KR101745746B1

KR101745746B1 - 케스케이드 관류 증발기

Info

Publication number: KR101745746B1
Application number: KR1020127011743A
Authority: KR
Inventors: 피터 사이먼 롭; 월터 아드리안 크라머
Original assignee: 넴 에너지 비.브이.
Priority date: 2009-10-06
Filing date: 2010-10-06
Publication date: 2017-06-09
Also published as: NL2003596C2; EP2486325A1; ES2433233T3; KR20120093267A; US20120180739A1; US8915217B2; WO2011043662A1; EP2486325B1

Abstract

본 발명의 증기 발생기는 가열 기체 유동(2)을 안내하는 실질적으로 수평의 기체 도관(1) 및, 가열 기체로부터 증발기 장치를 통과해 흐르는 유동 매체로 열을 전달하기 위하여 적어도 부분적으로는 수평 기체 도관 내에 배치되는 증발기 장치를 포함한다. 상기 증기 발생기의 증발기 장치의 열전달부로 저부 공급이 이루어지는데, 이는 유입 도관이 열전달부의 하부 영역에 배치되는 것을 의미한다. 유출 도관은 상부 영역에 배치된다. 유입 도관은 초임계 환경하에서의 작동을 가능하게 하는데 필요한 증발기부의 관류 작동(once-through operation)을 허용한다. 본 발명에 따른 증발기 장치는 캐스케이드(cascade)로 배치된 적어도 2 개의 증발기 스테이지(3,4)들을 포함한다. 각각의 증발기 스테이지는 열전달부(12,21) 및 분리기(14,23)를 포함한다. 분리기(14,23)들의 존재는 증발기 장치를 증발기 스테이지(3,4)로 세분한다.

Description

케스케이드 관류 증발기{CASCADING ONCE THROUGH EVAPORATOR}

본 발명은 가열 기체 유동을 안내하기 위한 실질적으로 수평의 기체 도관을 포함하는 증기 발생기(steam generator)에 관한 것이다. 증발기 장치(evaporator unit)는 기체 유동으로부터 유동 매체로 열을 전달시키기 위해 적어도 부분적으로는 수평의 기체 도관 내에 배치되고, 유동 매체는 증발기 장치를 통하여 흐른다. 특히, 증기 발생기는 아임계 및 초임계 환경하에서 작동시키기에 적절하다.

그러한 증기 발생기는 예를 들어 국제 출원 공개 WO 2007/133071 에 공개되어 있으며, 여기에서는 실질적으로 수평의 기체 도관 내에 배치된 단일 통과 증발기 장치(single pass evaporator unit)를 개시한다. 증발기 장치는 수직으로 연장된 열전달 관들을 포함하는 적어도 하나의 열전달부(heat transfer section)를 가진다. 열전달 관들은 매트릭스 내에 배치되는데, 상기 매트릭스는 가열 기체 유동 방향에 대해 횡단 방향에 있는 열전달 관들의 어레이(array) 및 기체 유동 방향 하부의 열전달 관들의 어레이를 가진다. 열전달부(heat transfer section)는 유입 도관 및 유출 도관과 유체 소통되는데, 유입 도관은 일반적으로 물인 액체 유동 매체를 열전달 관으로 공급하기 위한 것이고, 유출 도관은 액체 및 증기의 2 상 혼합물(two phases mixture)로서의 유동 매체를 분리기(separator)로 전달하기 위한 것이다. 열전달부로 저부 공급(bottom fed)이 이루어지는데, 이것은 유입 도관이 열전달부의 하부 영역에 배치되는 것을 의미한다. 유입 도관은 초임계 환경에서 작동하기 위해 필요한 증발기부의 관류 작동(once-through operation)을 가능하게 한다. 유출 도관은 상부 영역에 배치된다.

열전달 관들은 기체 도관에서 가열 기체 유동의 하류에 위치한다. 가열 기체는 연이어 위치한 열전달 관들을 통과하는데, 이는 가열 기체의 냉각 및 열전달 관들의 가열을 가져온다. 앞에 위치한 열전달 관은 뒤에 위치한 열전달 관보다 더 가열된다. 기체 유동 상류측의 유동 매체와 가열 기체 사이의 온도 차이는 더 하류측에 위치한 열전달 관에 있는 유동 매체와 가열 기체 사이의 온도 차이보다 더 크다. 이는 일반적으로 앞에 위치한 열전달 관들이 열전달 및 증기 발생에 더 크게 기여하는 결과를 가져온다. 이러한 현상에 관련된 문제점은 더 앞에 위치한 열전달 관은 과열에 의해 손상될 수 있는 반면에, 더 뒤에 위치한 열전달 관들은 충분한 증기를 발생시키지 않는다는 것이다. 모든 열전달 관들이 증기 발생에 대하여 대략 동등하게 기여하는 증발기로서 증기를 발생시킬 것이 요구된다. 온도 차이의 감소를 허용가능한 범위내로 유지시키는 것이 요구된다. 또한 모든 열전달 관들이 최적의 증기량을 발생시키는 것이 요구된다.

특히 가장 상류측에 위치한 열전달 관과 관련된 추가적인 문제점은 액체의 공급이 너무 적어질 수 있다는 점이다. 증발기 장치의 열전달 관들 중 하나 또는 그 이상에서의 완전한 증발은 작동의 안정성을 손상시킬 수 있다. 열전달 관은 건조되어 과열될 수 있으며, 이는 손상으로 이어질 수 있다.

모든 열전달 관들이 증기 발생에 최적으로 기여하게 하는 한가지 가능한 해법은 각각의 열전달 관의 열전달 표면의 조절에 관한 것이다. 앞에 위치한 열전달 관들 중 가열 표면은 그 관들의 열전달을 증가시키도록 확장될 수 있다. 그에 의하여, 더 뒤에 위치한 관들이 증기 발생에 효과적으로 기여하도록 할 수 있다.

그러한 해법은 예를 들어 미국 특허 US 6,189,491 에 나타나 있으며, 여기서는 대략 수평 방향의 가열 기체의 관류 유동(through flow)을 위한 수평형 구성을 한 관류 증기 발생기(once through steam generator)를 개시한다. 상기 설명된 관류 증기 발생기는 대략 수직으로 배치된 다수의 열전달 관들을 포함하고, 이들 관들은 유동 매체의 관류 유동을 위하여 공통으로 병렬 연결된다. 열전달 관들은 수평의 기체 도관 내에 나란히 병렬로 배치된다. 사용중에 가열 기체 유동의 상류측에 배치된 열전달 관들은 하류측에 배치된 열전달 관들보다 더욱 가열될 것이다. 증기 발생에 있어서 바람직하게 요구되는 동등한 기여와는 대조적으로, 가열 기체 유동에서 대부분의 상류측에 배치된 열전달 관이 보통 대부분의 증기를 발생시키고, 따라서 유동 매체의 가장 큰 유량을 가질 것이다.

미국 특허 US 6,189,491 은 열전달부에서 열전달 관들의 구성을 최적화시킴으로써 이러한 문제에 대하여 가능한 해법을 제공한다. 열전달부에서의 열전달 관들의 구성은 열전달부의 하류 방향에서의 가열의 변화를 보상하도록 적합화된다. 앞에 위치한 각각의 열전달 관은 가열 기체 방향에서 그것의 하류측에 위치한 각각의 열전달 관보다 많은 유동 매체 유량을 위해 구성된다. 열전달 관은 예를 들어 가열 기체 방향에서 그것의 하류측에 배치된 열전달 관보다 큰 내측 직경을 가질 수 있다. 상대적으로 높은 가열 기체 온도 범위에서 열전달 관들은 비교적 많은 유동 매체 유량을 가진다. 그러나, 이러한 제안된 해법은 열전달부의 더 복잡하고 커다란 구성을 초래한다. 열전달 관들의 끝에 장착된 분배 또는 수집 구성요소는 예를 들어 그것을 열전달 관들의 변화되는 내측 직경과 연결시킬 수 있도록 하는 복잡한 구성을 가질 수 있다.

미국 특허 US 6,189,491 에서 제안된 다른 실시예에서 초크 장치(choke device)는 다수의 열전달 관들의 상류에 연결된다. 열전달 관들을 통한 유동 매체의 유량은 초크 장치에 의해 제어될 수 있다. 그러나, 이러한 해법도 만족스러운 것으로 나타나지 않았다. 초크 장치를 구비하는 열전달부의 구성은 더 복잡하고 고장이 나기 쉽다.

영국 특허 GB 443,765 는 고압 증기 발생기를 개시한다. 상기 증기 발생기는 복수개의 온도 스테이지(temperature stage)들을 포함하는 관 시스템을 구비하며, 온도 스테이지를 통하여 작동 매체가 연속하여 유동한다. 제1 분리기가 근접한 스테이지들의 각각의 쌍 사이에 제공되어 액체를 증기로부터 분리시킨다. 각각의 제1 분리기(separator)로 전달된 액체는 그로부터 다음의 근접한 온도 스테이지로 유동한다. 전달된 증기는 파이프들을 통하여 그로부터 다음의 근접한 온도 스테이지로 유동한다. 전달된 증기는 파이프를 통하여 그로부터 모든 스테이지들에 공통인 주 분리기(main separator) 또는 제2 분리기로 유동한다. 부하(load)의 변화에도 불구하고 증기 발생기의 원활한 작동을 보장하기 위하여, 매체가 발생기에 공급되는 속도(rate)에 대한 제1 분리기로부터의 증기 전달 속도(rate)의 비(ratio)는 그 어떤 주어진 부하에서도 실질적으로 일정하게 유지되어야 한다. 분리기들 각각으로부터 증기 유동을 막기 위한 수단이 제공되며, 이에 의해 임의의 주어진 부하(load)에서 단위 시간당 발생기로 공급되는 작동 매체의 전체 양의 대략 1/5 이 모든 부하에서 분리기들 각각으로부터 파이프들로 증기 형태로 전달된다. 따라서, 그 시간 동안 발생기로 공급되는 액체의 양에 대한 단위 시간당 임의의 하나의 분리기로부터 전달되는 증기량의 비율은 어떠한 주어진 부하에서도 실질적으로 일정하여야만 한다. 각각의 쓰로틀 장치를 통과하는 증기 유동에 이용될 수 있는 효과적인 횡단면(cross-section)이 발생기 시스템 내에 있는 작동 매체의 "조건(condition)"에 따라 자동적으로 제어되도록 하는 수단이 제공된다.

증기 발생기의 이러한 구성의 문제점은 복수개의 쓰로틀 수단을 구비함으로써 그 구성을 더욱 복잡하게 하고 고장이 나기 쉽다는 것이다. 쓰로틀 수단의 존재는 관 시스템의 유동 저항을 증가시킨다. 다른 문제점은 공통의 주 분리기(main separator)가 제1 분리기들로부터 기원하는 파이프들을 연결시키기 위한 복수개의 유입 포트(inlet port)들을 포함하는 복잡한 구성을 가진다는 점이다.

개시된 증기 발생기의 다른 문제점은 물 및 증기의 2 상(phase) 혼합물이 온도 스테이지들을 통하여 하류로 공급된다는 점이다. 발생된 증기는 온도 스테이지에서 상승되는 경향이 있어서 증발 과정을 저해한다. 개시된 증기 발생기는 안정성 문제를 수반한다.

유럽 특허 0.794.320 및 EP 0.309.792 는 고압 증기 발생기 및 저압 증기 발생기를 포함하는 배기 보일러를 개시한다. 고압 증기 발생기 및 저압 증기 발생기는 각각 증발기 장치(evaporator unit)를 포함하는데, 증발기 장치는 저압 증기 터빈 및 고압 증기 터빈을 위하여 각각 증기를 발생시키도록 분리된 회로에서 작동된다.

여러 수단들에도 불구하고, 증발기 장치가 과열되기 쉬운 문제점이 공지된 증기 발생기들에 운전중에 여전히 나타난다. 앞에 위치한 증기 전달 관들은 다량의 증기를 전달하고 더 뒤에 위치한 열전달 관들은 비교적 증기를 거의 전달하지 않는 위험성이 여전히 존재한다. 앞에 위치한 열전달 관들의 상단부들이 과열의 결과로서 마모 및 손상을 받기 쉽다는 주된 문제점도 여전하다.

또다른 문제점은 모든 열전달 관들이 1 또는 그보다 큰 증기 체적율(steam quality)을 가지는 과열 증기를 발생시킬 때 대두된다. 이는 기체 도관의 높이에 걸쳐서 온도의 층화(temperature stratification)를 야기할 수 있다. 가열 기체의 온도 층화는 바람직하지 않은데, 왜냐하면 열전달 표면들 하류에 있는 기체 측과 증기 발생 시스템 자체 모두의 열적 성능을 손상시키기 때문이다.

본 발명의 목적은 상기 언급된 단점들 중 적어도 하나를 극복하고, 그리고/또는 이용 가능한 대안을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 구성 요소들의 고장 및/또는 과열이 덜 일어나는 단순한 구성을 가진 통상적인 열전달부를 포함한 증발기 장치를 구비하는 증기 발생기를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 청구항 제1 항에 기재된 증기 발생기에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 증기 발생기는 가열 기체 유동을 안내하는 실질적으로 수평의 기체 도관, 및 가열 기체로부터 열을 증발기 장치를 통과해 흐르는 유동 매체로 전달하기 위해 적어도 부분적으로는 상기 수평의 기체 도관 내에 배치되는 증발기 장치를 포함한다.

특히, 증기 발생기는 아임계(subcritical) 환경 및 초임계(supercritical) 환경하에서 작동되는데 적절하다. 초임계 증기 발생기들은 종종 전력의 발생을 위하여 이용된다. 초임계 증기 발생기들은 초임계 압력에서 작동된다. "아임계 보일러"와는 대조적으로, 초임계 증기 발생기는 실제 비등(boiling)의 발생이 중지되는 높은 압력(3200 PSI, 22 MPa, 220 bar 이상)에서 작동된다. 증발기에서 액체의 물-증기의 분리가 일어나지 않는다. 증기 포말이 형성될 수 있는 임계 압력보다 높은 압력이기 때문에, 유동 매체내에서 증기 포말의 발생이 일어나지 않는다. "보일러(boiler)"라는 용어는 초임계 압력 증기 발생기에 대하여 이용되어서는 안되는데, 왜냐하면 이러한 장치에서 "비등(boiling)"이 실제로는 일어나지 않기 때문이다. 유동 매체는 고압 터빈내에서 작동하고 발전기의 응축기로 진입하므로 임계점 아래에서 통과된다. 이것은 연료 사용이 줄어들게 하고 따라서 온실 개스 생성을 줄이는 결과를 가져온다.

본 발명에 따른 증기 발생기의 증발기 장치의 열전달부로 바람직하게 저부 공급되는데, 이는 유입 도관이 열전달부의 하부 영역에 배치되는 것을 의미한다. 유출 도관은 상부 영역에 배치된다. 유입 도관은 초임계 환경하에서의 작동을 가능하게 하는데 필요한 증발기부의 관류 작동을 허용한다.

본 발명에 따른 증기 발생기는 증발기 장치가 케스케이드(cascade)로 배열된 적어도 2 개의 증발기 스테이지(evaporator stage)들을 포함하는 것을 특징으로 한다. 각각의 증발기 스테이지는 열전달부 및 분리기를 포함한다. 분리기들의 존재는 증발기 장치를 증발기 스테이지들로 다시 구분한다.

열전달부는 직립으로 위치한 열전달 관들을 가지며, 열전달 관들은 유입 도관 및 유출 도관과 유체 소통되고, 유입 도관은 유동 매체를 열전달 관들로 공급하며, 유출 도관은 유동 매체를 열전달 관들로부터 배출시킨다. 열전달 관들은 바람직하게 실질적으로 직선이다. 증발기 스테이지들의 열전달 관들을 통과한 유동 매체의 유동이 바람직하게는 함께 지향된다(co-directed). 열전달부는 열전달 관들의 매트릭스(matrix)를 포함한다. 매트릭스는 기체 도관의 방향에서 열전달 관들의 제1 그룹의 어레이(array)들로서 정의될 수 있거나, 또는 대안으로서 기체 도관의 횡방향에서 열전달 관들의 제2 그룹의 어레이들로서 정의될 수 있다. 열전달 관들은 엇갈리게(staggered) 배치될 수 있다.

분리기는 2 상 혼합물로서 분리기에 도달하는 유동 매체로부터 액체 및 증기를 분리시키도록 구성된다. 분리기는 증발기 스테이지의 열전달부의 유출 도관과 유체 소통되는데, 여기에서 분리된 액체는 액체 유출부를 통하여 배출되고, 분리된 증기는 분리기의 증기 유출부를 통하여 배출된다.

증발기 장치에 있는 다수의 증발기 스테이지들 및 대응의 분리기들의 존재는, 유동 매체를 액체 및 증기의 2 상 혼합물로 배출시키도록 의도된 증발기 스테이지들의 열전달 관 유출부에서 낮은 증기 함량을 허용하기 때문에 유리할 수 있다. 각각의 증발기 스테이지로부터의 배출 유동 매체의 증기 품질은 그러한 스테이지들이 없는 증발기 장치와 비교하여 상당히 낮을 수 있다. 유리하게는, 낮은 증기 함량이 열전달 관들 중 하나 또는 그 이상에서의 완전한 증발의 위험성을 감소시킬 수 있으며, 이는 과열과 관련된 문제점을 감소시킬 수 있다. 그에 의하여, 전체적인 증기 발생의 작동 안정성이 더욱 향상될 수 있다.

유리하게는, 대응하는 분리기들을 가진 증발기 스테이지들의 케스케이드 배열(cascade arrangement)은 증기 발생기의 역류(counter flow) 작동을 향상시킬 수 있는데, 여기에서 기체 도관 하류측의 열전달 관과 가열 기체 사이에서의 온도 차이의 감소는 제한될 수 있다. 향상된 역류 작동은 더 뒤에 위치한 열전달 관들의 증기 발생에 더 기여하는 결과를 가져올 수 있다. 동시에, 과열에 기인하여 더 앞에 위치한 열전달 관들이 손상을 입을 위험성이 감소되는 결과를 가져올 수 있다.

바람직하게는, 적어도 하나의 증발기 스테이지가 관류 증발기 스테이지(once through evaporator stage)이다. 순환 증발기 장치에 반대되는 것으로서의 관류 증발기 장치는 유동 매체가 증발기 장치의 열전달 관들을 통하여 오직 한번만 통과하는 증발기 장치에 관한 것이다. 유동 매체의 액체 상(phase)은 완전한 증발이 되도록 관류 증발기 스테이지의 열전달 관을 따라 순환되지 않는다. 열전달 관에는 저부로 공급될 수 있다. 유동 매체는 저부 영역에서 유입 도관을 통하여 아래로부터 열전달부로 공급되고 상부 영역에서 유출 도관을 통하여 배출된다. 증발기 장치의 관류 작동이 초임계 환경하에서 작동되는데 필요할 수 있다.

본 발명에 따른 증기 발생기의 실시예에서, 증발기 장치는 적어도 3 개의 증발기 스테이지들을 포함한다. 바람직하게는, 적어도 3 개의 증발기 스테이지들이 케스케이드 배열(cascade arrangement)로 되어 있는 단일 통과의 증발기 스테이지이다. 여기에서 단일 통과(single pass)가 의미하는 것은 유동 매체가 실질적으로 수평으로 통과하여 가열 기체를 오직 상방향에서만 증발기 스테이지의 저부 유입부로부터 상부 유출부로 유동시키는 것이다. 케스케이드 배열에 기인하여, 유동 매체는 가열 기체를 수회 통과시키며, 이것은 전체적인 증발기 장치를 다중 통과 유형으로 만든다. 유리하게는, 적어도 3 개의 증발기 스테이지들이 모든 증발기 스테이지들을 낮은 증기 함량으로써 작동시키는 최적 배치의 결과를 가져올 수 있다. 제1 증발기 스테이지의 증기 품질은 예를 들어 최대 0.2 일 수 있다. 기체 유동의 상류측에 위치한 제2 증발기 스테이지의 증기 품질은 예를 들어 최대 0.4 이며 가장 상류측에 위치한 마지막의 제3 증발기 스테이지는 예를 들어 대략 1.38 일 수 있다. 유리하게는, 증발기 스테이지들이 복수의 열전달 관들에서 유동 매체의 더욱 균형 잡힌 가열을 제공할 수 있다. 낮은 증기 함량을 가지고 작동되는 본 발명에 따른 증발기 장치는 관련된 증발기 스테이지들의 증발기 관들중 하나 또는 그 이상에서 완전한 증발의 위험성을 감소시킨다. 관련된 증발기 스테이지들의 열전달 관들의 하나 또는 그 이상에서의 완전한 증발은 작동의 안정성을 손상시킬 것이다. 여기에서, 케스케이드 배열인 다수 증발기 스테이지들의 존재는 열전달 관의 과열을 방지할 수 있다.

증발기 스테이지들의 케스케이드 배열에서, 분리기의 액체 유출부가 바람직하게는 기체 유동의 상류측의 다음에 위치한 열전달부의 유입 도관과 유체로 소통된다. 바람직하게는, 이전의 증발기 스테이지의 분리기가 하류 이송부(downcomer)를 통하여 다음의 증발기 스테이지에 연결된다. 유동 매체는 증발기 스테이지들의 낮은 영역에서 공급되어 열전달 관들을 통하여 상방향으로 유동하기 때문에, 증발기 장치는 함께 지향되는 것(co-directed)으로서 더 특징지워질 수 있다.

특정의 실시예에서, 적어도 2 개의 증발기 스테이지들은 관류(once-through)의 유형이다. 바람직하게는 모든 증발기 스테이지들이 관류 유형이다. 다수의 증발기 스테이지들이 직렬(in series)로 배치될 수 있으며, 여기에서 유동 매체는 기체 유동의 상류측으로 유동하며, 즉, 가열 기체 유동의 역방향으로 흐른다. 즉, 유동 매체는 가열 기체에 대해 역류 유동이다. 기체 유동의 가장 상류측에 위치한 증발기 스테이지에서 과열(superheating)이 필요할 때 역류 유동이 유리할 수 있다. 동일한 열전달 총효율(duty)에 대하여, 예를 들어 병류 유동(con-current flow) 또는 횡단 유동(cross flow)으로서의 대안의 유동 구성들에 대한 평균 온도 차이와 비교하여, 역류 유동은 유동 매체와 가열 기체 사이의 평균 온도 차이가 증가되는 결과를 가져온다. 증가된 평균 온도 차이는 동일한 열전달 총효율에 대하여 열전달 표면의 필요성이 낮아지는 결과를 초래한다. 본 발명에 따른 증기 발생기의 전체적인 증발기 장치의 구성은 다수 통과하는 역류 특성(multi-pass counter-current character)을 가질 수 있다.

결과적인 케스케이드 관류 증발기 장치(cascade once-through evaporator unit)의 함께 지향되는(co-directed) 역류 특성의 장점은 가열 기체와 관 측부 유동 매체 사이의 평균 온도 차이의 증가일 수 있으며, 이것은 동일한 열전달 총효율에 대하여 열전달 표면의 필요성이 더 감소되는 결과를 가져올 수 있다. 더욱이, 유동 매체는 가열 기체를 여러번 통과시켜서 다수 통과 유형(multi pass type)의 완전한 증발기 장치를 만든다.

본 발명에 따른 증기 발생기의 실시예에서, 하나의 증발기 스테이지의 열전달부는 열전달 관들의 매트릭스(matrix)를 포함할 수 있는데, 상기 매트릭스는 기체 유동에 횡단되게 배치된 열전달 관들의 최대 5 개, 특히 3 개, 그러나 바람직하게는 2 개의 어레이(array)을 가진다. 그 어레이(array)은 기체 유동의 하류측에서 매트릭스 내에 엇갈리게 위치한 열전달 관들을 포함할 수 있다. 앞에 위치한 열전달 관들은 제1 어레이를 한정하고, 제2 어레이는 결과적으로 앞에 위치한 열전달 관들의 뒤에 있는 열전달 관들에 의하여 한정된다. 제2 어레이의 열전달 관들은 기체 유동 방향으로 정렬된 열전달 관 상류측에 하나를 가질 수 있다. 가열 기체의 온도 감소는 하류 방향에서의 어레이(array)의 수량에 의해 제한될 수 있다. 하류 방향에서의 열전달 관들의 수량이 제한되는 것은 열전달의 향상에 기여할 수 있는데, 여기에서 모든 열전달 관들이 동등하게 기여할 수 있다. 유리하게는, 앞에 위치한 열전달 관의 과열이 제한된 어레이의 수량에 의해 감소될 수 있다.

본 발명에 따른 증기 발생기의 실시예에서, 증발기 장치는 적어도 2 개의 증발기 스테이지들을 포함하는데, 가장 상류측에 위치하는 증발기 스테이지의 열전달부는 열전달 관들의 매트릭스를 포함하며, 상기 매트릭스는 기체 유동에 횡방향으로 배치된 열전달 관들의 많아야 4 개의 어레이(array), 그러나 바람직하게는 많아야 2 개의 어레이를 가진다. 가장 상류측에 위치한 증발기 스테이지는 더 하류측에 위치한 증발기 스테이지들과 비교하여 과열에 의해 야기되는 더 높은 손상의 위험성을 가진다. 위에서 설명된 바와 같이 열전달부가 열전달 관들의 너무 많은 어레이들을 포함하지 않을 때 열전달부에 걸친 가열 기체와 열전달 관 사이의 온도 차이는 더욱 효과적으로 제어될 수 있다. 따라서, 가장 앞에 위치한 열전달 관의 과열 또는 가장 뒤에 위치한 열전달 관의 증기 결여(缺如)를 방지하도록, 가장 상류측에 위치한 증발기 스테이지에서 열전달 관들의 어레이들을 제한하는 것이 유리하다.

바람직하게는, 다음 어레이들의 횡단면에서 열전달 관들의 직경이 실질적으로 같다. 실질적으로 같은 기하 형상을 가진 대응하는 열전달 관들은 열전달부의 어레이들에서 이용될 수 있다. 바람직하게는, 열전달부의 열전달 관들이, 열전달부의 다른 열전달 관에 대하여 열전달 관의 관류 유동(through flow)을 막는 밸브와 같은 그 어떤 초크(choke) 또는 제한 수단 없이, 서로 유체 소통된다. 열전달 관들은 관 형상의 연결 부분들을 가진 헤더(header)를 통하여 유체 소통될 수 있다. 관 형상 연결 부분들의 기하 형상 및 치수들은 실질적으로 모든 열전달 관들과 같을 수 있다. 유리하게는, 열전달 관들의 그러한 구성으로 인해 열전달 관들을 함께 연결하는 상대적으로 단순한 형상의 헤더들을 포함하는 열전달부의 단순한 전체적인 배치의 결과를 가져올 수 있다.

본 발명에 따른 증기 발생기의 실시예에서, 제1 증발기 스테이지의 액체 유출부는 제2 증발기 스테이지의 유입 도관에 연결될 수 있다. 바람직하게는, 액체 유출부가 하류 이송 도관(downcomer conduit)에 연결된다. 유리하게는, 그것이 증기 유동을 포함하는 2 상 혼합물의 하향 유동 대신에, 실질적으로 1 상 액체 유동의 하향 유동을 초래할 수 있다. 하향 이송 도관은 열전달 관들과 실질적으로 평행하게 위치될 수 있다. 하향 이송 도관은 하향 이송 유입부 및 하향 이송 유출부를 가질 수 있으며, 하향 이송 유입부는 액체 공급을 위하여 상부 영역에 있는 것으로서 분리기의 액체 유출부와 유체 소통되고, 하향 이송 유출부는 하부 영역에 있는 것으로서 증발기 장치의 열전달부의 유입 도관과 유체 소통된다. 유체 소통(fluid communication)에 기인하여 하향 이송 도관은 열전달부의 열전달 관들에서의 유체 정역학적 수두(head)와 하향 이송 도관에서의 유체 정역학적 수두 사이의 유체 정역학적 균형을 제공할 수 있다. 유리하게는, 열전달 관들내의 액체의 양이 너무 적어지거나 또는 너무 많아지는 것을 하향 이송부(downcomer)가 방지할 수 있다. 그에 의하여 열전달 관들 안의 액체의 수위는 신뢰성 있는 열전달을 위하여 최적의 범위내에 유지된다. 열전달 관들과 하향 이송 도관 사이의 유체정역학적 균형에 의해 발생되는 유체정역학적 압력에 기인하여, 열전달 관의 건조 및 과열의 위험성이 더욱 감소될 수 있다.

유리하게는, 하향 이송 도관에 의한 유체정역학적 균형의 최적 제어에 기인하여, 증발기 장치 밖으로 액체가 배출되는 것이 최소화될 수 있는데, 이는 증기 발생기내 과정의 안정성이 증가되는 결과를 가져온다.

다른 일 실시예에서 액체는 증기 발생기의 밖의 어느 곳으로부터도 하향 이송 도관으로 공급될 수 있다. 예를 들어, 액체는 증기 발생기내의 다른 유출부들로부터 공급될 수 있다. 증기 발생 과정을 방해할 수 있는, 증기 발생기내 임의 장소의 액체 도관들은 액체를 배출시키기 위하여 하향 이송 도관에 연결될 수 있으며, 이는 유리하게 증기 발생 과정을 최적화시킬 수 있다. 더욱이 하향 이송부에는 가외의 액체 공급이 제공될 수 있으며, 이는 건조의 위험성을 더욱 감소시킨다.

바람직하게는, 열전달 관들에서의 열전달과 비교하여 하향 이송부의 열전달이 무시될 수 있을 정도로 설계된다. 예를 들어, 하향 이송부는 열전달부의 열전달 관의 횡단 면적보다 적어도 20 퍼센트, 특히 적어도 50 퍼센트, 그러나 바람직하게적어도 100 퍼센트인 횡단 면적을 가질 수 있다. 유체 소통되는 도관들에 걸친 무시할만한 마찰 압력 손실은 하향 이송 도관과 열전달 관들내의 유체 칼럼(fluid column)들 사이의 유체정역학적 균형에 긍정적인 효과를 제공한다.

가열 표면은 하향 이송 도관의 내부 체적과 비교하여 상대적으로 작을 수 있거나, 하향 이송 도관이 가열 기체로부터 단열될 수 있거나, 또는 가열 기체 도관의 외측에 배치될 수도 있어서 유리하게는 액체의 가열을 방지하고 결과적으로 증기의 발생을 방지한다. 하향 이송 도관에서의 증기 감소가 유리하게는 하향 이송부에 있는 액체에 대한 낮은 유동 저항을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 증기 발생기의 일 실시예에서, 보조 공급 도관, 즉, 소위 바이패스 도관(bypass conduit)은 유동 매체를 기체 유동보다 더 상류측의, 특히 가장 상류측에 배치된 증발기 스테이지로 공급하도록 제공될 수 있다. 유리하게는, 보조 공급 도관이 밸브를 포함할 수 있는데, 그 밸브는 보통 폐쇄되어 있지만 증발기 스테이지의 열전달 관들의 과열을 방지하도록 개방될 수 있다.

본 발명에 따른 증기 발생기의 일 실시예에서, 보조 열전달부는 증발기 스테이지와 직렬로 기체 유동의 상류측에 배치된다. 보조 열전달부는 유동 매체를 임계 또는 초임계 상으로 증발시키도록 배치될 수 있다. 작동시에, 보조 열전달부는 가열되어 실질적으로 완전히 증발된 유동 매체를 발생시킬 수 있다. 그에 의하여, 유리하게는, 기체 유동의 가장 상류측에 위치한 열전달부의 유출부에 연결된 보조 분리기 없이, 증발기 장치의 간단한 구성이 얻어질 수 있다.

증기 발생기의 실시예에서, 공통의 증기 도관을 적어도 2 개의 분리기들로부터 과열기(superheater)로 연결시킴으로써 구성이 더욱 단순화될 수 있다. 공통의 증기 도관은 증기를 증발기 스테이지들로부터 과열기로 배출시키도록 제공될 수 있다. 과열기는 증발기 장치와 직렬로 배치될 수 있다. 과열기는 증발기 장치에 대하여 기체 유동의 상류측에 배치될 수 있다.

더욱이, 본 발명은 청구항 제11항에 기재된 증기 발생 방법에 관한 것이다. 그 방법의 특정한 실시예들은 본 발명에 따른 증기 발생기의 실시예들에 대응할 수 있다.

다른 바람직한 구현예들이 종속 청구항들에 기재되어 있다.

본 발명은 이제 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명될 것이며, 첨부된 도면들은 본 발명의 실시예를 나타내지만, 제한적인 것으로 해석되어서는 안된다.

도 1 은 본 발명에 따른 증기 발생기의 개략적인 도면을 나타낸다.

도 1 은 본 발명에 따른 증기 발생기의 개략적인 도면이다. 이러한 실시예의 증기 발생기는 실질적으로 수평의 기체 도관(1)에서 케스케이드(cascade)로 배열된 제1, 제2, 제3 증발기 스테이지(3,4,5)를 포함한다. 화살표(2)로 표시된 가열 기체는 기체 도관(1)을 통하여 길이 방향으로 유동한다. 제1 증발기 스테이지(3)는 기체 유동의 가장 하류측에 위치한다. 유동 매체는 하나 또는 그 이상의 주 공급 도관(7)에 의해 공급된다. 하나 또는 그 이상의 제1 유입 도관(8), 분배 매니폴드(9) 및 분배 헤더(distribution header, 10)들을 통하여, 유동 매체는 제1 증발기 스테이지(3)의 제1 열전달부(12)로 공급되고 분배되며, 제1 열전달부는 적어도 부분적으로 기체 도관(1) 내에 연장된다.

제1 유입 도관(8)은 제1 증발기 스테이지(3)의 제1 열전달부(12)로의 유동 매체의 유량을 제어하는 제어 밸브(36)를 포함한다. 유동 매체는 액체의 단일 상으로 제1 열전달부(12)로 진입한다. 유동 매체는 가열 기체(2)에 의해 가열되고 증기 및 액체의 2 상(phase)으로 집적용 헤더(collecting header, 11)로 배출된다. 제1 증발기 스테이지(3)의 제1 열전달부(12)의 상부 영역에서, 유동 매체는 집적용 헤더(11)를 통해 집적되어 제1 유출 도관(13)을 통해 이송된다.

유출 도관(13)을 통하여 증기 및 액체의 2 상 혼합물이 제1 증기-액체 분리기(14)로 배출된다. 제1 분리기(14)는 분리기 용기들(separator vessels)의 그룹을 포함할 수 있다. 그룹을 이룬 분리기 용기들은 기체 유동(2)에 대하여 횡방향으로 정렬될 수 있다.

증기-액체 분리기(14)에서 유동 매체의 2 상 혼합물은 액체 및 증기 유동으로 분할된다. 액체 상의 유동 매체는 제1 액체 유출부를 통하여 제1 하향 이송 도관(15)으로 배출되고, 증기 상의 유동 매체는 제1 증기 유출부 및 증기 도관(16)들을 통하여 증기 집적 도관(35)으로 배출된다. 제1 증발기 스테이지(3)의 제1 하향 이송 도관(15)은 하나 또는 그 이상의 제2 유체 유입 도관(17)들, 분배 매니폴드(18)들 및 분배 헤더(19)들을 통하여 제2 증발기 스테이지(4)의 제2 열전달부(21)와 유체로 소통하도록 연결된다. 제1 하향 이송 도관(15)으로부터 배출된 액체 상의 유동 매체는 제2 증발기 스테이지(4)의 열전달부(21)로 공급 및 분배되는데, 열전달부(21)는 적어도 부분적으로 기체 도관(1) 내에 연장된다.

제2 증발기 스테이지(4)의 제2 증발 열전달부(12)의 상부 영역에서, 유동 매체는 집적용 헤더(20)를 통해 집적되고 제2 유출 도관(22)을 통해 이송된다. 유동 매체는 액체의 단일 상으로 열전달부(21)에 진입한다. 유동 매체는 가열 기체(2)에 의해 가열되고, 증기 및 액체의 2 상 혼합물로 집적용 헤더(20)들로 배출된다. 제2 유출 도관(22)을 통하여, 증기 및 액체의 2 상 혼합물은 제2 증기-액체 분리기(23)로 배출된다.

제2 증기-액체 분리기(23)에서, 유동 매체의 2 상 혼합물은 액체 및 증기 유동으로 분할된다. 액체 상의 유동 매체는 제2 액체 유출부를 통하여 제2 하향 이송 도관(24)으로 배출되고, 증기 상의 유동 매체는 제2 증기 유출부 및 증기 도관(25)을 통하여 증기 집적용 도관(35)으로 배출된다.

제2 증발기 스테이지(4)의 제2 하향 이송 도관(24)은 하나 또는 그 이상의 제3 유체 유입 도관(26), 분배 매니폴드(27) 및 분배 헤더(28)들을 통하여 제3 증발기 스테이지(5)의 열전달부(30)와 유체로 소통하도록 연결된다. 제2 하향 이송 도관(24)으로부터 배출된 액체 상의 유동 매체는 제3 증발기 스테이지(5)의 열전달부(30)로 공급 및 분배되는데, 열전달부(30)는 적어도 부분적으로 기체 도관(2) 안에 연장된다.

제3 증발기 스테이지(5)의 제3 열전달부(30)의 상부 영역에서, 유동 매체는 집적용 헤더(29)들을 통해 집적되고 제3 유출 도관(31)들을 통해 이송된다. 유동 매체는 액체의 단일 상으로 제3 열전달부(30)로 진입한다. 유동 매체는 가열 기체 유동(2)에 의해 가열되고, 집적용 헤더(29)들로 과열되어 배출된다. 제3 유출 도관(31)들을 통하여, 과열된 유동 매체는 제3 증기-액체 분리기(32)로 배출된다.

전체적인 과열 유동 매체는 제3 증기-액체 분리기(32)로부터 제3 증기 유출부 및 증기 도관(34)들을 통하여 증기 집적용 도관(35)들로 배출된다. 증기 상의 유동 매체 및 과열 유동 매체의 집적된 혼합물은 증기 집적용 도관(35)을 통하여 증발기 단계(3,4,5)를 끝낸다. 혼합된 유동 매체는 과열기(superheater, 6)로 유동한다. 과열기(6)는 증기 집적용 도관(35)과 유체로 소통하도록 연결된다. 과열기(6)에서 유동 매체는 도관(41)들을 통하여 과열 및 배출되고, 상기 도관들은 증기 발생기의 주요 유출 도관을 형성한다. 분리기들은 다수의 증발기 스테이지들을 위한 공통의 분리기로서 이용되지 않는다. 케스케이드 증발기 스테이지들의 각각의 열전달부에는 그 자체의 상응하는 분리기가 제공된다.

증기 발생기는 제3 하향 이송부(33)를 포함할 수 있다. 제3 하향 이송부(33)는 제3 분리기(32)의 제3 액체 유출부와 유체로 소통하도록 연결된다. 정상의 작동중에 유동 매체의 액체 함량은 제3 분리기(32)로부터 하향 이송부 도관(33)으로 배출되지 않는다. 액체 도관(40)들은 하향 이송 도관(33)을 통해 증기-액체 분리기(32)와 유체 소통된다. 액체 도관(40)들은 예를 들어 시동 및 부분 부하(part-load) 작동 동안에 증기-액체 분리기(32)로부터 액체 상(liquid phase)의 축적된 유동 매체의 제거를 제어하는 제어 밸브(38)들을 포함한다.

제3 증발기 스테이지(5)는 바이패스 도관(39)을 통하여 주 공급 도관(7)과 직접 유체로 소통하도록 연결된다. 바이패스 도관(39)은 제3 유입 도관(26)과 유체로 소통하도록 연결된다. 바이패스 도관(39)은 가장 상류측에 위치한 증발 스테이지와 유체로 소통하도록 연결된다. 바이패스 도관(39)은 시동중에 열전달부(30)에 대한 직접 액체 공급을 제어하는 제어 밸브(37)들을 포함한다. 그에 의하여, 가장 상류측에 위치하는 열전달 관들의 과열이 방지될 수 있다.

다음의 표는 도 1 에 도시된 증기 발생기를 작동시키는 대표적인 실제 값을 나타낸다.

도시된 실시예 이외에도 다양한 실시예들이 첨부된 청구범위에 기재된 보호 범위를 벗어나지 않으면서 가능하다. 도시된 실시예는 케스케이드(cascade)로 배열된 3 개의 증발기 스테이지들을 가진다. 대안으로서, 적어도 5 개 또는 적어도 10 개의 증발기 스테이지들을 배치하는 것이 가능하다. 과정 파라미터들은 케스케이드 증발기 스테이지들의 필요한 양을 한정할 수 있다.

그리하여, 본 발명에 따라서 안정되고 보다 신뢰성있는 증기 발생 과정을 제공할 수 있는 증기 발생기가 제공된다.

Claims

가열 기체 유동(2)을 안내하는 수평의 기체 도관(1); 및
상기 기체 유동으로부터 증발기 장치를 통과해 흐르는 유동 매체로 열을 전달하기 위하여 적어도 부분적으로는 상기 수평의 기체 도관(1) 내에 배치되고, 케스케이드(cascade)로 배열된 적어도 제1 증발기 스테이지(3) 및 제2 증발기 스테이지(4)를 포함하는 증발기 장치를 포함하는 증기 발생기로서,
상기 제1 증발기 스테이지(3)는,
유동 매체를 열전달 관들로 공급하는 제1 유입 도관(8) 및 유동 매체를 열전달 관들로부터 배출시키는 제1 유출 도관(13)과 유체 소통되는, 직립 배치된 열전달 관들을 구비한 제1 열전달부(12)로서, 상기 제1 열전달부(12)에는 유입 도관이 제1 열전달부의 하부 영역에 배치되어 저부 공급(bottom fed)이 이루어짐으로써, 사용중에 유동 매체는 제1 유입 도관(8)을 통해 아래로부터 하부 영역에 있는 열전달부(12)로 공급되고 상부 영역에 있는 제1 유출 도관(13)을 통해 배출되며, 상기 제1 증발기 스테이지는 케스케이드 배열(cascade arrangement)의 단일 통과 증발기 스테이지(single pass evaporator stage)이어서, 유동 매체가 수평으로 유동하는 가열 기체를 증발기 스테이지의 저부 유입부로부터 상부 유출부로 오직 상방향으로만 통과하는 제1 열전달부(12); 및
상기 제1 유출 도관(13)으로부터 나오는 유동 매체로부터 액체와 증기를 분리시키는 제1 분리기(14)로서, 상기 액체는 제1 액체 유출부를 통해 배출되고 상기 증기는 제1 분리기(14)의 제1 증기 유출부를 통해 배출되는 제1 분리기(14)를 포함하고,
상기 제2 증발기 스테이지(4)는 유동 매체를 열전달 관들로 공급하는 제2 유입 도관(17) 및 유동 매체를 열전달 관들로부터 배출시키는 제2 유출 도관(22)과 유체 소통되는, 직립 배치된 열전달 관들을 구비한 제2 열전달부(21)를 포함하며, 상기 제2 열전달부(21)에는 유입 도관이 열전달부의 하부 영역에 배치되어 저부 공급이 이루어짐으로써, 사용중에 유동 매체는 제2 유입 도관을 통해 아래로부터 하부 영역에 있는 열전달부(21)로 공급되고 상부 영역에 있는 제2 유출 도관을 통해 배출되고,
상기 제1 분리기(14)의 액체 유출부는 제1 하향 이송 도관(15)을 통해 제2 유입 도관(17)에 연결되고,
상기 제2 증발기 스테이지는 케스케이드 배열의 단일 통과 증발기 스테이지(single pass evaporator stage)이어서, 유동 매체는 수평으로 유동하는 가열 기체를 증발기 스테이지의 저부 유입부로부터 상부 유출부로 오직 상방향으로만 통과하고,
상기 제2 증발기 스테이지(4)는 제2 유출 도관(22)에 유체로 소통하도록 연결된 제2 분리기(23)를 더 포함함으로써, 상기 제2 유출 도관(22)으로부터 나오는 유동 매체로부터 액체와 증기를 분리시키되, 상기 액체는 제2 액체 유출부를 통해 배출되고, 상기 증기는 제2 분리기(23)의 제2 증기 유출부를 통해 배출되는 증기 발생기.
제1항에 있어서, 열전달부(12,21)의 열전달 관들은 열전달부의 다른 열전달 관에 대한 열전달 관의 관류 유동(through flow)을 막는 밸브들과 같은 임의의 초크(choke) 또는 제한 수단 없이 서로 유체 소통되는 증기 발생기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 증발기 스테이지(3,4)가 관류 증발기 스테이지(once through evaporator stage)인 증기 발생기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 바이패스 도관(by-pass conduit, 39)이 제공되어 제1 증발기 스테이지(3)를 우회(bypass)하고 유동 매체를 기체 유동의 더 상류측에 배치된 증발기 스테이지(4,5)로 공급하는 증기 발생기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 증발기 장치는 제2 하향 이송 도관(downcomer conduit, 24)에 의해 제2 분리기(23)에 유체 소통형으로 연결된 제3 증발기 스테이지(5)를 포함하는 증기 발생기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 제1 및 제2 증발기 스테이지(3,4)들은 가열 기체(2)에 대하여 역류(counter-current flow) 방식으로 케스케이드(cascade)로 배열되는 증기 발생기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 증발기 장치는 열전달 관(22)들의 매트릭스(matrix)를 포함하는 열전달부를 가지고, 상기 매트릭스는 기체 유동에 횡방향으로 배치된 열전달 관들의 5 개 이하의 어레이(array)들을 가지는 증기 발생기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 기체 도관 하류측의 연속적인 어레이를 이루는 열전달부(12,21,30)의 열전달 관들은 동일한 단면 직경을 가지는 증기 발생기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 보조 열전달부(6)가 기체 유동의 상류측에서 증발기 스테이지(5)와 직렬로 배치되는 증기 발생기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 공통의 증기 도관(35)이 제공되어서, 증발기 스테이지(3,4,5)들로부터 과열기(superheater, 6)로 증기를 배출시키는 증기 발생기.
증기 발생 방법이며, 제1항에 따른 증기 발생기를 제공하는 단계로서, 상기 증기 발생기는
가열 기체 유동(2)을 안내하는 수평의 기체 도관(1); 및
상기 기체 유동으로부터 증발기 장치를 통과해 흐르는 유동 매체로 열을 전달하기 위하여 적어도 부분적으로는 상기 수평의 기체 도관(1) 내에 배치되고, 케스케이드로 배열된 적어도 제1 증발기 스테이지(3) 및 제2 증발기 스테이지(4)를 포함하는 증발기 장치를 포함하는 증기 발생기로서,
상기 제1 증발기 스테이지(3)는,
유동 매체를 열전달 관들로 공급하는 제1 유입 도관(8) 및 유동 매체를 열전달 관들로부터 배출시키는 제1 유출 도관(13)과 유체 소통되는, 직립 배치된 열전달 관들을 구비한 제1 열전달부(12)로서, 상기 제1 열전달부(12)에는 유입 도관이 제1 열전달부의 하부 영역에 배치되어 저부 공급이 이루어짐으로써, 사용중에 유동 매체는 제1 유입 도관(8)을 통해 아래로부터 하부 영역에 있는 열전달부(12)로 공급되고 상부 영역에 있는 제1 유출 도관(13)을 통해 배출되며, 상기 제1 증발기 스테이지는 케스케이드 배열의 단일 통과 증발기 스테이지이어서, 유동 매체가 수평으로 유동하는 가열 기체를 증발기 스테이지의 저부 유입부로부터 상부 유출부로 오직 상방향으로만 통과하는 제1 열전달부(12); 및
상기 제1 유출 도관(13)으로부터 나오는 유동 매체로부터 액체와 증기를 분리시키는 제1 분리기(14)로서, 상기 액체는 제1 액체 유출부를 통해 배출되고 상기 증기는 제1 분리기(14)의 제1 증기 유출부를 통해 배출되는 제1 분리기(14)를 포함하고,
상기 제2 증발기 스테이지(4)는 유동 매체를 열전달 관들로 공급하는 제2 유입 도관(17) 및 유동 매체를 열전달 관들로부터 배출시키는 제2 유출 도관(22)과 유체 소통되는, 직립 배치된 열전달 관들을 구비한 제2 열전달부(21)를 포함하며, 상기 제2 열전달부(21)에는 유입 도관이 열전달부의 하부 영역에 배치되어 저부 공급이 이루어짐으로써, 사용중에 유동 매체는 제2 유입 도관을 통해 아래로부터 하부 영역에 있는 열전달부(21)로 공급되고 상부 영역에 있는 제2 유출 도관을 통해 배출되고,
상기 제1 분리기(14)의 액체 유출부는 제1 하향 이송 도관(15)을 통해 제2 유입 도관(17)에 연결되고,
상기 제2 증발기 스테이지는 케스케이드 배열의 단일 통과 증발기 스테이지이어서, 유동 매체는 수평으로 유동하는 가열 기체를 증발기 스테이지의 저부 유입부로부터 상부 유출부로 오직 상방향으로만 통과하고,
상기 제2 증발기 스테이지(4)는 제2 유출 도관(22)에 유체로 소통하도록 연결된 제2 분리기(23)를 더 포함함으로써, 상기 제2 유출 도관(22)으로부터 나오는 유동 매체로부터 액체와 증기를 분리시키되, 상기 액체는 제2 액체 유출부를 통해 배출되고, 상기 증기는 제2 분리기(23)의 제2 증기 유출부를 통해 배출되는 증기 발생기인 단계;
다수의 증발기 스테이지들을 구비한 증발기 장치로 유동 매체를 공급하는 단계;
유동 매체를 증발기 장치의 제1 증발기 스테이지(3)의 제1 열전달부(12)로 밀어넣는(forcing) 단계로서, 상기 유동 매체는 유입 도관을 통해 아래로부터 하부 영역에 있는 열전달부(12)로 공급되고 상부 영역에 있는 유출 도관을 통해 배출되는 단계;
제1 열전달부로부터 제1 증발기 스테이지(3)의 유출부에 연결된 제1 분리기(14)로 증기 및 액체 함량을 포함하는 유동 매체를 배출시키는 단계;
제1 하향 이송 도관(15)을 통하여 제1 분리기(14)로부터, 저부 공급되는 제2 열전달부(21)를 구비한 제2 증발기 스테이지(4)로 유동 매체의 액체 함량을 공급하는 단계;
유동 매체를 증발기 장치의 제2 증발기 스테이지(4)의 제2 열전달부(21)로 밀어넣는 단계로서, 상기 유동 매체는 유입 도관을 통해 아래로부터 하부 영역에 있는 열전달부(21)로 공급되고 상부 영역에 있는 유출 도관을 통해 배출되는 단계를 포함하는 증기 발생 방법으로서,
제2 증발기 스테이지(4)의 제2 열전달부로부터 제2 증발기 스테이지(4)의 제2 유출 도관(22)에 연결된 제2 분리기(23)로 증기 및 액체 함량을 포함하는 유동 매체를 배출시키는 단계; 및
제1 분리기(14) 및 제2 분리기(23)로부터 과열기(6)로 유동 매체의 증기 함량을 배출시키는 단계를 더 포함하는 증기 발생 방법.