KR20190108639A - 가스 터빈 복합 사이클 플랜트 및 가스 터빈 복합 사이클 플랜트의 제어 방법 - Google Patents

가스 터빈 복합 사이클 플랜트 및 가스 터빈 복합 사이클 플랜트의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

배열 회수 보일러(12)에서 가열된 가열수로 연료 가스를 가열하는 연료 가스 가열부(30)와, 연료 가스 가열부(30)를 통과한 가열수를 배열 회수 보일러(12)로 되돌리는 가열수 되돌림 라인(31)에 마련된 반송 밸브(32)와, 가열수 되돌림 라인(31)으로부터 분기되며 가열수를 복수기(35)로 되돌리는 복수 라인(34)에 마련된 배출 밸브(36)와, 반송 밸브(32) 및 배출 밸브(36)를 제어하는 제어부(50)를 구비하고, 제어부(50)는 가스 터빈(11)의 무부하 신호가 ON이 된 경우에 반송 밸브(32)를 폐쇄하여, 소정 시간 동안, 배출 밸브(36)의 밸브 개방도를 연료 가스 가열부(30)를 흐르는 가열수의 유량을 줄이는 규정 개방도로 보지한다.

Description

가스 터빈 복합 사이클 플랜트 및 가스 터빈 복합 사이클 플랜트의 제어 방법
본 발명은 가스 터빈에 공급되는 연료 가스를 가열하는 연료 가스 가열기를 구비한 가스 터빈 복합 사이클 플랜트 및 가스 터빈 복합 사이클 플랜트의 제어 방법에 관한 것이다.
본원은 2017년 4월 10일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제 2017-077722 호에 대해서 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래, 가스 터빈의 연소기에 공급되는 연료 가스를 미리 가열하는 연료 가스 가열기를 구비한 가스 터빈 복합 사이클 플랜트가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이러한 종류의 연료 가스 가열기는 연소기의 상류측에 마련되어 있으며, 배열 회수 보일러의 중간 출구(중압 이코노마이저(economizer)의 출구)와 접속된 전열관을 갖는다. 이에 의해, 연료 가스 가열기를 통과하는 연료 가스는 배열 회수 보일러의 중간 출구로부터 유출된 가열수로부터 열을 빼앗아 온도 상승되기 때문에, 가스 터빈에 있어서의 열효율이 향상된다.
일본 특허 공개 제 2001-329806 호 공보
또한, 연료 가스 가열기에는, 상기 연료 가스 가열기를 통과한 가열수를 배열 회수 보일러로 되돌리는 가열수 되돌림 라인과, 이 가열수 되돌림 라인으로부터 분기되며 상기 가열수를 복수기로 되돌리는 복수 라인이 마련되어 있다. 가열수 되돌림 라인에는 가스 터빈의 통상 운전 중에, 연료 가열에 필요한 가열수 유량을 제어하는 반송 밸브가 마련되고, 복수 라인에는 가스 터빈의 기동 또는 정지 동작시에 연료 가열에 필요한 가열수 유량을 제어하는 배출 밸브(dump valve)가 마련되어 있다.
그런데, 가스 터빈에 급격한 부하 변동이 발생하여, 소위 인터 로크 상태가 되면, 연소기에 대한 연료 가스의 공급량을 급격하게 감소시킬 필요가 생긴다. 연료 가스 가열기를 통과하는 연료 가스의 유량이 감소한 경우, 배출 밸브는 완전 폐쇄에서 유량 제어로 전환되고, 반송 밸브는 유량 제어에서 완전 폐쇄로 전환되는 것에 의해, 고온의 가열수가 배열 회수 보일러로 되돌려지는 것을 방지할 수 있다.
그러나, 연료 가스의 공급량이 감소한 경우, 연료 가스의 열 용량은 작아지기 때문에, 연료 가스 가열기를 통과하는 가열수에 의해, 연료 가스의 온도가 급격하게 상승할 우려가 있다. 반송 밸브와 함께 배출 밸브를 완전 폐쇄하는 것에 의해 가열수의 유량을 저감하는 것은 가능하지만, 가열수의 공급 압력이 상승하기 때문에, 잉여의 가열수를 복수기로 되돌릴 필요가 있다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것이며, 배열 회수 보일러에서 가열된 가열수를 연료 가스 가열부의 열원으로 한 경우에, 가스 터빈의 부하 변동시에 발생하는 트러블을 간이하게 해소할 수 있는 가스 터빈 복합 사이클 플랜트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 가스 터빈 복합 사이클 플랜트는 가스 터빈과, 가스 터빈의 배열을 회수하여 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러와, 배열 회수 보일러에서 가열된 가열수를 열원으로 하여, 가스 터빈의 연소기에 공급되는 연료 가스를 가열하는 연료 가스 가열부와, 연료 가스 가열부를 통과한 가열수를 배열 회수 보일러로 되돌리는 가열수 되돌림 라인에 마련된 반송 밸브와, 반송 밸브와 배열 회수 보일러 사이에서 가열수 되돌림 라인으로부터 분기되며 가열수를 복수기로 되돌리는 복수 라인에 마련된 배출 밸브와, 반송 밸브 및 배출 밸브의 동작을 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는 가스 터빈의 부하가 소정 하한값 이하가 된 경우에 반송 밸브를 폐쇄하는 동시에, 소정 시간 동안, 배출 밸브의 밸브 개방도를 연료 가스 가열부를 흐르는 가열수의 유량을 줄이기 위해 정해진 규정 개방도로 보지하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 가스 터빈의 부하가 소정 하한값 이하가 되는 것에 수반하여, 연료 가스 가열부를 흐르는 연료 가스 유량이 감소한 경우, 반송 밸브를 폐쇄하는 동시에 소정 시간 동안, 배출 밸브의 밸브 개방도를 규정 개방도로 보지하는 것에 의해, 연료 가스 가열부에 공급되는 가열수의 유량을 억제할 수 있어서, 연료 가스의 온도가 급격하게 상승하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 가스 터빈의 부하 변동시에 발생하는 트러블을 간이하게 해소할 수 있다.
이 경우, 소정 시간의 경과 후, 제어부는 배출 밸브의 밸브 개방도를 규정 개방도로부터 가스 터빈의 부하에 따라서 산출된 가열수의 목표 유량에 대응하는 목표 개방도까지 단계적으로 크게 하는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 배출 밸브의 밸브 개방도가 규정 개방도로부터 목표 개방도까지 단계적으로 커지기 때문에, 가열수의 유량 증가에 수반하는 연료 가스 온도의 급격한 상승을 방지할 수 있다.
또한, 제어부는 연료 가스 가열부의 출구에 있어서의 상이한 연료 가스 출구 온도마다 단위 시간 당의 가열수의 증가 유량을 나타내는 증가 레이트의 상한값을 규정한 테이블을 기억하고 있으며, 제어부는 측정된 연료 가스 출구 온도에 대응하는 증가 레이트의 상한값 이하의 범위로, 배출 밸브의 밸브 개방도를 제어하여도 좋다. 이 구성에 의하면, 연료 가스 출구 온도에 대응하는 증가 레이트의 상한값 이하의 범위로 배출 밸브의 밸브 개방도를 제어하기 때문에, 연료 가스 온도를 정밀도 양호하게 조정할 수 있다.
또한, 제어부는 소정 시간이 경과하기 전에 가스 터빈의 부하가 소정 하한값을 상회한 경우, 소정 시간의 경과를 기다리지 않고, 배출 밸브의 밸브 개방도를 규정 개방도로부터 목표 개방도까지 단계적으로 크게 하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 가스 터빈의 부하에 대한 추종성을 향상시킬 수 있다.
또한, 배열 회수 보일러에서 발생한 증기에 의해 구동되는 증기 터빈을 구비한 구성으로 하여도 좋다. 이 구성에 의하면, 배열 회수 보일러에서 발생한 증기를 증기 터빈으로 유효하게 이용할 수 있다.
또한, 본 발명은 가스 터빈과, 가스 터빈의 배열을 회수하여 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러와, 배열 회수 보일러에서 가열된 가열수를 열원으로 하여, 가스 터빈의 연소기에 공급되는 연료 가스를 가열하는 연료 가스 가열부와, 연료 가스 가열부를 통과한 가열수를 배열 회수 보일러로 되돌리는 가열수 되돌림 라인에 마련된 반송 밸브와, 반송 밸브와 배열 회수 보일러 사이에서 가열수 되돌림 라인으로부터 분기되며 가열수를 복수기로 되돌리는 복수 라인에 마련된 배출 밸브를 구비한 가스 터빈 복합 사이클 플랜트의 제어 방법에 있어서, 가스 터빈의 부하가 소정 하한값 이하가 되었는지의 여부를 판별하는 단계와, 상기 부하가 소정 하한값 이하가 된 경우에 반송 밸브를 폐쇄하는 동시에, 소정 시간 동안, 배출 밸브의 밸브 개방도를 연료 가스 가열부를 흐르는 가열수의 유량을 줄이기 위해 정해진 규정 개방도로 보지하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이 구성에 의하면, 연료 가스 가열부에 공급되는 가열수의 유량을 억제할 수 있어서, 연료 가스의 온도가 급격하게 상승하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 가스 터빈의 부하 변동시에 발생하는 트러블을 간이하게 해소할 수 있다.
본 발명에 의하면, 가스 터빈의 부하가 소정 하한값 이하가 되는 것에 수반하여, 연료 가스 가열부를 흐르는 연료 가스 유량이 감소한 경우, 반송 밸브를 폐쇄하는 동시에 소정 시간 동안, 배출 밸브의 밸브 개방도를 규정 개방도로 보지하는 것에 의해, 연료 가스 가열부에 공급되는 가열수의 유량을 억제할 수 있으며, 연료 가스의 온도가 급격하게 상승하는 것을 방지할 수 있어서, 가스 터빈의 부하 변동시에 발생하는 트러블을 간이하게 해소할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 따른 복합 사이클 플랜트를 도시하는 계통도이다.
도 2는 배출 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 로직을 설명한 도면이다.
도 3은 배출 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 4는 부하 변동이 있었을 때의 배출 밸브의 밸브 개방도, 연료 가스 온도의 응답을 도시하는 도면이다.
도 5는 다른 실시형태에 따른 배출 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 로직을 설명한 도면이다.
도 6은 배출 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 7은 부하 변동이 있었을 때의 배출 밸브의 밸브 개방도, 연료 가스 온도의 응답을 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명하지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 이하에서 설명하는 실시형태의 구성 요소는 적절히 조합할 수 있다. 또한, 일부의 구성 요소를 이용하지 않는 경우도 있다.
도 1은 본 실시형태에 따른 복합 사이클 플랜트를 도시하는 계통도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 복합 사이클 플랜트(가스 터빈 복합 사이클 플랜트)(10)는 주로 가스 터빈(11), 배열 회수 보일러(12), 증기 터빈(13) 및 복합 사이클 플랜트(10)의 동작을 제어하는 제어부(50)를 구비하여 구성된다. 복합 사이클 플랜트(10)는 가스 터빈(11) 및 증기 터빈(13)의 복합 사이클에 의해 전력 또는 전력 및 열 에너지를 공급하는 플랜트 설비를 말한다. 가스 터빈(11)은 압축기(21)에서 승압시키는 동시에 연소기(22)에서 연소시킨 작동 유체를 터빈(23)에서 팽창시켜 발전기(24)를 구동한다. 가스 터빈(11)의 터빈(23)으로부터 배출되는 배기 가스는 배열 회수 보일러(12)에 도입되고, 증기를 발생하기 위한 열원으로서 이용된다.
배열 회수 보일러(12)는 가스 터빈(11)의 배기 가스와 열교환하는 것에 의해, 증기(수증기)를 발생시키고, 이 증기를 증기 터빈(13)에 공급한다. 증기 터빈(13)은 공급된 증기를 이용하는 것에 의해 미도시의 터빈이 구동되며 발전을 실행한다.
또한, 복합 사이클 플랜트(10)에는 도 1에 도시하는 바와 같이, 가스 터빈(11)의 연소기(22)에 있어서의 열효율을 향상시키기 위해, 연소기(22)에 연료 가스를 공급하는 연료 가스 공급 라인(25)에 연료 가스 가열부(30)가 마련되어 있다. 연료 가스 가열부(30)는 가열수 공급 라인(26)을 거쳐서 배열 회수 보일러(12)의 중간 출구(미도시의 중압 이코노마이저의 출구)와 접속되어 있다. 연료 가스 가열부(30)에서는 연료 가스 공급 라인(25)을 통하여 도입되는 연료 가스와, 가열수 공급 라인(26)을 통하여 도입되는 고온(예를 들면 약 240℃)의 가열수가 열교환되는 것에 의해, 연료 가스가 온도 상승되어 연소기(22)로 인도된다. 연료 가스 공급 라인(25)에 있어서의 연료 가스 가열부(30)의 출구측에는 연료 가스의 출구 온도를 검지하는 연료 가스 온도 센서(27)가 마련되어 있다. 또한, 가열수 공급 라인(26)에는 연료 가스 가열부(30)에 공급되는 가열수의 유량(체적 유량[t/h])을 검지하는 가열수 유량 센서(28)가 마련되어 있다.
연료 가스 가열부(30)의 출구측에는 가열수 되돌림 라인(31)의 일단이 접속되고, 이 가열수 되돌림 라인(31)의 타단은 배열 회수 보일러(12)의 급수 입구에 접속되어 있다. 연료 가스 가열부(30)와 배열 회수 보일러(12) 사이의 가열수 되돌림 라인(31)에는 반송 밸브(32)가 마련되고, 이 반송 밸브(32)가 개방되는 것에 의해, 연료 가스 가열부(30)에서 강온(降溫)된 가열수가 배열 회수 보일러(12)로 반송된다. 또한, 가열수 되돌림 라인(31)은 연료 가스 가열부(30)와 반송 밸브(32) 사이에 분기부(33)를 가지며, 이 분기부(33)에는 복수 라인(34)의 일단이 접속되고, 이 복수 라인(34)의 타단은 증기 터빈(13)의 복수기(35)에 접속되어 있다. 또한, 복수 라인(34)에는 배출 밸브(36)가 마련되어 있으며, 이 배출 밸브(36)가 개방되는 것에 의해, 연료 가스 가열부(30)에서 강온된 가열수가 복수기(35)로 되돌려진다.
이와 같이 구성된 복합 사이클 플랜트(10)에서는 반송 밸브(32) 및 배출 밸브(36)는 가스 터빈(11)의 부하(예를 들면 발전기(24)의 발전량[MW]), 가열수의 유량(체적 유량[t/h]) 등에 근거하여, 제어부(50)에서 개폐 동작이 제어된다.
가스 터빈(11)의 통상 부하 운전시에는, 제어부(50)는 배출 밸브(36)를 폐쇄하는 동시에 반송 밸브(32)의 밸브 개방도를 조정하는 제어를 한다. 구체적으로는, 제어부(50)는 반송 밸브(32)의 밸브 특성을 고려하여, 가스 터빈(11)의 부하에 따른 피드 포워드(feed forward) 제어를 실행한다. 이 경우, 제어부(50)에는 가스 터빈(11)의 부하에 따른 가열수의 목표 유량이 미리 설정되어 있으며, 이 목표 유량이 되도록 반송 밸브(32)의 밸브 개방도를 피드 포워드 제어한다. 한편, 배출 밸브(36)는 주로 가스 터빈(11)의 기동 또는 정지시에 밸브 개방도가 조정 제어된다. 구체적으로는, 제어부(50)는 가열수 되돌림 라인(31)을 흐르는 가열수의 유량과, 가스 터빈(11)의 부하에 따른 가열수의 목표 유량의 차분에 근거하여, 배출 밸브(36)의 밸브 개방도를 피드백 제어한다. 이 경우, 반송 밸브(32)는 폐쇄된다.
그런데, 예를 들면 발전기(24)와 압축기(21) 및 터빈(23)의 연결이 차단된 경우 등, 가스 터빈(11)의 부하가 급격하게 감소한 경우에는 부하의 감소에 맞추어 연소기(22)에 공급되는 연료 가스의 공급량을 감소시킬 필요가 생긴다. 이 경우, 제어부(50)는 반송 밸브(32)의 개방도를 유량 제어로부터 완전 폐쇄로 전환하는 것에 의해, 고온의 가열수가 배열 회수 보일러(12)로 되돌려지는 것을 방지할 수 있다.
그러나, 연료 가스의 공급량이 감소한 경우, 연료 가스의 열 용량은 작아진다. 이 때문에, 배출 밸브(36)의 밸브 개방도를 가열수의 실제 유량과 목표 유량의 차분에 근거하여 단순하게 제어하면, 가열수에 의해 연료 가스가 과잉으로 가열되어, 연료 가스의 온도가 급격하게 상승되는 것이 염려된다.
이 때문에, 본 실시형태에서는 연료 가스의 온도의 급격한 상승을 억제하도록, 배출 밸브(36)의 밸브 개방도를 제어하는 점에 특징을 갖는다. 다음에, 배출 밸브(36)의 밸브 개방도 제어에 대해 설명한다. 도 2는 배출 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 로직을 설명한 도면이다. 도 3은 배출 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 순서를 나타내는 흐름도이다. 또한, 도 4는 부하 변동이 있었을 때의 배출 밸브의 밸브 개방도, 연료 가스 온도의 응답을 도시하는 도면이다.
도 2에 있어서, GTMW는 발전기(24)의 발전량[MW](가스 터빈(11)의 부하)이며, 이 발전량[MW]이 유량 산출부(51)에 전달된다. 유량 산출부(51)는 발전량[MW](부하)의 크기에 근거하여, 연료 가스 가열부(30)에서 연료 가스를 가열하기 위해서 필요한 가열수의 목표 유량(체적 유량[t/h])을 산출한다. 산출된 목표 유량은 가열수 유량 센서(28)(도 1)에서 계측된 가열수 유량과 비교되고, 이들 차분값이 PI 제어부(52)에 입력되어 배출 밸브(36)의 밸브 개방도가 설정된다.
또한, 본 실시형태에서는 발전량[MW]이 소정의 하한값(예를 들면 0[MW]) 이하인 경우, 무부하 신호를 출력하는 구성으로 되어 있으며, 제어부(50)는 무부하 신호를 수신하면, 미리 정해진 소정 시간(예를 들면 10분)이 경과하는 동안, 배출 밸브(36)의 밸브 개방도를 소정의 규정 개방도(예를 들면 10%)로 조정하도록 되어 있다.
다음에, 제어 순서에 대해서 설명한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 제어부(50)는 무부하 신호가 ON, 즉 무부하 신호를 수신하고 있는지의 여부를 판별한다(단계 Sa1). 이 판별에 있어서, 무부하 신호가 ON이 아니면(단계 Sa1; 아니오), 처리를 단계 Sa5로 이행한다. 이에 반하여, 무부하 신호가 ON이면(단계 Sa1; 예), 제어부(50)는 무부하 신호를 수신한 시각을 기준으로 하여 소정 시간(T1)(예를 들면 10분)의 계측을 개시한다. 또한, 제어부(50)는 배출 밸브(36)의 밸브 개방도를 소정의 규정 개방도(예를 들면 10%)로 조정한다(단계 Sa2).
이들 소정 시간(T1)(예를 들면 10분) 및 규정 개방도(예를 들면 10%)의 값은 연료 가스 가열부(30)에 있어서의 가열수의 필요 유량을 확보하면서, 연료 가스 온도의 상승이 기준값을 초과하지 않도록, 예를 들면 시뮬레이션이나 실기 시험 등에 의해 결정되어 있다. 즉, 규정 개방도는 연료 가스 가열부(30)를 흐르는 가열수의 유량을 줄여 연료 가스 온도의 상승을 억제하기 위한 개방도이며, 소정 시간(T1)은 연료 가스 온도의 급격한 상승을 억제하는데 충분한 시간으로 설정되어 있다.
본 실시형태에서는 도 4에 도시하는 바와 같이, 무부하 신호가 ON이 되면 반송 밸브(32)는 폐쇄되고, 배출 밸브(36)의 밸브 개방도가 소정의 규정 개방도(예를 들면 10%)로 조정되기 때문에, 연료 가스 가열부(30)를 흐르는 가열수의 유량을 억제할 수 있다. 이 때문에, 상기한 소정 시간(T1)에 있어서의 무부하 신호가 ON이 된 직후의 연료 가스 온도의 급격한 상승을 방지할 수 있다.
이어서, 제어부(50)는 무부하 신호가 ON이 되고 나서 소정 시간(T1)(예를 들면 10분)이 경과되었는지의 여부를 판별한다(단계 Sa3). 이 판별에 있어서, 소정 시간(T1)(예를 들면 10분)이 경과되어 있는(단계 Sa3; 예) 경우에는 제어부(50)는 가스 터빈(11)의 부하(발전량[MW])에 따라서 산출된 목표 유량과 가열수의 실제 유량의 차분값에 근거하여 배출 밸브(36)의 밸브 개방도를 PI 제어에 의해 설정한다(단계 Sa5). 이에 의하면, 배출 밸브(36)의 밸브 개방도가 조정되는 것에 의해 도 4에 도시하는 바와 같이, 가열수 유량 및 연료 가스 온도가 상승하기 때문에 무부하 신호가 OFF, 즉 가스 터빈(11)의 운전이 개시되었을 때의 시작을 앞당길 수 있다.
한편, 상기 판별에 있어서, 소정 시간(T1)(예를 들면 10분)이 경과되어 있지 않은(단계 Sa3; 아니오) 경우에는 제어부(50)는 무부하 신호가 ON인 그대로인지의 여부를 판별한다(단계 Sa4). 이 판별에 있어서, 무부하 신호가 ON인 그대로 계속되고 있는(단계 Sa4; 예) 경우에는 처리를 단계 Sa3으로 되돌린다. 또한, 무부하 신호가 ON인 그대로 계속되고 있지 않은(단계 Sa4; 아니오)에는, 제어부(50)는 가스 터빈(11)의 부하(발전량[MW])에 따라서 산출된 목표 유량과 가열수의 실제 유량의 차분값에 근거하여 배출 밸브(36)의 밸브 개방도를 PI 제어에 의해 설정한다(단계 Sa5). 이 구성에 의하면, 예를 들면 소정 시간(T1)(예를 들면 10분)이 경과되기 전에 무부하 신호가 OFF, 즉 가스 터빈(11)의 운전이 개시된 경우에는 소정 시간(T1)의 경과를 기다리지 않고 배출 밸브(36)의 밸브 개방도를 제어하기 때문에, 가스 터빈(11)의 부하에 대한 배출 밸브(36)의 밸브 개방도 제어의 추종성을 향상시킬 수 있다.
다음에 다른 실시형태에 대해 설명한다. 상기한 실시형태에서는 가스 터빈(11)의 부하가 급격하게 감소(예를 들면, 부하 차단) 직후의 연료 가스 온도의 상승을 방지하는 구성을 설명했지만, 배출 밸브(36)의 밸브 개방도를 PI 제어로 되돌릴 때에, 가열수 유량이 급격하게 증가하면 연료 가스 온도가 급격하게 상승할 우려가 있다. 이 다른 실시형태에서는, 배출 밸브(36)의 밸브 개방도를 PI 제어로 이행할 때의 밸브 개방도 제어에 관한 것이다. 도 5는 다른 실시형태에 따른 배출 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 로직을 설명한 도면이다. 도 6은 배출 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 순서를 나타내는 흐름도이다. 또한, 도 7은 부하 변동이 있었을 때의 배출 밸브의 밸브 개방도, 연료 가스 온도의 응답을 도시하는 도면이다. 이 다른 실시형태에 있어서, 상기한 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다.
본 실시형태의 제어부(50A)에서는 도 5에 도시하는 바와 같이, 유량 산출부(51)에서 산출된 목표 유량은 증가 레이트 설정부(53)로 출력된다. 증가 레이트 설정부(53)는 예를 들면 무부하 신호가 OFF가 되고, 배출 밸브(36)의 밸브 개방도를 PI 제어로 이행할 때에, 산출된 목표 유량까지의 가열수의 유량의 증가 레이트를 설정한다. 증가 레이트란, 단위 시간 당의 가열수의 증가 유량을 나타내는 값이며, 예를 들면 증가 레이트가 10[(t/h)/min]으로 설정된 경우에는 가열수는 1분마다 10[t/h]유량이 증가하도록 되어 있다. 이에 의해, 증가 레이트 설정부(53)는 소정의 증가 레이트로 산출된 목표 유량까지 단계적으로 증가되어 가는 유량(목표 유량)을 출력한다.
본 실시형태에서는, 증가 레이트 설정부(53)는 연료 가스 가열부(30)의 출구에 있어서의 복수가 상이한 연료 가스 출구 온도에 대응한 증가 레이트의 상한값을 규정한 테이블(미도시)을 구비하고 있으며, 연료 가스 온도 센서(27)(도 1)가 계측한 연료 가스 출구 온도에 근거하여, 증가 레이트의 상한값이 설정된다. 이 증가 레이트의 상한값은 연료 가스 온도의 상승이 기준값을 초과하지 않도록 예를 들면, 시뮬레이션이나 실기 시험 등에 의해 결정할 수도 있다.
증가 레이트 설정부(53)로부터 단계적으로 증가되어 출력되는 목표 유량은 가열수 유량 센서(28)(도 1)에서 계측된 가열수 유량과 비교되고, 이들 차분값이 PI 제어부(52)에 입력되어, 배출 밸브(36)의 밸브 개방도가 설정된다.
다음에, 제어 순서에 대해 설명한다. 이 도 6에서는 배출 밸브(36)의 밸브 개방도를 PI 제어로 되돌릴 때의 제어 순서를 설명한다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 무부하 신호가 OFF 또는 무부하 신호가 ON이 되고 나서 소정 시간(T1)(예를 들면 10분)이 경과하면(단계 Sb1), 제어부(50A)는 연료 가스 온도 센서(27)에 의해 연료 가스 출구 온도를 계측하고, 계측한 연료 가스 출구 온도를 취득한다(단계 Sb2).
이어서, 제어부(50A)는 계측한 연료 가스 출구 온도에 대응하는 가열수의 증가 레이트의 상한값을 판독한다(단계 Sb3). 증가 레이트의 상한값은 증가 레이트 설정부(53)에 마련된 테이블로부터 판독되고, 이 테이블에는 연료 가스 출구 온도와 증가 레이트의 상한값의 관계가 연료 가스 출구 온도마다 규정되어 있다. 이에 의해, 간단한 구성으로 실제 연료 가스 출구 온도에 대응하는 가열수의 증가 레이트의 상한값을 설정할 수 있다. 또한, 연료 가스 출구 온도를 정기적(예를 들면 30초마다)으로 계측하고, 그 때마다 대응하는 증가 레이트의 상한값을 판독하여도 좋다. 이 구성으로는 연료 가스 출구 온도의 변화에 수반하여, 가열수의 증가 레이트의 상한값을 정확하게 설정할 수 있다.
다음에, 제어부(50A)는 가열수의 증가 레이트의 상한값 이하의 범위로, 배출 밸브(36)의 밸브 개방도를 제어한다(단계 Sb4). 구체적으로는, 가열수의 증가 레이트의 상한값에 의해 설정되는 가열수의 목표 유량과, 실제 가열수의 유량의 차분값에 근거하여, 배출 밸브(36)의 밸브 개방도를 PI 제어에 의해 설정한다. 이 구성에 의하면, 배출 밸브(36)의 밸브 개방도는 규정 개방도로부터 목표 개방도까지 단계적으로 커지기 때문에, 도 7에 도시하는 바와 같이, 소정 시간(T1)(예를 들면 10분)이 경과 후에 있어서의 가열수의 유량 증가에 수반하는 연료 가스 온도의 급격한 상승을 방지할 수 있다. 또한, 배출 밸브(36)의 밸브 개방도는 측정된 연료 가스 출구 온도에 대응하는 증가 레이트의 상한값 이하의 범위로 제어되기 때문에, 증가 레이트의 상한값을 초과하여, 가열수의 유량이 증가하는 것이 방지되어, 연료 가스 온도를 정밀도 양호하게 조정할 수 있다.
이상, 설명한 바와 같이 본 실시형태에 따른 복합 사이클 플랜트(10)는 가스 터빈(11)과, 가스 터빈(11)의 배열을 회수하여 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러(12)와, 배열 회수 보일러(12)에서 가열된 가열수를 열원으로 하여, 가스 터빈(11)의 연소기(22)에 공급되는 연료 가스를 가열하는 연료 가스 가열부(30)와, 연료 가스 가열부(30)를 통과한 가열수를 배열 회수 보일러(12)로 되돌리는 가열수 되돌림 라인(31)에 마련된 반송 밸브(32)와, 반송 밸브(32)와 배열 회수 보일러(12) 사이에서 가열수 되돌림 라인(31)으로부터 분기되며 가열수를 복수기(35)로 되돌리는 복수 라인(34)에 마련된 배출 밸브(36)와, 반송 밸브(32) 및 배출 밸브(36)의 동작을 제어하는 제어부(50(50A))를 구비하고, 제어부(50(50A))는 가스 터빈(11)의 무부하 신호가 ON이 된 경우에 반송 밸브(32)를 폐쇄하는 동시에 소정 시간 동안, 배출 밸브(36)의 밸브 개방도를 연료 가스 가열부(30)를 흐르는 가열수의 유량을 줄이기 위해 정해진 규정 개방도로 보지하기 때문에, 연료 가스 가열부(30)를 흐르는 가열수의 유량을 억제할 수 있다. 이 때문에, 상기한 소정 시간에 있어서의 가스 터빈(11)의 무부하 신호가 ON이 된 직후의 연료 가스 온도의 급격한 상승을 방지할 수 있다.
또한, 소정 시간의 경과 후, 제어부(50A)는 배출 밸브(36)의 밸브 개방도를 규정 개방도로부터 가스 터빈(11)의 부하에 따라서 산출된 가열수의 목표 유량에 대응하는 목표 개방도까지 단계적으로 크게 하기 때문에, 소정 시간이 경과 후에 있어서의 가열수의 유량 증가에 수반하는 연료 가스 온도의 급격한 상승을 방지할 수 있다.
또한, 제어부(50A)는 연료 가스 가열부(30)의 출구에 있어서의 상이한 연료 가스 출구 온도마다, 가열수의 증가 레이트의 상한값을 규정한 테이블을 기억하고 있으며, 제어부(50A)는 측정된 연료 가스 출구 온도에 대응하는 증가 레이트의 상한값 이하의 범위로, 배출 밸브(36)의 밸브 개방도를 제어하기 때문에, 증가 레이트의 상한값을 초과하여, 가열수의 유량이 증가하는 것이 방지되어, 연료 가스 온도를 정밀도 양호하게 조정할 수 있다.
또한, 제어부(50A)는 소정 시간이 경과하기 전에 가스 터빈(11)의 부하가 소정 하한값을 상회한 경우, 소정 시간의 경과를 기다리지 않고, 배출 밸브(36)의 밸브 개방도를 규정 개방도로부터 목표 개방도까지 단계적으로 크게 하기 때문에, 가스 터빈(11)이 부하 운전으로 되돌아왔을 때에 상기 부하에 대한 추종성을 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시형태를 설명했지만 본 실시형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 본 실시형태는 그 이외의 여러 가지 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러 가지의 생략, 치환, 변경을 실행할 수 있다. 본 실시형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함되면 마찬가지로, 특허 청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함되는 것이다.
10: 복합 사이클 플랜트(가스 터빈 복합 사이클 플랜트)
11: 가스 터빈 12: 배열 회수 보일러
13: 증기 터빈 22: 연소기
24: 발전기 25: 연료 가스 공급 라인
26: 가열수 공급 라인 27: 연료 가스 온도 센서
28: 가열수 유량 센서 30: 연료 가스 가열부
31: 가열수 되돌림 라인 32: 반송 밸브
34: 복수 라인 35: 복수기
36: 배출 밸브 50, 50A: 제어부
51: 유량 산출부 52: PI 제어부
53: 증가 레이트 설정부

Claims (6)

  1. 가스 터빈과,
    상기 가스 터빈의 배열을 회수하여 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러와,
    상기 배열 회수 보일러에서 가열된 가열수를 열원으로 하여, 상기 가스 터빈의 연소기에 공급되는 연료 가스를 가열하는 연료 가스 가열부와,
    상기 연료 가스 가열부를 통과한 가열수를 상기 배열 회수 보일러로 되돌리는 가열수 되돌림 라인에 마련된 반송 밸브와,
    상기 반송 밸브와 상기 배열 회수 보일러 사이에서 상기 가열수 되돌림 라인으로부터 분기되며 상기 가열수를 복수기로 되돌리는 복수 라인에 마련된 배출 밸브와,
    상기 반송 밸브 및 상기 배출 밸브의 동작을 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는 상기 가스 터빈의 부하가 소정 하한값 이하가 된 경우에,
    상기 반송 밸브를 폐쇄하는 동시에 소정 시간 동안, 상기 배출 밸브의 밸브 개방도를 상기 연료 가스 가열부를 흐르는 상기 가열수의 유량을 줄이기 위해 정해진 규정 개방도로 보지하는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈 복합 사이클 플랜트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정 시간의 경과 후, 상기 제어부는 상기 배출 밸브의 밸브 개방도를 상기 규정 개방도로부터 상기 가스 터빈의 부하에 따라서 산출된 상기 가열수의 목표 유량에 대응하는 목표 개방도까지 단계적으로 크게 하는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈 복합 사이클 플랜트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 연료 가스 가열부의 출구에 있어서의 상이한 연료 가스 출구 온도마다, 단위 시간 당의 상기 가열수의 증가 유량을 나타내는 증가 레이트의 상한값을 규정한 테이블을 기억하고 있으며, 상기 제어부는 측정된 연료 가스 출구 온도에 대응하는 상기 증가 레이트의 상한값 이하의 범위로, 상기 배출 밸브의 밸브 개방도를 제어하는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈 복합 사이클 플랜트.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 소정 시간이 경과하기 전에 상기 가스 터빈의 부하가 소정 하한값을 상회한 경우, 상기 소정 시간의 경과를 기다리지 않고, 상기 배출 밸브의 밸브 개방도를 상기 규정 개방도로부터 상기 목표 개방도까지 단계적으로 크게 하는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈 복합 사이클 플랜트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기에 의해 구동되는 증기 터빈을 구비한 것을 특징으로 하는
    가스 터빈 복합 사이클 플랜트.
  6. 가스 터빈과, 상기 가스 터빈의 배열을 회수하여 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러와, 상기 배열 회수 보일러에서 가열된 가열수를 열원으로 하여, 상기 가스 터빈의 연소기에 공급되는 연료 가스를 가열하는 연료 가스 가열부와, 상기 연료 가스 가열부를 통과한 가열수를 상기 배열 회수 보일러로 되돌리는 가열수 되돌림 라인에 마련된 반송 밸브와, 상기 반송 밸브와 상기 배열 회수 보일러 사이에서 상기 가열수 되돌림 라인으로부터 분기되며 상기 가열수를 복수기로 되돌리는 복수 라인에 마련된 배출 밸브를 구비한 가스 터빈 복합 사이클 플랜트의 제어 방법에 있어서,
    상기 가스 터빈의 부하가 소정 하한값 이하가 되었는지의 여부를 판별하는 단계와,
    상기 부하가 소정 하한값 이하가 된 경우에 상기 반송 밸브를 폐쇄하는 동시에 소정 시간 동안, 상기 배출 밸브의 밸브 개방도를 상기 연료 가스 가열부를 흐르는 상기 가열수의 유량을 줄이기 위해 정해진 규정 개방도로 보지하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는
    가스 터빈 복합 사이클 플랜트의 제어 방법.
KR1020197026107A 2017-04-10 2018-04-04 가스 터빈 복합 사이클 플랜트 및 가스 터빈 복합 사이클 플랜트의 제어 방법 KR102354552B1 (ko)

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