KR20160023811A - 복합 화력 발전소를 작동시키기 위한 방법 - Google Patents

복합 화력 발전소를 작동시키기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복합 화력 발전소(combined cycle power plant)를 작동시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 이 경우에 증기 터빈(25)은 주차 부하(parked load)의 계획된 시동 직전에 매우 낮은 출력으로 하강하며, 가스 터빈(2)은 그 다음에 이어서 주차 부하에서 작동되고, 증기 터빈(25)은 그 다음에 이어서 주차 출력으로 상승된다. 이때, GT-작동 출력은 가스 터빈의 정격 출력일 수 있다. 이때, ST-작동 출력은 증기 터빈의 정격 출력일 수 있다.

Description

복합 화력 발전소를 작동시키기 위한 방법{METHOD FOR OPERATING A COMBINED CYCLE POWER PLANT}
본 발명은, 복합 화력 발전소(combined cycle power plant)를 작동시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 이 경우 가스 터빈은 GT-작동 출력에서 작동되고, 증기 터빈은 ST-작동 출력에서 작동되며, 이 경우 증기 터빈의 출력은 ST-부분 출력으로 줄어들며, 이 경우 ST-부분 출력은 ST-작동 출력보다 낮다.
복합 화력 발전소는 공동 에너지 공급을 위한 전기 에너지를 발생하기 위해 사용된다. 일반적으로, 복합 화력 발전소는 공급망에 전기 에너지를 공급하며, 이 경우 에너지 수요는 시간 파형에 의존한다. 이와 같은 내용이 의미하는 바는, 에너지 수요가 날짜(day) 파형에 걸쳐 일정하지 않다는 것이다. 전기 공급망에는 복수의 발전소에 의해서 전기 에너지가 공급된다. 이로써, 예를 들어 종래의 발전소 및 재생 가능한 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전소가 사용된다. 재생 가능한 에너지의 공급은 변동될 수 있으며, 이와 같은 사실은 종래의 발전소에 대해서 제기되는 요구 조건을 증가시킨다. 이와 같은 내용이 의미하는 바는, 종래의 발전소가 소위 부분 부하 또는 주차 부하(parked load)에서 더 오랫동안 그리고 더 낮게 작동되어야만 한다는 것이다. 가스- 및 증기 터빈 발전소에서는, 이와 같은 낮은 부분 부하가 가스 터빈의 구성에 따라서는 감소된 가스 터빈-배출 온도와 연관되어 있다.
이와 같은 사실은, 증기 터빈-유입 온도도 하강하는 결과를 낳는다. 이로써, 설비가 부분 부하에서 작동되자마자, 증기-유입 온도는 하강된다. 하지만, 이와 같은 사실은, 증기 터빈의 가열된 부품에 차가운 증기가 제공되는 상황을 야기하고, 이와 같은 상황은 열응력을 야기한다.
그 다음에 주차 부하가 재차 중단되면, 증기 온도가 재차 상승하고, 이와 같은 상황은 재차 열응력을 야기한다. 이와 같은 열응력을 예방하기 위하여, 증기 온도가 너무 심하게 하강하지 않도록 하기 위해, 가스 터빈을 너무 널리 부분 부하에서 작동시키지 않는 가능성이 존재한다. 또한, 실제 부하 감소 전에 분사에 의해서 증기 온도를 서서히 감소시키는 것도 가능하다. 그 다음에 이어서, 낮지만 그 대신에 일정한 온도에서 부하 변동이 이루어진다. 부하 증가 후에는, 증기 온도가 재차 서서히 정격 온도로 상승된다.
열응력을 예방하기 위한 또 다른 한 가지 가능성은, 가스 터빈 출력의 하강 전에 증기 터빈을 세우는 데 있다. 그 다음에, 증기 터빈의 부품들이 매우 낮은 열응력에서 냉각된다. 부품들이 충분히 널리 냉각되자마자, 증기 터빈은 감소된 가스 터빈 출력에서 그리고 이로써 낮은 증기-유입 온도에서 재차 시동될 수 있다. 이와 같은 상황은 매우 낮은 수명 소모를 야기한다.
본 발명의 과제는, 열응력을 줄일 수 있는 또 다른 한 가지 가능성을 제공하는 것이다.
상기 과제는, 가스 터빈이 GT-작동 출력에서 작동되고, 증기 터빈은 ST-작동 출력에서 작동되며, 이 경우 증기 터빈의 출력은 ST-부분 출력으로 줄어들며, 이 경우 ST-부분 출력은 ST-작동 출력보다 낮으며, 이 경우에는 그 다음에 이어서 가스 터빈의 출력이 GT-주차 출력으로 감소하며, 이 경우 GT-주차 출력은 GT-작동 출력보다 낮은, 복합 화력 발전소를 작동시키기 위한 방법에 의해서 해결된다.
가스 터빈의 GT-주차 출력에 도달한 후에는, 증기 터빈의 출력이 ST-주차 출력으로 상승되며, 이 경우 ST-주차 출력은 ST-작동 출력의 20% 내지 60%이다.
이로써, 본 발명에 따라, 증기 터빈이 주차 부하에 관여되는 작동 방식을 제공하는 것이 제안된다. 따라서, 망 안전성의 목적에서, 망에 있는 증기 터빈 회전자에 의해서 가급적 많은 회전 질량(rotating mass)이 유지된다.
증기 터빈의 ST-출력은 주차 부하의 계획된 시동 직전에 매우 낮은 출력으로 하강된다. 그 다음에 이어서, 가스 터빈이 주차 부하에서 작동된다. 부분 부하에서 증기- 및 증기 터빈-부품들 간에 이루어지는 훨씬 더 낮은 열 전달로 인해, 증기 온도의 하강에 의한 수명 소모는 훨씬 더 적다. 이때, 증기 터빈은 서서히 냉각된다.
바람직한 개선예들은 종속 청구항들에 기재되어 있다. 이로써, 제1의 바람직한 개선예에서는, ST-부분 출력이 ST-작동 출력의 5% 내지 40%, 5% 내지 30%, 5% 내지 20%, 또는 5% 내지 10%로 설정된다.
또 다른 한 바람직한 개선예에서는, GT-주차 출력이 가스 터빈-작동 출력의 20% 내지 60%이다.
이로써, 증기 터빈이 서서히 냉각된 후, 가스 터빈 출력이 감소되고 이로써 증기-유입 온도가 낮아질 때 재차 부하를 수용하는 것이 제안된다.
한 대안적인 실시예에서는, 주차 부하가 종료될 때까지 증기 터빈이 이와 같이 낮은 부분 부하에서 유지될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따라, 증기 터빈의 출력을 ST-부분 출력으로 감소시키는 것이 제안된다. ST-부분 출력은 ST-작동 출력보다 낮다. ST-부분 출력으로의 감소는 증기-유입 밸브의 폐쇄에 의해서 이루어진다. 이때, 증기-유입 밸브는, 생 증기가 증기 터빈을 통해서 거의 흐르지 않도록 제어된다. 이때, 우회 스테이션(bypass station)은, 증기 유입구와 응축기 간에 유동 기술적인 연결이 생성되도록 형성된다. 이로써, 증기는 증기 발생기 다음에서 증기 터빈으로 안내되지 않고, 오히려 응축기로 곧바로 안내되며, 이와 같은 상황은 효율에 단점으로 작용한다. 이때, 증기 터빈이 냉각된다. 그 다음에 이어서, 가스 터빈의 출력이 GT-주차 출력으로 감소된다. 이와 같은 상황은 증기-유입 온도에 영향을 미친다. 이와 같은 내용이 의미하는 바는, 증기-유입 온도가 줄어든다는 것이다. 그 다음에 이어서 소정의 시간 후에는, 증기-유입 밸브가 재차 개방되고, 증기 유입구와 응축기 간의 유동 기술적인 연결이 중단된다. 이로써, 그 다음에는 증기 발생기 내에서 발생된 전체 증기가 증기 터빈을 통해서 안내된다.
한 바람직한 개선예에서는, 증기 터빈이 고압-, 중간압- 및 저압-부분 터빈을 포함하며, 이 경우
- 고압-부분 터빈,
- 고압-부분 터빈 및 중간압-부분 터빈,
- 중간압-부분 터빈,
- 중간압-부분 터빈 및 저압-부분 터빈
- 또는 저압-부분 터빈에는
증기가 제공되지 않는다.
이로써, 이상적으로 압력 단(pressure stage)이 완전히 폐쇄된다. 부분 터빈부가 스위치-오프(switch off) 된 상태에서는, 수명 소모가 더 적은데, 그 이유는 이와 같은 상태에서는 부품들이 자연적으로 냉각되기 때문이다. 바람직한 방식으로, 증기 터빈 내의 압력 또는 작동 유지되는 터빈부의 압력은 가급적 널리 하강되며, 이와 같은 압력 하강은 배수구, 진공화 라인, 시동 라인 또는 공정 증기 라인에 의해서도 가능해진다.
이로써, 증기 터빈 내에서의 압력의 뚜렷한 하강에 의해서는, 열 전달이 감소되고, 부분 부하에서의 수명 소모가 현저히 줄어든다.
본 발명은 이제 실시예를 참조하여 상세하게 설명된다. 도면부에서:
도 1은 복합 화력 발전소의 개략도를 보여준다.
도 1은, 가스- 및 증기 터빈 발전소(복합 화력 발전소)의 개략도를 보여준다. 실질적으로, 복합 화력 발전소(1)는 화석 연료로 구동 가능한 가스 터빈(2)을 포함한다. 이 가스 터빈(2)은 공기가 가열 및 압축되는 압축기부(3), 압축기부(3)로부터 나온 공기가 연료와 혼합되고 점화되는 연소 챔버(4), 및 가열된 배기 가스가 도면에 도시되지 않은 가이드- 및 런닝 블레이드(guide- and running blade)로 이루어진 다양한 단에서 회전자를 회전시키는 터빈부(5)를 포함한다. 이와 같은 회전은 샤프트(6)를 통해서 발전기(7)에 전달된다. 그 다음에 이어서 발전기(7)가 공급망에 전기 에너지를 공급한다(도시되지 않음).
가스 터빈(2)의 가열된 배기 가스는 증기 발생기(8) 내부로 안내된다. 이 증기 발생기(8) 내에서는 라인(9)에 의해 생 증기가 발생되고, 증기 터빈-생 증기 라인(10)을 통해서 마지막으로 고압-부분 터빈(11) 내부로 안내된다. 증기 터빈-생 증기 라인(10) 내에는 HD-밸브(12)가 배치되어 있다. HD-부분 터빈(11)으로부터 배출되는 증기는 중간 과열기(13)로 안내된다. 이와 같은 안내 과정은 차가운 중간 과열기 라인(14)을 통해서 이루어진다. 증기가 중간 과열기(13) 내에서 가열된 후에는, 가열된 중간 과열기 라인(15)을 통해서 중간압-부분 터빈(16)에 증기가 공급된다. 중간압-부분 터빈(16)으로부터 나온 증기는 과류 라인(17)을 통해서 2개의 저압-부분 터빈(18) 내부로 흘러들어간다. 저압-부분 터빈(18) 뒤에서는 차갑고 팽창된 증기가 응축기(19) 내부로 흘러들어가고, 그곳에서 물로 응축되며, 이 물은 펌프(20)를 거쳐 재차 생 증기 라인(9)을 통해서 생 증기 발생기(8) 내부로 안내된다.
증기 터빈-생 증기 라인(10)은 우회 스테이션(21)을 통해서 응축기(19)와 직접 유동 기술적으로 연결되어 있다. 과류 라인(21) 내에는 과류 밸브(22)가 배치되어 있다. 전기 발전기(23)는 공동의 샤프트(24)를 통해서 고압-부분 터빈(11), 중간압-부분 터빈(16) 및 저압-부분 터빈(18)과 토크 전달 방식으로 연결되어 있다. HD-부분 터빈(11), MD-부분 터빈(16)과 ND-부분 터빈(18)이 증기 터빈(25)을 형성한다.
한 대안적인 실시예에서, 가스- 및 증기 터빈 발전소는 우회 시스템을 포함한다. 이 우회 시스템은 고압-우회 스테이션(22) 및 이 고압-우회 스테이션(22) 내에 배치된 고압-우회 밸브(21)를 포함하며, 이 경우 고압-우회 스테이션(22)에 의해서는 증기 터빈-생 증기 라인(10)과 차가운 중간 과열기 라인(14) 간에 유동 기술적인 연결이 이루어진다. 또한, 우회 시스템은 중간압-우회 스테이션(22a) 및 이 중간압-우회 스테이션(22a) 내에 배치된 중간압-우회 밸브(21a)를 포함하며, 이 경우 중간압-우회 스테이션(22a)에 의해서는 가열된 중간 과열기 라인(15)과 응축기(19) 간에 유동 기술적인 연결이 이루어진다.
이로써, 증기는 고압-우회 스테이션(22) 및 중간압-우회 스테이션(22a)을 포함하는 우회 시스템을 통해서 증기 터빈-생 증기 라인(10)으로부터 응축기(19)에 도달할 수 있다.
또한, 가스- 및 증기 터빈 발전소는 가열된 중간 과열기 라인(15) 내에 배치된 중간압-밸브(12a)를 포함한다.
복합 화력 발전소는 이제 다음과 같이 본 발명에 따라 작동된다. 먼저, 가스 터빈(2)이 가스 터빈-작동 출력에서 작동된다. 또한, 증기 터빈(25)은 ST-작동 출력에서 작동된다. 증기 터빈(25)의 출력은 ST-부분 출력으로 감소되며, 이 경우 ST-부분 출력은 ST-작동 출력보다 낮다. 이때, ST-부분 출력은 ST-작동 출력의 5% 내지 40%, 5% 내지 30%, 5% 내지 20% 또는 5% 내지 10%이다.
상기와 같은 상황은, HD-밸브(12) 및 중간압-밸브(12a)가 거의 폐쇄됨으로써, 결과적으로 증기가 증기 터빈(25)을 통해서 거의 흐르지 않음으로써 달성된다. 이로써, 증기 터빈(25) 내에 있는 부품들이 냉각된다. 그 다음에 이어서, 소정의 지속 시간 후에, 가스 터빈(2)의 출력이 GT-주차 출력으로 감소되며, 이 경우 GT-주차 출력은 GT-작동 출력보다 낮다. 이 경우 GT-주차 출력은 가스 터빈-작동 출력의 20% 내지 60%이다. 이와 같은 사실은, 가스 터빈(2)의 가열된 배기 가스의 온도가 더 낮아지는 상황을 야기하며, 이와 같은 상황은, 증기 발생기(8) 내에서 발생되고, 증기 터빈-생 증기 라인(10) 및 가열된 중간 과열기 라인(15)을 통해서 안내되는 생 증기의 온도를 감소시킨다.
HD-밸브(12)가 거의 폐쇄된 후에는, 과류 밸브(22) 또는 우회 시스템(22, 21; 22a, 21a)이 개방됨으로써, 결과적으로 증기 발생기(8) 내에서 발생된 증기의 대부분이 곧바로 응축기(19) 내부로 안내된다. 하지만, 이와 같은 상황은 복합 화력 발전소의 전체 효율에 단점으로 작용한다.
가스 터빈(2)의 GT-주차 출력에 도달한 후에는, 증기 터빈(25)의 출력이 ST-주차 출력으로 상승된다. 이 ST-주차 출력은 ST-작동 출력의 20% 내지 60%이다. 이와 같은 상황은, HD-밸브(12) 및 중간압-밸브(12a)가 개방됨으로써 달성된다. 과류 라인(21) 내에 있는 과류 밸브(22)는 재차 폐쇄된다. 이로써, 이제는 증기의 더 낮은 증기-유입 온도로 인해 증기 터빈-생 증기 라인(10) 내에서 그리고 가열된 중간 과열기 라인(15) 내에서 안내되는 증기가 HD-부분 터빈(11) 내부로 안내될 수 있다. 더 낮은 생 증기 온도로 인해, 생 증기의 체적 유동도 더 낮다.
증기 터빈(25)의 출력 감소는 증기 압력의 감소에 의해서 달성된다. 이제, ST-부분 출력 및 GT-주차 출력에 도달된 후에는, 증기 터빈(25)이 다음과 같이 작동될 수 있다. 증기 터빈(25)은 고압-부분 터빈(11), 중간압-부분 터빈(16) 및 저압-부분 터빈(18)을 포함하며, 이 경우 고압-부분 터빈(11), 고압-부분 터빈(11) 및 중간압-부분 터빈(16), 중간압-부분 터빈(16), 중간압-부분 터빈(16) 및 저압-부분 터빈(18), 또는 저압-부분 터빈(18)에는 증기가 제공되지 않는다. 나머지 부분 터빈들은 폐쇄된 상태로 유지되어 자연적으로 냉각될 수 있다.
그 다음에, 증기가 제공되지 않은 부분 터빈들 내부의 증기 압력이 가급적 널리 하강된다. 이 목적을 위해, 배수구, 진공화 라인, 시동 라인 또는 공정 증기 라인이 개방된다.

Claims (8)

  1. 복합 화력 발전소를 작동시키기 위한 방법으로서,
    가스 터빈(2)은 GT-작동 출력에서 작동되고, 증기 터빈(25)은 ST-작동 출력에서 작동되며,
    증기 터빈(25)의 출력은 ST-부분 출력으로 줄어들며,
    이때 상기 ST-부분 출력은 상기 ST-작동 출력보다 낮으며,
    그 다음에 이어서 가스 터빈(2)의 출력은 GT-주차 출력으로 감소하며, 이때 상기 GT-주차 출력은 GT-작동 출력보다 낮으며,
    가스 터빈(2)의 GT-주차 출력에 도달한 후에는, 증기 터빈(25)의 출력이 ST-주차 출력으로 상승되는, 복합 화력 발전소를 작동시키기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    ST-부분 출력은 ST-작동 출력의 5% 내지 40%, 5% 내지 30%, 5% 내지 20% 또는 5% 내지 10%인, 복합 화력 발전소를 작동시키기 위한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    GT-주차 출력은 GT-작동 출력의 20% 내지 60%인, 복합 화력 발전소를 작동시키기 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    ST-주차 출력은 ST-작동 출력의 20% 내지 60%인, 복합 화력 발전소를 작동시키기 위한 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    증기 터빈(25)의 출력 감소는 증기의 압력 감소에 의해서 이루어지는, 복합 화력 발전소를 작동시키기 위한 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    증기 터빈(25)은 HD-부분 터빈(11), MD-부분 터빈(16) 및 ND-부분 터빈(18)을 포함하며,
    - HD-부분 터빈(11),
    - HD-부분 터빈(11) 및 MD-부분 터빈(16),
    - MD-부분 터빈(16),
    - MD-부분 터빈(16) 및 ND-부분 터빈(18) 또는
    - ND-부분 터빈(18)에는 증기가 제공되지 않으며,
    HD-부분 터빈(11), HD-부분 터빈(11) 및 MD-부분 터빈(16), MD-부분 터빈(16), MD-부분 터빈(16) 및 ND-부분 터빈(18), 또는 ND-부분 터빈(18)에 증기가 제공되지 않는, 복합 화력 발전소를 작동시키기 위한 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    증기가 제공되지 않은 부분 터빈들 내의 증기 압력은 한계 값 아래로 강하되는, 복합 화력 발전소를 작동시키기 위한 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    배수구, 진공화 라인, 시동 라인 또는 공정 증기 라인은 개방되는, 복합 화력 발전소를 작동시키기 위한 방법.
KR1020167001657A 2013-07-25 2014-07-03 복합 화력 발전소를 작동시키기 위한 방법 KR20160023811A (ko)

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