KR0132383B1 - 발전소의 배기증기나 냉각수의 열교환기 - Google Patents

Abstract

본발명은 기력발전소의 복수기와 냉각수(용도:회전기기등의 열발생되는 부위에 사용)의 열교환기에 관한 것으로, 발전을 위해 터빈을 회전시키기는 증기를 순환장치에 의하여 순환토록 하는 것으로 종래에는 해수를 냉각수로 사용함으로서 발생되는 문제점을 해결하기 위한 것이다.

이를 위하여 해수를 냉각수로 사용하지 않고 특정의 냉매(물)를 이용하여 물이 진공에서는 저온에서 증발이되고 증발될 경우에 냉매의 압이 상승되는 것을 방지하기 위하여 친수성이 강하고 비열이 큰 용액을 사용하여 일정한 순서에 의하여 순환시킴으로서 종래와 같이 발전소의 입지 선정시 해수를 냉각수로 사용치 아니하기 때문에 해안이나 강근처가 아닌 내륙에 건설하게 되어 전력공급처인 발전소와 수요측인 도시간의 거리를 가깝게 하여 전력의 송전 손실 감소 및 송전탑 건설에 소요되는 비용을 절감시킬 수 있으며 종래의 문제점을 해소할 수 있는 것이다.

Description

발전소의 배기증기나 냉각수의 열교환기

제1도는 본 발명에 대한 계통도를 나타낸 블록도.

제2도는 본 발명에 대한 동작구성을 나타낸 개략도.

제3a도는 기존의 복수기에 대한 구성을 나타낸 단면도.

제3b도는 기존의 복수기에 대한 측면도.

제4도는 종래의 발전소에서 배기증기를 순환시키는 구성도.

제5도는 종래의 열교환기에 해수를 사용하기 위하여 설치되는 시설도.

제6도는 냉각수의 열교환상태를 나타낸 개략도,

제7도는 핫트웰에서 보일러로 순환되는 배기증기의 순환계통도.

제8도는 복수기와 냉각수열교환기로 2중라인을 형성한 상태의 회로도.

＊ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 증발관 2 : 압축관

3 : 회수기 4 : 가열관

5 : 환원기 6 : 응축기

7 : 복수기 8 : 냉각관

9 : 노즐 10 : 용액펌프

11 : 핫트웰 12 : 냉매펌프

13 : 냉각수열교환기 14 : 냉매회수관

15 : 냉매순환관 16 : 분사관

17 : 냉매공급관

본 발명의 목적은 기력발전소의 복수기와 냉각수(용도:회전기기등의 열발생되는 부위에 사용)의 열교환기에 관한 것으로, 발전을 위해 터빈을 회전시키기 위하여는 고도로 정제된 증기를 이용하고 있기 때문에 일단 사용된 증기를 그냥 버릴 경우에는 다시 고도로 정제된 증기를 만들어야 함으로 이에 대한 손실방지를 위한 것으로 사용된 증기를 다시 회수하여 이들 증기를 응축시켜서 액화시킨 후에 이를 다시 가열하면 적은 열량으로 다시 고도로 정제된 증기를 만들 수 있어서 열의 손실을 방지하여 발전 효율을 극대화 시키기 위한 것이다.

이를 위하여 저압터빈에서 일을 마치고 나온 배기증기를 응축시키기 위한 복수기와 이러한 발전에 사용되는 각종펌프나 모타등의 회전기기와 각종오일의 열교환에 사용되는 열교환기에 관한 것이다.

현재 일반적으로 발전기의 열교환을 위하여 사용되는 복수기는 제3a, 3b도 및 제4도와 제5도에 도시된 바와 같이 해수를 순환수 펌프에 의하여 공급하여 복수기를 배기증기의 응축과 각종기기의 열교환을 위한 냉각수로 사용되고 있는 것이다.

그러나 이와 같은 해수를 냉각수로 사용하는 냉각방법으로 발생되는 문제점은 여름철에는 해수의 온도가 상승되어지므로 상승된 해수를 사용하면 열전달 효율이 감소되어 복수기 내부의 진공도(대략 719mmHg)가 저하되기 때문에 이에 따르는 발전기의 출력이 감소되는 원인이 되고 장마나 태풍시에는 제5도에 도시된 바와같이 바스크린에 해초류나 부유물이 유입되어 냉각수를 끌어들이기 위한 취수구가 막히게 될 경우에는 냉각수의 부족에 따르는 발전기의 가동이 정지되는 상태까지도 이르게 되는 것이다.

또한 해수로 인하여 복수기나 냉각수가 흐르게 되는 열교환기 관의 내면에 스케일의 생성으로 열전달이 감소되어 복수기의 진공도 및 열교환 능력의 감소를 가져오게 된다.

또한 해수 간조시간에 따르는 해수량의 변화로 발전소 내의 회전기기등의 냉각을 위한 냉각수 온도의 변화 및 복수기 진공도 변화가 따르게 되어 안정적인 운전에 상당한 지장을 초래하게 된다.

또한 이러한 설비유지 및 보수측면에서는 해수로 인한 염분으로 설비의 부식 및 침식이 촉진되어 수명이 단축되며 정기적인 보수 및 필요시 마다 관 내면의 스케일 제거 및 어패류 제거를 실시하여야 하고 이때에는 해당 설비를 정지시켜야 하는 문제점도 있다.

또한 경제적인 측면으로는 대용량의 순환수 펌프 및 취수로 부속기기 설치에 따른 비용의 증가와 발전소의 입지선정시에는 해수사용을 위하여 해안이나 강근처에 건설하여야 하는 입지선정의 어려움이 있으며 이로 인하여 송전탑의 건설에 별도의 비용지출이 발생되며 특히 날로 높아가는 환경의식의 변화로 열교환을 하고 배출되는 더워진 해수 문제로 인하여 주변 양식어민들의 민원대상이 되고 있는 것이다.

따라서 본 발명에서는 해수를 냉각수로 사용하지 않고 특정의 냉매(물)를 이용하여 이를 순환시킴으로서 종래와 같이 발전소의 입지선정시 해수를 냉각수로 사용치 아니하기 때문에 해안이나 강근처가 아닌 내륙에 건설하게 되어 전력공급처인 발전소와 수요측인 도시간의 거리를 가깝게 하여 전력의 송전 손실 감소 및 송전탑 건설에 소요되는 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

이를 위하여 본 발명에서는 환경에 영향이 되지 않는 물을 냉매로 하여 진공에서는 물이 저온에서도 증발이 되는 원리와 증발이 계속될 경우에 압력이 변화되는 것을 방지하기 위하여 비열이 크고 친수성이 큰 용액을 이용함으로써 연속적인 복수기의 응축작용을 할수 있도록 한 것이다.

이하 일실시예에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도 내지 제4도에 도시된 바와 같이 본 발명의 구성은 압축관(2)이 형성된 증발관(1)을 복수기(7)의 내에 형성하고, 상기 증발관(1)의 내부에는 진공의 상태로 하여 냉매(b)가 저온에서 증발되도록 하여 복수기(7)의 내로 진입되는 저압터빈I.II(28,29)의 배기증기(a)가 증발관(1)의 내부를 흐르는 냉매(b)에게 열을 빼앗기면서 응축되고 응축되어 액화된 액체는 하부의 핫트웰(HOT WELL)(11)로 집수되어 복수펌프(36)에 의하여 재사용을 위하여 보일러로 순환되도록 보내지고 배기증기(a)로부터 열을 빼앗은 냉매(b)는 계속 증발되고 증발이 계속될 경우에는 냉매의 압이 상승하기 때문에 압을 일정하게 유지시키기 위하여 증발된 냉매가 냉매회수관(14)을 통하여 회수기(3)의 상부로 진입하면 회수기(3)의 상부에 환원기(5)의 분사관(16)과 연결된 노즐(9')에서 친수성이 강하고 비열이 큰 진한용액(c)을 분사시키게 되고 상기 노즐(9')은 진한용액이 생성되는 환원기(5)와 분사관 (16)에 의하여 연결되어 있다.

따라서 환원기(5)에 충전되어 있는 진한용액(c)이 분사관(16)의 노즐(9')에 의하여 회수기(3)상부로 분사되면 냉매회수관(14)을 통하여 회수기(3)로 진입되는 증발된 냉매가 진한용액(c)에 함유되면서 묽은 용액(묽은 용액이란 진한 용액의 상태에서 용액의 특성이 변화되는 것이 아니고 농도의 저하를 자칭하는 것이다)(d)으로 된다. 이때 묽은 용액(d)으로 되면서 발생되는 흡수열은 회수기(3)의 내로 관통되어 있는 냉각관(8)내로 흐르고 있는 냉각수로 인하여 흡수열을 냉각시키게 되어 친수성이 강하고 비열이 큰 진한 용액(c)은 저온을 유지토록 하면서 일정한 압이 유지토록 되는 것이다.

이와 같은 저온으로 유지되는 묽은 용액(d)은 냉매순환관(15)의 용액펌프(10)에 의하여 다시 환원기(5)로 보내져서 냉매순환관(15)의 상단에 형성된 노즐(9)에 의하여 분사되면 가열관(4)에 의하여 가열되면서 묽은 용액(d)이 진한 용액(c)과 냉매(b)로 분리되면서 진한용액(c)은 분사관(16)을 통하여 회수기(3)로 분사되고 환원기(5)의 가열관(4)에 의하여 기화된 냉매는 환원기(5)와 관통되어진 응축기(6)로 이동되게 되고 응축기(6)로 이동된 기화된 냉매는 응축기(6)의 내부로 관통되는 냉각관(8)에 의하여 응축토록 되고 이와 같이 응축된 냉매는 냉매펌프(12)에 의하여 압축되면서 냉매공급관(17)을 통하여 증발관(1)과 냉각수열교환기(13)로 보내지면서 복수기(7)내로 진입되는 배기증기를 응축하게 되고 또한 냉각수열교환기(13)로 보내지면서 발전소에 사용되는 각종 냉각수를 냉각시킬 수 있게 되는 것이다.

이때 친수성이 강하고 배열이 큰 진한 용액(c)은, 증발관(1)에서 증발된 증발 냉매가 회수기(3)로 유입되면, 환원기(5)에서 노즐(9')에 의하여 회수기(3)상부로 분사되어 친수성이 강하고 비열이 큰 진한 용액(c)에 의하여 증발증기가 흡수되고 이때 발생되는 흡수열은 회수기(3)의 내로 관통되어 있는 냉각관(8)내로 흐르고 있는 냉각수로 인하여 흡수열을 냉각시키게 되어 친수성이 강하고 비열이 큰 진한용액(c)은 저온을 유지토록 하면서 일정한 압이 유지토록 되는 것이다.

이때 냉각관(8)내로 흐르게 되는 냉각수(11)는 별도의 냉각탑(도시안됨)에서 생성되는 냉각수를 사용할 수 있고 제6도에 도시된 바와 같이 냉각수 열교환기(13)에 의하여 열교환된 냉각수를 순환시켜 사용하게 되는 것이다.

위와 같이 회수기(3)에서 증발된 냉매를 흡수한 친수성이 강하고 비열이 큰 진한 용액(c)은 냉매를 연속적으로 흡수하게 되므로 결국 농도가 묽어지게 되고 묽어진 묽은 용액(d)은 용액펌프(10)를 이용하여 환원기(5)로 보내져서 환원기(5)에서는 노즐(9)에 의하여 분무되는 묽은 용액이 환원기(5)의 내에 형성되는 가열관(4)을 이용하여 가열되면 비열이 큰 진한 용액은 그대로 있고 냉매만이 기화되어 기화증기는 응축기(6)로 이동되어 응축기(6)의 사이로 내부에 관통되어 형성되는 냉각관(8)으로 인하여 기화증기가 응축되어지고 응축된 냉매는 다시 냉매펌프(12)를 이용하여 압축관(2)을 통하여 복수기의 증발관(1)으로 보내지는 것이다.

이때 환원기(5)의 가열관(4)에서 사용되는 열원은 발전소에서 나오는 더운증기를 이용할 수 있고 별도의 가열기(도시안됨)를 이용하여 순환토록 할 수 있는 것이다.

또한 환원기(5)의 가열관(4)에 의하여 환원된 묽은 용액은 냉매가 제거된 상태에 있기 때문에 진한 용액으로 되어 이는 다시 회수기(3)로 보내져서 노즐(9')에 의하여 분무되면서 회수기로 진입되는 증발된 냉매를 다시 흡수하게 되는 것이다.

또한 응축기(6)에서 응축된 냉매를 냉매펌프(12)에 의하여 냉각수열교환(13)내부로 흐르도록 하여 냉각수열교환기와 연결된 회수기(3)와 응축기(6)를 관통하는 냉각관(8)에 사용토록 하는 것이다.

또한 복수기(열교환기)(7)내의 증발관(1)은 효율이 극대화 될 수 있도록 수평이나 수직 또한 지그재그의 형상으로 형성할 수 있다.

이와 같은 냉각라인에 의하여 핫트웰(11)에서 보일러로 순환되는 배기증기(a)의 순환은 제7도에 도시된 바와 같이 저압터빈(28,29)을 회전시키고 나온 증기는 온도 및 압력이 낮아져 복수기(7)로 유입되게 되고 유입된 증기는 복수기(7)내부를 통과하면서 내부에 장착된 다수개의 증발관(1)의 내부로 순환되는 냉매에 의하여 증기는 복수가 된다.

이때 증발관(1)의 내부로 순환되는 냉매는 냉매펌프(12)에 의하여 냉매가 순환되는 것이다.

따라서 순환되는 냉매에 의하여 증기에서 복수로 된 것은 핫트웰(11)로 집수되어 복수펌프(36)에 의하여 저압급수가열기(39)를 거쳐 급수탱크(40)로 보내진다.

이때 저압급수가열기(39)에서는 중압(27) 및 저압터빈(28,29)에서 공급되는 증기(38)를 이용하여 복수를 가열하게 되고 가열되는 복수는 급수탱크(40)에 보내져 보일러급수펌프(41)에 의해 고압급수가열기(43)를 거치면서 고압(25)과 중압터빈(27)에서 공급되는 증기(44)에 의하여 가열되어 보일러(21)내의 절탄기 드럼(22)으로 보내지게 된다.

상기 드럼(22)에서는 물과 증기가 분리되어 증기는 과열기(23)로 보내져 온도 및 압력을 더욱 높인 후 고압터빈(25)에 공급되게 된다.

그후 고압터빈(25)을 회전시키고 나온 증기는 온도 및 압력이 낮아지므로 다시 보일러 내의 재열기(24)로 보내져 온도 및 압력을 높인 후 증압터빈(27)을 거쳐 저압터빈I,II(28,29)에 공급되어 터빈을 회전시킨후 복수기(7)로 유입되게 되는 것이다

그러므로 상기와 같은 순환이 1회의 사이클로 되어 반복적으로 일을 행할 수 있게 되면서 배기증기를 응축시킬 수 있는 것이다.

본 발명에서는 제6도에 도시된 바와 같이 응축기에서 응축된 냉매를 압축기를 이용하여 복수기로 보내면서 동시에 냉각수의 열교환을 위한 냉각수 열교환기로 보낼 수 있도록 2중라인을 형성함으로써 실시가 가능한 것이다.

따라서 기존의 방식에서는 해수를 사용함으로써 발생되는 과다한 시설비와 운전상의 문제점과 사용 후에 배출되는 더워진 해수로 인하여 발생되는 환경변화에 대한 문제점등을 해소할 수 있는 것이다.

Claims (1)

1. 압축관(2)이 형성된 진공상태의 증발관(1)을 복수기(7)의 내에 형성하여 복수기(7)의 내로 진입되는 저압터빈 I,II(28,29)의 배기증기(a)가 증발관(1)의 내부를 흐르는 냉매(b)에게 열을 빼앗기면서 응축되어 응축된 액체는 하부의 핫트웰(HOT WELL)(11)로 집수되어 복수펌프(36)에 의하여 재사용을 위하여 보일러로 순환되도록 보내지는 공지의 것에 있어서, 상기 복수기(7)에 냉매회수관(14)이 회수기(3)의 상부와 연결되고 회수기(3)의 저면과 환원기(5)의 상부로는 용액펌프(10)에 의하여 노즐(9)이 형성된 순환관(15)으로 연결되고 환원기(5)의 저면과 회수기(3)의 상부로는 노즐(9')이 형성된 분사관(16)으로 연결되고 회수기 내부에는 냉각관(8)이 형성되어 환원기(5)와 관통되어진 응축기(6)의 내부로 관통토록 되고 환원기(5)의 내부에는 가열관(4)이 형성되고 환원기(5)와 관통되어진 응축기(6)의 저면에는 냉매펌프(12)에 의하여 증발관(1)과 냉각수열교환기(13)로 보내질 수 있도록 냉매공급관(17)이 복수기(7)와 연결되어진 발전소의 배기증기나 냉각수의 열교환기.