KR0142819B1 - 탈기장치 - Google Patents

Abstract

저수부의 있어서의 급수의 유동이 일정하지 않는 것에 기인하여 생기는 불편을 없애고, 급수를 효율좋게 하도록 하는 것에 관한 것이다.

저수부(4)에 급수출구(6)를 향해서 사행유로(11)를 형성하는 다수의 버플플레이트(12)를 배치한다. 버플플레이트(12)는 2매를 1조로 하고, 1매는 증기헤더(8)에서 버블링노즐(5)의 신장방향을 따라서, 또 1매는 쉘(1)내면에서 똑같이 버블링노즐(5)의 신장방향에 따라서 각각 설비된다.

Description

탈기 장치

제1도는 본 발명에 의한 탈기장치의 일실시예를 나타낸 단면도.

제2도는 급수의 용존산소 농도분포를 나타낸 특성도.

제3도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 단면도.

제4도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 단면도.

제5도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 단면도.

제6도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 단면도.

제7도는 급수온도분포를 나타낸 단면도.

제8도는 제6도에 나타낸 조절기의 상세를 나타낸 블록도.

제9도는 조절기에 장치하는 증기분사량 패턴을 나타낸 그래프.

제10도는 본 발명의 기동방법의 일예를 설명하기 위한 도면.

제11도는 종래의 탈기장치를 나타낸 단면도.

본 발명은, 예를 들면 화력발전 플랜트 등의 보일러 급수계통을 흐르는 급수에서 용존산소를 분리제거하기 위하여 사용되는 탈기장치에 관한 것이다.

보일러 급수 중의 용존산소량은 보일러내의 부식현상에 깊게 관계되므로, 대부분의 화력발전 플랜트의 급수계통에는 급수 중의 용존산소를 증기가열에 의해서 분리추출하는 탈기장치를 설비하고 있다. 일반적으로는, 이 같은 탈기장치는 단독장치로서 구성하는 경우가 많으나, 복수기에 탈기장치를 설비하는 경우도 있다.

이 탈기장치의 기본원리는 농도비평형에 의해서 유기되는 물질확산이다. 이것은 비평형도가 클수록 물질이응속도가 빠르고, 또한 확산에 의한 이동거리가 짧을수록 물질속도가 빠르다. 따라서 종래의 탈기장치에 사용되는 구조의 대부분은 급수의 교반 및 급수의 미세화에 의한 접촉면적의 확대를 도모하도록 하였다.

제11도는 종래기술에 의한 버블링형 탈기장치의 일예를 나타내고 있다. 급수는 쉘(1)의 상부에 설비된 급수입구(2)에서 기내로 들어가 스프레이(3)에서 분사된다. 이 급수는 쉘(1)내의 저수부(4)에 모아져서 버블링노즐(5)의 외측이 급수출구(6)의 방향으로 흐르고, 이 사이에 가열되어서 급수출구(6)로부터 유출된다.

한편, 증기는 증기입구(7)에서 쉘(1)의 긴쪽방향으로 뻗은 증기헤더(8)로 들어가서, 각각 다수의 구멍을 뚫은 버블링노즐(5)에 분배된다. 이 증기는 버블링노즐(5)의 구멍에서 저수부(4)로 분출하여 상승하면서, 급수와 직접 접촉하여, 급수를 가열하는 동시에 용존산소를 탈기한다. 증기는, 더 상승하여 증기가열부(9)에 도달하고, 스프레이(3)에서 분출되는 급수와 직접 접촉하여 이것을 가열하는 동시에, 탈기하여, 일부가 분리된 산소와 함께 벤트구(10)에서 기외로 유출된다.

상기한 버블링형 탈기장치에서는 저수부(4)에 있어서의 흐름은 급수입구(2)에서 급수출구(6)를 향하는 전체적인 흐름과 버블링노즐(5)에서 분출되는 증기가 급수를 교반하는 흐트러짐을 수반하는 국부적인 흐름이 혼재하고 있으며, 일정한 유로는 보지되어 있지 않다.

탈기는 복수의 버블링노즐(5)의 각각의 부분에서 진행하고, 대세로서는 당초 산소농도가 진한 상태에 있었든 급수출구(6)에 도달할 때까지는 점차로 탈기되어서 농도가 저하되어가나, 항상 버블링노즐(5)에서 분출된 증기에 의해서 흐름이 흐트러져 있음으로써, 예를 들면 일단 저농도로 된 급수가 산소농도가 높은 급수입구(2)측으로 운반되거나, 또는 역으로 고산소농도의 급수가 탈기되지 않고 급수출구(6)로 운반되는 경우가 자주 일어날 수 있다. 이같은 유동경로의 불확실성 때문에 탈기장치내에 있어서의 용존산소 농도분포를 균일하게 보지하는 특별한 조작이 강요되고, 예를 들면, 용존산소농도를 보일러측에서 요구하는 정해진 값(이하, 요구농도라 칭함) 이하로 저하시킬 때까지 장시간을 요하는 등의 불편이 있다.

또, 급수 중에 혼입된 기포가 추출되지 않고, 그 급수와 함께 급수계통의 기기, 예를 들면 급수펌프 등으로 흘러버려서, 악영향을 미칠 염려가 있다.

그래서, 본 발명의 목적은 저수부에 있어서의 급수의 유동이 일정하지 않는 것에 기인하여 생기는 문제를 없애고, 급수를 효율 좋게 탈기할 수 있도록 한 탈기장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 상기 헤더와 연통시킨 다수의 구멍을 갖는 복수의 노즐로 된 분출수단을 구비하고, 노즐의 각 구멍을 쉘내의 저수부에 닿게하여 증기 헤더에서 노즐로 유도되는 가열증기를 구멍을 통해서 급수중에 분출시키도록 한 탈기장치에 있어서, 저수부로 보내진 급수가 급수출구에 걸쳐서 정해진 경로에 따라서 노즐의 구멍에서 분출하는 가열 증기와 접촉하도록 사행유로를 형성한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은 탈기장치의 저수부에서 유동경로의 불확실성에서 예를 들면 용존산소농도가 높은 급수가 가열증기와 충분히 접촉하지 않는 채로 급수출구로 운반되는 것 등에 배려하고, 저수부에 정치유로를 형성한다. 즉, 저수부에 보내진 급수를 급수출구에 걸쳐서 정해진 경로에 따라서 노즐에서 분출가열증기와 접촉시키는 사행유로를 형성한다. 통상, 유로 내에 놓이는 버블링노즐로부터 분출된 증기는 기포로 되어 급수중을 상승하나, 이 증기포에 대한 급수의 유동방향을 대향류나 또는 평형류가 되도록 유로구성부재를 배치한다. 이때 급수는 이 유로구성부재에 의한 유로를 사행하면서 흘러, 급수출구에 도달할 때까지 효과적으로 가열된다. 예를 들면 대향류로 되는 유로를 형성하는 경우, 증기포는 하강류로 되는 급수의 흐름에 역행하는 모양으로 상승이 이루어짐으로써, 상승속도가 둔화되고, 급수중을 빠져나갈 때까지 시간이 걸려, 증기포와 급수와의 접촉시간이 길어진다. 이에 의해서 급수의 온도상승은 각별히 빨라져, 탈기효율을 크게 향상시킬 수 있다. 따라서, 가열증기로 사용하는 프로세스증기를 낭비하지 않고, 급수를 탈기할 수 있다.

또 한편, 급수는 정해진 경로에 따라서 흐르며, 용존산소농도가 가열증기와 접촉할 때마다 저하된다. 이 때문에, 종래와 같이 용존산소농도가 다른 급수가 혼합되는 일 없이, 단시간에 요구농도로 저하시킬 수 있다. 이것은 예를 들면 보일러기동시간을 빨리하고자 할 때, 요구에 용이하게 응할 수 있는 등의 잇점이 있다.

제2도는 본 발명에 의한 용존산소농도의 추이를 종래기술에 의한 것과 대비하여 나타낸 것이며, 본 발명의 용존산소농도분포를 나타낸 곡선 a는 종래기술에 의한 분포를 나타낸 곡선b에 비해서 구배가 굵어서, 단시간 내에 요구농도로 내려감을 알 수 있다.

[실시예]

이하 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명하겠다.

제1도(a)에 있어서, 쉘(1)의 저수부(4)에 급수출구(6)를 향하여 사행유로(11)를 형성하는 다수의 버플플레이트(12)가 설비되어 있다. 본 실시예의 버플플레이트(12)는 쉘(1)의 내면에 고정된 1매 및 증기헤더(8)에 고정된 1매를 1조로 하고, 이것을 복수의 버블링노즐(5)(제1도(b) 참조)로 된 분출수단과 대응시켜서 배치되어 있다. 즉 1조의 버플플레이트(12) 중, 증기헤더(8)측의 것은 버블링노즐(5)의 신장방향을 따라서 대략 같은 길이로 뻗게 하고, 쉘(1)측의 것도 똑같이 버블링노즐(5)의 신장방향을 따라서 저수부(4)상면 가까이에 뻗도록 하고 있다.

상기한 점 이외의 급수계의 주요한 구성은 기본적으로 종래기술에 의한 구성과 같다. 또, 가열증기계의 구성도 종래기술과 기본적으로 틀리지 않다.

다음에 상기 구성으로 된 탈기장치의 작용을 설명하겠다.

급수는 급수입구(2)에서 기내로 들어가서, 스프레이(3)에 의해서 증기가열부(9)에 분사된다. 이때, 급수는 미세화되고 미세한 물방울로 되어 공간을 채우고 있는 증기와 접촉하여 가열되어서 온도가 상승하고, 일부가 포화온도에 도달하여 용존산소농도가 분리된다. 또 증기는 각각 버블링노즐(5)의 구멍에서 분출하여, 증기포로 되어 저수부(4)를 사행하여 흐르는 급수중을 상승하면서 급수를 가열한다. 이 가열에 의해서 급수의 온도는 상승되어, 포화온도에 도달한 시점에서 용존산소가 탈기된다.

이때, 급수중을 상승하는 증기포에 대해서, 버플플레이트(12)에 연하는 급수의 흐름은 하강류로 되고, 증기포는 대향하는 급수의 흐름에 역행하여 상승하게 되므로, 속도가 지연되어, 급수중을 빠져나갈 때까지 시간이 걸린다. 이 때문에 급수와의 접촉시간이 길어져서 급수를 효과적으로 가열할 수 있다. 이 후에 증기포는 저수부(4)와 증기가열부(9)와의 경계부면을 거쳐서 증기가열부(9)에 들어가 그 공간을 채운다.

이와 같이 상기 구성을 된 탈기장치에 있어서는 급수가 저수부(4)를 유동할 때 사행유로(11)의 각부에서 증기포와 대향하여 흐르고, 접촉시간이 길어지고 각각의 부분에서 급수의 온도상승이 빨라져서, 탈리효율을 크게 향상시킬 수 있다. 따라서 가열에 사용되는 프로세스증기를 낭비하는 일은 없다. 또 급수는 정해진 경로에 따라서 가열증기와 접촉하여, 그 때마다 용존산소 농도가 저하되어 단시간 내에 용존산소농도를 요구농도를 내릴 수 있다. 또, 증기포를 포함한 급수를 저수부표면에 걸쳐서 유동시키도록 했으므로, 급수유동중에 증기포가 증기가열부와 저수부와의 경계면에 도달하면 즉시 급수에서 분리하여 증기가열부로 옮겨 급수에서 추출되지 않고 혼입된 채로 탈기장치에서 배출될 가능성은 없다.

또 본 발명의 다른 실시예를 제3도를 참조하여 설명하겠다. 본 실시예는 급수가 가열증기와 결정된 경로를 따라서 접촉하는 점에서 상기 실시예와 똑같으나, 버블링노즐(5)에 의한 분출수단에 대한 1조의 버플플레이트(12)는 급수의 상승류에 가열증기의 흐름을 일치시키도록 설비되어 있다. 본 실시예에 있어서, 버블링노즐(5)의 구멍에서 급수증에 분출한 증기포는 급수와 똑같은 방향, 즉 상승류로 되어 저수부(4)와 증기가열부(9)의 경계면을 흐른다. 이 급수와의 동일방향, 즉 평형류로 흐르는 증기포는 급수에 대해서 유동에너지를 가하여, 저수부(4)에 있어서의 급수의 유동을 안정하게 유지하는 작용이 있다.

또, 상기와 다른 실시예를 제4도를 참조하여 설명하겠다. 본 실시예는 각 열의 버블링노즐(5)에 1조의 버플플레이트(12)를 배치하는 것 대신으로 분출수단(실시예에서는 7단)에 대응하는 최소수량의 버플플레이트(12)(단 예비의 버플플레이트 1매를 제외함)를 갖고 사행유로(11)를 형성한 것이다. 이 작은 수의 버플플레이트(12)에 의해서 형성되는 사행유로(11)는 상기 2개의 실시예에 있어서의 급수와 증기포 향류로 흐르게 함과 평형류로 흐르게 함을 믹스시킨 것으로 된다. 본 실예에서는 대향류 부분과 평형류 부분이 교호로 형성되어 있다.

이에 의해서 대향류의 부분에서 양호한 탈기효율을 보지하는 한편, 평형류의 부분에서 유동의 안정화를 기할 수 있다.

또 다른 실시예를 제5도를 참조하여 설명하겠다.

본 실시예의 사행유로(11)는 상기한 제4도의 실시예와 같은 것이지만, 여기에서 증기헤더(8)는 저수부(4)의 저부 중앙부근에 설비되고, 이 증기헤더(8)에 쉘(1)의 내벽에 걸쳐서 수평하게 각각 뻗는 버블링노즐(5)이 설비되어 있다. 본 실시예의 작용은 상기의 제4도의 것과 대략 같은 것이다.

이상의 각 실시예는 탈기장치의 탈기성능의 향상에 다대한 효과를 갖어오는 것이나, 또 다른 기능을 부가한다.

제6도에 나타낸 것은 기동시간의 단축 및 프로세스증기의 사용량의 삭감을 도모하는데 매우 적합한 실시예이다.

사행유로(11)의 각부에 용존농도를 검출하는 산소농도계(13) 및 급수온도를 검출하는 온도계1(4)가 각각 설비되고, 그 출력인 산소농도신호 및 온도신호가 증기헤더(8)로 흐르는 가열증기량을 조절하는 조절기(15)에 입력되어 있다. 또 증기헤더(8)에 연결되는 증기경로에 조절변(16)이 개장되어 있고, 조절기(15)에서 공급되는 제어신호에 의해서 그 개방이 조절되도록되어 있다.

효과적인 탈기를 위해서는 급수를 포화온도로 재빨리 상승시킬 필요가 있고, 온도분포를 고려하여 가열증기를 공급하는 것이 바람직하다. 제7도에 나타낸 것과 같이 탈기장치내의 급수온도분포는 급수가 도입되는 급수입구측이 저온역으로 되어 있다. 이 온도분포에 맞도록 저온역에는 충분한 양의 가열증기를 공급하고, 다른 구역의 급수에는 비교적 소량의 가열증기를 보내도록 한다.

구체적인 실시예를 제 8도를 참조하여 설명하겠다. 쉘(1)내의 산소농도계(13) 및 온도계(14)로부터의 신호는, 조절기(15)에 취입된다. 조절기(15)는 계측신호 AD변환부, 제어용계산기 또는 범용계산기 등의 연산부 및 출력신호변환부로 구성된다. 또 조절기(15)에는 쉘(1)내의 압력계측치 또는 압력설정치가 취입되어 있고, 그 압력에 대한 물의 포화온도를 계산한다. 어떤 영역에 있어서 검출된 쉘(1)내의 급수온도는, 포화온도와의 차가 연산된다. 급수온도가 포화온도보다도 소정의 허용치이상으로 낮을 경우에는, 최대의 증기류량이 흐르도록 조절변(16)에 개방신호를 보낸다.

한편, 어떤 영역에 있어서의 급수온도가 허용치이내에서 포화온도와 대략 같은 때는, 그 영역에 있어서의 증기유량은 용존산소농도의 측정에 의해서 조작량이 결정된다. 조절기(15)내에 제9도(a)에 나타낸 것과 같은 용존산소농도의 변화패턴을 사전에 기억시켜 두었으며, 검출된 용존산소농도가 어떤 레벨(제9도(a)의 (1)∼(8))에 있는가에 의해서 분출증기량이 제9도(b)의 (1)∼(8) 또는 제9도 (c)의 (1)∼(8)과 같이 결정된다.

제9도(b)의 증기유량패턴은, 급수입구(2) 근방에 있어서 최대의 증기유량을 공급하여 신속하게 급수온도를 포화온도까지 상승시킬 수 있도록 한 것이다. 또 제9도(c)의 증기분사량 패턴은 급수입구(2)에 있어서의 용존산소농도가 어떤 일정치이상일 때, 각 조절변(16)에 균등하게 증기를 공급하는 것이다. 어떤 경우에 있어서도, 급수입구(2)에 있어서 이미 용존산소농도가 일정치이하((6)∼(8)의 패턴)일 때에는, 증기분출부의 현상적 안정성을 보지하기(증기의 응축에 의한 유동불안정현상의 방지) 위해서, 증기유량의 하한을 유지하여, 최하류측에서 순차로 증기공급을 차단해간다.

이와 같은 본 발명의 탈기장치의 가열증기유량 제어방법을 사용하면, 소정의 용존산소농도까지 탈기하는데 충분한 증기유량만을 공급하므로, 가열증기의 낭비를 방지할 수 있다.

제10도에 기동방법의 일예를 나타낸다. 이것은 탈기장치의 기동시, 급수입구측에서 포화온도를 크게 하회하는 급수를 가열하기 위해서 다량의 프로세스증기를 보내고, 급수출구측에서 비교적 소량의 프로세스증기를 보내는 방법이다.

탈기장치가 일정시간 운전된 후에는 용존산소농도 및 온도가 안정된 값을 나타내므로, 정격운전시, 기동시보다도 작은 양의 프로세스로 탈기할 수 있음을 알 수 있다. 이에 의해서, 급수출구측에서는 급수의 가열에 필요한 프로세스 증기량을 크게 감소시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 쉘내의 저수부로 보내진 급수가 급수출구에 걸쳐서 정해진 경로에 따라서 노즐의 구멍에서 분출하는 가열증기와 접촉되도록 사행유로를 형성하고 있으므로, 급수의 용존산소농도가 유로의 각부에서 순차로 저하되어, 단시간에 확실하게 요구농도이하로 낮출 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 탈기성능을 양호하게 보지하여 프로세스증기를 낭비하지 않고, 또 보일러 기동시간을 대폭으로 단축시킬 수 있는 등의 우수한 효과가 있다.

Claims (4)

1. 증기헤더와 연통시킨 다수의 구멍을 갖는 복수의 노즐로 된 분출수단을 구비하고, 상기 노즐의 각 구멍을 쉘내의 저수부에 닿게하여 상기 증기헤더에서 상기 노즐로 유도되는 가열증기를 상기 구멍을 통해서 급수중으로 분출시키도록 한 탈기장치에 있어서, 상기 저수부로 보내진 급수가 급수출구에 걸쳐서 결정된 경로에 따라서 상기 노즐의 구멍에서 분출하는 가열증기와 접촉하도록 사행유로를 형성한 것을 특징으로 하는 탈기장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 사행유로를 복수의 버플플레이트를 사용하여 형성한 것을 특징으로 하는 탈기장치.
3. 제2항에 있어서, 급수가 상기 노즐의 구멍에서 분출하는 가열증기의 기포와 대향하여 또는 평행으로 흐르도록 상기 노즐의 신장방향을 따라서 상기 버플플레이트를 각각 배치한 것을 특징으로 하는 탈기장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 사행유로의 각부에 급수의 용존산소농도 및 온도를 검출하는 산소농도계 및 온도계를 설비하고, 탈기중, 각각의 영역에서 검출된 급수온도와 계산에 의해서 구한 쉘기내 압력에 있어서의 포화온도와의 차가 허용치내에 있을 때, 검출된 용존산소농도에 따라서 상기 분출수단에서 분출하는 가열증기량을 조절하도록 한 것을 특징으로 하는 탈기장치.