KR20170004543A - 가스터빈의 연소장치 및 이의 제어방법 - Google Patents

가스터빈의 연소장치 및 이의 제어방법 Download PDF

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KR20170004543A
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Abstract

본 발명은 중앙 연료노즐의 원주방향을 따라 설치되는 복수의 주 연료노즐로 형성되는 연료노즐유닛과 연료노즐유닛 중에서 인접하는 주 연료노즐을 연결하기 위해 인접하는 주 연료노즐 사이에 설치되는 연결배관유닛 및 연결배관유닛 중 일부의 연결배관에 설치되는 밸브유닛의 개폐를 제어유닛을 통해 제어하여 발전기의 운전상태에 따라 발전기를 최적의 상태로 운전하여 발전기 운전비용을 절감하고, 불필요한 운전을 방지하여 발전기 운전중에 발생할 수 있는 소음과 진동을 저감하여 발전기 효율을 향상시키며, 연료노즐유닛에 연결되는 연료공급배관의 설치를 최소화하여 연소장치의 제조비용 및 제조시간을 절감하고, 연소장치의 변경이나 보수가 용이한 가스터빈의 연소장치 및 이의 제어방법를 제공하는 것이다.

Description

가스터빈의 연소장치 및 이의 제어방법{Combustor device of gas turbine and control method thereof}
본 발명은 가스터빈의 연소장치 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중앙 연료노즐의 원주방향을 따라 설치되는 복수의 주 연료노즐로 형성되는 연료노즐유닛과 연료노즐유닛 중에서 인접하는 주 연료노즐을 연결하기 위해 인접하는 주 연료노즐 사이에 설치되는 연결배관유닛 및 연결배관유닛 중 일부의 연결배관에 설치되는 밸브유닛의 개폐를 제어유닛을 통해 제어하여 발전기의 운전상태에 따라 발전기를 최적의 상태로 운전하여 발전기 운전비용을 절감하고, 연료노즐유닛에 연결되는 연료공급배관의 설치를 최소화하여 연소장치를 최소화하여 연소장치의 제조비용 및 제조시간을 절감할 수 있는 가스터빈의 연소장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 발전용 가스터빈은 로터로 연결되어 터빈에 의해 구동되는 압축기를 구비한다.
압축기 내부로 주위 공기가 유입되어 압축된다.
압축기에서 압축되는 압축공기가 연소장치로 유입되는데, 이러한 연소장치는 1개 또는 다수의 연소기와 연소기 내부에 연료를 분사하는 연료노즐을 구비한다.
연소기에서 연료노즐을 통해 유입되는 연료와 압축공기가 함께 연소되고, 이에 따라 고온의 압축가스가 생성된다.
연소기에서 만들어지는 고온의 압축가스는 터빈으로 유입된다.
터빈으로 유입된 고온의 압축가스가 팽창하면서 터빈과 연결된 로터를 회전시켜 발전하게 되고, 터빈에서 생선되는 팽창가스는 외부로 방출되거나 열병합 발전시설을 거쳐 외부로 배출되게 된다.
일반적으로 가스터빈의 연소장치를 구성하는 연소기는 셀 형태로 형성되는 케이싱내에 다수가 배열되고, 각각의 연소기는 연료를 연소시켜 고온의 압축가스를 생성하는 연소부와 연소부에서 생성된 고온의 압축가스를 터빈으로 유도하는 트랜지션피스(transition piece, 전이피스)로 구성된다.
연소부는 브라켓 등에 의해 케이싱에 고정 지지되고, 트랜지션피스의 후단부가 터빈의 선단부와 결합된다.
일반적으로, 연소기의 연소기캡에 중앙 연료노즐이 설치되고, 중앙 연료노즐 주변에 복수의 보조 연료노즐이 설치된다.
종래 가스터빈의 연소장치 및 이의 제어방법은 중앙 연료노즐과 복수의 연료노즐에 각각 연료를 공급하기 위한 연료공급배관을 별도로 설치해야 함에 따라 연소장치의 구조가 복잡하고, 연소장치의 설치비용 및 유지비용이 증가하는 문제점이 있었다.
또한, 종래 가스터빈의 연소장치는 연료공급배관이 각각의 노즐마다 별도로 설치되어 발전기의 구조변경이 어렵고, 작업자의 불편을 초래하는 문제점이 있었다.
더욱이, 종래 가스터빈의 연소장치 및 이의 제어방법은 발전기의 운전상태에 따라 복수의 연료노즐을 통해 연소부로 공급되는 연료의 양을 조절하지 못함에 따라 발전기의 과운전 상태에 따라 연료가 낭비되어 발전기의 유지비용이 증가하는 문제점이 있었다.
게다가, 종래 가스터빈의 연소장치 및 이의 제어방법은 발전기의 운전상태(출력량)에 관계없이 모든 연료노즐로 연료가 공급되고, 이러한 연료가 연소부로 공급됨에 따라 발전기가 과부하 상태로 운점 됨에 따라 진동이나 소음이 발생하는 문제점이 있었다.
또한, 종래 가스터빈의 연소장치 및 이의 제어방법은 과부하 운전에 따른 진동이나 소음에 의한 피로강도가 증가하여 발전기의 구성부품이 손상될 가능성이 있었다.
대한민국 특허공개공보 제10-2010-0061538호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 중앙 연료노즐의 원주방향을 따라 설치되는 복수의 주 연료노즐로 형성되는 연료노즐유닛과 연료노즐유닛 중에서 인접하는 주 연료노즐을 연결하기 위해 인접하는 주 연료노즐 사이에 설치되는 연결배관유닛 및 연결배관유닛 중 일부의 연결배관에 설치되는 밸브유닛의 개폐를 제어유닛을 통해 제어하여 발전기의 운전상태에 따라 발전기를 최적의 상태로 운전하여 발전기 운전비용을 절감하고, 불필요한 운전을 방지하여 발전기 운전중에 발생할 수 있는 소음과 진동을 저감하여 발전기 효율을 향상시키며, 연료노즐유닛에 연결되는 연료공급배관의 설치를 최소화하여 연소장치의 제조비용 및 제조시간을 절감하고, 연소장치의 변경이나 보수가 용이한 가스터빈의 연소장치 및 이의 제어방법를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 가스터빈의 연소장치는 케이싱에 고정 지지되고, 연료가 연소되는 연소기; 상기 연소기에 설치되는 연소기캡; 상기 연소기캡의 중앙에 설치되는 중앙 연료노즐; 상기 중앙 연료노즐의 원주방향을 따라 설치되는 복수의 주 연료노즐에 의해 형성되는 연료노즐유닛; 상기 연료노즐유닛 중에서 인접하는 주 연료노즐을 연결하기 위해 인접하는 주 연료노즐 사이에 설치되는 연결배관유닛; 상기 연결배관유닛 중 일부의 연결배관에 설치되는 밸브유닛; 및 발전기의 출력상태에 따라 상기 밸브유닛의 개폐를 제어하는 제어유닛;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 가스터빈의 연소장치의 일 실시예에서, 가스터빈의 연소장치의 연료노즐유닛은 제1, 2, 3, 4, 5, 6 주 연료노즐, 즉 6개의 주 연로노즐로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 가스터빈의 연소장치의 일 실시예에서, 가스터빈의 연소장치의 연결배관유닛은 상기 연료노즐유닛을 형성하는 주 연료노즐의 개수보다 1개 작은 개수로 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 가스터빈의 연소장치의 일 실시예에서, 가스터빈의 연소장치의 밸브유닛은 상기 제3 주 연료노즐과 상기 제4 주 연료노즐 사이의 연결배관 상에 설치되는 제1 밸브를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 가스터빈의 연소장치의 일 실시예에서, 가스터빈의 연소장치의 밸브유닛은 상기 제2 주 연료노즐과 상기 제3 주 연료노즐 사이의 연결배관 상에 설치되는 제2 밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 가스터빈의 연소장치의 일 실시예에서, 가스터빈의 연소장치의 제어유닛은 상기 제1 밸브 또는 상기 제2 밸브의 개폐를 제어하기 위한 기준 데이터를 저장하는 기본 데이터 저장부; 발전기의 현재 출력데이터가 입력되는 출력데이터 저장부; 상기 출력데이터 저장부에 저장된 발전기의 현재 출력데이터와 기준 데이터를 비교하는 비교부; 및 상기 비교부의 판단 결과에 따라 상기 제1 밸브 또는 상기 제2 밸브의 개폐를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 가스터빈의 연소장치의 일 실시예에서, 가스터빈의 연소장치의 제어유닛은 상기 기준 데이터, 발전기의 현재 출력 데이터, 및 제1 밸브 또는 제2 밸브의 개폐 상태를 나타내는 표시부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 따른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 가스터빈의 연소장치의 제어방법은 제1 밸브 또는 제2 밸브의 개폐를 제어하기 위한 기준 데이터를 기본 데이터 저장부에 저장하는 단계; 출력데이터 저장부에서 발전기의 현재 출력데이터를 수신하는 단계; 비교부에서 출력데이터 저장부에 저장된 발전기의 현재 출력데이터와 기준 데이터를 비교하는 단계; 및 상기 비교부의 판단 결과에 따라, 제어부에서 상기 제1 밸브 또는 상기 제2 밸브의 개폐를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 가스터빈의 연소장치의 제어방법의 일 실시예에서, 가스터빈의 연소장치의 제어방법의 상기 제1 밸브 또는 상기 제2 밸브의 개폐를 제어하는 단계는 상기 기준 데이터가 발전기 총 출력의 5% 미만인 경우에 제2 밸브를 폐쇄하여 제1 주 연료노즐 및 제2 주 연료노즐로만 연료를 공급제2 밸브를 폐쇄하여 제1, 2 연소노즐로만 연료를 공급하도록 제어될 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 가스터빈의 연소장치의 제어방법의 일 실시예에서, 가스터빈의 연소장치의 제어방법의 상기 제1 밸브 또는 상기 제2 밸브의 개폐를 제어하는 단계는 상기 기준 데이터가 발전기 총 출력의 5% 이상 20% 미만인 경우에, 상기 제2 밸브를 개방하고, 상기 제1 밸브를 폐쇄하여 제1 주 연료노즐, 제2 주 연료노즐, 및 제3 주 연로노즐로만 연료를 공급하도록 제어될 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 가스터빈의 연소장치의 제어방법의 일 실시예에서, 가스터빈의 연소장치의 제어방법의 상기 제1 밸브 또는 상기 제2 밸브의 개폐를 제어하는 단계는 상기 기준 데이터가 발전기 총 출력의 20% 이상인 경우에, 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브를 모두 개방하여 제1, 2, 3, 4, 5, 6 주 연료노즐 모두에 연료를 공급하도록 제어될 수 있다.
본 발명에 의한 가스터빈의 연소장치 및 이의 제어방법은 중앙 연료노즐의 원주방향을 따라 설치되는 복수의 주 연료노즐로 형성되는 연료노즐유닛과 연료노즐유닛 중에서 인접하는 주 연료노즐을 연결하기 위해 인접하는 주 연료노즐 사이에 설치되는 연결배관유닛 및 연결배관유닛 중 일부의 연결배관에 설치되는 밸브유닛의 개폐를 발전기의 운전상태에 따라 제어유닛을 통해 3개의 그룹으로 제어하여 최적의 상태로 발전기를 운전하여 발전기의 운전비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 가스터빈의 연소장치 및 이의 제어방법은 밸브유닛의 개폐를 발전기의 운전상태에 따라 제어유닛을 통해 3개의 그룹으로 제어하여 불필요한 운전이나 과부하 운전에 의해 발생할 수 있는 발전기 운전소음과 진동 발생을 방지하고, 발전기의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 본 발명에 의한 가스터빈의 연소장치 및 이의 제어방법은 발전기의 구동중에 발생하는 진동이나 소음을 저감하여, 발전기의 구성부품이 피로강도에 의해 파손되는 것을 방지하여 발전기의 안정성과 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
게다가, 본 발명에 의한 가스터빈의 연소장치 및 이의 제어방법은 연료노즐유닛으로 연료를 공급하기 위해 설치되는 연료공급배관을 최소로 설치하여 연소기의 소형화를 도모하여 연소장치의 제조비용 및 제조시간을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 가스터빈의 연소장치 및 이의 제어방법은 연료노즐유닛에 연결되는 연료공급배관을 최소화에 따라 연소장치의 변경이나 보수가 용이하고, 작업자의 편의를 도모할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 연소장치가 설치된 상태를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 연소장치의 개략도를 나타낸다.
도 3은 발전기의 제1 운전상태서 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 연소장치의 작동상태에 대한 개략도를 나타낸다.
도 4는 발전기의 제2 운전상태서 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 연소장치의 작동상태에 대한 개략도를 나타낸다.
도 5는 발전기의 제3 운전상태서 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 연소장치의 작동상태에 대한 개략도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예 따른 가스터빈의 연소장치의 제어방법의 절차도를 나타낸다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 부호를 가지도록 하고 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 연소장치가 설치된 상태를 나타내고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 연소장치의 개략도를 나타낸다. 도 3은 발전기의 제1 운전상태서 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 연소장치의 작동상태에 대한 개략도를 나타내고, 도 4는 발전기의 제2 운전상태서 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 연소장치의 작동상태에 대한 개략도를 나타내며, 도 5는 발전기의 제3 운전상태서 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 연소장치의 작동상태에 대한 개략도를 나타낸다. 도 6은 본 발명의 일 실시예 따른 가스터빈의 연소장치의 제어방법의 절차도를 나타낸다.
이하에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같다. "원주방향"이라 함은 터빈의 로터와 같은 회전축의 원주방향, 즉 둘레방향을 의미한다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 가스터빈의 연소장치를 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 연소장치는 연소기(100), 연소기캡(200), 중앙 연료노즐(300), 연료노즐유닛(400), 연결배관유닛(500), 밸브유닛(600), 및 제어유닛(700)으로 이루어진다.
연소기(10)는 케이싱(1)에 고정 지지되고, 연소기(10)의 내부 연소실에서 노즐을 통해 유입된 연료와 압축기를 통해 유입된 압축공기가 혼합된 상태에서 연소된다.
이러한 연소를 통해 생성된 고온의 가스가 터빈으로 유입되어 터빈의 로터를 회전시키고, 로터에 연결되어 발전기가 가동되게 된다.
연소기캡(200)이 연소기(100)에 설치된다. 즉, 연소기캡(200)은 연소실에 인접하게 설치된다.
중앙 연료노즐(300)이 연소기캡(200)의 중앙에 설치된다.
도면에 도시되지는 않았지만, 중앙 연료노즐(300)은 연료저장소와 연료공급배관을 통해 연결된다.
연료노즐유닛(400)이 연소기캡(200)의 둘레면에 인접하게 설치된다.
즉, 연료노즐유닛(400)은 중앙 연로노즐(300)과 이격되면서 연소기캡(200)의 원주방향을 따라 설치되는 복수의 주 연료노즐로 형성된다.
가스터빈의 연소장치의 연료노즐유닛(400)은 중앙 연료노즐(300)의 외주면과 연소기캡(200)의 내주면 사이에서 중앙 연료노즐(300)의 원주방향을 따라 소정 각도를 갖도록 설치된다.
도 2 내지 도 5에 도시된 것처럼, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가스터빈의 연소장치의 연료노즐유닛(400)은 6개의 제1, 2, 3, 4, 5, 6 주 연료노즐(410, 420, 430, 440, 450, 460)로 형성된다.
즉, 제1, 2, 3, 4, 5, 6 주 연료노즐은 중앙 연료노즐(300)의 중심을 기준으로 60도의 각도를 갖도록 중앙 연료노즐(300)의 원주방향을 따라 설치된다.
연결배관유닛(500)이 연료노즐유닛(400) 중에서 인접하는 주 연료노즐을 연결하기 위해 인접하는 주 연료노즐 사이에 설치된다.
도 2 내지 도 5에 도시된 것처럼, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가스터빈의 연소장치의 연결배관유닛(500)은 연료노즐유닛(400)을 형성하는 주 연료노즐의 개수보다 1개 작은 개수로 설치된다.
즉, 연료노즐유닛(400)이 6개의 제1, 2, 3, 4, 5, 6 주 연료노즐(410, 420, 430, 440, 450, 460)로 형성되는 경우에, 연결배관유닛(500)은 5개가 설치된다.
도 2 내지 도 5에 도시된 것처럼, 연결배관유닛(500)은 제1 주 연료노즐(410)과 제2 주 연료노즐(420) 사이, 제2 주 연료노즐(420)과 제3 주 연료노즐(430) 사이, 제3 주 연료노즐(430)과 제4 주 연료노즐(440) 사이, 제4 주 연료노즐(440)과 제5 주 연료노즐(450) 사이, 및 제5 주 연료노즐(450)과 제6 주 연료노즐(460) 사이에 설치되어, 서로 인접하는 주 연료노즐을 각각 연결한다.
연결배관유닛(500)은 제6 주 연료노즐(460)과 제1 주 연료노즐(410) 사이에는 설치되지 않아, 연료노즐유닛(600)을 형성하는 주 연료노즐의 개수보다 1개 작은 개수로 설치된다.
이처럼, 본 발명에 의한 연료노즐유닛(600)을 구성하는 주 연료유닛은 인접하는 주 연료노즐 유닛과 연결배관유닛(500)을 통해 연결됨에 따라, 각각의 주 연료노즐로 연료를 공급하기 위해 각각의 주 연료노즐에 연료공급배관을 설치하지 않아도 된다.
도며에 도시되지는 않았지만, 제1 주 연료노즐(410)은 연료저장소와 상술한 중앙 연료노즐(300)과 연료저장소를 연결하는 연료공급배관과 다른 연료공급배관을 통해 연결된다.
본 발명에 의한 가스터빈의 연소장치는 연료저장소와 중앙 연료노즐 을 연결하는 연료공급배관과 연료노즐유닛을 형성하는 복수의 주 연료노즐 중에서 1개의 주 연료노즐과 연료저장소를 연결하는 연료공급배관을 구비한다.
즉, 연소실에 연료를 공급하기 위한 연료공급배관을 2개만 구비함에 따라, 연소기의 소형화를 도모하여 연소장치의 제조비용 및 제조시간을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 가스터빈의 연소장치는 연료노즐유닛에 연결되는 연료공급배관을 최소화에 따라 연소장치의 변경이나 보수가 용이하고, 작업자의 편의를 도모할 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 발전기의 운전상태나 수요자의 요구에 따라 연소기의 연료노즐유닛의 배치나 구성을 용이하게 변경할 수 있다.
밸브유닛(600)이 연결배관유닛 중 일부의 연결배관에 설치된다.
즉, 밸브유닛(600)은 필요에 따라, 제1 주 연료노즐(410)과 제2 주 연료노즐(420) 사이, 제2 주 연료노즐(420)과 제3 주 연료노즐(430) 사이, 제3 주 연료노즐(430)과 제4 주 연료노즐(440) 사이, 제4 주 연료노즐(440)과 제5 주 연료노즐(450) 사이, 및 제5 주 연료노즐(450)과 제6 주 연료노즐(460) 사이에 설치디는 연결배관유닛(500) 중 일부의 연결배관(500)에 설치된다.
도 2 내지 도 5에 도시된 것처럼, 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가스터빈의 연소장치의 밸브유닛(600)은 제1 밸브(610)를 포함한다.
제1 밸브(610)는 제3 주 연료노즐(430)과 제4 주 연료노즐(440) 사이의 연결배관 상에 설치된다.
후술하는 제어유닛(700)의 제어부(740)의 제어에 따라 개폐되는 제1 밸브(610)에 의해 발전기가 2개의 운전상태로 운전될 수 있다.
제1 밸브(610)가 폐쇄된 경우에는, 중앙 연료노즐(300)과 제1, 2, 3 주 연료노즐(410, 420, 430)로만 연료가 공급되고, 이러한 연료노즐을 통해 연소실에 연료가 공급되는 형태의 발전기의 제2 운전상태가 성립된다.
즉, 도 4에 도시된 것처럼, 제2 운전상태란 중앙 연료노즐(300)과 제1, 2, 3 주 연료노즐(410, 420, 430)을 통해 연료가 공급된 상태에서 발전기가 가동되는 형태를 의미한다.
제1 밸브(610)가 개방된 경우에는, 중앙 연료노즐(300)과 제1, 2, 3, 4, 5, 6 주 연료노즐(410, 420, 430, 440, 450, 460) 모두를 통해 연료가 공급되고, 이러한 연료노즐을 통해 연소실에 연료가 공급되는 형태의 발전기의 제3 운전상태가 성립된다.
즉, 도 5에 도시된 것처럼, 제3 운전상태란 중앙 연료노즐(300)과 제1, 2, 3, 4, 5, 6 주 연료노즐(410, 420, 430, 440, 450, 460) 모두를 통해 연료가 공급된 상태에서 발전기가 가동되는 형태를 의미한다.
도 2 내지 도 5에 도시된 것처럼, 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 가스터빈의 연소장치의 밸브유닛(600)은 제2 밸브(620)를 더 포함한다.
제2 밸브(620)는 제2 주 연료노즐(420)과 제3 주 연료노즐(430) 사이의 연결배관 상에 설치된다.
후술하는 제어유닛(700)의 제어부(740)의 제어에 따라 개폐되는 제1 밸브(610)와 제2 밸브(620)에 의해 발전기가 3개의 운전상태로 운전될 수 있다.
제2 밸브(620)와 제1 밸브(610)가 모두 폐쇄된 경우에는, 중앙 연료노즐(300)과 제1, 2 주 연료노즐(410, 420)로만 연료가 공급되고, 이러한 연료노즐을 통해 연소실에 연료가 공급되는 형태의 발전기의 제1 운전상태가 성립된다.
즉, 도 3에 도시된 것처럼, 제1 운전상태란 중앙 연료노즐(300)과 제1, 2 주 연료노즐(410, 420)을 통해 연료가 공급된 상태에서 발전기가 가동되는 형태를 의미한다.
제2 밸브(620)는 개방되고, 제1 밸브(610)가 폐쇄된 경우에는 상술한 제2 운전상태가 된다.
또한, 제2 밸브(620)와 제1 밸브(610)가 모두 개방된 경우에는, 상술한 제3 운전상태가 된다.
제어유닛(700)은 발전기의 출력상태에 따라 밸브유닛(600)를 형성하는 제1 밸브(610)와 제2 밸브(620)의 개방(open)과 폐쇄(close)를 제어한다.
반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 제1 밸브(610)와 제2 밸브(620)은 온/오프 밸브(on/off valve) 또는 솔레노이드 밸브로 형성될 수 있다.
이처럼, 본 발명에 의한 가스터빈의 연소장치는 중앙 연료노즐의 원주방향을 따라 설치되는 복수의 주 연료노즐로 형성되는 연료노즐유닛과 연료노즐유닛 중에서 인접하는 주 연료노즐을 연결하기 위해 인접하는 주 연료노즐 사이에 설치되는 연결배관유닛 및 연결배관유닛 중 일부의 연결배관에 설치되는 밸브유닛의 개폐를 발전기의 운전상태에 따라 제어유닛을 통해 3개의 그룹으로 제어하여 최적의 상태로 발전기를 운전하여 발전기의 운전비용을 절감할 수 있다.
도 2에 도시된 것처럼, 본 발명의 가스터빈의 연소장치의 제어유닛(700)은 기본 데이터 저장부(710), 출력데이터 저장부(720), 비교부(730), 제어부(740), 및 표시부(750)로 이루어진다.
기본 데이터 저장부(710)는 제1 밸브(610) 및/또는 제2 밸브(620)의 개폐를 제어하기 위한 기준 데이터를 저장한다.
예를 들어, 제1 밸브(610)의 개방 기준이 발전기 총 출력을 기준으로 20% 이상이고 제2 밸브(620)의 개방 기준이 발전기 총 출력을 기준으로 5% 미만인 경우에 이에 해당하는 데이터가 저장된다.
기준 데이터는 발전기의 용량, 계절, 상황에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
출력데이터 저장부(720)는 발전기의 현재 출력데이터가 입력된다.
비교부(730)는 기본 데이터 저장부(710)에 저장된 기본 데이터와 출력데이터 저장부(720)에 저장된 발전기의 현재 출력데이터를 비교한다.
제어부(740)는 비교부(730)의 판단 결과에 따라 제1 밸브(610) 및/또는 제2 밸브(620)의 개폐 여부를 제어한다.
예를 들어, 출력데이터 저장부(720)에 저장된 발전기의 현재 출력데이터가 12인 경우에, 제어부(740)가 제2 밸브(620)는 개방하고, 제1 밸브(610)는 폐쇄하도록 제1 밸브(610) 및/또는 제22 밸브(620)를 제어한다.
표시부(740)는 기본 데이터 저장부(710)에 저장된 기준 데이터, 출력데이터 저장부(720)에 저장된 발전기의 현재 출력 데이터, 및 제1 밸브(610)와 제2 밸브(620)의 개폐 상태를 표시한다.
반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 표시부(750)는 LCD 등의 디스플레이 등으로 형성되어, 발전기 제어실 내부에 설치될 수 있다.
본 발명에 의한 가스터빈의 연소장치는 불필요한 운전이나 과부하 운전에 의해 발생할 수 있는 발전기 운전소음과 진동 발생을 방지하고, 발전기의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 발전기의 구동중에 발생하는 진동이나 소음을 저감하여, 발전기의 구성부품이 피로강도에 의해 파손되는 것을 방지하여 발전기의 안정성과 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 6에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈의 연소장치의 제어방법은 기준 데이터를 저장하는 단계(S1), 현재 출력 데이터를 수신하는 단계(S2), 현재 출력데이터와 기준 데이터를 비교하는 단계(S3), 및 제1 밸브 또는 제2 밸브의 개폐를 제어하는 단계(S4)로 이루어진다.
제1 밸브(610) 또는 제2 밸브(620)의 개폐를 제어하기 위한 기준 데이터가 기본 데이터 저장부(710)에 저장된다.
기준 데이터를 저장하는 단계(S1) 이후에, 출력데이터 저장부(720)에서 발전기의 현재 출력데이터를 수신한다.
현재 출력 데이터를 수신하는 단계(S2) 이후에, 비교부(730)에서 출력데이터 저장부(720)에 저장된 발전기의 현재 출력데이터와 기본 데이터 저장부(710)에 저장된 기준 데이터를 비교한다.
현재 출력데이터와 기준 데이터를 비교하는 단계(S3) 이후에, 비교부(730)의 판단결과에 따라, 제어부(740)를 통해 제1 밸브(610) 및/또는 제2 밸브(620)의 개폐를 제어한다.
반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가스터빈의 연소장치 제어방법의 제어유닛(700)의 기본 데이터 저장부(710)에 제2 밸브(610)를 개방하기 위한 기준 데이터는 발전기 총 출력을 기준으로 5% 미만으로 설정된다.
제2 밸브(620)의 개방 기준이 발전기의 총 출력 기준으로 5% 이상인 경우에는, 발전기 초기가동 단계에서 낭비되는 연료의 양이 증가하는 문제점이 있다.
발전기의 현재 총 출력이 5% 미만인 경우에는, 제2 밸브(620)와 제1 밸브(610)가 폐쇄된다.
이에 따라, 발전기는 중앙 연료노즐(300)과 제1, 2 주 연료노즐(410, 420)을 통해 연료가 공급된 상태에서 발전기가 가동되는 제1 운전상태로 가동된다.(도 3 참조)
반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가스터빈의 연소장치 제어방법의 제어유닛(700)의 기본 데이터 저장부(710)에 제2 밸브(620)는 개방하고, 제1 밸브(610)는 폐쇄하기 위한 기준 데이터는 발전기 총 출력을 기준으로 5% 이상 20% 미만으로 설정된다.
제1 밸브(620)의 개방 기준이 발전기의 총 출력 기준으로 20% 이상인 경우에는, 발전기 운전중에 소음과 진동이 증가하여 발전기의 효율이 감소되는 문제점이 있다.
발전기의 현재 총 출력이 5% 이상 20% 미만인 경우에는, 제2 밸브(620)는 개방되고, 제1 밸브(610)는 폐쇄된다.
이에 따라, 발전기는 중앙 연료노즐(300)과 제1, 2, 3 주 연료노즐(410, 420, 430)을 통해 연료가 공급된 상태에서 발전기가 가동되는 제2 운전상태로 가동된다.(도 4 참조)
반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 가스터빈의 연소장치 제어방법의 제어유닛(700)의 기본 데이터 저장부(710)에 제2 밸브(620)와 제1 밸브(610)를 모두 개방하기 위한 기준 데이터는 발전기 총 출력을 기준으로 20% 이상으로 설정된다.
발전기의 현재 총 출력이 20% 이상인 경우에는, 제2 밸브(620)와 제1 밸브(610)가 모두 개방된다.
이에 따라, 발전기는 중앙 연료노즐(300)과 제1, 2, 3, 4, 5, 6 주 연료노즐(410, 420, 430, 440, 450, 460) 모두를 통해 연료가 공급된 상태에서 발전기가 가동되는 제3 운전상태로 가동된다.(도 5 참조)
따라서, 본 발명에 의한 가스터빈의 연소장치 제어방법은 발전기의 구동중에 발생하는 진동이나 소음을 저감하여, 발전기의 구성부품이 피로강도에 의해 파손되는 것을 방지하여 발전기의 안정성과 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 변형예와 상기에서 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 첨부된 청구항의 범주내에 속하는 다른 실시예로 확장될 수 있다.
1 : 케이싱, 100 : 연소기,
200 : 연소기캡, 300 : 중앙 연로노즐,
400 : 연료노즐유닛, 410 : 제1 주 연료노즐,
420 : 제2 주 연료노즐, 430 : 제3 주 연료노즐,
440 : 제4 주 연료노즐, 450 : 제5 주 연료노즐,
460 : 제6 주 연료노즐, 500 : 연결배관유닛,
600 ; 밸브유닛, 610 : 제1 밸브,
620 : 제2 밸브, 700 : 제어유닛,
710 : 기본 데이터 저장부, 720 : 출력데이터 저장부,
730 : 비교부, 740 : 제어부,
750 : 표시부.

Claims (11)

  1. 케이싱에 고정 지지되고, 연료가 연소되는 연소기;
    상기 연소기에 설치되는 연소기캡;
    상기 연소기캡의 중앙에 설치되는 중앙 연료노즐;
    상기 중앙 연료노즐의 원주방향을 따라 설치되는 복수의 주 연료노즐에 의해 형성되는 연료노즐유닛;
    상기 연료노즐유닛 중에서 인접하는 주 연료노즐을 연결하기 위해 인접하는 주 연료노즐 사이에 설치되는 연결배관유닛;
    상기 연결배관유닛 중 일부의 연결배관에 설치되는 밸브유닛; 및
    발전기의 출력상태에 따라 상기 밸브유닛의 개폐를 제어하는 제어유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연소장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료노즐유닛은 제1, 2, 3, 4, 5, 6 주 연료노즐로 형성되는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연소장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연결배관유닛은 상기 연료노즐유닛을 형성하는 주 연료노즐의 개수보다 1개 작은 개수로 설치되는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연소장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 밸브유닛은 상기 제3 주 연료노즐과 상기 제4 주 연료노즐 사이의 연결배관 상에 설치되는 제1 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연소장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 밸브유닛은 상기 제2 주 연료노즐과 상기 제3 주 연료노즐 사이의 연결배관 상에 설치되는 제2 밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연소장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어유닛은,
    상기 제1 밸브 또는 상기 제2 밸브의 개폐를 제어하기 위한 기준 데이터를 저장하는 기본 데이터 저장부;
    발전기의 현재 출력데이터가 입력되는 출력데이터 저장부;
    상기 출력데이터 저장부에 저장된 발전기의 현재 출력데이터와 기준 데이터를 비교하는 비교부; 및
    상기 비교부의 판단 결과에 따라 상기 제1 밸브 또는 상기 제2 밸브의 개폐를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연소장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어유닛은,
    상기 기준 데이터, 발전기의 현재 출력 데이터, 및 제1 밸브 또는 제2 밸브의 개폐 상태를 나타내는 표시부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연소장치.
  8. 제1 밸브 또는 제2 밸브의 개폐를 제어하기 위한 기준 데이터를 기본 데이터 저장부에 저장하는 단계;
    출력데이터 저장부에서 발전기의 현재 출력데이터를 수신하는 단계;
    비교부에서 출력데이터 저장부에 저장된 발전기의 현재 출력데이터와 기준 데이터를 비교하는 단계; 및
    상기 비교부의 판단 결과에 따라, 제어부에서 상기 제1 밸브 또는 상기 제2 밸브의 개폐를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연소장치의 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 밸브 또는 상기 제2 밸브의 개폐를 제어하는 단계는,
    상기 기준 데이터가 발전기 총 출력의 5% 미만인 경우에 상기 제2 밸브를 폐쇄하여 제1 주 연료노즐 및 제2 주 연료노즐로만 연료를 공급하는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연소장치의 제어방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 밸브 또는 상기 제2 밸브의 개폐를 제어하는 단계는,
    상기 기준 데이터가 발전기 총 출력의 5% 이상 20% 미만인 경우에, 상기 제2 밸브를 개방하고, 상기 제1 밸브를 폐쇄하여 제1 주 연료노즐, 제2 주 연료노즐, 및 제3 주 연로노즐로만 연료를 공급하는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연소장치의 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 밸브 또는 상기 제2 밸브의 개폐를 제어하는 단계는,
    상기 기준 데이터가 발전기 총 출력의 20% 이상인 경우에, 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브를 모두 개방하여 제1, 2, 3, 4, 5, 6 주 연료노즐 모두에 연료를 공급하는 것을 특징으로 하는 가스터빈의 연소장치의 제어방법.









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