KR20230104733A - 가스 터빈 플랜트, 및 그 연료 공급 방법 - Google Patents
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Abstract
가스 터빈 플랜트는, 가스 터빈과, 연료 공급 설비를 구비한다. 상기 연료 공급 설비는, 액체 암모니아 라인과, 온수를 흘려 보낼 수 있는 온수 라인과, 상기 온수 라인으로부터의 온수와 상기 액체 암모니아 라인으로부터의 액체 암모니아를 열교환시켜 상기 액체 암모니아를 가열하여 기화시킬 수 있는 기화기와, 상기 온수 라인 중의 온수와 매체를 열교환시킬 수 있는 열교환기와, 상기 온수와 상기 매체의 사이에서의 열교환량을 조절하여, 상기 기화기로 유입되는 온수의 온도를 조정할 수 있는 열교환량 조절기와, 상기 기화기로 기화된 암모니아인 기체 암모니아를 상기 가스 터빈으로 유도할 수 있는 기체 암모니아 라인을 갖는다.
Description
본 개시는, 가스 터빈 플랜트, 및 그 연료 공급 방법에 관한 것이다.
본원은, 2021년 2월 15일에, 일본에 출원된 특허출원 2021-021755호에 근거하여 우선권을 주장하며, 이 내용을 여기에 원용한다.
가스 터빈 플랜트는, 가스 터빈과, 이 가스 터빈에 연료를 공급하는 연료 공급 설비를 갖는다.
이하의 특허문헌 1에 기재된 가스 터빈 플랜트에서는, 암모니아를 연료로서, 가스 터빈에 공급한다. 이 가스 터빈 플랜트는, 암모니아를 연료로서 가스 터빈에 공급하는 연료 공급 설비 외에, 가스 터빈으로부터의 배기 가스의 열을 이용하여 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러를 구비하고 있다.
연료 공급 설비는, 액체 암모니아를 저류하는 암모니아 탱크와, 이 암모니아 탱크에 접속되어 있는 액체 암모니아 라인과, 온수를 흘려 보낼 수 있는 온수 라인과, 기화기와, 기화기로 유입되는 온수의 유량을 조절하는 유량 조절 밸브와, 기체 암모니아를 가스 터빈으로 유도하는 기체 암모니아 라인을 구비한다. 기화기는, 액체 암모니아 라인의 단(端)에 접속되어 있다. 이 기화기는, 온수 라인으로부터의 온수와 액체 암모니아 라인으로부터의 액체 암모니아를 열교환시켜 액체 암모니아를 가열하여 기화시킨다.
기화기는, 암모니아가 흐르는 전열관과, 이 전열관을 덮음과 함께 온수가 일시적으로 저류되는 기화기 케이싱을 갖는다. 온수 라인은, 배열 회수 보일러 내에 배치되고, 온수와 배기 가스를 열교환시켜, 온수를 가열하는 온수 가열기와, 온수 가열기로 가열된 고온수를 기화기 케이싱 내로 유도하는 고온수 라인과, 기화기 케이싱과 온수 가열기를 접속하는 저온수 라인을 갖는다. 유량 조절 밸브는, 고온수 라인에 마련되어 있다.
이 연료 공급 설비에서는, 기화기 케이싱 내로 유입되는 온수의 유량을 유량 조절 밸브로 조절함으로써, 기화기 케이싱 내의 온수의 온도를 목표의 온도 범위 내로 유지한다. 그리고, 기화기 케이싱 내의 온수와 전열관 내를 흐르는 액체 암모니아를 열교환시키고 있다.
배열 회수 보일러 내를 흐르는 배기 가스의 온도는, 가스 터빈의 운전 상황의 변화에 따라 변화한다. 이 때문에, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 배기 가스의 온도가 변화하는 환경 하에서, 기화기 케이싱 내로 유입되는 온수의 유량을 변경해도, 액체 암모니아와 온수의 열교환량이 온수의 유량에 비례하지 않아, 이 열교환량의 제어가 어렵다. 따라서, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 필요로 하는 기체 암모니아의 생성량을 확보할 수 없는 경우가 있다고 생각된다.
따라서, 본 개시는, 가스 터빈이 필요로 하는 기체 암모니아의 생성량을 용이하게 얻을 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 양태로서의 가스 터빈 플랜트는,
연료를 연소시키고, 상기 연료의 연소로 생성된 연소 가스로 구동 가능한 가스 터빈과, 상기 가스 터빈으로부터의 배기 가스의 열을 이용하여 증기를 발생 가능한 배열 회수 보일러와, 상기 연료로서의 암모니아를 상기 가스 터빈에 공급 가능한 연료 공급 설비를 구비한다. 상기 연료 공급 설비는, 액체 암모니아를 저류 가능한 암모니아 탱크에 접속되어 있는 액체 암모니아 라인과, 온수를 흘려 보낼 수 있는 온수 라인과, 상기 액체 암모니아 라인의 단부에 접속되며, 상기 온수 라인으로부터의 상기 온수와 상기 액체 암모니아를 열교환시켜 상기 액체 암모니아를 가열하여 기화시킬 수 있는 기화기와, 상기 온수 라인 중의 온수와 매체를 열교환시킬 수 있는 열교환기와, 상기 온수와 상기 매체의 사이에서의 열교환량을 조절하여, 상기 기화기로 유입되는 온수의 온도를 조정할 수 있는 열교환량 조절기와, 상기 기화기로 기화된 암모니아인 기체 암모니아를 상기 가스 터빈으로 유도할 수 있는 기체 암모니아 라인을 갖는다. 상기 기화기는, 암모니아 입구와, 암모니아 출구와, 온수 입구와, 온수 출구를 갖는다. 상기 액체 암모니아 라인은, 상기 기화기의 암모니아 입구에 접속되어 있다. 상기 기체 암모니아 라인은, 상기 기화기의 상기 암모니아 출구에 접속되어 있다. 상기 온수 라인은, 상기 배열 회수 보일러 내에 배치되고, 온수와 상기 배기 가스를 열교환시켜, 온수를 가열하는 온수 가열기와, 상기 온수 가열기와 상기 기화기의 상기 온수 입구를 접속하는 고온수 라인을 갖는다. 상기 열교환기는, 상기 고온수 라인에 마련되어 있다.
본 양태에서는, 온수 가열기로 온수와 배기 가스의 열교환으로 가열된 온수가, 온도 조절된 후에, 기화기로 유입된다. 이 기화기에서는, 온도 조절된 온수와 액체 암모니아가 열교환되어, 암모니아가 기화된다. 그런데, 가스 터빈의 운전 상황의 변화에 따라 가스 터빈 출구의 배기 가스 온도가 변화하는 점에서, 가스 터빈의 운전 상황에 따라 배열 회수 보일러 내의 온수 가열기 입구의 온도가 변화한다. 이 때문에, 배기 가스의 온도가 변화하면, 온수 가열기로 가열된 온수의 온도도 변화한다. 그러나, 본 양태에서는, 상술한 바와 같이, 온수 가열기로 가열된 온수는, 온도 조절된 후에, 기화기로 유입된다. 따라서, 본 양태에서는, 배기 가스의 온도가 변화해도, 용이하게, 기화기로 유입된 액체 암모니아 모두를 기체 암모니아로 할 수 있다.
또, 가스 터빈이 필요로 하는 기체 암모니아의 양도, 가스 터빈의 운전 상황의 변화에 따라 변화한다. 본 양태에서는, 가스 터빈이 필요로 하는 기체 암모니아의 양이 변화해도, 기화기로 유입되는 온수의 온도를 변화시킴으로써, 용이하게, 기화기로 유입된 액체 암모니아 모두를 기체 암모니아로 할 수 있다.
따라서, 본 양태에서는, 가스 터빈의 운전 상황이 변화해도, 용이하게, 가스 터빈이 필요로 하는 기체 암모니아의 생성량을 얻을 수 있다. 또, 본 양태에서는, 가스 터빈의 운전 상황의 변화에 대한 기체 암모니아의 생성량의 응답성을 높일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 양태로서의 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법은,
연료를 연소시키고, 상기 연료의 연소로 생성된 연소 가스로 구동 가능한 가스 터빈과, 상기 가스 터빈으로부터의 배기 가스의 열을 이용하여 증기를 발생 가능한 배열 회수 보일러를 구비하는 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법에 있어서, 상기 배열 회수 보일러 내에 배치되어 있는 온수 가열기 내의 온수와 상기 배열 회수 보일러 내로서 상기 온수 가열기 외의 상기 배기 가스를 열교환시켜, 상기 온수를 가열하는 온수 가열 공정과, 상기 온수 가열 공정에서 가열된 상기 온수와 매체를 열교환시키는 열교환 공정과, 상기 온수 가열 공정에서 가열된 상기 온수와 상기 매체의 열교환량을 조절하는 열교환량 조절 공정과, 기화기 내에서, 상기 열교환량 조절 공정에 의하여 상기 매체와의 열교환량이 조절된 후의 상기 온수와 액체 암모니아를 저류하고 있는 암모니아 탱크로부터의 상기 액체 암모니아를 열교환시켜, 상기 액체 암모니아를 기화시키는 기화 공정과, 상기 기화 공정에서 기화된 암모니아인 기체 암모니아를 연료로서 상기 가스 터빈에 공급하는 연료 공급 공정을 실행한다. 상기 열교환량 조절 공정에서는, 상기 열교환 공정에서의, 상기 온수와 상기 매체의 열교환량을 조절함으로써, 상기 기화기로 유입되는 상기 온수의 온도를 조절한다.
본 양태에 있어서도, 상기 가스 터빈 플랜트의 일 양태와 동일하게, 가스 터빈의 운전 상황이 변화해도, 용이하게, 가스 터빈이 필요로 하는 기체 암모니아의 생성량을 얻을 수 있다. 또, 본 양태에서도, 가스 터빈의 운전 상황의 변화에 대한 기체 암모니아의 생성량의 응답성을 높일 수 있다.
본 개시의 일 양태에서는, 가스 터빈이 필요로 하는 기체 암모니아의 생성량을 얻을 수 있다.
도 1은 본 개시에 관한 제1 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
도 2는 본 개시에 관한 제1 실시형태에 있어서의 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 3은 본 개시에 관한 제1 실시형태에 있어서의 연료 유량과 목표 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 개시에 관한 제1 실시형태에 있어서의 연료 공급 방법의 수순을 나타내는 플로 차트이다.
도 5는 본 개시에 관한 제2 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
도 6은 본 개시에 관한 제2 실시형태에 있어서의 연료 공급 방법의 수순을 나타내는 플로 차트이다.
도 7은 본 개시에 관한 일 변형예에 있어서의 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 2는 본 개시에 관한 제1 실시형태에 있어서의 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 3은 본 개시에 관한 제1 실시형태에 있어서의 연료 유량과 목표 온도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 개시에 관한 제1 실시형태에 있어서의 연료 공급 방법의 수순을 나타내는 플로 차트이다.
도 5는 본 개시에 관한 제2 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
도 6은 본 개시에 관한 제2 실시형태에 있어서의 연료 공급 방법의 수순을 나타내는 플로 차트이다.
도 7은 본 개시에 관한 일 변형예에 있어서의 제어 장치의 기능 블록도이다.
이하, 본 개시에 관한 각종 실시형태 및 각종 변형예에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다.
[제1 실시형태]
이하, 본 개시에 관한 가스 터빈 플랜트의 제1 실시형태에 대하여, 도 1~도 4를 이용하여 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 플랜트는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈(10)과, 가스 터빈(10)으로부터의 배기 가스 중에 포함되는 NOx분을 분해하는 탈질 장치(20)와, 탈질 장치(20)로부터 유출된 배기 가스의 열을 이용하여 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러(21)와, 배열 회수 보일러(21)로부터의 배기 가스를 외부로 배기하는 굴뚝(22)과, 배열 회수 보일러(21)로부터의 증기로 구동하는 증기 터빈(23)과, 증기 터빈(23)으로부터의 증기를 물로 되돌리는 복수기(24)와, 복수기(24) 내의 물을 배열 회수 보일러(21)로 보내는 펌프(25)와, 가스 터빈(10)에 연료를 공급하는 연료 공급 설비(40)와, 제어 장치(60)를 구비한다. 따라서, 본 실시형태의 가스 터빈 플랜트는, 콤바인드 사이클 플랜트이다.
가스 터빈(10)은, 공기(A)를 압축하는 압축기(14)와, 압축기(14)로 압축된 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기(15)와, 고온 고압의 연소 가스에 의하여 구동되는 터빈(16)을 구비한다.
압축기(14)는, 로터축선(Ar)을 중심으로 하여 회전하는 압축기 로터(14r)와, 이 압축기 로터(14r)를 덮는 압축기 케이싱(14c)과, 이 압축기 케이싱(14c)의 흡입구에 마련되어 있는 흡기량 조절기(이하, IGV(inlet guide vane)로 한다)(14i)를 갖는다. IGV(14i)는, 제어 장치(60)로부터의 지시에 따라 압축기 케이싱(14c) 내로 흡입되는 공기의 유량을 조절한다. 터빈(16)은, 연소기(15)로부터의 연소 가스에 의하여, 로터축선(Ar)을 중심으로 하여 회전하는 터빈 로터(16r)와, 이 터빈 로터(16r)를 덮는 터빈 케이싱(16c)을 갖는다. 터빈 로터(16r)와 압축기 로터(14r)는, 동일한 로터축선(Ar)을 중심으로 하여 회전 가능하게 서로 연결되어, 가스 터빈 로터(11)를 이룬다. 이 가스 터빈 로터(11)에는, 예를 들면, 발전기의 로터가 접속되어 있다.
가스 터빈(10)은, 추가로, 중간 케이싱(12)을 구비한다. 중간 케이싱(12)은, 로터축선(Ar)이 뻗어 있는 방향에서, 압축기 케이싱(14c)과 터빈 케이싱(16c)의 사이에 배치되며, 압축기 케이싱(14c)과 터빈 케이싱(16c)을 연결한다. 이 중간 케이싱(12) 내에는, 압축기(14)로부터 토출된 압축 공기가 유입된다. 또, 이 중간 케이싱(12)에는, 연소기(15)가 고정되어 있다.
탈질 장치(20)에는, 암모니아가 공급된다. 이 탈질 장치(20)는, 이 암모니아를 이용하여, 가스 터빈(10)으로부터의 배기 가스 중에 포함되는 NOx를 질소와 수증기로 분해한다.
배열 회수 보일러(21)는, 탈질 장치(20)로부터의 배기 가스가 흐르는 보일러 케이싱(21c)과, 절탄기(21eco)와, 증발기(21eva)와, 과열기(21s)를 갖는다. 절탄기(21eco), 증발기(21eva) 및 과열기(21s)는, 보일러 케이싱(21c) 내를 흐르는 배기 가스의 흐름에 있어서의 하류 측으로부터 상류 측을 향하여, 절탄기(21eco), 증발기(21eva), 과열기(21s)의 순서로 배치되어 있다. 절탄기(21eco), 증발기(21eva) 및 과열기(21s)는, 보일러 케이싱(21c) 내를 흐르는 배기 가스와 물 또는 증기를 열교환시키는 전열관을 갖는다. 절탄기(21eco)는, 보일러 케이싱(21c) 내를 흐르는 배기 가스와 물을 열교환시켜, 물을 가열하여, 온수를 생성한다. 증발기(21eva)는, 보일러 케이싱(21c) 내를 흐르는 배기 가스와 절탄기(21eco)로부터의 온수를 열교환시켜, 온수를 가열하여, 증기를 생성한다. 과열기(21s)는, 보일러 케이싱(21c) 내를 흐르는 배기 가스와 증발기(21eva)로부터의 증기를 열교환시켜, 증기를 가열하여, 과열 증기를 생성한다.
배열 회수 보일러(21)의 절탄기(21eco)와 복수기(24)는, 급수 라인(26)으로 접속되어 있다. 이 급수 라인(26)에는, 복수기(24) 내의 물을 배열 회수 보일러(21)로 보내는 펌프(25)가 마련되어 있다. 배열 회수 보일러(21)의 과열기(21s)와 증기 터빈(23)은, 주 증기 라인(27)으로 접속되어 있다. 배열 회수 보일러(21)로부터의 과열 증기는, 주 증기 라인(27)을 통하여, 증기 터빈(23)으로 보내진다. 증기 터빈(23)의 로터에는, 예를 들면, 발전기의 로터가 접속되어 있다. 증기 터빈(23)으로부터 배기된 증기는, 복수기(24)에서 물로 되돌려진다.
탈질 장치(20)는, 예를 들면, 보일러 케이싱(21c) 내에서, 증발기(21eva) 주변의 위치에 배치되어 있다. 이 탈질 장치(20)에는, 암모니아가 공급된다. 이 탈질 장치(20)는, 이 암모니아를 이용하여, 가스 터빈(10)으로부터의 배기 가스 중에 포함되는 NOx를 질소와 수증기로 분해한다.
연료 공급 설비(40)는, 암모니아 탱크(41)와, 액체 암모니아 라인(42)과, 액체 암모니아 조절 밸브(43a)와, 연료 조절 밸브(43b)와, 암모니아 펌프(44)와, 기화기(45)와, 기체 암모니아 라인(46)과, 온수 라인(50)과, 온수 펌프(54)와, 열교환기(55)와, 열교환량 조절기(56)와, 매체 라인(58i)과, 매체 회수 라인(58o)과, 매체 유량 조절기(59)를 갖는다.
암모니아 탱크(41)에는, 액체 암모니아가 저류된다. 액체 암모니아 라인(42)의 일단(一端)은, 이 암모니아 탱크(41)에 접속되어 있다. 이 액체 암모니아 라인(42)에는, 암모니아 탱크(41)로부터의 액체 암모니아를 승압하는 암모니아 펌프(44)와, 액체 암모니아 라인(42)을 흐르는 액체 암모니아의 유량을 조절하는 액체 암모니아 조절 밸브(43a)가 마련되어 있다.
기화기(45)는, 온수와 액체 암모니아를 열교환시켜, 액체 암모니아를 가열하여 기화시키는 열교환기이다. 이 기화기(45)는, 온수가 흐르는 전열관(45p)과, 전열관(45p)을 덮음과 함께 액체 암모니아를 일시적으로 저류하는 기화기 케이싱(45c)을 갖는다. 전열관(45p)의 일단은, 온수 입구(45pi)를 이루고, 전열관(45p)의 타단(他端)은, 온수 출구(45po)를 이룬다. 기화기 케이싱(45c)은, 암모니아 입구(45ci)와, 암모니아 출구(45co)를 갖는다. 상술한 액체 암모니아 라인(42)의 타단은, 기화기(45)의 암모니아 입구(45ci)에 접속되어 있다. 기화기(45)의 암모니아 출구(45co)에는, 기체 암모니아 라인(46)의 일단이 접속되어 있다. 이 기체 암모니아 라인(46)의 타단은, 연소기(15)에 접속되어 있다. 이 기체 암모니아 라인(46)에는, 연소기(15)에 유입되는 연료로서의 기체 암모니아의 유량을 조절하는 연료 조절 밸브(43b)가 마련되어 있다.
온수 라인(50)은, 저온수 라인(51)과, 온수 가열기(52)와, 고온수 라인(53)을 갖는다. 온수 가열기(52)는, 보일러 케이싱(21c) 내에서, 절탄기(21eco)보다 배기 가스 흐름의 하류 측의 위치에 배치되어 있다. 저온수 라인(51)은, 기화기(45)의 온수 출구(45po)와 온수 가열기(52)를 접속한다. 이 저온수 라인(51)에는, 온수 펌프(54)가 마련되어 있다. 고온수 라인(53)은, 온수 가열기(52)와 기화기(45)의 온수 입구(45pi)를 접속하는 주 고온수 라인(53x)과, 주 고온수 라인(53x)으로부터 분기한 후에 주 고온수 라인(53x)에 접속되어 있는 분기 고온수 라인(53y)을 갖는다.
온수 라인(50) 및 기화기(45)의 전열관(45p)은, 온수가 순환하는 온수 순환 라인을 형성한다. 이 온수 순환 라인 내를 순환하는 온수의 유량은, 온수 펌프(54)에 의하여 관리되며, 거의 일정하다.
열교환기(55)는, 냉각수 등의 매체와 온수를 열교환시킨다. 이 열교환기(55)는, 매체가 흐르는 전열관(55p)과, 전열관(55p)을 덮음과 함께 온수를 일시적으로 저류하는 열교환기 케이싱(55c)을 갖는다. 전열관(55p)의 일단은, 매체 입구(55pi)를 이루고, 전열관(55p)의 타단은, 매체 출구(55po)를 이룬다. 매체 입구(55pi)에는, 매체 라인(58i)이 접속되어 있다. 이 매체 라인(58i)에는, 이곳을 흐르는 매체의 유량을 조절하는 매체 유량 조절기(59)가 마련되어 있다. 매체 출구(55po)에는, 매체 회수 라인(58o)이 접속되어 있다. 열교환기 케이싱(55c)은, 분기 고온수 라인(53y)에 마련되어 있다. 따라서, 열교환기 케이싱(55c) 내에는, 분기 고온수 라인(53y)으로부터의 고온수가 유입된다. 또한, 열교환기(55)에 유입되는 매체로서는, 하천수나 해수나 공업용수 등의 액체나, 공기 등의 기체여도 된다.
열교환량 조절기(56)는, 주 고온수 라인(53x) 중에서, 분기 고온수 라인(53y)의 분기 위치와 분기 고온수 라인(53y)의 접속 위치의 사이를 흐르는 온수의 유량과, 분기 고온수 라인(53y)을 흐르는 온수의 유량의 비를 조절하는 유량비 조절기로서의 3방 밸브(57)를 갖는다. 이 3방 밸브(57)는, 주 고온수 라인(53x)과 분기 고온수 라인(53y)의 접속 위치에 마련되어 있다. 또한, 유량비 조절기는, 3방 밸브(57)가 아니라, 주 고온수 라인(53x) 중에서, 분기 고온수 라인(53y)의 분기 위치와 분기 고온수 라인(53y)의 접속 위치의 사이에 마련되어 있는 주 고온수 조절 밸브와, 분기 고온수 라인(53y) 중에 마련되어 있는 분기 고온수 조절 밸브로 구성해도 된다.
주 고온수 라인(53x) 중에서 3방 밸브(57)와 기화기(45)의 사이에는, 이 사이를 흐르는 고온수의 온도를 검지하는 온도계(48)가 마련되어 있다. 기체 암모니아 라인(46)에는, 이 라인 내를 흐르는 기체 암모니아의 압력을 검지하는 압력계(49)가 마련되어 있다.
제어 장치(60)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 연료 유량 연산부(61)와, 연료 밸브 제어부(62)와, IGV 제어부(63)와, 온도 제어계(65)와, 압력 제어계(70)를 갖는다.
연료 유량 연산부(61)는, 외부로부터의 가스 터빈(10)에 대한 요구 출력(PWr)을 접수한다. 연료 유량 연산부(61)는, 이 요구 출력(PWr)에 따른 연료 유량을 구하여, 이 연료 유량을 나타내는 연료 유량 지령(Fro)을 출력한다. 이 연료 유량 연산부(61)가 구하는 연료 유량은, 요구 출력(PWr)에 대하여 양의 상관성을 갖는다. 즉, 요구 출력(PWr)이 커지면, 이 연료 유량 연산부(61)가 구하는 연료 유량도 많아진다.
연료 밸브 제어부(62)는, 연료 유량 지령(Fro)에 따라 연료 조절 밸브(43b)의 개도 제어를 행한다. IGV 제어부(63)는, 연료 유량 지령(Fro)에 따라 IGV(14i)의 개도 제어를 행한다. 구체적으로, IGV 제어부(63)는, 연료 유량 지령(Fro)이 나타내는 연료 유량에 대하여 IGV 개도가 양의 상관성을 갖도록, IGV 개도를 제어한다. 또한, 액체 암모니아 조절 밸브(43a)는, 기화기 케이싱(45c) 내에 있어서의 액체 암모니아의 양에 따라, 밸브 개도가 변화한다. 구체적으로, 기화기 케이싱(45c) 내에 있어서의 액체 암모니아의 양이 감소하면, 이 액체 암모니아를 보충하도록, 액체 암모니아 조절 밸브(43a)가 개방된다.
온도 제어계(65)는, 목표 온도 연산기(66)와, 온도 편차 연산기(67)와, PI 제어기(68)를 갖는다.
목표 온도 연산기(66)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 연료 유량 지령(Fro)이 나타내는 연료 유량과 온수의 목표 온도의 관계를 나타내는 함수(F1)를 갖고 있다. 이 함수(F1)는, 연료 유량이 많아지면 목표 온도가 높아지는 관계를 나타낸다. 목표 온도 연산기(66)는, 이 함수(F1)를 이용하여, 연료 유량 지령(Fro)이 나타내는 연료 유량에 대한 온수의 목표 온도를 구한다.
온도 편차 연산기(67)는, 목표 온도와 온도계(48)로 검지된 온도의 편차(ΔT)를 구한다. 구체적으로, 온도 편차 연산기(67)는, 목표 온도로부터 온도계(48)로 검지된 온도를 감산하여, 이 값을 온도 편차(ΔT)로서 출력한다. PI 제어기(68)는, 온도 편차(ΔT)에 따른 비례·적분 동작분의 개도 보정량을 구하고, 이 개도 보정량에 따른 밸브 지령을 3방 밸브(57)에 출력한다.
압력 제어계(70)는, 압력 보정 모드 버튼(71), 하한값 기억기(72a), 상한값 기억기(72b), 하한 편차 연산기(73a), 상한 편차 연산기(73b), 하한 편차 판단기(74a), 상한 편차 판단기(74b), 하한 보정 지시기(75a), 상한 보정 지시기(75b), 하한 보정값 연산기(77a), 상한 보정값 연산기(77b), 제1 전환기(78a), 제2 전환기(78b), 제1 가산기(79a), 제2 가산기(79b), PI 제어기(68)를 갖는다. 압력 제어계(70)와 온도 제어계(65)는, 이 PI 제어기(68)를 공유한다. 또한, 압력 제어계(70)가 갖는 이상의 각 요소의 기능 등에 대해서는, 이 압력 제어계(70)의 동작을 설명하는 과정에서 설명한다.
이상에서 설명한 제어 장치(60)는, 컴퓨터이다. 이 제어 장치(60)는, 하드웨어적으로는, 각종 연산을 행하는 CPU(Central Processing Unit)와, CPU의 워크 에어리어가 되는 메모리 등의 주 기억 장치와, 하드 디스크 드라이브 장치 등의 보조 기억 장치와, 키보드나 마우스 등의 입력 장치와, 표시 장치를 갖는다. 연료 유량 연산부(61), 연료 밸브 제어부(62), IGV 제어부(63), 온도 제어계(65)와, 압력 제어계(70) 등의 제어 장치(60)에 있어서의 각 기능부는, 예를 들면, 보조 기억 장치에 기억된 제어 프로그램을 CPU가 실행함으로써, 기능한다.
다음으로, 도 4에 나타내는 플로 차트에 따라, 이상에서 설명한 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 연료 공급 방법에서는, 온수 가열 공정(S1), 열교환량 조절 공정(S2), 열교환 공정(S3), 온도 제어 공정(S4), 기화 공정(S6), 저온수 회수 공정(S7), 연료 공급 공정(S8)을 실행한다. 또, 이 연료 공급 방법에서는, 오퍼레이터로부터의 요구에 따라, 압력 제어 공정(S5)도 실행한다.
온수 가열 공정(S1)에서는, 보일러 케이싱(21c) 내에 배치되어 있는 온수 가열기(52) 내의 온수와 보일러 케이싱(21c) 내이며 온수 가열기(52) 외의 배기 가스를 열교환시켜, 온수를 가열한다. 이 온수 가열 공정(S1)에서는, 예를 들면, 약 60℃의 온수(저온수)를 약 90℃의 온수(고온수)로 한다. 이 고온수는, 온수 가열기(52)로부터 주 고온수 라인(53x)으로 유입된다.
열교환량 조절 공정(S2)에서는, 온수 가열기(52)로부터의 고온수와 열교환기(55)로 유입되는 매체의 열교환량을 조절하여, 기화기(45)로 유입되는 고온수의 온도를 조절한다. 이 열교환량 조절 공정(S2)은, 분류 공정(S2a)과, 유량비 조절 공정(S2b)을 포함한다. 열교환량 조절 공정(S2)의 분류 공정(S2a)에서는, 주 고온수 라인(53x)을 흘러 온 고온수의 일부를 분기 고온수 라인(53y)에 흘려 보내는 한편, 남은 고온수를 주 고온수 라인(53x) 중에서 분기 고온수 라인(53y)과의 분기 위치보다 하류 측으로 흘려 보낸다. 즉, 이 분류 공정(S2a)에서는, 주 고온수 라인(53x)을 흘러 온 고온수를, 분기 고온수 라인(53y)을 흐르는 분기 고온수와, 주 고온수 라인(53x)을 흐르는 주 고온수로 분류한다. 또한, 열교환량 조절 공정(S2)의 유량비 조절 공정(S2b)에 대해서는, 후술한다.
열교환 공정(S3)에서는, 분기 고온수 라인(53y) 중에 마련되어 있는 열교환기(55)로, 분기 고온수와 열교환기(55)로 유입되는 매체를 열교환시킨다. 여기에서, 열교환기(55)로 유입되는 매체가, 상술한 바와 같이, 냉각수인 경우, 분기 고온수의 온도는 저하된다.
온도 제어 공정(S4)에서는, 가스 터빈(10)의 요구 출력(PWr)을 접수하고, 요구 출력(PWr)에 따라, 열교환량 조절 공정(S2)에서의 열교환량을 제어한다. 제어 장치(60)의 온도 제어계(65)는, 이 온도 제어 공정(S4)을 실행한다.
여기에서, 제어 장치(60)의 동작에 대하여, 도 2를 참조하여, 설명한다.
제어 장치(60)의 연료 유량 연산부(61)는, 상술한 바와 같이, 외부로부터의 가스 터빈(10)에 대한 요구 출력(PWr)을 접수한다. 연료 유량 연산부(61)는, 이 요구 출력(PWr)에 따른 연료 유량을 구하여, 이 연료 유량을 나타내는 연료 유량 지령(Fro)을 출력한다. 또한, 여기에서의 유량은, 질량 유량이다.
연료 밸브 제어부(62)는, 연료 조절 밸브(43b)를 통과하는 연료의 질량 유량이, 연료 유량 지령(Fro)이 나타내는 연료 유량이 되도록, 연료 조절 밸브(43b)의 개도를 제어한다. 이 결과, 기체 암모니아 라인(46)으로부터 연소기(15)로 유입되는 연료로서의 암모니아의 질량 유량은, 연료 유량 지령(Fro)이 나타내는 연료 유량이 된다. IGV 제어부(63)는, 압축기 케이싱(14c) 내로 유입되는 공기의 유량이, 연료 유량 지령(Fro)이 나타내는 연료 유량에 대응한 유량이 되도록, IGV 개도를 제어한다.
온도 제어계(65)의 목표 온도 연산기(66)는, 상술한 바와 같이, 함수(F1)를 이용하여, 연료 유량 지령(Fro)이 나타내는 연료 유량에 대한 온수의 목표 온도를 구한다. 온도 제어계(65)의 온도 편차 연산기(67)는, 목표 온도로부터 온도계(48)로 검지된 온도를 감산하여, 이 값을 온도 편차(ΔT)로서 출력한다.
온도 제어계(65)의 PI 제어기(68)는, 온도 편차(ΔT)에 따른 비례·적분 동작분의 개도 보정량을 구하고, 이 개도 보정량에 따른 동작량을 밸브 지령으로서 3방 밸브(57)에 출력한다.
이상에서 설명한 온도 제어계(65)의 동작으로, 3방 밸브(57)의 동작이 제어됨으로써, 열교환량 조절 공정(S2)에서의 열교환량이 조절된다.
압력 제어 공정(S5)은, 상술한 바와 같이, 오퍼레이터 등이 압력 보정을 희망하는 경우에 실행된다. 제어 장치(60)의 압력 제어계(70)는, 이 압력 제어 공정(S5)을 실행한다.
압력 제어계(70)의 압력 보정 모드 버튼(71)은, 오퍼레이터 등이 압력 보정을 희망하는지 아닌지를 접수한다. 오퍼레이터 등이 압력 보정을 희망하여, 압력 보정 모드 버튼(71)을 누르면, 이 압력 보정 모드 버튼(71)이 ON 신호를 출력하여, 제어 장치(60)가 압력 보정 모드가 된다.
하한값 기억기(72a)에는, 연소기(15)로 유입되는 연료(기체 암모니아)의 압력 하한값(Pa)이 기억되어 있다. 상한값 기억기(72b)에는, 연소기(15)로 유입되는 연료(기체 암모니아)의 압력 상한값(Pb)이 기억되어 있다.
압력 제어계(70)의 하한 편차 연산기(73a)는, 압력 하한값(Pa)과 압력계(49)로 검지된 압력의 편차(ΔPat)를 구한다. 구체적으로, 하한 편차 연산기(73a)는, 압력 하한값(Pa)으로부터 압력계(49)로 검지된 압력을 감산하여, 이 값을 하한 편차(ΔPat)로서 출력한다. 압력 제어계(70)의 상한 편차 연산기(73b)는, 압력 상한값(Pb)과 압력계(49)로 검지된 압력의 편차(ΔPbt)를 구한다. 구체적으로, 상한 편차 연산기(73b)는, 압력 상한값(Pb)으로부터 압력계(49)로 검지된 압력을 감산하여, 이 값을 상한 편차(ΔPbt)로서 출력한다.
압력 제어계(70)의 하한 편차 판단기(74a)는, 하한 편차(ΔPat)가 양의 값인지 아닌지, 바꾸어 말하면, 압력계(49)로 검지된 압력이 압력 하한값(Pa)보다 작은지 아닌지를 판단하여, 그 취지를 출력한다. 압력 제어계(70)의 상한 편차 판단기(74b)는, 상한 편차(ΔPbt)가 음의 값인지 아닌지, 바꾸어 말하면, 압력계(49)로 검지된 압력이 압력 상한값(Pb)보다 큰지 아닌지를 판단하여, 그 취지를 출력한다.
압력 제어계(70)의 하한 보정 지시기(75a)는, 하한 편차(ΔPat)가 양의 값이고 또한 압력 보정 모드 버튼(71)으로부터의 ON 신호를 수신하면, 압력 하한값(Pa)에 근거하는 온도 보정을 실행하는 취지를 나타내는 ONa 신호를 출력한다. 한편, 하한 보정 지시기(75a)는, 하한 편차(ΔPat)가 양의 값이 아니거나 또는 압력 보정 모드 버튼(71)으로부터의 ON 신호를 수신하고 있지 않은 경우, 압력 하한값(Pa)에 근거하는 온도 보정을 실행하지 않는 취지를 나타내는 OFFa 신호를 출력한다. 압력 제어계(70)의 상한 보정 지시기(75b)는, 상한 편차(ΔPbt)가 음의 값이고 또한 압력 보정 모드 버튼(71)으로부터의 ON 신호를 수신하면, 압력 상한값(Pb)에 근거하는 온도 보정을 실행하는 취지를 나타내는 ONb 신호를 출력한다. 한편, 상한 보정 지시기(75b)는, 상한 편차(ΔPbt)가 음의 값이 아니거나 또는 압력 보정 모드 버튼(71)으로부터의 ON 신호를 수신하고 있지 않은 경우, 압력 상한값(Pb)에 근거하는 온도 보정을 실행하지 않는 취지를 나타내는 OFFb 신호를 출력한다.
압력 제어계(70)의 하한 보정값 연산기(77a)에는, 연료 유량 지령(Fro)과 하한 편차(ΔPat)가 입력된다. 하한 보정값 연산기(77a)는, 이하에 나타내는 함수(Fa)를 이용하여, 연료 유량 지령(Fro)이 나타내는 연료 유량(Fr)과 하한 편차(ΔPat)(>0)에 따른 하한 보정값(Ca)을 구한다. 이 하한 보정값(Ca)은, 압력 하한값(Pa)에 근거하는 온도의 보정값이다. 또, 이 하한 보정값(Ca)은, 양의 값이다.
Fa:Ca=k×ΔPat/Fr
또한, 상기 식에 있어서, k는, 보정 계수이다.
압력 제어계(70)의 상한 보정값 연산기(77b)에는, 연료 유량 지령(Fro)과 상한 편차(ΔPbt)가 입력된다. 상한 보정값 연산기(77b)는, 이하에 나타내는 함수(Fb)를 이용하여, 연료 유량 지령(Fro)이 나타내는 연료 유량(Fr)과 상한 편차(ΔPbt)(<0)에 따른 상한 보정값(Cb)을 구한다. 이 상한 보정값(Cb)은, 압력 상한값(Pb)에 근거하는 온도의 보정값이다. 또, 이 상한 보정값(Cb)은, 음의 값이다.
Fb:Cb=k×ΔPbt/Fr
또한, 상기 식에 있어서, k는, 보정 계수이다.
압력 제어계(70)의 제1 전환기(78a)는, 하한 보정 지시기(75a)로부터 ONa 신호를 수신하면, 하한 보정값 연산기(77a)가 구한 하한 보정값(Ca)을 출력한다. 한편, 제1 전환기(78a)는, 하한 보정 지시기(75a)로부터 ONa 신호를 수신하지 않는 경우, 하한 보정값으로서 0을 출력한다. 압력 제어계(70)의 제2 전환기(78b)는, 상한 보정 지시기(75b)로부터 ONb 신호를 수신하면, 상한 보정값 연산기(77b)가 구한 상한 보정값(Cb)을 출력한다. 한편, 제2 전환기(78b)는, 상한 보정 지시기(75b)로부터 ONb 신호를 수신하지 않는 경우, 상한 보정값으로서 0을 출력한다.
압력 제어계(70)의 제1 가산기(79a)는, 온도 편차 연산기(67)가 구한 온도 편차(ΔT)에 하한 보정값(Ca)을 더한다. 압력 제어계(70)의 제2 가산기(79b)는, 온도 편차 연산기(67)가 구한 온도 편차(ΔT)에 상한 보정값(Cb)을 더한다.
압력 제어계(70)의 PI 제어기(68)는, (온도 편차(ΔT)+하한 보정값(Ca)) 또는 (온도 편차(ΔT)+상한 보정값(Cb))에 따른 비례·적분 동작분의 개도 보정량을 구하고, 이 개도 보정량에 따른 밸브 지령을 3방 밸브(57)에 출력한다.
이상에서 설명한 온도 제어계(65)의 동작으로, 3방 밸브(57)의 동작이 제어됨으로써, 가스 터빈(10)으로 유입되는 기체 암모니아의 압력이 미리 정해진 압력 범위 내에 들어가도록, 열교환량 조절 공정(S2)에서의 열교환량이 제어된다.
열교환량 조절 공정(S2)의 유량비 조절 공정(S2b)은, 열교환량 조절기(56)인 3방 밸브(57)가 실행한다. 3방 밸브(57)는, 온도 제어계(65)로부터의 지시에 따라, 주 고온수의 유량과, 열교환 공정(S3)에서의 열교환 후의 분기 고온수의 유량의 비를 조절하여, 주 고온수와, 열교환 공정(S3)에서의 열교환 후의 분기 고온수를 합류시킨다. 이 결과, 합류 후의 고온수는, 기화기(45)로 액체 암모니아를 기화시키기 위하여 충분한 온도로 조절된다. 본 실시형태에 있어서, 암모니아 펌프(44)에 의하여 승압된 액체 암모니아의 비점(沸点)은, 60℃ 미만이다. 이 때문에, 본 실시형태에 있어서, 기화기(45)로 유입되는 온수의 온도는, 90℃~60℃ 정도로 조절된다.
또, 3방 밸브(57)는, 압력 제어계(70)로부터의 지시를 받은 경우도, 이 지시에 따라, 주 고온수의 유량과, 열교환 공정(S3)에서의 열교환 후의 분기 고온수의 유량비를 조절하여, 주 고온수와, 열교환 공정(S3)에서의 열교환 후의 분기 고온수를 합류시킨다. 이 결과, 합류 후의 고온수는, 기화기(45)로 액체 암모니아를 기화시키기 위하여 충분한 온도로, 또한, 가스 터빈(10)으로 유입되는 기체 암모니아의 압력이 미리 정해진 압력 범위 내에 들어가도록 조절된다.
기화 공정(S6)에서는, 기화기(45) 내에서, 열교환량 조절 공정(S2)에 의하여 매체와의 열교환량이 조절된 후의 온수와 액체 암모니아를 열교환시켜, 액체 암모니아를 기화시킨다.
저온수 회수 공정(S7)에서는, 기화기(45)에서, 액체 암모니아와의 열교환으로 냉각된 온수를, 저온수 라인(51)을 통하여, 온수 가열기(52) 내로 되돌린다. 온수 가열기(52) 내로 되돌아간 온수는, 여기에서 배기 가스에 의하여 가열된다. 즉, 이 온수 가열기(52)에서, 상술한 온수 가열 공정(S1)이 실행된다.
연료 공급 공정(S8)에서는, 기화기(45)로 기화된 암모니아인 기체 암모니아를, 기체 암모니아 라인(46)을 통하여, 가스 터빈(10)의 연소기(15)에 공급한다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 온수 가열기(52)로 온수와 배기 가스의 열교환으로 가열된 온수가, 온도 조절된 후에, 기화기(45)로 유입된다. 이 기화기(45)에서는, 온도 조절된 온수와 액체 암모니아가 열교환되어, 암모니아가 기화된다. 그런데, 배열 회수 보일러(21) 내를 흐르는 배기 가스의 온도는, 가스 터빈(10)의 운전 상황의 변화에 따라 변화한다. 이 때문에, 배기 가스의 온도가 변화하면, 온수 가열기(52)로 가열된 온수의 온도도 변화한다. 그러나, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 온수 가열기(52)로 가열된 온수는, 온도 조절된 후에, 기화기(45)로 유입된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 배기 가스의 온도가 변화해도, 용이하고 또한 확실하게, 기화기(45)로 유입된 액체 암모니아 모두를 기체 암모니아로 할 수 있다.
또, 가스 터빈(10)이 필요로 하는 기체 암모니아의 양도, 가스 터빈(10)의 운전 상황의 변화에 따라 변화한다. 본 실시형태에서는, 가스 터빈(10)이 필요로 하는 기체 암모니아의 양이 변화해도, 기화기(45)로 유입되는 온수의 온도를 변화시킴으로써, 용이하고 또한 확실하게, 기화기(45)로 유입된 액체 암모니아 모두를 기체 암모니아로 할 수 있다.
따라서, 본 실시형태에서는, 가스 터빈(10)의 운전 상황이 변화해도, 용이하고 또한 확실하게, 가스 터빈(10)이 필요로 하는 기체 암모니아의 생성량을 얻을 수 있다. 또, 본 실시형태에서는, 가스 터빈(10)의 운전 상황의 변화에 대한 기체 암모니아의 생성량의 응답성을 높일 수 있다.
상술한 바와 같이, 가스 터빈(10)의 요구 출력(PWr)의 변화에 따라, 가스 터빈(10)에 공급되는 연료의 유량이 변화한다. 이 경우, 연료 유량의 변화에 따라, 기화기(45)에 있어서의 연료와 온수의 열교환량이 변화한다. 만일, 이 열교환량의 변화 결과에 따라, 온수의 온도를 조절하면, 요구 출력(PWr)이 변화하고 나서, 기체 암모니아의 생성량을 확보할 때까지의 시간이 걸린다. 본 실시형태에서는, 요구 출력(PWr)에 따라 열교환량 조절기(56)의 동작량을 정하므로, 요구 출력(PWr)이 변화하고 나서, 기체 암모니아의 생성량을 확보할 때까지의 시간을 짧게 할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 이상의 관점에서도, 요구 출력(PWr)의 변화에 대한 기체 암모니아의 생성량의 응답성을 높일 수 있다.
가스 터빈(10)으로 유입되는 기체 암모니아의 압력은, 미리 정해진 압력 범위 내가 아니면, 가스 터빈(10) 내에서 기체 암모니아를 안정 연소시킬 수 없다. 본 실시형태에서는, 압력 제어계(70)에 의하여, 가스 터빈(10)으로 유입되는 기체 암모니아의 압력이 미리 정해진 압력 범위 내에 들어가도록 제어된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 가스 터빈(10) 내에서 기체 암모니아를 안정 연소시킬 수 있다.
여기에서, 기화기(45)의 전열관(45p) 내로 액체 암모니아가 유입되고, 전열관(45p)을 덮는 기화기 케이싱(45c) 내로 온수가 유입되는 경우에 대하여 고찰한다. 이 경우, 전열관(45p) 내에서 액체 암모니아가 기체 암모니아가 되어, 전열관(45p) 내의 일부에 기체 암모니아가 체류하게 된다. 이 때문에, 전열관(45p)의 총 전열 면적에 대하여, 액체 암모니아와 온수의 열교환에 유효한 전열 면적이 작아진다. 게다가, 이 경우, 기체 암모니아의 생성량의 변화에 대하여, 액체 암모니아와 온수의 열교환에 유효한 전열 면적도 변화한다. 따라서, 이 경우에서는, 액체 암모니아와 온수의 열교환량의 제어가 어려워, 필요로 하는 기체 암모니아의 생성량을 확보할 수 없는 경우가 있다.
한편, 본 실시형태에서는, 기화기(45)의 전열관(45p) 내로 온수가 유입되고, 전열관(45p)을 덮는 기화기 케이싱(45c) 내로 액체 암모니아가 유입된다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 전열관(45p)의 외면에 접촉한 액체 암모니아는, 기화하면, 전열관(45p)의 외면으로부터 멀어질 수 있다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 전열관(45p)의 총 전열 면적에 대하여, 액체 암모니아와 온수의 열교환에 유효한 전열 면적을 앞의 경우보다 크게 할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 기체 암모니아의 생성량의 변화에 대하여, 액체 암모니아와 온수의 열교환에 유효한 전열 면적은 실질적으로 변화하지 않는다. 따라서, 본 실시형태에서는, 이 관점으로부터도, 액체 암모니아와 온수의 열교환량의 제어가 용이하며, 필요로 하는 기체 암모니아의 생성량을 용이하고 또한 확실하게 얻을 수 있다.
보일러 케이싱(21c) 내에서는, 배기 가스의 흐름의 하류 측에 향함에 따라, 배기 가스의 온도가 낮아진다. 본 실시형태에서는, 온수 가열기(52)가, 보일러 케이싱(21c) 내에서, 복수의 전열관 중에서, 가장 하류 측의 전열관인 절탄기(21eco)보다, 하류 측에 배치되어 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 온도가 낮아진 배기 가스의 열을 온수 가열기(52)에서 유효 이용할 수 있다.
[제2 실시형태]
다음으로, 본 개시에 관한 가스 터빈 플랜트의 제2 실시형태에 대하여, 도 5 및 도 6을 이용하여 설명한다.
본 실시형태의 가스 터빈 플랜트도, 제1 실시형태의 가스 터빈 플랜트와 동일하게, 도 5에 나타내는 바와 같이, 가스 터빈(10)과, 탈질 장치(20)와, 배열 회수 보일러(21)와, 굴뚝(22)과, 증기 터빈(23)과, 복수기(24)와, 펌프(25)와, 제어 장치(60)를 구비한다. 또한, 본 실시형태의 가스 터빈 플랜트는, 제1 실시형태의 연료 공급 설비(40)와 상이한 연료 공급 설비(40a)를 구비한다.
본 실시형태의 연료 공급 설비(40a)는, 제1 실시형태의 연료 공급 설비(40)와 동일하게, 암모니아 탱크(41)와, 액체 암모니아 라인(42)과, 액체 암모니아 조절 밸브(43a)와, 연료 조절 밸브(43b)와, 암모니아 펌프(44)와, 기화기(45)와, 기체 암모니아 라인(46)과, 온수 펌프(54)와, 열교환기(55)와, 매체 라인(58i)과, 매체 회수 라인(58o)과, 매체 유량 조절기(59)를 갖는다. 또한, 본 실시형태의 연료 공급 설비(40a)는, 제1 실시형태의 온수 라인(50)과 상이한 온수 라인(50a)과, 제1 실시형태의 열교환량 조절기(56)와 상이한 열교환량 조절기(56a)를 갖는다.
본 실시형태의 온수 라인(50a)은, 제1 실시형태의 온수 라인(50)과 동일하게, 저온수 라인(51)과, 온수 가열기(52)를 갖는다. 또한, 본 실시형태의 온수 라인(50a)은, 제1 실시형태의 고온수 라인(53)과 상이한 고온수 라인(53a)을 갖는다. 제1 실시형태의 고온수 라인(53)은, 분기 고온수 라인(53y)을 갖지만, 본 실시형태의 고온수 라인(53a)은, 이 분기 고온수 라인(53y)을 갖지 않는다.
본 실시형태의 열교환기(55)는, 이 고온수 라인(53a)에 마련되어 있다. 이 때문에, 온수 가열기(52)로부터의 고온수 모두는, 고온수 라인(53a)을 통하여, 열교환기(55)로 유입된다. 이 열교환기(55)에 접속되어 있는 매체 라인(58i)에는, 제1 실시형태와 동일하게, 매체 유량 조절기(59)가 마련되어 있다. 본 실시형태의 열교환량 조절기(56a)는, 이 매체 유량 조절기(59)를 갖는다.
본 실시형태의 제어 장치(60)는, 온수의 온도를 조절함에 있어서, 이 매체 유량 조절기(59)의 동작을 제어한다.
다음으로, 도 6에 나타내는 플로 차트에 따라, 본 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 연료 공급 방법에서는, 제1 실시형태의 연료 공급 방법과 동일하게, 온수 가열 공정(S1), 열교환 공정(S3), 압력 제어 공정(S5), 온도 제어 공정(S4), 기화 공정(S6), 저온수 회수 공정(S7), 연료 공급 공정(S8)을 실행한다. 또, 본 실시형태의 연료 공급 방법에서도, 제1 실시형태의 연료 공급 방법과 동일하게, 오퍼레이터로부터의 요구에 따라, 압력 제어 공정(S5)도 실행한다. 또한, 본 실시형태의 연료 공급 방법에서는, 제1 실시형태의 열교환량 조절 공정(S2)과 상이한 열교환량 조절 공정(S2X)을 실행한다.
본 실시형태의 열교환량 조절 공정(S2X)에서도, 제1 실시형태의 열교환량 조절 공정(S2)과 동일하게, 온수 가열기(52)로부터의 고온수와 열교환기(55)로 유입되는 매체의 열교환량을 조절하여, 기화기(45)로 유입되는 고온수의 온도를 조절한다. 단, 본 실시형태의 열교환량 조절 공정(S2X)에 있어서의 열교환량의 조절 방법이, 제1 실시형태에 있어서의 열교환량 조절 공정(S2)에 있어서의 열교환량의 조절 방법과 상이하다. 본 실시형태의 열교환량 조절 공정(S2X)은, 매체 유량 조절 공정(S2c)을 포함한다.
매체 유량 조절 공정(S2c)에서는, 제어 장치(60)의 온도 제어계(65) 또는 압력 제어계(70)로부터의 지시에 근거하여, 열교환량 조절기(56a)로서의 매체 유량 조절기(59)가 동작한다. 이 결과, 열교환기(55)로 유입되는 매체의 유량이 조절된다. 이 결과, 열교환기(55)에 있어서의 매체와 고온수의 열교환량이 조절되어, 기화기(45)로 유입되는 고온수의 온도가 조절된다.
또한, 본 실시형태에 있어서의 온도 제어계(65)의 PI 제어기(68)는, 온도 편차(ΔT)에 따른 비례·적분 동작분의 개도 보정량을 구하고, 이 개도 보정량에 따른 동작량을 매체 유량 조절기(59)에 출력한다. 또, 본 실시형태에 있어서의 압력 제어계(70)의 PI 제어기(68)는, (온도 편차(ΔT)+하한 보정값(Ca)) 또는 (온도 편차(ΔT)+상한 보정값(Cb))에 따른 비례·적분 동작분의 개도 보정량을 구하고, 이 개도 보정량에 따른 동작량을 매체 유량 조절기(59)에 출력한다.
이와 같이, 온도 제어계(65) 또는 압력 제어계(70)의 동작으로, 매체 유량 조절기(59)의 동작이 제어됨으로써, 열교환량 조절 공정(S2X)에서의 열교환량이 제어된다.
이상과 같이, 본 실시형태에서도, 온수 가열기(52)로 가열된 온수는, 온도 조절된 후에, 기화기(45)로 유입되므로, 가스 터빈(10)의 운전 상황이 변화해도, 용이하게, 가스 터빈(10)이 필요로 하는 기체 암모니아의 생성량을 얻을 수 있다. 또, 본 실시형태에서는, 가스 터빈(10)의 운전 상황의 변화에 대한 기체 암모니아의 생성량의 응답성을 높일 수 있다.
또, 본 실시형태의 고온수 라인(53a)은, 분기 고온수 라인(53y)을 갖고 있지 않으므로, 제1 실시형태의 가스 터빈 플랜트보다, 라인 구성이 간략화되어, 설비 코스트를 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시형태의 열교환량 조절기(56)는, 3방 밸브(57) 외에, 본 실시형태와 동일하게, 매체 유량 조절기(59)를 가져도 된다.
[제어 장치의 변형예]
다음으로, 이상에서 설명한 제어 장치의 변형예에 대하여, 도 7을 이용하여 설명한다. 이상의 각 실시형태의 제어 장치(60)에서는, 압력 보정 모드로 설정할 수 있다. 본 변형예의 제어 장치(60a)에서는, 이 압력 보정 모드 외에, 압력 하한값 제어 모드 및 압력 상한값 제어 모드로도 설정할 수 있다.
본 변형예의 제어 장치(60a)는, 이상의 각 실시형태의 제어 장치(60)와 동일하게, 연료 유량 연산부(61)와, 연료 밸브 제어부(62)와, IGV 제어부(63)를 갖는다. 또한, 본 변형예의 제어 장치(60a)는, 이상의 각 실시형태의 온도 제어계(65)와 상이한 온도 제어계(65a)와, 이상의 각 실시형태의 압력 제어계(70)와 상이한 압력 제어계(70a)를 갖는다.
본 변형예의 온도 제어계(65a)는, 이상의 각 실시형태의 온도 제어계(65)와 동일하게, 목표 온도 연산기(66)와, 온도 편차 연산기(67)를 갖는다. 또한, 본 변형예의 온도 제어계(65a)는, 이상의 각 실시형태의 PI 제어기(68)와 동일한 기능을 갖는 PI 제어/전환기(68a)를 갖는다.
본 변형예의 온도 제어계(65a)는, 이상의 각 실시형태의 온도 제어계(65)와 동일하게, 목표 온도와 온도계(48)로 검지된 온도의 편차 온도(ΔT)에 따른 비례·적분 동작분의 개도 보정량을 구하고, 이 개도 보정량에 따른 동작량을 열교환량 조절기(56, 56a)로서의 3방 밸브(57) 또는 매체 유량 조절기(59)에 출력한다.
본 변형예의 압력 제어계(70a)는, 이상의 각 실시형태의 압력 제어계(70)와 동일하게, 압력 보정 모드 버튼(71), 하한값 기억기(72a), 상한값 기억기(72b), 하한 편차 연산기(73a), 상한 편차 연산기(73b), 하한 편차 판단기(74a), 상한 편차 판단기(74b), 하한 보정 지시기(75a), 상한 보정 지시기(75b), 하한 보정값 연산기(77a), 상한 보정값 연산기(77b), 제1 전환기(78a), 제2 전환기(78b), 제1 가산기(79a), 제2 가산기(79b)를 갖는다. 본 변형예의 압력 제어계(70a)는, 또한, PI 제어/전환기(68a)를 갖는다. 압력 제어계(70a)와 온도 제어계(65a)는, 이 PI 제어/전환기(68a)를 공유한다.
본 변형예의 압력 제어계(70a)는, 또한, 하한 제어 모드 버튼(71a)과, 상한 제어 모드 버튼(71b)과, 하한 제어 지시기(76a)와, 상한 제어 지시기(76b)를 갖는다.
하한 제어 모드 버튼(71a)은, 오퍼레이터 등이 압력 하한값 제어를 희망하는지 아닌지를 접수한다. 오퍼레이터 등이 압력 하한값 제어를 희망하여, 하한 제어 모드 버튼(71a)을 누르면, 이 하한 제어 모드 버튼(71a)이 ON 신호를 출력하여, 제어 장치(60a)가 압력 하한값 제어 모드가 된다. 상한 제어 모드 버튼(71b)은, 오퍼레이터 등이 압력 상한값 제어를 희망하는지 아닌지를 접수한다. 오퍼레이터 등이 압력 상한값 제어를 희망하여, 상한 제어 모드 버튼(71b)을 누르면, 이 상한 제어 모드 버튼(71b)이 ON 신호를 출력하여, 제어 장치(60a)가 압력 상한값 제어 모드가 된다.
하한 제어 지시기(76a)는, 하한 편차 연산기(73a)가 구한 하한 편차(ΔPat)가 양의 값이고 또한 하한 제어 모드 버튼(71a)으로부터의 ON 신호를 수신하면, 압력 하한값(Pa)에 근거하는 온도 제어를 실행하는 취지를 나타내는 ONac 신호를 출력한다. 한편, 하한 제어 지시기(76a)는, 하한 편차(ΔPat)가 양의 값이 아니거나 또는 하한 제어 모드 버튼(71a)으로부터의 ON 신호를 수신하고 있지 않은 경우, 압력 하한값(Pa)에 근거하는 온도 제어를 실행하지 않는 취지를 나타내는 OFFac 신호를 출력한다. 상한 제어 지시기(76b)는, 상한 편차 연산기(73b)가 구한 상한 편차(ΔPbt)가 음의 값이고 또한 상한 제어 모드 버튼(71b)으로부터의 ON 신호를 수신하면, 압력 상한값(Pb)에 근거하는 온도 제어를 실행하는 취지를 나타내는 ONbc 신호를 출력한다. 한편, 상한 제어 지시기(76b)는, 상한 편차(ΔPbt)가 음의 값이 아니거나 또는 상한 제어 모드 버튼(71b)으로부터의 ON 신호를 수신하고 있지 않은 경우, 압력 상한값(Pb)에 근거하는 온도 제어를 실행하지 않는 취지를 나타내는 OFFbc 신호를 출력한다.
PI 제어/전환기(68a)는, 하한 제어 지시기(76a)로부터 ONac 신호를 수신하면, 하한 편차 연산기(73a)가 구한 하한 편차(ΔPat)에 근거하는 동작량을 구하고, 이 동작량을 열교환량 조절기(56, 56a)로서의 3방 밸브(57) 또는 매체 유량 조절기(59)에 출력한다. 이때의 3방 밸브(57) 또는 매체 유량 조절기(59)의 동작량은, 압력 보정 모드 시에, 압력 하한값(Pa)에 근거하는 온도 보정이 행해진 경우의 동작량과는 상이하게 되어 있다. 따라서, 오퍼레이터 등에 의하여, 압력 보정 모드가 선택되는지, 압력 하한값 제어 모드가 선택되는지에 따라, 3방 밸브(57) 또는 매체 유량 조절기(59)의 동작량이 변화한다.
또, PI 제어/전환기(68a)는, 상한 제어 지시기(76b)로부터 ONbc 신호를 수신하면, 상한 편차 연산기(73b)가 구한 상한 편차(ΔPbt)에 근거하는 동작량을 구하고, 이 동작량을 열교환량 조절기(56, 56a)로서의 3방 밸브(57) 또는 매체 유량 조절기(59)에 출력한다. 이때의 3방 밸브(57) 또는 매체 유량 조절기(59)의 동작량은, 압력 보정 모드 시에, 압력 상한값(Pb)에 근거하는 온도 보정이 행해진 경우의 동작량과는 상이하게 되어 있다. 따라서, 오퍼레이터 등에 의하여, 압력 보정 모드가 선택되는지, 압력 조건값 제어 모드가 선택되는지에 따라, 3방 밸브(57) 또는 매체 유량 조절기(59)의 동작량이 변화한다.
또한, 이상의 각 실시형태에 있어서의 제어 장치(60) 및 본 변형예의 제어 장치(60a)의 버튼은, 물리적으로 존재하는 버튼이어도 되지만, 디스플레이 등에 가상적으로 존재하는 버튼이어도 된다.
[그 외의 변형예]
이상에서는, 온수와의 열교환 대상인 매체로서, 냉각수를 예시하고 있다. 그러나, 온수의 온도와의 사이에 일정 이상의 온도 차가 있으면, 냉각수 이외를 매체로 해도 된다.
이상의 각 실시형태 및 변형예에서는, 온수 가열기(52)로, 온수를 약 90℃로까지 가열한 후, 이 온수와 냉각수 등의 매체를 열교환시킴으로써, 온수를 냉각하여, 온수의 온도를 90℃~60℃로 한다. 그러나, 온수 가열기(52)로, 가열된 온수를 더 가열하여, 이 온수의 온도를 조절해도 된다. 이 경우, 온수 가열기(52)에서는, 온수를, 예를 들면 약 50℃로까지 가열한다. 그리고, 이 가열한 온수를, 예를 들면, 100℃~70℃ 정도의 매체와 열교환시킴으로써, 온수를 더 가열하여, 온수의 온도를 90℃~60℃로 한다.
이상의 각 실시형태 및 변형예에서는, 온수 가열기(52)가, 보일러 케이싱(21c) 내에서, 복수의 전열관 중에서, 가장 하류 측의 전열관인 절탄기(21eco)보다, 하류 측에 배치되어 있다. 그러나, 온수 가열기(52)는, 보일러 케이싱(21c) 내에서, 배기 가스의 흐름 방향에서, 가장 하류 측의 전열관과 겹치는 위치에 배치되어도 된다.
이상의 각 실시형태 및 변형예의 가스 터빈(10)은, 모두, 이른바 1축 가스 터빈이다. 그러나, 가스 터빈은, 2축 가스 터빈이어도 된다. 즉, 가스 터빈은, 압축기와, 연소기와, 고압 터빈과, 저압 터빈을 가져도 된다. 이 경우, 압축기 로터와 고압 터빈 로터는, 서로 연결되어 제1 가스 터빈 로터를 이룬다. 또, 저압 터빈 로터는, 제2 가스 터빈 로터를 이루고, 제1 가스 터빈 로터와 기계적으로 연결되어 있지 않다.
이상의 각 실시형태 및 변형예의 가스 터빈 플랜트는, 가스 터빈(10)과, 배열 회수 보일러(21)와, 증기 터빈(23)을 구비하는 콤바인드 사이클 플랜트이다. 그러나, 가스 터빈 플랜트는, 가스 터빈(10)과, 배열 회수 보일러(21)를 구비하고, 증기 터빈을 구비하고 있지 않은 코제너레이션 플랜트여도 된다. 이 경우, 배열 회수 보일러(21)에서 발생한 증기는, 예를 들면, 공장 내에서 이용된다.
이상의 각 실시형태 및 변형예의 가스 터빈 플랜트는, 탈질 장치(20)를 구비한다. 그러나, 가스 터빈(10)으로부터 배기된 배기 가스 중의 NOx 농도가 환경 기준을 충족시키는 경우에는, 가스 터빈 플랜트는, 탈질 장치를 구비하고 있지 않은 플랜트여도 된다.
이상, 본 개시의 실시형태 및 변형예에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 개시는 상기 실시형태 및 상기 변형예에 한정되는 것은 아니다. 특허청구의 범위에 규정된 내용 및 그 균등물로부터 도출되는 본 발명의 개념적인 사상과 취지를 벗어나지 않는 범위에 있어서, 다양한 추가, 변경, 치환, 부분적 삭제 등이 가능하다.
[부기(付記)]
이상의 실시형태에 있어서의 가스 터빈 플랜트는, 예를 들면, 이하와 같이 파악된다.
(1) 제1 양태에 있어서의 가스 터빈 플랜트는,
연료를 연소시키고, 상기 연료의 연소로 생성된 연소 가스로 구동 가능한 가스 터빈(10)과, 상기 가스 터빈(10)으로부터의 배기 가스의 열을 이용하여 증기를 발생 가능한 배열 회수 보일러(21)와, 상기 연료로서의 암모니아를 상기 가스 터빈(10)에 공급 가능한 연료 공급 설비(40, 40a)를 구비한다. 상기 연료 공급 설비(40, 40a)는, 액체 암모니아를 저류 가능한 암모니아 탱크(41)에 접속되어 있는 액체 암모니아 라인(42)과, 온수를 흘려 보낼 수 있는 온수 라인(50, 50a)과, 상기 액체 암모니아 라인(42)의 단부에 접속되며, 상기 온수 라인(50, 50a)으로부터의 상기 온수와 상기 액체 암모니아를 열교환시켜 상기 액체 암모니아를 가열하여 기화시킬 수 있는 기화기(45)와, 상기 온수 라인(50, 50a) 중의 온수와 매체를 열교환시킬 수 있는 열교환기(55)와, 상기 온수와 상기 매체의 사이에서의 열교환량을 조절하여, 상기 기화기(45)로 유입되는 온수의 온도를 조정할 수 있는 열교환량 조절기(56, 56a)와, 상기 기화기(45)로 기화된 암모니아인 기체 암모니아를 상기 가스 터빈(10)으로 유도할 수 있는 기체 암모니아 라인(46)을 갖는다. 상기 기화기(45)는, 암모니아 입구(45ci)와, 암모니아 출구(45co)와, 온수 입구(45pi)와, 온수 출구(45po)를 갖는다. 상기 액체 암모니아 라인(42)은, 상기 기화기(45)의 암모니아 입구(45ci)에 접속되어 있다. 상기 기체 암모니아 라인(46)은, 상기 기화기(45)의 상기 암모니아 출구(45co)에 접속되어 있다. 상기 온수 라인(50, 50a)은, 상기 배열 회수 보일러(21) 내에 배치되고, 온수와 상기 배기 가스를 열교환시켜, 온수를 가열하는 온수 가열기(52)와, 상기 온수 가열기(52)와 상기 기화기(45)의 상기 온수 입구(45pi)를 접속하는 고온수 라인(53, 53a)을 갖는다. 상기 열교환기(55)는, 상기 고온수 라인(53, 53a)에 마련되어 있다.
본 양태에서는, 온수 가열기(52)에서 온수와 배기 가스의 열교환으로 가열된 온수가, 온도 조절된 후에, 기화기(45)로 유입된다. 이 기화기(45)에서는, 온도 조절된 온수와 액체 암모니아가 열교환되어, 암모니아가 기화된다. 그런데, 배열 회수 보일러(21) 내를 흐르는 배기 가스의 온도는, 가스 터빈(10)의 운전 상황의 변화에 따라 변화한다. 이 때문에, 배기 가스의 온도가 변화하면, 온수 가열기(52)로 가열된 온수의 온도도 변화한다. 그러나, 본 양태에서는, 상술한 바와 같이, 온수 가열기(52)로 가열된 온수는, 온도 조절된 후에, 기화기(45)로 유입된다. 따라서, 본 양태에서는, 배기 가스의 온도가 변화해도, 용이하게, 기화기(45)로 유입된 액체 암모니아 모두를 기체 암모니아로 할 수 있다.
또, 가스 터빈(10)이 필요로 하는 기체 암모니아의 양도, 가스 터빈(10)의 운전 상황의 변화에 따라 변화한다. 본 양태에서는, 가스 터빈(10)이 필요로 하는 기체 암모니아의 양이 변화해도, 기화기(45)로 유입되는 온수의 온도를 변화시킴으로써, 용이하게, 기화기(45)로 유입된 액체 암모니아 모두를 기체 암모니아로 할 수 있다.
따라서, 본 양태에서는, 가스 터빈(10)의 운전 상황이 변화해도, 용이하게, 가스 터빈(10)이 필요로 하는 기체 암모니아의 생성량을 얻을 수 있다. 또, 본 양태에서는, 가스 터빈(10)의 운전 상황의 변화에 대한 기체 암모니아의 생성량의 응답성을 높일 수 있다.
(2) 제2 양태에 있어서의 가스 터빈 플랜트는,
상기 제1 양태에 있어서의 가스 터빈 플랜트에 있어서, 상기 고온수 라인(53)은, 상기 기화기(45)의 상기 온수 입구(45pi)와 상기 온수 가열기(52)를 접속하는 주 고온수 라인(53x)과, 상기 주 고온수 라인(53x)으로부터 분기한 후에 상기 주 고온수 라인(53x)에 접속되어 있는 분기 고온수 라인(53y)을 갖는다. 상기 열교환기(55)는, 상기 분기 고온수 라인(53y)에 마련되어 있다. 상기 열교환량 조절기(56)는, 상기 주 고온수 라인(53x) 중에서, 상기 분기 고온수 라인(53y)의 분기 위치와 상기 분기 고온수 라인(53y)의 접속 위치의 사이를 흐르는 온수의 유량과, 상기 분기 고온수 라인(53y)을 흐르는 온수의 유량의 비를 조절하는 유량비 조절기를 갖는다.
본 양태에서는, 주 고온수 라인(53x) 중에서, 분기 고온수 라인(53y)의 분기 위치와 분기 고온수 라인(53y)의 접속 위치의 사이를 흐르는 온수의 유량과, 분기 고온수 라인(53y)을 흐르는 온수의 유량의 비를 조절함으로써, 온수와 매체 사이에서의 열교환량을 조절할 수 있다.
(3) 제3 양태에 있어서의 가스 터빈 플랜트는,
상기 제1 양태 또는 상기 제2 양태에 있어서의 가스 터빈 플랜트에 있어서, 상기 열교환량 조절기(56a)는, 상기 열교환기(55)로 유입되는 상기 매체의 유량을 조절하는 매체 유량 조절기(59)를 갖는다.
본 양태에서는, 열교환기(55)로 유입되는 매체의 유량을 조절함으로써, 온수와 매체 사이에서의 열교환량을 조절할 수 있다.
(4) 제4 양태에 있어서의 가스 터빈 플랜트는,
상기 제1 양태 내지 상기 제3 양태 중 어느 한 양태에 있어서의 가스 터빈 플랜트에 있어서, 상기 기화기(45)는, 상기 온수 입구(45pi)와 상기 온수 출구(45po)를 갖고, 온수가 흐르는 것이 가능한 전열관(45p)과, 상기 전열관(45p)을 덮음과 함께 상기 액체 암모니아를 일시적으로 저류하는 것이 가능한 기화기 케이싱(45c)을 갖는다. 상기 기화기 케이싱(45c)은, 상기 암모니아 입구(45ci)와, 상기 암모니아 출구(45co)를 갖는다. 상기 기화기 케이싱(45c)의 상기 암모니아 입구(45ci)에는, 상기 액체 암모니아 라인(42)이 접속되고, 상기 기화기 케이싱(45c)의 상기 암모니아 출구(45co)에는, 상기 기체 암모니아 라인(46)이 접속되어 있다.
전열관(45p) 내로 액체 암모니아가 유입되고, 전열관(45p)을 덮는 기화기 케이싱(45c) 내로 온수가 유입되는 경우, 전열관(45p) 내에서 액체 암모니아가 기체 암모니아가 되어, 전열관(45p) 내의 일부에 기체 암모니아가 체류하게 된다. 이 때문에, 전열관(45p)의 총 전열 면적에 대하여, 액체 암모니아와 온수의 열교환에 유효한 전열 면적이 작아진다. 게다가, 이 경우, 기체 암모니아의 생성량의 변화에 대하여, 액체 암모니아와 온수의 열교환에 유효한 전열 면적도 변화한다. 따라서, 이 경우에서는, 액체 암모니아와 온수의 열교환량의 제어가 어려워, 필요로 하는 기체 암모니아의 생성량을 확보할 수 없는 경우가 있다.
한편, 본 양태에서는, 전열관(45p) 내로 온수가 유입되고, 전열관(45p)을 덮는 기화기 케이싱(45c) 내로 액체 암모니아가 유입된다. 이 때문에, 본 양태에서는, 전열관(45p)의 외면에 접촉한 액체 암모니아는, 기화하면, 전열관(45p)의 외면으로부터 멀어질 수 있다. 이 때문에, 본 양태에서는, 전열관(45p)의 총 전열 면적에 대하여, 액체 암모니아와 온수의 열교환에 유효한 전열 면적을 앞의 경우보다 크게 할 수 있다. 또한, 본 양태에서는, 기체 암모니아의 생성량의 변화에 대하여, 액체 암모니아와 온수의 열교환에 유효한 전열 면적은 실질적으로 변화하지 않는다. 따라서, 본 양태에서는, 액체 암모니아와 온수의 열교환량의 제어가 용이하고, 필요로 하는 기체 암모니아의 생성량을 용이하게 얻을 수 있다.
(5) 제5 양태에 있어서의 가스 터빈 플랜트는,
상기 제1 양태 내지 상기 제4 양태 중 어느 한 양태에 있어서의 가스 터빈 플랜트에 있어서, 상기 배열 회수 보일러(21)는, 가스 터빈(10)으로부터의 배기 가스가 흐르는 보일러 케이싱(21c)과, 보일러 케이싱(21c) 내에 배치되고, 내부를 물 또는 증기가 흐르는 복수의 전열관을 갖는다. 상기 복수의 전열관은, 상기 보일러 케이싱(21c) 내에서 상기 배기 가스의 흐름 방향으로 나열되어 있다. 상기 온수 가열기(52)는, 상기 보일러 케이싱(21c) 내에서, 상기 복수의 전열관 중에서, 상기 배기 가스의 흐름 방향에서 가장 하류 측의 전열관에 대하여, 상기 배기 가스의 흐름 방향에서 겹치는 위치, 또는, 더 상기 하류 측의 위치에, 배치되어 있다.
보일러 케이싱(21c) 내에서는, 배기 가스의 흐름의 하류 측에 향함에 따라, 배기 가스의 온도가 낮아진다. 본 양태에서는, 온도가 낮아진 배기 가스의 열을 온수 가열기(52)에서 유효 이용할 수 있다.
(6) 제6 양태에 있어서의 가스 터빈 플랜트는,
상기 제1 양태 내지 상기 제5 양태 중 어느 한 양태에 있어서의 가스 터빈 플랜트에 있어서, 상기 열교환량 조절기(56, 56a)의 동작을 제어하는 제어 장치(60, 60a)를 더 구비한다. 상기 제어 장치(60, 60a)는, 외부로부터의 상기 가스 터빈(10)에 대한 요구 출력(PWr)에 따라 상기 열교환량 조절기(56, 56a)의 동작량을 정하고, 상기 동작량을 상기 열교환량 조절기(56, 56a)에 지시하는 온도 제어계(65, 65a)를 갖는다.
가스 터빈(10)의 요구 출력(PWr)의 변화에 따라, 가스 터빈(10)에 공급되는 연료의 유량이 변화한다. 이 경우, 연료 유량의 변화에 따라, 기화기(45)에 있어서의 연료와 온수의 열교환량이 변화한다. 만일, 이 열교환량의 변화 결과에 따라, 온수의 온도를 조절하면, 요구 출력(PWr)이 변화하고 나서, 기체 암모니아의 생성량을 확보할 때까지의 시간이 걸린다. 본 양태에서는, 요구 출력(PWr)에 따라 열교환량 조절기(56, 56a)의 동작량을 정하므로, 요구 출력(PWr)이 변화하고 나서, 기체 암모니아의 생성량을 확보할 때까지의 시간을 짧게 할 수 있다. 바꾸어 말하면, 본 양태에서는, 요구 출력(PWr)의 변화에 대한 기체 암모니아의 생성량의 응답성을 높일 수 있다.
(7) 제7 양태에 있어서의 가스 터빈 플랜트는,
상기 제6 양태에 있어서의 가스 터빈 플랜트에 있어서, 상기 제어 장치(60, 60a)는, 상기 가스 터빈(10)으로 유입되는 상기 기체 암모니아의 압력이 미리 정해진 압력 범위 내에 들어가도록, 상기 열교환량 조절기(56, 56a)의 동작량을 정하고, 상기 동작량을 상기 열교환량 조절기(56, 56a)에 지시하는 압력 제어계(70, 70a)를 더 갖는다.
가스 터빈(10)으로 유입되는 기체 암모니아의 압력은, 미리 정해진 압력 범위 내가 아니면, 가스 터빈(10) 내에서 기체 암모니아를 안정 연소시킬 수 없다. 본 양태에서는, 압력 제어계(70, 70a)에 의하여, 가스 터빈(10)으로 유입되는 기체 암모니아의 압력이 미리 정해진 압력 범위 내에 들어가도록 제어된다. 따라서, 본 양태에서는, 가스 터빈(10) 내에서 기체 암모니아를 안정 연소시킬 수 있다.
이상의 각 실시형태 및 각 변형예에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법은, 예를 들면, 이하와 같이 파악된다.
(8) 제8 양태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법은,
연료를 연소시키고, 상기 연료의 연소로 생성된 연소 가스로 구동 가능한 가스 터빈(10)과, 상기 가스 터빈(10)으로부터의 배기 가스의 열을 이용하여 증기를 발생 가능한 배열 회수 보일러(21)를 구비하는 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법에 있어서, 상기 배열 회수 보일러(21) 내에 배치되어 있는 온수 가열기(52) 내의 온수와 상기 배열 회수 보일러(21) 내로서 상기 온수 가열기(52) 외의 상기 배기 가스를 열교환시켜, 상기 온수를 가열하는 온수 가열 공정(S1)과, 상기 온수 가열 공정(S1)에서 가열된 상기 온수와 매체를 열교환시키는 열교환 공정(S3)과, 상기 온수 가열 공정(S1)에서 가열된 상기 온수와 상기 매체의 열교환량을 조절하는 열교환량 조절 공정(S2, S2X)과, 기화기(45) 내에서, 상기 열교환량 조절 공정(S2, S2X)에 의하여 상기 매체와의 열교환량이 조절된 후의 상기 온수와 액체 암모니아를 저류하고 있는 암모니아 탱크(41)로부터의 상기 액체 암모니아를 열교환시켜, 상기 액체 암모니아를 기화시키는 기화 공정(S6)과, 상기 기화 공정(S6)에서 기화된 암모니아인 기체 암모니아를 연료로서 상기 가스 터빈(10)에 공급하는 연료 공급 공정(S8)을 실행한다. 상기 열교환량 조절 공정(S2, S2X)에서는, 상기 열교환 공정(S3)에서의, 상기 온수와 상기 매체의 열교환량을 조절함으로써, 상기 기화기(45)로 유입되는 상기 온수의 온도를 조절한다.
본 양태에서는, 제1 양태로서의 가스 터빈 플랜트와 동일하게, 가스 터빈(10)의 운전 상황이 변화해도, 용이하게, 가스 터빈(10)이 필요로 하는 기체 암모니아의 생성량을 얻을 수 있다. 또한, 본 양태에서도, 가스 터빈(10)의 운전 상황의 변화에 대한 기체 암모니아의 생성량의 응답성을 높일 수 있다.
(9) 제9 양태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법은,
상기 제8 양태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법에 있어서, 상기 열교환량 조절 공정(S2)은, 상기 온수 가열 공정(S1)에서 가열된 상기 온수를 주 고온수와 분기 고온수로 분류하는 분류 공정(S2a)과, 유량비 조절 공정(S2b)을 포함한다. 상기 열교환 공정(S3)에서는, 상기 분기 고온수와 상기 매체를 열교환시킨다. 상기 유량비 조절 공정(S2b)에서는, 상기 주 고온수의 유량과, 상기 열교환 공정(S3)에서의 열교환 후의 상기 분기 고온수의 유량비를 조절하여, 상기 주 고온수와, 상기 열교환 공정(S3)에서의 열교환 후의 상기 분기 고온수를 합류시킨다.
본 양태에서는, 제2 양태로서의 가스 터빈 플랜트와 동일하게, 온수와 매체의 사이에서의 열교환량을 조절할 수 있다.
(10) 제10 양태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법은,
상기 제8 양태 또는 상기 제9 양태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법에 있어서, 상기 열교환량 조절 공정(S2X)은, 상기 열교환 공정(S3)에서, 상기 온수와 열교환하는 상기 매체의 유량을 조절하는 매체 유량 조절 공정(S2c)을 포함한다.
본 양태에서는, 제3 양태로서의 가스 터빈 플랜트와 동일하게, 온수와 매체의 사이에서의 열교환량을 조절할 수 있다.
(11) 제11 양태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법은,
상기 제8 양태 내지 상기 제10 양태 중 어느 한 양태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법에 있어서, 외부로부터의 상기 가스 터빈(10)에 대한 요구 출력(PWr)에 따라, 상기 열교환량 조절 공정(S2, S2X)에서의 열교환량의 조절을 제어하는 온도 제어 공정(S4)을 더 실행한다.
본 양태에서는, 제6 양태로서의 가스 터빈 플랜트와 동일하게, 요구 출력(PWr)의 변화에 대한 기체 암모니아의 생성량의 응답성을 높일 수 있다.
(12) 제12 양태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법은,
상기 제11 양태에 있어서의 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법에 있어서, 상기 가스 터빈(10)으로 유입되는 상기 기체 암모니아의 압력이 미리 정해진 압력 범위 내에 들어가도록, 상기 열교환량 조절 공정(S2, S2X)에서의 열교환량의 조절을 제어하는 압력 제어 공정(S5)을 더 실행한다.
본 양태에서는, 제7 양태로서의 가스 터빈 플랜트와 동일하게, 가스 터빈(10) 내에서 기체 암모니아를 안정 연소시킬 수 있다.
본 개시의 일 양태에 의하면, 가스 터빈이 필요로 하는 기체 암모니아의 생성량을 용이하게 얻을 수 있다.
10: 가스 터빈
11: 가스 터빈 로터
12: 중간 케이싱
14: 압축기
14r: 압축기 로터
14c: 압축기 케이싱
14i: 흡기량 조절기(또는 IGV)
15: 연소기
16: 터빈
16r: 터빈 로터
16c: 터빈 케이싱
20: 탈질 장치
21: 배열 회수 보일러
21c: 보일러 케이싱
21eco: 절탄기
21eva: 증발기
21s: 과열기
22: 굴뚝
23: 증기 터빈
24: 복수기
25: 펌프
26: 급수 라인
27: 주 증기 라인
40, 40a: 연료 공급 설비
41: 암모니아 탱크
42: 액체 암모니아 라인
43a: 액체 암모니아 조절 밸브
43b: 연료 조절 밸브
44: 암모니아 펌프
45: 기화기
45c: 기화기 케이싱
45ci: 암모니아 입구
45co: 암모니아 출구
45p: 전열관
45pi: 온수 입구
45po: 온수 출구
46: 기체 암모니아 라인
48: 온도계
49: 압력계
50, 50a: 온수 라인
51: 저온수 라인
52: 온수 가열기
53, 53a: 고온수 라인
53x: 주 고온수 라인
53y: 분기 고온수 라인
54: 온수 펌프
55: 열교환기
55c: 열교환기 케이싱
55p: 전열관
55pi: 매체 입구
55po: 매체 출구
56, 56a: 열교환량 조절기
57: 3방 밸브(또는 유량비 조절기)
58i: 매체 라인
58o: 매체 회수 라인
59: 매체 유량 조절기
60, 60a: 제어 장치
61: 연료 유량 연산부
62: 연료 밸브 제어부
63: IGV 제어부
65, 65a: 온도 제어계
66: 목표 온도 연산기
67: 온도 편차 연산기
68: PI 제어기
68a: PI 제어/전환기
70, 70a: 압력 제어계
71: 압력 보정 모드 버튼
71a: 하한 제어 모드 버튼
71b: 상한 제어 모드 버튼
72a: 하한값 기억기
72b: 상한값 기억기
73a: 하한 편차 연산기
73b: 상한 편차 연산기
74a: 하한 편차 판단기
74b: 상한 편차 판단기
75a: 하한 보정 지시기
75b: 상한 보정 지시기
76a: 하한 제어 지시기
76b: 상한 제어 지시기
77a: 하한 보정값 연산기
77b: 상한 보정값 연산기
78a: 제1 전환기
78b: 제2 전환기
79a: 제1 가산기
79b: 제2 가산기
11: 가스 터빈 로터
12: 중간 케이싱
14: 압축기
14r: 압축기 로터
14c: 압축기 케이싱
14i: 흡기량 조절기(또는 IGV)
15: 연소기
16: 터빈
16r: 터빈 로터
16c: 터빈 케이싱
20: 탈질 장치
21: 배열 회수 보일러
21c: 보일러 케이싱
21eco: 절탄기
21eva: 증발기
21s: 과열기
22: 굴뚝
23: 증기 터빈
24: 복수기
25: 펌프
26: 급수 라인
27: 주 증기 라인
40, 40a: 연료 공급 설비
41: 암모니아 탱크
42: 액체 암모니아 라인
43a: 액체 암모니아 조절 밸브
43b: 연료 조절 밸브
44: 암모니아 펌프
45: 기화기
45c: 기화기 케이싱
45ci: 암모니아 입구
45co: 암모니아 출구
45p: 전열관
45pi: 온수 입구
45po: 온수 출구
46: 기체 암모니아 라인
48: 온도계
49: 압력계
50, 50a: 온수 라인
51: 저온수 라인
52: 온수 가열기
53, 53a: 고온수 라인
53x: 주 고온수 라인
53y: 분기 고온수 라인
54: 온수 펌프
55: 열교환기
55c: 열교환기 케이싱
55p: 전열관
55pi: 매체 입구
55po: 매체 출구
56, 56a: 열교환량 조절기
57: 3방 밸브(또는 유량비 조절기)
58i: 매체 라인
58o: 매체 회수 라인
59: 매체 유량 조절기
60, 60a: 제어 장치
61: 연료 유량 연산부
62: 연료 밸브 제어부
63: IGV 제어부
65, 65a: 온도 제어계
66: 목표 온도 연산기
67: 온도 편차 연산기
68: PI 제어기
68a: PI 제어/전환기
70, 70a: 압력 제어계
71: 압력 보정 모드 버튼
71a: 하한 제어 모드 버튼
71b: 상한 제어 모드 버튼
72a: 하한값 기억기
72b: 상한값 기억기
73a: 하한 편차 연산기
73b: 상한 편차 연산기
74a: 하한 편차 판단기
74b: 상한 편차 판단기
75a: 하한 보정 지시기
75b: 상한 보정 지시기
76a: 하한 제어 지시기
76b: 상한 제어 지시기
77a: 하한 보정값 연산기
77b: 상한 보정값 연산기
78a: 제1 전환기
78b: 제2 전환기
79a: 제1 가산기
79b: 제2 가산기
Claims (12)
- 연료를 연소시키며, 상기 연료의 연소로 생성된 연소 가스로 구동 가능한 가스 터빈과,
상기 가스 터빈으로부터의 배기 가스의 열을 이용하여 증기를 발생 가능한 배열 회수 보일러와,
상기 연료로서의 암모니아를 상기 가스 터빈에 공급 가능한 연료 공급 설비를 구비하고,
상기 연료 공급 설비는,
액체 암모니아를 저류 가능한 암모니아 탱크에 접속되어 있는 액체 암모니아 라인과,
온수를 흘려 보낼 수 있는 온수 라인과,
상기 액체 암모니아 라인의 단에 접속되며, 상기 온수 라인으로부터의 상기 온수와 상기 액체 암모니아를 열교환시켜 상기 액체 암모니아를 가열하여 기화시킬 수 있는 기화기와,
상기 온수 라인 중의 온수와 매체를 열교환시킬 수 있는 열교환기와,
상기 온수와 상기 매체의 사이에서의 열교환량을 조절하여, 상기 기화기로 유입되는 온수의 온도를 조정할 수 있는 열교환량 조절기와,
상기 기화기로 기화된 암모니아인 기체 암모니아를 상기 가스 터빈으로 유도할 수 있는 기체 암모니아 라인을 갖고,
상기 기화기는, 암모니아 입구와, 암모니아 출구와, 온수 입구와, 온수 출구를 가지며,
상기 액체 암모니아 라인은, 상기 기화기의 암모니아 입구에 접속되고,
상기 기체 암모니아 라인은, 상기 기화기의 상기 암모니아 출구에 접속되며,
상기 온수 라인은, 상기 배열 회수 보일러 내에 배치되고, 온수와 상기 배기 가스를 열교환시켜, 온수를 가열하는 온수 가열기와, 상기 온수 가열기와 상기 기화기의 상기 온수 입구를 접속하는 고온수 라인을 갖고,
상기 열교환기는, 상기 고온수 라인에 마련되어 있는, 가스 터빈 플랜트. - 청구항 1에 기재된 가스 터빈 플랜트에 있어서,
상기 고온수 라인은, 상기 기화기의 상기 온수 입구와 상기 온수 가열기를 접속하는 주 고온수 라인과, 상기 주 고온수 라인으로부터 분기된 후에 상기 주 고온수 라인에 접속되어 있는 분기 고온수 라인을 갖고,
상기 열교환기는, 상기 분기 고온수 라인에 마련되며,
상기 열교환량 조절기는, 상기 주 고온수 라인 중에서, 상기 분기 고온수 라인의 분기 위치와 상기 분기 고온수 라인의 접속 위치의 사이를 흐르는 온수의 유량과, 상기 분기 고온수 라인을 흐르는 온수의 유량의 비를 조절하는 유량비 조절기를 갖는, 가스 터빈 플랜트. - 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 가스 터빈 플랜트에 있어서,
상기 열교환량 조절기는, 상기 열교환기로 유입되는 상기 매체의 유량을 조절하는 매체 유량 조절기를 갖는, 가스 터빈 플랜트. - 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 가스 터빈 플랜트에 있어서,
상기 기화기는, 상기 온수 입구와 상기 온수 출구를 갖고, 온수가 흐르는 것이 가능한 전열관과, 상기 전열관을 덮음과 함께 상기 액체 암모니아를 일시적으로 저류하는 것이 가능한 기화기 케이싱을 가지며,
상기 기화기 케이싱은, 상기 암모니아 입구와, 상기 암모니아 출구를 갖고,
상기 기화기 케이싱의 상기 암모니아 입구에는, 상기 액체 암모니아 라인이 접속되며, 상기 기화기 케이싱의 상기 암모니아 출구에는, 상기 기체 암모니아 라인이 접속되어 있는, 가스 터빈 플랜트. - 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 가스 터빈 플랜트에 있어서,
상기 배열 회수 보일러는, 가스 터빈으로부터의 배기 가스가 흐르는 보일러 케이싱과, 보일러 케이싱 내에 배치되고, 내부를 물 또는 증기가 흐르는 복수의 전열관을 가지며,
상기 복수의 전열관은, 상기 보일러 케이싱 내에서 상기 배기 가스의 흐름 방향으로 나열되어 있고,
상기 온수 가열기는, 상기 보일러 케이싱 내에서, 상기 복수의 전열관 중에서, 상기 배기 가스의 흐름 방향에서 가장 하류 측의 전열관에 대하여, 상기 배기 가스의 흐름 방향에서 겹치는 위치, 또는, 더 상기 하류 측의 위치에, 배치되어 있는, 가스 터빈 플랜트. - 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 가스 터빈 플랜트에 있어서,
상기 열교환량 조절기의 동작을 제어하는 제어 장치를 더 구비하며,
상기 제어 장치는, 외부로부터의 상기 가스 터빈에 대한 요구 출력에 따라 상기 열교환량 조절기의 동작량을 정하고, 상기 동작량을 상기 열교환량 조절기에 지시하는 온도 제어계를 갖는, 가스 터빈 플랜트. - 청구항 6에 기재된 가스 터빈 플랜트에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 가스 터빈으로 유입되는 상기 기체 암모니아의 압력이 미리 정해진 압력 범위 내에 들어가도록, 상기 열교환량 조절기의 동작량을 정하고, 상기 동작량을 상기 열교환량 조절기에 지시하는 압력 제어계를 더 갖는, 가스 터빈 플랜트. - 연료를 연소시키고, 상기 연료의 연소로 생성된 연소 가스로 구동 가능한 가스 터빈과, 상기 가스 터빈으로부터의 배기 가스의 열을 이용하여 증기를 발생 가능한 배열 회수 보일러를 구비하는 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법에 있어서,
상기 배열 회수 보일러 내에 배치되어 있는 온수 가열기 내의 온수와 상기 배열 회수 보일러 내이며 상기 온수 가열기 외부의 상기 배기 가스를 열교환시켜, 상기 온수를 가열하는 온수 가열 공정과,
상기 온수 가열 공정에서 가열된 상기 온수와 매체를 열교환시키는 열교환 공정과,
상기 온수 가열 공정에서 가열된 상기 온수와 상기 매체의 열교환량을 조절하는 열교환량 조절 공정과,
기화기 내에서, 상기 열교환량 조절 공정에 의하여 상기 매체와의 열교환량이 조절된 후의 상기 온수와 액체 암모니아를 저류하고 있는 암모니아 탱크로부터의 상기 액체 암모니아를 열교환시켜, 상기 액체 암모니아를 기화시키는 기화 공정과,
상기 기화 공정에서 기화된 암모니아인 기체 암모니아를 연료로서 상기 가스 터빈에 공급하는 연료 공급 공정을 실행하고,
상기 열교환량 조절 공정에서는, 상기 열교환 공정에서의, 상기 온수와 상기 매체의 열교환량을 조절함으로써, 상기 기화기로 유입되는 상기 온수의 온도를 조절하는, 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법. - 청구항 8에 기재된 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법에 있어서,
상기 열교환량 조절 공정은, 상기 온수 가열 공정에서 가열된 상기 온수를 주 고온수와 분기 고온수로 분류하는 분류 공정과, 유량비 조절 공정을 포함하고,
상기 열교환 공정에서는, 상기 분기 고온수와 상기 매체를 열교환시키며,
상기 유량비 조절 공정에서는, 상기 주 고온수의 유량과, 상기 열교환 공정에서의 열교환 후의 상기 분기 고온수의 유량비를 조절하여, 상기 주 고온수와, 상기 열교환 공정에서의 열교환 후의 상기 분기 고온수를 합류시키는, 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법. - 청구항 8 또는 청구항 9에 기재된 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법에 있어서,
상기 열교환량 조절 공정은, 상기 열교환 공정에서, 상기 온수와 열교환하는 상기 매체의 유량을 조절하는 매체 유량 조절 공정을 포함하는, 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법. - 청구항 8 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법에 있어서,
추가로, 외부로부터의 상기 가스 터빈에 대한 요구 출력에 따라, 상기 열교환량 조절 공정에서의 열교환량의 조절을 제어하는 온도 제어 공정을 실행하는, 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법. - 청구항 11에 기재된 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법에 있어서,
추가로, 상기 가스 터빈으로 유입되는 상기 기체 암모니아의 압력이 미리 정해진 압력 범위 내에 들어가도록, 상기 열교환량 조절 공정에서의 열교환량을 제어하는 압력 제어 공정을 실행하는, 가스 터빈 플랜트의 연료 공급 방법.
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