KR20180095907A - 복합 사이클 전력 플랜트에서의 굴뚝 에너지 제어 - Google Patents

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Abstract

복합 사이클 전력 플랜트, 및 굴뚝 에너지 제어를 이용하여 복합 전력 플랜트를 동작시키기 위한 방법이 제시된다. 복합 사이클 전력 플랜트는 가스 터빈, 복수의 가열 표면들을 포함하는 열 회수 스팀 발생기, 및 스팀 터빈을 포함한다. 전력 플랜트 스타트업 동안 열 회수 스팀 발생기에서의 스팀 생산을 감소시키기 위해, 가열 표면들은 부분적으로 바이패싱될 수 있다. 가스 터빈의 배기 가스로부터 더 적은 에너지가 추출될 수 있다. 더 많은 에너지가 배기 굴뚝을 통해 덤핑될 수 있다. 스팀 터빈은 전력 플랜트 스타트업 동안 가스 터빈 부하의 제한 없이 시동할 수 있다. 스팀 터빈은, 전력 플랜트 스타트업 동안 가스 터빈의 더 높은 부하를 유지하면서, 공랭식 응축기의 크기를 증가시키지 않고 시동할 수 있다.

Description

복합 사이클 전력 플랜트에서의 굴뚝 에너지 제어
[0001] 본 발명의 양상들은 복합 사이클 전력 플랜트(combined cycle power plant), 및 굴뚝 에너지(stack energy) 제어를 이용하여 복합 사이클 전력 플랜트를 동작시키기 위한 방법에 관한 것이다.
[0002] 복합 사이클 전력 플랜트는, 연료 가스(gas) 및 공기 혼합물의 연소로부터 전력 출력을 생성하는 하나 또는 그 초과의 가스 터빈(turbine)들로 구성될 수 있다. 가스 터빈들로부터 배기 가스를 수용하기 위해 가스 터빈들로부터 하류에 하나 또는 그 초과의 열 회수 스팀(steam) 발생기들이 위치될 수 있다. 열 회수 스팀 발생기들은 배기 가스로부터 에너지를 추출하여 스팀을 생산할 수 있다. 스팀은, 부가적인 전력 출력을 생성하기 위해 스팀 터빈에 전달될 수 있다. 스팀 터빈은 다수의 압력 스팀 터빈들, 이를테면, 고압 스팀 터빈, 중압 스팀 터빈, 및 저압 스팀 터빈으로 구성될 수 있다. 스팀 터빈의 출구에 응축기가 위치될 수 있다.
[0003] 스팀 터빈을 롤링 오프(roll off)할 수 있기 위하여, 저압 스팀 터빈의 배기 압력은 소정의 레벨(level)로 감소되어 유지되어야 한다. 이는 응축기에서의 부가적인 냉각 용량을 요구할 수 있다. 응축기는 수랭식 응축기 또는 공랭식 응축기일 수 있다. 수랭식 응축기를 갖는 전력 플랜트들의 경우, 부가적인 냉각 용량은 사소한 영향으로 달성될 수 있다. 그러나, 공랭식 응축기를 갖는 전력 플랜트들의 경우, 부가적인 냉각 용량은 상당한 비용 영향이 딸려 있을 수 있다.
[0004] 스팀 터빈이 시동하는 동안, 열 회수 스팀 발생기에서 생성된 스팀 전부는 응축기로 바이패싱될(bypassed) 수 있다. 응축기의 냉각 용량은 응축기의 압력을 요구되는 스팀 터빈 한계치 미만으로 유지시키기에 충분하지 않을 수 있다. 가스 터빈들이 더 높은 부하로, 예컨대, 기저 부하로 동작할 때, 응축기의 더 큰 냉각 용량이 필요할 수 있다. 가스 터빈들이 주위가 더 따뜻한 주간에 더 높은 부하로 동작할 때, 응축기의 냉각 용량은 훨씬 더 요구될 수 있다. 이 문제를 극복하는 하나의 방법은, 가스 터빈들의 부하를 낮춤으로써 응축기의 열 부하를 감소시키는 것일 수 있다. 이 접근법은 전력 플랜트의 발전 용량(power generation capacity)을 제한할 수 있다. 이 문제를 극복하는 다른 방법은, 응축기의 크기를 증가시키는 것일 수 있다. 공랭식 응축기의 크기를 증가시키는 것은, 전체 플랜트 풋프린트(footprint)를 상당히 증가시킬 수 있다. 그것은, 전력 플랜트의 건설 비용의 상당한 증가를 초래할 수 있다.
[0005] 한마디로 말하면, 본 발명의 양상들은 복합 사이클 전력 플랜트, 및 굴뚝 에너지 제어를 이용하여 복합 사이클 전력 플랜트를 동작시키기 위한 방법에 관한 것이다.
[0006] 양상에 따라, 복합 사이클 전력 플랜트가 제시된다. 복합 사이클 전력 플랜트는, 전력 출력을 생성하며 배기 가스를 생산하도록 구성되는 가스 터빈을 포함한다. 복합 사이클 전력 플랜트는, 가스 터빈으로부터 배기 가스를 수용하며 배기 가스로부터 에너지를 추출함으로써 스팀을 생산하도록 구성되는, 가스 터빈의 하류에 위치된 복수의 가열 표면들을 포함하는 열 회수 스팀 발생기를 포함한다. 복합 사이클 전력 플랜트는, 복수의 가열 표면들을 통과한 후에 배기 가스를 덤핑하도록(dump) 구성되는 배기 굴뚝을 포함한다. 복합 사이클 전력 플랜트는, 열 회수 스팀 발생기에서 생산된 스팀을 수용하여 전력 출력을 생성하도록 구성되는 스팀 터빈을 포함한다. 배기 가스로부터 더 적은 에너지가 추출되도록 스팀의 생산을 감소시키기 위해, 복수의 가열 표면들은 전력 플랜트의 스타트업(startup) 동안 부분적으로 바이패싱되도록(bypassed) 구성된다. 배기 굴뚝은, 스팀의 생산의 감소 그리고 전력 플랜트의 스타트업 동안 배기 가스로부터 더 적은 에너지가 추출되는 것에 기인하여 더 많은 에너지를 갖는 배기 가스를 덤핑하도록 구성된다. 스팀 터빈은, 가스 터빈을 기저 부하까지의 부하로 동작시키면서, 시동할 수 있도록 구성된다.
[0007] 양상에 따라, 복합 사이클 전력 플랜트를 동작시키기 위한 방법이 제시된다. 복합 사이클 전력 플랜트는 가스 터빈, 가스 터빈의 하류에 위치된 복수의 가열 표면들을 포함하는 열 회수 스팀 발생기, 및 스팀 터빈을 포함한다. 방법은, 전력 출력을 생성하며 배기 가스를 생산하도록 가스 터빈을 동작시키는 단계를 포함한다. 방법은, 전력 플랜트의 스타트업 동안 가스 터빈들의 배기 가스로부터 더 적은 에너지가 추출되도록, 열 회수 스팀 발생기에서 생성되는 스팀의 생산을 감소시키기 위해, 복수의 가열 표면들을 부분적으로 바이패싱하는 단계를 포함한다. 방법은, 스팀의 생산의 감소 그리고 전력 플랜트의 스타트업 동안 배기 가스로부터 더 적은 에너지가 추출되는 것에 기인하여 더 많은 에너지를 갖는 배기 가스를 배기 굴뚝을 통해 덤핑하는 단계를 포함한다. 방법은, 가스 터빈을 기저 부하까지의 부하로 동작시키면서, 스팀 터빈을 시동시키는 단계를 포함한다.
[0008] 위에서 그리고 이하에 설명된 본 출원의 다양한 양상들 및 실시예들은 명시적으로 설명된 결합들에서 사용될 뿐만 아니라 다른 결합들에서도 사용될 수 있다. 본 설명을 읽고 이해할 때, 수정들이 당업자에게 일어날 것이다.
[0009] 본 출원의 예시적인 실시예들은 첨부된 도면들에 관련하여 더욱 상세히 설명된다. 도면들에서:
[0010] 도 1은 실시예에 따른, 복합 사이클 전력 플랜트의 개략적인 다이어그램(diagram)을 예시하고;
[0011] 도 2는 실시예에 따른, 복합 사이클 전력 플랜트의 플랜트 전력 출력 곡선의 개략적인 그래픽(graphic)을 예시하고;
[0012] 도 3은 실시예에 따른, 열 회수 스팀 발생기의 고압 스팀 시스템(system)의 개략적인 다이어그램을 예시하고;
[0013] 도 4는 실시예에 따른, 열 회수 스팀 발생기의 중압 스팀 시스템의 개략적인 사시 다이어그램을 예시하고;
[0014] 도 5는 실시예에 따른, 열 회수 스팀 발생기의 저압 스팀 시스템의 개략적인 다이어그램을 예시하며; 그리고
[0015] 도 6은 실시예에 따른, 굴뚝 에너지 제어 스타트업으로부터 정상 동작 모드(mode)로 복합 사이클 전력 플랜트를 전환하기 위한 개략적인 흐름도를 예시한다.
[0016] 이해를 용이하게 하기 위해, 가능한 경우, 도면들에 공통적인 동일한 엘리먼트(element)들을 표기하기 위해 동일한 참조 번호들이 사용되었다.
[0017] 본 발명의 양상들에 관련된 상세한 설명은 첨부된 도면들에 관련하여 이하에 설명된다.
[0018] 도 1은 실시예에 따른, 복합 사이클 전력 플랜트(100)의 개략적인 다이어그램을 예시한다. 도 1의 예시적인 실시예에서 예시된 바와 같이, 복합 사이클 전력 플랜트(100)는 가스 터빈(200)을 포함할 수 있다. 가스 터빈(200)은, 연료 가스 및 공기 혼합물의 연소로부터 전력 출력을 생성할 수 있다. 가스 터빈(200)은 전력 출력을 출력하기 위해 발전기(400)에 연결될 수 있다. 가스 터빈(200)은 가스 터빈(200)의 출구에서 배기 가스(210)를 생산할 수 있다. 예시된 예시적인 실시예에 따라, 전력 플랜트(100)는 연료 가스를 예열하기 위한 연료 가스 가열기(220)를 포함할 수 있다.
[0019] 실시예에 따라, 복합 사이클 전력 플랜트(100)는 열 회수 스팀 발생기(HRSG; heat recovery steam generator)(500)를 포함할 수 있다. 도 1의 예시적인 실시예에서 예시된 바와 같이, HRSG(500)는 가스 터빈(200)의 하류에 위치될 수 있다. HRSG(500)는 가스 터빈(200)으로부터 배기 가스(210)를 수용할 수 있다. 실시예에 따라, HRSG(500)는 다수의 압력 스팀 시스템들을 포함할 수 있다. 도 1의 예시된 예시적인 실시예에서, HRSG(500)는 고압(HP; high pressure) 스팀 시스템(600), 중압(IP; intermediate pressure) 스팀 시스템(700), 및 저압(LP; low pressure) 스팀 시스템(800)을 포함하는 3 개의 압력 스팀 시스템들을 포함한다. HRSG(500)는 복수의 가열 표면들을 포함한다. 도 1의 예시된 예시적인 실시예에서, HRSG(500)의 가열 표면들은 HP 과열기(660), 재열기(650), HP 증발기(640), HP 이코노마이저(economizer)(620), IP 과열기(760), IP 증발기(740), IP 이코노마이저(720), LP 과열기(850), LP 증발기(840), 및 응축물 예열기(820)를 포함한다. 배기 가스(210)로부터 에너지를 추출함으로써 스팀을 생산하기 위해, 배기 가스(210)는 가열 표면들을 가로질러 유동한다. 실시예에 따라, 전력 플랜트(100)는 배기 굴뚝(900)을 포함할 수 있다. 배기 가스(210)는 가열 표면들을 통과한 후에 배기 굴뚝(900)을 통해 복합 사이클 전력 플랜트(100)를 떠날 수 있다. 도 1에서 예시된 예시적인 실시예에 따라, HRSG(500)는 HP 드럼(drum)(630), IP 드럼(730), 및 LP 드럼(830)을 포함한다.
[0020] 실시예에 따라, 복합 사이클 전력 플랜트(100)는 스팀 터빈(300)을 포함할 수 있다. 스팀 터빈(300)은, HRSG(500)에서 생성된 스팀을 수용하여 전력 출력을 생산할 수 있다. 실시예에 따라, 복합 사이클 전력 플랜트(100)는 단축(single shaft) 구성이거나 또는 다축(multi-shaft) 구성일 수 있다. 도 1에서 예시된 복합 사이클 전력 플랜트(100)는 단축 구성이며, 여기서, 가스 터빈(200)과 스팀 터빈(300)은 공통 발전기(400)에 연결된다. 다축 구성에서, 가스 터빈(200)과 스팀 터빈(300)은 각각 별개의 발전기들에 연결될 수 있다.
[0021] 실시예에 따라, 스팀 터빈(300)은 다수의 압력 스팀 터빈들, 예컨대, HP 스팀 터빈, IP 스팀 터빈, 및 LP 스팀 터빈을 포함할 수 있다. 도 1에서 예시된 예시적인 실시예에 따라, HP 스팀 터빈은 HP 스팀 시스템(600)에서 생성된 HP 스팀을 HP 스팀 라인(line)(670)을 통해 수용할 수 있다. IP 스팀 터빈은 IP 스팀 시스템(700)에서 생성된 IP 스팀을 IP 스팀 라인(770)을 통해 수용할 수 있다. LP 스팀 터빈은 LP 스팀 시스템(800)에서 생성된 LP 스팀을 LP 스팀 라인(870)을 통해 수용할 수 있다. 실시예에 따라, 고압 스팀 터빈으로부터의 배기 스팀은, 저온 재열(cold reheat)(610)을 통해 HRSG(500)로 다시 라우팅되며(routed), 부가적인 IP 스팀을 생성하기 위해 재열기(650)에서 재열될 수 있다.
[0022] 실시예에 따라, 스팀 터빈(300)의 출구에 응축기(310)가 위치될 수 있다. 응축기(310)로부터의 물은 응축물 추출 펌프(pump)(811)의 도움으로 응축물 라인(810)을 통해 HRSG(500)의 응축물 예열기(820)로 복귀될 수 있다. HP 스팀 시스템(600) 및 IP 스팀 시스템(700)에 급수하기 위해 응축물 예열기(820)의 하류에 보일러 피드(boiler feed) 펌프(812)가 위치될 수 있다.
[0023] 실시예에 따라, 전력 플랜트(100)의 스타트업 동안 또는 스팀 터빈(300)이 이용가능하지 않을 때, HRSG(500)에서 생성된 LP 스팀은 LP 스팀 바이패스 밸브(bypass valve)(880)를 통해 응축기(310)로 바이패싱될 수 있다. HRSG(500)에서 생성된 HP 스팀은 HP 스팀 바이패스 밸브(680)를 통해 저온 재열(610)로 바이패싱될 수 있다. HP 바이패스 스팀은 HRSG(500)의 IP 스팀 시스템(700)에서 생성된 IP 스팀과 혼합되어 재열기(650)를 통해 유동할 수 있다. 재열된 스팀은 IP 스팀 바이패스 밸브(780)를 통해 응축기(310)로 바이패싱될 수 있다.
[0024] 실시예에 따라, 스팀 터빈(300)이 동작중일 때, 스팀 터빈(300)의 배기 압력은 트립(trip) 레벨 미만으로 유지되어야 한다. 전력 플랜트(100)의 스타트업 동안 또는 스팀 터빈(300)이 이용가능하지 않을 때, HRSG(500)에서 생성된 스팀 전부는 응축기(310)로 바이패싱될 수 있다. 가스 터빈(200)이 주위가 더 따뜻한 주간에 고부하로, 이를테면, 기저 부하까지 동작할 때, 응축기(310)의 냉각 용량은 스팀 터빈(300)의 백엔드(backend) 압력을 요구되는 한계치 미만으로 유지시키기에 적합하지 않을 수 있다.
[0025] 이 문제를 해결하는 하나의 접근법은, 전력 플랜트(100) 스타트업 동안 가스 터빈(200)의 부하를 부분 부하 레벨로 유지하는 것을 포함할 수 있다. 스팀 터빈(300)은 롤링 오프될 수 있도록, 응축기(310)의 압력은 트립 레벨 미만으로 유지될 수 있다. 스팀 터빈(300)이 HRSG(500)에서 생성된 스팀 전부를 받아들일 수 있을 때, 가스 터빈(200)은 기저 부하로 램핑 업될(ramped up) 수 있다. 그러나, 이 접근법은 스타트업 동안 전력 플랜트(100)의 전체 전력 출력을 감소시킨다. 다른 접근법은 응축기(310)의 크기를 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 그러나, 공랭식 응축기를 갖는 전력 플랜트(100)의 경우, 이 접근법은, 전력 플랜트(100)의 전체 풋프린트 및 전력 플랜트(100)의 건설 비용을 상당히 증가시킬 수 있다.
[0026] 예시된 실시예들은, 전력 플랜트(100)의 스타트업 동안 가스 터빈(200)의 부하 램프(ramp)를 제한할 필요를 제거할 수 있는, 복합 사이클 전력 플랜트(100) 및 복합 사이클 전력 플랜트(100)를 동작시키기 위한 방법을 제시한다. 예시된 실시예들은, 전력 플랜트(100)의 스타트업 동안 스팀 터빈(300)의 배압을 트립 레벨 미만으로 유지시키기 위해 공랭식 응축기의 크기를 증가시킬 필요를 제거할 수 있다. 예시된 실시예들은, 전력 플랜트(100)의 스타트업 동안 HRSG(500)의 가열 표면들을 부분적으로 바이패싱함으로써 HRSG(500)에서의 스팀의 생산을 감소시킬 수 있다. 가스 터빈(200)의 배기 가스(210)로부터 더 적은 에너지가 추출될 수 있다. 더 많은 에너지를 갖는 배기 가스(210)가 배기 굴뚝(900)을 통해 덤핑될(dumped) 수 있다. 전력 플랜트(100)의 스타트업 동안, 가스 터빈(200)을 기저까지의 부하로 동작시키면서, 스팀 터빈(300)이 시동할 수 있다. 전력 플랜트(100)의 스타트업 동안, 따뜻한 주위 온도, 이를테면, 90 ℉까지의 또는 그 초과의 주위 온도에서 가스 터빈(200)을 기저까지의 부하로 동작시키면서, 스팀 터빈(300)이 시동할 수 있다.
[0027] 도 2는 실시예에 따른, 복합 사이클 전력 플랜트(100)의 플랜트 전력 출력 곡선의 개략적인 그래픽을 예시한다. 도 2에서 예시된 바와 같이, 곡선(120)은, 전력 플랜트(100)의 스타트업 동안 가스 터빈(GT; gas turbine)의 부하 램프를 제한하는 상태에 대한 플랜트 전력 출력을 표현할 수 있다. 예시된 예시적인 실시예에서, 전력 플랜트(100)의 스타트업 동안 스팀 터빈(ST; steam turbine)을 시동시킬 때, GT의 부하는 부분 부하 레벨, 이를테면, 50% 부하 레벨로 유지될 수 있다. 곡선(140)은, 전력 플랜트(100)의 스타트업 동안 GT의 부하 램프를 제한하지 않는 상태에 대한 플랜트 전력 출력을 표현할 수 있다. 예시된 예시적인 실시예에서, 전력 플랜트(100)의 스타트업 동안 ST를 시동시킬 때, GT는 고부하로, 이를테면, 기저 부하까지 램핑 업될 수 있다. 도 2에서 예시된 바와 같이, 전력 플랜트(100)는, 플랜트 스타트업 동안, GT의 부하 램프를 제한하는 상태에 대한 전력 출력보다 GT의 부하 램프를 제한하지 않는 상태로 더 많은 전력 출력을 생산할 수 있다. 실시예에 따라, GT의 부하 램프를 제한하지 않는 상태에 대한 전력 플랜트(100)의 스타트업 시간은, GT의 부하 램프를 제한하는 상태에 대한 전력 플랜트(100)의 스타트업 시간과 비교하여 감소될 수 있다.
[0028] 도 3은 실시예에 따른, HRSG(500)의 HP 스팀 시스템(600)의 개략적인 다이어그램을 예시한다. 도 3에서 예시된 실시예에 따라, 보일러 피드 펌프(812)에 의해 HP 스팀 시스템(600)에 물이 피딩될(fed) 수 있다. 예시적인 실시예에서 예시된 바와 같이, HP 스팀 시스템(600)은 복수의 가열 표면들, 예컨대, HP 이코노마이저(620), HP 이코노마이저(620)의 하류에 위치된 HP 증발기(640), 및 HP 증발기(640)의 하류에 위치된 HP 과열기(660)를 포함한다. HP 증발기(640)에 HP 드럼(630)이 연결될 수 있다. HP 드럼(630)의 상류에 HP 드럼 레벨 제어 밸브(631)가 위치될 수 있다. 실시예에 따라, HP 이코노마이저(620)는 복수의 스테이지(stage)들을 포함할 수 있다. 도 3의 예시된 예시적인 실시예에서, HP 이코노마이저(620)는 6 개의 스테이지들을 포함한다. 상류 HP 이코노마이저(620a)는 몇몇 상류 스테이지들을 포함한다. 하류 HP 이코노마이저(620b)는 몇몇 하류 스테이지들을 포함한다. 도 3의 예시적인 실시예에서 예시된 바와 같이, 상류 HP 이코노마이저(620a)는 5 개의 제1 상류 스테이지들을 포함한다. 하류 HP 이코노마이저(620b)는 최종 하류 스테이지를 포함한다.
[0029] 실시예에 따라, HP 이코노마이저(620)는 HP 이코노마이저(620)를 부분적으로 바이패싱하기 위한 상호연결 파이핑(piping)을 가질 수 있다. 도 3에서 예시된 실시예에 따라, 상류 HP 이코노마이저(620a)는 상류 HP 이코노마이저 바이패스 밸브(622a)의 도움으로 상류 HP 이코노마이저 바이패스 라인(621a)을 통해 부분적으로 바이패싱될 수 있다. 하류 HP 이코노마이저(620b)는 하류 HP 이코노마이저 바이패스 밸브(622b)의 도움으로 하류 HP 이코노마이저 바이패스 라인(621b)을 통해 부분적으로 바이패싱될 수 있다.
[0030] 실시예에 따라, 하류 HP 이코노마이저(620b)에서, 어떤 플래싱(flashing)도 또는 최소 플래싱도 발생하지 않을 수 있으며, 이 하류 HP 이코노마이저(620b)는 HP 이코노마이저(620)의 최종 스테이지를 포함한다. 실시예에 따라, 하류 HP 이코노마이저(620b)는, 미리 결정된 레벨의 플래싱이 HP 이코노마이저(620)의 최종 스테이지에서 허용가능할 수 있도록 미리 결정된 레벨로 부분적으로 바이패싱될 수 있다. 실시예에 따라, 하류 HP 이코노마이저(620b)는 미리 결정된 레벨로, 예컨대, 약 20%까지 부분적으로 바이패싱될 수 있다. 이는 HP 이코노마이저(620)의 최종 스테이지에서 약 5%까지의 플래싱을 허용할 수 있다. 실시예에 따라, 상류 HP 이코노마이저(620a)는, 하류 HP 이코노마이저(620b)보다 더 높을 수 있는 미리 결정된 레벨로 부분적으로 바이패싱될 수 있다. 실시예에 따라, 상류 HP 이코노마이저(620a)는 미리 결정된 레벨로, 예컨대, 약 90%까지 부분적으로 바이패싱될 수 있다. HP 이코노마이저(620)를 통해 약 10%의 최소 유동은 항상 유지될 수 있다. 상류 HP 이코노마이저 바이패스 라인들(621a)의 크기는, 상류 HP 이코노마이저(620a)에 대한 최대 90% 바이패스 유동을 수납하도록(accommodate) 설계될 수 있다. 그에 따라서, 상류 HP 이코노마이저 바이패스 밸브(622a)는 최대 약 90% 바이패스 유동을 제어하도록 설계될 수 있다. 예시적인 실시예에 따라, 상류 HP 이코노마이저 바이패스 라인(621a)의 크기는 대략 6″ 직경일 수 있다. 예시적인 실시예에 따라, 하류 HP 이코노마이저 바이패스 라인들(621b)의 크기는, 하류 HP 이코노마이저(620b)에 대한 최대 약 20% 바이패스 유동을 수납하도록 설계될 수 있다. 그에 따라서, 하류 HP 이코노마이저 바이패스 밸브(622b)는 최대 약 20% 바이패스 유동을 제어하도록 설계될 수 있다. 예시적인 실시예에 따라, 상류 HP 이코노마이저 바이패스 라인(621a)과 하류 HP 이코노마이저 바이패스 라인(621b)의 혼합 지점은, 약 5%까지의 플래싱을 허용하도록, 열 슬리브(sleeve) 및 살포 파이프(sparge pipe)로 설계될 수 있다.
[0031] 도 3에서 예시된 실시예에 따라, HP 스팀 시스템(600)은 스테이지 간 과열저감기(inter-stage attemperator)(660a)를 포함한다. 스테이지 간 과열저감기(660a)는 HP 과열기(660)에 배열될 수 있다. 실시예에 따라, HP 스팀 시스템(600)은 최종 스테이지 과열저감기(660b)를 포함한다.
[0032] 실시예에 따라, 전력 플랜트 스타트업 동안 스테이지 간 분무 물 유동을 증가시킴으로써, 예컨대, 스테이지 간 분무 물 유동을 최대 레벨까지 증가시킴으로써, HP 과열기(660)에서 생성되는 스팀의 온도가 감소될 수 있다. 실시예에 따라, 전력 플랜트 스타트업 동안 스테이지 간 분무 물 유동을 증가시킴으로써, 예컨대, 스테이지 간 분무 물 유동을 최대 레벨까지 증가시킴으로써, 재열기(650)에서 생성되는 스팀의 온도가 감소될 수 있다.
[0033] 도 1을 참조하는 실시예에 따라, 전력 플랜트 스타트업 동안 HP 스팀 바이패스 밸브(680)의 도움으로, 저온 재열(610)에 대한 HP 바이패스 스팀의 온도가 감소될 수 있다. 실시예에 따라, 전력 플랜트 스타트업 동안 저온 재열(610)에 대한 HP 바이패스 스팀의 온도는 500 ℉로 감소될 수 있다. 이는, HRSG(500)의 프런트 엔드(front end)에서 배기 가스(210)의 더 많은 에너지를 흡수하는 것을 허용할 수 있다. 이는, HP 이코노마이저(620)의 최종 스테이지에서의 배기 가스(210)의 온도를 감소시킬 수 있다. 이는, IP 스팀 시스템(700) 및 LP 스팀 시스템(800)에서의 배기 가스(210)의 온도를 감소시킬 수 있다. 이는, IP 스팀 시스템(700) 및 LP 스팀 시스템(800)을 보틀링 업하기(bottling up) 위한 압력 레벨들을 감소시킬 수 있다.
[0034] 도 4는 실시예에 따른, HRSG(500)의 IP 스팀 시스템(700)의 개략적인 사시 다이어그램을 예시한다. 도 4에서 예시된 실시예에 따라, 보일러 피드 펌프(812)에 의해 물이 IP 스팀 시스템(700)에 피딩될 수 있다. 예시적인 실시예에서 예시된 바와 같이, IP 스팀 시스템(700)은 복수의 가열 표면들, 예컨대, IP 이코노마이저(720), IP 이코노마이저(720)의 하류에 위치된 IP 증발기(740), 및 IP 증발기(740)의 하류에 위치된 IP 과열기(750)를 포함한다. IP 증발기(740)에 IP 드럼(730)이 연결될 수 있다. IP 드럼(730)에 IP 회전자 공기 냉각기(760)가 연결될 수 있다. IP 드럼(730)의 상류에 IP 드럼 레벨 제어 밸브(731)가 위치될 수 있다. IP 과열기(750)의 배출구에 IP 드럼 압력 제어 밸브(732)가 위치될 수 있다.
[0035] 실시예에 따라, 전력 플랜트 스타트업 동안 IP 이코노마이저(720)는 IP 이코노마이저 바이패스 밸브(722)의 도움으로 IP 이코노마이저 바이패스 라인(721)을 통해 부분적으로 바이패싱될 수 있다. 전력 플랜트 스타트업 동안 IP 이코노마이저(720)를 통해 최소 유동이 유지될 수 있다. 이는, 전력 플랜트 스타트업 동안 IP 회전자 공기 냉각기(760)를 동작 상태로 남겨 두는 것을 허용할 수 있다. 이는, 전력 플랜트 스타트업으로부터 정상 동작 모드로 전환하는 동안 차가운 물이 뜨거운 IP 이코노마이저(720)에 유입될 때 IP 이코노마이저(720)에서의 열 퀀치(thermal quench)를 방지할 수 있다.
[0036] 도 4에서 예시된 실시예에 따라, 굴뚝 에너지 제어를 이용하여 전력 플랜트 스타트업 동안 IP 드럼 압력 제어 밸브(732)의 도움으로 IP 드럼(730)의 압력은 증가될 수 있다. 실시예에 따라, 굴뚝 에너지 제어를 이용하여 전력 플랜트 스타트업 동안 IP 드럼(730)에서의 스팀 생성이 제거될 수 있도록 IP 드럼(730)의 압력은 증가될 수 있다. 실시예에 따라, IP 스팀 시스템(700)에서의 스팀 생성은 IP 회전자 공기 냉각기(760)에 의해 생산될 수 있다. 실시예에 따라, IP 드럼(730)의 압력은, 전력 플랜트 스타트업 동안 저온 재열기(610)의 압력을 초과하여 증가될 수 있다.
[0037] 도 5는 실시예에 따른, HRSG(500)의 LP 스팀 시스템(800)의 개략적인 다이어그램을 예시한다. 도 5의 예시된 예시적인 실시예에 따라, 응축물 추출 펌프(811)의 도움으로 응축물이 LP 스팀 시스템(800)에 들어갈 수 있다. 예시적인 실시예에서 예시된 바와 같이, LP 스팀 시스템(800)은 복수의 가열 표면들, 예컨대, LP 응축물 예열기(820), LP 응축물 예열기(820)의 하류에 위치된 LP 증발기(840), 및 LP 증발기(840)의 하류에 위치된 LP 과열기(850)를 포함한다. LP 증발기(840)에 LP 드럼(830)이 연결될 수 있다. LP 드럼(830)의 상류에 LP 드럼 레벨 제어 밸브(831)가 위치될 수 있다. LP 과열기(850)의 배출구에 LP 드럼 압력 제어 밸브(832)가 위치될 수 있다. 도 5에서 예시된 실시예에 따라, 응축물 예열기(820)에 응축물 재순환 펌프(824)가 배열될 수 있다.
[0038] 도 5의 예시된 실시예에 따라, LP 스팀 시스템(800)은 응축물 예열기 바이패스 라인(821)을 포함한다. 응축물 예열기 바이패스 라인(821)에 응축물 예열기 바이패스 유동 제어 밸브(822)가 배열될 수 있다. 예시된 실시예에 따라, LP 응축물 예열기(820)의 주입구에 상류 응축물 예열기 격리 밸브(823a)가 위치될 수 있다. LP 응축물 예열기(820)의 배출구에 하류 응축물 예열기 격리 밸브(823b)가 위치될 수 있다. 실시예에 따라, 굴뚝 에너지 제어를 이용하여 전력 플랜트 스타트업 동안 LP 응축물 예열기(820)는 바이패싱될 수 있다. 굴뚝 에너지 제어를 이용하여 전력 플랜트 스타트업 동안 LP 스팀 시스템(800)은 스팀 생산을 셧 오프(shut off)하도록 차단될 수 있다. 전력 플랜트 스타트업 동안 LP 스팀 시스템(800)의 영역(860)이 격리될 수 있다. 도 5의 예시된 예시적인 실시예에 따라, 격리 영역(860)은 LP 응축물 예열기(820)의 주입구부터 LP 과열기(850)의 배출구까지 포함할 수 있다. LP 스팀 시스템(800)에 들어가는 응축물은, LP 응축물 예열기(820)를 바이패싱한 후에 보일러 피드 펌프(812)에 의해 IP 스팀 시스템(700) 및 HP 스팀 시스템(600)에 피딩될 수 있다. 전력 플랜트 스타트업 동안 LP 스팀 시스템(800)은 비활성일 수 있다.
[0039] 실시예에 따라, LP 응축물 예열기 바이패스 라인(821)의 크기는, 굴뚝 에너지 제어를 이용하여 전력 플랜트 스타트업 동안 100% 응축물 예열기 바이패스 유동을 수납할 수 있도록 설계될 수 있다. 그에 따라서, LP 응축물 예열기 바이패스 유동 제어 밸브(822)는 100% 응축물 예열기 바이패스 유동을 수납할 수 있도록 설계될 수 있다.
[0040] 실시예에 따라, 굴뚝 에너지 제어를 이용하여 전력 플랜트 스타트업 동안 LP 드럼 압력 제어 밸브(832)의 도움으로 LP 드럼(830)의 압력은 증가될 수 있다. 실시예에 따라, LP 드럼 압력 제어 밸브(832)를 폐쇄함으로써, LP 드럼(830)의 압력은 증가될 수 있다. 전력 플랜트 스타트업 동안 LP 드럼(830)은 격리될 수 있다. 실시예에 따라, LP 드럼(830)의 안전 세트 포인트(set point)는 예컨대 510 psia까지 증가될 수 있다. 실시예에 따라, LP 드럼(830)의 벽 두께는 예컨대 33 mm까지 증가될 수 있다.
[0041] 도 1을 참조하면, 가스 터빈(200)의 배기 가스(210)로부터 에너지를 추출함으로써 스팀을 생산하기 위해, 이 배기 가스(210)는 HRSG(500)의 가열 표면들을 가로질러 유동한다. 배기 가스(210)는 배기 굴뚝(900)을 통해 복합 사이클 전력 플랜트(100)를 떠날 수 있다. 실시예에 따라, 배기 굴뚝(900)은, 굴뚝 에너지 제어를 이용하여 전력 플랜트 스타트업 동안 HRSG(500)에서의 스팀 생산을 감소시키는 것 그리고 배기 가스(210)로부터 더 적은 에너지가 추출되는 것에 기인하여 더 높은 온도 및 더 높은 온도 천이(transient)에 노출될 수 있다. 배기 굴뚝(900)은, 더 많은 에너지를 통한 덤핑(dumping)을 수납할 수 있도록 설계될 수 있다. 실시예에 따라, 배기 굴뚝(900)의 절연 층이 부가될 수 있다. 고온 천이에 기인하여 배기 굴뚝(900)의 내부 보강(stiffening) 구조가 방지될 수 있다. 배기 굴뚝(900)의 강도는 외부 보강 구조에 의해 강화될 수 있다. 배기 굴뚝(900)은, 더 작으며 더 많은 보강재들을 요구할 수 있다.
[0042] 도 3을 참조하는 실시예에 따라, 복합 사이클 전력 플랜트(100)는 굴뚝 에너지 제어 시 스타트업(startup)될 수 있다. 실시예에 따라, 굴뚝 에너지 제어를 이용하여 시동하는 복합 사이클 전력 플랜트(100)의 초기 세팅(setting)은, 가스 터빈(200)을 최대 연속 정격으로 셋업하는(setting up) 것을 포함한다. 최종 스테이지 과열저감기(660b)는, 스팀 터빈(300)이 스타트업(startup)하는 것을 가능하게 하는 온도, 이를테면, 약 824 ℉의 분무로 세팅될(set) 수 있다. 스테이지 간 과열저감기(660a)는, HRSG(500)의 프런트 엔드에서의 배기 가스(210)의 열 추출을 최대화하기 위해 포화를 초과하는 온도, 이를테면, 약 27 ℉의 분무로 세팅될 수 있다. HP 바이패스 스팀 압력은, HP 스팀 바이패스 밸브(680)의 도움으로, 스팀 터빈(300)이 스타트업하는 것을 가능하게 하는 압력 레벨, 이를테면, 1200 psia로 세팅될 수 있다. IP 바이패스 스팀 압력은, IP 스팀 바이패스 밸브(780)의 도움으로, 스팀 터빈(300)이 스타트업하는 것을 가능하게 하는 압력 레벨, 이를테면, 290 psia로 세팅될 수 있다.
[0043] 실시예에 따라, HP 접근 제어는, HP 이코노마이저(620)의 하류에 위치된 HP 드럼(630)의 주입구에서의 물 온도와 HP 드럼(630) 내의 물 온도 사이의 온도차를 포함한다. 도 3을 참조하는 실시예에 따라, HP 이코노마이저 바이패스 라인들(621a 및 621b)을 통해 HP 이코노마이저(620)를 바이패싱하는 바이패스 유동의 양을 조정함으로써, HP 접근이 제어될 수 있다. HP 이코노마이저 바이패스 밸브들(622a 및 622b)은 바이패스 유동량을 제어하기 위해 계속해서 조정될 수 있다. 실시예에 따라, 굴뚝 에너지 제어 스타트업 시의 HP 접근 제어는, 전력 플랜트 스타트업 동안 HP 이코노마이저(620)에서 최소 유동을 유지시키는 세트 포인트, 이를테면, 약 140 ℉로 초기에 증가될 수 있다.
[0044] 도 4를 참조하는 실시예에 따라, IP 드럼 압력 제어 밸브(732)는, 굴뚝 에너지 제어 스타트업 시의 IP 드럼 압력의 초기 세트 포인트를, 전력 플랜트 스타트업 동안 IP 이코노마이저(720)에서 최소 유동을 유지시키며 IP 회전자 공기 냉각기(760)를 동작 상태로 유지시키는 압력 레벨, 이를테면, 약 521 psia로 증가시킬 수 있다.
[0045] 도 1을 참조하는 실시예에 따라, 응축물 라인(810)에 연료 가스 가열기(220)의 복귀 파이핑 라인이 연결될 수 있다. 도 5를 참조하는 실시예에 따라, 굴뚝 에너지 제어 스타트업 동안 LP 응축물 예열기(820)는 완전히 바이패싱될 수 있다. 실시예에 따라, 응축물 예열기 바이패스 라인(821)의 주입구의 하류에서 응축물 라인(810)에 연료 가스 가열기(220)의 복귀 파이핑 라인이 연결되면, 연료 가스 가열기(220)는 굴뚝 에너지 제어 스타트업의 초기 세팅 시 스위칭 오프될(switched off) 수 있다. 실시예에 따라, 연료 가스 가열기(220)의 복귀 파이핑 라인은, 응축물 예열기 바이패스 라인(821)의 주입구의 상류에서 응축물 라인(810)에 연결되도록 수정될 수 있다.
[0046] 도 5를 참조하는 실시예에 따라, 굴뚝 에너지 제어 스타트업의 초기 세팅 시 응축물 격리 밸브들(823a 및 823b)은 폐쇄될 수 있다. 응축물 예열기 바이패스 유동 제어 밸브(822)는, 전력 플랜트 스타트업 동안 유동이 응축물 예열기(820)를 바이패싱할 수 있도록 개방될 수 있다. 응축물 예열기 재순환 펌프(824)는 스위칭 오프될 수 있다. LP 드럼 압력 제어 밸브(832)는, 전력 플랜트 스타트업 동안 LP 드럼(830)을 격리하기 위해 폐쇄될 수 있다. LP 드럼 레벨 제어 밸브(831)는, 전력 플랜트 스타트업 동안 응축물 예열기(820) 내의 물이 끓여져 LP 드럼(830)에 수납될 수 있도록 개방될 수 있다.
[0047] 실시예에 따라, 복합 사이클 전력 플랜트(100)는 순차적인 제어 단계들 후에 굴뚝 에너지 제어 스타트업과 정상 동작 모드 사이에서 전환될 수 있다. 제어 단계들은 전력 플랜트 제어 시스템에 의해 수행될 수 있다. 전환 제어 단계들을 수행하기 위한 전력 플랜트 제어 시스템에 그래픽 사용자 인터페이스(GUI; graphic user interface)가 제공될 수 있다.
[0048] 실시예에 따라, 굴뚝 에너지 제어 스타트업으로부터 정상 동작 모드로의, 복합 사이클 전력 플랜트(100)에 대한 전환은, HRSG(500)의 LP 스팀 시스템(800)에서의 플래싱을 방지하기 위해 HRSG(500)의 IP 스팀 시스템(700) 및 HP 스팀 시스템(600)으로부터 시동할 수 있다. 실시예에 따라, LP 스팀 시스템(800)을 그것의 정상 동작으로 스위칭(switching)하기 전에, LP 스팀 시스템(800)을 다시 그것의 정상 동작 온도 레벨로 냉각시키기 위해 적합한 시간이 할당될 수 있다.
[0049] 도 6은 실시예에 따른, 굴뚝 에너지 제어 스타트업으로부터 정상 동작 모드로 복합 사이클 전력 플랜트(100)를 전환하기 위한 개략적인 흐름도(10)를 예시한다. 도 6에서 예시된 바와 같이, 단계(S1)에서, IP 드럼 압력 세트 포인트가 일 압력 레벨로, 이를테면, 저온 재열 압력으로 감소될 수 있다. 이는 IP 스팀 유동을 증가시킬 수 있다. 단계(S2)에서, IP 이코노마이저 바이패스 밸브(722)가 폐쇄될 수 있다. 이는 IP 이코노마이저(720)가 동작하도록 할 수 있다. 단계(S3)에서, HP 접근 제어 세트 포인트가 미리 결정된 레벨로, 예컨대, 35 ℉로 감소될 수 있다. 단계(S4)에서, HP 이코노마이저 바이패스 밸브들(622a 및 622b)이 폐쇄될 수 있다. 이는 HP 이코노마이저(620)가 동작하도록 할 수 있다.
[0050] 실시예에 따라, 배기 굴뚝(900)의 온도가 예측된 레벨로 냉각되어 안정화될 때까지, LP 스팀 시스템(800)은 셧 오프(shut off) 상태로 유지될 수 있다. 이는 LP 증발기(840) 및 응축물 예열기(820)를 냉각시킬 수 있다. 도 6에서 예시된 실시예에 따라, 단계(S5)에서, 배기 굴뚝(900)의 온도는 미리 결정된 레벨로 냉각될 수 있다. 실시예에 따라, 배기 굴뚝(900)의 온도는, 온도의 정상 동작 레벨로, 예컨대, 376.5 ℉로 냉각될 수 있다. 이는 거의 약 10 분이 걸릴 수 있다. 단계(S6)에서, 응축물 예열기(820)로부터 LP 드럼(830)을 격리하기 위해 LP 드럼 레벨 제어 밸브(831)가 폐쇄될 수 있다. 단계(S7)에서, 응축물 예열기(820) 내의 따뜻한 물을 재순환시키기 위해 응축물 예열기 재순환 펌프(824)가 스위칭 온될(switched on) 수 있다. 실시예에 따라, 차가운 응축물이 응축물 예열기(820)에 유입될 때 퀀치를 방지하기 위해 응축물 예열기 재순환 펌프(824)는 최대 유동(full flow)으로 스위칭 온될 수 있다. 단계(S8)에서, 응축물 예열기 바이패스 유동 제어 밸브(822)가 부분적으로 폐쇄될 수 있다. 실시예에 따라, 응축물 예열기 바이패스 유동 제어 밸브(822)는 100% 바이패스로부터 93% 바이패스로 느리게 폐쇄될 수 있다. 상류 응축물 예열기 격리 밸브(823a)가 개방될 수 있다. 응축물 예열기(820)의 주입구에 도달하기 전에, 차가운 응축수(condensate water)는 응축물 예열기 재순환 복귀 라인으로부터의 따뜻한 물과 혼합될 수 있다. 단계(S9)에서, 어느 정도를 넘어, 예컨대, 29 ℉를 넘어, 응축물 예열기(820)의 주입구에서의 물 온도를 초과하게 응축물 예열기(820)의 배출구에서의 물 온도를 유지시키기 위해 응축물 예열기 재순환 펌프(824)에 대한 유동이 제어될 수 있다. 실시예에 따라, 응축물 예열기 재순환 펌프(824)에 대한 유동은, 응축물 예열기 재순환 펌프(824)의 하류의 유동 제어 밸브에 의해 제어될 수 있다. 단계(S10)에서, 응축물 예열기(820)에 대한 유동을 느리게 증가시키기 위해 응축물 예열기 바이패스 유동 제어 밸브(822)는 느리게 조정될 수 있다. 실시예에 따라, 응축물 예열기(820)의 주입구에서의 물 온도가, 물 온도의 정상 동작 레벨에 도달할 때까지, 미리 결정된 레이트(rate)로, 이를테면, 45 ℉/분의 램핑 다운(ramping down) 레이트로 감소될 수 있도록, 응축물 예열기(820)에 대한 유동을 느리게 증가시키기 위해, 응축물 예열기 바이패스 유동 제어 밸브(822)는 느리게 추가로 폐쇄될 수 있다. 실시예에 따라, 응축물 예열기(820)의 주입구에서의 물 온도의 정상 동작 레벨은 136 ℉일 수 있다. 단계(S11)에서, 응축물 예열기(820)의 주입구에서의 물 온도가, 물 온도의 정상 동작 레벨에 도달할 때, 응축물 예열기 바이패스 유동 제어 밸브(822)는 완전히 폐쇄될 수 있다. 이는 응축물 예열기(820)가 완전히 동작하도록 할 수 있다.
[0051] 도 6에서 예시된 실시예에 따라, 단계(S12)에서, LP 드럼 압력 제어 밸브(832)가 느리게 개방되기 시동할 수 있다. LP 드럼(830)의 압력이, 압력의 정상 동작 레벨로, 예컨대, 75 psia로 느리게 감소될 수 있다. LP 과열기(850)의 압력이, 압력의 정상 동작 레벨로, 예컨대, 75 psia로 느리게 감소될 수 있다. 프로세스는 거의 약 5 분이 걸릴 수 있다. 단계(S13)에서, 제1 스웰(swell)이 LP 드럼(830)에서 발생한 후에, 스타트업 레벨로부터 정상 동작 레벨로 LP 드럼 레벨 세트 포인트가 증가될 수 있다. 이는 전력 플랜트(100)의 제어 시스템에 의해 판단된 소정의 퍼센트(percentage)로 LP 드럼 레벨 제어 밸브(831)를 개방할 수 있다. 하류 예열기 격리 밸브(823b)가 개방될 수 있다. 물이 LP 드럼(830)을 채우기 시동할 수 있다.
[0052] 실시예에 따라, 전력 플랜트(100)는 도 6에서 예시된 순차적인 제어 단계들 후에 굴뚝 에너지 제어 스타트업으로부터 정상 동작 모드로 전환될 수 있다. 전력 플랜트(100)의 정상 동작 동안, 스팀 터빈(300)은 스팀 터빈(300)의 트립의 경우에 재시동될 필요가 있을 수 있다. 전력 플랜트(100)는 정상 동작 모드로부터 굴뚝 에너지 제어 스타트업으로 전환될 필요가 있을 수 있다. 이는, 가스 터빈(200)의 부하를 감소시키지 않으면서, 스팀 터빈(300)을 롤링 오프(rolling off)하는 것을 허용할 수 있다. 정상 동작 모드로부터 굴뚝 에너지 제어 스타트업으로의 전력 플랜트(100)의 전환은, 도 6에서 예시된 순차적인 제어 단계들을 역순으로 따름으로써 구현될 수 있다.
[0053] 양상에 따라, 제안된 실시예들은, 복합 사이클 전력 플랜트(100)의 스타트업 동안 HRSG(500)에서의 스팀 생산을 감소시킬 수 있다. 가스 터빈(200)의 배기 가스(210)로부터 더 적은 에너지가 추출될 수 있다. 배기 굴뚝(900)을 통해 더 많은 에너지가 덤핑될 수 있다.
[0054] 양상에 따라, 제안된 실시예들은, 복합 사이클 전력 플랜트(100)의 스타트업 동안 가스 터빈(200)의 부하의 제한을 제거할 수 있다. 예시된 실시예들은, 복합 사이클 전력 플랜트(100)의 더 나은 발전 효율을 산출할 수 있다.
[0055] 양상에 따라, 제안된 실시예들은, 복합 사이클 전력 플랜트(100)의 스타트업 동안 가스 터빈(200)의 더 높은 부하를 유지하면서 스팀 터빈(300)을 시동시키기 위해 공랭식 응축기의 크기를 증가시키는 것을 제거할 수 있다. 예시된 실시예들은, 전체 복합 사이클 전력 플랜트 풋프린트의 증가를 제거할 수 있다. 예시된 실시예들은, 복합 사이클 전력 플랜트(100)의 건설 비용을 상당히 감소시킬 수 있다.
[0056] 본 발명의 교시들을 통합하는 다양한 실시예들이 본원에서 상세히 도시 및 설명되었지만, 당업자들은, 이들 교시들을 계속해서 통합하는 많은 다른 변화된 실시예들을 용이하게 고안할 수 있다. 본 발명은, 도면들에서 예시되거나 또는 설명에서 제시된 구성요소들의 어레인지먼트(arrangement) 및 구성의 예시적인 실시예 세부사항들로 본 발명의 적용이 제한되지 않는다. 본 발명은, 다른 실시예들이 가능하며, 다양한 방식들로 수행되거나 또는 실시될 수 있다. 또한, 본원에서 사용된 어법 및 용어가 설명의 목적을 위한 것이며, 제한하는 것으로서 간주되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 본원에서 "구비하는", "포함하는", 또는 "갖는" 그리고 그 변형들의 사용은, 그 앞에 열거된 항목들 및 그 등가물들 뿐만 아니라 부가적인 항목들을 포괄하는 것으로 여겨진다. 달리 특정되거나 또는 제한되지 않는 한, 용어들 "장착된", "연결된", "지지된", 및 "커플링된(coupled)", 그리고 그 변형들은 널리 사용되며, 직접적인 그리고 간접적인 장착들, 연결들, 지지들, 및 커플링(coupling)들을 포괄한다. 추가로, "연결된" 및 "커플링된"은, 물리적인 또는 기계적인 연결들 또는 커플링들로 제한되지 않는다.
100 복합 사이클 전력 플랜트
120 종래의 복합 사이클 전력 플랜트의 플랜트 전력 출력
140 굴뚝 에너지 제어를 이용하는 복합 사이클 전력 플랜트의 플랜트 전력 출력
200 가스 터빈
210 가스 터빈으로부터의 배기 가스
220 연료 가스 가열기
300 스팀 터빈
310 응축기
400 발전기
500 열 회수 스팀 발생기(HRSG; Heat Recovery Steam Generator)
600 HRSG의 고압(HP; High Pressure) 스팀 시스템
610 저온 재열
620 HP 이코노마이저
620a 상류 HP 이코노마이저
620b 하류 HP 이코노마이저
621a 상류 HP 이코노마이저 바이패스 라인
621b 하류 HP 이코노마이저 바이패스 라인
622a 상류 HP 이코노마이저 바이패스 밸브
622b 하류 HP 이코노마이저 바이패스 밸브
630 HP 드럼
631 HP 드럼 레벨 제어 밸브
640 HP 증발기
650 재가열기
660 HP 과열기
660a 스테이지 간 과열저감기
660b 최종 스테이지 과열저감기
670 HP 스팀 라인
680 HP 스팀 바이패스 밸브
700 HRSG의 중압(IP; Intermediate Pressure) 스팀 시스템
720 IP 이코노마이저
721 IP 이코노마이저 바이패스 라인
722 IP 이코노마이저 바이패스 밸브
730 IP 드럼
731 IP 드럼 레벨 제어 밸브
732 IP 드럼 압력 제어 밸브
740 IP 증발기
750 IP 회전자 공기 냉각기
760 IP 과열기
770 IP 스팀 라인
780 IP 스팀 바이패스 밸브
800 HRSG의 저압(LP; Low Pressure) 스팀 시스템
810 응축물 라인
811 응축물 추출 펌프
812 보일러 피드 펌프
820 응축물 예열기
821 응축물 예열기 바이패스 라인
822 응축물 예열기 바이패스 유동 제어 밸브
823a 상류 응축물 예열기 격리 밸브
823b 하류 응축물 예열기 격리 밸브
824 응축물 예열기 재순환 펌프
830 LP 드럼
831 LP 드럼 레벨 제어 밸브
832 LP 드럼 압력 제어 밸브
840 LP 증발기
850 LP 과열기
860 LP 스팀 시스템의 격리 영역
870 LP 스팀 라인
880 LP 스팀 바이패스 밸브
900 배기 굴뚝

Claims (20)

  1. 복합 사이클 전력 플랜트(combined cycle power plant)로서,
    전력 출력을 생성하며 배기 가스(gas)를 생산하도록 구성되는 가스 터빈(turbine);
    상기 가스 터빈으로부터 상기 배기 가스를 수용하며 상기 배기 가스로부터 에너지(energy)를 추출함으로써 스팀(steam)을 생산하도록 구성되는, 상기 가스 터빈의 하류에 위치된 복수의 가열 표면들을 포함하는 열 회수 스팀 발생기;
    상기 복수의 가열 표면들을 통과한 후에 상기 배기 가스를 덤핑하도록(dump) 구성되는 배기 굴뚝(stack); 및
    상기 열 회수 스팀 발생기에서 생산된 스팀을 수용하여 전력 출력을 생성하도록 구성되는 스팀 터빈
    을 포함하며,
    상기 배기 가스로부터 더 적은 에너지가 추출되도록 상기 스팀의 생산을 감소시키기 위해, 상기 복수의 가열 표면들은 상기 전력 플랜트의 스타트업(startup) 동안 부분적으로 바이패싱되도록(bypassed) 구성되고,
    상기 배기 굴뚝은, 상기 스팀의 생산의 감소 그리고 상기 전력 플랜트의 스타트업 동안 상기 배기 가스로부터 더 적은 에너지가 추출되는 것에 기인하여 더 많은 에너지를 갖는 배기 가스를 덤핑하도록 구성되며, 그리고
    상기 스팀 터빈은, 상기 가스 터빈을 기저 부하까지의 부하로 동작시키면서, 시동할 수 있도록 구성되는,
    복합 사이클 전력 플랜트.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 열 회수 스팀 발생기는 고압 이코노마이저(economizer)를 포함하는 고압 스팀 시스템(system)을 포함하며, 상기 고압 이코노마이저는 상기 전력 플랜트의 스타트업 동안 부분적으로 바이패싱되도록 구성되는,
    복합 사이클 전력 플랜트.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 고압 이코노마이저는 복수의 스테이지(stage)들을 포함하며, 상류 고압 이코노마이저는 몇몇 상류 스테이지들을 포함하며, 하류 고압 이코노마이저는 몇몇 하류 스테이지들을 포함하며, 그리고 상기 상류 고압 이코노마이저는, 상기 전력 플랜트의 스타트업 동안 상기 하류 고압 이코노마이저에 의해 부분적으로 바이패싱될 미리 결정된 레벨(level)보다 더 높은 미리 결정된 레벨로 부분적으로 바이패싱되도록 구성되는,
    복합 사이클 전력 플랜트.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 하류 고압 이코노마이저에 의해 부분적으로 바이패싱될 미리 결정된 레벨은, 미리 결정된 레벨의 플래싱(flashing)이 상기 전력 플랜트의 스타트업 동안 상기 하류 고압 이코노마이저에서 허용가능하도록 결정되는,
    복합 사이클 전력 플랜트.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 전력 플랜트의 스타트업 동안 고압 바이패스(bypass) 스팀의 온도를 감소시키도록 구성되는 고압 스팀 바이패스 밸브(valve)
    를 더 포함하는,
    복합 사이클 전력 플랜트.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 열 회수 스팀 발생기는 중압 이코노마이저를 포함하는 중압 스팀 시스템을 포함하며, 그리고 상기 중압 이코노마이저는 상기 전력 플랜트의 스타트업 동안 부분적으로 바이패싱되도록 구성되는,
    복합 사이클 전력 플랜트.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 전력 플랜트의 스타트업 동안 상기 중압 드럼을 통해 유동이 제거되도록 하기 위해, 중압 드럼(drum)의 압력을 증가시키도록 구성되는 중압 드럼 압력 제어 밸브
    를 더 포함하는,
    복합 사이클 전력 플랜트.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 열 회수 스팀 발생기는 응축물(condensate) 예열기를 포함하는 저압 스팀 시스템을 포함하며, 그리고 상기 저압 스팀 시스템은 상기 전력 플랜트의 스타트업 동안 상기 응축물 예열기를 바이패싱(bypassing)함으로써 셧 오프(shut off)되도록 구성되는,
    복합 사이클 전력 플랜트.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 전력 플랜트의 스타트업 동안 저압 드럼을 격리하도록 구성되는 저압 드럼 압력 제어 밸브
    를 더 포함하는,
    복합 사이클 전력 플랜트.
  10. 복합 사이클 전력 플랜트를 동작시키기 위한 방법으로서,
    상기 복합 사이클 전력 플랜트는 가스 터빈, 상기 가스 터빈의 하류에 위치된 복수의 가열 표면들을 포함하는 열 회수 스팀 발생기, 및 스팀 터빈을 포함하며,
    상기 방법은,
    전력 출력을 생성하며 배기 가스를 생산하도록 상기 가스 터빈을 동작시키는 단계;
    상기 전력 플랜트의 스타트업 동안 가스 터빈들의 배기 가스로부터 더 적은 에너지가 추출되도록, 상기 열 회수 스팀 발생기에서 생성되는 스팀의 생산을 감소시키기 위해, 상기 복수의 가열 표면들을 부분적으로 바이패싱하는 단계;
    상기 스팀의 생산의 감소 그리고 상기 전력 플랜트의 스타트업 동안 상기 배기 가스로부터 더 적은 에너지가 추출되는 것에 기인하여 더 많은 에너지를 갖는 배기 가스를 배기 굴뚝을 통해 덤핑하는 단계, 및
    상기 가스 터빈을 기저 부하까지의 부하로 동작시키면서, 상기 스팀 터빈을 시동시키는 단계
    를 포함하는,
    복합 사이클 전력 플랜트를 동작시키기 위한 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 열 회수 스팀 발생기는 고압 이코노마이저를 포함하는 고압 스팀 시스템을 포함하며, 그리고 상기 고압 이코노마이저는 상기 전력 플랜트의 스타트업 동안 부분적으로 바이패싱되는,
    복합 사이클 전력 플랜트를 동작시키기 위한 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 고압 이코노마이저는 복수의 스테이지들을 포함하며, 상류 고압 이코노마이저는 몇몇 상류 스테이지들을 포함하며, 하류 고압 이코노마이저는 몇몇 하류 스테이지들을 포함하며, 그리고 상기 상류 고압 이코노마이저는, 상기 전력 플랜트의 스타트업 동안 상기 하류 고압 이코노마이저에 의해 부분적으로 바이패싱될 미리 결정된 레벨보다 더 높은 미리 결정된 레벨로 부분적으로 바이패싱되는,
    복합 사이클 전력 플랜트를 동작시키기 위한 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 하류 고압 이코노마이저에 의해 부분적으로 바이패싱될 미리 결정된 레벨은, 미리 결정된 레벨의 플래싱이 상기 전력 플랜트의 스타트업 동안 상기 하류 고압 이코노마이저에서 허용가능하도록 결정되는,
    복합 사이클 전력 플랜트를 동작시키기 위한 방법.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 전력 플랜트의 스타트업 동안 고압 바이패스 스팀의 온도를 감소시키는 단계
    를 더 포함하는,
    복합 사이클 전력 플랜트를 동작시키기 위한 방법.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 전력 플랜트의 스타트업 동안 스테이지 간 분무 물 유동(inter-stage spray water flow)을 증가시키는 단계
    를 더 포함하는,
    복합 사이클 전력 플랜트를 동작시키기 위한 방법.
  16. 제10 항에 있어서,
    상기 열 회수 스팀 발생기는 중압 이코노마이저를 포함하는 중압 스팀 시스템을 포함하며, 그리고 상기 중압 이코노마이저는 상기 전력 플랜트의 스타트업 동안 부분적으로 바이패싱되는,
    복합 사이클 전력 플랜트를 동작시키기 위한 방법.
  17. 제10 항에 있어서,
    상기 전력 플랜트의 스타트업 동안 중압 드럼을 통해 유동을 제거하기 위해 상기 중압 드럼의 압력을 증가시키는 단계
    를 더 포함하는,
    복합 사이클 전력 플랜트를 동작시키기 위한 방법.
  18. 제10 항에 있어서,
    상기 열 회수 스팀 발생기는 응축물 예열기를 포함하는 저압 스팀 시스템을 포함하며, 그리고 상기 저압 스팀 시스템은 상기 전력 플랜트의 스타트업 동안 상기 응축물 예열기를 바이패싱함으로써 셧 오프되는,
    복합 사이클 전력 플랜트를 동작시키기 위한 방법.
  19. 제10 항에 있어서,
    상기 전력 플랜트의 스타트업 동안 저압 드럼을 격리하는 단계
    를 더 포함하는,
    복합 사이클 전력 플랜트를 동작시키기 위한 방법.
  20. 제10 항에 있어서,
    상기 복합 사이클 전력 플랜트는 프로세스(process) 후에 스타트업으로부터 정상 동작 모드(mode)로 전환되며,
    상기 프로세스는,
    중압 드럼 세트 포인트(set point)의 압력을 저온 재열 압력으로 감소시키는 것;
    중압 이코노마이저 바이패스 밸브를 폐쇄하는 것;
    고압 접근 제어 세트 포인트를 미리 결정된 레벨로 감소시키는 것;
    고압 이코노마이저 바이패스 밸브를 폐쇄하는 것;
    상기 배기 굴뚝의 온도를 미리 결정된 레벨로 냉각시키는 것;
    저압 드럼 레벨 제어 밸브를 폐쇄하는 것;
    응축물 예열기 재순환 펌프(pump)를 스위칭 온(switching on)하는 것;
    응축물 예열기 바이패스 밸브를 부분적으로 폐쇄하는 것;
    어느 정도로 응축물 예열기 주입구(inlet)에서의 물 온도를 초과하게 응축물 예열기 배출구(outlet)에서의 물 온도를 유지시키기 위해, 응축물 예열기 재순환 유동을 조정하는 것;
    미리 결정된 레이트(rate)로 상기 응축물 예열기 주입구에서의 물 온도를 감소시키기 위해, 상기 응축물 예열기 바이패스 밸브를 느리게 조정하는 것;
    상기 응축물 예열기 주입구에서의 물 온도가, 물 온도의 정상 동작 레벨에 도달할 때, 상기 응축물 예열기 바이패스 밸브를 완전히 폐쇄하는 것;
    저압 드럼의 압력을, 압력의 정상 동작 레벨로 감소시키기 위해, 저압 드럼 압력 제어 밸브를 느리게 개방하는 것; 및
    상기 저압 드럼에서 제1 스웰(swell)이 발생한 후에, 스타트업 물 레벨로부터 정상 물 레벨로 저압 드럼 레벨 세트 포인트를 증가시키는 것
    을 포함하는,
    복합 사이클 전력 플랜트를 동작시키기 위한 방법.
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