KR920008079B1 - 가스터어빈의 유입공기 청정방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

가스터어빈의 유입공기 청정방법

제1도는 본 발명의 공기청정장치에 대한 개략도.

본 발명은 가스터어빈의 유입구로 공급되는 공기를 청정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 가스터어빈의 유입구로 공급되는 공기중에 존재하는 오염물질을 감소시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

가스터어빈의 작동에 관하여는 잘 알려져 있다. 가스터어빈 사이클의 초기단계중 공기 압축단계에서는 축력터어빈에 의해 실행되는 일의 약 60%가 소모된다. 이와 같이, 압축단계의 효율은 전체적인 사이클의 효율에 큰 영향을 미친다. 효율의 극대화를 도모하기 위해서는, 압축기를 극히 청결한 상태로 유지해야 하고, 그것의 블레이드가 원래의 설계형상 및 표면 평활도를 유지하도록 해야 한다. 그러나, 이러한 압축기가 미립자 물질을 함유한 대기 중이나 부식성 휘발물질이 포함된 분위기하에서 작동되는 경우에는 최대의 효율을 유지할 수 없다. 압축기의 블레이드는 대형의 입자에 의해서 침식된다. 소형의 입자는 블레이드에 고착되어서 그것의 형상 및 평활도를 변화시킨다. 이것을 ＂파울링(fouling)＂이라 부른다. 소형의 입자와 부식성 휘발물질은 블레이드의 표면을 부식시키는 작용을 한다. 따라서, 가스터어빈은 그것의 내부요소, 예를 들면 압축기 블레이드의 파울링, 부식 및 침식을 방지하기 위해서 ＂깨끗한＂공기를 필요로 하는 것이다.

가스터어빈에의 유입공기를 청정하기 위한 ＂최근의＂ 방법으로서는 필터조립체를 사용해서 공기중의 미립자를 제거하는 방법이 있다. 그러나, 공기필터만으로는 파울링, 침식 및 부식등에 의해 압축기가 손상되는 것을 방지할 수 없다. 즉, 효율이 저하될 뿐만 아니라 고가의 압축기 브레이드가 손상되는 것이다. 미립자상 또는 가스상의 공기오염물질은 시판되고 있는 최고급의 필터장치조차도 곧바로 통과하여 가스터어빈 엔진의 압축부로 진입한다. 압축기로 유입된 미립자는 압축기 블레이드를 침식하거나 당해 블레이드에 고착되어서 파울링 현상을 일으키기도 하고 부식 및 피팅(pitting)의 원인이 되기도 한다. 부식에 따라 블레이드는 점차 악화되어 결국은 파손될 수도 있으며, 적어도 에어포일 성능을 저하시키는 결과를 가져온다. 더우기, 압축기로 유입된 고상의 오염물질과 가스상의 오염물질은 터어빈 영역까지 진입하여 고착성장부를 형성하게 되고, 이 고착성장부는 기계적 성능을 저하시킬 뿐만 아니라 가열단부의 고온부식원인이 되기도 한다. 가스터어빈의 조작자가 오염된 유입공기로 인해 성능이 저하되고 마모 및/또는 부식된 부품을 교환하는데에 소요되는 비용은 가스터어빈 한대당 매년 백만달러 이상이 될 수도 있다.

따라서, 가스터어빈에 사용되는 미립자 필터의 바로 하류측에 유입공기를 청전하기 위한 장치를 설치할 필요가 있는 것이다. 더욱 구체적으로 설명하면, 가스터어빈으로 유입되는 공기로부터 터어빈 부품의 부식 원인이 될 수 있는 가스상 및 고상의 오염물질을 제거하기 위한 공기청정기를 제공할 필요가 있다. 또한, 터어빈내에서 고상물질이 고착되어 성장하는 것을 감소시킬 수 있는 공기청정장치의 출현도 요망되고 있다.

또한, 가스터어빈 유입장치에서 사용되는 어떠한 종류의 증발 냉각기에서도 찾아볼 수 없는 강력한 공기청정장치를 제공할 필요가 있다. 더우기, 현재 시판되고 있는 건식 필터장치에 의해서 여과되지 않는 미립자상 및 가스상의 오염물질까지도 제거할 수 있는 공기 청정장치를 제공할 필요가 있다. 또한, 작동비용이 비교적 저렴한 공기 청정장치를 제공할 필요가 있다.

본 발명의 일측면은, 가스터어빈의 유입구로 공급되는 공기를 그 속에 존재하는 오염물질을 감소시키기에 충분한 비율 및 분무패턴으로 수류와 접촉시키는 단계를 포함하는 가스터어빈 유입공기를 청정방법에 관한 것이다.

본 발명의 다른 측면은, 가스터어빈의 유입구로 공급되는 공기를 그 속에 존재하는 오염물질을 감소시키기에 충분한 비율 및 분무패턴으로 수류와 접촉시키는 단계와, 공기중의 미세한 물방울을 대형의 입자로 만드는 단계와, 상기 공기와 대형의 물방울 입자를 분리하는 단계를 포함하는 가스터어빈 유입공기의 청정방법에 관한 것이다.

본 발명의 또다른 측면은, 공기중에는 존재하는 오염물질을 감소시킬 수 있도록 유입공기를 수류와 접촉시키기 위한 수단을 포함하는 가스터어빈 유입공기의 청정장치에 관한 것이다.

본 발명의 또다른 측면은, 공기중에 존재하는 오염물질을 감소시키기에 충분한 비율 및 분무패턴으로 유입공기를 수류와 접촉시키기 위한 수단과, 공기중의 미세한 물방울을 대형의 입자로 만들기 위한 수단과, 상기 공기와 상기 대형의 물방울입자를 불리하기 위한 수단을 포함하는 가스터어빈의 유입공기 청정장치에 관한 것이다.

도면은 본 발명의 공기청정장치에 대한 개략도이다.

최광의로 해석할 때, 본 발명은 가스터어빈의 유입구로 공급되는 공기를 청정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 목적중 하나는 공기와 수류를 접촉시켜서 ＂청정작용＂, 즉 오염물징의 제거작업을 행함으로써 가스터어빈의 유입구로 공급되는 공기중의 오염물질을 제거하거나 그 함량을 감소시키는 데에 있다. 본 명세서에 있어서, ＂오염물질＂이라 함은 입자 및/또는 휘발물질을 말한다. 휘발물질의 예로는 부식성 가스를 들 수 있다.

도면을 참조하면, 본 발명의 대표적인 실시예에 해당하고 공기청정장치가 참조번호(10)로 일괄적으로 표시되어 있다. 공기청정기(10)라고도 불리우는 상기 공기청정장치(10)는 제1의 교정 블레이드부(11)와, 제2의 분무수류부(12)와, 제3의 응결매체부(13)와, 제4의 수분분리부(14)를 포함하며, 이들 각부는 하나의 하우징(15)내에 수용되는 것이 바람직하다.

본 발명의 공기청정기(10)는 종래 유입공기 필터의 기능을 개선한다. 종래의 유입공기 필터는 필요한 경우 공기청정기(10)의 상류측이나 하류측에 설치하여 가스터어빈으로 유입되는 기류에서 오염물질을 제거하는 작업을 보조하도록 할 수도 있다. 상기 공기청정기(10)는 종래의 필터에서는 찾아 볼 수 없었던 수류세는 작업을 보조하도록 할 수도 있다. 상기 공기청정기(10)는 종래의 필터에서는 찾아 볼 수 없었던 수류세척단계를 제공한다는 점에서 유익하다. 공기청정기(10)를, 예를 들면 필터의 하류측에 배치할 경우, 당해 공기청정기는 필터를 통과한 공기중의 입자나 필터매체 자체에서 떨어져 나온 입자를 세척하는데에 이용할 수 있다. 또한, 상기 공기청정기(10)는 종래의 입자필터에 의해서 포획 또는 포집되지 않는 공기중의 부식성 휘발물질도 세척한다.

본 발명에 의한 방법의 일실시태양을 실행함에 있어서, 미립자상의 오염물질 및 휘발성 오염물질을 함유한 기류는 교정 블레이드(11)를 통과하여 균일한 흐름속도를 가지게 된다. 흐름속도를 균일화하는 것은 후술하는 바와 같이 수류세척부(12)에서의 수세작용을 극대화하기 위해서 필요하다. 블레이드(11)를 통과하는 공기의 평균유속은, 예를 들면 800ft/min(240m/min) 내지 1500ft/min(450m/min)일 수도 있다. 그러나, 블레이드 하류측의 어느 지점에서 측정하더라도 그 유속은 블레이드를 통과할 때의 평균유속의 10% 이내이어야 한다. 이러한 용도의 교정 블레이드(10)는 산업용 가습기 업계의 판매업자, 예를 들면 미합중국 뉴욕 시라쿠스에 소재하는 캐리어 코포레이션(Carrier Corp.)으로부터 구입할 수 있다.

오염된 기류는 교정 블레이드(11)를 통과한 후 수분과 긴밀하게 접촉하게 되고, 이에 따라 상기 수분은 오염물질을 용해시키고, 휘발물질을 흡수하고/하거나 업자를 포획한다. 상기 기류는 하나 또는 그 이상의 세척부(12)를 통과하면서 수분과 접촉하게 되는 바, 이러한 세척부는 미세분무형 물분사노즐에 의해 형성된 하나 또는 그 이상의 미세분무수류를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 미세분무수류는 미세한 수분입자로 이루어진 복수개의 평탄한 수벽을 규정하는 분무 수류인 것이 더욱 바람직하다. 수벽은 예를 들면 노즐장치에 의해서 형성되는 바, 이러한 노즐장치의 각 노즐은 2개의 수류가 서로 충돌할 수 있도록 대칭적인 관계로 짝을 맞추어서, 즉 상대편의 노즐에 대하여 거울상의 형태로 대향 배치된다. 이 결과, 송풍효과가 발생하여 평탄한 미세분무수벽이 형성된다. 본 발명에 있어서, 수벽을 형성시키기 위해서 사용되는 노즐은, 예를 들면 미합중국 노오스 캐롤라이나 챨로테에 소재하는 뉴마필 코오포레이션(Pneumafil Corporation)으로 부터 구입할 수 있다. 이때, 수분의 분무밀도는 1 내지 30갤론/min/ft²(40 내지 1200 1/min/m²)으로 한다. 노즐 압력을 10psig(70kPa 게이지) 내지 50psig(350kPa 게이지)의 범위로 유지하기 위한 펌핑마력은 0.1내지 1.0hp/ft²(800 내지 8000w/m²)이다.

상술한 수벽은 공기를 세척함과 아울러 그것을 증발냉각시킨다. 공기중에 존재하는 오염물질은 수분에 의해서 공기로부터 제거 또는 추출된다. 예를 들면 수분은 오염물질을 용해시키거나, 휘발물질을 흡착하거나, 입자상의 오염물질을 포집함으로써 공기중의 오염물질을 감소시킨다. 오염물질을 함유한 수분은 공기청정기(10)의 바닥으로 낙하하여 저수조로 흘러들어간다. 수분의 거의 전부 또는 일부는 순환펌프(16)에 의해서 재순환될 수 있다. 수분에 포함된 화학성분은 예를 들면 통상의 전도성 탐침을 이용해서 세밀하게 관리할 수 있다. 밸브는 상기 전도성 탐침으로부터의 신호에 따라 자동적인 블로우 다운(blowdown : 불순물 배출작업)을 행하여 수분의 화학적 조성을 최적화한다. 이와 같은 수분의 화학적 조성은 불순물이 공기중에 재흡수되거나 터어빈으로 혼입되어 파울링 현상을 일으키지 않도록 유지하는 것이 바람직하다. 공기중의 유기물 및 고형 현탁물질이 수분에 포집되면 그 함량을 측정하여 추가적인 블루우 다운을 행할 필요가 있은 것이다. 또한, 상기 수분에서는 생물학적 파울링현상이 발생할 수도 있는 바, 이러한 파울링 현상을 제거하거나 감소시키기 위해서는 예를 들면 오존 또는 자외선으로 수분을 처리할 필요가 있다.

기류는 세척부(12)를 통과한 후 응결부(13)로 흘러가고, 여기에서 공기중의 미세한 물방울 입자는 대형의 입자로 응집된다. 이 결과, 후술하는 분리부(14)에서 물방울 제거 효율을 높일 수 있다. 응결패드는 공기여과업계의 각종 판매업자, 예를 들면 미합중국 캘리포니아 로스엔젤레스에 소재하는 파르 캄파니(Farr Company)로부터 구입할 수 있다.

응결부(13)를 통과한 기류는 블레이드 수분 분리기(14)가 갖추어진 제4의 부분으로 계속해서 흘러간다. 수분 분리기(14)는 공기중에 존재하는 물방울이 터어빈내로 유입되지 않도록 공기중의 자유수분을 제거하게 된다. 공기청정기(10)를 통과하는 공기의 전반적인 압력강하로 인하여 터어빈의 출력이 과도하게 저하되지 않도록 함과 아울러, 대략 20μm 미만의 미세한 입경을 가진 수분까지도 제거할 수 있도록 하려면, 응결부(13) 및 분리부(14)에서의 압력강하를 최소화해야 한다. 블레이드형 수분 분리기는 산업용 공기가습기업계의 각종 판매업자들, 예를 들면 문터즈 코포레이션(Munters Corp.)으로부터 구입할 수 있다. 일반적으로, 공기청정기(10)를 통과하는 공기의 유입압력강하량은 압력수두로 2in(50mm)미만이며, 터어빈의 출력손실율은 1% 미만이다.

본 발명의 장치는 유입 공기중에 포함된 오염물질의 조성 및 입경과 장치의 작동조건에 따라서 유입공기중의 오명물질을 10% 내지 100%까지 감소시킬 수 있다. 이러한 오염물질은, 예를 들면 0.19μm의 입자까지도 정확히 측정해 낼 수 있는 통상의 레이저 타입 입자 측정기를 이용해서 본 장치의 상류측 및 하류측에서 측정된다. 또한, 오염물질의 제거량은 위터 컴럼을 통해 기포화된 표본 공기의 전도성을 측정해서 구할 수도 있다. 본 발명의 장치를 이용해서 공기로부터 제거할 수 있는 이온의 예로는 염화물 , 질산염, 황산염, 나트륨, 암모늄, 칼륨, 마그네슘 및 칼슘등이 있으나, 이것에만 한정되는 것은 아니다.

이상에서는 가스터어빈을 예로들어 공기중의 오염물질을 제거하기 위한 본 발명의 장치를 설명하였으나, 가열로, 공기를 이용하는 반응기, 에어 스트리핑 불리기 및 공기 또는 가스중의 오염물질을 제거할 필요가 있는 기타 장치에도 본 발명을 적용할 수 있을 것이다. 또한, 물 대신에 다른 용매를 사용해서 공기 또는 기타 가스를 청정하거나 각종 프로세스 스트림으로부터 미립자를 회수할 수도 있을 것이다.

Claims (10)

1. 가스 터어빈으로 유입되는 유입공기로부터 미립자 및 휘발성 오염물질을 제거하기 위한 방법에 있어서, 공기를 그 중에 존재하는 오염물질을 감소시키기에 충분한 비율로 수류와 접촉시키되, 이때 상기 공기는 적어도 한쌍의 대향분무수류가 서로 서로 충돌해서 만들어 내는 부채꼴 분무패턴의 거의 평탄한 미세화된 수벽을 통과하게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 공기중의 미세한 물방울을 대형의 입자로 만드는 단계와; 상기 대형의 물방울 입자를 포함하는 자유수분을 공기와 분리시키는 단계를 더 포함하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 공기는 동시에 냉각 및 가습화되는 방법.
4. 제1항에 있어서, 물의 분무밀도가 1 내지 30gpm/ft², 40 내지 1200 1/min/m²)인 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 분무패턴이 적어도 하나의 미세분무형 물분사노즐에 의해서 형성되는 방법.
6. 제1항에 있어서, 물의 상당량이 재순환되는 방법.
7. 가스터어빈의 유입구로 공기를 공급하는 단계를 포함하는 가스터어빈의 작동방법에 있어서, 공기를 그 중에 존재하는 미립자 및 휘발성 오염물질을 감소시키기에 충분한 비율로 수류와 접촉시킴으로써 공기중에 존재하는 오염물질을 감소시키되, 그때 상기 공기는 적어도 한쌍의 대향 분무수류가 서로 충둘해서 만들어 내는 부채꼴 분무패턴의 거의 평탄한 미세화된 수벽을 통과하게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 가스터어빈으로 유입되는 유입공기로부터 미립자 및 휘발성 오염물질을 제거하기 위한 장치에 있어서, 공기를 그 중에 존재하는 미립자 및 휘발성 오염물질을 감소시키기에 충분한 비율로 수류와 접촉시키되, 이때 상기 공기는 적어도 한쌍의 대향 분무수류가 서로 충돌해서 만들어 내는 부채꼴 분무 패턴의 거의 평탄한 미세화된 수벽을 통과하게 되는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제8항에 있어서, 공기중의 미세한 물방울을 대형의 입자로 만드는 수단과, 상기 대형의 물방울 입자를 포함하는 자유수분을 공기와 분리시키는 수단을 더 포함하는 장치.
10. 공기의 흐름속도를 균일하게 하는 제1의 교정 플레이드부와; 공기중에 존재하는 미립자 및 휘발성 오염물질을 감소시키기에 충분한 비율로 상기 공기와 수류를 접촉시키되, 이때 상기 공기는 적어도 한쌍의 대향 분무수류가 충돌해서 만들어 내는 부채꼴 분무 패턴의 거의 평탄한 미세화된 수벽을 통과하게 되는 제2의 분무수류부와; 공기중의 미세한 물방울을 대형의 입자로 만드는 제3의 응결매체부와; 상기 대형의 물방울입자를 포함하는 자유수분을 공기와 분리시키는 제4의 수분 분리부를 포함하는 장치.