KR101726685B1 - Combined heat and power system - Google Patents

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KR101726685B1
KR101726685B1 KR1020120041147A KR20120041147A KR101726685B1 KR 101726685 B1 KR101726685 B1 KR 101726685B1 KR 1020120041147 A KR1020120041147 A KR 1020120041147A KR 20120041147 A KR20120041147 A KR 20120041147A KR 101726685 B1 KR101726685 B1 KR 101726685B1
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김명효
신종섭
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한화테크윈 주식회사
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Abstract

본 발명은 열병합발전 시스템을 개시한다. 본 발명은, 가스터빈에 연결되어 상기 가스터빈으로부터 방출되는 상기 연소가스가 유동하는 연소가스배기관과, 상기 연소가스배기관으로부터 분지되어 상기 연소가스를 안내하는 복수개의 분지배기관과, 상기 복수개의 분지배기관 중 하나에 설치되어 상기 연소가스의 폐열을 통하여 온수 또는 증기를 생성하는 폐열회수보일러와, 상기 복수개의 분지배기관 중 다른 하나에 설치되어 상기 연소가스의 폐열을 회수하는 열회수장치와, 상기 연소가스배기관과 상기 복수개의 분지배기관이 연결되는 부분에 설치되어 상기 연소가스배기관으로부터 상기 복수개의 분지배기관 중 적어도 하나로 유동하는 상기 연소가스의 양을 제어하는 유량조절부를 포함한다.The present invention discloses a cogeneration system. The present invention relates to a gas turbine including a combustion gas exhaust pipe connected to a gas turbine and through which the combustion gas discharged from the gas turbine flows, a plurality of branch governors branched from the combustion gas exhaust pipe to guide the combustion gas, A waste heat recovery boiler installed in one of the control engines to generate hot water or steam through the waste heat of the combustion gas; a heat recovery device installed in the other of the plurality of branch combustion engines to recover waste heat of the combustion gas; And a flow control unit installed at a portion where the combustion gas exhaust pipe and the plurality of branch governors are connected to control the amount of the combustion gas flowing from the combustion gas exhaust pipe to at least one of the plurality of branch governors.

Description

열병합발전 시스템{Combined heat and power system}[0001] Combined heat and power system [0002]

본 발명은 열병합발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열전비 조절이 가능한 열병합발전 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a cogeneration system, and more particularly, to a cogeneration system capable of controlling a heat transfer rate.

일반적으로 열병합발전 시스템은 가스터빈을 포함하여 가스터빈에 공급되는 연료와 공기를 혼합하여 연소시킴으로써 동력을 생성하는 시스템이다. 특히, 상기와 같은 열병합발전 시스템은 공기를 흡입하여 연료와 연소시킨 후 발전을 통하여 전기를 생산하는 소형 열병합발전 시스템(CHP, Combined Heat and power system)을 포함할 수 있다. 이때, 소형 열병합발전 시스템은 중저온 열에너지를 동력으로 전환하여 전기와 열을 동시에 생산할 수 있다.
상기와 같은 열병합발전 시스템은 소형화를 통하여 다양한 분야에 활용되고 있다. 예를 들면, 가정에 설치되어 열과 전력을 동시에 생산하거나 병원 등과 같은 곳에 설치되어 자체 열과 전력을 생산함으로써 사용자에게 직접 제공할 수 있다.
이때, 열병합발전 시스템은 계절별 변동되는 열부하를 추종할 수 있도록 설계될 수 있다. 또한, 열병합발전 시스템은 열부하를 추종하는 것 이외에도 열전비를 조절하도록 설계될 수도 있다. 특히 상기와 같이 열부하를 추종하거나 열전비를 조절하기 위하여 열병합발전 시스템에는 다양한 장치 또는 방법들이 연구 개발되어 적용되고 있다.
상기와 같은 열병합발전 시스템으로는 증기분사 사이클(Cheng Cycle or steam injection cycle)이 제안되었으나 스팀을 분사하도록 개조하면 스팀을 분사하지 않는 경우 효율이 개조 전 대비 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기와 같은 시스템은 스팀을 사용하지 않는 열병합발전 시스템에는 적용이 불가능하다.
한편, 일반적인 열병합발전 시스템은 한국등록특허 제0254273호(발명의 명칭 : 가스터어빈 열병합발전 시스템, 특허권자 : 삼성항공산업 주식회사 유무성)에 구체적으로 개시되어 있다. Generally, a cogeneration system is a system including a gas turbine to generate power by mixing and burning fuel and air supplied to a gas turbine. In particular, the cogeneration system may include a CHP (Combined Heat and Power System) that generates electricity by generating electricity by sucking in air and burning fuel. At this time, the small cogeneration system can convert electricity of medium and low temperature into power and produce electricity and heat at the same time.
The cogeneration system as described above is utilized in various fields through miniaturization. For example, it can be installed at home and produce heat and electricity at the same time, or it can be installed at a place such as a hospital, and can produce its own heat and electric power and provide it directly to the user.
At this time, the cogeneration system can be designed to follow the seasonally varying thermal load. The cogeneration system may also be designed to regulate the thermal charge in addition to tracking the thermal load. In particular, various devices or methods have been researched and applied to the cogeneration system in order to follow the thermal load or to control the heat transfer ratio.
Although the cogeneration cycle or the steam injection cycle is proposed as such a cogeneration system, if the steam is injected into the steam generator, the efficiency of the steam generator may be lowered when the steam is not sprayed. In addition, the above system is not applicable to a cogeneration system that does not use steam.
On the other hand, a general cogeneration system is specifically disclosed in Korean Patent No. 0254273 (entitled: Gas Turbine Cogeneration System, patentee: Samsung Aviation Industry Co., Ltd., U.S.A.).

한국등록특허 제0254273호Korean Patent No. 0254273

본 발명의 실시예들은 선택적으로 가스터빈으로부터 방출되는 연소가스를 폐열회수보일러 또는 열회수장치로 공급하여 열전비를 조절함으로써 효율적인 운용이 가능한 열병합발전 시스템을 제공하고자 한다. Embodiments of the present invention provide a cogeneration system capable of efficiently operating by selectively supplying a combustion gas discharged from a gas turbine to a waste heat recovery boiler or a heat recovery apparatus to control the heat transfer ratio.

본 발명의 일 측면은, 가스터빈에 연결되어 상기 가스터빈으로부터 방출되는 상기 연소가스가 유동하는 연소가스배기관과, 상기 연소가스배기관으로부터 분지되어 상기 연소가스를 안내하는 복수개의 분지배기관과, 상기 복수개의 분지배기관 중 하나에 설치되어 상기 연소가스의 폐열을 통하여 온수 또는 증기를 생성하는 폐열회수보일러와, 상기 복수개의 분지배기관 중 다른 하나에 설치되어 상기 연소가스의 폐열을 회수하는 열회수장치와, 상기 연소가스배기관과 상기 복수개의 분지배기관이 연결되는 부분에 설치되어 상기 연소가스배기관으로부터 상기 복수개의 분지배기관 중 적어도 하나로 유동하는 상기 연소가스의 양을 제어하는 유량조절부를 포함하는 열병합발전 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 상기 복수개의 분지배기관 중 하나에 설치되어 외부로부터 유입되는 급수를 상기 폐열회수보일러로 공급하는 급수공급부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 가스터빈의 압축기 부분과 연결되고, 상기 열회수장치와 연결되며, 상기 열회수장치에서 상기 연소가스와 열교환된 공기를 상기 가스터빈에 상기 연료가 공급되는 부분으로 공급하는 순환관을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 순환관은, 상기 가스터빈의 압축기부 부분 및 열회수장치와 연결되어 상기 압축기 부분의 공기를 상기 열회수장치로 공급하는 제 1 공급관과, 상기 열회수장치와 상기 가스터빈에 연료가 공급되는 부분과 연결되어 상기 열교환된 공기를 상기 가스터빈으로 공급하는 제 2 공급관과, 상기 제 1 공급관과 상기 제 2 공급관을 연결하는 연결관을 구비할 수 있다.
또한, 상기 제 1 공급관에 설치되는 제 1 단속밸브와, 상기 제 2 공급관에 설치되는 제 2 단속밸브와, 상기 연결관에 설치되는 제 3 단속밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 단속밸브, 제 2 단속밸브 및 제 3 단속밸브 중 적어도 하나는 상기 유량조절부의 작동에 근거하여 개폐될 수 있다.
또한, 상기 유량조절부는, 상기 연소가스배기관과 상기 복수개의 분지배기관이 연결되는 부분에 회동 가능하도록 설치되며, 상기 복수개의 분지배기관을 선택적으로 개폐하는 개폐부와, 상기 연소가스배기관과 상기 복수개의 분지배기관이 연결되는 부분에 설치되어 상기 개폐부의 회동각도를 조절하는 각도조절부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 유량조절부는 상기 가스터빈에서 배출되는 상기 연소가스의 온도 및 상기 배기가스의 유량에 근거하여 상기 복수개의 분지배기관 중 적어도 하나로 유동하는 상기 연소가스의 양을 제어할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a gas turbine comprising: a combustion gas exhaust pipe connected to a gas turbine and through which the combustion gas discharged from the gas turbine flows; a plurality of branch governors branched from the combustion gas exhaust pipe to guide the combustion gas; A waste heat recovery boiler installed in one of the plurality of branch governance engines to generate hot water or steam through the waste heat of the combustion gas and a heat recovery device installed in the other of the plurality of branch power engines to recover waste heat of the combustion gas And a flow regulator provided at a portion where the combustion gas exhaust pipe and the plurality of branch governors are connected to control the amount of the combustion gas flowing from the combustion gas exhaust pipe to at least one of the plurality of branch governors, Power generation system can be provided.
The boiler may further include a water supply unit installed in one of the plurality of branching engines to supply water from the outside to the waste heat recovery boiler.
The apparatus may further include a circulation pipe connected to the compressor portion of the gas turbine and connected to the heat recovery device to supply air to the gas turbine portion where the heat is exchanged with the combustion gas, .
The circulation pipe includes a first supply pipe connected to the compressor portion of the gas turbine and the heat recovery device to supply the air in the compressor to the heat recovery device and a second supply pipe connected to the heat recovery device and the gas turbine, Exchanged air to the gas turbine, and a connection pipe connecting the first supply pipe and the second supply pipe.
The apparatus may further include a first intermittent valve installed in the first supply pipe, a second intermittent valve installed in the second supply pipe, and a third intermittent valve installed in the connection pipe.
At least one of the first intermittent valve, the second intermittent valve, and the third intermittent valve may be opened or closed based on the operation of the flow rate regulator.
The flow control unit may include an opening and closing unit that is rotatably installed at a portion where the combustion gas exhaust pipe and the plurality of branch governors are connected and selectively opens and closes the plurality of branch governors, And an angle adjusting unit installed at a portion where the branch governors are connected to adjust the rotation angle of the opening / closing unit.
The flow rate control unit may control the amount of the combustion gas flowing to at least one of the plurality of branching engines based on the temperature of the combustion gas discharged from the gas turbine and the flow rate of the exhaust gas.

본 발명의 실시예들은 가스터빈에서 방출되는 연소가스를 폐열회수보일러 또는 열회수장치의 수명, 유지보수 등과 같은 특성을 고려하여 선택적으로 폐열회수보일러 또는 열회수장치에 공급함으로써 시스템의 가동률을 높일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들은 연소부에 가열의 필요성이 낮을 때에 선택적으로 폐열을 회수하여 시스템을 작동시킴으로써 가스터빈의 발전효율을 효과적으로 증대시킬 수 있다. Embodiments of the present invention can increase the operating rate of the system by selectively supplying the waste gas discharged from the gas turbine to the waste heat recovery boiler or the heat recovery apparatus in consideration of characteristics such as the life of the waste heat recovery boiler or the heat recovery apparatus, maintenance and the like. Further, embodiments of the present invention can effectively increase the power generation efficiency of the gas turbine by selectively recovering waste heat and operating the system when the necessity of heating the combustion section is low.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열병합발전 시스템을 보여주는 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 열병합발전 시스템의 제 1 작동 상태를 보여주는 작동도이다.
도 3은 도 2에 도시된 유량조절부의 제 1 작동을 보여주는 작동도이다.
도 4는 도 1에 도시된 열병합발전 시스템의 제 2 작동 상태를 보여주는 작동도이다.
도 5는 도 4에 도시된 유량조절부의 제 2 작동을 보여주는 작동도이다.
도 6은 도 1에 도시된 열병합발전 시스템의 제 3 작동 상태를 보여주는 작동도이다.
도 7은 도 6에 도시된 유량조절부의 제 3 작동을 보여주는 작동도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a cogeneration system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an operation diagram showing a first operation state of the cogeneration system shown in FIG. 1. FIG.
3 is an operation diagram showing a first operation of the flow rate regulator shown in FIG.
4 is an operation diagram showing a second operation state of the cogeneration system shown in FIG.
5 is an operation diagram showing a second operation of the flow rate regulator shown in FIG.
FIG. 6 is an operation diagram showing a third operating state of the cogeneration system shown in FIG. 1. FIG.
7 is an operation diagram showing a third operation of the flow rate regulator shown in FIG.

본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열병합발전 시스템(100)을 보여주는 개념도이다.
도 1을 참고하면, 열병합발전 시스템(100)은 가스터빈(110)과 가스터빈(110)에 연결되는 발전기(120)를 포함할 수 있다. 가스터빈(110)은 외부로부터 유입되는 공기를 압축하는 압축기부(111)와, 압축기부(111)에서 압축된 공기와 연료를 혼합하여 연소시키는 연소부(112)와, 연소부(112)에서 연소되어 발생하는 연소가스에 의해 회전하는 터빈부(113)를 포함할 수 있다. 이때, 가스터빈(110)은 일반적인 가스터빈과 동일하므로 압축기부(111), 연소부(112), 터빈부(113)에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 열병합발전 시스템(100)은 가스터빈(110)과 연결되어 가스터빈(110)으로부터 방출되는 상기 연소가스가 유동하는 연소가스배기관(130)을 포함할 수 있다. 구체적, 연소가스배기관(130)은 터빈부(113)와 연결되어 터빈부(113)에서 방출되는 상기 연소가스가 유동할 수 있다.
열병합발전 시스템(100)은 연소가스배기관(130)으로부터 분지되어 외부와 연결되는 복수개의 분지배기관(140)을 포함할 수 있다. 이때, 복수개의 분지배기관(140)은 상기 연소가스를 외부로 안내할 수 있다. 구체적으로 복수개의 분지배기관(140)은 연소가스배기관(130)과 연결되는 제 1 분지배기관(141)을 포함할 수 있다. 또한, 복수개의 분지배기관(140)은 연소가스배기관(130)과 연결되는 제 2 분지배기관(142)을 포함할 수 있다.
이때, 연소가스배기관(130), 제 1 분지배기관(141) 및 제 2 분지배기관(142)은 서로 한 부분에서 연결될 수 있다. 구체적으로 연소가스배기관(130)과 제 1 분지배기관(141)은 일정 각도로 연결될 수 있다. 이때, 제 2 분지배기관(142)은 연소가스배기관(130)과 제 1 분지배기관(141) 연결되는 부분에서 연소가스배기관(130) 및 제 1 분지배기관(141)과 일정 각도로 연결될 수 있다.
예를 들면, 연소가스배기관(130)과 제 1 분지배기관(141)은 서로 일직선으로 연결될 수 있다. 이때, 제 2 분지배기관(142)은 연소가스배기관(130) 및 제 1 분지배기관(141)과 직각으로 형성될 수 있다.
또한, 연소가스배기관(130), 제 1 분지배기관(141) 및 제 2 분지배기관(142)은 서로 일정 각도를 형성할 수 있다. 구체적으로 연소가스배기관(130), 제 1 분지배기관(141) 및 제 2 분지배기관(142)은 서로 'Y' 형태로 연결될 수 있다.
이때, 연소가스배기관(130), 제 1 분지배기관(141) 및 제 2 분지배기관(142)은 상기에 한정되지 않고 다양한 각도로 연결될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 연소가스배기관(130) 및 제 1 분지배기관(141)은 일자로 연결되고, 제 2 분지배기관(142)은 연소가스배기관(130) 및 제 1 분지배기관(141)과 직각으로 연결되는 경우로 설명하기로 한다.
한편, 열병합발전 시스템(100)은 복수개의 분지배기관(140) 중 하나에 설치되어 상기 연소가스의 폐열을 통하여 온수 또는 증기를 생성하는 폐열회수보일러(150)를 포함할 수 있다. 구체적으로 폐열회수보일러(150)는 제 1 분지배기관(141)에 설치되어 외부로부터 유입되는 급수와 상기 연소가스 사이에 열교환을 통하여 온수 또는 증기를 생성할 수 있다. 이때, 폐열회수보일러(150)는 제 1 분지배기관(141)에 설치되는 보일러(151)와, 보일러(151)와 연결되어 증기와 온수를 구분하는 기수분리기(152)를 포함할 수 있다.
열병합발전 시스템(100)은 외부로부터 폐열회수보일러(150)로 급수를 공급하는 급수공급부(155)를 포함할 수 있다. 이때, 급수공급부(155)는 펌프 등을 포함하여 외부로부터 급수를 공급할 수 있다.
열병합발전 시스템(100)은 복수개의 분지배기관(140) 중 다른 하나에 설치되어 상기 연소가스의 폐열을 회수하는 열회수장치(160)를 포함할 수 있다. 이때, 열회수장치(160)는 제 2 분지배기관(142)에 설치되어 상기 연소가스의 폐열을 회수할 수 있다.
열병합발전 시스템(100)은 연소가스배기관(130)과 복수개의 분지배기관(140)이 연결되는 부분에 설치되어 복수개의 분지배기관(140) 중 적어도 하나로 유동하는 상기 연소가스의 양을 제어하는 유량조절부(170)를 포함할 수 있다.
이때, 유량조절부(170)는 상기 연소가스배기관(130)과 복수개의 분지배기관(140)이 연결되는 부분에 회동 가능하도록 설치되며, 복수개의 분지배기관(140)을 선택적으로 개폐하는 개폐부(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 유량조절부(170)는 연소가스배기관(130)과 복수개의 분지배기관(140)이 연결되는 부분에 설치되어 상기 개폐부의 회동각도를 조절하는 각도조절부(미도시)를 구비할 수 있다.
한편, 상기 개폐부는 연소가스배기관(130), 제 1 분지배기관(141) 및 제 2 분지배기관(142)이 연결되는 부분에 설치될 수 있다. 이때, 상기에서 설명한 바와 같이 연소가스배기관(130) 및 제 1 분지배기관(141)과 제 2 분지배기관(142)이 서로 직교하도록 연결되는 경우, 제 1 분지배기관(141)과 제 2 분지배기관(142)이 연결되는 부분에 상기 개폐부가 설치될 수 있다.
다만, 상기 개폐부의 위치는 상기에 한정되지 않고 연소가스배기관(130), 제 1 분지배기관(141) 및 제 2 분지배기관(142)이 연결되는 형태에 따라 다양하게 설치될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 개폐부가 제 1 분지배기관(141)과 제 2 분지배기관(142)이 연결되는 부분에 설치되는 경우를 중심으로 설명하기로 한다.
상기 개폐부는 플레이트 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 개폐부의 외경은 제 1 분지배기관(141) 및 제 2 분지배기관(142)의 내경과 동일하도록 형성될 수 있다. 따라서 상기 개폐부는 회동함으로써 제1 분지배기관(140) 및 제 2 분지배기관(142)을 선택적으로 개폐할 수 있으며, 개폐하는 정도를 자유롭게 조절할 수 있다.
한편, 상기 각도조절부는 상기 개폐부와 연결되어 상기 개폐부의 각도를 조절할 수 있다. 상기 각도조절부는 상기 개폐부의 각도를 조절 가능하도록 회동 시키는 모든 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 각도조절부는 상기 개폐부를 회동시키는 모터를 포함할 수 있다. 특히, 상기 모터는 정밀하게 구동 가능한 스텝 모터일 수 있다.
열병합발전 시스템(100)은 가스터빈(110)의 압축기부(111) 부분과 연결되고, 열회수장치(160)와 연결되는 순환관(180)을 포함할 수 있다. 순환관(180)은 열회수장치(160)에서 상기 연소가스와 열교환된 공기를 혼합하여 가스터빈(110)에 상기 연료가 공급되는 부분으로 공급할 수 있다. 구체적으로 순환관(180)은 상기 연소가스와 상기 공기를 가스터빈(110)의 연소부(112)로 공급할 수 있다.
순환관(180)은 압축기부(111) 부분 및 열회수장치(160)와 연결되어 압축기부(111) 부분의 공기를 열회수장치(160)로 공급하는 제 1 공급관(181)을 포함할 수 있다. 순환관(180)은 열회수장치(160)와 연소부(112)와 연결되어 열교환된 상기 공기를 가스터빈(110)으로 공급하는 제 2 공급관(182)을 포함할 수 있다.
또한, 순환관(180)은 제 1 공급관(181)과 제 2 공급관(182)을 연결하는 연결관(183)을 포함할 수 있다. 특히 연결관(183)은 압축기부(111)과 연결되는 제 1 공급관(181) 부분과 연소부(112)와 연결되는 제 2 공급관(182) 부분을 연결할 수 있다.
열병합발전 시스템(100)은 제 1 단속밸브(191) 내지 제 3 단속밸브(195)를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 단속밸브(191)는 제 1 공급관(181)에 설치될 수 있으며, 제 2 단속밸브(193)는 제 2 공급관(182)에 설치될 수 있다. 또한, 제 3 단속밸브(195)는 연결관(183)에 설치될 수 있다. 이때, 제 1 단속밸브(191) 내지 제 3 단속밸브(195) 중 적어도 하나는 유량조절부(170)의 작동에 근거하여 개폐될 수 있다.
한편, 이하에서는 열병합발전 시스템(100)의 제어에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 도 1에 도시된 열병합발전 시스템(100)의 제 1 작동 상태를 보여주는 작동도이다. 도 3은 도 2에 도시된 유량조절부(170)의 제 1 작동을 보여주는 작동도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 열병합발전 시스템(100)이 작동하는 경우 가스터빈(110)이 작동할 수 있다. 구체적으로 외부로부터 입력신호가 입력되면, 가스터빈(110)이 작동할 수 있다. 이때, 가스터빈(110)은 연소부(112)에서 연소가 발생하면, 연소에 의하여 압축기부(111) 및 터빈부(113)가 작동할 수 있다.
압축기부(111)가 작동하면, 외부로부터 공기가 압축되어 연소부(112)로 공급될 수 있다. 이때, 연소부(112)는 압축된 공기와 연료를 혼합하여 연소시킴으로써 가스터빈(110)을 지속적으로 작동시킬 수 있다.
상기와 같이 작동하는 경우 가스터빈(110)의 작동 및 여러 가지 조건에 따라 열병합발전 시스템(100)은 다양하게 작동할 수 있다. 이때, 열병합발전 시스템(100)은 가스터빈(110), 유량조절부(170), 제 1 단속밸브(191) 내지 제 3 단속밸브(195), 열회수장치(160) 및 폐열회수보일러(150)를 제어하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
한편, 가스터빈(110)이 상기와 같이 작동하는 경우 상기 제어부는 외부로부터 열수요가 입력되는지 판단할 수 있다. 구체적으로 상기 제어부는 외부로부터 열수요입력신호가 입력되는지 판단할 수 있다.
이때, 상기 열수요입력신호는 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들면, 상기 열수요입력신호는 사용자로부터 온수공급을 입력 받는 온수입력신호를 포함할 수 있다. 또한, 상기 열수요입력신호는 사용자로부터 온수공급 시간 또는 가동시간과 같은 시간을 입력 받는 시간입력신호를 포함할 수 있다.
상기 열수요입력신호는 난방온도 등과 같은 온도를 입력 받는 온도입력신호를 포함할 수 있다. 또한, 상기 열수요입력신호는 여러 가지 공정에 필요한 증기의 양을 입력 받는 증기입력신호를 포함할 수 있다.
상기 열수요입력신호는 상기에 한정되지 않고, 폐열회수보일러(150)를 작동시킬 수 있는 모든 입력신호를 포함할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 열수요입력신호가 상기 온도입력신호인 경우를 중심으로 설명하기로 한다.
상기 온도입력신호가 입력되면, 유량조절부(170)는 상기 연소가스가 제 1 분지배기관(141)으로 유동하도록 제 1 분지배기관(141)을 개방할 수 있다. 이때, 유량조절부(170)는 상기 온도입력신호에 따라 제 1 분지배기관(141)을 개방하는 정도를 제어할 수 있다.
구체적으로 상기 온도입력신호가 입력되면, 상기 제어부는 각도조절부(171)에 신호를 입력할 수 있다. 이때, 각도조절부(171)는 상기 신호에 따라 개폐부(172)의 각도를 조절할 수 있다.
특히, 상기 제어부가 각도조절부(171)를 제어하는 경우, 상기 제어부는 가스터빈(110)에서 방출되는 연소가스 온도 측정값 및 연소가스의 유량 측정값 중 적어도 하나를 기준으로 각도조절부(171)를 제어할 수 있다. 이때, 연소가스배기관(130)에는 연소가스의 온도를 측정하는 연소가스온도측정부(133)와, 연소가스의 유량을 계산하는 연소가스유량측정부(135)가 설치될 수 있다. 하기에서는 경우에 따라 상기 제어부가 각도조절부(171)를 제어하는 방법에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
상기와 같이 상기 온도입력신호가 입력되는 경우, 상기 제어부는 입력된 난방공간의 온도와 실제 난방공간의 온도의 차를 계산할 수 있다. 상기 제어부는 상기 온도의 차를 계산한 후 연소가스온도측정부(133)에서 측정된 연소가스의 온도와 연소가스유량측정부(135)에서 측정된 연소가스의 유량을 전송 받을 수 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 연소가스의 온도와 상기 연소가스의 유량을 근거로 필요한 온수의 양 또는 열량을 계산할 수 있다.
구체적으로 실제 난방공간의 온도가 15℃이고, 입력된 난방공간의 온도가 60℃인 경우 상기 제어부는 상기 온도의 차 45℃를 계산할 수 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 연소가스의 온도와 상기 연소가스의 유량을 근거로 상기 온도의 차에 따른 개폐부(172)의 개방 정도를 계산할 수 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 연소가스의 온도와 상기 연소가스의 유량에 따라 상기 온도 차에 비례적으로 폐열회수보일러(150)에서 열교환되는 온수의 양 또는 열량을 테이블화하여 저장할 수 있다.
예를 들면, 상기 제어부는 상기 연소가스의 온도와 상기 연소가스의 유량에 따른 상기 온도 차에 비율적으로 개폐부(172)의 개방 정도, 즉 개방 각도를 테이블화하여 저장할 수 있다. 구체적으로 상기 연소가스의 온도가 10℃ 올라가거나 상기 연소가스의 유량이 10% 증가할 때, 개폐부(172)의 개방 각도는 1°정도 선형적으로 또는 비례적으로 가변하도록 상기 제어부는 각도조절부(171)를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기와 같이 상기 연소가스의 온도 및 상기 연소가스의 유량 정도 중 어느 하나에 따라 상기 온도 차에 따른 개폐부(172)의 개방 각도를 계산하여 각도조절부(171)를 제어할 수 있다.
이때, 상기 제어부는 상기 온도 차 45℃에 해당하는 개폐부(172)의 개방 각도를 결정할 수 있다. 특히 상기 제어부는 상기와 같은 경우 개폐부(172)의 개방 각도를 제 1 분지배기관(141)의 단면으로부터 90°를 형성하도록 각도조절부(171)를 제어할 수 있다.
상기와 같이 개폐부(172)의 개방 각도가 90°를 형성하는 경우 개폐부(172)는 제 2 분지배기관(142)을 완전히 폐쇄하고 제 1 분지배기관(141)을 완전히 개방할 수 있다. 이때, 상기 연소가스는 제 1 분지배기관(141)을 통하여 외부로 유동할 수 있다.
한편, 상기와 같은 작업이 수행되는 동안, 상기 제어부는 폐열회수보일러(150)를 작동시킬 수 있다. 구체적으로 상기 제어부는 폐열회수보일러(150)로 급수를 공급하는 급수공급부(155)를 작동시킬 수 있다.
급수공급부(155)가 작동하는 경우 급수공급부(155)는 외부로부터 폐열회수보일러(150)에 급수를 공급할 수 있다. 폐열회수보일러(150)는 상기 연소가스와 급수를 열교환하여 온수를 난방이 필요한 난방공간으로 순환시킬 수 있다.
특히 상기와 같이 폐열회수보일러(150)가 작동하는 경우, 상기 제어부는 제 1 단속밸브(191)와 제 2 단속밸브(193)를 폐쇄시키도록 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부는 제 3 단속밸브(195)를 개방시키도록 제어할 수 있다.
상기와 같이 제어되면, 압축기부(111)에서 압축된 공기는 제 1 공급관(181)을 통하여 연결관(183)을 통과한 후 제 2 공급관(182)의 끝단으로 유동할 수 있다. 특히 제 2 공급관(182)의 끝단으로 유동하는 공기는 제 2 공급관(182)과 연결된 연소부(112)의 연료가 공급되는 부분으로 공급될 수 있다.
따라서 열병합발전 시스템(100)은 열부하가 있는 경우, 즉 폐열을 사용하여 온수 또는 증기를 공급하는 경우 유량조절부(170)를 통하여 제 1 분지배기관(141)으로 연소가스를 유동시킴으로써 폐열을 회수하여 열부하에 필요한 열량을 용이하고 간편하게 공급할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 열병합발전 시스템(100)의 제 2 작동 상태를 보여주는 작동도이다. 도 5는 도 4에 도시된 유량조절부(170)의 제 2 작동을 보여주는 작동도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 상기와 같이 열부하가 큰 경우가 아닌 열부하가 작은 경우 상기 제어부는 상기와 유사하게 유량조절부(170)를 제어할 수 있다.
예를 들면, 난방공간의 온도가 15℃인 상태에서 사용자가 입력하는 상기 온도입력신호가 난방공간의 온도를 20℃가 되도록 하는 신호라면, 온도차인 5℃만큼 상승하도록 상기 제어부는 유량조절부(170)를 제어할 수 있다.
구체적으로 상기와 같이 상기 온도입력신호가 입력되면, 상기 제어부는 각도조절부(171)를 제어하여 개폐부(172)가 제 1 분지배기관(141)을 개방하도록 제어할 수 있다. 이때, 각도조절부(171)는 제 1 분지배기관(141)의 개방 각도를 조절할 수 있다.
예를 들면, 상기와 같이 온도차가 5℃인 경우, 상기 제어부는 제 1 분지배기관(141)을 20% 개방하도록 각도조절부(171)를 제어할 수 있다. 이때, 연소가스온도측정부(133)는 측정된 상기 연소가스의 온도를 상기 제어부로 전송할 수 있다. 또한, 연소가스유량측정부(135)는 측정된 상기 연소가스의 유량을 상기 제어부로 전송할 수 있다.
한편, 상기 제어부는 상기와 같이 측정된 온도와 유량을 근거로 각도조절부(171)를 제어할 수 있다. 구체적으로 상기 제어부는 상기와 같이 측정된 온도와 유량을 통하여 난방공간의 온도를 상승시키기 위한 온수의 양 또는 열량 등을 계산할 수 있다. 특히 상기 제어부는 측정된 온도와 유량에 따라 생성되는 온수의 양 또는 열량을 테이블화하여 저장함으로써 측정된 온도와 유량을 통하여 비례적으로 필요한 온수의 양 또는 열량을 계산할 수 있다.
상기 제어부가 상기와 같이 필요한 온수의 양 또는 열량을 계산하면, 상기 제어부는 제 1 분지배기관(141)의 단면을 기준으로 일정 각도 정도 제 2 분지배기관(142) 측으로 개폐부(172)를 회동시키도록 각도조절부(171)를 제어할 수 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 계산된 온수의 양 또는 열량에 따라 개폐부(172)의 회동각도를 비례적으로 계산하여 각도조절부(171)를 제어할 수 있다.
한편, 상기 제어부가 상기와 같이 제어하면, 개폐부(172)는 제 1 분지배기관(141)의 단면을 기준으로 18° 회전할 수 있다. 이때, 개폐부(172)가 18° 회전하는 경우 제 2 분지배기관(142)은 제 2 분지배기관(142)의 단면을 기준으로 72°가 개방될 수 있다. 이때, 상기 연소가스는 연소가스배기관(130)을 통하여 제 1 분지배기관(141) 또는 제 2 분지배기관(142)으로 유동할 수 있다. 특히 상기 연소가스는 개폐부(172)의 회동각도에 따라 제 1 분지배기관(141) 또는 제 2 분지배기관(142)으로 유동하는 양이 결정될 수 있다.
상기와 같이 상기 연소가스가 제 1 분지배기관(141) 또는 제 2 분지배기관(142)으로 유동하는 경우 상기 제어부는 폐열회수보일러(150)와 열회수장치(160)를 작동시킬 수 있다. 이때, 폐열회수보일러(150)가 작동하는 경우 상기에서 설명한 바와 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
열회수장치(160)가 작동하는 경우 상기 제어부는 상기에서 설명한 바와 같이 제 1 단속밸브(191) 내지 제 3 단속밸브(195)를 제어할 수 있다. 구체적으로 상기 제어부는 제 1 단속밸브(191)와 제 2 단속밸브(193)는 개방시키고, 제 3 단속밸브(195)는 폐쇄되도록 제어할 수 있다.
상기와 같이 제 1 단속밸브(191) 내지 제 3 단속밸브(195)가 제어되면, 압축기부(111)에서 압축된 공기는 제 1 공급관(181)을 통하여 열회수장치(160)로 공급될 수 있다.
열회수장치(160)는 제 1 공급관(181)에서 공급된 공기와 제 2 분지배기관(142)을 유동하는 상기 연소가스와 열교환시켜 상기 공기의 온도를 상승시킬 수 있다. 온도가 상승한 공기는 열회수장치(160)로부터 제 2 공급관(182)을 유동할 수 있다.
제 2 공급관(182)을 유동하는 공기는 상기에서 설명한 바와 같이 연소부(112)의 연료가 주입되는 부분에서 연료와 혼합되어 연소부(112)로 공급될 수 있다. 이때, 상기에서 설명한 바와 같이 제 3 단속밸브(195)는 폐쇄되어 연결관(183)을 통하여 온도가 상승한 공기가 압축기부(111)로 역류하거나 압축기부(111)의 공기가 연결관(183)을 통하여 연소부(112)로 공급되는 것을 방지할 수 있다.
따라서 열병합발전 시스템(100)은 열부하가 다소 적게 필요한 경우 각도조절부(171)를 통하여 개폐부(172)의 회동 각도를 제어함으로써 필요한 열부하를 공급함과 동시에 가스터빈(110)의 발전효율을 증대시킬 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 열병합발전 시스템(100)의 제 3 작동 상태를 보여주는 작동도이다. 도 7은 도 6에 도시된 유량조절부(170)의 제 3 작동을 보여주는 작동도이다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 상기의 경우 이외에도 열병합발전 시스템(100)이 설치되는 공간 또는 작업장에 열부하가 필요 없는 경우가 발생할 수 있다. 예를 들면, 상기 열수요입력신호가 입력되지 않는 경우나 공정상 증기 또는 온수가 필요 없는 경우, 여름철과 같이 주변온도가 높은 경우에는 열부하가 필요하지 않을 수 있다.
상기와 같이 열부하가 필요하지 않는 경우 상기 제어부는 각도조절부(171)를 통하여 개폐부(172)를 회동시킬 수 있다. 구체적으로 상기 제어부는 개폐부(172)가 제 1 분지배기관(141)을 완전히 폐쇄하고 제 2 분지배기관(142)을 완전히 개방하도록 각도조절부(171)를 제어할 수 있다. 특히 상기와 같은 경우 개폐부(172)는 회동하여 제 1 분지배기관(141)의 단면과 일치하도록 배치될 수 있다.
상기와 같이 개폐부(172)가 제 1 분지배기관(141)을 폐쇄하면, 연소가스배기관(130)을 통하여 유동하는 상기 연소가스는 전부 제 2 분지배기관(142)을 통하여 외부로 유출될 수 있다.
이때, 상기 제어부는 열회수장치(160)를 작동시키도록 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부는 상기에서 설명한 바와 같이 제 1 단속밸브(191)와 제 2 단속밸브(193)는 개방하고, 제 3 단속밸브(195)는 폐쇄되도록 제어할 수 있다.
상기와 같이 제 1 단속밸브(191) 내지 제 3 단속밸브(195)가 제어되면, 압축기부(111)에서 압축된 공기는 제 1 공급관(181)을 통하여 열회수장치(160)로 유동할 수 있다.
이때, 열회수장치(160)는 상기에서 설명한 바와 같이 제 2 분지배기관(142)을 유동하는 상기 연소가스와 제 1 공급관(181)을 유동하는 공기를 열교환시켜 상기 공기의 온도를 상승시킬 수 있다.
상기와 같이 온도가 상승한 공기는 제 2 공급관(182)을 통하여 연소부(112)로 공급될 수 있다. 이때, 온도가 상승한 공기는 연소부(112)로 유입되는 연료와 혼합하여 연소부(112)로 공급될 수 있다.
한편, 상기와 같은 작업이 진행되는 동안, 제 3 단속밸브(195)는 폐쇄되어 온도가 상승한 공기가 연결관(183)을 통하여 압축기부(111)로 유동하거나 압축기부(111)로부터 연결관(183)으로 유동하는 공기가 연소부(112)로 공급되는 것을 차단할 수 있다.
따라서 열병합발전 시스템(100)은 상기와 같이 제어됨으로써 열부하가 필요 없는 경우 열회수장치(160)를 통하여 가스터빈(110)의 성능을 향상시킬 수 있다. 특히 열병합발전 시스템(100)은 열부하의 종류에 따라 외부로 배출되는 상기 연소가스의 폐열을 흡수함으로써 에너지 효율을 증대시킬 수 있다. 열병합발전 시스템(100)은 폐열을 흡수함으로써 열로 인한 주변의 열 오염을 줄일 수 있다.
열병합발전 시스템(100)은 열교환기의 특성, 즉 폐열회수보일러(150)와 열회수장치(160)의 수명, 유지보수 등을 고려하여 선택적으로 가동시킴으로써 전체 시스템의 가동율을 높일 수 있다.
또한, 열병합발전 시스템(100)은 제 1 분지배기관(141) 및 제 2 분지배기관(142)으로 분리하여 상기 연소가스를 배출하고, 각각 폐열회수보일러(150)와 열회수장치(160)를 배치함으로써 폐열회수보일러(150)와 열회수장치(160)에 인한 가스터빈(110) 출구쪽의 압력 강하를 최소화할 수 있다. 특히 열병합발전 시스템(100)은 상기와 같이 압력 강하를 최소화함으로써 가스터빈(110)의 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
마지막으로 열병합발전 시스템(100)은 각도조절부(171)를 통하여 제 1 분지배기관(141) 또는 제 2 분지배기관(142)으로 유동하는 상기 연소가스의 양을 정밀하게 제어함으로써 시스템 전체의 열전비(Heat to electricity ratio)를 정밀하게 조절할 수 있다. 특히 열병합발전 시스템(100)은 연소부(112)의 작동의 필요성이 낮을 때에 선택적으로 시스템을 운영할 수 있으므로 열병합발전 시스템(100)의 전체 효율을 제고할 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions. The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by terms. Terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
1 is a conceptual diagram showing a cogeneration system 100 according to an embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 1, the cogeneration system 100 may include a gas turbine 110 and a generator 120 connected to the gas turbine 110. The gas turbine 110 includes a compressor unit 111 for compressing the air introduced from the outside, a combustion unit 112 for mixing and combusting the air and fuel compressed in the compressor unit 111, And a turbine section 113 rotated by a combustion gas generated by combustion. Since the gas turbine 110 is the same as a general gas turbine, detailed description of the compressor unit 111, the combustion unit 112, and the turbine unit 113 will be omitted.
The cogeneration system 100 may include a combustion gas exhaust pipe 130 connected to the gas turbine 110 and through which the combustion gas discharged from the gas turbine 110 flows. Specifically, the combustion gas exhaust pipe 130 is connected to the turbine section 113 to allow the combustion gas discharged from the turbine section 113 to flow.
The cogeneration system 100 may include a plurality of branch governors 140 branched from the combustion gas exhaust pipe 130 and connected to the outside. At this time, the plurality of branch governors 140 may guide the combustion gas to the outside. Specifically, the plurality of branch governors 140 may include a first branch governor 141 connected to the combustion gas exhaust pipe 130. In addition, the plurality of branch governors 140 may include a second branch governor 142 connected to the combustion gas exhaust pipe 130.
At this time, the combustion gas exhaust pipe 130, the first branch governor 141 and the second branch governor 142 may be connected to each other at one portion. Specifically, the combustion gas exhaust pipe 130 and the first branch governor 141 may be connected at an angle. At this time, the second branch governor 142 is connected to the combustion gas exhaust pipe 130 and the first branch governor 141 at a certain angle at a portion where the combustion gas exhaust pipe 130 is connected to the first branch governor 141 .
For example, the combustion gas exhaust pipe 130 and the first branch governor 141 may be connected to each other in a straight line. At this time, the second branch governor 142 may be formed at right angles to the combustion gas exhaust pipe 130 and the first branch governor 141.
In addition, the combustion gas exhaust pipe 130, the first branch governor 141 and the second branch governor 142 may form an angle with respect to each other. Concretely, the combustion gas exhaust pipe 130, the first branch governor 141 and the second branch governor 142 may be connected to each other in the form of 'Y'.
At this time, the combustion gas exhaust pipe 130, the first branch governor 141 and the second branch governor 142 are not limited to the above, but may be connected at various angles. The combustion gas exhaust pipe 130 and the first branch governor 141 are connected in series and the second branch governor 142 is connected to the combustion gas exhaust pipe 130 and the first branch governor 141 are perpendicularly connected to each other.
The cogeneration system 100 may include a waste heat recovery boiler 150 installed in one of the plurality of branch governors 140 to generate hot water or steam through the waste heat of the combustion gas. Specifically, the waste heat recovery boiler 150 is installed in the first branch governor 141, and can generate hot water or steam through heat exchange between the feed water flowing from the outside and the combustion gas. At this time, the waste heat recovery boiler 150 may include a boiler 151 installed in the first branch governor 141 and a water separator 152 connected to the boiler 151 to divide steam and hot water.
The cogeneration system 100 may include a water supply unit 155 for supplying water to the waste heat recovery boiler 150 from the outside. At this time, the water supply unit 155 may supply water from the outside including a pump and the like.
The cogeneration system 100 may include a heat recovery unit 160 installed in the other of the plurality of branch governors 140 to recover the waste heat of the combustion gas. At this time, the heat recovery apparatus 160 may be installed in the second branch governor 142 to recover the waste heat of the combustion gas.
The cogeneration system 100 is installed at a portion where the combustion gas exhaust pipe 130 and the plurality of branch governors 140 are connected to control the amount of the combustion gas flowing to at least one of the plurality of branch governors 140 And a flow rate regulator 170.
At this time, the flow rate regulator 170 is installed to be rotatable at a portion where the combustion gas exhaust pipe 130 and the plurality of branch governors 140 are connected to each other. The flow rate regulator 170 includes a plurality of branch governors 140, (Not shown). The flow rate regulator 170 may include an angle regulator (not shown) installed at a portion where the combustion gas exhaust pipe 130 and the plurality of branch governors 140 are connected to each other to adjust the rotation angle of the opening / have.
The opening and closing part may be installed at a portion where the combustion gas exhaust pipe 130, the first branch governor 141 and the second branch governor 142 are connected. When the combustion gas exhaust pipe 130 and the first branch governor 141 and the second branch governor 142 are connected to each other so as to be orthogonal to each other as described above, the first branch governor 141 and the second branch governor 142, The opening / closing part may be installed at a portion where the branch governor 142 is connected.
However, the position of the opening / closing part is not limited to the above, but may be variously installed according to the shape in which the combustion gas exhaust pipe 130, the first branch governor 141 and the second branch governor 142 are connected. Hereinafter, for convenience of explanation, the opening / closing unit will be described mainly in a case where the opening / closing unit is installed at a portion where the first branch governor 141 and the second branch governor 142 are connected.
The opening and closing part may be formed in a plate shape. Specifically, the outer diameter of the opening / closing part may be formed to be equal to the inner diameters of the first branch governor 141 and the second branch governor 142. Therefore, the opening and closing part can be selectively opened and closed by rotating the first branch governor 140 and the second branch governor 142, and the degree of opening and closing can be freely adjusted.
Meanwhile, the angle adjusting unit may be connected to the opening / closing unit to adjust the angle of the opening / closing unit. The angle adjusting unit may include any device that rotates the angle of the opening / closing unit so as to be adjustable. For example, the angle adjusting unit may include a motor that rotates the opening / closing unit. In particular, the motor may be a step motor that can be precisely driven.
The cogeneration system 100 may include a circulation pipe 180 connected to the compressor unit 111 of the gas turbine 110 and connected to the heat recovery apparatus 160. The circulation pipe 180 can mix the combustion gas and the heat-exchanged air in the heat recovery apparatus 160 and supply the mixed gas to the gas turbine 110 through the fuel supply unit. Specifically, the circulation pipe 180 can supply the combustion gas and the air to the combustion part 112 of the gas turbine 110.
The circulation pipe 180 may include a first supply pipe 181 connected to the compressor unit 111 and the heat recovery unit 160 to supply air from the compressor unit 111 to the heat recovery unit 160. The circulation pipe 180 may include a second supply pipe 182 connected to the heat recovery unit 160 and the combustion unit 112 to supply the heat-exchanged air to the gas turbine 110.
The circulation pipe 180 may include a connection pipe 183 connecting the first supply pipe 181 and the second supply pipe 182. The connection pipe 183 may connect the first supply pipe 181 connected to the compressor unit 111 and the second supply pipe 182 connected to the combustion unit 112.
The cogeneration system 100 may include a first intermittent valve 191 to a third intermittent valve 195. At this time, the first intermittent valve 191 may be installed in the first supply pipe 181, and the second intermittent valve 193 may be installed in the second supply pipe 182. The third intermittent valve 195 may be installed in the connection pipe 183. At this time, at least one of the first intermittent valve 191 through the third intermittent valve 195 may be opened or closed based on the operation of the flow rate regulator 170.
Hereinafter, the control of the cogeneration system 100 will be described in detail.
2 is an operation diagram showing a first operating state of the cogeneration system 100 shown in FIG. 3 is an operation diagram showing the first operation of the flow rate regulator 170 shown in FIG.
Referring to FIGS. 2 and 3, the gas turbine 110 may operate when the cogeneration system 100 is operating. Specifically, when an input signal is input from the outside, the gas turbine 110 can operate. At this time, when the gas turbine 110 is combusted in the combustion section 112, the compressor section 111 and the turbine section 113 can be operated by the combustion.
When the compressor unit 111 is operated, air can be compressed from the outside and supplied to the combustion unit 112. At this time, the combustion unit 112 can continuously operate the gas turbine 110 by mixing and burning the compressed air and the fuel.
When operating as described above, the cogeneration system 100 can operate in a variety of ways depending on the operation of the gas turbine 110 and various conditions. The cogeneration system 100 includes a gas turbine 110, a flow control unit 170, a first intermittent valve 191 through a third intermittent valve 195, a heat recovery apparatus 160, and a waste heat recovery boiler 150, And a control unit (not shown)
On the other hand, when the gas turbine 110 operates in the above-described manner, the controller can determine whether the hot water supply is inputted from the outside. Specifically, the control unit can determine whether a heat demand input signal is inputted from the outside.
At this time, the heat demand input signal can be variously set. For example, the heat demand input signal may include a hot water input signal that receives hot water supply from a user. In addition, the heat demand input signal may include a time input signal for inputting a time such as a hot water supply time or an operation time from a user.
The heat demand input signal may include a temperature input signal for inputting a temperature such as a heating temperature or the like. Also, the heat demand input signal may include a steam input signal for inputting the amount of steam required for various processes.
The heat demand input signal is not limited to the above, and may include all input signals capable of operating the waste heat recovery boiler 150. Hereinafter, for the convenience of explanation, the case where the heat demand input signal is the temperature input signal will be mainly described.
When the temperature input signal is inputted, the flow regulator 170 may open the first branch governor 141 to flow the combustion gas to the first branch governor 141. [ At this time, the flow rate regulator 170 may control the degree of opening of the first branch governor 141 according to the temperature input signal.
Specifically, when the temperature input signal is input, the control unit may input a signal to the angle adjusting unit 171. [ At this time, the angle adjusting unit 171 can adjust the angle of the opening / closing unit 172 according to the signal.
In particular, when the control unit controls the angle adjusting unit 171, the control unit controls the angle adjusting unit 171 based on at least one of the measured value of the combustion gas temperature emitted from the gas turbine 110 and the measured value of the flow rate of the combustion gas. Can be controlled. At this time, the combustion gas exhaust pipe 130 may be provided with a combustion gas temperature measuring unit 133 for measuring the temperature of the combustion gas and a combustion gas flow rate measuring unit 135 for calculating the flow rate of the combustion gas. Hereinafter, a method of controlling the angle adjusting unit 171 according to the case will be described in detail.
When the temperature input signal is input as described above, the controller can calculate the difference between the temperature of the input heating space and the actual temperature of the heating space. The control unit may calculate the temperature difference and then receive the combustion gas temperature measured by the combustion gas temperature measuring unit 133 and the flow rate of the combustion gas measured by the combustion gas flow rate measuring unit 135. At this time, the controller may calculate the amount of heat or the amount of heat required based on the temperature of the combustion gas and the flow rate of the combustion gas.
Specifically, when the temperature of the actual heating space is 15 ° C and the temperature of the input heating space is 60 ° C, the controller can calculate the temperature difference of 45 ° C. At this time, the controller may calculate the opening degree of the opening / closing part 172 according to the temperature difference based on the temperature of the combustion gas and the flow rate of the combustion gas. At this time, the controller may store the amount or amount of hot water to be heat-exchanged in the waste heat recovery boiler 150 in proportion to the temperature difference according to the temperature of the combustion gas and the flow rate of the combustion gas.
For example, the controller may store the opening degree of the opening / closing part 172, that is, the opening angle, in a table in proportion to the temperature difference according to the temperature of the combustion gas and the flow rate of the combustion gas. Specifically, when the temperature of the combustion gas increases by 10 ° C or the flow rate of the combustion gas increases by 10%, the control unit adjusts the opening angle of the opening / closing unit 172 linearly or proportionally by about 1 °, (171).
The control unit may control the angle adjusting unit 171 by calculating the opening angle of the opening / closing unit 172 according to the temperature difference according to the temperature of the combustion gas and the flow rate of the combustion gas.
At this time, the controller can determine the opening angle of the opening / closing part 172 corresponding to the temperature difference of 45 ° C. In particular, the control unit may control the angle adjusting unit 171 so that the opening angle of the opening / closing unit 172 is 90 ° from the end surface of the first branch governor 141.
When the opening angle of the opening / closing part 172 is 90 ° as described above, the opening / closing part 172 can completely close the second branch governor 142 and open the first branch governor 141 completely. At this time, the combustion gas can flow to the outside through the first branch governor 141.
Meanwhile, the control unit may operate the waste heat recovery boiler 150 while the above operation is being performed. Specifically, the control unit may operate a water supply unit 155 that supplies water to the waste heat recovery boiler 150.
When the water supply unit 155 is operated, the water supply unit 155 can supply water to the waste heat recovery boiler 150 from the outside. The waste heat recovery boiler 150 can circulate the hot water to the heating space requiring heat by exchanging heat between the combustion gas and the water.
In particular, when the waste heat recovery boiler 150 operates as described above, the control unit may control to close the first intermittent valve 191 and the second intermittent valve 193. In addition, the controller may control the third intermittent valve 195 to open.
The air compressed in the compressor unit 111 may flow to the end of the second supply pipe 182 after passing through the connection pipe 183 through the first supply pipe 181. Particularly, the air flowing to the end of the second supply pipe 182 can be supplied to the fuel supply part of the combustion part 112 connected to the second supply pipe 182.
Therefore, when the cogeneration system 100 supplies hot water or steam by using waste heat, the waste heat is recovered by flowing the combustion gas to the first branch governor 141 through the flow control unit 170 So that the amount of heat required for the heat load can be easily and easily supplied.
4 is an operation diagram showing a second operating state of the cogeneration system 100 shown in FIG. 5 is an operation diagram showing a second operation of the flow rate regulator 170 shown in FIG.
Referring to FIGS. 4 and 5, when the thermal load is small and the thermal load is small as described above, the controller can control the flow controller 170 similarly to the above.
For example, if the temperature input signal inputted by the user in a state where the temperature of the heating space is 15 ° C is a signal to make the temperature of the heating space 20 ° C, the control unit controls the flow rate adjusting unit 170 can be controlled.
Specifically, when the temperature input signal is input as described above, the controller may control the angle regulating unit 171 to control the opening / closing unit 172 to open the first branch governor 141. At this time, the angle adjusting unit 171 can adjust the opening angle of the first branch governor 141.
For example, when the temperature difference is 5 ° C as described above, the controller may control the angle adjusting unit 171 to open the first branch governor 141 by 20%. At this time, the combustion gas temperature measuring unit 133 may transmit the measured temperature of the combustion gas to the control unit. Also, the combustion gas flow rate measuring unit 135 may transmit the measured flow rate of the combustion gas to the control unit.
Meanwhile, the controller may control the angle adjusting unit 171 based on the measured temperature and flow rate. Specifically, the controller may calculate the amount or amount of hot water to raise the temperature of the heating space through the temperature and the flow rate measured as described above. Particularly, the controller can calculate the amount or amount of hot water required proportionally through the measured temperature and the flow rate by tabulating and storing the amount or amount of hot water generated according to the measured temperature and the flow rate.
When the control unit calculates the amount of heat or the amount of heat required as described above, the control unit rotates the opening / closing unit 172 toward the second branch governor 142 side by a predetermined angle with respect to the end surface of the first branch governor 141 The angle adjusting unit 171 can be controlled. At this time, the controller can control the angle adjusting unit 171 by calculating the rotation angle of the opening / closing unit 172 proportionally according to the calculated amount or amount of hot water.
On the other hand, when the control unit is controlled as described above, the opening / closing unit 172 can rotate 18 degrees with respect to the cross section of the first branch governor 141. [ At this time, when the opening / closing portion 172 rotates 18 degrees, the second branch governor 142 can be opened at 72 degrees with respect to the cross section of the second branch governor 142. [ At this time, the combustion gas may flow to the first branch governor 141 or the second branch governor 142 through the combustion gas exhaust pipe 130. In particular, the amount of the combustion gas flowing into the first branch governor 141 or the second branch governor 142 can be determined according to the rotation angle of the opening / closing portion 172.
The control unit may operate the waste heat recovery boiler 150 and the heat recovery apparatus 160 when the combustion gas flows to the first branch governor 141 or the second branch governor 142 as described above. At this time, the operation of the waste heat recovery boiler 150 is similar to that described above, so that detailed description will be omitted.
When the heat recovery apparatus 160 is operated, the control unit may control the first to third intermittent valves 191 to 195 as described above. Specifically, the control unit may control the first and second intermittent valves 191 and 193 to be opened and the third intermittent valve 195 to be closed.
When the first intermittent valve 191 through the third intermittent valve 195 are controlled as described above, the air compressed in the compressor unit 111 can be supplied to the heat recovery apparatus 160 through the first supply pipe 181 .
The heat recovery apparatus 160 may heat the air supplied from the first supply pipe 181 and the combustion gas flowing through the second branch governor tube 142 to raise the temperature of the air. The air whose temperature has risen can flow from the heat recovery apparatus 160 through the second supply pipe 182.
The air flowing through the second supply pipe 182 may be mixed with the fuel at the portion where the fuel of the combustion portion 112 is injected and supplied to the combustion portion 112 as described above. The third intermittent valve 195 is closed and the air whose temperature has risen through the connection pipe 183 flows back to the compressor unit 111 or the air of the compressor unit 111 flows into the connection pipe 183, It is possible to prevent the fuel gas from being supplied to the combustion unit 112 through the exhaust gas.
The cogeneration system 100 can control the rotation angle of the opening and closing part 172 through the angle adjusting part 171 to supply the required thermal load and increase the power generation efficiency of the gas turbine 110 have.
6 is an operation diagram showing a third operating state of the cogeneration system 100 shown in FIG. 7 is an operation diagram showing a third operation of the flow rate regulator 170 shown in FIG.
6 and 7, in addition to the above case, there may occur a case where heat is not required in the space where the cogeneration system 100 is installed or in the workplace. For example, if the heat demand input signal is not input, or if steam or hot water is not required in the process, a heat load may not be needed if the ambient temperature is high as in the summer.
If the thermal load is not required, the control unit may rotate the opening / closing unit 172 through the angle adjusting unit 171. [ Specifically, the control unit can control the angle adjusting unit 171 so that the opening and closing unit 172 completely closes the first branch governor 141 and completely opens the second branch governor 142. [ In particular, in such a case, the opening / closing part 172 may be arranged to coincide with the end face of the first branch governor 141 by turning.
When the opening and closing part 172 closes the first branch governor 141 as described above, the combustion gas flowing through the combustion gas exhaust pipe 130 can be entirely discharged to the outside through the second branch governor 142 have.
At this time, the controller may control the heat recovery apparatus 160 to operate. Also, the control unit may control the first and second intermittent valves 191 and 193 to be opened and the third intermittent valve 195 to be closed as described above.
When the first intermittent valve 191 to the third intermittent valve 195 are controlled as described above, the air compressed by the compressor unit 111 can flow to the heat recovery apparatus 160 through the first supply pipe 181 .
At this time, as described above, the heat recovery apparatus 160 can increase the temperature of the air by exchanging heat between the combustion gas flowing through the second branch governor tube 142 and the air flowing through the first supply pipe 181 .
The air whose temperature has risen as described above can be supplied to the combustion unit 112 through the second supply pipe 182. At this time, the air whose temperature has risen can be mixed with the fuel flowing into the combustion section 112 and supplied to the combustion section 112.
The third intermittent valve 195 is closed and the air whose temperature has risen flows to the compressor section 111 through the connection pipe 183 or flows from the compressor pipe section 111 to the connection pipe 183 can be prevented from being supplied to the combustion unit 112.
Therefore, the cogeneration system 100 can be controlled as described above, thereby improving the performance of the gas turbine 110 through the heat recovery apparatus 160 when the heat load is not needed. Particularly, the cogeneration system 100 can increase the energy efficiency by absorbing the waste heat of the combustion gas discharged to the outside according to the type of heat load. The cogeneration system 100 can reduce heat pollution due to heat by absorbing waste heat.
The cogeneration system 100 can be operated selectively in consideration of the characteristics of the heat exchanger, that is, the life of the waste heat recovery boiler 150, the life of the heat recovery apparatus 160, maintenance and the like, thereby increasing the operation rate of the entire system.
The cogeneration system 100 separates the combustion gas from the first branch governor 141 and the second branch governor 142 and discharges the combustion gas to the waste heat recovery boiler 150 and the heat recovery apparatus 160 The pressure drop on the outlet side of the gas turbine 110 due to the waste heat recovery boiler 150 and the heat recovery apparatus 160 can be minimized. In particular, the cogeneration system 100 can prevent the gas turbine 110 from decreasing in efficiency by minimizing the pressure drop as described above.
Finally, the cogeneration system 100 precisely controls the amount of the combustion gas flowing into the first branch governor 141 or the second branch governor 142 through the angle adjuster 171, Heat to electricity ratio can be precisely controlled. In particular, the cogeneration system 100 can selectively operate the system when the operation of the combustion unit 112 is low, thereby improving the overall efficiency of the cogeneration system 100.
Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications and variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, it is intended that the appended claims cover all such modifications and variations as fall within the true spirit of the invention.

100: 열병합발전 시스템 155 : 급수공급부
110 : 가스터빈 160 : 열회수장치
111 : 압축기부 170 : 유량조절부
112 : 연소부 171 : 각도조절부
113 : 터빈부 172 : 개폐부
120 : 발전기 180 : 순환관
130 : 연소가스배기관 181 : 제 1 공급관
140 : 분지배기관 182 : 제 2 공급관
141 : 제 1 분지배기관 183 : 연결관
142 : 제 2 분지배기관 191 : 제 1 단속밸브
150 : 폐열회수보일러 193 : 제 2 단속밸브
151 : 보일러 195 : 제 3 단속밸브
152 : 기수분리기100: Cogeneration power generation system 155: Water supply unit
110: gas turbine 160: heat recovery device
111: compressor unit 170: flow rate regulator
112: Combustion part 171: Angle adjusting part
113: turbine section 172: opening /
120: Generator 180: Circulation tube
130: Combustion gas exhaust pipe 181: First supply pipe
140: minute Dominating authority 182: Second supply pipe
141: 1 st minute Dominating agency 183: Connector
142: second minute control authority 191: first-speed valve
150: Waste heat recovery boiler 193: Second-speed valve
151: Boiler 195: Third-speed valve
152: Water separator

Claims (8)

가스터빈에 연결되어 상기 가스터빈으로부터 방출되는 연소가스가 유동하는 연소가스배기관;
상기 연소가스배기관으로부터 분지되어 상기 연소가스를 안내하는 복수개의 분지배기관;
상기 복수개의 분지배기관 중 하나에 설치되어 상기 연소가스의 폐열을 통하여 온수 또는 증기를 생성하는 폐열회수보일러;
상기 복수개의 분지배기관 중 다른 하나에 설치되어 상기 연소가스의 폐열을 회수하는 열회수장치; 및
상기 연소가스배기관과 상기 복수개의 분지배기관이 연결되는 부분에 설치되어 상기 연소가스배기관으로부터 상기 복수개의 분지배기관 중 적어도 하나로 유동하는 상기 연소가스의 양을 제어하는 유량조절부;를 포함하고,
상기 유량조절부는 상기 가스터빈에서 배출되는 상기 연소가스의 온도 및 상기 연소가스의 유량에 근거하여 상기 복수개의 분지배기관 중 적어도 하나로 유동하는 상기 연소가스의 양을 제어하고,
상기 유량조절부는,
상기 연소가스배기관과 상기 복수개의 분지배기관이 연결되는 부분에 회동 가능하도록 설치되며, 상기 복수개의 분지배기관을 선택적으로 개폐하는 개폐부; 및
상기 연소가스배기관과 상기 복수개의 분지배기관이 연결되는 부분에 설치되어 상기 개폐부의 회동각도를 조절하는 각도조절부;를 구비하는 열병합발전 시스템.A combustion gas exhaust pipe connected to the gas turbine and through which the combustion gas discharged from the gas turbine flows;
A plurality of branch governors branched from the combustion gas exhaust pipe to guide the combustion gas;
A waste heat recovery boiler installed in one of the plurality of branch governors and generating hot water or steam through waste heat of the combustion gas;
A heat recovery device installed in the other of the plurality of branch governors and recovering waste heat of the combustion gas; And
And a flow control unit installed at a portion where the combustion gas exhaust pipe and the plurality of branch governors are connected to control the amount of the combustion gas flowing from the combustion gas exhaust pipe to at least one of the plurality of branch governors,
Wherein the flow rate control unit controls an amount of the combustion gas flowing to at least one of the plurality of branching engines based on a temperature of the combustion gas discharged from the gas turbine and a flow rate of the combustion gas,
Wherein the flow-
An opening / closing unit rotatably installed at a portion where the combustion gas exhaust pipe and the plurality of branch governors are connected, and selectively opening / closing the plurality of branch governors; And
And an angle adjusting unit installed at a portion where the combustion gas exhaust pipe and the plurality of branch governors are connected to adjust the rotation angle of the opening and closing unit. 제 1 항에 있어서,
상기 복수개의 분지배기관 중 하나에 설치되어 외부로부터 유입되는 급수를 상기 폐열회수보일러로 공급하는 급수공급부;를 더 포함하는 열병합발전 시스템.The method according to claim 1,
And a water supply unit installed in one of the plurality of branch governors and supplying water from the outside to the waste heat recovery boiler. 제 1 항에 있어서,
상기 가스터빈의 압축기 부분과 연결되고, 상기 열회수장치와 연결되며, 상기 열회수장치에서 상기 연소가스와 열교환된 공기를 연료가 공급되는 상기 가스터빈 부분으로 공급하는 순환관;을 더 포함하는 열병합발전 시스템.The method according to claim 1,
And a circulation pipe connected to the compressor portion of the gas turbine and connected to the heat recovery device for supplying the heat exchanged air with the combustion gas to the gas turbine portion to which fuel is supplied, . 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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