KR20220002437A - 가스 터빈 및 그 제어 방법 및 콤바인드 사이클 플랜트 - Google Patents
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Abstract
가스 터빈 및 그 제어 방법 및 콤바인드 사이클 플랜트에 있어서, 공기(A)를 압축하는 압축기(11)와, 압축기(11)가 압축한 압축 공기(CA)와 연료(F)를 혼합해서 연소하는 연소기(12)와, 연소기(12)가 생성한 연소 가스(CG)에 의해 회전 동력을 얻는 터빈(13)과, 압축 공기(CA)를 냉각해서 열교환용 공기로 하는 압축 공기 냉각용 열교환기(33)와, 공기(A)와 압축 공기(CA)와의 사이에서 열교환하는 공기 온도 조정용 열교환기(31, 32)와, 압축 공기 냉각용 열교환기(33) 및 공기 온도 조정용 열교환기(31, 32)의 열교환량을 조정하는 열교환량 조정 장치와, 열교환량 조정 장치를 제어하는 제어 장치(14)를 구비하며, 제어 장치(14)는, 압축기(11)가 취입한 공기(A)의 온도에 근거해서 열교환량 조정 장치를 제어한다.
Description
본 발명은 가스 터빈, 가스 터빈의 제어 방법, 가스 터빈을 구비하는 콤바인드 사이클 플랜트에 관한 것이다.
가스 터빈은 압축기와 연소기와 터빈을 구비한다. 압축기는 공기 도입구로부터 받아들여진 공기를 압축하는 것으로 고온·고압의 압축 공기로 한다. 연소기는 압축 공기에 대해서 연료를 공급해 연소시키는 것으로 고온·고압의 연소 가스를 생성한다. 터빈은 연소 가스에 의해 구동되고, 동축 상에 연결된 발전기를 구동한다.
그런데, 가스 터빈을 이용한 발전 플랜트에서는, 정격 부하 운전 뿐만 아니라, 부분 부하 운전에서도 고효율 운전을 가능으로 하는 것이 요망되고 있다. 가스 터빈은 흡기 온도에 따라서 출력 특성이 변동한다. 그 때문에, 가스 터빈의 출력을 내리고 싶을 때, 가스 터빈을 부분 부하로 운전하지 않고, 흡기 온도를 상승시키는 것으로 출력을 내릴 수가 있다. 또한, 부분 부하로 운전되는 가스 터빈에서, 턴 다운 범위를 넓히는 것으로, 배출 규제 준수를 유지해서 연료 소비를 최소한으로 억제할 수 있다. 이와 같은 가스 터빈의 흡기 가열 장치로서는, 아래와 같이 특허문헌에 기재된 것이 있다.
그런데, 압축기는 취입한 공기를 압축하는 것으로 압축 공기를 생성하는 것이며, 상술한 종래의 가스 터빈의 흡기 가열 장치는, 압축기가 취입한 공기를 배열 회수 보일러에 의해 생성된 증기 등에 의해 가열해서 온도를 상승시키고 있다. 이 경우, 압축기가 취입한 공기는 기후나 계절 등에 의해 변동한다. 그 때문에, 압축기에 취입되는 공기의 온도가 변동하고, 가스 터빈의 출력을 소망의 출력으로 조정하는 것이 곤란해진다.
본 발명은, 상술한 과제를 해결하는 것이며, 가스 터빈의 출력을 고정밀도로 조정할 수 있는 가스 터빈 및 그 제어 방법 및 콤바인드 사이클 플랜트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가스 터빈은, 공기를 압축하는 압축기와, 상기 압축기가 압축한 압축 공기와 연료를 혼합해서 연소하는 연소기와, 상기 연소기가 생성한 연소 가스에 의해 회전 동력을 얻는 터빈과, 상기 압축 공기를 냉각해서 열교환용 공기로 하는 압축 공기 냉각용 열교환기와, 상기 압축 공기와 상기 압축기에 공급되는 상기 공기와의 사이에서 열교환하는 공기 온도 조정용 열교환기와, 상기 압축 공기 냉각용 열교환기 및 상기 공기 온도 조정용 열교환기의 열교환량을 조정하는 열교환량 조정 장치와, 상기 열교환량 조정 장치를 제어하는 제어 장치를 구비하며, 상기 제어 장치는 상기 압축기가 취입한 상기 공기의 온도에 근거해서 상기 열교환량 조정 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 것이다.
따라서, 공기 온도 조정용 열교환기는, 공기와 압축 공기와의 사이에서 열교환하는 것에 의해, 압축 공기에 의해 공기가 가열되고, 가열되어 온도 상승한 공기가 압축기에 취입된다. 이때, 제어 장치는, 압축기가 취입한 공기의 온도에 근거해서 열교환량 조정 장치에 의해 공기 온도 조정용 열교환기의 열교환량을 조정한다. 즉, 공기 온도 조정용 열교환기의 열교환량을 조정하면, 압축 공기에 의해 가열되는 공기의 온도가 조정된다. 여기서, 압축기에 취입되는 공기의 온도에 따라서 가스 터빈의 출력이 변화하기 때문에, 가스 터빈의 부하에 관계없이, 가스 터빈의 출력을 목표 출력으로 고정밀도로 조정할 수 있다.
본 발명의 가스 터빈에서는, 상기 공기 온도 조정용 열교환기에 의해 열교환된 공기의 온도를 계측하는 제 1 온도 센서가 설치되고, 상기 제어 장치는, 상기 제 1 온도 센서가 계측한 상기 공기의 온도가 목표 온도에 가까워지도록 상기 열교환량 조정 장치에 의해 상기 공기 온도 조정용 열교환기에 있어서의 열교환량을 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 제어 장치는, 공기 온도 조정용 열교환기에 의해 열교환된 공기의 온도가 목표 온도에 가까워지도록 열교환량 조정 장치에 의해 공기 온도 조정용 열교환기에 있어서의 열교환량을 제어하기 때문에, 압축기에 취입되는 공기의 온도를 고정밀도로 제어할 수 있다.
본 발명의 가스 터빈에서는, 상기 압축 공기 냉각용 열교환기에 의해 냉각된 압축 공기의 온도를 계측하는 제 2 온도 센서가 설치되며, 상기 제어 장치는, 상기 제 2 온도 센서가 계측한 상기 압축 공기의 온도가 목표 온도에 보지되도록 상기 열교환량 조정 장치에 의해 상기 압축 공기 냉각용 열교환기에 있어서의 열교환량을 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 제어 장치는, 압축 공기 냉각용 열교환기에 의해 냉각된 압축 공기의 온도가 목표 온도에 보지되도록 열교환량 조정 장치에 의해 압축 공기 냉각용 열교환기에 있어서의 열교환량을 제어하기 때문에, 터빈에 공급되는 열교환용 공기의 온도를 고정밀도로 제어할 수 있다.
본 발명의 가스 터빈에서는, 상기 공기 온도 조정용 열교환기는 상기 공기와 제 1 매체와의 사이에서 열교환하는 제 1 열교환기와, 상기 압축 공기와 상기 제 1 매체와의 사이에서 열교환하는 제 2 열교환기를 구비하며, 상기 열교환량 조정 장치는 상기 제 2 열교환기에 있어서의 열교환량을 조정하는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 제 2 열교환기는, 압축 공기와 제 1 매체와의 사이에서 열교환하는 것에 의해, 압축 공기에 의해 제 1 매체가 가열되며, 제 1 열교환기는, 공기와 제 1 매체와의 사이에서 열교환하는 것에 의해, 제 1 매체에 의해 공기가 가열되며, 가열되어 온도 상승한 공기가 압축기에 취입된다. 이때, 제어 장치는, 압축기가 취입한 공기의 온도에 근거해서 열교환량 조정 장치를 제어하고, 제 2 열교환기에 있어서의 열교환량을 조정한다. 즉, 압축 공기의 열량을 조정하는 것에 의해, 제 1 매체를 거쳐서 공기를 승온하게 되어, 압축기에 취입되는 공기의 온도를 고정밀도로 제어할 수 있다.
본 발명의 가스 터빈에서는, 상기 압축기가 압축한 압축 공기를 냉각 공기로서 상기 터빈에 공급하는 제 1 냉각 공기 공급 라인 및 제 2 냉각 공기 공급 라인이 병렬에 설치되며, 상기 제 1 냉각 공기 공급 라인에 상기 제 2 열교환기가 설치되고, 상기 제 2 냉각 공기 공급 라인에 상기 압축 공기와 제 2 매체와의 사이에서 열교환하는 상기 압축 공기 냉각용 열교환기가 설치되고, 상기 열교환량 조정 장치로서, 상기 제 1 냉각 공기 공급 라인과 상기 제 2 냉각 공기 공급 라인의 적어도 어느 한쪽에 유량 조정 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 유량 조정 밸브의 개방도를 조정해서 제 1 냉각 공기 공급 라인을 흐르는 압축 공기의 유량을 조정하는 것에 의해, 제 1 냉각 공기 공급 라인에 설치된 제 2 열교환기로, 압축 공기로부터 제 1 매체에 공급하는 열량을 조정할 수 있고, 제 1 매체에 의해 압축기에 취입되는 공기의 온도를 고정밀도로 조정할 수 있다.
본 발명의 가스 터빈에서는, 상기 압축기가 압축한 압축 공기를 냉각 공기로서 상기 터빈에 공급하는 냉각 공기 공급 라인이 설치되고, 상기 냉각 공기 공급 라인에 상기 제 2 열교환기 및 상기 압축 공기와 제 2 매체와의 사이에서 열교환하는 상기 압축 공기 냉각용 열교환기가 직렬로 설치되고, 상기 열교환량 조정 장치로서, 상기 제 1 열교환기와 상기 제 2 열교환기와의 사이에서 상기 제 1 매체를 순환하는 제 1 매체 순환 라인에 유량 조정 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 유량 조정 밸브의 개방도를 조정해서 제 1 매체 순환 라인을 흐르는 제 1 매체의 유량을 조정하는 것에 의해, 냉각 공기 공급 라인에 설치된 제 2 열교환기로, 압축 공기로부터 제 1 매체에 공급하는 열량을 조정할 수 있고, 제 1 매체에 의해 압축기에 취입되는 공기의 온도를 고정밀도로 조정할 수 있다.
본 발명의 가스 터빈에서는, 상기 제 2 매체는 공기 또는 물인 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 제 2 매체를 공기 또는 물로 하는 것에 의해, 주변에 존재하는 것을 사용하는 것에 의해, 사용하는 배관의 길이를 짧게 해서 설비의 소형화나 코스트의 증가를 억제할 수 있다.
본 발명의 가스 터빈에서는, 상기 압축 공기 냉각용 열교환기는, 상기 제 1 열교환기와 상기 제 2 열교환기와의 사이에서 상기 제 1 매체를 순환하는 제 1 매체 순환 라인에 설치되는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 압축 공기 냉각용 열교환기를 제 1 매체 순환 라인에 마련하는 것에 의해, 압축 공기 냉각용 열교환기와 제 1 열교환기와 제 2 열교환기를 제 1 매체 순환 라인 상에 배치할 수 있고, 장치의 컴팩트화를 도모할 수 있다.
본 발명의 가스 터빈에서는, 상기 압축 공기 냉각용 열교환기는 냉각탑인 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 상기 압축 공기 냉각용 열교환기를 냉각탑으로 하는 것에 의해, 구조의 간소화를 도모할 수 있다.
본 발명의 가스 터빈에서는, 상기 열교환량 조정 장치는, 상기 공기 온도 조정용 열교환기를 바이패스해서 상기 공기를 상기 압축기에 공급하는 공기 바이패스 라인과, 공기 바이패스 라인에 설치되는 유량 조정 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 압축기가 취입한 공기의 온도를 조정할 필요가 없을 때, 유량 조정 밸브에 의해 공기를 공기 온도 조정용 열교환기를 통하지 않고 공기 바이패스 라인으로부터 압축기에 공급할 수 있다.
본 발명의 가스 터빈에서는, 상기 공기 온도 조정용 열교환기는 상기 공기와 상기 압축 공기와의 사이에서 열교환하는 제 1 열교환기와, 상기 압축 공기와 제 3 매체와의 사이에서 열교환하는 제 2 열교환기를 구비하며, 상기 열교환량 조정 장치는 상기 제 2 열교환기에 있어서의 열교환량을 조정하는 것을 특징으로 하고 있다.
따라서, 제 2 열교환기는, 압축 공기와 제 3 매체와의 사이에서 열교환하는 것에 의해, 제 3 매체에 의해 압축 공기가 온도 조정되고, 제 1 열교환기는, 공기와 압축 공기와의 사이에서 열교환하는 것에 의해, 압축 공기에 의해 공기가 가열되고, 가열되어 온도 상승한 공기가 압축기에 취입된다. 이때, 제어 장치는 압축기가 취입한 공기의 온도에 근거해서 열교환량 조정 장치를 제어하고, 제 2 열교환기에 있어서의 열교환량을 조정한다. 즉, 압축 공기의 열량을 조정하는 것에 의해, 압축기에 취입되는 공기의 온도를 고정밀도로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 가스 터빈의 제어 방법은, 공기를 압축하는 압축기와, 상기 압축기가 압축한 압축 공기와 연료를 혼합해서 연소하는 연소기와, 상기 연소기가 생성한 연소 가스에 의해 회전 동력을 얻는 터빈을 구비하는 가스 터빈에 있어서, 상기 압축 공기를 냉각하는 공정과, 상기 압축 공기를 냉각하는 것으로 회수한 열량에 의해 상기 공기를 승온시키는 공정과, 상기 압축기가 취입한 상기 공기의 온도에 근거해서 상기 공기를 승온시키는 상기 압축 공기의 열량을 조정하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
따라서, 압축 공기의 열량을 조정하면, 압축 공기에 의해 가열되는 공기의 온도가 조정된다. 여기서, 압축기에 취입되는 공기의 온도에 따라서 가스 터빈의 출력이 변화하기 때문에, 가스 터빈의 부하에 관계없이, 가스 터빈의 출력을 목표 출력으로 고정밀도로 조정할 수 있다.
또한, 본 발명의 콤바인드 사이클 플랜트는, 상기 가스 터빈과, 상기 가스 터빈으로부터의 배기 가스의 배열에 의해 증기를 생성하는 배열 회수 보일러와, 상기 배열 회수 보일러에 의해 생성된 증기에 의해 구동하는 터빈을 갖는 증기 터빈을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
따라서, 압축기에 취입되는 공기의 온도에 따라서 가스 터빈의 출력이 변화하기 때문에, 가스 터빈의 부하에 관계없이, 가스 터빈의 출력을 목표 출력으로 고정밀도로 조정할 수 있고, 콤바인드 사이클 플랜트에서의 운전 영역을 확대할 수 있다.
본 발명의 가스 터빈 및 그 제어 방법 및 콤바인드 사이클 플랜트에 의하면, 가스 터빈의 출력을 고정밀도로 조정할 수 있다.
도 1은 제 1 실시형태의 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 가스 터빈 흡기 온도에 대한 가스 터빈 출력을 나타내는 그래프이다.
도 3은 제 2 실시형태의 콤바인드 플랜트를 나타내는 개략 구성도이다.
도 4는 제 3 실시형태의 콤바인드 플랜트를 나타내는 개략 구성도이다.
도 5는 제 4 실시형태의 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다.
도 6은 제 5 실시형태의 콤바인드 플랜트를 나타내는 개략 구성도이다.
도 7은 제 6 실시형태의 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다.
도 8은 제 7 실시형태의 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다.
도 9는 제 8 실시형태의 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 가스 터빈 흡기 온도에 대한 가스 터빈 출력을 나타내는 그래프이다.
도 3은 제 2 실시형태의 콤바인드 플랜트를 나타내는 개략 구성도이다.
도 4는 제 3 실시형태의 콤바인드 플랜트를 나타내는 개략 구성도이다.
도 5는 제 4 실시형태의 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다.
도 6은 제 5 실시형태의 콤바인드 플랜트를 나타내는 개략 구성도이다.
도 7은 제 6 실시형태의 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다.
도 8은 제 7 실시형태의 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다.
도 9는 제 8 실시형태의 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다.
이하, 첨부 도면을 참조해서 본 발명에 따른 가스 터빈 및 그 제어 방법 및 콤바인드 사이클 플랜트의 매우 적합한 실시형태를 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니고, 또한 실시형태가 다수 있는 경우에는, 각 실시형태를 조합해 구성하는 것도 포함하는 것이다.
[제 1 실시형태]
도 1은 제 1 실시형태의 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다.
제 1 실시형태에 있어서, 도 1에 도시하는 바와 같이, 가스 터빈(10)은 압축기(11)와, 연소기(12)와, 터빈(13)과, 제어 장치(14)를 구비한다.
압축기(11)와 터빈(13)은 회전축(21)에 의해 일체 회전 가능하게 연결되고, 이 회전축(21)에 발전기(22)가 연결된다. 압축기(11)는 공기 취입 라인(L1)으로부터 취입한 공기(A)를 압축한다. 연소기(12)는 압축기(11)로부터 압축 공기 공급 라인(L2)을 통해 공급된 압축 공기(CA)와, 연료 가스 공급 라인(L3)으로부터 공급된 연료(F)를 혼합해서 연소한다. 터빈(13)은 연소기(12)로부터 연소 가스 공급 라인(L4)을 통해 공급된 연소 가스(CG)에 의해 회전 구동된다. 발전기(22)는 터빈(13)이 회전하는 것에 의해 전달되는 회전력에 의해 구동된다. 또한, 터빈(13)은 배기 가스(EG)를 배출하는 배기 가스 배출 라인(L5)이 연결된다.
그 때문에, 가스 터빈(10)의 운전시, 압축기(11)는 공기(A)를 압축하고, 연소기(12)는 공급된 압축 공기(CA)와 연료(F)를 혼합해서 연소한다. 터빈(13)은 연소기(12)로부터 공급된 연소 가스(CG)에 의해 회전 구동되고, 발전기(22)가 발전을 실시한다. 그리고, 가스 터빈(10)(터빈(13))은 배기 가스(EG)를 배출한다.
또한, 가스 터빈(10)은, 제 1 열교환기(예를 들면, 흡기 가열기)(31)와, 제 2 열교환기(32)와, 제 3 열교환기(33)와, 제 1 유량 조정 밸브(열교환량 조정 장치)(34)와, 제 2 유량 조정 밸브(열교환량 조정 장치)(35)를 구비한다. 제 1 실시형태에서는, 제 1 열교환기(31)와 제 2 열교환기(32)가 본 발명의 공기 온도 조정용 열교환기에 상당하고, 제 3 열교환기(33)가 압축 공기 냉각용 열교환기에 상당한다. 그리고, 제 1 실시형태는, 압축기(11)가 취입한 공기(A)와 압축기(11)가 생성한 압축 공기(CA)와의 사이에서 제 1 매체를 거쳐서 간접적으로 열교환하는 것이다.
제 1 열교환기(31)는 공기 취입 라인(L1)에 설치된다. 제 1 열교환기(31)는 공기 취입 라인(L1)으로부터 취입되는 공기(A)와 제 1 매체(예를 들면, 온수)(HW)와의 사이에 열교환한다. 즉, 공기 취입 라인(L1)을 흐르는 공기(A)는, 제 1 열교환기(31)에서 제 1 매체(예를 들면, 물)(HW)에 의해 가열되고 나서 압축기(11)에 취입된다.
압축기(11)와 터빈(13)과의 사이에 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11)과 제 2 냉각 공기 공급 라인(L12)이 병렬로 설치된다. 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11) 및 제 2 냉각 공기 공급 라인(L12)은, 압축기(11)가 압축한 압축 공기(CA)의 일부를 냉각 공기로서 터빈(13)에 공급한다. 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11) 및 제 2 냉각 공기 공급 라인(L12)은, 일 단부가 합류해서 압축기(11)의 차실(도시 생략)에 연결되고, 타 단부가 합류해서 터빈(13)의 고온부에 연결된다.
제 2 열교환기(32)는 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11)에 설치되고, 제 3 열교환기(33)는 제 2 냉각 공기 공급 라인(L12)에 설치된다. 또한, 제 1 유량 조정 밸브(34)는 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11)에 있어서의 제 2 열교환기(32)보다 상류측에 설치된다. 제 2 유량 조정 밸브(35)는 제 2 냉각 공기 공급 라인(L12)에 있어서의 제 3 열교환기(33)보다 상류측에 설치된다.
제 1 열교환기(31)와 제 2 열교환기(32)와의 사이에 제 1 매체 순환 라인(L13)이 설치된다. 제 1 매체 순환 라인(L13)에는, 순환 펌프(41)가 설치된다. 그 때문에, 순환 펌프(41)를 구동하는 것에 의해, 제 1 매체(HW)를 제 1 매체 순환 라인(L13)에 의해 제 1 열교환기(31)와 제 2 열교환기(32)와의 사이에서 순환시킬 수가 있다. 그러면, 제 1 매체 순환 라인(L13)을 순환하는 제 1 매체(HW)는, 제 2 열교환기(32)에서 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11)을 흐르는 압축 공기(CA1)에 의해 가열되고, 제 1 열교환기(31)에서 공기 취입 라인(L1)을 흐르는 공기(A)를 가열한다. 여기서, 제 2 열교환기(32)는, 예를 들면, TCA(Turbine Cooling Air) 쿨러이다. 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11)을 흐르는 압축 공기(CA1)는, 제 2 열교환기(32)에서 제 1 매체 순환 라인(L13)을 순환하는 제 1 매체(HW)에 의해 냉각된다.
제 3 열교환기(33)에는, 제 2 매체 공급 라인(L14)이 설치된다. 제 2 매체 공급 라인(L14)에는, 공급 펌프(42)가 설치된다. 여기서, 제 3 열교환기(33)는, 예를 들면, TCA 쿨러이며, 냉각탑으로 해도 좋다. 그 때문에, 공급 펌프(42)를 구동하는 것에 의해, 제 2 매체(예를 들면, 공기)(A1)를 제 2 매체 공급 라인(L14)으로 유동시킨다. 그러면, 제 2 냉각 공기 공급 라인(L12)을 흐르는 압축 공기(CA2)는, 제 3 열교환기(33)와 제 2 매체 공급 라인(L14)을 흐르는 제 2 매체(A1)에 의해 냉각된다.
제 1 유량 조정 밸브(34)와 제 2 유량 조정 밸브(35)는 제 2 열교환기(32)에 공급하는 압축 공기(CA1)의 열량을 조정하는 열교환량 조정 장치로서 기능한다. 즉, 압축기(11)가 압축한 압축 공기(CA)는, 일부를 냉각 공기로서 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11) 및 제 2 냉각 공기 공급 라인(L12)을 통해 터빈(13)에 공급한다. 제 1 유량 조정 밸브(34)의 개방도를 크게 하고 제 2 유량 조정 밸브(35)의 개방도를 작게 하면, 압축 공기(CA)는 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11)측으로 많이 흐른다. 그러면, 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11)의 압축 공기(CA1)의 열량이 많아지고, 제 1 매체 순환 라인(L13)을 순환하는 제 1 매체(HW)는 제 2 열교환기(32)로 가열되는 것에 의해, 유량 조정 밸브(34, 36)의 개방도를 변경하기 전보다도 온도가 보다 높아진다. 그 결과, 공기 취입 라인(L1)의 공기(A)는, 제 1 열교환기(31)와 제 1 매체 순환 라인(L13)을 순환하는 고온의 제 1 매체(HW)로 가열되는 것에 의해 개방도를 변경하기 전보다 온도가 높아진다.
한편, 제 1 유량 조정 밸브(34)의 개방도를 작게 하고 제 2 유량 조정 밸브(35)의 개방도를 크게 하면, 압축 공기(CA)는 제 2 냉각 공기 공급 라인(L12)측으로 많이 흐른다. 그러면, 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11)의 압축 공기(CA1)의 열량이 적게 되어, 제 1 매체 순환 라인(L13)을 순환하는 제 1 매체(HW)는 제 2 열교환기(32)로 가열되지만, 유량 조정 밸브(34, 36)의 개방도를 변경하기 전보다도 온도가 보다 낮아진다. 그 결과, 공기 취입 라인(L1)의 공기(A)는, 제 1 열교환기(31)에서 제 1 매체 순환 라인(L13)을 순환하는 저온의 제 1 매체(HW)로 가열되어도 개방도를 변경하기 전보다 온도가 낮아진다.
제어 장치(14)는, 압축기(11)가 취입한 공기(A)의 온도에 근거해서 열교환량 조정 장치로서의 제 1 유량 조정 밸브(34) 및 제 2 유량 조정 밸브(35)를 제어한다. 공기 취입 라인(L1)에 있어서의 제 1 열교환기(31)의 하류측에 제 1 온도 센서(43)가 설치된다. 제 1 온도 센서(43)는, 공기 취입 라인(L1)을 흘러 제 1 열교환기(31)에서 가열된 공기(A)의 온도를 계측하고, 제어 장치(14)에 출력한다. 제어 장치(14)는, 제 1 온도 센서(43)가 계측한 공기(A)의 온도가 목표 온도가 되도록 제 1 유량 조정 밸브(34) 및 제 2 유량 조정 밸브(35)의 개방도를 조정한다.
또한, 제어 장치(14)는, 터빈(13)에 공급하는 냉각 공기로서의 압축 공기(CA(CA1+CA2))의 온도에 근거해서 공급 펌프(42)를 제어한다. 냉각 공기 공급 라인(L11, L12)에 있어서의 제 2 열교환기(32) 및 제 3 열교환기(33)보다 하류측의 합류 라인에 제 2 온도 센서(44)가 설치된다. 제 2 온도 센서(44)는, 냉각 공기 공급 라인(L11, L12)을 흘러 터빈(13)에 공급되는 압축 공기(CA(CA1+CA2))의 온도를 계측하고, 제어 장치(14)에 출력한다. 제어 장치(14)는, 제 2 온도 센서(44)가 계측한 압축 공기(CA(CA1+CA2))의 온도가 목표 온도가 되도록 공급 펌프(42)의 회전수를 조정한다.
냉각 공기 공급 라인(L11, L12)으로부터 터빈(13)에 공급되는 압축 공기(CA(CA1+CA2))는, 도시하지 않은 로터나 동익 등의 냉각에 이용된다. 그 때문에, 터빈(13)에 공급되는 압축 공기(CA(CA1+CA2))의 온도를 냉각에 필요한 소정의 냉각 온도로 유지할 필요가 있다. 즉, 터빈(13)에 공급되는 압축 공기(CA(CA1+CA2))의 온도가 소정의 냉각 온도까지 저하하도록 공급 펌프(42)의 회전수를 조정하고, 제 2 냉각 공기 공급 라인(L12)을 흐르는 압축 공기(CA2)의 제열량을 조정한다.
여기서, 가스 터빈(10)의 제어 방법에 대해 설명한다. 도 2는 가스 터빈 흡기 온도에 대한 가스 터빈 출력을 나타내는 그래프이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 가스 터빈 출력은 가스 터빈 흡기 온도의 상승에 수반해 저하하는 경향이 있다. 여기서, 가스 터빈 흡기 온도는 압축기(11)가 취입한 공기의 온도이며, 제 1 온도 센서(43)가 계측한 온도이다. 또한, 가스 터빈 출력은 가스 터빈(10)에 연결된 발전기(22)의 발전량이다.
일반적으로, 가스 터빈(10)은, 가스 터빈 출력에 대한 운전 가능 영역이 설정되어 있고, 상한값이 부하 100%이며, 하한값이 부하 La%이다. 연소기(12)에 대한 연료(F)의 공급량을 저하시키면, 가스 터빈 출력이 저하한다. 연료(F)의 공급량이 저하하면, 연소 온도가 저하하고, 유해 물질(예를 들면, NOx)의 발생량이 증가한다. 하한값으로서의 부하 La%는 유해 물질의 규제량에 근거해 설정된다.
예를 들면, 가스 터빈 흡기 온도가 15℃일 때, 부하 100%에서의 가스 터빈 출력이 100MW로 하면, 부하 La%에서 50MW(La15)가 된다. 이때, 제 1 열교환기(31)에 의해 압축기(11)가 취입한 공기(A)를 가열하면, 가스 터빈 흡기 온도가 20℃까지 상승한다. 그러면, 부하 La%에서의 가스 터빈 출력이 45MW(La20)가 된다. 이 부하 La%에서의 가스 터빈 출력 45MW(La20)는 가스 터빈 흡기 온도가 15℃때의 부하 Lb%에서의 가스 터빈 출력 45MW(Lb15)와 같게 된다. 그 때문에, 가스 터빈(10)의 운전 가능 영역에 있어서의 하한값을 부하 La%로부터 부하 Lb%까지 내리는 것에 의해, 운전 가능 영역을 부하 100%(100MW)로부터 부하 Lb%(45MW)의 범위로 확대할 수 있다.
이와 같이 제 1 실시형태의 가스 터빈에 있어서는, 공기(A)를 압축하는 압축기(11)와, 압축기(11)가 압축한 압축 공기(CA)와 연료(F)를 혼합해서 연소하는 연소기(12)와, 연소기(12)가 생성한 연소 가스(CG)에 의해 회전 동력을 얻는 터빈(13)과, 압축 공기(CA)를 냉각해서 터빈 냉각 공기로 하는 압축 공기 냉각용 열교환기(제 3 열교환기(33))와, 공기(A)와 압축 공기(CA)와의 사이에서 열교환하는 공기 온도 조정용 열교환기(제 1, 제 2 열교환기(31, 32))와, 압축 공기 냉각용 열교환기 및 공기 온도 조정용 열교환기의 열교환량을 조정하는 열교환량 조정 장치와, 열교환량 조정 장치를 제어하는 제어 장치(14)를 구비하며, 제어 장치(14)는 압축기(11)가 취입한 공기(A)의 온도에 근거해서 열교환량 조정 장치를 제어한다.
따라서, 공기 온도 조정용 열교환기는, 공기(A)와 압축 공기(CA)와의 사이에서 열교환하는 것에 의해, 압축 공기(CA)에 의해 공기(A)가 가열되고, 가열되어 온도 상승한 공기(A)가 압축기(11)에 취입된다. 이때, 제어 장치(14)는, 압축기(11)가 취입한 공기(A)의 온도에 근거해서 열교환량 조정 장치에 의해 공기 온도 조정용 열교환기의 열교환량을 조정한다. 즉, 공기 온도 조정용 열교환기의 열교환량을 조정하면, 압축 공기(CA)에 의해 가열되는 공기(A)의 온도가 조정된다. 여기서, 압축기(11)에 취입되는 공기(A)의 온도에 따라서 가스 터빈(10)의 출력이 변화하기 때문에, 가스 터빈(10)의 부하에 관계없이, 가스 터빈(10)의 출력을 목표 출력으로 고정밀도로 조정할 수 있고, 가스 터빈(10) 단체로 운전 영역을 확대할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에서는, 압축기(11)가 압축해서 터빈(13)의 냉각 공기로서 사용하는 압축 공기(CA)에 의해 압축기(11)에 취입되는 공기(A)를 가열하고 있다. 이때, 공기(A)를 가열한 압축 공기(CA)는 공기(A)에 의해 냉각되어 터빈(13)에 보내지고, 버려지는 일이 없다. 그 때문에, 터빈(13)의 냉각 공기로서 사용하는 압축 공기(CA)의 열을 공기(A)에 의해 효율 좋게 회수할 수 있다.
제 1 실시형태의 가스 터빈에서는, 공기 온도 조정용 열교환기에 의해 열교환된 공기(A)의 온도를 계측하는 제 1 온도 센서(43)를 마련하고, 제어 장치(14)는, 제 1 온도 센서(43)가 계측한 공기(A)의 온도가 목표 온도에 가까워지도록 열교환량 조정 장치에 의해 공기 온도 조정용 열교환기에 있어서의 열교환량을 제어한다. 따라서, 압축기(11)에 취입되는 공기(A)의 온도를 고정밀도로 제어할 수 있다.
제 1 실시형태의 가스 터빈에서는, 제 3 열교환기(33)에 의해 냉각된 압축 공기(CA)의 온도를 계측하는 제 2 온도 센서(44)를 마련하고, 제어 장치(14)는, 제 2 온도 센서(44)가 계측한 압축 공기(CA)의 온도가 목표 온도에 보지되도록 열교환량 조정 장치에 의해 제 3 열교환기(33)에 있어서의 열교환량을 제어한다. 따라서, 터빈(13)에 공급되는 냉각 공기로서의 압축 공기(CA)의 온도를 고정밀도로 제어할 수 있다.
제 1 실시형태의 가스 터빈에서는, 공기 온도 조정용 열교환기는 공기(A)와 제 1 매체(HW)와의 사이에서 열교환하는 제 1 열교환기(31)와, 압축 공기(CA)와 제 1 매체(HW)와의 사이에서 열교환하는 제 2 열교환기(32)를 구비하고, 열교환량 조정 장치는 제 2 열교환기에 있어서의 열교환량을 조정한다. 따라서, 제 2 열교환기(32)는, 압축 공기(CA)와 제 1 매체(HW)와의 사이에서 열교환하는 것에 의해, 압축 공기(CA)에 의해 제 1 매체(HW)가 가열되고, 제 1 열교환기(31)는, 공기(A)와 제 1 매체(HW)와의 사이에서 열교환하는 것에 의해, 제 1 매체(HW)에 의해 공기(A)가 가열되고, 가열되어 온도 상승한 공기(A)가 압축기(11)에 취입된다. 이때, 제어 장치(14)는, 압축기가 취입한 공기(A)의 온도에 근거해서 열교환량 조정 장치에 의해 제 2 열교환기(32)에 공급하는 압축 공기(CA)의 열량을 조정한다. 즉, 압축 공기(CA)의 열량을 조정하는 것에 의해, 제 1 매체(HW)를 거쳐서 공기(A)를 승온하게 되어, 압축기(11)에 취입되는 공기(A)의 온도를 고정밀도로 제어할 수 있다.
제 1 실시형태의 가스 터빈에서는, 압축기(11)가 압축한 압축 공기(CA)를 냉각 공기로서 터빈(13)에 공급하는 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11) 및 제 2 냉각 공기 공급 라인(L12)을 병렬로 마련하고, 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11)에 제 2 열교환기(32)를 마련하고, 제 2 냉각 공기 공급 라인(L12)에 압축 공기(CA)와 제 2 매체(A1)와의 사이에서 열교환하는 제 3 열교환기(33)를 마련하고, 열교환량 조정 장치로서, 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11)과 제 2 냉각 공기 공급 라인(L12)에 유량 조정 밸브(34, 35)를 각각 마련한다. 따라서, 유량 조정 밸브(34, 35)의 개방도를 조정해서 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11)을 흐르는 압축 공기(CA)의 유량을 조정하는 것에 의해, 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11)에 설치된 제 2 열교환기(32)에서, 압축 공기(CA)로부터 제 1 매체(HW)에 공급하는 열량을 조정할 수 있고, 제 1 매체(HW)에 의해 압축기(11)에 취입되는 공기(A)의 온도를 고정밀도로 조정할 수 있다.
또한, 제 3 열교환기(33)는, 압축 공기(CA)와 공기 등의 제 2 매체(A1)와의 사이에서 열교환하는 것에 의해, 주변에 존재하는 것을 사용하는 것에 의해, 사용하는 배관의 길이를 짧게 해서 설비의 소형화, 저비용화에 기여할 수 있다.
또한, 열교환량 조정 장치로서, 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11)과 제 2 냉각 공기 공급 라인(L12)의 양쪽 모두에 유량 조정 밸브(34, 35)를 마련했지만, 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11)과 제 2 냉각 공기 공급 라인(L12)의 어느 한쪽에 유량 조정 밸브(34, 35)를 설치해도 좋다. 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11)만에 유량 조정 밸브(34)를 마련하는 것에 의해, 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11)으로 흐르는 압축 공기(CA)의 유량을 직접적으로 조정할 수 있다. 또한, 제 2 냉각 공기 공급 라인(L12)만에 유량 조정 밸브(35)를 마련하는 것에 의해, 제 2 냉각 공기 공급 라인(L12)으로 흐르는 압축 공기(CA)의 유량이 조정되고, 압축 공기(CA)의 유동 저항이 변동하고, 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11)으로 흐르는 압축 공기(CA)의 유량을 간접적으로 조정할 수 있다.
제 1 실시형태의 가스 터빈에서는, 제 2 매체(A1)를 공기로 하고 있다. 따라서, 사용하는 배관의 길이를 짧게 해서 설비의 소형화를 도모할 수 있는 동시에, 주변에 존재하는 공기를 사용하는 것에 의해, 코스트의 증가를 억제할 수 있다.
제 1 실시형태의 가스 터빈에서는, 제 3 열교환기(33)를 냉각탑으로 하고 있다. 따라서, 구조의 간소화를 도모할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태의 가스 터빈의 제어 방법에 있어서는, 압축 공기(CA)를 냉각해서 터빈(13)에 공급하는 공정과, 압축 공기(CA)에 의해 공기(A)를 승온시키는 공정과, 압축기(11)가 취입한 공기(A)의 온도에 근거해서 공기(A)를 승온시키는 압축 공기(CA)의 열량을 조정하는 공정을 구비한다.
따라서, 압축 공기(CA)의 열량을 조정하면, 압축 공기(CA)에 의해 가열되는 공기(A)의 온도가 조정된다. 여기서, 압축기(11)에 취입되는 공기(A)의 온도에 따라서 가스 터빈(10)의 출력이 변화하기 때문에, 가스 터빈(10)의 부하에 관계없이, 가스 터빈(10)의 출력을 목표 출력으로 고정밀도로 조정할 수 있다.
[제 2 실시형태]
도 3은 제 2 실시형태의 콤바인드 플랜트를 나타내는 개략 구성도이다. 또한, 상술한 제 1 실시형태와 동일한 기능을 갖는 부재에는, 동일한 도면부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.
제 2 실시형태에 있어서, 도 3에 도시하는 바와 같이, 콤바인드 사이클 플랜트(50)는 가스 터빈(10)과, 배열 회수 보일러(HRSG)(51)와, 증기 터빈(52)과, 발전기(53)를 구비하고 있다.
가스 터빈(10)은 압축기(11)와, 연소기(12)와, 터빈(13)과, 제어 장치(14)를 구비한다. 가스 터빈(10)은 상술한 제 1 실시형태와 거의 동일한 것이므로 설명은 생략한다.
배열 회수 보일러(51)는 가스 터빈(10)(터빈(13))으로부터 배기 가스 배출 라인(L5)을 거쳐서 배출된 배기 가스(EG)의 배열에 의해 증기(과열 증기)(ST)를 발생시킨다. 배열 회수 보일러(51)는, 도시하지 않지만, 열교환기로서 과열기와 증발기와 절탄기를 구비한다. 배열 회수 보일러(51)는, 가스 터빈(10)으로부터의 배기 가스(EG)가 내부를 통과하는 것에 의해, 과열기, 증발기, 절탄기의 순서로 열회수를 실시하는 것으로 증기(ST)를 생성한다. 그리고, 배열 회수 보일러(51)에는 증기(ST)를 생성한 사용완료의 배기 가스(EG)를 배출하는 배기 가스 배출 라인(L6)을 거쳐서 굴뚝(61)이 연결된다.
증기 터빈(52)은 배열 회수 보일러(51)에 의해 생성된 증기(ST)에 의해 구동하는 것이며, 터빈(62)을 구비한다. 터빈(62)은, 예를 들면, 고압 터빈과 중압 터빈과 저압 터빈이 회전축에 의해 일체 회전 가능하게 연결된다. 터빈(62)에는 회전축(63)을 거쳐서 발전기(53)가 연결된다. 배열 회수 보일러(51)의 증기(ST)를 터빈에 공급하는 증기 공급 라인(L7)이 설치된다. 증기 터빈(52)은, 배열 회수 보일러(51)로부터의 증기(ST)에 의해 터빈(62)이 회전하고, 발전기(53)는, 터빈(62)이 회전하는 것에 의해 전달되는 회전력에 의해 구동한다.
증기 터빈(52)에는, 터빈(62)을 구동한 증기(ST)를 냉각하는 복수기(64)가 설치된다. 복수기(64)는, 터빈(62)으로부터 배출된 증기를 냉각수(예를 들면, 해수)에 의해 냉각해서 복수로 한다. 복수기(64)는, 생성한 복수를 급수(WS)로서 급수 라인(L8)을 거쳐서 배열 회수 보일러(51)에 보낸다. 급수 라인(L8)에는 복수 펌프(65)가 설치된다. 또한, 복수기(64)에는, 증기(ST)를 냉각수에 의해 냉각하는 냉각수 라인(L9)이 설치된다.
급수 라인(L8)에는, 복수 펌프(65)와 배열 회수 보일러(51)와의 사이로부터 분기하는 급수 순환 라인(제 2 매체 공급 라인)(L10)이 설치된다. 급수 순환 라인(L10)은, 급수 라인(L8)으로부터 제 3 열교환기(33)를 통해서 급수 라인(L8)에 돌아온다. 급수 라인(L8)에는, 유량 조정 밸브(66)가 설치된다. 그 때문에, 유량 조정 밸브(66)의 개방도를 조정하는 것에 의해, 급수 라인(L8)을 흐르는 급수(WS)의 일부를 제 2 매체로서 급수 순환 라인(L10)에 순환시킨다. 그러면, 제 2 냉각 공기 공급 라인(L12)을 흐르는 압축 공기(CA2)는, 제 3 열교환기(33)에서 급수 순환 라인(L10)을 흐르는 급수(WS)에 의해 냉각된다. 또한, 제 3 열교환기(33)에의 급수 순환 라인(L10)은, 이 위치로부터 분기해서 마련하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 배열 회수 보일러(51)의 내부의 계통으로부터 분기해서 설치해도 좋다. 또한, 급수 순환 라인(L10)의 복귀처도, 배열 회수 보일러(51)의 상류측에 한정되지 않고, 배열 회수 보일러(51)의 내부의 계통으로 복귀해도 좋다.
그 때문에, 콤바인드 사이클 플랜트(50)의 가동시, 가스 터빈(10)에서, 압축기(11)는 공기(A)를 압축하고, 연소기(12)는 공급된 압축 공기(CA)와 연료(F)를 혼합해서 연소한다. 터빈(13)은 연소기(12)로부터 공급된 연소 가스(CG)에 의해 회전 구동하고, 발전기(22)가 발전을 실시한다. 또한, 가스 터빈(10)(터빈(13))으로부터 배출된 배기 가스(EG)는 배열 회수 보일러(51)에 보내지고, 배열 회수 보일러(51)는 증기(ST)를 생성하고, 증기(ST)가 증기 터빈(52)에 보내진다. 증기 터빈(52)은, 터빈(62)이 증기(ST)에 의해 회전 구동하고, 발전기(53)가 발전을 실시한다. 터빈(62)에서 사용된 증기(ST)는 복수기(64)에서 냉각되어 복수가 되고, 급수(WS)로서 배열 회수 보일러(51)에 되돌려진다.
제어 장치(14)는, 압축기(11)가 취입한 공기(A)의 온도에 근거해서 열교환량 조정 장치로서의 제 1 유량 조정 밸브(34) 및 제 2 유량 조정 밸브(35)를 제어한다. 즉, 제어 장치(14)는, 제 1 온도 센서(43)가 계측한 공기(A)의 온도가 목표 온도가 되도록 제 1 유량 조정 밸브(34) 및 제 2 유량 조정 밸브(35)의 개방도를 조정한다.
또한, 제어 장치(14)는, 터빈(13)에 공급하는 냉각 공기로서의 압축 공기(CA(CA1+CA2))의 온도에 근거해서 유량 조정 밸브(66)의 개방도를 제어한다. 제어 장치(14)는, 제 2 온도 센서(44)가 계측한 압축 공기(CA(CA1+CA2))의 온도가 목표 온도가 되도록 유량 조정 밸브(66)의 개방도를 조정하고, 제 2 냉각 공기 공급 라인(L12)을 흐르는 압축 공기(CA2)의 제열량을 조정한다.
여기서, 콤바인드 사이클 플랜트(50)에 있어서의 가스 터빈(10)의 제어에 대해 설명한다.
가스 터빈(10)을 부하 100%에서의 운전 상태(가스 터빈 출력 100MW)로부터, 부분 부하에서의 운전 상태(가스 터빈 출력 45MW)로 이행하고 싶을 때, 제어 장치(14)는 연소기(12)에 공급하는 연료(F)의 양을 저하시킨다. 그러면, 가스 터빈(10)이 부하 La%에서의 운전 상태(가스 터빈 출력 50MW)까지 저하한다.
제어 장치(14)는 가스 터빈 흡기 온도를 상승시킨다. 이때, 제어 장치(14)는, 제 1 온도 센서(43)로부터 공기 취입 라인(L1)을 흘러 제 1 열교환기(31)로부터 가열된 공기(A)의 온도가 입력되어 있고, 이 제 1 온도 센서(43)의 계측 온도가 목표 온도가 되도록 제 1 유량 조정 밸브(34) 및 제 2 유량 조정 밸브(35)의 개방도를 조정한다. 제어 장치(14)가 제 1 유량 조정 밸브(34) 및 제 2 유량 조정 밸브(35)의 개방도를 조정하는 것에 의해, 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11)측으로 흐르는 압축 공기(CA1)의 유량이 증가하면, 제 1 매체(HW)의 온도가 상승하고, 공기(A)의 온도, 즉, 가스 터빈 흡기 온도가 목표 온도까지 상승한다. 그 결과, 가스 터빈(10)이 부하 La%에서 출력 45MW까지 저하한다.
또한, 제어 장치(14)는 터빈(13)에 공급하는 냉각 공기로서의 압축 공기(CA(CA1+CA2))의 온도에 근거해서 유량 조정 밸브(66)를 제어한다. 제어 장치(14)는, 제 2 온도 센서(44)가 계측한 압축 공기(CA(CA1+CA2))의 온도가 목표 온도가 되도록 유량 조정 밸브(66)의 개방도를 조정한다. 그러면, 제 3 열교환기(33)에 공급되는 급수(WS)의 유량이 조정되고, 제 3 열교환기(33)에서, 급수(WS)에 의해 냉각되는 압축 공기(CA2)의 온도가 조정된다. 그 결과, 적정 온도까지 저하한 압축 공기(CA(CA1+CA2))를 터빈(13)에 공급할 수 있고, 이 터빈(13)을 적정하게 냉각할 수 있다.
이와 같이 제 2 실시형태의 가스 터빈에 있어서는, 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11)에 제 2 열교환기(32)를 마련하고, 제 2 냉각 공기 공급 라인(L12)에 압축 공기(CA)와 급수(WS)와의 사이에서 열교환하는 제 3 열교환기(33)를 마련하고, 제어 장치(14)는 압축기(11)가 취입한 공기(A)의 온도에 근거해서 열교환량 조정 장치를 제어한다. 따라서, 가스 터빈(10)의 부하에 관계없이, 가스 터빈(10)의 출력을 목표 출력으로 고정밀도로 조정할 수 있고, 가스 터빈(10) 단체로 운전 영역을 확대할 수 있다.
제 2 실시형태의 가스 터빈에서는, 제 2 매체를 배열 회수 보일러(51)에 되돌리는 급수(WS)로 하고 있다. 따라서, 주변에 존재하는 급수(WS)를 사용하는 것에 의해, 코스트의 증가를 억제할 수 있다.
또한, 제 2 실시형태의 콤바인드 사이클 플랜트에 있어서는, 가스 터빈(10)과, 가스 터빈(10)으로부터의 배기 가스(EG)의 배열에 의해 증기(ST)를 생성하는 배열 회수 보일러(51)와, 배열 회수 보일러(51)에 의해 생성된 증기(ST)에 의해 구동하는 터빈(62)을 구비하는 증기 터빈(52)을 구비한다. 따라서, 가스 터빈(10)의 부하에 관계없이, 가스 터빈(10)과 증기 터빈(52)을 맞춘 콤바인드 사이클 플랜트(50)의 출력을 목표 출력에 조정할 수 있고, 흡기 가열했을 때의 증기 터빈(52)의 변화율은 가스 터빈(10)의 출력의 변화율에 대해서 작기 때문에, 콤바인드 사이클 운전 시의 가스 터빈(10)의 출력 조정에 의해, 콤바인드 사이클 플랜트(50)에서의 운전 영역을 확대할 수 있다.
[제 3 실시형태]
도 4는 제 3 실시형태의 콤바인드 플랜트를 나타내는 개략 구성도이다. 또한, 상술한 제 2 실시형태와 동일한 기능을 갖는 부재에는, 동일한 도면부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.
제 3 실시형태에 있어서, 도 4에 도시하는 바와 같이, 압축기(11)와 터빈(13)과의 사이에 냉각 공기 공급 라인(L15)이 설치된다. 냉각 공기 공급 라인(L15)은, 압축기(11)가 압축한 압축 공기(CA)의 일부를 냉각 공기로서 터빈(13)에 공급한다. 냉각 공기 공급 라인(L15)은, 일 단부가 압축기(11)의 차실(도시 생략)에 연결되고, 타 단부가 터빈(13)의 로터(도시 생략)의 내부에 형성된 공간에 연결된다.
제 2 열교환기(32)와 제 3 열교환기(33)는 냉각 공기 공급 라인(L15)에 직렬로 설치된다. 냉각 공기 공급 라인(L15)에는, 압축 공기(CA)의 흐름 방향의 상류측에 제 3 열교환기(33)가 설치되고, 하류측에 제 2 열교환기(32)가 설치된다.
제 1 열교환기(31)와 제 2 열교환기(32)와의 사이에 제 1 매체 순환 라인(L13)이 설치된다. 제 1 매체 순환 라인(L13)에는, 순환 펌프(41)와 유량 조정 밸브(45)가 설치된다. 제 3 열교환기(33)는 급수 순환 라인(L10)에 설치된다.
제어 장치(14)는, 압축기(11)가 취입한 공기(A)의 온도에 근거해서 열교환량 조정 장치로서의 유량 조정 밸브(45)를 제어한다. 제어 장치(14)는, 제 1 온도 센서(43)가 계측한 공기(A)의 온도가 목표 온도가 되도록 유량 조정 밸브(45)의 개방도를 조정한다.
여기서, 콤바인드 사이클 플랜트(50)에 있어서의 가스 터빈(10)의 제어에 대해 설명한다.
가스 터빈(10)을 부하 100%에서의 운전 상태(가스 터빈 출력 100MW)로부터, 부분 부하에서의 운전 상태(가스 터빈 출력 45MW)로 이행하고 싶을 때, 제어 장치(14)는 연소기(12)에 공급하는 연료(F)의 양을 저하시킨다. 그러면, 가스 터빈(10)이 부하 La%에서의 운전 상태(가스 터빈 출력 50MW)까지 저하한다.
제어 장치(14)는 가스 터빈 흡기 온도를 상승시킨다. 이때, 제어 장치(14)는, 제 1 온도 센서(43)로부터 공기 취입 라인(L1)을 흘러 제 1 열교환기(31)로부터 가열된 공기(A)의 온도가 입력되어 있고, 이 제 1 온도 센서(43)의 계측 온도가 목표 온도가 되도록 유량 조정 밸브(45)의 개방도를 조정한다. 제어 장치(14)가 유량 조정 밸브(45)의 개방도를 조정하는 것에 의해, 제 1 매체 순환 라인(L13)을 흐르는 제 1 매체(HW)의 유량이 상승하면, 제 1 열교환기(31)에서, 제 1 매체(HW)로부터 공기(A)에의 열교환량이 증가해서 온도가 상승하고, 공기(A)의 온도, 즉, 가스 터빈 흡기 온도가 목표 온도까지 상승한다. 그 결과, 가스 터빈(10)이 부하 La%에서 출력 45MW까지 저하한다.
또한, 제어 장치(14)는, 터빈(13)에 공급하는 냉각 공기로서의 압축 공기(CA)의 온도에 근거해서 유량 조정 밸브(66)를 제어한다. 제어 장치(14)는, 제 2 온도 센서(44)가 계측한 압축 공기(CA)의 온도가 목표 온도가 되도록 유량 조정 밸브(66)의 개방도를 조정한다. 그러면, 제 3 열교환기(33)에 공급되는 급수(WS)의 유량이 조정되고, 제 3 열교환기(33)에서, 급수(WS)에 의해 냉각되는 압축 공기(CA)의 온도가 조정된다. 그 결과, 적정 온도의 압축 공기(CA)를 터빈(13)에 공급할 수 있고, 이 터빈(13)을 적정하게 냉각할 수 있다.
이와 같이 제 3 실시형태의 가스 터빈에 있어서는, 압축기(11)가 압축한 압축 공기(CA)를 냉각 공기로서 터빈(13)에 공급하는 냉각 공기 공급 라인(L15)을 마련하고, 냉각 공기 공급 라인(L15)에 제 2 열교환기(32)와 제 3 열교환기(33)를 직렬로 마련하고, 열교환량 조정 장치로서, 제 1 열교환기(31)와 제 2 열교환기(32)와의 사이에서 제 1 매체(HW)를 순환하는 제 1 매체 순환 라인(L13)에 유량 조정 밸브(45)를 마련한다.
따라서, 유량 조정 밸브(45)의 개방도를 조정해서 제 1 매체 순환 라인(L13)을 흐르는 제 1 매체(HW)의 유량을 조정하는 것에 의해, 냉각 공기 공급 라인(L15)에 설치된 제 2 열교환기(32)에서, 압축 공기(CA)로부터 제 1 매체(HW)에 공급하는 열량을 조정할 수 있고, 제 1 매체(HW)에 의해 압축기(11)에 취입되는 공기(A)의 온도를 고정밀도로 조정할 수 있다.
또한, 상술한 제 2, 제 3 실시형태에서, 제 3 열교환기(33)는, 예를 들면, TCA 쿨러이며, 냉각탑으로 해도 좋다.
[제 4 실시형태]
도 5는 제 4 실시형태의 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다. 또한, 상술한 실시형태와 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 도면부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.
제 4 실시형태에 있어서, 도 5에 도시하는 바와 같이, 가스 터빈(10)은 제 1 열교환기(31)와, 제 3 열교환기(33)와, 제 1 유량 조정 밸브(34)와, 제 2 유량 조정 밸브(35)를 구비한다. 제 4 실시형태에서는, 제 1 열교환기(31)가 본 발명의 공기 온도 조정용 열교환기에 상당하고, 압축기(11)가 취입한 공기(A)와 압축기(11)가 생성한 압축 공기(CA)와의 사이에 직접적으로 열교환하는 것이다.
제 1 열교환기(31)는 공기 취입 라인(L1)에 설치된다. 압축기(11)와 터빈(13)과의 사이에 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11)과 제 2 냉각 공기 공급 라인(L12)이 병렬로 설치된다. 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11)에는 제 1 열교환기(31)가 설치되고, 제 2 냉각 공기 공급 라인(L12)에는 제 3 열교환기(33)가 설치된다. 그 때문에, 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11)을 흐르는 압축 공기(CA1)는, 제 1 열교환기(31)에서 공기 취입 라인(L1)을 흐르는 공기(A)를 가열하고, 냉각된다.
제 1 유량 조정 밸브(34)는 제 1 냉각 공기 공급 라인(L11)에 있어서의 제 1 열교환기(31)보다 상류측에 설치된다. 제 2 유량 조정 밸브(35)는 제 2 냉각 공기 공급 라인(L12)에 있어서의 제 3 열교환기(33)보다 상류측에 설치된다. 제 1 유량 조정 밸브(34)와 제 2 유량 조정 밸브(35)는 제 1 열교환기(31)에 공급하는 압축 공기(CA1)의 열량을 조정하는 열교환량 조정 장치로서 기능한다. 제어 장치(14)는, 압축기(11)가 취입한 공기(A)의 온도에 근거해서 열교환량 조정 장치로서의 제 1 유량 조정 밸브(34) 및 제 2 유량 조정 밸브(35)를 제어한다. 제 1 온도 센서(43)는, 공기 취입 라인(L1)을 흘러 제 1 열교환기(31)에서 가열된 공기(A)의 온도를 계측하고, 제어 장치(14)는, 제 1 온도 센서(43)가 계측한 공기(A)의 온도가 목표 온도가 되도록 제 1 유량 조정 밸브(34) 및 제 2 유량 조정 밸브(35)의 개방도를 조정한다.
이와 같이 제 4 실시형태의 가스 터빈에 있어서는, 공기(A)와 압축 공기(CA)와의 사이에 직접 열교환하는 제 1 열교환기(31)와, 제 1 열교환기(31)에 공급하는 압축 공기(CA)의 열량을 조정하는 열교환량 조정 장치와, 압축기(11)가 취입한 공기(A)의 온도에 근거해서 열교환량 조정 장치를 제어하는 제어 장치(14)를 구비한다.
따라서, 압축기(11)에 취입되는 공기(A)의 온도에 따라서 가스 터빈(10)의 출력이 변화하기 때문에, 가스 터빈(10)의 부하에 관계없이, 가스 터빈(10)의 출력을 목표 출력으로 조정할 수 있고, 가스 터빈(10) 단체로 운전 영역을 확대할 수 있다. 또한, 압축기(11)가 취입한 공기(A)와 압축기(11)가 생성한 압축 공기(CA)를 직접적으로 열교환하기 때문에, 계통의 간소화를 도모할 수 있다.
[제 5 실시형태]
도 6은 제 5 실시형태의 콤바인드 플랜트를 나타내는 개략 구성도이다. 또한, 상술한 실시형태와 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 도면부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.
제 5 실시형태에 있어서, 도 6에 도시하는 바와 같이, 가스 터빈(10)은 제 1 열교환기(31)와, 제 3 열교환기(33)와, 열교환량 조정 장치를 구비한다. 제 5 실시형태에서는, 제 1 열교환기(31)가 본 발명의 공기 온도 조정용 열교환기에 상당하고, 압축기(11)가 취입한 공기(A)와 압축기(11)가 생성한 압축 공기(CA)와의 사이에 직접적으로 열교환하는 것이다.
압축기(11)와 터빈(13)과의 사이에 냉각 공기 공급 라인(L15)이 설치된다. 냉각 공기 공급 라인(L15)에는, 제 1 열교환기(31)와 제 3 열교환기(33)가 직렬로 설치된다. 즉, 냉각 공기 공급 라인(L15)에는, 제 1 열교환기(31)가 설치되고, 상류측에 제 3 열교환기(33)가 설치된다. 제 3 열교환기(33)에는, 급수 순환 라인(L10)이 설치되고, 급수 순환 라인(L10)에 유량 조정 밸브(66)가 설치된다. 또한, 열교환량 조정 장치로서, 공기 바이패스 라인(L16)과, 유량 조정 밸브(71)를 구비한다. 공기 바이패스 라인(L16)은, 일 단부가 공기 취입 라인(L1)에 있어서의 제 1 열교환기(31)보다 상류측에 접속되고, 타 단부가 공기 취입 라인(L1)에 있어서의 제 1 열교환기(31)보다 하류측에 접속된다. 유량 조정 밸브(71)는 공기 바이패스 라인(L16)에 설치된다.
제어 장치(14)는 압축기(11)가 취입한 공기(A)의 온도에 근거해서 열교환량 조정 장치로서의 유량 조정 밸브(66, 71)를 제어한다. 제어 장치(14)는, 제 1 온도 센서(43)가 계측한 공기(A)의 온도가 목표 온도가 되도록, 유량 조정 밸브(66, 71)의 개방도를 조정한다. 즉, 제어 장치(14)는, 압축기(11)가 취입한 공기(A)의 온도를 조정할 필요가 없을 때, 유량 조정 밸브(71)를 개방해 공기(A)를 제 1 열교환기(31)를 통하지 않고 공기 바이패스 라인(L16)으로부터 압축기(11)에 공급한다.
이와 같이 제 5 실시형태의 가스 터빈에 있어서는, 냉각 공기 공급 라인(L15)에 제 1 열교환기(31)와 제 3 열교환기(33)를 직렬로 마련하고, 열교환량 조정 장치로서, 제 3 열교환기(33)에 제 2 매체로서의 급수(WS)를 공급하는 제 2 매체 공급 라인으로서의 급수 순환 라인(L10)에 유량 조정 밸브(66)를 마련한다.
따라서, 유량 조정 밸브(66)의 개방도를 조정해 급수 순환 라인(L10)을 흐르는 급수(WS)의 유량을 조정하는 것에 의해, 냉각 공기 공급 라인(L15)에 설치된 제 3 열교환기(33)에서, 압축 공기(CA)로부터 급수(WS)에 공급하는 열량을 조정할 수 있고, 압축 공기(CA)에 의해 압축기(11)에 취입되는 공기(A)의 온도를 고정밀도로 조정할 수 있다.
제 5 실시형태의 가스 터빈에서는, 열교환량 조정 장치로서, 제 1 열교환기(31)를 바이패스해서 공기(A)를 압축기(11)에 공급하는 공기 바이패스 라인(L16)과, 공기 바이패스 라인(L16)에 설치되는 유량 조정 밸브(71)를 마련한다. 따라서, 압축기(11)가 취입한 공기(A)의 온도를 조정할 필요가 없을 때, 유량 조정 밸브(71)에 의해 공기(A)를 제 1 교환기(31)를 통하지 않고 공기 바이패스 라인(L16)으로부터 압축기(11)에 공급할 수 있다. 또한, 상술한 제 5 실시형태에서, 제 3 열교환기(33)는, 예를 들면, TCA 쿨러이며, 냉각탑으로 해도 좋다.
[제 6 실시형태]
도 7은 제 6 실시형태의 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다. 또한, 상술한 각 실시형태와 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 도면부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.
제 6 실시형태에 있어서, 도 7에 도시하는 바와 같이, 가스 터빈(10)은 제 1 열교환기(31)와, 제 2 열교환기(32)와, 제 3 열교환기(33)와, 열교환량 조정 장치를 구비한다.
제 1 열교환기(31)는 공기 취입 라인(L1)에 설치된다. 압축기(11)와 냉각 대상 부재(80)와의 사이에 냉각 공기 공급 라인(L17)이 설치된다. 냉각 공기 공급 라인(L17)은, 압축기(11)가 압축한 압축 공기(CA)의 일부를 냉각 공기로서 냉각 대상 부재(80)에 공급한다.
제 2 열교환기(32)는 냉각 공기 공급 라인(L17)에 설치된다. 제 1 열교환기(31)와 제 2 열교환기(32)와의 사이에 제 1 매체 순환 라인(L13)이 설치된다. 제 1 매체 순환 라인(L13)에는, 순환 펌프(41)와 유량 조정 밸브(45)가 설치된다. 그 때문에, 순환 펌프(41)를 구동하는 것에 의해, 제 1 매체(HW)를 제 1 매체 순환 라인(L13)에 의해 제 1 열교환기(31)와 제 2 열교환기(32)와의 사이에서 순환시킬 수가 있다.
제 3 열교환기(33)는 제 1 매체 순환 라인(L13)에 설치된다. 제 1 매체 순환 라인(L13)은, 제 1 매체(HW)가 제 1 열교환기(31)로부터 제 2 열교환기(32)로 흐르는 측에 순환 펌프(41)와 유량 조정 밸브(45)가 설치되고, 제 1 매체(HW)가 제 2 열교환기(32)로부터 제 1 열교환기(31)로 흐르는 측에 제 3 열교환기(33)가 설치된다. 제 3 열교환기(33)에는, 제 2 매체 공급 라인(L14)이 설치되고, 제 2 매체 공급 라인(L14)에 공급 펌프(42)가 설치된다. 제 2 매체 공급 라인(L14)은, 제 2 매체(예를 들면, 공기)(A1)를 제 2 매체 공급 라인(L14)으로 유동시킨다. 또한, 제 1 매체 순환 라인(L13)에 있어서의 제 1 매체(HW)가 제 2 열교환기(32)로부터 제 1 열교환기(31)로 흐르는 측에 순환 펌프(41)나 유량 조정 밸브(45)를 설치해도 좋고, 제 1 매체(HW)가 제 1 열교환기(31)로부터 제 2 열교환기(32)로 흐르는 측에 제 3 열교환기(33)를 설치해도 좋다.
제어 장치(14)는, 압축기(11)가 취입한 공기(A)의 온도에 근거해서 열교환량 조정 장치로서의 공급 펌프(42)를 제어한다. 제어 장치(14)는, 제 1 온도 센서(43)가 계측한 공기(A)의 온도가 목표 온도가 되도록 공급 펌프(42)의 회전수를 조정한다. 또한, 냉각 공기 공급 라인(L17)은, 제 2 열교환기(32)와 냉각 대상 부재(80)와의 사이에 압축 공기(CA)의 온도를 계측하는 제 3 온도 센서(46)가 설치된다. 제어 장치(14)는, 제 2 열교환기(32)가 냉각한 압축 공기(CA)의 온도에 근거해서 유량 조정 밸브(45)를 제어한다. 제어 장치(14)는, 제 3 온도 센서(46)가 계측한 압축 공기(CA)의 온도가 목표 온도가 되도록 유량 조정 밸브(45)의 개방도를 조정한다.
이와 같이 제 6 실시형태의 가스 터빈에 있어서는, 압축기(11)로부터 추기한 일부의 압축 공기(CA)와 제 1 매체(HW)를 제 2 열교환기(32)에서 열교환하고, 냉각된 압축 공기(CA)를 냉각 대상 부재(80)에 공급하는 한편, 가열된 제 1 매체(HW)와 공기(A)를 제 1 열교환기(31)에서 열교환하고, 제어 장치(14)는, 공기(A)의 온도가 목표 온도가 되도록 공급 펌프(42)를 제어한다.
따라서, 가스 터빈(10)의 부하에 관계없이, 가스 터빈(10)의 출력을 목표 출력으로 고정밀도로 조정할 수 있고, 가스 터빈(10) 단체로 운전 영역을 확대할 수 있다.
본 실시형태의 가스 터빈에서는, 압축 공기 냉각용 열교환기로서의 제 3 열교환기(33)를 제 1 열교환기(31)와 제 2 열교환기(32)와의 사이에서 제 1 매체(HW)를 순환하는 제 1 매체 순환 라인(L13)에 마련하고 있다. 따라서, 제 1 열교환기(31)와 제 2 열교환기(32)와 제 3 열교환기(33)를 제 1 매체 순환 라인(L13) 상에 배치할 수 있고, 장치의 컴팩트화를 도모할 수 있다.
[제 7 실시형태]
도 8은 제 7 실시형태의 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다. 또한, 상술한 제 6 실시형태와 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 도면부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.
제 7 실시형태에 있어서, 도 8에 도시하는 바와 같이, 가스 터빈(10)은 제 1 열교환기(31)와, 제 2 열교환기(32)와, 제 3 열교환기(33)와, 열교환량 조정 장치를 구비한다.
제 1 열교환기(31)는 공기 취입 라인(L1)에 설치된다. 압축기(11)와 냉각 대상 부재(80)와의 사이에 냉각 공기 공급 라인(L17)이 설치된다. 제 2 열교환기(32)는 냉각 공기 공급 라인(L17)에 설치된다. 제 1 열교환기(31)와 제 2 열교환기(32)와의 사이에 제 1 매체 순환 라인(L13)이 설치된다. 제 1 매체 순환 라인(L13)에는, 순환 펌프(41)와 유량 조정 밸브(45)와 제 3 열교환기(33)가 설치된다. 제 1 매체 순환 라인(L13)은, 제 1 매체(HW)가 제 1 열교환기(31)로부터 제 2 열교환기(32)로 흐르는 측에 순환 펌프(41)와 유량 조정 밸브(45)와 제 3 열교환기(33)가 설치된다. 또한, 제 1 매체 순환 라인(L13)에 있어서의 제 1 매체(HW)가 제 2 열교환기(32)로부터 제 1 열교환기(31)로 흐르는 측에 순환 펌프(41), 유량 조정 밸브(45), 제 3 열교환기(33)를 설치해도 좋다.
제어 장치(14)는, 압축기(11)가 취입한 공기(A)의 온도에 근거해서 열교환량 조정 장치로서의 유량 조정 밸브(45)를 제어한다. 제어 장치(14)는, 제 1 온도 센서(43)가 계측한 공기(A)의 온도가 목표 온도가 되도록 유량 조정 밸브(45)의 개방도를 조정한다. 또한, 제어 장치(14)는 제 2 열교환기(32)가 냉각한 압축 공기(CA)의 온도에 근거해서 공급 펌프(42)를 제어한다. 제어 장치(14)는, 제 3 온도 센서(46)가 계측한 압축 공기(CA)의 온도가 목표 온도가 되도록 공급 펌프(42)의 회전수를 조정한다.
이와 같이 제 7 실시형태의 가스 터빈에 있어서는, 압축기(11)로부터 추기한 일부의 압축 공기(CA)와 제 1 매체(HW)를 제 2 열교환기(32)에서 열교환하고, 냉각된 압축 공기(CA)를 냉각 대상 부재(80)에 공급하는 한편, 가열된 제 1 매체(HW)와 공기(A)를 제 1 열교환기(31)에서 열교환하고, 제어 장치(14)는 공기(A)의 온도가 목표 온도가 되도록 유량 조정 밸브(45)를 제어한다.
따라서, 가스 터빈(10)의 부하에 관계없이, 가스 터빈(10)의 출력을 목표 출력으로 고정밀도로 조정할 수 있고, 가스 터빈(10) 단체로 운전 영역을 확대할 수 있다.
[제 8 실시형태]
도 9는 제 8 실시형태의 가스 터빈을 나타내는 개략 구성도이다. 또한, 상술한 실시형태와 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 도면부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.
제 8 실시형태에 있어서, 도 9에 도시하는 바와 같이, 가스 터빈(10)은 제 1 열교환기(31)와, 제 2 열교환기(32)와, 제 3 열교환기(33)와, 열교환량 조정 장치를 구비한다.
제 1 열교환기(31)는 공기 취입 라인(L1)에 설치된다. 압축기(11)와 냉각 대상 부재(80)와의 사이에 냉각 공기 공급 라인(L17)이 설치된다. 냉각 공기 공급 라인(L17)에는, 압축 공기(CA)의 흐름 방향에 있어서의 상류측으로부터 순서로, 제 2 열교환기(32), 제 1 열교환기(31), 제 3 열교환기(33)가 설치된다. 또한, 냉각 공기 공급 라인(L17)에는, 제 1 열교환기(31)와 제 3 열교환기(33)의 사이에 공급 펌프(91)가 설치된다.
제 2 열교환기(32)에는, 제 3 매체 공급 라인(L18)이 설치되고, 제 3 매체 공급 라인(L18)에 공급 펌프(92)가 설치된다. 제 3 매체 공급 라인(L18)은 제 3 매체(예를 들면, 공기)(A2)를 제 3 매체 공급 라인(L18)으로 유동시킨다. 제 3 열교환기(33)에는, 제 2 매체 공급 라인(L14)이 설치되고, 제 2 매체 공급 라인(L14)에 공급 펌프(42)가 설치된다.
제어 장치(14)는, 압축기(11)가 취입한 공기(A)의 온도에 근거해서 열교환량 조정 장치로서의 공급 펌프(92)를 제어한다. 제어 장치(14)는, 제 1 온도 센서(43)가 계측한 공기(A)의 온도가 목표 온도가 되도록 공급 펌프(92)의 회전수를 조정한다. 또한, 제어 장치(14)는, 제 3 열교환기(33)가 냉각한 압축 공기(CA)의 온도에 근거해서 공급 펌프(42)를 제어한다. 제어 장치(14)는, 제 3 온도 센서(46)가 계측한 압축 공기(CA)의 온도가 목표 온도가 되도록 공급 펌프(42)의 회전수를 조정한다.
이와 같이 제 8 실시형태의 가스 터빈에 있어서는, 압축기(11)로부터 추기한 일부의 압축 공기(CA)와 제 3 매체(A2)를 제 2 열교환기(32)에서 열교환하고, 온도 조정된 압축 공기(CA)와 공기(A)를 제 1 열교환기(31)에서 열교환하고, 냉각된 압축 공기(CA)를 냉각 대상 부재(80)에 공급한다. 한편, 제어 장치(14)는, 공기(A)의 온도가 목표 온도가 되도록 공급 펌프(92)를 제어한다.
따라서, 가스 터빈(10)의 부하에 관계없이, 가스 터빈(10)의 출력을 목표 출력으로 고정밀도로 조정할 수 있고, 가스 터빈(10) 단체로 운전 영역을 확대할 수 있다.
또한, 제 5 실시형태에 있어서의 공기 바이패스 라인(L16)과 유량 조정 밸브(71)의 구성을 제 1 실시형태 내지 제 4 실시형태나 제 6 실시형태 내지 제 8 실시형태에 이용해도 좋다. 그 경우, 전체의 시스템은 가스 터빈 단체여도, 콤바인드 플랜트여도 좋다.
예를 들면, 공기 바이패스 라인(L16)과 유량 조정 밸브(71)의 구성을 제 1, 제 2, 제 4 실시형태에 적용했을 경우, 유량 조정 밸브(34, 35)에 의한 제어를 그만두어도 좋다. 공기 바이패스 라인(L16)과 유량 조정 밸브(71)의 구성을 제 3 실시형태에 적용했을 경우, 유량 조정 밸브(45, 66)에 의한 제어를 그만두어도 좋다. 또한, 공기 바이패스 라인(L16)과 유량 조정 밸브(71)의 구성을 제 6 내지 제 8 실시형태에 적용했을 경우, 유량 조정 밸브(45), 공급 펌프(42, 92)에 의한 제어를 그만두어도 괜찮다.
또한, 상술의 실시형태에서는, 압축기(11)가 취입한 공기(A)의 온도를 공기 취입 라인(L11)에 마련한 제 1 온도 센서(43)에 의해 계측하도록 구성했지만, 이 구성으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 압축기가 취입한 공기의 온도를 외기 온도로 하거나, 계절, 기후, 시간 등에 따라서 설정된 온도를 이용해도 좋다.
또한, 상술의 실시형태에서는, 온도 조정 대상 부재로서 터빈(13)이나 냉각 대상 부재(80)를 적용하고, 열교환용 공기를 냉각 공기로 하고, 냉각 공기에 의해 터빈(13)이나 냉각 대상 부재(80)를 냉각하도록 구성했지만, 이 구성으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 온도 조정 대상 부재로서 가열 대상 부재를 적용하고, 열교환용 공기를 가열 공기로 하고, 가열 공기에 의해 가열 대상 부재를 가열하도록 구성해도 좋다.
또한, 상술한 제 1 내지 제 8 실시형태에서는, 본 발명의 가스 터빈 단체 또는 콤바인드 플랜트에 적용해서 설명했지만, 가스 터빈 단체에 적용한 본 발명을 콤바인드 플랜트에 적용할 수 있고, 반대로 콤바인드 플랜트에 적용한 본 발명을 가스 터빈 단체에 적용할 수도 있다. 그리고, 각 실시형태에서 적용한 열교환량 조정 장치를 복수 조합해 적용할 수도 있다.
10: 가스 터빈
11: 압축기
12: 연소기
13: 터빈
14: 제어 장치
21: 회전축
22: 발전기
31: 제 1 열교환기(공기 온도 조정용 열교환기)
32: 제 2 열교환기(공기 온도 조정용 열교환기)
33: 제 3 열교환기(압축 공기 냉각용 열교환기)
34: 제 1 유량 조정 밸브(열교환량 조정 장치)
35: 제 2 유량 조정 밸브(열교환량 조정 장치)
41: 순환 펌프
42: 공급 펌프
43: 제 1 온도 센서
44: 제 2 온도 센서
45: 유량 조정 밸브(열교환량 조정 장치)
46: 제 3 온도 센서
50: 콤바인드 사이클 플랜트
51: 배열 회수 보일러
52: 증기 터빈
53: 발전기
61: 굴뚝
62: 터빈
63: 회전축
64: 복수기
65: 복수 펌프
66: 유량 조정 밸브(열교환량 조정 장치)
71: 유량 조정 밸브(열교환량 조정 장치)
80: 냉각 대상 부재
91: 공급 펌프
92: 공급 펌프
L1: 공기 취입 라인
L2: 압축 공기 공급 라인
L3: 연료 가스 공급 라인
L4: 연소 가스 공급 라인
L5: 배기 가스 배출 라인
L6: 배기 가스 배출 라인
L7: 증기 공급 라인
L8: 급수 라인
L9: 냉각수 라인
L10: 급수 순환 라인(제 2 매체 공급 라인)
L11: 제 1 냉각 공기 공급 라인
L12: 제 2 냉각 공기 공급 라인
L13: 제 1 매체 순환 라인
L14: 제 2 매체 공급 라인
L15: 냉각 공기 공급 라인
L16: 바이패스 라인
L17: 냉각 공기 공급 라인
L18: 제 3 매체 공급 라인
A: 공기
A1: 제 2 매체
A2: 제 3 매체
CA, CA1, CA2: 압축 공기
CG: 연소 가스
EG: 배기 가스
F: 연료
HW: 제 1 매체
ST: 증기
WS: 급수
11: 압축기
12: 연소기
13: 터빈
14: 제어 장치
21: 회전축
22: 발전기
31: 제 1 열교환기(공기 온도 조정용 열교환기)
32: 제 2 열교환기(공기 온도 조정용 열교환기)
33: 제 3 열교환기(압축 공기 냉각용 열교환기)
34: 제 1 유량 조정 밸브(열교환량 조정 장치)
35: 제 2 유량 조정 밸브(열교환량 조정 장치)
41: 순환 펌프
42: 공급 펌프
43: 제 1 온도 센서
44: 제 2 온도 센서
45: 유량 조정 밸브(열교환량 조정 장치)
46: 제 3 온도 센서
50: 콤바인드 사이클 플랜트
51: 배열 회수 보일러
52: 증기 터빈
53: 발전기
61: 굴뚝
62: 터빈
63: 회전축
64: 복수기
65: 복수 펌프
66: 유량 조정 밸브(열교환량 조정 장치)
71: 유량 조정 밸브(열교환량 조정 장치)
80: 냉각 대상 부재
91: 공급 펌프
92: 공급 펌프
L1: 공기 취입 라인
L2: 압축 공기 공급 라인
L3: 연료 가스 공급 라인
L4: 연소 가스 공급 라인
L5: 배기 가스 배출 라인
L6: 배기 가스 배출 라인
L7: 증기 공급 라인
L8: 급수 라인
L9: 냉각수 라인
L10: 급수 순환 라인(제 2 매체 공급 라인)
L11: 제 1 냉각 공기 공급 라인
L12: 제 2 냉각 공기 공급 라인
L13: 제 1 매체 순환 라인
L14: 제 2 매체 공급 라인
L15: 냉각 공기 공급 라인
L16: 바이패스 라인
L17: 냉각 공기 공급 라인
L18: 제 3 매체 공급 라인
A: 공기
A1: 제 2 매체
A2: 제 3 매체
CA, CA1, CA2: 압축 공기
CG: 연소 가스
EG: 배기 가스
F: 연료
HW: 제 1 매체
ST: 증기
WS: 급수
Claims (13)
- 공기를 압축하는 압축기와,
상기 압축기가 압축한 압축 공기와 연료를 혼합해서 연소하는 연소기와,
상기 연소기가 생성한 연소 가스에 의해 회전 동력을 얻는 터빈과,
상기 압축 공기를 냉각해서 열교환용 공기로 하는 압축 공기 냉각용 열교환기와,
상기 압축 공기와 상기 압축기에 공급되는 상기 공기와의 사이에서 열교환하는 공기 온도 조정용 열교환기와,
상기 압축 공기 냉각용 열교환기 및 상기 공기 온도 조정용 열교환기의 열교환량을 조정하는 열교환량 조정 장치와,
상기 열교환량 조정 장치를 제어하는 제어 장치를 구비하며,
상기 제어 장치는, 상기 압축기가 취입한 상기 공기의 온도에 근거해서 상기 열교환량 조정 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는
가스 터빈. - 제 1 항에 있어서,
상기 공기 온도 조정용 열교환기에 의해 열교환된 공기의 온도를 계측하는 제 1 온도 센서가 설치되고, 상기 제어 장치는, 상기 제 1 온도 센서가 계측한 상기 공기의 온도가 목표 온도에 가까워지도록 상기 열교환량 조정 장치에 의해 상기 공기 온도 조정용 열교환기에 있어서의 열교환량을 제어하는 것을 특징으로 하는
가스 터빈. - 제 1 항에 있어서,
상기 압축 공기 냉각용 열교환기에 의해 냉각된 압축 공기의 온도를 계측하는 제 2 온도 센서가 설치되고, 상기 제어 장치는, 상기 제 2 온도 센서가 계측한 상기 압축 공기의 온도가 목표 온도에 보지되도록 상기 열교환량 조정 장치에 의해 상기 압축 공기 냉각용 열교환기에 있어서의 열교환량을 제어하는 것을 특징으로 하는
가스 터빈. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공기 온도 조정용 열교환기는 상기 공기와 제 1 매체와의 사이에서 열교환하는 제 1 열교환기와, 상기 압축 공기와 상기 제 1 매체와의 사이에서 열교환하는 제 2 열교환기를 구비하며, 상기 열교환량 조정 장치는 상기 제 2 열교환기에 있어서의 열교환량을 조정하는 것을 특징으로 하는
가스 터빈. - 제 4 항에 있어서,
상기 압축기가 압축한 압축 공기를 냉각 공기로서 상기 터빈에 공급하는 제 1 냉각 공기 공급 라인 및 제 2 냉각 공기 공급 라인이 병렬로 설치되며, 상기 제 1 냉각 공기 공급 라인에 상기 제 2 열교환기가 설치되고, 상기 제 2 냉각 공기 공급 라인에 상기 압축 공기와 제 2 매체와의 사이에서 열교환하는 상기 압축 공기 냉각용 열교환기가 설치되고, 상기 열교환량 조정 장치로서, 상기 제 1 냉각 공기 공급 라인과 상기 제 2 냉각 공기 공급 라인 중 적어도 어느 한쪽에 유량 조정 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는
가스 터빈. - 제 4 항에 있어서,
상기 압축기가 압축한 압축 공기를 냉각 공기로서 상기 터빈에 공급하는 냉각 공기 공급 라인이 설치되고, 상기 냉각 공기 공급 라인에 상기 제 2 열교환기 및 상기 압축 공기와 제 2 매체와의 사이에서 열교환하는 상기 압축 공기 냉각용 열교환기가 직렬로 설치되고, 상기 열교환량 조정 장치로서, 상기 제 1 열교환기와 상기 제 2 열교환기와의 사이에서 상기 제 1 매체를 순환하는 제 1 매체 순환 라인에 유량 조정 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는
가스 터빈. - 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 제 2 매체는 공기 또는 물인 것을 특징으로 하는
가스 터빈. - 제 4 항에 있어서,
상기 압축 공기 냉각용 열교환기는, 상기 제 1 열교환기와 상기 제 2 열교환기와의 사이에서 상기 제 1 매체를 순환하는 제 1 매체 순환 라인에 설치되는 것을 특징으로 하는
가스 터빈. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공기 온도 조정용 열교환기는 상기 공기와 상기 압축 공기와의 사이에서 열교환하는 제 1 열교환기와, 상기 압축 공기와 제 3 매체와의 사이에서 열교환하는 제 2 열교환기를 구비하며, 상기 열교환량 조정 장치는 상기 제 2 열교환기에 있어서의 열교환량을 조정하는 것을 특징으로 하는
가스 터빈. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축 공기 냉각용 열교환기는 냉각탑인 것을 특징으로 하는
가스 터빈. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열교환량 조정 장치는 상기 공기 온도 조정용 열교환기를 바이패스해서 상기 공기를 상기 압축기에 공급하는 공기 바이패스 라인과, 공기 바이패스 라인에 설치되는 유량 조정 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는
가스 터빈. - 공기를 압축하는 압축기와,
상기 압축기가 압축한 압축 공기와 연료를 혼합해서 연소하는 연소기와,
상기 연소기가 생성한 연소 가스에 의해 회전 동력을 얻는 터빈을 구비하는 가스 터빈에 있어서,
상기 압축 공기를 냉각하는 공정과,
상기 압축 공기를 냉각하는 것으로 회수한 열량에 의해 상기 공기를 승온시키는 공정과,
상기 압축기가 취입하는 상기 공기의 온도에 근거해서 상기 공기를 승온시키는 상기 압축 공기의 열량을 조정하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는
가스 터빈의 제어 방법. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 가스 터빈과,
상기 가스 터빈으로부터의 배기 가스의 배열에 의해 증기를 생성하는 배열 회수 보일러와,
상기 배열 회수 보일러에 의해 생성된 증기에 의해 구동하는 터빈을 구비하는 증기 터빈을 포함하는 것을 특징으로 하는
콤바인드 사이클 플랜트.
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