KR100230854B1 - 복합발전 폐열회수 보일러 과열기 출구온도 조절구조 - Google Patents

Abstract

[청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야]

본 발명은 복합발전시스템의 과열기출구의 증기온도조절구조에 관한 것이다.

[발명이 해결하려고 하는 기술적 과제]

별도의 장치설치 없이 폐열회수 보일러 시스템의 과열기 출구온도를 조절할 수 있는 구조의 제공

[발명의 해결방법의 요지]

과열기의 전체배관의 길이를 조절가능하게 하여 과열기에서의 열교환시간을 조절하여 과열기(23)를 지나는 증기의 온도를 조절할 수 있게함

[발명의 중요한 용도]

본 발명은 복합발전시스템의 폐열회수 보일러 시스템에 사용하여 간단한 밸브의 설치로 과열기 출구온도를 조절할 수 있게된다.

Description

복합발전 폐열회수 보일러 과열기 출구온도 조절구조

본 발명은 복합발전시스템의 과열기 출구의 증기온도 조절구조에 관한 것이다.

복합발전 시스템은 연료를 연소시켜 고압고온의 연소가스를 발생시키고, 이 고온고압의 연소가스를 이용하여 가스터빈을 구동하여 전기를 발생하는 가스터빈 시스템과, 가스터빈을 구동하고 배출되는 연소가스의 열을 회수하는 폐열회수 보일러 시스템과, 폐열회수 보일러 시스템에서 발생된 고온 고압의 증기를 이용하여 증기터빈을 구동시켜 전기를 발생시키는 증기터빈 시스템으로 구성되어있다.

이중에서 폐열회수 시스템은 제1도에서 보는 바와 같이 포화액체를 포화증기로 만드는 증발기(22'), 포화증기를 고온으로 가열하는 과열기(23'), 및 응축기(5')에서 유입되는 급수를 포화액체로 가열하는 절탄기(21')로 구성되어 있으며, 과열기는 설계시 중기터빈(31')에서 필요로 하는 온도조건까지 가열되도록 설계된다.

운전 중 과열기출구 증기온도가 증기터빈(31')에서 요구되는 온도이상으로 가열되는 경우가 있는데 이러한 경우 과열기 출구 온도를 증기 터빈에서 필요로 하는 온도로 유지하는 것이 필요하다.

제1도에서 보는 바와 같이 복합 발전은 발전효율을 최대로 하기 위하여 가스터빈시스템(1')에서 전기를 발생시키고 배기가스(16')를 배출하여 폐열회수 보일러시스템(HRSG)(2')에 유입시킨다. 이 폐열회수 보일러 시스템(2')에서는 이 배기가스를 이용하여 증기터빈(31')을 회전시키고, 이 회전력을 이용하여 발전기(32')를 돌려 전기를 발생시키는 시스템이다.

이와 같은 복합발전 시스템의 전체 작용원리를 보면 다음과 같다.

제1도에서 보는 바와 같이, 공기 압축기(12')는 공기를 일정압력(일반적으로 13기압)까지 압축하며 압축된 공기는 연소실(13')로 유입되고 가스 또는 오일(15')을 연소실(13')에 유입시켜 연소시키면 고온(보통 1300℃)의 연소가스가 생성되고 이 연소가스가 터빈(11')을 구동시키면 터빈과 연계된 발전기(14')를 구동시켜 전기를 발생시킨다.

터빈을 구동하고 배출되는 배기가스(16')는 약 500℃∼600℃ 사이이다. 이 연소 가스를 이용하여 폐열회수 보일러 시스템(2')은 고온 고압의 증기를 발생시키며 이 증기는 증기터빈(31')으로 유입되어 증기터빈을 회전시키고 증기터빈의 회전력은 발전기(32')를 통하여 전기를 발생시킨다.

증기터빈을 회전시키고 유출된 증기는 1기압 이하의 진공압에 가깝다. 이 증기는 응축기(5')로 유입되어 액체로 변환되며 변환된 액체는 펌프(6')를 지나 탈기기(4')로 유입되어 탈기된 다음 보일러 급수펌프(7')를 거쳐 폐열회수 시스템의 절탄기(21')에 유입된다.

폐열회수 보일러 시스템(2')은 가스터빈에서 유입되는 배가스(26')의 맨 앞단에 과열기(23')가 배치되고 증발기(22') 및 절탄기(21')의 순서대로 배치된다. 과열기(2 3')는 증발기(22')에서 발생된 증기를 고온으로 가열하는 것으로 가장 높은 온도의 배기가스를 필요로한다. 과열기에서 증기에 열을 방출한 배기가스는 온도가 강하되어 증발기(22')에 유입되며 증발기에서는 포화액체를 포화증기로 만드는 역할을 하며 절탄기(21')는 급수펌프(7')에서 유입된 액체를 포화액체 온도까지 가열하여 증발기 드럼(24')에 유입시킨다. 일반적으로 과열기는 증기터빈(31')에서 필요로 하는 온도까지 가열되도록 설계를 행한다.

이와 같은 전체 시스템의 구조에 있어서 특히 폐열회수시스템(2')에서는 고온 고압의 증기를 발생시켜 증기터빈(31')에 공급하는 역할을 하며 설계요점의 하나는 증기터빈에서 요구되는 압력 및 온도를 유지하는 것이다. 설계시 보통 이를 고려하여 설계하지만 운전중 과열기(23')의 증기온도가 증기터빈에서 요구되는 온도 이상으로 되는경우가 있는데 이 온도를 요구온도이하로 유지하기 위하여 사용되는 기존의 방법은 절탄기(21')의 중간(29')에서 일정량의 물을 추출하여 과열기(23')의 증가(41')에 유입하는 방법이 사용되고 있다.

그러나 이 경우 과열기 중간(41')에 물을 유입할 경우에는 별도의 장치(Attem perator)가 필요하게 되고 이에 따라 원가상승을 가져오게 된다는 문제점이 있으며, 또한 이와 같은 장치를 사용하더라도 부하변동이 심할 경우에는 조절에 한계가 있다는 문제점 또한 갖고있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 복합발전 시스템의 구조가 갖고있는 문제점을 해결하기 위해서 안출한 것으로서, 별도의 장치설치 없이 폐열회수 보일러 시스템의 과열기 출구온도를 조절할 수 있는 구조의 제공을 그 목적으로 한다.

이와 같은 목적은 과열기 출구온도를 감지하는 과열기 출구 온도감지기와 밸브를 통한 본 발명의 구조에 의하여 달성될 수 있는 바, 첨부도면을 참조로 하여 이하에 상세히 설며한다.

제1도는 복합발전시스템의 구조도.

제2도는 본 발명에 따른 복합발전시스템의 구조도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 가스터빈 시스템 2 : 폐열회수보일러 시스템

3 : 스팀터빈 시스템 4 : 탈기기

5 : 응축기 6 : 펌프

7 : 급수펌프 21 : 절탄기

22 : 증발기 23 : 과열기

26, 27 : 전자밸브 28 : 과열기 출구온도 감지기

45 : 과열기 유입관 46 : 바이패스배관

본 발명은 제2도에서 보는 바와 같이 발전기(14)와 연소실(13) 및 가스터빈 (11)으로 이루어진 가스터빈시스템(1)과, 절탄기(21)와 증발기(22)와 과열기(23)로 이루어진 폐열회수 보일러시스템(2)과, 발전기(32)와 증기터빈(31)과 응축기(5)와 탈기기(4)로 이루어진 스팀터빈 시스템(3)으로 구성된 복합발전 시스템에 있어서, 상기 폐열회수 보일러 시스템(2)의 증발기드럼(24)에서 유입되는 과열기유입관(45)에 전자밸브(26)를 설치하고, 상기 증발기드럼(24)에서 과열기유입관(45)을 바이패스하여 과열기(23)에 연결되는 바이패스배관(46)을 설치하고 상기 바이패스배관(46)에 전자밸브(27)를 설치하며, 상기 전자밸브(26, 27)에 연결되도록 과열기 출구온도감지기 (28)를 과열기 출구에 설치한 구성을 취하고 있다.

이와 같이 본 발명은 과열기의 전체배관의 길이를 조절가능하게 되므로 과열기에서의 열교환시간을 조절하여 과열기(23)를 지나는 증기의 온도를 조절할 수 있게된다.

본 발명의 작용원리를 설명하면 다음과 같다.

과열기 출구온도감지기(28)로부터 과열기 출구온도를 측정하여 과열기 출구온도가 증기터빈의 요구온도보다 낮을 경우에는 증기의 온도를 높여주어야 하므로 바이패스배관(46)의 전자밸브(27)르 닫고 과열기유입관(45)의 전자밸브(26)를 열어주어 과열기(23)의 증기가 통과하는 전체길이를 늘여준다.

만약 과열기 출구온도가 증기터빈 요구온도보다 높을 경우에는 과열기를 통과하는 증기배관의 길이를 더 짧게 하여야 하므로 과열기유입관(45)의 전자밸브(26)를 닫고 바이패스배관(46)의 전자밸브(27)를 열어주게된다.

상기 증기터빈에서의 요구온도에 관한 예를 들어 설명하면, 우선 가스터빈을 제너널 일렉트로닉사(GE)의 7AFE-타입으로 할 경우 배기가스(16)의 온도는 588℃로 되는데, 증기터빈의 출력이나 폐열회수보일러시스템(2)의 성능에 다소 차이는 있게 되지만, 평균적으로 과열기 출구온도는 약 555℃로 일정하게 유지되도록 요구되며, 상기 과열기 출구온도감지기(28)는 K-형 서머커플(Thermo Couple)를 비롯해서 경제성이나 요구성능을 고려하여 각각의 폐열회수보일러시스템(2)에 적합한 감지수단을 설치적용할 수 있다.

그리고, 이상의 밸브개폐조작은 프로그램화하여 자동조절되도록 하는 것이 바람직하다.

이상에서와 같이 본 발명은 과열기출구온도를 감지하여 과열기의 전체 증기통과길이를 조절하여 열교환시간을 조절하게 되므로 과열기를 빠져나가는 증기의 온도를 자동으로 조절가능하게 되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 종래의 장치에 별다른 장치를 추가하지 않고 바이패스 배관과 밸브 및 과열기출구온도 감지기만을 설치하므로서 저렴한 경비로 확실한 과열기 출구온도조절을 가능하게 할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (1)

1. 발전기(14)와 연소실(13) 및 가스터빈(11)으로 이루어진 가스터빈시스템(1)과, 절탄기(21)와 증발기(22)와 과열기(23)로 이루어진 폐열회수보일러시스템(2)과, 발전기(32)와 증기터빈(31)과 응축기(5)와 탈기기(4)로 구성된 시팀터빈시스템(3)으로 구성된 복합발전시스템에 있어서, 상기 폐열회수 보일러시스템(2)의 증발기드럼 (24)에서 유입되는 과열기유입관(45)에 전자밸브(26)를 설치하고, 상기 증발기드럼 (24)에서 과열기유입관(45)을 바이패스하여 과열기(23)에 연결되는 바이패스배관 (46)을 설치하고 상기 바이패스배관(46)에 전자밸브(27)를 설치하며, 상기 밸브(26, 27)에 연결되도록 과열기 출구온도 감지기(28)를 과열기 출구에 설치된 것을 특징으로하는 복합발전 폐열회수 보일러 과열기 출구온도 조절구조.