(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービン、復水器、圧縮ポンプ、加熱器、引き込み弁および比例制御弁が順次接続されて閉ループに形成され、前記閉ループの内部を流れる作動流体の量が前記蒸気タービンの単位時間当たりの回転数に応じて引き込み弁および比例制御弁で制御されるようにするシンクロナイザーおよび調速機が備えられるタービン発電システムにおいて、
前記加熱器と引き込み弁との間に設置される温度計、圧力計および流量計を含む入り口センサー部と、
前記入り口センサー部と引き込み弁との間の一箇所から分岐して復水器に接続される分岐管、および分岐管に設置される熱制御手段からなる非常排出部とを含んでおり、
前記熱制御手段は、前記一箇所から分岐管に順次設置される熱貯蔵弁、熱貯蔵器および排出弁からなり、
さらに、前記熱貯蔵器が熱交換器からなり、前記熱貯蔵器で交換された熱量が熱需要施設に伝達されるようにして、前記蒸気タービンの非常停止時、前記作動流体が前記蒸気タービンに流れなくて前記分岐管に流れるようにすることを特徴とする、
非常運転手段が備えられるタービン発電システム。
【請求項２】
前記入り口センサー部の測定信号をリアルタイムで受信しながら、前記熱貯蔵弁と前記排出弁を制御する一方で、前記シンクロナイザーに前記引き込み弁制御指令を下す制御部がさらに備えられることを特徴とする、請求項１に記載の非常運転手段が備えられるタービン発電システム。
【請求項３】
蒸気タービン、復水器、圧縮ポンプ、加熱器、引き込み弁および比例制御弁が順次接続されて閉ループに形成され、前記閉ループの内部を流れる作動流体の量が前記蒸気タービンの単位時間当たりの回転数に応じて引き込み弁と比例制御弁で制御されるようにするシンクロナイザーと調速機が備えられるタービン発電システムにおいて、前記加熱器と前記引き込み弁との間に設置される温度計、圧力計および流量計を含む入り口センサー部と、該入り口センサー部と前記引き込み弁との間の一箇所から分岐して復水器に接続される分岐管、および該分岐管に設置される熱制御手段からなる非常排出部と、を含み、前記熱制御手段は前記一箇所から前記分岐管に順次設置される熱貯蔵弁、熱貯蔵器および排出弁からなり、さらに前記熱貯蔵器が熱交換器からなる非常運転手段が備えられるタービン発電システムを利用するタービン発電システムの非常運転方法であって、
タービン入り口センサー部の温度、圧力および流量のそれぞれの測定値をリアルタイムでチェックする第１段階と、
前記測定値が機器異常により許容値を外れた場合、機器異常が除去されるまで前記引き込み弁と前記比例制御弁を遮断し、作動流体を前記分岐管に通過させる第２段階と、
機器異常が除去されると、前記引き込み弁と前記比例制御弁を開放し、前記分岐管を遮断する第３段階とを含んでなることを特徴とする、タービン発電システムの非常運転方法。
【請求項４】
前記入り口センサー部の測定信号をリアルタイムで受信しながら、前記熱貯蔵弁と前記排出弁を制御する一方で、前記シンクロナイザーに前記引き込み弁制御指令を下す制御部がさらに備えられることを特徴とする、請求項３に記載のタービン発電システムの非常運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非常運転手段が備えられるタービン発電システムおよびその非常運転方法に係り、特に、機器異常による非常運転時に過度に蓄積される熱量の制御およびリサイクルが可能な非常運転手段が備えられるタービン発電システムおよびその非常運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気エネルギーでタービンを回して発電するシステムの制御は、大きく２つの方式で行われる。一つ目は、タービン稼働中のタービン速度およびタービンで生産される有効電力の制御や無効電力の制御など、稼働中のタービンを制御する方式である。
【０００３】
二つ目は、タービン入り口の作動流体の温度、圧力および流量の異常により感知される機器故障が発生したときのシステム制御方式である。
【０００４】
前記一つ目の制御方式は、一般に、調速機（ガバナー）とシンクロナイザーの活用で行われる。ところが、前記二つ目の制御方式は、問題発生の際にバルブを遮断させてサイクルを停止させる初歩的段階に留まっている。
【０００５】
もちろん、温度、圧力、流量および振動などのデータをリアルタイムで測定しながら機器異常などの問題の発生に対してより迅速に対応しようとするモニタリングを行ってはいるが、リアルタイムモニタリングでは、より迅速な事後対応のみが可能であり、事前対応は難しいのが実情である。
【０００６】
図１には従来のタービン発電システムの構成図が示されている。
【０００７】
タービン入り口側の温度、圧力、流量、振動などの機器異常は、一般に最も複雑な構造を持つタービンの異常により招かれる場合が多い。よって、機器診断のためには、タービンは一旦必ず停止させる。
【０００８】
図１を参照すると、機器異常が発生した場合、従来ではタービンを一旦停止させ、タービンの停止はボイラーと残りの機器の停止につながる。ところで、機器異常を解決してから、タービン発電システムを再起動させる場合、さまざまな問題が発生する。
【０００９】
例えば、タービン入り口側の引き込み弁または比例制御弁から凝縮水が発生してタービンブレードの損傷がもたらされる問題や、ボイラーの再加熱に非生産的な時間および電力が費やされる問題などである。
【００１０】
ボイラーの定常運転温度までの加熱は、特に、定常運転温度に近接するほど多くの熱量が消耗される。
【００１１】
また、焼却場の廃熱を利用した発電において機器異常によりボイラーの稼働を中断させるべき場合には、焼却場の焼却炉自体を停止させなければならないという問題が発生する。
【００１２】
この場合、タービンのみ停止させ、残りの機器は再び稼働させながら、加熱器とタービンとの間に分岐して、復水器へ直ちに作動流体を流すバイパス管の設置が可能である。
【００１３】
しかし、バイパス管を設置する場合、ボイラーの熱により加熱される加熱器の内部の作動流体がバイパス管に沿って直ちに復水器に流入すると、復水器の凝縮容量を外れることになり、復水器および復水器に順次接続される圧縮ポンプなどの機器異常がもたらされることもある。
【００１４】
したがって、タービン以外の機器は、稼働させ続けながら熱容量超過による問題を防止するとともに過度な熱がリサイクルできる手段が求められる。
【００１５】
関連した従来技術を具体的に考察すると、例えば、図２に示されている韓国特許登録第１０−１０９０５３４号公報（登録日：２０１１年１１月３０日）に開示された「発電機電力自動制御装置」を挙げることができる。
【００１６】
図２を参照すると、上記の従来技術は、発電機保護継電器（４０）、調速機（２０）、自動電圧調整器（３０）およびＰＬＣ中央処理装置（１０）を含む発電機電力自動制御装置において、ＰＬＣ中央処理装置が、発電機保護継電器から伝達される運転データと予め設定された参照値とを用いて比例、積分、微分のＰＩＤ演算を行うことにより、制御値を求め、前記制御値に基づいて自動電圧調整器および調速機を制御するＰＩＤロジックコントロールプログラムモジュールをさらに含む、発電機電力自動制御装置に関することを技術的要旨とする。
【００１７】
この従来技術によれば、従来の個別的かつ手動的制御方式から外れて統合および自動化された制御技術によって発電機の誤動作を防止し、エンジンの急激な負荷負担などのリスクを予防することができ、リモートで各発電機の出力および力率などを入力することができるため、便利かつ安全にエンジン発電機セットを監視制御することができるという効果がある。
【００１８】
他の従来技術としては、図３に示されている韓国特許登録第１０−０８４８２８５号公報（登録日：２００８年７月２５日）の「発電機制御システムに対する故障診断および予測整備を提供する方法とそのための装置およびシステム」がある。
【００１９】
上記の従来技術は、発電機制御システムに対する故障診断および予測整備を提供する方法とそのための装置およびシステムに関するものである。さらに詳細には、発電機制御システムの励磁器とタービン制御システムとの間で多数のフェールコードが発生する場合、発電機故障診断サーバーでこれを感知してそれぞれのフェールコードをデータベースに格納し、フェールコードに該当する故障原因および整備方法を抽出して出力し、発電機に故障予測部分があるか否かを確認し、確認の結果、故障予測部分がある場合にはこれを出力する発電機制御システムに対する故障診断および予測整備を提供する方法とそのための装置およびシステムの提供に関するものである。
【００２０】
別の従来技術としては、図４に示されている韓国特許公開第１０−２０１４−０１０９１２４号公報（公開日：２０１４年９月１５日）の「船舶の電子式ガバナー制御装置」がある。
【００２１】
上記の従来技術は、メイン電源または非常電源または無停電電源供給器を用いてバッテリー電源をガバナーコントロールおよびエンジンコントロール電源として供給するローカルコントロールパネルと、前記ローカルコントロールパネルから供給されるガバナー電源としてエンジンコントロールパネル内のガバナーアクチュエータを制御してエンジン回転数を制御し、前記ガバナー電源の失敗時に、一時的に維持されたガバナー制御電源を用いて前記ガバナーアクチュエータを停止させるガバナーコントロールパネルとを含んでなる、船舶の電子式ガバナー制御装置である。
【００２２】
さらに別の従来技術としては、図５に示されている韓国特許登録第１０−１１５７２９４号公報（登録日：２０１２年６月１１日）の「電気式ガバナー制御装置」がある。
【００２３】
上記の従来技術では、ガバナー制御装置が非常運転手段を備えて、緊急な発電が必要な状況に一定の出力電圧が発電されるようにエンジン駆動を制御することができるため、緊急な発電が必要な状況にも拘わらず、エンジンを駆動することができなくて発生しうる事故や不具合を予防することができる。また、装置に異常が発生するおそれのある場合を診断し、異常が発生した場合にこれを知らせることにより、ユーザーが装置に発生するおそれのある動作異常を容易に管理することができるようにする。
【００２４】
但し、前述したように、これらの従来技術は、タービン発電システムに適用される場合、タービンのみの作動停止時に凝縮器または復水器にかかる熱負荷の問題を解決することができる手段については全く提示されない問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】韓国特許登録第１０−１０９０５３４号公報（登録日：２０１１年１１月３０日）
【特許文献２】韓国特許登録第１０−０８４８２８５号公報（登録日：２００８年７月２５日）
【特許文献３】韓国特許公開第１０−２０１４−０１０９１２４号公報（公開日：２０１４年９月１５日）
【特許文献４】韓国特許登録第１０−１１５７２９４号公報（登録日：２０１２年６月１１日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
そこで、本発明は、従来技術の問題点を改善するためのもので、その目的は、タービン異常によるタービンのみの停止時にシステムに過度に蓄積される熱量の制御および活用が可能な熱制御手段が備えられる、非常運転手段が備えられるタービン発電システムおよびその非常運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記目的を達成するための本発明に係る非常運転手段が備えられるタービン発電システムは、蒸気タービン、復水器、圧縮ポンプ、加熱器、引き込み弁および比例制御弁が順次接続されて閉ループに形成され、前記閉ループの内部を流れる作動流体の量が前記蒸気タービンの単位時間当たりの回転数に応じて引き込み弁および比例制御弁で制御されるようにするシンクロナイザーおよび調速機が備えられるタービン発電システムにおいて、
前記加熱器と前記引き込み弁との間に設置される温度計、圧力計および流量計を含む入り口センサー部と、前記入り口センサー部と前記引き込み弁との間の一箇所から分岐して復水器に接続される分岐管、および分岐管に設置される熱制御手段からなる非常排出部とを含んでなる。
【００２８】
ここで、前記熱制御手段は、前記一箇所から分岐管に順次設置される熱貯蔵弁、熱貯蔵器および排出弁からなる。
【００２９】
この際、好ましくは、前記熱貯蔵器が熱交換器からなり、前記熱貯蔵器で交換された熱量が熱需要施設に伝達されて熱量のリサイクルが可能になる。
【００３０】
一方、好ましくは、前記入り口センサー部の測定信号をリアルタイムで受信しながら、前記熱貯蔵弁と排出弁を制御する一方で、前記シンクロナイザーに前記引き込み弁制御指令を下す制御部がさらに備えられてもよい。
【００３１】
また、本発明に係るタービン発電システムの非常運転方法は、蒸気タービン、復水器、圧縮ポンプ、加熱器、引き込み弁および比例制御弁が順次接続されて閉ループに形成され、前記閉ループの内部を流れる作動流体の量が前記蒸気タービンの単位時間当たりの回転数に応じて引き込み弁と比例制御弁で制御されるようにするシンクロナイザーと調速機が備えられるタービン発電システムにおいて、前記加熱器と前記引き込み弁との間に設置される温度計、圧力計および流量計を含む入り口センサー部と、前記入り口センサー部と前記引き込み弁との間の一箇所から分岐して復水器に接続される分岐管、および分岐管に設置される熱制御手段からなる非常排出部とを含非常運転手段が備えられるタービン発電システムを利用するタービン発電システムの非常運転方法であって、
タービン入り口センサー部の温度、圧力および流量のそれぞれの測定値をリアルタイムでチェックする第１段階と、前記測定値が機器異常により許容値を外れた場合、機器異常が除去されるまで前記引き込み弁と比例制御弁を遮断し、作動流体を前記分岐管に通過させる第２段階と、機器異常が除去されると、前記引き込み弁と比例制御弁を開放し、分岐管を遮断する第３段階とを含んでなる。
【００３２】
ここで、前記熱制御手段は、前記一箇所から分岐管に順次設置される熱貯蔵弁、熱貯蔵器および排出弁からなる。
【００３３】
この際、好ましくは、前記熱貯蔵器が熱交換器からなり、前記熱貯蔵器で交換された熱量が熱需要施設に伝達されて熱量のリサイクルが可能となる。
【００３４】
一方、好ましくは、前記入り口センサー部の測定信号をリアルタイムで受信しながら、前記熱貯蔵弁と排出弁を制御する一方で、前記シンクロナイザーに前記引き込み弁制御指令を下す制御部がさらに備えられてもよい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明は、次の効果がある。
第一に、分岐管と熱貯蔵器によって、タービン異常があっても、タービンを除いてはシステムが中断することなく稼動できる。
第二に、熱貯蔵器が熱交換器からなることにより、捨てられる廃熱がリサイクルできる。
第三に、熱貯蔵器によって、復水器に過度な熱負荷がかかることが防止できる。
第四に、タービン異常がある場合、タービンを除いてはシステムが中断することなく稼動されることにより、ボイラーの再加熱にかかる時間および費用が全く不要になり、タービンへの凝縮水の流入現象が防止されることによりタービンブレードの健全性が維持される。
第五に、制御部が備えられる場合、タービン発電システムの監視と非常運転および定常状態への回復が自動的に行われ、発電機の状態監視にかかる人力、費用および時間が著しく低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来のタービン発電システムを示す構成図である。
【図２】従来技術に係る発電機電力自動制御装置を示す構成図である。
【図３】従来技術に係る発電機制御システムに対する故障診断および予測整備を提供する方法とそのための装置およびシステムを示す構成図である。
【図４】従来技術に係る船舶の電子式ガバナー制御装置を示す構成図である。
【図５】従来技術に係る電気式ガバナー制御装置を示す構成図である。
【図６】本発明の好適な実施形態を示す構成図である。
【図７】本発明に係るタービン発電システムの非常運転方法を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明の実施形態で提示される特定の構造乃至機能説明は本発明の概念による実施形態を説明するための目的で例示されたものに過ぎず、本発明の概念による実施形態は様々な形態で実施できる。また、本明細書に説明された実施形態に限定されるものと解釈されてはならず、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更物、均等物乃至代替物を含むものと理解されるべきである。
【００３８】
以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００３９】
本発明は図６および図７に示されており、図６は本発明の好適な実施形態に係る本発明の構成を示す構成図、図７は本発明に係るタービン発電システムの非常運転方法の手順を示すブロック図である。
【００４０】
まず、図１と図６とを対比して本発明の特徴および構成を説明し、本発明の特徴的構成要素と残りの構成要素との相互作用を詳細に説明した後、本発明に係るタービン発電システムの非常運転方法を説明する。
【００４１】
図１に示されている従来技術を考察すると、大きく蒸気タービンサイクルとタービン連動制御設備に分けることができる。蒸気タービンサイクルは、閉ループをなす作動流体管上に順次タービン１と復水器２と圧縮ポンプ３と加熱器４が設置されて一つのサイクルとして形成されており、この際、タービン１および発電機７の回転と作動流体の流量との連動のために、加熱器４とタービン１との間に引き込み弁５と比例制御弁６がさらに設置される。
【００４２】
タービン連動制御設備は、タービン１と発電機７との間で検出される速度信号を受けて比例制御弁６を制御し、シンクロナイザー８との間で速度を送受信する調速機９、該調速機９に連動して発電機７を制御するシンクロナイザー８および遮断器を含む。
【００４３】
タービン１の回転制御は上述したタービン連動制御設備で行われるが、タービンおよび発電機の機器異常が発生した場合の故障診断および制御に対する唯一の対策は、図１の従来技術では全体タービン発電システムの停止後に故障を診断し修理することであった。
【００４４】
しかし、結論として、本発明では、図６に示される入り口センサー部１０と非常排出部２０によってタービン発電システムの運転が機器異常発生の際にも続けられ得る。
【００４５】
図６を参照すると、本発明における入り口センサー部１０は、加熱器４とタービン１との間、すなわち、タービン１の入り口に設置される、圧力、温度および単位時間当たりの流量がチェックされるセンサーである。さらに正確には、加熱器４と引き込み弁５との間に配置され、引き込み弁５に流入する流量の圧力や温度などの特性がチェックされるのである。
【００４６】
本発明における非常排出部２０は、入り口センサー部１０と引き込み弁５との間の一箇所と復水器とを接続する分岐管２４と、分岐管２４に設置される熱制御手段２１、２２、２３とからなり、前記熱制御手段２１、２２、２３は、前記一箇所から分岐管２４の上に順次設置される熱貯蔵弁２１、熱貯蔵器２２、排出弁２３からなる。
【００４７】
したがって、入り口センサー部からの測定結果値の読み取り結果、タービン１または発電機７に異常があると判断される場合、引き込み弁５を遮断させて測定流体がタービン１側へ流れないようにし、熱貯蔵弁２１を開放して非常排出部２０へ作動流体が流れるようにする。
【００４８】
この際、好ましくは、発電機７またはタービン１に異常が発生した場合、流体の流れの制御が手動ではなく自動で行われるのがよい。このために、制御部３０が備えられてもよい。
【００４９】
図６には制御部３０の構成が示されている。図６に示すように、制御部３０は、まず、タービン発電システムが定常運転される間にリアルタイムで入り口センサー部１０の測定信号の入力を信号線３１−１を介してアナログ信号として受ける。この際、入り口センサー部１０の測定値が許容値を外れた場合、警報器（図示せず）で警報を発動させながら、信号線３１−５を介してシンクロナイザー８に引き込み弁５の遮断信号を送り、シンクロナイザー８はこの信号を再び信号線３１−４を介して引き込み弁５に送って引き込み弁５を遮断させる。
【００５０】
この際、制御部３０は、信号線３１−２、３１−３を介して熱貯蔵弁２１と排出弁２３を開放させる。
【００５１】
一方、熱貯蔵器２２は一種の熱交換器である。熱貯蔵器２２の内部における熱交換は、熱を必要とする施設との間で熱をやり取りすることにより行われる。よって、熱を必要とする熱需要施設４０に熱を供給する別途の熱貯蔵流体が熱貯蔵器２２の内部に入ってタービン発電システムの作動流体から熱の供給を受け、さらに熱需要施設４０に入って熱を供給することになる。
【００５２】
以上、本発明の全体構成を作動原理と共に考察した。以下では、各構成要素間の作用についてより詳細に考察しながら、本発明に係るタービン発電システムの非常運転方法を一緒に考察する。
【００５３】
図６を再び参照して考察すると、タービン１または発電機７の機器異常により入り口センサー部から許容値を外れた測定結果が出てくるとき、警報が発動しながら引き込み弁５を遮断させ、熱貯蔵弁２１を開放させる。このような動作は前述のように制御部３０によって自動的に行われ得る。
【００５４】
熱貯蔵弁２１の開放により、作動流体はタービン１の方向に流れずに分岐管２４に沿って熱貯蔵弁２１を通って熱貯蔵器２２と排出弁２３を経て復水器２へ流れる。
【００５５】
復水器２に流れ込む流体は、圧縮ポンプ３と加熱器４によって圧縮加熱された状態の蒸気なので、一定量以上が復水器２に流入した場合には、復水器２で凝縮可能な範囲を外れて復水器２の作動異常をきたすおそれがある。
【００５６】
したがって、復水器２に流入可能な圧縮加熱流体量に到達する前に、作動流体の温度と圧力を下げる必要がある。
【００５７】
ところが、この場合、作動流体の熱をそのまま放出させて廃熱化すると、これもエネルギー損失になるおそれがある。よって、作動流体の熱量を放出させるものの、熱を必要とする熱需要施設４０に供給すると、廃熱が再生される結果となって全体的なエネルギー効率が上昇する。
【００５８】
熱需要施設４０は非常に多様である。特に、各種産業施設では、夏も常時稼動する乾燥炉、加熱炉、温水槽、熱水槽などがあり、春、秋、冬はビニールハウス、畜舎、倉庫などの農業施設の暖房に莫大な熱量の需要があるので、産業施設だけでなく、農業施設にも熱の需要がある。
【００５９】
したがって、熱貯蔵器２２から排出される熱を熱需要施設４０のための温水タンク（図示せず）の形で貯蔵させるか、或いは熱需要施設４０に直接供給するなどの方法でリサイクルすることができる。
【００６０】
一方、熱貯蔵器２２から熱を外部に供給して排出させる一方、排出弁２３によって作動流体の圧力を下げながら復水器２へ作動流体を伝達させると、作動流体を受け取る復水器２はさらに容易に作動流体を液化させることができるため、復水器２にかかる負荷が一層軽減できる。
【００６１】
したがって、熱貯蔵器２２による熱のリサイクルのための排出と排出弁２３による減圧作用によって、タービン発電システムの稼働を中断することなく機器異常の修理が行われ得る。この過程で無駄なエネルギー損失も最小化できる。
【００６２】
前述したように機器異常によりタービン発電システムの運転が中断した場合には、運転中断期間の間に加熱器４のためのボイラーの稼働も停止してボイラーが冷めてしまうので、機器修理が終わってタービン発電システムの運転が再開されるときにさらにボイラーを稼動させて定常運転のための温度に到達させるために相当なエネルギーおよび時間が消耗される。
【００６３】
ボイラーがタービン発電システムの定常運転に必要な温度に到達すると、その温度の維持にかかるエネルギーは相対的に少ないが、目標とする温度までボイラーを稼働させるにはエネルギー消耗が大きく、目標温度までボイラーを稼動させる時間も相当長い。よって、タービン発電システムを中断なく稼動させながらも、復水器２にかかる熱負荷も軽減させ、無駄なエネルギー浪費も最小化させることが可能な手段が非常排出部２０になるのである。
【００６４】
図７は本発明に係るタービン発電システムの非常運転方法を示すブロック図である。
【００６５】
前記非常運転方法は、先立って説明した内容にすべて含まれているので、ここでは説明を省略する。
【００６６】
以上で説明した本発明は、前述した実施形態および添付図面によって限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱することなく様々な置換、変形および変更を加え得ることは、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に明らかであろう。
【符号の説明】
【００６７】
１    タービン
２    復水器
３    圧縮ポンプ
４    加熱器
５    引き込み弁
６    比例制御弁
７    発電機
８    シンクロナイザー
９    調速機
１０    入り口センサー部
２０    非常排出部
２１    熱貯蔵弁
２２    熱貯蔵器
２３    排出弁
２４    分岐管
３０    制御部
３１    制御モジュール
３１−１、３１−２、３１−３、３１−４    信号線
４０    熱需要施設
【図１】
0006490217.tif 000002
【図２】
0006490217.tif 000003
【図３】
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【図４】
0006490217.tif 000005
【図５】
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【図６】
0006490217.tif 000007
【図７】
0006490217.tif 000008