KR100437922B1 - 증기터빈의저압단을냉각시키기위한방법및장치 - Google Patents

증기터빈의저압단을냉각시키기위한방법및장치 Download PDF

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KR100437922B1 KR10-1998-0701420A KR19980701420A KR100437922B1 KR 100437922 B1 KR100437922 B1 KR 100437922B1 KR 19980701420 A KR19980701420 A KR 19980701420A KR 100437922 B1 KR100437922 B1 KR 100437922B1
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Abstract

본 발명은 물-증기-루우프(12)내에 접속된 증기 터빈(1)의 저압단을 냉각시키기 위한 방법에 관한 것이다. 냉각제(K')는 특히 무부하 완속 운전시 상기 저압단(2)의 부분(24)을 관류한다. 이 때 얻어진 열을 이용하는 동시에 매우 효과적인 냉각을 보장하기 위해서, 증기 터빈(1) 뒤에 접속된 응축기(4)로부터 빼내진, 냉각 과정 동안 흡수된 열을 물-증기-루우프(12)로 보내 주는 응축물(K)을 냉각제(K')로서 사용한다. 이를 위해, 증기 터빈의 저압단은 응축기(4)의 배출구 단부에 연결된 냉각제 라인(22, 22')에 연결되며, 상기 냉각제 라인내에는 물-증기-루우프(12)에 접속된 열교환기(16, 16')가 배치된다.

Description

증기 터빈의 저압단을 냉각시키기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR COOLING A LOW-PRESSURE TURBINE SECTION}
가열 증기 터빈을 갖춘 터어보 발전기는, 터빈의 중압단으로부터 나오는 열을 분리할 때 터빈의 특정한 저압단 또는 모든 저압단에 증기를 공급하지 않고서 무부하 완속 운전(idling operation)으로 작동되도록 다양하게 설계되었다. 그러나 이러한 설계 방식에 의해서는, 특히 열이 완전히 방출되는 경우 그리고 터빈의 저압단이 차단되는 경우에 가열 증기 터빈의 저압단 내에 있는 블레이드가 심하게 가열된다.
배기 손실에 의한 블레이드의 용납될 수 없는 가열을 피하기 위해, 터빈에 제공된 추기 장치를 통해 터빈의 저압단에 냉각 증기 및/또는 응축물을 공급하는 방식이 독일 공개 공보 DE 41 29 518 A1에 공지되어 있다. 그러나 상기 방식에서는, 냉각 증기 내에 포함된 열이 원래 배기에 의해 생긴 손실열과 함께 증기 터빈하류에 접속된 응축기를 통해 배출되므로 더 이상 가열의 목적으로 사용될 수 없기 때문에, 비교적 큰 열손실이 발생된다. 배기에 의해 형성된 블레이드내에서의 온도 상승을 감소시키기 위해서 이에 상응하도록 냉각 증기의 양을 크게 선택하여야 하기 때문에, 열손실이 비교적 크다.
본 발명은, 냉각제가 특히 무부하 완속 운전시 터빈의 저압단을 통해 관류하는 방식으로, 물-증기-루우프에 접속된 증기 터빈의 저압단을 냉각시키기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 방법을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예는 도면을 참조하여 하기에 자세히 설명된다:
도 1은 응축물 펌프 하류에서 빼내진 응축물을 이용하여 증기 터빈 저압단의 가이드 블레이드를 냉각시키기 위한 기능도이고,
도 2는 응축기-온수조를 통해 안내되는 냉각 루우프를 도시한 다른 기능도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 증기 터빈 2 : 복류 저압단
4 : 응축기 6 : 온수조
8 : 응축물 라인 10 : 응축물 펌프
12 : 물-증기-루우프 14, 16 : 예열기
18 : 급수 용기 22, 22' : 냉각제 라인
24 : 가이드 블레이드 26 : 내부 하우징
30 : 제어가능한 밸브 S : 급수
32 : 체크 밸브 34 : 온도 측정 센서
36 : 조절기 38 : 신호 라인
40 : 순환 펌프 42 : 부분 유동 라인
44, 48, 50 : 밸브 52 : 냉각 루우프
K : 응축물 K' : 냉각제
t1, t2, t3: 부분 유동 TK': 최종 온도
본 발명의 목적은, 특히 무부하 완속 운전시 및/또는 경부하(low load) 운전시에도 터빈의 저압단을 매우 효과적으로 냉각시킬 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 매우 간단한 수단을 갖춘, 상기 방법을 실시하기에 적합한 장치에 의해 달성된다.
상기한 목적 및 다른 목적과 관련하여, 본 발명에 따라 증기 터빈의 저압단을 냉각하기 위한 방법으로서 물-증기-루으프에서 증기 터빈 하류에 연결된 응축기로부터 냉각제로 사용하기 위해 응축물을 추출하는 단계; 특히 무부하 완속 운전동안에 냉각제를 상기 증기 터빈의 저압단을 통해 관류시키는 단계; 그리고 냉각제의 부분 유동을 저압단을 통해 관류시킨 후, 물-증기-루우프로 열을 방출함으로써 냉각제의 부분 유동을 최초로 냉각시키는 단계; 그리고 물-증기-루우프로 적어도 부분 유동을 피드백(feedback)시키는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
본 발명은 무부하 완속 운전시 또는 경부하 운전시 터빈의 저압단을 냉각시키기에 적합한 냉각제가 효과적인 냉각 특성 뿐만 아니라 다른 특성, 즉 터빈 출력단의 배기에 의한 손실열의 가능한 많은 부분을 회복시키는 능력을 가지고 있다는 개념에 기초한다. 이를 위해 냉각제의 온도는 적절하게 낮아야 한다. 터빈 저압단의 무부하 작동시에도 필요한 진공을 유지하기 위해 응축기가 작동되기 때문에, 응축물을 냉각제로 사용하는 것이 매우 적합한데, 이는 특히 응축물이 적절한 온도를 가지기 때문이다.
냉각제의 이송은 폐쇄 냉각 루우프내에서 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우 냉각제는 터빈 저압단의 특정한 또는 모든 가이드 블레이드(guide blade) 내부에 존재하는 채널을 통해 안내된다. 대안적으로는, 냉각제가 터빈 저압단의 하우징 내부에 있는 채널을 통해, 즉 내부 하우징의 외부 윤곽 또는 내부 윤곽을 따라 안내될 수 있다.
가열된 냉각제의 부분 유동은 바람직하게 냉각이 이루어진 후에 응축기의 유출부(outflow side)에 제공되는 한편, 다른 부분 유동은 응축기의 유입부에 직접 제공된다.
가열된 냉각제가 물-증기-루우프에 공급되면, 냉각제의 압력 및 온도와 관련하여 적절한 지점에서 가열된 냉각제의 최종 온도를 조절함으로써 상기 공급 과정이 이루어진다. 냉각제의 최종 온도를 매우 적합하게 조절함으로써 터빈의 저압단에 공급되는 냉각제 유동이 조절된다.
본 발명의 목적을 살펴보면, 물-증기-루우프, 물-증기-루우프에 연결되고 저압단을 구비하는 증기 터빈, 및 상기 증기 터빈 하류에 연결되고 유출부를 구비한 응축기를 포함하는 증기 터빈 플랜트에서, 저압단을 냉각하기 위한 장치로서, 상기 응축기의 유출부에 연결되고, 상기 저압단에 연결되며, 그리고 상기 물-증기-루우프로 유도되는 응축물 냉각 라인과, 그리고 응축물 유동 방향으로 저압단 하류의상기 응축물 냉각제 라인에 연결된 제 1측부, 및 상기 응축물에 보유된 열을 전달하기 위한 물-증기-루우프에 연결된 제 2측부를 구비한 열 교환기를 포함하는 장치가 제시되어 있다.
상기 열교환기 또는 냉각기를 이용하여, 가열된 냉각제 내에 포함된 열은 회수를 위하여 매우 적합한 방식으로 추출되어 상기 물-증기-루우프의 적절한 지점에 방출되는데, 이러한 지점은 낮은 응축물 압력이 우세한 예를 들어 제 1저압-예열기의 하류와 같은 지점이다.
이 경우 상기 냉각제 라인은 응축기 바로 아래에 제공된 응축물 수집 용기 또는 온수조(hot well)에 연결되는 것이 바람직하다. 가열된 냉각제를 물-증기-루우프내의 적절한 지점으로 피드백할 때는 상기 냉각제 라인을 물-증기-루우프에 접속된 응축물 펌프의 압력측에 연결하는 것이 바람직하다. 대안적 또는 부가적으로는 순환 펌프를 상기 냉각제 라인에 접속시킬 수 있다. 순환 펌프를 접속시키는 것은, 상기 응축기의 온수조에 직접 연결된 냉각제 라인을 구비한 별도의 냉각 루프에 냉각재가 직접 안내되는 경우에 바람직하다.
2개의 도면에서 서로 일치하는 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하였다.
도 1은 복류 저압단(2)과, 그 하부에 배치된 응축기(4)와, 이 응축기의 응축물(K)을 위한 저장 용기 또는 온수조(6)를 포함하는 증기 터빈(1)의 출력단(final stage)만을 개략적으로 보여준다. 응축물(K)을 위한 저장 용기 또는 온수조(6)는응축물 펌프(10)를 구비한 응축물 라인(8)을 통해 부분적으로 도시된 증기 터빈(1)의 물-증기-루우프(12)에 연결된다. 응축물 라인(8)은 제 1예열기(first preheater; 14) 및 제 2예열기(16)를 통해 급수 용기(18)에 연결되며, 이 급수 용기(18)는 마찬가지로 물-증기-루우프(12)에 연결된다.
증기 터빈(1)의 작동시, 응축기(4)의 온수조(6)로부터 나오는 응축물(K)은 응축물 라인(8) 및 응축물 펌프(10) 그리고 예열기(14 및 16)를 거쳐 급수 용기(18)내로 흘러 들어가, 이 급수 용기내에 수집되고 통상적인 방식으로 가스가 제거된다. 이러한 급수 용기로부터, 증기 터빈(1)용 증기를 발생시키기 위해 물-증기-루우프(12)에 연결된 증발기 및 과열기 가열면 안에, 설명하지 않은 방식으로, 응축물이 급수(S)로서 제공된다. 증기는 작업을 수행하도록 증기 터빈(1)내에서 팽창된 후에 응축기(4)내로 안내되며, 이 응축기 내에서 증기가 응축된다. 응축물(K)은 온수조(6)내에 수집된다.
응축기(4)의 온수조(6)로부터 나오는 응축물(K)의 부분 유동(t1)은 응축물 라인(8)에서 응축물 펌프(10)의 압력부 상에 연결된 냉각제 라인(22)을 통해 저압단(2)에 공급된다. 이 경우 냉각제 라인(22)을 통해 단위 시간당 안내되는 응축물 또는 냉각제(K')의 량, 즉 냉각제 유동이 조절된다. 예시적인 실시예에서, 냉각제(K')는 2개만으로 도시된 저압단(2)의 가이드 블레이드(24)를 통해 관류한다. 이를 위해, 냉각 루우프 내에서 서로 교차 결합된 채널들이 자세하게 설명되지 않은 방식으로 가이드 블레이드(24) 내부에 제공된다. 대안으로 또는 부가적으로 냉각제(K')는 저압단(2)의 내부 하우징(26)내에도 제공되어진, 내부 하우징(26)의 외부 윤곽 또는 내부 윤곽일 수도 있는 채널을 통해 관류할 수 있다. 이러한 관류 과정은 화살표(28)로 지시되었다.
단위 시간당 터빈의 저압단(2)에 공급되는 냉각제(K')의 양을 조절하기 위한, 즉 응축물 부분 유동(t1)을 조절하기 위한 밸브(30)가 유입부 상에서 냉각제 라인(22)에 연결된다. 냉각제 라인(22)은 유출부로, 즉 냉각제(K')의 유동 방향으로 볼 때 증기 터빈의 저압단(2) 하류에서 제 2예열기(16)를 거쳐 안내되어 급수 용기(18)에 연결된다. 증기 터빈의 저압단(2)과 제 2예열기(16) 사이에는 하나의 체크 밸브(32)가 냉각제 라인(22)에 연결되어 있다.
냉각제 라인(22)을 통해 인도되는 냉각제(K')의 부분 유동(t1)은, 가이드 블레이드(24) 및/또는 내부 하우징(26)을 통해 관류할 때, 무부하 완속 운전시 또는 경부하 운전시 배기로 인해 생성되는 저압단(2)으로부터 나오는 열을 흡수하고, 그리고 제 2예열기(16)내에서 급수 용기(18)로 유입되는 응축물(K)에 이 열을 방출한다. 이 때 냉각되는 냉각제(K')는 이 급수 용기(18) 내에 직접 공급되는 응축물(K)과 급수 용기(18) 내에서 혼합된다.
증기 터빈의 저압단(2)을 냉각시킴으로써 이 결과, 가열된 냉각제(K')의 최종 온도(TK')를 조절하기 위해서 밸브(30)를 이용하여 냉각제 유동을 변화시킨다. 이를 위해, 냉각 루우프 내부에서 냉각제 라인(22)에 연결된 터빈 저압단(2)의 유출부에서 가열된 냉각제(K')의 현재의 최종 온도(TK')를 온도 센서(34)로 측정한다.조절기(36)는 측정된 최종 온도(TK') 및 미리 주어질 수 있는 설정 온도를 참조하여 검출된 조절값을 하나의 신호 라인(38)을 통해 냉각제의 부분 유동(t1)을 조절하기 위한 제어가능한 밸브(30)에 보내준다.
도 2에 따른 실시예에서는, 냉각제 라인(22')에서 순환 펌프(40)를 거쳐 저압단(2)의 가이드 블레이드(24)에 연결된 응축기(4)의 온수조(6)로부터 냉각제(K')로서 응축물(K)이 전달됨으로써, 특히 간단한 방식으로 터빈 저압단(2)의 냉각이 이루어진다. 냉각제(K')는 이러한 냉각동안 자체로 가열된다. 이러한 냉각시 자체 가열된 냉각제(K')의 부분 유동(t2)은 부분 유동 라인(42)을 통해서 응축기(4) 배관을 통하여 안내되는데, 이 부분 유동 라인(42)은 유출부측상에서 냉각제 라인(22')에 연결되며 하나의 밸브(44)가 내부에 연결되어 있다. 이러한 과정에서, 가열된 냉각제(K')는 그 열을 응축기(4)를 관류하는 냉각수(W)에 전달한다. 단위 시간당 온수조(6)로부터 빼내어지는 냉각제(K')의 양은 냉각제 라인(22')에 연결된 밸브(30')에 의해 다시 조절된다. 이 밸브(30')는 온도 측정 센서(34)를 이용하여 측정된 가열 냉각제(K')의 최종 온도(TK')에 따라 조절기(36)에 의해 다시 제어된다.
밸브(48 및 50)에 의해 조절 가능한 가열 냉각제(K')의 나머지 부분 유동(t3)은 열교환기 또는 예열기(16')를 통해 다시 안내되며, 이 때 상기 냉각제(K')는 증기 터빈(1)의 물-증기-루우프(12)에 있는 적절한 지점으로 그 열을 보낸다. 따라서, 도 2에 따른 실시예에서 냉각제(K')는 상기 응축기(4)를 통해 직접 연결된 별도의 냉각 루우프(52)내로 안내된다.
터빈 블레이드의 부식을 피하기 위해서, 상기 가이드 블레이드(24)는 그 냉각 채널을 통해 터빈 추기 장치로부터 빼내지는 증기에 의해서 가열될 수 있는데, 이는 공지된 기술로서, 본 명세서에서는 자세하게 도시되지 않는다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는, 물-증기-루우프내에 접속된 증기 터빈의 저압단을 냉각시키기 위해 이용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 증기 터빈의 저압단(2)을 냉각시키기 위한 방법으로서,
    물-증기-루우프(12) 내에서 증기 터빈(1)의 하류에 연결된 응축기(4)로부터 냉각제(K')로 사용하기 위한 응축물(K)을 빼내는 단계와:
    상기 냉각제(K')를 상기 증기 터빈의 저압단(2)을 통해 관류시키는 단계와: 그리고
    상기 물-증기-루우프(12)에 열을 방출시킴으로써, 상기 저압단(2)을 통해 유동한 후의 상기 냉각제(K')의 부분 유동(t1, t3)을 냉각시키고, 그리고 나서 상기 부분 유동을 상기 물-증기-루우프(12)로 피드백시키는 단계를 포함하는, 증기 터빈의 저압단(2)을 냉각시키기 위한 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 무부하 완속 운전시 상기 냉각제(K')를 상기 저압단(2)을 통해 관류시키는 단계를 포함하는, 증기 터빈의 저압단(2)을 냉각시키기 위한 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 냉각제(K')를 상기 저압단(2)의 하나 이상의 가이드 블레이드(24)를 통해 관류시키는 단계를 포함하는, 증기 터빈의 저압단(2)을 냉각시키기 위한 방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 냉각제(K')를 상기 저압단(2)의 내부 하우징(26) 안쪽의 채널을 통해 관류시키는 단계를 포함하는, 증기 터빈의 저압단(2)을 냉각시키기 위한 방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 냉각제(K')를 별도의 냉각 루우프(52)로 보내는 단계와, 그리고 상기 냉각제(K')를 상기 저압단(2)을 통해 유동시킨 후에 상기 응축기(4) 안으로 피드백시키는 단계를 포함하는, 증기 터빈의 저압단(2)을 냉각시키기 위한 방법.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 저압단(2) 하류에서의 상기 부분 유동의 최종 온도(Tk')를 제어하기 위하여 상기 냉각제 유동을 설정하는 단계를 포함하는, 증기 터빈의 저압단(2)을 냉각시키기 위한 방법.
  7. 물-증기-루우프(12), 상기 물-증기-루우프에 연결되며 저압단(2)을 구비하는 증기 터빈(1), 및 상기 증기 터빈의 하류에 연결되며 유출부를 구비하는 응축기(4)를 포함하는 증기 터빈 플랜트에서, 상기 저압단(2)을 냉각시키기 위한 장치로서,
    상기 응축기(4)의 유출부에 연결되고, 상기 저압단(2)에 연결되며, 그리고 상기 물-증기-루우프(12)에 이르는 응축물 냉각제 라인(22, 22'); 및
    응축물(K)의 유동 방향으로 상기 저압단의 하류에서 상기 응축물 냉각제 라인(22, 22')에 연결된 제 1측부와, 그리고 상기 응축물(K)에 보유된 열을 전달하기 위한 물-증기-루우프(12)에 연결된 제 2 측부를 구비한 열 교환기(16, 16')를 포함하는, 저압단(2)을 냉각시키기 위한 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 응축기(4)는 상기 냉각제 라인(22, 22')에 연결된 온수조(6)를 구비하는, 저압단(2)을 냉각시키기 위한 장치.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 물-증기-루우프(12)에 연결되고 상기 냉각제 라인(22)에 연결된 압력부를 구비한 응축물 펌프(10)를 포함하는, 저압단(2)을 냉각시키기 위한 장치.
  10. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 냉각제 라인(22')에 연결된 순환 펌프(40)를 포함하는, 저압단(2)을 냉각시키기 위한 장치.
  11. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 냉각과정 동안 가열된 상기 냉각제(K')의 최종 온도(TK')를 제어하기 위한 제어 장치를 포함하는, 저압단(2)을 냉각시키기 위한 장치.
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