KR100476515B1 - 발전소플랜트운전방법 - Google Patents

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Abstract

가스터빈군과 폐열증기발생기와 증기시스템을 필수적으로 포함하는 발전소 플랜트의 운전 방법에 있어서, 폐열증기발생기 (14) 내에서 직접 또는 간접으로 발생한 하나 이상의 증기부 (15, 29, 44) 는 가스터빈군의 열부하 받는 구조물을 냉각하도록 사용되고, 상기 증기는 여러 가지 준비단에 있다. 과열증기 (15) 는 고압측에 있는 구조물 (21, 25) 을 냉각시키고 플래쉬 증기 (44) 는 저압측에 있는 가스터빈군의 구조물 (32, 36, 46) 을 냉각시킨다. 냉각이 수행된 후에, 냉각증기량 (22, 26, 33, 37) 각각은 가스터빈과정 중 작동공기유량 (3, 6, 8, 11) 으로 전향된다.

Description

발전소 플랜트 운전 방법 {METHOD OF OPERATING A POWER STATION PLANT}
본 발명은, 가스터빈군과 이 가스터빈군의 하류측에 설치된 폐열증기발생기로 실질적으로 이루어지는 발전소 플랜트 운전 방법으로서, 상기 가스터빈군은 각각 하나 이상의 압축 장치, 연소실, 터빈 및 발전기를 포함하며, 마지막 터빈에서 나온 배기 가스가 상기 폐열증기발생기를 통하여 흘러서, 하나 이상의 증기부가 발생하는, 발전소 플랜트 운전 방법에 관한 것이다.
따라서, 유럽특허공보 제 0 462 458 호에서는, 가스터빈군과, 그 하류측에 설치된 폐열증기발생기와, 분사 시스템으로 실질적으로 이루어진 발전소 플랜트를 개시하였다. 자동장치 (autonomous unit) 로서, 상기 가스터빈군의 구성요소는 발전기, 압축기, 연소실 및 터빈을 포함한다. 터빈에서 나온 배기 가스는 폐열증기발생기에 공급되어, 여기서 이 배출 가스는 효율적으로 계속 사용된다. 상기 배기 가스로부터 이탈된 열에너지와 함께, 고압증기는 폐열증기발생기의 고압부에서 발생되고, 고압증기는 상기 분사기 시스템에 공급되어 구동노즐에 유입된다. 압축기에서의 압축공기가 상기 분사기 시스템의 수용노즐 쪽으로 전향된다. 이 공기는 구동 노즐의 작용으로 더 압축된다. 폐열증기발생기가 이중압 (dual - pressure) 보일러로서 설계된 경우, 예컨대, 저압부에 제공된 증기가 연소실로 공급된다. 이러한 수단들의 궁극적인 목적은 주로 오염물 방출, 특히 NOx 방출을 최소화하는 것이다. 또, 플랜트의 비출력 (specific output) 이 증가하더라도, 효율증가가 상대적으로 그다지 크지 못하다는데 있으며, 따라서 이러한 종류의 플랜트는 효율과 비출력에 관하여 완전히 형성된 복합사이클 플랜트에 대한 대체물로서 구성되지 못하게 된다.
따라서, 본 발명의 일목적은, 서두에 언급한 형태의 발전소 플랜트 운전 방법에 있어서, 증기량을 가스터빈군 쪽으로 전향하여 효율, 비출력과 냉각효과를 최대화하고, 또 상기의 발전소 플랜트의 운전으로부터 오염물 방출, 특히 NOx 방출을 최소화하는데 있다.
가스터빈군의 기본회로는 연속적으로 연소하도록 설계된다. 그러나, 본 발명에 따른 특징을 여러 가지 구조의 가스터빈군에 적용하는 것이 불가능한 것은 아니다. 매우 특이한 정도까지, 연속적으로 연소하도록 설계된 가스터빈군은 그 회로내에서 증기를 분사하는데 매우 적합하며, 이 증기는 하류측에 설치된 폐열증기발생기에서 생성된다. 사이클 배열에 따른, 여기서 달성 가능한 출력은 2 ~ 3 개의 인자에 의해 증기분사없이 작동되는 종래의 가스터빈군의 출력보다 크다. 또한, 증기분사로 작용되는 상기의 가스터빈군의 효율은 현대의 복합사이클 플랜트의 효율에 매우 근접한 값에 도달한다.
부가하여, 본 발명의 중요 이점은, 사용된 증기가, 가스터빈군의 작동 공기류 쪽으로 분사되기 전에, 열적 부하가 가해진 가스터빈군의 구조물을 냉각하는 특별한 방식에 적절하다는 것이다.
또한, 본 발명의 중요 이점은, 증기분사를 갖춘 상기의 가스터빈군의 단위비용은 복합사이클 플랜트의 비용보다 실질적으로 적어서 시장에서의 전망이 매우 양호하다는 것이다.
또한, 본 발명의 중요 이점은, 상기의 플랜트의 물소비가 습식 냉각탑을 갖춘 현대의 증기 플랜트의 물소비의 약 2/3 밖에 되지 않는다는 것이다. 상기 플랜트의 물소비는 동일한 출력의 복합사이클 플랜트의 물소비와 대략 동일하다. 비록 상기 플랜트용의 물이 부분적인 과정을 겪어야만 한다 하더라도, 그 비용은 하찮아서 발전소 운전비에 실질적으로 영향을 미치지 않는다는 것이 사실이다.
예상되는 구조의 낮은 단위비용, 고효율 및 신속한 시동과 부하의 가능성은 상기 개념을 중간 및 최대부하운전용으로 설계된 플랜트에서 사용되도록 예정할 수 있다, 그러나, 적용가능한 주영역은 기본부하운전이다.
또, NOx 방출의 최소화를 이끄는 연소실내의 화염온도의 조건설정은 특정 증기분사에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 더 유리하고 촉진적인 목적달성은 청구항에서 더 상세히 기술된다.
본 발명의 보다 완전한 이해와 그 부수적 이점들은 다음의 상세한 설명을 참조하여 첨부도면과 연결하여 고려할 때 보다 잘 이해될 수 있을 것이다.
도면을 참조하며, 동일한 도면부호는 여러 도면에 걸쳐서 동일하거나 또는 대응하는 부위를 나타내고, 본 발명을 직접 이해하는데 필수적이지 않은 모든 부재들은 생략하였으며, 매체의 유동방향은 화살표로 나타내었고, 도 1 은 폐열증기발생기 (14) 와 상호작용하는 가스터빈군을 도시하였으며, 상기 폐열증기발생기 (14)에서 발생한 증기는 적절한 지점에서 직접 또는 간접으로 가스터빈군 쪽으로 분사된다. 연소실을 운전하는데 사용되는 연료에 관해서는 다음과 같다. 예컨대, 필요한 연료는 가스터빈군과 상호작용하는 석탄 가스화에 의해 제공될 수 있다. 또한, 주요 네트워크에서 사용된 연료를 얻을 수 있음은 당연하다. 가스터빈군을 운전하기 위한 가스 연료가 파이프 라인을 통해 공급되는 경우, 주요 네트워크와 사용자 네트워크 사이의 압력, 온도, 또는 압력과 온도 차이로부터 생기는 포텐셜은, 가스터빈군의 요건, 또는 일반적으로 플랜트의 요건을 위해 적절한 수단에 의해 회수될 수 있다. 자동장치로서의 가스터빈군은 압축기 (1) 와, 압축기 (1) 의 하류측에 설치된 제 1 연소실 (4) 과, 상기 연소실 (4) 의 하류측에 설치된 제 1 터빈 (7) 과, 제 1 터빈 (7) 의 하류측에 설치된 제 2 연소실 (9) 과, 제 2 연소실 (9) 의 하류측에 설치된 제 2 터빈 (12) 으로 구성된다. 상기 터보기계류 (1, 7, 12) 는 커플링 (도시되지 않음) 에 의해 발전기 (54) 에 연결된 공통의 로터축 (rotor shaft) (55) 을 가진다. 이 로터축 (55) 은 압축기 (1) 의 헤드측상과 제 2 터빈 (12) 의 하류측에 바람직하게 설치된 두 베어링 (도시되지 않음) 상에 바람직하게 설치된다. 설계에 따라서, 예컨대 비출력을 증가시키기 위해, 압축단은 사이에 중간냉각기 (intercooler) 를 갖는 두 개의 부분적인 압축기 (도시되지 않음) 로 분할될 수 있다. 흡입공기 (2) 가 압축된 후에 압축기의 출구와 제 1 터빈 (7) 을 포함하는 케이싱 (도시되지 않음) 쪽으로 바람직하게 흐른다. 연속적인 환상 연소실로서 바람직하게 설계되고 압축공기 (3) 가 흐르는 제 1 연소실 (4) 은 상기 케이싱내에 설치된다. 제 1 연소실 (4) 운전용 압축공기는 물론 공기 저장 시스템 (도시되지 않음) 으로부터 제공될 수 있다. 헤드측상에서 환상 연소실 (4) 은 원주면에 분포된 다수의 버너 (상세히 도시되지 않음) 를 가지며, 이 버너는 연소를 책임지고 있다. 확산 (diffusion) 버너는 본질상 여기에 사용될 수 있다. 특히, NOx 방출과 연관된 오염방출을 감소시키기 위해서, 그리고 효율증대를 위하여, 유럽특허공보 제 0 321 809 호에 따라 예혼합 버너 (premix burners) 의 설비가 제공되는 것이 바람직하고, 상기 공보에서의 발명 대상은 본 명세서의 구성 부분과 동일하다. 부가하여, 상기 공보에는 여기에서 기술된 연료 공급 형태와 예컨대 본 도 1 에서 각각 연료 (5, 10) 를 통하여 사용될 수 있는 재생된 연도가스로 풍부해진 연소공기의 조성에 대하여 또한 응용하고 있다. 연료 공급 형태와 연소공기의 조성에 대하여, 이는 제 2 연소실 (9) 에서도 사용된다. 환상 연소실 (4) 의 원주방향에 예혼합 버너의 배치에 관련하여, 이러한 배치는 필요시 동일한 버너의 통상적인 구조와 다를 수 있다. 따라서, 여러 가지 크기의 예혼합 버너가 대신 사용될 수 있다. 동일한 구조의 소형 예혼합 버너가 각각의 경우에서 대형의 두 예혼합 버너 사이에 배열되는 방식으로 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 관련 연소실 (4) 의 파일럿 버너 (pilot burners) 인, 소형의 예혼합 버너에 관하여 주 버너기능을 완수하는 대형의 예혼합 버너의 크기는, 그것들을 통과하는 연소공기, 즉, 통상적인 경우 압축기 (1) 로부터의 압축공기 (3) 에 따라 각 경우별로 설정된다. 공기 계수가 실제로 일정하기 때문에, 파일럿 버너는 환상 연소실 (4) 의 전체 부하에 걸쳐 별개의 예혼합 버너로서 기능한다. 주버너는 플랜트에 특유의 소정의 기준에 따라 접속 및 차단된다. 파일럿 버너는 전체 부하 범위에 걸쳐 이상적인 혼합으로 운전될 수 있기 때문에, NOx 방출이 부분 부하의 경우에도 매우 낮아진다. 상기 구조에 있어서, 환상 연소실 (4) 의 전방부위내의 순환 유동라인은 파일럿 버너의 와류 중심에 매우 근접하게 되어, 본질상 점화는 파일럿 버너에 의해서만 가능할 뿐이다. 운전시에, 파일럿 버너를 통해 공급되는 연료 (5) 양은, 파일럿 버너가 조절될 까지, 즉 가득찬 연료량이 사용가능할 때까지 증가한다. 이 지점이 가스터빈군의 각각의 부하 불연속 조건에 대응하도록 구조물을 선택한다. 그 후, 주버너를 통하여 출력이 더 증가한다. 따라서, 가스터빈군의 최절정의 부하에서, 주버너는 또한 완전히 조절된다. 주버너에서 발생한 "대형" 의 냉각기 와류 중심 사이에서, 파일럿 버너로 개시된 "소형" 의 고온 와류 중심의 구조가 극도로 불안정한 것으로 밝혀졌기 때문에, 낮은 CO 와 UHC 방출 및 NOx 방출로 매우 양호한 번아웃 (burn-out) 은, 심지어 부분 부하 범위에서의 빈약한 혼합으로 작동되는 주버너의 경우에도 달성되고, 즉 파일럿 버너의 뜨거운 와류는 주버너의 소형의 와류 쪽으로 즉시 침투한다. 환상 연소실 (4) 은 필요시 경사진 환상 형태로, 때로는 나선형태로 로터축선 주위에 설치되는 다수의 개별 환상 연소공간으로 물론 구성될 수 있다. 상기 환상 연소실 (4) 은 설계와는 관계없이, 로터 길이에 실제로 영향을 미치지 않는 방식으로 기하학적으로 설치될 수 있다. 이런 배열에서 발생하는 이점은 상세히 후술될 것이다. 상기 환상 연소실 (4) 로부터 나온 고온가스 (6) 가 하류에 바로 설치된 제 1 터빈 (7) 으로 들어가서, 터빈의 열팽창작용은 고온가스 (6) 상에서 최저로 상당히 유지된다. 즉, 상기 터빈 (7) 은 1 열 내지 2 열 이하의 가동 블레이드로 구성될 것이다. 이와 같은 터빈 (7) 에 있어서, 축방향 추력을 안정화시킬 목적으로 단부면에서의 압력보상이 필요하다. 터빈 (7) 내에서 부분적으로 팽창되어 제 2 연소실 (9) 로 직접 유동하는 고온의 배기 가스 (8) 는 설명한 이유 때문에 상당히 고온이 된다. 즉, 특별한 운전이유 때문에 설계는 온도를 1000 ℃ 부근까지 확실히 유지하는 것이 바람직하다. 상기 제 2 연소실 (9) 은 실질적으로 연속적인 환상, 축방향 또는 준축방향 (quasi-axial) 실린더를 가진다. 물론 제 2 연소실은 다수의 축방향, 준축방향 또는 나선식으로 설치되어 자체적으로 포함한 연소공간으로 구성될 수 있다. 단일의 연소공간으로 구성되는 환상 연소실 (9) 의 구조에 관한 한, 상기 환상 실린더의 원주방향에 복수의 연료 (10) 가 배열되고, 이 경우 연료는 링 메인 (ring main) (도시되지 않음) 을 통하여 서로가 연결될 수 있음은 물론이다. 상기 연소실 (9) 은 원래 버너를 가지지 않는다. 필요시 온도레벨이 이와 같은 운전모드를 허용하는 경우, 터빈 (7) 에서 나온 고온의 배기 가스 (8) 에 분사된 연료 (10) 가 자체점화로 연소하게 된다. 연소실 (9) 이 가스 연료, 즉 예컨대 천연가스로 작동된다는 가정하에 출발하면, 터빈 (7) 에서 나온 고온의 배기 가스 (8) 의 온도는 자체점화를 위해서 1000 ℃ 부근이어야 하고, 물론 이것은 상기 터빈 (7) 의 설계에 있어서 일시적 역할을 담당하는 인자인, 부분부하운전 동안의 경우여야 한다. 자체점화용으로 설계된 연소실의 경우에 운전의 신뢰성과 고효율을 보장하기 위하여, 가장 중요한 것은 화염 전방이 국부적으로 안정하게 유지되어야 한다는 것이다. 이를 위하여, 원주방향에 배열된 다수의 와류 발생기 (도면에 도시되지 않음) 는 상기 연소실 (9) 에, 바람직하게는 내벽 및 외벽상에 제공되고, 와류 발생기 연료 (10) 의 상류의 유동방향에 바람직하게 설치된다. 상기 와류 발생기의 목적은 연료가 와류 쪽에 공급되어, 안정한 역류영역을 보다 하류로 인도하는, 즉 환상 연소실 (4) 내의 예혼합 버너의 역류영역과 유사하게 하는 와류를 발생시키는데 있다. 축방향 배열과 전체길이 때문에, 상기 연소실 (9) 이 고속의 연소실이라면, 평균속도는 약 60 m/s 보다 크며, 와류 발생요소, 즉 와류 발생기는 이 유동에 일치되도록 설계되어야 한다. 이러한 요소들은, 유입측상에서, 유입에 대한 경사면을 갖는 4 면체형으로 바람직하게 구성된다. 이미 기술된 바와 같이, 와류 발생요소들은 연소실 (9) 의 외면 또는 내면 중 하나에 위치될 수 있거나, 또는 다른 위치에도 위치될 수 있다. 외부 및 내부 와류 발생기 사이의 경사면은, 연소실 (9) 내의 유동단면이 연료 (10) 분사 영역내의 상기 위치의 하류측의 역류발생팽창을 견디도록 거울상 (mirror image) 으로 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 와류 발생요소들은 서로에 대하여 축방향으로 이동될 수 있다. 와류 발생요소들의 유출측면은 내벽쪽으로 실질적으로 수직으로 배향되어 이 위치에서부터 계획된 역류영역이 발생할 수 있다. 와류 발생기의 특정한 구조에 대해서는, 상기 내용의 중요부분인, 유럽특허공보 제 0 619 133 호를 참조할 수 있다. 그러나, 연소실 (9) 의 자체점화는 가스터빈군의 부분 부하범위 뿐 아니라 일시적인 부하범위에서의 여러 가지 연료에 대하여 계속 보장되어야 한다. 즉, 연료 (10) 의 주입영역에서의 고온의 배기 가스 (8) 온도가 변화될 수 있는 경우에도 연소실 (9) 내의 자체점화를 보증하는 보조수단이 제공되어야 한다. 이를 보장하기 위하여, 저점화온도를 갖는 소량의 또 다른 연료가 상기 연료에 첨가될 수 있다. 여기에서 예컨대 연료오일이 "보조연료" 로서 매우 적합하다. 적절하게 분사된 액체보조연료는, 소위 퓨즈로서 작용하는 기능을 수행하고, 제 1 터빈 (7) 에서 나온 배기 가스 (8) 가 소망의 최적치 이하의 온도를 가지더라도 연소실 (9) 내의 자체점화를 촉발한다. 자체점화를 보장하기 위하여 연료오일을 제공하는 상기 수단은 가스터빈군이 감소된 부하에서 작동할 때 특히 적절한 것으로 확실하게 판명되었다. 또, 상기 수단은 연소실 (9) 이 최대의 축방향 길이를 갖도록 하는 결정적인 인자이다. 연소실 (9) 의 전체 길이가 짧은 것, 혼합물을 형성하여 화염을 안정화시키는 와류 발생기를 작동시키는 것, 및 자체점화를 연속적으로 보장하는 것은, 연소가 매우 빠르게 행해지도록 하는 요인이고, 고온의 화염전방 영역에서의 연료의 정체시간 (dwell time) 이 최소로 된다. 연소로부터 직접 측정가능한 유효한 결과는, NOx 방출에 관한 것으로서, 이들은 더 이상 문제가 되지 않는 방식으로 최소화된다. 또, 상기 초기상태는 연소위치를 명확하게 한정하도록 하여, 상기 연소실 (9) 의 구조를 최적으로 냉각시키는데 반영된다. 그 다음, 연소실 (9) 내에 형성된 고온가스 (11) 가 하류측에 설치된 제 2 터빈 (12) 에 유입된다. 가스터빈군의 열역학적 특성은 제 2 터빈 (12) 에서 나온 배기 가스 (13) 가 여전히 하류측에 설치된 폐열증기발생기 (14) 를 작동시킬 수 있을 정도의 열적 포텐셜을 가지도록 설계될 수 있다. 환상 연소기에 관한 설명에서 이미 지적된 바와 같이, 환상 연소실 (4) 은 로터 길이에 실질상 영향을 미치지 않는 방식으로 기하학적으로 설치된다. 또, 제 2 연소실 (9) 이 제 1 터빈 (7) 의 유출면과 제 2 터빈 (12) 의 유입면 사이에서 최소길이를 가지도록 설정될 수 있다. 또, 설명한 이유 때문에, 제 1 터빈 (7) 에서의 고온가스 (6) 의 팽창이 몇 열의 가동 블레이드에서 발생할 때, 소형의 가스터빈군이 제공된다. 소형의 디퓨저 (도면에 명확히 도시되지 않음) 가 제 2 연소실 (9) 의 전방에 제공되는 경우 가스터빈군의 효율을 증가시키는 ?訣÷?있다. 따라서, 전체 시스템에서의 전체압력 손실은 감소될 수 있다. 최소길이의 디퓨저인 경우에도 동압의 큰 회복율이 달성될 수 있음을 통상적인 디퓨저 설계에서도 알 수 있다. 상술한 바와 같이, 압축기 단에는 중간냉각기가 장착될 수 있다. 도면에서 도시된 바와 같이, 가스터빈군의 기본적인 기하학적 개념을 변경시키지 않도록, 상기 중간냉각에 대한 기본이 설정되는 경우, 스테이터 (stator) 케이싱 내면과 압축기 단의 유동방향의 우측에 배치되는 중간냉각기 (도면에 도시되지 않음) 가 제공되는 것이 제안된다. 상기 중간냉각기에 있어서의 냉각은 직접 또는 간접으로 발생한다. 직접적인 중간냉각의 경우에는, 예를 들어 분사된 물이 증발되도록 작동되는 장치에 의해서, 중간냉각이 수행될 수 있다. 따라서, 스테이터 케이싱 외부에 위치한 중간냉각기까지의 일반적인 연결선과 중간냉각기에서 스테이터 케이싱 뒤쪽을 통하여 다음 압축기 단까지의 공동의 연결선이 완전히 불필요해지게 된다. 이미 기술한 바와 같이, 제 2 터빈 (12) 에서의 배기 가스 (13) 는 폐열증기발생기 (14) 를 통하여 흐른 다음 연도가스 (50) 로 바뀌게 된다. 폐열증기발생기 (14) 는 두가지 형태의 증기를 제공한다. 그 하나는, 공급수 (51) 로서 우선 공급 펌프 (52) 를 경유하여 제 1 절탄기 (economizer) 단 (53) 을 통해서 통과한 다음 과열증기 (15) 로서 역압터빈 (16) 으로 유입되는 증기량이다. 역압터빈 (16) 에 의해 발생된 일은 기어장치 (17) 를 통하여 도시된 바와 같이 로터축 (55) 으로 전달되어, 이 경우 상기 일은 공동의 발전기 (54) 쪽에 흐를 수 있거나, 또는 공기동역학적 이유 때문에, 초동기 (supersynchronous) 방식으로 회전하는 역압 터빈 (16) 에 연결된 발전기가 주파수 변환기 (frequency converter) 를 통하여 네트워크에 직접 연결된다. 기어장치를 통하여 직접 연결함으로써, 공급된 증기로 직접 시동할 수 있다. 그러나, 두 발전기의 전기접속도 증기로 시동할 수 있다. 상기 역압터빈 (16) 으로부터 유출되는 역압증기 (18) 의 일부 (19) 는 예컨대 스테이터를 통하여 제 1 터빈 (7) 의 고온구조물 (21) 이 냉각되도록, 제어요소 (20) 를 통하여 흐른다. 다른 일부 (23) 는 제어요소 (24) 를 통하여 흐르고, 제 1 연소실 (4) 의 고온구조물 (25) 을 냉각시키도록 한다. 이러한 냉각증기량 (22, 26) 은 냉각될 구조물과의 열교환시 매우 과열되어, 결국 압축기 (1) 에서 나오는 압축공기 (3) 와 함께 연료 (5) 의 개방연소 (open combustion) 에 의해 제 1 터빈 (7) 의 입구에서의 필요한 혼합온도가 된다. 가스터빈 과정의 작동 공기류에 상기 냉각 증기량 (22, 26) 의 유입은, 적어도 부분적으로 연료주입의 하류측에도 실시할 수 있다. 증기 (19) 의 일부는 회전하는 고온구조물을 냉각시키는 기능을 또한 수행한다. 또, 폐열증기발생기 (14) 내에 설치된 증발장치 (27) 는 드럼 (28) 을 통하여 중간압력증기 (29) 를 발생하도록 작용하고, 중간압력증기 (29) 는 제 2 연소실 (9) 과 제 2 터빈 (12) 의 고온구조물을 냉각시키도록 작용한다. 상기 중간압력증기의 일부 (30) 는 제어요소 (31) 를 통하여 고온구조물 (32) 쪽으로 흘러서 제 2 터빈 (12) 의 전방부를 냉각시킨다. 또한, 다른 일부 (34) 는 제어요소 (35) 를 통하여 고온구조물 (36) 쪽으로 흘러서 제 2 연소실 (9) 을 냉각시킨다. 냉각 증기량 (33, 37) 은, 제 1 터빈 (7) 으로부터 부분적으로 팽창된 고온가스 (8) 와 함께, 연료 (10) 에 의해 개방 연소로 제 2 터빈 (12) 의 입구에서의 필요한 혼합온도가 된다. 물론, 가스터빈과정의 작동 공기류에 상기 냉각증기량 (33, 37) 의 유입은, 적어도 부분적으로, 연료주입의 하류측에도 실시할 수 있다. 또, 여기에서, 증기 (29) 의 일부는 회전하는 고온구조물을 냉각하는 기능을 수행할 수 있다. 마지막으로, 폐열증기발생기내의 제 2 절탄기 단 (40) 과 상호작용하는 증발 플라스크 (43) 로부터의 플래쉬 증기 (flash steam) (44) 에 의하여, 제 2 터빈 (12) 의 후부 (46) 의 고온구조물의 냉각은 수행될 수 있고, 여기서 낮은 증기압이라도 충분하다. 상기 플래쉬 증기 (44) 는 또한 사용되기 전에 제어요소 (45) 를 통해 흐른다. 폐열증기발생기 (14) 내의 상기 제 2 절탄기 단 (40) 은 공급 펌프 (39) 를 통해 공급수 (38) 가 공급된다. 이 경우, 100 % 를 넘는 공급 수량은 상기 절탄기 단 (40) 으로 공급되며, 여기서 100 % 는 배기 가스 (13) 에 의해 제공되는 에너지와 관련된 정격 수량을 나타내는 수치이다. 공급 수량의 100 %를 넘는 부분 (41) 은 적절한 지점에서 절탄기 단 (40) 으로부터 분류하여 제어요소 (42) 를 경유하여 전술한 증발 플라스크 (43) 쪽으로 공급되고, 이 증발 플라스크로부터는 전술한 플래쉬 증기 (44) 가 유출된다. 그 후, 정격 수량은 전술한 드럼 (28) 쪽으로 흐른다. 증발 플라스크 (43) 로부터 나온 배수 (47) 는 제어요소 (48) 를 통해 흐르고 제 2 절탄기 단 (40) 의 공급수 (38) 에 또한 배수 (49) 를 통하여 제 1 절탄기 단 (53) 의 공급수 (51) 에 각각 공급한다. 상기 두 가지 경우에 있어서, 상기 배수는 공급 수량을 혼합에 의해 적절히 가열하여, 저온부식이 발생할 두려움이 없어진다. 폐열증기발생기 (14) 내의 서로 다른 증기부 (15, 29, 44) 를 발생시키는 정교한 배열이 배기 가스 (13) 의 엑서지를 상당량 사용하도록 하여 스택 온도를 100 ℃ 부위로 낮춘다.
도 2 는 도 1을 참조하여 도시 및 설명된 바와 같이 실질적으로 유사한 발전소 플랜트를 도시한다. 여기에서, 가스터빈군은 순차적인 연소에 따라 작동하며, 이 경우 연소실 (4a, 9a) 은 도 1 에 따른 기법에 따라서 설계될 필요가 없다. 또, 여기에서는, 마지막 터빈 (12) 에서 나온 폐기가스 (13) 는 폐열증기발생기 (14a) 쪽으로 향하지만, 이 증기발생기는 도 1 의 증기발생기와 비교하여 보다 더 간단한 구조를 갖는다. 공급 펌프 (52) 를 통해 폐열증기발생기 (14a) 로의 공급수 (51) 의 공급은 도 1 에 따른 회로와 유사한 방식으로 역압 터빈 (16) 에 우선적으로 유입된 과열증기 (15) 가 형성되는 방식으로 연속 발생한다. 상기 터빈에 의해 발생한 일은 기어장치 (17) 를 통해 로터축 (55) 에 바람직하게 전달되고, 이 경우 상기 일은 공동의 발전기 (54) 로 흐른다. 상기 역압 터빈 (16) 에서 유출한 역압 증기 (18) 는 제어요소 (18aa, 18bb, 18cc, 18dd) 가 장착된 복수의 도관에 걸쳐 분배되어 가스터빈군 - 제 2 터빈 (12) 과 제 1 터빈 (7) 용의 각각의 도관 (18a, 18b) 의 열적 부하를 받은 구조물을 냉각시키는 것이 바람직하고, 또는 필요하다면, 제 1 연소실 (4a) 과 압축공기 (3) 용의 각각의 증기량 (18c, 18d) 을 혼합할 때 필요시 바람직하게 냉각한다. 그 다음, 냉각결과에 의해 과열된 증기량 (18a,18b) 은 적절한 지점에서 각각의 작동 공기류로 전향될 수 있다. 상기 제어요소는 증기유입이 가스터빈군의 여러 지점에서의 특정 방법으로 수행되도록 한다. 상기 폐열증기발생기 (14a) 에 있어서, 연도가스 (50) 보다 낮은 온도에 이르도록 배기 가스 (13) 의 엑서지가 최대한 이용된다. 전술한 2 개의 발전소 플랜트에 대하여, 초임계 증기를 발생시키는 것이 최선의 결과를 가져온다.
본 발명의 많은 정정과 변경이 상기 기술에 비추어 가능함은 자명하다. 따라서, 첨부된 청구범위내에서 본 발명은 여기에 특별히 기술된 것과는 달리 실시될 수 있는 것으로 이해된다.
본 발명에 따라 증기량을 가스터빈군 쪽으로 전향함으로써, 효율, 비출력과 냉각효과를 최대화하고, 또 발전소 플랜트의 운전으로부터 발생하는 NOx 방출 등의 오염방출을 최소화 시키는 효과가 있다.
도 1 은 적절한 지점에 증기 분사 및 폐열증기발생기를 갖춘 연속적으로 연소하는 가스터빈군의 회로의 도면, 및
도 2 는 개량된 증기분사를 갖춘, 도 1 에 따른 가스터빈군의 회로의 도면.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※
1 : 압축기 2 : 흡입공기
3 : 압축공기 4, 4a : 제 1 연소실
5 : 연료 6, 11 : 고온가스
7 : 제 1 터빈 8 : 고온 배기 가스
9, 9a : 제 2 연소실 10 : 연료
12 : 제 2 터빈 13 : 배기 가스
14, 14a : 폐열증기발생기 15 : 과열증기
16 : 역압터빈 17 : 기어장치
18 : 역압증기 18a-d, 19, 23 : 역압증기량
18aa-dd, 20, 24, 31, 35, 42, 45, 48 : 제어요소
21 : 열적 부하가 가해진 터빈 (7) 의 구조물
22 : 21 에서의 냉각증기량
25 : 열적 부하가 가해진 연소실 (4) 의 구조물
26 : 25 에서의 냉각증기량 27 : 증발 장치
28 : 드럼 29 : 중간압 증기
30, 34 : 중간압 증기량
32 : 열적 부하가 가해진 터빈 (12) 의 구조물
33 : 32 에서의 냉각증기량
36 : 열적 부하가 가해진 연소실 (9) 의 구조물
37 : 36 에서의 냉각증기량
38 : 절탄기 단 (40) 까지의 공급수
39, 52 : 공급 펌프 40, 53 : 절탄기 단
41 : 40 에서의 100 % 초과한 공급수 부위의 추출
43 : 증발 플라스크 44 : 플래쉬 증기
46 : 열적 부하가 가해진 터빈 (12) 의 구조물
47 : 배수 49 : 배수
50 : 연도가스 51 : 절탄기 단 (53) 까지의 공급수
54 : 발전기 55 : 로터축

Claims (10)

  1. 가스터빈군과 이 가스터빈군의 하류측에 설치된 폐열증기발생기로 실질적으로 이루어지는 발전소 플랜트 운전 방법으로서, 상기 가스터빈군은 각각 하나 이상의 압축 장치, 연소실, 터빈 및 발전기를 포함하며, 마지막 터빈에서 나온 배기 가스가 상기 폐열증기발생기를 통하여 흘러서, 하나 이상의 증기부가 발생하는, 발전소 플랜트 운전 방법에 있어서,
    상기 폐열증기발생기 (14, 14a) 내에서 직접 또는 간접으로 발생한 하나 이상의 증기부 (15, 29, 44) 는, 상기 가스터빈군의 하나 이상의 열적 부하가 가해진 구조물 (21, 25, 32, 36, 46) 로 유입하여 이를 냉각시키는데 사용되고, 또한 냉각은 증기에 의해서만 수행되며, 냉각이 수행된 후에, 냉각증기량 (22, 26, 33, 37) 은 가스터빈과정의 작동 공기류 (3, 6, 8, 11) 로 직접 또는 간접으로 전향되는 것을 특징으로 하는 발전소 플랜트 운전 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스터빈군은 연속적인 연소로 작동되는 것을 특징으로 하는 발전소 플랜트 운전 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 냉각에 사용된 증기는 직접적으로 또는 역압 터빈 (16) 을 통하여 냉각될 상기 가스터빈군의 구조물에 공급되는 것을 특징으로 하는 발전소 플랜트 운전 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 고압측에 있는 상기 가스터빈군의 상기 열적 부하가 가해진 구조물 (21, 25) 은 상기 폐열증기발생기 (14, 14a) 내에서 제공된 증기에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 발전소 플랜트 운전 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 냉각이 수행된 후에, 상기 냉각증기량 (22, 26) 은 고압측상의 상기 가스터빈과정의 작동 공기류 (3, 6) 로 전향되는 것을 특징으로 하는 발전소 플랜트 운전 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 추가적인 증발 장치 (27) 가 상기 폐열증기발생기 (14) 에서 작동하고, 상기 폐열발생기의 상기 증발 장치 (27) 로부터 중간압 증기 (29) 가 제공되는 것을 특징으로 하는 발전소 플랜트 운전 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 저압측에 있는 상기 가스터빈군의 상기 열적 부하가 가해진 구조물 (32, 36, 46) 은 상기 중간압 증기(29) 에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 발전소 플랜트 운전 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 냉각이 수행된 후에, 냉각증기량 (33, 37) 은 상기 저압측상에서 상기 가스터빈과정의 작동 공기류 (8, 11) 로 전향되는 것을 특징으로 하는 발전소 플랜트 운전 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 절탄기 단 (40) 은 상기 폐열증기발생기 (14) 에서 작동하고, 공급수 (38) 양 중 100 %를 넘는 부분은 상기 폐열증기발생기의 상기 절탄기 단 (40) 을 통해 우선 흐르며, 이 100 %를 넘는 부분 (41) 은 적절한 지점에서 유출되어 추가적인 증기 (44) 를 형성하기 위한 증발 플라스크 (43) 쪽으로 전향되는 것을 특징으로 하는 발전소 플랜트 운전 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 증기 (44) 는 상기 저압측에 있는 상기 가스터빈군의 상기 열적 부하가 가해진 구조물 (46) 을 냉각하도록 사용되는 것을 특징으로 하는 발전소 플랜트 운전 방법.
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