기 연소(25)의 유량에 의거하여 제어될 필요는 없고, 연소 공기(6)의 유량 조절 등과 같은 다른 방법이 이용될 수 있다.
도 14는 3개의 가스 터빈(1)이 배치된 파이프 구조를 나타내고, 추출된 스팀(18)의 전부 또는 일부는 열압축기용 추출 스팀(57)으로서 담수화 설비(14)로 안내되지만, 하나 또는 두개의 가스 터빈(1)으로부터 추출된 스팀(18)은 담수화 설비(14)로 안내될 수 있다.
도 14는 3개의 가스 터빈(1), 하나의 스팀 터빈(11), 및 하나의 담수화 설비(14)이 배열된 경우를 나타내지만, 임의의 개수의 이들 구성요소 장치가 배열될 수 있다.
제 1 내지 제 11 실시예에서, 담수가 담수화 설비(14) 내의 해수로부터 제조되는 경우를 상술하였다. 그러나, 예를 들어, 화학 플랜트로부터 방출된 물(폐수(廢水))이 해수 대신에 담수화 설비(14) 내로 들여보낼 수 있고, 농축 폐수와 정수(淨水)는 유사한 방법에 의해 방출된 물(폐수)로부터 얻어질 수 있다.
이 경우, 담수화 설비(14)는 방출된 물의 정화 장치로서 사용되고, 예를 들어, 강물이 냉각 해수 대신에 냉각수로 사용될 수 있다.
이 경우, 방출된 물(폐수)은 정화된다. 그러므로, 방출된 물의 처리가 가능 하고, 제조된 정수는 효과적으로 활용될 수 있다.
당업자에게는 이외의 이점 및 변형들이 용이하게 생각날 것이다. 그러므로, 광범위한 형태에서의 본 발명은 여기에 도시되고 기재된 세부적인 항목과 대표적인 실시예로 한정되지 않는다. 따라서, 첨부된 청구항 및 그 균등물에 의해 정의된 본 발명의 개념의 취지나 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
이상 본 발명에 따르면, 복합 플랜트의 발전 효율을 개선할 수 있으면서 계절에 따른 전력 수요 또는 담수 수요의 요동이 있더라도 전체의 연간 연료 소비를 감소시킬 수 있는 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트, 및 이 플랜트의 동작 방법이 제공된다.

Claims (15)

  1. 가스 터빈, 덕트형 연소기를 갖고 상기 가스 터빈으로부터 도입된 배기 가스의 열에 의해 급수를 가열하여 스팀을 생성하는 배기 가스 보일러, 상기 배기 가스 보일러에 의해 생성된 상기 스팀을 작동유(operation fluid)로서 사용하여 동작되는 스팀 터빈을 포함하고 상기 스팀 터빈의 배기 스팀을 열원(heat source)으로 사용하여 담수(freshwater)를 제조하는 담수화 설비에 접속되고, 상기 가스 터빈의 동작 부하율과 상기 덕트형 연소기의 연소량이 조정되고 발전된 전력량과 담수량 모두를 원하는 값으로 설정하도록 동작이 수행되는 복합 사이클 전력 발전 설비를 갖는 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 동작 방법에 있어서,
    상기 스팀 터빈의 배기 스팀 중에서 상기 담수화 설비에 사용되지 않는 잔여 스팀 양이 영(zero) 내지 소정의 허용 값 사이인 동작 부하율에서 상기 가스 터빈을 동작시키는 단계를 포함하는 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 동작 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 잔여 스팀 양을 얻기 위하여 상기 담수화 설비에 사용되지 않는 상기 스팀의 유량을 측정하는 단계와,
    상기 잔여 스팀 양이 영 내지 상기 소정의 허용 값 내에 있는 상기 가스 터빈의 동작 부하율을 얻기 위하여, 상기 가스 터빈의 연소량과, 상기 덕트형 연소기 의 연소량과, 상기 담수화 설비의 상기 열원으로서 사용하기 위한 상기 스팀의 상기 유량을 각각 제어하는 단계를 더 포함하는 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 동작 방법.
  3. 복수의 가스 터빈, 덕트형 연소기를 갖고 상기 가스 터빈으로부터 도입된 배기 가스의 열에 의해 급수를 가열하여 스팀을 생성하는 배기 가스 보일러, 상기 배기 가스 보일러에 의해 생성된 상기 스팀을 작동유로서 사용하여 동작되는 스팀 터빈을 포함하는 복합 사이클 전력 발전 설비를 갖는 전력 발전 및 담수화 복합 플랜트에서, 상기 복합 사이클 전력 발전 설비는 상기 스팀 터빈의 배기 스팀을 열원으로 사용하여 담수를 제조하는 담수화 설비에 접속되고, 동작 가스 터빈의 개수와 상기 가스 터빈의 동작 부하율과 상기 덕트형 연소기의 연소량이 조정되고 발전된 전력량과 담수량 모두를 원하는 값으로 설정하도록 동작이 수행되는 동작 방법에 있어서,
    상기 동작 가스 터빈의 개수를 상기 원하는 발전된 전력량을 실현할 수 있는 상기 동작 가스 터빈의 최소 개수로 설정하는 단계와,
    상기 스팀 터빈의 배기 스팀 중에서 상기 담수화 설비에 사용되지 않는 잔여 스팀 양이 영(zero) 내지 소정의 허용 값 사이인 동작 부하율에서 상기 가스 터빈을 동작시키는 단계를 포함하는 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 동작 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 동작 가스 터빈의 개수는 상기 원하는 발전된 전력량이 실현될 수 있고 상기 덕트형 연소기의 모든 배기구 온도가 허용 온도 이하인 상기 동작 가스 터빈의 개수로 되는 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 동작 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 잔여 스팀 양을 얻기 위하여 상기 담수화 설비에 사용되지 않은 상기 스팀의 유량을 측정하는 단계와,
    상기 잔여 스팀 양이 영 내지 상기 소정의 허용 값 내에 있는 상기 가스 터빈의 동작 부하율을 얻기 위하여, 상기 동작 가스 터빈의 개수, 상기 가스 터빈의 연소량, 상기 덕트형 연소기의 연소량, 및 담수화 설비의 상기 열원으로서 사용하기 위한 상기 스팀의 상기 유량을 각각 제어하는 단계를 더 포함하는 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 동작 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 담수화 설비에서 사용되지 않는 상기 스팀의 유량과 상기 덕트형 연소기의 배기구의 온도를 각각 측정하는 단계,
    상기 동작 가스 터빈의 상기 개수를 상기 덕트형 연소기의 모든 배기구 온도가 상기 덕트형 연소기의 상기 배기구 온도의 측정된 값에 의거한 허용 온도 이하로 되는 상기 동작 가스 터빈의 상기 최소 개수로 제어하는 단계, 및
    상기 잔여 스팀 양이 영 내지 상기 소정의 허용 값 내에 있는 상기 가스 터빈의 동작 부하율을 얻기 위하여, 상기 가스 터빈의 상기 연소량과, 상기 덕트형 연소기의 상기 연소량과 상기 담수화 설비에 사용되지 않는 상기 스팀의 상기 유량의 측정된 값에 의거하여 상기 담수화 설비의 상기 열원으로서 사용하기 위한 상기 스팀의 상기 유량을 각각 제어하는 단계를 더 포함하는 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 동작 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 배기 가스 보일러로부터 추출된 제 1 추출 스팀을 추출기의 작동유로서 순환시키는 단계, 및
    상기 추출기에 의해 상기 담수화 설비의 담수 라인에서의 압력을 감소시키는 단계를 더 포함하는 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 동작 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 배기 가스 보일러로부터 추출된 제 2 추출 스팀을 열압축기의 작동유로서 순환시키는 단계, 및
    상기 열압축기에 의해 상기 스팀 터빈의 상기 배기 스팀의 압력을 상승시키는 단계,
    상기 담수화 설비에 상기 스팀을 공급하는 단계를 더 포함하는 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 동작 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 배기 가스 보일러로부터 추출된 제 3 추출 스팀을 상기 스팀 터빈의 상기 배기 스팀과 혼합하는 단계,
    상기 담수화 설비에 사용하기 위한 열원으로서 상기 제 3 추출 스팀을 공급하는 단계, 및
    상기 가스 터빈의 상기 동작 부하율을 원하는 발전 전력량을 실현할 수 있는 값으로 전환하는 단계를 더 포함하는 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 동작 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 담수화 설비의 상기 열원으로서 사용하기 위한 상기 스팀의 상기 유량이 상기 원하는 담수 양을 제조하는데 부족하지 않도록 상기 제 3 추출 스팀의 유량을 제어하면서, 상기 동작 가스 터빈의 개수, 상기 가스 터빈의 연소량, 상기 덕트형 연소기의 연소량을 각각 제어하는 단계를 더 포함하는 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 동작 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 가스 터빈의 상기 동작 부하율을 상기 원하는 발전된 전력량을 실현할 수 있는 값으로 설정하기 위해 상기 동작이 전환가능하도록 상기 열압축기 내로 흐 르는 상기 제 2 추출 스팀의 상기 유량을 증가시키는 단계를 더 포함하는 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 동작 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 담수화 설비에서 상기 열원으로서 사용하기 위한 상기 스팀의 상기 유량이 상기 원하는 담수 양을 제조하는데 부족하지 않도록 상기 제 2 추출 스팀의 상기 유량을 제어하면서, 상기 동작 가스 터빈의 개수, 상기 가스 터빈의 연소량, 상기 덕트형 연소기의 연소량을 각각 제어하는 단계를 더 포함하는 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 동작 방법.
  13. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 담수화 설비는 해수로부터 담수를 제조하는 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 동작 방법.
  14. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 담수화 설비는 방출된 물 또는 폐기된 물로부터 정화된 물을 제조하는 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트의 동작 방법.
  15. 적어도 하나의 가스 터빈, 덕트형 연소기를 갖고 상기 가스 터빈으로부터 도입된 배기 가스의 열에 의해 급수를 가열하여 스팀을 생성하는 배기 가스 보일러, 상기 배기 가스 보일러에 의해 생성된 상기 스팀을 작동유로서 사용하여 동작되는 스팀 터빈을 포함하고, 상기 스팀 터빈의 배기 스팀을 열원으로 사용하여 담수를 제조하는 담수화 설비에 접속되는 복합 사이클 전력 발전 설비를 갖는 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트로서, 상기 플랜트는 상기 덕트형 연소기의 연소량을 조정하고 발전된 전력량과 담수량 모두를 원하는 값으로 설정하기 위한 동작을 수행하는 동작 장치를 더 포함하고,
    상기 동작 장치는,
    상기 가스 터빈에 의해 구동된 상기 전력 발전기의 전력을 측정하는 가스 터빈 전력 발전기용 전력계,
    상기 스팀 터빈으로부터 상기 담수화 설비 내로 흐르는 터빈 배기 스팀의 잔여 스팀 양을 측정하는 유량계,
    상기 스팀 터빈용 전력 발전기와 상기 가스 터빈(1)용 전력 발전기에 의해 발전된 전력으로부터 상기 플랜트에서의 장치 동작에 의해 소모된 전력을 감산하여 얻어진 전력선단(power-line-end) 전력 값을 측정하는 전력선단 전력계, 및
    상기 계측기들에 의해 측정된 상기 전력값과 상기 잔여 스팀 양이 입력되고 상기 스팀 터빈의 배기 스팀 중에서 상기 담수화 설비에 사용되지 않는 상기 스팀의 상기 유량이 영 내지 소정의 허용 값 내에 있는 상기 가스 터빈의 동작 부하율을 얻기 위하여 상기 배기 가스 보일러에 배치된 상기 가스 터빈에 공급된 연료의 유량과 상기 덕트형 연소기에 공급된 연료의 유량을 제어하는 제어 수단을 포함하는 전력 발전 설비 및 담수화 설비가 조합된 플랜트.
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