KR20210011017A - 복합 발전 설비 및 그 운용 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 고습분 공기를 이용한 가스 터빈을 적용함으로써, 복합 발전 설비의 기동 시간 단축(정격 부하 도달까지의 시간을 단축) 및 기동 시에 고효율 운용을 가능하게 하는 복합 발전 설비의 운용 방법을 제공한다. 본 발명의 복합 발전 설비의 운용 방법은, 가스 터빈과, 해당 가스 터빈의 배기 가스를 열원으로 하여 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러와, 해당 배열 회수 보일러에서 발생한 증기에 의해 구동되는 증기 터빈을 구비하고, 상기 가스 터빈으로서, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기를 연소기에 주입하도록 구성된 고습분 연소 가스 터빈을 적용한 복합 발전 설비의 운용 방법이며, 상기 고습분 연소 가스 터빈의 기동 시에, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기의 전량을, 상기 연소기를 통해 상기 고습분 연소 가스 터빈에 주입하여 기동하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 복합 발전 설비(컴바인드 사이클 발전 설비: C/C) 및 그 운용 방법에 관한 것으로, 특히, 연소용 공기에 습분을 첨가해서 가습하는 고습분 공기를 이용한 가스 터빈을 적용한 것에 적합한 복합 발전 설비 및 그 운용 방법에 관한 것이다.
복합 발전 설비는, 가스 터빈에 증기 터빈과 배열 회수 보일러를 조합하고, 가스 터빈에서 나온 배열을 이용하여 배열 회수 보일러에서 증기를 발생시켜, 그 증기를 증기 터빈에 공급해서 발전시키는 것이다(특허문헌 1을 참조).
이 복합 발전 설비의 일 구성예를, 도 1을 사용하여 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 복합 발전 설비는, 가스 터빈(3)과, 증기 터빈(9)과, 배열 회수 보일러(5)로 개략 구성되어 있다.
가스 터빈(3)는, 연소기(2)와 압축기(1)를 구비하고, 압축기(1)로 흡입한 공기를 고압화하고, 그 고압 공기에 가스 터빈 연료 가스를 첨가해서 연소기(2)로 연소 가스를 생성하고, 이 생성된 연소 가스를 구동 가스로서 가스 터빈(3)을 구동시키고 있다.
이때, 압축기(1)로 압축한 압축 공기에 수분을 첨가하여, 연소기(2)에 공급하는 작동유체의 유량을 증가시킴으로써, 가스 터빈(3)의 출력을 증가시키도록 한 기술이, 고습분 이용 가스 터빈 시스템이다.
한편, 배열 회수 보일러(5)는, 가스 터빈(3)로부터의 배기 가스와 저압 급수 펌프(12)로부터의 급수의 열교환을 행하여, 증기 터빈(9)의 구동 증기를 발생시키고 있다. 또한, 배열 회수 보일러(5)는, 각각 압력 레벨이 다른 증기를 발생하는 고압 절탄기, 고압 증발기, 과열기로 구성되는 고압계와, 저압 절탄기, 저압 증발기로 구성되는 저압계로 이루어져 있다.
또한, 고압 드럼(7), 저압 드럼(6)에 공급된 급수는, 고압 증발기, 저압 증발기에서 포화 증기로 된다. 고압 포화 증기는, 과열기로 가열되어 고압 증기로 된다. 고압 증기 및 저압 증기는, 구동용 증기로서 증기 터빈(9)에 공급된다.
다음으로, 증기 터빈(9)에, 증기를 공급하는 계통을 설명한다.
우선, 배열 회수 보일러(5)의 고압 절탄기로 공급된 급수는, 고압 절탄기에서 가스 터빈(3)으로부터의 배기 가스와 열교환을 행하고, 고압 드럼(7) 및 고압 증발기에서 포화 증기로 된다. 그 포화 증기는, 과열기로 가열되어 과열 증기로 되고, 고압 증기로서 증기 터빈(9)에 공급된다.
또한, 배열 회수 보일러(5)의 저압 절탄기로 공급된 급수는, 저압 절탄기에서 가스 터빈(3)으로부터의 배기 가스와 열교환을 행하고, 저압 드럼(6) 및 저압 증발기에서 포화 증기로 된다. 그 포화 증기는, 저압 증기로서 증기 터빈(9)에 공급된다. 증기 터빈(9)의 배기는, 복수기(11)로 배출된다.
또한, 도 1에 있어서, 4는 가스 터빈용 발전기, 8은 고압 급수 펌프, 10은 증기 터빈용 발전기, 13은 그랜드 증기 복수기, 14는 배기 가스를 배기하는 배기탑이다.
그러나, 종래의 복합 발전 설비는, 가스 터빈(3)의 기동 후, 보터밍 설비인 증기 터빈(9)의 메탈 매칭(증기 터빈(9)의 메탈 온도와 통기 증기 온도차의 열응력 제한에 의한 온도 변화폭 및 온도 변화율의 제한)의 관점에서, 가스 터빈(3)의 승속률, 부하 변화율의 제한이 있고, 핫 기동에서도 복합 발전 설비로서의 정격 부하 도달까지는, 가스 터빈(3)의 점화 후 50분 정도가 걸려, 상당한 시간을 요하고 있었다.
또한, 가스 터빈(3)의 기동 시의 복합 발전 설비의 부분 부하 시 성능(발전 단 효율)은, 가스 터빈(3)의 부하에 의존하는 증기 유량 특성에 의존(배기 가스 온도 특성에 의존)하고, 급격한 부하 상승을 할 수 없기 때문에, 효율 상승률도 제한되고 있었다.
본 발명은 상술한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는바는, 고습분 공기를 이용한 가스 터빈을 적용함으로써, 복합 발전 설비의 기동 시간 단축(정격 부하 도달까지의 시간을 단축), 및 기동 시에 고효율 운용을 가능하게 하는 복합 발전 설비 및 그 운용 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 복합 발전 설비는, 상기 목적을 달성하기 위해서, 가스 터빈과, 해당 가스 터빈의 배기 가스를 열원으로 하여 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러와, 해당 배열 회수 보일러에서 발생한 증기에 의해 구동되는 증기 터빈을 구비하고, 상기 가스 터빈으로서, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기를 연소기에 주입하도록 구성된 고습분 연소 가스 터빈을 적용한 복합 발전 설비이며, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기의 상기 연소기를 통해 상기 고습분 연소 가스 터빈에 주입하는 양을 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 고습분 연소 가스 터빈의 기동 시에, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기의 상기 고습분 연소 가스 터빈에 주입하는 양을 상기 제어 장치로 제어하고, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기의 전량을 상기 연소기를 통해 상기 고습분 연소 가스 터빈에 주입하여 기동하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 복합 발전 설비의 운용 방법은, 상기 목적을 달성하기 위해서, 가스 터빈과, 해당 가스 터빈의 배기 가스를 열원으로 하여 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러와, 해당 배열 회수 보일러에서 발생한 증기에 의해 구동되는 증기 터빈을 구비하고, 상기 가스 터빈으로서, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기를 연소기에 주입하도록 구성된 고습분 연소 가스 터빈을 적용한 복합 발전 설비의 운용 방법이며, 상기 고습분 연소 가스 터빈의 기동 시에, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기의 전량을, 상기 연소기를 통해 상기 고습분 연소 가스 터빈에 주입하여 기동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 고습분 공기를 이용한 가스 터빈을 적용함으로써, 복합 발전 설비의 기동 시간 단축(정격 부하 도달까지의 시간을 단축), 및 기동 시에 고효율 운용을 가능하게 할 수 있다.
도 1은 종래의 복합 발전 설비를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 복합 발전 설비의 실시예 1을 나타내는 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명의 복합 발전 설비의 실시예 1에 있어서의 고습분 연소 가스 터빈을 적용했을 때의 복합 발전 설비의 기동 운전 수순을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 복합 발전 설비의 실시예 1에 있어서의 고습분 연소 가스 터빈을 적용했을 때의 기동 특성과 종래의 복합 발전 설비의 기동 특성을 비교해서 나타내는 특성도이다.
도 5는 본 발명의 복합 발전 설비의 실시예 1에 있어서의 고습분 연소 가스 터빈을 적용했을 때의 부하 운용 특성(고속 부하 변화 대응 운용)과 종래의 복합 발전 설비의 부하 운용 특성(고속 부하 변화 대응 운용)을 비교해서 나타내는 특성도이다.
도 2는 본 발명의 복합 발전 설비의 실시예 1을 나타내는 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명의 복합 발전 설비의 실시예 1에 있어서의 고습분 연소 가스 터빈을 적용했을 때의 복합 발전 설비의 기동 운전 수순을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 복합 발전 설비의 실시예 1에 있어서의 고습분 연소 가스 터빈을 적용했을 때의 기동 특성과 종래의 복합 발전 설비의 기동 특성을 비교해서 나타내는 특성도이다.
도 5는 본 발명의 복합 발전 설비의 실시예 1에 있어서의 고습분 연소 가스 터빈을 적용했을 때의 부하 운용 특성(고속 부하 변화 대응 운용)과 종래의 복합 발전 설비의 부하 운용 특성(고속 부하 변화 대응 운용)을 비교해서 나타내는 특성도이다.
이하, 도시한 실시예에 기초하여 본 발명의 복합 발전 설비 및 그 운용 방법을 설명한다.
또한, 각 도면에 있어서, 동일 구성 부품에는 동일한 부호를 사용한다.
실시예 1
도 2에, 본 발명의 복합 발전 설비의 실시예 1의 개략 구성을 나타낸다.
도 2에 도시한 본 실시예의 복합 발전 설비는, 종래의 복합 발전 설비와 마찬가지로, 가스 터빈과, 배기 가스를 열원으로 하여 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러(5)와, 이 배열 회수 보일러(5)에서 발생된 증기에 의해 구동되는 증기 터빈(9)을 구비하고 있지만, 본 실시예에서는, 가스 터빈으로서, 배열 회수 보일러(5)에서 발생된 증기를 연소기에 주입하도록 구성된 고습분 연소 가스 터빈(3a)을 적용한 복합 발전 설비이다. 이에 수반하여 압축기는, 고습분 압축기(1a), 연소기는 고습분 연소기(2a)를 적용하고 있다.
그리고, 본 실시예에서는, 배열 회수 보일러(5)에서 발생된 증기의 고습분 연소기(2a)를 통해 고습분 연소 가스 터빈(3a)에 주입하는 양을 제어하는 제어 장치(32)를 구비하고, 고습분 연소 가스 터빈(3a)의 기동 시에, 배열 회수 보일러(5)에서 발생된 증기의 고습분 연소 가스 터빈(3a)에 주입하는 양을 제어 장치(32)로 제어하고, 배열 회수 보일러(5)에서 발생된 증기(고압 증기)의 전량을 고습분 연소기(2a)를 통해 고습분 연소 가스 터빈(3a)에 주입하여, 고습분 연소 가스 터빈(3a)을 기동하도록 하고 있다.
또한, 본 실시예에서는, 고습분 연소 가스 터빈(3a)의 안정 운전 후, 배열 회수 보일러에서 발생한 저압 증기에 의해 증기 터빈(9)을 난기 운전하고, 증기 터빈(9)의 메탈 온도를 통기 증기 온도차의 열응력 제한에 의한 온도 변화폭 및 온도 변화율의 규정 온도까지 높인 후, 고습분 연소 가스 터빈(3a)으로 통기하고 있던 증기(고압 증기)를 증기 터빈(9)에의 통기로 전환하여 복합 발전 운용으로 하고, 고습분 연소 가스 터빈(3a)의 고속 부하 변화 운용 시에는, 증기 터빈(9)에 통기하고 있던 증기(고압 증기)의 전량을 고습분 연소 가스 터빈(3a)에의 통기로 전환하여 운용하도록 하고 있다.
본 실시예의 제어 장치(32)에는, 배열 회수 보일러(5)의 저압 드럼 출구 증기 압력 P1, 저압 드럼 출구 증기 온도 T1, 저압 드럼 출구 증기 유량 F1, 증기 터빈 입구 저압 증기 압력 P2, 증기 터빈 입구 저압 증기 온도 T2, 저압 증기 바이패스 유량 F2, 과열기 출구 증기 압력 P3, 과열기 출구 증기 온도 T3, 과열기 출구 증기 유량 F3, 증기 터빈 입구 고압 증기 압력 P4, 증기 터빈 입구 고압 증기 온도 T4, 고압 증기 바이패스 유량 F4, 가스 터빈 증기 분사 압력 P5, 가스 터빈 증기 분사 온도 T5, 가스 터빈 증기 분사 유량 F5, 후술하는 물 회수 장치(15)에서의 회수수 유량 F6, 압축기 입구 공기 압력 P7, 압축기 입구 공기 유량 F7, 압축기 출구 공기 압력 P8, 연료 유량 F9, 가스 터빈 배기 압력 P10, 가스 터빈 배기 온도 T10, 가스 터빈 발전기 출력 E1, 증기 터빈 발전기 출력 E2, 가스 터빈 발전기 회전수 R1 및 증기 터빈 발전기 회전수 R2가 계측 신호로서 입력되어, 저압 증기 바이패스 밸브(25), 고압 증기 바이패스 밸브(26), 가스 터빈 증기 분사 밸브(27), 고압 증기 가감 밸브(28), 저압 증기 가감 밸브(29), 압축기 입구 안내익(30) 및 연료 유량 조절 밸브(31)의 개폐를 제어하도록 하고 있다.
배열 회수 보일러(5)의 저압 드럼 출구 증기 압력 P1, 저압 드럼 출구 증기 온도 T1, 저압 드럼 출구 증기 유량 F1, 증기 터빈 입구 저압 증기 압력 P2, 증기 터빈 입구 저압 증기 온도 T2, 저압 증기 바이패스 유량 F2, 과열기 출구 증기 압력 P3, 과열기 출구 증기 온도 T3, 과열기 출구 증기 유량 F3, 증기 터빈 입구 고압 증기 압력 P4, 및 증기 터빈 입구 고압 증기 온도 T4는, 기동으로부터 부하 운전까지 배열 회수 보일러(5)와 증기 터빈(9)의 안정 운전을 근거로 한 협조 제어 신호로서 제어 장치(32)에 도입되고, 고압 증기 바이패스 유량 F4는, 복수기(11)에의 유입 증기량의 과대 시 보호 동작으로서 신호를 제어 장치(32)에 도입하고 있다.
본 실시예에서는, 배열 회수 보일러(5)에서 발생된 증기의 과열기 출구 증기 압력 P3, 과열기 출구 증기 온도 T3 및 과열기 출구 증기 유량 F3이 제어 장치(32)에 입력되고, 제어 장치(32)로 과열기(24)의 출구 증기 조건을 확립하였다고 판단한 후에는 증기 분사 계통의 난기 운전을 개시하고, 증기 분사 계통의 난기 운전이 종료된 후에, 제어 장치(32)로부터의 명령에 기초하여 가스 터빈 증기 분사 밸브(27)를 개방하고, 배열 회수 보일러(5)에서 발생된 증기(고압 증기)의 전량을 고습분 연소기(2a)를 통해 고습분 연소 가스 터빈(3a)에 주입하고 있다.
즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 과열기(24)의 출구 증기 조건 확립은, 과열기 출구 증기 압력 P3, 과열기 출구 증기 온도 T3 및 과열기 출구 증기 유량 F3의 조건 확립을 의미하고, 이 조건이 확립된 후, 증기 분사 계통의 난기(난관) 난기 운전 개시로 되고, 가스 터빈 증기 분사 밸브(27)의 개방 동작은, 증기 분사 계통의 난기 운전이 종료된 후로 된다.
가스 터빈 증기 분사 밸브(27)를 개방한 후에는 배열 회수 보일러(5)의 출구 증기 압력이 내려가지 않도록, 제어 장치(32)로 복수기(11)의 상류측에 설치되고 있는 고압 증기 바이패스 밸브(26)를 제어하면서 가스 터빈 증기 분사 밸브(27)를 개방 제어하고, 최종적으로는, 배열 회수 보일러(5)에서 발생된 증기(고압 증기)의 전량을 고습분 연소기(2a)를 통해 고습분 연소 가스 터빈(3a)에 주입하고 있다.
또한, 가스 터빈 증기 분사 밸브(27)의 개방은, 가스 터빈 증기 분사 압력 P5 및 가스 터빈 증기 분사 온도 T5가, 고습분 연소 가스 터빈(3a)의 통기 조건에 도달하였음을 제어 장치(32)로 확인하여 행해진다.
즉, 배열 회수 보일러(5)의 출구로부터 고습분 연소 가스 터빈(3a)의 입구, 터빈 바이패스 계통의 난기 운전 완료(난기 운전 완료 조건은, 증기 터빈 입구 고압 증기 온도 T4와 가스 터빈 증기 분사 온도 T5가 규정 온도 이상에서 완료) 후에는 고습분 연소 가스 터빈(3a)의 입구의 가스 터빈 증기 분사 압력 P5 및 가스 터빈 증기 분사 온도 T5가, 가스 터빈 통기 조건에 도달하였음을 제어 장치(32)로 확인하고, 가스 터빈 증기 분사 밸브(27)를 개방한다.
단, 배열 회수 보일러(5)의 출구 증기 압력이 내려가지 않도록, 고압 증기 바이패스 밸브(26)를 제어 장치(32)로 제어하면서 가스 터빈 증기 분사 밸브(27)를 개방한다.
또한, 부하 상승 시에는, 연료 유량 F9와 압축기 입구 공기 압력 유량 F7의 비율로 설정되는 연공비와 규정 습분량보다 저NOX상 필요한 증기량과 출력 증가용 증기량을 연산하여, 가스 터빈 증기 분사 밸브(27)를 개방한다. 그 때, 가스 터빈 증기 분사 밸브(27)의 개방 제어의 피드백 신호로서, 가스 터빈 증기 분사 유량 F5를 사용한다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 저압 증기 바이패스 밸브(25) 및 고압 증기 바이패스 밸브(26)는, 가스 터빈 점화 후에는 개방 동작하고, 고압 증기 바이패스 밸브(26)는, 가스 터빈 증기 분사 밸브(27)로 배열 회수 보일러(5)에서 발생된 고압 증기를 전량 통기 상태에서 완전 폐쇄가 된다.
고압 증기 가감 밸브(28)는, 과열기(24)의 출구 증기 조건(과열기 출구 증기 압력 P3 및 과열기 출구 증기 온도 T3) 확립 후, 증기 터빈 입구 고압 증기 압력 P4 및 증기 터빈 입구 고압 증기 온도 T4가, 증기 터빈(9)의 통기 조건에 도달하였음을 확인하여 개방 제어한다.
저압 증기 바이패스 밸브(25)는, 증기 터빈(9)의 난기 운전 개시 이후에 저압 증기 가감 밸브(29)를 제어하여 완전 폐쇄가 된다.
또한, 고습분 연소 가스 터빈(3a)의 기동 초기 시에는, 배열 회수 보일러(5)의 발생 증기가 고습분 연소 가스 터빈(3a) 및 증기 터빈(9)의 통기 조건 확립까지는, 배열 회수 보일러(5)의 발생 증기를 저압 증기 바이패스 밸브(25), 고압 증기 바이패스 밸브(26)를 통해 복수기(11)로 배출하는 바이패스 계통 설비를 구비하고 있다.
또한, 배열 회수 보일러(5)의 저압 증발기(22) 및 고압 증발기(23)로부터의 발생 증기가 증기 터빈(9)의 통기 조건을 확립한 후에는, 증기 터빈(9)의 상류측에 마련된 고압 증기 가감 밸브(28) 및 저압 증기 가감 밸브(29)를 통해 배열 회수 보일러(5)의 발생 증기를 증기 터빈(9)에 도입하고, 증기 에너지를 증기 터빈용 발전기(10)를 통해 전기 출력으로서 회수하는 증기 터빈 설비를 구비하고 있다.
또한, 본 실시예에서는, 배열 회수 보일러(5)의 하류측에 설치되고, 고습분 연소 가스 터빈(3a)으로 통기한 증기와 연소 생성에서 발생된 수증기를 회수하는 물 회수 장치(15)를 구비하고, 이 물 회수 장치(15)에서 회수된 수증기를, 배열 회수 보일러(5)의 급수로서 재이용하고 있다.
즉, 물 회수 장치(15)는, 내부에 충전물(16)이 충전되고, 배기 가스를 배기하는 배기탑(14)을 구비하고 있으며, 물 회수 장치(15) 내의 수증기는, 물 회수 순환 펌프(17)로 회수되어 물 회수 순환수 냉각기(18)로 냉각된 후, 순환수로서 물 회수 장치(15)로 되돌아간다.
물 회수 순환수 냉각기(18)로 냉각된 후의 순환수의 일부(회수수)는, 보급수 탱크(19)에 저류되고, 이 보급수 탱크(19) 내의 회수수를, 회수 수송수 펌프(20)를 통해 저압 급수 펌프(12)로 공급되는 보일러 급수를 배열 회수 보일러(5)로 공급하는 계통에 도입하고, 배열 회수 보일러(5)의 급수로서 재이용하는 것이다.
이와 같은 본 실시예에 의한 효과를, 도 4 및 도 5를 사용하여 설명한다.
도 4는, 본 실시예에 있어서의 고습분 연소 가스 터빈을 적용했을 때의 기동 특성과 종래의 복합 발전 설비의 기동 특성을 비교해서 나타내고, 도 5는, 본 실시예에 있어서의 고습분 연소 가스 터빈을 적용했을 때의 부하 운용 특성(고속 부하 변화 대응 운용)과 종래의 복합 발전 설비의 부하 운용 특성(고속 부하 변화 대응 운용)을 비교해서 나타내는 것이다.
도 4 및 도 5의 (a)는 횡축에 시간, 종축에 부하 운전의 비율을, 도 4 및 도 5의 (b)는 횡축에 시간, 종축에 발전단 효율, 도 4 및 도 5의 (c)는 횡축에 시간, 종축에 증기 유량을 나타낸다.
도 4의 고습분 연소 가스 터빈을 적용했을 때의 기동 특성 및 도 5의 고습분 연소 가스 터빈을 적용했을 때의 부하 운용 특성(고속 부하 변화 대응 운용) 중 어느 경우에도, 본 실시예 (A) 쪽이 종래의 복합 발전 설비 (B)보다, 고습분 연소 가스 터빈(3a)의 기동 시간이 단축되어 있음을 알 수 있다.
특히, 본 실시예 (A)에서는, 고습분 연소 가스 터빈(3a)의 기동 초기 단계에, 배열 회수 보일러(5)에서 발생된 증기(고압 증기)의 전량을 고습분 연소 가스 터빈(3a)에 주입하고, 복합 발전 설비의 부하로서 약 90％ 부하 상당까지 고습분 연소 가스 터빈(3a)을 단독 운전함으로써, 고습분 연소 가스 터빈(3a)의 점화로부터 90％ 부하(복합 발전 설비의 100％ 부하 시 발전단 출력을 기준으로 한 상대값)까지의 기동 시간을 1/5(약 10분)로 단축하는 것이 가능해진다.
또한, 고습분 연소 가스 터빈(3a)의 안정 운전 후, 증기 터빈(9)을 난기 운전하고, 증기 터빈(9)의 메탈 온도를 통기 증기 온도차의 열응력 제한에 의한 온도 변화폭 및 온도 변화율의 규정 온도까지 높인 후, 고습분 연소 가스 터빈(3a)으로 통기하고 있던 증기 중, 가스 터빈으로부터 배출되는 질소산화물(NOx)을 저감하기 위한 주입분을 제외한 나머지 증기를 증기 터빈(9)에 통기하여 복합 발전 운용으로 함으로써, 복합 발전 설비의 고효율 운전이 가능해진다.
또한, 고습분 연소 가스 터빈(3a)의 기동 시에, 배열 회수 보일러(5)에서 발생된 증기(고압 증기)의 전량을 고습분 연소 가스 터빈(3a)에 주입함으로써, 고습분 연소 가스 터빈(3a)의 기동 시간 및 기동 시의 부분 부하 시 성능(발전단 효율)을 향상시키는 것이 가능해진다.
즉, 일반적인 복합 발전 설비에 있어서의 기동 운전에서는, 보터밍 설비(증기 터빈)의 열응력 제한에 의해, 증기 터빈의 부하 운전의 개시 시점에서의 가스 터빈의 운전 상태는 부분 부하 운전으로 되어 있으며, 거기에서부터 정격을 향해 부하를 상승시키는 운용으로 되고 있었다.
이에 반하여, 본 실시예에서는, 증기 터빈의 부하 운전 개시 전(가스 터빈과 증기 터빈의 복합 운용 전)에 고습분 연소 터빈을 단독으로 정격 부하까지 도달시키고, 그 상태로부터 복합 운용으로 이행시키고 있다. 따라서, 복합 발전 설비가 정격 부하까지 도달되는 기간에 있어서의, 가스 터빈의 정격 부하 운전 기간의 비율이 높아져서, 기동 시의 열효율을 향상시킨 운전이 가능해진다.
또한, 고습분 연소 가스 터빈(3a)의 고속 부하 변화 운용 시에는, 증기 터빈(9)으로 통기하고 있던 증기(고압 증기)의 전량을 고습분 연소 가스 터빈(3a)에의 통기로 전환하여 운용함으로써, 고속 부하 응답이 가능해진다.
또한, 본 실시예에 있어서의 복합 발전 설비의 제어 장치는, 복합 발전 설비의 통상 기동 모드와 통상 부하 운전 모드에 더하여, 기동 시간 단축 운용 모드와 고속 부하 변화 운용 모드를 구비하고 있다.
기동 시간 단축 운용 모드는, 복합 발전 설비의 기동 시, 배열 회수 보일러에서 발생한 고압 증기의 전량을 고습분 연소 가스 터빈의 연소기에 주입하여 고습분 연소 가스 터빈을 정격 부하까지 상승시킴과 함께, 배열 회수 보일러에서 발생한 저압 증기에 의한 증기 터빈의 난기가 완료된 후, 고압 증기를 증기 터빈에 통기시킨다. 기동 시간 단축 운용 모드를 가동시킴으로써, 상술한 바와 같이 고습분 연소 가스 터빈을 정격 부하까지 급속 기동시키는 것이 가능하게 되어, 기동 시간을 대폭 단축시킬 수 있다. 또한, 기동 시에 있어서의 가스 터빈의 열효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 고속 부하 변화 운용 모드는, 복합 발전 설비의 기동 완료 후의 부하 운전 시, 증기 터빈에 통기시키는 고압 증기의 공급처를 연소기로 전환하여, 고습분 연소 가스 터빈을 단독 운전시킨다. 고속 부하 변화 운용 모드에서는, 증기 터빈과 가스 터빈의 복합 운전(열성능 중시 운전)으로부터 고습분 연소 가스 터빈의 단독 운전(부하 응답성 중시 운전)으로 이행한다. 고습분 연소 가스 터빈에 의한 단독 운전이기 때문에, 보터밍 설비(증기 터빈)의 열응력 제한에 구속되는 경우가 없어지게 되어, 고속의 부하 변화 운전이 가능해진다.
또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형예가 포함된다.
예를 들어, 상기한 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해서 상세히 설명한 것으로, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 어떤 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것이 가능하며, 또한, 어떤 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성 일부에 대하여, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.
1: 압축기
1a: 고습분 압축기
2: 연소기
2a: 고습분 연소기
3: 가스 터빈
3a: 고습분 연소 가스 터빈
4: 가스 터빈용 발전기
5: 배열 회수 보일러
6: 저압 드럼
7: 고압 드럼
8: 고압 급수 펌프
9: 증기 터빈
10: 증기 터빈용 발전기
11: 복수기
12: 저압 급수 펌프
13: 그랜드 증기 복수기
14: 배기탑
15: 물 회수 장치
16: 충전물
17: 물 회수 순환 펌프
18: 물 회수 순환수 냉각기
19: 보급수 탱크
20: 회수 수송수 펌프
21: 절탄기
22: 저압 증발기
23: 고압 증발기
24: 과열기
25: 저압 증기 바이패스 밸브
26: 고압 증기 바이패스 밸브
27: 가스 터빈 증기 분사 밸브
28: 고압 증기 가감 밸브
29: 저압 증기 가감 밸브
30: 압축기 입구 안내익
31: 연료 유량 조절 밸브
32: 제어 장치
P1: 저압 드럼 출구 증기 압력
T1: 저압 드럼 출구 증기 온도
F1: 저압 드럼 출구 증기 유량
P2: 증기 터빈 입구 저압 증기 압력
T2: 증기 터빈 입구 저압 증기 온도
F2: 저압 증기 바이패스 유량
P3: 과열기 출구 증기 압력
T3: 과열기 출구 증기 온도
F3: 과열기 출구 증기 유량
P4: 증기 터빈 입구 고압 증기 압력
T4: 증기 터빈 입구 고압 증기 온도
F4: 고압 증기 바이패스 유량
P5: 가스 터빈 증기 분사 압력
T5: 가스 터빈 증기 분사 온도
F5: 가스 터빈 증기 분사 유량
F6: 물 회수 장치로의 회수수 유량
P7: 압축기 입구 공기 압력
F7: 압축기 입구 공기 유량
P8: 압축기 출구 공기 압력
F9: 연료 유량
P10: 가스 터빈 배기 압력
T10: 가스 터빈 배기 온도
E1: 가스 터빈 발전기 출력
E2: 증기 터빈 발전기 출력
R1: 가스 터빈 발전기 회전수
R2: 증기 터빈 발전기 회전수
1a: 고습분 압축기
2: 연소기
2a: 고습분 연소기
3: 가스 터빈
3a: 고습분 연소 가스 터빈
4: 가스 터빈용 발전기
5: 배열 회수 보일러
6: 저압 드럼
7: 고압 드럼
8: 고압 급수 펌프
9: 증기 터빈
10: 증기 터빈용 발전기
11: 복수기
12: 저압 급수 펌프
13: 그랜드 증기 복수기
14: 배기탑
15: 물 회수 장치
16: 충전물
17: 물 회수 순환 펌프
18: 물 회수 순환수 냉각기
19: 보급수 탱크
20: 회수 수송수 펌프
21: 절탄기
22: 저압 증발기
23: 고압 증발기
24: 과열기
25: 저압 증기 바이패스 밸브
26: 고압 증기 바이패스 밸브
27: 가스 터빈 증기 분사 밸브
28: 고압 증기 가감 밸브
29: 저압 증기 가감 밸브
30: 압축기 입구 안내익
31: 연료 유량 조절 밸브
32: 제어 장치
P1: 저압 드럼 출구 증기 압력
T1: 저압 드럼 출구 증기 온도
F1: 저압 드럼 출구 증기 유량
P2: 증기 터빈 입구 저압 증기 압력
T2: 증기 터빈 입구 저압 증기 온도
F2: 저압 증기 바이패스 유량
P3: 과열기 출구 증기 압력
T3: 과열기 출구 증기 온도
F3: 과열기 출구 증기 유량
P4: 증기 터빈 입구 고압 증기 압력
T4: 증기 터빈 입구 고압 증기 온도
F4: 고압 증기 바이패스 유량
P5: 가스 터빈 증기 분사 압력
T5: 가스 터빈 증기 분사 온도
F5: 가스 터빈 증기 분사 유량
F6: 물 회수 장치로의 회수수 유량
P7: 압축기 입구 공기 압력
F7: 압축기 입구 공기 유량
P8: 압축기 출구 공기 압력
F9: 연료 유량
P10: 가스 터빈 배기 압력
T10: 가스 터빈 배기 온도
E1: 가스 터빈 발전기 출력
E2: 증기 터빈 발전기 출력
R1: 가스 터빈 발전기 회전수
R2: 증기 터빈 발전기 회전수
Claims (17)
- 가스 터빈과, 해당 가스 터빈의 배기 가스를 열원으로 하여 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러와, 해당 배열 회수 보일러에서 발생한 증기에 의해 구동되는 증기 터빈을 구비하고, 상기 가스 터빈으로서, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기를 연소기에 주입하도록 구성된 고습분 연소 가스 터빈을 적용한 복합 발전 설비의 운용 방법이며,
상기 고습분 연소 가스 터빈의 기동 시에, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기의 전량을, 상기 연소기를 통해 상기 고습분 연소 가스 터빈에 주입하여 기동하는 것을 특징으로 하는, 복합 발전 설비의 운용 방법. - 제1항에 있어서,
상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기의 과열기 출구 증기 압력 및 과열기 출구 증기 온도가, 과열기의 출구 증기 조건을 확립한 후에는 증기 분사 계통의 난기 운전을 개시하고, 상기 증기 분사 계통의 난기 운전이 종료된 후에, 상기 연소기의 상류측에 설치된 가스 터빈 증기 분사 밸브를 개방하고, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기의 전량을 상기 연소기를 통해 상기 고습분 연소 가스 터빈에 주입하는 것을 특징으로 하는, 복합 발전 설비의 운용 방법. - 제2항에 있어서,
상기 가스 터빈 증기 분사 밸브를 개방한 후에는, 상기 배열 회수 보일러의 출구 증기 압력이 내려가지 않도록, 복수기의 상류측에 설치되어 있는 고압 증기 바이패스 밸브를 제어하면서 상기 가스 터빈 증기 분사 밸브를 개방 제어하는 것을 특징으로 하는, 복합 발전 설비의 운용 방법. - 제3항에 있어서,
상기 가스 터빈 증기 분사 밸브의 개방은, 가스 터빈 증기 분사 압력 및 가스 터빈 증기 분사 온도가, 상기 고습분 연소 가스 터빈의 통기 조건에 도달하였음을 확인하여 행해지는 것을 특징으로 하는, 복합 발전 설비의 운용 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고습분 연소 가스 터빈으로 통기한 증기와 연소 생성에서 발생된 수증기는, 상기 배열 회수 보일러의 하류측에 설치된 물 회수 장치로 회수되고, 상기 배열 회수 보일러의 급수로서 재이용하는 것을 특징으로 하는, 복합 발전 설비의 운용 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고습분 연소 가스 터빈의 안정 운전 후, 상기 증기 터빈을 난기 운전하고, 상기 증기 터빈의 메탈 온도를 통기 증기 온도차의 열응력 제한에 의한 온도 변화폭 및 온도 변화율의 규정 온도까지 높인 후, 상기 고습분 연소 가스 터빈으로 통기하고 있던 증기를 상기 증기 터빈에의 통기로 전환하여 복합 발전 운용으로 하는 것을 특징으로 하는, 복합 발전 설비의 운용 방법. - 제6항에 있어서,
상기 고습분 연소 가스 터빈의 고속 부하 변화 운용 시에는, 상기 증기 터빈에 통기하고 있던 증기의 전량을 상기 고습분 연소 가스 터빈에의 통기로 전환하여 운용하는 것을 특징으로 하는, 복합 발전 설비의 운용 방법. - 제1항에 있어서,
상기 배열 회수 보일러는 고압 증기와 저압 증기를 발생시키는 것으로서, 상기 복합 발전 설비의 기동 시, 상기 고압 증기를 상기 연소기를 통해 상기 고습분 연소 가스 터빈에 주입함과 함께, 상기 저압 증기를 난기 증기로서 상기 증기 터빈에 공급하는 것을 특징으로 하는, 복합 발전 설비의 운용 방법. - 가스 터빈과, 해당 가스 터빈의 배기 가스를 열원으로 하여 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러와, 해당 배열 회수 보일러에서 발생한 증기에 의해 구동되는 증기 터빈을 구비하고, 상기 가스 터빈으로서, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기를 연소기에 주입하도록 구성된 고습분 연소 가스 터빈을 적용한 복합 발전 설비이며,
상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기의 상기 연소기를 통해 상기 고습분 연소 가스 터빈에 주입하는 양을 제어하는 제어 장치를 구비하고,
상기 고습분 연소 가스 터빈의 기동 시에, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기의 상기 고습분 연소 가스 터빈에 주입하는 양을 상기 제어 장치로 제어하고, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기의 전량을 상기 연소기를 통해 상기 고습분 연소 가스 터빈에 주입하여 기동하는 것을 특징으로 하는, 복합 발전 설비. - 제9항에 있어서,
상기 연소기의 상류측에 가스 터빈 증기 분사 밸브가 설치되어 있음과 함께, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기의 정보가 상기 제어 장치에 입력되고, 이 정보를 기초로 상기 제어 장치에서 상기 가스 터빈 증기 분사 밸브를 개방하고, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기의 전량을 상기 연소기를 통해 상기 고습분 연소 가스 터빈에 주입하는 것을 특징으로 하는, 복합 발전 설비. - 제10항에 있어서,
상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기의 과열기 출구 증기 압력 및 과열기 출구 증기 온도가 상기 제어 장치에 입력되고, 상기 제어 장치로 과열기의 출구 증기 조건을 확립하였다고 판단한 후에는 증기 분사 계통의 난기 운전을 개시하고, 상기 증기 분사 계통의 난기 운전이 종료된 후에, 상기 제어 장치로부터의 명령에 기초하여 상기 가스 터빈 증기 분사 밸브를 개방하고, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 증기의 전량을 상기 연소기를 통해 상기 고습분 연소 가스 터빈에 주입하는 것을 특징으로 하는, 복합 발전 설비. - 제10항에 있어서,
상기 가스 터빈 증기 분사 밸브를 개방한 후에는, 상기 배열 회수 보일러의 출구 증기 압력이 내려가지 않도록, 상기 제어 장치로 복수기의 상류측에 설치되어 있는 고압 증기 바이패스 밸브를 제어하면서 상기 가스 터빈 증기 분사 밸브를 개방 제어하는 것을 특징으로 하는, 복합 발전 설비. - 제12항에 있어서,
상기 가스 터빈 증기 분사 밸브의 개방은, 가스 터빈 증기 분사 압력 및 가스 터빈 증기 분사 온도가, 상기 고습분 연소 가스 터빈의 통기 조건에 도달하였음을 상기 제어 장치로 확인하여 행해지는 것을 특징으로 하는, 복합 발전 설비. - 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고습분 연소 가스 터빈의 기동 초기 시에는, 상기 배열 회수 보일러의 발생 증기가 상기 고습분 연소 가스 터빈 및 상기 증기 터빈의 통기 조건 확립까지는, 상기 배열 회수 보일러의 발생 증기를 저압 증기 바이패스 밸브, 고압 증기 바이패스 밸브를 통해 복수기로 배출하는 바이패스 계통 설비를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 복합 발전 설비. - 제14항에 있어서,
상기 배열 회수 보일러의 발생 증기가 상기 증기 터빈의 통기 조건을 확립한 후에는, 상기 증기 터빈의 상류측에 마련된 고압 증기 가감 밸브 및 저압 증기 가감 밸브를 통해 상기 배열 회수 보일러의 발생 증기를 상기 증기 터빈에 도입하고, 증기 에너지를 증기 터빈용 발전기를 통해 전기 출력으로서 회수하는 증기 터빈 설비를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 복합 발전 설비. - 제15항에 있어서,
상기 배열 회수 보일러의 하류측에 설치되고, 상기 고습분 연소 가스 터빈으로 통기한 증기와 연소 생성에서 발생된 수증기를 회수하는 물 회수 장치를 구비하고, 상기 물 회수 장치로 회수된 상기 수증기를, 상기 배열 회수 보일러의 급수로서 재이용하는 것을 특징으로 하는, 복합 발전 설비. - 제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 장치는,
상기 복합 발전 설비의 기동 시, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 고압 증기의 전량을 상기 고습분 연소 가스 터빈의 상기 연소기에 주입하여 상기 고습분 연소 가스 터빈을 정격 부하까지 상승시킴과 함께, 상기 배열 회수 보일러에서 발생한 저압 증기에 의한 상기 증기 터빈의 난기가 완료된 후, 상기 고압 증기를 상기 증기 터빈에 통기시키는 기동 시간 단축 운용 모드와,
상기 복합 발전 설비의 기동 완료 후의 부하 운전 시, 상기 증기 터빈에 통기시키는 상기 고압 증기의 공급처를 상기 연소기로 전환하여, 상기 고습분 연소 가스 터빈을 단독 운전시키는 고속 부하 변화 운용 모드를 구비한 것을 특징으로 하는, 복합 발전 설비.
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