KR20120026569A - 흡기 온도 조절 장치 및 그의 작동 방법 - Google Patents

흡기 온도 조절 장치 및 그의 작동 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20120026569A
KR20120026569A KR1020117031105A KR20117031105A KR20120026569A KR 20120026569 A KR20120026569 A KR 20120026569A KR 1020117031105 A KR1020117031105 A KR 1020117031105A KR 20117031105 A KR20117031105 A KR 20117031105A KR 20120026569 A KR20120026569 A KR 20120026569A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
air
intake
fluid
reservoir
circuit
Prior art date
Application number
KR1020117031105A
Other languages
English (en)
Inventor
에리히 슈미트
다니엘 호프만
미햐엘 쉐틀러
Original Assignee
지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 지멘스 악티엔게젤샤프트 filed Critical 지멘스 악티엔게젤샤프트
Publication of KR20120026569A publication Critical patent/KR20120026569A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use
    • F02C6/14—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use
    • F02C6/18—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas- turbine plants for special use using the waste heat of gas-turbine plants outside the plants themselves, e.g. gas-turbine power heat plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/04—Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants
    • F02C7/047—Heating to prevent icing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/08—Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F02C7/141—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
    • F02C7/143—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/50—Building or constructing in particular ways
    • F05D2230/52—Building or constructing in particular ways using existing or "off the shelf" parts, e.g. using standardized turbocharger elements

Abstract

본 발명은, 일측은 흡기 라인(6)으로 연결되고 타측은 흡기 예열 시스템(2)의 회로(13)로 연결되는 열교환기(12)를 포함하는 흡기 온도 조절 장치(18)에 관한 것으로, 상기 장치에서는 열 전달을 위해 유체용 저장조(19)가 회로(13)와 열적으로 연결될 수 있다. 본 발명은 또한, 흡기 온도 조절 장치(18)의 작동 방법에 관한 것이다.

Description

흡기 온도 조절 장치 및 그의 작동 방법 {INTAKE AIR TEMPERATURE CONTROL DEVICE AND A METHOD FOR OPERATING AN INTAKE AIR TEMPERATURE CONTROL DEVICE}
본 발명은, 특히 가스 및 증기 터빈 설비를 위한 흡기 온도 조절 장치와, 그러한 장치의 작동 방법에 관한 것이며, 특히 가스 및 증기 터빈 설비의 개선된 피크 부하(peak load) 작동과 관련된다.
가스 및 증기 터빈 설비의 출력은 특히 가스 터빈의 흡기 온도에 좌우되며, 주변 온도가 높으면 더 낮은 출력이 발생한다. 더운 나라에서는 하루 중 시간대에 따라 특히 냉각 장치용 전력 수요가 증가함으로 인한 전력 소비 피크가 발생한다. 수요 및 공급에 따른 가격 책정에 기반하는 전력 시장에서는 이러한 높은 전력 소비는 특히 오후 시간대에 전력 요금의 상승을 유발한다. 야간에는 가스 및 증기 터빈 설비의 출력은 더 높을 수 있지만, 일반적으로 전력 수요 및 전력 요금은 낮다.
이러한 문제에 대처하기 위해, 예컨대 피크 부하 시간에 흡기가 가스 터빈의 상류에서 증발 냉각에 의해 냉각될 수 있다. 그러나 이러한 방법의 효과는 공기 습도에 좌우되며, 출력 증가가 제한적이다. 이와 결부되는 물 수요량 또는 물 손실량 역시 단점이다.
대안적으로, 가스 터빈에서의 높은 주변 온도로 인한 출력 손실이 폐열 증기 발생기 보조 연소에 의해 보상될 수 있다. 본 해결 방안의 단점은, 추가 제조 비용, 효율 감소, 및 물/증기 순환회로와, 증기 터빈과, 만일 단축(single-shaft) 장치가 없다면 증기 터빈 제너레이터의 과잉 치수 설계에 있다.
물론 기본적으로 출력 손실은 예비 출력의 사용을 통해 보상될 수 있다. 그러나 추가의 가스 및 증기 터빈 설비과 그 부품들은 사용 수명이 비교적 짧으면서도 높은 비용을 야기한다.
마지막으로, 가스 터빈의 흡기는 종래의 냉각기에 의해 냉각될 수 있다. 그러나 냉각기는 그 자체로 많은 전력을 소비한다. 이 방식으로는 뚜렷한 전력 증가가 달성되지 않는다.
본 발명의 과제는, 고출력 및 고효율이 달성되도록 가스 터빈 설비, 특히 가스 및 증기 터빈 설비의 피크 부하 작동을 개선하는 것이다.
상기 과제는 본 발명을 통해 청구항 제1항에 따른 장치 및 청구항 제11항에 따른 방법에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 개선예들은 각각의 종속 청구항들에 기술된다.
일측은 흡기 라인에 연결되고 타측은 흡기 예열 시스템의 회로로 연결되는 열교환기를 포함하는 흡기 온도 조절 장치에서, 유체 저장조가 열 전달을 위해 상기 회로와 열적으로 연결될 수 있음으로써 하기의 효과가 달성된다.
최근의 그리고 미래의 가스 및 증기 터빈 설비에서 흡기 예열 시스템(Air Preheater System = APH)은 야간 및 주말 동안의 부분 부하 감소(일산화탄소 문제)로 인해 다수의 설비들에 이미 존재한다. 기존의 흡기 예열 시스템을 이용하여 흡기의 온도에 영향이 미칠 수 있도록 하는 유체가 저장조를 통해 제공된다. 이 경우, 흡기 예열 시스템은 공기를 예열할 때와 동일한 방식으로 냉각을 위해서도 이용될 수 있다.
바람직하게는, 저장조로부터 제1 유체 라인이 분기되어 회로로 통하고, 상기 회로로부터 제2 유체 라인이 분기되어 저장조로 통함으로써, 저장조와 회로가 열적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 유체는 흡기 예열 시스템으로 직접 공급되어, 흡기 예열 시스템의 열교환기를 통해 가스 터빈용 흡기의 온도에 영향을 미칠 수 있다.
그 대안으로, 열교환기가 회로에 연결되어 제1 및 제2 유체 라인을 통해 저장조와 연결된다. 이 경우, 유체는 저장조 및 열교환기와 함께 하나의 고유 회로를 형성하며, 흡기 예열 시스템의 회로는 변경되지 않고 유지된다.
흡기와의 열 교환에 의해 가열된 유체는 바람직하게, 공기/유체 열교환기의 일측이 저장조 회로로 연결되고 타측은 압축기로부터 분기되는 공기 라인으로 연결됨으로써 다시 냉각될 수 있는데, 이때 저장조 회로는 저장조와, 제1 유체 라인과 제2 유체 라인 사이에 연결된 제3 유체 라인과, 저장조에서부터 제3 유체 라인까지의 제1 및 제2 유체 라인의 섹션들을 포함한다.
이러한 목적으로 바람직하게는 하나 이상의 추가 열교환기가 공기의 냉각을 위해, 증발기로부터 분기되는 공기 라인에, 공기의 유동 방향으로 1차측에서 공기/유체 열교환기의 상류에 연결된다. 상기 추가 열교환기는 예컨대 가스 및 증기 터빈 설비의 물/증기 회로에 연결되어 공급수의 가열에 사용될 수 있다.
압축기 공기의 추가 냉각을 위해 바람직하게, 추가 열교환기와 공기/유체 열교환기 사이에서 공기 라인으로 감압 밸브가 연결된다.
그 대안으로, 바람직하게는 추가 열교환기와 공기/유체 열교환기 사이에서 공기 라인으로 공기 팽창 터빈이 연결될 수 있다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에서는, 열 전달용 유체가 물과 부동액(예: 글리콜 또는 에탄올)의 혼합물이다. 물과 부동액의 혼합물은, 부동액에 의해 물의 빙점이 낮아지고 열전달 계수가 커지므로, 상기와 같은 적용에 매우 적합하다.
바람직하게는 흡기 온도 조절 장치는 가스 터빈 설비 또는 가스 및 증기 터빈 설비의 부분이다.
본 발명에 따른, 흡기 예열 시스템을 구비한 흡기 온도 조절 장치의 작동 방법에서는, 열 전달용 유체가 저장조로부터 배출되어 흡기 온도의 변화를 위해 흡기 예열 시스템으로 공급된다.
유체의 재생을 위해 바람직하게는 압축기 공기가 사용되며, 상기 압축기 공기는 자체적으로 사전에 냉각되어야 한다. 이 경우, 압축된 압축기 공기는 열교환 시 가스 및 증기 터빈 설비의 물/증기 회로의 물, 예컨대 중압 공급수 또는 저압 공급수에 의해 냉각되는 것이 바람직하다.
또한, 추가 냉각을 위해 스로틀 부재가 냉각된 압축기 공기를 팽창시키는 것이 바람직하다.
그 대안으로, 팽창 터빈 내에서 압축기 공기를 팽창시키는 것도 바람직할 수 있다.
본 발명에 따른 장치 및 본 발명에 따른 방법을 위해서는, 기존의 흡기 예열 시스템을 구비한 가스 및 증기 터빈 설비에, 열 전달용 유체가 상기 흡기 예열 시스템으로 직접 편입되느냐, 아니면 열교환기를 통해 편입되느냐에 따라, 열교환기가 추가되는 형태로 약간의 수정만 가해지면 된다.
또한, 야간에는 일반적으로 전력 수요 및 그와 더불어 전력 판매 수입이 최저 수준이 된다. 가스 및 증기 터빈 설비를 활용하기 위해, 발생한 에너지의 일부가 예컨대 저온의 유체로 변환되어 저장될 수 있으며, 상기 저온 유체는 하루 중 전력 판매 수입이 높을 때 추가 전력 출력을 제공하는 데 사용된다. 그럼으로써 가스 및 증기 터빈 설비는, 전력 요금이 낮을 때 전력을 소비하고, 전력 판매 수입이 높을 때에는 공칭 출력의 변경 없이 추가의 전력을 발생시킬 수 있는 저장식 발전소(reservoir type power plant)와 유사해진다. 시스템 설계에 따라, 흡기가 예컨대 약 +40℃에서 +10℃로 냉각되면 15 내지 20% 만큼의 출력 증가가 나타난다.
종래의 냉각기를 사용한 해결책의 경우에 비해, 장치 기술 비용이 더 적게 들며, (특히 팽창 터빈을 구비한) 시스템의 효율도 훨씬 더 높다. 대부분의 경우에 필요한 흡기 예열 시스템은 기존의 기능(부분 부하 및 경부하 시 일산화탄소 방지)을 수행하는 것 외에, 외부 온도가 높을 경우의 냉각에도 이용됨으로써 훨씬 더 경제적으로 사용될 수 있다.
본원에 따른 장치는 동절기 또는 통상 주변 온도가 낮을 때에도 온수 공급을 통해 가스 터빈의 소위 결빙 방지 작동을 위한 보조 증기 수요를 감소시킬 수 있으며, 이때 저장조도 마찬가지로 흡기 예열 시스템을 통해 방출된다. 낮은 외부 온도와 높은 상대 습도값이 결합되면 흡기 시스템 및 전체 가스 터빈의 결빙 위험도가 크게 높아진다. 상기 위험에는 필터의 결빙과, 그로 인한 공기 공급의 감소 또는 차단이 포함된다. 전자는 출력 감소를 야기하고, 후자는 설비의 작동 정지를 의미한다. 그러나 그보다 더 문제인 것은, 터빈 내로 침투하여 터빈의 블레이드 휠들과 접촉되는 빙정 또는 액적이다. 즉, 상기 빙정이나 액적은 최상의 경우에는 설비의 마모 증가를 야기하고, 최악의 경우에는 설비의 조기 파손을 야기한다. 따라서 결빙을 효과적으로 방지하는 것이 기술적으로나 경제적으로나 가장 중요하다. 부동액을 첨가함으로써 저온의 흡기와의 열 교환 시 물의 동결을 방지한다. 물과 부동액의 혼합물을 가열하는 데 필요한 열은 예컨대 가스 및 증기 터빈 설비의 물/증기 회로의 증기 시스템으로부터 방출된다.
저장된 온수는 결빙 방지 작동 시에 사용될 뿐만 아니라, 부분 부하 작동 시 설비 효율을 크게 증대시키는 데에도 도움이 될 수 있다.
건물 및 공간 단위들도 냉수 또는 온수 저장조를 이용하여 간단하게 가열되고 냉각될 수 있다. 이 경우, 저장조의 설계 및 운전 모드에 따라 필요한 경우 냉각과 가열이 병행 실시될 수도 있다.
하기에서는 도면들을 참고로 실시예로써 본 발명을 더 상세히 설명한다. 도면들은 축척에 맞지 않게 개략적으로 도시하였다.
도 1은 가스 터빈 설비 및 최근의 가스 터빈 흡기 예열 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 저장조로부터 흡기 예열 시스템으로의 유체 공급을 통한 직접적인 열 결합이 이루어지는 흡기 온도 조절 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 열교환기를 통한 간접적인 열 결합이 이루어지는 흡기 온도 조절 장치를 도시한 도면이다.
도 4는 압축기 공기 라인 내 스로틀 밸브에 의한 저온 유체의 발생을 도시한 도면이다.
도 5는 압축기 공기 라인 내 팽창 터빈에 의한 저온 유체의 발생을 도시한 도면이다.
도 6은 가스 및 증기 터빈 설비의 물/증기 회로 내에 저온 유체를 발생시키는 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 흡기 온도 조절 장치의 저장조를 축열기로서 이용할 경우를 도시한 도면이다.
도 1에는 가스 터빈 설비(1) 및 최근의 가스터빈 흡기 예열 시스템(2)의 예가 개략적으로 도시되어 있다. 가스 터빈 설비(1)는 가스 터빈(3)과, 압축기(4)와, 상기 압축기(4)와 가스 터빈(3) 사이에 연결된 하나 이상의 연소실(5)을 구비한다. 압축기(4)를 이용하여, 흡기 라인(6)을 통해 신선 공기가 흡입되어 압축되며, 신선 공기 라인(7)을 통해 연소실(5)의 하나 이상의 버너(8)로 공급된다. 공급된 공기는 연료 라인(9)을 통해 공급된 액상 또는 가스상 연료와 혼합되고, 그 혼합물이 연소된다. 이때 발생하는 연소 배기 가스는 가스 터빈(3)에 공급되는 가스 터빈 설비(1)의 작동 매체를 형성하며, 상기 가스 터빈에서 상기 연소 배기 가스는 팽창된 상태로 일을 수행하며, 가스 터빈(3)에 연결된 샤프트(10)를 구동한다. 샤프트(10)는 가스 터빈(3) 외에 공기 압축기(4) 및 제너레이터(11)와도 연결되어 이들을 구동한다.
흡기의 예열을 통해 가스 터빈(3)에 시간 단위당 공급될 수 있는 연료/공기 혼합물의 총 질량 흐름이 감소함에 따라, 가스 터빈 설비(1)에 의해 도달 가능한 최대 전력 출력은 흡기 예열 과정이 생략된 경우에 비해 더 적다. 그러나 열 공급을 통한 흡기의 예열 시 연료 소비는 도달 가능한 최대 전력 출력보다 더 강도 높게 감소하므로, 총 효율은 증가한다.
흡기 예열 시스템(2)은, 일측은 흡기 라인(6)에 연결되고 타측은 흡기 예열 시스템(2)의 회로(13)로 연결되는 열교환기(12)로 구성되며, 상기 회로 내에서 유체는 순환 펌프(14)에 의해 펌핑된다. 2차측에서 회로(13)에 연결되는 추가 열교환기(15)는 일차측에서 펌프(17)를 포함하는 물/증기 회로(16)에 연결된다. 추가 열교환기(15)를 통해 흐르는 증기는 순환하는 유체를 가열하여 응축시킨다. 그렇게 하여 생성된 응축물은 펌프(17)를 통해 배출된다. 가열된 유체는 흡수한 열을 다시 열교환기(12) 내에서 흡기 라인(6) 내 흡기로 전달한다.
도 2에는 흡기 예열 시스템(2)으로 저온의 유체가 직접 공급되는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 흡기 온도 조절 장치(18)가 도시되어 있다. 유체는 예컨대 물, 부동액, 또는 물과 부동액의 혼합물일 수 있다. 이 경우, 저장조(19)로부터 유체 라인(20)을 통해 저온 유체가 직접 흡기 예열 시스템(2)으로 공급된다. 저온 유체는 바이패스(21)에 의해, 통상 흡기 예열 시스템(2)의 유체를 가열하는 열교환기(15)를 우회하여 흐르며, 흡기 라인(6)에 연결된 열교환기(12)에 도달한다. 거기서 저온 유체는 흡기로부터 열을 흡수하고, 이 과정에서 상기 흡기를 냉각하며, 이어서 상기 저온 유체는 제2 유체 라인(22)을 통해 다시 저장조(19)로 리펌핑된다. 필요에 따라 저장조(19)는 밸브들(24, 25)에 의해 흡기 예열 시스템(2)으로부터 분리될 수 있다.
도 3에는 흡기 예열 시스템(2)에서 순환하는 유체의 간접 냉각이 실시되는 본 발명의 제2 실시예에 따른 흡기 온도 조절 장치(18)가 도시되어 있다. 여기서는 열교환기(23)의 일측이 흡기 예열 시스템(2)의 회로(13)에 연결되고, 타측은 제1 유체 라인(20)과 제2 유체 라인(22) 사이에 연결된다.
저장조(19)의 충전을 위해, 제1 유체 라인(20) 및 제2 유체 라인(22) 내의 밸브들(24, 25)이 닫힌다. 제3 유체 라인(26)은 제1 유체 라인(20)을 제2 유체 라인(22)과 연결하고 열교환기(27)를 거쳐 안내되며, 상기 열교환기를 통해 2차측에서 저온 공기가 흐른다. 펌프(28)는 회로(66) 내에서 유체가 연속 순환되고 추가 냉각되도록 하기 위해 제공된다. 예컨대 -40℃까지 냉각된 유체가 저장조(19) 내에 충전된다. 이러한 일일 저장조(day tank)는 설계에 따라 예컨대 1000㎥까지 수용 가능하다.
도 4 및 도 5에는 유체의 냉각을 위한 저온 공기가 어떻게 발생하는지가 도시되어 있다. 터빈 압축기(4)의 고온의 압축 공기(29)가 열교환기 내에서 물/증기 회로의 물에 의해 냉각되며, 이와 동시에 폐열 증기 발생기에서는 증기 발생이 증가한다. 이와 관련하여 도 4 및 도 5에서는 압축기 공기 라인(34)에 중압 공급수(31)용 열교환기(30)와 응축물(33)용 열교환기(32)가 연결된다.
도 4에 도시된 것과 같은 스로틀 부재(35), 또는 도 5에 도시된 것과 같은 팽창 터빈(36)이 냉각된 공기를 주변 압력까지 팽창시키며, 이때 공기 온도는 더욱 하강한다. 생성되는 물 또는 얼음은 물/얼음 분리기(37)에서 냉각된 공기로부터 분리된다.
상기 저온 공기는 도 2 및 도 3에 도시된 열교환기(27)를 통해 유체를 냉각시킨 다음 연도(41, 도 6 참조)로 공급된다(65). 그 대안으로, 저온 공기는 제너레이터 냉각을 위한 냉각 회로에서 또는 응축기에서 사용될 수 있다.
또 다른 해결책에서는 종래의 냉각기를 이용해서도 저온 공기가 발생할 수 있다.
도 6에는 가스 및 증기 터빈 설비(38)가 도시되어 있다. 도 1의 설명에 덧붙여서, 가스 터빈 설비(1)의 고온의 배기 가스가 배기 라인(39)을 통해 폐열 증기 발생기(40)에 공급되어, 연도(41)를 통해 외부로 배출될 때까지 상기 폐열 증기 발생기를 통해 흐른다. 상기 배기 가스는 폐열 증기 발생기(40)를 통해 흐르는 동안 자신의 열을 고압 과열기(42)에 공급한 다음, 고압 재열기(43), 고압 증발기(44), 고압 예열기(45)에 공급하고, 이어서 중압 과열기(46), 중압 증발기(47), 중압 예열기(48)에 공급하고, 이어서 저압 과열기(49), 저압 증발기(50) 및 마지막으로 응축물 예열기(51)에 공급한다.
고압 과열기(42) 내에서 과열된 증기는 증기 배출관(52)을 통해 증기 터빈(54)의 고압단(53)에 공급되어, 거기서 일(work)의 수행 하에 팽창된다. 상기 일에 의해, 가스 터빈 내에서 수행된 일과 유사하게, 전기 에너지의 발생을 위해 샤프트(10) 및 제너레이터(11)가 가동된다. 이어서 고압단(53)에서 부분적으로 팽창된 고온 증기가 고압 재열기(43)에 공급되고 거기서 재가열되어, 배출관(55) 또는 증기 공급관을 통해 증기 터빈(54)의 중압단(56)에 공급되며, 거기서 기계적 일의 수행 하에 팽창된다. 중압단에서 부분적으로 팽창된 증기는 공급관(57)을 통해, 저압 과열기(49)의 저압 증기와 함께 증기 터빈(54)의 저압단(58)으로 공급되어, 거기서 기계적 에너지의 방출 하에 더욱 팽창된다.
팽창된 증기는 응축기(59)에서 응축되며, 그렇게 하여 발생하는 응축물은 응축물 펌프(60)를 통해 폐열 증기 발생기(40)의 저압단(61)에 직접 공급되거나, 공급 펌프(62)를 통해 공급되며, 상기 공급 펌프에 의해 상응하는 압력을 받으며, 폐열 증기 발생기(40)의 중압단(63) 또는 고압단(64)에 공급되며, 거기서 상기 응축물이 증발된다. 증기 배출 및 과열 이후, 증기는 팽창 및 기계적 일의 수행을 위해 폐열 증기 발생기(40)의 관련 배출관을 통해 다시 증기 터빈(54)으로 공급된다.
도 4 및 도 5와 관련하여 이미 설명한 것처럼, 가스 및 증기 터빈 설비(38)의 물/증기 회로에 저온 공기 발생부를 통합하기 위해, 가스 터빈 공기 압축기(4)로부터 고온 압축 공기(29)가 분기되어, 열교환기에서 중압 공급수(31) 및 응축물(33)에 의해 냉각되며, 상기 유체 냉각 과정이 종료되면 연도(41) 내로 복귀된다(65).
도 7에는 저장조(19)를 선택적으로 축열기로 활용하는 실시예가 도시되어 있다. 저장조(19) 내에 저장된 유체는 펌프(28)에 의해 흡기 예열 시스템(2) 내로 펌핑된다. 이때, 공기/유체 열교환기(27)를 통과하는 라인(26) 및 바이패스 라인(21)은 폐쇄된다. 유체의 가열은 열교환기(15) 내에서 가스 및 증기 터빈 설비(38)의 물/증기 회로(16)의 증기에 의해 이루어진다. 가열된 유체는 이어서 열교환기(12)를 통해 안내되지 않고, 직접 라인(67)을 통해 다시 저장조(19) 내로 복귀된다.
열의 회수를 위해, 즉 흡기의 가열을 위해, 저장조(19)의 유체가 흡기 예열 시스템(2) 내로 펌핑되어, 도 1 내지 도 3에 도시된 흡기 열교환기(12)를 통해 안내된다.

Claims (15)

  1. 일측은 흡기 라인(6)으로 연결되고 타측은 흡기 예열 시스템(2)의 회로(13)로 연결되는 열교환기(12)를 포함하는 흡기 온도 조절 장치(18)에 있어서,
    열 전달을 위해 유체용 저장조(19)가 회로(13)와 열적으로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는, 흡기 온도 조절 장치(18).
  2. 제1항에 있어서, 저장조(19)로부터 제1 유체 라인(20)이 분기되어 회로(13)로 통하고, 상기 회로(13)로부터 제2 유체 라인(22)이 분기되어 저장조(19)로 통함으로써, 저장조(19)가 회로(13)와 열적으로 연결될 수 있는, 흡기 온도 조절 장치(18).
  3. 제1항에 있어서, 열교환기(23)가 회로(13)에 연결되어, 제1 및 제2 유체 라인(20, 22)을 통해 저장조(19)와 연결되는, 흡기 온도 조절 장치(18).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 저장조 회로(66)를 구비하고, 저장조 회로는 저장조(19)와, 제1 유체 라인(20)과 제2 유체 라인(22) 사이에 연결된 제3 유체 라인(26)과, 저장조(19)에서부터 제3 유체 라인(26)까지의 제1 및 제2 유체 라인(20, 22)의 섹션들을 포함하며, 이때 공기/유체 열교환기(27)의 일측은 저장조 회로(66)로 연결되고 타측은 압축기(4)로부터 분기되는 공기 라인(34)으로 연결되는, 흡기 온도 조절 장치(18).
  5. 제4항에 있어서, 하나 이상의 추가 열교환기(30, 32)가 공기의 냉각을 위해, 1차측에서 공기의 유동 방향으로 공기/유체 열교환기(27)의 상류에서 공기 라인(34)으로 연결되는, 흡기 온도 조절 장치(18).
  6. 제5항에 있어서, 하나 이상의 추가 열교환기(30, 32)와 공기/유체 열교환기(27) 사이에서 공기 라인(34)으로 감압 밸브(35)가 연결되는, 흡기 온도 조절 장치(18).
  7. 제5항에 있어서, 추가 열교환기(30, 32)와 공기/유체 열교환기(27) 사이에서 공기 라인(34)으로 공기 팽창 터빈(36)이 연결되는, 흡기 온도 조절 장치(18).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 열 전달용 유체는 물과 부동액을 함유하는, 흡기 온도 조절 장치(18).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 흡기 온도 조절 장치(18)를 구비한 가스 터빈 설비(1).
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 흡기 온도 조절 장치(18)를 구비한 가스 및 증기 터빈 설비(38).
  11. 흡기 예열 시스템(2)을 구비한 흡기 온도 조절 장치(18)를 작동하기 위한 방법에 있어서,
    열 전달용 유체가 저장조(19)로부터 배출되어, 흡기 온도의 변화를 위해 흡기 예열 시스템(2)으로 공급되는 것을 특징으로 하는, 흡기 온도 조절 장치의 작동 방법.
  12. 제11항에 있어서, 압축된 압축기 공기는 열교환 시 물에 의해 냉각되는, 흡기 온도 조절 장치의 작동 방법.
  13. 제12항에 있어서, 스로틀 부재(35)가 냉각된 압축기 공기를 팽창시키는, 흡기 온도 조절 장치의 작동 방법.
  14. 제12항에 있어서, 팽창 터빈(36)이 압축기 공기를 팽창시키는, 흡기 온도 조절 장치의 작동 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 팽창된 압축기 공기가 열교환 시 유체를 냉각하는, 흡기 온도 조절 장치의 작동 방법.
KR1020117031105A 2009-05-28 2010-05-25 흡기 온도 조절 장치 및 그의 작동 방법 KR20120026569A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP09161355A EP2256316A1 (de) 2009-05-28 2009-05-28 Ansauglufttemperiereinrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Ansauglufttemperiereinrichtung
EP09161355.4 2009-05-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120026569A true KR20120026569A (ko) 2012-03-19

Family

ID=41413348

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117031105A KR20120026569A (ko) 2009-05-28 2010-05-25 흡기 온도 조절 장치 및 그의 작동 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20120067057A1 (ko)
EP (2) EP2256316A1 (ko)
KR (1) KR20120026569A (ko)
CN (1) CN102449288B (ko)
WO (1) WO2010136454A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150050443A (ko) * 2013-10-31 2015-05-08 알스톰 테크놀러지 리미티드 개선된 효율을 갖는 조합형 순환 발전소
KR20190094438A (ko) * 2016-12-22 2019-08-13 지멘스 악티엔게젤샤프트 가스 터빈 흡기 시스템을 갖는 발전소

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8505309B2 (en) * 2011-06-14 2013-08-13 General Electric Company Systems and methods for improving the efficiency of a combined cycle power plant
DE102012202575A1 (de) * 2012-02-20 2013-08-22 Siemens Aktiengesellschaft Gaskraftwerk
CN103061886A (zh) * 2012-07-24 2013-04-24 陈大兵 一种加热燃气轮机进气的系统和方法
US9410451B2 (en) * 2012-12-04 2016-08-09 General Electric Company Gas turbine engine with integrated bottoming cycle system
US11105267B2 (en) 2013-02-21 2021-08-31 Raytheon Technologies Corporation Removing non-homogeneous ice from a fuel system
EP3023614A1 (en) * 2014-11-20 2016-05-25 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus and method for cooling or heating the air inlet of a gas turbine
DE102017223705A1 (de) * 2017-12-22 2019-06-27 E.On Energy Projects Gmbh Kraftwerk
DE102019210737A1 (de) * 2019-07-19 2021-01-21 Siemens Aktiengesellschaft Gasturbine mit thermischem Energiespeicher, Verfahren zum Betreiben und Verfahren zur Modifikation

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3002615A1 (de) * 1979-12-05 1981-06-11 BBC AG Brown, Boveri & Cie., Baden, Aargau Verfahren und einrichtung fuer den teillastbetrieb von kombinierten kraftanlagen
US4951460A (en) * 1989-01-11 1990-08-28 Stewart & Stevenson Services, Inc. Apparatus and method for optimizing the air inlet temperature of gas turbines
US5203161A (en) * 1990-10-30 1993-04-20 Lehto John M Method and arrangement for cooling air to gas turbine inlet
JPH08151933A (ja) * 1994-09-28 1996-06-11 Toshiba Corp ガスタービン吸気冷却装置
DE10033052A1 (de) * 2000-07-07 2002-01-24 Alstom Power Nv Verfahen zum Betreiben einer Gasturbinenanlage sowie Gasturbinenanlage zur Durchführung des Verfahrens
JP2003239760A (ja) * 2002-02-15 2003-08-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービンの吸気温度調整システムおよびこれを使用したガスタービン
DE102004050182B4 (de) * 2004-10-14 2009-10-22 Triesch, Frank, Dr. Ing. Verfahren zur Luftkonditionierung
US7389644B1 (en) * 2007-01-19 2008-06-24 Michael Nakhamkin Power augmentation of combustion turbines by injection of cold air upstream of compressor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150050443A (ko) * 2013-10-31 2015-05-08 알스톰 테크놀러지 리미티드 개선된 효율을 갖는 조합형 순환 발전소
KR20190094438A (ko) * 2016-12-22 2019-08-13 지멘스 악티엔게젤샤프트 가스 터빈 흡기 시스템을 갖는 발전소
US11162390B2 (en) 2016-12-22 2021-11-02 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Power plant with gas turbine intake air system

Also Published As

Publication number Publication date
EP2435678A1 (de) 2012-04-04
WO2010136454A1 (de) 2010-12-02
CN102449288B (zh) 2014-12-31
CN102449288A (zh) 2012-05-09
US20120067057A1 (en) 2012-03-22
EP2256316A1 (de) 2010-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20120026569A (ko) 흡기 온도 조절 장치 및 그의 작동 방법
US8356466B2 (en) Low grade heat recovery system for turbine air inlet
RU2215165C2 (ru) Способ регенерации тепла выхлопных газов в преобразователе органической энергии с помощью промежуточного жидкостного цикла (варианты) и система регенерации тепла выхлопных газов
JP4676284B2 (ja) 蒸気タービンプラントの廃熱回収設備
EP0378003B1 (en) Apparatus and method for optimizing the air inlet temperature of gas turbines
KR101295806B1 (ko) 흡수식 히트펌프를 이용하여 발전효율을 개선하기 위한 복합화력 발전시스템 및 그 제어방법
US8624410B2 (en) Electricity generation device with several heat pumps in series
US20110265477A1 (en) Thermal integration of a carbon dioxide capture and compression unit with a steam or combined cycle plant
JP2007032568A (ja) 複合サイクル発電プラント
US11300010B2 (en) Cooling equipment, combined cycle plant comprising same, and cooling method
WO2002040916A2 (en) Gas pipeline compressor stations with kalina cycles®
WO2011082949A2 (en) Combined cycle power plant and method of operating such power plant
JP4794229B2 (ja) ガスタービン発電装置及びガスタービン複合発電システム
US7950214B2 (en) Method of and apparatus for pressurizing gas flowing in a pipeline
JP2014034924A (ja) 内燃機関の排熱回収装置及びコジェネレーション・システム
US10731515B2 (en) Hybrid type power generation system
US10830105B2 (en) System and method for improving output and heat rate for a liquid natural gas combined cycle power plant
JP2005315127A (ja) ガスタービン
JP2011149434A (ja) ガスタービン複合発電システム
JP2003239760A (ja) ガスタービンの吸気温度調整システムおよびこれを使用したガスタービン
CN110953069A (zh) 一种燃机电站多能耦合发电系统
JP3696931B2 (ja) 液体空気利用発電設備
JP3697476B2 (ja) ガス圧力エネルギを利用した複合発電システム
CN106460664B (zh) 使用补充空气系统的燃气涡轮机效率和调节速度改进
KR20190037919A (ko) 발전 및 히트펌프의 연계 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid