KR20190089068A - 제어 시스템, 가스 터빈, 발전 플랜트 및 연료 온도의 제어 방법 - Google Patents

제어 시스템, 가스 터빈, 발전 플랜트 및 연료 온도의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

제어 시스템은, 가스 터빈의 연료를 가열하는 연료 가열 장치에 공급하는 가열수의 유량을 조절함으로써, 연료 가열 장치를 거쳐서 가스 터빈의 연소기에 공급되는 연료의 온도를 제어하는 제어 시스템으로서, 연료의 목표 온도와 연료 가열 장치의 출구측에 있어서의 연료의 온도와의 편차에 따라서, 연료 가열 장치에 공급하는 가열수의 유량을 조절하는 급수 유량 조절부를 구비한다.

Description

제어 시스템, 가스 터빈, 발전 플랜트 및 연료 온도의 제어 방법
본 발명은 제어 시스템, 가스 터빈, 발전 플랜트 및 연료 온도의 제어 방법에 관한 것이다.
본원은 2017년 1월 16일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제 2017-005030 호에 근거하여 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.
발전용 가스 터빈 컴바인드 사이클(GTCC: Gas Turbine Combined Cycle) 플랜트에서는, 가스 터빈에 공급하는 연료의 온도 제어를 위해 연료 계통에, 연료 가열 장치(FGH: Fuel Gas Heater)를 설치하고 있다. 연료 가열 장치에서는, 배열 회수 보일러(HRSG: Heat Recovery Steam Generators)로부터의 가열수와 열교환함으로써, 연료 가스를 가열하고 있다. 일반적인 연료 가열 장치로의 급수 제어에 대해 도면을 이용하여 설명한다. 도 14는 종래의 연료 가열 장치의 계통도이다. 도 15는 연료 가열 장치에 있어서의 종래의 급수 제어 처리를 나타내는 블록도이다. 도 14에 도시하는 바와 같이, 연료 가스는 화살표의 방향(지면 우측으로부터 좌측)으로 흘러, 가스 터빈(GT)의 연소기에 공급된다. 한편, 배열 회수 보일러로부터 공급되는 급수(HW)(가열수)는 화살표의 방향(지면 좌측으로부터 우측)으로 흘러, 연료 가열 장치(70)에서 연료 가스를 가열하고, 배열 회수 보일러나 복수기로 흐른다.
여기에서, 우선, 종래의 급수 유량 조절 밸브(71)의 개방도 제어에 대해 설명한다. 급수 유량 조절 밸브(71)는, 가스 터빈의 운전 중, 연료의 가열에 필요한 가열수의 유량을 제어하고 HRSG측(저압 급수측)으로 회수하기 위해 설치한다. 도 15의 (a)를 이용하여, 급수 유량 조절 밸브(71)의 개방도 제어에 대해 설명한다. 함수기(P10)는 가스 터빈의 부하(GTMW)를 입력하고, GTMW에 알맞는 밸브 개방도를 산출한다. 급수 유량 조절 밸브(71)의 개방도는 산출한 밸브 개방도가 되도록 제어된다. 이와 같이 급수 유량 조절 밸브(71)에 대해서는, 가스 터빈의 기동, 정지, 부분 부하 운전, 정격 운전의 각 운전 모드를 통하여, 밸브 특성을 고려하면서, 부하에 따른 피드 포워드 제어가 실행된다.
다음에, 종래의 덤프 밸브(72)의 개방도 제어에 대해 설명한다. 덤프 밸브(72)는 가스 터빈의 기동, 정지시의 연료 가열 장치(70)로의 가열수의 유량을 제어하여 복수기에 덤프하기 위해 설치한다. 기동 정지시에는 목표 유량에 대한 피드백 제어에 의해 제어되고, 고부하 운전시에는, 급수 유량 조절 밸브(71)에 의한 제어로 전환되어, 덤프 밸브(72)는 완전 폐쇄가 된다. 부하가 저하하여, 연료 가열 장치(70)를 통과하는 연료 가스의 유량이 저하한 경우는, 상기의 피드백 제어에 의해 덤프 밸브를 개방으로 하는 제어가 실행된다. 도 15의 (b)에 덤프 밸브(72)의 개방도 제어 로직을 나타낸다. 함수기(D10)는 가스 터빈의 부하(GTMW)를 입력하고, GTMW에 알맞는 목표 유량(F1)으로 변환한다. 감산기(D11)가, 유량(F1)으로부터 유량계(16)가 계측한 유량(F2)을 빼서, 목표 유량(F1)과 실제 급수 유량(F2)의 편차를 산출한다. 다음에 제어기(D12)가, PI 제어에 의해, 이 편차를 0에 가깝게 하는 밸브 개방도를 산출하고, 덤프 밸브(72)의 개방도가 산출한 밸브 개방도가 되도록 제어한다.
특허문헌 1에는, 컴바인드 플랜트에 있어서의 부분 부하 운전시의 연료 가열용의 급수 온도 조정에 관하여, 증기 터빈의 출력 저하에 수반하는 급수량의 감소에 비해 연료 가스의 감량 조정이 불충분하게 되기 쉬워, 연료 과다인 채로 운전을 실행함으로써, 급수가 스티밍된다는 과제에 대하여, 급수를 재순환시키는 재순환계 등을 마련하는 것에 의해, 부족해지기 쉬운 급수량을 보충하는 것이 기재되어 있다.
일본 특허 공개 제 2002-256816 호 공보
그런데, 상기와 같이 연료 가열 장치(70)에서는, 연료 가스를 배열 회수 보일러로부터의 가열수에 의해 가열하고 있지만, 연료 가열 장치(70)에 공급하는 가열수는, 가스 터빈의 부하에 따른 유량이 공급되는 제어이기 때문에, 연료 가열 장치(70)의 출구측에서의 연료 가스의 온도는 소망의 값으로 제어할 수 없을 가능성이 있다.
본 발명은 상술의 과제를 해결할 수 있는 제어 시스템, 가스 터빈, 발전 플랜트 및 연료 온도의 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 제 1 태양에 의하면, 제어 시스템은, 가스 터빈의 연료를 가열하는 연료 가열 장치에 공급되는 가열수의 유량을 조절함으로써, 상기 연료 가열 장치를 거쳐서 상기 가스 터빈의 연소기에 공급되는 상기 연료의 온도를 제어하는 제어 시스템으로서, 상기 연료의 목표 온도와 상기 연료 가열 장치의 출구측에 있어서의 상기 연료의 온도와의 편차에 따라서, 상기 연료 가열 장치에 공급하는 상기 가열수의 유량을 조절하는 급수 유량 조절부를 구비한다.
본 발명의 제 2 태양에 의하면, 상기 제어 시스템은, 가열수의 공급 장치로부터 상기 연료 가열 장치에 공급되는 상기 가열수의 유량을, 상기 연료 가열 장치로부터 상기 가열수의 공급 장치로 회수되는 상기 가열수의 유량을 조절하는 급수 유량 조절 밸브의 개방도와, 복수기에 덤프되는 상기 가열수의 유량을 조절하는 덤프 밸브의 개방도를 제어하는 것에 의해, 상기 연료의 온도를 제어하고, 상기 급수 유량 조절부는, 상기 가스 터빈의 부하에 따른 상기 급수 유량 조절 밸브의 개방도인 제 1 밸브 개방도를 산출하는 제 1 밸브 개방도 산출부와, 상기 가스 터빈의 연소기에 공급하는 상기 연료의 목표 온도와 상기 연료 가열 장치의 출구측에 있어서의 상기 연료의 온도와의 편차에 따른 보정량을 산출하고, 산출한 상기 보정량을 상기 제 1 밸브 개방도에 가산하여 제 3 밸브 개방도를 산출하는 제 3 밸브 개방도 산출부와, 상기 제 3 밸브 개방도에 기초하여, 상기 급수 유량 조절 밸브의 개방도를 제어하는 급수 유량 조절 밸브 제어부와, 상기 가스 터빈의 부하에 따라서 미리 정해진 상기 가열수의 목표 유량과 실제 유량의 편차에 따라서, 상기 덤프 밸브의 개방도를 제어하는 덤프 밸브 제어부를 구비한다.
본 발명의 제 3 태양에 의하면, 상기 제 3 밸브 개방도 산출부는, 상기 연료의 목표 온도와 상기 연료 가열 장치의 출구측에 있어서의 상기 연료의 온도와의 편차에 기초하는 상기 보정량의 산출을, 피드백 제어에 의해 실행한다.
본 발명의 제 4 태양에 의하면, 상기 제 1 밸브 개방도에 상기 연료 가열 장치의 입구측에서의 상기 연료의 온도에 따른 계수를 곱하여 제 2 밸브 개방도를 산출하는 제 2 밸브 개방도 산출부를 추가로 구비하고, 상기 제 3 밸브 개방도 산출부는, 상기 제 1 밸브 개방도 대신에, 상기 제 2 밸브 개방도에 상기 보정량을 가산하여 상기 제 3 밸브 개방도를 산출한다.
본 발명의 제 5 태양에 의하면, 상기 덤프 밸브 제어부는, 상기 급수 유량 조절 밸브를 통과하는 상기 가열수의 유량보다 적은 유량을 목표 유량으로 하여, 상기 덤프 밸브의 개방도를 제어한다.
본 발명의 제 6 태양에 의하면, 상기 덤프 밸브 제어부는, 상기 가스 터빈의 부하가 소정의 값 이상이 되었을 때에, 상기 급수 유량 조절 밸브를 통과하는 상기 가열수의 유량보다 적은 유량을 목표 유량으로 한다.
본 발명의 제 7 태양에 의하면, 상기 제어 시스템은, 가열수의 공급 장치로부터 연료 가열 장치에 공급하는 상기 가열수의 유량을, 상기 연료 가열 장치에 있어서의 상기 가열수의 경로의 상류측에 마련되는 삼방 밸브로서 상기 연료 가열 장치로 송출하는 상기 가열수의 비율과 상기 연료 가열 장치를 바이패스하는 경로로 송출하는 상기 가열수의 비율을 전환하는 상기 삼방 밸브의 개방도와, 상기 연료 가열 장치로부터 상기 가열수의 공급 장치로 회수되는 상기 가열수의 유량을 조절하는 급수 유량 조절 밸브의 개방도와, 복수기에 덤프되는 상기 가열수의 유량을 조정하는 덤프 밸브의 개방도를 제어하는 것에 의해, 상기 연료의 온도를 제어하고, 상기 급수 유량 조절부는, 상기 가스 터빈의 부하에 따른 상기 급수 유량 조절 밸브의 개방도인 제 1 밸브 개방도를 산출하는 제 1 밸브 개방도 산출부와, 상기 제 1 밸브 개방도에 기초하여, 상기 급수 유량 조절 밸브의 개방도를 제어하는 급수 유량 조절 밸브 제어부와, 상기 가스 터빈의 부하에 따라서 미리 정해진 상기 가열수의 목표 유량과 실제 유량의 편차에 따라서, 상기 덤프 밸브의 개방도를 제어하는 덤프 밸브 제어부와, 상기 연료의 목표 온도와 상기 연료 가열 장치의 출구측에 있어서의 상기 연료의 온도와의 편차에 따라서 상기 삼방 밸브의 개방도를 제어하는 삼방 밸브 제어부를 구비한다.
본 발명의 제 8 태양에 의하면, 제어 시스템은, 가열수의 공급 장치로부터 가스 터빈의 연료를 가열하는 연료 가열 장치에 공급되는 상기 가열수의 유량을, 상기 가열수의 공급 장치로 회수되는 상기 가열수의 유량을 조절하는 급수 유량 조절 밸브의 개방도와, 복수기에 덤프되는 상기 가열수의 유량을 조정하는 덤프 밸브의 개방도를 제어하는 것에 의해, 상기 연료의 온도를 제어하는 제어 시스템이며, 상기 가스 터빈의 부하에 따른 상기 급수 유량 조절 밸브의 개방도인 제 1 밸브 개방도를 산출하는 제 1 밸브 개방도 산출부와, 상기 제 1 밸브 개방도에 상기 연료 가열 장치의 입구측에서의 상기 연료의 온도에 따른 계수를 곱하여 제 2 밸브 개방도를 산출하는 제 2 밸브 개방도 산출부와, 상기 제 2 밸브 개방도에 기초하여, 상기 급수 유량 조절 밸브의 개방도를 제어하는 급수 유량 조절 밸브 제어부를 구비한다.
본 발명의 제 9 태양에 의하면, 가스 터빈은, 압축기와, 연소기와, 터빈과, 상기 중 어느 하나에 기재된 제어 시스템을 구비한다.
본 발명의 제 10 태양에 의하면, 발전 플랜트는, 제 9 태양에 기재된 가스 터빈과, 증기 터빈과, 발전기를 구비한다.
본 발명의 제 11 태양은, 가스 터빈의 연료를 가열하는 연료 가열 장치에 공급되는 가열수의 유량을 조절함으로써, 상기 연료 가열 장치를 거쳐서 상기 가스 터빈의 연소기에 공급되는 상기 연료의 온도를 제어하는 제어 시스템이, 상기 연료의 목표 온도와 상기 연료 가열 장치의 출구측에 있어서의 상기 연료의 온도와의 편차에 따라서, 상기 연료 가열 장치에 공급하는 상기 가열수의 유량을 조절하는, 연료 온도의 제어 방법이다.
상기한 제어 시스템, 가스 터빈, 발전 플랜트 및 연료 온도의 제어 방법에 의하면, 연료 가열 장치에 공급하는 급수의 유량을, 연료 가열 장치의 출구측에서의 연료의 온도를 감시하면서 제어하는 것에 의해, 연료의 온도를 소망의 온도로 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제 1, 제 2 실시형태에 있어서의 가스 터빈 컴바인드 사이클 플랜트의 일 예를 도시하는 계통도이다.
도 2는 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 제어 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 연료 가열 장치의 계통도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 연료 가열 장치로의 급수 유량의 제어 방법을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 급수 제어 처리의 일 예를 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 제 2 실시형태에 있어서의 제어 장치의 블록도이다.
도 7은 본 발명에 따른 제 2 실시형태에 있어서의 연료 가열 장치로의 급수 유량의 제어 방법을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 제 2 실시형태에 있어서의 급수 제어 처리의 일 예를 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 발명에 따른 제 3 실시형태에 있어서의 제어 장치의 블록도이다.
도 10은 본 발명에 따른 제 3 실시형태에 있어서의 연료 가열 장치의 계통도이다.
도 11은 본 발명에 따른 제 3 실시형태에 있어서의 연료 가열 장치로의 급수 유량의 제어 방법을 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 제 3 실시형태에 있어서의 급수 제어 처리의 일 예를 나타내는 제 1 흐름도이다.
도 13은 본 발명에 따른 제 3 실시형태에 있어서의 급수 제어 처리의 일 예를 나타내는 제 2 흐름도이다.
도 14는 종래의 연료 가열 장치의 계통도이다.
도 15는 연료 가열 장치에 있어서의 종래의 급수 제어 처리를 나타내는 블록도이다.
<제 1 실시형태>
이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 연료 가열 장치로의 급수 유량의 제어 방법에 대해 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 제 1, 제 2 실시형태에 있어서의 가스 터빈 컴바인드 사이클 플랜트의 계통도이다.
본 실시형태의 가스 터빈 컴바인드 사이클(GTCC) 플랜트는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 가스 터빈(10)과, 가스 터빈(10)으로부터 배기되는 배기 가스의 열로 증기를 발생하는 배열 회수 보일러(20)와, 배열 회수 보일러(20)로부터의 증기로 구동되는 증기 터빈(30)(고압 증기 터빈(31), 중압 증기 터빈(32) 및 저압 증기 터빈(33))과, 각 터빈(10, 31, 32, 33)의 구동으로 발전하는 발전기(34)와, 저압 증기 터빈(33)으로부터 배기된 증기를 물로 되돌리는 복수기(35)와, 이들 각 기기를 제어하는 제어 장치(100)를 구비하고 있다.
가스 터빈(10)은, 외기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 압축기(11)와, 연료 가스에 압축 공기를 혼합하고 연소시켜 고온의 연소 가스를 생성하는 연소기(12)와, 연소 가스에 의해 구동되는 터빈(13)을 구비하고 있다. 연소기(12)에는, 도시하지 않은 연료 공급 장치로부터의 연료를 연소기(12)에 공급하는 연료 라인(R1)이 접속되어 있다. 이 연료 라인에는 연료 가열 장치(70)가 마련되어 있다. 터빈(13)의 배기구는 배열 회수 보일러(20)와 접속되어 있다.
연료 가열 장치(70)는, 연소기(12)에 있어서의 열효율을 향상시키기 위해 연료 가스의 온도를 상승시키기 위해 마련된다. 연료 가열 장치(70)에는, 부하에 따른 소망의 유량의 연료 가스가 도시하지 않은 연료 공급 장치로부터 공급된다. 연료 라인(R1)의 연료 가열 장치(70)의 입구측에는 온도계(14)가 마련되고, 출구측에는 온도계(15)가 마련되어 있다. 온도계(14)는 입구측에서의 연료 가스의 온도를 계측한다. 온도계(15)는 출구측에서의 연료 가스의 온도를 계측한다.
연료 가열 장치(70)는 가열수 공급 라인(L1)을 거쳐서 배열 회수 보일러(HRSG)(20)와 접속되어 있다. 배열 회수 보일러(20)로부터는, 가열수가 가열수 공급 라인(L1)을 통과하여 연료 가열 장치(70)에 공급된다. 연료 가열 장치(70)에서는, 이 가열수와, 연료 라인(R1)으로부터 공급된 연료 가스가 열교환을 실행한다. 이때, 가열수로부터 연료 가스로 열이 이동하여 연료 가스의 온도가 상승한다. 소망의 고온으로 제어된 연료 가스는 연소기(12)에 공급된다. 종래는, 연료 가열 장치(70)를 통과한 후의 연료 가스의 온도(연료 가열 장치(70)의 출구측에서의 연료 가스 온도)가 소망의 온도로부터 벗어나 있는 경우가 있었다. 본 실시형태에서는, 이하에 설명하는 제어 방법에 의해, 연료 가열 장치(70)의 출구측에서의 연료 가스 온도를 소망의 온도로 제어한다. 가열수 공급 라인(L1)에는 유량계(16)가 마련되어 있다. 유량계(16)는 연료 가열 장치(70)에 공급되는 가열수의 유량을 계측한다.
연료 가열 장치(70)의 출구측에는, 가열수 복귀 라인(L2)의 일방의 단부가 접속되어 있다. 가열수 복귀 라인(L2)의 타방의 단부는 배열 회수 보일러(20)와 접속되어 있다. 연료 가열 장치(70)에서 열교환된 후의 가열수는 이 가열수 복귀 라인(L2)을 통하여 배열 회수 보일러(20)로 회수된다. 가열수 복귀 라인(L2)에는, 급수 유량 조절 밸브(71)가 마련되어 있다. 가열수 복귀 라인(L2)은 분기점(DC)에서 복수 라인(L3)으로 분기되어 있다. 복수 라인(L3)은 복수기(35)와 접속되어 있다. 복수 라인(L3)에는 덤프 밸브(72)가 마련되어 있다. 덤프 밸브(72)의 개방도에 따라서, 연료 가열 장치(70)로부터 배열 회수 보일러(20)로 회수되는 가열수의 일부는 복수 라인(L3)을 거쳐서, 복수기(35)로 덤프된다. 급수 유량 조절 밸브(71)나 덤프 밸브(72)의 개방도는, 제어 장치(100)에 의해 제어된다.
배열 회수 보일러(HRSG)(20)는, 고압 증기 터빈(31)에 공급하는 고압 증기를 발생하는 고압 증기 발생부(21)와, 중압 증기 터빈(32)에 공급하는 중압 증기를 발생하는 중압 증기 발생부(22)와, 저압 증기 터빈(33)에 공급하는 저압 증기를 발생하는 저압 증기 발생부(24)와, 고압 증기 터빈(31)으로부터 배기된 증기를 가열하는 재가열부(23)를 구비하고 있다.
배열 회수 보일러(20)의 고압 증기 발생부(21)와 고압 증기 터빈(31)의 증기 입구는 고압 증기를 고압 증기 터빈(31)으로 인도하는 고압 주 증기 라인(41)으로 접속되고, 고압 증기 터빈(31)의 증기 출구와 중압 증기 터빈(32)의 증기 입구는 고압 증기 터빈(31)으로부터 배기된 증기를 배열 회수 보일러(20)의 재가열부(23)를 거쳐서 중압 증기 터빈(32)의 증기 입구로 인도하는 중압 증기 라인(44)으로 접속되고, 배열 회수 보일러(20)의 저압 증기 발생부(24)와 저압 증기 터빈(33)의 증기 입구는 저압 증기를 저압 증기 터빈(33)으로 인도하는 저압 주 증기 라인(51)으로 접속되어 있다.
중압 증기 터빈(32)의 증기 출구와 저압 증기 터빈(33)의 증기 입구는 중압 터빈 배기 라인(54)으로 접속되어 있다. 저압 증기 터빈(33)의 증기 출구에는 복수기(35)가 접속되어 있다. 이 복수기(35)에는 복수를 배열 회수 보일러(20)로 인도하는 급수 라인(55)이 접속되어 있다.
배열 회수 보일러(20)의 중압 증기 발생부(22)와 중압 증기 라인(44)의 재가열부(23)보다 상류측 부분은 중압 주 증기 라인(61)으로 접속되어 있다.
고압 주 증기 라인(41)에는, 고압 증기 스톱 밸브(42), 고압 증기 터빈(31)으로의 증기의 유입량을 조절하는 고압 주 증기 가감 밸브(43)가 마련되어 있다. 중압 증기 라인(44)에는, 중압 증기 스톱 밸브(45), 중압 증기 터빈(32)으로의 증기의 유입량을 조절하는 중압 증기 가감 밸브(46)가 마련되어 있다. 저압 주 증기 라인(51)에는, 저압 증기 스톱 밸브(52), 저압 증기 터빈(33)으로의 증기의 유입량을 조절하는 저압 주 증기 가감 밸브(53)가 마련되어 있다.
제어 장치(100)는 급수 유량 조절 밸브(71)나 덤프 밸브(72)의 개방도를 조절하여, 연료 가열 장치(70)에서 연료 가스와 열교환을 실행하는 가열수의 유량을 제어한다. 이에 의해, 제어 장치(100)는 연료 가열 장치(70)의 출구측에서의 연료 가스 온도를 소망의 온도로 제어한다. 그 외에, 제어 장치(100)는 각종 운전 데이터나 지시 데이터 등을 받아들여, 가스 터빈(10)의 출력의 제어, 증기 터빈(30)의 출력 제어 등을 실행하고 발전기(34)에 의한 발전을 실행한다.
도 2는 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 제어 장치의 블록도이다.
제어 장치(100)는, 배열 회수 보일러(20)로부터 연료 가열 장치(70)에 공급되는 가열수의 유량을, 급수 유량 조절 밸브(71)의 개방도와, 덤프 밸브(72)의 개방도를 조절하는 것에 의해 제어한다. 제어 장치(100)는, 가열수의 유량을 제어하는 것에 의해, 연료 가열 장치(70)를 거쳐서 가스 터빈(10)의 연소기(12)에 투입되는 연료 가스의 온도를 제어한다. 제어 장치(100)는 컴퓨터에 의해 구성된다. 도시하는 바와 같이, 제어 장치(100)는 운전 데이터 취득부(101)와, 제 1 밸브 개방도 산출부(102)와, 제 2 밸브 개방도 산출부(103)와, 제 3 밸브 개방도 산출부(104)와, 급수 유량 조절 밸브 제어부(105)와, 덤프 밸브 제어부(106)와, 기억부(107)를 구비하고 있다.
운전 데이터 취득부(101)는 GTCC의 각 기기(가스 터빈(10), 배열 회수 보일러(20) 등)의 운전 데이터(상태량, 목표 제어값 등)를 취득한다. 예컨대, 운전 데이터 취득부(101)는 가스 터빈의 부하(GTMW), 온도계(14, 15)의 계측값, 유량계(16)의 계측값, 연료 가스의 목표 온도를 취득한다.
제 1 밸브 개방도 산출부(102)는 가스 터빈(10)의 부하(GTMW)에 따른 급수 유량 조절 밸브(71)의 밸브 개방도(제 1 밸브 개방도)를 산출한다.
제 2 밸브 개방도 산출부(103)는, 제 1 밸브 개방도에, 온도계(14)가 계측한 연료 가열 장치(70)의 입구측에서의 연료의 온도에 따른 계수를 곱하여 제 2 밸브 개방도를 산출한다.
제 3 밸브 개방도 산출부(104)는 미리 정해진 연료 가스의 목표 온도와 연료 가열 장치(70)의 출구측에 있어서의 연료 가스의 온도와의 편차에 따른 보정량을 제 2 밸브 개방도에 가산하여 제 3 밸브 개방도를 산출한다.
급수 유량 조절 밸브 제어부(105)는 상기 제 3 밸브 개방도에 기초하여 급수 유량 조절 밸브(71)의 개방도를 제어한다.
덤프 밸브 제어부(106)는, 가스 터빈(10)의 부하(GTMW)에 따른 목표 가열수 유량과 실제 가열수 유량의 편차에 따라서, 피드백 제어에 의해 덤프 밸브(72)의 개방도를 제어한다.
기억부(107)는 급수 유량 조절 밸브(71), 덤프 밸브(72)의 개방도 제어에 관한 여러 가지의 정보를 기억한다.
제어 장치(100)는 GTCC의 제어에 관한 다른 여러 가지 기능을 구비하고 있지만, 본 실시형태에 관계가 없는 기능에 대한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 연료 가열 장치의 계통도이다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 연료 가열 장치(70)에는, 연료 라인(R1)을 거쳐서 연료 가스가 공급되고, 가열수 공급 라인(L1)을 거쳐서 가열수가 공급된다. 본 실시형태의 가열수 유량 제어에 있어서는, 연료 가열 장치(70)의 출구측에서의 연료 가스의 목표 온도(목표 연료 온도)와 실제 연료 가스의 계측값의 편차에 따라서, 그 편차를 0에 가깝게 하도록 제어를 실행하여 연료 가열 장치(70)에 공급하는 가열수의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하고 있다. 도면 중, 파선으로 둘러싼 부분에 본 실시형태의 특징적인 구성을 도시한다. 덤프 밸브(72)의 제어에 대해서는, 도 15에서 설명한 바와 마찬가지이다. 즉, 덤프 밸브 제어부(106)가 구비하는 함수기(D10)가 덤프 밸브(72) 제어용의 목표 유량을 산출한다. 함수기(D10)는, 큰 부하에 대해서는 작은 목표 유량을 산출하고, 작은 부하에 대해서는 큰 목표 유량을 산출한다. 다음에 덤프 밸브 제어부(106)가 구비하는 감산기(D11)가 함수기(D10)에 의한 목표 유량과 유량계(16)에 의한 가열수의 유량 계측값과의 편차를 산출한다. 그리고, 덤프 밸브 제어부(106)가 구비하는 제어기(D12)가, 이 편차를 0에 가깝게 하도록, 피드백 제어에 의해, 덤프 밸브(72)의 개방도를 제어한다. 이 제어에 의해, 가스 터빈(10)의 부하가 고부하일 때, 덤프 밸브(72)는 완전 폐쇄(0%)가 되도록 제어된다. 가스 터빈(10)의 부하가 낮은, 예컨대, 기동시, 정지시, 부분 부하 운전시에는, 가열수의 유량 확보를 위해, 상기 제어에 의한 개방도로 조절된다.
다음에 도 4를 이용하여, 도 3의 파선 부분의 제어 로직에 대해 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 연료 가열 장치로의 급수 유량의 제어 방법을 설명하는 도면이다.
제 1 밸브 개방도 산출부(102)는 가스 터빈의 부하를 밸브 개방도로 변환하는 함수기(P10)를 구비하고 있다. 함수기(P10)는 급수 유량 조절 밸브(71)의 밸브 특성을 고려하여 작성되어 있다. 제 1 밸브 개방도 산출부(102)는 운전 데이터 취득부(101)로부터 가스 터빈(10)의 부하(GTMW)를 취득한다. 함수기(P10)는 가스 터빈(10)의 부하를 입력하고, 이 부하에 따른 급수 유량 조절 밸브(71)의 개방도를 산출한다. 함수기(P10)는, 큰 부하에 대해서는 큰 값의 밸브 개방도를 산출하고, 작은 부하에 대해서는 작은 값의 밸브 개방도를 산출한다. 함수기(P10)는 급수 유량 조절 밸브(71)의 밸브 특성에 따른 밸브 개방도(제 1 밸브 개방도)를 산출한다.
제 2 밸브 개방도 산출부(103)는 함수기(P11), 승산기(P12)를 구비한다. 제 2 밸브 개방도 산출부(103)는 운전 데이터 취득부(101)로부터 온도계(14)가 계측한 연료 가열 장치(70)의 입구측에서의 연료 가스의 온도를 취득한다. 함수기(P11)는 입구측에서의 연료 가스의 온도를 입력하고, 이 온도에 따른 계수를 산출한다. 승산기(P12)는, 함수기(P11)가 산출한 계수와, 함수기(P10)가 산출한 밸브 개방도를 입력하고, 이들 2개의 값을 곱한다. 즉, 승산기(P12)는, 가스 터빈(10)의 부하에 따른 밸브 개방도에, 함수기(P11)에 의한 입구측 연료 온도에 따른 계수(연료 가스의 온도가 낮을수록, 계수는 큰 값이 됨)를 곱하여, 가스 터빈(10)의 부하나 연료 가스의 온도에 따른 급수 유량 조절 밸브(71)의 밸브 개방도(제 2 밸브 개방도)를 산출한다.
제 3 밸브 개방도 산출부(104)는 감산기(P13), 가산기(P14)를 구비한다. 제 3 밸브 개방도 산출부(104)는 운전 데이터 취득부(101)로부터 온도계(15)가 계측한 연료 가열 장치(70)의 출구측에서의 연료 가스의 온도를 취득한다. 제 3 밸브 개방도 산출부(104)는 운전 데이터 취득부(101)로부터 연료 가스의 목표 온도를 취득한다. 연료 가스의 목표 온도는 기억부(107)에 격납되어 있어도 좋고, 제어 장치(100)가 예컨대, 가스 터빈(10)의 부하에 따라서 산출해도 좋다. 감산기(P13)는 연료 가열 장치(70)의 출구측에서의 연료 가스의 온도와 목표 연료 온도를 입력하고, 목표 연료 온도로부터 연료 가열 장치(70)의 출구측에서의 연료 가스의 온도를 감산하여, 양자의 편차를 산출한다. 제 3 밸브 개방도 산출부(104)는, 이 편차를 0에 가깝게 하도록, 편차에 따른 밸브 개방도의 보정량을 산출한다. 예컨대, 기억부(107)에 편차를 밸브 개방도의 보정량으로 변환하는 함수가 격납되어 있고, 제 3 밸브 개방도 산출부(104)는 이 함수를 이용하여 밸브 개방도의 보정량을 산출한다. 다음에 가산기(P14)는, 승산기(P12)가 산출한 제 2 밸브 개방도와, 제 3 밸브 개방도 산출부(104)가 산출한 밸브 개방도의 보정량을 입력하고, 2개의 값을 가산한다. 즉, 가스 터빈(10)의 부하나 연료 가스의 온도에 따른 급수 유량 조절 밸브(71)의 밸브 개방도를, 연료 가스의 목표 온도와 실제 연료 가스의 온도의 편차에 따른 보정량으로 보정한다(제 3 밸브 개방도).
급수 유량 조절 밸브 제어부(105)는 급수 유량 조절 밸브(71)의 개방도를 제 3 밸브 개방도에 맞추는 제어를 실행한다.
다음에 도 4에서 설명한 처리 내용에 근거하여 급수 유량 제어 처리의 흐름에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 있어서의 급수 유량 제어 처리의 일 예를 나타내는 흐름도이다.
우선, GTCC의 운전 중에 운전 데이터 취득부(101)가 운전 데이터를 취득한다(단계(S11)). 구체적으로는, 운전 데이터 취득부(101)는, 가스 터빈(10)의 부하의 크기와, 온도계(14)의 계측값과, 온도계(15)의 계측값과, 유량계(16)의 계측값과, 목표 연료 온도를 취득한다.
다음에 제 1 밸브 개방도 산출부(102)가 함수기(P10)를 이용하여, 가스 터빈(10)의 부하의 크기에 따른 제 1 밸브 개방도를 산출한다(단계(S12)). 제 1 밸브 개방도 산출부(102)는 제 1 밸브 개방도를 제 2 밸브 개방도 산출부(103)에 출력한다. 다음에 제 2 밸브 개방도 산출부(103)가 함수기(P11), 승산기(P12)를 이용하여, 제 2 밸브 개방도를 산출한다(단계(S13)). 제 2 밸브 개방도 산출부(103)는 제 1 밸브 개방도를 제 3 밸브 개방도 산출부(104)에 출력한다. 다음에 제 3 밸브 개방도 산출부(104)가 감산기(P13), 가산기(P14)를 이용하여, 제 3 밸브 개방도를 산출한다(단계(S14)). 제 3 밸브 개방도 산출부(104)는 제 3 밸브 개방도를 급수 유량 조절 밸브 제어부(105)에 출력한다. 급수 유량 조절 밸브 제어부(105)는 제 3 밸브 개방도를 지령값으로서 급수 유량 조절 밸브(71)에 출력하여, 급수 유량 조절 밸브(71)의 개방도를 제어한다(단계(S15)).
단계(S12) 내지 단계(S15)와 병행하여, 덤프 밸브 제어부(106)는 이하의 처리를 실행한다. 우선, 덤프 밸브 제어부(106)는 목표 유량을 함수기(D10)에 의해 산출하고, 목표 유량과 유량계(16)가 계측한 실제 유량과의 편차를 산출한다((단계(S16))). 다음에 덤프 밸브 제어부(106)는 산출한 편차를 0으로 하기 위한 덤프 밸브(72)의 밸브 개방도를 산출하고, 산출한 밸브 개방도로 덤프 밸브(72)의 개방도를 제어한다(단계(S17)). 덤프 밸브 제어부(106)는, 피드백 제어(예컨대 PI 제어)에 의해, 단계(S16) 내지 단계(S17)의 처리를 계속한다.
본 실시형태에 의하면, 연료 가열 장치(70)의 출구측에서의 연료 가스의 온도를 감시하고, 이 온도를 목표 연료 온도에 가깝게 하도록, 배열 회수 보일러(20)로부터 연료 가열 장치(70)에 공급되는 가열수의 유량을 제어한다. 즉, 출구측에서의 연료 가스의 온도가 높으면, 급수 유량 조절 밸브(71)의 개방도를 줄여서, 유량을 적게 한다. 한편, 출구측에서의 연료 가스의 온도가 낮으면, 급수 유량 조절 밸브(71)을 개방하여, 가열수의 유량을 증가시켜, 연료 가스를 가열하도록 한다. 이에 의해, 연료 가스의 온도를 소망의 온도로 할 수 있다.
제 2 밸브 개방도 산출부(103)가, 연료 가열 장치(70)의 입구측에서의 연료 온도에 따른 계수를 곱하는 것에 의해, 보다 현재 상황에 알맞은 개방도로 급수 유량 조절 밸브(71)를 제어할 수 있다.
본 실시형태는 상기의 구성에 한정되지 않는다. 예컨대, 이하와 같은 실시형태도 고려할 수 있다.
<변형예 1>
예컨대, 제 3 밸브 개방도 산출부(104)는, 연료 가스의 온도 계측값과 목표 연료 온도의 편차에 따른 밸브 개방도의 보정량을 산출하고, PI 제어 등의 피드백 제어에 의해 이 보정량을 조정하여, 연료 가열 장치(70)의 출구측에서의 연료 가스의 온도를 목표 연료 온도에 근접하도록 해도 좋다.
<변형예 2>
예컨대, 제 2 밸브 개방도 산출부(103)를 구비하지 않는 구성으로 해도 좋다. 즉, 제 1 밸브 개방도 산출부(102)는 가스 터빈(10)의 부하에 따른 급수 유량 조절 밸브(71)의 개방도(제 1 밸브 개방도)를 산출한다. 다음에, 제 3 밸브 개방도 산출부(104)는 연료 가스의 온도와 목표 연료 온도의 편차에 따른 밸브 개방도의 보정량을 산출하고, 제 1 밸브 개방도에 이 보정량을 가산하여, 제 3 밸브 개방도를 산출한다. 급수 유량 조절 밸브 제어부(105)는 급수 유량 조절 밸브(71)의 개방도를 제 3 밸브 개방도로 하는 제어를 실행한다.
<변형예 3>
예컨대, 제 3 밸브 개방도 산출부(104)를 구비하지 않는 구성으로 해도 좋다. 즉, 제 1 밸브 개방도 산출부(102)는 가스 터빈(10)의 부하에 따른 급수 유량 조절 밸브(71)의 개방도(제 1 밸브 개방도)를 산출한다. 다음에, 제 2 밸브 개방도 산출부(103)는 연료 가열 장치(70)의 입구측에서의 연료 가스의 온도에 따른 계수를 제 1 밸브 개방도를 곱하여, 제 2 밸브 개방도를 산출한다. 급수 유량 조절 밸브 제어부(105)는 급수 유량 조절 밸브(71)의 개방도를 제 2 밸브 개방도로 하는 제어를 실행한다.
<제 2 실시형태>
이하, 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 연료 가열 장치로의 급수 유량의 제어 방법에 대해 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한다.
제 2 실시형태에 따른 제어 장치(100A)에 대해 설명한다. 제어 장치(100A)는 제 1 실시형태와 상이한 방법으로 덤프 밸브(72)의 제어를 실행한다. 제 1 실시형태에서는, 덤프 밸브 제어부(106)가 함수기(D10)에 의해 목표 유량을 산출했다. 이 제 2 실시형태에서는, 덤프 밸브 제어부(106A)가 가스 터빈(10)의 부하에 따라서 덤프 밸브(72) 제어용의 목표 유량을 전환한다.
도 6은 본 발명에 따른 제 2 실시형태에 있어서의 제어 장치의 블록도이다.
본 발명의 제 2 실시형태에 따른 구성 중, 제 1 실시형태에 따른 제어 장치(100)를 구성하는 기능부와 동일한 것에는 동일한 부호를 부여하고, 각각의 설명을 생략한다. 도시하는 바와 같이, 제어 장치(100A)는, 운전 데이터 취득부(101)와, 제 1 밸브 개방도 산출부(102)와, 제 2 밸브 개방도 산출부(103)와, 제 3 밸브 개방도 산출부(104)와, 급수 유량 조절 밸브 제어부(105)와, 덤프 밸브 제어부(106A)와, 기억부(107)를 구비하고 있다.
덤프 밸브 제어부(106A)는, 가스 터빈(10)의 부하가 소정의 값을 상회할 때에, 급수 유량 조절 밸브(71)를 통과하는 급수의 유량보다 적은 유량을 목표 유량으로 하고, 가스 터빈(10)의 부하가 소정의 값 이하인 경우에는, 제 1 실시형태와 마찬가지로 함수기(D10)를 이용하여 계산한 유량을 목표 유량으로 한다. 목표 유량이 결정되면, 덤프 밸브 제어부(106A)는, 목표 유량과 실제 급수 유량(유량계(16)에 의한 계측값)의 편차에 기초하여, 피드백 제어에 의해 덤프 밸브(72)의 개방도를 산출한다.
다음에, 도 7을 이용하여, 도 7의 파선 부분의 제어 로직에 대해 상세하게 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 제 2 실시형태에 있어서의 연료 가열 장치로의 급수 유량의 제어 방법을 설명하는 도면이다.
덤프 밸브 제어부(106A)는 함수기(D10), 감산기(D11), 제어기(D12), 함수기(D13), 제어기(D14), 승산기(D15), 스위치(D16)를 구비하고 있다. 함수기(D10)는 가스 터빈(10)의 부하를 입력하고, 부하에 따른 목표 유량을 산출한다. 감산기(D11)는 목표 유량으로부터 실제 급수 유량을 빼서 양자의 편차를 산출한다. 제어기(D12)는, PI 제어에 의해, 감산기(D11)가 산출한 편차를 0에 가깝게 하는 덤프 밸브(72)의 밸브 개방도를 산출한다. 함수기(D13)는 급수 유량 조절 밸브(71)로의 밸브 개방도 지령값을 입력하고, 급수 유량 조절 밸브(71)의 CV값을 산출한다. 제어기(D14)는, 함수기(D13)가 산출한 CV값과 급수 유량 조절 밸브(71)의 차압을 입력하고, 급수 유량 조절 밸브(71)를 흐르는 가열수의 유량을 산출한다. 산출한 유량을 유량 지령값으로 기재한다. 제어기(D14)는 급수 유량 조절 밸브(71)의 상류측에 마련된 압력계(17)의 계측값과 하류측에 마련된 압력계(18)의 계측값을 취득하고, 급수 유량 조절 밸브(71)의 차압을 산출한다(압력계(17)의 계측값－압력계(18)의 계측값). 승산기(D15)는, 제어기(D14)가 산출한 급수 유량 조절 밸브(71)의 유량 지령값을 입력하고, 0.95배(95%) 하여 고부하용의 목표 유량을 산출한다. 스위치(D16)는, 가스 터빈(10)의 부하의 크기에 따라서, 목표 유량을, 함수기(D10)에 의한 목표 유량과, 승산기(D15)에 의한 목표 유량(고부하용)으로 전환한다.
다음에 덤프 밸브(72)에 대한 목표 유량의 산출 방법에 관해 설명한다. 우선, 제 1 실시형태와 마찬가지로 함수기(D10)가 가스 터빈 부하를 입력하고 목표 유량을 산출한다. 함수기(D10)는 목표 유량을 스위치(D16)에 출력한다. 이 목표 유량은 중저부하시의 목표 유량이다.
한편, 고부하시의 목표 유량은 다음과 같이 산출한다. 우선, 함수기(D13)가 현재의 개방도에서의 급수 유량 조절 밸브(71)의 CV값을 산출한다. 다음에 제어기(D14)가, CV값과 급수 유량 조절 밸브(71) 전후의 차압에 기초하여, 급수 유량 조절 밸브(71)를 흐르는 유량 지령값을 산출한다. 제어기(D14)는 산출한 유량을 승산기(D15)에 출력한다. 승산기(D15)는 유량의 95%에 해당하는 고부하시의 목표 유량을 산출한다. 승산기(D15)는 목표 유량을 스위치(D16)에 출력한다.
스위치(D16)는 가스 터빈(10)의 부하(GTMW)를 입력하고, 부하가 예컨대 정격 부하의 80%를 초과할 때에는 고부하용의 목표 유량을 감산기(D11)에 출력한다. 부하가 80% 이하일 때에는 중저부하용의 목표 유량을 감산기(D11)에 출력한다.
제 1 실시형태에서는, 급수 유량 조절 밸브(71)를 연료 온도에 기초하여 제어하고, 한편, 덤프 밸브(72)에 대해서는 급수 유량에 기초하여 제어하기 때문에, 양자의 제어가 간섭하여 급수 유량 또는 연료 온도가 목표의 값으로 정정(整定)되지 않을 가능성이 있다. 이 문제에 대해, 제 2 실시형태에서는, 고부하 운전(예컨대 부하 80% 이상)에서는 목표 유량을, 급수 유량 조절 밸브(71)에 대한 개방도 지령으로부터 산출한 유량 지령값으로 전환한다. 또한, 산출한 유량 지령값의 95%를 덤프 밸브(72)의 목표 유량으로 함으로써, 급수 유량 조절 밸브(71)의 목표 유량을 초과하는 일이 없어진다. 이 때문에, 급수 유량 제어와 간섭하는 일 없이 연료 온도를 적절히 제어할 수 있다. 부하가 낮은 기동, 정지시 등에는 종래대로 가스 터빈(10)의 부하에 따른 목표 유량을 산출하는 함수기(D10)를 이용하여 피드백 제어를 실행한다.
본 실시형태의 특징인 고부하시의 목표 유량을 적용한 경우의 동작에 대해, 예를 들면, 급수 유량 조절 밸브(71)의 유량 지령값의 95%를 목표 유량으로 하기 때문에, 통상이면 감산기(D11)가 산출하는 값은 부(負)의 값이 되고, 덤프 밸브(72)는 완전 폐쇄(개방도 0%)가 되도록 제어된다. 그런데, 급수 유량 조절 밸브(71)의 고착 등에 의해, 급수 유량 조절 밸브(71)가 지령대로의 개방도가 되지 않는 경우(급수 유량 조절 밸브(71)를 흐르는 유량이 지령값보다 적은 경우), 유량 지령값의 95%인 목표 유량보다 실제 급수 유량이 적어질 가능성이 있다. 이와 같은 경우에는, 덤프 밸브(72)는 부족한 유량을 보충하는 개방도(＞0%)로 제어된다. 이와 같이 가스 터빈(10)의 고부하 운전에서는, 급수 유량 조절 밸브(71)의 백업 기능을 수행한다.
다음에, 제 2 실시형태에 있어서의 덤프 밸브(72)의 제어 방법의 흐름을 설명한다.
도 8은 본 발명에 따른 제 2 실시형태에 있어서의 급수 제어 처리의 일 예를 나타내는 흐름도이다.
우선, GTCC의 운전 중에 운전 데이터 취득부(101)가 운전 데이터를 취득한다(단계(S21)). 구체적으로는, 운전 데이터 취득부(101)는 가스 터빈(10)의 부하의 크기와, 유량계(16)의 계측값과, 급수 유량 조절 밸브(71)의 개방도 지령값을 취득한다.
다음에, 덤프 밸브 제어부(106A)가, 가스 터빈(10)의 부하의 크기에 기초하여, 부하가 정격 부하의 80%를 상회하는지의 여부를 판정한다(단계(S22)). 구체적으로는, 스위치(D16)가 가스 터빈 부하의 값을 입력하고, 상기의 판정을 실행한다. 80% 이하의 경우(단계(S22); No), 덤프 밸브 제어부(106A)는 부하에 따른 목표 유량을 산출한다(단계(S24)). 구체적으로는, 덤프 밸브 제어부(106A)가 구비하는 함수기(D10)가 부하의 값을 입력하고, 그 부하의 크기에 대응하는 목표 유량을 산출한다. 함수기(D10)는 산출한 목표 유량을 스위치(D16)에 출력한다. 스위치(D16)는 입력한 목표 유량을 감산기(D11)에 출력한다.
80%를 초과하는 경우(단계(S22); Yes), 덤프 밸브 제어부(106A)는 급수 유량 조절 밸브(71)의 유량 지령값을 산출하고, 유량 지령값보다 적은 유량(예컨대 95%)을 목표 유량으로 설정한다(단계(S23)). 구체적으로는, 도 7을 이용하여 설명한 바와 같이, 함수기(D13)가 급수 유량 조절 밸브(71)의 개방도 지령값으로부터 CV값을 산출하고, 제어기(D14)가 CV값과 차압으로부터 급수 유량 조절 밸브(71)의 유량 지령값을 산출하고, 승산기(D15)가 유량 지령값의 95%에 상당하는 덤프 밸브(72)의 목표 유량을 산출한다. 승산기(D15)는 산출한 목표 유량을 스위치(D16)에 출력한다. 스위치(D16)는 입력한 목표 유량을 감산기(D11)에 출력한다.
다음에, 덤프 밸브 제어부(106A)는 목표 유량과 실제 유량의 편차에 기초하여 피드백 제어를 실행한다(단계(S25)). 구체적으로는, 감산기(D11)가 유량계(16)에 의한 계측값을 운전 데이터 취득부(101)로부터 취득하고, 목표 유량으로부터 계측값을 뺀 값을 산출한다. 제어기(D12)는 목표 유량과 계측값의 편차를 0에 가깝게 하는 덤프 밸브(72)의 개방도를 산출한다. 제어기(D12)는 PI 제어에 의해 단계(S25)의 처리를 반복한다.
본 실시형태에 의하면, 제 1 실시형태의 효과에 부가하여, 고부하시의 목표 유량을 종래보다 낮게 설정함으로써, 연료 온도 제어와 급수 유량 제어의 간섭을 방지할 수 있다. 덤프 밸브(72)에 대해서는, 종래대로 가스 터빈(10)의 기동, 정지, 부분 부하 운전시에는 급수 유량의 확보 기능을 발휘하고, 가스 터빈(10)의 고부하 운전시에는 백업 기능을 발휘할 수 있다. 상기의 80%, 95%와 같은 수치는 일 예이며, 운전 조건 등에 맞춰서 변경할 수 있다.
<제 3 실시형태>
이하, 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 연료 가열 장치로의 급수 유량의 제어 방법에 대해 도 9 내지 도 13을 참조하여 설명한다.
이하, 제 3 실시형태에 따른 제어 장치(100B)에 대해 설명한다. 제어 장치(100B)는 제 1 실시형태, 제 2 실시형태와 상이한 방법으로 연료 가열 장치(70)에 공급되는 가열수의 유량 제어를 실행한다. 이 제 3 실시형태에서는, 연료 가열 장치(70)의 상류측에 삼방 밸브를 마련하고, 삼방 밸브로부터 연료 가열 장치(70)를 통과하지 않고 연료 가열 장치(70)의 하류측에 접속하는 바이패스 경로를 마련한다. 그리고, 제어 장치(100B)는, 연료 가스의 목표 온도와 연료 가열 장치(70)의 출구측에 있어서의 연료 가스 온도의 계측값과의 편차에 따라서, 삼방 밸브의 연료 가열 장치(70)측의 개방도를 조절하여, 연료 가열 장치(70)를 통과하는 가열수의 유량을 제어한다.
도 9는 본 발명에 따른 제 3 실시형태에 있어서의 제어 장치의 블록도이다.
본 발명의 제 3 실시형태에 따른 구성 중, 제 1 실시형태에 따른 제어 장치(100)를 구성하는 기능부와 동일한 것에는 동일한 부호를 부여하고, 각각의 설명을 생략한다. 도시하는 바와 같이, 제어 장치(100B)는 운전 데이터 취득부(101)와, 제 1 밸브 개방도 산출부(102)와, 급수 유량 조절 밸브 제어부(105)와, 덤프 밸브 제어부(106)와, 기억부(107)와, 삼방 밸브 제어부(108)를 구비하고 있다.
삼방 밸브 제어부(108)는 연료 가스의 목표 온도와 연료 가열 장치(70)의 출구측에 있어서의 연료 가스 온도와의 편차에 따라서 삼방 밸브(73)의 개방도를 제어한다.
다음에 제 3 실시형태에 있어서의 연료 가열 장치(70)의 급수 계통에 대해 설명한다.
도 10은 본 발명에 따른 제 3 실시형태에 있어서의 연료 가열 장치의 계통도이다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 연료 가열 장치(70)의 급수 계통의 상류측인 가열수 공급 라인(L1)에는 삼방 밸브(73)가 마련되며, 하류측의 가열수 복귀 라인(L2)에는 급수 유량 조절 밸브(71)가 마련되어 있다. 가열수 복귀 라인(L2)으로부터 분기된 복수 라인(L3)에는 덤프 밸브(72)가 마련되어 있다. 삼방 밸브(73)는, 배열 회수 보일러(20)로부터 공급되는 가열수가 유입되는 입구와, 유입된 가열수가 연료 가열 장치(70)로 송출되는 출구와, 유입된 가열수가 연료 가열 장치(70)를 우회하여 연료 가열 장치(70)의 하류측에 접속되는 바이패스 라인(L4)으로 송출되는 출구를 구비한다. 삼방 밸브 제어부(108)는 연료 가열 장치(70)측 출구의 밸브 개방도를 조절하여, 연료 가열 장치(70)측으로 송출되는 가열수의 비율과, 바이패스 라인(L4)측으로 송출되는 가열수의 비율을 조절한다. 즉, 제 3 실시형태에서는, 연료 가열 장치(70)측의 밸브 개방도 제어에 의해, 연료 가열 장치(70)를 흐르는 가열수의 유량을 조절하여, 연료 가스의 온도를 소망의 온도로 제어한다.
연료 라인(R1)의 연료 가열 장치(70)의 출구측에는 온도계(15)가 마련되어 있다. 가열수 공급 라인(L1)에는 유량계(16)가 마련되어 있다. 다른 구성에 대해서는, 도 1에서 예시한 것과 마찬가지이다.
다음에, 도 11을 이용하여, 도 10의 파선 부분의 제어 로직에 대해 상세하게 설명한다.
도 11은 본 발명에 따른 제 3 실시형태에 있어서의 연료 가열 장치로의 급수 유량의 제어 방법을 설명하는 도면이다.
삼방 밸브 제어부(108)는 감산기(H10)와 제어기(H11)를 구비하고 있다. 삼방 밸브 제어부(108)는 운전 데이터 취득부(101)로부터 온도계(15)가 계측한 연료 가열 장치(70)의 출구측에서의 연료 가스의 온도를 취득한다. 삼방 밸브 제어부(108)는 운전 데이터 취득부(101)로부터 목표 연료 온도를 취득한다. 감산기(H10)는 연료 가열 장치(70) 출구측에서의 연료 가스의 온도와 목표 연료 온도를 입력하고, 목표 연료 온도로부터 연료 가열 장치(70) 출구측에서의 연료 가스의 온도를 감산한다. 제어기(H11)는 목표 연료 온도와 연료 가열 장치(70)의 출구측 연료 가스 온도와의 편차를 0에 가깝게 하도록, 삼방 밸브(73)의 연료 가열 장치(70)측의 밸브 개방도를 산출한다. 삼방 밸브 제어부(108)는, 제어기(H11)가 산출한 밸브 개방도가 되도록, 삼방 밸브(73)의 연료 가열 장치(70)측의 개방도를 제어한다.
다음에, 도 12 및 도 13을 이용하여, 제 3 실시형태의 급수 유량 제어 처리에 대해 설명한다.
우선, 삼방 밸브(73)의 제어에 대해 설명한다.
도 12는 본 발명에 따른 제 3 실시형태에 있어서의 급수 제어 처리의 일 예를 나타내는 제 1 흐름도이다.
우선, GTCC의 운전 중에 운전 데이터 취득부(101)가 운전 데이터를 취득한다(단계(S31)). 구체적으로는, 운전 데이터 취득부(101)는 연료 가열 장치(70)의 출구측에서의 연료 가스의 온도와 목표 연료 온도를 취득한다. 운전 데이터 취득부(101)는 이들 값을 삼방 밸브 제어부(108)에 출력한다. 다음에, 삼방 밸브 제어부(108)는 목표 연료 온도와 실제 온도의 편차를 산출한다(단계(S32)). 구체적으로는, 도 11을 이용하여 설명한 바와 같이, 감산기(H10)가 목표 연료 온도와 온도계(15)에 의한 계측값의 편차를 산출한다. 다음에, 삼방 밸브 제어부(108)는 삼방 밸브(73)의 연료 가열 장치(70)측의 개방도를 제어한다(단계(S33)). 구체적으로는, 제어기(H11)가, 목표 연료 온도와 계측값의 편차를 0에 가깝게 하는 밸브 개방도를 산출한다. 삼방 밸브 제어부(108)는, 삼방 밸브(73)의 연료 가열 장치(70)측의 개방도가, 제어기(H11)가 산출한 밸브 개방도가 되도록 제어한다. 삼방 밸브 제어부(108)는 PI 제어에 의해 단계(S33)의 처리를 반복한다.
단계(S33)에서, 삼방 밸브(73)의 연료 가열 장치(70)측의 밸브 개방도를 제어하는 예를 기재했지만, 바이패스 라인(L4)측의 밸브 개방도를 제어해도 좋다.
다음에 급수 유량 조절 밸브(71)와 덤프 밸브(72)의 제어에 대해 설명한다.
도 13은 본 발명에 따른 제 3 실시형태에 있어서의 급수 제어 처리의 제 2의 일 예를 나타내는 흐름도이다.
우선, GTCC의 운전 중에 운전 데이터 취득부(101)가 운전 데이터를 취득한다(단계(S41)). 구체적으로는, 운전 데이터 취득부(101)는 가스 터빈(10)의 부하의 크기와 유량계(16)의 계측값을 취득한다.
다음에, 제 1 밸브 개방도 산출부(102)가 함수기(P10)를 이용하여, 가스 터빈(10)의 부하의 크기에 따른 제 1 밸브 개방도를 산출한다(단계(S42)). 제 1 밸브 개방도 산출부(102)는 제 1 밸브 개방도를 급수 유량 조절 밸브 제어부(105)에 출력한다. 다음에, 급수 유량 조절 밸브 제어부(105)는, 급수 유량 조절 밸브(71)의 개방도가 제 1 밸브 개방도가 되도록 급수 유량 조절 밸브(71)를 제어한다(단계(S43)).
단계(S42) 내지 단계(S43)와 병행하여, 덤프 밸브 제어부(106)는 이하의 처리를 실행한다. 우선, 덤프 밸브 제어부(106)는 목표 유량을 함수기(D10)에 의해 산출하고, 목표 유량과 유량계(16)가 계측한 실제 유량과의 편차를 산출한다(단계(S44)). 다음에, 덤프 밸브 제어부(106)는 산출한 편차를 0으로 하기 위한 덤프 밸브(72)의 밸브 개방도를 산출하고, 산출한 밸브 개방도로 덤프 밸브(72)의 개방도를 제어한다(단계(S45)). 덤프 밸브 제어부(106)는 피드백 제어(예컨대 PI 제어)에 의해 단계(S44) 내지 단계(S45)의 처리를 계속한다.
본 실시형태에서는, 연료 가열 장치(70)의 출구측에서의 연료 가스의 온도를 감시하고, 삼방 밸브(73)의 밸브 개방도 제어에 의해, 출구측 연료 가스 온도를 목표 연료 온도에 가깝게 하도록, 배열 회수 보일러(20)로부터 연료 가열 장치(70)에 공급되는 가열수의 유량을 제어한다. 즉, 출구측에서의 연료 가스의 온도가 높으면, 삼방 밸브(73)의 연료 가열 장치(70)측의 밸브 개방도를 줄여서, 연료 가열 장치(70)에 유입되는 가열수의 유량을 적게 한다. 한편, 출구측에서의 연료 가스의 온도가 낮으면, 삼방 밸브(73)의 연료 가열 장치(70)측의 밸브 개방도를 크게 하여, 연료 가열 장치(70)에 유입되는 가열수의 유량을 증가시켜, 연료 가스를 더욱 가열하도록 한다. 이에 의해, 연료 가스의 온도를 소망의 온도로 할 수 있다.
본 실시형태에 의하면, 삼방 밸브(73)를 새로 마련하고, 도 11을 이용하여 설명한 제어 로직을 추가하는 것만으로도, 급수 유량 조절 밸브(71)나 덤프 밸브(72)의 제어 로직은 종래대로인 채로 연료 가스 온도의 제어가 가능하게 된다.
제어 장치(100, 100A, 100B)는 제어 시스템의 일 예이다. 운전 데이터 취득부(101), 제 1 밸브 개방도 산출부(102), 제 2 밸브 개방도 산출부(103), 제 3 밸브 개방도 산출부(104), 급수 유량 조절 밸브 제어부(105), 덤프 밸브 제어부(106, 106A), 삼방 밸브 제어부(108) 중 적어도 일부는, 제어 장치(100) 등이 구비하는 프로세서가 하드 디스크 등의 기억부(107)로부터 프로그램을 읽어서 실행함으로써 구비되는 기능이다. 운전 데이터 취득부(101), 제 1 밸브 개방도 산출부(102), 제 2 밸브 개방도 산출부(103), 제 3 밸브 개방도 산출부(104), 급수 유량 조절 밸브 제어부(105), 덤프 밸브 제어부(106, 106A), 삼방 밸브 제어부(108)의 전부 또는 일부는 마이크로컴퓨터, LSI(Large Scale Integration; 대규모 집적 회로), ASIC(Application Specific Integrated Circuit; 주문형 반도체), PLD(Programmable Logic Device; 프로그램 가능 논리 소자), FPGA(Field-Programmable Gate Array; 필드-프로그래머블 게이트 어레이) 등의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 좋다.
그 이외에, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 상기한 실시형태에 있어서의 구성요소를 주지의 구성요소로 치환하는 것은 적절히 가능하다. 본 발명의 기술 범위는 상기의 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경을 가하는 것이 가능하다.
제어 장치(100)가 구비하는 운전 데이터 취득부(101) 및 제 1 밸브 개방도 산출부(102) 및 제 2 밸브 개방도 산출부(103) 및 제 3 밸브 개방도 산출부(104) 및 급수 유량 조절 밸브 제어부(105) 및 덤프 밸브 제어부(106) 및 기억부(107)는 급수 유량 조절부의 일 예이다. 제어 장치(100A)가 구비하는 운전 데이터 취득부(101) 및 제 1 밸브 개방도 산출부(102) 및 제 2 밸브 개방도 산출부(103) 및 제 3 밸브 개방도 산출부(104) 및 급수 유량 조절 밸브 제어부(105) 및 덤프 밸브 제어부(106A) 및 기억부(107)는 급수 유량 조절부의 일 예이다. 제어 장치(100B)가 구비하는 운전 데이터 취득부(101) 및 제 1 밸브 개방도 산출부(102) 및 급수 유량 조절 밸브 제어부(105) 및 덤프 밸브 제어부(106) 및 기억부(107) 및 삼방 밸브 제어부(108)는 급수 유량 조절부의 일 예이다. GTCC는 발전 플랜트의 일 예이다.
산업상 이용가능성
상기한 제어 시스템, 가스 터빈, 발전 플랜트 및 연료 온도의 제어 방법에 의하면, 연료 가열 장치에 공급하는 급수의 유량을, 연료 가열 장치의 출구측에서의 연료의 온도를 감시하면서 제어하는 것에 의해, 연료의 온도를 소망의 온도로 제어할 수 있다.
10: 가스 터빈 11: 압축기
12: 연소기 13: 터빈
14, 15: 온도계 16: 유량계
20: 배열 회수 보일러 21: 고압 증기 발생부
22: 중압 증기 발생부 23: 재가열부
24: 저압 증기 발생부 30: 증기 터빈
31: 고압 증기 터빈 32: 중압 증기 터빈
33: 저압 증기 터빈 34: 발전기
35: 복수기 41: 고압 주 증기 라인
42: 고압 증기 스톱 밸브 43: 고압 주 증기 가감 밸브
44: 중압 증기 라인 45: 중압 증기 스톱 밸브
46: 중압 증기 가감 밸브 51: 저압 주 증기 라인
52: 저압 증기 스톱 밸브 53: 저압 주 증기 가감 밸브
54: 중압 터빈 배기 라인 55: 급수 라인
61: 중압 주 증기 라인 70: 연료 가열 장치
71: 급수 유량 조절 밸브 72: 덤프 밸브
73: 삼방 밸브 R1: 연료 라인
L1: 가열수 공급 라인 L2: 가열수 복귀 라인
L3: 복수 라인 L4: 바이패스 라인
DC: 분기점 100, 100A, 100B: 제어 장치
101: 운전 데이터 취득부 102: 제 1 밸브 개방도 산출부
103: 제 2 밸브 개방도 산출부 104: 제 3 밸브 개방도 산출부
105: 급수 유량 조절 밸브 제어부 106, 106A: 덤프 밸브 제어부
107: 기억부 108: 삼방 밸브 제어부
P10, P11, D10, D13: 함수기 P12, D15: 승산기
P13, D11, H10: 감산기 P14: 가산기
D12, D14, H11: 제어기 D16: 스위치

Claims (11)

  1. 가스 터빈의 연료를 가열하는 연료 가열 장치에 공급되는 가열수의 유량을 조절함으로써, 상기 연료 가열 장치를 거쳐서 상기 가스 터빈의 연소기에 공급되는 상기 연료의 온도를 제어하는 제어 시스템에 있어서,
    상기 연료의 목표 온도와 상기 연료 가열 장치의 출구측에 있어서의 상기 연료의 온도와의 편차에 따라서, 상기 연료 가열 장치에 공급하는 상기 가열수의 유량을 조절하는 급수 유량 조절부를 구비하는
    제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 시스템은, 가열수의 공급 장치로부터 상기 연료 가열 장치에 공급되는 상기 가열수의 유량을, 상기 연료 가열 장치로부터 상기 가열수의 공급 장치로 회수되는 상기 가열수의 유량을 조절하는 급수 유량 조절 밸브의 개방도와, 복수기에 덤프되는 상기 가열수의 유량을 조절하는 덤프 밸브의 개방도를 제어하는 것에 의해, 상기 연료의 온도를 제어하고,
    상기 급수 유량 조절부는,
    상기 가스 터빈의 부하에 따른 상기 급수 유량 조절 밸브의 개방도인 제 1 밸브 개방도를 산출하는 제 1 밸브 개방도 산출부와,
    상기 가스 터빈의 연소기에 공급하는 상기 연료의 목표 온도와 상기 연료 가열 장치의 출구측에 있어서의 상기 연료의 온도와의 편차에 따른 보정량을 산출하고, 산출한 상기 보정량을 상기 제 1 밸브 개방도에 가산하여 제 3 밸브 개방도를 산출하는 제 3 밸브 개방도 산출부와,
    상기 제 3 밸브 개방도에 기초하여, 상기 급수 유량 조절 밸브의 개방도를 제어하는 급수 유량 조절 밸브 제어부와,
    상기 가스 터빈의 부하에 따라서 미리 정해진 상기 가열수의 목표 유량과 실제 유량의 편차에 따라서, 상기 덤프 밸브의 개방도를 제어하는 덤프 밸브 제어부를 구비하는
    제어 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 밸브 개방도 산출부는, 상기 연료의 목표 온도와 상기 연료 가열 장치의 출구측에 있어서의 상기 연료의 온도와의 편차에 기초하는 상기 보정량의 산출을 피드백 제어에 의해 실행하는
    제어 시스템.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 밸브 개방도에 상기 연료 가열 장치의 입구측에서의 상기 연료의 온도에 따른 계수를 곱하여 제 2 밸브 개방도를 산출하는 제 2 밸브 개방도 산출부를 추가로 구비하고,
    상기 제 3 밸브 개방도 산출부는, 상기 제 1 밸브 개방도 대신에, 상기 제 2 밸브 개방도에 상기 보정량을 가산하여 상기 제 3 밸브 개방도를 산출하는
    제어 시스템.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 덤프 밸브 제어부는, 상기 급수 유량 조절 밸브를 통과하는 상기 가열수의 유량보다 적은 유량을 목표 유량으로 하여 상기 덤프 밸브의 개방도를 제어하는
    제어 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 덤프 밸브 제어부는, 상기 가스 터빈의 부하가 소정의 값 이상이 되었을 때에, 상기 급수 유량 조절 밸브를 통과하는 상기 가열수의 유량보다 적은 유량을 목표 유량으로 하는
    제어 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 시스템은, 가열수의 공급 장치로부터 연료 가열 장치에 공급하는 상기 가열수의 유량을, 상기 연료 가열 장치에 있어서의 상기 가열수의 경로의 상류측에 마련되는 삼방 밸브로서 상기 연료 가열 장치로 송출하는 상기 가열수의 비율과 상기 연료 가열 장치를 바이패스하는 경로로 송출하는 상기 가열수의 비율을 전환하는 상기 삼방 밸브의 개방도와, 상기 연료 가열 장치로부터 상기 가열수의 공급 장치로 회수되는 상기 가열수의 유량을 조절하는 급수 유량 조절 밸브의 개방도와, 복수기에 덤프되는 상기 가열수의 유량을 조정하는 덤프 밸브의 개방도를 제어하는 것에 의해, 상기 연료의 온도를 제어하고,
    상기 급수 유량 조절부는,
    상기 가스 터빈의 부하에 따른 상기 급수 유량 조절 밸브의 개방도인 제 1 밸브 개방도를 산출하는 제 1 밸브 개방도 산출부와,
    상기 제 1 밸브 개방도에 기초하여, 상기 급수 유량 조절 밸브의 개방도를 제어하는 급수 유량 조절 밸브 제어부와,
    상기 가스 터빈의 부하에 따라서 미리 정해진 상기 가열수의 목표 유량과 실제 유량의 편차에 따라서, 상기 덤프 밸브의 개방도를 제어하는 덤프 밸브 제어부와,
    상기 연료의 목표 온도와 상기 연료 가열 장치의 출구측에 있어서의 상기 연료의 온도와의 편차에 따라서 상기 삼방 밸브의 개방도를 제어하는 삼방 밸브 제어부를 구비하는
    제어 시스템.
  8. 가열수의 공급 장치로부터 가스 터빈의 연료를 가열하는 연료 가열 장치에 공급되는 상기 가열수의 유량을, 상기 가열수의 공급 장치로 회수되는 상기 가열수의 유량을 조절하는 급수 유량 조절 밸브의 개방도와, 복수기에 덤프되는 상기 가열수의 유량을 조정하는 덤프 밸브의 개방도를 제어하는 것에 의해, 상기 연료의 온도를 제어하는 제어 시스템에 있어서,
    상기 가스 터빈의 부하에 따른 상기 급수 유량 조절 밸브의 개방도인 제 1 밸브 개방도를 산출하는 제 1 밸브 개방도 산출부와,
    상기 제 1 밸브 개방도에 상기 연료 가열 장치의 입구측에서의 상기 연료의 온도에 따른 계수를 곱하여 제 2 밸브 개방도를 산출하는 제 2 밸브 개방도 산출부와,
    상기 제 2 밸브 개방도에 기초하여, 상기 급수 유량 조절 밸브의 개방도를 제어하는 급수 유량 조절 밸브 제어부를 구비하는
    제어 시스템.
  9. 압축기와,
    연소기와,
    터빈과,
    제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 제어 시스템을 구비하는
    가스 터빈.
  10. 청구항 9에 기재된 가스 터빈과,
    증기 터빈과,
    발전기를 구비하는
    발전 플랜트.
  11. 가스 터빈의 연료를 가열하는 연료 가열 장치에 공급되는 가열수의 유량을 조절함으로써, 상기 연료 가열 장치를 거쳐서 상기 가스 터빈의 연소기에 공급되는 상기 연료의 온도를 제어하는 제어 시스템이,
    상기 연료의 목표 온도와 상기 연료 가열 장치의 출구측에 있어서의 상기 연료의 온도와의 편차에 따라서, 상기 연료 가열 장치에 공급하는 상기 가열수의 유량을 조절하는
    연료 온도의 제어 방법.
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