KR20090078833A - 가스 터빈의 흡기 가열 제어 장치 - Google Patents

가스 터빈의 흡기 가열 제어 장치 Download PDF

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Abstract

제어 밸브(32)를 거쳐서 증기(S)가 공급되는 열교환기(30)에 의해, 극히 냉각된(예컨대 -20℃의) 공기(A)를 가열하고, 가열한 공기(A')를 가스 터빈(10)에 흡입한다. 가열한 공기(A')의 측정 온도(t1)와 목표 온도(TO)와의 편차가 없어지도록 제어 밸브(32)의 밸브 개방도를 피드백 제어한다. 또한, 가스 터빈(10)의 회전수(N)가 커지거나, IGV 개방도(OP)가 커지거나 하면, 회전수(N)의 증가나 IGV 개방도(OP)의 증가에 따라, 제어 밸브(32)의 밸브 개방도를 선행 제어한다. 이에 의해, 제어 늦음이 없이 공기(A')의 온도를 안정 연소 가능한 온도로 유지할 수 있고, 가스 터빈 기동시나 입구 안내 베인의 개방도 변화시에 있어서도, 흡입 공기를 제어 늦음 없이 가열할 수 있다.

Description

가스 터빈의 흡기 가열 제어 장치{INTAKE AIR HEATING CONTROL APPARATUS FOR GAS TURBINE}
본 발명은 가스 터빈의 흡기 가열 제어 장치에 관한 것이며, 흡입 공기량이 크게 변화되는 운전시에 있어서도, 흡입하는 공기 온도를 응답성 양호하게 가열할 수 있도록 고안한 것이다.
한냉지에 설치되는 가스 터빈에서는, 대기중으로부터 넣어진 공기를 가열하고 나서 가스 터빈에 흡입하고 있다.
이것은, 극저온(예컨대 -20℃ 내지 -30℃)으로 되어 있는 밀도가 높은 외기(공기)를 그대로 가스 터빈에 흡입하면, 착화 성능이 저하하거나 연소 진동이 생기거나 해서 가스 터빈의 안정 연소를 확보할 수 없기 때문이다. 또한, 이러한 극저온의 공기를 넣으면, 가스 터빈의 입구에서 공기중의 수분이 빙결되고, 빙결된 얼음이 가스 터빈내에 침입해서 터빈 블레이드 등을 손상시킬 염려가 있기 때문이다.
따라서, 한냉지에 설치되는 가스 터빈에서는, 열교환기 등의 가열 장치에 의해 공기를 가열하고 나서 가스 터빈에 흡입하고 있다. 이 경우, 공기 온도가, 가스 터빈이 안정 연소 가능한 온도(예를 들면 +5℃ 정도의 온도)로 되도록 가열되어 있다.
도 3은 한냉지에 설치되는 가스 터빈 플랜트의 일 예를 나타낸다. 도 3에 도시한 바와 같이, 가스 터빈(10)은 압축기(11)와 연소기(12)와 터빈(13)을 주요 부재로 해서 구성되어 있다. 이 가스 터빈(10)의 압축기(11)에는 흡기 덕트(15)를 거쳐서 외부로부터 넣은 공기(대기)(A)가 흡입되게 되어 있다.
압축기(11)의 입구에는 입구 안내 베인(inlet guide vane : IGV)(11a)이 구비되어 있고, 이 IGV(11a)의 개방도에 의해, 압축기(11)에 흡입되는 공기량이 제어된다. 또한, IGV(11a)의 개방도는 부하 상태나 운전 상태 등에 따라 제어된다.
발전기(20)는 가스 터빈(10)에 연결되어 있고, 가스 터빈(10)에 의해 회전 구동되어서 발전을 한다.
흡기 덕트(15)에는 흡기 가열용의 열교환기(30)가 개재 장착되어 있다. 이 열교환기(30)에는 증기관(31)을 거쳐서 고온(예를 들면 300℃)의 증기(S)가 공급되어 있다. 열교환기(30)는, 공급된 증기(S)의 열에 의해, 가스 터빈(10)에 흡입되는 공기(A)를 가열(열교환)하고 있다.
증기관(31)에는, 증기관(31)에 유통시키는 증기량, 즉 열교환기(30)에 공급하는 증기량을 제어하기 위한 제어 밸브(32)가 개재 장착되어 있다.
또한, 열교환기(30)에 공급하는 증기로서는, 보조 증기 보일러(도시 생략)로부터 발생한 증기나, 터빈(13)의 배열을 이용해서 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러(도시 생략)로부터 발생한 증기 등을 사용하고 있다.
흡기 덕트(15)중, 열교환기(30)와 압축기(11)의 입구단과의 사이의 위치에는 온도계(40)가 부착되어 있다. 이 온도계(40)는 열교환기(30)에서 가열되어서 가스 터빈(10)의 압축기(11)에 흡입되는 공기(A')의 온도를 측정하고 있다. 이렇게 하여 측정된 흡입 공기(A')의 측정 온도(t1)는 제어 장치(50)에 보내진다.
제어 장치(50)는 편차 연산부(51)와, 비례·적분 연산부(proportional plus integral computing section : PI 연산부)(52)를 갖고 있다. 또한, 이 제어 장치(50)에는, 목표 온도(TO)(예를 들면 +5℃)가 미리 설정되어 있다. 이 목표 온도(TO)는, 가스 터빈(10)을 안정하게 연소(운전)시키는 것이 가능한 흡입 공기 온도로서, 각 가스 터빈(10)의 특성에 따라 미리 설정한 온도이다.
제어 장치(50)의 편차 연산부(51)는 측정 온도(t1)와 목표 온도(TO)와의 편차 연산을 하고, 편차 온도 Δt(=TO-t1)를 구한다. 비례·적분 연산부(52)는 편차 온도 Δt를 PI 연산하고, 밸브 개방도 지령(P)을 출력한다. 그리고, 이 밸브 개방도 지령(P)에 따라, 제어 밸브(32)의 밸브 개방도를 조정하고 있다.
따라서, 측정 온도(t1)가 낮을 때에는, 밸브 개방도 지령(P)이 크게 되어 제어 밸브(32)의 밸브 개방도가 커지고, 열교환기(30)에 공급되는 증기량이 증가한다. 한편, 측정 온도(t1)가 높게 되게 되면, 밸브 개방도 지령(P)이 작게 되어 제어 밸브(32)의 밸브 개방도가 작아지고, 열교환기(30)에 공급되는 증기량이 감소한다. 결국, 열교환기(30)에서 가열되어서 압축기(11)에 흡입되어 가는 공기(A')의 온도가 목표 온도(TO)로 되도록 열교환기(30)에 공급하는 증기량을 피드백 제어하고 있다. 이에 의해, 흡입 공기(A')의 온도를 안정 연소 가능한 온도로 유지하도록 하고 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공고 제 1992-48921 호 공보
특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제 2003-161164 호 공보
그런데, 가스 터빈(10)을 기동한 때에는, 압축기(11)에 흡입되는 공기량은, 회전수의 상승에 따라 대폭 증가한다. 또한, IGV(11a)를 개방하는 것에 의해, 압축기(11)에 흡입되는 공기량은 대폭 증가한다.
종래 기술에서는, 단순한 피드백 제어에 의해, 압축기(11)에 흡입되어 가는 공기(A')의 온도가 목표 온도(TO)로 되도록, 제어 밸브(32)의 개방도 제어(즉, 열교환기(30)에 공급하는 증기량을 제어)하고 있다.
이 때문에, 가스 터빈 기동시나 IGV 개방도 증가시와 같이, 압축기(11)에 흡입되는 공기량이 급증한 경우에는, 공기(A')의 온도(측정 온도(t1))를 목표 온도(TO)로 하는 온도 제어가 성공적으로 추종하지 않고(제어 늦음이 발생함), 압축기(11)에 흡입되는 공기(A')의 온도는 대폭 저하하고, 안정 연소 가능 온도로 유지할 수 없는 우려가 있었다.
이것은, 단순한 피드백 제어에서는, 압축기(11)에 흡입되는 공기량이 급증해서 공기 온도가 급감한 현상이 실제로 발생하고 나서, 측정 온도(t1)와 목표 온도(TO)의 편차를 없애도록 한 제어 동작이 개시되기 때문에, 큰 제어 늦음이 발생하는 원인이다.
반대로, IGV(11a)를 폐쇄하면, 압축기(11)에 흡입되는 흡입 공기량은 대폭으로 감소하는 것으로 되고, 압축기(11)에 흡입되는 공기(A')의 온도가 상승하고, 이 경우도 연소 불안정의 요인이 된다.
본 발명은, 상기 종래 기술을 감안하고, 가스 터빈(10)의 기동시나, IGV(11a)의 개방도 변화시와 같이, 압축기(11)에 흡입되는 공기량이 급변해도, 흡입 공기 온도를 목표 온도로 유지해서 안정한 연소를 확보하는 것이 가능하고, 가스 터빈의 흡기 가열 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 과제를 해결하는 본 발명의 구성은,
가스 터빈에 흡입되는 공기를 가열 매체에 의해 가열하는 열교환기와,
밸브 개방도가 제어되는 것에 의해, 상기 열교환기에 공급되는 가열 매체의 양을 제어하는 제어 밸브와,
상기 열교환기에 의해 가열되어서 상기 가스 터빈에 흡입되는 공기의 온도를 측정하는 온도계와,
상기 온도계에서 측정한 측정 온도가 미리 설정된 목표 온도로 되도록, 상기 제어 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
상기 제어 장치는,
상기 목표 온도와 상기 측정 온도와의 편차인 편차 온도를 구하는 편차 연산부와, 상기 편차 온도를 비례·적분 연산해서 밸브 개방도 지령을 구하는 비례·적분 연산부와,
상기 가스 터빈의 회전수가 커지면 계수값이 크게 되는 회전수용 보정 계수를 출력하는 회전수용 보정 계수 연산 함수부와,
상기 가스 터빈의 입구 안내 베인의 개방도가 커지면 계수값이 크게 되는 입구 안내 베인용 보정 계수를 출력하는 입구 안내 베인용 보정 계수 연산 함수부와,
상기 회전수용 보정 계수와 상기 입구 안내 베인용 보정 계수를 승산해서 보정 지령을 출력하는 승산부와,
상기 밸브 개방도 지령과 상기 보정 지령을 가산해서 보정 밸브 개방도 지령을 출력하는 가산부를 구비하고,
상기 보정 밸브 개방도 지령의 크기에 따라 상기 제어 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 구성은,
가스 터빈에 흡입되는 공기를 가열 매체에 의해 가열하는 열교환기와,
밸브 개방도가 제어되는 것에 의해, 상기 열교환기에 공급되는 가열 매체의 양을 제어하는 제어 밸브와,
상기 열교환기에 의해 가열되어서 상기 가스 터빈에 흡입되는 공기의 온도를 측정하는 온도계와,
상기 온도계에서 측정한 측정 온도가 미리 설정된 목표 온도로 되도록, 상기 제어 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
상기 제어 장치는,
상기 목표 온도와 상기 측정 온도와의 편차인 편차 온도를 구하는 편차 연산부와, 상기 편차 온도를 비례·적분 연산해서 밸브 개방도 지령을 구하는 비례·적분 연산부와,
상기 목표 온도와 대기 온도와의 온도차를 구하는 제 2 편차 연산부와,
상기 가스 터빈의 회전수가 커지면 계수값이 크게 되는 회전수용 보정 계수를 출력하는 회전수용 보정 계수 연산 함수부와,
상기 가스 터빈의 입구 안내 베인의 개방도가 커지면 계수값이 크게 되는 입구 안내 베인용 보정 계수를 출력하는 입구 안내 베인용 보정 계수 연산 함수부와,
상기 온도차가 커지면 계수값이 크게 되는 온도차용 보정 계수를 출력하는 온도차용 보정 계수 연산 함수부와,
상기 회전수용 보정 계수와 상기 입구 안내 베인용 보정 계수와 상기 온도차용 보정 계수를 승산해서 보정 지령을 출력하는 승산부와,
상기 밸브 개방도 지령과 상기 보정 지령을 가산해서 보정 밸브 개방도 지령을 출력하는 가산부를 구비하고,
상기 보정 밸브 개방도 지령의 크기에 따라 상기 제어 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 구성은,
가스 터빈에 흡입되는 공기를 가열 매체에 의해 가열하는 열교환기와,
밸브 개방도가 제어되는 것에 의해, 상기 열교환기에 공급되는 가열 매체의 양을 제어하는 제어 밸브와,
상기 열교환기에 의해 가열되어서 상기 가스 터빈에 흡입되는 공기의 온도를 측정하는 온도계와,
상기 온도계에서 측정한 측정 온도가 미리 설정된 목표 온도로 되도록, 상기 제어 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
상기 제어 장치는,
상기 목표 온도와 상기 측정 온도와의 편차인 편차 온도를 구하는 편차 연산부와, 상기 편차 온도를 비례·적분 연산해서 밸브 개방도 지령을 구하는 비례·적분 연산부와,
상기 목표 온도와 대기 온도와의 온도차를 구하는 제 2 편차 연산부와,
상기 가스 터빈의 회전수가 커지면 계수값이 크게 되는 회전수용 보정 계수를 출력하는 회전수용 보정 계수 연산 함수부와,
상기 가스 터빈의 입구 안내 베인의 개방도가 커지면 계수값이 크게 되는 입구 안내 베인용 보정 계수를 출력하는 입구 안내 베인용 보정 계수 연산 함수부와,
상기 온도차가 커지면 계수값이 크게 되는 온도차용 보정 계수를 출력하는 온도차용 보정 계수 연산 함수부와,
상기 열교환기에 공급되는 가열 매체의 압력이, 미리 정한 기준 압력과 동일할 때에는 계수값이 1이 되고, 상기 기준 압력보다도 커지면 계수값이 1보다도 작아지고, 상기 기준 압력보다도 작아지면 계수값이 1보다도 커지는 가열 매체 압력용 보정 계수를 출력하는 가열 매체 압력용 보정 계수 연산 함수부와,
상기 열교환기에 공급되는 가열 매체의 온도가, 미리 정한 기준 온도와 동일할 때에는 계수값이 1이 되고, 상기 기준 온도보다도 커지면 계수값이 1보다도 작아지고, 상기 기준 온도보다도 작아지면 계수값이 1보다도 커지는 가열 매체 온도용 보정 계수를 출력하는 가열 매체 온도용 보정 계수 연산 함수부와,
상기 회전수용 보정 계수와 상기 입구 안내 베인용 보정 계수와 상기 온도차용 보정 계수와 상기 증기 압력용 보정 계수와 상기 증기 온도용 보정 계수를 승산 해서 보정 지령을 출력하는 승산부와,
상기 밸브 개방도 지령과 상기 보정 지령을 가산해서 보정 밸브 개방도 지령을 출력하는 가산부를 구비하고,
상기 보정 밸브 개방도 지령의 크기에 따라 상기 제어 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는, 가스 터빈의 기동에 의해 회전수 증가에 따라 흡입 공기량이 증가하거나, 입구 안내 베인의 개폐에 의해 흡입 공기량이 증감했을 경우에, 흡입 공기량을 증감시키는 운전 조건에 따라 가열 매체(증기)의 양을 증감시키는 선행 제어를 하고 있기 때문에, 흡입 공기량이 급변하는 운전 상태(예를 들면, 가스 터빈 기동시)이라도 흡입 공기 온도를 안정 연소가 가능한 온도로 유지할 수 있다.
또한, "가열 매체"는 증기에 한정되지 않고, 배기 가스 등도 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈의 흡기 가열 제어 장치를 도시하는 구성도,
도 2는 실시예에 이용되는 함수 특성을 도시하는 특성도,
도 3은 종래 기술을 도시하는 구성도.
부호의 설명
10 : 가스 터빈 11a : 입구 안내 베인
15 : 흡기 덕트 30 : 열교환기
31 : 증기관 32 : 제어 밸브
35 : 압력계 36 : 온도계
40 : 온도계 100 : 제어 장치
110 : 선행 제어부
이하에 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 실시예에 근거해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈의 흡기 가열 제어 장치를 적용한 가스 터빈 플랜트를 도시한다. 이 실시예에서는, 증기관(31)에, 열교환기(30)에 공급되는 증기(S)의 압력을 검출하는 압력계(35)와, 증기(S)의 온도를 검출하는 온도계(36)가 구비되어 있다. 또한, 제어 밸브(32)의 개방도를 제어하는 제어 장치(100)가 구비되어 있다.
다른 부분(예를 들면 가스 터빈(10), 발전기(20), 열교환기(30), 증기관(31), 제어 밸브(32) 등)은 종래 기술과 마찬가지의 구성으로 되어 있다. 따라서, 이하의 설명에서는 종래 기술과 다른 부분을 중심으로 설명을 하고, 종래 기술과 동일 부분에는 동일 부호를 붙여서 중복하는 설명은 생략한다.
제어 장치(100)는 편차 연산부(101)와 비례·적분 연산부(102) 이외에 선행 제어부(110)를 갖고 있다.
이 제어 장치에는, 목표 온도(TO)(예를 들면 +5℃)가 미리 설정되어 있다. 이 목표 온도(TO)는 가스 터빈(10)을 안정되게 연소(운전)시킬 수 있는 흡입 공기 온도로서, 각 가스 터빈(10)의 특성에 따라 미리 설정한 온도이다.
제어 장치(100)의 편차 연산부(101)는 측정 온도(t1)와 목표 온도(TO)와의 편차 연산을 하고, 편차 온도 Δt(=TO-t1)를 구한다. 비례·적분 연산부(102)는 편차 온도 Δt를 PI 연산하고, 밸브 개방도(PI) 보정 지령(P)을 출력한다.
한편, 선행 제어부(110)는 밸브 개방도 지령 연산 함수부(114)와, 보정 계수 연산 함수부(111 내지 113 및 115)와, 편차 연산부(116)와, 승산부(117)와, 가산부(118)를 갖고 있다.
선행 제어부(110)에는, 압력계(35)에 의해 측정한 증기(S)의 압력을 도시하는 증기 압력(SP)과, 온도계(36)에 의해 측정한 증기(S)의 온도를 도시하는 증기 온도(ST)와, IGV(11a)의 개방도를 검출하는 센서(도시 생략)에 의해 측정한 IGV 개방도(OP)와, 가스 터빈(10)의 회전수를 검출하는 센서(도시 생략)에 의해 측정한 가스 터빈 회전수(N)와, 대기의 온도를 검출하는 센서(도시 생략)에 의해 측정한 대기 온도(t2)가 입력된다.
편차 연산부(116)는, 대기 온도(t2)와 목표 온도(TO)와의 편차 연산을 하고, 온도차 dt(=TO-t2)를 구한다.
보정 계수 연산 함수부(111)는 도 2의 (a)에 도시하는 것과 같은 보정 계수 연산 함수(FX1)를 갖고 있고, 증기 압력(SP)이 입력되면, 보정 계수 연산 함수(FX1)를 이용하여, 입력된 증기 압력(SP)에 대응한 보정 계수(a)를 출력한다.
보정 계수 연산 함수(FX1)는 증기 압력(SP)이 커지면 보정 계수(a)가 감소하는 함수 특성을 갖고 있고, 예를 들면 증기 압력(SP)이 표준 압력(예를 들면 0.8[MPa])이면 값이 1로 되어 있는 보정 계수(a)를 출력하고, 증기 압력(SP)이 표 준 압력보다도 작아지면 값이 1보다도 큰 보정 계수(a)를 출력하고, 증기 압력(SP)이 표준 압력보다도 커지면 값이 1보다도 작은 보정 계수(a)를 출력한다.
보정 계수 연산 함수부(112)는 도 2의 (b)에 도시하는 것과 같은 보정 계수 연산 함수(FX2)를 갖고 있고, 증기 온도(ST)가 입력되면, 보정 계수 연산 함수(FX2)를 이용하여, 입력된 증기 온도(ST)에 대응한 보정 계수(b)를 출력한다.
보정 계수 연산 함수(FX2)는 증기 온도(ST)가 커지면 보정 계수(b)가 감소하는 함수 특성을 갖고 있고, 예를 들면 증기 온도(ST)가 표준 온도(예를 들면 244℃)이면 값이 1로 되어 있는 보정 계수(b)를 출력하고, 증기 온도(ST)가 표준 온도보다도 작아지면 값이 1보다도 큰 보정 계수(b)를 출력하고, 증기 온도(ST)가 표준 온도보다도 커지면 값이 1보다도 작은 보정 계수(b)를 출력한다.
보정 계수 연산 함수부(113)는 도 2의 (c)에 도시하는 것과 같은 보정 계수 연산 함수(FX3)를 갖고 있고, IGV 개방도(OP)가 입력되면, 보정 계수 연산 함수(FX3)를 이용하여, 입력된 IGV 개방도(OP)에 대응한 보정 계수(c)를 출력한다.
보정 계수 연산 함수(FX3)는 IGV 개방도(OP)가 커지면 보정 계수(c)가 증가하는 함수 특성을 갖고 있고, 예를 들면 IGV 개방도(OP)가 0%이면 값이 0.3으로 되어 있는 보정 계수(c)를 출력하고, IGV 개방도(OP)가 50%이면 값이 0.5로 되어 있는 보정 계수(c)를 출력하고, IGV 개방도(OP)가 100%이면 값이 1.0으로 되어 있는 보정 계수(c)를 출력한다.
밸브 개방도 지령 연산 함수부(114)는 도 2의 (d)에 도시하는 것과 같은 밸브 개방도 지령 연산 함수(FX4)를 갖고 있고, 가스 터빈 회전수(N)가 입력되면, 밸 브 개방도 지령 연산 함수(FX4)를 이용하여, 입력된 가스 터빈 회전수(N)에 대응한 적절한 밸브 개방도 지령(d)을 출력한다.
밸브 개방도 지령 연산 함수(FX4)는 가스 터빈 회전수(N)가 커지면 밸브 개방도 지령(d)이 점차로 증가하는 함수 특성을 갖고 있고, 예를 들면 가스 터빈 회전수(N)가 600[rpm]이면 값이 4.1%로 되어 있는 밸브 개방도 지령(d)을 출력하고, 가스 터빈 회전수(N)가 3600[rpm]이면 값이 17.4%로 되어 있는 밸브 개방도 지령(d)을 출력한다.
보정 계수 연산 함수부(115)는 도 2의 (e)에 도시하는 것과 같은 보정 계수 연산 함수(FX5)를 갖고 있고, 온도차(dt)가 입력되면, 보정 계수 연산 함수(FX5)를 이용하여, 입력된 온도차(dt)에 대응한 보정 계수(e)를 출력한다.
보정 계수 연산 함수(FX5)는 온도차(dt)가 커지면 보정 계수(e)가 증가하는 함수 특성을 갖고 있고, 예를 들면 온도차(dt)가 10℃이면 값이 0.67로 되어 있는 보정 계수(e)를 출력하고, 온도차(dt)가 15℃이면 값이 1.0으로 되어 있는 보정 계수(e)를 출력하고, 온도차(dt)가 25℃이면 값이 1.62로 되어 있는 보정 계수(e)를 출력한다.
승산부(117)는, 밸브 개방도 지령(d)에, 보정 계수(a, b, c, e)를 모두 승산하고, 밸브 개방도 선행 지령(f)을 출력한다. 또한, 가산부(118)는, 비례·적분 연산부(102)로부터 출력할 수 있는 밸브 개방도(PI) 보정 지령(P)에 밸브 개방도 선행 지령(f)을 가산하고, 보정 밸브 개방도 지령(PA)을 출력한다.
그리고, 제어 장치(100)는 보정 밸브 개방도 지령(PA)에 따라 제어 밸브(32) 의 밸브 개방도를 조정하고 있다.
따라서, 측정 온도(t1)가 낮을 때에는, 밸브 개방도 지령(P) 및 보정 밸브 개방도 지령(PA)이 커져서 제어 밸브(32)의 밸브 개방도가 크게 되고, 열교환기(30)에 공급되는 증기량이 증가한다. 한편, 측정 온도(t1)가 높게 되면, 밸브 개방도(PI) 보정 지령(P) 및 보정 밸브 개방도 지령(PA)이 작아져서 제어 밸브(32)의 밸브 개방도가 작아지고, 열교환기(30)에 공급되는 증기량이 감소한다. 이 제어는 종래의 피드백 제어와 동일한 제어 동작이다.
또한, 가스 터빈(10)의 기동시에 있어서, 가스 터빈 회전수(N)가 증가하면, 밸브 개방도 지령(d) 및 밸브 개방도 선행 지령(f)이 가스 터빈 회전수(N)의 증가에 따라 커지고, 보정 밸브 개방도 지령(PA)도 가스 터빈 회전수(N)의 증가에 따라 커져서 제어 밸브(32)의 개방도가 크게 되고, 열교환기(30)에 공급되는 증기량이 가스 터빈 회전수(N)의 증가에 따라 증가한다고 하는 선행 제어(피드 포워드(feed forward) 제어)가 행하여진다.
이와 같이, 가스 터빈 회전수(N)의 증가에 따라, 선행해서 제어 밸브(32)의 개방도를 크게 해서 열교환기(30)에 공급하는 증기량을 증가시키는 선행 제어를 하고 있기 때문에, 가스 터빈(10)의 기동시에 있어서 회전수 증가에 따라 흡입 공기량이 증가해도, 이 흡입하는 공기(A)의 온도를 안정 연소 가능한 온도로 유지할 수 있다.
또한, IGV 개방도(OP)가 증가하면, 보정 계수(c) 및 밸브 개방도 선행 지령(f)이 IGV 개방도(OP)의 증가에 따라 커지고, 보정 밸브 개방도 지령(PA)도 IGV 개방도(OP)의 증가에 따라 커져서 제어 밸브(32)의 밸브 개방도가 커지고, 열교환기(30)에 공급되는 증기량이 IGV 개방도(OP)의 증가에 따라 증가한다고 하는 선행 제어(피드 포워드 제어)가 행하여진다.
반대로, IGV 개방도(OP)가 감소하면, 보정 계수(c) 및 밸브 개방도 선행 지령(f)이 IGV 개방도(OP)의 감소에 따라 작아지고, 보정 밸브 개방도 지령(PA)도 IGV 개방도(OP)의 감소에 따라 작아져서 제어 밸브(32)의 밸브 개방도가 작아지고, 열교환기(30)에 공급되는 증기량이 IGV 개방도(OP)의 감소에 따라 감소한다고 하는 선행 제어(피드 포워드 제어)가 행하여진다.
이와 같이, IGV 개방도(OP)의 증가에 따라, 선행해서 제어 밸브(32)의 개방도를 크게 해서 열교환기(30)에 공급하는 증기량을 증가시키는 선행 제어를 하고 있기 때문에, IGV(11a)의 개방도가 커져서 흡입 공기량이 갑자기 증가해도, 이 흡입하는 공기(A')의 온도를 안정 연소 가능한 온도로 유지할 수 있다.
또한, IGV 개방도(OP)의 감소에 따라, 선행해서 제어 밸브(32)의 개방도를 작게 해서 열교환기(30)에 공급하는 증기량을 감소시키는 선행 제어를 하고 있기 때문에, IGV(11a)의 개방도가 작아져서 흡입 공기량이 갑자기 감소해도, 이 흡입하는 공기(A)의 온도를 안정 연소 가능한 온도로 유지할 수 있다.
또한, 대기 온도(t2)가 저하하면 온도차(dt)가 커지기 때문에, 보정 계수(e) 및 밸브 개방도 선행 지령(f)이 대기 온도(t2) 저하에 따라 커지고, 보정 밸브 개방도 지령(PA)도 대기 온도(t2) 저하에 따라 커져서 제어 밸브(32)의 밸브 개방도가 커지고, 열교환기(30)에 공급되는 증기량이 대기 온도(t2) 저하에 따라 증가한 다고 하는 선행 제어(피드 포워드 제어)가 행하여진다.
반대로, 대기 온도(t2)가 상승하면 온도차(dt)가 작아지기 때문에, 보정 계수(e) 및 밸브 개방도 선행 지령(f)이 대기 온도(t2) 저하에 따라 작아지고, 보정 밸브 개방도 지령(PA)도 대기 온도(t2) 상승에 따라 작아져서 제어 밸브(32)의 밸브 개방도가 작아지고, 열교환기(30)에 공급되는 증기량이 대기 온도(t2) 증가에 따라 감소한다고 하는 선행 제어(피드 포워드 제어)가 행하여진다.
이와 같이, 대기 온도(t2) 증감에 따라 제어 밸브(32)의 밸브 개방도를 선행 제어해서 열교환기(30)에 공급하는 증기량을 증감시키고 있기 때문에, 대기 온도(t2)가 증감해도, 흡입하는 공기(A)의 온도를 안정 연소 가능한 온도로 유지할 수 있다.
또한, 증기 압력(SP)이 증가하면, 보정 계수(a) 및 밸브 개방도 선행 지령(f)이 증기 압력(SP)의 증가에 따라 작아지고, 보정 밸브 개방도 지령(PA)도 증기 압력(SP)의 증가에 따라 작아져서 제어 밸브(32)의 개방도가 작아지고, 열교환기(30)에 공급되는 증기량이 증기 압력(SP)의 증가에 따라 감소한다고 하는 선행 제어(피드 포워드 제어)가 행하여진다.
반대로, 증기 압력(SP)이 감소하면, 보정 계수(a) 및 밸브 개방도 선행 지령(f)이 증기 압력(SP)의 감소에 따라 커지고, 보정 밸브 개방도 지령(PA)도 증기 압력(SP)의 감소에 따라 커져서 제어 밸브(32)의 개방도가 커지고, 열교환기(30)에 공급되는 증기량이 증기 압력(SP)의 감소에 따라 증가한다고 하는 선행 제어(피드 포워드 제어)가 행하여진다.
이와 같이, 증기 압력(SP)의 증감에 따라 제어 밸브(32)의 밸브 개방도를 선행 제어해서 열교환기(30)에 공급하는 증기량을 증감시키고 있기 때문에, 증기 압력(SP)이 증감해도, 흡입하는 공기(A)의 온도를 안정 연소 가능한 온도로 유지할 수 있다.
또한, 증기 온도(ST)가 증가하면, 보정 계수(b) 및 밸브 개방도 선행 지령(f)이 증기 온도(ST)의 증가에 따라 작아지고, 보정 밸브 개방도 지령(PA)도 증기 온도(ST)의 증가에 따라 작아져서 제어 밸브(32)의 개방도가 작아지고, 열교환기(30)에 공급되는 증기량이 증기 온도(ST)의 증가에 따라 감소한다고 하는 선행 제어(피드 포워드 제어)가 행하여진다.
반대로, 증기 온도(ST)가 감소하면, 보정 계수(b) 및 밸브 개방도 선행 지령(f)이 증기 온도(ST)의 감소에 따라 커지고, 보정 밸브 개방도 지령(PA)도 증기 온도(ST)의 감소에 따라 커져서 제어 밸브(32)의 개방도가 커지고, 열교환기(30)에 공급되는 증기량이 증기 온도(ST)의 감소에 따라 증가한다고 하는 선행 제어(피드 포워드 제어)가 행하여진다.
이와 같이, 증기 온도(ST)의 증감에 따라 제어 밸브(32)의 밸브 개방도를 선행 제어해서 열교환기(30)에 공급하는 증기량을 증감시키고 있기 때문에, 증기 온도(ST)가 증감해도, 흡입하는 공기(A')의 온도를 안정 연소 가능한 온도로 유지할 수 있다.
또한, 증기(S)의 온도와 압력이 안정되어 있을 경우에는, 보정 계수 연산 함수부(111, 112)를 이용하지 않도록 해도 좋다.
또한, 대기 온도(t2)가 급변하지 않는 지역에서는, 편차 연산부(116) 및 보정 계수 연산 함수부(115)를 이용하지 않도록 해도 좋다.

Claims (3)

  1. 가스 터빈에 흡입되는 공기를 가열 매체에 의해 가열하는 열교환기와,
    밸브 개방도가 제어되는 것에 의해, 상기 열교환기에 공급되는 가열 매체의 양을 제어하는 제어 밸브와,
    상기 열교환기에 의해 가열되어서 상기 가스 터빈에 흡입되는 공기의 온도를 측정하는 온도계와,
    상기 온도계에서 측정한 측정 온도가 미리 설정된 목표 온도로 되도록, 상기 제어 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
    상기 제어 장치는,
    상기 목표 온도와 상기 측정 온도와의 편차인 편차 온도를 구하는 편차 연산부와, 상기 편차 온도를 비례·적분 연산해서 밸브 개방도(PI) 보정 지령을 구하는 비례·적분 연산부와,
    상기 가스 터빈의 회전수가 커지면 값이 커지는 밸브 개방도 지령을 출력하는 밸브 개방도 지령 연산 함수부와,
    상기 가스 터빈의 입구 안내 베인의 개방도가 커지면 계수값이 커지는 입구 안내 베인용 보정 계수를 출력하는 입구 안내 베인용 보정 계수 연산 함수부와,
    상기 밸브 개방도 지령과 상기 입구 안내 베인용 보정 계수를 승산해서 밸브 개방도 선행 지령을 출력하는 승산부와,
    상기 밸브 개방도(PI) 보정 지령과 상기 밸브 개방도 선행 지령을 가산해서 보정 밸브 개방도 지령을 출력하는 가산부를 구비하고,
    상기 보정 밸브 개방도 지령의 크기에 따라 상기 제어 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈의 흡기 가열 제어 장치.
  2. 가스 터빈에 흡입되는 공기를 가열 매체에 의해 가열하는 열교환기와,
    밸브 개방도가 제어되는 것에 의해, 상기 열교환기에 공급되는 가열 매체의 양을 제어하는 제어 밸브와,
    상기 열교환기에 의해 가열되어서 상기 가스 터빈에 흡입되는 공기의 온도를 측정하는 온도계와,
    상기 온도계에서 측정한 측정 온도가 미리 설정된 목표 온도로 되도록, 상기 제어 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
    상기 제어 장치는,
    상기 목표 온도와 상기 측정 온도와의 편차인 편차 온도를 구하는 편차 연산부와, 상기 편차 온도를 비례·적분 연산해서 밸브 개방도(PI) 보정 지령을 구하는 비례·적분 연산부와,
    상기 목표 온도와 대기 온도와의 온도차를 구하는 제 2 편차 연산부와,
    상기 가스 터빈의 회전수가 커지면 값이 커지는 밸브 개방도 지령을 출력하는 밸브 개방도 지령 연산 함수부와,
    상기 가스 터빈의 입구 안내 베인의 개방도가 커지면 계수값이 커지는 입구 안내 베인용 보정 계수를 출력하는 입구 안내 베인용 보정 계수 연산 함수부와,
    상기 온도차가 커지면 계수값이 커지는 온도차용 보정 계수를 출력하는 온도차용 보정 계수 연산 함수부와,
    상기 밸브 개방도 지령과 상기 입구 안내 베인용 보정 계수와 상기 온도차용 보정 계수를 승산해서 밸브 개방도 선행 지령을 출력하는 승산부와,
    상기 밸브 개방도(PI) 보정 지령과 상기 밸브 개방도 선행 지령을 가산해서 보정 밸브 개방도 지령을 출력하는 가산부를 구비하고,
    상기 보정 밸브 개방도 지령의 크기에 따라 상기 제어 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈의 흡기 가열 제어 장치.
  3. 가스 터빈에 흡입되는 공기를 가열 매체에 의해 가열하는 열교환기와,
    밸브 개방도가 제어되는 것에 의해, 상기 열교환기에 공급되는 가열 매체의 양을 제어하는 제어 밸브와,
    상기 열교환기에 의해 가열되어서 상기 가스 터빈에 흡입되는 공기의 온도를 측정하는 온도계와,
    상기 온도계에서 측정한 측정 온도가 미리 설정된 목표 온도로 되도록, 상기 제어 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
    상기 제어 장치는,
    상기 목표 온도와 상기 측정 온도와의 편차인 편차 온도를 구하는 편차 연산 부와, 상기 편차 온도를 비례·적분 연산해서 밸브 개방도(PI) 보정 지령을 구하는 비례·적분 연산부와,
    상기 목표 온도와 대기 온도와의 온도차를 구하는 제 2 편차 연산부와,
    상기 가스 터빈의 회전수가 커지면 값이 커지는 밸브 개방도 지령을 출력하는 밸브 개방도 지령 연산 함수부와,
    상기 가스 터빈의 입구 안내 베인의 개방도가 커지면 계수값이 커지는 입구 안내 베인용 보정 계수를 출력하는 입구 안내 베인용 보정 계수 연산 함수부와,
    상기 온도차가 커지면 계수값이 커지는 온도차용 보정 계수를 출력하는 온도차용 보정 계수 연산 함수부와,
    상기 열교환기에 공급되는 가열 매체의 압력이, 미리 정한 기준 압력과 동일할 때에는 계수값이 1이 되고, 상기 기준 압력보다도 커지면 계수값이 1보다도 작아지고, 상기 기준 압력보다도 작아지면 계수값이 1보다도 커지는 가열 매체 압력용 보정 계수를 출력하는 가열 매체 압력용 보정 계수 연산 함수부와,
    상기 열교환기에 공급되는 가열 매체의 온도가, 미리 정한 기준 온도와 동일할 때에는 계수값이 1이 되고, 상기 기준 온도보다도 커지면 계수값이 1보다도 작아지고, 상기 기준 온도보다도 작아지면 계수값이 1보다도 커지는 가열 매체 온도용 보정 계수를 출력하는 가열 매체 온도용 보정 계수 연산 함수부와,
    상기 밸브 개방도 지령과 상기 입구 안내 베인용 보정 계수와 상기 온도차용 보정 계수와 상기 증기 압력용 보정 계수와 상기 증기 온도용 보정 계수를 승산해서 밸브 개방도 선행 지령을 출력하는 승산부와,
    상기 밸브 개방도(PI) 보정 지령과 상기 밸브 개방도 선행 지령을 가산해서 보정 밸브 개방도 지령을 출력하는 가산부를 구비하고,
    상기 보정 밸브 개방도 지령의 크기에 따라 상기 제어 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈의 흡기 가열 제어 장치.
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