KR20220136294A - 복합 발전 시스템 및 복합 발전 시스템의 구동 방법 - Google Patents

복합 발전 시스템 및 복합 발전 시스템의 구동 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220136294A
KR20220136294A KR1020220115750A KR20220115750A KR20220136294A KR 20220136294 A KR20220136294 A KR 20220136294A KR 1020220115750 A KR1020220115750 A KR 1020220115750A KR 20220115750 A KR20220115750 A KR 20220115750A KR 20220136294 A KR20220136294 A KR 20220136294A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pressure
heating unit
fuel
water supply
water
Prior art date
Application number
KR1020220115750A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102474275B1 (ko
Inventor
박병구
차송훈
강승규
하홍근
Original Assignee
두산에너빌리티 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 두산에너빌리티 주식회사 filed Critical 두산에너빌리티 주식회사
Priority to KR1020220115750A priority Critical patent/KR102474275B1/ko
Publication of KR20220136294A publication Critical patent/KR20220136294A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102474275B1 publication Critical patent/KR102474275B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/141—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path
    • F01D17/145—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path by means of valves, e.g. for steam turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K11/00—Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers
    • F01K11/02—Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers the engines being turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F02C7/224—Heating fuel before feeding to the burner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B31/00—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus
    • F22B31/04—Heat supply by installation of two or more combustion apparatus, e.g. of separate combustion apparatus for the boiler and the superheater respectively
    • F22B31/06—Installation of emergency heat supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B35/00—Control systems for steam boilers
    • F22B35/06—Control systems for steam boilers for steam boilers of forced-flow type
    • F22B35/10—Control systems for steam boilers for steam boilers of forced-flow type of once-through type
    • F22B35/104—Control systems by injecting water

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 복합 발전 시스템은, 연료를 연소하여 회전력을 발생시키는 가스 터빈, 상기 가스 터빈에서 배출되는 연소 가스를 이용하여 급수를 가열하며 압력 레벨이 서로 상이한 고압부, 중압부, 저압부를 갖는 배열회수 보일러, 상기 가스 터빈으로 공급되는 연료를 가열하며 1차 가열부와 2차 가열부를 갖는 연료 예열기, 상기 고압부와 연결되어 상기 2차 가열부에 고압 급수를 공급하는 고압 급수관, 상기 2차 가열부와 상기 1차 가열부를 연결하여 상기 2차 가열부에서 배출된 급수를 상기 1차 가열부로 공급하는 급수 전달관, 상기 중압부의 중압급수 펌프 하류측에 연결되어 상기 급수 전달관으로 제1 중압 급수를 공급하는 급수온도 제어관, 상기 중압부에 연결되어 상기 급수 전달관으로 중압 급수를 공급하되 상기 제1 중압 급수보다 더 높은 온도를 갖는 제2 중압 급수를 공급하는 급수압력 제어관을 포함할 수 있다.

Description

복합 발전 시스템 및 복합 발전 시스템의 구동 방법{COMBINED POWER PLANT AND OPERATING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 복합 발전 시스템 및 복합 발전 시스템의 구동 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 가스 터빈과 연료 예열기를 갖는 복합 발전 시스템 및 복합 발전 시스템의 구동 방법에 관한 것이다.
복합 발전 시스템은 가스 터빈과 스팀 터빈을 고효율로 조합하게 구성하여서 가스 터빈으로부터 배열회수 보일러(HRSG)로 고온 배기 가스를 안내하고 배기 가스에 보유된 열 에너지에 의해서 증기를 발생시키는 발전 시스템이다. 이 증기는 스팀 터빈에 의해서 전력 생산을 가능하게 하고 가스 터빈에 의해서 발생된 전력과 결합되어서, 가스 터빈에 의한 독립된 전력 생산과 비교할 때 배기 가스에 보유된 열적 에너지와 동등한 열적 효율을 개선할 수 있다.
가스 터빈은 압축기에서 압축된 압축 공기와 연료를 혼합하여 연소시키고, 연소로 발생된 고온의 가스로 터빈을 회전시키는 동력 기관이다. 가스 터빈은 발전기, 항공기, 선박, 기차 등을 구동하는데 사용된다.
가스 터빈의 효율 향상을 위해서는 가스 터빈으로 유입되는 연료의 예열이 필요하다. 연료가 높은 온도로 예열될수록 가스 터빈의 온도가 증가하나, 연료가 과열되면 연료가 예열되는 과정에서 열적 분해에 의한 탄화되는 문제가 발생할 수 있다.
상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 가스 터빈으로 공급되는 연료를 효율적으로 예열할 수 있는 복합 발전 시스템 및 복합 발전 시스템의 구동 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 복합 발전 시스템은, 연료를 연소하여 회전력을 발생시키는 가스 터빈, 상기 가스 터빈에서 배출되는 연소 가스를 이용하여 급수를 가열하며 압력 레벨이 서로 상이한 고압부, 중압부, 저압부를 갖는 배열회수 보일러, 상기 가스 터빈으로 공급되는 연료를 가열하며 1차 가열부와 2차 가열부를 갖는 연료 예열기, 상기 배열회수 보일러와 연결되어 상기 2차 가열부에 급수를 공급하는 고압 급수관, 상기 2차 가열부와 상기 1차 가열부를 연결하여 상기 2차 가열부에서 배출된 급수를 상기 1차 가열부로 공급하는 급수 전달관, 상기 배열회수 보일러에 연결되어 상기 급수 전달관으로 제1 급수를 공급하는 급수온도 제어관, 상기 배열회수 보일러에 연결되어 상기 급수 전달관으로 급수를 공급하되 상기 제1 급수보다 더 높은 온도를 갖는 제2 급수를 공급하는 급수압력 제어관을 포함하며, 상기 급수 전달관에는 상기 급수온도 제어관과 상기 급수 전달관과 상기 급수압력 제어관이 연결된 연결부가 형성되고, 상기 1차 가열부와 상기 2차 가열부 사이에는 상기 2차 가열부로 유입되는 고압 급수의 유량을 제어하는 중간 제어 밸브가 설치되고, 상기 중간 제어 밸브는 상기 연결부와 상기 2차 가열부 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 고압부는 급수를 가열하는 고압 절탄기, 상기 고압 절탄기에서 가열된 급수를 저장하는 고압 드럼, 상기 고압 드럼의 물을 가열하여 증기로 변환하는 고압 증발기를 포함하고, 상기 고압 급수관은 상기 고압 절탄기와 상기 고압 드럼 사이에 연결되어 상기 고압 절탄기에서 가열된 급수를 공급받을 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 복합 발전 시스템은 상기 1차 가열부 배출된 급수를 배열회수 보일러로 전달하는 급수 회수관과 상기 급수 회수관에 설치되어 상기 1차 가열부에서 배출되는 급수의 유량을 제어하는 하류 제어 밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 중압부는 급수를 가압하여 이동시키는 중압 펌프와 상기 중압 펌프로부터 급수를 공급받으며 급수를 가열하는 중압 절탄기와 상기 중압 절탄기에서 가열된 급수를 저장하는 중압 드럼을 포함하고, 상기 하류 제어 밸브에 의하여 상기 1차 가열부에서 배출되는 잉여 고압 급수가 상기 급수압력 제어관을 통해서 상기 중압 드럼으로 공급될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 복합 발전 시스템은 상기 1차 가열부의 상류와 상기 2차 가열부의 하류를 연결하여, 상기 1차 가열부 및 상기 2차 가열부를 우회하여 상기 2차 가열부의 하류로 연료를 이동시키는 바이패스관과 상기 바이패스관을 통해서 이동하는 연료의 유량을 제어하는 연료제어 밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 복합 발전 시스템은 상기 1차 가열부의 상류와 상기 2차 가열부의 상류를 연결하여, 상기 1차 가열부를 우회하여 상기 2차 가열부로 연료를 이동시키는 바이패스관과 상기 바이패스관을 통해서 이동하는 연료의 유량을 제어하는 연료제어 밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 급수온도 제어관에는 상기 급수온도 제어관에서 상기 급수 전달관으로 공급되는 급수의 유량을 조절하는 중압 제어 밸브가 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 가스 터빈, 스팀 터빈, 배열회수 보일러, 및 연료를 예열하는 1차 가열부와 2차 가열부를 갖는 연료 예열기를 포함하고, 배열회수 보일러는 저압부, 중압부, 및 고압부를 포함하는 복합 발전 시스템의 구동 방법은, 상기 배열회수 보일러에서 가열된 급수를 상기 2차 가열부로 공급하고, 상기 2차 가열부에서 배출되는 급수와 상기 배열회수 보일러에서 공급되는 제1 급수와 상기 제1 급수보다 더 높은 온도를 갖는 제2 급수를 혼합하여 1차 가열부로 공급하는 연료 예열 단계, 상기 1차 가열부와 상기 2차 가열부 사이의 급수의 압력을 측정하는 급수압력 판단 단계, 상기 2차 가열부에서 배출되는 연료의 온도를 측정하고 기준 온도와 비교하는 연료온도 판단 단계, 상기 1차 가열부에서 배출되는 급수의 유량을 제어하는 하류 제어 밸브를 이용하여 급수의 압력을 제어하는 급수압력 제어 단계, 상기 1차 가열부와 상기 2차 가열부 사이에서 급수의 이동을 제어하는 중간 제어 밸브를 조절하여 연료의 온도를 제어하는 연료온도 제어 단계를 포함하며, 상기 연료 예열 단계는 2차 가열부에서 배출되는 급수와 상기 제1 급수와 상기 제2 급수를 상기 급수 전달관에 형성된 연결부에서 합류시키고, 상기 중간 제어 밸브는 상기 연결부와 상기 2차 가열부 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 상기 연료 예열 단계는 상기 고압부의 고압 절탄기와 고압 드럼 사이에 연결된 고압 급수관을 통해서 상기 2차 가열부로 급수를 공급할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 상기 급수압력 제어 단계는 상기 2차 가열부에서 상기 1차 가열부로 이동하는 급수의 압력이 기 설정된 기준 압력보다 낮으면 상기 하류 제어 밸브의 개방도를 감소시키고, 상기 2차 가열부에서 상기 1차 가열부로 이동하는 급수의 압력이 기 설정된 기준 압력보다 높으면 상기 하류 제어 밸브의 개방도를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 상기 급수압력 제어 단계에서 상기 하류 제어 밸브의 개방도가 감소될 때, 상기 2차 가열부에서 배출되는 급수 중 일부는 상기 급수압력 제어관을 통해서 상기 중압부로 이동하며, 상기 급수압력 제어 단계에서 상기 하류 제어 밸브의 개방도가 증가될 때, 상기 급수압력 제어관을 통해서 제2 급수가 상기 급수 전달관으로 이동할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 상기 연료온도 제어 단계는 상기 2차 가열부에서 배출되는 연료의 온도가 기 설정된 기준 온도보다 낮으면 상기 중간 제어 밸브의 개방도를 증가시키고, 상기 2차 가열부에서 배출되는 연료의 온도가 기 설정된 제2 기준 온도보다 높으면 상기 중간 제어 밸브의 개방도를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 상기 연료온도 제어 단계는 상기 1차 가열부와 상기 2차 가열부를 우회하여 상기 2차 가열부의 하류측으로 연료를 공급하는 바이패스관에 설치된 연료제어 밸브를 조절하여 연료의 온도를 조절하되, 상기 2차 가열부에서 배출되는 연료의 온도가 기 설정된 제2 기준 온도보다 더 낮으면 상기 연료제어 밸브의 개방도를 감소시키며, 상기 연료제어 밸브가 닫혔으면 상기 중간 제어 밸브의 개방도를 증가시키고, 상기 2차 가열부에서 배출되는 연료의 온도가 상기 제2 기준 온도보다 더 높으면 상기 연료제어 밸브의 개방도를 증가시키고, 상기 연료제어 밸브가 완전히 개방되었으면 상기 중간 제어 밸브의 개방도를 감소시킬 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 측면에 따른 복합 발전 시스템은 급수 전달관, 급수온도 제어관, 급수압력 제어관을 포함하여 연료의 온도 및 급수의 압력을 용이하게 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 복합 발전 시스템은 연결부가 형성되고, 연결부에서 압력이 결정되므로 연결부에서의 압력을 기준으로 제어하여 역류를 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 중간 제어 밸브가 연결부와 2차 가열부 사이에 위치하므로 중간 제어 밸브를 이용하여 급수의 유입과 압력을 확실하게 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 발전 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 예열기와 배열회수 보일러를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 예열기를 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 발전 시스템의 구동 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 예열기를 도시한 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 예열기를 도시한 구성도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 터빈에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 발전 시스템을 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 예열기와 배열회수 보일러를 도시한 구성도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 예열기를 도시한 구성도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 복합 발전 시스템(100)은 복수의 터빈을 포함하여, 전력을 생산한다. 복합 발전 시스템(100)은 가스 터빈(110), 발전기(130), 배열회수 보일러(140), 스팀 터빈(120), 연료 예열기(150), 고압 급수관(153), 급수 전달관(155), 급수온도 제어관(154), 급수압력 제어관(158), 하류 제어 밸브(161), 중간 제어 밸브(162)를 포함할 수 있다.
본 실시예를 따르는 가스 터빈(110)은 대기의 공기를 흡입하여 고압으로 압축한 후 정압 환경에서 연료를 연소하여 열에너지를 방출하고, 이 고온의 연소 가스를 팽창시켜 운동에너지로 변환시킨 후에 잔여 에너지를 담은 배기가스를 대기 중으로 방출할 수 있다.
가스 터빈(110)은 압축기(112), 연소기(115), 메인 터빈(113)을 포함할 수 있다. 가스 터빈(110)의 압축기(112)는 외부로부터 공기를 흡입하여 압축할 수 있다. 압축기(112)는 압축기 블레이드에 의해 압축된 압축 공기를 연소기(115)에 공급하고, 또한 가스 터빈(110)에서 냉각이 필요한 고온 영역에 냉각용 공기를 공급할 수 있다. 이때, 흡입된 공기는 압축기(112)에서 단열 압축 과정을 거치게 되므로, 압축기(112)를 통과한 공기의 압력과 온도는 올라가게 된다.
압축기(112)는 원심 압축기(centrifugal compressors)나 축류 압축기(axial compressor)로 설계되는데, 소형 가스 터빈에서는 원심 압축기가 적용되는 반면, 같은 대형 가스 터빈(110)은 다단 축류 압축기가 적용된다.
한편, 연소기(115)는 압축기(112)의 출구로부터 공급되는 압축 공기를 연료와 혼합하여 등압 연소시켜 높은 에너지의 연소 가스를 만들어 낼 수 있다.
연소기(115)에서 생산된 고온, 고압의 연소가스는 메인 터빈(113)에 공급된다. 메인 터빈(113)에서는 연소가스가 단열 팽창하면서 메인 터빈(113)의 회전축에 방사상으로 배치된 다수의 블레이드에 충돌, 반동력을 줌으로써 연소가스의 열에너지가 회전축이 회전하는 기계적인 에너지로 변환된다. 메인 터빈(113)에서 얻은 기계적 에너지의 일부는 압축기(112)에서 공기를 압축하는데 필요한 에너지로 공급되며, 나머지는 발전기(130)를 구동하여 전력을 생산하는 등의 유효 에너지로 활용된다.
메인 터빈(113)에서 배출된 연소가스는 배열회수 보일러(140)를 통해서 냉각된 후, 정화되어 외부로 배출된다. 배열회수 보일러(140)는 연소 가스를 냉각할 뿐만 아니라 연소 가스의 열을 이용하여 고온 고압의 증기를 생성하여 스팀 터빈(120)으로 전달한다.
배열회수 보일러(140)에서 생성된 증기는 스팀 공급 라인(181)을 통해서 스팀 터빈(120)으로 전달되며, 스팀 터빈(120)에서 냉각된 급수는 터빈급수 회수 라인(182)을 통해서 배열회수 보일러(140)로 전달된다.
스팀 터빈(120)은 배열회수 보일러(140)에서 생성된 증기를 이용하여 블레이드를 회전시키며 회전 에너지를 발전기(130)로 전달한다. 스팀 터빈(120)은 냉각된 증기를 다시 배열회수 보일러(140)에 공급한다.
본 제1 실시예에서는 메인 터빈(113)과 스팀 터빈(120)이 하나의 발전기(130)에 연결된 것으로 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 스팀 터빈(120)과 메인 터빈(113)은 병렬적으로 배치되어 각각 다른 발전기에 연결될 수 있다.
터빈급수 회수 라인(182)에는 증기를 응축하는 응축기(121)와 응축된 급수를 저장하는 응축수 저장조(122)와 응축수 저장조(122)에 저장된 응축수를 배열회수 보일러에 공급하는 응축수 펌프(123)이 설치될 수 있다.
배열회수 보일러(140) 내부를 이동하는 증기는 2 단계 또는 3 단계의 압력을 가질 수 있는데, 이에 따라서 공급수는 2 또는 3 이상의 압력 레벨들로 가압된다. 본 실시예에서는 배열회수 보일러(140)가 3단계의 압력을 갖는 것으로 예시한다.
배열회수 보일러(140)는 상대적으로 낮은 압력을 갖는 저압부(G1), 중간의 압력을 갖는 중압부(G2), 상대적으로 높은 압력을 갖는 고압부(G3)를 포함할 수 있다. 고압부(G3)는 연소가스 유입되는 입구측과 인접하게 배치되어 고온의 연소가스에 의하여 가열되며, 저압부(G1)는 연소가스가 배출되는 출구측과 인접하게 배치되어 저온의 연소가스에 의하여 가열될 수 있다.
배열회수 보일러(140)의 내부에는 응축수 예열기(141), 저압 증발기(142), 중압 절탄기(143), 중압 증발기(144), 고압 절탄기(145), 고압 증발기(146)가 설치된다. 또한, 증발기들의 상류측에는 각각 과열기(미도시)가 추가로 설치될 수 있다. 배열회수 보일러(140)에서 배출된 연소 가스는 스택을 거쳐서 배출될 수 있다.
저압부(G1)는 응축수 예열기(141)와 저압 증발기(142)와 저압 드럼(147)을 포함한다. 응축수 저장조(122)에 저장된 응축수는 응축수 펌프(123)에 의하여 응축수 예열기(141)로 전달되며, 응축수 예열기(141)는 연소 가스와의 열교환을 통해서 응축수를 가열한다. 응축수 예열기(141)에서 가열된 급수는 탈기기(175)로 전달되어 응축수에서 기체가 제거된다.
탈기기(175)에서 저압 드럼(147)으로 급수가 공급되며, 저압 증발기(142)는 저압 드럼(147)에 연결되어 저압 드럼(147)에 저장된 급수를 가열하여 증기로 변환한 후에 저압 드럼(147) 에서 기수분리된 후에 과열기로 이송될 수 있다.
한편, 중압부(G2)는 중압 절탄기(143)와 중압 증발기(144)와 중압 드럼(148)을 포함한다. 탈기기(175)의 급수는 중압 펌프(172)에 의하여 중압 절탄기(143)에 공급되며, 중압 절탄기(143)는 연소 가스와의 열교환을 통해서 급수를 가열한다. 중압 절탄기(143)에서 가열된 급수는 중압 드럼(148)으로 공급되며, 중압 증발기(144)는 중압 드럼(148)에 연결되어 중압 드럼(148)에 저장된 급수를 가열하여 증기로 변환한 후에 중압 드럼(148)에서 기수분리 후에 과열기로 이송될 수 있다.
고압부(G3)는 고압 절탄기(145)와 고압 증발기(146)와 고압 드럼(149)을 포함한다. 탈기기(175)의 급수는 고압 펌프(173)에 의하여 고압 절탄기(145)에 공급되며, 고압 절탄기(145)는 연소 가스와의 열교환을 통해서 급수를 가열한다. 고압 절탄기(145)에서 가열된 급수는 고압 드럼(149)으로 공급되며, 고압 증발기(146)는 고압 드럼(149)에 연결되어 고압 드럼(149)에 저장된 급수를 가열하여 증기로 변환한 후에 고압 드럼에서 기수분리된 후에 과열기로 이송될 수 있다.
저압 드럼(147), 중압 드럼(148), 고압 드럼(149)에 저장된 스팀은 과열기에서 가열된 후에 각각의 저압, 중압, 및 고압 스팀 터빈들에 공급될 수 있다.
고압 급수관(153)은 고압부(G3)와 연료 예열기(150)를 연결하여 고온, 고압의 급수를 연료 예열기(150)로 공급한다. 고압 드럼(149)의 상류측에는 고압 급수관(153)으로 공급되는 급수의 유량을 제어하는 고압 밸브(176)가 설치될 수 있다. 한편, 급수온도 제어관(154)은 중압부(G2)와 연료 예열기(150)를 연결하여 제1 중압 급수를 연료 예열기(150)로 공급하며, 급수압력 제어관(158)은 중압부(G2)와 연료 예열기(150)를 연결하여 제2 중압 급수를 연료 예열기(150)로 공급한다. 중압 드럼(148)의 상류측에는 급수압력 제어관(158)으로 공급되는 급수의 유량을 제어하는 중압 밸브(177)가 설치될 수 있다. 또한, 급수압력 제어관(158)은 중압 드럼(148)에 직접 연결될 수 있으며, 이 경우 급수압력 제어관(158)에는 감압 제어 밸브(pressure relief valve)가 설치될 수 있다. 급수압력 제어관(158)이 중압 드럼(148)에 직접 연결되면 우수한 압력 강하 효과를 나타낼 수 있다.
연료 예열기(150)는 연료 공급관(157)을 통해서 연료 공급부(117)에서 연료를 공급 받아서 가열한 후에 연소기(115)로 공급한다. 여기서 연료는 가스로 이루어질 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
연료 예열기(150)는 연료를 1차적으로 가열하는 1차 가열부(151)와 가열된 연료를 2차적으로 가열하는 2차 가열부(152)를 포함한다. 1차 가열부(151)는 연료 공급부(117)에서 연료를 공급받아 상대적으로 저온의 급수와의 열교환을 통해서 연료를 가열한 후에 2차 가열부(152)로 전달하며, 2차 가열부(152)는 1차 가열부(151)에서 전달된 연료를 고압 급수와 열교환으로 고온으로 가열한다.
고압 급수관(153)은 2차 가열부(152)와 연결되어 2차 가열부(152)로 고온의 급수를 공급한다. 고압 급수관(153)은 고압 절탄기(145)와 고압 드럼(149) 사이에 연결되어 고압 절탄기(145)에서 가열된 급수를 2차 가열부(152)로 공급할 수 있다. 여기서 고압 급수는 증기가 아닌 액체로 이루어지며, 연료 예열기(150)에서 급수의 상(phase)은 변하지 않으며 액체 상태를 유지한다. 급수의 상이 연료 예열기(150)에서 변화되면 급격한 압력의 변화로 인하여 진동이 발생할 수 있다.
급수 전달관(155)은 2차 가열부(152)에서 연료와의 열교환으로 냉각된 급수를 1차 가열부(151)로 전달한다. 한편, 급수 전달관(155)에는 급수온도 제어관(154) 및 급수압력 제어관(158)이 연결 설치되어 급수 전달관(155)으로 중압의 급수를 공급한다.
급수온도 제어관(154)은 중압 펌프(172)의 하류측에 연결되어 중압 펌프(172)에서 가압된 제1 중압 급수를 급수 전달관(155)으로 공급한다. 급수온도 제어관(154)에는 역류의 방지를 위한 체크 밸브가 설치될 수 있다. 급수온도 제어관(154)은 중압 펌프(172)와 중압 절탄기(143) 사이에 연결되므로 중압부(G2)에서 가열되지 않은 급수가 공급되어 1차 가열부(151)로 공급되는 급수의 온도를 용이하게 조절하여 연료가 과열되는 것을 방지할 수 있다.
급수압력 제어관(158)은 중압 절탄기(143)와 중압 드럼(148)사이에 연결되어 제2 중압 급수를 급수 전달관(155)으로 공급한다. 제2 중압 급수는 제1 중압 급수보다 더 높은 온도를 갖는데, 제2 중압 급수는 중압 펌프(172)에서 공급된 급수가 중압 절탄기(143)에서 가압된 급수이다.
급수압력 제어관(158)의 급수는 양방향으로 이동 가능하게 이루어지며, 급수압력 제어관(158)은 급수 전달관(155)의 압력이 중압 드럼의 상류측 압력과 동일하게 제어한다.
이에 따라 급수압력 제어관(158)을 통해서 중압 절탄기(143)에서 가열된 급수가 급수 전달관(155)으로 유입될 수 있을 뿐만 아니라 급수압력 제어관(158)을 통해서 급수 전달관(155)에서 중압부(G2)의 중압 절탄기(143) 하류측으로 급수가 유입될 수 있다.
한편, 1차 가열부(151)와 2차 가열부(152)의 용량은 동일하게 이루어질 수 있으며, 이에 따라 필요한 경우에만 급수온도 제어관(154) 및 급수압력 제어관(158)을 통해서 급수 전달관(155)에 급수가 공급될 수 있다. 2차 가열부(152)에서 배출된 급수와 급수온도 제어관(154) 및 급수압력 제어관(158)에서 전달된 급수는 혼합되어 1차 가열부(151)로 공급된다.
급수온도 제어관(154)과 급수 전달관(155) 및 급수압력 제어관(158)이 연결된 연결부(C1)에서 급수 전달관(155)의 압력이 급수압력 제어관(158)의 압력과 동일하면 급수압력 제어관(158)에서 급수 전달관(155)으로 급수가 이동하지 못하며, 급수 전달관(155)의 압력이 급수압력 제어관(158)의 압력보다 높으면 급수 전달관(155)을 통해서 이동하는 급수가 급수압력 제어관(158)을 통해서 중압부로 이동하고, 급수 전달관의 압력은 중압 드럼의 상류측 압력과 동일하게 제어될 수 있다.
이와 같이 급수온도 제어관(154)은 급수 전달관(155)에 연결되면 상대적으로 저온인 제1 중압 급수를 이용하여 급수 전달관의 온도를 조절할 수 있으며, 급수압력 제어관(158)은 급수 전달관(155)에 연결되면 급수 전달관의 압력이 과도하게 상승하여 1차 가열부(151) 및 2차 가열부(152)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 1차 가열부(151)에는 급수 회수관(159)이 연결되며 급수 회수관(159)은 응축수 펌프(123)의 하류측에 연결되어 1차 가열부(151)에서 연료를 가열한 후에 배출된 급수를 배열회수 보일러(140)로 전달한다.
급수 전달관(155)에는 급수 전달관(155)을 통해서 이동하는 급수의 압력을 측정하는 압력계(P1)가 설치되고, 2차 가열부(152)의 하류측의 연료 공급관(157)에는 2차 가열부(152)에서 배출되는 연료의 온도를 측정하는 온도계(T1)가 설치된다.
또한, 급수 회수관(159)에는 1차 가열부(151)에서 배출되는 급수의 유량을 제어하는 하류 제어 밸브(161)가 설치된다. 하류 제어 밸브(161)는 급수온도 제어관(154)에서 유입되는 급수, 급수압력 제어관(158)에서 유입되는 급수, 및 급수 전달관(155)을 통해서 이동하는 급수의 유량을 조절한다. 하류 제어 밸브(161)의 개방도가 감소하면, 급수 전달관(155)의 압력이 상승하고, 2차 가열부(152)에서 배출되는 잉여 고압 급수는 급수압력 제어관(158)을 통해서 중압 드럼(148)으로 공급될 수 있다.
급수 전달관(155)에는 중간 제어 밸브(162)가 설치되며, 중간 제어 밸브(162)는 2차 가열부(152)로 유입되는 고압 급수의 유량을 조절한다. 중간 제어 밸브(162)는 급수온도 제어관(154)과 급수 전달관(155)이 연결된 연결부(C1)와 2차 가열부(152) 사이에 위치한다.
이에 따라 하류 제어 밸브(161)의 개방도가 감소하고, 중간 제어 밸브(162)의 개방도가 증가한 상태가 유지되면 2차 가열부(152)를 통해서 이동하는 급수의 양은 증가하고, 1차 가열부(151)를 통해서 이동하는 급수의 유량은 감소할 수 있다. 하류 제어 밸브(161)의 개방도가 감소할 때, 고압 급수가 급수압력 제어관(158)을 통해서 이동하지 못하면, 유동이 적체되어 압력이 증가하고, 증가된 압력으로 인하여 1차 가열부(151) 및 2차 가열부(152)가 손상될 수 있다.
한편, 하류 제어 밸브(161)의 개방도가 증가하면 2차 가열부(152)에서 배출되는 고압 급수와 함께 급수온도 제어관(154) 및 급수압력 제어관(158)을 통해서 공급되는 중압 급수가 급수 전달관(155)을 통해서 1차 가열부(151)로 공급될 수 있다.
또한, 중간 제어 밸브(162)의 개방도가 감소하면 2차 가열부(152)에서 배출되는 급수의 유량이 감소하므로 급수온도 제어관(154) 및 급수압력 제어관(158)에서 급수 전달관(155)으로 유입되는 중압 급수의 유량이 증가하게 된다.
중간 제어 밸브(162)의 개방도가 증가하면 2차 가열부(152)에서 배출되는 급수의 유량이 증가하므로 급수온도 제어관(154) 및 급수압력 제어관(158)에서 급수 전달관(155)으로 유입되는 중압 급수의 유량이 감소하게 된다.
상기한 바와 같이 본 제1 실시예에 따르면 고압 급수관(153)을 통해서 고압 절탄기(145)에서 가열된 급수가 2차 가열부(152)로 전달되어 연료가 고온으로 가열될 수 있을 뿐만 아니라 급수온도 제어관(154)이 중압 펌프(172)와 중압 절탄기(143) 사이에 설치되어 1차 가열부(151)로 유입되는 급수의 온도를 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 급수압력 제어관(158)이 중압 절탄기(143)와 중압 드럼(148) 사이에 설치되어 급수 전달관(155)의 압력을 기 설정된 범위로 용이하게 제어할 수 있다.
이하에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 발전 시스템의 구동 방법에 대해서 설명한다. 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 복합 발전 시스템의 구동 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 복합 발전 시스템의 구동 방법은 연료 예열 단계(S101), 급수압력 판단 단계(S102), 연료온도 판단 단계(S103), 급수압력 제어 단계(S104), 연료온도 제어 단계(S105)를 포함할 수 있다.
연료 예열 단계(S101)는 고압부(G3)에서 가열된 급수를 2차 가열부(152)로 공급하고, 2차 가열부(152)에서 배출되는 급수와 중압부(G2)에서 공급되는 제1 중압 급수와 제1 중압 급수보다 더 높은 온도를 갖는 제2 중압 급수를 혼합하여 1차 가열부(151)로 공급한다.
연료 예열 단계(S101)는 고압부(G3)에서 고압 절탄기(145)와 고압 드럼(149) 사이에 연결된 고압 급수관(153)을 통해서 2차 가열부(152)로 급수를 공급한다. 또한, 연료 예열 단계(S101)는 2차 가열부(152)에서 배출되는 급수를 급수 전달관(155)을 통해서 1차 가열부(151)로 공급하고, 중압 펌프(172)와 중압 절탄기(143) 사이에 연결된 급수온도 제어관(154)을 급수 전달관(155)에 연결하여 급수 전달관(155)으로 제1 중압 급수를 공급하며, 중압 절탄기(143)와 중압 드럼(148) 사이에 연결된 급수압력 제어관(158)을 통해서 공급되는 제2 중압 급수를 급수 전달관(155)으로 공급한다.
급수압력 판단 단계(S102)는 급수 전달관(155)을 통해서 이동하는 급수의 압력을 기 설정된 기준 압력과 비교한다. 급수압력 판단 단계(S102)는 연결부(C1) 또는 연결부의 하류측에 설치된 압력계(P1)를 이용하여 급수의 압력을 측정한다.
연료온도 판단 단계(S103)는 2차 가열부(152)에서 배출되는 연료의 온도를 측정하고 기 설정된 기준 온도와 비교한다. 연료온도 판단 단계(S102)는 2차 가열부(152)의 하류측에 설치된 온도계(T1)를 이용하여 연료의 온도를 측정한다.
급수압력 제어 단계(S104)는 상기 1차 가열부에서 배출되는 급수의 유량을 제어하는 하류 제어 밸브(161)를 이용하여 급수의 압력을 제어한다. 급수압력 제어 단계(S104)는 2차 가열부(152)에서 1차 가열부(151)로 이동하는 급수의 압력이 기 설정된 기준 압력보다 낮으면 하류 제어 밸브(161)의 개방도를 감소시키고, 2차 가열부(152)에서 1차 가열부(151)로 이동하는 급수의 압력이 기 설정된 기준 압력보다 높으면 상기 하류 제어 밸브(161)의 개방도를 증가시킨다.
또한, 급수압력 제어 단계(S104)에서 하류 제어 밸브(161)의 개방도가 감소될 때, 2차 가열부(152)에서 배출되는 급수 중 일부는 급수압력 제어관(158)을 통해서 중압부(G2)로 이동하며, 급수압력 제어 단계(S104)에서 하류 제어 밸브(161)의 개방도가 증가될 때, 급수압력 제어관(158)을 통해서 제2 중압 급수가 급수 전달관(155)으로 이동할 수 있다.
연료온도 제어 단계(S105)는 1차 가열부(151)와 2차 가열부(152) 사이에서 급수의 이동을 제어하는 중간 제어 밸브(162)를 조절하여 연료의 온도를 조절한다.
연료온도 제어 단계(S105)는 2차 가열부(152)에서 배출되는 연료의 온도가 기 설정된 제2 기준 온도보다 낮으면 중간 제어 밸브(162)의 개방도를 증가시키고, 2차 가열부(152)에서 배출되는 연료의 온도가 제2 기준 온도보다 높으면 중간 제어 밸브(162)의 개방도를 감소시킨다.
상기한 바와 같이 본 제1 실시예에 따르면 급수압력 제어 단계(S104)와 연료온도 제어 단계(S105)에 의하여 급수의 압력을 용이하게 제어하고, 연료가 과열되는 것을 방지하면서 연료를 효율적으로 예열할 수 있다.
이하에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 발전 시스템에 대해서 설명한다. 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 예열기를 도시한 구성도이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 복합 발전 시스템은 바이패스관(156)을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 복합 발전 시스템과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
연료 공급관(157)에는 1차 가열부(151)와 2차 가열부(152)를 우회하여 2차 가열부(152)의 하류측으로 연료를 공급하는 바이패스관(156)이 연결 설치된다. 또한, 바이패스관(156)에는 바이패스관(156)을 통해서 이동하는 연료의 유량을 제어하는 연료제어 밸브(163)가 설치된다.
바이패스관(156)은 1차 가열부(151) 및 2차 가열부(152)를 통과하는 연료의 유량을 제어하여, 보다 용이하게 연료의 가열 온도를 제어할 수 있다.
이하에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 복합 발전 시스템의 구동 방법에 대해서 설명한다.
본 제2 실시예에 따른 복합 발전 시스템의 구동 방법은 연료온도 제어 단계를 제외하고는 상기한 제2 실시예에 따른 복합 발전 시스템의 구동 방법과 동일하므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
연료온도 제어 단계는 1차 가열부(151)와 2차 가열부(152) 사이에서 급수의 이동을 제어하는 중간 제어 밸브(162)와 1차 가열부(151)와 2차 가열부(152)를 거치지 않고 2차 가열부(152)의 하류측으로 연료를 공급하는 바이패스관(156)에 설치된 연료제어 밸브(163)를 조절하여 연료의 온도를 조절한다.
연료온도 제어 단계는 2차 가열부(152)에서 배출되는 연료의 온도가 기 설정된 기준 온도보다 낮으면 연료제어 밸브(163)의 개방도를 감소시키고, 연료제어 밸브(163)가 닫혔으면 중간 제어 밸브(162)의 개방도를 증가시킨다.
또한, 연료온도 제어 단계는 2차 가열부(152)에서 배출되는 연료의 온도가 제2 기준 온도보다 높으면 연료제어 밸브(163)의 개방도를 증가시키고, 연료제어 밸브(163)가 완전히 개방되었으면 중간 제어 밸브(162)의 개방도를 감소시킨다.
연료제어 밸브(163)의 개방도를 감소시키면 우회되는 연료의 양이 감소하므로 연료의 온도가 상승하며, 중간 제어 밸브(162)의 개방도가 증가하면 2차 가열부(152)로 유입되는 급수의 유량이 증가하여 연료의 온도가 상승할 수 있다.
한편, 연료제어 밸브(163)의 개방도를 증가시키면 바이패스되는 연료의 양이 증가하므로 연료의 온도가 하강하고, 중간 제어 밸브(162)의 개방도가 감소하면 2차 가열부(152)로 유입되는 급수의 유량이 감소하여 연료의 온도가 하강할 수 있다.
본 제2 실시예와 같이 바이패스관(156)과 연료제어 밸브(163)가 설치되면 연료의 예열에 사용되는 급수의 수량을 최소화하면서 효율적으로 연료의 과열을 방지할 수 있다.
이하에는 본 발명의 제3 실시예에 따른 복합 발전 시스템에 대해서 설명한다. 도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 예열기를 도시한 구성도이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 본 제3 실시예에 따른 복합 발전 시스템은 중압 제어 밸브(165)를 제외하고는 상기한 제2 실시예에 따른 복합 발전 시스템과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
급수온도 제어관(154)에는 급수온도 제어관(154)에서 급수 전달관(155)으로 공급되는 급수의 유량을 조절하는 중압 제어 밸브(165)가 설치된다. 중압 제어 밸브(165)는 급수의 역류를 방지할 뿐만 아니라 급수온도 제어관(154)을 통해서 공급되는 저온의 급수의 유입량을 조절한다. 이에 따라 급수온도 제어관(154)을 통해서 1차 가열부(151)로 유입되는 급수의 온도를 보다 용이하게 조절할 수 있다.
한편, 연료 공급관(157)에는 1차 가열부(151)와 2차 가열부(152)를 거치지 않고 2차 가열부(152)의 하류측으로 연료를 공급하는 바이패스관(156)이 연결 설치된다. 또한, 바이패스관(156)에는 바이패스관(156)을 통해서 이동하는 연료의 유량을 제어하는 연료제어 밸브(163)가 설치된다.
이하에는 본 발명의 제3 실시예에 따른 복합 발전 시스템의 구동 방법에 대해서 설명한다.
본 제3 실시예에 따른 복합 발전 시스템의 구동 방법은 연료온도 제어 단계를 제외하고는 상기한 제3 실시예에 따른 복합 발전 시스템의 구동 방법과 동일하므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
연료온도 제어 단계는 중간 제어 밸브(162)와 연료제어 밸브(163)와 중압 제어 밸브(165)를 조절하여 연료의 온도를 조절한다. 연료온도 제어 단계는 2차 가열부(152)에서 배출되는 연료의 온도가 기 설정된 기준 온도보다 더 낮으면 중압 제어 밸브(165)의 개방도를 감소시키며, 연료제어 밸브(163)의 개방도를 감소시키고, 연료제어 밸브(163)가 닫혔으면 중간 제어 밸브(162)의 개방도를 증가시킨다.
또한, 연료온도 제어 단계는 2차 가열부(152)에서 배출되는 연료의 온도가 제2 기준 온도보다 더 높으면 중압 제어 밸브(165)의 개방도를 증가시키며, 연료제어 밸브(163)의 개방도를 증가시키고, 연료제어 밸브(163)가 완전히 개방되었으면 중간 제어 밸브(162)의 개방도를 감소시킨다.
본 제3 실시예와 같이 중압 제어 밸브(165)가 설치되면 급수온도 제어관(154)을 통해서 급수 전달관(155)으로 유입되는 중압 급수의 유량을 제어하여 연료의 가열 온도를 효울적으로 제어할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 복합 발전 시스템 110: 가스 터빈
112: 압축기 115: 연소기
113: 메인 터빈 120: 스팀 터빈
121: 응축기 122: 응축수 저장조
123: 응축수 펌프 130: 발전기
140: 배열회수 보일러 141: 응축수 예열기
142: 저압 증발기 143: 중압 절탄기
144: 중압 증발기 145: 고압 절탄기
146: 고압 증발기 147: 저압 드럼
148: 중압 드럼 149: 고압 드럼
150: 연료 예열기 151: 1차 가열부
152: 2차 가열부 153: 고압 급수관
154: 급수온도 제어관 155: 급수 전달관
156, 166: 바이패스관 158: 급수압력 제어관
159: 급수 회수관 161: 하류 제어 밸브
162: 중간 제어 밸브 163, 167: 연료제어 밸브
165: 중압 제어 밸브 172: 중압 펌프
173: 고압 펌프 175: 탈기기
176: 고압 밸브 181: 스팀 공급 라인
182: 터빈급수 회수 라인

Claims (13)

  1. 연료를 연소하여 회전력을 발생시키는 가스 터빈;
    상기 가스 터빈에서 배출되는 연소 가스를 이용하여 급수를 가열하며 압력 레벨이 서로 상이한 고압부, 중압부, 저압부를 갖는 배열회수 보일러;
    상기 가스 터빈으로 공급되는 연료를 가열하며 1차 가열부와 2차 가열부를 갖는 연료 예열기;
    상기 배열회수 보일러와 연결되어 상기 2차 가열부에 급수를 공급하는 고압 급수관;
    상기 2차 가열부와 상기 1차 가열부를 연결하여 상기 2차 가열부에서 배출된 급수를 상기 1차 가열부로 공급하는 급수 전달관;
    상기 배열회수 보일러에 연결되어 상기 급수 전달관으로 제1 급수를 공급하는 급수온도 제어관;
    상기 배열회수 보일러에 연결되어 상기 급수 전달관으로 급수를 공급하되 상기 제1 급수보다 더 높은 온도를 갖는 제2 급수를 공급하는 급수압력 제어관;
    을 포함하며,
    상기 급수 전달관에는 상기 급수온도 제어관과 상기 급수 전달관과 상기 급수압력 제어관이 연결된 연결부가 형성되고,
    상기 1차 가열부와 상기 2차 가열부 사이에는 상기 2차 가열부로 유입되는 고압 급수의 유량을 제어하는 중간 제어 밸브가 설치되고,
    상기 중간 제어 밸브는 상기 연결부와 상기 2차 가열부 사이에 위치하는 복합 발전 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 고압부는 급수를 가열하는 고압 절탄기, 상기 고압 절탄기에서 가열된 급수를 저장하는 고압 드럼, 상기 고압 드럼의 물을 가열하여 증기로 변환하는 고압 증발기를 포함하고,
    상기 고압 급수관은 상기 고압 절탄기와 상기 고압 드럼 사이에 연결되어 상기 고압 절탄기에서 가열된 급수를 공급받는 복합 발전 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 1차 가열부 배출된 급수를 배열회수 보일러로 전달하는 급수 회수관과 상기 급수 회수관에 설치되어 상기 1차 가열부에서 배출되는 급수의 유량을 제어하는 하류 제어 밸브를 더 포함하는 복합 발전 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 중압부는 급수를 가압하여 이동시키는 중압 펌프와 상기 중압 펌프로부터 급수를 공급받으며 급수를 가열하는 중압 절탄기와 상기 중압 절탄기에서 가열된 급수를 저장하는 중압 드럼을 포함하고,
    상기 하류 제어 밸브에 의하여 상기 1차 가열부에서 배출되는 잉여 고압 급수가 상기 급수압력 제어관을 통해서 상기 중압 드럼으로 공급되는 복합 발전 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 1차 가열부의 상류와 상기 2차 가열부의 하류를 연결하여, 상기 1차 가열부 및 상기 2차 가열부를 우회하여 상기 2차 가열부의 하류로 연료를 이동시키는 바이패스관과 상기 바이패스관을 통해서 이동하는 연료의 유량을 제어하는 연료제어 밸브를 더 포함하는 복합 발전 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 1차 가열부의 상류와 상기 2차 가열부의 상류를 연결하여, 상기 1차 가열부를 우회하여 상기 2차 가열부로 연료를 이동시키는 바이패스관과 상기 바이패스관을 통해서 이동하는 연료의 유량을 제어하는 연료제어 밸브를 더 포함하는 복합 발전 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 급수온도 제어관에는 상기 급수온도 제어관에서 상기 급수 전달관으로 공급되는 급수의 유량을 조절하는 중압 제어 밸브가 설치된 복합 발전 시스템.
  8. 가스 터빈, 스팀 터빈, 배열회수 보일러, 및 연료를 예열하는 1차 가열부와 2차 가열부를 갖는 연료 예열기를 포함하고, 배열회수 보일러는 저압부, 중압부, 및 고압부를 포함하는 복합 발전 시스템의 구동 방법에 있어서,
    상기 배열회수 보일러에서 가열된 급수를 상기 2차 가열부로 공급하고, 상기 2차 가열부에서 배출되는 급수와 상기 배열회수 보일러에서 공급되는 제1 급수와 상기 제1 급수보다 더 높은 온도를 갖는 제2 급수를 혼합하여 1차 가열부로 공급하는 연료 예열 단계;
    상기 1차 가열부와 상기 2차 가열부 사이의 급수의 압력을 측정하는 급수압력 판단 단계;
    상기 2차 가열부에서 배출되는 연료의 온도를 측정하고 기준 온도와 비교하는 연료온도 판단 단계;
    상기 1차 가열부에서 배출되는 급수의 유량을 제어하는 하류 제어 밸브를 이용하여 급수의 압력을 제어하는 급수압력 제어 단계;
    상기 1차 가열부와 상기 2차 가열부 사이에서 급수의 이동을 제어하는 중간 제어 밸브를 조절하여 연료의 온도를 제어하는 연료온도 제어 단계;
    를 포함하며,
    상기 연료 예열 단계는 2차 가열부에서 배출되는 급수와 상기 제1 급수와 상기 제2 급수를 상기 급수 전달관에 형성된 연결부에서 합류시키고,
    상기 중간 제어 밸브는 상기 연결부와 상기 2차 가열부 사이에 위치하는 복합 발전 시스템의 구동 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 연료 예열 단계는 상기 고압부의 고압 절탄기와 고압 드럼 사이에 연결된 고압 급수관을 통해서 상기 2차 가열부로 급수를 공급하는 복합 발전 시스템의 구동 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 급수압력 제어 단계는 상기 2차 가열부에서 상기 1차 가열부로 이동하는 급수의 압력이 기 설정된 기준 압력보다 낮으면 상기 하류 제어 밸브의 개방도를 감소시키고, 상기 2차 가열부에서 상기 1차 가열부로 이동하는 급수의 압력이 기 설정된 기준 압력보다 높으면 상기 하류 제어 밸브의 개방도를 증가시키는 복합 발전 시스템의 구동 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 급수압력 제어 단계에서 상기 하류 제어 밸브의 개방도가 감소될 때, 상기 2차 가열부에서 배출되는 급수 중 일부는 상기 급수압력 제어관을 통해서 상기 중압부로 이동하며, 상기 급수압력 제어 단계에서 상기 하류 제어 밸브의 개방도가 증가될 때, 상기 급수압력 제어관을 통해서 제2 급수가 상기 급수 전달관으로 이동하는 복합 발전 시스템의 구동 방법.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 연료온도 제어 단계는 상기 2차 가열부에서 배출되는 연료의 온도가 기 설정된 기준 온도보다 낮으면 상기 중간 제어 밸브의 개방도를 증가시키고, 상기 2차 가열부에서 배출되는 연료의 온도가 기 설정된 제2 기준 온도보다 높으면 상기 중간 제어 밸브의 개방도를 감소시키는 복합 발전 시스템의 구동 방법.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 연료온도 제어 단계는 상기 1차 가열부와 상기 2차 가열부를 우회하여 상기 2차 가열부의 하류측으로 연료를 공급하는 바이패스관에 설치된 연료제어 밸브를 조절하여 연료의 온도를 조절하되,
    상기 2차 가열부에서 배출되는 연료의 온도가 기 설정된 제2 기준 온도보다 더 낮으면 상기 연료제어 밸브의 개방도를 감소시키며, 상기 연료제어 밸브가 닫혔으면 상기 중간 제어 밸브의 개방도를 증가시키고,
    상기 2차 가열부에서 배출되는 연료의 온도가 상기 제2 기준 온도보다 더 높으면 상기 연료제어 밸브의 개방도를 증가시키고, 상기 연료제어 밸브가 완전히 개방되었으면 상기 중간 제어 밸브의 개방도를 감소시키는 복합 발전 시스템의 구동 방법.
KR1020220115750A 2021-03-30 2022-09-14 복합 발전 시스템 및 복합 발전 시스템의 구동 방법 KR102474275B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220115750A KR102474275B1 (ko) 2021-03-30 2022-09-14 복합 발전 시스템 및 복합 발전 시스템의 구동 방법

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210041387A KR102445324B1 (ko) 2021-03-30 2021-03-30 복합 발전 시스템 및 복합 발전 시스템의 구동 방법
KR1020220115750A KR102474275B1 (ko) 2021-03-30 2022-09-14 복합 발전 시스템 및 복합 발전 시스템의 구동 방법

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210041387A Division KR102445324B1 (ko) 2021-03-30 2021-03-30 복합 발전 시스템 및 복합 발전 시스템의 구동 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220136294A true KR20220136294A (ko) 2022-10-07
KR102474275B1 KR102474275B1 (ko) 2022-12-08

Family

ID=83461021

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210041387A KR102445324B1 (ko) 2021-03-30 2021-03-30 복합 발전 시스템 및 복합 발전 시스템의 구동 방법
KR1020220115750A KR102474275B1 (ko) 2021-03-30 2022-09-14 복합 발전 시스템 및 복합 발전 시스템의 구동 방법

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210041387A KR102445324B1 (ko) 2021-03-30 2021-03-30 복합 발전 시스템 및 복합 발전 시스템의 구동 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (2) KR102445324B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6269626B1 (en) * 2000-03-31 2001-08-07 Duk M. Kim Regenerative fuel heating system
US20040011019A1 (en) * 2000-10-17 2004-01-22 Schoettler Michael Device and method for preheating combustibles in combined gas and steam turbine installations
KR20190037131A (ko) * 2017-09-28 2019-04-05 제네럴 일렉트릭 컴퍼니 연소 터빈 엔진을 위한 연료 예열 시스템

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6269626B1 (en) * 2000-03-31 2001-08-07 Duk M. Kim Regenerative fuel heating system
US20040011019A1 (en) * 2000-10-17 2004-01-22 Schoettler Michael Device and method for preheating combustibles in combined gas and steam turbine installations
KR20190037131A (ko) * 2017-09-28 2019-04-05 제네럴 일렉트릭 컴퍼니 연소 터빈 엔진을 위한 연료 예열 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR102474275B1 (ko) 2022-12-08
KR102445324B9 (ko) 2022-12-27
KR102445324B1 (ko) 2022-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9376962B2 (en) Fuel gas heating with thermal energy storage
CA2796831C (en) Organic motive fluid based waste heat recovery system
US6782703B2 (en) Apparatus for starting a combined cycle power plant
RU2516068C2 (ru) Газотурбинная установка, утилизационный парогенератор и способ эксплуатации утилизационного парогенератора
US8800297B2 (en) Method for starting up a gas and steam turbine system
EP2172622A2 (en) Method and system for cooling steam bypassed from a steam turbine
CN109653875B (zh) 用于燃烧涡轮发动机的燃料预热系统
CN108884728B (zh) 燃气轮机成套设备及其运转方法
US11719156B2 (en) Combined power generation system with feedwater fuel preheating arrangement
CN101881220A (zh) 用于加热用于燃气轮机的燃料的系统和方法
JP2014185550A (ja) 高温部品の冷却装置、ガスタービンコンバインドプラント、及び高温部品の冷却方法
JP4666641B2 (ja) エネルギー供給システム、エネルギー供給方法、及びエネルギー供給システムの改造方法
KR102445324B1 (ko) 복합 발전 시스템 및 복합 발전 시스템의 구동 방법
KR102456168B1 (ko) 복합 발전 시스템 및 복합 발전 시스템의 구동 방법
KR102473756B1 (ko) 복합 발전 시스템 및 복합 발전 시스템의 구동 방법
KR102434627B1 (ko) 복합 발전 시스템 및 복합 발전 시스템의 구동 방법
KR102538689B1 (ko) 복합 발전 시스템 및 복합 발전 시스템의 구동 방법
JP2013117209A (ja) ガスタービン及びガスタービンプラント
JP7495090B2 (ja) 複合発電システムおよび複合発電システムの駆動方法
JPH02259301A (ja) 排熱回収ボイラ
RU2166102C2 (ru) Способ эксплуатации парогазовой энергетической установки и установка для его осуществления
JPH09166002A (ja) コンバインドサイクル発電プラント
JP2001214758A (ja) ガスタービン複合発電プラント設備
JPH0688601A (ja) 排気再燃型コンバインドプラントとその運転制御方法及びその装置並びにガス加熱器
US20160010509A1 (en) Variable fuel gas moisture control for gas turbine combustor

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right