KR100917624B1 - 복합 화력 발전 배기가스 처리용 길로틴 댐퍼 - Google Patents

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윤경열
이상길
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(주)남광엔지니어링
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Abstract

본 발명은 복합화력발전소에서 가스터빈과 폐열회수보일러 사이에 설치되어 고온의 배기가스를 차단하는 길로틴 댐퍼에 관한 것이다.
본 발명은 댐퍼 개폐시 상하 이동 및 전후 이동하는 블레이드의 동작 특성을 이용한 새로운 형태의 개폐방식을 구현함으로써, 블레이드가 정확한 개폐성능을 발휘할 수 있으며, 이에 따라 블레이드의 우수한 작동성 및 기밀성을 확보할 수 있는 복합화력발전 배기가스 처리용 길로틴 댐퍼를 제공한다.
복합화력발전, 가스터빈, 폐열회수보일러, 배기가스, 길로틴 밸브, 블레이드

Description

복합 화력 발전 배기가스 처리용 길로틴 댐퍼{Guillotine damper for exhaust gas treatment in complexpower generation plant}
본 발명은 복합화력발전 배기가스 처리용 길로틴 댐퍼에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복합화력발전소에서 가스터빈과 폐열회수보일러 사이에 설치되어 고온의 배기가스를 차단하는 길로틴 댐퍼에 관한 것이다.
일반적으로 복합화력발전은 천연가스나 경유 등의 연료를 사용하여 1차로 가스터빈을 돌려 발전하고, 가스터빈에서 나오는 배기가스열을 다시 폐열회수보일러(HRSG;Heat Recovery Steam Generator)에 통과시켜 증기를 생산한 후에 2차로 증기터빈을 돌려 발전하는 것이다.
복합화력발전은 두 차례에 걸쳐 발전을 하기 때문에 기존 화력보다 열효율이 10% 정도가 높고, 공해도 적으며, 정지했다가 다시 가동하는 시간도 짧다는 장점도 있다.
그리고, 복합화력발전은 현재 연료를 태워 얻은 증기를 이용하여 터빈-제너 레이터(Turbine-Generator)를 돌려 전기를 발생시킴과 아울러, 터빈을 지나친 증기를 이용하여 난방수를 가열함에 따라 아파트 등의 지역난방에 활용되기도 한다.
보통 복합화력발전은 크게 연료를 연소하여 전력을 생산하는 가스터빈과, 가스터빈에서 발생한 고온의 연소가스를 회수하여 고온고압의 스팀을 발생하는 폐열회수보일러와, 폐열회수보일러에서 배출되는 고온고압의 스팀을 이용하여 전력을 생산하는 스팀터빈으로 구분된다.
이러한 복합화력발전에 있어서, 덕트가 폐열회수보일러와 스팀터빈을 연결하며, 이때의 덕트에는 댐퍼장치가 설치되어 스팀터빈과 폐열회수보일러 사이를 흐르는 배기가스를 선택적으로 차단할 수 있도록 되어 있다.
그리고, 상기 덕트에는 바이패스 라인이 연결되어 폐열회수보일러에서 발생한 고온고압의 스팀은 덕트를 통해 스팀터빈으로 유입되지만, 스팀터빈이 고장 또는 정기점검에 의해 그 가동이 정지될 경우, 폐열회수보일러에서 생성된 고온고압의 스팀은 바이패스 라인을 통해 대기 중으로 배출된다.
상기 스팀터빈과 폐열회수보일러 사이에서 고온의 배기가스를 선택적으로 차단하는 역할을 수행하는 댐퍼장치는 여러 종류의 것의 적용되고 있다.
예를 들면, 90℃ 회전하는 방식의 피벗 댐퍼가 있으나, 이 경우 열차단이 잘 이루어지지 않는 문제점이 있고, 그리고 상하로 개폐되는 싱글 블레이드 타입의 길로틴 댐퍼가 있는데, 이 경우 스팀터빈측과 폐열회수보일러 간의 양쪽 온도차로 인해 블레이드의 변형이 발생하는 문제점이 있는 등 위의 두가지 타입의 댐퍼는 현재 거의 쓰이지 않고 있다.
최근에는 상하로 개폐되는 더블 블레이드 타입의 길로틴 댐퍼가 많이 사용되고 있는 추세이다.
상기 더블 블레이드 타입의 길로틴 댐퍼는 에어 실링 구조를 이용하여 열차단 성능이 우수하고, 또 스팀터빈측과 폐열회수보일러 간의 양쪽 온도차가 심한 경우에도 변형이 일어나지 않는 장점 때문에 최근 대부분의 복합화력발전소에 적용되고 있는 추세이다.
그러나, 기존의 길로틴 댐퍼는 상하로 이동하면서 덕트를 개폐하는 동작 특성을 가지고 있는데, 예를 들면 블레이드가 상하 이동하면서 그 단부를 스톱퍼의 쐐기홈에 끼워지도록 하는 구조이어서, 쐐기홈에 정확하게 끼워지기 어렵고, 한번 끼워지면 잘 빠지지 않는 등 전반적으로 작동 성능이 좋지 못한 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 댐퍼 개폐시 상하 이동 및 전후 이동하는 블레이드의 동작 특성을 이용한 새로운 형태의 개폐방식을 구현함으로써, 블레이드가 정확한 개폐성능을 발휘할 수 있으며, 이에 따라 블레이드의 우수한 작동성 및 기밀성을 확보할 수 있는 복합화력발전 배기가스 처리용 길로틴 댐퍼를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 복합화력발전 배기가스 처리용 길로틴 댐퍼는 가스터빈과 폐열회수보일러 사이의 배기가스 통로를 차단하는 블레이드를 포함하는 한편, 상기 블레이드의 하단부에는 롤러가 설치되고, 상기 블레이드가 접하는 댐퍼 프레임의 하부에는 경사진 형태의 롤러 안내부재 및 그 아래쪽의 스톱퍼가 설치되어, 블레이드 닫힘시 블레이드의 롤러가 롤러 안내부재의 경사면을 타고 아래로 안내됨과 동시에 앞쪽으로 이동하여 스톱퍼에 안착되면서 닫혀질 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 길로틴 댐퍼는 블레이드의 상단부에 설치되어 댐퍼 프레임에 있는 경사진 형태의 보조 롤러 안내부재 및 보조 스톱퍼에 안내 및 안착되는 보조 롤러를 더 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 제공하는 길로틴 댐퍼는 댐퍼의 개폐를 위한 블레이드의 작동시 블레이드가 베어링의 안내를 받아 상하 이동 및 전후 이동하면서 배기가스 통로를 차단 또는 개방함으로써, 종전과 같이 정확히 끼워지지 않거나 잘 빠지지 않는 등의 문제없이 블레이드의 개폐 동작이 정확하고 안정적으로 이루어질 수 있고, 이에 따라 블레이드의 우수한 작동성능 뿐만 아니라 완전한 기밀성능을 확보할 수 있는 장점이 있다.
또한, 블레이드의 가장자리 부분을 차폐시킬 수 있는 실링부재를 채용함으로써, 배기가스 통로 차단시 기밀성능을 한층 보강할 수 있는 장점이 있다.
또한, 블레이드의 상하 동작시 레일을 따라 움직이는 롤러부재를 채용함으로써, 블레이드의 개폐 동작이 소음없이 부드럽게 이루어질 수 있는 장점이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 길로틴 댐퍼를 나타내는 정면도, 확대도 및 단면도이고, 도 4와 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 길로틴 댐퍼에서 블레이드의 열림 상태 및 닫힘 상태를 각각 나타내는 측면도이다.
도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 길로틴 댐퍼는 스팀터빈과 폐열회수보일러 사이를 연결하는 배기가스 통로인 덕트에 설치되며, 이 덕트를 흐르는 배기가스를 선택적으로, 예를 들면 폐열회수보일러의 수리나 점검 등을 할 경우 선택 적으로 차단하는 역할을 한다.
이를 위하여, 상기 배기가스 통로에는 사각의 프레임 구조물로 이루어진 댐퍼 프레임(12)이 통로를 가로막는 자세로 설치되고, 이렇게 설치되는 댐퍼 프레임(12)의 내측으로는 상하 이동이 가능한 블레이드(10)가 설치되며, 이때의 블레이드(10)의 위치에 따라 배기가스 통로가 차단되거나 개방될 수 있다.
즉, 상기 블레이드(10)가 상승하여 윗쪽으로 위치되면 통로 개방상태가 되고, 블레이드(10)가 하강하여 아래쪽으로 위치되면 통로 폐쇄상태가 된다.
여기서, 상기 블레이드(10)는 더블 블레이트 타입으로서, 그 내부로 에어를 공급받아 열차단을 위한 실링작용을 수행할 수 있도록 되어 있다.
이를 위하여, 댐퍼 프레임(12)의 한쪽 옆에는 실 에어 팬(22)이 마련되고, 이때의 실 에어 팬(22)의 토출측에서 연장되는 실 덕트(23)는 댐퍼 프레임(12)의 일측에 연결된다.
이에 따라, 실 에어 팬(22)으로부터 공급되는 에어는 댐퍼 프레임(12)을 거쳐 블레이드(10)측으로 제공될 수 있으며, 이때의 에어 공급과 그 작용은 종전과 동일하여 구체적인 설명은 생략한다.
상기 블레이드(10)는 모터 구동방식의 체인(24)에 의해 상승 및 하강 동작을 수행할 수 있다.
예를 들면, 블레이드(10)의 상단부에는 양쪽 2곳 정도에 체인 브라켓(28)이 설치되고, 이때의 체인 브라켓(28)에 각 체인(24)의 한쪽 단부가 연결된다.
이에 따라, 상기 블레이드(10)는 2줄의 체인(24)에 의해 위로 당겨지거나, 자체 하중에 의해 아래로 내려오는 동작을 통해 배기가스 통로를 개폐할 수 있게 된다.
이때, 상기 체인(24)의 이동궤적을 안내하기 위하여 댐퍼 프레임(12)의 상부에 양쪽에는 서로 나란한 2열의 체인 커버(26)가 설치된다.
상기 체인(24)을 구동시키기 위한 구동부(25)는 댐퍼 프레임(12)의 상단부 일측에 마련된다.
상기 구동부(12)는 모터 등과 같은 액추에이터(25a)를 동력원으로 하여 스프로킷(25c)이 장착되어 있는 샤프트(25b)를 회전시켜주는 방식으로서, 상기 샤프트(25b)는 댐퍼 프레임(12)의 상단부에서 베어링에 의해 지지되는 구조로 수평 설치되고, 이렇게 설치되는 샤프트(25b)의 한쪽에 액추에이터(25a)가 연결되며, 샤프트(25b)에 있는 스프로킷(25c)이 체인(25)에 걸려지게 된다.
이에 따라, 상기 구동부(12)의 액추에이터(25a)가 작동하면, 샤프트(25b) 및 스프로킷(25c)의 회전에 의해 체인(25)이 당겨질 수 있고, 결국 체인(25)의 움직임에 의해 블레이드(10)가 위아래로 움직이면서 배기가스 통로를 개폐할 수 있다.
상기 블레이드(10)의 원활한 상하 작동을 위한 안내수단으로서, 레일(20)과 가이드 롤러(21)가 구비된다.
상기 레일(20)은 댐퍼 프레임(12)의 양측면부 내측을 따라 나란하게 설치되고, 상기 가이드 롤러(21)는 블레이드(10)의 양쪽 측면부에 일정간격으로 다수 개가 설치되면서 레일(20) 내에 수용되어 레일(20)을 타고 다닐 수 있게 된다.
이에 따라, 블레이드(10)는 상하 동작시 레일(20)을 따라 이동하는 가이드 롤러(21)의 안내를 받을 수 있고, 결국 블레이드 상하 동작이 보다 정확하게 이루어질 수 있게 된다.
특히, 본 발명에서는 블레이드(10)의 우수한 동작 특성을 확보할 수 있는 수단을 제공한다.
즉, 본 발명에서 제공하는 블레이드(10)는 종전과 같이 블레이드(10)가 상하로만 움직이면서 개폐 동작하는 것이 아니라, 상하 방향 및 이와 연계하여 전후 방향으로 움직이면서 개폐 동작하는 특성을 발휘할 수 있다.
이를 위하여, 상기 블레이드(10)의 하단부에는 롤러 브라켓(27)에 의해 회전가능하게 지지되는 구조로 롤러(11)가 설치되고, 이와 대응하여 댐퍼 프레임(12)의 하부에는 롤러(11)에 일대일 배속되는 롤러 안내부재(13)가 설치된다.
상기 롤러 안내부재(13)는 그 전면, 예를 들면 가스터빈쪽을 향하는 앞쪽면이 경사면으로 이루어져 있어서 롤러(11)가 경사면의 안내를 받으면서 미끄러져 내려오거나 올라갈 수 있으며, 또 이러한 경사면의 아래쪽에는 롤러(11)을 안착시킬 수 있는 스톱퍼(14)가 마련되어 있어서 롤러(11)가 스톱퍼(14)에 안착됨과 동시에 블레이드(10)가 최종 닫힘 상태를 유지할 수 있다.
이때의 롤러(11)는 블레이드(10)의 양편에 1개씩 적어도 2개 이상을 구비하는 것이 바람직하며, 상기 스톱퍼(14)에는 롤러(11)의 안정적인 안착을 위한 요홈부분을 형성하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 도 6에 도시한 바와 같이, 블레이드(10)의 닫힘시 블레이드(10)가 아래로 내려오면 롤러(11)는 롤러 안내부재(13)의 경사면 상단과 접하게 되고, 계속해서 경사면을 타고 아래로 미끄러져 내려옴과 동시에 살짝 앞쪽으로 이동하여(실질적으로는 경사진 방향으로 하향 이동하여) 스톱퍼(14)에 안착되므로서, 최종 블레이드(10)의 닫힘 상태가 유지될 수 있다.
이렇게 경사면을 타고 다니는 롤러(11)의 움직임을 이용하여 블레이드(10)가 상하 및 전후 방향으로 연계되어 움직이면서 개폐 동작을 수행함으로써, 종전과 같이 방향을 정확히 맞춰야 한다거나, 또 꽉 끼인다거나 하는 등의 문제없이 우수한 블레이드(10)의 개폐 성능을 확보할 수 있다.
한편, 블레이드(10)의 열림시에는 위와는 반대로 롤러(11)가 스톱퍼(14)로부터 롤러 안내부재(13)의 경사면을 타고 위로 미끄러져 올라감과 동시에 뒷쪽으로 이동하는(실질적으로는 경사진 방향으로 상향 이동하는) 진행 형태를 보임으로써, 열림작동 또한 부드럽게 이루어질 수 있다.
그리고, 위와 같은 롤러(11)와 경사면 간의 동작 특성을 보조하기 위하여 블레이드(10)의 상단부에도 이와 유사한 동작 특성을 발휘할 수 있는 수단이 마련된다.
예를 들면, 상기 블레이드(10)의 상단부에는 블레이드 후면에서 뒷편으로 약간 치우친 자세의 보조 롤러(17)가 설치되고, 이에 대응하여 댐퍼 프레임(12)의 중간부에도 보조 스톱퍼(16)를 갖는 보조 롤러 안내부재(15)가 설치된다.
이때의 보조 롤러 안내부재(15) 또한 상기 롤러 안내부재(15)와 마찬가지로 전면이 경사진 형태의 경사면으로 되어 있다.
이에 따라, 블레이드(10)의 개폐시 하단쪽에서 롤러(11)와 경사면 간의 동작 특성이 이루어지고 있는 동안 이와 동시에 상단쪽에서도 보조 롤러(17)와 경사면 간의 보조적인 동작 특성이 이루어지고, 결국 이러한 위아래 동작 특성에 의해 블레이드(10)의 개폐 성능이 한층 향상될 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 닫힘시 블레이드(10)와 댐퍼 프레임(12) 간의 접촉 경계면을 차단함으로써 가스터빈측 고온의 배기가스 열을 보다 효과적으로 차단할 수 있는 수단을 제공한다.
이를 위하여, 상기 댐퍼 프레임(12)의 내측 가장자리, 즉 블레이드(10)가 접하면서 블레이드 끝 일부분이 수용되는 내측 테두리 부위에는 앞뒤로 플레이트 형태의 차단판(18)이 설치되고, 상기 블레이드(10)에는 그 가장자리 둘레를 따라가면서 실링부재(19)가 설치된다.
이에 따라, 블레이드(10)의 닫힘시 블레이드(10)에 있는 실링부재(19)가 댐퍼 프레임(12)에 있는 차단판(18)에 밀착되므로, 블레이드(10)와 댐퍼 프레임(12) 간의 틈새를 완벽하게 차단될 수 있고, 결국 가스터빈측에서 폐열회수보일러측으로의 열 이동을 효과적으로 차폐시킬 수 있다.
따라서, 이와 같이 구성되는 길로틴 댐퍼의 닫힘 동작 과정에 대해 살펴보면 다음과 같다.
복합화력발전설비의 정상적인 가동시에는 도 4와 같이 블레이드(10)가 열림 상태를 유지하게 된다.
가스터빈의 운전을 지속시키면서 폐열회수보일러측의 점검이나 수리 등의 작업이 필요한 경우 블레이드(10)로 가스터빈과 폐열회수보일러 사이의 배기가스 통 로를 차단하게 된다.
예를 들면, 구동부(25)의 작동에 의해 블레이드(10)를 하강시키면 이때부터 통로가 닫히기 시작하게 되는데, 통로가 거의 닫힐 무렵 블레이드(10)의 하단부에 있는 롤러(11)는 댐퍼 프레임(12)에 있는 롤러 안내부재(13)의 경사면과 접촉하면서 이때의 경사면을 타고 아래로 미끄러져 내려오게 되고, 계속해서 경사면 아래쪽의 스톱퍼(14)에 롤러(11)가 안착되면 블레이드(10)는 통로를 완전히 차단한 상태가 되며, 이때 실링부재(19)에 의해 블레이드(10)의 가장자리 부분도 차폐된다.
이와 같이, 블레이드 개폐시, 특히 닫힘시 롤러와 경사면을 이용하여 블레이드를 닫아줌으로써, 블레이드 개폐 작동이 부드럽고 원활하게 이루어질 수 있고, 결국 우수한 블레이드 개폐 성능을 지속적으로 유지할 수 있다.
이상으로 본 발명에 따른 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명이 상술한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 길로틴 댐퍼를 나타내는 정면도
도 2는 도 1의 "A" 부 확대도
도 3은 도 1의 B-B 선 단면도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 길로틴 댐퍼에서 블레이드의 열림 상태를 나타내는 측면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 길로틴 댐퍼에서 블레이드의 닫힘 상태를 나타내는 측면도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 길로틴 댐퍼에서 블레이드의 닫힘 순서를 나타내는 확대도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 블레이드 11 : 롤러
12 : 댐퍼 프레임 13 : 롤러 안내부재
14 : 스톱퍼 15 : 보조 롤러 안내부재
16 : 보조 스톱퍼 17 : 보조 롤러
18 : 차단판 19 : 실링부재
20 : 레일 21 : 가이드 롤러
22 : 실 에어 팬 23 : 실 덕트
24 : 체인 25 : 구동부
25a : 액추에이터 25b : 샤프트
25c : 스프로킷 26 : 체인 커버
27 : 롤러 브라켓 28 : 체인 브라켓

Claims (4)

  1. 가스터빈과 폐열회수보일러 사이의 배기가스 통로를 차단하는 블레이드(10)를 포함하는 복합화력발전 배기가스 처리용 길로틴 댐퍼에 있어서,
    상기 블레이드(10)의 하단부에는 롤러(11)가 설치되고, 상기 블레이드(10)가 접하는 댐퍼 프레임(12)의 하부에는 경사진 형태의 롤러 안내부재(13) 및 그 아래쪽의 스톱퍼(14)가 설치되어, 블레이드 닫힘시 블레이드의 롤러가 롤러 안내부재의 경사면을 타고 아래로 안내됨과 동시에 앞쪽으로 이동하여 스톱퍼에 안착되면서 닫혀질 수 있도록 하되,
    상기 블레이드(10)의 상단부에는 댐퍼 프레임(12)의 중간부에 설치되어 있는 경사진 형태의 보조 롤러 안내부재(15) 및 보조 스톱퍼(16)에 안내 및 안착되는 보조 롤러(17)가 설치되는 것을 특징으로 하는 복합화력발전 배기가스 처리용 길로틴 댐퍼.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 블레이드(10)는 가장자리 둘레를 따라 설치되어 댐퍼 프레임(12)에 있는 차단판(18)과 접하면서 블레이드 가장자리 부분을 차폐시킬 수 있는 실링부재(19)를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합화력발전 배기가스 처리용 길로틴 댐퍼.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 블레이드(10)는 양쪽 측면부에 설치되어 댐퍼 프레임(12)에 있는 레일(20)을 따라 이동하면서 블레이드 상하 이동을 안내하는 가이드 롤러(21)를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합화력발전 배기가스 처리용 길로틴 댐퍼.
KR1020090021262A 2009-03-12 2009-03-12 복합 화력 발전 배기가스 처리용 길로틴 댐퍼 KR100917624B1 (ko)

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