KR100563518B1

KR100563518B1 - 증기 발전소 및 상기 증기 발전소의 전력 조정을 위한 방법

Info

Publication number: KR100563518B1
Application number: KR1020007005069A
Authority: KR
Inventors: 귄터 칼리나; 루돌프 크랄; 에버하르트 비트코프
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1997-11-10
Filing date: 1998-10-28
Publication date: 2006-03-27
Also published as: WO1999024698A1; CA2309058A1; MY118855A; KR20010040271A; DE59805131D1; ID24120A; EP1030960B1; DE19749452A1; DE19749452C2; CA2309058C; CN1143947C; JP4343427B2; EP1030960A1; RU2209320C2; ES2182377T3; CN1277653A; US6301895B1; JP2001522964A

Abstract

증기 터빈(2) 및 제너레이터(6)를 포함하고 그 작동 시 과열기 가열 표면 내에 또는 앞쪽에 물을 분사하는 터빈 세트를 갖는 증기 발전소(1)에 있어서, 매우 낮은 비용으로 확실한 고속 전력 조정이 보증되어야 한다. 상기 증기 발전소(1)의 고속 전력 조정 방법에 따라, 제너레이터의 추가 출력을 조정하기 위해 물(W) 분사율을 증가시킨다. 상기 방법을 실시하기에 매우 적합한 증기 발전소(1)에 있어서 증기 발생기(28)의 과열기 가열 표면에 물 분사기(70, 72)가 제공되며, 상기 물 분사기(70, 72)는 과열기 가열 표면 내로의 물(W) 분사율을 조절하기 위해 조정기(82)와 연결되고, 제너레이터의 추가 요구 출력에 따라 물 분사기(70, 72)로 제어 신호를 공급한다.

Description

증기 발전소 및 상기 증기 발전소의 전력 조정을 위한 방법{POWER REGULATING PROCESS FOR A STEAM GENERATING POWER PLANT AND STEAM GENERATING POWER PLANT}

본 발명은 증기 터빈 및 제너레이터를 포함하는 터빈 세트를 갖는 증기 발전소의 전력 조정 방법에 관한 것으로서, 상기 증기 발전소의 작동시 과열기 가열 표면 내에 또는 앞쪽에 물 분사가 이루어진다. 또한 본 발명은 상기 방법을 실시하기에 적합한 증기 발전소에 관한 것이다.

상기 방법 및 설비는 예컨대 프랑스 특허 출원 공개 명세서 제 23 81 172호에 공지되어있다.
전기 에너지 공급 시스템에서의 안전한 에너지 공급은 소수의 발전소 블록에 의한 전기 에너지의 발생 및 전기 배전망 내 소수의 소비자에 의한 상기 에너지의감소 간의 면밀한 조정을 전제로 한다. 상기 전기 에너지의 발생량과 감소량이 동일하면 전기 회로 내 실제 특성값인 공급 주파수가 일정하다. 상기 공급 주파수의 공칭값은 예를 들어 유럽 연결망 내에서 50Hz이다. 예컨대 발전소 블록의 고장에 의해 또는 소비자의 스위치 온/오프에 의해 나타나는 주파수 편차는 발생기 출력의 상승 또는 하강에 대한 기준으로서 고려될 수 있다.

에너지 공급 시스템 내부에서 주파수 편차를 조절하는 것 외에도, 배전망(연결망 또는 고립망)을 구성하는 서브네트로의 결합 위치에 제공된 교환 출력을 유지해야 한다는 또 다른 목적이 존재한다. 따라서 발전소 블록의 고속 전력 증가를 수 초 이내에 이용할 수 있어야 한다. 이러한 경우 예컨대 전 부하에 대해 약 3 ~ 5%의 급격한 부하 증가가 30초 이내에 일어날 수 있어야 한다는 것이 요구될 수 있다. 이와 같은 고속 예비 전력을 제공하기 위해 프랑스 특허 출원 공개 명세서 제 23 81 172호에 공지된 설비가 설계되며, 또한 적합하다.

고속 전력 조정 및 주파수 유지에 대한 가능성이 간행물 "VGB Kraftwerkstechnik" 제 1권, 1980. 1월호, 18 ~ 23 페이지에 공지되어있다. 초 범위에서 이루어지는 신속한 출력 변동[세컨드 리저브(seconds reserve)]을 위해 동시에 또는 교대로 실행될 수 있는 다수의 결합 가능성이 존재하는 동안, 발전소 블록 출력의 나머지 변동을 위해 연료 공급의 변동이 요구된다. 따라서 화석 연료로 점화된 증기 발전소에서 통상적으로 지연 시간을 수 초 내로 조정하기 위해 흐름이 억제되도록 조정된 상태에 있는 증기 터빈의 조종 밸브가 미리 열림으로써 사용 가능한 증기 어큐뮬레이터가 실제로 지연없이 활성화되고 증기가 방출된다. 그러나 증기 발전소의 이와 같은 작동 방식은 흐림이 억제된 상태에서 높은 현열 소비를 일으킴으로써 조건적으로만 경제적이다.

출력의 증가 외에도, 물-증기 순환계에 제공되어 증기 터빈의 추기 증기로 가열되는 예열기가 증기 터빈 조종 밸브 차단의 중화에 의해 스위치 오프될 수 있다. 저압 예열기를 통해 동시에 흐르는 응축물은 몇 초 이내에 멈추었다가 다시 증가할 수 있다. 응축물의 정지에 의한 예열기의 스위치 오프를 통해 화석 연료로 점화된 발전소 블록에서 고속으로 전력을 조정하기 위한 상기 수단은 예컨대 독일 특허 공보 제 33 04 292호에도 공지되어있다.

신속한 세컨드 리저브의 조정 및/또는 제어를 위해, 즉 재생식 예열기 및/또는 발전소 블록의 증기 터빈의 물-증기 순환계 내 공정용 증기 및 응축물의 열 응축기로 가는 증기 흐름의 제어된 응력의 조정 및/또는 제어를 위해 통상적으로 조절 장치가 사용된다. 상기 조절 장치는 고속 전력 조정을 위해, 즉 세컨드 리저브의 활성화를 위해 예열기로의 증기 공급을 제한하고, 공정용 증기 및/또는 응축물을 감량한다. 이 때 터빈 추기 내 조절 밸브의 위치 설정값 및 응축물 조절용 컨트롤 유닛의 위치 설정값이 제너레이터의 추가 요구 출력에 도달되도록 형성된다. 그러나 이에 적합한 증기 터빈의 설계는 비교적 비용이 많이 든다. 또한 전술한 조정 장치는 너무 복잡하고 고장이 나기 쉬워서 고속 전력 조정을 위한 상기 방식의 시스템은 제한적으로만 신뢰성을 갖는다.

본 발명의 목적은 전술한 방식의 증기 발전소의 전력 조정을 위한 방법을 제공하는 것이며, 상기 방식에 의해 매우 저렴한 비용으로 확실한 고속 전력 조정이 보증된다. 부가로 상기 방식을 실시하는데 매우 적합한 증기 발전소가 제공되어야 한다.

상기 방법에 관하여 본 발명의 목적은 전 부하에 대해 약 3 ~ 5%의 제너레이터 추가 출력의 조정이 약 30초 동안의 반응 시간 이내에 물 분사율의 증가에 의해 이루어짐으로써 달성된다.

본 발명은, 사용된 부품들과 관련하여 매우 저렴한 비용으로 확실한 고속 전력 조정을 달성하기 위해서는 비용이 많이 드는 증기 터빈의 물-증기 순환계 내 증기 어큐뮬레이터의 활성화가 포기되어야 한다는 고찰에서 출발한다. 증기 어큐뮬레이터를 활성화하지 않고도 증기 터빈의 전력 공급이 비교적 빠르게 증가될 수 있 으며, 증기 터빈에 전달될 증기 유동량이 단시간에 증가된다. 이러한 증가는 과열기 가열 표면 안쪽 또는 앞쪽에 추가로 물이 분사됨으로써 이루어진다.

과열기 가열 표면 영역에 추가로 물을 분사하게 되면 추가의 증기 유동이 발생하게 되고, 잠시 후 증기 터빈으로부터 공급된 전력이 증가하게 된다. 물 분사율의 증가에 의해 맨 먼저 과열기 가열 표면 내 증기의 온도가 하강한다. 이러한 증기 온도의 하강은 열 전달 수준에 결정적인, 과열기 가열 표면과 증기 사이의 온도차를 증가시킨다. 이러한 방법으로 상기 과열기 가열 표면으로부터 축적 열이 제거되고, 연도 가스로부터 추가로 더 열이 제거될 수 있게 됨으로써 증기 발생기 내에서 과열기 가열 표면 상으로 전달된 열이 일시적으로 증가한다.

바람직하게는 제너레이터의 추가 출력을 조절하기 위해 고압 과열기 및/또는 중간 과열기 내로 이루어지는 물 분사율이 증가된다.

증기 터빈으로부터 제공된 전력의 바람직하지 않은 귀환 행정을 막기 위해 바람직하게는 늦어도 약 1분의 대기 시간 후에, 물 분사율의 증가를 참작하여, 과열기 가열 표면으로부터 유출된 증기의 온도에 대한 설정값이 규정량만큼 감소된다. 즉 제시된 바와 같이 과열기 가열 표면 내 증기 온도가 증가된 물 분사열에 따라 약 60초 후에 감소되며, 이것은 온도에 의한 조정시 물 분사율의 감소 및 그로 인한 증기 터빈으로부터 공급된 전력의 귀환 행정을 초래할 수 있다. 과열기 가열 표면으로부터 유출된 증기의 온도에 대한 설정값이 적절한 시기에 감소될 때 상기와 같은 귀환 행정을 확실하게 막을 수 있다.

바람직하게는 물 분사율의 증가와 병행하여 증기 발전소의 증기 발생기에 설 치된, 화석 연료로 가열된 연소실로의 연료 유입이 최대로 빨라지며, 물 분사율의 증가와 동시에 또는 물 분사율의 증가 직후에, 제너레이터의 추가 요구 출력에 매칭되는 값만큼 증가한다. 연소 유입량의 증가는 예컨대 석탄 연소된 증기 발생기의 경우 약 2 ~ 4분 후 증기 터빈으로부터 공급된 전기 출력이 증가하는 형태로 효력을 나타낸다. 증기 터빈으로부터 공급된 출력이 연소 유입량의 증가에 따라 상승한다는 기준에서 볼 때, 물 분사율이 다시 그 초기값으로 감소될 수 있고 연속 작동을 위해 제공된 증기 온도 조절 장치가 다시 활성화될 수 있다.

증기 터빈 및 제너레이터를 포함하는 터빈 세트 및 증기 발생기를 포함하고, 상기 증기 발생기의 가열 표면이 증기 터빈의 물-증기 순환계에 접속되며, 상기 증기 발생기의 과열기 가열 표면에 물 분사기가 제공되고, 상기 물 분사기는 과열기 가열 표면으로의 물 분사율을 조절하기 위해 조정기에 연결되는 증기 발전소에 관하여, 본 발명에 따른 전술한 목적은 상기 조정기가 약 30초 동안의 반응 시간 이내에 전 부하에 대해 약 3 ~ 5%의 제너레이터 추가 요구 출력에 따라 분사율을 증가시키기 위해 물 분사기에 제어 신호를 제공함으로써 달성된다.

따라서 상기 조정기는 과열기 가열 표면으로의 물 분사율 증가를 수단으로 하여 단기적으로 요구되는 제너레이터의 추가 출력이 실행되도록 설계된다. 이를 위해 물 분사기에 설치되어 조정기의 영향을 받는 분사 밸브에 바람직하게 빠르게 작동되는 구동장치가 제공된다. 또한 조정기는 상기 분사 밸브의 구동장치를 위해 증기 발전소의 온도 조절 장치가 아닌 출력 조절 장치로부터 개방 펄스 및 폐쇄 펄스가 주어지도록 구성된다.

바람직하게는 상기 조정기의 출력이 신호 라인을 통해, 증기 발생기로의 급 수 유입을 조절하기 위해 제공된 조종 밸브 또는 증기 발생기로의 연료 유입을 조절하기 위해 설치된 연소실에 제공된 조종 밸브와 연결된다. 따라서 상기 조정기에 의해 한 편으로는 물 분사율의 증가로 인해 예비 용량이 단기적으로 활성화될 수 있으며, 다른 한 편으로는 연료 유입량의 변동에 의한 연속 출력의 상승이 중·장기적으로 활성화될 수 있다.

본 발명의 장점은 특히 물 분사율의 증가를 이용하여 매우 간단한 방법으로 사용된 부품에 대한 추가 요구사항이 없이 제너레이터의 추가 출력을 조절할 수 있다는 것이다. 특히 고속 전력 조정의 조건에 증기 터빈을 매칭시키기는 데에는 결코 많은 비용이 필요하지 않다. 따라서 고속 전력 조정의 개념은 특히 전체 부하 영역에서 낮은 열 소비로 작동될 수 있는 일반적인 구조 방식의 증기 터빈에도 적합하다. 상기 증기 터빈은 이와 같은 고속 전력 조정 시 약간만 하중을 받음으로써 상기 고속 전력 조정의 잦은 반복에도 증기 터빈에 매우 미세한 손상을 입힌다.

본 발명의 실시예는 도면을 참고로 더 자세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 증기 발전소의 개략도이다.

도면에 따른 증기 발전소(1)는 터빈 축(4)에 의해 제너레이터(6)와 연결되는 증기 터빈(2)을 포함한다. 실시예에서 상기 증기 터빈(2)은 고압 실린더(2a) 및 저압 실린더(2b)를 포함한다. 따라서 상기 증기 터빈(2)은 2단계로 실행된다. 그러나 대안적으로 상기 증기 터빈(2)은 하나 또는 다수의, 특히 세 개의 압력 단계 를 포함할 수도 있다.

상기 증기 터빈(2)의 출력은 증기관(10)을 통해 응축기(12)에 접속된다. 상기 응축기(12)는 응축 펌프(16) 및 증기로 가열된 예열기(18)가 연결되어있는 관(14)을 통해 급수 탱크(20)와 연결된다. 상기 급수 탱크(20)의 출력은 급수 펌프(24) 및 증기로 가열된 예열기(26)가 연결되는 공급 파이프(22)를 통해, 증기 발생기(28) 내에 설치된 가열 표면 장치(30)에 연결된다.

상기 가열 표면 장치(30)는 증발기 가열 표면(32)을 포함한다. 상기 증발기 가열 표면(32)은 연속 흐름 증발기 가열 표면 또는 자연 순환 증발기 가열 표면로 구성될 수 있다. 또한 상기 증발기 가열 표면은 실시예에 도시되지 않은, 순환(회전)을 일으키기 위한 물-증기-드럼에 공지된 방법으로 연결될 수 있다.

상기 증발기 가열 표면(32)은 마찬가지로 증기 발생기(28) 내에 설치된 고압 과열기(34)에 연결되며, 상기 고압 가열기(34)의 출력은 증기 터빈(2)의 고압 실린더(2a)의 증기 유입구(36)에 접속된다. 증기 터빈(2)의 고압 실린더(2a)의 증기 배출구(38)는 중간 과열기(40)를 통해 증기 터빈(2)의 저압 실린더(2b)의 증기 유입구(42)에 접속된다. 상기 저압 실린더(2b)의 증기 배출구(44)는 증기관(10)을 통해 응축기(12)에 연결됨으로써 폐쇄 물-증기 순환계가 발생한다.

그러므로 도면에 도시된 물-증기 순환계(46)는 두 개의 압력 단계만으로 형성된다. 그러나 하나 또는 다수의, 특히 세 개의 압력 단계로 형성될 수도 있으며, 이 경우 증기 발생기(28) 내에는 공지된 방식으로 추가 가열 표면이 설치된다.

상기 증기 터빈(2)의 고압 실린더(2a)와 저압 실린더(2b) 모두 각각 하나의 밸브(48 또는 50)에 의해 차단되는 분기관(52 또는 54)을 통해 순환할 수 있다. 증기 터빈(2)의 상기 저압 실린더(2b)에 할당된 분기관(54)의 출력은 응축기(12)에 직접 연결된다.

상기 증기 발생기(28)에는 화석 연료로 가열되는 연소실(56)이 포함되어 있다. 상기 연소실(56)에는 밸브(58)에 의해 차단될 수 있는 연소 공급 라인(60)을 통해 연료가 공급될 수 있으며, 밸브(62)에 의해 차단될 수 있는 라인(62)을 통해 연소 가스가 공급될 수 있다.

상기 고압 과열기(34)에는 공급 라인(72)을 통해 물(W)이 공급되는 물 분사기(70)가 할당된다. 유사한 방식으로 중간 과열기(40)에는 공급 라인(76)을 통해 마찬가지로 물(W)이 공급될 수 있는 물 분사기(70)가 할당된다. 고압 과열기(34) 및 중간 과열기(40)로의 물 분사열을 조절하기 위해 물 분사기들(70 및 74)이 각각 신호 라인(78, 80)을 통해 조정기(82)에 연결된다. 증기 발전소(1)의 연속 작동시 상기 조정기(82)는 고압 과열기(34) 또는 중간 과열기(40)로부터 유출되는 증기(D)의 온도가 프리세팅된 허용차 구역 내에서 일정하도록 물 분사기(70 및 74)에 작용한다. 또한 상기 조정기(82)는 자세히 도시되지 않은 방법으로 적절히 배치된 온도 센서와 연결된다.

상기 조정기(82)는 고속 전력 조정을 위해 고압 과열기(34) 및/또는 중간 과열기(40)로의 물 분사열 증가를 이용하여 제너레이터의 추가 출력을 조정할 수 있도록 설계된다. 또한 제너레이터의 추가 요구 출력의 경우 온도에 의한 조정기(82)의 조정이 비활성화되고, 출력과 관련한 조정기 원리로 대체된다. 이 때 상기 조정기(82)는 증가된 증기 유동량에 따라 증기 터빈(2)의 출력 공급이 증가하기 시작하도록, 물 분사기(70 및 74)에 주어진 신호에 의해 고압 과열기(34) 또는 중간 과열기(40)로의 물(W) 분사열을 증가시킨다.

또한 상기 조정기(82)의 출력은 신호 라인(84)을 통해, 공급 라인(22)으로 접속된 조종 밸브(86)에 연결된다. 따라서 증기 발생기(28)로의 급수에 대한 유입 비율이 상기 조정기(82)에 의해 조절될 수 있다.

그 외에도 상기 조정기(82)는 신호 라인(90)을 통해 밸브(62)에 연결되고, 신호 라인(92)을 통해 조종 밸브(58)에 연결된다. 따라서 상기 조정기(82)에 의해 공기 공급 및 연소실(56)로의 연료 공급이 조절될 수 있다. 이 때 상기 조정기(82)는 연소실(56)로의 연료 공급이 물 분사율의 증가와 동시에 또는 물 분사열의 증가 직후에, 제너레이터의 추가 요구 출력에 매칭되는 값만큼 증가되도록 설계된다.

상기 증기 발전소(1)에 있어서 고속 전력 조정은 매우 간단한 방법으로 보증된다. 제너레이터의 추가 출력은 고압 과열기(34) 및/또는 중간 과열기(40)로의 물 분사율 증가에 의해 이루어질 수 있다.

Claims

증기 터빈(2) 및 제너레이터(6)를 포함하는 터빈 세트를 가지며, 작동시 과열기 가열 표면에 물 분사가 이루어지는 증기 발전소(1)의 전력 조정을 위한 방법에 있어서,

전 부하에 대해 약 3 ~ 5%의 제너레이터 추가 출력의 조정이 약 30초 동안의 반응 시간 이내에 물(W) 분사율의 증가에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는,

증기 발전소의 전력 조정을 위한 방법.
제 1항에 있어서,

상기 제너레이터의 추가 출력을 조절하기 위해 고압 과열기(34)로의 물(W) 분사율이 증가되는 것을 특징으로 하는,

증기 발전소의 전력 조정을 위한 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 제너레이터의 추가 출력을 조절하기 위해 중간 과열기(40)로의 물(W) 분사율이 증가되는 것을 특징으로 하는,

증기 발전소의 전력 조정을 위한 방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

늦어도 약 1분의 대기 시간 후에, 물(W) 분사율의 증가를 참작하여, 과열기 가열 표면으로부터 유출된 증기(D)의 온도에 대한 설정값이 규정량만큼 감소되는 것을 특징으로 하는,

증기 발전소의 전력 조정을 위한 방법.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 증기 발전소(1)의 증기 발생기에 설치된, 화석 연료로 가열되는 연소실(56)로의 연료 유입이 물 분사율의 증가와 동시에 또는 물 분사율의 증가직후에, 제너레이터의 추가 요구 출력에 매칭되는 값만큼 증가되는 것을 특징으로 하는,

증기 발전소의 전력 조정을 위한 방법.
증기 터빈(2) 및 제너레이터(6)를 포함하는 터빈 세트 및 증기 발생기를 가지며, 가열 표면이 상기 증기 터빈(2)의 물-증기 순환계(46)로 접속되고, 이 때 상기 증기 발생기의 과열기 가열 표면에 물 분사기(70, 72)가 제공되며, 상기 물 분사기는 상기 과열기 가열 표면으로의 물 분사율을 조절하기 위해 조정기(82)에 연결되는 증기 발전소(1)에 있어서,

상기 조정기(82)는 약 30초 동안의 반응 시간 이내에, 전 부하에 대해 약 3 ~ 5%의 제너레이터의 추가 요구 출력에 따라 분사율을 증가시키기 위한 상기 물 분사기(70, 72)에 제어 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는,

증기 발전소.
제 6항에 있어서,

상기 조정기의 출력이 신호 라인(84)을 통해, 상기 증기 발생기로의 급수 유입을 조절하기 위해 제공되는 조종 밸브(86)에 연결되는 것을 특징으로 하는,

증기 발전소.
제 6항 또는 제 7항에 있어서,

상기 조정기(82)의 출력이 신호 라인(92)을 통해, 상기 증기 발생기에 설치된 연소실(56)로의 연료 유입을 조절하기 위해 제공되는 조종 밸브(58)에 연결되는 것을 특징으로 하는,

증기 발전소.