KR101594323B1 - 통합형 연료 가스 예열을 갖는 발전소 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스 터빈(6), 증기 터빈(13)을 갖는 용수 증기 사이클 및 적어도 2개의 압력 레벨들을 갖는 열회수 증기 발전기(HRSG)(9), 및 상기 가스 터빈(6)의 연료를 예열하기 위한 연료 예열기(2)를 포함하는 조합형 순환 발전소(CCPP)에 관한 것이다. 상기 연료 예열기는 연료를 제 1 상승 온도로 예열하기 위한 제 1 열교환기(20)와, 연료 가스를 제 2 상승 온도로 추가로 예열하기 위한 제 2 열교환기(21)를 포함하고, 상기 제 1 열교환기는 최고 HRSG 압력 레벨 밑에 있는 상기 HRSG의 압력 레벨로부터 공급수 라인에 연결되고, 상기 제 2 열교환기는 상기 HRSG(9)의 최고 압력 레벨을 갖는 상기 고압 공급수(36)에 연결된다.
본 발명은 또한 이러한 연료 예열기(2)를 갖는 CCPP의 작동 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 이러한 연료 예열기(2)를 갖는 CCPP의 작동 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 통합형 연료 가스 예열을 갖는 조합형 순환 발전소에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 통합형 연료 가스 예열을 갖는 조합형 순환 발전소의 작동 방법에 관한 것이다.
CCPP(조합형 순환 발전소;combined cycle power plant)는 가스 터빈과 증기 터빈을 고효율로 조합하게 구성하여서 가스 터빈으로부터 열회수 증기 발전기(HRSG)로 고온 배기 가스를 안내하고 배기 가스에 보유된 열 에너지에 의해서 증기를 발생시키는 발전소이다. 이 증기는 증기 터빈에 의해서 전력 생산을 가능하게 하고 가스 터빈에 의해서 발생된 전력과 결합되어서, 가스 터빈에 의한 독립된 전력 생산과 비교할 때 배기 가스에 보유된 열적 에너지와 동등한 열적 효율을 개선할 수 있다.
CCPP의 열적 효율을 개선하기 위하여, 가스 터빈의 입구에서 고온 가스 온도를 더 높은 온도로 증가시키는 것이 가장 효과적이다. 그러나, 최신 재료 및 연소 기술 조차도, 고온 가스 온도는 수명 시간 및 방출물 이유로 인하여 제한된다. CCPP들의 효율을 더욱 증가시키기 위하여, 연료 가스 예열이 제안되었다.
EP 0931911A2호는 연료 가스를 예열하기 위하여 고압 드럼의 상류에서 고압 공급수의 추출을 기술하고 있다. 저온 HP 용수는 그때 보조 냉각되어서 주요 응축기로 방출된다.
이러한 연료 가스 예열 시스템을 사용하면 전체 효율을 개선시킬 수 있다. 그러나, 고압 레벨로부터 높은 등급의 열이 사용되기 때문에, 주요 에너지 손실이 발생된다.
DE 10 2007 054 467 A1호는 용수 증기 사이클의 중간압 및 저압 레벨에서 다른 열원들을 사용하는 단계적인 예열을 기술하고 있다. 열을 추출한 후에, 예열을 위하여 사용된 용수는 HRSG의 저압 시스템으로 반환된다. DE 10 2007 054 467 A1호에 기술된 시스템은 효율을 개선시키지만 복잡하고 고비용이다. 또한, 모든 반환 증기들은 저압 시스템으로 안내되어서 대응하는 손실들이 발생한다.
본 발명의 목적은 연료 가스 예열로 인한 높은 플랜트 효율과 최소의 전력 손실을 달성하기 위하여 용수 증기 사이클로부터의 열을 효과적으로 사용하는 연료 가스 예열을 갖는 CCPP(조합형 순환 발전소)를 제안하는 것이다.
일 실시예에 따라서, 상술한 CCPP는 가스 터빈, 증기 터빈을 갖는 용수 증기 사이클 및 적어도 2개의 압력 레벨들을 갖는 HRSG(열회수 증기 발전기)를 포함한다. 또한 이는 상기 가스 터빈의 연료를 예열하기 위한 연료 예열기를 포함하고, 상기 연료 예열기는 상기 연료 가스를 제 1 상승 온도로 예열하기 위한 상기 제 1 열교환기와, 상기 연료 가스를 제 2 상승 온도로 추가로 예열하기 위한 상기 제 2 열교환기를 구비한다. 상기 제 1 열교환기는 상기 용수 증기 사이클의 저압 레벨로부터 추출된 열을 사용하고, 제 2 열교환기는 상기 용수 증기 사이클의 최고압 레벨로부터 추출된 열을 사용한다. 이를 위해, 상기 연료 가스를 상기 제 1 상승 온도로 예열하기 위한 상기 제 1 열교환기는 공급수를 제 1 열교환기 안으로 공급하기 위해 HRSG의 최고 압력 레벨 미만에 있는 상기 HRSG의 압력 레벨로부터 공급수 라인에 연결된다. 상기 연료 가스를 상기 제 2 상승 온도로 추가 예열하기 위한 상기 제 2 열교환기는 고압 공급수를 제 2 열교환기로 공급하기 위해 HRSG의 최고압 레벨을 갖는 고압 공급수에 연결된다.
제안된 연료 예열은 종래 기술에 대해서 현저한 장점들을 가진다. 우선, 다른 열원들을 갖는 2개의 열원들을 사용하면 효율 증가가 초래된다. 또한, 공급수 시스템 안으로 반환수를 재도입하면 연료 예열로 인한 용수측에 부여된 전체 압력 손실들을 감소시킨다.
2단(二段) 예열기들의 사용으로 인하여, 고압 레벨에서 작동하는 열교환기의 크기는 감소될 수 있다. 제 1 열교환기는 저압 디자인을 가지며 그에 의해서 비용을 감소시킨다.
상기 연료 가스 예열기를 떠나는 용수는 공급수 시스템으로 재도입되므로, 용수가 반환되는 각각의 압력 레벨에 대한 공급수 펌프의 크기는 감소될 수 있다.
2단(二段) 연료 예열기를 사용함으로써, 연료는 더 높은 온도로 경제적으로 예열될 수 있다. 연료 가스는 예를 들어 270℃ 내지 350℃의 범위에 있는 온도로 예열될 수 있다. 특히, 연료 가스는 예를 들어 290℃ 내지 310℃의 범위에 있는 온도로 예열될 수 있다.
예열을 위하여 용수를 사용하면 증기를 사용하는 것보다 열동력학적으로 더욱 효율적이다. 또한, 이는 소형 열교환기들의 사용을 가능하게 한다.
CCPP의 일 실시예에서, 제 1 열교환기는 연료 가스를 제 1 상승 온도로 예열하기 위하여 HRSG의 저압 공급수 라인에 또는 중간압 공급수 라인에 연결된다. 연료 예열을 위한 제 2 열교환기는 연료 가스를 제 2 상승 온도로 예열하기 위하여 고압 공급수를 사용함으로써 HRSG의 절약기의 출구에 연결된다. 제 1 열교환기는 예를 들어, 절약기의 저압 공급수 라인에 또는 중간압 공급수 라인에 연결될 수 있다. 이는 또한 예를 들어 절약기의 중간부에 있는 공급수 라인들에 연결될 수 있다.
본문에서, 공급수 라인은 HRSG의 드럼들 안으로 용수를 공급하기 위한 라인들에 대해서 사용될 수 있다. 각각의 압력 레벨에 대해서, HRSG는 통상적으로 공급수를 예열하기 위한 절약기, 드럼, 증발기 및 과열기를 갖는 용수 공급부를 포함한다.
CCPP의 다른 실시예에 따라서, 부스터 펌프(booster pump)가 상기 제 2 열교환기를 떠나는 상기 공급수를 상기 고압 절약기의 입구 압력으로 재가압하기 위하여 상기 제 2 열교환기의 용수 출구에 연결된다.
대안으로, 또는 조합하여 상기 제 2 열교환기의 용수 출구가 상기 HRSG의 저압 압력 레벨의 공급수 라인에 또는 상기 HRSG의 저압 레벨의 드럼에 연결된다. 3개의 압력 레벨들 즉, 저압 레벨, 중간압 레벨 및 고압 레벨을 갖는 HRSG에 대해서, 상기 제 2 열교환기의 용수 출구는 예를 들어 중간압 공급수 라인에 또는 저압 공급수 라인에 연결될 수 있다.
CCPP의 다른 실시예에 따라서, 부스터 펌프가 상기 제 1 열교환기를 떠나는 상기 공급수를 상기 제 1 열교환기를 위해 사용된 상기 공급수의 압력 레벨로 재가압하기 위하여 상기 제 1 열교환기의 용수 출구에 연결된다.
대안으로, 또는 조합하여 상기 제 1 열교환기의 용수 출구가 다음 저압 공급수 라인에 또는 다음 저압 레벨의 드럼에 연결된다.
3개의 압력 레벨들을 갖는 HRSG에 대해서, 제 1 열교환기는 예를 들어, 절약기의 하류에 있는 중간압 공급수 라인에 연결될 수 있다. 상기 제 1 열교환기의 출구는 반환수를 다시 중간압 절약기 안으로 공급하기 위하여 상기 제 1 열교환기를 떠나는 공급수를 상기 중간압 공급수의 압력 레벨로 재가압하는 부스터 펌프에 연결될 수 있다.
상기 제 1 열교환기의 용수 출구는 또한 상기 공급수 라인에 또는 상기 다음 저압 레벨의 드럼에 즉, 저압 공급수 라인 또는 드럼에 연결될 수 있다.
일 실시예에 따라서, 상기 용수 증기 사이클은 저압 레벨, 중간압 레벨 및 고압 레벨을 포함한다. 본 발전소에서, 연료 가스를 예열하기 위한 상기 제 1 열교환기는 저압 절약기의 출구에 또는 중간압 절약기의 출구에 연결되고 연료 가스를 예열하기 위한 제 2 열교환기는 상기 고압 절약기의 출구에 연결된다.
상기 고압 레벨을 위한 통상적인 압력 범위는 기본 부하 작동에서 130 내지 250 바아, 양호하게는 150 내지 220 바아이다. 상기 중간압 레벨에 대해서, 통상적인 압력 범위는 기본 부하 작동에서 30 바아 내지 100 바아, 양호하게는 50 내지 80 바아이다.
3개의 압력 레벨들을 갖는 HRSG를 구비한 CCPP의 다른 실시예에 따라서, 연료 가스를 제 1 상승 온도로 예열하기 위한 제 1 열교환기는 저압 절약기 또는 중간압 절약기(31)에 연결되고, 연료 가스를 제 2 상승 온도로 추가로 예열하기 위한 제 2 열교환기는 고압 절약기에 연결된다.
대안으로 또는 조합하여, 상기 제 2 열교환기의 출구는 중간압 드럼의 입구에 또는 저압 드럼의 입구에 연결된다.
3개의 압력 레벨들을 갖는 HRSG를 구비한 조합형 순환 발전소의 다른 실시예에 따라서, 상기 제 2 열교환기의 출구는 상기 고압 절약기의 입구에 또는 상기 고압 절약기의 중간부에 연결된다. 통상적으로, 상기 제 2 열교환기를 떠나는 용수를 재가압해서 고압 절약기로 다시 공급하기 위해 부스터 펌프가 사용될 수 있다.
CCPP의 다른 실시예에 따라서, CCPP는 상기 제 2 열교환기의 용수 출구에 연결된 플래쉬 탱크를 포함한다. 상기 플래쉬 탱크에서, 압력은 입구 용수를 탱크 안으로 배출함으로써 낮추어지고 그에 의해서 증기를 방출한다. 배출된 증기는 전력을 생산하기 위하여 증기 터빈에서 사용될 수 있고 잔여 용수는 적당한 압력 레벨에서 HRSG의 공급수 시스템으로 반환된다. 이를 위해, 상기 플래쉬 탱크의 용수 출구는 상기 용수 증기 사이클의 공급수 시스템에 연결될 수 있고, 상기 플래쉬 탱크의 증기 출구는 증기 라인을 통하여 상기 증기 터빈에 연결될 수 있다. 제 2 열교환기를 떠나는 용수가 재가압되지 않고 저압 레벨에서 공급수 시스템으로 반환된다면, 플래쉬 탱크의 사용을 고려할 수 있다. 제 2 열교환기를 떠나는 용수의 압력이 공급수 시스템의 압력에서 비등점 온도 위의 온도가 부가되는, 공급수 시스템의 압력 레벨보다 훨씬 높다면, 플래쉬 탱크의 사용이 유리할 수 있다. 상기 반환수에서 잔열은 전력 생산을 위하여 사용될 수 있고 용수는 필요한 압력에서 사용가능하다.
상기 플래쉬 탱크는 상기 증기 터빈의 중간압 또는 저압 중간단(inter-stage) 증기 공급부에 연결된다.
연료 예열은 CCPP의 가스 터빈의 연료 가스를 예열하기 위하여 배열되고 사용될 수 있다. 선택적으로, HRSG는 보충 발화부를 포함할 수 있다. 선택적인 개별 연료 가스 예열부는 상기 보충 발화부의 연료 예열을 위하여 배열되거나 또는 가스 터빈 및 보충 발화부를 위한 연료를 예열하는데 충분한 용량을 갖는 하나의 연료 가스 예열부가 제공될 수 있다. 보충 발화부를 위한 연료 가스 예열은 보충 발화부와 함께 작동하는 발전소의 순수 효율을 증가시킬 수 있지만, 발전소의 추가 비용 및 복잡성을 증가시킬 수 있다. 그 적용은 보충 발화부에서의 기대 작동 시간 및 방식에 기초하여 주의 깊게 평가될 필요가 있다.
통상적으로, 공급수는 절약기를 각각의 압력 레벨의 드럼에 연결하는 라인으로부터의 절약기에서 가열된 후에, HRSG 공급수 시스템으로부터 연료 예열기로 분기된다. 공급수 시스템으로부터 연료 가스 예열을 위한 열교환기로의 공급수 라인의 열 요구량 및 온도 레벨은 절약기의 중간부 또는 절약기의 상류에서 분기될 수 있다.
CCPP 이외에, 이러한 CCPP의 작동 방법은 본 발명의 주요 요지이다. 가스 터빈, 증기 터빈, 적어도 2개의 압력 레벨들을 갖는 HRSG를 갖는 용수 증기 사이클 및 가스 터빈의 연료를 예열하기 위한 연료 예열기를 포함하는 CCPP을 작동하기 위한 상술한 작동 방법이 사용될 수 있다. 제안된 방법에 따라서, 상기 연료는 제 1 열교환기에서 HRSG의 최고 압력 레벨 밑에 있는 상기 HRSG의 압력 레벨로부터 공급수를 사용하여 제 1 상승 온도로 예열된다. 상기 연료는 제 1 열교환기를 통과한 후에, 상기 HRSG의 최고 압력 레벨을 갖는 고압 공급수를 사용하여 제 2 열교환기에서의 제 2 상승 온도로 추가로 예열된다. 고압 공급수는 HRSG 공급수 시스템으로부터 분기되고 제 2 열교환기로 공급된다.
본 방법의 일 실시예에 따라서, 상기 HRSG는 3개의 압력 레벨들로 작동된다. 저압 공급수 또는 중간압 공급수는 상기 연료 가스를 상기 제 1 상승 온도로 예열하기 위해 상기 제 1 열교환기로 공급되고, 고압 공급수는 고압 절약기에서 가열되고 상기 가열된 고압 공급수의 적어도 일부는 상기 연료 가스를 상기 제 2 상승 온도로 예열하기 위하여 상기 제 2 열교환기로 공급된다.
본 방법의 다른 실시예에 따라서, 상기 제 2 열교환기를 떠나는 용수는 저압 레벨의 공급수 시스템으로 반환된다. 상기 가스 터빈의 저부하 작동 중에, HRSG의 각각의 압력 레벨에서 절약기로부터 드럼으로의 공급수 유동을 제어하는 중간압 공급수 제어 밸브는 폐쇄된다. 상기 절약기를 통과하여 유동하는 용수는 제 1 열교환기로 공급될 수 있다. 동시에, 고압 반환수가 반환되는 드럼의 용수 레벨을 제어하기 위하여 상기 제 2 열교환기를 통한 용수 유동을 제어하는 제 2 열교환기 제어 밸브가 사용된다. 이 작동 모드에서 제 2 열교환기 뒤의 연료 가스 온도는 설계 레벨로 제어될 수 없지만 그 결과 사용가능한 열에는 결과적인 용수 유동이 제공된다. 그에 따른 온도 제어도 역시 슬라이딩 온도 제어(sliding temperature control)로 칭한다.
상기 가스 터빈의 높은 부분 부하 작동에서 그리고 기본 부하 작동에서, 상기 중간압 공급수 제어 밸브는 적어도 부분적으로 개방되고 드럼의 용수 레벨을 제어하는데 사용된다. 상기 연료 가스가 상기 제 2 열교환기를 통하여 상기 공급수 유동을 제어함으로써 예열되는 온도를 제어하는데 제 2 열교환기 제어 밸브가 사용된다.
본 방법의 다른 실시예에 따라서, 상기 제 2 열교환기로부터 방출된 용수는 상기 고압 절약기의 입구 압력으로 부스퍼 펌프에 의해서 재가압된다. 대안으로, 상기 제 2 열교환기로부터 방출된 용수가 상기 HRSG의 저압 레벨의 드럼에 또는 공급수 라인에 공급된다.
본 방법은 가스 터빈의 연료를 예열하기 위해 사용될 수 있다. 본 방법은 추가로 또는 조합하여, HRSG의 보충 발화부(supplementary firing)의 연료 가스를 예열하기 위하여 사용될 수 있다.
통상적으로, 2단(二段) 연료 예열은 연료 가스에 대해서 사용되지만, 또한 액체 연료에 대해서도 사용될 수 있다.
본 발명의 특성 및 장점들은 첨부된 개략적인 도면과 함께 하기에 더욱 상세하게 기술될 것이다.
도 1은 가스 터빈, 보충 발화부를 갖는 HRSG 및 연료 가스 예열부를 갖는 CCPP를 개략적으로 도시한다.
도 2는 3개의 압력 레벨들을 갖는 HRSG 및 연료 가스 예열기를 개략적으로 도시한다.
도 3은 2개의 압력 레벨들을 갖는 HRSG 및 연료 가스 예열기를 개략적으로 도시한다.
도 4는 연료 가스 예열기의 제 2 열교환기로부터의 반환수를 HRSG의 고압 공급수로 재가압하기 위하여 3개의 압력 레벨들을 갖는 HRSG, 연료 가스 예열기 및 부스터 펌프를 개략적으로 도시한다.
도 5는 3개의 압력 레벨들을 갖는 HRSG, 연료 가스 예열기 및 제 1 및 제 2 열교환기 출구에서 HRSG의 각각의 다음 저압 공급수 레벨로의 방출부를 개략적으로 도시한다.
도 6은 제 2 열교환기의 반환수로부터 증기를 발생시키기 위하여 3개의 압력 레벨들을 갖는 HRSG, 연료 가스 예열기 및 플래쉬 탱크를 개략적으로 도시한다.
도 7은 3개의 압력 레벨들을 갖는 HRSG, 고압의 관류(once through) 증기 발전기 및 연료 가스 예열기를 개략적으로 도시한다.
도 1은 가스 터빈, 보충 발화부를 갖는 HRSG 및 연료 가스 예열부를 갖는 CCPP를 개략적으로 도시한다.
도 2는 3개의 압력 레벨들을 갖는 HRSG 및 연료 가스 예열기를 개략적으로 도시한다.
도 3은 2개의 압력 레벨들을 갖는 HRSG 및 연료 가스 예열기를 개략적으로 도시한다.
도 4는 연료 가스 예열기의 제 2 열교환기로부터의 반환수를 HRSG의 고압 공급수로 재가압하기 위하여 3개의 압력 레벨들을 갖는 HRSG, 연료 가스 예열기 및 부스터 펌프를 개략적으로 도시한다.
도 5는 3개의 압력 레벨들을 갖는 HRSG, 연료 가스 예열기 및 제 1 및 제 2 열교환기 출구에서 HRSG의 각각의 다음 저압 공급수 레벨로의 방출부를 개략적으로 도시한다.
도 6은 제 2 열교환기의 반환수로부터 증기를 발생시키기 위하여 3개의 압력 레벨들을 갖는 HRSG, 연료 가스 예열기 및 플래쉬 탱크를 개략적으로 도시한다.
도 7은 3개의 압력 레벨들을 갖는 HRSG, 고압의 관류(once through) 증기 발전기 및 연료 가스 예열기를 개략적으로 도시한다.
상기 제안된 방법의 실행을 위한 발전소는 종래의 CCPP, 연료 예열기(2)를 포함한다. 선택적으로, HRSG는 보충 발화부(10)의 설비일 수 있다.
연료 가스 예열부를 갖는 통상적인 배열이 도 1에 도시된다. 제 1 발전기(25)를 구동하는 가스 터빈(6)에는 압축기 유입 가스(3) 및 연료(17)가 공급된다. 압축기 유입 가스(3)는 압축기(1)에서 압축되고 연료(17)는 연료 예열기(2)에서 예열된 연료(18)를 공급하도록 가열된다. 압축 가스는 연소기(4)에서 예열된 연료(18)의 연소를 위해 그리고 터빈(7)에서 고온 가스 팽창을 위해 압축된다. 가스 터빈(6)의 주요 출력은 전력 및 고온 연도 가스(8)이다.
가스 터빈의 고온 연도 가스(8)는 HRSG를 통과하여, 증기 터빈(13)을 위한 증기를 발생시킨다. 가스 터빈(6)에서 HRSG(9)로 연도 가스 덕트 또는 HRSG(9)에서, 보충 발화부(10)는 선택적으로 통합될 수 있다. 보충 발화부(10)에는 연료(11)가 공급된다. 선택적으로, 예열된 연료(18)는 보충 발화부(10)에 공급될 수 있다.
증기 터빈(13)은 가스 터빈(6) 및 제 1 발전기(25)(도시생략)를 갖는 단일 샤프트 구성으로서 배열되거나 또는 제 2 발전기(26)를 구동하기 위하여 다중 샤프트 구성으로서 배열된다. 증기 터빈(13)을 떠나는 증기는 응축기(14)에서 응축된다. 응축물은 공급수 탱크(15)에서 수집되어서 공급수 펌프(12)에 의하여 재가압되고 HRSG(9)로 반환된다. 도 1에서, 단지 하나의 공급수 펌프(12), 공급수(16)를 위한 하나의 라인 및 하나의 증기 터빈(13)이 도시되어 있다.
증기 사이클은 다른 증기 압력 레벨들, 공급수 펌프들 등 없이 단순화되고 개략적으로 도시된다. HRSG(9) 디자인에 따라서 공급수는 2 또는 3 이상의 압력 레벨들로 가압된다. 따라서, 공급수 펌프들, 공급수 라인들 및 증기 터빈의 수는 2, 3 또는 그 이상의 수로 증가될 수 있다. 2 및 3개의 압력 레벨들을 갖는 예는 다음 도면에서 더욱 상세하게 도시되어 있다.
연료 예열기(2)를 갖는 HRSG(9)의 다른 예시적인 실시예들은 도 2 내지 도 6에 도시되어 있다. 단순화를 위하여, 이들 도면에는 후속 발화부에 대해서는 도시되지 않았고, 다른 압력 레벨들을 갖는 증기 터빈들 및 추가 공급 라인들은 생략되어 있다.
도 2의 실시예는 3개의 압력 레벨들(저압, 중간압 및 고압)을 갖는 HRSG 및 연료 예열기(2)를 도시한다. 가스 터빈(8)으로부터의 고온 연도 가스들은 HRSG(9)을 통해서 유동한다. 개략적으로, 고온 연도 가스들은 고압 증발기(22), 고압 절약기(30), 중간압 증발기(23), 중간압 절약기(31) 및 저압 증발기(24), 저압 절약기(32)를 통과한다. 통상적으로, 과열기는 고온 연도 가스(8) 경로에서 각각의 증발기(22,23,24)의 상류에 배열되어 있다. 유용한 열이 연도 가스로부터 추출된 후에, 연도 가스로서 스택(19)으로 HRSG(9)를 떠난다.
고압 공급수는 고압 공급수 라인(43)을 통해서 고압 절약기(30)로 공급되고, 중간압 공급수는 중간압 공급수 라인(44)을 통해서 중간압 절약기(31)로 공급되며, 그리고 저압 공급수는 저압 공급수 라인(45)을 통하여 저압 절약기(32)로 공급된다. 저압 드럼(29)으로의 저압 공급수의 유동은 저압 공급수 제어 밸브(35)에 의해서 제어된다. 중간압 드럼(28)으로의 중간압 공급수의 유동은 중간압 공급수 제어 밸브(34)에 의해서 제어되고, 고압 드럼(27)으로의 고압 공급수의 유동은 고압 공급수 제어 밸브(33)에 의해서 제어된다.
저압 드럼(29)으로부터의 용수는 저압 증발기(24)에서 증발되고 증기로서 저압 드럼(29)으로 반환된다. 중간압 드럼(28)으로부터의 용수는 중간압 증발기(23)에서 증발되고 증기로서 중간압 드럼(28)으로 반환되고, 고압 드럼(27)으로부터의 용수는 고압 증발기(22)에서 증발되고 증기로서 고압 드럼(27)으로 반환된다. 각각 각자의 드럼(27,28,29)의 증기는 각자의 과열기들(도시생략)로 공급되고 각각의 저압, 중간압 및 고압 증기 터빈들에 대응하는 증기 터빈(13)으로 추가로 공급된다.
연료 예열을 위하여 중간압 공급수(38)는 중간압 절약기(31)에서 가열되고 연료 예열기(2)의 제 1 열교환기(20)로 공급되어서 저온 연료(17)를 제 1 온도 레벨로 예열한 후에 중간압 공급수 라인으로부터 분기된다. 제 1 열교환기(20)를 떠나는 중간압 반환수(39)는 공급수 탱크(15)로 방출된다. 제 1 열교환기(20)에서의 압력은 예를 들어 공급수 탱크(15) 안으로의 방출시에 오리피스 또는 제어 밸브에 의해서 유지될 수 있다.
고압 공급수(36)는 고압 절약기(30)에서 가열된 후에 고압 공급수 라인에서 분기된다. 분기된 고압 공급수(36)는 연료 예열기(2)의 제 2 열교환기(21)로 제공되어서 연료를 제 2 온도 레벨로 추가로 예열한다. 제 2 열교환기를 떠나는 고압 반환수(37)는 중간압 드럼(28)으로 제공되므로 용수 증기 사이클에서 그 고압 레벨 및 잔열을 추가로 활용한다. 제 2 열교환기(21)에서 열 방출량은 제 2 열교환기(21)를 통하여 용수 유동을 제어함으로써 제어될 수 있다. 도시된 예에서, 용수 유동은 제 2 열교환기 제어 밸브(40)에 의해서 제어된다.
개략적인 도 3은 도 2에 기초하는 연료 예열기(2)를 갖는 HRSG(9)의 단순도이다. 본 예에서, HRSG(9)는 단지 2개의 압력 레벨들을 가진다. 플랜트의 비용 이유 및 단순화를 위하여 하나의 압력 레벨이 생략된다. 도 2에 기초하는 압력 레벨은 생략된다. 중간압 레벨은 또한 저압 레벨로 호칭되지만, 명칭은 본 예에서 변하지 않는다. 도 2에 기초하는 저압 공급수 라인(45)을 갖는 저압 절약기(32), 저압 공급수 제어 밸브(35) 뿐 아니라 저압 드럼(29) 및 저압 증발기(24)는 생략된다. 스택(19)으로의 연도 가스는 중간압 절약기(31)의 하류에 있는 HRSG(9)로부터 방출된다.
도 4는 3개의 압력 레벨들을 갖는 HRSG(9)의 다른 예를 개략적으로 도시한다. 이 예는 도 2의 배열체에 기초한 변형이다. 제 2 열교환기(21)를 떠나는 고압 반환수(37)를 중간압 드럼(28)에 공급하는 대신에, 부스터 펌프(48)에 의해서 재가압되어서 고압 절약기(30)의 상류에 있는 고압 공급수 라인(43)으로 반환된다. 그에 의해서 고압 공급수 펌프로부터 나오는 고압 공급수 유동은 감소되고 제 2 열교환기(21)로부터의 반환수의 고압 레벨 및 잔열은 효율적으로 사용될 수 있다. 또한, 본 예에서, 제 2 열교환기(21)에서의 열 방출량은 제 2 열교환기(21)를 통하여 용수 유동을 제어함으로써 제어될 수 있다. 도시된 예에서, 용수 유동은 예를 들어 변속 구동부를 갖는 부스터 펌프(48)를 제어함으로써 제어된다.
도 5는 도 2에 기초하는 변형을 갖는 다른 예를 개략적으로 도시한다. 본 예에서, 제 1 열교환기(20)를 떠나는 중간압 반환수(39)는 공급수 탱크(15)로 방출되지 않는다. 여기서, 중간압 반환수(39)는 저압 드럼(29)으로 제공되므로 그 압력 레벨 및 잔열을 사용한다. 제 1 열교환기(20)에서의 열 방출량은 제 1 열교환기(20)를 통하여 용수 유동을 제어함으로써 제어될 수 있다. 도시된 예에서, 용수 유동은 제 1 열교환기 제어 밸브(41)에 의해서 제어된다.
도 6은 3개의 압력 레벨들을 갖는 HRSG(9) 및 연료 예열기(2)의 다른 예를 개략적으로 도시한다. 이는 도 2의 예에 기초하는 변형을 도시한다. 제 2 열교환기(21)를 떠나는 고압 반환수(37)를 중간압 드럼(28)으로 공급하는 대신에, 플래쉬 탱크(42)로 방출되어서 제 2 열교환기(21)의 반환수(37)로부터 증기를 발생시킨다. 이 증기는 플래쉬 증기 라인(46)을 통하여 증기 터빈(13)으로 제공될 수 있다. 잔열은 중간압 공급수 라인(44) 안으로 다시 제공될 수 있다. 제 2 열교환기(21)를 제어하기 위하여 제 2 열교환기 제어 밸브(40)는 플래쉬 탱크(42)의 상류에 배열된다.
도 7은 3개의 압력 레벨들을 갖는 HRSG(9) 및 연료 예열기(2)의 다른 예를 개략적으로 도시한다. 이는 도 2의 예에 기초하는 변형을 도시한다. 고압 레벨의 증기 발전기는 증발기, 보일러 및 과열기를 포함하지 않는다. 대신에, 고압 레벨에서 관류 증기 발전기(49)를 포함한다.
관류 증기 발전기는 또한 중간압 및 저압 레벨에서 대해서 그리고 임의의 조합의 압력 레벨들에서 사용될 수 있다.
모든 상술한 장점들은 특정 조합들로 제한되지 않고 또한 본 발명의 범주 내에서 다른 조합들로 사용될 수 있다. 다른 가능성들도 선택적으로 예상할 수 있고, 예를 들어 제 1 열교환기로부터의 반환수는 저압 증기 터빈에 대한 저압 증기를 생산하기 위하여 플래쉬 탱크로 공급될 수 있다.
1. 압축기
2. 연료 예열기
3. 압축기 유입 가스
4. 연소기
5. GT를 위한 연료 가스
6. 가스 터빈(GT)
7. 터빈
8. 가스 터빈으로부터 고온 연도 가스
9. HRSG(HRSG)
10. 보충 발화부
11. 보충 발화부를 위한 연료
12. 공급수 펌프
13. 증기 터빈
14. 응축기
15. 공급수 탱크
16. 공급수
17. 저온 연료 가스
18. 예열된 연료 가스
19. 스택으로의 연료 가스
20. 제 1 열교환기
21. 제 2 열교환기
22. 고압 증발기
23. 중간압 증발기
24. 저압 증발기
25. 제 1 발전기
26. 제 2 발전기
27. 고압 드럼
28. 중간압 드럼
29. 저압 드럼
30. 고압 절약기
31. 중간압 절약기
32. 저압 절약기
33. 고압 공급수 제어 밸브
34. 중간압 공급수 제어 밸브
35. 저압 공급수 제어 밸브
36. 고압 공급수
37. 고압 반환수
38. 중간압 공급수
39. 중간압 반환수
40. 제 2 열교환기 제어 밸브
41. 제 1 열교환기 제어 밸브
42. 고압 반환수 플래쉬 탱크
43. 고압 공급수 라인
44. 중간압 공급수 라인
45. 저압 공급수 라인
47. 중간단 증기 공급부
48. 부스터 펌프
49. 관류 증기 발전기
2. 연료 예열기
3. 압축기 유입 가스
4. 연소기
5. GT를 위한 연료 가스
6. 가스 터빈(GT)
7. 터빈
8. 가스 터빈으로부터 고온 연도 가스
9. HRSG(HRSG)
10. 보충 발화부
11. 보충 발화부를 위한 연료
12. 공급수 펌프
13. 증기 터빈
14. 응축기
15. 공급수 탱크
16. 공급수
17. 저온 연료 가스
18. 예열된 연료 가스
19. 스택으로의 연료 가스
20. 제 1 열교환기
21. 제 2 열교환기
22. 고압 증발기
23. 중간압 증발기
24. 저압 증발기
25. 제 1 발전기
26. 제 2 발전기
27. 고압 드럼
28. 중간압 드럼
29. 저압 드럼
30. 고압 절약기
31. 중간압 절약기
32. 저압 절약기
33. 고압 공급수 제어 밸브
34. 중간압 공급수 제어 밸브
35. 저압 공급수 제어 밸브
36. 고압 공급수
37. 고압 반환수
38. 중간압 공급수
39. 중간압 반환수
40. 제 2 열교환기 제어 밸브
41. 제 1 열교환기 제어 밸브
42. 고압 반환수 플래쉬 탱크
43. 고압 공급수 라인
44. 중간압 공급수 라인
45. 저압 공급수 라인
47. 중간단 증기 공급부
48. 부스터 펌프
49. 관류 증기 발전기
Claims (15)
- 가스 터빈(6), 증기 터빈(13)과 열회수 증기 발전기(9)를 갖는 용수 증기 사이클 및 상기 가스 터빈(6)의 연료를 예열하기 위한 연료 예열기(2)를 포함하고, 상기 용수 증기 사이클은 저압 레벨, 중간압 레벨 및 고압 레벨을 포함하고, 연료 가스를 예열하기 위한 제 1 열교환기(20)는 저압 절약기(32)의 출구 또는 중간압 절약기(31)의 출구에 연결되는, 조합형 순환 발전소에 있어서,
상기 연료 예열기는 연료를 제 1 상승 온도로 예열하기 위한 제 1 열교환기(20)와, 연료 가스를 제 2 상승 온도로 추가로 예열하기 위한 제 2 열교환기(21)를 포함하고, 상기 제 1 열교환기는 공급수를 상기 제 1 열교환기(20) 안으로 공급하기 위해 열회수 증기 발전기의 최고 압력 레벨보다 작은 상기 열회수 증기 발전기의 압력 레벨로부터 공급수 라인에 연결되고, 상기 제 2 열교환기는 고압 공급수를 상기 제 2 열교환기(21)로 공급하기 위해 상기 열회수 증기 발전기(9)의 최고 압력 레벨을 갖는 상기 고압 공급수(36)에 연결되고,
상기 제 1 열교환기(20)의 용수 출구가 저압 공급수를 갖는 공급수 라인(45) 또는 저압 공급 레벨을 갖는 드럼(29)에 연결되고, 상기 제 2 열교환기(21)로부터 방출되는 용수는 상기 제 1 열교환기(20)로부터 방출되는 용수가 복귀되는 압력 레벨보다 큰 압력 레벨에 복귀되고,
상기 제 2 열교환기(21)의 출구는 중간압 드럼(28)의 입구, 고압 절약기(30)의 입구, 또는 상기 고압 절약기(30)의 중간부 중 하나에 연결되거나; 또는 상기 조합형 순환 발전소는 상기 제 2 열교환기(21)의 용수 출구에 연결된 플래쉬 탱크(42)를 포함하고, 상기 플래쉬 탱크(42)의 용수 출구는 상기 용수 증기 사이클의 공급수 시스템에 연결되고, 상기 플래쉬 탱크(42)의 증기 출구는 플래쉬 증기 라인(46)을 통하여 상기 증기 터빈(13)에 연결되는 것을 특징으로 하는 조합형 순환 발전소. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 열교환기(20)는 상기 연료 가스를 상기 제 1 상승 온도로 예열하기 위해 상기 열회수 증기 발전기(9)의 저압 공급수 라인(45) 또는 중간압 공급수 라인(44)에 연결되고, 상기 제 2 열교환기(21)는 상기 연료 가스를 상기 제 2 상승 온도로 예열하기 위하여 고압 공급수(36)를 사용하는 상기 열회수 증기 발전기(9)의 고압 절약기(30)의 출구에 연결되는 것을 특징으로 하는 조합형 순환 발전소. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
부스터 펌프(booster pump;48)가 상기 제 2 열교환기(21)를 떠나는 상기 공급수(36)를 상기 고압 절약기(30)의 입구 압력으로 재가압하기 위하여 상기 제 2 열교환기(21)의 용수 출구에 연결되는 것을 특징으로 하는 조합형 순환 발전소. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
부스터 펌프가 상기 제 2 열교환기(21)를 떠나는 상기 공급수를 상기 제 2 열교환기(21)를 위해 사용된 상기 공급수의 압력 레벨로 재가압하기 위하여 상기 제 2 열교환기(21)의 용수 출구에 연결되는 것을 특징으로 하는 조합형 순환 발전소.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 연료 가스를 상기 제 2 상승 온도로 추가로 예열하기 위한 상기 제 2 열교환기(21)는 상기 고압 절약기(30)에 연결되는 것을 특징으로 하는 조합형 순환 발전소.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 플래쉬 탱크(42)의 증기 출구는 상기 증기 터빈(13)의 중간압 중간단(inter-stage) 증기 공급부(47) 또는 저압 중간단 증기 공급부(47)에 연결되는 것을 특징으로 하는 조합형 순환 발전소. - 가스 터빈(6), 증기 터빈(13)과 열회수 증기 발전기(9)를 갖는 용수 증기 사이클 및 연료를 예열하기 위한 연료 예열기(2)를 포함하고, 상기 용수 증기 사이클은 저압 레벨, 중간압 레벨 및 고압 레벨을 포함하고, 연료 가스를 예열하기 위한 제 1 열교환기(20)는 저압 절약기(32)의 출구 또는 중간압 절약기(31)의 출구에 연결되는 조합형 순환 발전소의 작동 방법에 있어서,
상기 가스 터빈(6)의 연료는 제 1 열교환기(20)에서 상기 열회수 증기 발전기(9)의 최고 압력 레벨보다 작은 상기 열회수 증기 발전기(9)의 제 1 압력 레벨로부터 공급수를 사용하여 제 1 상승 온도로 예열되고, 상기 연료는 상기 열회수 증기 발전기(9)의 최고 압력 레벨을 갖는 고압 공급수(36)를 사용하여 제 2 열교환기(21)에서 제 2 상승 온도로 추가로 예열되고,
상기 제 1 열교환기(20)의 용수 출구가 저압 공급수를 갖는 공급수 라인(45) 또는 저압 공급 레벨을 갖는 드럼(29)에 연결되고, 상기 제 2 열교환기(21)로부터 방출되는 용수는 상기 제 1 열교환기(20)로부터 방출되는 용수가 복귀되는 압력 레벨보다 큰 압력 레벨에 복귀되고,
상기 제 2 열교환기(21)의 출구는 중간압 드럼(28)의 입구, 고압 절약기(30)의 입구, 또는 상기 고압 절약기(30)의 중간부 중 하나에 연결되거나; 또는 상기 조합형 순환 발전소는 상기 제 2 열교환기(21)의 용수 출구에 연결된 플래쉬 탱크(42)를 포함하고, 상기 플래쉬 탱크(42)의 용수 출구는 상기 용수 증기 사이클의 공급수 시스템에 연결되고, 상기 플래쉬 탱크(42)의 증기 출구는 플래쉬 증기 라인(46)을 통하여 상기 증기 터빈(13)에 연결되는 것을 특징으로 하는 조합형 순환 발전소의 작동 방법. - 제 11 항에 있어서,
저압 공급수(45) 또는 중간압 공급수(38,44)는 연료 가스를 상기 제 1 상승 온도로 예열하기 위해 상기 제 1 열교환기(20)로 공급되고,
고압 공급수는 고압 절약기(30)에서 가열되고 상기 가열된 고압 공급수(36)의 적어도 일부는 상기 연료 가스를 상기 제 2 상승 온도로 예열하기 위하여 상기 제 2 열교환기(21)로 공급되는 것을 특징으로 하는 조합형 순환 발전소의 작동 방법. - 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 가스 터빈(6)의 저부하 작동에서 저압 또는 중간압 공급수 제어 밸브(34,35)는 폐쇄되고, 제 2 열교환기(21)를 떠나는 고압 반환수(37)가 반환되는 드럼(28,29)의 용수 레벨을 제어하기 위하여 상기 제 2 열교환기(21)를 통하여 상기 용수 유동을 제어하는 제 2 열교환기 제어 밸브(40)가 사용되는 것을 특징으로 하는 조합형 순환 발전소의 작동 방법. - 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 가스 터빈(6)의 기본 부하 작동에서, 상기 저압 또는 중간압 공급수 제어 밸브(34,35)는 상기 열회수 증기 발전기(9)의 저압 또는 중간압 레벨의 드럼(28,29)의 용수 레벨을 제어하는데 사용되고, 제 2 열교환기 제어 밸브(40)는 상기 제 2 열교환기(21)를 통하여 상기 공급수 유동을 제어함으로써 상기 연료 가스가 예열되는 온도를 제어하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 조합형 순환 발전소의 작동 방법. - 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 제 2 열교환기(21)로부터 방출된 용수는 부스터 펌프(48)에 의해서 상기 고압 절약기(30)의 입구 압력으로 재가압되는 것을 특징으로 하는 조합형 순환 발전소의 작동 방법.
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