KR100399241B1 - 응축물의가스를제거하는방법및장치 - Google Patents

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Abstract

가스- 및 증기 터빈 장치(2)의 응축물(K)의 가스를 제거하기 위해 응축물이 급수 용기(26)내에서 가열되고, 예열된 응축물(K′)이 상기 급수 용기내에 공급되며, 증기 터빈(2b)의 물-증기-순환계(3)내에 접속된, 가스 터빈(2)으로부터 나오는 폐가스(AG)에 의해 가열되는 가열 표면(6, 42, 52, 60)을 위한 급수(S)가 상기 급수 용기로부터 빼내진다. 가스 터빈(2a)으로부터 나오는 폐열을 고에너지로 이용함으로써, 장치의 높은 효율을 얻는 동시에 응축물(K)의 가스를 충분히 제거할 수 있도록, 예열된 응축물(K′)의 부분 흐름(t1) 또는 예열된 급수(S′)의 부분 흐름(t4)이 본 발명에 따라 응축물(K)을 가열하기 위한 가열 매체(HZ)로서 사용된다. 이를 위해, 상기 방법을 실행하기 위한 장치의 폐열 증기 발생기(1)내에서는 저압-이코노마이저(42)가 하나의 급수 용기(26)를 통해 응축물 예열기(6) 뒤에 접속되며, 상기 응축물 예열기(6) 또는 저압-이코너마이저(42)는 출구측으로 상기 급수 용기(26)내로 삽입되는 하나의 배출 라인(34 또는 74)을 포함한다.

Description

응축물의 가스를 제거하는 방법 및 장치{PROCESS AND DEVICE FOR DEGASSING A CONDENSATE}
가스-증기 터빈 장치에서, 가스 터빈으로부터 나오는 폐가스에 포함된 열은 증기 터빈용 증기를 발생시키기 위해 이용된다. 이 경우, 증기 터빈내에서 팽창된 증기는 물-증기-순환계내에서 응축되고, 그 때 생성되는 급수는 가스 터빈으로부터 나오는 고온 폐가스가 관류하는 폐열 보일러내에서 증발된다. 물-증기-순환계 내부의 부식을 피하기 위해서, 통상적으로 응축물내에서 방출된 가스, 특히 산소가 열적 가스 제거에 의해 제거된다. 이를 위해 통상적으로는 증기 터빈의 응축기 하류부에 연결된 급수 용기내에서 가스가 제거될 수 있는데, 이 경우 급수에 제공되는, 8 내지 15 K의 온도에서 쉽게 응고점 이하로 냉각되는 응축물은 가열 매체에 의해 비등 온도까지 가열된다.
간행물 ˝Handbuch der Energie[Energy Handbook]˝, Vol. 7, 1984, Pages 100 내지 107에 공지된, 급수 용기내에 모아진 응축물을 가열 및 가스 제거하기 위한 방법에서는, 상기 목적을 위해 폐열 보일러내에 있는 저압 증발기내에서 추가로 발생되는 증기가 가열 매체로서 사용된다. 또한, 유럽 특허 출원서 0 515 911호에 공지된 바와 같이, 증기 터빈의 저압부의 추기(steam extraction)의 형태로 된 증기가 가열 매체로서 사용될 수도 있다. 그러나 이러한 2가지 경우, 상기 가열 증기가 증기 터빈을 작동시키기 위해 손실되기 때문에, 장치의 효율이 제한된다.
또한, 유럽 특허 출원서 0 037 845호에는 폐열 보일러를 통해 별도로 안내되는 예열 루프가 급수를 예열하기 위해 제공되는, 조합 가스-증기 터빈 장치가 공지되어 있다. 일본 공개 특허 공보 44/109708호에는, 예열 급수의 유입 라인이 급수 용기를 가열하기 위해 제공되는 가스-증기 터빈 장치가 공지되어 있다. 그러나 이러한 경우, 응축물의 가스를 제거하기 위해 필요한 시스템을 마련하기 위한 기술적 비용이 많이 든다.
본 발명은 가스-증기 터빈 장치의 물-증기-순환계내에 있는 응축물의 가스를 제거하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 방법을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다.
도 1은 급수 용기내에서 가스를 제거하기 위한 회로를 갖춘 가스-증기 터빈장치의 폐열 증기 발생기의 개략도이고,
도 2는 응축물 파이프내에 팽창 용기를 갖춘, 도 1에 따른 실시예와 상이한 실시예를 나타낸 개략도이며,
도 3은 급수 파이프내에 팽창 용기를 갖춘, 도 1에 따른 실시예와 상이한 실시예를 나타낸 개략도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 폐열 증기 발생기2 : 가스-증기 터빈 장치
2a : 가스 터빈2b : 증기 터빈
3 : 물-증기-순환계4 : 응축물 라인
5 : 응축기6 : 응축물 예열기
8 : 피드백 라인10 : 순환 펌프
12, 16, 20, 22, 32, 40, 44 : 밸브
14 : 바이패스 라인18, 50, 54, 72, 72' : 라인
24 : 가스 배출기26 : 급수 용기
28 : 응축물 미러30 : 노즐관
34 : 파이프 라인36 : 급수 라인
38 : 급수 펌프42 : 저압-이코노마이저
46 : 저압-드럼48 : 저압-증발기
52 : 저압-과열기56 : 펌프
60 : 이코노마이저-가열면64 : 응축기
70, 70' : 팽창 용기74 : 배출 라인
AG : 고온 폐가스HD : 고압-증기
HZ : 가열 매체K : 응축물
K' : 예열 응축물MD : 중간압-증기
ND : 저압-증기S, S' : 급수
t1, t2, t3, t4: 부분 흐름
본 발명의 목적은, 매우 간단한 수단을 이용하여 가스 터빈으로부터 발생되는 폐열을 에너지로 이용함으로써, 장치의 효율을 높이는 동시에 응축물의 가스를 충분히 제거할 수 있도록, 가스-증기 터빈 장치의 물-증기-순환계내에서 응축물의 가스를 제거하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 목적은, 상기 방법을 실시하기에 적합한, 간단한 수단을 갖춘 장치에 의해 달성되어야 한다.
방법과 관련된 상기 목적은 본 발명에 따라, 차가운 응축물이 예열 응축물에 혼합되고, 이 때 예열되고 혼합되지 않은 응축물의 부분 흐름 또는 예열 급수의 부분 흐름이 가열 매체로서 사용됨으로써 달성된다.
본 발명은, 증기를 물-증기-순환계로부터 빼내는 것을 피하면서 급수 용기내에서 가스를 제거하기 위한 가열 매체를 가급적 가스 터빈-폐가스의 저압-온도 범위로부터 얻음으로써, 매우 높은 폐가스 열 이용 및 그와 함께 폐열 보일러의 높은 효율이 달성될 수 있다는 생각에서 출발하였다. 급수 용기내에서 급수 온도를 조절하기 위해, 다음에 차가운 응축물과 혼합되는 응축물의 단 일부의 양만이 예열된다.
본 발명에 따른 방법에서 상기 부분 흐름은 직접 급수 용기내로 유입될 수 있다. 그러나 바람직하게는, 부분 흐름이 급수 용기내로 유입되기 전에 팽창된다. 이 경우에는, 상기 부분 흐름의 팽창시 생성되는 증기뿐만 아니라 그 때 생성되는 물이 함께 상기 급수 용기에 공급되는 것이 바람직하다.
응축물이 급수 용기내로 유입되기 전에 응축물의 예열 온도를 세팅하는 것은 바람직하게, 예열 응축물의 적어도 일부분이 순환계내에 안내되고, 이 때 예열 응축물이 상기 차가운 응축물에 혼합됨으로써 이루어진다.
상기 급수 용기는 가스 제거 기능에 추가하여 중간 저장의 기능도 담당하는데, 이 경우 물-증기-순환계에 공급되는 급수의 흐름을 조절하기 위한 상기 급수 용기의 점유율은 급수 용기내에서 조절되는 응축물 미러에 의해 모니터링된다. 응축물의 가스를 매우 효과적으로 제거하기 위해서는, 가열 매체가 급수 용기내의 응축물 미러 아래로 안내되는 것이 바람직하다. 그러면, 응축물의 가열에 의해 방출되는 가스가 응축물 미러의 표면에 나타남으로써, 방출된 가스의 증기화가 급수 용기내에서 이루어지게 된다.
물-증기-순환계내에 연결된 응축물 예열기를 갖는 폐열 증기 발생기를 갖춘, 상기 방법을 실시하기 위한 장치와 관련된 상기 목적은 본 발명에 따라, 저압-이코노마이저가 급수 용기를 통해 응축물 예열기 뒤에 연결되고, 상기 응축물 예열기가 출구측에 상기 급수 용기내로 삽입되는 배출 라인을 포함하며, 응축기 및 급수 용기 사이에 연결된 바이패스 라인이 상기 응축물 예열기에 병렬 연결됨으로써 달성된다. 대안적으로, 상기 저압-이코노마이저는 출구측에 급수 용기내로 삽입되는 배출 라인을 포함한다.
가열 매체, 즉 예열 응축물 또는 예열 급수를 급수 용기내로 제공하는 것은 상이한 방법으로 이루어질 수 있다. 한가지 가능성은, 응축물 예열기로부터 배출되는 고온, 압력하의 물 또는 응축물이 노즐관을 갖춘 적합한 파이프 시스템을 통해 직접 급수 용기내로 유입됨으로써, 용기의 노즐관내에서 물/증기-혼합물이 팽창되는 것이다.
배출 라인내에 연결된 팽창 용기내에서의 팽창은 대안적인 실시예에서 이루어진다. 이 경우에는 바람직하게 팽창 용기의 증기측뿐만 아니라 물측이 급수 용기와 연결된다.
응축물의 온도를 조절하기 위해, 응축물 예열기에 피드백 라인이 병렬 연결된다.
본 발명의 실시예는 도면을 참조하여 하기에 자세히 설명된다.
도면에서 매칭되는 부분은 동일한 도면 부호로 표시되었다.
도 1에 단면도로 도시된 폐열 증기 발생기(1)는 전기 에너지를 발생시키기 위한 가스-증기 터빈 장치(2)의 부분이다. 상기 폐열 증기 발생기(1)는 가스 터빈(2a)으로부터 나오는 고온 폐가스(AG)가 관류되고, 증기를 발생시키기 위해 사용되며, 증기 발생기(1)의 가열면은 증기 터빈(2b)의 물-증기-순환계(3)에 연결된다.
또한, 폐열 증기 발생기(1)는 응축물 라인(4)을 통해 응축기(5)에 연결된 응축물 예열기(6)를 포함하며, 상기 응축물 예열기(6)는 밸브(12) 및 순환 펌프(10)를 가지는 피드백 라인(8)을 경유하여 입구측으로부터 출구측으로 연결된다. 필요한 경우에 상기 응축물 예열기(6)를 분기하기 위해, 밸브(16)를 갖는 바이패스 라인(14)이 상기 예열기에 병렬 연결된다. 또한 상기 응축물 예열기(6)는 밸브(20 및 22)가 연결된 라인(18)을 통해 출구측으로 급수 용기(26)의 부분인 가스배출기(24)에 연결된다. 파이프 라인(34)내에 있는 밸브(32)를 경유하여 라인(18)과 연결되어 응축물 예열기(6)의 출구와 연결된 노즐관(30)이 급수 용기(26) 내부의 응축물 미러(28) 아래로 삽입된다.
급수 용기(26)의 출구는 밸브(40) 및 급수 펌프(38)를 갖는 급수 라인(36)을 경유하여, 저압-예열기 또는 저압-이코노마이저(42)로 연결된다. 저압 이코노마이저(42)는 폐열 증기 발생기(1)의 가열면이다. 상기 저압-이코너마이저(42)는 밸브(44)를 경유하여 저압-드럼(46)과 연결되며, 폐열 증기 발생기(1)내에 가열면으로서 배치된 저압-증발기(48)가 상기 드럼에 연결된다. 상기 저압-드럼(46)은 증기측으로 라인(50)을 통해 저압-과열기(52)에 연결되며, 상기 저압-과열기의 가열면은 마찬가지로 폐열 증기 발생기(1)내에 배치된다.
또한, 저압-이코너마이저(42)는 출구측으로 라인(54)을 경유하여, 폐열 증기 발생기(1)내에 배치된 다른 이코노마이저-가열면(60)을 갖는 밸브(58) 및 펌프(56)와 연결된다. 상기 이코노마이저-가열면(60)은 출구측으로 자세하게 도시되지 않은 방식으로 폐열 증기 발생기(1)내에 배치된 다른 증발기 가열면 및 과열기 가열면과 연결되며, 상기 증발기 가열면 및 과열기 가열면은 저압-과열기(52)와 마찬가지로 증기 터빈(2b)내로 삽입된다. 이와 같은 연결은 화살표(62 및 64)로 표시된다. 이때 상이한 압력단, 즉 저압-증기(ND), 중간압-증기(MD) 및 고압-증기(HD)의 증기가 증기 터빈(2b)에 공급된다.
폐열 증기 발생기(1)의 작동시, 증기 터빈 하류부에 연결된 응축기(64)로부터 나오는 응축물(K)이 응축물 라인(4)을 경유하여 응축기 예열기(6)에 공급된다.이 때 응축물 예열기(6)는 바이패스 라인(14)을 경유하여 전체적으로 또는 부분적으로 분기될 수 있다. 응축물(K)은 가스 터빈(2a)으로부터 배출되는 고온 폐가스(AG)와의 열교환에 의해 응축물 예열기(6)내에서 가열되며, 또한 적어도 부분적으로 순환 펌프(10)를 경유하여 피드백 라인(8)내에서 순환된다. 예열 응축물(K′)은 라인(18)을 통해 급수 용기(26)내에 공급된다. 이 때, 상기 급수 용기내에서 예열 응축물(K′)은 라인(34)을 통해 공급되는 예열 응축물(K′)의 부분 흐름(t1)에 의해 가열된다. 이를 위해, 부분 흐름(t1)은 밸브(32)를 통해 가열 매체(HZ)로서 직접 급수 용기(26)내에 유입되며, 이 때 상기 가열 매체는 노즐관(30)내에서 팽창된다. 따라서, 배출된 가스의 증기화가 단지 급수 용기(26)내에서만 이루어지게 된다.
예열 응축물(K′)은 급수 펌프(38)를 통해 급수(S)로서 저압-이코노마이저(42)에 공급되며, 상기 저압-이코노마이저에서 급수(S)가 계속 가열된다. 예열 급수(S)의 부분 흐름(t2)은 저압-드럼(46)내로 안내된다. 상기 예열 급수(S)의 부분 흐름은 저압-증발기(48)내에서 증발되며, 이 경우 저압-드럼(46)내에서 분리된 증기는 저압-과열기(52)내에서 과열되고, 과열된 상기 저압-증기(ND)는 증기 터빈(2b)의 저압부에 공급된다.
예열 급수(S′)의 부분 흐름(t3)은 펌프(56)에 의해 높은 압력 레벨로 만들어지고, 그 다음에 이코노마이저(60)내에서 계속 가열된다. 상기 부분 흐름(t3)은 자세하게 도시되지 않은 방식으로 마찬가지로 증발되고, 과열된 고압-증기(HD)는 증기 터빈(2b)의 고압부에 공급된다.
도 2에 따른 실시예에서 팽창 용기(70)는 배출 라인(4)내에 연결된다. 본 경우에는 예열 응축물(K′)의 부분 흐름(t1)의 팽창시에 분리된 증기가 가열 매체(HZ)로서 사용된다. 부분 흐름(t1)의 팽창시 팽창 용기(70)내에서 분리된 물은 라인(72)을 통해 급수 용기(26)에 공급된다.
도 3에 따른 실시예에서 저압-이코노마이저(42)는 출구측으로 밸브(73)를 포함하는 배출 라인(74)을 통해 급수 용기(26)에 연결되며, 상기 배출 라인을 통해 예열 급수(S′)의 부분 흐름(t4)이 안내된다. 본 경우에는, 예열 급수(S′)의 부분 흐름(t4)의 팽창시 팽창 용기(70′)내에서 분리된 증기가 급수 용기(26)내에 있는 응축물(K′)을 가열하기 위한 가열 매체(HZ)로서 사용된다. 상기 팽창 용기(70′)는 물측으로 라인(72′)을 통해 재차 급수 용기(26)와 연결된다.
예열 응축물(K′)의 부분 흐름(t1) 또는 예열 급수(S′)의 부분 흐름(t4)을 급수 용기(26)내에 있는 응축물(K′)을 가열하기 위한 가열 매체(HZ)로서 사용함으로써, 부가의 예열 가열면 또는 증발기 가열면 및/또는 예컨대 펌프와 같은 부가의 보조 장치를 사용하지 않고서도, 매우 효과적인 방법으로 폐열 증기 발생기(1)의 저온 영역으로부터 가열 매체(HZ)를 위한 열이 제거된다.
본 발명에 따른 방법 및 장치에 의해, 가스-증기 터빈 장치의 물-증기-순환계내에 있는 응축물로부터 가스를 효과적으로 제거할 수 있다.

Claims (9)

  1. 급수 용기(26)내에서 응축물을 가열하여 가스-증기 터빈 장치(2)의 응축물(K)의 가스를 제거하기 위한 방법으로서,
    상기 급수 용기(26)에는 예열 응축물(K′)이 공급되고 가열면(6, 42, 48, 52, 60)을 위한 급수(S)가 인출되며, 상기 가열면(6, 42, 48, 52, 60)은 증기 터빈(2b)의 물-증기-순환계(3)에 연결되고 가스 터빈(2a)으로부터 나오는 폐가스(AG)에 의해 가열되며, 차가운 응축물(K)이 예열 응축물(K′)에 혼합되며, 혼합되지 않은 예열 응축물(K′)의 부분 흐름(t1) 또는 예열 급수(S′)의 부분 흐름(t4)이 응축물을 가열하기 위한 가열 매체(HZ)로서 사용되는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 부분 흐름(t1, t4)을 상기 급수 용기(26)내로 유입하기 전에 팽창시키는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 부분 흐름(t1, t4)의 팽창시 생성되는 증기와 상기 팽창시 생성되는 물을 상기 급수 용기(26)에 공급시키는 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 매체(HZ)를 상기 급수 용기(26)내의 응축물 미러(28) 아래로 안내시키는 방법.
  5. 제 1 항에 따른 방법을 실시하기 위한 장치로서,
    물-증기-순환계(3)내에 연결된 응축물 예열기(6) 및 급수 용기(26) 하류부에 연결된 저압-이코노마이저(42)를 갖는 폐열 증기 발생기(1)를 포함하며, 상기 응축물 예열기(6)가 출구측에 상기 급수 용기(26)로 이어지는 배출 라인(34)을 포함하고, 응축기(5) 및 상기 급수 용기(26) 사이에 연결된 바이패스 라인(14)이 상기 응축기 예열기(6)에 병렬 연결되는 장치.
  6. 제 1 항에 따른 방법을 실시하기 위한 장치로서,
    물-증기-순환계(3)내에 연결된 응축물 예열기(6) 및 급수 용기(26)를 하류부에 연결된 저압-이코노마이저(42)를 갖는 폐열 증기 발생기(1)를 포함하며, 상기 저압-이코노마이저(42)가 출구측에 상기 급수 용기(26)로 이어지는 배출 라인(74)을 포함하고, 상기 응축기 예열기(6)에 바이패스 라인(14)이 병렬 연결되는 장치.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 배출 라인(34, 74)에 연결되는 팽창 용기(70, 70′)를 더 포함하는 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 팽창 용기(70, 70′)가 물측으로 상기 급수 용기(26)와 연결되는 장치.
  9. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 응축물 예열기(6)에 피드백 라인(8)이 병렬 연결되는 장치.
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