KR20140051089A - 연속 연소에 의한 가스터빈 작동방법 및 상기 방법을 실시하는 가스터빈 - Google Patents

연속 연소에 의한 가스터빈 작동방법 및 상기 방법을 실시하는 가스터빈 Download PDF

Info

Publication number
KR20140051089A
KR20140051089A KR1020130125213A KR20130125213A KR20140051089A KR 20140051089 A KR20140051089 A KR 20140051089A KR 1020130125213 A KR1020130125213 A KR 1020130125213A KR 20130125213 A KR20130125213 A KR 20130125213A KR 20140051089 A KR20140051089 A KR 20140051089A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
combustor
gas turbine
gas
load
sev
Prior art date
Application number
KR1020130125213A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101555500B1 (ko
Inventor
안드레아 시아니
아드난 에로그루
더글라스 안토니 펜넬
니꼴라스 뜨란
에발트 프라이타크
Original Assignee
알스톰 테크놀러지 리미티드
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 알스톰 테크놀러지 리미티드 filed Critical 알스톰 테크놀러지 리미티드
Publication of KR20140051089A publication Critical patent/KR20140051089A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101555500B1 publication Critical patent/KR101555500B1/ko

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, 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
    • F02C7/12Cooling of plants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, 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
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/14Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F02C7/141Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, 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
    • F02C7/22Fuel supply systems
    • F02C7/228Dividing fuel between various burners
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26Control of fuel supply
    • F02C9/28Regulating systems responsive to plant or ambient parameters, e.g. temperature, pressure, rotor speed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00Control
    • F05D2270/01Purpose of the control system
    • F05D2270/08Purpose of the control system to produce clean exhaust gases
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

본 발명은 연속 연소(14, 15, 17, 19)에 의한 가스터빈(10) 작동방법을 개시하며, 상기 가스터빈(10)은 압축기(13), 상기 압축기(13)로부터 압축공기를 수용하며 제1 연소실(14)과 제1 버너(17)들을 갖는 제1 연소기(14, 17), 예정된 제2 연소기 입구 온도를 가지며 상기 제1 연소기(14, 17)로부터 과열가스를 수용하며 제2 연소실(15)과 제2 버너(19)들을 갖는 제2 연소기(15, 19), 및 제2 연소기(15, 19)로부터 과열가스를 수용하는 터빈(16)을 포함한다.
부분-부하 작동을 위한 CO 방출물은 가스터빈(10)의 기저-부하 작동을 위한 제2 연소기 입구 온도를 감소시키고, 그리고 가스터빈 부하(RLGT)를 기저-부하에서 부분-부하로 감소시킬 때 제2 연소기 입구 온도를 증가시킴으로써 감소된다.

Description

연속 연소에 의한 가스터빈 작동방법 및 상기 방법을 실시하는 가스터빈{METHOD FOR OPERATING A GAS TURBINE WITH SEQUENTIAL COMBUSITON AND GAS TURBINE FOR CONDUCTING SAID METHOD}
본 발명은 가스터빈의 기술에 관한 것이다. 본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 연속(sequential) 연소에 의한 가스터빈 작동방법을 언급한다. 또한 본 발명은 그러한 방법의 실시를 위한 가스터빈에 관한 것이다.
연속 연소하는 가스터빈은 도 1에 실례로 도시된 바와 같이 2개의 연소기를 포함한다. 도 1의 가스터빈(10)은 케이싱(12)에 의하여 동심으로 둘러싸이는 회전자(11)를 갖는다. 압축기(13)는 제1 연소실(14) 및 제1 버너(17)들을 포함하는 제1 연소기 내로 공급되는 공기를 압축한다. 제1 버너(17)들에는 제1 연료 공급부(18)에 의하여 연료가 공급된다. 제1 연소기(14, 17) 내에서 발생한 과열가스는 과열가스 채널(21)을 통과하여 제2 연소실(15) 및 제2 버너(20)들을 포함하는 제2 연소기 내로 흘러들어간다. 제2 버너(20)들에는 제2 연료 공급부(20)에 의하여 연료가 공급된다. 제2 연소기(15, 19)로부터의 과열가스는 작업하기 위해 터빈(16)으로 들어간다.
보통, 고압터빈이 제1 연소기(14, 17)와 제2 연소기(15, 19) 사이에 배치된다. 그러나, 여기서는 고압터빈이 생략되어 있다. 대신에, 희석공기가 희석공기 공급부(23)에 의하여 과열가스 채널(21) 내로 분사될 수 있다.
가스터빈의 부분-부하 작동에서, 연소기의 과열가스 온도는 통상 감소한다. 일정한 과열가스 온도 한계에서, CO 방출물이 상승하므로 한계를 방출물 보장 범위로 설정한다. 통상적으로 CO 방출물은 가스터빈 부하가 도 2에 도시된 바와 같이 100%에서 부분-부하로 감소될 때 상승하고, 여기서 CO 방출물은 가스터빈 상대부하(RLGT)의 함수로서 도시되어 있고, l2에서의 피크가 제2 연소기의 점화의 특징을 나타내고 있다. 일정한 부하 한계(LTL)에서, 예정된 CO 한계(LTCO)가 초과된다. 동시에 재2 연소기는 성능에 부정적 영향을 주는 일정한 압력 강하의 특징을 나타낸다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 종래 기술에서 2가지 다른 해법이 제안되어 있다.
1. 최고의 가능한 부하에서 제2 연소기를 시동한다. 그러나, 이것은 제1 연소기의 과열가스 온도가 고압터빈 수명에 의해 부과된 한계 내에서 유지될 필요가 있기 때문에 매우 비효율적이다(고압터빈이 제1 연소기와 제2 연소기 사이에 제공되어 있을 때).
2. 몇 개의 제2 버너들을 낮은 부분-부하에서 전환하며, 따라서 나머지 버너들은 더 낮은 부하에서 더 높은 출구 온도로 점화된다. 그러한 해법은 저압터빈(도 1의 16)에 높은 스트레스를 주는 단점을 가지며, 보일러의 온도 한계만큼 제한된다(조합된 사이클 발전소에서).
추가로 관련된 종래 기술은 다음과 같다:
문서 DE 103 12 971 A1은 특히 동력장치를 위한 가스터빈 조립체를 개시하며, 이는 압축기와, 터빈을 동반하며 직렬로 2개의 하류 연소실을 포함한다. 냉각유닛이 상기 2개의 연소실 사이에 배치된다. 이러한 해법은 고압터빈 없이 연속 연소에 기초를 두고 있다. 2개의 연소기 사이에 고압터빈이 없기 때문에 비교적 높은 가스 온도가 제1 연소기의 입구에서 초래되고, 이는 연료가 제2 연소기에서 분사될 때 자발적 점화를 초래하며, 연료 분사 부근에서 구성요소의 과도한 열 응력을 일으키고, 연료 및 공기의 불충분한 혼합이 높은 방출물 값을 초래한다.
이러한 단점을 회피하기 위하여 제2 연소실을 위한 연료-산화제-혼합물을 형성하기 위해 연료를 과열 연소 가스 내로 분사하기 전에 제1 연소실로부터 과열 연소 가스를 냉각시키는 것을 제안하고 있다. 제1 연소실 또는 제1 연소 단계로부터 나오는 과열 연소 가스를 냉각시킴으로써 배기 가스 온도가 감소될 수 있어서, 동질성 및 희박 연료-산화제-혼합물을 가지기 위해서 분리된 화염 및 충분한 혼합을 허용하기에 충분히 길게 분사된 연료의 점화가 지연되게 된다.
문서 WO 03/038253호는 연소-점화식 가스터빈 유닛의 변경에 관한 것이며, 필수적으로 적어도 하나의 압축기, 고압 연소실, 고압터빈, 저압 연소실 및 저압터빈을 포함한다. 압축기와 고압터빈 및 저압터빈의 회전 부품들은 공통 회전자에 배치되고, 변경에 관하여 상기 가스터빈 유닛과 관련되어 청구한 모든 고려사항들이 유리하게 단순화될 수 있다. 변경된 가스터빈 유닛은 감소된 압축기, 본래의 고압 연소실(저압에서 작동함), 본래의 저압 연소실, 및 본래의 저압터빈을 포함하고, 따라서 압축기의 감소는 복수의 최종 고압 스테이지들을 유동 방향에 대하여 교체 없이 제거하거나 또는 구동부로부터 동일한 것을 제거함으로써 달성되며, 본래의 고압터빈은 교체 없이 기능부로부터 제거된다. 고압터빈은 바로 고압 연소실과 저압 연소실 사이에 있는 수송 채널이다. 과열가스들은 상기 고압 연소실로부터 상기 수송 채널을 통과하여 직접 저압 연소실 내로 흘러간다.
문서 EP 2 206 959호는 연료 리포머(reformer) 시스템을 포함하는 가스터빈 시스템을 개시하며, 연료 후류(slipstream)를 수용하도록 구성된 연료 입구, 산소 후류를 도입하도록 구성된 산소 입구, 연료 후류를 사전처리하도록 구성된 프리컨디셔닝(preconditioning) 영역, 가스성 프리믹스(gaseous premix)를 형성하기 위해 연료 후류와 산소 후류의 혼합을 촉진하도록 구성된 프리믹싱 디바이스를 포함한 혼합영역, 가스성 프리믹스로부터 합성가스를 발생하도록 구성된 반응영역, 수소가 풍부한 연료 혼합물을 형성하기 위해 연료 스트림을 합성가스와 혼합하도록 구성된 ?칭(quench) 영역, 및 연료 혼합물을 수용하도록 구성된 가스터빈을 포함한다.
문서 WO 2010/112318 A1호는 연속 연소를 갖는 가스터빈의 저 CO-방출물 부분 부하 작동을 위한 방법에 관한 것으로서, 여기서 부분 부하에서 제2 연소실의 작동 버너들의 공기비는 최대 공기비보다 낮게 유지되는 방법과, 상기 방법을 실시하기 위한 가스터빈에 관한 것이다. 최대 공기비를 감소시키기 위해서, 가스터빈의 작동 개념에서 개별적으로 또는 조합하여 여러 번의 변경이 실시된다. 하나의 변경은 제2 연소실을 켜기 전에 조정가능한 압축기 가이드 베인 열(guide vane row)의 개방이다. 제2 연소실을 켜기 위하여, 조정 가능한 압축기 가이드 베인 열이 신속하게 폐쇄되고, 연료가 동기 방식으로 제2 연소실의 버너들 내로 안내된다. 추가의 변경은 부분 부하에서 개별 버너들을 끄는 것이다.
본 발명의 목적은 역화(flashback) 위험을 증가시키지 않고 부분-부하 작동을 위해 CO 방출물 및 압력 강하를 감소시키는 연속 연소에 의한 가스터빈 작동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 그러한 방법을 실시하기 위한 가스터빈을 제공하는 것이다.
상기 및 다른 목적들은 연속 연소에 의한 가스터빈 작동방법으로서, 상기 가스터빈은 압축기, 상기 압축기로부터 압축공기를 수용하며 제1 연소실과 제1 버너들을 갖는 제1 연소기, 예정된 제2 연소기 입구 온도를 가지며 상기 제1 연소기로부터 과열가스를 수용하며 제2 연소실과 제2 버너들을 갖는 제2 연소기, 및 상기 제2 연소기로부터 과열가스를 수용하는 터빈을 포함하고, 상기 제2 연소기 입구 온도는 상기 가스터빈의 기저-부하(base-load) 작동을 위해 감소되고, 상기 제2 연소기 입구 온도는 가스터빈 부하를 기저-부하에서 부분-부하로 감소시킬 때 증가되는 가스터빈 작동방법에 의하여 달성된다.
제2 연소기 입구 온도는 예를 들어 희석공기 유동의 혼합에 의하여 및/또는 제1 연소기에서 연료 대 공기비의 감소에 의하여 기저-부하 작동에 대하여 감소될 수 있으며, 따라서 제1 연소기 출구 온도를 증가시킨다.
제2 연소기 입구 온도는 예를 들어 제1 연소기 출구 온도를 증가시킴으로써 기저-부하 입구 온도에 대하여 부분 부하에서 증가될 수 있다. 또한 제2 연소기 입구 온도는 기저-부하에서의 희석공기 유동에 대하여 희석공기 유동을 감소시킴으로써 기저-부하에 대한 부분 부하에서 증가될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라서 희석공기는 제1 연소기의 출구 온도에 대하여 감소된 제2 연소기 입구 온도를 달성하기 위하여 제1 연소기로부터 과열가스에 추가로 혼합된다. 이러한 맥락에서 희석공기의 추가의 혼합은 예를 들어 기저-부하에서의 비율에 대하여 부분 부하에서 혼합된 희석공기 대 제1 연소기 출구 질량 유동의 비를 증가시킬 수 있다.
특히, 희석공기 질량 유동은 제2 연소기 입구 온도의 더 큰 편차를 달성하기 위해 변화된다. 더 큰 편차는 다만 제1 연소기 출구 온도를 변화시킴으로써 달성될 편차보다 크다는 것을 의미한다. 제1 연소기 출구 온도의 편차는 연소기 안정성 및 수명 한계로 인하여 제한되어 있다. 더 높은 제1 연소기 출구 온도로의 증가는 수명 및 펄스 한계로 인하여 제한되어 있다. 더 낮은 제1 연소기 출구 온도로의 감소는 화염 한계 및 소화 펄스 한계에 의하여 제한되어 있다. 희석공기 유동에서의 이러한 편차는 예를 들어 연소기 출구 질량 유동과 제1 및 제2 연소기 발화 온도 및 압력 분배 대 부하에서의 편차의 결과로서 전체 연소기 공기의 피동 비율(driven proportion)로서 발생하거나, 또는 조절식 공급 시스템에 의하여 발생한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서, 제1 연소기의 출구 온도 또는 제2 연소기 입구 온도는 각각 가스터빈 부하의 함수로서 조절된다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 제1 연소기의 출구 온도 또는 제2 연소기 입구 온도는 각각 특히 제1 또는 제2 연소기 또는 압축기 플리넘(plenum) 내에서 또는 터빈 입구에서 연소 압력의 함수로서 조절된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서, 짧은 점화 시간을 갖거나, 특히 높은 H2 함량을 갖는 가스 또는 C2+ 농도라고 부르는, 고차 탄화수소(higher order hydrocarbon)의 고비율을 함유한 가스가 연료로서 사용된다. 예를 들어 5% 이상 또는 10% 이상(mol %)의 H2 및/또는 C2+를 함유한 연료 가스는 H2/C2+의 고비율을 갖는 가스로서 고려될 수 있고, 이에 상응하여 예로서 95% 이상 또는 90% 이상의 메탄 함량을 갖는 연료 가스의 점화 시간에 대하여 짧은 점화 시간을 갖는다. 짧은 점화 시간을 갖는 가스는 수소 함유 연료를 사용할 때 95% 메탄 및 최대 5% H2를 갖는 연료 가스의 점화 시간보다 더 짧은 점화 시간을 갖는 가스이고, 그리고 짧은 점화 시간을 갖는 가스는 고차 탄화수소를 함유한 연료 가스를 사용할 때 95% 메탄 및 5% C2+를 갖는 연료 가스보다 더 짧은 점화 시간을 갖는 가스이다. 연료 가스가 H2 및 C2+를 함유하면, 더 짧은 점화 시간은 "짧은 점화 시간" 한계를 결정하는 것과 관련되어 있다.
본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 가스터빈은, 압축기, 상기 압축기로부터 압축공기를 수용하며 제1 연소실과 제1 버너들을 갖는 제1 연소기, 예정된 제2 연소기 입구 온도를 가지며 상기 제1 연소기로부터 과열가스를 수용하며 제2 연소실과 제2 버너들을 갖는 제2 연소기, 및 상기 제2 연소기로부터 과열가스를 수용하는 터빈을 포함한다. 가스터빈은 혼합기가 제1 연소기와 제2 연소기를 직접 연결하는 과열가스 채널 내에 배치되고, 상기 혼합기는 희석공기 공급부에 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 가스터빈의 실시예에 따라서, 제1 버너들은 연료 공급부에 연결되고, 제어유닛은 제1 연소기의 출구 온도 또는 제2 연소기 입구 온도를 각각 조절하기 위하여 상기 희석공기 공급부 및 상기 연료 공급부에 연결되어 상기 공급부들을 제어한다.
본 발명의 가스터빈의 다른 실시예에 따라서 제어유닛은 가스터빈 부하를 나타내는 부하 신호를 위한 입력부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서 제어유닛은 상기 가스터빈의 연소 압력을 감지하는 압력 변환기에 연결된 입력부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서 제어유닛은 제2 버너의 입구 온도/제1 연소기의 출구 온도를 감지하는 온도 변환기에 연결된 입력부를 포함한다.
본 발명은 이제 다른 실시예에 의하여 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스터빈의 개략을 도시한다.
도 2는 제2 연소기 입구 온도에 관하여 연속 연소를 갖는 가스터빈의 CO 방출물의 일반 의존성을 도시한다.
도 3은 제2 연소기 입구 온도의 다른 값들에 대하여 제2 연소기 출구 온도에 관한 연속 연소를 갖는 가스터빈의 CO 방출물의 의존성을 도시한다.
도 4는 종래 기술(곡선 D)과 본 발명(곡선 E)에 따라서 가스터빈의 상대부하를 갖는 제2 연소기 입구 온도의 편차의 비교를 도시한다.
도 5는 낮은 제2 연소기 입구 온도 및 높은 제2 연소기 입구 온도에 대하여 제2 연소기 화염 온도의 의존성에 있어서 연속 연소를 갖는 가스터빈의 CO 방출물에 대한 실험 결과들을 도시한다.
최신기술 상태의 가스터빈 작동 개념(OPC)에서, 제2 연소기의 입구 온도(TI , SEV)는 기저-부하로부터 부분-부하에 이르는 전체 부하 범위에 대해 거의 일정하게 유지된다(도 4에서 곡선 D는 가스터빈의 상대부하(RLGT)의 함수로서 제2 연소기의 입구 온도(TI , SEV)를 도시한다). 도 2에 도시된 바와 같이, CO 생성물은 부분-부하의 하단부에서 급격하게 증가한다.
본 발명에 따라서, OPC가 적용되고, 이는 부분-부하(제1 연소기로부터 더 높은 과열가스 온도)에서 더 높은 제2 연소기 입구 온도(TI , SEV)와, 기저-부하에서 더 낮은 제2 연소기의 입구 온도(도 4에서 곡선 E 참조)를 특징으로 한다. 부분-부하에서 더 높은 제2 연소기의 입구 온도 때문에, 그러한 OPC는 도 3 및 도 5에 도시된 결과들에서 도시된 바와 같이 부분-부하에서 CO 방출물을 급격하게 감소시킨다. 도 3은 제2 연소기 출구 온도(TE , SEV)의 함수로 CO 방출물을 도시하고, 이에 의하여 매개변수 TI , SEV 가 변한다(곡선 A는 TI , SEV = TI , SEV ,A 에 대한 것이고, 곡선 B는 TI , SEV = TI,SEV,A -50K에 대한 것이고, 곡선 C는 TI , SEV = TI , SEV ,A -100K에 대한 것이다). 도 5는 제2 연소기 화염 온도(TF , SEV)의 함수로서 CO 방출물을 도시하고, 이에 의하여 곡선 F는 높은 입구 온도에 관한 것이고, 곡선 G는 100°K의 낮은 입구 온도에 관한 것이다[곡선 F는 지점(P1)에서 감소된 최대 점화 피크, 지점(P2)에서 부분-부하 조건에서의 개선된 번아웃(burnout), 및 지점(P3)에서의 곡선 G와 유사하게 기저-부하 조건에서의 평형 CO를 도시한다].
특히, 낮은 압력으로 인한 긴 점화 시간 때문에 특히 탄소 베이스 연료(즉, 천연가스, C2+ 등)에 대하여 부분-부하에서 역화 문제가 없을 것으로 예상된다.
동시에, 제2 연소기의 버너들은 압력 강하를 상당하게 감소시키는 낮은 용량 유동율(및 따라서 속도)에 대해 설계될 수 있다.
특히, 제2 (예로서 SEV) 버너의 최소 속도(체류 시간)는 최고 압력에서 역화 한계에 의해 주어진다. 기저-부하 입구 온도(TI , SEV 100%에서)를 감소시킴으로써 점화 시간은 버너가 어떠한 추가의 역화 위험이 없이 낮은 속도에서 작동할 수 있도록 연장되어 있다. 또한, 더 긴 혼합 섹션이 추가의 NOX 감소에 대해 실시될 수 있다.
도 4의 곡선 E에 따라서, 가스터빈은 기저-부하에서의 낮은 TI , SEV(제1 연소기 내의 낮은 과열가스 온도)와 부분-부하에서의 높은 TI , SEV(제1 연소기 내의 높은 과열가스 온도)로 운행되고 있다. 고압터빈은 제1 연소기와 제2 연소기 사이에 제공되어 있지 않다.
본 발명의 제1 실시예에 따라서, 혼합기(22)(도 1)는 타겟 제2 연소기 입구 온도(TI , SEV)를 달성하기 위해 희석공기 공급부(23)에 의해 공급된 희석공기를 추가로 혼합하는데 사용된다.
특히, 혼합기(22)에서, 희석공기 질량 유동은 -연료 공급부 내의 편차에 추가하여 - 제2 연소기 입구 온도(TI , SEV)의 더 큰 편차를 달성하기 위해 또한 변화된다.
본 발명에 따른 방법의 장점은 제1 연소기의 과열가스 온도(=TI , SEV)를 더욱 많이 증가시킬 수 있는 가능성에 있다. 고압터빈이 2개의 연소기 사이에 설치되어 있는 종래 기술에서는, 이것은 상기 고압터빈에 의해 제한된다: 즉, 이것은 너무 많은 수명시간을 상실하거나 또는 제1 연소기의 증가한 과열가스 온도에 의해 부분 부하 작동을 위해 너무 많은 냉각 공기를 필요로 한다는 것이다.
본 발명에 따른 방법의 장점은 엔진 성능에 손해를 주지 않고 가변하는 가스성 연료 구성물로 연소 시스템을 작동할 수 있는 가능성에 있으며, 왜냐하면 큰 반응 가스성 연료(이는 부분 부하 CO 생성물에 덜 민감하지만 더 짧은 점화 지체 시간을 특징으로 한다)가 제2 버너 및 제2 연소기에 대한 전체 입구 온도를 감소시키기 위해 부분 및 기저 부하에서 제1 연소기 내에서 출력을 내려도 사용될 수 있기 때문이다. 그러나 제2 연소기 발화 온도 및 터빈에 대한 입구 온도는 변화되지 않은 채로 유지된다. 종래 기술의 가스터빈 작동 개념(OPC)에서, 그러한 반응 가스성 연료에 대한 제2 버너 입구 온도의 필요한 감소는 고압터빈의 존재로 인하여 관련된 엔진 성능 손실을 초래할 것이다.
이것은 부분-부하에서의 제1 연소기의 과열가스 온도를 기저-부하에서의 제1 연소기의 절대 과열가스 온도(종래 기술에서 이것은 일부 50K로 제한되어 있다)보다 10% 초과로 심지어 20% 초과로 증가시킬 수 있다. 따라서 CO 문제는 효율적으로 완화될 수 있다.
부분-부하에서 제2 연소기 과열가스 온도(TE , SEV)는 감소되고, 통상적으로 압축기 입구 가이드 베인들은 폐쇄된다. 감소된 터빈 입구 온도를 갖는 감소된 질량 유동은 기저-부하의 30%와 60% 사이에 있는 압력을 초래한다. 이것은 제2 버너에 대해 더 높은 점화 지체 시간을 초래한다. 따라서 유속은 역화 위험없이 감소되거나(=> 저압 강하) 또는 짧은 점화시간을 갖는 가스들이 가열될 수 있다(높은 H2 함량 또는 높은 C2+ 가스).
제1 연소기의 출구 온도(=TI , SEV)는 제1 연소기에 대한 연료 질량 유동의 제어에 의하여 및/또는 연소기 출구(도 1에서 혼합기(22))에서의 희석공기의 분사에 의하여 제어될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서 제1 연소기(14, 17)의 출구 온도는 가스터빈 부하의 함수로서 조절된다. 도 1에서, 제어유닛(25)은 부하 신호(LS)를 수신하고, 제1 연소기(14, 17)의 연료 공급부(18) 및/또는 혼합기(22)의 희석공기 공급부(23)를 제어한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제1 연소기(14, 17)의 출구 온도는 연소 압력의 함수로서 조절된다(예로서 제1 또는 제2 연소기/압축기 플리넘/터빈 입구 압력). 도 1에서 예를 들어 압축기 플리넘 내의 압력을 감지하기 위해 압력 변환기(24)가 제공되며 제어유닛(25)에 연결되어 있다.
10: 가스터빈
11: 회전자
12: 케이싱
13: 압축기
14, 15: 연소실
16: 터빈
17, 19: 버너
18, 20: 연료 공급부
21: 과열가스 채널
22: 혼합기
23: 희석공기 공급부
24: 압력 변환기
25: 제어유닛
LTCO : CO 한계
LTL : 부하 한계
RLGT : GT 상대부하
TE , SEV : 제2 연소기 출구 온도
TI , SEV : 제2 연소기 입구 온도
TF , SEV : 제2 연소기 화염 온도
A-G : 곡선
P1-P3 : 지점
LS : 부하 신호

Claims (10)

  1. 연속 연소(14, 15, 17, 19)에 의한 가스터빈(10) 작동방법으로서, 상기 가스터빈(10)은 압축기(13), 상기 압축기(13)로부터 압축공기를 수용하며 제1 연소실(14)과 제1 버너(17)들을 갖는 제1 연소기(14, 17), 예정된 제2 연소기 입구 온도(TI , SEV)를 가지며 상기 제1 연소기(14, 17)로부터 과열가스를 수용하며 제2 연소실(15)과 제2 버너(19)들을 갖는 제2 연소기(15, 19), 및 상기 제2 연소기(15, 19)로부터 과열가스를 수용하는 터빈(16)을 포함하는 상기 가스터빈 작동방법에 있어서,
    상기 제2 연소기 입구 온도(TI , SEV)는 상기 가스터빈(10)의 기저-부하 작동을 위해 감소되고, 상기 제2 연소기 입구 온도(TI , SEV)는 가스터빈 부하(RLGT)를 기저-부하에서 부분-부하로 감소시킬 때 증가되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 작동방법.
  2. 제1항에 있어서,
    감소된 제2 연소기 입구 온도(TI , SEV)를 달성하기 위해 희석공기가 상기 제1 연소기(14, 17)로부터의 상기 과열가스에 추가로 혼합되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 작동방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 희석공기의 질량 유동은 제2 연소기 입구 온도(TI , SEV)의 더 큰 편차들을 달성하기 위해 변화되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 작동방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연소기(14, 17)의 출구 온도 또는 제2 연소기 입구 온도(TI , SEV)는 각각 상기 가스터빈 부하(LS)의 함수로서 조절되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 작동방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연소기(14, 17)의 출구 온도 또는 제2 연소기 입구 온도(TI , SEV)는 각각 특히 상기 제1 또는 제2 연소기 또는 연소기 플리넘에서 또는 터빈 입구에서 연소압력의 함수로서 조절되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 작동방법.
  6. 제1항에 있어서,
    짧은 점화 시간들을 갖고, 특히 높은 H2 함량 또는 높은 C2+ 농도를 갖는 가스가 연료로서 사용되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 작동방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위한 가스터빈(10)으로서, 압축기(13), 상기 압축기(13)로부터 압축공기를 수용하며 제1 연소실(14)과 제1 버너(17)들을 갖는 제1 연소기(14, 17), 예정된 제2 연소기 입구 온도(TI , SEV)를 가지며 상기 제1 연소기(14, 17)로부터 과열가스를 수용하며 제2 연소실(15)과 제2 버너(19)들을 갖는 제2 연소기(15, 19), 및 상기 제2 연소기(15, 19)로부터 과열가스를 수용하는 터빈(16)을 포함하는 상기 가스터빈(10)에 있어서,
    혼합기(22)가 제1 연소기(14, 17)와 제2 연소기(15, 19)를 각각 직접 연결하는 과열가스 채널(21) 내에 배치되고, 상기 혼합기(22)는 희석공기 공급부(23)에 연결되는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 버너(17)들은 연료 공급부(18)에 연결되고, 제어유닛(25)이 상기 제1 연소기(14, 17)의 출구 온도 또는 제2 연소기 입구 온도(TI , SEV)를 각각 조절하기 위하여 상기 희석공기 공급부(23) 및 상기 연료 공급부(18)에 연결되어 상기 공급부들(18, 23)을 제어하는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어유닛(25)은 상기 가스터빈 부하를 나타내는 부하 신호(LS)를 위한 입력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제어유닛(25)은 상기 가스터빈(10)의 연소 압력을 감지하는 압력 변환기(24)에 연결되는 입력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈.
KR1020130125213A 2012-10-22 2013-10-21 연속 연소에 의한 가스터빈 작동방법 및 상기 방법을 실시하는 가스터빈 KR101555500B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12189430.7 2012-10-22
EP12189430 2012-10-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140051089A true KR20140051089A (ko) 2014-04-30
KR101555500B1 KR101555500B1 (ko) 2015-10-06

Family

ID=47115459

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130125213A KR101555500B1 (ko) 2012-10-22 2013-10-21 연속 연소에 의한 가스터빈 작동방법 및 상기 방법을 실시하는 가스터빈

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9518511B2 (ko)
EP (1) EP2722508B1 (ko)
JP (1) JP6000220B2 (ko)
KR (1) KR101555500B1 (ko)
CN (1) CN103775215B (ko)
CA (1) CA2829613C (ko)
RU (1) RU2566621C2 (ko)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2888531B1 (en) * 2012-08-24 2020-06-17 Ansaldo Energia Switzerland AG Sequential combustion with dilution gas mixer
EP3015661A1 (en) 2014-10-28 2016-05-04 Alstom Technology Ltd Combined cycle power plant
EP3037728B1 (en) * 2014-12-22 2020-04-29 Ansaldo Energia Switzerland AG Axially staged mixer with dilution air injection
EP3037726B1 (en) * 2014-12-22 2018-09-26 Ansaldo Energia Switzerland AG Separate feedings of cooling and dilution air
EP3061944A1 (en) * 2015-02-26 2016-08-31 General Electric Technology GmbH Method for controlling the operation of a gas turbine with sequential combustion
US10330015B2 (en) * 2015-09-25 2019-06-25 General Electric Company Transient emission temperature control of turbine systems
EP3455556B1 (en) 2016-05-12 2020-03-18 Siemens Aktiengesellschaft A method of selective combustor control for reduced emissions
EP3447379B1 (en) * 2017-08-25 2022-01-26 Ansaldo Energia IP UK Limited Method for operating a gas turbine plant and gas turbine plant
EP3683426B1 (en) * 2019-01-15 2023-05-03 Ansaldo Energia Switzerland AG Method for operating a gas turbine power plant and gas turbine power plant
EP3845740B1 (en) * 2019-12-31 2024-04-03 ANSALDO ENERGIA S.p.A. Gas turbine assembly
EP3845813B1 (en) * 2019-12-31 2024-04-03 Ansaldo Energia Switzerland AG Method for operating a gas turbine assembly and gas turbine assembly

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0663646B2 (ja) * 1985-10-11 1994-08-22 株式会社日立製作所 ガスタ−ビン用燃焼器
DE59309644D1 (de) * 1993-09-06 1999-07-15 Asea Brown Boveri Verfahren zur Erstellung eines Teillastbetriebes bei einer Gasturbogruppe
JPH07166892A (ja) * 1993-12-17 1995-06-27 Kobe Steel Ltd ガスタービンの燃焼器異常診断装置
US5836164A (en) * 1995-01-30 1998-11-17 Hitachi, Ltd. Gas turbine combustor
WO1996027766A1 (de) * 1995-03-08 1996-09-12 Bmw Rolls-Royce Gmbh Axial gestufte doppelring-brennkammer einer gasturbine
GB9611235D0 (en) * 1996-05-30 1996-07-31 Rolls Royce Plc A gas turbine engine combustion chamber and a method of operation thereof
GB9726697D0 (en) * 1997-12-18 1998-02-18 Secr Defence Fuel injector
DE59811336D1 (de) * 1998-07-22 2004-06-09 Alstom Technology Ltd Baden Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenbrennkammer mit flüssigem Brennstoff
US20020162333A1 (en) * 2001-05-02 2002-11-07 Honeywell International, Inc., Law Dept. Ab2 Partial premix dual circuit fuel injector
WO2003038253A1 (de) 2001-10-31 2003-05-08 Alstom Technology Ltd Sequentiell befeuerte gasturbogruppe
RU2229030C2 (ru) * 2002-02-20 2004-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "Интербизнеспроект" Способ повышения эффективности работы газотурбинной установки
JP2004132255A (ja) * 2002-10-10 2004-04-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃焼器制御装置
DE10312971B4 (de) 2003-03-24 2017-04-06 General Electric Technology Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Gasturbogruppe
EP1531305A1 (en) * 2003-11-12 2005-05-18 United Technologies Corporation Multi-point fuel injector
RU2278286C2 (ru) * 2004-03-18 2006-06-20 Институт теплофизики экстремальных состояний Объединенного института высоких температур Российской Академии Наук (ИТЭС ОВИТ РАН) РФ Газотурбинная установка
US7137256B1 (en) * 2005-02-28 2006-11-21 Peter Stuttaford Method of operating a combustion system for increased turndown capability
DE102005042889B4 (de) * 2005-09-09 2019-05-09 Ansaldo Energia Switzerland AG Gasturbogruppe
ES2551506T3 (es) * 2006-06-07 2015-11-19 Alstom Technology Ltd Procedimiento para el funcionamiento de una turbina de gas y central eléctrica combinada para la realización del procedimiento
US20100175386A1 (en) * 2009-01-09 2010-07-15 General Electric Company Premixed partial oxidation syngas generation and gas turbine system
CH700796A1 (de) * 2009-04-01 2010-10-15 Alstom Technology Ltd Verfahren zum CO-emissionsarmen Betrieb einer Gasturbine mit sequentieller Verbrennung und Gasturbine mit verbessertem Teillast- Emissionsverhalten.
US20110219779A1 (en) * 2010-03-11 2011-09-15 Honeywell International Inc. Low emission combustion systems and methods for gas turbine engines
US8627668B2 (en) * 2010-05-25 2014-01-14 General Electric Company System for fuel and diluent control
EP2444631A1 (en) * 2010-10-19 2012-04-25 Alstom Technology Ltd Power plant and method for its operation
CH704829A2 (de) * 2011-04-08 2012-11-15 Alstom Technology Ltd Gasturbogruppe und zugehöriges Betriebsverfahren.

Also Published As

Publication number Publication date
CA2829613A1 (en) 2014-04-22
JP6000220B2 (ja) 2016-09-28
US20140109586A1 (en) 2014-04-24
CN103775215B (zh) 2016-10-05
JP2014084873A (ja) 2014-05-12
CN103775215A (zh) 2014-05-07
EP2722508B1 (en) 2018-06-13
EP2722508A1 (en) 2014-04-23
CA2829613C (en) 2016-02-23
RU2566621C2 (ru) 2015-10-27
KR101555500B1 (ko) 2015-10-06
RU2013146093A (ru) 2015-04-20
US9518511B2 (en) 2016-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101555500B1 (ko) 연속 연소에 의한 가스터빈 작동방법 및 상기 방법을 실시하는 가스터빈
US9739488B2 (en) Gas turbine combustor with two kinds of gas fuel supply systems
JP5346258B2 (ja) 加熱用低btu燃料流量比ダクトバーナ及び熱回収システム
US9708983B2 (en) Gas turbine with sequential combustion arrangement
JP6253066B2 (ja) 2段燃焼ガスタービンのための部分負荷co低減運転の方法およびガスタービン
CN106481451B (zh) 具有顺序燃烧组件和燃料成分控制器的燃气涡轮
US20170058784A1 (en) System and method for maintaining emissions compliance while operating a gas turbine at turndown condition
EP2348256A1 (en) Method for operating a gas turbine and gas turbine
KR20150083803A (ko) 희석 가스를 가진 연속 연소 장치
EP2664854B1 (en) Secondary combustion system
JP2014044045A (ja) ガスタービンのシーケンシャル燃焼式システムにおいて希釈空気を混合するための方法
EP3220050A1 (en) Burner for a gas turbine
EP2615372A2 (en) System and method for supplying a working fluid to a combustor
US20030150216A1 (en) Gas turbine
US20170058771A1 (en) System and method for generating steam during gas turbine low-load conditions
US20170058770A1 (en) System and method for decoupling steam production dependency from gas turbine load level
JP6148133B2 (ja) ガスタービン燃焼器及びガスタービンシステム
JP2014202475A (ja) 触媒燃焼空気加熱システム
EP3772615B1 (en) Sequential combustor assembly for a gas turbine assembly and method for operating said sequential combustor assembly
CN111623372A (zh) 运行顺序燃烧器的方法和包括顺序燃烧器的燃气涡轮
CN111623373A (zh) 用于燃气涡轮的顺序燃烧器、其运行方法和其整修方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee