KR20220058351A - 하이브리드 발전설비의 급기장치 및 급기방법 - Google Patents

하이브리드 발전설비의 급기장치 및 급기방법 Download PDF

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Abstract

외부로부터 공기를 흡입하여 압축시키며, 압축시킨 공기를 연료와 혼합하여 연소시키는 가스터빈에서 발생하는 연소가스를 보일러에 공급하는 하이브리드 발전설비의 급기장치에 있어서, 상기 가스터빈으로부터 선택적으로 연소가스를 공급받는 믹싱챔버; 상기 믹싱챔버로 공기를 공급하는 공기예열기; 상기 믹싱챔버로부터 공급받은 유체를 연소시키는 버너; 상기 가스터빈 또는 공기예열기로부터 선택적으로 유체를 공급받는 제1과잉공기공급기; 상기 가스터빈과 믹싱챔버를 연결하는 제1라인; 및 상기 가스터빈과 제1과잉공기공급기를 연결하는 제2라인;을 포함하는 하이브리드 발전설비의 급기장치 및 급기방법을 제공한다.

Description

하이브리드 발전설비의 급기장치 및 급기방법{Air supplying apparatus and method of hybrid power generation equipment}
본 발명은 하이브리드 발전설비의 급기장치 및 급기방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 가스터빈과 증기터빈을 구동하여 발생되는 동력을 이용하여 전력을 생성하는 하이브리드 발전설비에서 각 부품들로 공기, 연소가스를 공급하는 하이브리드 발전설비의 급기장치 및 급기방법에 관한 것이다.
일반적으로, 발전소의 종류는 사용되는 연료에 따라 분류된다. 대표적인 예로, 화력 발전소는 석탄, 중유, 천연가스 등의 연료를 보일러에서 연소시켜 발생되는 열에너지를 이용하여 보일러 내의 물을 가열하고, 이를 통해 생산된 고온 고압의 과열증기를 증기터빈으로 통과시켜 증기터빈에 연결되어 있는 발전기에 의해 전기가 생산되도록 한다.
화력발전소는 전술한 설비 이외에도 주기기와 보조기기(Balance of Plant, BOP) 즉 연료공급 및 처리계통, 응축수 및 급수 계통, 냉각수계통, 재처리계통, 기타 유틸리티 설비(Air, Service Water, Water/Waste Water Treatment System)등으로 구성되어 전기 생산에 각각의 역할을 담당하고 있다.
한편, 복합화력발전이란, 천연가스나 경유 등의 연료를 사용하여 1차로 가스터빈을 돌려 발전하고, 가스터빈에서 나오는 배기가스 열을 다시 배열회수증기발생기(HRSG; Heat Recovery Steam Generator)에 통과시켜 증기를 생산하여 2차로 증기터빈을 돌려 발전하는 것이다. 복합화력발전은 두 차례에 걸쳐 발전하기 때문에 기존 화력발전보다 열효율이 10％정도 높다는 점과, 공해가 적고 정지했다가 다시 가동하는 시간이 짧다는 장점이 있다.
도 1을 참조하면, 종래의 하이브리드 발전설비의 급기장치(10)는, 가스터빈(11)에서 발생되는 연소가스의 투입 여부에 관계없이 버너(12)와 과잉공기공급기(13;OFA)로 산소농도가 동일한 연소가스와 공기의 혼합유체가 공급된다. 이와 같은 종래의 하이브리드 발전설비의 급기장치(10)에 의하면, 연소 안정성을 위해 버너(12)에서 요구되는 산소 농도가 제한적이므로, 연소가스 투입량이 한정되어 잉여 연소가스를 스택(14)으로 배출하게 되며, 이에 따라 설비 전체의 효율이 감소되는 문제가 있다. 또한, 종래의 하이브리드 발전설비의 급기장치(10)에 의하면, 연소가스 미투입 시 과잉공기공급기(13)의 유속 감소로 침투효과(Penetration effect)가 감소하여 설비에서 발생되는 공해물질이 증가하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 믹싱챔버와 과잉공기공급기로 공급되는 연소가스의 양을 목적에 맞게 조절하여 설비의 효율을 향상시키고 공해물질을 감소시키는 하이브리드 발전설비의 급기장치 및 급기방법을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은, 외부로부터 공기를 흡입하여 압축시키며, 압축시킨 공기를 연료와 혼합하여 연소시키는 가스터빈에서 발생하는 연소가스를 보일러에 공급하는 하이브리드 발전설비의 급기장치에 있어서, 상기 가스터빈으로부터 선택적으로 연소가스를 공급받는 믹싱챔버; 상기 믹싱챔버로 공기를 공급하는 공기예열기; 상기 믹싱챔버로부터 공급받은 유체를 연소시키는 버너; 상기 가스터빈 또는 공기예열기로부터 선택적으로 유체를 공급받는 제1과잉공기공급기; 상기 가스터빈과 믹싱챔버를 연결하는 제1라인; 및 상기 가스터빈과 제1과잉공기공급기를 연결하는 제2라인;을 포함하는 하이브리드 발전설비의 급기장치를 제공한다.
상기 제2라인은, 상기 제1라인으로부터 분기되어 상기 제1과잉공기공급기에 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 발전설비의 급기장치는, 상기 공기예열기와 믹싱챔버를 연결하는 제3라인과, 상기 제3라인으로부터 분기되어 상기 제2라인과 연결되는 제4라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 발전설비의 급기장치는, 상기 가스터빈으로부터 선택적으로 연소가스를 공급받는 제2과잉공기공급기와, 상기 제2라인으로부터 분기되어 상기 제2과잉공기공급기와 연결되는 제5라인을 더 포함할 수 있다.
제1모드에서, 상기 가스터빈은 가동되지 않으며, 상기 공기예열기로부터 상기 제3라인을 통해 상기 믹싱챔버로 공기가 공급되고, 상기 공기예열기로부터 제4라인을 통해 상기 제1과잉공기공급기로 공기가 공급될 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 발전설비의 급기장치는, 상기 가스터빈으로부터 선택적으로 연소가스를 공급받는 제2과잉공기공급기와, 상기 제2라인으로부터 분기되어 상기 제2과잉공기공급기와 연결되는 제5라인과, 상기 제4라인에 설치되어 상기 제4라인을 선택적으로 개폐시키는 제3댐퍼를 더 포함하며, 제2모드에서, 상기 가스터빈으로부터 상기 제1라인, 제2라인 및 제5라인을 통해 각각 상기 믹싱챔버, 제1과잉공기공급기 및 제2과잉공기공급기로 연소가스가 공급되며, 상기 제3댐퍼는 상기 제4라인을 폐쇄하며, 상기 공기예열기는 상기 제3라인을 통해 상기 믹싱챔버로 공기를 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 발전설비의 급기장치는, 상기 가스터빈으로부터 선택적으로 연소가스를 공급받는 제2과잉공기공급기와, 상기 제2라인으로부터 분기되어 상기 제2과잉공기공급기와 연결되는 제5라인과, 상기 제1라인에 설치되어 상기 제1라인을 선택적으로 개폐시키는 제2댐퍼와, 상기 제4라인에 설치되어 상기 제4라인을 선택적으로 개폐시키는 제3댐퍼를 더 포함하며, 제3모드에서, 상기 제2댐퍼는 상기 제1라인을 폐쇄하며, 상기 가스터빈으로부터 상기 제2라인 및 제5라인을 통해 각각 상기 제1과잉공기공급기와 제2과잉공기공급기로 연소가스가 공급되며, 상기 제3댐퍼는 상기 제4라인을 폐쇄하며, 상기 공기예열기는 상기 제3라인을 통해 상기 믹싱챔버로 공기를 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 발전설비의 급기장치는, 상기 제1라인에 설치되어 상기 제1라인을 선택적으로 개폐시키는 제2댐퍼와, 상기 믹싱챔버의 토출구에 설치되어 상기 버너로 공급되는 유체의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하며, 상기 제2모드에서, 상기 제2댐퍼는, 상기 온도센서의 측정값이 기 설정된 기준온도 이하가 되도록 개방량을 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 발전설비의 급기장치는, 상기 믹싱챔버에 설치되며 상기 믹싱챔버 내부의 산소 농도를 측정하는 산소센서를 더 포함하며, 상기 제2모드에서, 상기 제2댐퍼는, 상기 온도센서의 측정값이 기 설정된 기준온도 이하가 되도록 개방량을 1차로 조절한 후, 상기 산소센서의 측정값이 기 설정된 기준농도 이상이 되도록 개방량을 2차로 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 발전설비의 급기장치는, 상기 제5라인에 설치되며, 상기 제5라인을 선택적으로 개폐시키는 제1댐퍼를 더 포함하며, 상기 제2모드에서, 상기 제1댐퍼는, 개방량을 조절하여 상기 제1과잉공기공급기와 제2과잉공기공급기로 공급되는 연소가스의 양을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명은, 외부로부터 공기를 흡입하여 압축시키며, 압축시킨 공기를 연료와 혼합하여 연소시키는 가스터빈으로부터 선택적으로 연소가스를 공급받는 믹싱챔버; 상기 믹싱챔버로 공기를 공급하는 공기예열기; 상기 믹싱챔버로부터 공급받은 유체를 연소시키는 버너; 상기 가스터빈 또는 공기예열기로부터 선택적으로 유체를 공급받는 제1과잉공기공급기; 상기 가스터빈과 믹싱챔버를 연결하는 제1라인; 및 상기 가스터빈과 제1과잉공기공급기를 연결하는 제2라인;을 포함하는 하이브리드 발전설비의 급기장치를 이용한 하이브리드 발전설비의 급기방법에 있어서, 상기 믹싱챔버 내부의 산소농도에 기초하여 상기 제1라인과 제2라인을 통해 유동하는 연소가스의 양을 조절할 수 있다.
상기 하이브리드 발전설비의 급기장치는, 상기 공기예열기와 믹싱챔버를 연결하는 제3라인과, 상기 제3라인으로부터 분기되어 상기 제2라인과 연결되는 제4라인을 더 포함하며, 제1모드에서, 상기 가스터빈은 가동되지 않으며, 상기 공기예열기로부터 상기 제3라인을 통해 상기 믹싱챔버로 공기가 공급되고, 상기 공기예열기로부터 제4라인을 통해 상기 제1과잉공기공급기로 공기가 공급될 수 있다.
상기 하이브리드 발전설비의 급기장치는, 상기 공기예열기와 믹싱챔버를 연결하는 제3라인과, 상기 제3라인으로부터 분기되어 상기 제2라인과 연결되는 제4라인과, 상기 가스터빈으로부터 선택적으로 연소가스를 공급받는 제2과잉공기공급기와, 상기 제2라인으로부터 분기되어 상기 제2과잉공기공급기와 연결되는 제5라인과, 상기 제4라인에 설치되어 상기 제4라인을 선택적으로 개폐시키는 제3댐퍼를 더 포함하며, 제2모드에서, 상기 가스터빈으로부터 상기 제1라인, 제2라인 및 제5라인을 통해 각각 상기 믹싱챔버, 제1과잉공기공급기 및 제2과잉공기공급기로 연소가스가 공급되며,
상기 제3댐퍼는 상기 제4라인을 폐쇄하며, 상기 공기예열기는 상기 제3라인을 통해 상기 믹싱챔버로 공기를 공급하는 하이브리드 발전설비의 급기방법.
상기 하이브리드 발전설비의 급기장치는, 상기 공기예열기와 믹싱챔버를 연결하는 제3라인과, 상기 제3라인으로부터 분기되어 상기 제2라인과 연결되는 제4라인과, 상기 가스터빈으로부터 선택적으로 연소가스를 공급받는 제2과잉공기공급기와, 상기 제2라인으로부터 분기되어 상기 제2과잉공기공급기와 연결되는 제5라인과, 상기 제4라인에 설치되어 상기 제4라인을 선택적으로 개폐시키는 제3댐퍼를 더 포함하며, 제3모드에서, 상기 제2댐퍼는 상기 제1라인을 폐쇄하며, 상기 가스터빈으로부터 상기 제2라인 및 제5라인을 통해 각각 상기 제1과잉공기공급기와 제2과잉공기공급기로 연소가스가 공급되며, 상기 제3댐퍼는 상기 제4라인을 폐쇄하며, 상기 공기예열기는 상기 제3라인을 통해 상기 믹싱챔버로 공기를 공급할 수 있다.
상기 하이브리드 발전설비의 급기장치는, 상기 제1라인에 설치되어 상기 제1라인을 선택적으로 개폐시키는 제2댐퍼와, 상기 믹싱챔버의 토출구에 설치되어 상기 버너로 공급되는 유체의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하며, 상기 제2모드에서, 상기 제2댐퍼는, 상기 온도센서의 측정값이 기 설정된 기준온도 이하가 되도록 개방량을 조절할 수 있다.
상기 하이브리드 발전설비의 급기장치는, 상기 믹싱챔버에 설치되며 상기 믹싱챔버 내부의 산소 농도를 측정하는 산소센서를 더 포함하며, 상기 제2모드에서, 상기 제2댐퍼는, 상기 온도센서의 측정값이 기 설정된 기준온도 이하가 되도록 개방량을 1차로 조절한 후, 상기 산소센서의 측정값이 기 설정된 기준농도 이상이 되도록 개방량을 2차로 조절할 수 있다.
상기 하이브리드 발전설비의 급기장치는, 상기 제5라인에 설치되며, 상기 제5라인을 선택적으로 개폐시키는 제1댐퍼를 더 포함하며, 상기 제2모드에서, 상기 제1댐퍼는, 개방량을 조절하여 상기 제1과잉공기공급기와 제2과잉공기공급기로 공급되는 연소가스의 양을 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 발전설비의 급기장치 및 급기방법에 의하면, 가스터빈과 믹싱챔버를 연결하는 제1라인과, 상기 제1라인으로부터 분기되어 제1과잉공기공급기로 공급되는 제2라인을 구비함으로써, 가스터빈과 공기예열기가 모두 작동하는 연소가스-공기 혼합 운전모드(제2모드) 시 상기 제1라인과 제2라인을 따라 유동하는 연소가스의 양을 조절하여 믹싱챔버의 산소농도가 연소 가능한 최소값 이상을 나타내도록 할 수 있으며, 이를 통해 설비의 전체 작동효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 가스터빈이 작동하지 않는 순수 공기 운전모드(제1모드)에서는 제1과잉공기공급기로만 공기가 유동하도록 하여 제1과잉공기공급기의 침투 효과를 향상시키고, 이를 통해 설비에서 발생되는 공해물질을 저감시킬 수 있다.
도 1은 종래의 하이브리드 발전설비의 급기장치의 계통도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 발전설비의 급기장치의 계통도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 하이브리드 발전설비의 급기장치의 제1모드에서의 작동을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에 나타낸 하이브리드 발전설비의 급기장치의 제2모드에서의 작동을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2에 나타낸 하이브리드 발전설비의 급기장치의 제3모드에서의 작동을 나타낸 도면이다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
하이브리드 발전설비는, 천연가스를 연료로 하는 가스터빈(110)과, 석탄을 연료로 하는 증기터빈을 이용하여 복합 발전을 수행하는 설비이다. 구체적으로, 상기 가스터빈(110)은, 외부로부터 공기를 흡입하여 압축시키며, 압축시킨 공기를 천연가스와 혼합하여 연소시킨다. 이를 위해, 상기 가스터빈(110)은, 압축기(미도시), 연소기(미도시), 터빈(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 압축기는, 외부로부터 공기를 흡입하여 압축시킨다. 상기 연소기는, 상기 압축기로부터 공급받은 압축공기를 연료와 혼합하여 연소시킨다. 상기 터빈은, 상기 연소기로부터 공급받은 제1연소가스를 내부로 통과시켜 발전을 위한 동력을 생성한다. 상기 증기터빈은, 연료의 연소에 의해 발생되는 열에너지를 이용하여 물을 증발시킴에 따라 발생된 고온의 증기를 내부로 통과시켜, 전력 생성을 위한 동력을 발생시킨다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 발전설비의 급기장치(100)는, 상기 하이브리드 발전설비에서 공기와 연소가스를 공급하는 장치로서, 믹싱챔버(111), 공기예열기(112), 버너(113), 제1과잉공기공급기(114), 제2과잉공기공급기(115), 제1라인(120), 제2라인(121), 제3라인(122), 제4라인(123), 제5라인(124), 제6라인(125), 제1댐퍼(130), 제2댐퍼(131), 제3댐퍼(132), 온도센서(133), 산소센서(134)를 포함한다.
상기 믹싱챔버(111)는, 상기 가스터빈(110)으로부터 선택적으로 제1연소가스를 공급받는다. 그리고 상기 믹싱챔버(111)는, 상기 공기예열기(112)로부터 공급받은 공기를 제1연소가스와 혼합시킨다.
상기 공기예열기(112)(GAH; Gas-Air Heater)는, 상기 믹싱챔버(111)로 공기를 공급하는 것으로서, 보일러(미도시)로부터 생성되어 토출된 제2연소가스가 내부로 통과됨에 따라, 상기 공기예열기(112)를 통과하는 공기가 제2연소가스와 열교환하여 승온된다.
상기 버너(113)는, 보일러에 설치되는 것으로서, 공급받은 제1연소가스와 공기와 연료(ex. 석탄)의 혼합물, 또는 공기와 연료만의 혼합물을 연소시킨다. 그리고 상기 버너(113)의 연소에 의해 발생되는 열에너지로 물을 가열시켜 증기를 생성하고, 생성된 증기는 증기터빈(미도시)을 통과하여 발전을 위한 동력이 생성되도록 한다.
상기 제1과잉공기공급기(114)는, 상기 가스터빈(110) 또는 공기예열기(112)로부터 선택적으로 유체를 공급받는 것으로, 보일러로 과잉 연소공기(OFA; Over-Firing Air)를 공급한다. 상기 제2과잉공기공급기(115)는, 상기 가스터빈(110)으로부터 선택적으로 제1연소가스를 공급받는다.
상기 제1라인(120)은, 상기 가스터빈(110)과 믹싱챔버(111)를 연결한다. 상기 제2라인(121)은, 상기 가스터빈(110)과 제1과잉공기공급기(114)를 연결하는 것으로서, 상기 제1라인(120)으로부터 분기되어 상기 제1과잉공기공급기(114)에 연결된다. 상기 제3라인(122)은, 상기 공기예열기(112)와 믹싱챔버(111)를 연결한다. 상기 제4라인(123)은, 상기 제3라인(122)으로부터 분기되어 상기 제2라인(121)과 연결된다. 상기 제5라인(124)은, 상기 제2라인(121)으로부터 분기되어 상기 제2과잉공기공급기(115)와 연결된다. 상기 제6라인(126)은, 상기 믹싱챔버(111)와 버너(113)를 연결한다.
상기 제1댐퍼(130)는, 상기 제2라인(121)에 설치되며, 상기 제2라인(121)을 선택적으로 개폐시킨다. 상기 제2댐퍼(131)는, 상기 제1라인(120)에 설치되며, 상기 제1라인(120)을 선택적으로 개폐시킨다. 상기 제3댐퍼(132)는, 상기 제4라인(123)에 설치되며, 상기 제4라인(123)을 선택적으로 개폐시킨다.
상기 온도센서(133)는, 상기 제6라인(125)에 설치되며, 상기 믹싱챔버(111) 출구의 혼합물 온도를 측정한다. 상기 산소센서(134)는, 상기 믹싱챔버(111)에 설치되며, 상기 믹싱챔버(111) 내부의 산소 농도를 측정한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1모드(순수 공기 운전모드)에서, 상기 가스터빈(110)과 상기 제2과잉공기공급기(115)는 가동되지 않으며, 상기 제1댐퍼(130)와 제2댐퍼(131)는 폐쇄된다. 따라서 상기 제1라인(120), 제2라인(121), 제5라인(124)을 통해서는 어떠한 제1연소가스도 유동하지 않는다. 그리고 상기 제1모드에서, 상기 공기예열기(112)로부터 상기 제3라인(122)을 통해 상기 믹싱챔버(111)로 공기가 공급되고, 상기 공기예열기(112)로부터 제4라인(123)을 통해 상기 버너(113)로 공급되지 않는 나머지 공기가 전부 상기 제1과잉공기공급기(114)로 공급된다. 상기 믹싱챔버(111)로는 별도로 석탄 연료가 공급될 수 있다. 따라서 상기 믹싱챔버(111)는, 연료와 공기를 혼합시킨 후, 상기 제6라인(125)을 통해 상기 버너(113)로 혼합물을 공급한다.
상기 제1모드는, 설비의 최소 부하조건에서의 운전 모드로서, 상기 제1과잉공기공급기(114)로만 공기가 공급되고 상기 제2과잉공기공급기(115)로는 공기가 공급되지 않도록 하여 상기 제1과잉공기공급기(114)에서의 침투 효과를 향상시킨다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2모드(연소가스-공기 혼합 운전모드)에서, 상기 가스터빈(110)으로부터 상기 제1라인(120), 제2라인(121) 및 제5라인(124)을 통해 각각 상기 믹싱챔버(111), 제1과잉공기공급기(114) 및 제2과잉공기공급기(115)로 제1연소가스가 공급되며, 상기 제3댐퍼(132)는 상기 제4라인(123)을 폐쇄하며, 상기 공기예열기(112)는 상기 제3라인(122)을 통해 상기 믹싱챔버(111)로 공기를 공급한다.
상기 제2모드는, 설비의 최대 부하조건에서의 운전 모드로서, 상기 제2모드에서는 에너지저장장치(미도시)(ESS; Energy Storage System) 또는 탄소포집저장장치(미도시)(CCS; Carbon Capture and Storage system) 중 적어도 하나가 함께 사용될 수 있다.
상기 제2모드에서, 상기 제2댐퍼(131)는, 상기 온도센서(133)의 측정값이 기 설정된 기준온도 이하가 되도록 개방량을 조절한다. 더욱 상세하게는, 상기 제2모드에서, 상기 제2댐퍼(131)는, 상기 온도센서(133)의 측정값이 기 설정된 기준온도 이하가 되도록 개방량을 1차로 조절한 후, 상기 산소센서(134)의 측정값이 기 설정된 기준농도(예를 들면, 13%) 이상이 되도록 개방량을 2차로 조절한다. 그리고 상기 제1댐퍼(130)는, 개방량을 조절하여 상기 제1과잉공기공급기(114)와 제2과잉공기공급기(115)로 공급되는 제1연소가스의 양을 조절한다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제2모드에서, 상기 제1라인(120)과 제2라인(121)을 따라 유동하는 제1연소가스의 양을 조절하여 상기 믹싱챔버(111)의 산소농도가 연소 가능한 최소값 이상을 나타내도록 할 수 있으며, 이를 통해 설비의 전체 작동효율을 향상시킬 수 있다.
도 5를 참조하면, 제3모드에서, 상기 제2댐퍼(131)는 상기 제1라인(120)을 폐쇄하며, 상기 가스터빈(110)으로부터 상기 제2라인(121) 및 제5라인(124)을 통해 각각 상기 제1과잉공기공급기(114)와 제2과잉공기공급기(115)로 제1연소가스가 공급된다. 그리고 상기 제3모드에서, 상기 제3댐퍼(132)는 상기 제4라인(123)을 폐쇄하며, 상기 공기예열기(112)는 상기 제3라인(122)을 통해 상기 믹싱챔버(111)로 공기를 공급한다.
상기 제3모드는, 보일러 또는 증기터빈의 최대 부하조건에서 상기 가스터빈(110)이 급속기동(Fast start)을 하는 상태에서의 운전조건이다. 이러한 상기 제3모드에서는 상기 가스터빈(110)으로부터 토출되는 제1연소가스의 조건(유량, 산소농도, 온도)이 급격히 변하므로, 상기 버너(113)에는 순수공기만이 유입되도록 하며, 상기 제1과잉공기공급기(114)와 제2과잉공기공급기(115)로는 상기 가스터빈(110)으로부터 토출되는 제1연소가스 전량이 공급되도록 한다.
다만, 이는 상기 제3모드의 초기 작동을 설명한 것으로, 상기 가스터빈(110)의 부하가 기 설정된 기준 부하값을 초과하는 경우, 상기 제2댐퍼(131)는 개방되며 상기 제1라인(120)을 통해 제1연소가스가 상기 믹싱챔버(111) 및 버너(113)로 공급될 수 있다. 그리고 상기 제3모드에서, 필요 시 상기 제3댐퍼(132)도 개방되어 상기 제1과잉공기공급기(114)로 소정의 공기가 공급되도록 할 수 있다.
100 : 하이브리드 발전설비의 급기장치 110 : 가스터빈
111 : 믹싱챔버 112 : 공기공급기
113 : 버너 114 : 제1과잉공기공급기
115 : 제2과잉공기공급기 120 : 제1라인
121 : 제2라인 122 : 제3라인
123 : 제4라인 124 : 제5라인
125 : 제6라인 130 : 제1댐퍼
131 : 제2댐퍼 132 : 제3댐퍼
133 : 온도센서 134 : 산소센서

Claims (17)

  1. 외부로부터 공기를 흡입하여 압축시키며, 압축시킨 공기를 연료와 혼합하여 연소시키는 가스터빈에서 발생하는 연소가스를 보일러에 공급하는 하이브리드 발전설비의 급기장치에 있어서,
    상기 가스터빈으로부터 선택적으로 연소가스를 공급받는 믹싱챔버;
    상기 믹싱챔버로 공기를 공급하는 공기예열기;
    상기 믹싱챔버로부터 공급받은 유체를 연소시키는 버너;
    상기 가스터빈 또는 공기예열기로부터 선택적으로 유체를 공급받는 제1과잉공기공급기;
    상기 가스터빈과 믹싱챔버를 연결하는 제1라인; 및
    상기 가스터빈과 제1과잉공기공급기를 연결하는 제2라인;을 포함하는 하이브리드 발전설비의 급기장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2라인은, 상기 제1라인으로부터 분기되어 상기 제1과잉공기공급기에 연결되는 하이브리드 발전설비의 급기장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기예열기와 믹싱챔버를 연결하는 제3라인과,
    상기 제3라인으로부터 분기되어 상기 제2라인과 연결되는 제4라인을 더 포함하는 하이브리드 발전설비의 급기장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스터빈으로부터 선택적으로 연소가스를 공급받는 제2과잉공기공급기와,
    상기 제2라인으로부터 분기되어 상기 제2과잉공기공급기와 연결되는 제5라인을 더 포함하는 하이브리드 발전설비의 급기장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    제1모드에서,
    상기 가스터빈은 가동되지 않으며,
    상기 공기예열기로부터 상기 제3라인을 통해 상기 믹싱챔버로 공기가 공급되고, 상기 공기예열기로부터 제4라인을 통해 상기 제1과잉공기공급기로 공기가 공급되는 하이브리드 발전설비의 급기장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 가스터빈으로부터 선택적으로 연소가스를 공급받는 제2과잉공기공급기와,
    상기 제2라인으로부터 분기되어 상기 제2과잉공기공급기와 연결되는 제5라인과,
    상기 제4라인에 설치되어 상기 제4라인을 선택적으로 개폐시키는 제3댐퍼를 더 포함하며,
    제2모드에서,
    상기 가스터빈으로부터 상기 제1라인, 제2라인 및 제5라인을 통해 각각 상기 믹싱챔버, 제1과잉공기공급기 및 제2과잉공기공급기로 연소가스가 공급되며,
    상기 제3댐퍼는 상기 제4라인을 폐쇄하며, 상기 공기예열기는 상기 제3라인을 통해 상기 믹싱챔버로 공기를 공급하는 하이브리드 발전설비의 급기장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 가스터빈으로부터 선택적으로 연소가스를 공급받는 제2과잉공기공급기와,
    상기 제2라인으로부터 분기되어 상기 제2과잉공기공급기와 연결되는 제5라인과,
    상기 제1라인에 설치되어 상기 제1라인을 선택적으로 개폐시키는 제2댐퍼와,
    상기 제4라인에 설치되어 상기 제4라인을 선택적으로 개폐시키는 제3댐퍼를 더 포함하며,
    제3모드에서,
    상기 제2댐퍼는 상기 제1라인을 폐쇄하며, 상기 가스터빈으로부터 상기 제2라인 및 제5라인을 통해 각각 상기 제1과잉공기공급기와 제2과잉공기공급기로 연소가스가 공급되며,
    상기 제3댐퍼는 상기 제4라인을 폐쇄하며, 상기 공기예열기는 상기 제3라인을 통해 상기 믹싱챔버로 공기를 공급하는 하이브리드 발전설비의 급기장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1라인에 설치되어 상기 제1라인을 선택적으로 개폐시키는 제2댐퍼와,
    상기 믹싱챔버의 토출구에 설치되어 상기 버너로 공급되는 유체의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하며,
    상기 제2모드에서,
    상기 제2댐퍼는, 상기 온도센서의 측정값이 기 설정된 기준온도 이하가 되도록 개방량을 조절하는 하이브리드 발전설비의 급기장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 믹싱챔버에 설치되며 상기 믹싱챔버 내부의 산소 농도를 측정하는 산소센서를 더 포함하며,
    상기 제2모드에서,
    상기 제2댐퍼는, 상기 온도센서의 측정값이 기 설정된 기준온도 이하가 되도록 개방량을 1차로 조절한 후, 상기 산소센서의 측정값이 기 설정된 기준농도 이상이 되도록 개방량을 2차로 조절하는 하이브리드 발전설비의 급기장치.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 제5라인에 설치되며, 상기 제5라인을 선택적으로 개폐시키는 제1댐퍼를 더 포함하며,
    상기 제2모드에서,
    상기 제1댐퍼는, 개방량을 조절하여 상기 제1과잉공기공급기와 제2과잉공기공급기로 공급되는 연소가스의 양을 조절하는 하이브리드 발전설비의 급기장치.
  11. 외부로부터 공기를 흡입하여 압축시키며, 압축시킨 공기를 연료와 혼합하여 연소시키는 가스터빈으로부터 선택적으로 연소가스를 공급받는 믹싱챔버; 상기 믹싱챔버로 공기를 공급하는 공기예열기; 상기 믹싱챔버로부터 공급받은 유체를 연소시키는 버너; 상기 가스터빈 또는 공기예열기로부터 선택적으로 유체를 공급받는 제1과잉공기공급기; 상기 가스터빈과 믹싱챔버를 연결하는 제1라인; 및 상기 가스터빈과 제1과잉공기공급기를 연결하는 제2라인;을 포함하는 하이브리드 발전설비의 급기장치를 이용한 하이브리드 발전설비의 급기방법에 있어서,
    상기 믹싱챔버 내부의 산소농도에 기초하여 상기 제1라인과 제2라인을 통해 유동하는 연소가스의 양을 조절하는 하이브리드 발전설비의 급기방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 하이브리드 발전설비의 급기장치는, 상기 공기예열기와 믹싱챔버를 연결하는 제3라인과, 상기 제3라인으로부터 분기되어 상기 제2라인과 연결되는 제4라인을 더 포함하며,
    제1모드에서,
    상기 가스터빈은 가동되지 않으며,
    상기 공기예열기로부터 상기 제3라인을 통해 상기 믹싱챔버로 공기가 공급되고, 상기 공기예열기로부터 제4라인을 통해 상기 제1과잉공기공급기로 공기가 공급되는 하이브리드 발전설비의 급기방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 하이브리드 발전설비의 급기장치는, 상기 공기예열기와 믹싱챔버를 연결하는 제3라인과, 상기 제3라인으로부터 분기되어 상기 제2라인과 연결되는 제4라인과, 상기 가스터빈으로부터 선택적으로 연소가스를 공급받는 제2과잉공기공급기와, 상기 제2라인으로부터 분기되어 상기 제2과잉공기공급기와 연결되는 제5라인과, 상기 제4라인에 설치되어 상기 제4라인을 선택적으로 개폐시키는 제3댐퍼를 더 포함하며,
    제2모드에서,
    상기 가스터빈으로부터 상기 제1라인, 제2라인 및 제5라인을 통해 각각 상기 믹싱챔버, 제1과잉공기공급기 및 제2과잉공기공급기로 연소가스가 공급되며,
    상기 제3댐퍼는 상기 제4라인을 폐쇄하며, 상기 공기예열기는 상기 제3라인을 통해 상기 믹싱챔버로 공기를 공급하는 하이브리드 발전설비의 급기방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 하이브리드 발전설비의 급기장치는, 상기 공기예열기와 믹싱챔버를 연결하는 제3라인과, 상기 제3라인으로부터 분기되어 상기 제2라인과 연결되는 제4라인과, 상기 가스터빈으로부터 선택적으로 연소가스를 공급받는 제2과잉공기공급기와, 상기 제2라인으로부터 분기되어 상기 제2과잉공기공급기와 연결되는 제5라인과, 상기 제4라인에 설치되어 상기 제4라인을 선택적으로 개폐시키는 제3댐퍼를 더 포함하며,
    제3모드에서,
    상기 제2댐퍼는 상기 제1라인을 폐쇄하며, 상기 가스터빈으로부터 상기 제2라인 및 제5라인을 통해 각각 상기 제1과잉공기공급기와 제2과잉공기공급기로 연소가스가 공급되며,
    상기 제3댐퍼는 상기 제4라인을 폐쇄하며, 상기 공기예열기는 상기 제3라인을 통해 상기 믹싱챔버로 공기를 공급하는 하이브리드 발전설비의 급기방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 하이브리드 발전설비의 급기장치는, 상기 제1라인에 설치되어 상기 제1라인을 선택적으로 개폐시키는 제2댐퍼와, 상기 믹싱챔버의 토출구에 설치되어 상기 버너로 공급되는 유체의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하며,
    상기 제2모드에서,
    상기 제2댐퍼는, 상기 온도센서의 측정값이 기 설정된 기준온도 이하가 되도록 개방량을 조절하는 하이브리드 발전설비의 급기방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 하이브리드 발전설비의 급기장치는, 상기 믹싱챔버에 설치되며 상기 믹싱챔버 내부의 산소 농도를 측정하는 산소센서를 더 포함하며,
    상기 제2모드에서,
    상기 제2댐퍼는, 상기 온도센서의 측정값이 기 설정된 기준온도 이하가 되도록 개방량을 1차로 조절한 후, 상기 산소센서의 측정값이 기 설정된 기준농도 이상이 되도록 개방량을 2차로 조절하는 하이브리드 발전설비의 급기방법.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 하이브리드 발전설비의 급기장치는, 상기 제5라인에 설치되며, 상기 제5라인을 선택적으로 개폐시키는 제1댐퍼를 더 포함하며,
    상기 제2모드에서,
    상기 제1댐퍼는, 개방량을 조절하여 상기 제1과잉공기공급기와 제2과잉공기공급기로 공급되는 연소가스의 양을 조절하는 하이브리드 발전설비의 급기방법.
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