KR20130139345A - Vessel's power generation system - Google Patents
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Abstract
선박용 발전 시스템(100)은, 과급기 장착형 메인 엔진(1)의 배기열을 이용하여 증기를 생성하는 폐열 회수 시스템(3)과, 폐열 회수 시스템(3)에 있어서 생성된 증기에 의해 구동되는 증기 터보 발전기(4)와, 메인 엔진(1)의 급기 또는 배기의 온도를 감지하기 위한 온도 감지 수단(61)과, 메인 엔진(1)의 부하를 감지하기 위한 부하 감지 수단(62)과, 바이패스 통로(46)를 흐르는 배기의 유량과 과급기(2)에 보내지는 배기의 유량을 조정하기 위한 유량 조정 수단(47)과, 온도 및 부하에 따라 증기 터보 발전기(4)가 선내 수요 전력 이상의 전력을 발생 가능하게 되도록 유량 조정 수단(47)을 제어하는 제어 수단(50)을 구비한다.The marine power generation system 100 includes a waste heat recovery system 3 for generating steam using exhaust heat of the supercharger-mounted main engine 1 and a steam turbo generator driven by steam generated in the waste heat recovery system 3. (4), temperature sensing means 61 for sensing the temperature of the air supply or exhaust of the main engine 1, load sensing means 62 for sensing the load of the main engine 1, and a bypass passage The flow rate adjusting means 47 for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing through the 46 and the flow rate of the exhaust gas sent to the supercharger 2, and the steam turbo generator 4 generates electric power higher than the required electric power onboard according to the temperature and the load. The control means 50 which controls the flow regulating means 47 so that it is possible is provided.
Description
본 발명은, 증기 터빈(turbine)에 의해 발전기를 구동하는 선박용 발전 시스템에 관한 것으로, 특히 과급기 장착형 메인 엔진(主機)의 배기열을 이용하여 증기를 생성하는 폐열 회수 시스템을 구비한 선박용 발전 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
대형 선박은, 운항 중에 필요한 전기를 발전하는 발전 시스템을 탑재하고 있다. 최근, 에너지 절약에 대한 요청에 부응하기 위하여, 메인 엔진 주변의 폐열을 회수하여 증기를 생성하는 폐열 회수 시스템을 선박용 발전 시스템에 추가하고, 폐열 회수 시스템에서 생성된 증기로 증기 터빈을 구동하여, 그 구동 터빈의 출력에 따라 발전기를 구동할 수 있도록 하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).Large vessels are equipped with a power generation system for generating electricity required during operation. Recently, in order to meet the demand for energy saving, a waste heat recovery system that recovers waste heat around the main engine to generate steam is added to the marine power generation system, and a steam turbine is driven by steam generated from the waste heat recovery system. A generator can be driven according to the output of a drive turbine (for example, refer patent document 1).
폐열 회수 시스템에 의한 회수 열량은, 메인 엔진의 부하에 따라 변화한다. 요컨대, 발전기의 발생 가능 전력은, 메인 엔진의 부하에 따라 변화한다. 종래, 폐열 회수 시스템 및 발전기를 메인 엔진의 부하 및 선내 수요 전력의 관계에서 어떤 사양으로 설계할지에 관하여, 일반적으로 2개의 접근 방법이 있다.The amount of heat recovered by the waste heat recovery system changes depending on the load of the main engine. In short, the electric power which can be generated by a generator changes with the load of a main engine. Conventionally, there are generally two approaches as to what specification the waste heat recovery system and the generator will be designed in relation to the load of the main engine and the onboard power demand.
첫 번째는, 메인 엔진이 저부하 영역에서 운전되고 있어도 발전기가 선내 수요 전력을 충당할 수 있을 만큼의 전력을 발생시킬 수 있도록, 폐열 회수 시스템 및 발전기를 설계하는 것이다. 이 경우, 메인 엔진이 상용 출력으로 운전되고 있다면, 발전기가 잉여 전력을 발생시킨다. 장기 항해에 이용되는 선박에서는, 대부분의 기간 동안 메인 엔진이 상용 출력으로 운전되게 되므로 불필요한 연료 소비가 증가하고, 시스템의 전체 사이즈(size)가 선내 수요 전력과의 관계로 대형이 된다.The first is to design the waste heat recovery system and generator so that the generator can generate enough power to meet the onboard demand even if the main engine is operating in the low load region. In this case, if the main engine is running at commercial power, the generator generates surplus power. In ships used for long-term sailing, the main engine is operated at commercial power for most of the time, so unnecessary fuel consumption increases and the overall size of the system becomes large in relation to the onboard power demand.
두 번째는, 메인 엔진이 상용 출력으로 운전되고 있을 때에 발전기가 선내 수요 전력을 충당할 수 있을 만큼의 전력을 발생하도록, 폐열 회수 시스템 및 발전기를 설계하는 것이다. 이 경우, 메인 엔진이 부분 부하로 운전되고 있다면, 발전기가, 선내 수요 전력을 충당할 만큼의 전력을 발생할 수 없다. 이 때문에, 보조 보일러(boiler)를 재가열하는 등 화석 연료의 연소를 동반하여 증기 생성량을 늘리지 않으면 안 된다. 이와 같이, 두 번째의 접근 방법에 의해서도, 발전 시스템에 폐열 회수 시스템을 추가함에 따른 에너지 절약 효과를 충분히 얻기는 어렵다.The second is to design the waste heat recovery system and generator so that when the main engine is operating at commercial power, the generator generates enough power to meet the onboard demand. In this case, if the main engine is running at partial load, the generator cannot generate enough power to cover the onboard demand power. For this reason, the amount of steam generated must be increased along with the combustion of fossil fuel, such as by reheating an auxiliary boiler. As such, even with the second approach, it is difficult to fully achieve the energy saving effect of adding the waste heat recovery system to the power generation system.
따라서 본 발명은, 폐열 회수 시스템을 추가한 선박용 발전 시스템에 있어서, 선내 수요 전력을 과부족 없이 발생 가능한 상황을 가능한 한 광범위한 것으로 하고, 그에 따라 연료 소비율의 악화를 최소한으로 억제하는 것을 목적으로 하고 있다.Therefore, the present invention aims to minimize the deterioration of fuel consumption rate by making the situation in which ship demand power generation can be generated without excess and shortage in the power generation system for ships in which the waste heat recovery system is added as possible as possible.
본건의 발명자는, 메인 엔진의 부하에 따라 폐열 회수 시스템에 의한 회수 열량이 변화한다는 연구 결과와 함께 메인 엔진의 급기 또는 배기의 온도에 따라 폐열 회수 시스템에 의한 회수 열량이 변화하고, 온도 및 부하가 동일한 조건 하에 놓여 있어도 과급기에 보내지는 배기의 유량에 따라 폐열 회수 시스템에 의한 회수 열량이 변화한다는 연구 결과를 얻었다. 따라서, 온도 및 부하에 따라 과급기에 보내지는 배기의 유량을 조정함으로써 온도 및 부하의 변화에 관계없이 폐열 회수 시스템에 의해 회수 가능한 열량이 거의 일정하게 유지되고, 그에 따라 발전기의 발생 가능 전력이 거의 일정하게 유지될 수 있다는 점을 착안하였다. 본건의 발명자는, 이와 같은 연구 결과 및 착안으로부터 하기의 선박용 발전 시스템을 발명하였다.The inventors of the present invention show that the amount of heat recovered by the waste heat recovery system changes depending on the load of the main engine, and the amount of heat recovered by the waste heat recovery system changes according to the temperature of the air supply or exhaust of the main engine. Even under the same conditions, the results of the study show that the amount of heat recovered by the waste heat recovery system changes according to the flow rate of the exhaust gas sent to the supercharger. Therefore, by adjusting the flow rate of the exhaust gas sent to the supercharger according to the temperature and the load, the amount of heat that can be recovered by the waste heat recovery system is kept almost constant regardless of the temperature and load change, and thus the power generation of the generator is almost constant. It was conceived that it could be maintained. The inventor of this invention invented the following power generation system for ships from such a research result and an idea.
즉, 본 발명에 따른 선박용 발전 시스템은, 과급기 장착형 메인 엔진의 배기열을 이용하여 증기를 생성하는 폐열 회수 시스템과, 상기 폐열 회수 시스템에 있어서 생성된 증기에 의해 구동되는 발전기와, 상기 메인 엔진의 급기 또는 배기의 온도를 감지하기 위한 온도 감지 수단과, 상기 메인 엔진의 부하를 감지하기 위한 부하 감지 수단과, 상기 메인 엔진으로부터의 배기가 흐르는 배기 통로와, 상기 배기 통로에 연결되며 상기 과급기를 우회하여 배기가 흐르는 바이패스(bypass) 통로와, 상기 바이패스 통로를 흐르는 배기의 유량과 상기 과급기에 보내지는 배기의 유량을 조정하기 위한 유량 조정 수단과, 상기 온도 감지 수단에 의해 감지되는 온도 및 상기 부하 감지 수단에 의해 감지되는 부하에 따라 상기 발전기가 선내 수요 전력 이상의 전력을 발생시키도록 상기 유량 조정 수단을 제어하는 제어 수단을 구비한다.That is, the marine power generation system according to the present invention includes a waste heat recovery system for generating steam using exhaust heat of a supercharger-mounted main engine, a generator driven by steam generated in the waste heat recovery system, and the air supply of the main engine. Or a temperature sensing means for sensing the temperature of the exhaust, a load sensing means for sensing the load of the main engine, an exhaust passage through which the exhaust flows from the main engine, a bypass passage connected to the exhaust passage, A bypass passage through which exhaust flows, a flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass passage and the flow rate of the exhaust gas sent to the supercharger, the temperature sensed by the temperature sensing means and the load According to the load sensed by the sensing means, the generator generates more power than onboard power demand. To be provided with a control means for controlling the flow control means to.
상기 구성에 따르면, 온도와 부하에 따라 과급기에 보내지는 배기의 유량 및 과급기를 우회하는 배기의 유량이 조정된다. 또한, 폐열 회수 시스템은, 발전기가 선내 수요 전력 이상의 전력을 발생하기 위해 필요한 배기열을 공급받을 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따르면, 메인 엔진의 급기 또는 배기의 온도가 변화하여도, 또한, 메인 엔진의 부하가 변화하여도 발전기가 선내 수요 전력 이상의 전력을 안정적으로 발전할 수 있게 된다. 따라서 온도 및 부하가 변화하여도 잉여 전력이 발생하거나 보조 보일러를 작동시키거나 하는 상황이 적어져 연료 소비율의 악화를 바람직하게 억제할 수 있다.According to the above configuration, the flow rate of the exhaust gas sent to the supercharger and the exhaust flow rate bypassing the supercharger are adjusted according to the temperature and the load. In addition, the waste heat recovery system may be supplied with the exhaust heat required for the generator to generate more power than the onboard power demand. As described above, according to the present invention, even if the temperature of the air supply or exhaust of the main engine changes, and the load of the main engine changes, the generator can stably generate power above the required electric power on board. Therefore, even if the temperature and the load change, the situation in which excess power is generated or the auxiliary boiler is operated is reduced, whereby deterioration of the fuel consumption rate can be preferably suppressed.
상기 온도 감지 수단은, 상기 과급기에 공급되는 급기의 온도, 상기 과급기로부터 상기 메인 엔진에 공급되는 급기의 온도, 상기 메인 엔진으로부터 상기 과급기에 공급되는 배기의 온도, 또는 상기 폐열 회수 시스템의 입구에서의 배기의 온도를 감지하여도 좋다. 상기 구성에 따르면, 온도에 따른 유량 조정 제어, 나아가서는 발생 가능 전력의 안정화 제어를 바람직하게 실행할 수 있다.The temperature sensing means may be at a temperature of an air supply supplied to the supercharger, a temperature of an air supply supplied from the supercharger to the main engine, a temperature of an exhaust gas supplied from the main engine to the supercharger, or an inlet of the waste heat recovery system. The temperature of the exhaust may be sensed. According to the above configuration, it is possible to preferably perform the flow rate adjustment control according to the temperature, and furthermore, the stabilization control of the generated power.
상기 부하 감지 수단은, 상기 메인 엔진의 출력축 및 그와 함께 회전하는 회전축을 포함한 축 동력 시스템의 회전수, 상기 과급기의 회전수, 상기 메인 엔진에의 연료 분사량, 또는 상기 메인 엔진으로부터의 배기 유량을 감지하여도 좋다. 상기 구성에 따르면, 부하에 따른 유량 조정 제어, 나아가서는 발생 가능 전력의 안정화 제어를 바람직하게 실행할 수 있다.The load sensing means is configured to determine the rotational speed of the shaft power system including the output shaft of the main engine and the rotating shaft rotating therewith, the rotational speed of the supercharger, the fuel injection amount to the main engine, or the exhaust flow rate from the main engine. You may detect it. According to the above configuration, it is possible to preferably perform the flow rate adjustment control according to the load, and furthermore, the stabilization control of the generated power.
상기 유량 조정 수단은, 상기 바이패스 통로 상에 개도가 가변적으로 설치되는 배기 바이패스 밸브를 구비하며, 상기 제어 수단은, 온도 및 부하에 따라 상기 발전기가 선내 수요 전력 이상의 전력을 발생시킬 수 있도록 상기 배기 바이패스 밸브의 개도를 제어하여도 좋다. 상기 구성에 따르면, 배기 바이패스 밸브의 개도만을 제어함으로써 온도 및 부하에 따른 발생 가능 전력의 안정화 제어를 바람직하게 실행할 수 있다.The flow rate adjusting means includes an exhaust bypass valve having a variable opening degree on the bypass passage, wherein the control means is configured such that the generator generates power above the required electric power on board according to temperature and load. The opening degree of the exhaust bypass valve may be controlled. According to the above configuration, by controlling only the opening degree of the exhaust bypass valve, it is possible to preferably perform stabilization control of the generated power in accordance with the temperature and the load.
상기 제어 수단은, 온도 및 부하와, 상기 발전기가 선내 수요 전력 이상의 전력을 발생하기 위하여 필요한 배기열을 상기 폐열 회수 시스템에 공급할 수 있는 상기 배기 바이패스 밸브의 개도와의 관계를 규정한 제어 규칙을 미리 기억하고 있는 기억부를 구비하고 있어도 좋다. 상기 구성에 따르면, 온도 및 부하에 따른 발생 가능 전력의 안정화 제어를 바람직하게 실행할 수 있다.The control means predetermines a control rule that defines a relationship between temperature and load, and an opening degree of the exhaust bypass valve capable of supplying the waste heat recovery system with exhaust heat required for the generator to generate electric power above the onboard power demand. You may be provided with the memory | storage part memorized. According to the above configuration, it is possible to preferably perform stabilization control of the generated power in accordance with the temperature and the load.
상기 제어 규칙에는, 상용 출력보다 낮은 부하 영역에서의 부하와, 상기 배기 바이패스 밸브의 개도와의 관계가 규정되어 있어도 좋다. 상기 구성에 따르면, 메인 엔진이 부분 부하로 운전되고 있어도 발전기가 선내 수요 전력 이상의 전력을 발생 가능하게 된다. 보조 보일러를 재가열해야 하는 상황을 적게 할 수 있어 연료 소비율을 향상시킬 수 있다.The control rule may define a relationship between the load in the load region lower than the commercial output and the opening degree of the exhaust bypass valve. According to the above configuration, even if the main engine is operated under partial load, the generator can generate power more than the on-board power demand. The need to reheat the auxiliary boiler can be reduced, which improves fuel consumption.
상기 제어 수단은, 온도가 낮을수록 상기 배기 바이패스 밸브의 개도를 크게 하여도 좋다. 상기 구성에 따르면, 온도의 저하에 따라 폐열 회수 시스템에 공급되는 배기 열량이 작아지더라도 과급기를 우회하는 배기의 유량이 많아지고, 이에 따라 온도 저하에 의한 배기 열량의 감소분이 보상된다. 따라서 온도가 저하하여도 발전기의 발생 가능 전력이 선내 수요 전력 이상의 전력으로 안정된다.The control means may increase the opening degree of the exhaust bypass valve as the temperature is lower. According to the above structure, even if the amount of exhaust heat supplied to the waste heat recovery system decreases as the temperature decreases, the flow rate of the exhaust gas bypassing the supercharger increases, thereby compensating for the decrease in the amount of exhaust heat caused by the temperature decrease. Therefore, even if the temperature decreases, the power that can be generated by the generator is stabilized at a power higher than the on-board power demand.
상기 제어 수단은, 부하가 낮을수록 상기 배기 바이패스 밸브의 개도를 크게 하여도 좋다. 상기 구성에 따르면, 부하의 저하에 따라 폐열 회수 시스템에 공급되는 배기 열량이 작아지더라도 과급기를 우회하는 배기의 열량이 많아지고, 이에 따라 부하 저하에 의한 배기 열량의 감소분이 보상된다. 따라서 부하가 저하하여도 발전기의 발생 가능 전력이, 선내 수요 전력 이상의 전력으로 안정된다.The control means may increase the opening degree of the exhaust bypass valve as the load is lower. According to the above structure, even if the amount of heat of exhaust exhausted to the waste heat recovery system decreases as the load decreases, the amount of heat of exhaust gas bypassing the supercharger increases, thereby reducing the amount of heat of exhaust exhausted due to the load decrease. Therefore, even if the load decreases, the electric power which the generator can generate | occur | produce is stabilized by the electric power more than the on-board power demand.
상기 과급기 장착형 메인 엔진이, 제1 메인 엔진 및 제2 메인 엔진으로 구성되고, 상기 유량 조정 수단이 상기 제1 메인 엔진 및 상기 제2 메인 엔진 각각에 대응하여 설치된 제1 유량 조정 수단 및 제2 유량 조정 수단으로 구성되며, 상기 제어 수단은, 상기 제1 메인 엔진의 배기열을 이용하여 얻어지는 발생 가능 전력이 상기 선내 수요 전력의 절반이 되고, 상기 제2 메인 엔진의 배기열을 이용하여 얻어지는 발생 가능 전력이 상기 선내 수요 전력의 절반이 되도록, 상기 제1 유량 조정 수단 및 상기 제2 유량 조정 수단을 제어하여도 좋다. 상기 구성에 따르면, 이른바 2기2축형의 선박에 선박용 발전 시스템을 탑재할 수 있어 해당 선박의 연료 소비율의 악화를 양호하게 억제할 수 있다.Wherein the turbocharger main engine is constituted by a first main engine and a second main engine and the flow rate regulating means comprises first flow rate regulating means provided corresponding to each of the first main engine and the second main engine, And said control means is operable so that the possible electric power obtained by using the exhaust heat of said first main engine becomes half of the in-board demand electric power and the possible electric power obtained by using the exhaust heat of said second main engine is The first flow rate regulating means and the second flow rate regulating means may be controlled so as to be half of the on-board demand electric power. According to the said structure, a so-called two-axis biaxial type ship can be equipped with a ship power generation system, and the deterioration of the fuel consumption rate of the said ship can be suppressed favorably.
상기 제어 수단은, 상기 제1 메인 엔진의 배기열을 이용하여 얻어지는 발생 가능 전력이 상기 선내 수요 전력의 절반에 미달할 때에, 상기 제2 메인 엔진의 배기열을 이용하여 얻어지는 발생 가능 전력을 상기 선내 수요 전력의 절반값에서 증가 보정하도록 상기 제2 유량 조정 수단을 제어하여도 좋다. 상기 구성에 따르면, 메인 엔진에서의 발생 가능 전력이 목표로 하는 값(예를 들면, 선내 수요 전력의 절반)을 밑돌아도 다른 쪽의 메인 엔진에서의 발생 가능 전력을 목표로 하는 값(예를 들면, 선내 수요 전력의 절반)으로부터 증가시켜, 그에 따라 한쪽의 발생 가능 전력의 부족분을 보충할 수 있다. 이 때문에, 발전기의 발전에 의해 최대한 선내 수요 전력을 충당할 수 있으므로 연료 소비율의 악화를 양호하게 억제할 수 있다.The control means is configured to generate the generated power obtained by using the exhaust heat of the second main engine when the available power obtained by using the exhaust heat of the first main engine is less than half of the inboard demand power. The second flow rate adjusting means may be controlled to increase correction at half the value of. According to the above configuration, even if the power that can be generated in the main engine falls below a target value (for example, half of the on-board demand power), a value that targets the power that can be generated in the other main engine (for example, , Half of the on-board demand power) can be compensated for. For this reason, since the power generation of a generator can satisfy | fill the in-board demand electric power as much as possible, deterioration of fuel consumption rate can be suppressed favorably.
본 발명에 의하면, 폐열 회수 시스템을 추가한 선박용 발전 시스템에 있어서, 선내 수요 전력을 과부족 없이 발생 가능한 상황을 가능한 광범위하게 하고, 그에 따라 연료 소비율의 악화를 최소한으로 억제할 수 있다. 본 발명의 상기 목적 및 기타 목적, 특징, 및 장점은 첨부 도면 참조 하에, 이하의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 분명해진다. Industrial Applicability According to the present invention, in a marine power generation system in which a waste heat recovery system is added, the situation in which the on-demand power demand can occur without excessive shortage can be made as broad as possible, whereby the deterioration of fuel consumption rate can be minimized. The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 발전 시스템의 전체 구성을 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시한 선박용 발전 시스템의 과급기 주변의 구성 및 제어 시스템의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 3은 도 2에 도시한 제어 맵(map) 기억부에 기억되어 있는 제어 맵의 일예를 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 2에 도시한 컨트롤러(controller)에 의해 실행되는 제어의 처리 내용의 일예를 나타내는 플로우차트이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 발전 시스템의 전체 구성을 나타내는 개념도이다.
도 6은 도 5에 도시한 선박용 발전 시스템의 과급기 주변의 구성 및 제어 시스템의 구성을 나타내는 개념도이다.
도 7은 도 6에 도시한 제어 맵 기억부에 기억되어 있는 제어 맵의 일예를 모식적으로 나타내는 그래프이다.
도 8은 도 6에 도시한 컨트롤러에 의해 실행되는 제어의 처리 내용의 일예를 나타내는 플로우차트이다. 1 is a conceptual diagram showing the overall configuration of a ship power generation system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a configuration around a supercharger and a control system of the marine power generation system shown in FIG. 1.
FIG. 3 is a graph schematically showing an example of the control map stored in the control map storage unit shown in FIG. 2.
FIG. 4 is a flowchart showing an example of the processing contents of the control executed by the controller shown in FIG. 2.
5 is a conceptual diagram showing the overall configuration of a ship power generation system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a configuration around a supercharger and a control system of the marine power generation system shown in FIG. 5.
FIG. 7 is a graph schematically showing an example of the control map stored in the control map storage shown in FIG. 6.
FIG. 8 is a flowchart showing an example of the processing contents of the control executed by the controller shown in FIG. 6.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 동일하거나 대응하는 요소에는 모든 도면에 걸쳐 동일한 부호를 부여하고 그에 대한 중복 설명을 생략한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선박용 발전 시스템(100)의 전체 구성을 나타내는 개념도이다. 도 1에 도시된 선박용 발전 시스템(100)은, 선박용 디젤 엔진을 메인 엔진(1)으로 하는 선박에 탑재되어 있다. 메인 엔진(1)에는, 배기에 의해 구동되는 과급기(2)가 설치되어 있다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the Example of this invention is described, referring drawings. The same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals throughout the drawings, and redundant description thereof will be omitted. 1 is a conceptual diagram showing the overall configuration of a ship
선박용 발전 시스템(100)은, 폐열 회수 시스템(3) 및 증기 터보(turbo) 발전기(4)를 구비하고 있다. 폐열 회수 시스템(3)은, 메인 엔진(1)의 폐열을 회수하여 증기를 생성한다. 이 폐열에는 주로 메인 엔진(1)의 배기열이 포함되고, 그 밖에 메인 엔진(1)의 급기 또는 소기(掃氣)의 열도 포함된다. 증기 터보 발전기(4)는, 폐열 회수 시스템(3)에서 생성된 증기에 의해 구동되는 증기 터빈(5)과, 증기 터빈(5)에 의해 구동되어 교류 전력을 발전하는 발전기(6)를 구비하고 있다.The marine
폐열 회수 시스템(3)은, 주로 배기가스 저감기(economizer)(10), 복수기(21), 급수 시스템(22), 급수 가열기(23a, 23b), 고압 드럼(drum)(고압 기수(氣水) 분리기)(24), 중압 드럼(중압 기수 분리기)(25), 저압 드럼(저압 기수 분리기)(26), 고압 순환수 시스템(27), 증기 시스템(28), 중압 순환수 시스템(29), 중압 혼기(混氣) 시스템(30), 저압 순환수 시스템(31), 저압 증발기(32) 및 저압 혼기 시스템(33)을 구비하고 있다.The waste
배기가스 저감기(10)는, 과급기(2)와 배기 출구 사이에 위치하고 있으며, 메인 엔진(1)의 배기 시스템의 일부를 구성하고 있다. 배기 시스템은, 배기가스 저감기(10)를 우회하는 바이패스 관(7)을 구비하고 있다. 배기가스 저감기(10)의 입구부 및 바이패스 관(7)의 입구부는, 제1 댐퍼(damper)(8) 및 제2 댐퍼(9)에 의해 각각 개폐된다. 제1 댐퍼(8) 및 제2 댐퍼(9)의 동작을 제어함으로써 배기가스 저감기(10)에 공급되는 배기의 유량 및 열량을 조정할 수 있다.The
배기가스 저감기(10)는, 상류 측으로부터 차례로 입구 관(11), 고압 증발기(12), 중간 관(13), 중압 증발기(14) 및 출구 관(15)을 구비하고 있다. 입구 관(11)은, 배기를 고압 증발기(12)에 인도한다. 중간 관(13)은, 고압 증발기(12)에서의 열교환 후의 배기를 중압 증발기(14)에 인도한다. 출구 관(15)은, 중압 증발기(14)에서의 열교환 후의 배기를 출구에 인도한다.The
복수기(21)는, 증기 터빈(5)의 증기 출구(5a)와 연결되어 증기 출구(5a)로부터 유출된 증기를 응축시킨다. 급수 시스템(22)은, 복수기(21)를 각 드럼(24 ~ 26)에 연결하고 있으며, 복수기(21)에서 생성된 응축수를 복수를 급수로서 각 드럼(24 ~ 26)까지 보낸다. 급수 시스템(22)은, 복수기(21)로부터 연장되는 라인(21a)과, 라인(22a)에서 분기된 라인(22b, 22c, 22d)을 가지고 있다. 라인(22b, 22c, 22d)은, 고압 드럼(24), 중압 드럼(25) 및 저압 드럼(26)에 각각 연결되어 있다. 제1 급수 가열기(23a) 및 제2 급수 가열기(23b)는, 라인(22a) 및 라인(22b)에 각각 설치되어 있다. 제1 급수 가열기(23a)는, 각 드럼(24 ~ 26)에 보내지는 급수와 메인 엔진(1)의 소기 사이에 열교환을 발생시키고, 그에 따라 해당 급수를 가열하여 해당 소기를 냉각한다. 제2 급수 가열기(23b)는, 고압 드럼(24)에 보내지는 급수와 메인 엔진(1)의 급기 사이에 열교환을 발생시키고, 그에 따라 해당 급수를 가열하여 해당 급기를 냉각한다. 각 드럼(24 ~ 26)은, 급수를 순환수로서 저장하는 한편 순환수로부터 얻은 증기를 저장한다.The
고압 순환수 시스템(27)은, 고압 드럼(24)을 고압 증발기(12)에 연결하는 라인(27a)과, 고압 증발기(12)를 고압 드럼(24)에 연결하는 라인(27b)을 가진다. 증기 시스템(28)은, 고압 드럼(24)을 증기 터빈(5)의 증기 입구(5b)에 연결한다. 라인(27a) 상의 펌프가 작동하면, 고압 드럼(24) 내의 순환수가 라인(27a)을 따라 고압 증발기(12)로 보내지고, 보내진 순환수가 고압 증발기(12) 내에서 배기와의 열교환에 의해 증기가 된다. 순환수는 기액(氣液) 혼합 상태로 라인(27b)을 통하여 고압 드럼(24)에 되돌려지고, 되돌려진 순환수는 고압 드럼(24) 내에서 증기와 액체로 분리된다. 고압 드럼(24) 내의 증기는, 증기 시스템(28)을 통하여 증기 입구(5b)에 공급된다. 중압 순환수 시스템(29)은, 중압 드럼(25)을 중압 증발기(14)에 연결하는 라인(29a)과, 중압 증발기(14)를 중압 드럼(25)에 연결하는 라인(29b)을 가진다. 중압 혼기 시스템(30)은, 중압 드럼(25)을 증기 터빈(5)의 중압 혼기 입구(5c)에 연결한다. 라인(29a) 상의 펌프가 작동하면, 중압 드럼(25) 내의 순환수가 라인(29a)을 통하여 중압 증발기(14)로 보내지고, 보내진 순환수가 중압 증발기(14)에서 배기와의 열교환에 의해 증기가 된다. 순환수는 기액 혼합 상태로 라인(29b)을 통하여 중압 드럼(25) 안으로 되돌려지고, 되돌려진 순환수는 중압 드럼(25) 내에서 증기와 액체로 분리된다. 중압 드럼(25) 내의 증기는, 중압 혼기 시스템(30)을 통하여 중압 혼기 입구(5c)에 공급된다. 저압 순환수 시스템(31)은, 저압 드럼(26)을 저압 증발기(32)에 연결하는 라인(31a)과, 저압 증발기(32)를 저압 드럼(26)에 연결하는 라인(31b)을 가진다. 저압 혼기 시스템(33)은, 저압 드럼(26)을 증기 터빈(5)의 저압 혼기 입구(5d)에 연결한다. 라인(31a) 상의 펌프가 작동하면, 저압 드럼(26) 내의 순환수가 라인(31a)을 통하여 저압 증발기(32)로 보내진다. 본 실시예에서는, 급기를 냉각하기 위한 에어 쿨러(air cooler)가 저압 증발기(32)에 적용되어 있으며, 보내진 순환수는 저압 증발기(32) 내에서 급기와의 열교환에 의해 증기가 된다. 순환수는 기액 혼합 상태로 라인(31b)을 통하여 저압 드럼(26) 안으로 되돌려지고, 되돌려진 순환수는 저압 드럼(26) 내에서 증기와 액체로 분리된다. 저압 드럼(26) 내의 증기는, 저압 혼기 시스템(33)을 통하여 저압 혼기 입구(5d)에 공급된다.The high pressure circulating
증기 터빈(5)은, 복수의 블레이드를 가진 다단식 증기 터빈이다. 증기 터빈(5)은 증기 입구(5b), 중압 혼기 입구(5c) 및 저압 혼기 입구(5d)에 공급된 증기 및 혼기에 의해 블레이드를 회전시키고, 이에 따라 출력축에 회전 출력을 발생시킨다. 발전기(6)는 증기 터빈(5)의 출력, 즉 증기 터빈(5)에 공급되는 증기 및 혼기의 유량이나 압력에 따라 교류 전력을 발전한다.The
또한, 증기 시스템(28)은, 고압 드럼(24) 측의 상류 라인(28a)과, 증기 터빈(5) 측의 하류 라인(28b)을 구비하고 있다. 상류 라인(28a)과 하류 라인(28b) 사이에는 과열기(35)가 위치하고 있다. 증기 시스템(28)은, 과열기(35)를 우회하여 상류 라인(28a) 및 하류 라인(28b)을 연결하는 바이패스 라인(28c)을 더 구비하고 있다. 폐열 회수 시스템(3)은, 고압 드럼(24)으로부터의 증기가 증기 입구(5b)에 보내질 때까지 과열기(35)를 경유하는지 여부를 제어하는 밸브 유닛(unit)(34)을 구비하고 있다. 밸브 유닛(34)은, 바이패스 라인(28c)을 통한 증기의 흐름을 허용 또는 차단하는 제1 개폐 밸브(34a)와, 과열기(35)를 통한 증기의 흐름을 허용 또는 차단하는 제2 개폐 밸브(34b)와, 과열기(35)를 흐른 증기를 부분적으로 방출하기 위한 릴리프 밸브(relief valve)(34c)를 구비하고 있다. 과열기(35)는, 배기가스 저감기(10)의 입구 관(11) 내에 설치되어 있다. 증기가 과열기(35)를 경유할 때에는, 증기를 배기와의 열교환에 의해 과열할 수 있고, 그에 따라 증기 터빈(5)의 출력을 크게 할 수 있다. 또한, 저압 혼기 시스템(32)은, 입구 밸브(36)를 구비하고 있다. 입구 밸브(36)의 개도에 따라 저압 혼기 입구(5d)에 공급되는 혼기의 유량이 조정된다. 입구 밸브(36)가 저압 혼기 입구(5d)에 공급되는 혼기의 유량을 크게 하도록 작동하였을 때에는, 증기 터빈(5)의 출력을 크게 할 수 있다.In addition, the
또한, 고압 드럼(24)은 보조 보일러(24a)를 구비하고 있다. 보조 보일러(24a)는 화석 연료의 연소에 의해 생기는 열로 고압 드럼(24) 내의 순환수를 가열하고, 그에 따라 고압 드럼(24) 내에서 증기를 발생할 수 있다. 이 보조 보일러(24a)의 재가열에 의해서도 증기 터빈(5)의 출력을 크게 할 수 있다. 중압 드럼(25) 및 저압 드럼(25)은, 가열기(25a, 26a)를 각각 구비하고 있다. 각 가열기(25a, 26a)는, 증기 시스템(28)을 통하여 고압 드럼(24)으로부터의 증기를 공급 받고(도 1 내의 ※표 참조), 그에 따라 드럼(25, 26) 내의 순환수를 가열할 수 있다.Moreover, the
이하의 설명에서는, 보조 보일러(24a)의 재가열에 상관없이 회수된 폐열에만 근거하여 생성된 증기에 의해 발생한 증기 터빈(5)의 출력을 '폐열에 의한 증기 터빈(5)의 출력'이라고 칭하기도 하고, 해당 폐열에 의한 증기 터빈(5)의 출력에 근거하여 발전기(6)를 구동하였을 때에 증기 터보 발전기(4)가 발생할 수 있는 전력을 '폐열에 의한 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력'이라고 칭하기도 하는 경우가 있다.In the following description, the output of the
선박용 발전 시스템(1)은 컨트롤러(50)를 구비하고 있다. 컨트롤러(50)는, 밸브 유닛(34), 입구 밸브(36), 제1 댐퍼(8) 및 제2 댐퍼(9) 등의 동작을 제어하고, 운전 상태에 따라 폐열에 의한 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능한 전력을 제어한다. 특히, 본 실시예에 따른 컨트롤러(50)는 과급기(2)를 우회하여 배기가 흐르는 바이패스 통로(46) 상에 설치된 배기 바이패스 밸브(48)의 동작을 제어한다. 컨트롤러(50)는 배기 바이패스 밸브(48)의 제어를 통하여 과급기(2)에 보내지는 배기의 유량과 과급기(2)를 우회하는 배기의 유량을 운전 상태에 따라 제어하여 배기가스 저감기(10)에 공급되는 배기의 온도 및 열량을 조정한다. 이에 따라, 운전 상태에 변화가 생겨도, 폐열에 의한 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력이 선내 수요 전력 또는 그보다 높은 값으로 안정적으로 유지되도록 된다. 여기서 말하는 '선내 수요 전력'은 선박의 항해 중에 필요하게 되는 전력량이며, 선박의 항해 중에 항상 필요하게 되는 전력량(이른바 연속 전력)에 일시적으로 필요한 전력량을 더한 전력량이다. 또한, 일시적으로 필요한 전력량은, 선박에 탑재된 냉동 장치의 컴프레서(compressor)를 기동할 때 등에 발생한다.The marine
도 2는, 도 1에 도시된 선박용 발전 시스템(100)의 과급기 주변의 구성 및 제어 시스템의 구성을 나타내는 개념도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 메인 엔진(1)에는 급기 통로(41) 및 배기 통로(42)가 연결되어 있다. 급기 통로(41)는, 입구로부터 받아들여진 후에 과급기(2)에서 과급된 급기를 메인 엔진(1)의 연소실(미도시)에 보내기 위한 통로이다. 배기 통로(42)는, 메인 엔진(1)의 연소실(미도시)로부터의 배기가 흐르는 통로이다. 과급기(2)는 배기 통로(42) 상에 설치된 터빈(43)과, 급기 통로(41) 상에 설치된 컴프레서(44)와, 터빈(43) 및 컴프레서(44)를 연결하여 일체적으로 회전시키는 로터(45)를 구비하고 있다.FIG. 2 is a conceptual diagram showing the configuration around the supercharger and the control system of the marine
전술한 바이패스 통로(46)는 과급기(2)를 우회하도록 하여 배기 통로(42)에 연결되어 있다. 요컨대, 바이패스 통로(46)의 상류 단부는, 배기 통로(42) 중 터빈(43)보다 상류 측에 연결되어 있다. 바이패스 통로(46)의 하류 단부는, 배기 통로(42) 중 터빈(43)보다 하류 측이며, 배기가스 저감기(10)를 향하는 통로와 바이패스 관(7)을 향하는 통로의 분기점보다 상류 측에 연결되어 있다. 이 때문에, 바이패스 통로(46)에서는 과급기(2)를 우회하여 배기가 흐르며, 그 배기가 배기가스 저감기(10)에 공급될 수 있다.The
바이패스 통로(46)에는, 바이패스 통로(46)를 흐르는 배기의 유량과, 과급기(2)에 보내지는 배기의 유량을 조정하기 위한 유량 조정 수단(47)이 설치되어 있다. 다시 말하면, 유량 조정 수단(47)은 메인 엔진(1)으로부터의 배기의 전체 유량에 대한 바이패스 통로(46)를 흐르는 배기의 유량의 비율을 조정한다. 이하, 이 비율을 '과급기 바이패스율'이라 칭하며 설명한다.The
유량 조정 수단(47)은, 바이패스 통로(46) 상에 그 개도가 가변하게 설치된 배기 바이패스 밸브(48)와, 바이패스 통로(46) 상에 설치된 오리피스(orifice)(49)를 구비하고 있다. 배기 바이패스 밸브(48)의 개도가 커지면, 과급기 바이패스율이 증가한다. 요컨대, 배기 바이패스 밸브(48)의 개도를 조정함으로써 바이패스 통로(46)를 흐르는 배기의 유량이 조정되어 과급기(2)에 보내지는 배기의 유량이 수동적으로 조정된다. 오리피스(49)는 과급기 바이패스율이 어떤 값을 초과하는 것을 제한하는 요소이며, 과급기 바이패스율의 제한자(limiter)로서 기능한다. 이에 따라, 배기가 과급기(2)에 적절하게 보내져 메인 엔진(1)의 출력이 원하지 않게 낮아지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도 2에서는, 오리피스(49)가 배기 바이패스 밸브(48)의 하류 측에 배치되어 있지만, 배기 바이패스 밸브(48)의 상류 측에 배치되어 있어도 좋다.The flow rate adjusting means 47 is provided with an
컨트롤러(50)는, CPU, 롬(ROM), 램(RAM) 및 입출력 인터페이스를 주체로서 구성된 마이크로 컴퓨터(micro computer)이다. 컨트롤러(50)의 입력측은, 온도 센서(61) 및 과급기 회전수 센서(62)와 연결되어 있다. 온도 센서(61)는, 급기 통로(41)를 따라 과급기(2)를 향하여 흐르고 있는 급기의 온도를 감지한다. 과급기 회전수 센서(62)는 과급기(2)의 회전수를 감지한다. 컨트롤러(50)의 출력측은, 전술한 바와 같이, 배기 바이패스 밸브(48), 제1 댐퍼(8), 제2 댐퍼(9) 및 보조 보일러(24a)와 연결되어 있다. 컨트롤러(50)의 ROM은 제어 프로그램을 저장하고 있다. 컨트롤러(50)의 CPU는, ROM에 미리 기억된 제어 프로그램을 실행하여 메인 엔진(1)의 급기 온도 및 메인 엔진(1)의 부하에 따라 배기 바이패스 밸브(48), 제1 댐퍼(8), 제2 댐퍼(9) 및 보조 보일러(24a)를 조작하고, 그에 따라 과급기 바이패스율 및 증기 터보 발전기(4)에 의해 발생되는 전력을 제어한다.The
컨트롤러(50)는, 이와 같은 제어를 실행하는 기능부로서, 온도 측정부(51), 부하 측정부(52), 제어 맵 기억부(53), 바이패스율 산출부(54), 바이패스 밸브 제어부(55), 댐퍼 제어부(56) 및 보조 보일러 제어부(57)를 가지고 있다.The
온도 측정부(51)는, 온도 센서(61)로부터의 입력에 따라 메인 엔진(1)의 급기 온도를 측정한다. 부하 측정부(52)는, 과급기 회전수 센서(62)로부터의 입력에 따라 메인 엔진(1)의 부하를 측정한다. 부하 측정부(52)에 의해 측정되는 부하의 측정값, 예를 들어, 정격 부하를 100%로 한 백분율이다. 제어 맵 기억부(53)는, 메인 엔진(1)의 급기 온도 및 메인 엔진의 부하와, 폐열에 의한 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력이 선내 수요 전력 이상의 값인 목표 발생 전력이 되기 위하여 필요하게 되는 과급기 바이패스율 사이의 대응 관계를 규정한 제어 맵(65)(도 3 참조)을 기억하고 있다. 바이패스율 산출부(54)는, 온도 측정부(51)에 의해 측정된 메인 엔진(1)의 급기 온도와, 부하 측정부(52)에 의해 측정된 메인 엔진(1)의 부하에 따라 과급기 바이패스율의 산출값을 도출한다. 바이패스 밸브 제어부(55)는, 과급기 바이패스율의 산출값에 따라 배기 바이패스 밸브(48)를 제어한다. 댐퍼 제어부(56)는 과급기 바이패스율의 산출값에 따라 제1 댐퍼(8) 및 제2 댐퍼(9)를 제어한다. 보조 보일러 제어부(57)는 과급기 바이패스율의 산출값에 따라 보조 보일러(24a)를 제어한다.The
도 3은 도 2에 도시된 제어 맵 기억부에 기억된 제어 맵(65)의 일예를 모식적으로 나타내는 그래프이다. 도 3의 아래 측은 제어 맵(65)을 모식적으로 나타내는 그래프이다. 도 3의 위 측은, 제어 맵(65)이 어떻게 도출되는지를 설명하기 위한 그래프이다. 어떠한 그래프라도 이차원 직교좌표계로 표시되어 있으며, 어떠한 그래프라도 가로축은 정격 부하를 100%로 한 메인 엔진 부하의 백분율이다. 제어 맵(65)의 세로축은, 도 3 우측에 도시된 바와 같이, 과급기 바이패스율이다. 설명용 그래프의 세로축은, 도 3 좌측에 도시된 바와 같이, 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력이다. 가는 선은 급기의 온도(T)가 T1인 경우, 점선은 급기의 온도(T)가 T2인 경우, 굵은 선은 급기의 온도(T)가 T3인 경우를 각각 나타내고 있으며, T1, T2 및 T3은 서로 관계: T1＜T2＜T3을 충족한다. 또한, T1은, 예를 들어, 국제 표준 규격에 따른 섭씨 25도이어도 좋다. 마름모꼴 모양의 플롯(◆)이 통과하는 선은 과급기 바이패스율이 0%인 경우, 원형 모양의 플롯(●)이 통과하는 선은 과급기 바이패스율이 최대값인 경우를 각각 나타내고 있다. 전술한 바와 같이, 최대값은 오리피스(49)의 사양에 따라 기계적으로 정해진다. 정사각형 모양의 플롯(■)이 통과하는 선, 삼각형 모양의 플롯(▲)이 통과하는 선 및 크로스 모양의 플롯(×)이 통과하는 선은 과급기 바이패스율이 0%에서 최대값 사이의 값을 갖는 경우를 각각 나타내고 있다.FIG. 3 is a graph schematically showing an example of the
도 3 상측에 도시된 설명용 그래프를 참조하여 운전 상태의 변화에 따른 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력의 변화에 대하여 설명한다. 설명용 그래프를 구성하는 복수 선 중 임의의 하나를 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 동일한 온도와 동일한 과급기 바이패스율 조건 하에서는, 부하가 높을수록 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력이 높아진다. 메인 엔진(1)의 부하가 높을수록 배기의 유량이 증가하고, 그만큼 폐열 회수 시스템(3)에서 회수 가능한 열량이 증가하기 때문이다. 설명용 그래프를 구성하는 선을 서로 대비하면 알 수 있는 바와 같이, 부하의 변화에 따른 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력의 변화 경향은, 온도 및 과급기 바이패스율에 대한 의존성이 낮고, 온도 및 과급기 바이패스율에 관계없이 대체로 동일하다.With reference to the explanatory graph shown in FIG. 3, the change of the generation | occurrence | production power which the
설명용 그래프를 구성하는 복수 선 중 동일한 모양의 플롯이 통과하는 선을 서로 대비하면 알 수 있는 바와 같이, 동일한 부하와 동일한 과급기 바이패스율 조건 하에 있어서는, 급기 온도가 높을수록 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력이 높아진다. 배기가스 저감기(10)에 공급되는 배기의 온도 및 열량은, 급기 온도에 의존하기 때문이라고 생각된다. 설명용 그래프를 구성하는 복수 선 중 동일한 종류의 선을 서로 대비하면 알 수 있는 바와 같이, 동일한 온도와 동일한 부하 조건 하에 있어서는, 과급기 바이패스율이 높을수록 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력은 높아진다. 과급기(2)를 경유하는 것보다 과급기(2)를 우회하는 편이, 배기가스 저감기(10)에 공급될 때까지 배기의 열손실이 작아지기 때문이라고 생각된다.As can be seen by comparing the lines passing through the same-shaped plots among the plurality of lines constituting the explanatory graph, under the same load and the same supercharger bypass rate conditions, the higher the air supply temperature, the
종래부터 일반적으로, 폐열 회수 시스템을 추가한 선박용 발전 시스템에 있어서, 증기 터보 발전기(4)의 정격 출력은 선내 수요 전력보다 높은 값으로 설정된다. 그리고 메인 엔진(1)이 상용 출력(80 ~ 90% 부하)으로 운전되고 있는 한편 급기 온도가 소정 온도(예를 들면, 국제 표준 규격에 따른 섭씨 25도)일 경우에, 폐열에 의한 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력이 선내 수요 전력을 충당할 수 있도록 하고 폐열 회수 시스템(3) 및 증기 터보 발전기(4)의 사양이 설계된다. 종래, 메인 엔진(1)이 상용 출력 미만으로 운전되고 있다면, 폐열에 의한 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력이 선내 수요 전력을 충당할 수 없어져 보조 보일러(24a)를 즉시 재가열할 필요가 생긴다. 또한, 메인 엔진(1)이 상용 출력으로 운전되고 있는 경우, 급기 온도가 상기 소정 온도보다 커지면, 증기 터보 발전기(4)가 잉여 전력을 발생한다. 이와 같이 운전 상태가 변화하였을 때에, 폐열에 의한 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력이 변화해버려 선내 수요 전력에 대한 과부족이 생기기 쉽다.Generally, in the marine power generation system to which the waste heat recovery system was added, the rated output of the
이에 반하여, 본 발명에 따르면, 부하뿐만 아니라 온도 및 과급기 바이패스율도 폐열에 의한 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력에 영향을 미치는 요인이라는 연구 결과에 따라 온도 및 부하가 변화하였을 때에 과급기 바이패스율이 어떻게 변화하면 폐열에 의한 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력이 선내 수요 전력 이상의 목표 발생 전력이 되는지를 나타내는 대응 관계를 도출하고, 도출된 대응 관계를 규정하는 제어 맵(65)을 제어 맵 기억부(53)에 미리 기억시키고 있다.In contrast, according to the present invention, the supercharger bypass when the temperature and the load is changed according to the results of the study that not only the load but also the temperature and the supercharger bypass rate also affect the possible power of the
이 대응 관계를 도출하는 수순의 일 예와 함께 이 대응 관계가 어떤 것인지에 대하여 설명한다. 먼저 도 3 상측에 나타내는 선도를 얻는다. 요컨대, 온도 및 과급기 바이패스율을 고정하고 부하에 대한 폐열에 의한 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력을 분석한다. 이 분석은, 온도 및 과급기 바이패스율의 값을 바꾸어 복수회 실행된다. 분석은 수치 시뮬레이션(simulation)에 의해 산출된 데이터를 기반으로 하는 것이라도 좋고, 실제 기계에서 취득된 데이터를 기반으로 하는 것이라도 좋다. 분석 결과, 가로축에 부하를 취하고 세로축에 폐열에 의한 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력을 취한 이차원 직교좌표계에 있어서, 복수의 증가 선을 얻을 수 있다(도 3 상측 참조). 물론, 얻어진 선의 경향과 위치는, 메인 엔진(1), 과급기(2), 폐열 회수 시스템(3) 및 증기 터보 발전기(4)의 사양에 따라 달라진다.An example of the procedure for deriving this correspondence will be described together with what the correspondence is. First, the diagram shown in FIG. 3 upper side is obtained. In short, the temperature and the supercharger bypass rate are fixed and the possible power generation of the
또한, 얻어진 선의 각각에 관하여, 목표 발생 전력을 얻기 위한 부하 값을 도출한다. 그 후에, 가로축에 부하를 취하고 세로축에 과급기 바이패스율을 취한 이차원 직교좌표계에 있어서, 도출된 부하 값에 대한 과급기 바이패스율을 플롯한다(도 3 하측 참조). 그리고 동일한 온도 조건 하의 플롯을 이용하여 부하에 대한 과급기 바이패스율의 대응 관계를 도출한다. 이 대응 관계는, 감소 직선에 근사적으로 나타낼 수 있다. 요컨대, 온도를 고정한 상황 하에서, 과급기 바이패스율이 부하의 변화에 따라 대체로 선형으로 변화하면, 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력이 목표 발생 전력으로 유지된다. 다른 온도 조건 끼리를 대비하면, 근사 직선의 기울기는 거의 동일하다(도 3 하측 참조). 요컨대, 어떤 온도 조건 하에서서의 근사 직선을 가로축 방향으로 평행 이동시키기만 하면, 다른 온도 조건 하에서의 부하와 과급기 바이패스율 사이의 대응 관계를 도출할 수 있다. 따라서 몇 개의 온도 조건 하에서의 근사 직선을 도출하여 두면, 폐열에 의한 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력을 목표 발생 전력으로 유지하기 위하여 필요한 과급기 바이패스율을 부하 및 온도에 따라 구하기 위한 [식 1]을 아래와 같이 도출할 수 있다.In addition, for each of the obtained lines, a load value for obtaining a target generated power is derived. Thereafter, in the two-dimensional rectangular coordinate system in which the load is applied to the horizontal axis and the supercharger bypass rate is taken to the vertical axis, the supercharger bypass rate is plotted against the derived load value (see lower part in FIG. 3). Plots under the same temperature conditions are then used to derive the corresponding relationship between the supercharger bypass rate for the load. This correspondence can be approximated to a decreasing straight line. In short, under the condition where the temperature is fixed, if the supercharger bypass ratio changes substantially linearly with the change of the load, the generateable power of the
[식 1][Formula 1]
Y 〓 aX ＋ f(T) Y 〓 aX + f (T)
여기서, a는 근사 직선의 기울기, T는 온도, X는 부하, Y는 과급기 바이패스율이다. f(T)는 근사 직선의 보정항이며, 온도에 따른 근사 직선의 가로축 방향 평행 이동량을 기울기(a)를 가미하여 고려한 것으로 되어 있다. 상기 [식 1]에 따르면, 부하(X) 및 온도(T)가 정해지면, 폐열에 의한 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력을 목표 발생 전력으로 유지하기 위하여 필요한 과급기 바이패스율(Y)을 도출할 수 있다. 기울기(a)는 음의 값이기 때문에, 부하가 낮을수록 과급기 바이패스율(Y)은 커진다. 또한, 온도(T)가 낮을수록 과급기 바이패스율(Y)은 커진다. 다만, 과급기 바이패스율(Y)은 0 미만의 값을 가질 수 없고, 또 오리피스(49)에 의해 규정된 최대값(MAX)보다 큰 값을 가질 수 없다. 따라서, 컨트롤러(50)는 과급기 바이패스율(Y)의 산출값에 따라 배기 바이패스 밸브(48), 댐퍼(8, 9) 및 보조 보일러(24a)를 아래와 같이 제어한다.Where a is the approximate straight line slope, T is the temperature, X is the load, and Y is the supercharger bypass rate. f (T) is a correction term of an approximation straight line, and the horizontal axis direction parallel movement amount of the approximation straight line according to temperature is considered in consideration of the inclination (a). According to
도 4는 도 2에 도시된 컨트롤러(50)에 의해 실행되는 제어의 처리 내용의 일 예를 나타내는 플로우차트이다. 도 4에 도시된 처리는, 항해 중에 소정의 주기로 반복 실행된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 먼저 온도 센서(61)로부터의 입력에 따라 온도 측정부(51)가 온도(T)를 측정한다(단계(S1)). 다음에, 과급기 회전수 센서(62)로부터의 입력에 따라 부하 측정부(52)가 메인 엔진(1)의 부하를 측정한다(단계(S2)). 다음에, 바이패스율 산출부(54)가, 온도 측정부(51)에 의해 측정된 온도와, 부하 측정부(52)에 의해 측정된 부하에 따라 제어 맵 기억부(53)에 기억되어 있는 제어 맵(65)을 참조하여 폐열에 의한 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력이 목표 발생 전력이 되기 위하여 필요한 과급기 바이패스율(Y)을 산출한다(단계(S3)). 다음에, 바이패스율 산출부(54)가, 과급기 바이패스율의 산출값이, 오리피스에 의해 규정된 최대값(MAX)보다 큰지 여부 및 0 미만인지 여부를 판단한다(단계(S4, S5)).FIG. 4 is a flowchart showing an example of the processing contents of the control executed by the
산출값이 0 이상이고 최대값(MAX) 이하이면(단계(S4): 아니오, 단계(S5): 아니오), 바이패스 밸브 제어부(55)가, 과급기 바이패스율의 산출값에 따른 배기 바이패스 밸브(48)의 개도를 산출하고, 산출된 값이 되도록 배기 바이패스 밸브(48)의 개도를 제어한다(단계(S6)).If the calculated value is equal to or greater than 0 and equal to or less than the maximum value MAX (step S4: no, step S5: no), the bypass valve control unit 55 exhaust exhaust according to the calculated value of the supercharger bypass ratio. The opening degree of the
이와 같이, 본 실시예에 따른 선박용 발전 시스템(100)에 따르면, [식 1]에 따라 산출된 과급기 바이패스율(Y)의 산출값이 0 이상이고 최대값(MAX) 이하를 충족하는 운전 상태에서는, 폐열에 의한 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력을 목표 발생 전력으로 유지할 수 있다. 이 조건을 충족하는 운전 상태에서는, 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력이 선내 수요 전력에 대해 과도하게 커지는 경우도 없으므로 불필요한 연료 소비율의 악화를 억제할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 온도(T)가 T1, T2 또는 T3인 3개 조건 중 어느 것에 있어서도 과급기 바이패스율(Y)이 최대값(MAX)을 취할 때 메인 엔진(1)의 부하가 상용 출력에서의 부하(XN) 미만이 된다(도 3 참조). 이와 같이, 보조 보일러(24a)의 재가열을 실시하지 않아도 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력이 선내 수요 전력을 충당할 수 있는 운전 영역을 상용 출력(XN)보다 낮은 부하 측으로 확대할 수 있어 연료 소비율의 악화를 양호하게 억제할 수 있다.As described above, according to the ship
산출값(Y)이 0 미만이면(단계(S5): 예), 바이패스 밸브 제어부(55)가, 배기 바이패스 밸브(48)의 개도를 완전 폐쇄로 한다(단계(S7)). 이에 따라, 과급기 바이패스율이 0이 된다. 하지만, 이대로라면, 폐열에 의한 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력이 선내 수요 전력을 초과한다. 따라서, 댐퍼 제어부(57)가, 산출값(Y)과 0의 편차에 따라 댐퍼(8, 9)를 제어한다(단계(S8)). 예를 들면, 편차가 클 때일수록 제2 댐퍼(9)의 개도가 커지도록 그리고/또는 제1 댐퍼(8)의 개도가 작아지도록 제1 댐퍼(8) 및 제2 댐퍼(9)를 제어한다. 이에 따라, 증기 터보 발전기(4)가 잉여 전력을 발생하는 것을 회피할 수 있다. 또한, 도 3에는 산출값(Y)이 0 미만이 되는 운전 영역의 일 예를, P1, P2로 나타내고 있다. P1은 온도가 T3인 경우에 있어서, 과급기 바이패스율(Y)의 산출값이 0 미만이 되는 부하의 범위를 나타내고, P2는 온도가 T2인 경우에 있어서, 과급기 바이패스율(Y)의 산출값이 0 미만이 되는 부하의 범위를 나타낸다.If the calculated value Y is less than zero (step S5: YES), the bypass valve control unit 55 makes the opening degree of the
산출값(Y)이 최대값(MAX)보다 크면(단계(S4): 예), 바이패스 밸브 제어부(55)가 배기 바이패스 밸브(48)의 개도를 완전 개방으로 제어한다(단계(S9)). 이에 따라, 과급기 바이패스율은, 오리피스(49)에 의해 규정된 최대값(MAX)이 된다. 하지만, 이대로는 폐열에 의한 증기 터보 발전기(4)의 발생 가능 전력이 선내 수요 전력을 충당할 수 없다. 따라서, 보조 보일러 제어부(46)가 전력 부족분을 보충하기 위하여, 보조 보일러(24a)의 재가열을 실시한다(단계(S10)). 보조 보일러(24a)가 발생하는 열량은, 산출값과 최대값의 편차에 따라 정해져 있어도 좋다. 이와 같이 함으로써 보조 보일러(24a)를 재가열하였을 때에, 선내 수요 전력을 초과하는 잉여 전력이 발생하는 것을 가능한 한 억제할 수 있어 불필요한 연료 소비를 양호하게 억제할 수 있다. 또한, 도 3에는 산출값(Y)이 최대값(MAX)보다 커지는 운전 영역의 일예를, Q1, Q2로 나타내고 있다. Q1은 온도가 T1인 경우에 있어서 과급기 바이패스율(Y)의 산출값이 최대값(MAX)보다 커지는 부하의 범위를 나타내고, Q2는 온도가 T2인 경우에 있어서 과급기 바이패스율(Y)의 산출값이 최대값(MAX)보다 커지는 부하의 범위를 나타낸다.If the calculated value Y is greater than the maximum value MAX (step S4: YES), the bypass valve control unit 55 controls the opening degree of the
이와 같이 본 실시예에 따르면, 폐열에 의한 증기 터보 발전기의 발생 가능 전력이 선내 수요 전력 이상의 값으로 유지되는 운전 영역을 확대할 수 있어 연료 소비율의 악화를 양호하게 억제할 수 있다.As described above, according to the present embodiment, it is possible to expand the operation region in which the power that can be generated by the steam heat generator by waste heat is maintained at a value higher than the onboard demand power, so that deterioration of fuel consumption rate can be suppressed satisfactorily.
도 3 하측에 도시된 제어 맵(65)을 나타내는 그래프는, 도 3 상측에 나타내는 그래프를 기초로 작성될 수 있으며, 도 3 상측의 그래프의 경향과 위치는 메인 엔진(1), 과급기(2), 폐열 회수 시스템(3) 및 증기 터보 발전기(4)의 사양에 따라 달라진다. 바꾸어 말하면, 메인 엔진(1) 및 과급기(2)의 사양이 정해지면, 도 3 하측에 나타내는 그래프가 상기 작용 효과를 양호하게 발휘하는 것이 되도록 폐열 회수 시스템(3) 및 증기 터보 발전기(4)의 사양을 조정할 수 있다. 즉, 도 3 하측에 도시된 제어 맵(65)의 최적화를 제일의 목적으로 하는 설계 컨셉(concept) 하에서, 최적화된 제어 맵(65)에 따라 폐열 회수 시스템(3) 및 증기 터보 발전기(4)의 사양을 역산(逆算)적으로 설계하는 것이 가능해진다. 이와 같이, 제어 맵(65)은 폐열 회수 시스템(3) 및 증기 터보 발전기(4)의 설계를 지원하기 위한 툴(tool)로서도 매우 유용하다.The graph showing the
급기 온도는, 선박의 사용 상황에 크게 의존한다. 그래서 고위도 대를 항해할 기회가 많다고 예상되는 선박에서는, 급기의 온도가 낮아도 증기 터보 발전기(4)가 선내 수요 전력을 충당할 수 있도록 도 3 하측에 나타낸 그래프가 왼쪽으로 시프트(shift)되어 있는 것이 바람직하다. 반대로, 저위도 대를 항해할 기회가 많다고 예상되는 선박에서는, 급기 온도가 낮아질 기회가 적으므로 도 3 하측에 나타낸 그래프를 오른쪽으로 시프트시킬 수 있다. 이와 같이, 도 3 하측의 제어 맵(65)의 사양을 결정한 다음에, 폐열 회수 시스템(3) 및 증기 터보 발전기(4)의 사양을 역산적으로 설계하는 것도 가능하게 된다. 따라서 탑재 대상의 선박에 예상되는 사용 상황에 따라 선박용 발전 시스템(100)의 사양을 용이하게 최적 설계하는 것이 가능하게 된다.The air supply temperature largely depends on the use situation of the ship. Therefore, in ships that are expected to have many opportunities to sail at high latitudes, the graph shown in the lower part of FIG. 3 is shifted to the left so that the
이와 같이, 증기 터보 발전기(4)가 선내 수요 전력을 충당하는 운전 영역이 저부하 측으로 확대 가능하게 됨과, 메인 엔진(1) 및 과급기(2)의 사양과 최적의 제어 맵(65)을 정하면, 폐열 회수 시스템(3) 및 증기 터보 발전기(4)의 사양을 역산적으로 최적 설계 가능하게 됨에 비추어 보아, 종전에는 폐열 회수 시스템을 추가한 선박용 발전 시스템을 탑재하는 것이 곤란하다고 보였던 비교적 소형의 선박에도 선박용 발전 시스템을 적용하기 쉬워진다. 이에 따라, 선박 업계에서의 에너지 절약화를 널리 추진할 수 있다.In this way, if the operating area that the
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 발전 시스템(200)의 전체 구성을 나타내는 개념도이다. 본 실시예는 이른바 2기2축형의 추진 시스템을 탑재한 선박에 적합하게 적용된다. 이하에서는, 한쪽의 메인 엔진(1A)에 해당하는 구성 요소의 명칭에 서수 '제1'을 부여하는 동시에 해당 구성 요소의 참조 부호에 'A'를 부여하는 경우가 있다. 다른 쪽의 메인 엔진(1B)에 해당하는 구성 요소의 명칭에 서수 '제2'를 부여하는 동시에 해당 구성 요소의 참조 부호에 'B'를 부여하는 경우가 있다.5 is a conceptual diagram showing the overall configuration of a ship
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 발전 시스템 (200)은 2기의 메인 엔진(1A, 1B)을 구비한 선박에 탑재되며, 폐열 회수 시스템(203) 및 증기 터보 발전기(204)를 구비하고 있다. 증기 터보 발전기(204)는, 제1 실시예의 것과 대체로 동일하며, 폐열 회수 시스템(203)에서 생성된 증기에 의해 구동되는 1대의 증기 터빈(205)과, 해당 증기 터빈(205)에 의해 구동되어 교류 전력을 발전하는 1대의 발전기(206)를 구비한다. 2기의 메인 엔진(1A, 1B) 각각에, 과급기(2A, 2B)와 배기 시스템이 설치되어 있다. 각 배기 시스템은, 제1 실시예의 배기 시스템과 마찬가지로, 배기가스 저감기(10A, 10B), 바이패스 관(7A, 7B), 배기 통로(42A, 42B) 및 바이패스 통로(46A, 46B)를 구비하고 있다. 배기가스 저감기(10A, 10B) 각각은, 제1 실시예와 마찬가지로, 입구관(11A, 11B), 고압 증발기(12A, 12B), 중간 관(13A, 13B), 중압 증발기(14A, 14B) 및 출구관(15A, 15B)을 구비하고 있다.As shown in FIG. 5, the
폐열 회수 시스템(203)은, 배기가스 저감기(10A, 10B), 고압 드럼(고압 기수 분리기)(224), 중압 드럼(225), 고압 순환수 시스템(227), 증기 시스템(228), 중압 순환수 시스템(229), 중압 혼기 시스템(230)을 구비하고 있다. 설명의 편의를 위하여 도 5에서는 도시를 생략하지만, 폐열 회수 시스템(203)은 제1 실시예와 마찬가지로, 복수기, 급수 시스템, 급수 가열기, 저압 드럼, 저압 순환수 시스템 및 저압 혼기 시스템을 구비하고 있다. 고압 드럼(224)은, 제1 실시예의 것과 대체로 동일하며, 보조 보일러(224a)를 구비한다. 중압 드럼(225)도 제1 실시예의 것과 대체로 동일하다.The waste
고압 순환수 시스템(227)은, 고압 드럼(224)을 제1 배기가스 저감기(10A)의 제1 고압 증발기(12A)에 연결하는 라인(227a)과, 제1 고압 증발기(12A)를 고압 드럼(224)에 연결하는 라인(227b)과, 라인(227a)으로부터 분기하여 제2 배기가스 저감기(10B)의 제2 고압 증발기(12B)에 연결하는 라인(227c)과, 제2 고압 증발기(12B)를 고압 드럼(224)에 연결하는 라인(227d)을 가지고 있다. 이와 같이, 고압 드럼(224)의 고압 순환수 시스템(227)은, 제1 고압 증발기(12A) 및 제2 고압 증발기(12B)를 고압 드럼(224)에 병렬 연결하고 있다.The high pressure circulating
증기 시스템(228)은, 고압 드럼(224)에서 연장되는 라인(228a)과, 라인(228a)에서 분기한 라인(228b)과, 라인(228a, 228b)이 집합하여 이루어지는 라인(228c)을 가지며, 라인(228c)이 증기 터빈(205)의 증기 입구에 연결되어 있다. 라인(228a, 228b)에는 각각 제1 과열기(35A) 및 제2 과열기(35B)가 연결되어 있다.The
라인(227a) 상의 펌프가 작동하면, 고압 드럼(224) 내의 순환수 일부가 라인(227a)을 통하여 제1 고압 증발기(12A)로 보내지고, 보내진 순환수는 제1 고압 증발기(12A) 내에서 배기가스와의 열교환에 의해 증기가 된다. 순환수는 기액 혼합 상태에서 라인(227b)을 통하여 고압 드럼(224)에 되돌려진다. 또한, 고압 드럼(224) 내의 순환수 일부가 라인(227c)을 통하여 제2 고압 증발기(12B)로 보내지고, 보내진 순환수는 제2 고압 증발기(12B) 내에서 배기가스와의 열교환에 의해 증기가 된다. 순환수는 기액 혼합 상태에서 라인(227d)을 통해 고압 드럼(224)에 되돌려진다. 고압 드럼(224) 내의 증기 일부는, 라인(228a) 및 라인(228c)을 경유하여 증기 터빈(205)의 증기 입구에 공급된다. 또한, 고압 드럼(224) 내의 증기 일부는 라인(228b) 및 라인(228c)을 경유하여 증기 터빈(205)의 증기 입구에 공급된다.When the pump on
중압 순환수 시스템(229)은, 중압 드럼(225)을 제1 배기가스 저감기(10A)의 제1 중압 증발기(14A)에 연결하는 라인(229a)과, 제1 저압 증발기(14A)를 중압 드럼(225)에 연결하는 라인(229b)과, 라인(229a)에서 분기하여 제2 배기가스 저감기(10B)의 제2 중압 증발기(14B)에 연결하는 라인(229c)과, 제2 중압 증발기(14B)를 중압 드럼(225)에 연결하는 라인(229d)을 가지고 있다. 이와 같이, 중압 순환수 시스템(229)은, 제1 중압 증발기(14A) 및 제2 중압 증발기(14B)를 중압 드럼(225)에 병렬 연결하고 있다. 라인(229a) 상의 펌프가 작동하면, 고압 순환수 시스템(227)과 마찬가지로, 중압 드럼(225) 내의 순환수가 제1 중압 증발기(14A) 또는 제2 중압 증발기(14B)에서 증기가 되고, 순환수가 기액 혼합 상태에서 중압 드럼(225)으로 되돌아온다. 중압 혼기 시스템(230)은, 제1 실시예의 것과 대체로 동일하다. 중압 드럼(225) 내의 증기는, 중압 혼기 시스템(230)을 통하여 증기 터빈(205)의 중압 혼기 입구에 공급된다.The medium pressure circulating
이와 같이 본 실시예에 있어서는, 2기의 메인 엔진(1A, 1B)으로부터의 배기열이 2개의 배기가스 저감기(10A, 10B)에 의해 개별적으로 회수된다. 그리고 2개의 배기가스 저감기(10A, 10B)가 고압 순환수 시스템(227)을 통하여 단일의 고압 드럼(224)에 병렬 연결되고, 중압 순환수 시스템(229)을 통하여 단일의 중압 드럼(225)에 병렬로 연결되어 있다. 이러한 구성에 따라, 2개의 배기가스 저감기(10A, 10b)에 개별적으로 고압 드럼(224) 및 중압 드럼(225)의 세트를 설치하는 경우와 비교하여 폐열 회수 시스템(203)의 구성을 밀집적으로 구성할 수 있다. 또한, 도시 생략하지만, 저압 순환수 시스템도, 각 메인 엔진(1A, 1B)에 개별적으로 설치된 2개의 저압 증발기를 저압 드럼에 병렬 연결하고 있으며, 동일한 작용 효과를 이룬다.As described above, in the present embodiment, the exhaust heat from the two
도 6은 도 5에 도시된 선박용 발전 시스템(200)의 과급기(2A, 2B) 주변의 구성 및 제어 시스템의 구성을 나타내는 개념도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 2기의 메인 엔진(1A, 1B) 각각에 급기 통로(41A, 41B) 및 배기 통로(42A, 42B)가 연결되어 있다. 각 과급기(2A, 2B)는, 배기 통로(42A, 42B) 상에 설치된 터빈(43A, 43B), 급기 통로(41A, 41B) 상에 설치된 컴프레서(44A, 44B), 터빈(43A, 43B) 및 컴프레서(44A, 44B)를 연결하여 일체적으로 회전시키는 로터(45A, 45B)를 구비하고 있다. 각 배기 통로(42A, 42B)에, 바이패스 통로(46A, 46B)가 연결되어 있다. 각 바이패스 통로(46A, 46B)에 유량 조정 수단(47A, 47B)이 설치되고, 각 유량 조정 수단(47A, 47B)은 배기 바이패스 밸브(48A, 48B)와 오리피스(49A, 49B)를 구비하고 있다.FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a configuration around a
컨트롤러(250)의 입력측은 제1 온도 센서(61A), 제2 온도 센서(61B), 제1 과급기 회전수 센서(62A) 및 제2 과급기 회전수 센서(62B)에 연결되어 있다. 제1 온도 센서(61A)는 제1 과급기(2A)로 향하는 급기의 온도를 감지하고, 제2 온도 센서(61B)는 제2 과급기(2B)로 향하는 급기의 온도를 감지한다. 제1 과급기 회전수 센서(62A)는 제1 과급기(2A)의 회전수를 감지하고, 제2 과급기 회전수 센서(62B)는 제2 과급기(2B)의 회전수를 감지한다. 컨트롤러(250)의 출력 측은 제1 배기 바이패스 밸브(48A), 제2 배기 바이패스 밸브(48B), 보조 보일러(224a)(도 5 참조) 등에 연결되어 있다. 컨트롤러(250)의 출력 측은, 제1 배기가스 저감기(10A)에 대응하는 댐퍼(8A), 제1 바이패스 관(7A)에 대응하는 댐퍼(9A), 제2 배기가스 저감기(10B)에 대응하는 댐퍼(8B), 제2 바이패스 관(7B)에 대응하는 댐퍼(9B)에도 연결되어 있다.The input side of the
컨트롤러(250)는, 각 메인 엔진(1A, 1B)의 급기 온도 및 각 메인 엔진(1A, 1B)의 부하에 따라 제1 배기 바이패스 밸브(48A) 및 제2 배기 바이패스 밸브(48B)를 제어하고, 그에 따라 과급기 바이패스율이나 증기 터보 발전기(204)에 의해 발생되는 전력을 제어한다. 컨트롤러(250)는, 이와 같은 제어를 실행하는 기능부로서, 제1 실시예와 마찬가지로, 온도 측정부(251), 부하 측정부(252), 제어 맵 기억부(253), 바이패스율 산출부(254), 바이패스 밸브 제어부(255), 댐퍼 제어부(256) 및 보조 보일러 제어부(257)를 가지고 있다.The
도 7은, 도 6에 도시된 제어 맵 기억부(253)에 기억된 제어 맵(265)의 일 예를 모식적으로 나타내는 그래프이다. 바이패스율 산출부(254)는, 도 7에 도시된 제어 맵(265)을 참조하여 온도 및 부하에 따라 2기의 메인 엔진(1A, 1B)마다(2개의 배기 바이패스 밸브(48A, 48B)마다) 과급기 바이패스율을 산출한다. 이 제어 맵(265)을 참조함으로써 컨트롤러(250)는 제1 메인 엔진(1A)으로부터의 폐열에 의한 발생 가능 전력(이하, 제1 발생 가능 전력)이 선내 수요 전력의 절반에 해당하고, 제2 메인 엔진(1B)으로부터의 폐열에 의한 발생 가능 전력(이하, 제2 발생 가능 전력)이 선내 수요 전력의 절반에 해당하도록 배기 바이패스 밸브(48A, 48B)의 개도를 제어한다. 요컨대, 본 실시예에서는 2개의 배기 바이패스 밸브(48A, 48B)의 개도가, 공통의 제어 맵(265)을 이용하면서도 독립적으로 제어되고, 그에 따라 각 메인 엔진(1A, 1B)의 폐열에 의한 발생 가능 전력을 선내 수요 전력(Wd)의 절반씩으로 나누도록 하고, 2기 전체의 폐열에 의한 발생 가능 전력을 선내 수요 전력(Wd)으로 한다.FIG. 7 is a graph schematically showing an example of the
도 8은, 도 6에 도시된 컨트롤러(250)에 의해 실행되는 제어 내용을 나타내는 플로우차트이다. 도 8에 나타내는 처리는, 항해 중에 소정의 주기로 반복 실행된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 먼저 온도 측정부(251)가, 제1 온도 센서(61A)로부터의 입력에 따라 제1 과급기(2A)에 대응한 급기 온도(T1)를 측정하고, 제2 온도 센서(61B)로부터의 입력에 따라 제2 과급기(2B)에 대응한 급기 온도(T2)를 측정한다(단계(S101)). 다음에, 부하 측정부(252)가, 제1 과급기 회전수 센서(62A)로부터의 입력에 따라 제1 메인 엔진(1A)의 부하(X1)를 측정하고, 제2 과급기 회전수 센서(62B)의 입력에 따라 제2 메인 엔진(1B)의 부하(X2)를 측정한다(단계(S102)).FIG. 8 is a flowchart showing the control contents executed by the
다음에, 바이패스율 산출부(254)가, 제어 맵(265)을 참조하여 급기 온도(T1) 및 부하(X1)에 따라 제1 발생 가능 전력(W1)을 선내 수요 전력(Wd)의 절반 이상으로 하기 위하여 필요한 제1 과급기 바이패스율(Y1)을 산출한다(단계(S103)). 또한, 바이패스율 산출부(254)가 제어 맵(256)을 참조하여 급기 온도(T2) 및 부하(X2)에 따라 제2 발생 가능 전력(W2)을 선내 수요 전력(Wd)의 절반 이상으로 하기 위하여 필요한 제2 과급기 바이패스율(Y2)을 산출한다 (단계(S103)).Next, the bypass
다음에, 바이패스율 산출부(254)가, 제1 발생 가능 전력(W1)과 제2 발생 가능 전력(W2)의 합이 선내 수요 전력(Wd)에 도달하여 있는지 여부를 판단한다(단계(S104)). 도달하여 있다면(단계(S104): 예), 보조 보일러(224a)나 디젤 발전기 등의 보조 엔진을 멈추고 제1 과급기 바이패스율(Y1) 및 제2 과급기 바이패스율(Y2)이 각각 단계(S103)에서 얻은 값이 되도록 제1 배기 바이패스 밸브(48A) 및 제2 배기 바이패스 밸브(48B)를 각각 구동한다(단계(S105)). 이에 따라, 2기의 메인 엔진(1A,1B)으로부터의 폐열에 의한 발생 가능 전력이 선내 수요 전력을 충당할 수 있다.Next, the bypass
도달하여 있지 않으면(단계(S104): 아니오), 제1 발생 가능 전력(W1)이 선내 수요 전력(Wd)의 절반 미만이고 또한 제2 발생 가능 전력(W2)이 선내 수요 전력(Wd)의 절반 미만인지 여부를 판단한다(단계(S106)). 또한, 어느 한쪽만이 절반 미만이라면(단계(S106): 예), 그것이 제1 발생 가능 전력(W1)인지 제2 발생 가능 전력(W2)인지를 판단한다(단계(S107)).If not reached (step S104: NO), the first generation power W1 is less than half of the onboard demand power Wd and the second generation power W2 is half of the onboard demand power Wd. It is determined whether it is less than (step S106). Further, if either one is less than half (step S106: YES), it is determined whether it is the first generateable power W1 or the second generateable power W2 (step S107).
또한, 제1 발생 가능 전력(W1)이 선내 수요 전력(Wd)의 절반 미만인 경우에는, 제1 과급기 바이패스율(Y1)은 오리피스(49A)에 의해 규정된 최대값(MAX)에 도달한 것과 상관없이 제1 발생 가능 전력(W1)이 선내 수요 전력(Wd)의 절반을 충당할 수 없음을 의미한다. 따라서 제1 발생 가능 전력(W1)이 선내 수요 전력(Wd)의 절반을 충당할 수 없을 경우에는, 이미 제1 배기 바이패스 밸브(48A)의 개도를 늘릴 여지가 남아 있지 않다. 제2 발생 가능 전력(W2)에 대해서도 똑같이 말할 수 있다.When the first possible power W1 is less than half of the on-board demand power Wd, the first supercharger bypass ratio Y1 has reached the maximum value MAX defined by the
제1 발생 가능 전력(W1)이 선내 수요 전력(Wd)의 절반 이만이고 또한 제2 발생 가능 전력(W2)이 선내 수요 전력(Wd)의 절반 미만이라면(단계(S106): 예), 2기의 메인 엔진(1A,1B) 전체의 폐열에 의한 발생 가능 전력이 선내 수요 전력(Wd)을 충당할 수 없으므로 부족분을 보충하기 위하여 보조 엔진을 구동한다(단계(S108)).If the first generation power W1 is less than half of the onboard demand power Wd and the second generation power W2 is less than half of the onboard demand power Wd (step S106: YES), two units Since the power generated by the waste heat of the entire
제1 발생 가능 전력(W1)이, 선내 수요 전력(Wd)의 절반 미만인 한편 제2 발생 가능 전력(W2)이 선내 수요 전력(Wd)의 절반에 도달하여 있다면(단계(S106): 아니오, 단계(S107): 예), 제2 과급기 바이패스율(Y2)을 단계(S103)에서 얻어진 값에서 증가시킨다(단계(S109)). 이에 따라, 제2 발생 가능 전력(W2)이 선내 수요 전력(Wd)의 절반값에서 증가하고, 그에 따라 제1 발생 가능 전력(W1)의 부족분을 보충할 수 있다. 다음에, 제1 발생 가능 전력(W1)과, 증가 보정 후의 제2 발생 가능 전력(W2)의 합이 선내 수요 전력(Wd)에 도달하였는지 여부를 판단한다(단계(S110)). 도달하여 있다면, 단계(S105)로 가서 보조 엔진을 멈춘 상태에서 증기 터보 발전기를 구동한다. 도달하여 있지 않다면 제2 과급기 바이패스율(Y2)이 최대값(MAX)에 도달하였는지 여부(즉, 제2 발생 가능 전력(W2)을 증가시킬 여지가 더 이상 남아 있지 않은지 여부)를 판단한다(단계(S111)). 최대값(MAX)에 도달해 있지 않다면(단계(S111): 아니오), 단계(S109)로 되돌아가서 제2 과급기 바이패스율(Y2)을 더 증가시키고 처리를 반복한다. 최대값(MAX)에 도달하여 있다면(단계(S111): 예), 단계(S108)로 가서 보조 엔진을 구동하여 부족분을 보충한다.If the first generation power W1 is less than half of the onboard demand power Wd while the second generation power W2 reaches half of the onboard demand power Wd (step S106): No, step (S107): Yes), the second supercharger bypass rate Y2 is increased from the value obtained in step S103 (step S109). Accordingly, the second generation power W2 is increased at half the value of the onboard demand power Wd, thereby making up for the shortage of the first generation power W1. Next, it is determined whether the sum of the first generation power W1 and the second generation power W2 after the increase correction has reached the inboard demand power Wd (step S110). If so, go to step S105 to drive the steam turbo generator with the auxiliary engine stopped. If it is not reached, it is determined whether the second supercharger bypass ratio Y2 has reached the maximum value MAX (i.e., there is no more room left to increase the second possible power W2) ( Step S111). If the maximum value MAX has not been reached (step S111: NO), the flow returns to step S109 to further increase the second supercharger bypass rate Y2 and repeat the process. If the maximum value MAX is reached (step S111: YES), the flow goes to step S108 to drive the auxiliary engine to compensate for the shortage.
제2 발생 가능 전력(W1)이 선내 수요 전력(Wd)의 절반 미만인 한편 제1 발생 가능한 전력(W2)이 선내 수요 전력(Wd)의 절반에 도달하여 있다면(단계(S106): 아니오, 단계(S107): 아니오), 전술한 바와 같은 처리가, 제1 과급기 바이패스율과 제2 과급기 바이패스율을 바꾸어서 실행된다(단계(S112 ~ S114)). 즉, 제1 발생 가능 전력(W1)의 증가 보정(제1 과급기 바이패스율(Y1)의 확대 보정)에 의해 제2 발생 가능 전력(W2)의 부족분을 최대한 보충한다. 제1 발생 가능 전력(W1)이 최대한 증가 보정되어도, 제1 발생 가능 전력(W1)과 제2 발생 가능 전력(W2)의 합이 선내 수요 전력(Wd)에 미달하는 경우에는(단계(S114): 아니오), 보조 엔진을 구동함으로써 그 부족분이 보충되도록 한다.If the second possible power W1 is less than half of the onboard demand power Wd while the first possible power W2 reaches half of the onboard demand power Wd (step S106): No, step ( S107): No), the above-described processing is executed by changing the first supercharger bypass rate and the second supercharger bypass rate (steps S112 to S114). That is, the shortfall of the 2nd generation power W2 is supplemented by the increase correction of the 1st generation power W1 (expansion correction of the 1st supercharger bypass ratio Y1) as much as possible. Even if the first possible power W1 is increased and corrected as much as possible, when the sum of the first possible power W1 and the second possible power W2 is less than the inboard demand power Wd (step S114). : No), make up for the shortage by running the auxiliary engine.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 한쪽의 메인 엔진으로부터의 폐열에 의한 발생 가능 전력이 목표로 하는 값(선내 수요 전력의 절반)을 밑돌아도, 다른 쪽의 메인 엔진으로부터의 폐열에 의한 발생 가능 전력을 목표로 하는 값(선내 수요 전력의 절반)에서 증가시켜서 상기 한쪽의 발생 가능 전력의 부족분을 보충할 수 있다. 이 때문에, 보조 엔진을 가능한 한 정지시킨 상태에서도 증기 터보 발전기(204)가 선내 수요 전력을 충당할 수 있으므로 연료 소비율의 악화를 양호하게 억제할 수 있다.Thus, according to this embodiment, even if the power which can generate | occur | produce by the waste heat from one main engine is less than the target value (half of the on-board demand electric power), the power which can generate | occur | produce by waste heat from the other main engine will be kept. It is possible to compensate for the shortage of the one generation of generated power by increasing the target value (half of the on-board demand power). For this reason, even if the auxiliary engine is stopped as much as possible, the
상기 설명으로부터 당업자에게 있어 본 발명의 많은 개선 형태와 다른 실시예가 있을 수 있음이 분명할 것이다. 따라서 상기 설명은, 예시로만 해석되어야 하며, 본 발명을 실행하기 위한 바람직한 양태를 당업자에게 교시할 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 취지를 벗어나지 않고 그 구조 및/또는 기능에 대해 실질적으로 변경할 수 있다. 예를 들어, 온도 센서는, 과급기(2)에 공급되는 급기의 온도를 감지하는 것에 한정되지 않고 과급기(2)로부터 메인 엔진(1)에 공급되는 급기의 온도, 메인 엔진(1)으로부터 과급기(2)에 공급되는 배기의 온도, 또는 폐열 회수 시스템(3)의 입구(배기가스 저감기(10)의 입구)에서의 배기의 온도를 감지하는 것이어도 좋다. 메인 엔진(1)의 부하는, 과급기의 회전수에 따라 측정되는 것에 한정되지 않고 메인 엔진(1)의 출력축 및 그것과 함께 회전하는 회전축을 포함한 축 동력 시스템의 회전수, 메인 엔진(1)에의 연료 분사량, 메인 엔진(1)으로부터의 배기 유량에 따라 측정되어도 좋다.It will be apparent to those skilled in the art from the foregoing description that there may be many embodiments of the invention and other embodiments. The foregoing description, therefore, is to be construed as illustrative only, and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the preferred embodiments for carrying out the invention. Substantial changes may be made in structure and / or function thereof without departing from the spirit of the invention. For example, the temperature sensor is not limited to detecting the temperature of the air supply supplied to the
제어 맵(65)은, 온도 및 부하에 대한 과급기 바이패스율의 대응 관계를 규정하는 제어 규칙이라면 어떠한 형태이어도 좋고, 도 3에 도시된 바와 같이 직교좌표계에 표시되는 그래프 또는 해당 그래프를 나타내는 연산식에 한정되지 않고 룩업테이블(lookup table)과 같은 형태이어도 좋다.The
본 발명은, 폐열 회수 시스템을 추가한 선박용 발전 시스템에 있어서, 선내 수요 전력을 과부족 없이 발생시킬 수 있는 상황을 가능한 광범위하게 하고, 그에 따라 연료 소비율의 악화를 최소한으로 억제할 수 있는 작용 효과를 이루어 과급기 장착형 메인 엔진을 탑재한 선박에 널리 이용할 수 있다.According to the present invention, in the marine power generation system to which the waste heat recovery system is added, the situation in which the on-board demand power can be generated without excessive shortage is made as wide as possible, and thus, the effect of reducing the deterioration of fuel consumption rate is achieved. It can be widely used in ships equipped with a supercharged main engine.
100: 선박용 발전 시스템
1: 메인 엔진
2: 과급기
3: 폐열 회수 시스템
4: 증기 터보 발전기
41: 급기 통로
46: 바이패스 통로
47: 유량 조정 수단
48: 배기 바이패스 밸브
50: 컨트롤러
51: 온도 측정부
52: 부하 측정부
53: 제어 맵 기억부
61: 온도 센서
62: 과급기 회전수 센서
65: 제어 맵100: marine power generation system
1: main engine
2: supercharger
3: waste heat recovery system
4: steam turbo generator
41: air supply passage
46: bypass passage
47: flow rate adjusting means
48: exhaust bypass valve
50: Controller
51: temperature measuring unit
52: load measurement unit
53: control map storage
61: temperature sensor
62: supercharger speed sensor
65: control map
Claims (10)
상기 폐열 회수 시스템에서 생성된 증기에 의해 구동되는 발전기와,
상기 메인 엔진의 급기 또는 배기의 온도를 감지하기 위한 온도 감지 수단과,
상기 메인 엔진의 부하를 감지하기 위한 부하 감지 수단과,
상기 메인 엔진으로부터의 배기가 흐르는 배기 통로와,
상기 배기 통로에 연결되며, 상기 과급기를 우회하여 배기가 흐르는 바이패스 통로와,
상기 바이패스 통로를 흐르는 배기의 유량과 상기 과급기에 보내지는 배기의 유량을 조정하기 위한 유량 조정 수단과,
상기 온도 감지 수단에 의해 감지되는 온도 및 상기 부하 감지 수단에 의해 감지되는 부하에 따라, 상기 발전기가 선내 수요 전력 이상의 전력을 발생 가능하게 되도록 상기 유량 조정 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 선박용 발전 시스템.A waste heat recovery system that generates steam using exhaust heat of the supercharger-mounted main engine,
A generator driven by steam generated in the waste heat recovery system;
Temperature sensing means for sensing the temperature of the air supply or exhaust of the main engine;
Load sensing means for sensing a load of the main engine;
An exhaust passage through which exhaust from the main engine flows,
A bypass passage connected to the exhaust passage and bypassing the turbocharger and flowing through the exhaust passage,
Flow rate adjusting means for adjusting a flow rate of exhaust gas flowing through the bypass passage and a flow rate of exhaust gas sent to the supercharger;
And a control means for controlling the flow rate adjusting means such that the generator can generate electric power higher than the on-demand power demand in accordance with the temperature sensed by the temperature sensing means and the load sensed by the load sensing means. Marine power generation system.
상기 온도 감지 수단은,
상기 과급기에 공급되는 급기의 온도, 상기 과급기로부터 상기 메인 엔진에 공급되는 급기의 온도, 상기 메인 엔진으로부터 상기 과급기에 공급되는 배기의 온도, 또는 상기 폐열 회수 시스템의 입구에의 배기의 온도를 감지하는 것을 특징으로 하는 선박용 발전 시스템.
The method of claim 1,
The temperature sensing means,
Detecting the temperature of the air supply to the supercharger, the temperature of the air supply from the supercharger to the main engine, the temperature of the exhaust gas supplied from the main engine to the supercharger, or the temperature of the exhaust gas to the inlet of the waste heat recovery system. Marine power generation system, characterized in that.
상기 부하 감지 수단은,
상기 메인 엔진의 출력축 및 그와 함께 회전하는 회전축을 포함한 축 동력 시스템의 회전수, 상기 과급기의 회전수, 상기 메인 엔진에의 연료 분사량, 또는 상기 메인 엔진으로부터의 배기 유량을 감지하는 것을 특징으로 하는 선박용 발전 시스템.
The method of claim 1,
The load sensing means,
Detecting the rotational speed of the shaft power system including the output shaft of the main engine and the rotating shaft rotating therewith, the rotational speed of the supercharger, the fuel injection amount to the main engine, or the exhaust flow rate from the main engine Marine power generation system.
상기 유량 조정 수단은, 상기 바이패스 통로 상에 그 개도가 가변적으로 설치된 배기 바이패스 밸브를 구비하며,
상기 제어 수단은, 온도 및 부하에 따라 상기 발전기가 선내 수요 전력 이상의 전력을 발생시킬 수 있도록 상기 배기 바이패스 밸브의 개도를 제어하는 것을 특징으로 하는 선박용 발전 시스템.
The method of claim 1,
The flow rate adjusting means includes an exhaust bypass valve provided with a variable opening degree on the bypass passage,
The control means is a marine power generation system, characterized in that for controlling the opening degree of the exhaust bypass valve so that the generator can generate more power than the onboard demand power in accordance with the temperature and load.
상기 제어 수단은,
온도 및 부하와, 상기 발전기가 선내 수요 전력 이상의 전력을 발생시키기 위해 필요한 배기열을 상기 폐열 회수 시스템에 공급할 수 있는 상기 배기 바이패스 밸브의 개도와의 관계를 규정한 제어 규칙을 미리 기억하고 있는 기억부를 구비하는 것을 특징으로 하는 선박용 발전 시스템.
5. The method of claim 4,
Wherein,
A storage section that stores in advance a control rule that defines a relationship between temperature and load, and an opening degree of the exhaust bypass valve capable of supplying the waste heat recovery system with the exhaust heat required for the generator to generate more power than the onboard demand power. Ship power generation system characterized in that it comprises.
상기 제어 규칙에 있어서, 상용 출력보다 낮은 부하 영역에서의 부하와, 상기 배기 바이패스 밸브의 개도와의 관계가 규정되어 있는 것을 특징으로 하는 선박용 발전 시스템.
The method of claim 5,
In the control rule, the relationship between the load in the load region lower than the commercial output and the opening degree of the exhaust bypass valve is defined.
상기 제어 수단은, 온도가 낮을수록 상기 배기 바이패스 밸브의 개도를 크게 하는 것을 특징으로 하는 선박용 발전 시스템.
5. The method of claim 4,
Said control means enlarges the opening degree of the said exhaust bypass valve, so that temperature is low.
상기 제어 수단은, 부하가 낮을수록 상기 배기 바이패스 밸브의 개도를 크게 하는 것을 특징으로 하는 선박용 발전 시스템.
5. The method of claim 4,
Said control means enlarges the opening degree of the said exhaust bypass valve, so that a load is low.
상기 과급기 장착형 메인 엔진은 제1 메인 엔진 및 제2 메인 엔진으로 구성되고, 상기 유량 조정 수단은 상기 제1 메인 엔진 및 상기 제2 메인 엔진 각각에 대응하여 설치된 제1 유량 조정 수단 및 제2 유량 조정 수단으로 구성되며,
상기 제어 수단은, 상기 제1 메인 엔진의 배기열을 이용하여 얻어지는 발생 가능 전력이 상기 선내 수요 전력의 절반이 되고, 상기 제2 메인 엔진의 배기열을 이용하여 얻어지는 발생 가능 전력이 상기 선내 수요 전력의 절반이 되도록, 상기 제1 유량 조정 수단 및 상기 제2 유량 조정 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 선박용 발전 시스템.
The method of claim 1,
The supercharger-mounted main engine includes a first main engine and a second main engine, and the flow rate adjusting means includes first flow rate adjusting means and second flow rate adjusting corresponding to each of the first main engine and the second main engine. Consists of means,
In the control means, the generated power obtained by using the exhaust heat of the first main engine is half of the onboard demand power, and the generated power obtained by using the exhaust heat of the second main engine is half of the onboard demand power. The power generation system for ships, characterized in that for controlling the first flow rate adjusting means and the second flow rate adjusting means.
상기 제어 수단은,
상기 제1 메인 엔진의 배기열을 이용하여 얻어지는 발생 가능 전력이 상기 선내 수요 전력의 절반에 미달하는 경우에, 상기 제2 메인 엔진의 배기열을 이용하여 얻어지는 발생 가능 전력을 상기 선내 수요 전력의 절반값에서 증가 보정하도록 상기 제2 유량 조정 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 선박용 발전 시스템.10. The method of claim 9,
Wherein,
When the power that can be obtained by using the exhaust heat of the first main engine is less than half of the onboard demand power, the power that can be generated by using the exhaust heat of the second main engine is half the value of the onboard demand power. And controlling the second flow rate adjusting means to increase and correct the increase.
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