KR20210033517A - 컴바인드 사이클 발전 플랜트 - Google Patents

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KR20210033517A
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타츠야 호시노
요시유키 하세가와
테츠야 하라다
히카루 사노
마사노리 류
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카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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Abstract

배열 회수 보일러의 저압 열교환기에 의해 증기가 생성될 때까지의 시간을 단축할 수 있는 컴바인드 사이클 발전 플랜트가 제공된다. 컴바인드 사이클 발전 플랜트는, 제1 압력의 증기를 생산하는 고압 열교환기, 및 제1 압력보다 낮은 제2 압력의 증기를 생성하고, 고압 열교환기의 하류 측에 배치된 저압 열교환기를 구비하는 배열 회수 보일러와, 일단이 압축기의 추기구에 접속되고, 타단이 배열 회수 보일러 내의 고압 열교환기와 저압 열교환기 사이의 영역에 배치된 제1 추기 배관과, 제1 추기 배관에 설치된 제1 유량 조절 밸브와, 일단이 압축기의 토출구에 접속되고, 타단이 제1 추기 배관에 접속된 제2 추기 배관과, 제2 추기 배관에 설치된 제2 유량 조절 밸브와, 가스 터빈의 기동 시에 제1 유량 조절 밸브 또는 제2 유량 조절 밸브를 개방 상태로 하는 제어 장치를 구비하고 있다.

Description

컴바인드 사이클 발전 플랜트
본 발명은 컴바인드 사이클 발전 플랜트에 관한 것이다.
근래에, 에너지를 더 효율적으로 이용하기 위해서, 컴바인드 사이클 발전 플랜트가 사용되고 있다. 컴바인드 사이클 발전 플랜트는, 가스 터빈, 증기 터빈, 배열 회수 보일러 등을 구비하고 있고, 가스 터빈과 증기 터빈을 조합한 발전 방식을 채용하는 것이다. 이러한 컴바인드 사이클 발전 플랜트에서는, 가스 터빈에서 일을 한 후의 배기 가스를 배열 회수 보일러에 인도하고, 배기 가스의 열을 이용하여 증기를 발생시키고, 그 증기에 의해 증기 터빈을 구동한다.
예를 들어, 특허문헌 1의 도 9에 기재된 컴바인드 사이클 발전 플랜트에서, 배열 회수 보일러에는, 고압의 증기를 생산하는 고압 열교환기 및 저압 증기를 생산하는 저압 열교환기가 상류 측으로부터 그 순서대로 설치되어 있다. 고압 열교환기에 의해 생성된 증기 및 저압 열교환기에 의해 생성된 증기는 증기 터빈에 보내져 회전 에너지의 생성에 기여한다.
일본 특허공개 특개2017-31859호 공보
특허문헌 1의 증기 터빈은, 고압 증기에 의해 구동되는 고압 증기 터빈과, 고압 증기 터빈에 샤프트에 의해 연결되어 저압 증기에 의해 구동되는 저압 증기 터빈을 포함하는 이단 타입의 것이다. 그러나, 증기 터빈에는, 고압 증기의 팽창 과정의 중간에 저압 증기가 도입되는 일단 타입도 있다.
그런데, 배열 회수 보일러의 기동 시에는, 가스 터빈으로부터의 배기 가스에 의해 고압 열교환기 및 저압 열교환기의 순서대로 데워진다. 따라서, 저압 열교환기로부터 증기가 생성되는 것은, 고압 열교환기로부터 증기가 생성된 후가 된다. 여기서, 고압 열교환기에 의해 생성된 증기 및 저압 열교환기에 의해 생성되는 증기의 양방에 의한 일에 의해, 증기 터빈의 출력이 정격 출력에 도달한다. 따라서, 신속하게 발전을 수행하는 관점에서, 저압 열교환기에 의해 증기가 생성될 때까지의 시간을 단축하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명은, 배열 회수 보일러의 저압 열교환기에 의해 증기가 생성될 때까지의 시간을 단축할 수 있는 컴바인드 사이클 발전 플랜트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 컴바인드 사이클 발전 플랜트는, 공기를 압축하고, 압축 도중의 공기인 제1 압축 공기의 출구인 추기구 및 압축 종료의 공기인 제2 압축 공기의 출구인 토출구를 구비하는 압축기와, 배기구를 구비하고, 연료와 상기 제2 압축 공기의 연소에 의해 생성된 연소 가스에 의해 구동되며, 상기 배기구로부터 배기 가스를 배출하는 터빈을 구비하는 가스 터빈과, 상기 배기 가스로부터 열을 회수하여, 제1 압력의 증기를 생산하는 고압 열교환기, 및 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력의 증기를 생성하고, 상기 고압 열교환기의 하류 측에 배치된 저압 열교환기를 구비하는 배열 회수 보일러와, 상기 배열 회수 보일러에 의해 생성된 상기 증기에 의해 구동되는 증기 터빈과, 일단이 상기 압축기의 상기 추기구에 접속되고, 타단이 상기 배열 회수 보일러 내의 상기 고압 열교환기와 상기 저압 열교환기 사이의 영역에 배치된 제1 추기 배관과, 상기 제1 추기 배관에 설치된 제1 유량 조절 밸브와, 일단이 상기 압축기의 상기 토출구에 접속되고, 타단이 상기 제1 추기 배관에 접속된 제2 추기 배관과, 상기 제2 추기 배관에 설치된 제2 유량 조절 밸브와, 상기 가스 터빈의 기동 시에, 상기 제1 유량 조절 밸브 또는 상기 제2 유량 조절 밸브를 개방 상태로 하는 제어 장치를 구비하는 것이다.
본 발명에 따르면, 가스 터빈의 기동 시에, 압축기에 의해 생성된 제1 압축 공기가 제1 추기 배관을 통해 배열 회수 보일러 내의 고압 열교환기 및 저압 열교환기 사이의 영역에 보내지거나, 또는 제2 압축 공기가 제2 추기 배관을 통해 상기 영역에 보내진다. 이에 따라서, 저압 열교환기는 제1 압축 공기 또는 제2 압축 공기에 의해 데워진다. 이에 따라서, 저압 열교환기에 의해 증기가 생성될 때까지의 시간을 단축할 수 있다.
상기 발명에서, 본 발명의 컴바인드 사이클 발전 플랜트는, 상기 제1 추기 배관에서 상기 제1 유량 조절 밸브의 하류 측에 설치되고, 상기 제1 압축 공기가 유입되는 유입구, 상기 제1 압축 공기를 유출시키는 제1 유출구, 및 상기 제1 압축 공기를 상기 배열 회수 보일러 내의 상기 영역에 유출시키는 제2 유출구를 구비하는 제1 삼방 밸브와, 상기 제1 삼방 밸브의 상기 제1 유출구와 상기 배열 회수 보일러를 접속하는 제1 보일러 상류측 접속 배관과, 상기 제2 추기 배관에서 상기 제2 유량 조절 밸브의 하류 측에 설치되고, 상기 제2 압축 공기가 유입되는 유입구, 상기 제2 압축 공기를 유출시키는 제1 유출구, 및 상기 제2 압축 공기를 상기 제1 추기 배관의 쪽으로 유출시키는 제2 유출구를 구비하는 제2 삼방 밸브와, 상기 제2 삼방 밸브의 상기 제1 유출구와 상기 배열 회수 보일러를 접속하는 제2 보일러 상류측 접속 배관과, 상기 영역의 분위기 온도를 검출하는 제1 온도 센서와, 상기 제1 추기 배관에서 상기 제1 유량 조절 밸브보다 상류 측에 설치되고, 상기 제1 압축 공기의 온도를 검출하는 제2 온도 센서와, 상기 제2 추기 배관에서 상기 제2 유량 조절 밸브보다 상류 측에 설치되고, 상기 제2 압축 공기의 온도를 검출하는 제3 온도 센서를 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 제1 처리 또는 제2 처리를 수행하도록 구성되고, 상기 제1 처리는, 상기 제2 온도 센서에 의해 검출된 온도와 상기 제1 온도 센서에 의해 검출된 온도의 차이가 제1 소정 값보다 높은 경우에, 상기 제1 유량 조절 밸브를 개방 상태로 하는 동시에 상기 제1 삼방 밸브의 상기 제1 유출구를 폐쇄 상태로 하고 또한 상기 제1 삼방 밸브의 상기 제2 유출구를 개방 상태로 하고, 상기 제2 온도 센서에 의해 검출된 온도와 상기 제1 온도 센서에 의해 검출된 온도의 차이가 상기 제1 소정 값 이하가 되었을 때에, 상기 제1 삼방 밸브의 상기 제2 유출구를 폐쇄 상태로 하고 또한 상기 제1 삼방 밸브의 상기 제1 유출구를 개방 상태로 하거나, 또는 상기 제1 유량 조절 밸브를 폐쇄 상태로 하는 동시에 상기 제2 유량 조절 밸브를 개방 상태로 하고 또한 상기 제2 삼방 밸브의 상기 제1 유출구를 개방 상태로 하여 상기 제2 삼방 밸브의 상기 제2 유출구를 폐쇄 상태로 하는 처리이고, 상기 제2 처리는, 상기 제3 온도 센서에 의해 검출된 온도와 상기 제1 온도 센서에 의해 검출된 온도의 차이가 제2 소정 값보다 높은 경우에, 상기 제2 유량 조절 밸브를 개방 상태로 하는 동시에 상기 제2 삼방 밸브의 상기 제1 유출구를 폐쇄 상태로 하고 또한 상기 제2 삼방 밸브의 상기 제2 유출구를 개방 상태로 하고, 상기 제3 온도 센서에 의해 검출된 온도와 상기 제1 온도 센서에 의해 검출된 온도의 차이가 상기 제2 소정 값 이하가 되었을 때에, 상기 제2 삼방 밸브의 상기 제2 유출구를 폐쇄 상태로 하고 또한 상기 제2 삼방 밸브의 상기 제1 유출구를 개방 상태로 하거나, 또는 상기 제2 유량 조절 밸브를 폐쇄 상태로 하는 동시에 상기 제1 유량 조절 밸브를 개방 상태로 하고 또한 상기 제1 삼방 밸브의 상기 제1 유출구를 개방 상태로 하여 상기 제1 삼방 밸브의 상기 제2 유출구를 폐쇄 상태로 하는 처리라도 좋다.
상기 구성에 따르면, 저압 열교환기가 제1 압축 공기 또는 제2 압축 공기에 의해 데워진 때에는, 배열 회수 보일러 내에 제1 압축 공기 또는 제2 압축 공기가 추기된다. 이에 따라서, 가스 터빈의 기동 시에는 서지를 방지할 수 있고, 가스 터빈의 운전 시에는 저NOx 운전을 수행할 수 있다.
본 발명에 의하면, 배열 회수 보일러의 저압 열교환기에 의해 증기가 생성될 때까지의 시간을 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 개략적인 구성도이다.
도 2는 제1 실시예의 제어 장치의 처리의 흐름을 도시하는 플로우 차트이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 개략적인 구성도이다.
(제1 실시예)
이하에서, 본 발명에 따른 실시예의 컴바인드 사이클 발전 플랜트(CCPP: Combined Cycle Power Plant)에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 이하에 설명하는 컴바인드 사이클 발전 플랜트는, 본 발명의 일 실시예에 불과하다. 따라서, 본 발명은 실시예에 한정되지 않고, 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 추가, 삭제, 수정이 가능하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 컴바인드 사이클 발전 플랜트(1)는 도시하지 않은 발전기에 접속된 가스 터빈(2)과, 배기 가스의 열을 회수하여 증기를 생산하는 수직형(竪型) 구조의 배열 회수 보일러(3)와, 덕트(4)와, 추기 배관(5, 26)과, 보일러 상류측 접속 배관(8, 17)과, 삼방 밸브(6, 16)와, 유량 조절 밸브(9, 19)와, 온도 센서(10, 11, 18)와, 제어 장치(12)와, 증기 터빈(50)을 구비하고 있다. 제어 장치(12)는, 예를 들어 ROM이나 RAM과 같은 메모리 및 CPU를 구비하는 컴퓨터이고, ROM에 저장된 프로그램이 CPU에 의해 실행된다.
가스 터빈(2)은, 압축기(21), 도시하지 않은 연소기 및 배기구(23)가 설치된 터빈(22)을 구비하고 있다. 압축기(21)는, 압축 도중의 공기(압축기 중간단의 공기)인 제1 압축 공기의 출구인 추기구(24), 및 압축 종료의 공기인 제2 압축 공기의 출구인 토출구(25)를 구비하고 있다.
가스 터빈(2)에서는, 압축기(21)에서 생성된 제2 압축 공기와 연료를 상기 연소기로 혼합 연소시켜서, 발생한 연소 가스를 터빈(22)으로 공급하여 터빈(22)의 날개(羽根)를 회전시킴으로써, 연소 가스의 열 에너지를 회전 운동 에너지로 변환한다. 터빈(22)으로부터의 배기 가스(연소 가스)는 배기구(23)로부터 배출된다. 여기서, 가스 터빈(2)의 연료로서, LNG(천연 가스), 수소 가스, 부생 가스 및 액체 연료 등을 들 수 있다.
덕트(4)의 일단은 배기구(23)에 접속되어 있고, 덕트(4)의 타단은 배열 회수 보일러(3)의 하부에 접속되어 있다. 배기구(23)로부터 배출된 배기 가스는 덕트(4)를 통해 배열 회수 보일러(3) 내로 유입된다.
또한, 컴바인드 사이클 발전 플랜트(1)는, 덕트(4)에 접속된 가스 터빈(2)으로부터의 배기 가스를 대기 중에 방출하는 연관(煙管)(13)과, 덕트(4)에 설치된 배기 바이패스 댐퍼(41)를 더 구비하고 있다.
배기 바이패스 댐퍼(41)는, 제어 장치(12)의 제어에 의해, 배기 가스를 연관(13)에 유입시키는 동시에 배열 회수 보일러(3)로의 배기 가스의 유입을 차단하는 제1 위치(P1) 또는 배열 회수 보일러(3)에 배기 가스를 유입시키는 동시에 연관(13)으로의 배기 가스의 유입을 차단하는 제2 위치(P2)에 위치된다. 배기 바이패스 댐퍼(41)가 제1 위치(P1)에 위치하는 경우는, 배기 가스가 배열 회수 보일러(3) 내에 유입하지 않기 때문에, 배열 회수 보일러(3)에 의한 증기의 발생이 되지 않는 경우이다. 즉, 증기 터빈(50)에 접속된 도시하지 않은 발전기에 의해 발전이 수행되지 않는 경우이다. 이에 반해서, 배기 바이패스 댐퍼(41)가 제2 위치(P2)에 위치하는 경우는, 배기 가스가 배열 회수 보일러(3) 내에 유입하기 ‹š문에, 가스 터빈(2)에 접속된 도시하지 않은 발전기에 의한 발전 및 증기 터빈(50)에 접속된 상기 발전기에 의한 발전이 복합되어 수행되는 경우이다. 여기서, 도 1에서는, 배기 바이패스 댐퍼(41)가 제1 위치(P1)에 위치된 상태가 실선에 의해 도시되고, 배기 바이패스 댐퍼(41)가 제2 위치(P2)에 위치된 상태가 이점 쇄선에 의해 도시되어 있다.
배열 회수 보일러(3)는, 고압 열교환기(31) 및 저압 열교환기(32)를 구비하고 있다. 고압 열교환기(31)는, 배기 가스와, 물 및 증기 중 일방 또는 양방의 사이에서 열교환을 실시함으로써 제1 압력(고압)의 증기를 생성한다. 또한, 저압 열교환기(32)는, 고압 열교환기(31)의 하류 측에 배치되어 있고, 배기 가스와, 물 및 증기 중 일방 또는 양방의 사이에서 열교환을 실시함으로써 제1 압력보다 낮은 제2 압력(저압)의 증기를 생성한다.
고압 열교환기(31)와 증기 터빈(50)은, 배관(51)에 의해 접속되어 있다. 또한, 저압 열교환기(32)와 증기 터빈(50)은, 증기 터빈(50)에서 하류단이 배관(51)의 하류단보다 하류 측에 배치된 배관(52)에 의해 접속되어 있다. 고압 열교환기(31)에 의해 생성된 증기는 배관(51)에 의해 증기 터빈(50)에 보내지고, 저압 열교환기(32)에 의해 생성된 증기는 배관(52)에 의해 증기 터빈(50)에 보내진다.
추기 배관(5)의 일단은 압축기(21)의 추기구(24)에 접속되고, 그의 타단은 배열 회수 보일러(3)의 고압 열교환기(31)와 저압 열교환기(32) 사이의 영역에 배치되어 있다. 본 실시예에 따르면, 추기 배관(5) 중, 타단을 포함하는 배열 회수 보일러(3) 내에 배치된 부분(이하, 예열 부분이라고 기재)은 저압 열교환기(32)의 도시되지 않은 관 군(群)의 가스 상류측 전면(全面)을 후술하는 압축 공기에 의해 덮도록 배치되어 있다. 상기 예열 부분에는, 저압 열교환기(32)를 향해 개구된 복수의 도시하지 않은 구멍부가 설치되어 있고, 이러한 구멍부로부터 유출된 제1 압축 공기 또는 후술하는 제2 압축 공기가 저압 열교환기(32)를 향해 공급되도록 되어 있다. 이에 따라서, 저압 열교환기(32)는 제1 압축 공기 또는 제2 압축 공기에 의해 가열된다.
유량 조절 밸브(19)는, 추기 배관(5)에 설치되어 있고, 추기 배관(5) 내를 흐르는 제1 압축 공기의 양을 제어한다. 유량 조절 밸브(19)의 동작은 제어 장치(12)에 의해 제어된다.
삼방 밸브(16)는, 추기 배관(5)에서 유량 조절 밸브(19) 보다 하류 측의 위치에 설치되어 있다. 이러한 삼방 밸브(16)는, 제1 압축 공기가 유입되는 유입구(16a), 제1 압축 공기를 유출시키는 제1 유출구(16b), 및 제1 압축 공기를 배열 회수 보일러(3) 내의 상기 영역으로 유출시키는 제2 유출구(16c)를 구비하고 있다. 삼방 밸브(16)의 동작은 제어 장치(12)에 의해 제어된다. 보일러 상류측 접속 배관(17)은, 삼방 밸브(16)의 제1 유출구(16b)와 덕트(4)의 배기 바이패스 댐퍼(41) 보다 상류 측의 부분을 접속하고 있다.
추기 배관(26)의 일단은 압축기(21)의 토출구(25)에 접속되고, 그의 타단은 추기 배관(5) 중 삼방 밸브(16) 보다 하류 부분에 접속되어 있다. 이러한 구성에 의해서, 압축기(21)로부터의 제2 압축 공기가 추기 배관(26, 5)을 통해 배열 회수 보일러(3)의 고압 열교환기(31)와 저압 열교환기(32) 사이의 영역에 공급되도록 되어 있다.
유량 조절 밸브(9)는, 추기 배관(26)에 설치되어 있고, 추기 배관(26) 내를 흐르는 제2 압축 공기의 양을 제어한다. 유량 조절 밸브(9)의 동작은 제어 장치(12)에 의해 제어된다.
삼방 밸브(6)는, 추기 배관(26)에서 유량 조절 밸브(9) 보다 하류 측의 위치에 설치되어 있다. 이러한 삼방 밸브(6)는, 제2 압축 공기가 유입되는 유입구(6a), 제2 압축 공기를 유출시키는 제1 유출구(6b), 및 제2 압축 공기를 배열 회수 보일러(3) 내의 상기 영역에 유출시키는 제2 유출구(6c)를 구비하고 있다. 삼방 밸브(6)의 동작은 제어 장치(12)에 의해 제어된다. 보일러 상류측 접속 배관(8)은, 삼방 밸브(6)의 제1 유출구(6b)와 덕트(4)의 배기 바이패스 댐퍼(41) 보다 상류 측의 부분을 접속한다.
온도 센서(10)는, 배열 회수 보일러(3)의 상기 영역의 배기 가스 온도를 검출하고. 그 검출 결과의 신호를 제어 장치(12)로 출력한다. 온도 센서(18)는, 추기 배관(5)에서 유량 조절 밸브(19)의 상류 측에 배치되어, 추기 배관(5) 내를 흐르는 제1 압축 공기의 온도를 검출하고, 그 검출 결과의 신호를 제어 장치(12)로 출력한다. 온도 센서(11)는, 추기 배관(26)에서 유량 조절 밸브(9)의 상류 측에 배치되어, 추기 배관(26)을 흐르는 제2 압축 공기의 온도를 검출하고, 그 검출 결과의 신호를 제어 장치(12)로 출력한다.
이러한 구성에서, 가스 터빈(2)의 기동 시, 즉 온도 센서(18)에 의해 검출된 온도와 온도 센서(10)에 의해 검출된 온도의 차이가 소정 값(제1 소정 값) 보다 높은 경우에, 제어 장치(12)는, 추기 배관(5)을 개방하도록 유량 조절 밸브(19)를 개방 상태로 하는 동시에 삼방 밸브(16)의 제1 유출구(16b)를 폐쇄 상태로 하고 또한 제2 유출구(16c)를 개방 상태로 한다(제1 예열 처리). 이에 따라서, 압축기(21)로부터의 제1 압축 공기가 추기 배관(5)을 통해 배열 회수 보일러(3)의 고압 열교환기(31)와 저압 열교환기(32) 사이의 영역에 보내진다. 이에 따라서, 저압 열교환기(32)는 제1 압축 공기에 의해 데워진다. 여기서, 제1 예열 처리 및 후술하는 제2 예열 처리는, 배기 바이패스 댐퍼(41)가 제2 위치(P2)에 위치하는 경우에 수행된다.
그 후, 제어 장치(12)는, 온도 센서(18)에 의해 검출된 온도와 온도 센서(10)에 의해 검출된 온도의 차이가 소정 값 이하가 되었을 때에는, 유량 조절 밸브(19)의 개방 상태를 유지하는 동시에 삼방 밸브(16)의 제2 유출구(16c)를 폐쇄 상태로 하고 또한 제1 유출구(16b)를 개방 상태로 한다. 이에 따라서, 압축기(21)로부터의 제1 압축 공기는, 보일러 상류측 접속 배관(17)을 통해 배열 회수 보일러(3) 내로 유입된다. 이에 따라서, 가스 터빈(2)의 개시 시의 서지를 방지할 수 있다.
여기서, 제어 장치(12)는, 상기 제1 예열 처리 대신에, 이하의 제2 예열 처리를 실시하여도 좋다. 제어 장치(12)는, 온도 센서(11)에 의해 검출된 온도와 온도 센서(10)에 의해 검출된 온도의 차이가 소정 값(제2 소정 값)보다 높은 경우에, 제어 장치(12)는, 추기 배관(26)을 개방하도록 유량 조절 밸브(9)를 개방 상태로 하는 동시에 삼방 밸브(6)의 제1 유출구(6b)를 폐쇄 상태로 하고 또한 제2 유출구(6c)를 개방 상태로 한다. 이에 따라서, 압축기(21)로부터의 제2 압축 공기가 추기 배관(26, 5)을 통해 배열 회수 보일러(3) 내의 고압 열교환기(31)와 저압 열교환기(32) 사이의 영역에 보내진다. 이에 따라서, 저압 열교환기(32)는 제2 압축 공기에 의해 가열된다. 그 후, 제어 장치(12)는, 온도 센서(11)에 의해 검출된 온도와 온도 센서(10)에 의해 검출된 온도의 차이가 소정 값 이하가 되었을 때에는, 유량 조절 밸브(9)의 개방 상태를 유지하는 동시에 삼방 밸브(6)의 제2 유출구(6c)를 폐쇄 상태로 하고 또한 제1 유출구(6b)를 개방 상태로 한다. 이에 따라서, 압축기(21)로부터의 제2 압축 공기는, 보일러 상류측 접속 배관(8)을 통해 배열 회수 보일러(3) 내로 유입된다. 이에 따라서, 가스 터빈(2)의 저NOx 운전을 수행할 수 있다.
이어서, 제어 장치(12)에 의한 제어 방법을 설명한다. 도 2는 제어 장치(12)에 의한 상기 제1 예열 처리의 흐름을 도시하는 플로우 차트이다.
제어 장치(12)는, 추기 배관(5)을 개방하도록 유량 조절 밸브(19)를 개방 상태로 하는 동시에 삼방 밸브(16)의 제1 유출구(16b)를 폐쇄 상태로 하고 또한 제2 유출구(16c)를 개방 상태로 한다(스텝(S1)). 이에 따라서, 압축기(21)로부터의 제1 압축 공기가 추기 배관(5)을 통해 배열 회수 보일러(3) 내의 고압 열교환기(31)와 저압 열교환기(32) 사이의 영역에 유입된다. 이에 따라서, 저압 열교환기(32)는 제1 압축 공기에 의해 데워진다.
이어서, 제어 장치(12)는, 온도 센서(18)에 의해 검출된 온도(도 2에서는 T2로 기재)와 온도 센서(10)에 의해 검출된 온도(도 2는 T1로 기재)의 차이가 소정 값보다 높은 여부를 판별한다(스텝(S2)). 상기 차이가 소정 값보다 높은 경우에는(스텝(S2)에서 YES), 스텝(S3)으로 진행하고, 상기 차이가 소정 값 이하인 경우에는(스텝(S2)에서 NO), 스텝(S2)의 처리를 반복한다.
스텝(S3)에서는, 제어 장치(12)는, 유량 조절 밸브(19)의 개방 상태를 유지하는 동시에 삼방 밸브(16)의 제2 유출구(16c)를 폐쇄 상태로 하고 또한 제1 유출구(16b)를 개방 상태로 한다. 이에 따라서, 압축기(21)로부터의 제1 압축 공기는 보일러 상류측 접속 배관(17)을 통해 배열 회수 보일러(3) 내로 유입된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예의 컴바인드 사이클 발전 플랜트(1)에서는, 압축기(21)로부터의 제1 압축 공기 또는 제2 압축 공기가 배열 회수 보일러(3) 내의 고압 열교환기(31)와 저압 열교환기(32) 사이의 영역에 보내진다. 이에 따라서, 저압 열교환기(32)는 제1 압축 공기 또는 제2 압축 공기에 의해 데워진다. 이에 따라서, 저압 열교환기(32)에 의해 증기가 생성될 때까지의 시간을 단축할 수 있다.
또한, 제어 장치(12)에 의해 상술한 제1 예열 처리가 종료된 후, 제1 압축 공기가 보일러 상류측 접속 배관(17)을 통해 배열 회수 보일러(3) 내로 보내진다. 또는, 제어 장치(12)에 의해 상기 제2 예열 처리가 종료된 후, 제2 압축 공기가 보일러 상류측 접속 배관(18)을 통해 배열 회수 보일러(3) 내로 보내진다. 이러한 구성에 의해서, 가스 터빈(2)의 기동 시에는 서지를 방지할 수 있고, 가스 터빈(2)의 운전 시에는 저NOx 운전을 수행할 수 있다.
(제2 실시예)
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 컴바인드 사이클 발전 플랜트(1a)에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 여기서, 본 실시예에서는, 상기 제1 실시예와 동일한 구성 부재에는 동일한 부호를 부여하고. 그 설명을 생략한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 컴바인드 사이클 발전 플랜트(1a)는, 배열 회수 보일러(3) 내에서, 고압 열교환기(31)와 저압 열교환기(32) 사이에 중압 열교환기(33)를 구비하고 있다. 중압 열교환기(33)는, 상술한 제1 압력과 제2 압력 사이의 압력의 증기를 생성한다. 중압 열교환기(33)와 증기 터빈(50)은, 증기 터빈(50)에서 하류단이 배관(51)의 하류단보다 하류 측이고 또한 배관(52)의 하류단보다 상류 측에 배치된 배관(53)에 의해 접속되어 있다. 중압 열교환기(33)에 의해 생성된 증기는 배관(53)에 의해 증기 터빈(50)에 보내진다.
추기 배관(5)의 일단은, 제1 실시예와 마찬가지로 압축기(21)의 추기구(24)에 접속되고, 그의 타단은 배열 회수 보일러(3) 내의 중압 열교환기(33)와 저압 열교환기(32) 사이의 영역에 배치되어 있다. 추기 배관(5) 중, 타단을 포함하는 배열 회수 보일러(3) 내에 배치된 부분(예열 부분)은 저압 열교환기(32)의 도시하지 않은 관 군의 가스 상류 측 전면을 압축 공기에 의해 덮을 수 있도록 배치되어 있다. 상기 예열 부분에는, 저압 열교환기(32)를 향해 개구된 복수의 도시하지 않은 구멍부가 형성되어 있고, 이러한 구멍부로부터 유출된 제1 압축 공기 또는 제2 압축 공기가 저압 열교환기(32)를 향해 공급된다. 이에 따라서, 저압 열교환기(32)는 데워진다.
제2 실시예의 컴바인드 사이클 발전 플랜트(1a)에서도, 제1 실시예의 컴바인드 사이클 발전 플랜트(1)와 마찬가지로, 가스 터빈(2)의 기동 시에, 압축기(21)로부터의 제1 압축 공기 또는 제2 압축 공기가 배열 회수 보일러(3) 내의 중압 열교환기(33)와 저압 열교환기(32) 사이의 영역에 보내진다. 이에 따라서, 저압 열교환기(32)는 데워진다. 이에 따라서, 저압 열교환기(32)에 의해 증기가 생성될 때까지의 시간을 단축할 수 있다. 또한, 가스 터빈(2)의 기동 시에는 서지를 방지할 수 있고, 가스 터빈(2)의 운전 시에는 저NOx 운전을 수행할 수 있다는 효과도 제1 실시예와 마찬가지로 나타난다.
(다른 실시예)
본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 다음과 같다.
상기 제1 및 제2 실시예에서는, 수직형 구조의 배열 회수 보일러(3)를 채용하였지만, 이에 한정되지 않고, 수평형(橫型) 구조의 배열 회수 보일러를 채용하여도 좋다.
또한, 상기 제1 및 제2 실시예에서는, 연관(13)이 설치된 컴바인드 사이클 발전 플랜트(1, 1a)에 대해 설명하였지만, 연관(13)이 설치되어 있지 않은 컴바인드 사이클 발전 플랜트에 대해서도 본 발명을 동일하게 적용할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 실시예에서는, 고압 증기의 팽창 과정의 중간에서 저압 증기가 도입되는 일단 타입의 증기 터빈(50)에 대해 예를 들어 설명하였지만, 증기 터빈(50)의 구성은 이에 한정되는 것이 아니고, 고압 증기에 의해 구동되는 고압 증기 터빈과, 고압 증기 터빈에 샤프트에 의해 접속되어 저압 증기에 의해 구동되는 저압 증기 터빈을 포함하는 이단 타입을 채용하여도 좋다.
또한, 상기 제1 및 제2 실시예에서, 삼방 밸브(6, 16)를 채용하였지만, 이에 한정되는 것이 아니고, 삼방 밸브(6) 대신, 보일러 상류측 접속 배관(8)에 개폐 밸브를 설치하고 또한 추기 배관(26)의 하류단의 상류 측에 개폐 밸브를 설치하여도 좋다. 또한, 삼방 밸브(16) 대신 보일러 상류 측 접속 배관(17)에 개폐 밸브를 설치하고 또한 추기 배관(5)의 하류 측 부분에 개폐 밸브를 설치하여도 좋다.
또한, 상기 제1 및 제2 실시예에서는, 제1 압축 공기에 의해 저압 열교환기(32)를 데운 후, 그 제1 압축 공기를 배열 회수 보일러(3) 내에 추기하도록 하였지만, 제2 압축 공기를 배열 회수 보일러(3) 내에 추기하여도 좋다. 또한, 제2 압축 공기에 의해 저압 열교환기(32)를 데운 후, 그 제2 압축 공기를 배열 회수 보일러(3) 내에 추기하도록 하였지만, 제1 압축 공기를 배열 회수 보일러(3) 내에 추기하여도 좋다.
또한, 상기 제1 및 제2 실시예에서, 삼방 밸브(6, 16) 및 유량 조절 밸브(9, 19)를 제어 장치(12)에 의해 제어하도록 구성하였지만, 이들을 별도로 독립적으로 제어하는 각각의 제어 장치를 설치하여도 좋다.
1: 컴바인드 사이클 발전 플랜트
2: 가스 터빈
3: 배열 회수 보일러
4: 덕트
5: 추기 배관(제1 추기 배관)
6: 삼방 밸브(제2 삼방 밸브)
6a, 16a: 유입구
6b, 16b: 제1 유출구
6c, 16c: 제2 유출구
8: 보일러 상류측 접속 배관(제2 보일러 상류측 접속 배관)
9: 유량 조절 밸브(제2 유량 조절 밸브)
10: 온도 센서(제1 온도 센서)
11: 온도 센서(제3 온도 센서)
12: 제어 장치
16: 삼방 밸브(제1 삼방 밸브)
17: 보일러 상류측 접속 배관(제1 보일러 상류측 접속 배관)
18: 온도 센서(제2 온도 센서)
19: 유량 조절 밸브(제1 유량 조절 밸브)
21: 압축기
22: 터빈
23: 배기구
24: 추기구
25: 토출구
31: 고압 열교환기
32: 저압 열교환기
50: 증기 터빈

Claims (2)

  1. 공기를 압축하고, 압축 도중의 공기인 제1 압축 공기의 출구인 추기구 및 압축 종료의 공기인 제2 압축 공기의 출구인 토출구를 구비하는 압축기와, 배기구를 구비하고, 연료와 상기 제2 압축 공기의 연소에 의해 생성된 연소 가스에 의해 구동되며, 상기 배기구로부터 배기 가스를 배출하는 터빈을 구비하는 가스 터빈과,
    상기 배기 가스로부터 열을 회수하여, 제1 압력의 증기를 생산하는 고압 열교환기, 및 상기 제1 압력보다 낮은 제2 압력의 증기를 생성하고, 상기 고압 열교환기의 하류 측에 배치된 저압 열교환기를 구비하는 배열 회수 보일러와,
    상기 배열 회수 보일러에 의해 생성된 상기 증기에 의해 구동되는 증기 터빈과,
    일단이 상기 압축기의 상기 추기구에 접속되고, 타단이 상기 배열 회수 보일러 내의 상기 고압 열교환기와 상기 저압 열교환기 사이의 영역에 배치된 제1 추기 배관과,
    상기 제1 추기 배관에 설치된 제1 유량 조절 밸브와,
    일단이 상기 압축기의 상기 토출구에 접속되고, 타단이 상기 제1 추기 배관에 접속된 제2 추기 배관과,
    상기 제2 추기 배관에 설치된 제2 유량 조절 밸브와,
    상기 가스 터빈의 기동 시에, 상기 제1 유량 조절 밸브 또는 상기 제2 유량 조절 밸브를 개방 상태로 하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 컴바인드 사이클 발전 플랜트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 추기 배관에서 상기 제1 유량 조절 밸브의 하류 측에 설치되고, 상기 제1 압축 공기가 유입되는 유입구, 상기 제1 압축 공기를 유출시키는 제1 유출구, 및 상기 제1 압축 공기를 상기 배열 회수 보일러 내의 상기 영역에 유출시키는 제2 유출구를 구비하는 제1 삼방 밸브와,
    상기 제1 삼방 밸브의 상기 제1 유출구와 상기 배열 회수 보일러를 접속하는 제1 보일러 상류측 접속 배관과,
    상기 제2 추기 배관에서 상기 제2 유량 조절 밸브의 하류 측에 설치되고, 상기 제2 압축 공기가 유입되는 유입구, 상기 제2 압축 공기를 유출시키는 제1 유출구, 및 상기 제2 압축 공기를 상기 제1 추기 배관의 쪽으로 유출시키는 제2 유출구를 구비하는 제2 삼방 밸브와,
    상기 제2 삼방 밸브의 상기 제1 유출구와 상기 배열 회수 보일러를 접속하는 제2 보일러 상류측 접속 배관과,
    상기 영역의 분위기 온도를 검출하는 제1 온도 센서와,
    상기 제1 추기 배관에서 상기 제1 유량 조절 밸브보다 상류 측에 설치되고, 상기 제1 압축 공기의 온도를 검출하는 제2 온도 센서와,
    상기 제2 추기 배관에서 상기 제2 유량 조절 밸브보다 상류 측에 설치되고, 상기 제2 압축 공기의 온도를 검출하는 제3 온도 센서를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 제1 처리 또는 제2 처리를 수행하도록 구성되고,
    상기 제1 처리는, 상기 제2 온도 센서에 의해 검출된 온도와 상기 제1 온도 센서에 의해 검출된 온도의 차이가 제1 소정 값보다 높은 경우에, 상기 제1 유량 조절 밸브를 개방 상태로 하는 동시에 상기 제1 삼방 밸브의 상기 제1 유출구를 폐쇄 상태로 하고 또한 상기 제1 삼방 밸브의 상기 제2 유출구를 개방 상태로 하고, 상기 제2 온도 센서에 의해 검출된 온도와 상기 제1 온도 센서에 의해 검출된 온도의 차이가 상기 제1 소정 값 이하가 되었을 때에, 상기 제1 삼방 밸브의 상기 제2 유출구를 폐쇄 상태로 하고 또한 상기 제1 삼방 밸브의 상기 제1 유출구를 개방 상태로 하거나, 또는 상기 제1 유량 조절 밸브를 폐쇄 상태로 하는 동시에 상기 제2 유량 조절 밸브를 개방 상태로 하고 또한 상기 제2 삼방 밸브의 상기 제1 유출구를 개방 상태로 하여 상기 제2 삼방 밸브의 상기 제2 유출구를 폐쇄 상태로 하는 처리이고,
    상기 제2 처리는, 상기 제3 온도 센서에 의해 검출된 온도와 상기 제1 온도 센서에 의해 검출된 온도의 차이가 제2 소정 값보다 높은 경우에, 상기 제2 유량 조절 밸브를 개방 상태로 하는 동시에 상기 제2 삼방 밸브의 상기 제1 유출구를 폐쇄 상태로 하고 또한 상기 제2 삼방 밸브의 상기 제2 유출구를 개방 상태로 하고, 상기 제3 온도 센서에 의해 검출된 온도와 상기 제1 온도 센서에 의해 검출된 온도의 차이가 상기 제2 소정 값 이하가 되었을 때에, 상기 제2 삼방 밸브의 상기 제2 유출구를 폐쇄 상태로 하고 또한 상기 제2 삼방 밸브의 상기 제1 유출구를 개방 상태로 하거나, 또는 상기 제2 유량 조절 밸브를 폐쇄 상태로 하는 동시에 상기 제1 유량 조절 밸브를 개방 상태로 하고 또한 상기 제1 삼방 밸브의 상기 제1 유출구를 개방 상태로 하여 상기 제1 삼방 밸브의 상기 제2 유출구를 폐쇄 상태로 하는 처리인 것을 특징으로 하는 컴바인드 사이클 발전 플랜트.
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