KR20220163876A - 터빈 부식을 제어하기 위한 연료 첨가제의 첨가를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

터빈 부식을 제어하기 위한 연료 첨가제의 첨가를 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20220163876A
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일포드 스키피오 올스턴
투드 에가트 저스틴
노엘 스티븐스 코린
에카나약 산지
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

시스템은 압축기(15), 연소기(25), 가스 터빈(40)을 포함하는 가스 터빈(40) 엔진 - 연소기(25)는 복수의 지연 희박 연료 분사기들(60)을 포함함 -; 및 연소기(25)의 복수의 지연 희박 연료 분사기들(60)에 부착되고 이와 유체 연통되도록 구성된 세척 시스템(100)을 포함한다. 세척 시스템(100)은 물(120)을 공급하는 물 공급원(110); 제1 유체를 공급하는 제1 유체 공급원(150); 물 공급원(110) 및 제1 유체 공급원(150)과 연통하는 혼합 챔버(170); 물(120)을 혼합 챔버(170)에 펌핑하기 위한 급수 펌프(220); 제1 유체를 혼합 챔버(170)에 펌핑하기 위한 제1 유체 펌프; 혼합 챔버(170) 및 복수의 지연 희박 연료 분사기들(60) 중 적어도 하나와 유체 연통되어 혼합 챔버(170)로부터의 유체가 지연 희박 연료 분사기들(60)에서 연소기(25) 안으로 분사되도록 하는 유체 라인(190)을 포함한다. 세척 시스템(100)은 가스 터빈(40) 엔진과 함께 오프라인으로 작동된다.

Description

터빈 부식을 제어하기 위한 연료 첨가제의 첨가를 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR ADDITION OF FUEL ADDITIVES TO CONTROL TURBINE CORROSION}
본 개시내용은 일반적으로 가스 터빈 엔진에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 가스 터빈 엔진의 내부 컴포넌트들을 세정하기 위한 세척 시스템 및 관련 방법에 관한 것이다.
가스 터빈 엔진 시스템이 작동함에 따라, 흡기 여과 시스템에 의해 포획되지 않은 공중의 오염물질들은 자연적으로 축적되거나 또는 연소 부산물들과 착화합물을 형성하여 내부 컴포넌트들의 블레이드들 및 베인들과 같은 엔진의 다양한 내부 금속 컴포넌트들에 달라붙을 수 있다. 이러한 내부 금속 컴포넌트들은 가스 터빈 및 압축기를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 가스 터빈 엔진 시스템은 흡기 여과 시스템을 포함할 수 있지만, 소정 정도의 오염물질 축적은 피할 수 없고 작동 부위의 다양한 환경 조건들에 따라 달라질 수 있다. 일반적인 오염물질들은 흡기 여과 시스템을 통과하는 소량의 먼지 및 잔해물 뿐만 아니라 매연, 그을음, 그리스(grease), 유막, 및 유기 증기와 같은 여과되지 않는 탄화수소계열 재료들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 블레이드들 및 베인들 상의 축적된 오염물질들은 압축기를 통과하는 기류를 제한할 수 있고, 익형 패턴을 이동시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 이러한 축적은 냉각 통로를 손상시킬 수 있고, 압축기 또는 터빈 섹션의 성능 및 효율에 악영향을 주고 그럼으로써 가스 터빈 엔진 시스템의 전체 성능 및 효율에 악영향을 미칠 수 있다. 이러한 효과는 전력 출력을 감소시키고, 연료 소모를 증가, 및/또는 운영비를 증가시킬 수 있다.
오염물질 축적을 감소시키기 위해, 가스 터빈 엔진 작동 및 유지 체제는 오염 입자들을, 예를 들어, 압축기 블레이드들 및 베인들로부터 제거하기 위한 물 세척 절차의 활용을 포함할 수 있다. 온라인 물 세척 프로토콜은 가스 터빈 엔진 시스템이 최고 속도로 사전결정된 부하에서 동작하고 있는 동안 탈염수와 같은 물의 유동을 통해 압축기 블레이드들 및 베인들로부터 오염물질 입자들을 제거하는 데 사용될 수 있다. 온라인 물 세척 프로토콜은 압축기의 벨마우스를 중심으로 위치된 노즐들을 포함하는 설치된 매니폴드를 통해 압축기의 상류에 물을 전달할 수 있다. 노즐들은 이 영역에서 상대적으로 낮은 속도 공기의 물방울들의 스프레이 분무를 생성할 수 있고, 작동하는 압축기에 의해 생성된 음압이 오염물질 제거를 위해 압축기 블레이드들 및 베인들과 접촉한 스프레이 분무를 끌어당길 수 있다.
오프라인 물 세척 프로토콜은 가스 터빈 엔진 시스템이 중단되거나 또는 터닝 기어 속도에서 부하 없이 동작하는 동안 유사한 방식으로 물 및 세제의 순차적인 유동을 통해 오염 입자들을 제거하기 위하여 사용될 수 있다. 알려진 오프라인 물 세척 시스템들은 압축기의 벨마우스를 중심으로 위치된 노즐들을 포함하는 오프라인 매니폴드를 통해 압축기의 상류에 물 및 세제의 유동을 순차적으로 전달할 수 있다. 소정 응용들에서, 물 세척 시스템은 온라인 모드 또는 오프라인 모드에서 작동하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 작동 스케줄이 더 효과적인 오프라인 세척을 수행할 중단 시간을 허용하지 않을 때 온라인 세척이 주기적으로 수행되어 가스 터빈 엔진 시스템의 성능 및 효율을 증가시킬 수 있다. 온라인 및 오프라인 세척의 빈도 및 지속시간은 작동 부위의 오염물질 축적의 정도 및 환경 조건들에 따라 달라질 수 있다.
종래의 물 세척 시스템들 및 방법들은 초기 압축기 스테이지들의 블레이드들 및 베인들로부터의 오염물질들을 제거하는 데 효과적일 수 있지만, 이러한 시스템들 및 방법들은 종종 가스 터빈의 블레이드들 및 베인들의 더 높은 번호의 스테이지들로부터 오염물질들을 제거하는 데 덜 효율적인데, 그 이유는 압축기의 벨마우스를 중심으로 분사되는 물 및 세제(존재하는 경우)의 유동이 때때로 제한된 도달거리를 갖기 때문이다. 가스 터빈 블레이드 및 노즐, 슈라우드를 포함하지만 이에 한정되지 않는 가스 터빈 고온 가스 경로 컴포넌트들은 여전히 일부 오염을 가질 수 있다. 또한, 이러한 시스템 및 방법으로 세척한 후에, 물 및 세제의 잔류량이 블레이드들 및 베인들 상에 남아 있을 수 있다. 잔여 물 및/또는 세제는 가스 터빈 엔진 시스템의 후속 재시동 및 작동에 약영향을 미칠 수 있다. 세척 후의 유휴 시간에 따라, 물 및 세제의 잔류량은 또한 고온 가스 유동 경로를 따라 압축기 블레이드들 및 베인들 및/또는 가스 터빈 블레이드들 및 베인들, 및 코팅되지 않은 연소 컴포넌트들 상의 표면 녹, 부식, 또는 오염물질들의 후속 축적을 용이하게 할 수 있다. 또한, 종래의 물 세척 시스템들 및 방법들에 의해 제공되는 성능 이득은 제한된 지속시간의 것일 수 있고, 적절한 성능을 유지하기 위하여 물 세척 시스템들로 수행되는 빈번한 세척을 필요로 하며, 이는 궁극적으로 가스 터빈 엔진 시스템의 총 운영비를 증가시킬 수 있다.
하기에 언급된 모든 태양, 예 및 특징부는 임의의 기술적으로 가능한 방식으로 조합될 수 있다.
개시내용의 일 양태는 가스 터빈 엔진 - 가스 터빈 엔진은 압축기, 연소기, 가스 터빈을 포함하고, 연소기는 이차 연료가 연소기의 내부에 공급되는 복수의 지연 희박 연료 분사기들을 포함함 -; 및 연소기의 복수의 지연 희박 연료 분사기들에 부착되고 이와 유체 연통하되도록 구성된 세척 시스템을 포함하는 시스템을 제공한다. 세척 시스템은 물을 공급하는 물 공급원; 제1 유체를 공급하는 제1 유체 공급원; 물 공급원 및 제1 유체 공급원과 연통되는 혼합 챔버; 혼합 챔버에 물을 펌핑하도록 구성된 급수 펌프; 제1 유체를 혼합 챔버에 펌핑하도록 구성된 제1 유체 펌프; 혼합 챔버 및 복수의 지연 희박 연료 분사기들 중 적어도 하나와 유체 연통되어 물, 제1 유체, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 혼합 챔버로부터의 유체가 복수의 지연 희박 연료 분사기들 중 적어도 하나에서 연소기 안으로 분사되도록 구성된 유체 라인을 포함한다. 세척 시스템은 오프라인 모드에서 가스 터빈 엔진과 함께 작동된다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 제1 유체 공급원은 세제 공급원을 포함하고, 제1 유체는 세제를 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 제1 유체 공급원은 정전기 방지 용액 공급원을 포함하고, 제1 유체는 정전기 방지 용액을 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 제1 유체 공급원은 탈염수/탈이온수 및 마그네슘(Mg), 이트륨(Y), 또는 세제 중 적어도 하나의 혼합물을 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 탈염수/탈이온수 및 마그네슘(Mg) Mg), 이트륨(Y), 또는 세제의 혼합물은 가스 터빈 엔진의 내부 컴포넌트들로부터 바나듐을 제거한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 탈염수/탈이온수 및 마그네슘(Mg), 이트륨(Y), 또는 세제의 혼합물은 용액 또는 폼으로서 제공된다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 혼합 챔버는 내부에 하나 이상의 경사형 대향류 노즐들을 포함하고, 하나 이상의 경사형 대향류 노즐들은 혼합 챔버의 중심축에 대하여 일정 각도로 혼합 챔버 안으로 연장되고 제1 유체를 그 각도에서 혼합 챔버 내의 물의 유동에 반대 방향으로 분사하도록 구성된다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 물 공급원은 물 공급원 라인 및 급수 펌프를 통해 혼합 챔버와 연통된다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 제1 유체 공급원은 제1 유체 공급원 라인 및 제1 유체 펌프를 통해 혼합 챔버와 연통된다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 제어기를 추가로 포함하고, 제어기는 급수 펌프 및 제1 유체 펌프와 동작가능하게 통신하고, 제어기는 유체 라인을 통한 복수의 지연 희박 연료 분사기들로의 물 및 제1 유체의 유동을 제어하도록 구성된다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 제어기는 유체 라인에 위치된 적어도 하나의 유동 제어 밸브를 추가로 포함하고, 적어도 하나의 유동 제어 밸브는 적어도 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 적어도 하나의 유동 제어 밸브의 구동을 인에이블하기 위하여 제어기와 통신하고, 구동은 제어기에 의해 야기된다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 제어기는 유체 라인에 위치된 적어도 하나의 유동 센서를 추가로 포함하고, 적어도 하나의 유동 센서는 유체 라인 내의 유동을 감지하기 위하여 제어기와 통신한다.
개시내용의 일 양태는 오프라인 가스 터빈 엔진을 세척하는 방법을 제공하고, 가스 터빈 엔진은 압축기, 연소기, 가스 터빈을 포함하고, 연소기는 이차 연료가 연소기의 내부에 공급되는 복수의 지연 희박 연료 분사기들을 포함한다. 방법은 물 공급원으로부터 세척 시스템의 혼합 챔버로 물을 공급하는 단계; 제1 유체 공급원으로부터 세척 시스템의 혼합 챔버로 제1 유체를 공급하는 단계; 물 공급원으로부터 물을 펌핑하는 것 및 제1 유체 공급원으로부터 제1 유체를 펌핑하는 것을 포함하는 혼합 챔버에 물 및 제1 유체를 공급하는 단계; 및 혼합 챔버로부터 복수의 지연 희박 연료 분사기들 중 적어도 하나로 유체를 분사하는 단계를 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 제1 유체 공급원은 세제 공급원을 포함하고, 제1 유체는 세제를 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 제1 유체 공급원은 정전기 방지 용액 공급원을 포함하고, 제1 유체는 정전기 방지 용액을 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 제1 유체 공급원은 탈염수/탈이온수 및 마그네슘(Mg), 이트륨(Y), 또는 세제 중 적어도 하나의 혼합물을 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 방법은 탈염수/탈이온수 및 마그네슘(Mg), 이트륨(Y), 또는 세제의 혼합물에 의해 가스 터빈 엔진의 내부 금속 컴포넌트들로부터 바나듐을 제거하는 단계를 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 방법은 탈염수/탈이온수 및 마그네슘(Mg), 이트륨(Y), 또는 세제의 혼합물을 용액 또는 폼으로서 제공하는 단계를 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 혼합 챔버는 내부에 하나 이상의 경사형 대향류 노즐들을 포함하고, 하나 이상의 경사형 대향류 노즐들은 혼합 챔버의 중심축에 대하여 일정 각도로 혼합 챔버 안으로 연장되어 제1 유체를 그 각도에서 혼합 챔버 내의 물의 유동에 반대 방향으로 분사하고, 하나 이상의 경사형 대향류 노즐들을 이용하여 물 및 제1 유체를 혼합하는 단계를 추가로 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 가스 터빈 엔진은 제어기를 추가로 포함하고, 제어기는 급수 펌프, 제1 유체 펌프, 및 유체 라인과 동작가능하게 통신하고, 유체 라인을 통한 복수의 지연 희박 연료 분사기들로의 물 및 제1 유체의 유동을 조절하는 단계를 추가로 포함한다.
개시내용의 일 양태는 가스 터빈 엔진 시스템을 제공한다. 가스 터빈 엔진 시스템은 가스 터빈 엔진 - 가스 터빈 엔진은 압축기, 연소기, 가스 터빈을 포함하고, 연소기는 이차 연료가 연소기의 내부에 공급되는 복수의 지연 희박 연료 분사기들을 포함함 -; 및 연소기의 복수의 지연 희박 연료 분사기들에 부착되고 이와 유체 연통되도록 구성된 세척 시스템을 포함한다. 세척 시스템은 물을 포함하는 물 공급원; 제1 유체를 포함하는 제1 유체 공급원 - 제1 유체는 바나듐 회분 및 바나듐 침착 완화 및 가스 터빈의 내부 컴포넌트들로부터 제거를 제공함 -; 물 공급원 및 제1 유체 공급원과 연통되는 혼합 챔버; 혼합 챔버에 물을 펌핑하도록 구성된 급수 펌프; 제1 유체를 혼합 챔버에 펌핑하도록 구성된 제1 유체 펌프; 혼합 챔버 및 복수의 지연 희박 연료 분사기들 중 적어도 하나와 유체 연통되어 물, 제1 유체, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 혼합 챔버로부터의 유체가 복수의 지연 희박 연료 분사기들 중 적어도 하나에서 연소기 안으로 분사되도록 구성된 유체 라인을 포함하고, 혼합물은 가스 터빈 엔진이 온라인에 있는 동안 분사된다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 제1 유체 공급원은 복수의 지연 희박 연료 분사기들 중 적어도 하나에서 연소기 안으로 분사되는 탈염수/탈이온수 및 마그네슘(Mg), 이트륨(Y), 또는 세제 중 적어도 하나의 혼합물을 포함하고, 탈염수/탈이온수 및 마그네슘(Mg), 이트륨(Y), 또는 세제 중 적어도 하나의 혼합물은 바나듐 회분 형성 완화제로서 지연 희박 연료 분사기들에 전달되고 이어서 연소기로부터 가스 터빈으로의 연소 가스의 유동과 함께 가스 터빈의 내부 컴포넌트들에 전달된다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 탈염수/탈이온수 및 마그네슘(Mg) Mg), 이트륨(Y), 또는 세제의 혼합물은 가스 터빈 엔진의 내부 금속 컴포넌트들로부터 바나듐을 제거한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 탈염수/탈이온수 및 마그네슘(Mg), 이트륨(Y), 또는 세제의 혼합물은 수성 또는 폼으로서 제공된다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 혼합 챔버는 내부에 하나 이상의 경사형 대향류 노즐들을 포함하고, 하나 이상의 경사형 대향류 노즐들은 혼합 챔버의 중심축에 대하여 일정 각도로 혼합 챔버 안으로 연장되고 제1 유체를 그 각도에서 혼합 챔버 내의 물의 유동에 반대 방향으로 분사하도록 구성된다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 물 공급원은 물 공급원 라인 및 급수 펌프를 통해 혼합 챔버와 연통된다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 제1 유체 공급원은 제1 유체 공급원 라인 및 제1 유체 펌프를 통해 혼합 챔버와 연통된다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 독립 마이크로프로세서 기반 제어기를 추가로 포함하고, 제어기는 급수 펌프 및 제1 유체 펌프와 동작가능하게 통신하고, 제어기는 유체 라인을 통한 복수의 지연 희박 연료 분사기들로의 물 및 제1 유체의 유동을 제어하도록 구성된다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 제어기는 유체 라인에 위치된 적어도 하나의 유동 제어 밸브를 추가로 포함하고, 적어도 하나의 유동 제어 밸브는 적어도 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 적어도 하나의 유동 제어 밸브의 구동을 인에이블하기 위하여 제어기와 통신하고, 구동은 제어기에 의해 야기된다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 제어기는 유체 라인에 위치된 적어도 하나의 유동 센서를 추가로 포함하고, 적어도 하나의 유동 센서는 유체 라인 내의 유동을 감지하기 위하여 제어기와 통신한다.
개시내용의 일 양태는 온라인 가스 터빈 엔진을 세척하는 방법을 제공하고, 가스 터빈 엔진은 압축기, 연소기, 가스 터빈을 포함하고, 연소기는 이차 연료가 연소기의 내부에 공급되는 복수의 지연 희박 연료 분사기들을 포함한다. 방법은 물 공급원으로부터 세척 시스템의 혼합 챔버로 물을 공급하는 단계; 제1 유체 공급원으로부터 세척 시스템의 혼합 챔버로 제1 유체를 공급하는 단계 - 제1 유체는 가스 터빈의 내부 컴포넌트들로부터 바나듐 회분 및 바나듐 침착 완화 및 제거를 제공함 -; 물 공급원으로부터 물을 펌핑하는 것 및 제1 유체 공급원으로부터 제1 유체를 펌핑하는 것을 포함하는 혼합 챔버에 물 및 제1 유체를 공급하는 단계; 및 가스 터빈 엔진이 온라인인 동안 혼합 챔버로부터 복수의 지연 희박 연료 분사기들 중 적어도 하나로 유체를 분사하는 단계를 포함한다. 개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 제1 유체 공급원은 탈염수/탈이온수 및 마그네슘(Mg), 이트륨(Y), 또는 세제 중 적어도 하나의 혼합물을 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 방법은 탈염수/탈이온수 및 마그네슘(Mg) Mg), 이트륨(Y), 또는 세제의 혼합물을 이용하여 가스 터빈 엔진의 내부 컴포넌트들로부터 바나듐을 제거하는 단계를 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 방법은 탈염수/탈이온수 및 마그네슘(Mg) Mg), 이트륨(Y), 또는 세제의 혼합물을 수성 또는 폼으로서 제공하는 단계를 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 혼합 챔버는 내부에 하나 이상의 경사형 대향류 노즐들을 포함하고, 하나 이상의 경사형 대향류 노즐들은 혼합 챔버의 중심축에 대하여 일정 각도로 혼합 챔버 안으로 연장되어 제1 유체를 그 각도에서 혼합 챔버 내의 물의 유동에 반대 방향으로 분사한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 가스 터빈 엔진은 제어기를 추가로 포함하고, 제어기는 급수 펌프, 제1 유체 펌프, 및 유체 라인과 동작가능하게 통신하고, 제어기를 이용하여 유체 라인을 통한 복수의 지연 희박 연료 분사기들로의 물 및 제1 유체의 유동을 조절하는 단계를 추가로 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 방법은 적절한 Mg/V 비로 침착된 바나듐을 처리함으로써 바나듐 계열 회분 성분 마그네슘 오르소바나데이트 [3MgO.V2O5]를 형성하는 단계를 추가로 포함하고, 마그네슘 오르소바나데이트는 가스 터빈의 작동 동안 용융되지 않고 고체 상태로 가스 터빈의 내부 컴포넌트들 상에 남아 있다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 방법은 추가 회분 성분을 형성하는 단계를 추가로 포함하고, 추가 회분 성분은 수용성 황산마그네슘(MgSO4)을 포함하고, MgSO4 는 물 세척을 통해 가스 터빈 엔진 시스템으로부터 제거된다.
개시내용의 일 양태는 가스 터빈 엔진을 포함하는 가스 터빈 엔진 시스템을 제공한다. 가스 터빈 엔진은 압축기, 연소기, 가스 터빈을 포함하고, 연소기는 이차 연료가 연소기의 내부에 공급되는 복수의 지연 희박 연료 분사기들을 포함한다. 가스 터빈 엔진 시스템은 또한 연소기의 복수의 지연 희박 연료 분사기들에 부착되고 이와 유체 연통되도록 구성된 세척 시스템을 포함한다. 세척 시스템은 물을 공급하는 물 공급원; 물을 펌핑하도록 구성된 급수 펌프; 폴리아민 부식 억제제를 포함하는 부식 방지제의 공급을 포함하는 부식 방지제 유체 공급원; 부식 방지제 공급 배관 - 부식 방지제 공급 배관은 부식 방지제 유체 공급원과 유체 연통됨 -; 물 공급원 및 부식 방지제 공급원과 연통되는 혼합 챔버 - 혼합 챔버는 급수부 배관 및 부식 방지제 공급 배관과 유체 연통되고, 혼합 챔버는 급수부 배관으로부터 물을 수용하고 부식 방지제 공급 배관으로부터 부식 방지제를 수용하여 부식 방지 혼합물을 생성하도록 구성되고, 부식 방지 혼합물은 부식 방지제 및 물의 혼합물을 포함함 -; 혼합 챔버에 물을 펌핑하도록 구성된 급수 펌프; 부식 방지제를 혼합 챔버에 펌핑하도록 구성된 제1 유체 펌프; 혼합 챔버 및 복수의 지연 희박 연료 분사기들 중 적어도 하나와 유체 연통되어 물, 부식 방지제 유체, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 혼합 챔버로부터의 유체가 복수의 지연 희박 연료 분사기들 중 적어도 하나에서 연소기 안으로 분사되도록 구성된 유체 라인을 포함한다. 혼합물은 가스 터빈 엔진이 오프라인인 동안 분사된다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 폴리아민 부식 억제제는 유기 화합물을 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 폴리아민 부식 억제제는 2개 이상의 1차 아미노기, NH2를 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 폴리아민 부식 억제제는 휘발성 중화 아민을 포함하고, 휘발성 중화 아민은 산성 오염물질들을 중화하고 혼합물의 pH를 알칼리성 범위로 상승시키도록 구성되고, 혼합물은 휘발성 중화 아민과 함께 가스 터빈의 내부 컴포넌트들 상에 보호 금속 산화물 코팅을 제공한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 폴리아민 부식 억제제는 시클로헥실아민, 모르폴린, 모노에탄올아민, N-9-옥타데세닐-1,3-프로판디아민, 9-옥타데센-1-아민,(Z)-1-5, 디메틸아민프로필아민(DMPA), 디에틸아미노에탄올(DEAE), 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 폴리아민 부식 억제제는 부식 방지 혼합물 내의 부식 방지제/억제제의 양을 약 50 ppm 내지 약 800 ppm의 범위로 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 폴리아민 부식 억제제는 부식 방지 혼합물 내의 부식 방지제/억제제의 양을 약 100 ppm 내지 약 500 ppm의 범위로 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 혼합 챔버는 내부에 하나 이상의 경사형 대향류 노즐들을 포함하고, 하나 이상의 경사형 대향류 노즐들은 혼합 챔버의 중심축에 대하여 일정 각도로 혼합 챔버 안으로 연장되고, 폴리아민 부식 억제제를 그 각도에서 혼합 챔버 내의 물의 유동에 반대 방향으로 분사하도록 구성된다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 물 공급원은 물 공급원 라인 및 급수 펌프를 통해 혼합 챔버와 연통된다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 폴리아민 부식 억제제 공급원은 폴리아민 부식 억제제 라인 및 폴리아민 부식 억제제 펌프를 통해 혼합 챔버와 연통된다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 제어기를 추가로 포함하고, 제어기는 급수 펌프 및 폴리아민 부식 억제제 펌프와 동작가능하게 통신하고, 제어기는 유체 라인을 통한 복수의 지연 희박 연료 분사기들로의 물 및 폴리아민 부식 억제제의 혼합물의 유동을 조절하도록 구성된다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 제어기는 유체 라인에 위치된 적어도 하나의 유동 제어 밸브를 추가로 포함하고, 적어도 하나의 유동 제어 밸브는 적어도 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 적어도 하나의 유동 제어 밸브의 구동을 인에이블하기 위하여 제어기와 통신하고, 구동은 제어기에 의해 야기된다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 제어기는 유체 라인에 위치된 적어도 하나의 유동 센서를 추가로 포함하고, 적어도 하나의 유동 센서는 유체 라인 내의 유동을 감지하기 위하여 제어기와 통신한다.
개시내용의 일 양태는 오프라인 가스 터빈 엔진을 세척하는 방법을 제공한다. 가스 터빈 엔진은 압축기, 연소기, 가스 터빈을 포함하고, 연소기는 이차 연료가 연소기의 내부에 공급되는 복수의 지연 희박 연료 분사기들을 포함한다. 방법은 물 공급원으로부터 세척 시스템의 혼합 챔버로 물을 공급하는 단계; 부식 방지제를 부식 방지제 유체 공급원으로부터 부식 방지제 공급 배관을 통해 혼합 챔버로 공급하는 단계 - 부식 방지제는 폴리아민 부식 억제제를 포함하고, 부식 방지제 공급 배관은 부식 방지제 유체 공급원과 유체 연통됨 -; 물 공급원으로부터 물을 펌핑하는 것 및 부식 방지제 유체 공급원으로부터 부식 방지제 유체를 펌핑하는 것을 포함하는 혼합 챔버에 물 및 부식 방지제 유체를 공급하는 단계 - 혼합 챔버는 급수부 배관으로부터 물을 수용하고 부식 방지제 공급 배관으로부터 부식 방지제 유체를 수용하여 부식 방지 혼합물을 생성하도록 구성되고, 부식 방지 혼합물은 부식 방지제 및 물의 혼합물을 포함함 -; 및 가스 터빈 엔진이 오프라인인 동안 부식 방지 혼합물을 혼합 챔버로부터 복수의 지연 희박 연료 분사기들 중 적어도 하나로 분사하는 단계를 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 폴리아민 부식 억제제는 유기 화합물을 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 폴리아민 부식 억제제는 2개 이상의 1차 아미노기, NH2를 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 폴리아민 부식 억제제는 휘발성 중화 아민을 포함하고, 휘발성 중화 아민은 산성 오염물질들을 중화하고 혼합물의 pH를 알칼리성 범위로 상승시키도록 구성되고, 혼합물은 휘발성 중화 아민과 함께 가스 터빈의 내부 컴포넌트들 상에 보호 금속 산화물 코팅을 제공할 수 있다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 폴리아민 부식 억제제는 시클로헥실아민, 모르폴린, 모노에탄올아민, N-9-옥타데세닐-1,3-프로판디아민, 9-옥타데센-1-아민, (Z)-1-5, 디메틸아민프로필아민(DMPA), 디에틸아미노에탄올(DEAE), 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 혼합 챔버는 내부에 하나 이상의 경사형 대향류 노즐들을 포함하고, 하나 이상의 경사형 대향류 노즐들은 혼합 챔버의 중심축에 대하여 일정 각도로 혼합 챔버 안으로 연장되어 제1 유체를 그 각도에서 혼합 챔버 내의 물의 유동에 반대 방향으로 분사한다.
개시내용의 다른 양태는 이전 양태들 중 임의의 것을 포함하고, 가스 터빈 엔진은 제어기를 추가로 포함하고, 제어기는 급수 펌프 및 제1 유체 펌프와 동작가능하게 통신하고, 방법은 제어기가 유체 라인을 통한 복수의 지연 희박 연료 분사기들로의 물 및 부식 방지제 유체의 유동을 조절하는 단계를 포함한다.
이러한 발명의 내용 섹션에서 설명된 것들을 포함하여 본 발명에서 설명되는 둘 이상의 태양들이, 본 명세서에서 구체적으로 설명되지 않는 구현예들을 형성하기 위해 조합될 수 있다.
하나 이상의 구현예의 상세사항이 첨부 도면 및 이하의 설명에 기재되어 있다. 다른 특징부, 목적 및 이점이 상세한 설명 및 도면으로부터 그리고 청구범위로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 이들 및 다른 특징부는 본 발명의 다양한 실시예를 도시하는 첨부 도면과 함께 취해진 본 발명의 다양한 태양들의 하기의 상세한 설명으로부터 더욱 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 본 개시내용의 실시예들에 따른 압축기, 연소기, 터빈, 및 부하를 포함하는 가스 터빈 엔진 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 개시내용의 실시예들에 따른 도 1의 가스 터빈 엔진 시스템의 일부분의 부분 사시도이고, 압축기, 연소기, 및 터빈의 일부분들을 도시한다.
도 3은 본 개시내용의 실시예들에 따른 가스 터빈 엔진, 지연 희박 분사기들, 세척 시스템, 및 시스템 제어기를 포함하는 가스 터빈 엔진 시스템의 개략도이다.
도 4는 본 개시내용의 실시예들에 따른 연소기의 지연 희박 분사기들로 이어지는 세척 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 개시내용의 실시예들에 따른 세척 시스템에서 사용될 수 있는 혼합 챔버 및 관련 공급 라인들의 상세 개략도이다.
도 6은 본 개시내용의 실시예들에 따른 세척 시스템의 상세 사항들을 도시하는 개략도이다.
도 7, 도 8, 및 도 9는 본 개시내용의 실시예들에 따른 가스 터빈 엔진 시스템에 대하여 세척 시스템으로 수행될 수 있는 바와 같은 세척 방법론의 순서도(흐름도)이다.
본 발명의 도면이 반드시 축척대로 그려진 것은 아님에 유의한다. 도면은 본 발명의 전형적인 태양만을 도시하도록 의도되고, 따라서 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 도면에서, 동일한 도면 부호는 도면들 사이의 동일한 요소를 나타낸다.
초기 사항으로서, 본 발명의 요지를 명확하게 설명하기 위해, 가스 터빈 엔진 시스템과 같지만 이에 한정되지 않는 터빈 시스템 내의 관련 기계 컴포넌트들을 언급하고 설명할 때 소정 용어를 선택하는 것이 필요할 것이다. 가능한 최대로, 통상의 산업 용어가 사용될 것이고 용어의 허용된 의미와 일치하는 방식으로 채용될 것이다. 달리 언급되지 않는 한, 그러한 용어에는 본 출원의 문맥 및 첨부된 청구범위의 범주와 일치하는 넓은 해석이 주어져야 한다. 당업자는 종종 특정 구성요소가 몇몇 상이한 또는 중복되는 용어를 사용하여 지칭될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 단일 부품인 것으로 본 명세서에 설명될 수 있는 것은 다른 문맥에서 다수의 구성요소들로 이루어진 것으로 포함할 수 있고 참조될 수 있다. 대안적으로, 다수의 구성요소를 포함하는 것으로 본 명세서에 설명될 수 있는 것은 다른 곳에서는 단일 부품으로 지칭될 수 있다.
더욱이, 몇몇 설명 용어가 본 명세서에서 규칙적으로 사용될 수 있고, 이 섹션의 시작 시 이들 용어를 정의하는 것이 도움이 될 것이다. 달리 언급되지 않는 한, 이러한 용어 및 이들의 정의는 하기와 같다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "하류" 및 "상류"는 터빈 엔진을 통한 작동 유체와 같은 유체의 유동, 또는 예를 들어, 연소기를 통한 공기 또는 터빈의 구성요소 시스템들 중 하나를 통한 냉각제의 유동에 대한 방향을 나타내는 용어이다. 용어 "하류"는 유체의 유동의 방향에 대응하고, 용어 "상류"는 그 유동에 반대되는 방향(즉, 그 유동이 시작되는 방향)을 지칭한다. 어떠한 추가의 한정 없는 용어 "전방" 및 "후방"은 방향을 지칭하는데, 이때 "전방"은 엔진의 전방 또는 압축기 단부를 지칭하고, "후방"은 터보기계의 후방 섹션을 지칭한다.
중심축에 대해 상이한 반경방향 위치들에 배치되는 부품들을 기술하는 것이 종종 요구된다. 용어 "반경방향"은 축에 수직인 이동 또는 위치를 지칭한다. 예를 들어, 제1 구성요소가 제2 구성요소보다 축에 더 가깝게 존재하는 경우, 제1 구성요소가 제2 구성요소의 "반경방향 내향" 또는 "내측"에 있다고 본 명세서에서 언급될 것이다. 반면에, 제1 구성요소가 제2 구성요소보다 축으로부터 더 멀리 존재하는 경우, 제1 구성요소가 제2 구성요소의 "반경방향 외향" 또는 "외측"에 있다고 본 명세서에서 언급될 수 있다. 용어 "축방향"은 축에 평행한 이동 또는 위치를 지칭한다. 마지막으로, 용어 "원주방향"은 축을 중심으로 하는 이동 또는 위치를 지칭한다. 그러한 용어가 터빈의 중심축에 관하여 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
더욱이, 몇몇 설명 용어들이 이하에서 설명되는 바와 같이 본 명세서에서 규칙적으로 사용될 수 있다. 용어 "제1", "제2", 및 "제3"은 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위해 상호교환가능하게 사용될 수 있으며, 개별 구성요소의 위치 또는 중요성을 나타내려는 의도는 아니다.
본 명세서에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 의도는 아니다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수 형태("a", "an" 및 "the")는 문맥상 명백히 달리 지시하지 않는 한 복수의 형태를 또한 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에 사용될 때, 용어 "포함한다" 및/또는 "포함하는"은 언급된 특징부, 정수(integer), 단계, 동작, 요소, 및/또는 구성요소의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징부, 정수, 단계, 동작, 요소, 구성요소, 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 부가를 배제하지 않는다는 것을 추가로 이해할 것이다. "선택적인" 또는 "선택적으로"는, 후속하여 설명되는 사건 또는 상황이 발생할 수 있거나 발생하지 않을 수 있거나, 또는 후속하여 설명되는 구성요소 또는 요소가 존재할 수 있거나 존재하지 않을 수 있고, 설명은 사건이 발생하거나 구성요소가 존재하는 경우와 그가 발생하지 않거나 존재하지 않는 경우를 포함한다는 것을 의미한다.
요소 또는 층이 다른 요소 또는 층 "상에" 있는, 그에 "맞물리는", 그에 "연결되는", 또는 그에 "결합되는" 것으로 언급되는 경우, 그것은 직접적으로 다른 요소 또는 층 상에 있을 수 있거나, 그에 맞물릴 수 있거나, 그에 연결될 수 있거나, 그에 결합될 수 있거나, 또는 개재되는 요소 또는 층이 존재할 수 있다. 대조적으로, 요소가 다른 요소 또는 층 "상에 직접" 있는, 그"에 직접 맞물리는", 그"에 직접 연결되는", 또는 그"에 직접 결합되는" 것으로 언급될 때, 개재되는 요소 또는 층이 존재하지 않을 수 있다. 요소들 사이의 관계를 설명하기 위해 사용되는 다른 단어는 유사한 형태(예를 들어, "사이에" 대 "사이에 직접적으로", "인접한" 대 "직접 인접한", 등)로 해석되어야 한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은, 연관된 열거된 항목들 중 하나 이상의 항목의 임의의 그리고 모든 조합을 포함한다.
가스 터빈 연료들은 천연 가스 및 고품질 액체 증류 연료부터 원유 및 저등급 정제 잔류물 및 강철 제조와 같은 일부 공정들로부터의 가연성 잔류 가스에 이를 수 있다. 일부 가스 터빈 연료의 경우, 가스 터빈의 효율 및 효과적인 작동을 위해 필요한 첨가제들이 있을 수 있다. 첨가제들은 연료 유형 및 가스 터빈으로 유입되는 모든 공급원들로부터의 오염물질들의 속성 및 양에 기초하여 달라질 수 있다. 발화 온도 및 주문자 생산 방식(original equipment manufacturer, OEM) 사양과 같지만 이에 한정되지 않는 첨가제 선택을 위한 추가적인 요인들이 또한 고려된다.
많은 연료 첨가제들은 가스 터빈 고온 가스 경로 섹션 컴포넌트들의 고온 부식 및 회분 부착을 제어하도록 의도된다. 여러 상이한 부식 메커니즘들이 연소 동안 발생할 수 있고, 일반적으로 저융점 회분 침착물의 형성에 기여할 수 있다. 이러한 회분 침착물은 가스 터빈 연료의 미량 금속 불순물들로부터 유래될 수 있다. 예를 들어, 원유 및 잔류-등급 연료유를 포함하지만 이에 한정되지 않는 중유(HFO)는, 통상적으로 많은 바나듐(V)을 함유한다. 바나듐은 석유의 자연 발생 성분이다.
연소 동안, 바나듐을 포함하는 연료는 바나듐 함유 회분 침착을 생성할 수 있다. 바나듐 함유 회분 침착물은 주로 오산화바나듐(V2O5)으로 형성되고, 약 675℃(1247°F)의 "낮은" 용융점을 갖는다. 통상적인 가스 터빈 작동 온도에서, 바나듐 함유 회분 침착물은 용융된다. 용융된 경우, 바나듐 함유 회분 침착물은 가스 터빈의 고온 가스 경로 컴포넌트들의 표면 산화 속도를 가속할 수 있다. 가스 터빈 고온 가스 경로 컴포넌트들은 연소 라이너, 전이 피스, 터빈 노즐들, 터빈 블레이드들, 및 터빈 베인들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 기타 미량 금속 불순물들, 예컨대 납, 및 아연은 또한 유사한 메커니즘들에 의해 고온 부식을 개시할 수 있다.
알칼리 금속 불순물들, 즉 나트륨(Na) 및 칼륨(K)은 또한 황화 부식으로 알려진 고온 부식을 야기할 수 있다. 황화 부식은 연료 황과의 반응을 통해 황산나트륨의 형성을 수반한다. 황화 부식은 가스 터빈 고온 가스 경로 컴포넌트들의 입간 피팅(inter-granular pitting)을 초래하며, 이는 야금학적으로 바람직하지 않다.
특정 지역, 특히 중동에서, 바나듐 및 나트륨 불순물들이 연료에 일반적이다. 따라서, 더 낮은 용융점 회분 침착물은 이 영역에서 가스 터빈 시스템에 쉽게 형성될 수 있다. 따라서, 이러한 영역들로부터의 처리되지 않은 또는 첨가제 없는 가스 터빈 연료로 인해, 가스 터빈 시스템의 고온 부식의 위험이 증가된다.
나트륨 및 칼륨염은 수용성이고 현장 처리 공정에 의해 제거될 수 있다(또는 적어도 허용가능 규격 한계 내로 감소됨). 이러한 현장 처리 공정은 "연료 세척"으로 알려져 있다.
증류-등급 연료들은 통상적으로 가스 터빈 발전소에서 세척되지 않는다. 증류-등급 연료들은 종종 나트륨 오염과 같지만 이에 한정되지 않는 일부 양의 오염을 함유한 채 전달될 수 있다. 또한, 바나듐 및 기타 유용성 미량 금속들은 연료 세척에 의해 제거될 수 없다. 본 명세서에 기재된 바와 같이, 바나듐 오염과 같지만 이에 한정되지 않는 일부 오염을 제거하기 위한 부식 억제 공정 및 처리는 화학 첨가제들을 이용하여 성취되어야 할 수 있다.
액체 연료들이 회분-형성 불순물들 또는 오염의 유일한 공급원은 아니다. 나트륨염 및 기타 오염물질들이 가스 터빈 연료에서 발견될 수 있고 따라서 다양한 방식으로 가스 터빈 엔진 시스템들 안으로 유입될 수 있다. 오염물질들은 가스 터빈 연료로부터, 압축기 흡기로부터, 질소 산화물(NOx) 제어를 위해 분사될 수 있는 물 및 증기로부터, 출력 증강 단계로부터, 및/또는 기타 이러한 공급원들로부터 가스 터빈 엔진 시스템에 유입될 수 있다. 따라서, 비연료 공급원으로부터의 오염의 위험도 또한 가스 터빈 엔진 시스템 응용에서 고려되어야 한다.
마그네슘(Mg)을 포함하는 연료 첨가제들은 바나듐 함유 회분 침착물 및 바나듐 함유 산화물을 제어하는 데 사용될 수 있다. 마그네슘은 바나듐 함유 회분 조성을 변경하고 바나듐 함유 회분 용융점을 증가시킬 수 있는데, 이는 용융된 바나듐이 문제를 일으킬 가능성을 감소시킨다. 적절한 마그네슘-바나듐(Mg/V) 처리 비율로 V2O5와의 조합을 통해, 마그네슘 오르소-바나데이트 [3MgO.V2O5]가 새로운 회분 성분으로서 형성된다. 3MgO.V2O5 는 약 1243℃(2269°F)의 높은 용융점을 갖는다. 따라서, 가스 터빈 엔진 시스템의 3MgO.V2O5 바나듐 함유 회분 부식은 제한되고 제어된다. 연소재로서의 바나듐 함유 회분이 용융되지 않고 고체 상태로 가스 터빈 블레이드들 및 베인들 상에 남아 있도록 보장함으로써, 바나듐 함유 회분 부식이 감소될 수 있다.
가스 터빈 연료 내의 황과의 반응을 통해, 3MgO.V2O5의 형성을 통한 마그네슘 억제 메커니즘들은 또한 황산마그네슘(MgSO4)을 추가 회분 성분으로서 생성한다. MgSO4 는 수용성이다. 따라서, MgSO4 는 가스 터빈 고온 가스 경로 컴포넌트들의 주기적인 물 세척을 통한 연소재의 제거를 용이하게 한다. 연소재의 제거는 가스 터빈 고온 가스 경로 컴포넌트들 상의 회분 형성으로 인해 손실되었을 수 있는 출력을 회복되게 할 수 있다.
가스 터빈 연료를 위한 크롬(Cr) 첨가제들은 나트륨 및 칼륨과 같지만 이에 한정되지 않는 알칼리 금속 오염물질들에 의해 촉진되는 황화 부식을 억제할 수 있다. 크롬 첨가제들은 또한 회분 부착을 감소시키는 것으로 나타났다. 크롬 첨가제 회분 부착 감소는 오염물질들과의 휘발성 화합물의 형성을 수반할 수 있는데, 이는 고온 가스 경로 컴포넌트들 상의 침착 없이 가스 터빈을 통과한다. 또한, 첨가제들은 크롬을 단독으로 포함할 수 있거나, 또는 마그네슘 및 다른 성분들과 조합될 수 있다. 규소(Si) 함유 첨가제들은 또한 가스 터빈 시스템의 고온 가스 경로 컴포넌트들로부터 부식 보호 증가 및 회분 파쇄성 개선을 제공하기 위하여 첨가될 수 있다.
마그네슘 첨가제들은 술폰산염 유형 화학물질이다. 회분 형성물 내의 술폰산염 유형 화학물질은 가수분해에 저항성이 있다. 술폰산염 회분 형성물과 접촉하는 물로 인한 임의의 술폰산염 유형 첨가제들의 겔 형성 경향성은 극히 낮다. 따라서, 술폰산염 유형 화학물질 첨가제들은 필터, 유동 분할기, 노즐, 블레이드, 및/또는 연료 노즐을 포함하지만 이에 한정되지 않는 가스 터빈 시스템 컴포넌트들의 프럴깅을 완화할 수 있다.
술폰산염 유형 첨가제들 또한 연소 동안 고반응성을 가능하게 한다. 고반응성은 마그네슘이 바나듐 억제 동안 더 효율적으로 소모되도록 할 수 있다. 이러한 고반응성은 술폰산염 유형 첨가제들의 매우 작은 입자 크기 때문일 수 있으며, 술폰산염 유형 첨가제들의 입자 크기는 마그네슘 카르복실레이트(C10H12MgN2O6) 입자보다 약 5배 더 작다. 따라서, 술폰산염 마그네슘 첨가제들은 가스 터빈 연료에 안전하게 첨가되어, 과처리 없이 보호를 보장할 수 있다.
본 출원에서 사용되는 바와 같이, "오프라인 세척"은 가스 터빈이 외부 크랭크에 의해 회전되고, 가스 터빈이 크랭킹 속도를 이용하여 냉각 상태에 있는 경우이다. 가스 터빈이 오프라인일 때, 연료를 연소시키거나 또는 전력을 공급하는 것은 아니다. 개시내용에 의해 구현되는 바와 같이, 반대로, 온라인 공정은 가스 터빈이 작동 온도에서, 연료를 연소하고 전력을 공급하는 것으로 수행된다.
이제 여러 도면들 전반에 걸쳐 동일한 도면 부호가 동일한 요소를 지칭하는 도면을 참조하면, 도 1은 개시내용에 의해 구현되는 바와 같이 가스 터빈 엔진 시스템 또는 가스 터빈 엔진 시스템(10)의 개략도를 도시한다. 가스 터빈 엔진 시스템(10)은 압축기(15)를 포함할 수 있다. 압축기(15)는 공기(20)가 유입 필터 하우스(15')를 통과한 후에 공기(20)의 유입하는 유동을 압축한다. 압축기(15)는 공기(20)의 압축된 유동을 연소기(25)로 전달한다. 연소기(25)는 공기(20)의 압축된 유동을 연료(30)의 가압된 유동과 혼합하고 혼합물을 점화하여 연소 가스(35)의 유동을 생성한다. 단일 연소기(25)만이 도시되어 있지만, 가스 터빈 엔진 시스템(10)은 임의의 개수의 연소기(25)를 포함할 수 있다. 연소 가스(35)의 유동은 이어서 가스 터빈(40)으로 전달된다. 연소 가스(35)의 유동은 가스 터빈(40)을 구동시켜 기계적 일을 생성한다. 가스 터빈(40)에서 생성된 기계적 일은 샤프트(45)를 통해 압축기(15)를 구동시키고, 발전기 등과 같지만 이에 한정되지 않는 외부 부하(50)를 구동시킨다.
가스 터빈 연료들은 천연 가스 및 고품질 액체 증류 연료들부터 원유 및 저등급 정제 잔류물에 이를 수 있다. 가스 터빈 엔진 시스템(10)은 7 또는 9 시리즈 중부하(heavy duty) 가스 터빈 엔진, HA 가스 터빈 엔진 등과 같은 H 클래스 시리즈 중부하 가스 터빈 엔진을 포함하지만 이에 한정되지 않는, 미국 뉴욕주 쉐넥터디(Schenectady) 소재의 제네럴 일렉트릭 컴퍼니(General Electric Company)에 의해 제공되는 다수의 상이한 가스 터빈 엔진들 중 임의의 것일 수 있다. 가스 터빈 엔진 시스템(10)은 상이한 구성을 가질 수 있고, 다른 유형의 구성요소를 사용할 수 있다. 다른 가스 터빈 엔진들이 또한 본 명세서에 사용될 수 있다. 다수의 가스 터빈 엔진들, 다른 유형들의 터빈들, 및 다른 유형들의 발전 장비는 또한 본 명세서에 기재된 실시예들의 범주 내에 있다.
도 2는 가스 터빈 엔진 시스템(10) 등에 사용될 수 있는 압축기(15)의 예이다. 압축기(15)는 다수의 스테이지들(55)을 포함할 수 있다. 18개의 스테이지들(55)이 도시되어 있지만, 임의의 수의 스테이지들(55)이 사용될 수 있다. 각각의 스테이지(55)는 다수의 원주방향으로 배열된 회전 블레이드들(60)을 포함한다. 임의의 수의 블레이드들(60)이 사용될 수 있다. 블레이드들(60)은 로터 휠(65) 상에 장착될 수 있다. 로터 휠(65)은 함께 회전하기 위한 샤프트(45)(도 1)에 결합될 수 있다. 각각의 스테이지(55)는 또한 다수의 원주방향으로 배열된 고정 베인들(67)을 포함할 수 있다. 임의의 수의 베인들(67)이 사용될 수 있다. 베인들(67)은 외측 케이싱(70) 내에 장착될 수 있다. 외측 케이싱(70)은 벨마우스(75)로부터 가스 터빈(40)을 향해 연장될 수 있다. 따라서 공기(20)(도 1)의 유동은 벨마우스(75)를 중심으로 압축기(15)로 유입되고, 연소기(25)(도 1)로 유입되기 전에 스테이지들(55)의 블레이드들(60) 및 베인들(67)을 통해 압축된다. 벨마우스(75)에는 물 및/또는 세제를 스테이지들(55)의 압축기 블레이드들(60) 및 베인들(67)에 도포하기 위한 물 세척 분사 노즐들(이해의 용이함 및 명료성을 위해 도시되지 않음)이 제공될 수 있다. 그러나, 물 및/또는 세제가 압축기(15)의 스테이지들(55)의 모든 블레이드들(60) 및 베인들(67)로 흘러가지 않을 수 있다. 또한, 압축기 물 세척 시스템들은, 상부가 오염될 수 있는 가스 터빈(40)(도 1)의 스테이지 1 노즐(S1N) 및 스테이지 2 노즐(S2N), 뿐만 아니라 연관된 휠 공간 캐비티를 포함하는 고온 가스 경로 컴포넌트들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 가스 터빈 컴포넌트들에 대한 직접 경로를 제공하지 않는다. 따라서, 개시내용에 의해 구현되는 바와 같이, 스테이지 1 노즐(S1N) 및 스테이지 2 노즐(S2N)뿐만 아니라 연관된 휠 공간 캐비티를 포함하는 고온 가스 경로 컴포넌트들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 가스 터빈 컴포넌트들을 세척하기 위한 분사 지점들을 제공하는 것은, 가스 터빈 자체에 더 가까이 분사를 위치시킴으로써 획득될 수 있다.
도 3을 참조하면, 연소기(25)는 연료 회로에 의해 공급된 제1 연료가 연소가능한 제1 내부(21), 및 가스 터빈(40)에 대한 전이 구역(43)을 포함한다. 가스 터빈(40)은 스테이지들에 회전 터빈 블레이드 및 노즐을 포함하고, 이 안으로 적어도 연소의 생성물들이 수용되어 터빈 블레이드들에 회전에 동력을 공급한다. 전이 구역(43)은 연소기(25)를 터빈(40)에 유체적으로 결합시킨다. 전이 구역(43)은 제2 연료가 연소에 추가로 공급되는 제2 내부(41)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 연소기(25) 및 전이 구역(43)은 서로 조합되어 일반적으로 헤드 단부(11)의 형태를 갖는다.
도 3에 도시된 바와 같이, 헤드 단부(11)는 다수의 예비혼합 노즐들(12)을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 헤드 단부(11) 구성들이 가능하다. 다른 헤드 단부(11) 구성들의 버전들은 지연 희박 분사(LLI) 또는 축방향 연료 스테이징(AFS) 연소기(이하 연소기(25) AT 연료 분사기들(60) 안으로 분사되는 이차 연료에 관련하여 기재됨) 호환성일 수 있음이 이해된다. 본 설명의 목적을 위해, LLI 및 AFS는 유사하고 동등하다. LLI 호환가능 연소기는 배출 온도가 약 2500° F 또는 약 1370℃를 초과하는 연소기이거나, 또는 10 밀리초(ms)보다 긴 고온 측면 체류 시간을 갖는 메탄보다 더 반응성인 성분들을 갖는 연료들을 처리하는 연소기이다.
복수의 지연 희박 연료 분사기들(60)은 전이 구역(43) 주위에서 전이 구역(43)의 외부 벽 또는 슬리브(42)의 외부 벽에 의해 구조적으로 지지되고 제2 내부(41) 안으로 다양한 깊이까지 연장된다. 이러한 구성으로, 연료 분사기들(60)은 지연 희박 분사(LLI) 연료 스테이징 능력을 제공하도록 구성될 수 있다. 즉, 연료 분사기들(60)은 각각, 예컨대, 일반적으로 지배적인 유동 방향에 횡단 방향인 연료 분사에 의해 제2 연료(즉, LLI 연료)를 제2 내부(41)에 공급하도록 구성된다. 연료 분사기들(60)은 전이 구역(43)을 통해, 단일 축방향 스테이지, 다중 축방향 스테이지들, 단일 축방향 원주 스테이지, 및/또는 다중 축방향 원주 스테이지들 중 임의의 것에서 이러한 방식으로 연료를 분사할 수 있다. 따라서 연소기(25) 및 전이 구역(43) 내의 조건은 안정적인 연소의 국소 구역을 생성하도록 스테이징된다.
개시내용에 의해 구현되는 바와 같이, 양태는 단일 연료 분사기(60)를 작동시키는 단계를 포함하는 단일 축방향 스테이지를 제공한다. 대안적으로, 다중 축방향 스테이지들은 전이 구역(43)의 다수의 축방향 위치들에서 작동될 수 있다. 또한, 실시예들은 전이 구역(43)의 단일 축방향 위치의 원주 주위에 배치된 단일 축방향 원주 스테이지 작동 연료 분사기(60)를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 다수의 축방향 원주 스테이지들은 다수의 축방향 위치들에서 전이 구역(43)의 원주 주위에 배치된 작동 연료 분사기들(60)일 수 있다.
여기서, 다수의 연료 분사기들(60)이 전이 구역(43)의 원주 주위에 배치되는 경우, 연료 분사기들(60)은 서로 실질적으로 균등하게 또는 불균등하게 이격될 수 있다. 비제한적인 예시로서, 8개 또는 10개의 연료 분사기들(60)이 특정 원주 스테이지에 배치될 수 있는데, 예를 들어 2개, 3개, 4개 또는 5개 이상의 연료 분사기들(60)이 전이 구역(43) 주위에서 서로 다양한 정도의 간격을 갖도록 설치된다. 또한, 다수의 연료 분사기들(60)이 전이 구역(43)의 다중 축방향 스테이지들에 배치되는 경우, 연료 분사기들(60)은 서로에 대해 일렬 및/또는 엇갈릴 수 있다.
가스 터빈 엔진 시스템(10)의 작동 동안, 각각의 연료 분사기(60)는 함께 또는 따로 활성화 또는 비활성화되어 단일 축방향 스테이지, 다중 축방향 스테이지들, 단일 축방향 원주 스테이지, 및 다중 축방향 원주 스테이지들 중 하나를 형성할 수 있다. 따라서, 실시예들의 양태에서, 연료 분사기들(60) 각각은 대응하는 연료 분사기(60)와 연료 회로 사이에 배치된 연료 분사기(60) 포트 또는 밸브(61)(이하 "밸브"(61))에 의해 LLI 연료를 공급받을 수 있다. 밸브(61) 신호는 밸브(61)를 개방 또는 폐쇄하여 대응하는 연료 분사기(60)를 활성화 또는 비활성화하게 하는 신호를 밸브(61)에 송신하는 제어기(80)와 통신한다.
따라서, 각각의 연료 분사기(60)가 동시에 활성화되는 경우(즉, 다중 축방향 원주 스테이지들), 제어기(80)는 밸브들(61)의 각각에 개방하도록 신호 전달하여 연료 분사기들(60)의 각각을 활성화한다. 반대로, 전이 구역(43)의 특정 축방향 스테이지의 각각의 연료 분사기(60)가 활성화되는 경우(즉, 단일 축방향 원주 스테이지), 제어기(80)는 제어기(80)로부터의 전기 신호를 밸브들(60, 61)에 대한 대응하는 조정으로 변환하도록 구성된 요소(예컨대, 전자-기계 변환기에 한정되지 않음)를 포함한다. 밸브들(61)의 각각에 대한 신호는 단일 축방향 원주 스테이지의 연료 분사기들(60)에만 대응하여 연료 분사기들(60)의 각각을 개방하고 그럼으로써 활성화할 수 있다. 물론, 이 제어 시스템은 단지 예시이며 연료 분사기 구성들의 다수의 조합들이 가능하며 연료 분사기들(60) 중 적어도 하나의 활성화 및 비활성화를 제어하기 위한 다른 시스템들 및 방법들이 이용가능함을 이해한다.
개시내용의 다른 양태에 따라, 터빈(40)이 그 사이에 개재되는 전이 구역(43)에 의해 연소기(25)에 유체 결합되는, 가스 터빈 엔진 시스템(10)을 작동시키는 방법이 제공된다. 방법은 제1 연료를 연소기(25) 내의 제1 내부(21)에 공급하는 단계, 연소기(25) 내의 제1 내부(21)에서 제1 연료를 연소시키는 단계, 단일 축방향 스테이지, 다중 축방향 스테이지들, 단일 축방향 원주 스테이지 및 다중 축방향 원주 스테이지들 중 임의의 것에서 전이 구역(43) 내의 제2 내부(41)에 제2 연료를 공급하는 단계, 및 전이 구역 내의 제2 내부(41)에서 제2 연료 및 제1 내부(21)로부터 수용된 연소 생성물의 스트림을 연소시키는 단계를 포함한다.
단일 축방향 스테이지에서 제2 내부(41)에 제2 연료를 공급하는 것은 단일 연료 분사기(60)를 활성화하는 것을 포함할 수 있다. 다중 축방향 스테이지들에서 제2 내부(41)에 제2 연료를 공급하는 것은 전이 구역(43)의 다수의 축방향 위치들에 각각 배치된 다수의 연료 분사기들(60)을 활성화하는 것을 포함할 수 있다. 단일 축방향 원주 스테이지에서 제2 내부(41)에 제2 연료를 공급하는 것은 또한 전이 구역(43)의 단일 축방향 위치에서 전이 구역(43)의 원주 주위에 각각 배치된 다수의 연료 분사기들(60)을 활성화하는 것을 포함한다. 추가적으로, 다중 축방향 원주 스테이지들에서 제2 내부(41)에 제2 연료를 공급하는 것은 전이 구역(43)의 다수의 축방향 위치들에서 전이 구역(43)의 원주 주위에 배치된 다수의 연료 분사기들(60)을 활성화하는 것을 포함한다.
도 4는 개시내용에 의해 구현되는 바와 같이 세척 시스템(100)을 도시한다. 세척 시스템(100)은 물 공급원(110)을 포함할 수 있다. 물 공급원(110)은 임의의 크기, 형상, 또는 구성을 가질 수 있다. 물 공급원(110)은 내부에 일정 체적의 물(120)을 가질 수 있다. 세척 시스템(100)은 또한 세제 공급원(130)을 포함할 수 있다. 세제 공급원(130)은 임의의 크기, 형상, 부피, 또는 기타 구성을 가질 수 있다. 세제 공급원(130)은 내부에 세제(140)의 공급부를 가질 수 있다. 세제(140)는 임의의 유형의 세정 용액일 수 있다. 세제(140)는 사전결정된 비율로 물(120)로 희석될 수 있다.
실시예들의 다른 양태에서, 세척 시스템(100)은 또한 화학물질 공급원(150)을 포함할 수 있다. 화학물질 공급원(150)은 임의의 크기, 형상, 또는 구성을 가질 수 있다. 특정 실시예들에서, 화학물질 공급원(150)은 내부에 일정 체적의 정전기 방지 용액(160)을 가질 수 있다. 정전기 방지 용액(160)은 임의의 유형의 정전기 방지 유체일 수 있다. 정전기 방지 용액(160)은 사전결정된 비율로 물(120)로 희석될 수 있다. 물 공급원(110), 세제 공급원(130), 및/또는 화학물질 공급원(150)은 세척 활주부(165) 상에 전체적으로 또는 부분적으로 위치될 수 있다. 세척 활주부(165)는 이동식일 수 있고 임의의 크기, 형상, 또는 구성을 가질 수 있다. 다른 구성요소 및 다른 구성이 본 명세서에서 사용될 수 있다. 각각의 공급원(110, 130, 150)은 전반적으로 "공급원"으로 지칭되고, 물 공급원(110); 세제 공급원(130); 및 용액 또는 화학물질 공급원(150)과 같지만 이에 한정되지 않는 특정 세척 재료들을 제공할 수 있다. 각각의 공급원(110, 130, 150)은 공급원 함량 레벨의 표시를 제공하기 위한 레벨 센서(도 3에 도시되지 않음, 도 6 참조)를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용된 바와 같이, 공급원(들)(110, 130, 150)은 일반적으로 "공급원"으로 지칭되거나 또는 대안적으로, 그것이 포함할 수 있는 세척 재료(들)의 특징에 관련하여 지칭될 수 있다.
세척 시스템(100)은 또한 혼합 챔버(170)를 포함할 수 있다. 혼합 챔버(170)는 세제(140)를 물(120)과 혼합하거나, 또는 정전기 방지 용액(160)을 물(120)과 혼합하는 데 사용될 수 있다. 유체들의 다른 조합들이 또한 사용될 수 있다. 희석되지 않은 유체들이 또한 본 명세서에서 사용될 수 있다. 도 5는 비제한적인 예시적인 혼합 챔버(170)를 도시한다. 혼합 챔버(170)는 세제(140) 및/또는 정전기 방지 용액(160)의 유동 또는 다른 유형의 이차 유동을 위한 하나 이상의 경사형 대향류 노즐들(180)을 포함할 수 있다. 세제(140) 또는 정전기 방지 용액(160)의 유동은 비-직경방향 대향 또는 반대 각도로 경사형 대향류 노즐들(180)을 통해 유입하는 물의 유동 또는 다른 유형의 1차 유동으로 분사되어 이동 부품의 사용 없이 내부에서 잘 혼합되도록 할 수 있다. 효과적인 혼합은 또한 세제(140) 또는 정전기 방지 용액(160)의 유동을 물(120)의 유동에 비교하여 더 높은 압력에서 분사함으로써 제공될 수 있다. 혼합 챔버(170)는 임의의 크기, 형상, 또는 구성을 가질 수 있다. 하나 이상의 경사형 대향류 노즐들(180)은 혼합 챔버(170)의 중심축에 대하여 일정 각도로 혼합 챔버 안으로 연장되고 제1 유체를 일정 각도에서 혼합 챔버(170) 내의 물의 유동에 반대 반향으로 분사하도록 구성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 물 공급원(110)은 급수 라인(190)을 통해 혼합 챔버(170)와 연통될 수 있다. 급수 라인(190)은 그 위에 급수 펌프를 가질 수 있다. 급수 펌프는, 예컨대, 종래의 설계의 것일 수 있다. 급수 라인(190)은 그 위에 한 쌍의 급수 라인 차단 밸브(210)를 가질 수 있다. 세제 공급원(130)은 세제 라인(220)을 통해 혼합 챔버(170)와 연통될 수 있다. 세제 라인(220)은 그 위에 세제 펌프(230)를 가질 수 있다. 세제 펌프(230)는, 예컨대, 종래의 설계의 것일 수 있다. 세제 라인(220)은 그 위에 한 쌍의 세제 라인 차단 밸브(240)를 가질 수 있다. 정전기 방지 용액 공급원(160)은 정전기 방지 용액 라인(250)을 통해 혼합 챔버(170)와 연통될 수 있다. 정전기 방지 용액 라인(250)은 그 위에 정전기 방지 용액 펌프(260)를 가질 수 있다. 정전기 방지 용액 펌프(260)는 종래의 설계의 것일 수 있다. 정전기 방지 용액 라인(250)은 그 위에 한 쌍의 정전기 방지 용액 라인 차단 밸브(270)를 가질 수 있다. 다른 구성요소 및 다른 구성이 본 명세서에서 사용될 수 있다.
세척 시스템(100)은 또한 혼합 챔버(170)로부터의 도관 또는 라인(340), 즉, 출력 라인을 포함할 수 있다. 이 예에서, 도 3 및 도 4에 관련하여, 라인(340)은 활주부(165)로부터 연소기(25) 내의 지연 희박 분사(축방향 연료 스테이징)를 위한 하나 이상의 밸브들(61)까지 이어진다. 따라서, 물(120), 세제(140), 정전기 방지 용액(160), 및 (아래 설명될) 패시베이션 용액 중 적어도 하나와 같은 세척 재료들이 연소기(25)에 공급될 수 있다. 지연 희박 분사를 위해 밸브들(61)에서 연소기(25)에 공급될 때, 세척 재료들은 가스 터빈(40)의 고온 가스 경로 컴포넌트들, 및 특히 가스 터빈(40)의 S1N에 근접한다. 따라서, 그러한 세척, 세제, 정전기 방지, 및 패시베이션 용액 재료들 중 적어도 하나가 연소 가스(35)(도 1) 스트림을 통해 가스 터빈(40)(도 4)의 지연 희박 분사기들 밸브들(61)로 진행되어 가스 터빈(40)의 블레이드들 및 노즐들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는 가스 터빈(40) 컴포넌트들 상에 작용하고 이를 세정할 수 있다.
도 4 및 도 6에 관련하여, 세척 제어기(380)는 세척 시스템(100)을 작동시킬 수 있다. 세척 제어기(380)는 물(120), 세제(140), 정전기 방지 용액(160), 및/또는 패시베이션 용액(이하 기재된 바와 같이) 중 적어도 하나를 혼합 챔버(170) 및 이어서 연소기(25)에 그것들의 적절한 비로 제공할 수 있다. 세척 제어기(380)는 임의의 유형의 프로그램가능 로직 디바이스(이하 논의되는 바와 같음)일 수 있고, 가스 터빈 엔진 시스템(10)의 전체 제어 시스템과 또는 그 일부와 통신할 수 있다. 구체적으로, 세척 제어기(380)는 밸브 인터로크, 유체 레벨, 펌프 동작, 연결 신호, 유동 센서, 온도, 압력, 타이밍 등을, 본 명세서에 논의되는 바와 같이 제어할 수 있다. 다양한 유형들의 센서들(예컨대, 온도계, 유량계, 압력 센서 등이 있지만, 이에 한정되지 않음)이 세척 제어기(380)에 피드백을 제공하기 위하여 본 명세서에서 사용될 수 있다. 세척 제어기(380) 및 본 명세서의 작동 파라미터들에 대한 접근이 제한되어 적절한 세정 및 커버리지를 보장할 수 있다.
사용 시, 유체 공급원들(110, 140, 150)을 갖는 세척 활주부(165)는 가스 터빈 엔진 시스템(10)(도 1)에 인접하게 위치될 수 있다. 대안적으로, 유체 공급부들(110, 140, 150)은 가스 터빈 엔진 시스템(10)에 전체적으로 또는 부분적으로 가까이 더 영구적으로 위치될 수 있다.
실시예들의 특정 양태들에서, 세척 제어기(380)는 물(120) 대 세제(130)의 비를 결정할 수 있다. 세척 제어기(380)는 급수 펌프(220) 및/또는 세제 펌프(230)를 활성화하여 대응하는 체적의 물(120) 및 세제(140)를 혼합 챔버(170)에 펌핑할 수 있다. 혼합 챔버(170)로부터의 세제/물 혼합물의 일부분은 도관 또는 라인(340)을 통해 가스 터빈(40)의 S1N으로의 생성 유동을 위한 연소기(25)의 하나 이상의 밸브들(61)과의 연결부까지 유동할 수 있다. 유동은 크랭킹 출력 하의 가스 터빈(40)이 연소기(25)로부터 가스 터빈(40)으로의 유동을 허용하는 가스 터빈(40) 오프라인을 이용하여 일어날 수 있다. 또한, 도관 또는 라인(340)을 통한 혼합물의 유동은 혼합물이 연소 가스(35)와 함께 가스 터빈(40)으로 유동하는 가스 터빈(40)이 온라인일 때 발생할 수 있다. 이어서 사전결정된 체적의 세제/물 혼합물(390)이 연소기(25)의 밸브들(61) 안으로 분사되면 세척 제어기(380)는 펌프(220, 230)을 턴 오프할 수 있다. 세척 제어기(380)는, 요청이 있는 경우, 다시 급수 펌프(220)를 활성화하여 물 헹굼을 제공할 수 있다. 헹굼 중 물(120)의 체적은 달라질 수 있다.
세척 시스템(100)은, 밸브들(61)을 통해 가스 터빈(40)으로 공급되는 것을 포함하는, 연소기(25)에 걸쳐, 예를 들어, 스테이지 1 노즐 및 스테이지 2 노즐(S1N)(S2N) 및 연관된 휠 공간 캐비티들을 세척 및 처리하는 것을 포함하는, 정전기 방지 용액(160)의 세정 및 적용 개선을 제공할 수 있다. 정전기 방지 용액(160)의 커버리지 증가는 가스 터빈 블레이드들 뿐만 아니라 고정 노즐들 상의 재료의 정전기 인력을 억제하여, 회분 오염물질들과 같은 침착물을 형성하는 경향이 줄어들게 하는 능력을 향상시킬 수 있다. 정전기 방지 커버리지는 더 긴 기간 동안 물 세척으로 회복된 가스 터빈 작동 이득을 제공할 수 있다. 따라서, 가스 터빈 엔진 시스템(10)은 지속가능한 성능 특성 개선을 가져갈 수 있다. 또한, 세척 시스템(100)은 재구성 또는 개보수가 필요없도록 연소기(25)의 기존 LLI(축방향 연료 스테이징) 배관을 이용한다.
세척 시스템(100)은 또한 스테이지 1 노즐 및 스테이지 2 노즐(S1N 및 S2N) 및 연관된 휠 공간 캐비티들을 포함하는 가스 터빈(40)에 대한 적절한 커버리지를 보장하도록 정전기 방지 용액(160)의 분사 속도 및 분사량을 제어하는 능력을 제공할 수 있다. 세척 제어기(380)는 연소기(25)에 전달될 수 있는 세제/물 혼합물 및/또는 정전기 방지 용액/물 혼합물의 비 및 체적을 다르게 할 수 있다.
본 개시내용의 실시예들은 연소기(25), 가스 터빈(40), 및 특히 가스 터빈(40)의 스테이지 1 노즐 및 스테이지 2 노즐(S1N 및 S2N) 및 연관된 휠 공간 캐비티들의 오프라인 세정을 제공할 수 있다. 도 6을 참조하면, 유사한 도면 부호가 동일한 요소를 지칭하고, 이러한 요소들의 추가적인 논의는 명확성 및 간결성을 위해 생략되고, 가스 터빈 엔진 시스템(10)의 개략적인 도시는 세척 시스템(100)으로 도시된다. 개시내용에 의해 구현되는 바와 같은 오프라인 세정은 가스 터빈(40)의 스테이지 1 노즐 및 스테이지 2 노즐(S1N 및 S2N) 및 연관된 휠 공간 캐비티들에 산화방지 세정을 제공한다. 세척 시스템(100)은, 본 명세서에 도시된 바와 같이, 탈염수/탈이온수 및 바나듐 완화를 위한 마그네슘(Mg), 이트륨(Y) 중 적어도 하나의 혼합물, 또는 지연 희박 분사(축방향 연료 스테이징) 밸브들(61)을 통해 연소기(25) 안으로 분사되는 세척 시스템(100)으로부터의 세제를 제공한다. 또한, 물 및 마그네슘(Mg), 이트륨(Y) 중 적어도 하나, 또는 세척 시스템(100)으로부터의 세제는 오프라인 가스 터빈 엔진 시스템(10)에 폼 또는 물로서, 예를 들어, 지연 희박 분사기 밸브들(61)에서 동질적 스트림으로 전달될 수 있다.
실시예들의 양태들에서, 산화방지 세정제, 물 및 마그네슘이 가스 터빈(40) 내의 인 시츄 세정되는 타겟 스테이지 1 노즐 및 스테이지 2 노즐(S1N 및 S2N) 및 연관된 휠 공간 캐비티들에 제공된다. 세척 시스템(100) 및 관련 공정은 기존 LLI(축방향 연료 스테이징) 밸브들(61)을 이용하여 탈염수 및 마그네슘의 사전결정된 혼합물을 연소기(25) 안으로 제공한다. 개시내용에 의해 구현되는 바와 같이, 세척 시스템(100)은, 가스 터빈 엔진 시스템(10)에 적용될 때: 회분 형태의 바나듐을 포함하는 바나듐을 스테이지 1 노즐 및 스테이지 2 노즐(S1N, S2N) 및 연관된 휠 공간 캐비티들 및/또는 기타 가스 터빈(40)의 내부 컴포넌트들로부터 제거하고; 세정 후 더 긴 지속시간 동안 가스 터빈 엔진 시스템(10)의 회복된 성능을 유지하는 능력을 향상시키고; 가스 터빈 엔진 시스템(10)에서 특히 가스 터빈(40)에서 노즐 플러깅 및 녹 형성/산화를 완화시키고; 회분 형성물을 세정 및 제거하고; 산화물 및 미립자를 연소기 표면들로부터 세정 및 제거하고; 냉각 공기 경로 플러깅의 감소에 기인하는 발전소 신뢰성 및 효율 증가를 제공하고; 중유로 작동하는 가스 터빈 엔진 시스템들의 신뢰성을 개선할 수 있다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 가스 터빈 엔진 시스템(10)이 오프라인일 때 세척 시스템(100)은 가스 터빈(40) 내의 인 시츄 세정을 위해 세척 재료들을 연소기(25) 및 이어서 스테이지 1 노즐 및 스테이지 2 노즐(S1N 및 S2N) 및 연관된 휠 공간 캐비티들에 제공한다. 압축기(15)(도 1)의 벨마우스(75)(도 2)에서 세척 재료들을 제공하는 것을 통한 압축기 세척에는 개시내용에 의해 구현되는 바와 같이 여전히 본 명세서에 설명된 임의의 작동 및 양태가 제공될 수 있음을 주의한다. 그러나, 압축기 세척에 관한 정확한 시스템, 공정, 및 기타 상세사항들은 실시예들의 양태들에 관련있지 않으므로, 추가적인 논의는 생략될 것이다.
도관 또는 라인(190)은 급수부(120)로부터 연장되고, 라인(250)은 (예를 들어, 수성 아황산마그네슘(magnesium sulphite)의 화학물질 공급부와 같은) 공급부(160)로부터 연장되고, 라인들(190, 250)은 혼합 챔버(170)에서 만난다. 혼합 챔버(170)로부터, 라인(340)은 연소기(25)까지 연장된다. 라인(340)은 혼합물의 화학적 특성들을 검출하기 위한 화학 센서(341), 유동 세너(342), 조절 또는 제어 밸브(343), 온도 센서(344), 및 필터(345) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 화학 센서(341), 유동 세너(342), 조절 밸브(343), 온도 센서(344) 및 모터(220) 및 화학물질 공급원(150) 레벨 센서(162) 중 적어도 하나의 각각은 제어기(380)와 통신한다. 따라서, 제어기(380)는 본 명세서의 실시예들에 따라 세척 시스템(100)의 오프라인 작동 시 그것의 작동을 조절 및 관리할 수 있다.
실시예들의 다른 양태는, 가스 터빈 엔진 시스템(10)의 작동 동안, 연소기(25), 가스 터빈(40), 및 특히 가스 터빈(40)의 스테이지 1 노즐 및 스테이지 2 노즐(S1N, S2N) 및 연관된 휠 공간 캐비티들의 세정 및 추가적으로 회분 형성 완화를 제공한다. 도 4 내지 도 6에 대한 참조가 다시 이루어질 수 있으며, 세척 시스템(100)은 가스 터빈(40) 내의 인 시츄 세정을 위해 세척 재료들을 연소기(25) 및 이어서 스테이지 1 노즐 및 스테이지 2 노즐(S1N 및 S2N) 및 연관된 휠 공간 캐비티들에 제공하며, 또한 가스 터빈 엔진 시스템(10)의 작동 동안 회분 형성 완화 재료들을 가스 터빈 엔진 시스템(10)에 제공한다.
개시내용에 의해 구현되는 바와 같이, 세척 시스템(100)의 이러한 양태는 저온 회분 형성 완화제를 세척 재료들과 함께 연소기(25) 및 그것의 지연 희박 분사 밸브들 또는 노즐들(61)로부터, 이어서 가스 터빈(40)의 스테이지 1 노즐 및 스테이지 2 노즐(S1N 및 S2N) 및 연관된 휠 공간 캐비티들을 포함하는 가스 터빈(40) 내부 컴포넌트들까지 제공 및 분배한다. 세척 시스템(100)은, 실시예들의 이러한 양태에 따라, 지연 희박 분사(축방향 연료 스테이징) 밸브들(61)을 통해 연소기(25) 안으로 분사되는 세척 시스템(100)으로부터의 탈염수/탈이온수의 혼합물을 제공한다. 또한, 세척 시스템(100)은 또한 공급원들(130 및/또는 150)의 이트륨, 마그네슘 또는 임의의 현재 알려진 또는 향후 개발될 저온 회분 형성 완화제를 세척 시스템(100)으로부터 연소기(25)의 기존 지연 희박 분사(축방향 연료 스테이징) 밸브들 또는 노즐들(61) 안으로 제공할 수 있다. 비제한적인 유형들의 저온 회분 형성 완화제는 수성 또는 유성 이트륨 또는 마그네슘을 포함할 수 있다. 본 명세서에 언급된 바와 같이, 세척 시스템(100)은 탈염수/탈이온수와 같은 세척액, 및 저온 회분 형성 완화제를 연소기(25) LLI(축방향 연료 스테이징) 밸브들(61) 안으로 제공한다. 개시내용에 의해 구현되는 바와 같이, 지연 희박 분사(축방향 연료 스테이징) 밸브들(61)은 가스 터빈(40)에서 스테이지 1 노즐 및 스테이지 2 노즐(S1N, S2N) 및 연관된 휠 공간 캐비티들의 앞에 있고 연소 가스(35)의 유동은 결국 가스 터빈(40)으로 전달된다. LLI(축방향 연료 스테이징) 밸브들(61)에 전달되는 저온 회분 형성 완화제는 연소 가스의 유동(35)과 함께 가스 터빈(40)의 내부 컴포넌트들로 전달된다.
개시내용에 의해 구현되는 바와 같이, 가스 터빈 엔진 시스템(10)의 작동 동안 회분 형성 완화 및 세정을 위한 방법 및 시스템은: 가스 터빈 스테이지 1 노즐 및 스테이지 2 노즐(S1N 및 S2N), 연관된 휠 공간 캐비티들 및 다른 가스 터빈 내부 터빈 컴포넌트들 상의 회분 형성의 속도를 늦추고; 세정 후 더 긴 지속시간 동안 가스 터빈 엔진 시스템(10)의 회복된 성능을 유지하는 능력을 향상시키고; 노즐 플러깅, 고온 부식/산화, 플러깅에 의한 것일 수 있는 공기 형상/프로파일 변형을 완화시키고; 특히 가스 터빈 엔진들에서 중유 산화물(HFO) 가스 터빈들 및 고농도의 바나듐 및 기타 회분이 불순물들을 형성하는 가스 연료에 의존하는 가스 터빈 유닛들 상에서 작동하는 열화 개런티 보너스 기회를 충족 및 초과하는 능력을 향상시키고; 노즐 유효 영역의 감소 및 블레이드 공기역학적 프로파일의 변화에 기인할 수 있는 발전소 신뢰성, 출력 및 효율을 증가시키고; 회분 형성물을 세정 및 제거하고; 산화물 및 미립자를 연소기 표면들로부터 세정 및 제거하고; 냉각 공기 경로 플러깅의 감소에 기인하는 발전소 신뢰성 및 효율 증가를 제공할 수 있다.
개시내용에 의해 구현되는 바와 같이, 가스 터빈 엔진 시스템(10)(도 1) 작동 동안 회분 형성 완화를 위한 세척 시스템(100)은 도 6의 구성에 의해 도시될 수 있다. 라인(190)은 급수부(110)로부터 연장되고, 라인(250)은 화학물질 공급원(150)으로부터 연장되고, 예를 들어, 이 양태에서 화학물질 공급원(150)은 일정 체적의 이트륨, 마그네슘 또는 다른 저온 회분 형성 완화제를 포함하고, 라인들(190, 250)은 혼합 챔버(170)에서 만난다. 혼합 챔버(170)로부터, 라인(340)은 연소기(25)까지 연장된다. 라인(340)은 화학 센서(341), 유동 세너(342), 조절 밸브(343), 온도 센서(344), 및 필터(345) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 화학 센서(341), 유동 세너(342), 조절 밸브(343), 온도 센서(344) 및 모터(200), 화학물질 공급원(150) 레벨 센서(162) 중 적어도 하나의 각각은 제어기(380)와 통신한다. 따라서, 제어기(380)는 본 명세서의 실시예들에 따라 세척 시스템(100)의 오프라인 작동 시 그것의 작동을 조절 및 관리할 수 있다.
실시예들의 추가적인 양태는 연소기(25), 가스 터빈(40), 및 특히 가스 터빈(40)의 스테이지 1 노즐 및 스테이지 2 노즐(S1N, S2N) 및 연관된 휠 공간 캐비티들의 오프라인 세정 및 패시베이션을 제공한다. 계속해서 도 6 및 도 7을 참조하면, 유사한 도면 부호가 동일한 요소를 지칭하고, 이러한 요소들의 추가적인 논의는 명확성 및 간결성을 위해 생략되고, 가스 터빈 엔진 시스템(10)의 개략적인 도시는 세척 시스템(100)으로 도시된다. 오프라인 세정 개시내용에 의해 구현되는 바와 같이, 연소기(25), 가스 터빈(40), 특히 가스 터빈(40)의 스테이지 1 노즐부터 가스 터빈(40)의 스테이지 1 노즐까지의 산화방지 세정 및 패시베이션을 제공한다. 세척 시스템(100)은 탈염수/탈이온수 및 지연 희박 분사(축방향 연료 스테이징) 밸브들(61)을 통해 연소기(25) 안으로 분사되는 세척 시스템(100)으로부터의 폴리아민 또는 마그네슘(Mg) 중 적어도 하나의 혼합물을 제공한다.
실시예들의 이러한 양태에서, 탈염수/탈이온수 및 폴리아민 또는 마그네슘 중 적어도 하나의 혼합물은, 가스 터빈(40)이 오프라인일 때, 가스 터빈(40)의 스테이지 1 노즐 및 스테이지 2 노즐(S1N 및 S2N) 및 연관된 휠 공간 캐비티들을 포함하는, 가스 터빈(40) 내의 인 시츄 세정의 타겟 스테이지 1 노즐 및 스테이지 2 노즐(S1N 및 S2N) 및 연관된 휠 공간 캐비티들에 대해 제공된다. 세척 시스템(100) 및 관련 공정은 기존 지연 희박 분사(축방향 연료 스테이징) 밸브들(61)을 이용하여 탈염수/탈이온수 및 폴리아민 또는 마그네슘 중 적어도 하나의 사전결정된 혼합물을 연소기(25) 안으로 제공하고, 이로부터 탈염수 및 마그네슘의 사전결정된 혼합물은 가스 터빈(40) 안으로 유입될 수 있다. 개시내용에 의해 구현되는 바와 같이, 도 6의 세척 시스템(100)은, 가스 터빈 엔진 시스템(10)에 적용될 때 내부 가스 터빈 컴포넌트들을 코팅하여 그것들을 부동태화할 수 있다. 코팅 및 부동태화되는 내부 가스 터빈 컴포넌트들에는 스테이지 1 노즐 및 스테이지 2 노즐(S1N, S2N) 및 연관된 휠 공간 캐비티들 및/또는 기타 가스 터빈(40)의 내부 컴포넌트들이 포함된다. 패시베이션은, 개시내용에 의해 구현되는 바와 같이: 세정 후 더 긴 지속시간 동안 가스 터빈 엔진 시스템(10)의 회복된 성능을 유지하는 능력을 향상시키고; 가스 터빈 엔진 시스템(10)에서 특히 가스 터빈(40)에서 노즐 플러깅 및 녹 형성/산화를 완화시키고; 회분 형성물을 세정 및 제거할 수 있고; 중증도 및 빈도를 감소시켜 열화 기반 유지를 수행하고; 산화물 및 미립자를 연소기 표면들로부터 세정 및 제거하고; 냉각 공기 경로 플러깅의 감소에 기인하는 발전소 신뢰성 및 효율 증가를 제공하고; 스테이지 1 노즐 및 스테이지 2 노즐(S1N 및 S2N) 및 연관된 휠 공간 캐비티들 및/또는 다른 가스 터빈 컴포넌트들의 잠재적 균열 전파 및 표면 열화를 감소시키고; 중유에서 작동하는 가스 터빈 엔진들의 신뢰성을 개선할 수 있다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 가스 터빈 엔진 시스템(10)이 오프라인일 때 세척 시스템(100)은 혼합된 탈염수/탈이온수 및 폴리아민 또는 마그네슘 중 적어도 하나를 연소기(25) 및 이어서 가스 터빈(40) 내의 S1N 인 시츄 세정을 위해 제공한다. 오프라인이라는 것은 압축기(15)(도 1)의 벨마우스(75)(도 2)에서 세척 재료들을 제공하는 것을 통한 압축기 세척에는 개시내용에 의해 구현되는 바와 같이 여전히 본 명세서에 설명된 임의의 작동 및 양태가 제공될 수 있음을 주의해야 한다는 것을 의미한다. 그러나, 압축기 세척에 관한 정확한 시스템, 공정, 및 기타 상세사항들은 실시예들의 양태들에 관련있지 않으므로, 추가적인 논의는 생략될 것이다.
라인(190)은 급수부(110)로부터 연장되고 라인(250)은, 예를 들어, 탈염수/탈이온수 및 폴리아민 또는 마그네슘 중 적어도 하나의 혼합물의 화학물질 공급부(150)로부터 연장되고, 라인들(190, 250)은 혼합 챔버(170)에서 만난다. 혼합 챔버(170)로부터, 라인(340)은 연소기(25)까지 연장된다. 라인(340)은 화학 센서(341), 유동 세너(342), 조절 밸브(343), 온도 센서(344), 및 필터(345) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 화학 센서(341), 유동 세너(342), 조절 밸브(343), 온도 센서(344) 및 모터(200) 및 화학물질 공급원(150) 레벨 센서(162) 중 적어도 하나의 각각은 제어기(380)와 통신한다. 따라서, 제어기(380)는 본 명세서의 실시예들에 따라 세척 시스템(100)의 오프라인 작동 시 그것의 작동을 조절 및 관리할 수 있다.
개시내용에 의해 구현되는 바와 같이, 예를 들어 폴리아민 또는 마그네슘 중 적어도 하나이지만 이에 한정되지 않는 패시베이션 재료가 액체 형태 또는 폼 형태로 제공될 수 있다. 개시내용의 양태들은 스테이지 1 노즐 및 스테이지 2 노즐(S1N 및 S2N) 및 연관된 휠 공간 캐비티들, 및 기타 내부 가스 터빈 컴포넌트들의 패시베이션을 위하여 탈염수/탈이온수 및 폴리아민 또는 마그네슘 중 적어도 하나의 혼합물이 지연 희박 분사 밸브들 또는 노즐들로부터 가스 터빈(40)의 스테이지 1 노즐 및 스테이지 2 노즐(S1N 및 S2N) 및 연관된 휠 공간 캐비티들로 유동하게 한다.
부식 방지 혼합물은, 개시내용에 의해 구현되는 바와 같이, 부식 방지제 및 물을 포함할 수 있다. 부식 방지 혼합물은 수용액으로서 (예컨대, 액체 담체로서 물을 이용하여) 가스 터빈 엔진 시스템(10)의 연소기(25) 및 이어서 가스 터빈(40) 섹션들에 공급될 수 있다. 부식 방지 혼합물은 내부의 가스 터빈 엔진 컴포넌트들을 금속 패시베이션 코팅으로 코팅할 수 있으며, 이는 이러한 코팅된 부품들 상의 부식을 완화시킨다.
황산마그네슘은 실시예들의 특정 양태들에 따라 세정제로서 사용될 수 있다. 가스 터빈 엔진 시스템(10)이 연료로서 중유를 사용하는 응용예들의 경우, 중유는 바나듐 계열 부식/침착 억제제로 처리될 수 있다. 바나듐 계열 부식/침착 억제제는 작동 동안 가스 터빈 엔진 시스템(10)에 슬래그를 형성할 수 있다. 황산마그네슘은 가스 터빈 연료로서 원유, 중유의 사용에 의해 촉진되는 바나듐 계열 슬래그의 형성을 방지할 수 있다. 황산마그네슘은 실시예들의 특정 양태들에서 바나듐 계열 부식/침착 억제제로서 수성 황산마그네슘 용액에 연결될 수 있다.
개시내용에 의해 구현되는 바와 같이, 부식 방지 혼합물은 (혼합 챔버(170) 내에서) 예비혼합되어 가스 터빈 엔진 시스템(10)에 공급될 수 있다. 또한, 부식 방지 혼합물은 세척 시스템(100)을 통해 연소기(25)에 제공될 수 있다.
부식 방지 혼합물은 가스 터빈 엔진 시스템(10) 및 그것의 스테이지 1 노즐 및 스테이지 2 노즐(S1N, S2N) 및 연관된 휠 공간 캐비티들을 포함하는 가스 터빈(40)에 금속 패시베이션에 의해 부식 저항성 및/또는 억제성을 부여한다. 금속 패시베이션은 가스 터빈 엔진 시스템(10)의 금속 및/또는 금속 합금 기판 상에 부식 방지 코팅을 제공하는데, 이는 부식 방지 혼합물이, 개시내용에 의해 구현되는 바와 같이, 연소기(25)의 지연 희박 분사 밸브들(61)의 입구에서 접촉하게 되며, 이는 위에서 논의된 바와 같다. 생성된 부식 방지 코팅은 따라서 (부분적으로 또는 전체적으로) 가스 터빈(40) 특히 그것의 스테이지 1 노즐들, 및 다양한 금속 고온 가스 경로 컴포넌트들, 예컨대 가스 터빈 블레이드들 및 기타 노즐들을 코팅한다.
금속 패시베이션은 고온, 연소 부산물, 금속 산화물 층/코팅을 형성함으로써 가스 터빈 엔진들에서 나타나는 잔해물 등과 같지만 이에 한정되지 않는 환경적 요인들로부터 보호 차폐부를 금속 및/또는 금속 합금 기판에 부여한다. 금속 산화물 층/코팅은 부식성 종들로부터 가스 터빈(40)의 금속 또는 금속 합금 기판 컴포넌트들을 보호한다. 부식 방지 코팅은 분자층, 또는 다른 말로, 마이크로 코팅으로 볼 수 있다. 개시내용의 일 양태에서, 부식 방지 코팅은 또한 가스 터빈 엔진 시스템(10)의 금속 또는 금속 합금 기판에서의 결합을 강화한다. 실시예들의 다른 양태에서, 부식 방지 코팅의 현저한 열 분해는 500℃ 미만의 온도에서 회피될 수 있다. 또 다른 양태에서, 연속적인 부식 방지 처리 사이클이 본 명세서에 설명된 세척 시스템(100)을 이용하여 가스 터빈 엔진 시스템(10)에 적용되어, 다중층 부식 방지 코팅을 생성할 수 있다.
부식 방지 혼합물은 특히 선택된, 사전결정된 비율의 물 및 부식 방지제를 포함할 수 있다. 부식 방지 코팅을 부여하는 데 적합한 임의의 부식 방지제/억제제가 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 부식 방지제는 유기 아민이다. 아민을 부식 제제/억제제로서 가스 터빈 엔진 시스템(10) 내의 컴포넌트들의 금속/금속 산화물 표면에 흡수시키고, 그럼으로써 가스 터빈 엔진 시스템(10) 컴포넌트의 금속 또는 금속 합금 기판 표면에서의 잠재적 부식 종(예컨대, 용존 산소, 탄산, 염소/황산 음이온 등)의 접근을 제한한다. 다른 실시예에서, 부식 방지제/억제제는 2개 이상의 유기 아민일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 부식 방지제/억제제는 폴리아민일 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "폴리아민"은 2개 이상의 1차 아미노기, NH2을 갖는 유기 화합물을 지칭한다. 또 다른 실시예에서, 부식 방지제/억제제는 휘발성 중화 아민을 추가로 포함하는데, 이는 산성 오염물질들을 중화시키고 pH를 알칼리성 범위로 상승시킬 수 있고, 이로써 보호 금속 산화물 코팅은 특히 안정적이고 부착성이 된다.
실시예들의 다른 양태에서, 부식 방지제/억제제의 비제한적인 예들은 시클로헥실아민, 모르폴린, 모노에탄올아민, N-9-옥타데세닐-1,3-프로판디아민, 9-옥타데센-1-아민, (Z)-1-5, 디메틸아민프로필아민(DMPA), 디에틸아미노에탄올(DEAE) 등, 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 추가적인 실시예에서, 부식 방지 혼합물 내의 부식 방지제/억제제의 양은 5 ppm(parts per million) 내지 1000 ppm이다. 다른 실시예에서, 부식 방지 혼합물 내의 부식 방지제/억제제의 양은 약 50 ppm 내지 약 800 ppm의 범위에서 제공된다. 또 다른 실시예에서, 부식 방지 혼합물 내의 부식 방지제/억제제의 양은 약 100 ppm 내지 약 500 ppm의 범위에서 제공된다.
실시예들의 특정 양태에서, 연소기(25)의 지연 희박 분사 밸브들(61)에 공급되는 제1 부식 방지 혼합물 내의 부식 방지제/억제제의 양은 5 ppm 내지 1000 ppm이다.
물 및 부식 방지제/억제제를 포함하는 부식 방지 혼합물은 LLI 밸브들(61)을 통해 가스 터빈 엔진 시스템(10) 안으로 도입되며, 위에서 논의된 바와 같이, 수용액의 형태이다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "수용액"은 액상 매질이다. 개시내용의 실시예에서, 수용액은 액상 매질이고, 이는 폴리아민 가스, 수증기(예컨대 증기), 및/또는 공기가 없다. 물은 부식 방지제/억제제를 위한 액체 담체의 역할을 하며, 부식 방지제/억제제도 또한 액상이다. 따라서 물은 부식 방지제/억제제를 배관(340)을 통해 연소기(25) 및 가스 터빈(40)의 선택 영역으로 전달하여, 내부의 컴포넌트들을 부식 방지 코팅으로 코팅한다.
통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이, 제어기(80) 및 제어기(380)는, 개시내용에 의해 구현되는 바와 같이, 시스템, 방법 또는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 구현될 수 있다. 따라서, 제어기(80) 및 제어기(380)는, 개시내용에 의해 구현되는 바와 같이, 전체적으로 하드웨어 실시예, 전체적으로 소프트웨어 실시예(펌웨어, 상주 소프트웨어, 마이크로-코드 등을 포함) 또는 모두 일반적으로 본 명세서에서 "회로", "모듈" 또는 "시스템"으로 지칭될 수 있는 소프트웨어 및 하드웨어 양태들을 조합하는 실시예의 형태를 취할 수 있다. 또한, 제어기(80) 및 제어기(380)는, 개시내용에 의해 구현되는 바와 같이, 매체에 구현된 컴퓨터 사용가능 프로그램 코드를 갖는 임의의 유형의 발현 매체에 구현된 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다. 추가적으로, 제어기(80) 및 제어기(380)는, 개시내용에 의해 구현되는 바와 같이, 본 개시내용의 실시예들에 따른 컴포넌트를 나타내는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체 저장 코드의 형태를 취할 수 있다.
도 7 내지 도 9는 개시내용에 의해 구현되는 바와 같이 공정들에 대한 순서도 또는 흐름도이다. 각 흐름도의 유사한 단계들은 유사한 참조 단계 부호로 표현된다.
도 7과 관련하여, 세척 공정(500)은 오프라인 공정(500)이다. 단계(501)에서, 가스 터빈 엔진 시스템(10)은 오프라인이다. 옵션적 공정(502)은 압축기(15)를 세척하는 것이고, 압축기 세척은 공지의 시스템들을 통해, 개시내용에 의해 구현되는 바와 같이 세척 시스템(100)과는 별개로, 또는 개시내용에 의해 구현되는 바와 같이 세척 시스템(100)과 함께 수행될 수 있다. 오프라인 공정(500)에서, 물 및 특정 세정제가 연소기(25)의 지연 희박 분사기들(60)을 통해 가스 터빈(40)의 내부 컴포넌트들에 적용된다. 공정(500)에서, 물 및 산화방지제가 단계(503)에서 적용되고 연소기(25)의 지연 희박 분사기들(60)을 통해 가스 터빈(40)의 내부 컴포넌트들에 적용된다.
공정(504)은 옵션적이고 린스를 적용하고 세제를 적용하여 슬래그, 회분, 오일 등과 같지만 이에 한정되지 않는 오염물질들을 제거할 수 있고, 연소기(25)의 지연 희박 분사기들(60)을 통해 가스 터빈(40)의 내부 컴포넌트들에 적용될 수 있다. 공정(505)은 또한 옵션적이며 린스를 적용할 수 있고, 필요한 경우, 연소기(25)의 지연 희박 분사기들(60)을 통해 가스 터빈(40)의 내부 컴포넌트들에 적용된다. 공정(500)에서, 다른 옵션적 공정(506)은 연소기(25)의 지연 희박 분사기들(60)을 통해 가스 터빈(40)의 내부 컴포넌트들에 패시베이션 처리(이하 설명되는 공정(700)에서 적용되는 것과 유사함)를 적용할 수 있다. 공정(507)의 가스 터빈 엔진 시스템(10) 컴포넌트들의 건조는 공정(500)의 일 실시예의 경우에 발생할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 공정(600)은 온라인 세척 공정이다. 공정(601)은, 가스 터빈 엔진 시스템(10)(도 1)은 온라인이고, 세척 압축기(15)의 옵션적인 단계는 공정(602)에서 발생할 수 있다. 공정(603)에서, 물 및 부식 방지제(들)가 연소기(25)의 LLI(들)(60)를 통해 가스 터빈(40)의 내부 컴포넌트들에 적용될 수 있다. 개시내용에 의해 구현되는 바와 같이, 마그네슘 또는 이트륨이 바나듐을 제거하기 위한 부식 방지제로서 포함될 수 있다. 또한, 공정(603)에서 물 및 부식 방지제는 동질적 액체 블렌드 또는 폼으로서 적용될 수 있다. 공정(604)에서, 린스 및 세제는 필요에 따라 옵션적으로 적용되어 슬래그, 회분, 오일 등과 같지만 이에 한정되지 않는 오염물질들을 제거할 수 있고, 연소기(25)의 지연 희박 분사기들(60)을 통해 가스 터빈(40)의 내부 컴포넌트들에 적용될 수 있다. 공정(605)은 린스의 옵션적인 적용이고, 필요한 경우, 연소기(25)의 지연 희박 분사기들(60)을 통해 가스 터빈(40)의 내부 컴포넌트들에 적용된다. 공정(606)은 또한 부식 방지 또는 패시베이션 처리의 옵션적인 적용이다.
도 9를 참조하면, 오프라인 세척 공정(700)에서, 물 및 특정 제제가 연소기(25)의 지연 희박 분사기들(60)을 통해 가스 터빈(40)의 내부 컴포넌트들에 적용된다. 공정(701)에서, 가스 터빈 엔진 시스템(10)은 오프라인이다. 옵션적 공정(702)은 압축기(15)를 세척하는 것이고, 압축기 세척은 공지의 시스템들을 통해, 개시내용에 의해 구현되는 바와 같이 세척 시스템(100)과는 별개로, 또는 개시내용에 의해 구현되는 바와 같이 세척 시스템(100)과 함께 수행될 수 있다. 공정(700)에서, 물 및 부식 방지/패시베이션 처리-제제가 공정(703)에서 추가되고 연소기(25)의 지연 희박 분사기들(60)을 통해 가스 터빈(40)의 내부 컴포넌트들에 적용된다. 공정(704)은 옵션적이고 린스를 적용하고 세제를 적용하여 슬래그, 회분, 오일 등과 같지만 이에 한정되지 않는 오염물질들을 제거할 수 있고, 연소기(25)의 지연 희박 분사기들(60)을 통해 가스 터빈(40)의 내부 컴포넌트들에 적용될 수 있다. 공정(705)은 옵션적이고, 필요한 경우, 연소기(25)의 LLI(들)(60)를 통해 가스 터빈(40)의 내부 컴포넌트들에 적용되는 린스를 적용할 수 있다. 공정(706)의 가스 터빈 엔진 시스템(10) 컴포넌트들의 건조는 오프라인 공정(700)에 대해 발생할 수 있다.
하나 이상의 컴퓨터 사용가능 또는 컴퓨터 판독가능 매체/매체들의 임의의 조합이 제어기(들)(80, 380)에 사용될 수 있다. 제어기(들)(80, 380)에 대해 활용될 수 있는 컴퓨터 사용가능 또는 컴퓨터 판독가능 매체는, 예를 들어 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선, 또는 반도체 시스템, 장치, 디바이스, 또는 전파 매체를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 제어기들(80, 180) 중 하나 또는 둘 모두에 활용될 수 있는 컴퓨터 판독가능 매체의 더 구체적인 예들(미완성 목록)은 다음을 포함할 것이다: 하나 이상의 유선들을 갖는 전기 연결장치, 휴대용 컴퓨터 디스켓, 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독전용 메모리(ROM), 소거가능 프로그램가능 판독전용 메모리(EPROM 또는 플래시 메모리), 광섬유, 휴대용 컴팩트 디스크 판독전용 메모리(CD-ROM), 광학 저장 디바이스, 인터넷 또는 인트라넷을 지원하는 것들과 같은 전송 매체, 또는 자기 저장 디바이스. 주의할 점은 컴퓨터 사용가능 또는 컴퓨터 판독가능 매체는 심지어 프로그램이 인쇄되는 종이 또는 다른 적합한 매체일 수 있다는 것인데, 프로그램이, 예를 들어, 종이 또는 기타 매체의 광학 스캐닝을 통해 전자적으로 캡처되고, 이어서 컴파일되고, 해석되거나, 또는 달리 적합한 방식으로 프로세싱되고, 필요한 경우, 이어서 컴퓨터 메모리에 저장될 수 있기 때문이다. 이 명세서의 맥락에서, 컴퓨터 사용가능 또는 컴퓨터 판독가능 매체는 명령어 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스에 의해 사용되거나 또는 이와 연관되는 프로그램을 포함, 저장, 통신, 전파, 또는 전달할 수 있는 임의의 매체일 수 있다. 컴퓨터 사용가능 매체는 컴퓨터 사용가능 프로그램 코드이 구현되는 전파되는 데이터 신호를 기저대역에서 또는 반송파의 일부로서 포함할 수 있다. 컴퓨터 사용가능 프로그램 코드는 무선, 유선, 광섬유 케이블, RF 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는 임의의 적절한 매체를 이용하여 전송될 수 있다.
개시내용에 의해 구현되는 바와 같이, 세척 동작들을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드는 자바(Java), 스몰토크(Smalltalk), C++ 등과 같은 객체 지향적 프로그래밍 언어 및 "C" 프로그래밍 언어 또는 유사한 프로그래밍 언어와 같은 종래의 절차적 프로그래밍 언어를 포함하는 하나 이상의 프로그래밍 언어의 임의의 조합으로 작성될 수 있다. 프로그램 코드는 사용자의 컴퓨터 상에서 전체적으로, 사용자의 컴퓨터 상에서 부분적으로 실행되거나, 단독형 소프트웨어 패키지로서, 사용자의 컴퓨터 상에서 부분적으로 그리고 원격 컴퓨터 상에서 부분적으로 또는 원격 컴퓨터 또는 서버 상에서 완전히 실행될 수 있다. 후자의 시나리오에서, 원격 컴퓨터는 로컬 영역 네트워크(LAN) 또는 광역 네트워크(WAN)를 포함하는 임의의 유형의 네트워크를 통해 사용자의 컴퓨터에 접속될 수 있거나, 또는 (예를 들어, 인터넷 서비스 사업자를 이용한 인터넷을 통해) 외부 컴퓨터에 접속이 이루어질 수 있다.
실시예들은 본 개시내용의 실시예들에 따른 방법들의 흐름도 예시 및/또는 블록도, 장치(시스템들) 및 컴퓨터 프로그램 제품들을 참조하여 설명된다. 흐름도 예시 및/또는 블록도의 각각의 블록, 및 흐름도 예시 및/또는 블록도 내의 블록들의 조합은 컴퓨터 프로그램 명령어에 의해 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 명령어는 기계를 생성하기 위해 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터, 또는 다른 프로그래밍가능 데이터 처리 장치의 프로세서 내에 제공될 수 있어서, 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍가능 데이터 처리 장치의 프로세서를 통해 실행되는 명령어가 흐름도 및/또는 블록도 블록 또는 블록들에 특정된 기능/동작을 구현하기 위한 수단을 생성하게 한다.
이들 컴퓨터 프로그램 명령어는, 또한, 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍가능 데이터 처리 장치에 특정 방식으로 기능하도록 지시할 수 있는 컴퓨터 판독가능 매체에 저장될 수 있어서, 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 명령어가 흐름도 및/또는 블록도 블록 또는 블록들에 특정된 기능/동작을 구현하는 명령 수단을 포함하는 제조 물품을 생성하게 한다.
컴퓨터 프로그램 명령어는, 또한, 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍가능 데이터 처리 장치 상에 로딩되어, 컴퓨터 구현 공정을 생성하기 위해 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍가능 장치 상에서 일련의 작동 단계가 수행되게 할 수 있어서, 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍가능 장치 상에서 실행되는 명령어가 흐름도 및/또는 블록도 블록 또는 블록들에 특정된 기능/동작을 구현하기 위한 공정을 제공하게 할 수 있다.
전술한 도면은 본 개시내용의 여러 실시예들에 따라 연관된 처리 중 일부를 도시한다. 이와 관련하여, 도면들의 흐름도 내의 각각의 도면 또는 블록은 설명된 방법의 실시예들과 연관된 프로세스를 나타낸다. 또한, 일부 대안적인 구현예들에서, 도면들 또는 블록들에 언급된 동작들은 도면에서 언급된 순서로부터 발생할 수 있거나, 또는 예를 들어, 수반되는 동작에 따라 실질적으로 동시에 또는 역순으로 실행될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 또한, 통상의 기술자는 공정을 설명하는 추가적인 블록들이 추가될 수 있음을 인식할 것이다.
본 명세서 및 청구범위 전체에 걸쳐 본 명세서에 사용되는 바와 같은 근사화 표현은 그가 관련된 기본적인 기능의 변화를 초래하지 않고서 허용가능하게 변할 수 있는 임의의 정량적 표현을 수정하는 데 적용될 수 있다. 따라서, "약", "대략" 및 "실질적으로"와 같은 용어 또는 용어들에 의해 수식된 값은 명시된 정확한 값으로 제한되지 않는다. 적어도 일부 경우에, 근사화 표현은 값을 측정하기 위한 기기의 정밀도에 상응할 수 있다. 여기에서 그리고 본 명세서 및 청구범위 전체에 걸쳐, 범위 제한은 조합되고/되거나 상호교환될 수 있고; 그러한 범위는 식별되고, 문맥 또는 언어가 달리 나타내지 않는 한 본 명세서에 포함된 모든 하위 범위를 포함한다. 일정 범위의 특정 값에 적용되는 바와 같은 "대략"은 둘 모두의 끝 값에 적용되고, 달리 값을 측정하는 기구의 정밀도에 의존하지 않는 한, 언급된 값(들)의 +/- 10%를 나타낼 수 있다.
이하의 청구범위에서의 모든 수단 또는 단계 플러스 기능 요소의 대응하는 구조, 재료, 작용, 및 등가물은, 구체적으로 청구되는 바와 같은 다른 청구된 요소와 조합하여 기능을 수행하기 위한 임의의 구조, 재료, 또는 작용을 포함하는 것으로 의도된다. 본 발명의 설명은, 예시 및 설명의 목적을 위해 제시되었지만, 개시된 형태로 본 발명을 총망라하거나 그로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 많은 변형 및 수정이, 본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어남이 없이 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명의 원리 및 실제 적용을 설명하기 위해, 그리고 다른 당업자가 예상되는 특정 용도에 적합하게 되는 것과 같은 다양한 변형을 갖는 다양한 실시예에 대해 본 발명을 이해하는 것을 가능하게 하기 위해, 실시예가 선택되고 설명되었다.

Claims (15)

  1. 가스 터빈 엔진 시스템(10)으로서,
    가스 터빈(40) 엔진 - 상기 가스 터빈(40) 엔진은 압축기(15), 연소기(25), 및 가스 터빈(40)을 포함하고, 상기 연소기(25)는 이차 연료(30)가 상기 연소기(25)의 내부에 공급되는 복수의 지연 희박 연료 분사기들(60)을 포함함 -; 및
    상기 연소기(25)의 상기 복수의 지연 희박 연료 분사기들(60)에 부착되고 이와 유체 연통되도록 구성된 세척 시스템(100)을 포함하고, 상기 세척 시스템(100)은:
    물(120)을 공급하는 물 공급원(110);
    제1 유체를 공급하는 제1 유체 공급원(150);
    상기 물 공급원(110) 및 상기 제1 유체 공급원(150)과 연통하는 혼합 챔버(170);
    상기 물(120)을 상기 혼합 챔버(170)에 펌핑하도록 구성된 급수 펌프(220);
    상기 제1 유체를 상기 혼합 챔버(170)에 펌핑하도록 구성된 제1 유체 펌프;
    상기 혼합 챔버(170) 및 상기 복수의 지연 희박 연료 분사기들(60) 중 적어도 하나와 유체 연통되어 상기 물(120), 상기 제1 유체, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 상기 혼합 챔버(170)로부터의 유체가 상기 복수의 지연 희박 연료 분사기들(60) 중 적어도 하나에서 상기 연소기(25) 안으로 분사되도록 구성된 유체 라인(190)를 포함하고,
    상기 세척 시스템(100)은 오프라인 모드의 상기 가스 터빈(40) 엔진과 작동되는, 가스 터빈 엔진 시스템(10).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 유체 공급원(150)은 세제 공급원(130)을 포함하고, 상기 제1 유체는 세제(140)를 포함하는, 가스 터빈 엔진 시스템(10).
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 유체 공급원(150)은 정전기 방지 용액(160) 공급원을 포함하고 상기 제1 유체는 정전기 방지 용액(160)을 포함하는, 가스 터빈 엔진 시스템(10).
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 유체 공급원(150)은 탈염수/탈이온수(120) 및 마그네슘(Mg), 이트륨(Y), 또는 세제(140) 중 적어도 하나의 혼합물을 공급하는, 가스 터빈 엔진 시스템(10).
  5. 제4항에 있어서, 탈염수/탈이온수(120) 및 마그네슘(Mg) Mg), 이트륨(Y), 또는 세제(140)의 상기 혼합물은 상기 가스 터빈(40) 엔진의 내부 컴포넌트들로부터 바나듐을 제거하는, 가스 터빈 엔진 시스템(10).
  6. 제4항에 있어서, 탈염수/탈이온수(120) 및 마그네슘(Mg), 이트륨(Y), 또는 세제(140)의 상기 혼합물이 용액 또는 폼으로서 제공되는, 가스 터빈 엔진 시스템(10).
  7. 제1항에 있어서, 상기 혼합 챔버(170)는 내부에 하나 이상의 경사형 대향류 노즐들(180)을 포함하고, 상기 하나 이상의 경사형 대향류 노즐들(180)은 상기 혼합 챔버(170)의 중심축에 대하여 일정 각도로 상기 혼합 챔버(170) 안으로 연장되고, 상기 제1 유체를 상기 각도에서 상기 혼합 챔버(170) 내의 상기 물(120)의 유동에 반대 방향으로 분사하도록 구성된, 가스 터빈 엔진 시스템(10).
  8. 제1항에 있어서, 상기 물 공급원(110)은 물 공급원(110) 라인 및 급수 펌프(220)를 통해 상기 혼합 챔버(170)와 연통되는, 가스 터빈 엔진 시스템(10).
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 유체 공급원(150)은 제1 유체 공급원(150) 라인 및 제1 유체 펌프를 통해 상기 혼합 챔버(170)와 연통되는, 가스 터빈 엔진 시스템(10).
  10. 제1항에 있어서, 제어기(80, 380)를 추가로 포함하고, 상기 제어기(80, 380)는 상기 급수 펌프(220) 및 상기 제1 유체 펌프와 동작가능하게 통신하고, 상기 제어기(80, 380)는 상기 유체 라인(190)을 통한 상기 복수의 지연 희박 연료 분사기들(60) 중 적어도 하나로의 상기 물(120) 및 상기 제1 유체의 유동을 조절하도록 구성된, 가스 터빈 엔진 시스템(10).
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어기(80, 380)는 상기 유체 라인(190)에 위치된 적어도 하나의 유동 제어 밸브(61, 343)를 추가로 포함하고, 상기 적어도 하나의 유동 제어 밸브(61, 343)는 상기 제어기(80, 380)와 통신하여 적어도 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 상기 적어도 하나의 유동 제어 밸브(61, 343)의 구동을 인에이블하고, 상기 구동은 상기 제어기(80, 380)에 의해 야기되는, 가스 터빈 엔진 시스템(10).
  12. 제10항에 있어서, 상기 제어기(80, 380)는 상기 유체 라인(190)에 위치된 적어도 하나의 유동 센서를 추가로 포함하고, 상기 적어도 하나의 유동 센서는 상기 유체 라인(190) 내의 유동을 감지하기 위하여 상기 제어기(80, 380)와 통신하는, 가스 터빈 엔진 시스템(10).
  13. 오프라인 가스 터빈(40) 엔진을 세척하는 방법으로서, 상기 가스 터빈(40) 엔진은 압축기(15), 연소기(25), 가스 터빈(40)을 포함하고, 상기 연소기(25)는 이차 연료(30)가 상기 연소기(25)의 내부에 공급되는 복수의 지연 희박 연료 분사기들(60)을 포함하고, 상기 방법은:
    물 공급원(110)으로부터 세척 시스템(100)의 혼합 챔버(170)로 물(120)을 공급하는 단계;
    제1 유체 공급원(150)으로부터 상기 세척 시스템(100)의 상기 혼합 챔버(170)로 제1 유체를 공급하는 단계;
    상기 물 공급원(110)으로부터 물(120)을 펌핑하고 상기 제1 유체 공급원(150)로부터 상기 제1 유체를 펌핑하는 것을 포함하는, 상기 물(120) 및 제1 유체를 상기 혼합 챔버(170)에 공급하는 단계; 및
    상기 가스 터빈(40) 엔진이 오프라인에 있는 동안, 유체를 상기 혼합 챔버(170)로부터 상기 복수의 지연 희박 연료 분사기들(60) 중 적어도 하나로 분사하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 유체 공급원(150)은 세제 공급원(130)을 포함하고, 상기 제1 유체는 세제(140)를 포함하는, 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제1 유체 공급원(150)은 정전기 방지 용액(160) 공급원을 포함하고 상기 제1 유체는 정전기 방지 용액(160)을 포함하는, 방법.
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