KR20190094438A - 가스 터빈 흡기 시스템을 갖는 발전소 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스 터빈(2), 열 회수 증기 발생기(3), 및 가스 터빈(2)의 공기 입구(6)에 연결되어 있는 제1 열교환기(5) 및 응축물 회로(8)에 연결되어 있고 열 회수 증기 발생기(3) 내에 응축물 예열기(9)를 포함하는 제2 열교환기(7)를 갖는 중간 회로(4)를 포함하는 발전소(1)에 관한 것이다. 제1 고부하 밸브(10) 및 제2 고부하 밸브(11) 및, 이와 병렬로, 제1 고부하 밸브(10) 및 제2 고부하 밸브(11)보다 더 작은 관류를 위한 제1 저부하 밸브(12) 및 제2 저부하 밸브(13)가 제2 열교환기(7)의 양측에 배열된다. 본 발명은 또한 발전소(1)의 효율을 최적화하고 운전 범위를 확장하기 위한 연계된 방법에 관한 것이다.

Description

가스 터빈 흡기 시스템을 갖는 발전소
본 발명은 발전소(power plant) 및 또한 에너지 최적화(energy optimization) 및 운전 범위 확장(operating range extension)을 위한 방법에 관한 것이다.
복합 사이클 발전소(combined cycle power plants)라 또한 칭하는 가스 및 증기 터빈 설비는, 연속 운전에 관련되는 기저 부하(base load) 상태에 추가하여, 단지 기계의 시동 및 정지로 인한 그러나 특히 또한 전기 간선(electricity mains)에서의 부하 요구를 변경하기 위한 추가의 부하 요구에 부합하도록 또한 의도된다. 원리적으로, 관여 가스 터빈의 전달된 전력은 흡기 질량 유량(intake mass flow) 및 터빈 입구 온도에 의해 영향을 받을 수 있다. 흡기 질량 유량을 감소하기 위해, 가변 입사각을 갖는 압축기 입구 가이드 베인(inlet guide vane: IGV)이 부분 부하에서 가스 터빈 내에서 대응적으로 조정되어, 제1 회전자 블레이드열로의 유입이 적어도 제한된다. 그러나, 효율은 이 경우 또한 현저하게 감소된다. 흡기 예열을 위한 종래의 통상의 시스템을 사용하여, 효율은 단지 약간만 재차 증가된다. 부분 부하에서의 효율의 추가의 증가는 부분 부하 운전 중에 연료 비용을 상당히 감소시킨다. 흡기 예열은 결빙(icing)을 방지하고, 낮은 부분 부하에서 또는 최대 전력 및 낮은 외기 온도에서 CO 배출을 감소시키기 위해 또한 사용되는데, 이는 효율을 향상시키기 위해, 스로틀링된 압축기 입구 가이드 베인을 유도할 수 있다.
흡기 예열을 위해, 열 회수 증기 발생기(heat recovery steam generator) 또는 보조 보일러의 저압 스테이지로부터 증기의 형태의 더 높은 발열량(higher value heat)이 대부분의 경우에 이전에 사용되었는데, 증기는 열교환기(heat exchanger) 내에서 응축되었고, 따라서 통상적으로 물/글리콜 혼합물을 갖는 중간 회로가 가열되었고, 그 결과 가스 터빈의 저온 흡기가 다른 열교환기를 거쳐 예열되었다. 부분 부하에서, 이 예열은 가스 터빈이 적은 스로틀링으로, 또는 스로틀링이 전혀 없이 운전될 수 있는 것을 보장하고, 이 방식으로 더 높은 정도의 효율이 달성되는데, 이는 연료 소비 감소를 야기한다. 스위칭은 이 경우에 더 간단하고, 효율 최적화가 제한된다. 여기서 제한 효과는, 열원으로서 저압 증기가 증기 터빈 및 흡기 예열의 시스템의 모두에서 사용되어야 한다는 것이다.
저압 증기의 생성을 위해 더 많은 열을 제공하기 위해, 고정된 위치, 예를 들어 60%에서 흡기 예열의 결합을 갖고, 고압 예열기 바이패스가 운전될 수 있다. 통상적으로, 부분 부하 효율을 향상시키기 위한 흡기 예열은, 단지 단위 전력 설정값이 특정 값, 예를 들어 70%에 미달될 때에만 가능해졌다.
열교환기 표면은 응축 열교환기 내의 충전 레벨에 정합될 수 있다. 이 충전 레벨에 의해, 공기/물 열교환기 내로의 진입 전에 물/글리콜 혼합 온도가 그에 의해 제어되는 물/글리콜측 3방향 밸브의 밸브 위치는, 정확하게 사이징된 밸브 개방(예를 들어, 60%)이 항상 재차 달성되도록 조정된다.
또한, 대형 쉘-튜브형 열교환기(shell-and-tube heat exchanger)에서, 고온 지역 난방수(hot district heat water) 또는 응축물 예열기로부터의 고온 응축물이 가스 터빈 흡기 내의 얼음 형성을 방지하기 위해 그리고 일산화탄소 배출을 개선하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 이들 시스템은 융통성이 거의 없고, 열교환기의 전체 사이즈에 기인하여, 열원의 이용률 및 기본 스위칭 및 제어가 상당히 작은 전력 출력으로 제한되어 있고 단지 열악한 효과만을 갖고 매우 작은 전력 출력을 제어하는 것이 가능하다.
일반적으로, 이러한 설비는 전달된 열 출력에 관하여 매우 제한된 적용 범위 및 부분 부하에서 제어성에 관하여 매우 좁은 운전 범위를 갖는다. 더욱이, 열 이용률의 스위칭은 다른 발전소 구성에 간단한 방식으로 전달될 수 없다.
본 발명의 목적은 종래 기술과 비교하여 향상된 효율 및 더 넓은 운전 범위를 갖는 발전소를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 효율 최적화 및 운전 범위 확장을 위한 대응 방법을 명기하는 것이다.
본 발명은 가스 터빈, 열 회수 증기 발생기, 및 가스 터빈의 공기 입구 내에 연결되어 있는 제1 열교환기 및 응축물 회로 내로 연결되어 있고 열 회수 증기 발생기 내에 응축물 예열기를 포함하는 제2 열교환기를 갖는 중간 회로를 포함하는 이러한 발전소의 경우에, 제1 또는 제2 고부하 밸브 및, 이들에 병렬로, 제1 또는 제2 고부하 밸브를 통한 것보다 더 작은 관류를 위한 제1 또는 제2 저부하 밸브가 제2 열교환기의 양측에 배열되는 것을 제공함으로써, 발전소에 관한 것인 목적을 달성한다.
제2 열교환기의 양측에 고부하 및 저부하 제어 밸브, 즉 1차측에서 고부하 밸브 및 저부하 밸브로 이루어진 하나의 쌍 및 2차측에서 다른 쌍을 갖는 스위칭의 사용에 의해, 이는 비교적 큰 관류(고부하 밸브를 통한)의 가능성에 불구하고, 비교적 작은 열 출력에 의해서도 증발 및 동결의 위험 없이 신뢰적으로 동작될 수 있다. 2개의 쌍의 밸브를 갖는 실시예는 물론 단지 최소를 표현한다. 필요하다면, 더 많은 밸브가 또한 사용될 수 있다. 단지 상이한 관류 체적을 위한 밸브의 선택에 의해, 넓은 범위에 걸쳐 제2 열교환기의 양측(즉, 1차측 및 2차측)에서 관류 체적의 정확한 조정성이 먼저 가능해진다는 것이 중요하다.
일 유리한 실시예에서, 응축물 회로는 응축물 예열기의 출구를 응축물 예열기의 입구에 연결하는 제1 재순환 라인을 포함하고, 용장(redundant) 재순환 펌프(즉, 2개 이상)가 제1 재순환 라인에 배열되고, 제1 분기 라인이 제1 재순환 라인으로부터 분기하고 제2 열교환기 내로 개방되어 있고, 제2 분기 라인이 제2 열교환기를 응축물 예열기의 입구에 연결한다. 응축물 출구의 재순환을 사용함으로써, 제2 열교환기는 비교적 낮은 열 출력의 경우에 더 신뢰적으로 동작될 수 있고 응축 및 동결의 위험이 더 감소된다. 열전달은 입구 온도를 통해서 뿐만 아니라 또한 관류를 통해 영향을 받고, 따라서 더 양호하게 조정될 수 있다.
다른 유리한 실시예에서, 제1 분기 라인은 유동 방향에서 재순환 펌프의 하류측에서 제1 재순환 라인으로부터 분기한다. 그 결과, 재순환 펌프는 재순환 라인을 통해 응축물 예열기의 입구로 뿐만 아니라 또한 제2 열교환기로 재차 응축물을 직접 운반할 수 있어, 부가의 펌프가 이를 위해 요구되지 않게 된다.
제1 고부하 밸브는 제1 분기 라인에 적절하게 배열되고, 제1 저압 밸브는 제1 고압 밸브 주위에서 제1 바이패스 라인에 적절하게 배열된다.
대안 실시예에서, 제1 고부하 밸브는 제2 분기 라인에 배열되고, 제1 저압 밸브는 제1 고압 밸브 주위에서 제1 바이패스 라인에 배열된다.
응축물 예열기 내에서 가열되는 응축물의 재순환에 추가하여, 제2 열교환기 내에서 냉각되는 응축물이 또한 응축물 예열기 내에서, 실제로 가열 없이, 또는 적어도 단지 제한된 가열만을 갖고 재순환되면, 예열의 미세 조정을 위해 또한 유리하다. 이 목적으로, 4개의 대안이 제안된다.
제1 경우에, 제2 재순환 라인이 제2 분기 라인으로부터 분기할 수 있고 응축물의 유동 방향에서 용장 재순환 펌프의 상류측에서 제1 재순환 라인 내로 개방되어 있다.
제2 경우에, 주부하 및 저부하 밸브가 제1 바이패스 라인과 함께 제2 분기 라인에 배열되어 있으면, 제2 재순환 라인이 제1 바이패스 라인으로부터 분기할 수 있고, 이 제2 경우에도 또한 응축물의 유동 방향에서 용장 재순환 펌프의 상류측에서 제1 재순환 라인 내로 개방되어 있다.
제3 경우에, 제3 재순환 라인이 제2 분기 라인으로부터 분기하고 제1 분기 라인 내로 개방되어 있다. 그러나, 이 경우에, 펌프가 제3 재순환 라인에 연결되어야 한다.
제4 경우에, 응축물 예열기는 적어도 2개의 가열 표면을 갖고, 그 중 적어도 하나는 바이패스를 갖는데, 즉 바이패스는 특히 응축물의 유동 방향에서 보았을 때, 가열 표면들 중 마지막 가열 표면을 바이패스하고, 예를 들어 재순환 펌프의 상류측에서 제1 재순환 라인 내로 개방되어 있다.
본 발명의 일 유리한 실시예에서, 제2 고부하 밸브는 중간 회로에 배열되고, 제2 저부하 밸브는 제2 고부하 밸브 주위에서 제2 바이패스 라인에 배열되고, 제2 열교환기 주위의 제3 바이패스 라인, 이어서 정적 혼합기가 또한 중간 회로에 배열되고, 제2 고부하 밸브는 3방향 밸브의 기능을 충족하고, 제2 고부하 밸브의 출구가 제2 열교환기의 입구에 연결되고, 제3 바이패스 라인은 제2 고부하 밸브의 다른 출구로부터 분기한다. 제2 고부하 밸브는 이 경우에 실제로 3방향 밸브일 수 있지만, 3방향 밸브의 기능은 또한 2개의 개별 제어 밸브, 즉 고온 유체 분기 내의(즉, 제2 열교환기를 통한) 및 저온 유체 분기 내의(제2 열교환기 주위의) 제어 밸브 각각에 의해 또한 충족될 수 있고, 이 밸브들은 반대 방향으로 동작된다.
제2 고부하 밸브 및 제2 저부하 밸브의 병렬 연결의 결과로서, 제2 열교환기를 통해 유동하는 유체의 양은 이제 또한 그 1차측에서 미리 정확하게 조정될 수 있는 바와 같이 제2 열교환기의 2차측에서 정확하게 조정될 수 있다. 제3 바이패스 라인에 의해, 중간 회로 내에서 순환하는 유체량은 이에 의해 영향을 받지 않지만 잔류량은 간단한 방식으로 제2 열교환기를 지나 유도될 수 있는 것이 보장된다. 때때로 유체 유동을 분할하는 결과로서 중간 회로 내의 유체의 온도 및 점도의 큰 차이가 정적 혼합기에 의해 혼합되어, 균질한 레벨을 형성한다.
발전소가 제1 및 제2 고부하 밸브 및 제1 및 제2 저부하 밸브를 제어하기 위한 디바이스를 포함하면 적절하다.
마지막으로, 제2 열교환기가 적어도 하나의 완전 용접된 플레이트 열교환기인 경우, 공간 요구에 관하여 유리하다. 이 경우에, 제2 열교환기는, 특히 2개 중 하나가 바이패스를 구비하여 응축물로의 전달된 열량, 및 따라서 또한 흡기의 예열이 더 미세하게 조정될 수 있게 될 때, 실제로 2개의 개별적인 완전 용접된 플레이트 열교환기로 이루어질 수 있다.
발전소의 효율 최적화 및 운전 범위 확장을 위한 방법에 관한 목적은, 유체가 중간 회로에서 유도되고 이 경우 열이 제1 열교환기를 거쳐 가스 터빈에 의해 유도되는 공기로 전달되고, 열 회수 증기 발생기로부터의 예열된 응축물의 열은 제2 열교환기를 거쳐 유체로 전달되고, 열 수요에 따라, 응축물은 제1 고부하 밸브를 거쳐 또는 제1 고부하 밸브에 병렬로 연결되고 제1 고부하 밸브보다 더 작은 관류를 위해 설계된 제1 저부하 밸브를 거쳐 유도되는 방법에 의해 달성된다. 이 결과, 제2 열교환기를 통해 유동하는 응축물의 온도는 작은 질량 유량의 경우에도 용이하게 조정될 수 있다.
가능한 한 정확한 제2 열교환기를 위한 요구된 응축물 온도의 조정성에 관하여, 응축물의 적어도 일부가, 예열의 바이패스 하에 유체에 열을 제공한 후에, 예열된 응축물의 유동과 혼합되면 그리고 혼합물이 제2 열교환기에 공급되면 유리하다.
온도 및 관류에 관한 조정성을 위한 적어도 유사한 요구가, 물론 중간 회로 내에서 순환하는 유체에 또한 적용되는데, 이는 이 경우에, 열 수요에 따라, 유체가 제2 고부하 밸브를 거쳐 또는 제2 고부하 밸브에 병렬로 연결되고 제2 고부하 밸브보다 더 작은 관류를 위해 설계된 제2 저부하 밸브를 거쳐 유도되면 또한 유리하기 때문이다.
중간 회로의 가열 마진(heating margin), 즉 제2 열교환기에서의 입구와 출구 사이의 유체의 온도차가 제2 열교환기를 통한 응축물 질량 유량을 위한 제어 변수로서 사용되면 적절하다. 응축물-가열된 제2 열교환기를 통해 유동하는 응축물 질량 유량은 따라서 중간 회로의 열 수요로 대응적으로 조정된다. 이 결과, 가열될 매체 및 가열을 수행하는 매체의 질량 유량은 항상 서로에 대해 적당한 비로 있는 것이 보장되는데, 이는 제2 열교환기의 동작에 긍정적인 효과를 갖는다. 이 동작 원리는 응축물의 동결 및 또한 통상적으로 물/글리콜 혼합물인 유체의 증발의 위험을 낮춘다. 또한, 이 결과, 작동 요소(3방향 밸브)의 조정이 이제 지정된 양만큼 일정 온도 변화를 유도하기 때문에, 즉 증가가 이제 일정하기 때문에, 물/글리콜 혼합 온도 제어가 개선된다.
제2 고부하 밸브의 위치는 대안적으로 제2 열교환기를 통한 응축물 질량 유량을 위한 제어 변수로서 사용될 수 있다.
흡기를 위한 온도 설정값이 발전소의 설정된 전력 설정값의 가스 터빈 비율에 의존하여 연속적으로 조정되면 또한 적절하다. 본 발명에 의해, 흡기의 온도가 이제 미세하게 조정될 수 있기 때문에, 발전소의 현재 운전 상태에 기초하여 계산된 최적값으로 흡기를 연속적으로 조정하는 것이 타당해질 것이다.
열 회수 증기 발생기의 "저온단(cold end)"에서 이용 가능한 열량이 흡기 예열의 최적 동작을 위해 불충분한 경우에, 흡기 예열을 위해 이용 가능한 열 용량을 증가시키고 따라서 동작 범위를 확장하기 위해 이하의 유리한 가능성이 존재한다:
한편으로는, 저압 스테이지는 열 회수 증기 발생기 내에서 집적될 수 있는데, 즉 저압 드럼 내의 압력은 열 회수 증기 발생기 내의 열을 응축물 예열기로 시프트하기 위해 상승된다.
다른 한편으로, 요구될 때, 가능하게는 또한 저압 섹션 내의 압력 집적에 추가하여, 열 회수 증기 발생기 내의 고압 예열기 바이패스는 열을 응축물 예열기로 시프트하기 위해 단계형 개방될 수 있다.
응축물 예열기에서 열 제공을 위한 구배화된 수단, 즉 단계형 저압 드럼 압력 증가, 고압 예열기 바이패스의 단계형 개방의 결과로서, 효율-최적화된 운전이 달성된다. 단지 충분한 열이 응축물 예열기로 시프트되어, 분위기 내로 방출하는 배기 가스의 이론적으로 여전히 사용 가능한 잔류 열이 최소로 감소되게 된다.
발전소의 운전 범위의 확장에 관하여, 흡기 예열을 위한 전술된 조치는 가스 터빈의 연소기의 부분 셧다운(shutting down)과 조합될 수 있어, 양호한 효율 및 비교적 매우 낮은 전력 출력을 갖고 발전소를 운전하는 것이 가능하게 되고, 여기서 배기 가스 배출은 허용 가능한 범위 내에 남아 있다.
가스 터빈의 배기 가스는 흡기 예열을 위한 열원으로서 응축물 예열기의 도움으로 최소 허용 가능한 한계값으로 냉각될 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 개념의 효율은 열원으로서 증기를 사용하는 종래 기술로부터의 공지의 해결책의 경우에서보다 상당히 더 양호하다.
새로운 유형의 가스 터빈의 경우에, 매우 저온 외부 온도의 경우에 또한 작은 흡기 예열 출력을 실현할 필요가 있고, 그 결과 동결의 위험이 응축물측에서 발생할 수 있는데, 이는 신규한 발명에 의해 달성된다.
본 발명에 의해, 부분-부하 효율 향상을 위한 운전 범위가 증가된다. 전력 설정값의 확고하게 설정된 한계에 미달할 때 흡기를 위한 일정한 온도 설정값을 미리결정하는 대신에, 흡기 온도 설정값은 설정된 전력 설정값에 의존하여 조정되어, 심지어 더 높은 부분 부하에서도, 효율 향상이 달성되고, 가스 터빈의 IGV가 과도하게 넓게 개방되지 않거나 또는 설정된 전력 설정값이 조정될 수 있게 된다.
본 발명의 장점은 또한 가스 및 증기 발전소의 부분 부하에서 화석 연료(가스, 오일)의 추가의 증가된 절약 및 이들과 연계된 더 낮은 운전 비용 및 배출물 및 또한 큰 탄력적인 적용 범위의 실현에 있다.
완전 용접된 플레이트 열교환기(작은 공간 요구를 갖는)의 연속적인 제어 및 사용은 이들 장점에 기여한다.
열원으로서 증기를 사용하는 현재 표준 해결책에 비교하여, 현재까지 이용될 수 없는, 열 회수 증기 발생기의 마지막 열교환기 표면으로부터 배기 가스의 열에너지의 일부가 이제 효율을 증가시키기 위해 그리고 동절기 운전 중에 빙결을 방지하기 위해 가스-터빈 복합 사이클 발전소의 부분 부하 운전에 이용될 수 있다. 열원으로서 고온 응축물을 사용하는 가스-터빈 흡기의 동시 예열 시에, 저압 드럼으로부터 더 높은 발열량의 증기가 증기 터빈에서 계속 사용될 수 있다.
응축물-가열된 열교환기를 가로지르는 가열 마진을 제어하는 결과로서, 열교환기 및 인접한 파이프 라인을 고려하는 운전이 달성되고 열교환기의 동결의 위험이 상당히 감소된다. 신속하고 문제가 없는 시동 및 셧다운이 지원되고, 매우 낮은 열 입력을 갖는 운전이 또한 일정한 제어 품질을 갖고 보장될 수 있는데, 이는 합하여 전체 시스템의 이용 가능성에 긍정적인 효과를 갖는다.
상업적인 영향은 새로운 설비를 위해 그리고 부분 부하에서 빈번히 운전하는 기존의 가스-터빈 복합 사이클 발전소에 대한 개장을 위해, 이들 가능성의 결과로서 개선된 경쟁적인 상황이고, 따라서 연료 비용의 절약이 양호하게 이용될 수 있다.
단위 전력 설정값의 고속 램핑(fast ramping)이 요구되면, 흡기 온도 설정값은 현재 전력 설정값에 기초하여 미리결정될 수 있어, 최대 부하로의 높은 램핑 중에, 이 전력을 달성하기 위한 최대 허용 가능한 온도가 초과되지 않게 된다. 응축물 예열기로부터 고온 응축물 대신에, 전술된 개념은 대안적으로 또한 지역 난방 또는 다른 온수 열원의 사용을 또한 요청할 수 있고 또는 양 열원의 조합으로 또한 구현될 수 있다.
본 발명이 도면을 예로서 참조하여 더 상세히 설명된다. 도면에서, 개략적으로 그리고 실제 축척대로는 아니게:
도 1은 본 발명에 따른 발전소를 도시하고 있다.
도 2는 상이한 대안을 갖는 본 발명에 따른 발전소를 도시하고 있다.
도 1은 본 발명에 관련된 가스 터빈(2) 및 또한, 상당히 간단한 방식으로, 열 회수 증기 발생기(3)의 구성요소를 갖는 발전소(1)를 개략적으로 예로서 도시하고 있다. 가스 터빈(2)의 흡기의 예열은, 가스 터빈(2)의 공기 입구(6)에 연결되어 있는 제1 열교환기(5), 및 완전 용접된 플레이트 열교환기로서 설계되고 응축물 회로(8) 내로 연결되어 있는 제2 열교환기(7)를 갖는, 예를 들어 물/글리콜 혼합물과 같은 열전달 매체로서 적합한 유체를 위한 중간 회로(4)를 거쳐 수행된다. 예를 들어, 쉘-튜브형 열교환기와 같은, 다른 유형의 열교환기가 물론 또한 가능하다. 그러나, 완전 용접된 플레이트 열교환기가 그 치밀성(compactness)에 기인하여 장점을 제공한다. 본 발명에 따르면, 제2 열교환기(7)의 양측에, 즉 1차측 및 2차측의 모두에, 제1 고부하 밸브(10) 및 제2 고부하 밸브(11)가 배열되어 있고, 이들에 병렬로, 제1 고부하 밸브(10) 및 제2 고부하 밸브(11)를 통해서보다 더 작은 관류(througflow)를 위한 제1 저부하 밸브(12) 및 제2 저부하 밸브(13)가 배열되어 있다.
응축물 회로(8)는 열 회수 증기 발생기(3) 내의 응축물 예열기(9), 및 또한 응축물 예열기(9)의 출구(15)를 응축물 예열기(9)의 입구(16)에 연결하는 제1 재순환 라인(14)을 포함하고, 용장 순환 펌프(17)가 제1 재순환 라인(14) 내에 배열되어 있다. 제2 열교환기(7)는 유동 방향에서 재순환 펌프(17)의 하류측에서 제1 재순환 라인(14)으로부터 분기하는 제1 분기 라인(18)에 의해, 그리고 제2 열교환기(7)를 응축물 예열기(9)의 입구(16)에 연결하는 제2 분기 라인(19)에 의해 응축물 회로(8) 내로 합체된다.
제1 고부하 밸브(10) 및 제1 고부하 밸브(10) 주위에서 제1 바이패스 라인(20) 내에 배열된 제1 저부하 밸브(12)는 제1 분기 라인(18)(도 2) 내에 또는 제2 분기 라인(19)(도 1) 내에 함께 배열된다.
응축물 예열기(9) 내의 추가의 가열 없이 제2 열교환기(7) 내에서 냉각되는 응축물의 재순환을 위해, 상이한 가능성이 존재한다. 도 1에 따른 실시예에 따르면, 제2 재순환 라인(21)은 제1 바이패스 라인(20)으로부터 분기하고, 응축물의 유동 방향에서 용장 재순환 펌프(17)의 상류측에서 제1 재순환 라인(14) 내로 개방되어 있다. 도시되지 않은 대안 실시예에 따르면, 제2 재순환 라인(21)은 제2 분기 라인(19)으로부터 직접 분기하고, 또한 응축물의 유동 방향에서 용장 재순환 펌프(17)의 상류측에서 제1 재순환 라인(14) 내로 개방되어 있다. 따라서, 제1 실시예와의 차이점은, 단지 제2 열교환기(7)의 "하류측" 또는 "상류측"에 제1 고부하 밸브(10) 및 제1 저부하 밸브(12)를 배열하는 결과로서 제1 바이패스 라인(20) 또는 제2 재순환 라인(21)으로부터의 분기에 있다.
마지막으로, 도 2는 냉각된 응축물이 용장 재순환 펌프(17)의 상류측으로 재차 공급되지 않고 제2 분기 라인(19)으로부터의 제3 재순환 라인(22)이 제1 분기 라인(18) 내로 직접 개방되어 있는 실시예를 도시하고 있다. 그러나, 이 경우에, 펌프(33)가 제3 재순환 라인(22) 내에 요구된다.
제1 열교환기(5) 및 제2 열교환기(7)에 추가하여, 제2 고부하 밸브(11)는 중간 회로(4) 내에 배열되고, 제2 저부하 밸브(13)는 제2 고부하 밸브(11) 주위에서 제2 바이패스 라인(23) 내에 배열된다. 또한, 제2 열교환기(7) 주위의 제3 바이패스 라인(24), 이어서 정적 혼합기(25)가 중간 회로(4) 내에 배열된다. 제2 고부하 밸브(11)는 도 1에서 3방향 밸브로서 설계되어 있고, 제2 고부하 밸브(11)의 출구(26)는 제2 열교환기(7)의 입구(27)에 연결되고 제3 바이패스 라인(24)은 제2 고부하 밸브(11)의 다른 출구(28)로부터 분기한다. 도 2는 반대 방향으로 동작되는 2개의 개별 제어 밸브(44, 45), 즉 고온 유체 분기 내의(즉, 제2 열교환기(7)를 통한) 하나의 제어 밸브(44) 및 저온 유체 분기 내의(제2 열교환기 주위의) 하나의 제어 밸브(45)를 갖는 대안 실시예를 도시하고 있다.
도 1은 제1 및 제2 고부하 밸브(10, 11) 및 제1 및 제2 저부하 밸브(12, 13)를 제어하기 위한 디바이스(29)를 또한 도시하고 있다. 제어는 이 경우에 특히 상이한 지점에서 측정된 온도 또는 관류에 기초하여 수행된다. 이 목적으로, 발전소(1)는 예열된 흡기를 위한 온도 측정점(34) 및 중간 회로 내의 유체를 위한 온도 측정점(35, 36, 37)을 포함한다. 도 1 및 도 2의 온도 측정점(35)은 중간 회로(4) 내의 재순환 펌프(43)와 제2 바이패스 라인(23)을 위한 분기 사이에 배열되지만, 이는 또한 재순환 펌프(43)의 상류측에서 중간 회로 내에 미리 배열될 수 있고 제2 열교환기(7)의 상류측의 유체의 온도를 제공한다. 온도 측정점(36)은 제2 열교환기(7)의 바로 하류측에 배열되고 응축물과의 열교환 후에 유체의 온도를 제공한다. 온도 측정점(35 및 36)의 측정값의 차이는 가열 마진이라 칭한다. 마지막으로, 온도 측정점(37)에 의해, 유체의 혼합 온도, 즉 제2 열교환기(7)를 통한 또는 그를 지나는 유체 유동을 혼합함으로써 발생하고 제1 열교환기(5)가 가스-터빈 흡기를 가열하기 위해 작용되는 온도가 결정된다. 응축물을 위한 관류 측정점(38, 39)이 도면에서 제2 분기 라인(19) 내에 그리고 제1 재순환 라인(14) 내에 배열된다. 제어의 표현은 도면에 상당히 단순화되어 있다. 실제 제어는 더 복잡하고 복수의 다른 양태에 추가하여 물론 제1 재순환 라인(14) 내의 재순환 펌프(17)의 제어를 또한 포함한다. 제어는 도면에 도시된 바와 같이, 모든 구성요소에 대해 중앙에서 수행될 필요는 없다.
응축물 예열기(9)의 영역 내의 열량이 흡기 예열을 위해 더 이상 충분하지 않으면, 저압 스테이지(30)는 열 회수 증기 발생기(3) 내의 열을 응축물 예열기(9)로 시프트하기 위해 열 회수 증기 발생기(3) 내에서 집적될 수 있다.
이 조치가 여전히 충분하지 않으면, 고압 예열기 바이패스(31)는 응축물 예열기(9)에 더욱 더 많은 열을 시프트하기 위해 추가의 단계에서 열 회수 증기 발생기(3)에서 개방될 수 있다. 이는 도 1에 도시된 바와 같이 고압 드럼(40)을 갖는 고압 영역에 대해서 뿐만 아니라 도 2에 도시된 벤슨 변형예(Benson Variant)에서도 기능한다.
도 2에는 응축물에 전달되는 열량이 더 양호하게 조정될 수 있도록 그 중 하나가 바이패스(42)를 갖는 분할 가열 표면(41)을 갖는 응축물 예열기(9)의 변형예가 또한 도시되어 있다.

Claims (21)

  1. 가스 터빈(2), 열 회수 증기 발생기(3), 및 상기 가스 터빈(2)의 공기 입구(6) 내에 연결되어 있는 제1 열교환기(5) 및 응축물 회로(8) 내로 연결되어 있고 상기 열 회수 증기 발생기(3) 내에 응축물 예열기(9)를 포함하는 제2 열교환기(7)를 갖는 중간 회로(4)를 포함하는 발전소(1)에 있어서,
    제1 고부하 밸브(10) 및 제2 고부하 밸브(11) 및, 이들에 병렬로, 상기 제1 고부하 밸브(10) 및 상기 제2 고부하 밸브(11)보다 더 작은 관류를 위한 제1 저부하 밸브(12) 및 제2 저부하 밸브(13)가 상기 제2 열교환기(7)의 양측에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 발전소(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 응축물 회로(8)는 상기 응축물 예열기(9)의 출구(15)를 상기 응축물 예열기(9)의 입구(16)에 연결하는 제1 재순환 라인(14)을 포함하고, 용장 재순환 펌프(17)가 상기 제1 재순환 라인(14)에 배열되고, 제1 분기 라인(18)이 상기 제1 재순환 라인(14)으로부터 분기하고 상기 제2 열교환기(7) 내로 개방되어 있고, 제2 분기 라인(19)이 상기 제2 열교환기(7)를 상기 응축물 예열기(9)의 입구(16)에 연결하는, 발전소(1).
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 분기 라인(18)은 유동 방향에서 상기 재순환 펌프(17)의 하류측에서 상기 제1 재순환 라인(14)으로부터 분기하는, 발전소(1).
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 고부하 밸브(10)는 상기 제1 분기 라인(18)에 배열되고, 상기 제1 저압 밸브(12)는 상기 제1 고압 밸브(10) 주위에서 제1 바이패스 라인(20)에 배열되는, 발전소(1).
  5. 제2항에 있어서, 상기 제1 고부하 밸브(10)는 상기 제2 분기 라인(19)에 배열되고, 상기 제1 저압 밸브(12)는 상기 제1 고압 밸브(10) 주위에서 제1 바이패스 라인(20)에 배열되는, 발전소(1).
  6. 제4항에 있어서, 제2 재순환 라인(21)이 상기 제2 분기 라인(19)으로부터 분기하고 응축물의 유동 방향에서 상기 용장 재순환 펌프(17)의 상류측에서 상기 제1 재순환 라인(14) 내로 개방되어 있는, 발전소(1).
  7. 제5항에 있어서, 제2 재순환 라인(21)이 상기 제1 바이패스 라인(20)으로부터 분기하고 응축물의 유동 방향에서 상기 용장 재순환 펌프(17)의 상류측에서 상기 제1 재순환 라인(14) 내로 개방되어 있는, 발전소(1).
  8. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 재순환 라인(22)이 상기 제2 분기 라인(19)으로부터 상기 제1 분기 라인(18) 내로 개방되어 있고, 펌프(33)가 상기 제3 재순환 라인(22) 내로 연결되는, 발전소(1).
  9. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 응축물 예열기(9)는 그 중 적어도 하나의 바이패스(42)를 갖는 적어도 2개의 가열 표면(41)을 갖는, 발전소(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 고부하 밸브(11)는 상기 중간 회로(4)에 배열되고, 상기 제2 저부하 밸브(13)는 상기 제2 고부하 밸브(11) 주위에서 제2 바이패스 라인(23)에 배열되고, 상기 제2 열교환기(7) 주위의 제3 바이패스 라인(24), 이어서 정적 혼합기(25)가 또한 상기 중간 회로(4)에 배열되고, 상기 제2 고부하 밸브(11)는 3방향 밸브의 기능을 충족하고, 상기 제2 고부하 밸브(11)의 출구(26)가 상기 제2 열교환기(7)의 입구(27)에 연결되고, 상기 제3 바이패스 라인(24)은 상기 제2 고부하 밸브(11)의 다른 출구(28)로부터 분기하는, 발전소(1).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 고부하 밸브(10, 11) 및 상기 제1 및 제2 저부하 밸브(12, 13)를 제어하기 위한 디바이스(29)를 포함하는, 발전소(1).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 열교환기(7)는 적어도 하나의 완전 용접된 플레이트 열교환기인, 발전소(1).
  13. 발전소(1)의 효율 최적화 및 운전 범위 확장을 위한 방법이며, 상기 발전소(1)는 가스 터빈(2) 및 열 회수 증기 발생기(3)를 포함하고, 유체가 중간 회로(4)에서 유도되고, 이 경우 열이 제1 열교환기(5)를 거쳐 상기 가스 터빈(2)에 의해 유도되는 공기로 전달되고, 상기 열 회수 증기 발생기(3)로부터의 예열된 응축물의 열은 제2 열교환기(7)를 거쳐 유체로 전달되는, 발전소의 효율 최적화 및 운전 범위 확장을 위한 방법에 있어서,
    열 수요에 따라, 응축물은 제1 고부하 밸브(10)를 거쳐 또는 상기 제1 고부하 밸브(10)에 병렬로 연결되고 상기 제1 고부하 밸브(10)보다 더 작은 관류를 위해 설계된 제1 저부하 밸브(12)를 거쳐 유도되는 것을 특징으로 하는, 발전소의 효율 최적화 및 운전 범위 확장을 위한 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 응축물의 적어도 일부는, 예열의 바이패스 하에 유체에 열을 제공한 후에, 예열된 응축물의 유동과 혼합되고, 혼합물은 상기 제2 열교환기(7)에 공급되는, 발전소의 효율 최적화 및 운전 범위 확장을 위한 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 열 수요에 따라, 유체는 제2 고부하 밸브(11)를 거쳐 또는 상기 제2 고부하 밸브(11)에 병렬로 연결되고 상기 제2 고부하 밸브(11)보다 더 작은 관류를 위해 설계된 제2 저부하 밸브(13)를 거쳐 유도되는, 발전소의 효율 최적화 및 운전 범위 확장을 위한 방법.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중간 회로(4)의 가열 마진이 상기 제2 열교환기(7)를 통한 응축물 질량 유량을 위한 제어 변수로서 사용되는, 발전소의 효율 최적화 및 운전 범위 확장을 위한 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 제2 고부하 밸브(11)의 밸브 위치가 상기 제2 열교환기(5)를 통한 응축물 질량 유량을 위한 제어 변수로서 사용되는, 발전소의 효율 최적화 및 운전 범위 확장을 위한 방법.
  18. 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 흡기를 위한 온도 설정값이 상기 발전소(1)의 설정된 전력 설정값의 가스 터빈 비율에 따라 연속적으로 조정되는, 발전소의 효율 최적화 및 운전 범위 확장을 위한 방법.
  19. 제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 저압 스테이지(30)는 상기 열 회수 증기 발생기(3) 내의 열을 상기 응축물 예열기(9)로 시프트하기 위해 상기 열 회수 증기 발생기(3) 내에서 집적되는, 발전소의 효율 최적화 및 운전 범위 확장을 위한 방법.
  20. 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 회수 증기 발생기(3) 내의 고압 예열기 바이패스(31)는 열을 상기 응축물 예열기(9)로 시프트하기 위해 개방되는, 발전소의 효율 최적화 및 운전 범위 확장을 위한 방법.
  21. 제13항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 터빈(2)의 연소기(32)가 부분적으로 셧다운되는, 발전소의 효율 최적화 및 운전 범위 확장을 위한 방법.
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