KR20150018451A - 향상된 부분 부하 방출 거동을 하는 가스 터빈 - Google Patents

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Abstract

연속 연소를 하는 가스 터빈의 저-CO 방출 부분 부하 작업에 대한 방법에 있어서, 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들(14)의 열의 개구는 제 2 연소기(15)의 작동 버너들(9)의 온도들에 따라 제어되고 동시에 작동 버너들의 수는 최소로 유지된다. 이것은 가스 터빈의 부분 부하에서 저-CO 방출을 야기한다.

Description

향상된 부분 부하 방출 거동을 하는 가스 터빈{GAS TURBINE WITH IMPROVED PART LOAD EMISSIONS BEHAVIOR}
본 개시물은 연속 연소를 하고 저-CO 방출을 하는 가스 터빈을 작동시키는 방법에 관한 것이다.
연속 연소를 하는 가스 터빈들은 오랫동안 상업적인 작업에 있어서 성공적이었다. 가스 터빈들에서, 압축 가스는 제 1 연소기 내의 연료와 연소되고 고압 터빈으로 지칭되는 제 1 터빈은 고온 가스의 진입에 노출된다. 고압 터빈으로부터 방출되는 고온 가스의 온도는 연료의 재개된 추가와 연료의 연소의 결과로서 제 2 연소기에서 다시 증가되고, 저압 터빈으로서 지칭되는 제 2 터빈은 이 고온 가스의 진입에 노출된다.
단 하나의 연소기를 가진 종래의 가스 터빈들과 비교하여, 가스 터빈들은 제 1 및 제 2 연소기들에 대한 분리된 연료 제어의 추가의 자유도를 특징으로 한다. 그러므로 이것은 우선 제 1 연소기만을 가동시키고 더 높은 부하의 경우에는 제 2 연소기만을 결합하는 가능성을 제공한다. 이것은 가스 터빈의 넓은 작동 범위에 걸쳐 양호한 방출 거동을 하는 융통성 있는 작동 개념을 가능하게 한다.
최근에, 개발의 주요 쟁점들은 NOx 방출의 감소와 더 높은 부분 부하 효율이다.
EP 0718470호에 설명된 바와 같이 공지된 방법들에 따라 작동되는, 연속 연소를 하는 가스 터빈들은 예를 들어, 매우 적은 NOx 방출을 하고 훌륭한 부분 부하 효율을 성취할 수 있다.
그러나, 특히 상대적인 부하의 약 20% 내지 50% 범위 내에 있는, 낮은 부분 부하에서 상술된 공지된 작동 개념들은 높은 CO(일산화탄소) 방출을 야기할 수 있다.
이 높은 CO 방출은 일반적으로 연속 연소를 하는 가스 터빈의 제 2 연소기에 의해 낮은 부분 부하에서 생성된다. 종래적으로, 제 2 연소기는 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들의 열들이 폐쇄되고 고온 가스 온도 또는 고압 터빈의 터빈 입구 온도가 상한값에 도달한다면 낮은 부분 부하에서 점화된다. 점화 동안, 제 2 연소기에는 일반적으로 연료 제어 밸브의 제어 특성에 의해 사전 지정되는 최소 연료 흐름이 공급된다. 제 1 터빈의 높은 배기 온도 때문에, 제 2 연소기 내로 진입하는 연료 흐름의 자기 점화가 발생한다. 연료 흐름은 부하 제어를 위해 부하를 통해 증가된다. 연료 흐름이 느리다면, 제 2 연소기 내의 고온 가스의 온도는 상당히 증가되지 못한다. 반응 속도는 상대적으로 비교적 느리고 연소되지 않은 탄화수소들과 CO가 연소기 내의 짧은 잔류 시간 때문에 발생할 수 있다. 이것들은 특히 희박 연소의 경우에 즉, 높은 공기 비율(λ)을 가진 연소의 경우에 발생한다. 공기 비율(λ)은 실제로 연소할 수 있는 공기 질량 대 적어도 요구되는 화학량적 공기 질량의 비율이다. 이것은 또한 공기 계수, 공기 비율 수, 또는 과잉 공기로서 지칭된다.
그러나, 융통성 있는 발전소 작업의 제한들 내에서, 낮은 부분 부하에서 긴 작동 기간들 동안 작동할 가능성이 또한 점점 더 요구된다. 낮은 부분 부하에서의 긴 작업은 CO 방출이 또한 낮은 레벨에서 있다면 실현될 수 있다.
낮은 부분 부하에서 CO 방출을 유지하는 하나의 성공적인 방법은 CH 700796호와 출원인의 유사한 US 8,434,312 B2호에 공지되어 있다. 이 방법은 CO 방출이 적게 유지되도록 제 2 연소기의 작동 버너들의 공기 연료 비율을 제어한다.
본 개시물의 목적은 연속 연소를 하는 가스 터빈을 작동하는 추가의 방법과 부분 부하에서 감소된 CO 방출을 하는 작업을 가능하게 하는 연속 연소를 하는 가스 터빈을 제공하는 것이다. 또한 이 방법은 안전해야 하고 실행하기에 용이해야 한다.
이 목적은 연속 연소를 하는 가스 터빈에 기초하여 청구된 방법에 의해 실행되고, 가스 터빈은 제 1 터빈, 제 2 터빈, 적어도 하나의 압축기를 포함하고, 적어도 하나의 압축기는 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들, 압축기 하류에 연결되고 제 1 연소기의 고온 가스가 제 1 터빈에 진입하는 제 1 연소기, 및 제 1 터빈 하류에 연결되고 제 2 연소기의 고온 가스가 제 2 터빈에 진입하는 제 2 연소기를 포함하고, 제 2 연소기는 버너 배기 온도를 각각 갖는 작동 버너들을 포함하고, 청구된 방법은: 작동 버너들 중 적어도 하나의 버너 배기 온도에 따라 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들의 위치를 제어하는 단계와, 부하들을 증가시키는 경우에, 제 2 터빈의 터빈 배기 온도의 평균이 하한값에 도달하는 경우에 제 2 연소기의 추가 버너를 스위칭 "온"하는 단계와, 부하들을 감소시키는 경우에, 제 2 터빈1의 터빈 배기 온도의 평균이 하한값에 도달하는 경우에 제 2 연소기의 작동 버너들 중 하나를 스위칭 "오프"하는 단계를 포함한다.
제 2 연소기의 작동 버너들 중 적어도 하나의 버너 배기 온도에 따라 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들의 위치를 제어하여, 제 2 연소기의 작동 버너들 또는 터빈의 다른 구성 요소 중 어느 하나도 최대 허용 온도(TAT2최대,제어) 이상인 온도에 노출되지 않는 것이 보장될 수 있다. 제 2 연소기들의 각각의 작동 버너의 배기 온도들이 온도 허용치(TAT2최대,제어)를 초과하지 못한다면, 버너들 또는 가스 터빈의 제 2 터빈의 다른 부분들 어느 것도 온도를 초과하도록 노출되지 못한다는 것이 보장될 수 있다. 그 결과, 손상들과 구성 요소 수명의 감소가 회피될 수 있다.
또한, 제 2 터빈의 터빈 배기 온도의 평균이 하한값에 도달하는 경우에 제 2 연소기의 추가 버너를 스위칭 "온"하여, 제 2 터빈의 배기 온도가 다음의 스팀 사이클 또는 다른 폐열 구동된 프로세스의 프로세스 파라미터들을 따르도록 한다. 결과적으로, 스팀 사이클 또는 다음의 폐열 프로세스는 좋은 효율로 작동될 수 있다.
동일한 것이 제 2 터빈의 터빈 배기 온도의 평균이 상술된 하한값에 도달하는 경우에 제 2 연소기들의 작동 버너들이 스위칭 "오프"된다면, 부하들을 감소시키는 경우에 적용한다.
요약하여 말하자면: 청구된 방법은 가스 터빈의 부품들의 수명이 초과 온도 때문에 감소되지 않는 반면에, 다음의 프로세스들(스팀 사이클 또는 폐열)의 프로세스 파라미터들이 도달된다는 것을 보장한다. 또한, CO 방출은 버너들의 수가 최소화되기 때문에 적고 따라서, 작동 버너들의 배기 온도는 감소된 CO2 방출을 야기하도록 다소 높다. 가스 터빈 제어 체계에서 이 방법을 구현하는 것은 요구된 입력 데이터를 이용할 수 있거나 또는 요구된 입력 데이터가 몇몇의 추가의 온도 센서들을 설치하여 얻는데 용이하기 때문에 상당히 쉽다.
가변적인 압축기 입구 가이드 베인들의 위치가 작동 버너들의 최대 터빈 배기 온도로부터 제어된다는 것이 또한 청구된다.
이 특징은 작동 버너들의 수 및 제 2 연소기의 위치 내부와 독립하여, 이 버너들 중 어떠한 것도 손상 또는 특정한 버너의 수명 감소를 야기할 수 있는 고온에 노출된다는 것을 확실히 한다.
제어 개념을 실행하는 것을 간단하고 쉽게 성취하기 위해서, 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들의 위치가 작동 버너들의 가장 높은 버너 배기 온도와 최대 터빈 배기 온도 사이의 차이에 따라 제어된다는 것이 또한 청구된다. 따라서 작동 버너들의 하나의 버너 배기 온도가 최대 터빈 배기 온도에 도달하거나 또는 초과할 경우 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들을 개방하는 것이 가능하다.
청구된 발명의 다른 실시예에서, 작동 버너들의 가장 높은 버너 배기 온도가 최대 터빈 배기 온도(TAT2최대,제어) 미만일 경우, 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들이 약간 폐쇄된다는 것이 청구된다.
이것은 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들을 개방하는 역 프로세스이고 최대 버너 배기 온도를 초래하고 그 결과, 최소의 CO 방출을 한다.
제 2 연소기의 모든 버너들이 작동 중인 경우에, 가변적인 압축기 입구 베인들의 위치는 터빈 배기 온도의 평균 온도에 따라 제어된다.
이 부하 범위(제 2 터빈의 모든 버너들이 활성임)에서 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들의 위치가 제어되어 터빈 배기 온도의 평균 온도가 평균 터빈 배기 온도의 상한과 동일하게 된다는 것이 또한 청구된다. 그렇게 함으로써, 배기 온도는 하한값보다 더 높은 온도로 상승되고, 따라서 다음의 프로세스들(스팀 사이클 또는 폐열 프로세스)은 증가된 출력으로 또한 작동될 수 있다.
또한, 부하가 증가한 경우에 제 2 연소기 및/또는 제 1 연소기에 대한 연료 공급의 비율이 증가된다는 것이 청구된다. 그 결과, 제 2 연소기 및/또는 제 1 연소기에 공급된 연료의 비율이 부하 감소에 따라 감소된다.
또한 이점들 및 전개들이 설명 및 첨부된 도면들로부터 모여있다. 모든 설명된 이점들은 각각 명시된 조합들뿐만 아니라 개시물의 범주로부터 벗어나는 일 없이 다른 조합들 또는 홀로 적용 가능하다.
도 1은 연속 연소를 하는 가스 터빈을 도시한 도면.
도 2는 연속 연소를 하는 가스 터빈의 제 2 연소기 및 또한 연료 링 주요부 및 8개의 버너들의 제한을 위한 8개의 개별 온/오프 밸브들을 가진 연료 분배 시스템을 도시한 단면도.
도 3은 연속 연소를 하는 가스 터빈의 제 2 연소기 및 또한 연료 링 주요부 및 4개의 버너들의 연료 흐름을 제어하기 위한 4개의 개별 제어 밸브들을 가진 연료 분배 시스템을 도시한 단면도.
도 4는 연속 연소를 하는 가스 터빈의 제 2 연소기 및 또한 2개의 분리 제어 가능 서브 그룹들 및 2개의 연료 링 주요부들을 가진 연료 분배 시스템을 도시한 단면도.
도 5는 연속 연소(종래 기술)를 하는 가스 터빈을 제어하는 종래의 방법을 도시한 도면.
도 6은 제 2 연소기와의 결합 후에 실리는 동안, 국소적 최대 TAT 허용치들이 낮아지고 TAT 평균 온도가 2개의 더 낮은 허용치 사이에서 유지되는, 연속 연소를 하는 가스 터빈을 제어하기 위한 청구된 방법을 도시한 도면.
도 7은 청구된 버너 스위칭 동안, 예를 들어, 로딩 절차 동안(버너들이 스위칭 "온"될 때)의 일시적인 상태를 도시한 도면.
도 1은 여기에 설명된 바와 같이 방법들을 구현하는데 유용한 연속 연소를 하는 가스 터빈을 도시한다. 가스 터빈은 압축기(1), 제 1 연소기(4), 제 1 터빈(7), 제 2 연소기(15), 및 제 2 터빈(12)을 포함한다. 일반적으로, 가스 터빈은 가스 터빈의 저온 단부에서, 즉 압축기(1)에서, 가스 터빈의 샤프트(18)에 연결되는 발전기(19)를 포함한다.
연료, 가스 또는 오일은 압축기(1) 내에서 압축되는 공기와 혼합되어, 제 1 연소기(4) 내로 연료 공급부(5)를 통해 진입하고 연소된다. 고온 가스(6)는 다음의 제 1 터빈(7) 내에서 부분 팽창되고, 작업을 실행한다.
제 2 연소기가 부하의 증가 때문에 작동하자마자, 연료 공급부(10)를 통한 추가의 연료가 제 2 연소기(15)의 버너들(9)에서 부분 팽창된 가스(8)에 추가되고 제 2 연소기(15)에서 연소된다. 고온 가스(11)는 다음의 제 2 터빈(12)에서 팽창되고, 작업을 실행한다. 배기 가스(13)는 조합된 사이클 발전소의 폐열 보일러 또는 다른 폐열 적용에 대해 유익하게 공급될 수 있다.
흡기 질량 흐름을 제어하는 동안, 압축기(1)는 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들(14)의 적어도 하나의 열을 갖는다.
흡기부(2)의 온도를 증가시킬 수 있기 위해서, 압축 공기(3)의 몇몇이 흡기부(2)에 추가될 수 있는 방빙 라인(26)이 제공된다. 제어를 위해, 방빙 제어 밸브(25)가 제공된다. 이것은 보통 압축기의 아이싱(icing)의 위험을 미연에 방지하기 위해 대기의 높은 상대적인 대기 습도를 가진 추운 날들에 결합된다.
압축 공기(3)의 일부는 고압 냉각 공기(22)로서 꺼내지고, 고압 냉각 공기 냉각기(35)를 통해 재냉각되고 냉각 공기(22)로서 제 1 연소기(4)(냉각 공기 라인은 도시되지 않음)와 제 1 터빈에 공급된다.
고압 터빈(7)에 공급되는 고압 냉각 공기(22)의 질량 흐름은 예에서 고압 냉각 공기 제어 밸브(21)에 의해 제어될 수 있다.
고압 냉각 공기(22)의 일부는 소위 운반 공기(24)로서 제 2 연소기(15)의 버너들(9)의 버너 랜스들(lance)에 공급된다. 운반 공기(24)의 질량 흐름은 운반 공기 제어 밸브(17)에 의해 제어될 수 있다.
공기의 일부는 꺼내지고, 압축기(1)로부터 부분적으로 압축되고 저압 냉각 공기 냉각기(36)를 통해 재냉각되고 냉각 공기(23)로서 제 2 연소기(15)와 제 2 터빈(12)에 공급된다. 냉각 공기(23)의 질량 흐름은 예에서 냉각 공기 제어 밸브(16)에 의해 제어될 수 있다.
연소기들(4 및 15)은 제 2 연소기(15)의 예로써 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 많은 수의 개별 버너들(9)을 가진 환형 연소기들로서 구성된다. 이 버너들(9)의 각각에는 연료 분배 시스템과 연료 공급부(10)를 통해 연료가 공급된다.
도 2는 연속 연소를 하는 가스 터빈의 버너들(9)을 가진 제 2 연소기(15), 및 또한 연료 링 주요부(30) 및 8개의 버너들(9)의 비활성화을 위한 8개의 개별 온/오프 밸브들(37)을 가진 연료 분배 시스템의 단면을 도시한다. 개별 온/오프 밸브들(37)을 폐쇄하여, 개별 버너들(9)에 대한 연료 공급이 중단되고 연료 공급이 남아있는 버너들로 분배되고, 전체 연료 질량 흐름은 제어 밸브(28)를 통해 제어된다. 그 결과, 작동 중인 버너들(9)의 공기 비율(λ)은 감소된다.
분명히 작동 버너들(9)의 각각은 고온 배기 가스를 생성한다. 이 고온 배기 가스의 온도는 버너 배기 온도(BET)로서 지칭되고 작동 버너들(9) 사이에서 달라질 수 있다.
도 3은 제 2 연소기(15) 및 또한 연료 링 주요부(30) 및 개별 버너들(9)에 대한 연료 공급부들(10)을 가진 연료 분배 시스템의 단면을 도시한다. 예에서, 4개의 버너들(9)은 각각의 버너들(9)에 대한 연료 공급부들(10) 내의 연료 흐름을 제어하기 위한 개별 제어 밸브들(27)을 구비한다. 전체 연료 질량 흐름은 제어 밸브(28)를 통해 제어된다. 개별 제어 밸브들(27)을 구비한 4개의 버너들(9)에 대한 연료 질량 흐름의 개별적인 제어는 스테이징(staging)을 허용한다. 4개의 개별 제어 밸브들은 낮은 부분 부하에서 완전히 개방되어 연료가 제 2 연소기(15)의 모든 버너들(9) 내로 고르게 들어가서, 모든 버너들(9)이 CO 방출을 최소화하기 위해 동일한 공기 비율(λ)로 작동된다. 상대적인 부하를 증가시키면서, 특히, 예를 들면, 70% 초과의 상대적인 부하 증가된 파동들이 발생할 수 있다면, 개별 제어 밸브들(27)은 스테이징을 실현하고 따라서 연소를 안정시키도록 약간 폐쇄된다. 이 경우에, 약간 폐쇄된 개별 제어 밸브들(27)을 통해 공급되는 버너(9)의 공기 비율(λ)이 증가된다. 그러나, 이것은 높은 부하에서 CO 방출에 대해 비판적이지 않다.
도 4는 연속 연소를 하는 가스 터빈의 제 2 연소기(15) 및 또한 버너들의 2개의 각각 제어 가능한 서브 그룹들을 가진 연료 분배 시스템의 단면을 도시한다. 이것들은 각각의 경우에 제 1 서브 그룹에 대한 연료 링 주요부(31) 및 제 2 서브 그룹에 대한 연료 링 주요부(32) 및 연관된 연료 공급부들(10)을 갖는다. 서브 시스템들 둘 다의 연료량의 독립적인 제어에 대해, 제 1 서브 그룹에 대한 연료 제어 밸브(33) 및 제 2 서브 그룹에 대한 연료 제어 밸브(34)가 제공된다.
제 1 및 제 2 서브 그룹들에 대한 2개의 제어 밸브들(33, 34)이 낮은 부분 부하에서 제어되어 버너당 연료 질량 흐름이 동일하게 된다.
그 결과, 연료가 제 2 연소기(15)의 모든 버너들(9) 내로 고르게 들어가서 모든 버너들(9)이 CO 방출을 최소화하기 위해 동일한 공기 비율(λ)로 작동된다. 상대적인 부하를 증가시키면서, 특히, 예를 들면, 70% 초과의 상대적인 부하 증가된 파동들이 발생한다면, 제 1 서브 그룹의 제어 밸브(33)는 스테이징을 실현하고 따라서 연소를 안정시키도록 제 2 서브 그룹의 제어 밸브(34)만큼 넓게 개방되지 않는다.
대안적으로, 제 1 서브 그룹의 제어 밸브(33)는 제 2 제어 밸브(34)의 하류에 연결될 수 있다. 이 경우에, 도 3의 예와 유사하게, 부분 부하에서 제 1 서브 그룹의 제어 밸브(33)는 완전히 개방되고 높은 부분 부하에서는 이어서 스테이징을 실현하기 위해 제한된다. 이어서 전체 연료 질량 흐름은 제어 밸브(34)를 통해 제어된다. 연료가 오일과 같은 액체 연료인 경우에, 물 주입은 버너의 유형에 따라, NOx 방출을 감소시키기 위해 필수적이다. 이것은 예를 들어, 연료 공급과 유사하게 실행되고, 대응하는 라인들과 제어 시스템들이 제공된다.
오일과 같은 액체 연료 및 천연 가스와 같은 가연성 가스 둘 다에 의해 작동될 수 있는 소위 이중 연료 가스 터빈들의 경우에, 분리된 연료 분배 시스템들에 각각의 연료가 제공된다.
도 5는 변하는 부하들을 가진 연속 연소를 하는 가스 터빈을 제어하는 종래의 방법을 도시한다. 무부하 작동, 즉, 0%의 상대적인 부하(Prel)로부터 시작하여, 가스 터빈은 전부하, 즉, 100%의 상대적인 부하(Prel)로 로딩 업(loaded up)된다. 0%의 Prel에서, 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들의 열이 폐쇄되는데, 즉, 최소 개방 각으로 조정된다.
제 1 연소기가 점화되고, 이는 제 1 터빈(7)의 터빈 입구 온도(TIT1)와 대응하는 터빈 배기 온도(TAT1)를 야기한다. 제 2 연소기는 아직 작동하지 않아서 제 2 연소기 내의 가스의 어떠한 가열도 발생하지 않는다. 제 1 터빈(7)으로부터 방출되는 가스의 온도(TAT1)는 연소기 냉각의 결과로서 그리고 또한 저압 터빈 냉각을 고려해 볼 때 제 2 터빈(12)의 터빈 입구 온도(TIT2)로 감소된다. 팽창된 가스는 온도(TAT2)인 제 2 터빈(12)으로부터 방출된다.
방법의 하나의 단계(Ⅰ)에서, 0%의 Prel로부터 시작하여 전력 증가 동안 TIT1은 먼저 TIT1 허용치까지 증가된다. TIT1을 증가시키면서, 배기 온도(TAT1) 및 다음의 제 2 터빈(12)의 온도들(TIT2 및 TAT2)이 또한 증가한다.
TIT1 허용치에 도달한 후에 전력을 또한 증가시키기 위해, 단계(Ⅱ)의 시작시에 제 2 연소기(15)는 점화되고 제 2 연소기의 버너들(9)로의 연료 공급(10)은 부하에 비례하여 증가된다. TIT1 및 TAT2는 TAT2의 제 1 허용치에 도달될 때까지 급격한 경사로 대응하여 단계(Ⅱ)의 부하에 걸쳐 증가한다. 전통적으로 TAT2 허용치는 TAT2 전부하 허용치와 동일하다.
TAT2 허용치에 도달한 후에 전력을 또한 증가시키기 위해, 방법의 단계(Ⅲ)에서 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들(14)의 열은 흡입 질량 흐름을 증가시켜 전력을 제어하기 위해 개방된다. 제 2 터빈(12)의 압력비는 흡입 질량 흐름에 비례하여 증가하고, 이것은 일정한 TAT2에서 TIT2가 제 1 TIT2 허용치에 도달할 때까지 상대적인 부하(Prel)에 걸쳐 또한 증가하기 때문이다. 제 1 TIT2 허용치에 도달한 후에 상대적인 부하(Prel)를 또한 증가시키기 위해, 방법의 단계(Ⅳ)에서 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들(14)의 열은 최대 개방 위치에 도달할 때까지 일정한 TIT2에서 또한 개방된다.
도시되는 예에서 방법의 단계(Ⅴ)에서 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들(14)의 일정한 위치에 대해, TIT2는 100%의 Prel에 도달할 때까지 제 1 TIT2 허용치로부터 제 2 TIT2 허용치로 증가된다.
도 6은 연속 연소를 하는 가스 터빈을 제어하고 부하들을 변화시키는 새로운 발명 방법을 도시하고 있다. 도 6의 단계 A는 도 5의 단계 I와 유사하다.
도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 작동 버너들(9)의 버너 배기 온도(BET)는 상대적인 부하(Prel)가 증가함에 따라 상승한다.
도 6에서 버너 배기 온도(BET)만이 도시된다. 그것은 작동 버너들(9) 중에서 가장 높은 버너 배기 온도(BET)이다. 전에 언급된 바와 같이, 각각의 작동 버너(9)의 개별 버너 배기 온도(BET)가 적절한 온도 센서에 의해 모니터링된다.
부하(Prel,1)에서 제 2 연소기(15)의 버너들(9)의 몇몇이 점화된다. 점화되는 버너들(9)의 수는 가능하다면 적다. 가스 터빈에 따라 1개 이상의 버너(9)일 수 있다. 그러므로 도 6에서 Prel,1에서, 점화된 버너들(9)의 수는 N최소로서 지칭된다. 제 2 연소기(15)의 버너들(9)의 수는 N최대와 동일하다.
청구된 방법은 단계 B에서 실행되고, 이는 20% 내지 70%의 부하 범위를 포함할 수 있다. 단계 B는 또한 "제 2 연소기의 버너 그룹 범위"로서 지칭된다.
부하(Prel)를 또한 증가시키면서 더 많은 연료가 전달되고 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들(14)의 열의 개구(VIGV)가 일정하게 유지된다. 그 결과 버너 배기 온도(BET)가 상승한다.
상대적인 부하(Prel,2)에서 작동 버너들(9) 중 하나의 버너 배기 온도(BET)는 최대 허용 온도(TAT2최대,제어)에 도달한다.
이 특정한 버너(9)의 과열을 회피하기 위해서 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들의 열의 개구(VIGV)가 증가된다. 이것은 터빈을 통한 확대된 공기 흐름을 야기하고 그 결과 버너 배기 온도(BET)는 최대 허용 온도(TAT2최대,제어)로 일정하게 유지된다.
이것은 prel,1 및 prel,2 사이의 부하 범위에서, 터빈의 CO 방출이 매우 낮은 레벨로 또한 남아있음을 의미한다.
도 6은 청구된 방법의 더 일반적인 예이고, 반면에 도 7은 일반적인 로딩 절차 동안 청구된 방법을 더 상세하게 도시한다.
도 6에서 알 수 있는 바와 같이 단계 B에서 부하를 증가시키면서 작동 버너들(9)의 수는 모든 버너들(9)이 부하(prel,3)에서 스위칭 "온"되고 작동 버너들(9)의 수가 N최대와 동일할 때까지 연속으로 증가한다.
일반적으로 말하자면, prel,2와 prel,3 사이의 부하 범위에서 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들(14)의 열의 개구가 증가하고(라인 VIGV 참조) 버너 배기 온도(BET)는 최대 허용 온도(TAT2최대,제어)이거나 또는 적어도 그 근처이다. 그 결과, 터빈의 CO 방출은 부하 범위에서 또한 매우 낮은 레벨로 남아있다.
또한 제 2 터빈의 평균 배기 온도(TAT2평균)가 톱니 모양이고 TAT2평균,하한보다 낮지 않다는 것을 알 수 있다.
prel,3보다 큰 부하들에서, 제 2 터빈의 평균 배기 온도(TAT2평균)가 더 이상 톱니 모양이 아니고 최종적으로 TAT2평균,상한에 도달한다는 것을 도 6으로부터 알 수 있다.
버너 배기 온도(BET)에 대해 버너 배기 온도가 전부하까지 prel,3 초과의 부하들에서 감소한다는 것을 알 수 있다.
도 7을 이제 참조하면, 청구된 방법이 부하를 증가시킬 때 더 상세히 설명되어 있다.
도 7은 청구된 방법에 따라 작동되는 시간에 걸쳐 가스 터빈의 거동을 도시한다.
부하(prel,2)에서 시작하고 부하를 증가시켜 작동 버너들(9) 중 하나의 버너 배기 온도(BET)가 prel,2에서 최대 허용 온도(TAT2최대,제어)에 도달한다는 것(도 6에도 또한 도시된 바와 같음)을 도 7로부터 알 수 있다.
prel,2와 prel4 사이의 부하 범위에서 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들(14)의 열의 개구(VIGV)는 개구를 증가시키는 경향으로 변하는 기울기를 갖는다. VIGV의 기울기는 버너 배기 온도(BET)를 TAT2최대,제한으로 제한한다. 그 결과 평균 온도(TAT2평균)는 이 부하 범위에서 감소한다.
prel,4에서 평균 온도(TAT2평균)는 TAT2하한과 동일하다. 부하를 더 증가시키는 경우에 감소한 효율을 회피하도록, 평균 온도(TAT2평균)는 추가 버너(9)를 점화하여 상승되어야 한다.
그렇게 함으로써, 작동 버너들(9)의 버너 배기 온도(BET)는 연료가 버너들(9)에 더 분배되기 때문에 상당히 감소된다(도 7 참조).
그 결과 VIGV는 prel,4와 prel5 사이의 부하 범위에서 약간 폐쇄될 수 있다. 이것은 작동 버너들(9)의 버너 배기 온도(BET)와 평균 온도(TAT2평균) 둘 다의 다소 높은 기울기를 야기한다.
부하(prel,5)에서 평균 온도(TAT2평균)는 다시 TAT하단과 동일하다. 온도의 추가의 증가를 회피하도록, 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들(14)의 열의 개구(VIGV)는 다시 0보다 큰 기울기를 갖는다. prel,5와 prel,6 사이의 부하 범위 내의 개구(VIGV)의 기울기는 prel,2와 prel,3 사이의 부하 범위 내의 기울기와 동일하거나 적어도 다소 유사하다.
다시 이것은 TAT2최대,제한과 동일한 일정한 버너 배기 온도(BET)를 야기한다. 그 결과 평균 온도(TAT2평균)는 이 부하 범위에서 또한 감소한다.
부하(prel,6)에서 평균 온도(TAT2평균)는 TAT2하한과 동일하다. 부하를 더 증가시키는 경우에 감소된 효율을 회피하도록, 평균 온도(TAT2평균)는 추가 버너를 점화하여 상승되어야 한다.
prel,6으로부터 시작하여 prel,7로 종결하는 부하 범위에서(도시되지 않음), 제어는 prel,4와 prel,5 사이의 부하 범위 내의 제어와 유사하다.
이 프로세스는 모든 버너들(9)이 prel,3에서 점화될 때까지(도 6 참조) 계속된다.
부하가 예를 들어 전부하로부터 부분 부하로 감소되는 경우에, 방법이 반전될 수 있다.
청구된 방법은 부분 부하에서 높은 효율과 동시에 적은 방출, 특히 CO 방출을 하는 터빈을 실행하게 한다. 청구된 방법은 실행하고 안정화하기에 용이하고 문제들을 야기하지 않는다.
1: 압축기
2: 흡기부
3: 압축 공기
4: 제 1 연소기
5: 연료 공급부
6: 고온 가스
7: 제 1 터빈
8: 부분 팽창된 고온 가스
9: 제 2 연소기의 버너
10: 연료 공급부
11: 고온 가스
12: 제 2 터빈
13: (폐열 보일러에 대한) 배기 가스
14: 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들
15: 제 2 연소기
16: 저압 냉각 공기 제어 밸브
17: 운반 공기 제어 밸브
18: 샤프트
19: 발전기
21: 고압 냉각 공기 제어 밸브
22: 고압 냉각 공기
23: 냉각 공기
24: 운반 공기
25: 방빙 제어 밸브
26: 방빙 라인
27: 개별 제어 밸브
28: 연료 제어 밸브
29: 연료 공급부
30: 연료 링 주요부
31: 제 1 서브 그룹에 대한 연료 링 주요부
32: 제 2 서브 그룹에 대한 연료 링 주요부
33: 제 1 서브 그룹에 대한 연료 제어 밸브
34: 제 2 서브 그룹에 대한 연료 제어 밸브
35: 고압 냉각 공기 냉각기
36: 저압 냉각 공기 냉각기
37: 개별 온/오프 밸브
38: 분리면
BET: 작동 버너들(9)의 버너 배기 온도(8)
N최대: 제 2 연소기의 버너들의 수
N최소: 작동 버너들의 최소 수
TAT: 터빈 배기 온도
TAT1: 제 1 터빈의 터빈 배기 온도
TAT2: 제 2 터빈의 터빈 배기 온도
TIT: 터빈 입구 온도
TIT1: 제 1 터빈의 터빈 입구 온도
TIT2: 제 2 터빈의 터빈 입구 온도
Prel: 상대적인 부하

Claims (11)

  1. 연속 연소를 하는 가스 터빈의 저-CO 방출 작업을 위한 방법으로서, 상기 가스 터빈은 제 1 터빈(7), 제 2 터빈(12), 적어도 하나의 압축기(1)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 압축기(1)는 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들(14)의 열, 상기 압축기(1) 하류에 연결되고 제 1 연소기(4)의 고온 가스가 상기 제 1 터빈(7)에 진입하는 제 1 연소기(4), 및 상기 제 1 터빈(7) 하류에 연결되고 제 2 연소기(15)의 고온 가스가 상기 제 2 터빈(12)에 진입하는 제 2 연소기(15)를 포함하고, 상기 제 2 연소기(15)는 버너 배기 온도(BET, i)를 각각 갖는 작동 버너들(9)을 포함하고, 상기 방법은:
    상기 제 2 연소기(15)의 상기 작동 버너들(9) 중 적어도 하나의 상기 버너 배기 온도(BET, i)에 따라 상기 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들(14)의 위치를 제어하는 단계와,
    부하들을 증가시키는 경우에, 상기 제 2 터빈(12)의 상기 터빈 배기 온도(TAT2평균)의 평균이 하한값(TAT평균,하한)에 도달하는 경우에 상기 제 2 연소기(15)의 추가 버너(9)를 스위칭 "온"하는 단계와,
    부하들을 감소시키는 경우에, 상기 제 2 터빈(12)의 상기 터빈 배기 온도(TAT2평균)의 평균이 하한값(TAT평균,하한)에 도달하는 경우에 상기 제 2 연소기(15)의 상기 작동 버너들(9) 중 하나를 스위칭 "오프"하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들(14)의 위치는 상기 제 2 연소기(15)의 상기 작동 버너들의 상기 최대 터빈 배기 온도(TAT2최대,제어)에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들(14)의 위치는 상기 작동 버너들(9)의 가장 높은 버너 배기 온도(BET, i)와 상기 최대 터빈 배기 온도(TAT2최대,제어) 사이의 차이에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들(14)은 상기 작동 버너들(9) 중 하나의 상기 버너 배기 온도(BET, i)가 상기 최대 터빈 배기 온도(TAT2최대,제어)에 도달하거나 또는 초과할 경우 개방되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들(14)은 상기 작동 버너들(9) 중 상기 가장 높은 버너 배기 온도(BET, i)가 상기 최대 터빈 배기 온도(TAT2최대,제어) 미만일 경우 폐쇄되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 연소기(15)의 모든 버너들(9)이 작동 중인 경우에 상기 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들(14)의 위치는 상기 터빈 배기 온도(TAT2평균)의 평균 온도에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가변적인 압축기 입구 가이드 베인들(14)의 위치가 제어되어 상기 터빈 배기 온도(TAT2평균)의 평균 온도는 상기 평균 터빈 배기 온도의 상한(TAT2평균,상한)과 동일하게 되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상한값(TAT2평균,상한)은 상기 하한값(TAT2평균,하한)보다 큰 것을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 연소기(15) 및/또는 부하 증가를 갖는 상기 제 1 연소기(4)에 공급되는 연료의 비율을 증가시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 연소기(15) 및/또는 부하 감소를 갖는 상기 제 1 연소기(4)에 공급되는 연료의 비율을 감소시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  11. 가스 터빈으로서,
    가변적인 입구 가이드 베인들(14)을 갖는 압축기와,
    제 1 터빈(7)과,
    제 2 터빈(12)과,
    작동 동안 제 1 연소기(4)로부터의 고온 가스가 상기 제 1 터빈(7)에 진입하도록 상기 압축기(1) 하류에 연결되는 상기 제 1 연소기(4), 및 제 2 연소기(15)로부터의 고온 가스가 상기 제 2 터빈(12)에 진입하도록 상기 제 1 터빈(7) 하류에 연결되고, 복수의 버너들(9)을 포함하는 상기 제 2 연소기(15)와,
    상기 복수의 버너들(9)로 이어지는 적어도 하나의 연료 라인(29), 및
    개별 버너들(9) 및 제어 유닛을 제어하도록 적어도 하나의 연료 라인(29) 내에 배열된 개별 온/오프 밸브(37) 또는 개별 제어 밸브(28)를 포함하고, 상기 제어 유닛은 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하는 것을 특징으로 하는, 가스 터빈.
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